化工容器設(shè)計復(fù)習(xí)

1、第第1章章 緒論緒論l第一章第一章 緒論緒論l第二章第二章 內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)力分析 l第三章第三章 內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的設(shè)計內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的設(shè)計 l第四章第四章 外壓容器設(shè)計外壓容器設(shè)計l第五章第五章 容器零部件的選用容器零部件的選用 l第六章第六章 塔設(shè)備設(shè)計塔設(shè)備設(shè)計 l第七章第七章 換熱設(shè)備設(shè)計換熱設(shè)備設(shè)計l第八章第八章 反應(yīng)設(shè)備設(shè)計反應(yīng)設(shè)備設(shè)計二、容器結(jié)構(gòu)及分類二、容器結(jié)構(gòu)及分類 壓力容器多為圓柱形，少數(shù)為球形或其它形狀。一般由壓力容器多為圓柱形，少數(shù)為球形或其它形狀。一般由基本承壓部件和附件基本承壓部件和附件構(gòu)成。構(gòu)成。壓基本承壓部件壓基本承壓部件殼體殼體開孔（

2、人開孔（人/ /手孔）與接管手孔）與接管密封裝置（法蘭、密封元件、緊固件）密封裝置（法蘭、密封元件、緊固件）支座支座附件附件安全附件（安全閥、爆破片）安全附件（安全閥、爆破片）測控儀表（壓力表、溫度計和液位計等測控儀表（壓力表、溫度計和液位計等第第1章章 緒論緒論壓力容器的定義壓力容器的定義 按我國按我國容規(guī)容規(guī)的規(guī)定，同時具備下列條件的容器稱為的規(guī)定，同時具備下列條件的容器稱為壓力容器：壓力容器：l工作壓力工作壓力0.1MPa0.1MPa；l工作壓力與容積的乘積工作壓力與容積的乘積2.5MPa2.5MPaL L；l介質(zhì)為氣體、液化氣體或工作溫度介質(zhì)為氣體、液化氣體或工作溫度標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體。標(biāo)

3、準(zhǔn)沸點的液體。第第1章章 緒論緒論第第1章章 緒論緒論l1. 容器的分類容器的分類l按容器的作用原理按容器的作用原理l 反應(yīng)設(shè)備反應(yīng)設(shè)備l 換熱設(shè)備換熱設(shè)備l 分離設(shè)備分離設(shè)備l 貯運設(shè)備貯運設(shè)備l按承壓高低分類按承壓高低分類l常壓容器：常壓容器：p 0.1 MPal低壓容器：低壓容器：0.1p 1.6 MPal中壓容器：中壓容器：1.6p 10 MPal高壓容器：高壓容器：10p 100 MPal超高壓容器：超高壓容器：100 MPa pl按綜合安全管理分類按綜合安全管理分類 lI類容器類容器II類容器類容器III類容器類容器 第第1章章 緒論緒論l2. 我國壓力容器設(shè)計常用的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)我國

4、壓力容器設(shè)計常用的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)l特種設(shè)備安全監(jiān)察條例特種設(shè)備安全監(jiān)察條例20032003年國務(wù)院頒布實施年國務(wù)院頒布實施l固定式壓力容器安全技術(shù)檢查規(guī)程固定式壓力容器安全技術(shù)檢查規(guī)程TSG R0004-2009TSG R0004-2009l壓力容器壓力容器GB150G鋼制化工容器制造技術(shù)條件鋼制化工容器制造技術(shù)條件l3. 容器機械設(shè)計的基本要求容器機械設(shè)計的基本要求 l強度強度、 剛度剛度、 穩(wěn)定性穩(wěn)定性、 耐久性耐久性、 密封性密封性、 節(jié)省材料和便于制造節(jié)省材料和便于制造、方便操作方便操作和便于運輸、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)合理和便于運輸、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)合理l4. 容器零部件的標(biāo)

5、準(zhǔn)化容器零部件的標(biāo)準(zhǔn)化l公稱直徑公稱直徑l鋼板卷制的筒體和成形封頭：鋼板卷制的筒體和成形封頭：公稱直徑是指它們的內(nèi)徑；公稱直徑是指它們的內(nèi)徑；l無縫鋼管作筒體和封頭：無縫鋼管作筒體和封頭：容器的公稱直徑是指無縫鋼管的外徑容器的公稱直徑是指無縫鋼管的外徑l鋼管：鋼管：公稱直徑既不是它的內(nèi)徑，也不是外徑，而是小于管子外徑的公稱直徑既不是它的內(nèi)徑，也不是外徑，而是小于管子外徑的一個數(shù)值。一個數(shù)值。 l公稱壓力公稱壓力：規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力等級規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力等級l0.1、0.25、0.4、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4 四. 壓力容器用鋼材壓力容器用鋼材的基本要求壓力容器用鋼材的基本要求基本

6、要求：基本要求：根據(jù)壓力容器的構(gòu)造和使用特點，壓力容器用鋼根據(jù)壓力容器的構(gòu)造和使用特點，壓力容器用鋼應(yīng)具有應(yīng)具有良好的工藝性能良好的工藝性能和和可靠的使用性能可靠的使用性能（力學(xué)性能、化學(xué)（力學(xué)性能、化學(xué)性能、組織熱穩(wěn)定性和物理性能）。性能、組織熱穩(wěn)定性和物理性能）。工藝性能工藝性能 焊接性、冷彎性、沖壓性、鍛壓性、切削加工焊接性、冷彎性、沖壓性、鍛壓性、切削加工性及熱處理工藝性等。性及熱處理工藝性等。力學(xué)性能力學(xué)性能 強度、強度、沖擊沖擊韌性和塑性、斷裂韌度韌性和塑性、斷裂韌度( (K KICIC/ /C C) ) 、硬度和無硬度和無延性轉(zhuǎn)變延性轉(zhuǎn)變溫度溫度(NDT)(NDT)。 化學(xué)性能化

