压力容器设计
第4章 压力容器设计
压力容器设计
合理选取结构,材料,参数等
合理选择设计方法
压力容器设计
用户提出基本设计要求
分析容器的工作条件,确定设计参数
结构分析,初步选材
选择合适的规范和标准
应力分析和强度计算
确定构件尺寸和材料
绘制图纸,提供设计计算书和其它技术文件
&4-2 设计准则
压力容器失效判据
—判断压力容器是否失效
由力学分析得到力学分析结果
由实验测得失效数值
压力容器设计准则
&4-3 常规设计
基于弹性失效设计准则
不连续应力的考虑
单层式圆筒的优点:不存在层间松动等薄弱环节,能较好地保证筒体的强度.
单层式圆筒的缺点:
1,单层厚壁圆筒对制造设备的要求高.
2,材料的浪费大.
3,锻焊式圆筒存在较深的纵,环焊缝,不便于焊接和检验.
层板包扎式
(1)包扎工序繁琐,费工费时,效率低.
(2)层板材料利用率低.3)层间松动问题.
(1)对加工设备的要求不高.
(2)压缩预应力可防止裂纹的扩展.
(3)内筒可采用不锈钢防腐.
(4)层板厚度薄,韧性好,不易发生脆性断裂.
整体多层包扎式
(1)套合层数少,效率高,成本低.
(2)纵焊缝质量容易保证.
(1)只能套合短筒,筒节间深环焊缝多.
(2)要求准确的过盈量,对筒节的制造要求高.
优点:(1)机械化程度高,操作简便,材料利用率高.
(2)纵焊缝少.
缺点:(1)绕板薄,不宜制造壁厚很大的容器.
(2)层间松动问题.
槽形绕带式
(1)筒壁应力分布均匀且能承受一部分由内压 产生的轴向力.
(2)机械化程度高,材料利用率高.
(1)钢带成本高,公差要求严格.
(2)绕带时钢带要求严格啮合,否则无法贴紧.
(1)机械化程度高,材料利用率高.
(2)整体绕制,无环焊缝.
(3)带层呈网状,不会整体裂开.
(4)扁平钢带成本低,绕制方便.
扁平钢带倾角错绕式
内压圆筒强度设计
单层内压圆筒
最大允许工作压力
按塑性失效设计准则:
按爆破失效设计准则:
多层圆筒壁厚
碳素钢,低合金钢制容器:δmin≥3mm
高合金钢制容器:δmin≥2mm
设计参数的选取
设计压力的规定
1,容器上装有安全阀时
P=(1.05~1.10)PW
2,容器上装有爆破膜时
P=(1.15~1.30)PW
3,盛装液化气体的容器
设计压力取工作时可能达到的最高温度下液化气体的饱和蒸气压
根据规定:当钢板厚度负偏差不大于0.25mm,且不超过名义厚度的6%时,可取C1=0.所以在设计计算中,对于GB,GB种的钢板(如20R,16MnR,16MnDR等),均可取C1=0.
钢板厚度负偏差
焊接接头系数
材料许用应力
碳素钢,低合金钢及铁素体高合金钢:
nb≥3.0 ns≥1.6 nD≥1.5 nn≥1.0
奥氏体高合金钢:
nb≥3.0 ns≥1.5 nD≥1.5 nn≥1.0
1,试验压力
● 内压容器:
● 外压容器和真空容器:
● 夹套容器:视内筒为内压或外压容器,分别按内压或外压容器的试验压力公式确定试验压力;夹套按内压容器确定试验压力.
* 需校核内筒在夹套液压试验压力下的稳定性,如不满足稳定性要求,则需在夹套液压试验时,内筒内保持一定的压力.
如果直立容器卧置进行液压试验,则在应力校核时,PT应加上容器立置充满水时的最大液柱压力.
2,强度校核
● 内压容器:
● 外压容器和真空容器:
1,气压试验
2,强度校核
●_ 容器上没有安全泄放装置,气密性试验压力 PT=1.0P.
