内压薄壁圆筒和球壳设计.ppt

第九章 内压薄壁圆筒和球壳设计第一节 概述第二节内压薄壁圆筒和球壳强度计算第三节 容器的压力试验第一节 概述•设计顺序工艺要求容器直径（尺寸）给定的内直径设计压力设计温度介质腐蚀性设计合适的厚度使用寿命内安全运行第一节 概述压力容器强度计算的内容新容器强度设计在用容器的强度校核确定设计参数选择使用材料确定容器结构型式计算筒体与封头厚度选取标准件绘制设备图纸第一节 概述在用容器的强度校核根据实测的厚度进行强度校核安全使用期限监控使用条件提出判废依据第二节 内压薄壁圆筒和球壳强度计算一、薄壁圆筒强度计算公式一、薄壁圆筒强度计算公式第三强度理论1 理论计算厚度计算厚度应考虑下面两个因素：计算厚度应考虑下面两个因素：（（1）焊接接头系数）焊接接头系数（（2）容器内径）容器内径[ [s s] ]t t- -钢板在设计温度钢板在设计温度t℃t℃下的许用应下的许用应力，力，MPaMPa表9-19-1、、9-49-4㈠㈠ 焊接接头系数焊接接头系数　　钢板卷焊夹渣、气孔、未焊透等钢板卷焊夹渣、气孔、未焊透等缺陷，导致焊缝及其附近区域强度可缺陷，导致焊缝及其附近区域强度可能低于钢材本体的强度。

能低于钢材本体的强度 钢板钢板 [ [s s] ]t t乘以焊接接头系数乘以焊接接头系数  , ,  ≤1≤1 　　　　　　               值，可查表值，可查表9-6㈡㈡ 容器内径容器内径　　工艺设计确定内径工艺设计确定内径D Di i，，制造测制造测量也是内径，而受力分析中的量也是内径，而受力分析中的D D却却是中面直径是中面直径解出解出d d，，得到内压圆筒的计算厚度得到内压圆筒的计算厚度最小理论计算厚度最小理论计算厚度•2 设计厚度与名义厚度 （1）钢板负偏差 C1 （2）腐蚀裕量C2=λnGB150-1998《钢制压力容器》规定式中式中 d d ——圆筒圆筒计算厚度计算厚度，， mmmm；； d dd d ——圆筒设计厚度，圆筒设计厚度， mmmm；； D Di i ——圆筒内径，圆筒内径， mmmm；； p pc c ——容器设计压力，容器设计压力， MPaMPa；；   ——焊接接头系数。

焊接接头系数名义厚度：名义厚度：筒体设计厚度加上厚度负偏差后向上圆筒体设计厚度加上厚度负偏差后向上圆整，即为筒体名义厚度整，即为筒体名义厚度d dn n，，式中式中 ：：d dn n- -圆筒名义厚度，圆筒名义厚度，mmmm  △△- -圆整成钢材标准值；圆整成钢材标准值； d d- -圆筒的计算厚度，圆筒的计算厚度，mmmm C1-C1-钢板负偏差钢板负偏差 C2 -C2 -腐蚀裕量腐蚀裕量写在图纸上的钢板厚度写在图纸上的钢板厚度d de e- -圆筒有效厚度圆筒有效厚度3 3 有效厚度：有效厚度：设计温度下圆筒的最大允许工作压力设计温度下圆筒的最大允许工作压力设计温度下圆筒的计算应力设计温度下圆筒的计算应力圆筒容器各种厚度关系δδeC2δdC1δn△　4 压力容器的最小厚度压力容器的最小厚度 当设计压力很低时，按强度公式计算出来的厚度就太小，不能满足制造、运输和安装的要求为此规定不包括腐蚀裕量的最小厚度 规定：1 对碳素钢、低合金钢容器，不小于3mm 2对高合金钢制容器，不小于2mm二、薄壁球壳强度计算二、薄壁球壳强度计算　　设计温度下球壳的计算厚度：设计温度下球壳的计算厚度：设计厚度设计厚度　薄壁球壳主应力薄壁球壳主应力二、薄壁球壳强度计算二、薄壁球壳强度计算设计温度下球壳的计算应力设计温度下球壳的计算应力设计温度下球壳的最大允许工作压力设计温度下球壳的最大允许工作压力三、设计参数的确定三、设计参数的确定 设计压力（表压）设计压力（表压） 计算压力计算压力 设计温度设计温度 许用应力许用应力 焊接接头系数焊接接头系数 厚度附加量厚度附加量　设计压力（计算压力）　设计压力（计算压力）设计压力设计压力: :相应设计温度下确定壳壁相应设计温度下确定壳壁厚度的压力，亦即标注在铭牌上的厚度的压力，亦即标注在铭牌上的容器设计压力。