7、學(xué)性能 耐腐蝕性和抗氧化性。耐腐蝕性和抗氧化性。組織熱穩(wěn)定性組織熱穩(wěn)定性 系指鋼材長期高溫下抵御組織性能劣化的系指鋼材長期高溫下抵御組織性能劣化的能力。能力。物理性能物理性能 如導(dǎo)熱性、熱膨脹性等如導(dǎo)熱性、熱膨脹性等第第1章章 緒論緒論碳素鋼和低合金鋼鋼板新舊標(biāo)準(zhǔn)及牌號對照碳素鋼和低合金鋼鋼板新舊標(biāo)準(zhǔn)及牌號對照四. 壓力容器用鋼材第第1章章 緒論緒論 高合金鋼鋼板新、舊標(biāo)準(zhǔn)及牌號對照表高合金鋼鋼板新、舊標(biāo)準(zhǔn)及牌號對照表第第1章章 緒論緒論 符合現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求符合現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求 經(jīng)濟合理經(jīng)濟合理 容器用鋼材應(yīng)根據(jù)容器的容器用鋼材應(yīng)根據(jù)容器的操作條件操作條件（設(shè)計溫

8、度、設(shè)計（設(shè)計溫度、設(shè)計壓力、介質(zhì)特性和操作特點）、壓力、介質(zhì)特性和操作特點）、材料性能材料性能（工藝性能和（工藝性能和使用性能）、使用性能）、制造工藝制造工藝及及經(jīng)濟合理經(jīng)濟合理等因素，按以下原則等因素，按以下原則選用：選用： 充分發(fā)揮材料的特長充分發(fā)揮材料的特長第第1章章 緒論緒論第第2章章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析l1. 內(nèi)壓薄壁圓筒的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁圓筒的應(yīng)力分析l薄壁容器薄壁容器：/Di0.1或或K=DO/Di1.2l環(huán)向應(yīng)力：環(huán)向應(yīng)力：當(dāng)其承受內(nèi)壓力當(dāng)其承受內(nèi)壓力p作用以后，其直徑要稍微增大，作用以后，其直徑要稍微增大，故筒壁內(nèi)的故筒壁內(nèi)的“環(huán)向纖維環(huán)向纖維”要

9、伸長，因此在筒體的縱向截面要伸長，因此在筒體的縱向截面上必定有應(yīng)力產(chǎn)生，此應(yīng)力稱為環(huán)向應(yīng)力，以上必定有應(yīng)力產(chǎn)生，此應(yīng)力稱為環(huán)向應(yīng)力，以表示。表示。l經(jīng)向經(jīng)向(軸向軸向)應(yīng)力：應(yīng)力：容器兩端是封閉的，在承受內(nèi)壓后，筒容器兩端是封閉的，在承受內(nèi)壓后，筒體的體的“縱向纖維縱向纖維”也要伸長，則筒體橫向截面內(nèi)也必定有也要伸長，則筒體橫向截面內(nèi)也必定有應(yīng)力產(chǎn)生，此應(yīng)力稱為經(jīng)向（軸向）應(yīng)力，以應(yīng)力產(chǎn)生，此應(yīng)力稱為經(jīng)向（軸向）應(yīng)力，以m表示。表示。 第第2章章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析l2. 回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析l2.1 基本概念基本概念l回轉(zhuǎn)殼體、軸對稱、回轉(zhuǎn)殼體、軸對

10、稱、中間面、中間面、母線、母線、經(jīng)線、法線、緯線經(jīng)線、法線、緯線l第一曲率半徑第一曲率半徑：中間面上任一點：中間面上任一點M處經(jīng)線的曲率半徑，處經(jīng)線的曲率半徑，RlMK1。l第二曲率半徑第二曲率半徑：過經(jīng)線上一點：過經(jīng)線上一點M的法線作垂直于經(jīng)線的平面與中間的法線作垂直于經(jīng)線的平面與中間面相割形成的曲線面相割形成的曲線ME，此曲線在，此曲線在M點處的曲率半徑稱為該點的第點處的曲率半徑稱為該點的第二曲率半徑二曲率半徑R2。第二曲率半徑的中心第二曲率半徑的中心K2落在回轉(zhuǎn)軸上，落在回轉(zhuǎn)軸上，R2=MK2。 第第2章章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析l2. 回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析回轉(zhuǎn)殼體的

11、應(yīng)力分析l2.1 基本概念基本概念（下列各圖指定點的第一、二曲率半徑）（下列各圖指定點的第一、二曲率半徑） ABr第第2章章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析l2. 回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析l2.2 基本假設(shè)基本假設(shè)l 小位移假設(shè)：小位移假設(shè)：殼體受力以后，各點的位移都遠小于壁厚。殼體殼體受力以后，各點的位移都遠小于壁厚。殼體變形后可以用變形前的尺寸來代替。變形分析中的高階微量可以忽變形后可以用變形前的尺寸來代替。變形分析中的高階微量可以忽略不計。略不計。l 直法線假設(shè)：直法線假設(shè)：殼體在變形前垂直于中間面的直線段，在變形后殼體在變形前垂直于中間面的直線段，在變形后仍保

