（中職）化工設(shè)備與機(jī)械模塊三 壓力容器教學(xué)課件

1、正版可修改PPT課件（中職）化工設(shè)備與機(jī)械模塊三 壓力容器教學(xué)課件模塊三 壓力容器主要內(nèi)容項(xiàng)目一 壓力容器結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)項(xiàng)目二 內(nèi)壓薄壁容器項(xiàng)目三 外壓容器項(xiàng)目四 壓力容器附件項(xiàng)目一壓力容器結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)【項(xiàng)目目標(biāo)】知識(shí)目標(biāo)：掌握壓力容器的定義；掌握壓力容器的結(jié)構(gòu)及各部件名稱、作用；掌握壓力容器類(lèi)型；掌握易燃介質(zhì)概念及介質(zhì)毒性程度劃分等級(jí)。技能目標(biāo)：能準(zhǔn)確判斷盛裝不同化學(xué)物品的壓力容器的類(lèi)型，并能靈活運(yùn)用于生產(chǎn)。壓力容器定義 壓力容器大多都是能承受一定壓力且具有一定容積的密閉容器。按照壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程的有關(guān)規(guī)定，若密閉容器同時(shí)具備以下條件即可視為壓力容器。最高工作壓力大于或等于0.1MPa（不含液

2、柱壓力）；內(nèi)直徑（非圓形截面指斷面最大尺寸）大于或等于0.15m，且容積大于或等于0.025m3。介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。 壓力容器的形狀有圓筒形、球形和方形三種。球形容器制造困難，但同樣體積可以節(jié)省鋼材，通常用于容器壓力和直徑比較大的容器；方形容器用幾塊平板焊成，加工簡(jiǎn)單，但承壓能力差，焊接處容易開(kāi)焊，常用于低壓容器；圓筒形容器介于球形和方形容器之間，加工比較簡(jiǎn)單，承壓能力較好，又易于安裝內(nèi)構(gòu)件，所以應(yīng)用廣泛。 一、壓力容器結(jié)構(gòu)圓筒形壓力容器通常由筒體、封頭、法蘭、支座、人（手）孔、接管等構(gòu)成。 人孔補(bǔ)強(qiáng)圈液面計(jì)封頭支座筒體接管管法蘭二、壓力容器類(lèi)型1按承壓性質(zhì)

3、分 內(nèi)壓容器和外壓容器。當(dāng)作用于器壁內(nèi)部的壓力高于容器外表面所承受的壓力，這類(lèi)壓力容器稱為內(nèi)壓容器，反之，稱為外壓容器。內(nèi)壓容器按其所能承受的工作壓力可分四個(gè)等級(jí)低壓：0.1MPaP1.6MPa中壓：1.6MPaP10MPa高壓：10MPaP100MPa超高壓：P100MPa2按結(jié)構(gòu)材料分 按照結(jié)構(gòu)材料劃分，可分為金屬材料和非金屬材料。3按容器的壁厚分按容器厚度可分為薄壁容器 k1.2 k= D0 /Di D0是容器外徑，Di是內(nèi)徑。厚壁容器 k1.2的容器。通常情況下，高壓容器都視為厚壁容器。4按工作溫度分類(lèi) 按照容器工作溫度的高低可分為四個(gè)等級(jí)低溫容器 設(shè)計(jì)溫度-20常溫容器 設(shè)計(jì)溫度-2

4、0200中溫容器 設(shè)計(jì)溫度200450高溫容器 設(shè)計(jì)溫度4505按工藝用途分 反應(yīng)壓力容器 主要用于完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)。如反應(yīng)器、聚合釜、合成塔等。換熱壓力容器 主要用于完成介質(zhì)的熱量交換。如冷凝器、加熱器、蒸發(fā)器等分離壓力容器 主要用于完成介質(zhì)的凈化、分離。如分離器、過(guò)濾器、洗滌器等儲(chǔ)存壓力容器 主要用于完成介質(zhì)的儲(chǔ)存，盛裝氣體、液體、固體的各種儲(chǔ)罐。6按安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程分類(lèi) 中國(guó)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程綜合考慮容器的壓力等級(jí)、容積大小、介質(zhì)的危害程度及在生產(chǎn)中的作用，把壓力容器分為三個(gè)類(lèi)別，有第一類(lèi)壓力容器、第二類(lèi)壓力容器、第三類(lèi)壓力容器。第一類(lèi)壓力容器除第二類(lèi)壓力容器、第三類(lèi)壓力容

5、器外的所有低壓容器。第二類(lèi)壓力容器除第三類(lèi)壓力容器外的所有中壓容器；易燃介質(zhì)或毒性程度為中度危害介質(zhì)的低壓反應(yīng)容器和儲(chǔ)存容器；毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)的低壓容器；低壓管殼式余熱鍋爐；搪玻璃壓力容器。第三類(lèi)壓力容器毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)的中壓容器和p.v0.2MPa.m3的低壓容器，p為設(shè)計(jì)壓力，v為容積；易燃介質(zhì)或毒性程度為中度危害介質(zhì)且p.v0.5MPa.m3的中壓反應(yīng)容器或p.v10MPa.m3的中壓儲(chǔ)存容器；高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；高壓容器。 介質(zhì)毒性程度的分類(lèi)是參照GB5044職業(yè)毒性危害程度分級(jí)的規(guī)定，按介質(zhì)毒性最高允許的濃度值劃分四個(gè)等級(jí)極度危害介質(zhì)(級(jí)) 最高允許濃度

6、0.1mg/m3，如氟、氫氟酸、光氣等介質(zhì)；高度危害介質(zhì)(級(jí)) 允許濃度0.11.0mg/m3，如氟化氫、氯、碳酰氟等介質(zhì)；中度危害介質(zhì)(級(jí)) 允許濃度1.010mg/m3;，二氧化硫、氨、一氧化碳、甲醇等介質(zhì)；輕度危害介質(zhì)(級(jí)） 允許濃度10mg/m3，氫氧化鈉、四氟乙烯、丙酮等介質(zhì)。 易燃介質(zhì)是指與空氣混合的爆炸下限小于10%或爆炸上限和下限之差值大于或等于20%的氣體，如：一甲胺、乙烷、乙烯、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷等?！卷?xiàng)目實(shí)訓(xùn)】某鋼瓶盛有氯氣，壓力在2MPa，溫度-40+60，材料是碳鋼，試說(shuō)明該鋼瓶的類(lèi)型，并簡(jiǎn)要說(shuō)明在儲(chǔ)存、運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。分析：氯氣有強(qiáng)烈的刺激性氣味，黃綠色氣體

