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1、第三章化工机械本讲稿第一页，共二十一页一、内压薄壁圆筒的强度条件一、内压薄壁圆筒的强度条件 中径为中径为D、壁厚为、壁厚为S、承受内、承受内压压 p 作用的圆筒，其中间面上任作用的圆筒，其中间面上任意点的最大薄膜应力为：意点的最大薄膜应力为：为了使圆筒在工作时安全可靠，则其强度条件为：为了使圆筒在工作时安全可靠，则其强度条件为：二、工程三类问题二、工程三类问题(1)设计截面尺寸设计截面尺寸 以以 D=D i+S、So代替代替S、pc 代替代替 p 代入得：代入得：本讲稿第二页，共二十一页So称为计算壁厚（称为计算壁厚（mm），考虑钢板的腐蚀裕度），考虑钢板的腐蚀裕度C2，则有：，则有：S d称
2、为设计壁厚（称为设计壁厚（mm），考虑钢板的负偏差），考虑钢板的负偏差C1，则有：，则有：Pc计算压力计算压力(M Pa)，D i 筒体的内径筒体的内径(mm)，t材料在设计温度下的许用应力材料在设计温度下的许用应力(M Pa)，焊缝系数焊缝系数(2)强度校核强度校核 内径为内径为D i、壁厚为、壁厚为S n、承受内压、承受内压p作用的圆筒，其中作用的圆筒，其中间面上任意点的最大薄膜应力为：间面上任意点的最大薄膜应力为：本讲稿第三页，共二十一页将将 进行比较，若进行比较，若 ，则强度足够；，则强度足够；反之，则强度不够。反之，则强度不够。(3)许用载荷的确定许用载荷的确定 由由 得：得：3.2
3、 内压薄壁球壳的强度计算内压薄壁球壳的强度计算一、内压薄壁球壳的强度条件一、内压薄壁球壳的强度条件 中径为中径为D、壁厚为、壁厚为S、承受内压、承受内压p作用的球壳，其中间作用的球壳，其中间面上任意点的最大薄膜应力为：面上任意点的最大薄膜应力为：为了使球壳在工作时安全可靠，则其强度条件为：为了使球壳在工作时安全可靠，则其强度条件为：本讲稿第四页，共二十一页二、工程三类问题二、工程三类问题(1)设计截面尺寸设计截面尺寸 以以 D=D i+S、So代替代替S、pc 代替代替 p 代入得：代入得：So称为计算壁厚（称为计算壁厚（mm），考虑钢板的腐蚀裕度），考虑钢板的腐蚀裕度C2，则，则有：有：S
4、d 称为设计壁厚（称为设计壁厚（mm），考虑钢板的负偏差），考虑钢板的负偏差C1，则，则有：有：(2)强度校核强度校核 内径为内径为D i、壁厚为、壁厚为S n、承受内压、承受内压 p 作用的球壳，其作用的球壳，其本讲稿第五页，共二十一页中间面上任意点的最大薄膜应力为：中间面上任意点的最大薄膜应力为：将将 进行比较，若进行比较，若 ，则强度足够；反，则强度足够；反之，则强度不够。之，则强度不够。(3)许用载荷的确定许用载荷的确定 由由 得：得：3.3 设计参数的确定设计参数的确定一、压力一、压力本讲稿第六页，共二十一页工作压力工作压力 ：正常工作条件下，容器顶部可能达到的最正常工作条件下，容器
5、顶部可能达到的最高压力。高压力。设计压力设计压力p：设定的容器顶部的最高压力。其值不低于设定的容器顶部的最高压力。其值不低于工作压力。工作压力。p 的的取值取值:无安全装置无安全装置:;装有安全阀：装有安全阀：装有爆破膜：装有爆破膜：装有液化气的容器：装有液化气的容器：计算压力计算压力 :在相应设计温度下，用以确定壳体最小在相应设计温度下，用以确定壳体最小壁厚的压力。壁厚的压力。，当，当 时，可忽略。时，可忽略。二、设计温度二、设计温度 在相应的设计压力下，容器在正常工作情况下，横在相应的设计压力下，容器在正常工作情况下，横截面金属的平均温度。是选材和确定许用应力重要参数。截面金属的平均温度。
6、是选材和确定许用应力重要参数。本讲稿第七页，共二十一页三、三、许用应力许用应力 许用应力的选择是强度计算的关键，是容器设计的主要参数。许用应力的选择是强度计算的关键，是容器设计的主要参数。各种金属材料在不同温度下的许用应力见钢板、钢管的许用应力各种金属材料在不同温度下的许用应力见钢板、钢管的许用应力值表。在选择许用应力时，根据金属材料的牌号、设计温度、钢值表。在选择许用应力时，根据金属材料的牌号、设计温度、钢板的厚度查表确定。板的厚度查表确定。四、焊缝系数四、焊缝系数 焊缝系数的大小取决于焊接的接头形式、焊缝长度检焊缝系数的大小取决于焊接的接头形式、焊缝长度检测的比率。见焊缝系数表。测的比率。
7、见焊缝系数表。本讲稿第八页，共二十一页五、五、壁厚附加量壁厚附加量 C=C1+C2C1钢板负偏差，取钢板负偏差，取0.25mm。C2腐蚀裕度，取值见表。腐蚀裕度，取值见表。3.4 容器壁厚设计的程序容器壁厚设计的程序(以圆筒为例以圆筒为例)(1)碳钢、低合金制筒体碳钢、低合金制筒体 本讲稿第九页，共二十一页 设筒体的壁厚为设筒体的壁厚为 ，由，由 、材料的牌号、设计温度、材料的牌号、设计温度 确定材料的确定材料的 由公式由公式 计算出计算出 ，考虑，考虑 后圆整后圆整 至至 。将将 进行比较，若进行比较，若 ，假设合理，假设合理;若若 ，假设不合理，需要重新设计。，假设不合理，需要重新设计。3