12、持直線，并垂直于變形后的中間面。變形前后的法向線段長度仍保持直線，并垂直于變形后的中間面。變形前后的法向線段長度不變，沿厚度各點的法向位移均相同，變形前后殼體壁厚不變。不變，沿厚度各點的法向位移均相同，變形前后殼體壁厚不變。l 不擠壓假設(shè)：不擠壓假設(shè)：殼體各層纖維變形前后相互不擠壓。殼壁法向殼體各層纖維變形前后相互不擠壓。殼壁法向（半徑方向）的應(yīng)力與殼壁其他應(yīng)力分量比較是可以忽略的微小量，（半徑方向）的應(yīng)力與殼壁其他應(yīng)力分量比較是可以忽略的微小量，其結(jié)果就變?yōu)槠矫鎲栴}。其結(jié)果就變?yōu)槠矫鎲栴}。 第第2章章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析l2. 回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析l

13、2.3 2.3 區(qū)域平衡方程式區(qū)域平衡方程式( (經(jīng)向應(yīng)力經(jīng)向應(yīng)力) ) l2.4 2.4 微體平衡方程式微體平衡方程式( (環(huán)向應(yīng)力環(huán)向應(yīng)力) )l2.5 2.5 薄膜理論的適用條件：薄膜理論的適用條件：殼體是軸對稱的，即幾何形狀、殼體是軸對稱的，即幾何形狀、材料、載荷的對稱性和連續(xù)性，同時需保證殼體應(yīng)具有自由邊材料、載荷的對稱性和連續(xù)性，同時需保證殼體應(yīng)具有自由邊緣。緣。 2m2pRm12pRR第第2章章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析l3. 薄膜理論的應(yīng)用薄膜理論的應(yīng)用l3.1受氣體內(nèi)壓的圓筒形殼體受氣體內(nèi)壓的圓筒形殼體l3.2 受氣體內(nèi)壓的球形殼體受氣體內(nèi)壓的球形殼體 l

14、3.3 受氣體內(nèi)壓的橢球殼受氣體內(nèi)壓的橢球殼 mD4pD2pm4pD4222m-2paxabb4422242222-2paa - xa -bba - xa -b第第2章章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析l3. 薄膜理論的應(yīng)用薄膜理論的應(yīng)用l3.4 受氣體內(nèi)壓的錐形殼體受氣體內(nèi)壓的錐形殼體 l3.5 承受液體內(nèi)壓作用的圓筒殼承受液體內(nèi)壓作用的圓筒殼 m12cospr1cospr002pxRpxD00m24p Rp D0()2px D00m()224H Rp RpH D第第2章章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析l3. 邊緣應(yīng)力邊緣應(yīng)力l聯(lián)接邊緣附近的橫截面內(nèi)，除作用有軸

15、（經(jīng)）向拉伸應(yīng)力外，聯(lián)接邊緣附近的橫截面內(nèi)，除作用有軸（經(jīng)）向拉伸應(yīng)力外，還存在著軸（經(jīng)）向彎曲應(yīng)力，必須用有力矩理論來求解還存在著軸（經(jīng)）向彎曲應(yīng)力，必須用有力矩理論來求解l邊緣應(yīng)力的特點邊緣應(yīng)力的特點l局部性局部性 l自限性自限性 第第3章章 內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強度設(shè)計內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強度設(shè)計l1. 彈性失效設(shè)計準(zhǔn)則彈性失效設(shè)計準(zhǔn)則l彈性失效準(zhǔn)則彈性失效準(zhǔn)則l容器上任一處的最大應(yīng)力達到材料在設(shè)計溫度下的屈服點容器上任一處的最大應(yīng)力達到材料在設(shè)計溫度下的屈服點s s，容器即，容器即告失效（指容器失去正常的工作能力）。告失效（指容器失去正常的工作能力）。當(dāng)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭碟

16、形封頭碟形封頭無折邊球形封頭無折邊球形封頭l制造難度：制造難度：l半球形封頭半球形封頭標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭碟形封頭碟形封頭無折邊球形封頭無折邊球形封頭八、八、典型例題典型例題2021-6-2125 現(xiàn)需要設(shè)計一內(nèi)壓圓筒形容器，上下兩端采用標(biāo)準(zhǔn)橢現(xiàn)需要設(shè)計一內(nèi)壓圓筒形容器，上下兩端采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，無安全泄放裝置。介質(zhì)為水蒸氣，腐蝕性較小。圓封頭，無安全泄放裝置。介質(zhì)為水蒸氣，腐蝕性較小。已知其設(shè)計壓力已知其設(shè)計壓力p=1.4MPa，設(shè)計溫度為，設(shè)計溫度為t=50，圓筒體的，圓筒體的內(nèi)徑內(nèi)徑Di=2000mm。材料選用。材料選用Q245R，鋼板厚度負偏差為，鋼板厚度負偏差為C1=0.3m