7、，能使人窒息，有毒，屬于高度危害介質(zhì)(級(jí))，所以盛裝液氯的鋼瓶，屬于第三類(lèi)壓力容器，中壓、低溫、金屬薄壁儲(chǔ)存容器。儲(chǔ)存、運(yùn)輸時(shí)應(yīng)注意堆放整齊，裝卸要輕取輕放，應(yīng)放于通風(fēng)遮陽(yáng)、不易起火處，應(yīng)隨時(shí)觀察鋼瓶表面是否有腐蝕，瓶嘴是否漏氣?！卷?xiàng)目練習(xí)】1.針對(duì)壓力容器實(shí)物說(shuō)明各部件結(jié)構(gòu)及作用。2.壓力容器按不同的方法有哪些分類(lèi)方法？3.什么是壓力容器？4.什么是易燃介質(zhì)？5.按介質(zhì)毒性最高允許的濃度值劃分哪幾個(gè)等級(jí)？項(xiàng)目二 內(nèi)壓薄壁容器子項(xiàng)目1內(nèi)壓薄壁容器最大應(yīng)力確定【項(xiàng)目目標(biāo)】知識(shí)目標(biāo)：掌握內(nèi)壓圓筒和球殼應(yīng)力計(jì)算公式；掌握邊緣應(yīng)力的概念、特性、產(chǎn)生條件；掌握應(yīng)力公式在生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用。技能目標(biāo)：能解決

8、生產(chǎn)中的壓力容器受力問(wèn)題。一、薄膜應(yīng)力薄壁圓筒容器在工程中采用無(wú)力矩理論來(lái)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，在內(nèi)壓P作用下，筒壁承受軸向應(yīng)力（1）和環(huán)向應(yīng)力（2）作用，由于殼體壁厚較薄，且不考慮殼體與其它連接處的局部應(yīng)力，忽略了彎曲應(yīng)力，這種應(yīng)力稱為薄膜應(yīng)力。1、球形容器的薄膜應(yīng)力 1 2 pD/4 2、圓筒形容器的薄膜應(yīng)力 環(huán)向應(yīng)力2 pD/2 軸向應(yīng)力1 pD/4橢球薄膜應(yīng)力對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形殼體，。a、b分別是橢球的長(zhǎng)軸、短軸半徑。標(biāo)準(zhǔn)橢球殼體頂點(diǎn)處應(yīng)力 1=2= pa/ 標(biāo)準(zhǔn)橢球殼體邊緣處應(yīng)力 邊緣處：1= pa/2 2= -pa/ （負(fù)號(hào)表示力的方向，為壓應(yīng)力） 比較上式可以看出，橢球殼中最大應(yīng)力是pa/

9、。如果筒體中兩端封頭采用橢圓形封頭，取長(zhǎng)軸半徑等于筒體半徑，兩者最大應(yīng)力相同，計(jì)算的厚度也相同，即等厚度連接，這對(duì)加工非常有利，可以減小了邊緣應(yīng)力。所以，橢圓形封頭是圓筒形容器中最常用的封頭?！卷?xiàng)目實(shí)訓(xùn)】某工程用的列管式換熱器，其左封頭為半球形，筒身為圓柱形，右封頭為半橢圓形，其長(zhǎng)短軸a/b=2，圓柱體的平均直徑是D=420mm，筒身與封頭的壁厚均為8mm，殼程壓力是4.5MPa，管程（雙管程）壓力是4.0MPa，試計(jì)算封頭和筒身中的最大應(yīng)力。計(jì)算過(guò)程解：1、球形封頭中的應(yīng)力 1 2 pD/4=4.042048=52.5MPa 2、筒身中的最大應(yīng)力： 環(huán)向應(yīng)力22 1 pD/2=4.5 420

10、/48=118MPa 3、橢球封頭中的最大應(yīng)力： 頂點(diǎn)處： 1 2 pa/=4.0 210/8=105 MPa 邊緣處： 1 pa/2=4.0 210/ 2 8=105 MPa 2 pa/2（2-a2/b2)=4.0 210/ 2 8(2-4)= -105 MPa結(jié)論 0，代表殼體內(nèi)產(chǎn)生的力為壓應(yīng)力； 0，代表殼體內(nèi)產(chǎn)生的力為拉應(yīng)力。在本題中，橢球的頂點(diǎn)和邊緣都是105MP，但是力的方向不同，一個(gè)拉應(yīng)力，一個(gè)壓應(yīng)力。 二、邊緣應(yīng)力1、邊緣應(yīng)力產(chǎn)生薄膜應(yīng)力的計(jì)算都是假設(shè)在遠(yuǎn)離端蓋的位置上，此時(shí)，即認(rèn)為在內(nèi)壓作用下殼體截面產(chǎn)生的應(yīng)力是均勻連續(xù)的。但在實(shí)際生產(chǎn)中，除了球殼外，圓柱形容器是用圓筒與圓形

11、平板、圓錐、橢圓組合而成，零部件受壓后，各自產(chǎn)生的變形不一致，稱為變形不連續(xù)，該類(lèi)殼體的連接邊緣處必然存在應(yīng)力的不連續(xù)性。另外，殼體材料的變化、厚度的變化、局部承受載荷等都會(huì)引起殼體應(yīng)力的不連續(xù)性。圓筒形容器的厚度與平板形封頭厚度不相等，且平板形封頭厚度大，剛性亦大，在內(nèi)壓作用下沿半徑方向的變形很小；圓筒較薄，半徑方向變形較大，而二者剛性連接的，所以，在連接處圓筒的變形就受到平封頭的約束而不能自由膨脹。圖中Q0表示邊緣剪力，M0表示邊緣力矩，統(tǒng)稱為邊遠(yuǎn)力系，它們是由于圓筒與封頭之間的相互約束而產(chǎn)生的。由邊緣力系引起的應(yīng)力，稱為邊緣應(yīng)力。邊緣應(yīng)力有時(shí)比薄膜應(yīng)力大得多，由于這種現(xiàn)象只發(fā)生在連接邊緣