其值稍高于最大工容器设计压力其值稍高于最大工作压力最大工作压力：是指容器顶部在工作最大工作压力：是指容器顶部在工作过程中可能产生的最高压力（表压）过程中可能产生的最高压力（表压）釜壁可能承受压力情况： ※釜内空料，夹套内充蒸汽-----外压0.2MPa; ※釜内真空，夹套内充蒸汽-----外压0.3MPa; ※釜内0.3MPa，夹套内0.2MPa----内压0.1MPa; ※釜内0.3MPa，夹套内空料—--内压0.3MPa;釜壁承受的最大压差:内压0.3MPa或外压0.3MPa.示例：带夹套的反应釜：夹套内蒸汽压力为0.2MPa,釜内开始抽真空，然后釜内升压至0.3MPa该釜壁承受压力如何？　设计压力（计算压力）　设计压力（计算压力）v使用安全阀时设计压力不小于安全阀开使用安全阀时设计压力不小于安全阀开启压力或取最大工作压力启压力或取最大工作压力1.051.05～～1.101.10倍；倍；v使用爆破膜根据其型式，一般取最大工使用爆破膜根据其型式，一般取最大工作压力的作压力的1.151.15～～1.31.3倍作为设计压力　倍作为设计压力　容器内盛有液体，若其静压力不容器内盛有液体，若其静压力不超过最大工作压力的超过最大工作压力的5 5％，则设％，则设计压力可不计入静压力，否则，计压力可不计入静压力，否则，须在设计压力中计入液体静压力。

须在设计压力中计入液体静压力 此外，某些容器有时还必须考虑此外，某些容器有时还必须考虑重力、风力、地震力等载荷及温重力、风力、地震力等载荷及温度的影响，这些载荷不直接折算度的影响，这些载荷不直接折算为设计压力，必须分别计算为设计压力，必须分别计算 　设计温度　设计温度选择材料和许用应力的确定直接选择材料和许用应力的确定直接有关 设计温度指容器正常工作中，在设计温度指容器正常工作中，在相应的设计条件下，金属器壁相应的设计条件下，金属器壁可能达到的最高或最低温度可能达到的最高或最低温度　设计温度　设计温度器壁温度通过实测或由传热计算器壁温度通过实测或由传热计算v不被加热或冷却，筒内介质最高或不被加热或冷却，筒内介质最高或最低温度最低温度v用蒸汽、热水或其它载热体加热或用蒸汽、热水或其它载热体加热或冷却，载体最高温度或最低温度冷却，载体最高温度或最低温度v不同部位出现不同温度分别计算不同部位出现不同温度分别计算v查手册（表查手册（表9-19-1））　许用应力　许用应力许用应力是以材料的各项强度数据为许用应力是以材料的各项强度数据为依据，合理选择安全系数依据，合理选择安全系数n n得出的。

得出的抗拉强度、屈服强度，蠕变强度、疲抗拉强度、屈服强度，蠕变强度、疲劳强度取其中最低值取其中最低值当设计温度低于当设计温度低于0℃0℃时，取时，取20℃20℃时的许时的许用应力公式公式9-109-10，，9-11 9-11 表表9-2 9-2 ；表；表9-3 9-3 ；表；表9-4 9-4 ；表；表9-59-55 5　焊接接头系数　焊接接头系数焊接削弱而降低设计许用应力的系数焊接削弱而降低设计许用应力的系数根据接头型式及无损检测长度比例确定根据接头型式及无损检测长度比例确定焊接接头形式焊接接头形式无损检测的长度比例无损检测的长度比例100%100%局部局部双双面面焊焊对对接接接接头头或或相相当当于于双面焊的对接接头双面焊的对接接头1.01.00.850.85单单面面焊焊对对接接接接头头或或相相当当于于单面焊的对接接头单面焊的对接接头0.90.90.80.8符合《压力容器安全技术检察规程》才允许作局部无损探伤抽验长度不应小于每条焊缝长度的20％5.焊接接头系数焊接接头系数（（ ））容器上存在有：纵焊缝----A类焊缝环焊缝----B类焊缝需要进行无损检验检验方法主要是：X射线检查射线检查和超声波检查超声波检查。