17、m。采用雙面焊對接接頭，局部無損檢測。水壓試。采用雙面焊對接接頭，局部無損檢測。水壓試驗溫度為驗溫度為25。已知。已知Q245R許用應(yīng)力如下表許用應(yīng)力如下表1所示，常用鋼所示，常用鋼板厚度如表板厚度如表2所示。所示。確定該容器筒體和標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的壁厚確定該容器筒體和標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的壁厚，并校核水壓試驗時圓筒的強度。，并校核水壓試驗時圓筒的強度。板厚板厚(mm)室溫強度指標(biāo)室溫強度指標(biāo) 在下列溫度下的許用應(yīng)力在下列溫度下的許用應(yīng)力sb201001502002503006162454001481471401311171081636235400148140133124111102表表1 Q245鋼板的

18、許用應(yīng)力（鋼板的許用應(yīng)力（GB150-2011） （MPa）解答解答2021-6-2126(1) 確定必要的設(shè)計參數(shù)取確定必要的設(shè)計參數(shù)取pcp1.4 MPa，查得，查得Q245R材料的材料的許用應(yīng)力許用應(yīng)力t=147MPa，=147MPa，s=245MPa（假設(shè)鋼（假設(shè)鋼板厚板厚n616mm），焊接接頭系數(shù)），焊接接頭系數(shù)(2) 圓筒的計算壁厚為圓筒的計算壁厚為 復(fù)驗知復(fù)驗知C1不可忽略，鋼板名義厚度為不可忽略，鋼板名義厚度為14mm，t=147MPa選擇正確。故最終筒體厚度取選擇正確。故最終筒體厚度取14mm合適。合適。 85. 0ict1.4 200011.27mm2 -2 147 0.

19、85-1.4ccp D pnc1211.27 0.3 1.014mmCC解答解答2021-6-2127(3) 封頭厚度確定封頭厚度確定 復(fù)驗知復(fù)驗知C1不可忽略，鋼板名義厚度為不可忽略，鋼板名義厚度為14mm，t=147MPa選擇正確。故最終封頭厚度取選擇正確。故最終封頭厚度取14mm合適。合適。(4) 水壓試驗強度校核：水壓試驗強度校核：ict1.4 200011.23mm2 -0.52 147 0.85-0.5 1.4ccp D pnc1211.230.3 1.014mmCC Tt 1471.251.25 1.41.75MPa 147pp解答解答2021-6-2128 e=n-C=14-1

20、.0-0.3=12.7mm 0.9s =0.92450.85=187.43MPa 由由 ，故水壓試驗強度滿足要求，故水壓試驗強度滿足要求！TieTe()1.75 (2000 12.7)138.67MPa22 12.7P DTs0.9 第第4章章 外壓圓筒及封頭設(shè)計外壓圓筒及封頭設(shè)計l1. 外壓容器的失穩(wěn)外壓容器的失穩(wěn)l外壓容器：外壓容器：殼體外部壓力大于殼體內(nèi)部壓力的容器。殼體外部壓力大于殼體內(nèi)部壓力的容器。l應(yīng)力特點：應(yīng)力特點：容器受到外壓作用后，在筒壁內(nèi)將產(chǎn)生經(jīng)向和環(huán)容器受到外壓作用后，在筒壁內(nèi)將產(chǎn)生經(jīng)向和環(huán)向壓縮應(yīng)力，按照薄膜應(yīng)力理論來求解向壓縮應(yīng)力，按照薄膜應(yīng)力理論來求解；l失效類型：

21、失效類型：強度破壞很少強度破壞很少，多數(shù)，多數(shù)外壓圓筒外壓圓筒在在筒壁內(nèi)的壓縮應(yīng)筒壁內(nèi)的壓縮應(yīng)力遠低于材料的屈服點時，筒壁就被突然壓癟或發(fā)生褶縐。力遠低于材料的屈服點時，筒壁就被突然壓癟或發(fā)生褶縐。l彈性失穩(wěn)：彈性失穩(wěn)：外壓作用下突然失去原來形狀，應(yīng)力也由失穩(wěn)前外壓作用下突然失去原來形狀，應(yīng)力也由失穩(wěn)前的壓縮應(yīng)力為主變成以彎曲應(yīng)力為主的復(fù)雜的附加應(yīng)力。的壓縮應(yīng)力為主變成以彎曲應(yīng)力為主的復(fù)雜的附加應(yīng)力。l2. 容器失穩(wěn)型式的分類容器失穩(wěn)型式的分類l側(cè)向失穩(wěn)、軸向失穩(wěn)、局部失穩(wěn)側(cè)向失穩(wěn)、軸向失穩(wěn)、局部失穩(wěn) 第第4章章 外壓圓筒及封頭設(shè)計外壓圓筒及封頭設(shè)計l3. 臨界壓力臨界壓力l定義：定義：導(dǎo)致筒

22、體失穩(wěn)的壓力稱為該筒體的臨界壓力，導(dǎo)致筒體失穩(wěn)的壓力稱為該筒體的臨界壓力，pcr l影響臨界壓力的因素影響臨界壓力的因素l筒體幾何尺寸筒體幾何尺寸：L（計算長度）、（計算長度）、/D、L/Dl筒體的材料筒體的材料：E、l筒體橢圓度和材料不均勻筒體橢圓度和材料不均勻l4. 外壓圓筒的分類外壓圓筒的分類l長圓筒：長圓筒：pcrcr僅與僅與e/D0有關(guān)，而與有關(guān)，而與L/D0無關(guān)；失穩(wěn)波數(shù)為無關(guān)；失穩(wěn)波數(shù)為2 2 l短圓筒短圓筒： pcrcr與與e/D0 、 L/D0也有關(guān)，失穩(wěn)波數(shù)也有關(guān)，失穩(wěn)波數(shù)n2 l剛性圓筒：剛性圓筒：圓筒的圓筒的L/D0較小，而較小，而e/D0較大，故剛性較好較大，故剛性較