12、，故稱其為邊緣效應(yīng)或邊緣問(wèn)題。筒身平板端蓋自由變形位置連接后的變形位置2、邊緣應(yīng)力產(chǎn)生條件邊緣應(yīng)力是殼體連接的兩部分受力后變形不同，產(chǎn)生相互約束。因此當(dāng)組合殼體存在此條件，即使不在連接邊緣部位，仍然會(huì)產(chǎn)生邊緣應(yīng)力。這些常見(jiàn)的連接邊緣部位有殼體與封頭的連接處，兩部分母線有突變；直徑和材料相同，但厚度不同的兩圓筒的連接處，由于厚度不同，剛度不同，變形也不同；同直徑、同厚度但材料性能不同的兩圓筒的連接處，因?yàn)椴牧闲阅懿煌?，變形不同；殼體上有集中載荷，因?yàn)橛芯植枯d荷，導(dǎo)致變形有約束；圓筒上有法蘭、管板、支座等部位，因?yàn)榉ㄌm、管板、支座導(dǎo)致殼體局部有約束?？梢?jiàn)，邊緣應(yīng)力是因?yàn)閹缀涡螤畈煌?，或材料的物理?/p>

13、能不同，或載荷不連續(xù)等原因而使邊界處的變形受到約束而產(chǎn)生的局部應(yīng)力。這種局部應(yīng)力往往成為容器破裂的起源。邊緣應(yīng)力特性局限性：不同形狀的組合殼體，在邊緣處產(chǎn)生的邊緣應(yīng)力大小不同，但它們有明顯衰減的特性，影響范圍很小，應(yīng)力只存在于連接處附近的區(qū)域，離開(kāi)連接邊緣稍遠(yuǎn)一些，邊緣應(yīng)力就沿著圓筒的軸線呈波形曲線迅速衰減至零。 自限性。邊緣應(yīng)力是由于變形不協(xié)調(diào)而引起的局部應(yīng)力，一旦連接處材料產(chǎn)生塑性變形，這種彈性約束就會(huì)開(kāi)始緩解，使變形趨于協(xié)調(diào)，邊緣應(yīng)力自行得到限制，因而在高應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)所謂的“塑性鉸”，它可使載荷部分地卸給鄰近的彈性區(qū)，使之分擔(dān)部分載荷，故整個(gè)容器并不會(huì)因此在邊緣區(qū)發(fā)生破裂。 3.邊緣應(yīng)力的

14、影響及處理塑性較好的低碳鋼或奧氏體不銹鋼以及有色金屬（如銅、鋁）制作的容器，塑性較好，一般不對(duì)邊緣應(yīng)力特殊考慮，容器厚度按設(shè)計(jì)計(jì)算公式確定即可，在結(jié)構(gòu)上需作某些處理，如對(duì)焊縫采取焊后熱處理，以減小熱應(yīng)力；結(jié)構(gòu)上要盡量合理，如采取等厚度連接，折邊要圓滑過(guò)渡，焊縫要盡量離開(kāi)連接邊緣，要正確使用加強(qiáng)圈等。在下列情況下應(yīng)考慮邊緣應(yīng)力 塑性較差的高強(qiáng)度鋼制壓力容器； 低溫下操作的鐵素體制的重要壓力容器； 受疲勞載荷作用的壓力容器； 受核輻射作用的壓力容器。 這些壓力容器，若不注意控制邊緣應(yīng)力，在邊緣高應(yīng)力區(qū)有可能導(dǎo)致脆性破壞或疲勞。因此必須正確計(jì)算邊緣應(yīng)力并按JB4732-1995鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)進(jìn)

15、行設(shè)計(jì)?！卷?xiàng)目練習(xí)】寫(xiě)出內(nèi)壓薄壁筒體中最大應(yīng)力公式。 寫(xiě)出內(nèi)壓薄壁球殼中最大應(yīng)力公式。比較圓筒形容器與球殼的受力特點(diǎn)。4.什么是邊緣應(yīng)力？產(chǎn)生條件是什么？邊緣應(yīng)力有何特點(diǎn)？5.在哪些情況下應(yīng)考慮邊緣應(yīng)力的影響？子項(xiàng)目2內(nèi)壓薄壁容器壁厚確定【項(xiàng)目目標(biāo)】知識(shí)目標(biāo)：掌握內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)依據(jù)；掌握?qǐng)A筒和球殼厚度計(jì)算公式；掌握內(nèi)壓圓筒封頭的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合；掌握橢圓形封頭厚度計(jì)算公式。技能目標(biāo)：能校核壓力容器的強(qiáng)度。一、內(nèi)壓圓筒及球殼厚度確定1.圓筒計(jì)算厚度確定第一強(qiáng)度理論（最大主應(yīng)力理論）筒體上的最大應(yīng)力小于或等于材料的許用應(yīng)力，才能保證安全可靠。 maxt圓筒厚度計(jì)算公式的推導(dǎo)過(guò)程圓筒環(huán)向應(yīng)力

16、是器壁最大應(yīng)力max 2pD/2式中 p設(shè)計(jì)壓力 ，mm ； D-圓筒中徑，mm Di-圓筒內(nèi)徑,，mm 圓筒的計(jì)算厚度，mm t-設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力，MPa 即 pD/2 t 考慮因素 圓筒除了無(wú)縫鋼管外，一般由鋼板卷焊而成。焊縫內(nèi)可能由于有夾渣、氣孔、未焊透、裂紋以及焊縫兩側(cè)過(guò)熱區(qū)的影響，造成焊縫本身或焊縫兩側(cè)的強(qiáng)度比圓筒鋼板本體的強(qiáng)度為弱，所以要將鋼材的許用應(yīng)力打個(gè)折扣，即乘以焊縫系數(shù)，變?yōu)閠，1，所以設(shè)計(jì)公式成為 pD/2 t化簡(jiǎn)公式：因工藝條件以圓筒的內(nèi)徑為決定尺寸，所以把上式中的中徑換算為內(nèi)徑i的形式，可得 D=Di+故設(shè)計(jì)公式進(jìn)一步成為 p(Di+)/2 t 根據(jù)GB1

17、50-1998的規(guī)定，確定筒體厚度的壓力為計(jì)算壓力，故計(jì)算壁厚 =pc Di/(2t - pc ）2、球體的強(qiáng)度計(jì)算公式=pc Di/(4t - pc ) 公式中字母的意義同前 圓筒和球體厚度公式比較在相同內(nèi)壓和直徑的情況下，球形容器的壁厚是圓筒形的一半，因此球形容器消耗的材料少。例如一個(gè)內(nèi)壓為0.5MPa，容積為5000m3的球形容器，比相同內(nèi)壓和容積的圓筒形容器可節(jié)省鋼材45%，同時(shí)球形占地面積小，因此保溫材料，防腐涂料等用量均少，維護(hù)保養(yǎng)等也比較簡(jiǎn)單。目前石油化工企業(yè)廣泛采用球形容器來(lái)貯存氧氣、石油液化氣、乙烯、液氨、天然氣等。但球形容器制造和安裝比圓筒形容器復(fù)雜，技術(shù)要求比較高，所以目