8、.5 化工容器最小壁厚的确定化工容器最小壁厚的确定 一、碳钢和低合金钢制容器一、碳钢和低合金钢制容器(1)D i 3800 mm，Smin2 Di/1000且不小于且不小于3mm 另加另加 C2,并圆整。并圆整。(2)D i 3800 mm，S min=Di/1000+4 mm本讲稿第十页，共二十一页二二、不锈钢制容器不锈钢制容器 S min 3 mm3.6 化工容器的压力试验化工容器的压力试验一、压力试验的目的一、压力试验的目的 检验容器的宏观强度和致密性检验容器的宏观强度和致密性。二、试验压力的确定二、试验压力的确定 液压试验：液压试验：且不小于且不小于 ,气压试验：气压试验：气密性试验：
9、气密性试验：真空容器：真空容器：做内压试验。做内压试验。本讲稿第十一页，共二十一页三、压力试验的强度校核三、压力试验的强度校核 由由 计算出计算出 液压试验时：将液压试验时：将 max 与与0.9s 进行比较，若进行比较，若 ，则强度足够；反之，强度不够。则强度足够；反之，强度不够。气压试验时：将气压试验时：将 max 与与0.8s 进行比较，若进行比较，若 ，则强度足够；反之，强度不够。则强度足够；反之，强度不够。四、压力试验的要求与试验方法四、压力试验的要求与试验方法 压力表的要求：两个量程相同且经过校正的压力表，量程压力表的要求：两个量程相同且经过校正的压力表，量程为为(1)液压试验液压
10、试验 介质：水，无危险的其它液体，温度：低于其沸点、闪点。介质：水，无危险的其它液体，温度：低于其沸点、闪点。本讲稿第十二页，共二十一页 奥氏体不锈钢容器试验完毕后不得留有水，如无法清奥氏体不锈钢容器试验完毕后不得留有水，如无法清除，水中的氯离子浓度应控制在除，水中的氯离子浓度应控制在25 mg/L。试验温度试验温度:碳钢、碳钢、16MnR和正火的和正火的15MnVR 制容器，制容器，试验温度不低于试验温度不低于5，其它低合金钢制容器，试验温度不，其它低合金钢制容器，试验温度不低于低于15。试验方法：容器的试验方法：容器的上部设有排气口，注液上部设有排气口，注液时将气体排尽，试验过时将气体排尽
11、，试验过程保持容器表面干燥，程保持容器表面干燥，试验时缓慢地将压力升试验时缓慢地将压力升至至 p T，保压一段时间，保压一段时间加压液体加压液体液体出口液体出口气体出口气体出口本讲稿第十三页，共二十一页(不小于不小于30min)，将压力降至将压力降至 p T 80%，保持足够长时保持足够长时间，对所有焊缝和连接部位进行检查，如有渗漏，修补间，对所有焊缝和连接部位进行检查，如有渗漏，修补后重新试验，直至合格为止。后重新试验，直至合格为止。(2)气压试验气压试验 试验温度：碳钢、低合金钢制容器，试验温度不低试验温度：碳钢、低合金钢制容器，试验温度不低于于15。其它钢种容器试验温度按图样要求进行。其
12、它钢种容器试验温度按图样要求进行。试验方法：试验时缓慢地将压力升至试验方法：试验时缓慢地将压力升至p T 10%，且不，且不超过超过0.05 MPa，保压，保压5min，对所有焊缝和连接部位进行，对所有焊缝和连接部位进行出初次检查，合格后，将压力缓慢地升至出初次检查，合格后，将压力缓慢地升至pT50%，以后，以后按按 pT10%的级差的级差逐级升至逐级升至p T，保压，保压30min，将压力降至，将压力降至pT87%，保持足够长时间，对所有焊缝和连接部位进行，保持足够长时间，对所有焊缝和连接部位进行本讲稿第十四页，共二十一页检查，如有渗漏，修补后重新试验，直至合格为止。检查，如有渗漏，修补后重
13、新试验，直至合格为止。(3)气密性实验气密性实验 若介质的毒性程度为极度或高度危害，容器做过液压若介质的毒性程度为极度或高度危害，容器做过液压试验后，须做气密性试验，试验后，须做气密性试验，气密性试验压力、试验介质、气密性试验压力、试验介质、检验要求按图样进行检验要求按图样进行，气体的温度不低于，气体的温度不低于5，试验时缓，试验时缓慢的将压力升至慢的将压力升至 p，保压，保压30min，对所有焊缝和连接部位，对所有焊缝和连接部位进行检查，无渗漏即为合格；如有渗漏，修补后重新试进行检查，无渗漏即为合格；如有渗漏，修补后重新试验，直至合格为止。验，直至合格为止。3.7 筒体及球壳筒体及球壳的加工的加工一、一、筒体筒体的加工的加工本讲稿第十五页，共二十一页本讲稿第十六页，共二十一页本讲稿第十七页，共二十一页本讲稿第十八页，共二十一页本讲稿第十九页，共二十一页二二、球壳球壳的加工的加工本讲稿第二十页，共二十一页 本讲稿第二十一页，共二十一页