23、好l注注長圓筒或短圓筒，要同時進行強度計算和穩(wěn)定性校驗，長圓筒或短圓筒，要同時進行強度計算和穩(wěn)定性校驗，后者更重要。后者更重要。 第第4章章 外壓圓筒及封頭設(shè)計外壓圓筒及封頭設(shè)計l5. 臨界壓力計算公式臨界壓力計算公式l鋼制長圓筒鋼制長圓筒l鋼制短圓筒鋼制短圓筒l剛性圓筒剛性圓筒l臨界長度臨界長度l長、短圓筒臨界長度長、短圓筒臨界長度l短、剛性圓筒臨界長度短、剛性圓筒臨界長度3tecr02.2pED2.5e0tcr02.59DpELDiete 2p D 壓tecrt0e1.3D EL壓0cr0e1.17DLD第第4章章 外壓圓筒及封頭設(shè)計外壓圓筒及封頭設(shè)計l6. 外壓圓筒的工程設(shè)計外壓圓筒的工

24、程設(shè)計l設(shè)計準(zhǔn)則設(shè)計準(zhǔn)則l許用壓力許用壓力 l根據(jù)根據(jù)GBl501998鋼制壓力容器鋼制壓力容器的規(guī)定，對圓筒、錐殼取的規(guī)定，對圓筒、錐殼取m=3.0，球殼、橢圓形和碟形封頭取，球殼、橢圓形和碟形封頭取m=15。 l設(shè)計準(zhǔn)則：設(shè)計準(zhǔn)則：使設(shè)計壓力使設(shè)計壓力pp，并接近，并接近pcr ppm第第4章章 外壓圓筒及封頭設(shè)計外壓圓筒及封頭設(shè)計l7. 外壓圓筒壁厚設(shè)計的圖算法外壓圓筒壁厚設(shè)計的圖算法第第4章章 外壓圓筒及封頭設(shè)計外壓圓筒及封頭設(shè)計l圖算法具體步驟圖算法具體步驟（以薄壁以薄壁D D0 0/S/Se e2020為例為例）l 假設(shè)假設(shè)n，令，令e= n -C，而后定出比值，而后定出比值L/D

25、0和和D0/ e ；l 由由L/D0和和D0/ e查取系數(shù)查取系數(shù)Al若若L/D0 50，用，用L/D0 =50查圖，若查圖，若L/D0 0.05，用，用L/D0 =0.05查圖；查圖；l 根據(jù)所用材料選用合適的根據(jù)所用材料選用合適的A-B圖由圖由A查取查取Bl 計算許用外壓力計算許用外壓力p：l (MPa)l若若A值落在設(shè)計溫度下材料線的左方，說明肯定處于彈性失穩(wěn)值落在設(shè)計溫度下材料線的左方，說明肯定處于彈性失穩(wěn)狀態(tài)，則用下式計算許用外壓力狀態(tài)，則用下式計算許用外壓力p：l (MPa)l 比較比較p與與p，若，若pp，則需重新假設(shè)，則需重新假設(shè)e ，重復(fù)上述步驟直，重復(fù)上述步驟直至至p大于且

26、接近于大于且接近于p為止。為止。0 /eBpD0et2 3AEp第第5章章 壓力容器零部件壓力容器零部件 l1. 法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)與密封原理法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)與密封原理l法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)：聯(lián)接件：聯(lián)接件( (螺栓、螺母螺栓、螺母) )、被聯(lián)接件、被聯(lián)接件( (法蘭法蘭) )、密、密封元件封元件( (墊片墊片) ) l密封口泄漏途徑：密封口泄漏途徑：一是墊片滲漏，二是壓緊面泄漏。一是墊片滲漏，二是壓緊面泄漏。 l法蘭密封的原理法蘭密封的原理 l預(yù)緊密封比壓預(yù)緊密封比壓：形成初始密封條件時加在墊片上的最小壓緊應(yīng)力：形成初始密封條件時加在墊片上的最小壓緊應(yīng)力l工作密封比壓工作密封比壓：發(fā)生臨界泄漏時作

27、用在墊片上的剩余壓緊應(yīng)力發(fā)生臨界泄漏時作用在墊片上的剩余壓緊應(yīng)力 第第5章章 壓力容器零部件壓力容器零部件 l2. 法蘭的結(jié)構(gòu)與分類法蘭的結(jié)構(gòu)與分類l按法蘭接觸面分類：按法蘭接觸面分類：寬面法蘭、窄面法蘭寬面法蘭、窄面法蘭l按法蘭與設(shè)備或管道的聯(lián)接方式分類按法蘭與設(shè)備或管道的聯(lián)接方式分類l整體法蘭整體法蘭：平焊法蘭平焊法蘭、對焊法蘭對焊法蘭l活套法蘭活套法蘭l螺紋法蘭螺紋法蘭 第第5章章 壓力容器零部件壓力容器零部件 l3. 法蘭密封的影響因素法蘭密封的影響因素l螺栓預(yù)緊力螺栓預(yù)緊力l壓緊面壓緊面(密封面密封面) ：平面型、凹凸型、榫槽型、平面型、凹凸型、榫槽型、 錐形、錐形、 梯形槽梯形槽l