● 容器上设置了安全泄放装置,气密性试验压力应低于安全阀的开启压力或爆破片的设计爆破压力.
通常取PT=1.0PW.
气密性试验
设计压力为1.6 Mpa的储液罐罐体,材料Q235-A,
Di=1800mm,罐体高度4500mm,液料高度3000mm,C1=0.8mm,腐蚀裕量C2=1.5mm,焊缝系数φ=1.0,液体密度为1325kg/m3,罐内最高工作温度50
试计算罐体厚度并进行水压试验应力校核.
注:Q235-A材料的许用应力[σ]20=113MPa , [σ]50=113MPa,屈服极限σS=235 Mpa
试确定罐体厚度并进行水压试验校核.
某圆柱形容器的设计压力为P=0.85MPa;设计温度为t=-50℃;内直径为1200总高4000对接焊缝采用双面全熔透焊接接头,并进行局部无损检测,容器盛装液体介质,介质密度ρ=1500kg/m3,介质具有轻微的腐蚀性;腐蚀速率K≤0.1mm/年;设计寿命B=20年,试回答以下问题:
1.该容器一般应选用什么材料
2.若在设计温度下材料的许用应力为[σ]t=170MPa,求筒体的厚度
3.水压试验时的压力,并进行应力校核.
4.该容器是否可按GB150设计 是否要接受《压力容器安全技术监察规程》的监督和检查.
断裂前发生较大的塑性变形,容器发生明显的鼓胀,断口处厚度减薄,断裂时几乎不形成碎片.
压力容器在载荷作用下,应力达到或接近材料的强度极限而发生的断裂.
① 容器厚度不够.
② 压力过大.
① 断口平齐,且与最大主应力方向垂直.
② 容器断裂时可能裂成碎片飞出,往往引起严重后果.
③ 断裂前没有明显塑性变形,断裂时应力很低,安全阀,爆破膜等安全附件不起作用,断裂具有突发性.
(低应力脆断)
器壁中的应力远低于材料强度极限时发生的断裂.
① 材料的脆性.
② 材料中的裂纹,未焊透,夹渣等缺陷.
① 交变载荷.
② 疲劳裂纹.
在交变载荷作用下,由于材料中的裂纹扩展导致容器的断裂.
① 断口上有贝壳状的疲劳裂纹.
② 断裂时容器整体应力较低,断裂前无明显塑性变形.
③ 如果材料韧性较好,通过合理设计可实现"未爆先漏".
① 在恒定载荷和低应力(应力低于屈服点)下也会发生蠕变断裂.
② 蠕变断裂前材料会由于蠕变变形而导致蠕变损伤,使材料在性能上产生蠕变脆化.
③ 断裂前发生较大的塑性变形,具有韧性断裂的特征;断裂时又具有脆性断裂的特征.
压力容器长时间在高温下受载,材料的蠕变变形会随时间而增长,容器发生鼓胀变形,厚度明显减薄,最终导致压力容器断裂.
① 对于全面腐蚀和局部腐蚀,容器断裂前发生明显的塑性变形,具有韧性断裂的特征.
② 对于晶间腐蚀和应力腐蚀,断裂前无明显塑性变形,具有脆性断裂的特征.
材料受到介质腐蚀(全面腐蚀或局部腐蚀),形成容器整体厚度减薄或局部凹坑,裂纹等,从而造成容器的断裂.
外压圆筒设计
短圆筒的临界压力
长圆筒的临界压力
几何参数计算图
壁厚计算图
外压圆筒设计设计步骤:
计算(D0/δe)和(L / D0)
几何参数计算图(A)
壁厚计算图(B)
验算PC≤[P],若满足,则假设δn合适,否则重新计算.