常见的焊接形式： ①缺陷，夹渣，未焊透，晶粒粗大等，在外观看不出来； ②熔池内金属从熔化到凝固的过程受到熔池外金属的刚性约束，内应力很大——焊缝区强度比较薄弱焊缝区强度比较薄弱焊接缺陷 为综合考虑筒体强度，设计公式中将钢板母材的许用应力乘以f（≤1）[σ][σ] × f6 6　厚度附加量　厚度附加量满足强度要求的计算厚度之外，额外增加的厚满足强度要求的计算厚度之外，额外增加的厚度量，包括由钢板负偏差度量，包括由钢板负偏差( (或钢管负偏差或钢管负偏差) ) C Cl l、、腐蚀裕量腐蚀裕量 C C2 2，，即即 C C＝＝ C Cl l十十 C C2 2表9-10钢板厚度负偏差 钢板厚度钢板厚度22.22.52.8～3.03.2～3.53.8～4 4.5～5.5 负偏差负偏差0.130.140.150.160.18 0.2 0.2 钢板厚度钢板厚度6～78～2526～3032～34 36～4042～50 52～60 负偏差负偏差0.60.8 0.91 1.11.21.3 腐蚀裕量腐蚀裕量C C2 2应根据各种钢材在不应根据各种钢材在不同介质中的腐蚀速度和容器设同介质中的腐蚀速度和容器设计寿命确定。

计寿命确定塔类、反应器类容器设计寿命一塔类、反应器类容器设计寿命一般按般按2020年考虑，换热器壳体、年考虑，换热器壳体、管箱及一般容器按管箱及一般容器按1010年考虑当腐蚀速度当腐蚀速度0.05-0.1mm0.05-0.1mm／／a a时，单面腐蚀取时，单面腐蚀取C C2 2＝＝1mm1mm，双面腐蚀取，双面腐蚀取C C2 2＝＝2-4mm2-4mm腐蚀速度＜腐蚀速度＜0.05mm0.05mm／／a a时：单面腐蚀时：单面腐蚀C C2 2＝＝1mm1mm，，双面腐蚀取双面腐蚀取C C2 2＝＝2mm2mm，，不锈钢取不锈钢取C C2 2＝＝0 0v氢脆、碱脆、应力腐蚀及晶间氢脆、碱脆、应力腐蚀及晶间腐蚀等，增加腐蚀裕量不是有腐蚀等，增加腐蚀裕量不是有效办法，而应根据情况采用有效办法，而应根据情况采用有效防腐措施效防腐措施 v工艺减薄量，可由制造单位依工艺减薄量，可由制造单位依据各自的加工工艺和加工能力据各自的加工工艺和加工能力自行选取，设计者在图纸上注自行选取，设计者在图纸上注明的厚度不包括加工减薄量明的厚度不包括加工减薄量第三节第三节 容器的压力试验容器的压力试验※压力试验的时机压力试验的时机：1）容器制成后； 2）检修后。

※试验目的试验目的：1）检验容器宏观强度—是否出现裂纹,是否变形过大； 2）密封点及焊缝的密封情况•要知道！要知道！ （1）需要焊后热处理的容器，须热处理后进行 压力试验和气密试验； （2）须分段交货的容器，在工地组装并对环焊 缝进行热处理后，进行压力试验； （3）塔器须安装后进行水压试验；试验压力——名义壁厚确定后，校核压力试验条件下的强度是否满足要求，以免进行压力试验时出现危险1). 试验压力的确定：内压容器的试验压力试验压力：p——设计压力 MPa ;[s]---元件材料在实验温度下的许用应力，MPa;[s]t——元件材料在设计温度下的许用应力，MPa【注】（1）容器铭牌上规定有最大允许工作压力时，公式中应以最大允许工作压力代替设计压力 （2）容器各元件（圆筒、封头、接管、法兰及紧固件）所用材料不同时，应取各元件材料的[s]/[s]t比值中较小者思考：1.压力试验目的？压力试验强度校核目的？何时进行？2.在进行压力试验过程中，检查什麽？何时检查？3.是否所有压力容器在制成後都要进行气密试验检查？压力试验分类压力试验分类：①液压试验液压试验介质：一般为水；过程：充水排气设计压力无泄漏开始试验压力下保压30分钟卸压吹净结束试验压力的80%保压检查注意： 不锈钢容器——水中氯离子不得超过25mg/L25mg/L。

※ 试压合格的条件试压合格的条件： 1）无渗漏； 2）无可见变形； 3）试验过程中无异常响声； 4）σb ≥540MPa的材料，表面经无损检验 无裂纹②气压试验气压试验——不适合液压试验的，如因结构缘故排液或充液困难，或容器内不允许残留微量液体时采用③气密试验气密试验—针对介质具有毒性程度为极度或具有高度危害的容器； ——在液压试验后进行； ——气密试验压力取设计压力压力试验前的应力校核压力试验前的应力校核式中sT---圆筒壁在试验压力下的计算应力，MPa； Di——圆筒内径，mm； pT——试验压力，MPa； δe——圆筒的有效壁厚，mm； ss（s0.2）——圆筒材料在试验温度下的屈服点 （或条件屈服点），MPa； f——圆筒的焊接接头系数。