压力容器设计与计算机辅助设计

1、第七章 压力容器的设计与计算机辅助设计1第一节 引言这一章我们主要学习压力容器设计的基本方法，学习如何运用SW6-1998 V2.0 过程设备强度计算软件包及PVCAD计算机辅助设计软件包使我们能更进一步对所学知识全面巩固和提高。2一、压力容器设计步骤及主要规程及标准o设计步骤: 工艺计算 机械计算o主要规程及标准:压力容器安全技术监察规定 钢制压力容器钢制管壳式换热器钢制塔式容器3二、压力容器设计中一些参数的定义o1 压力o2.温度o3.厚度o4.载荷o5.许用应力o6.焊缝接头系数o7.压力试验41.压力工作压力：指在正常工作情况下，容器 顶部可能达到的最高工作压力。 设计压力：指设定的容器顶部的最高压 力，与相应的设计温度一起作为设计 载荷条件，其值不低于工作压力。 计算压力：指在相应设计温度下，用以 确定元件厚度的压力，其中包括液柱 静压力。当元件所承受的液柱静压力 小于5% 设计压力时，可忽略不计。 试验压力：指在压力试验时，容器顶部 的压力52.温度o设计温度：指容器在正常工作情况下， 设定的元件的温度（沿元件金属 截面的温度平均值）。设计温度和设 计压力一起作为设计载荷条

2、件。o试验温度：指压力试验时，壳体的金属 温度。63.厚度计算厚度：指按各公式计算得到的厚 度。需要时尚应计入其他载荷所需厚度（见下 面的载荷）设计厚度：指计算厚度与腐蚀裕量之 和名义厚度：指设计厚度加上钢板负偏 差后向上圆整至钢材标准规格的厚度，既标注 在图样上的尺寸有效厚度：指名义厚度减去腐蚀裕量 和钢板负偏差 74.载荷o内压、外压或最大压差o液体静压力o容器的自重（包括内件和填料）o附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力 载荷o风载荷、地震载、雪载荷o支座、底座圈、支耳及其他型式支撑件的反作用力o连接管道和其他部件的作用力o温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力o包括压力急剧波动的冲击载荷8o 95.许用应力o钢材（除螺栓材料外）的许 用应力选取的依据可按表7-1；螺 栓材料的许用应力选取的依据可按 表7-210表7-111表7-212表格中符号的意义o 钢材标准抗拉强度下限值o 钢材标准常温屈服点（或0.2%屈服强度）o 钢材在设计温度下的屈服点(或0.2%屈服强度)o 钢材在设计温度下经10万小时断裂的持久强度的平均值o 钢材在设计温度下经10万小时蠕变率为1%的蠕

3、变限13在设计中，如需计入复层材料的强度时， 其设计温度下的许用应力按下式确定： o 设计温度下符合钢板的许用应力，MPao 设计温度下基层钢板的许用应力，MPa o 设计温度下复层材料的许用应力，MPao 基层钢板的名义厚度，mmo 基层材料的厚度，不计入腐蚀裕量，mm146.焊接接头系数o 对容器来说，主要存在两种对接焊缝，即纵向对接焊缝与环向对接焊缝 o 双面焊对接接头和相当于 双面焊的全焊透对接接头 o 100%无损检测 =1.00 o 局部无损检测 =0.85o 对于单面焊对接接头（沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板）o100%无损检测 =0.9 o局部无损检测 =0.8157.压力试验o 液压试验 气压试验 气密性试验o压力试验的确定：内压容器 液压试验：气压试验：外压容器和真空容器 液压试验： 气压试验：试验压力，Mpa 设计压力，MPa16容器在压力试验前还必须进行应力校核，校核 公式为：试验压力下圆筒的应力 MPa 圆筒内直径 mm 试验压力 MPa 圆筒的有效厚度 mm应满足的条件：液压试验时， 0.9 气压试验时， 0.9圆筒材料在试验温度下的屈服点（或0.2%屈