18、前球形容器主要用容積在50m3以上的中壓貯罐。3、厚度計(jì)算公式各參數(shù)確定設(shè)計(jì)壓力 容器設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮在工作情況下可能達(dá)到的工作壓力和對(duì)應(yīng)的工作溫度兩者組合中的各種工況，并以最苛刻工況下的工作壓力來(lái)確定設(shè)計(jì)壓力。各類(lèi)壓力的含義 設(shè)計(jì)壓力P 指設(shè)定的容器頂部的最高工作壓力，其值不低于工作壓力 。無(wú)安全泄放裝置時(shí)，設(shè)計(jì)壓力取(1.01.1) PW；裝有安全閥時(shí)，設(shè)計(jì)壓力不低于(等于或稍大于)安全閥開(kāi)啟壓力(安全閥開(kāi)啟壓力取1.051.10倍工作壓力)；裝有爆破片時(shí)，設(shè)計(jì)壓力取爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力加制造范圍上限。 工作壓力PW 指容器在正常操作情況下，頂部可能出現(xiàn)的最高壓力。 計(jì)算壓力PC 指在相應(yīng)設(shè)

19、計(jì)溫度下，用以確定容器殼體厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。計(jì)算壓力等于液柱靜壓力加設(shè)計(jì)壓力。當(dāng)容器各部位或元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可忽略不計(jì)。此時(shí)計(jì)算壓力為設(shè)計(jì)壓力。設(shè)計(jì)溫度的確定設(shè)計(jì)溫度系指容器在正常操作情況時(shí)，在相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力下，設(shè)定的受壓元件的金屬溫度。對(duì)于0以上，其值不得低于元件金屬可能達(dá)到的最高金屬溫度。對(duì)于0以下的金屬溫度，則設(shè)計(jì)溫度不得高于元件金屬可能達(dá)到的最低金屬溫度。設(shè)計(jì)溫度應(yīng)是容器內(nèi)物料工作時(shí)的最高溫度或最低溫度。若容器內(nèi)壁與介質(zhì)直接接觸且有外保溫時(shí)，設(shè)計(jì)溫度按下表確定。最高或最低工作溫度tw設(shè)計(jì)溫度t最高或最低工作溫度tw設(shè)計(jì)溫度ttw -20tw-101

20、5 tw 350tw+10-20 tw 15tw-5(但最低為-20）tw 350tw+（515）許用應(yīng)力的確定許用應(yīng)力是容器殼體、封頭等受壓元件的材料許用強(qiáng)度，是用材料的各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)分別除以相應(yīng)的安全系數(shù)而得，并取其中最小值。計(jì)算時(shí)必須合理選用材料的許用應(yīng)力。若選用過(guò)大的許用應(yīng)力，會(huì)使計(jì)算出來(lái)的部件過(guò)于單薄，而強(qiáng)度不足發(fā)生破壞；若采用過(guò)小的許用應(yīng)力，則會(huì)使部件過(guò)分笨重而浪費(fèi)材料。計(jì)算時(shí)查表即可。 焊接接頭系數(shù)的確定由于焊縫可能存在夾渣、氣孔、未焊透、微裂紋等缺陷，致使焊縫本身的強(qiáng)度削弱，同時(shí)在焊縫的熱影響區(qū)還會(huì)產(chǎn)生金相組織的變化，使晶粒長(zhǎng)大，也使該區(qū)的機(jī)械性能有所降低?，F(xiàn)引入焊縫系數(shù)來(lái)表征焊

21、縫對(duì)設(shè)備強(qiáng)度削弱程度。以焊縫強(qiáng)度與母材強(qiáng)度的比值來(lái)表示焊縫系數(shù)。雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接焊縫： 100%無(wú)損探傷 =1.00 局部無(wú)損探傷 =0.85單面焊的對(duì)接焊縫（沿焊縫根部全長(zhǎng)具有緊貼基本金屬墊板） 100%無(wú)損探傷 =0.9 局部無(wú)損探傷 =0.厚度附加量的確定考慮鋼板厚度的負(fù)偏差及生產(chǎn)過(guò)程中介質(zhì)的腐蝕，計(jì)算出的厚度必須增加一個(gè)厚度附加量。厚度附加量包括兩部分。即 1 式中1鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏差，按相應(yīng)鋼板，鋼管的標(biāo)準(zhǔn)選取（見(jiàn)表3-3） 腐蝕裕量。 腐蝕速度容器或設(shè)備的使用年限，mm； 不同介質(zhì)對(duì)金屬材料的腐蝕速度不同。對(duì)碳素鋼和低合金鋼取 不小于1mm，對(duì)不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)的腐

22、蝕性極微時(shí)，取 。參考表3-4。4. 各厚度含義最小厚度 常壓或低壓容器，按照壁厚公式計(jì)算出來(lái)的壁厚很薄，這樣不僅給焊接帶來(lái)了困難，而且因?yàn)楸诒【惋@得剛度不足，容易變形。特別對(duì)于一些大型容器或設(shè)備，壁厚太薄就無(wú)法進(jìn)行吊裝和運(yùn)輸。因此設(shè)計(jì)時(shí)不管按壁厚計(jì)算出來(lái)的數(shù)值有多小，必須取一個(gè)不包括腐蝕裕量的最小壁厚min，以滿足上述要求。 對(duì)碳素鋼和低合金鋼制容器 min不小于3mm，腐蝕裕量另加。 對(duì)高合金鋼制容器，取min不小于2mm，腐蝕裕量另加。容器各厚度相互關(guān)系計(jì)算厚度 由計(jì)算公式得到的厚度。設(shè)計(jì)厚度d 計(jì)算厚度和腐蝕裕量之和, d=+ C2。名義厚度n 設(shè)計(jì)厚度加鋼板負(fù)偏差，圓整后的厚度，（+

