內(nèi)壓薄壁容器的設計計算課件

1、內(nèi)壓薄壁容器的設計計算1一、內(nèi)壓薄壁容器1、容器：容器是制漿造紙生產(chǎn)中所用的各種設備外部殼體的總稱。一般由筒體（殼體）、封頭（端蓋）、法蘭、支座、接口管、人孔、手孔、視鏡等組成。1-端蓋 2-進料管 3-推料螺旋 4-殼體 5-儀表接孔 6-手孔7-備用排氣管 8-傳動鏈條 9-出料管 10支座 11-進汽管 12-軸承22、容器的分類（1）按受力情況：內(nèi)部介質(zhì)的壓力大于外界壓力，稱為內(nèi)壓容器。反之稱為外壓容器。常壓容器：壓力p0.07MPa內(nèi)壓容器：0.07p1.6MPa；低壓容器1.6p10MPa；高壓容器外壓容器3（2）按壁厚分為薄壁容器、厚壁容器按照容器的外徑（Do）和內(nèi)徑（Di）的比

2、值K= Do/ Di薄壁容器：K1.2厚壁容器多用于高溫、高壓條件，制漿造紙應用較多的是薄壁容器。4（3）按照容器的形狀方形或矩形：由平板焊接而成，制造簡單，但承壓能力低，用于小型常壓貯槽。球形：節(jié)省材料，承壓能力強，但制造困難，設備內(nèi)件安裝不方便，一般用作貯罐。圓筒形：主體為圓柱形筒體，加各種形式的封頭（半球形、橢圓形、錐形、碟形、平蓋板）。制造容易，設備內(nèi)件安裝方便，承壓能力強，應用廣泛。5（4）按容器所用的材料金屬材料：低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、復合鋼板、銅、鋁等；非金屬材料：聚氯乙烯、玻璃鋼、陶瓷、石墨、橡膠等；可用作容器的構(gòu)件或襯里等。內(nèi)壓薄壁容器：容器的外徑和內(nèi)徑之比 K1.2的內(nèi)

3、壓容器，稱為內(nèi)壓薄壁容器。內(nèi)壓薄壁容器的設計主要是根據(jù)操作條件和制造工藝來確定筒體的結(jié)構(gòu)和壁厚。對于已有容器可以進行強度校核或最大允許操作壓力的驗算。6二、內(nèi)壓圓筒體的強度計算制漿造紙過程中，圓筒形容器主要有：立式蒸煮鍋、塔式連蒸設備、橫管連蒸設備、烘缸（焊接）、加壓溶氣氣浮的溶氣罐、氧漂白塔。氧漂的通常工藝條件：漿濃：10-14%；反應溫度：90-120；氧壓：0.4Mpa；氧用量：2-3%。7氧漂白塔的結(jié)構(gòu) 中濃氧漂白塔為帶壓的升流式漂白塔，氧漂白塔塔體為圓筒形容器。 升流式氧漂白塔外形1塔體2進漿口3紙漿分散器4卸料器5噴漿管 8氧漂白塔的強度設計計算中濃紙漿氧漂白是在一定壓力下進行的，

4、工藝上一般要求塔頂表壓力在0.4MPa以上，因此氧漂白塔屬于壓力容器。在設計氧漂白塔時，除了工藝設計以外，還要進行強度設計計算，以保證氧漂白塔在運行時具有可靠性和安全性。氧漂白塔的強度設計計算，主要是圓筒體部分的壁厚計算。 9圓筒形容器，半徑為R（直徑為D）徑向應力：周向應力：周向應力是徑向應力的2倍，因此在設計圓筒形容器時注意：（1）徑向（軸向）焊縫的強度應高于環(huán)向焊縫。（2）在筒身上開橢圓形人孔，其短軸應在軸線方向。10強度理論第一強度理論最大拉應力理論：第二強度理論最大拉應變理論：第三強度理論最大剪應力理論：第四強度理論最大形狀改變比能理論：11（一） 運用第一強度理論計算氧漂白塔塔體部

5、分壁厚把氧漂白塔塔體部分看為內(nèi)壓圓筒體。根據(jù)第一強度理論，內(nèi)壓圓筒體的強度條件為：(7-2)式中P設計壓力，MPa S內(nèi)壓圓筒體壁厚，mm D壓力容器的壁厚中間面直徑，mm 容器所用材料的許用應力，MPa，許用應力的數(shù)值，可查有關手冊；考慮到圓筒體焊縫處強度的降低，設計時引入焊縫系數(shù) （1）,則式(7-2)就成為：(7-3) 若以圓筒體內(nèi)徑Di(D=Di+S)表示,則式(7-3)就可改寫為： 12 (7-4)若考慮到介質(zhì)對圓筒的腐蝕作用，以及鋼板厚度的不均勻和制造過程中的損耗等原因，在最后確定所計算的壁厚時,要增加一壁厚附加量C。則按第一強度理論設計計算內(nèi)壓圓筒體的壁厚為： （7-5） 式中D

6、i圓筒體內(nèi)徑，mm Sc考慮了腐蝕裕度時圓筒體設計壁厚，mm 焊縫系數(shù) C壁厚附加量，mm 其他符號意義同式（7-2）。13（二） 運用第四強度理論計算氧漂白塔圓筒體部分壁厚如根據(jù)第四強度理論，圓筒體的強度條件為： （76）把 ， 代入上式，并且也作如運用第一強度理論時一樣的運算，就可得： （77） 比較式（7-5）和式（7-7），分母右邊第一項相差0.3 。也就是說，按式（7-7）計算的圓筒壁厚Sc要小于按式（7-5）計算的Sc。在工程設計中，目前常用式（7-5）進行設計計算，即采用第一強度理論推出的設計公式。 14（三） 設計公式中各參數(shù)的確定1. 設計壓力最大允許工作壓力是指壓力容器在工