需同时考虑稳定性和强度
轴向受压圆筒:
1,真空容器
有安全装置时:
无安全装置时:p=0.1Mpa
2,带夹套的真空容器
p取真空容器的设计压力加上夹套压力
3,其它外压容器(包括带夹套的外压容器)
p应不小于容器正常工作过程中可能出现的最大内外压力差
即:p≥(p0-pi)max
注意:最大内外压差的取值
稳定性安全系数
圆筒:m = 3.0
球壳: m = 14.52
加强圈设计
带加强圈的外压圆筒
1,筒体不失稳
要求:LS≤ Lmax
2,加强圈不失稳
要求:IS≥I
1,筒体不失稳
要求:LS≤ Lmax
2,加强圈不失稳
要求:IS≥I
1,初步取加强圈的数目和间距
3,计算加强圈和圆筒组合而成的当量圆筒所需的组合截面惯性矩I .
2,选择加强圈材料,按型钢规格初定加强圈的截面形状和尺寸,计算实际组合截面惯性矩IS.
4,比较IS和I,若IS≥
I且比较接近,则加强圈的尺寸,数目和间距满足要求,否则重新选择加强圈,重复以上步骤,直到满足要求为止.
加强圈设计步骤
1,加强圈可采用扁钢,角钢,工字钢或其它型钢,这样材料供应方便且型钢具有较大的截面惯性矩.加强圈可设置在容器的内部或外部,并应环绕容器整个圆周.
2,加强圈和壳体的连接必须足够紧密,以保证加强圈和壳体一起承载,加强圈和壳体之间可采用连续焊或间断焊.
3,为保证筒体和加强圈的稳定性,加强圈不得被任意削弱或割断.
加强圈结构设计
外加强圈 加强圈每侧间断焊接的总长不小于圆筒外圆周长度的1/2
内加强圈 加强圈每侧间断焊接的总长不小于圆筒内圆周长度的1/3
外压圆筒练习题
某圆筒形容器,内径2400mm,长14000mm,两端为标准椭圆形封头,直边高度为50mm,圆筒和封头材料均为1Cr18Ni9Ti,腐蚀裕量取1mm,设计温度510
C ,真空下操作,无安全控制装置.
用图算法求筒体厚度
一圆筒形容器,材料为Q235-A,内径2800mm,长10m(含封头直边段),两端为标准椭圆形封头,圆筒和封头名义厚度均为12mm,其中壁厚附加量C=2容器负压操作,最高操作温度50
(1)试确定容器最大允许真空度为多少mmHg
(2)该容器是否应设置安全控制装置
外压圆筒和加强圈练习题
现有一真空塔,材料为Q235-A,Di=2500mm,封头为标准椭圆形封头,塔体部分高20m(包括直边段),设计温度250
C,腐蚀裕量2.5mm.
1,确定塔体圆筒壁厚.
2,塔体上均匀设置6个加强圈(材料与塔体相同)后的筒体壁厚.
30 &α30 大端应设折边,r≥0.1Di且r≥3δ
α&45 小端也应设折边,rs≥0.05Dis且rs≥3δr
内压无折边锥形封头
加强后的厚度:
判断是否需要加强(图4-19)
内压带折边锥形封头
外压锥形封头
与外压圆筒的壁厚计算方法相同
DC----平盖计算直径
K----结构特征系数
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多层包扎式结构在高压容器中应用的优势
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你可能喜欢13MnNiMoR材料在制造中需要注意什么等？这种材料在压力容器制造中算是什么级别的材料啊？_百度知道
13MnNiMoR材料在制造中需要注意什么等？这种材料在压力容器制造中算是什么级别的材料啊？
13MnNiMoR材料在制造中需要注意什么等？这种材料在压力容器制造中算是什么级别的材料啊？压力容器中还有哪些特殊材料？需要注意什么？
请高人指点！
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高强钢 一般用于温度较高的场合
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13MnNiMoR厚度大于60的可以退火或回火状态交货.具体查看GB713-2008,表2的力学性能和工艺性能.表1为化学成分.
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是指公称直接200，管子是219 1.6MPa,是1.6兆帕 你所问的Dg,是管子的内径哦！
D应该是直径没错，但是g在这里是什么？会不会代表是锅炉的缩写，表示汽包的公称直径的？或者是东锅的简称，DG,呵呵
表示容器的公称直径，通常是指它的内径（无缝钢管制容器除外）
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