23、 C1+ C2）再圓整為整數(shù)。有效厚度e 名義厚度減去腐蝕裕量，n- C，C= C1+ C2 。二、內(nèi)壓容器封頭壁厚確定 結(jié)構(gòu)組成設(shè)計(jì)公式特點(diǎn)適用范圍半球形封頭 半個(gè)球= 在同樣的容積下其表面積最小，在相同的直徑與壓力下，它所需的壁厚最薄，因此可節(jié)省鋼材。 加工困難適用于大直徑的容器 橢圓形封頭 半個(gè)橢球和具有一定高度的圓筒殼體組成（或直邊部分） = 受力好，計(jì)算厚度與筒體相同，可以做到等厚度連接，加工較易。應(yīng)用廣泛碟形封頭 三部分組成，一是以Ri為半徑的球面部分，二是高度為h的直邊部分(圓筒部分)，三是連接兩部分的過(guò)渡區(qū)。 = 封頭在連接處造成突然轉(zhuǎn)折，將會(huì)產(chǎn)生很大的橫推力和邊緣力 很少采用

24、 錐形封頭 折邊錐形封頭，有三部分組成，即錐體部分、圓弧過(guò)渡部分和高度為h的圓筒部分。無(wú)折邊封頭只有錐體部分 c= 受力情況比較差，原因是因?yàn)殄F形封頭與圓筒連接處的轉(zhuǎn)折較為厲害，曲率半徑發(fā)生突變而產(chǎn)生邊緣力的緣故。 常用于粘度大或懸浮性的流體物料，有利于排料， 平蓋 平板，有可拆和不可拆平蓋兩種p = 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。 常用于可拆的人孔蓋、換熱器端蓋等處 【項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)】某化工廠有一反應(yīng)釜，已知釜體內(nèi)徑1400 mm，工作溫度5150，工作壓力1.5 Pa，釜體上裝有安全閥，其開(kāi)啟壓力1.6 MPa。釜體選用材料為0Cr18Ni10Ti，雙面對(duì)接焊，全部無(wú)損檢測(cè)。試確定釜體的厚度。若選用標(biāo)準(zhǔn)橢

25、圓形封頭，試確定釜體封頭厚度。 已知Di =1400 mm，設(shè)計(jì)溫度t=150+20=170，釜體上裝有安全閥，設(shè)計(jì)壓力取1.6MPa，雙面對(duì)接焊全部無(wú)損探傷，=1.00，查許用應(yīng)力表t=134.2 MPa（內(nèi)插法），采用不銹鋼材料， C2=0mm圓筒部分厚度 =8.40mm設(shè)計(jì)厚度確定 比較不銹鋼的最小厚度min不小于2mm，所以取計(jì)算厚度8.40mm，d=+ C2=8.4+0=8.4mm假設(shè)名義厚度在825mm之間，查表C1=0.8mm，d+ C1=8.4+0.8=9.2mm，圓整為整數(shù)取10mm。即釜體的厚度為10mm。 封頭部分厚度=8.37mm假設(shè)名義厚度在825mm之間，查表C1=

26、0.8mm不銹鋼的最小厚度min不小于2mm，所以取計(jì)算厚度8.40mm，d=+ C2=8.37+0=8.37mmd+ C1=8.37+0.8=9.17mm，圓整為整數(shù)取10mm。即釜體封頭的厚度為10mm?！卷?xiàng)目練習(xí)】?jī)?nèi)壓薄壁筒體、球殼厚度計(jì)算公式，比較其特點(diǎn)。 簡(jiǎn)述內(nèi)壓薄壁封頭結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及適用范圍。為了滿足容器剛度要求，對(duì)容器最小厚度有哪些規(guī)定？有一長(zhǎng)期閑置的壓力容器，實(shí)測(cè)壁厚為8mm，內(nèi)徑為1000mm，材料是Q235-A，縱向焊縫為雙面對(duì)接焊，是否做過(guò)無(wú)損探傷不清楚，現(xiàn)要求該容器承受1MPa的內(nèi)壓，工作溫度為160，介質(zhì)無(wú)腐蝕性，并裝有安全閥，試判斷該容器是否能用？子項(xiàng)目3內(nèi)壓薄壁容器

27、壓力試驗(yàn)【項(xiàng)目目標(biāo)】知識(shí)目標(biāo) 掌握壓力容器壓力試驗(yàn)的目的；掌握壓力試驗(yàn)的方法；掌握壓力試驗(yàn)的步驟。技能目標(biāo) 能對(duì)壓力容器進(jìn)行壓力試驗(yàn)；能校核壓力容器強(qiáng)度。一、壓力試驗(yàn)?zāi)康募白饔眯轮圃斓娜萜骰虼髾z修后的容器，在交付使用前都必須進(jìn)行壓力試驗(yàn)。檢驗(yàn)容器在超過(guò)工作壓力條件下密封結(jié)構(gòu)的可靠性、焊縫的致密性以及容器的宏觀強(qiáng)度。同時(shí)觀測(cè)壓力試驗(yàn)后受壓元件的母材及焊接接頭的殘余變形量，還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)材料和制造過(guò)程中存在的缺陷。 二、試驗(yàn)過(guò)程及裝置1.按下圖安裝試驗(yàn)裝置。2.檢查試驗(yàn)裝置可靠性，注意禁錮螺栓，檢查壓力表量程。3. 試驗(yàn)過(guò)程：在容器的頂部先打開(kāi)出氣閥，關(guān)閉排水閥，打開(kāi)進(jìn)水閥；開(kāi)啟水泵，直至試驗(yàn)容器

28、出氣口液體溢出，關(guān)閉出氣閥；壓力緩慢上升至設(shè)計(jì)壓力，確認(rèn)無(wú)泄漏后，繼續(xù)升壓至試驗(yàn)壓力，保壓時(shí)間一般不少于30分鐘。然后將壓力降至規(guī)定試驗(yàn)壓力的80%，并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間（一般不少于30分鐘），對(duì)所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行檢查，試驗(yàn)中，不得帶壓緊固螺栓。如有滲漏，修補(bǔ)后重新試驗(yàn)。液壓試驗(yàn)合格的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)滲漏；無(wú)可見(jiàn)的異常變形；試驗(yàn)中無(wú)異常的響聲。水泵壓力表壓力表閥門(mén)閥門(mén)閥門(mén)進(jìn)水閥出氣閥排水閥水管水槽常用的壓力試驗(yàn)方法有液壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)。一般用液壓試驗(yàn)，因?yàn)槠湮ｋU(xiǎn)性小。屬于以下情況不能做液壓試驗(yàn)，應(yīng)做氣壓試驗(yàn)。容器內(nèi)不允許殘留微量液體；寒冷冬季容器內(nèi)液體結(jié)冰可能脹破容器；液壓試驗(yàn)時(shí)因液體重量超過(guò)基礎(chǔ)