28、墊片性能墊片性能：墊片材料和結(jié)構(gòu)墊片材料和結(jié)構(gòu)l法蘭剛度法蘭剛度l操作條件操作條件：操作壓力、操作溫度操作壓力、操作溫度l4. 法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用 l4.1 法蘭標(biāo)準(zhǔn)法蘭標(biāo)準(zhǔn)：壓力容器法蘭、管法蘭：壓力容器法蘭、管法蘭l壓力容器平焊法蘭壓力容器平焊法蘭：甲型甲型(JB/T4701-2000)、乙型、乙型(JB/T4702-2000) l壓力容器法蘭的尺寸：壓力容器法蘭的尺寸：法蘭公稱直徑法蘭公稱直徑DN：與法蘭相配的筒體或封頭的公稱直徑與法蘭相配的筒體或封頭的公稱直徑 公稱壓力公稱壓力PN：在規(guī)定設(shè)計條件下，在確定法蘭結(jié)構(gòu)尺寸時所采用的設(shè)計壓在規(guī)定設(shè)計條件下，在確定法蘭結(jié)構(gòu)尺寸時所采

29、用的設(shè)計壓力。力。0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0和和6.4MPa第第5章章 壓力容器零部件壓力容器零部件 l4. 法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用l4.1 法蘭標(biāo)準(zhǔn)法蘭標(biāo)準(zhǔn)：壓力容器法蘭、管法蘭：壓力容器法蘭、管法蘭l確定法蘭尺寸的計算基礎(chǔ)與最高許用工作壓力確定法蘭尺寸的計算基礎(chǔ)與最高許用工作壓力：設(shè)計溫度是設(shè)計溫度是200、規(guī)定法蘭材料是規(guī)定法蘭材料是16MnR或或16Mn鍛件鍛件;pwl4.2 壓力容器法蘭的選用步驟壓力容器法蘭的選用步驟l 根據(jù)容器的根據(jù)容器的Di（DN）和設(shè)計壓力為）和設(shè)計壓力為p，參照教材，參照教材P157表表6-2確定確定法蘭的結(jié)構(gòu)類型；法蘭的結(jié)構(gòu)類型

30、；l 根據(jù)選定的法蘭類型和容器的設(shè)計壓力、設(shè)計溫度以及法蘭材根據(jù)選定的法蘭類型和容器的設(shè)計壓力、設(shè)計溫度以及法蘭材料，用表料，用表6-4確定法蘭的公稱壓力。然后將所確定的公稱壓力和公確定法蘭的公稱壓力。然后將所確定的公稱壓力和公稱直徑用表稱直徑用表6-2復(fù)核一下該復(fù)核一下該PN與與DN是否在所選定的法蘭類型包容是否在所選定的法蘭類型包容的范圍之內(nèi)。的范圍之內(nèi)。l 根據(jù)所確定的根據(jù)所確定的PN與與DN從相應(yīng)的尺寸表中選定法蘭各部分的尺從相應(yīng)的尺寸表中選定法蘭各部分的尺寸寸。第第5章章 壓力容器零部件壓力容器零部件 l【法蘭選用舉例法蘭選用舉例】為一臺精餾塔塔節(jié)選配法蘭。該塔內(nèi)徑為一臺精餾塔塔節(jié)選

31、配法蘭。該塔內(nèi)徑Di=1000mm，n=4mm，操作溫度，操作溫度280，設(shè)計壓力，設(shè)計壓力p=0.2MPa，法蘭材料可用法蘭材料可用20R，也可用，也可用16MnR，試分別確定使用這兩種材料，試分別確定使用這兩種材料時法蘭的類型和尺寸。時法蘭的類型和尺寸。l 確定法蘭類型確定法蘭類型 根據(jù)根據(jù)DN=1000mm，p=0.2MPa，按表，按表6-2可知應(yīng)可知應(yīng)選用甲型平焊法蘭。選用甲型平焊法蘭。l 確定法蘭的公稱壓力：確定法蘭的公稱壓力：根據(jù)根據(jù)p=0.2MPa，t=280，查表，查表12-3l法蘭材料用法蘭材料用20R，當(dāng)取，當(dāng)取PN0.25MPa時，時，300的的p=0.15MPa，滿，滿

32、足不了足不了p=0.2MPa的需要，所以法蘭的的需要，所以法蘭的PN應(yīng)提高一個等級，確定法蘭應(yīng)提高一個等級，確定法蘭的公稱壓力的公稱壓力PN0.6MPa，300的的p=0.36MPa，可以滿足要求。，可以滿足要求。l法蘭材料用法蘭材料用16MnR，PN=0.25MPa時，時，300的的p=0.21MPa，能滿，能滿足足p=0.2MPa的需要，所以法蘭材料選用的需要，所以法蘭材料選用16MnR時，法蘭的公稱壓力時，法蘭的公稱壓力為為PN=0.6MPa。l 確定法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸確定法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸l根據(jù)根據(jù)DN1000mm，PN0.6MPa和和PN0.25MPa查相應(yīng)表確定材查相應(yīng)表確定材料為料為20