7、作過程中可能產(chǎn)生的最高表壓力，由工藝過程的技術指標確定，一般設計壓力P就取略高于最大允許工作壓力。如氧漂白塔使用了安全閥，就取設計壓力為最大工作壓力的1.051.10倍。對一般反應容器，當操作壓力由于化學反應等原因會突然上升時，按其升壓速度的快慢，取最大允許工作壓力的1.151.30倍作為設計壓力。152. 設計溫度溫度在計算公式中沒有直接反應出來，但它對選擇材料及選取許用應力有直接關系。設計溫度一般取壓力容器工作過程中，在相應的設計壓力下容器壁可能達到的最高或最低的溫度，而且只有在20oC以下時，設計溫度才取最低溫度。163. 許用應力在設計溫度下的許用應力值 ，可以根據(jù)不同材料查有關手冊。

8、許用應力是按材料各項強度數(shù)據(jù)分別除以相應的安全系數(shù)，取其中的最小值，即取下式中的最小值： （7-10） 式中 材料抗拉強度，MPa ， 分別為在常溫和設計溫度下的屈服極限，MPa 設計溫度下材料的持久強度極限，MPa 設計溫度下材料的蠕變極限，MPanb、ns、nD、nn安全系數(shù)，可從有關手冊中查到。174. 焊縫系數(shù)設計計算中所取焊縫系數(shù)的大小，主要是根據(jù)壓力容器受壓部分的焊縫位置、焊接接頭和焊縫的無損探傷檢驗要求而定的。185. 厚度附加量C厚度附加量按下式確定： C=C1+C2（7-11） 式中C1鋼板厚度負偏差，mm，可從有關手冊中查到 C2腐蝕裕量，mm，根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性和容器的使用

9、壽命決定。對于碳素鋼和低合金鋼，取C2不小于1mm；對不銹鋼，當介質(zhì)的腐蝕性極微時，取C2=0。 19由內(nèi)壓圓筒體壁厚設計計算公式可以解決三類問題：1、強度校核：對已有容器，已知材料，壁厚，工作時的負荷，可以由以上公式（75）對容器進行強度校核。根據(jù)已知條件求出最大工作應力 ，若 ，則容器工作安全，否則強度不夠。2、壁厚設計計算：已知最大工作載荷（或設計壓力）和材料的許用應力，可以設計壁厚。直接使用公式（75）。3、確定許可載荷：已知壁厚，材料的許用應力，可以確定工作時的最大應力Pmax。由公式（75）計算得到P。20某氧漂塔容積為80m3，內(nèi)徑為2200mm，最大工作壓力為0.9MPa，筒體

10、材料為316不銹鋼， 150下316不銹鋼的許用應力為117MPa，在20環(huán)境溫度下316不銹鋼的許用應力為118MPa，筒體采用雙面焊對接接頭，局部無損檢測，取鋼板負偏差為0.8mm，取腐蝕裕度為2.0mm。試設計筒體壁厚。設計壓力P0.91.1=1.0MPa筒體壁厚： 取整數(shù)，SC14mm21三、內(nèi)壓球形容器的強度計算（蒸球）蒸球為內(nèi)壓薄壁容器，其應力符合拉普拉斯方程式： 球形殼體各點曲率半徑相等，即R1=R2=R，故球殼上各點的徑向應力1與周向應力2也相等，即1 = 2 = 將此關系代入 上式，得 ：按第一強度理論，應滿足：考慮到筒體焊縫處強度的降低，設計時引入焊縫系數(shù)（ 1），故有：上

11、式中D為中間面直徑，改為球體內(nèi)徑Di表示，則有： 上式引入壁厚附加量C，得到球體壁厚計算公式為： 22式中 Sc考慮到腐蝕裕度時容器的壁厚（mm） P設計壓力（或最大工作壓力）（MPa） Di球體內(nèi)徑（mm） 材料的許用應力（MPa） 焊縫系數(shù) C壁厚附加量（mm）根據(jù)以上公式，可求出蒸球的厚度。23例：已知某蒸球用20g鍋爐鋼板焊接制成，其最高工作壓力為7.85105帕，蒸球容積25米3，試求蒸球的厚度。25米3的蒸球內(nèi)徑為3650毫米，20g鍋爐鋼板在175時其許應力=1324105Pa.蒸球采用雙面焊的對接焊縫，且進行局部無損探傷，故取其焊縫系數(shù)為=0.85，將以上數(shù)據(jù)帶入公式得： =7.02+C(mm) 采用硫酸鹽蒸煮，其腐蝕余度取57毫米。為保證蒸球的使用壽命，取C=6毫米，則： Sc=13.02mm, 取整數(shù)，Sc=14mm 故25米3的蒸球壁厚度為14毫米。241、一個25m3蒸球，已知內(nèi)徑為3650mm，壁厚附加量為6mm，焊縫系數(shù)0.9，最大工作壓力為0.8MPa，所用材料許用應力115MPa，水壓試驗壓力為1.1MPa，試設計壁厚及計算水壓試驗產(chǎn)生的最大壓力。 （14mm，139.1MPa）2、已知蒸球內(nèi)徑為365