29、承受能力，如高大的塔。三、常用的壓力試驗(yàn)方法四、試驗(yàn)介質(zhì)及要求1.液壓試驗(yàn)介質(zhì)及要求凡在壓力試驗(yàn)時(shí)不會(huì)導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)的液體，在低于其沸點(diǎn)溫度下都可作為液壓試驗(yàn)的介質(zhì)，一般采用水。液壓試驗(yàn)應(yīng)注意問(wèn)題：液壓試驗(yàn)應(yīng)采用清潔水。對(duì)于奧氏體不銹鋼制造的容器，用水進(jìn)行試驗(yàn)后，應(yīng)采取措施將水漬去除干凈，防止氯離子腐蝕。當(dāng)無(wú)法達(dá)到這一要求時(shí)，就應(yīng)當(dāng)控制水的氯離子含量不超過(guò)25mg/L。當(dāng)采用不會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)的其他液體作試驗(yàn)介質(zhì)時(shí)，液體的溫度應(yīng)低于其閃點(diǎn)或沸點(diǎn)。對(duì)于碳鋼或16MnR和正火15MnVR鋼制造的容器,在液壓試驗(yàn)時(shí)溫度不低于5。低合金鋼容器液體溫度不得低于15。由于板厚等因素造成材料脆性轉(zhuǎn)變溫度升高時(shí)，還要

30、相應(yīng)提高試驗(yàn)液體的溫度。其他鋼種的容器液壓試驗(yàn)溫度按圖樣規(guī)定。鐵素體鋼制低溫壓力容器，液體溫度不得低于受壓元件及焊接接頭進(jìn)行夏比（V形缺口）沖擊試驗(yàn)的溫度再加上20。新制造的容器液壓試驗(yàn)后，應(yīng)及時(shí)將試驗(yàn)介質(zhì)排凈，并用壓縮空氣或其他惰性氣體將容器內(nèi)表面吹干，以免腐蝕。2.氣壓試驗(yàn)介質(zhì)氣壓試驗(yàn)時(shí)通常選用干燥潔凈的空氣、氮?dú)饣蚱渌麩o(wú)毒的惰性氣體。若容器內(nèi)殘留易燃?xì)怏w存在，會(huì)導(dǎo)致爆炸，則不得使用空氣作為試驗(yàn)介質(zhì)。氣壓試驗(yàn)有一定危險(xiǎn)性，必須做好防護(hù)措施，在有關(guān)安全部門(mén)監(jiān)督下進(jìn)行。在進(jìn)行氣壓試驗(yàn)前，必須對(duì)容器主要焊縫進(jìn)行100%無(wú)損探傷檢查。五、應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)時(shí)的試驗(yàn)壓力大于設(shè)計(jì)壓力，故試驗(yàn)時(shí)容器壁內(nèi)的

31、應(yīng)力值也必然相應(yīng)增大，因此在對(duì)容器或設(shè)備進(jìn)行壓力試驗(yàn)都要進(jìn)行應(yīng)力校核，滿足要求時(shí)才能進(jìn)行壓力試驗(yàn)的實(shí)際操作。1.試驗(yàn)壓力 試驗(yàn)壓力時(shí)進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)規(guī)定容器應(yīng)達(dá)到的壓力，其值反映在容器頂部的壓力表上。液壓試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)壓力 PT=1.25 氣壓試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)壓力 PT=1.15 在確定試驗(yàn)壓力時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：容器銘牌上規(guī)定有最大允許工作壓力時(shí)，公式中應(yīng)以最大允許工作壓力代替設(shè)計(jì)壓力；容器各元件所用材料不同時(shí)，應(yīng)取各元件材料的/t 比值中最小者。立式容器（如塔器）臥置進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)壓力值應(yīng)為試驗(yàn)壓力加立置時(shí)圓筒所承受的最大液柱靜壓力。容器的試驗(yàn)壓力（液壓時(shí)為立置和臥置兩個(gè)壓力值）應(yīng)標(biāo)在設(shè)計(jì)圖樣上

32、。2.壓力試驗(yàn)前容器的應(yīng)力校核液壓試驗(yàn)時(shí)（無(wú)論容器立置或臥置）圓筒的應(yīng)力應(yīng)滿足的條件 0.9s 式中 T試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 ，MPa PT試驗(yàn)壓力 ，MPa； PL液柱靜壓力 ，MPa； Di -圓筒內(nèi)徑, mm； e圓筒的有效厚度,mm； 焊接接頭系數(shù)； s圓筒材料在常溫下的屈服點(diǎn)，MPa。 氣壓試驗(yàn)時(shí)圓筒的應(yīng)力應(yīng)滿足的條件 0.8s 式中字母含義同前。六、致密性試驗(yàn)致密性試驗(yàn)是為了檢查容器可拆連接部位的密封性。致密性試驗(yàn)包括氣密性試驗(yàn)和煤油滲漏試驗(yàn)兩種方法。1.氣密性試驗(yàn) 對(duì)劇毒介質(zhì)和設(shè)計(jì)要求不允許有微量介質(zhì)泄漏的容器，在壓力試驗(yàn)合格后，還要作氣密性試驗(yàn)。試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.05倍，

33、試驗(yàn)時(shí)壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)壓力后保持10分鐘，然后降到設(shè)計(jì)壓力，對(duì)所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行泄漏檢查。小型容器可浸入水中檢查。如有泄漏，修補(bǔ)后重新進(jìn)行液壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)。已經(jīng)做過(guò)氣壓試驗(yàn)，經(jīng)檢查合格的容器，可免做致密性試驗(yàn)。2.煤油滲漏試驗(yàn)將焊縫能夠檢查的一面清理干凈，涂以白粉漿，晾干后在焊縫的另一面涂以煤油，使表面得到足夠的浸潤(rùn)，經(jīng)半小時(shí)后白粉上沒(méi)有油漬下出現(xiàn)為合格。否則說(shuō)明有滲漏或微裂紋，應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)?！卷?xiàng)目實(shí)例】某化工廠有一立式設(shè)備，罐體直徑2000mm，材料為Q235-A，正常操作時(shí)罐內(nèi)液面高度不超過(guò)2500mm，灌頂至罐底高度3200mm，罐內(nèi)工作溫度為50，液面上方氣體壓力