33、R和和16MnR時法蘭各部分的尺寸。時法蘭各部分的尺寸。第第5章章 壓力容器零部件壓力容器零部件 l5.5.容器支座容器支座l5.1 臥式容器支座：臥式容器支座：鞍座、圈座和支腿鞍座、圈座和支腿 l5.2 臥式容器載荷分析臥式容器載荷分析l 壓力壓力l 儲罐重量儲罐重量l 物料重量量；物料重量量；l 其他載荷雪、風(fēng)、地震等其他載荷雪、風(fēng)、地震等l力學(xué)模型力學(xué)模型 第第5章章 壓力容器零部件壓力容器零部件 l6.6.開孔補強開孔補強l6.1 開孔應(yīng)力集中現(xiàn)象及其原因開孔應(yīng)力集中現(xiàn)象及其原因l應(yīng)力集中：應(yīng)力集中：容器開孔之后孔邊附近的局部區(qū)域應(yīng)力增長的現(xiàn)象容器開孔之后孔邊附近的局部區(qū)域應(yīng)力增長的現(xiàn)

34、象l產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：開孔接管處需要變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生了附加內(nèi)力開孔接管處需要變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生了附加內(nèi)力l6.2 補強設(shè)計原則補強設(shè)計原則l等面積補強法的設(shè)計原則等面積補強法的設(shè)計原則l應(yīng)力分析補強原則應(yīng)力分析補強原則l6.4 補強結(jié)構(gòu)：補強結(jié)構(gòu)：補強板搭接補強板搭接、加強元件補強加強元件補強、整體補強整體補強l6.5 等面積補強的設(shè)計方法等面積補強的設(shè)計方法l使補強的金屬量等于或大于開孔所削弱的金屬量。補強金屬在通使補強的金屬量等于或大于開孔所削弱的金屬量。補強金屬在通過開孔中心線的縱截面上的正投影面積，必須等于或大于殼體由過開孔中心線的縱截面上的正投影面積，必須等于或大于殼體由于開孔而在縱截面上所

35、削弱的正投影面積于開孔而在縱截面上所削弱的正投影面積 第第6章章 塔器設(shè)備設(shè)計塔器設(shè)備設(shè)計l1. 塔設(shè)備的分類及結(jié)構(gòu)塔設(shè)備的分類及結(jié)構(gòu) 第第6章章 塔器設(shè)備設(shè)計塔器設(shè)備設(shè)計l2. 塔體壁厚的計算塔體壁厚的計算l2.1 按設(shè)計壓力計算塔體及封頭壁厚按設(shè)計壓力計算塔體及封頭壁厚l2.2 塔體承受的各種載荷的計算塔體承受的各種載荷的計算l計算模型：計算模型：底部固定支撐的懸臂梁底部固定支撐的懸臂梁l 塔設(shè)備重量載荷塔設(shè)備重量載荷l塔設(shè)備的操作質(zhì)量（塔設(shè)備的操作質(zhì)量（KgKg）：）：lm0= m01+m02+m03+m04+m05+ma+mel設(shè)備最大質(zhì)量（設(shè)備最大質(zhì)量（KgKg） （水壓試驗時的質(zhì)量

36、）：（水壓試驗時的質(zhì)量）：lmmax=m01+m02+m03+m04+mw+ma+mel設(shè)備最小質(zhì)量（設(shè)備最小質(zhì)量（KgKg）（吊裝時的質(zhì)量，要考慮吊裝時的實際質(zhì)量）（吊裝時的質(zhì)量，要考慮吊裝時的實際質(zhì)量包含的內(nèi)容）：包含的內(nèi)容）：lmmin=m01+0.2m02+m03+m04+ma+mel地震載荷地震載荷l風(fēng)載荷計算風(fēng)載荷計算l偏心載荷計算偏心載荷計算 第第6章章 塔器設(shè)備設(shè)計塔器設(shè)備設(shè)計l2. 塔體壁厚的計算塔體壁厚的計算l2.3 塔體軸向應(yīng)力校核塔體軸向應(yīng)力校核l軸向應(yīng)力來源軸向應(yīng)力來源 設(shè)計壓力在塔體中引起的軸向應(yīng)力：設(shè)計壓力在塔體中引起的軸向應(yīng)力： （MPa） 重量載荷在塔體中引起

37、的軸向應(yīng)力：重量載荷在塔體中引起的軸向應(yīng)力： （MPa） 彎矩在塔體中引起的軸向應(yīng)力：彎矩在塔體中引起的軸向應(yīng)力： （MPa）l壓應(yīng)力校核：壓應(yīng)力校核：內(nèi)壓塔設(shè)備危險工況為內(nèi)壓塔設(shè)備危險工況為停車工況停車工況 外壓塔設(shè)備危險工況為外壓塔設(shè)備危險工況為操作工況操作工況 ti-imaxcrmin KBK，i - i3i - i2maxi - i3i - i21maxi1ei4pDi-i2ieim gDi-imax32iei4MD第第6章章 塔器設(shè)備設(shè)計塔器設(shè)備設(shè)計l2. 塔體壁厚的計算塔體壁厚的計算l2.3 塔體軸向應(yīng)力校核塔體軸向應(yīng)力校核l塔體拉應(yīng)力驗算塔體拉應(yīng)力驗算內(nèi)壓塔設(shè)備危險工況為操作工況