4、服强度）， MPa 圆筒的焊接接头系数 17三、压力容器设计材料o压力容器用钢材类型主要有钢板、钢管、锻件、 螺柱和螺母。选择压力容器用钢应考虑容器的使用条件，例如 ：设计压力、设计温度、介质特性、和操作特点等 ，从而选择钢材为焊接性能良好的钢材，同时还要 考虑到容器的制造工艺和经济合理性。下面我们谈谈这些类型的钢材在压力容器中使用 过程中的一些规定。181.钢板碳素沸腾钢，和碳素镇静钢适用范围19在正火状态下碳素钢和低合金钢使用规定 20进行拉伸和夏比（V型缺口）冲击（常温或低温 -20以上）试验碳素钢和低合金钢使用规定 21应逐张进行超声检测的碳素钢和低合金钢钢板22注意o碳素钢和低合金钢钢板使用温度低于-20时，对使用 状态及最低冲击试验温度按相应标准o高合金钢板一般用GB4237标准。当厚度大于4mm时 钢板需保证钢板表面缺陷的厚度不小于钢板的允许最小厚 度。对于厚度不大于4mm设计应注明钢板表面质量o耐热用途的钢板按GB4238标准选用o00Cr18Ni5Mo3Si2钢板的伸长率(5)应不小于23%23o不锈复合钢板除符合以下规定，还应符合GB8165和 GB4733的相应规

5、定。 a.复合界面的结合剪切强度应不小于200MPa b.复合界面的结合率指标及超声检测范围，应在图样或 相应技术文件中说明 c.基板和复材均为 GB150所规定的碳素钢和低合金钢钢 板或锻件，复材也为GB150中的高合金钢钢板 d.复合钢板应在热处理后供货，基层的状态应符合 GB150规定 e.复合钢板使用范围应符合基材和复材使用范围的规定注意242.钢管o钢管的标准及许用应力按附录中规定o当碳素钢及低合金钢钢管使用温度低于-20时， 其使用状态为正火状态。另外，钢管的工艺性能试验 （压扁、扩口等）要求，应根据钢管使用使用时的加 工工艺和各钢管标准中的相应规定提出。253.锻件a.锻件的标准及许用应力按附录中的规定 b.锻件的形状有筒形锻件、环形锻件、饼形锻件、碗形锻件、长颈法兰锻件和条形锻件。 c.锻件按使用要求分成,级,具体见下表26o低温压力容器用低合金钢锻件最低为级锻件o锻件的使用技术要求可按JB4726压力容器用碳 钢和低合金钢锻件、JB4726-27低温压力容器用 低合金钢锻件以及JB4728压力容器用不锈钢锻 件o当碳素钢及低合金钢锻件使用温度低于-20时， 其热处理状

6、态及最低冲击试验见有关标准3.锻件274.螺柱和螺母o螺柱的材料一般要求是强度高、韧性好、耐介质腐蚀 。o低合金钢螺柱用毛坯，经调质热处理后做力学性能试 验o为了避免螺栓与螺母咬死，螺母的硬度一般要比螺栓 低HB30o低合金钢螺柱使用温度低于-20时应进行使用温度 下的低温冲击试验，其要求见有关标准28螺栓和螺母的组合可见下表29四、压力容器设计计算软件包oSW6过程设备强度计算软件包，以下简称 SW6- 98。该软件包是以国标GB150钢制压力容器； GB151钢制管壳式换热器；GB12333钢制球形储 罐；JB4710钢制塔式容器；JBxxxx钢制卧式容 器及HG20582钢制化工容器强度计算规定为编制 依据。它的运行环境为WINDOWS系统，此软件在运行 过程中直观、方便、灵活。o该软件包含了10个设备计算程序，每个设备计算程序 既可进行设备的整体计算，也可进行该设备中某一个零 部件的单独计算。301. SW6-98在使用过程中有以下特点o在数据输入时可随时退出程序运行o程序运行时数据输入和运算可以任意交替进行o对于结构数据的输入在界面上采取了图形提示o在一个设备计算程序中，各数据输入页面可方便的随 意切换o计算结果可用两种形式输出。一种是屏幕显示，另一 种是通过WORD以表格形式打印输出或作为文件存放312SW6-98软件内容oSW6-98软件有10个设备级计算程序，一个零部 件计算程序和一个用户材料数据库管理程序。每个 计算程序有对应的一组图标，只要点击图标就能使 某个程序运行。oSW6-98对一种设备的输入数据文件都规定了一 个后缀名。 3210个设备计算程序和一个零部件计算程序的后缀名见下表3334D:/sw6/aa浆式反应釜120-0535360.982001200 14002.00.85373839404142434445464748495051525354555657585960

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