34、不超過(guò)0.15MPa，液體密度1160kg/m3，隨溫度變化小，罐體實(shí)測(cè)厚度為6mm，試問(wèn)該罐體是否滿足水壓試驗(yàn)要求。已知P=0.15MPa，t=50, =0.85，C2=2mm，Di=2000mm，n =6mm罐體正常工作時(shí)承受的最大液柱靜壓力PL=gH=11609.812.510-6=0.0284 MPa，5%P=0.050.15=0.0075 MPa PL5%P Pc=P+ PL=0.15+0.0284=0.1784 MPa查許用應(yīng)力表，Q235-A在50時(shí)許用應(yīng)力值t =113 MPa 在20時(shí)許用應(yīng)力值t =113 MPa查鋼板負(fù)偏差表，鋼板6mm時(shí)，C1=0.6mm，C1+ C2=

35、2.6mm，e =n- C=3.4mm試驗(yàn)壓力PT=1.25=1.25=0.1875 MPa液柱靜壓力PL=gH1=11609.813.210-6=0.0364 MPa =65.96 MPa查表，Q235-A在20時(shí)屈服點(diǎn)s =235 MPa0.9s=0.90.85235=179.78 MPa65.96 MPa179.78 MPa 故水壓試驗(yàn)時(shí)滿足強(qiáng)度要求?！卷?xiàng)目練習(xí)】1.為什么要對(duì)壓力容器進(jìn)行壓力試驗(yàn)？為什么一般容器的壓力試驗(yàn)都應(yīng)首先考慮液壓試驗(yàn)？在什么情況下才進(jìn)行氣壓試驗(yàn)？2.說(shuō)明水壓試驗(yàn)的大致過(guò)程。3.練習(xí)水壓試驗(yàn)的過(guò)程。項(xiàng)目三 外壓容器子項(xiàng)目1外壓容器穩(wěn)定性試驗(yàn)【項(xiàng)目目標(biāo)】知識(shí)目標(biāo) 掌

36、握外壓容器的穩(wěn)定性概念；掌握臨界壓力概念及影響因素；掌握外壓容器類(lèi)型判別方法技能目標(biāo) 能判別外壓容器的類(lèi)型。一、外壓容器的穩(wěn)定性概念外壓容器壓力低，壁厚薄，大部分容器壁厚能滿足強(qiáng)度要求，但因?yàn)楸诒≈睆酱螅尸F(xiàn)出剛度不足，導(dǎo)致失效。剛性不好的容器在壓應(yīng)力低于屈服極限時(shí)，圓筒突然被壓癟，導(dǎo)致破壞，使筒體失去了原來(lái)的形狀，這種現(xiàn)象類(lèi)似于壓桿失穩(wěn)現(xiàn)象，稱為外壓容器的失穩(wěn)。實(shí)踐證明，失穩(wěn)是外壓容器破壞的主要形式，因此對(duì)外壓容器，在保證其殼體強(qiáng)度的同時(shí)，也保證其殼體的穩(wěn)定性，是外壓容器能夠正常操作的必要條件。二、臨界壓力及影響因素臨界壓力，指容器進(jìn)入失穩(wěn)狀態(tài)時(shí)的壓力，使容器在原平衡狀態(tài)下喪失穩(wěn)定的最小壓力

37、值，常用Pcr表示。影響臨界壓力的因素有： （）圓筒的幾何尺寸。 將四個(gè)直徑相同的鋁箔圓筒（筒內(nèi)抽空）編號(hào)為、號(hào)，其中、號(hào)圓筒長(zhǎng)度相同、壁厚不同；、壁厚相同、長(zhǎng)度不同；、號(hào)壁厚相同、長(zhǎng)度相同，號(hào)圓筒筒身中間有一個(gè)加強(qiáng)圈。觀察圓筒變形順序，記錄變形時(shí)真空度。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表?yè)?jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知 比較、號(hào)實(shí)驗(yàn)，L/D相同時(shí)，/D大者，臨界壓力高； 比較、號(hào)實(shí)驗(yàn)，/D相同時(shí)，L/D小者，臨界壓力高； 比較、號(hào)實(shí)驗(yàn)，L/D、/D相同時(shí)，有加強(qiáng)圈者，臨界壓力高。原因分析： 圓筒失穩(wěn)時(shí)，筒壁變成了波形，筒壁各點(diǎn)的曲率發(fā)生了突變。這說(shuō)明筒壁在環(huán)向受到了彎曲。筒壁的/D越大，筒壁抗彎曲能力越強(qiáng)。所以，/D大者，圓筒的

38、臨界壓力高。這如同一個(gè)又粗又短的懸壁梁能承受較大載荷一樣。封頭的剛性較好，能夠?qū)ν搀w起一定的支承作用，故筒體短，臨界壓力高，但這種支承作用的效果，將隨著圓筒的幾何長(zhǎng)度的增長(zhǎng)而減弱，故圓筒越長(zhǎng)，其臨界壓力也就降低若在圓筒外壁或內(nèi)壁焊上一個(gè)至數(shù)個(gè)加強(qiáng)圈，只要加強(qiáng)圈有足夠大的剛性，它同樣可以對(duì)圓筒起到支承作用，所以當(dāng)兩個(gè)圓筒的L/D、/D相同時(shí)，又加強(qiáng)圈者，臨界壓力高。 在同等條件下圓筒壁厚與直徑之比越大或者剛性支承件（容器或加強(qiáng)圈）之間的間距與直徑之比越小，圓筒抵抗彎曲變形的能力越強(qiáng)，相應(yīng)的圓筒臨界壓力值也就越高，反之亦然。（）材料的性能 圓筒在彈性失穩(wěn)時(shí)的臨界壓力與材料的屈服點(diǎn)沒(méi)有直接關(guān)系，而僅

39、與材料彈性模量值和泊松比的直接影響。值大，材料剛性大，抵抗變形的能力也強(qiáng)，其臨界壓力值增高，但是由于各種鋼材的值相差不大，所以設(shè)計(jì)外壓容器時(shí)不必采用高強(qiáng)度鋼來(lái)代替一般碳鋼， 值對(duì)臨界壓力值有影響，但影響不大，一般情況下 值大的Pcr也大。材料組織的不均勻性，將使圓筒的變形容易，因而臨界壓力值將降低。（）圓筒的不圓度 在制造過(guò)程中，對(duì)圓筒不圓度的允許值必須嚴(yán)加控制。因?yàn)閳A筒形狀的不圓度，也會(huì)影響圓筒抵抗變形的能力，不圓度增大，使臨界壓力值下降。三、外壓圓筒的分類(lèi)長(zhǎng)圓筒 該圓筒剛性最差，最易失穩(wěn)，失穩(wěn)時(shí)呈現(xiàn)兩個(gè)波形。短圓筒 該圓筒剛性較好，失穩(wěn)時(shí)呈現(xiàn)兩個(gè)以上的波形。剛性圓筒 該圓筒剛性最好，破壞時(shí)