38、，即內(nèi)壓塔設(shè)備危險工況為操作工況，即外壓塔設(shè)備危險工況為非操作工況，即外壓塔設(shè)備危險工況為非操作工況，即l2.4 塔設(shè)備水壓試驗時的應(yīng)力驗算塔設(shè)備水壓試驗時的應(yīng)力驗算l試驗壓力、重力、彎矩等引起的應(yīng)力進行組合試驗壓力、重力、彎矩等引起的應(yīng)力進行組合l3. 裙座設(shè)計裙座設(shè)計l裙座的結(jié)構(gòu)：裙座的結(jié)構(gòu)：圓筒形、圓椎形圓筒形、圓椎形l座體設(shè)計座體設(shè)計l筒體壁厚筒體壁厚l基礎(chǔ)環(huán)厚度基礎(chǔ)環(huán)厚度l地腳螺栓個數(shù)地腳螺栓個數(shù)l連接焊縫連接焊縫 i - i3i - i21max-i - i2i - i3max-第第7章章 換熱設(shè)備設(shè)計換熱設(shè)備設(shè)計 l換熱設(shè)備的分類換熱設(shè)備的分類l按材料分類按材料分類l金屬材料換熱

39、器：金屬材料換熱器：碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼和有色金屬碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼和有色金屬l非金屬材料換熱器：非金屬材料換熱器：石墨、聚四氟乙烯、玻璃鋼、陶瓷石墨、聚四氟乙烯、玻璃鋼、陶瓷 l按傳熱方式分類按傳熱方式分類l混合式換熱器混合式換熱器：涼水塔、洗滌塔、氣液混合式冷凝器涼水塔、洗滌塔、氣液混合式冷凝器 l蓄熱式換熱器：蓄熱式換熱器：一般設(shè)有由耐火磚構(gòu)成的蓄熱室一般設(shè)有由耐火磚構(gòu)成的蓄熱室l間接式換熱器：間接式換熱器：管殼式換熱器、套管式換熱器、板式換熱管殼式換熱器、套管式換熱器、板式換熱器、水浸式冷凝冷卻器器、水浸式冷凝冷卻器l按功能分類按功能分類l加熱器、冷卻器、冷凝器和重沸器加熱器

40、、冷卻器、冷凝器和重沸器 第第7章章 換熱設(shè)備設(shè)計換熱設(shè)備設(shè)計 l1.1.管殼式換熱器的類型管殼式換熱器的類型l固定管板式固定管板式、浮頭式、浮頭式、填料填料函式函式 、U U形管式、形管式、釜式重沸器釜式重沸器 第第7章章 換熱設(shè)備設(shè)計換熱設(shè)備設(shè)計 l1.1.管殼式換熱器的類型管殼式換熱器的類型l固定管板式固定管板式、浮頭式、浮頭式、填料填料函式函式 、U U形管式、形管式、釜式重沸器釜式重沸器 第第7章章 換熱設(shè)備設(shè)計換熱設(shè)備設(shè)計 l1.1.管殼式換熱器的類型管殼式換熱器的類型l固定管板式固定管板式、浮頭式、浮頭式、填料填料函式函式 、U U形管式、形管式、釜式重沸器釜式重沸器 第第7章章

41、 換熱設(shè)備設(shè)計換熱設(shè)備設(shè)計 l2.2.管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點l(1)(1)管子與管板管子與管板l管子排列正三角形、旋轉(zhuǎn)正三角形、正方形、正方形旋轉(zhuǎn)管子排列正三角形、旋轉(zhuǎn)正三角形、正方形、正方形旋轉(zhuǎn)4545 第第7章章 換熱設(shè)備設(shè)計換熱設(shè)備設(shè)計強度脹強度脹強度焊強度焊脹焊并用脹焊并用a.強度脹強度脹 保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的脹接。保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的脹接。l2.2.管板與管子的連接管板與管子的連接主要有強度脹主要有強度脹+密封焊、強度焊密封焊、強度焊+貼脹、強度焊貼脹、強度焊+強度脹等。強度脹等。b.強度焊強度焊焊接滿足抗拉脫強度

42、與密封性能。焊接滿足抗拉脫強度與密封性能。c.脹焊并用脹焊并用第第7章章 換熱設(shè)備設(shè)計換熱設(shè)備設(shè)計強度脹強度脹強度焊強度焊脹焊并用脹焊并用a.強度脹強度脹 保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的脹接。保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的脹接。l2.2.管板與管子的連接管板與管子的連接主要有強度脹主要有強度脹+密封焊、強度焊密封焊、強度焊+貼脹、強度焊貼脹、強度焊+強度脹等。強度脹等。b.強度焊強度焊焊接滿足抗拉脫強度與密封性能。焊接滿足抗拉脫強度與密封性能。c.脹焊并用脹焊并用QKAtml增大傳熱系數(shù)增大傳熱系數(shù)K K、傳熱面積、傳熱面積A A和平均溫度差和平均溫度差tmtm。l

43、1.1.增大換熱面積增大換熱面積l螺紋管、波紋管，或者采用翅片管換熱器、板翅式換熱器以螺紋管、波紋管，或者采用翅片管換熱器、板翅式換熱器以及各種板式換熱器及各種板式換熱器 l2.2.增大平均溫度差增大平均溫度差tml在參加換熱的兩種流體均勻變溫的情況下，采用逆流可得到在參加換熱的兩種流體均勻變溫的情況下，采用逆流可得到較大的較大的tm值。值。l3.3.增大傳熱系數(shù)增大傳熱系數(shù)Kl增加流體的流速或改變流動方向，以增加流體的湍流程度，增加流體的流速或改變流動方向，以增加流體的湍流程度，減小邊界層的厚度，可以提高無相態(tài)變化流體的傳熱系數(shù)減小邊界層的厚度，可以提高無相態(tài)變化流體的傳熱系數(shù)K值。值。l減小污垢層熱阻，可以提高傳熱系數(shù)減小污垢層熱阻