40、屬?gòu)?qiáng)度失效。外壓圓筒的臨界壓力計(jì)算1、長(zhǎng)圓筒的臨界壓力可用布瑞斯-勃瑞恩公式計(jì)算 Pcr 把=0.3代入上式，可得鋼制長(zhǎng)圓筒臨界壓力計(jì)算公式為 Pcr 應(yīng)用此兩個(gè)公式應(yīng)符合兩個(gè)條件：（1）c r = PcrD0/2e st （2）圓筒同一斷面上的圓度e應(yīng)符合限制條件。2、短圓筒的臨界壓力，拉姆公式得到了廣泛應(yīng)用。 Pcr應(yīng)用條件同上3、剛性圓筒的臨界壓力：Pmax=2est/Di四、臨界長(zhǎng)度相同直徑和壁厚的情況下，短圓筒的臨界壓力高于長(zhǎng)圓筒的臨界壓力。隨著短圓筒長(zhǎng)度的增加，封頭對(duì)筒壁的支撐作用逐漸減弱，臨界壓力值也隨之降低。當(dāng)短圓筒的長(zhǎng)度增加到某一數(shù)值時(shí)，封頭的支撐作用開(kāi)始完全消失，此時(shí)短圓筒

41、的臨界壓力下降到與長(zhǎng)圓筒的臨界壓力相等。根據(jù)上兩式列等式，得：Lcr=1.17(D0/e)1/2同理，短圓筒和剛性圓筒的臨界壓力相等時(shí)，得出： Lcr=1.3Ee/st(D0/e)1/2 計(jì)算長(zhǎng)度的計(jì)算計(jì)算長(zhǎng)度是指圓筒上相鄰兩個(gè)剛性構(gòu)件之間的距離。（1）圓筒部分沒(méi)有加強(qiáng)圈時(shí)，或沒(méi)有可作為加強(qiáng)的剛性構(gòu)件時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度取圓筒的總長(zhǎng)度（ 包括封頭的直邊高度）加上每個(gè)凸形封頭曲面深度的1/3。（2）有加強(qiáng)圈或有可作為加強(qiáng)的剛性構(gòu)件時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度取相鄰加強(qiáng)圈或剛性構(gòu)件的中心線間的最大距離。計(jì)算長(zhǎng)度圖例臨界長(zhǎng)度的判別臨界長(zhǎng)度 Lcr1.17D0(D0/e)1/2 Lcr1.3Ee/st (D0/e)1/2 （

42、1）當(dāng)圓筒計(jì)算長(zhǎng)度LLcr時(shí)，屬于長(zhǎng)圓筒；（2）當(dāng)圓筒長(zhǎng)度LLcr時(shí)，屬于剛性圓筒；（3）當(dāng)圓筒LcrLLcr時(shí)，屬于短圓筒?！卷?xiàng)目實(shí)例】 已知圖中反應(yīng)釜釜體內(nèi)徑1400 mm，反應(yīng)釜筒體部分長(zhǎng)1600mm，兩端封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭高均為350mm，直邊高度為40mm，夾套外筒的內(nèi)直徑Di=1500mm，夾套上端離筒體與封頭法蘭連接處距離為100mm。反應(yīng)釜裝有安全閥，泄放壓力為p1=0.3MPa；夾套用水蒸汽加熱，蒸汽管線裝有安全閥，泄放壓力為p2=0.4MPa，反應(yīng)釜內(nèi)最低壓力為常壓。試判斷釜體和夾套各屬于內(nèi)壓容器還是外壓容器？如果是外壓容器，試確定其計(jì)算長(zhǎng)度L。答案夾套內(nèi)承受壓力p

43、2=0.4MPa，大于反應(yīng)釜內(nèi)部壓力p1=0.3MPa，p2 p1，夾套屬于內(nèi)壓容器。取設(shè)計(jì)壓力p2為0.4MPa，在此壓力下蒸汽的溫度t=144C，故設(shè)計(jì)溫度t=144C。反應(yīng)釜內(nèi)最低壓力為常壓，即p1=0,夾套內(nèi)壓力p2=0.4 MPa,所以內(nèi)筒體承受外壓的作用，按外壓容器計(jì)算。 計(jì)算長(zhǎng)度L=(1600-100)+40+1/3350=1656.7 mm【項(xiàng)目練習(xí)】1.解釋外壓容器穩(wěn)定性概念 2.什么是臨界壓力？影響臨界壓力因素有哪些？3.什么是臨界長(zhǎng)度？什么是計(jì)算長(zhǎng)度？4.如何判斷外壓圓筒的類(lèi)型？5.計(jì)算下題塔的計(jì)算長(zhǎng)度L。某一外壓圓筒形塔體，內(nèi)徑為1400mm，筒體總長(zhǎng)6000mm(不包

44、括封頭)，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭高（半橢球）為350mm，直邊高度40mm，設(shè)計(jì)溫度為200C，材料為16MnR，真空操作，無(wú)安全控制裝置，取腐蝕裕量C2=1.2mm。子項(xiàng)目2外壓容器壁厚確定【項(xiàng)目目標(biāo)】知識(shí)目標(biāo) 掌握外壓容器的穩(wěn)定條件；掌握?qǐng)D算法確定外壓容器厚度的方法；掌握?qǐng)D算法確定外壓容器封頭的方法；技能目標(biāo) 能計(jì)算外壓容器的壁厚。一、外壓容器穩(wěn)定條件失穩(wěn)是外壓薄壁容器主要的破壞形式。外壓容器實(shí)際承受的壓力小于其臨界壓力時(shí)，容器不會(huì)失穩(wěn)，但實(shí)際上圓筒存在幾何形狀、尺寸偏差、材料性能不均勻等缺陷，所以容器的實(shí)際臨界壓力小于理論計(jì)算值。工程設(shè)計(jì)上通?？紤]一安全裕度，用臨界壓力除以穩(wěn)定系數(shù)m，即 pc

45、p= （3-24）式中 pc計(jì)算外壓力；m穩(wěn)定系數(shù)，其值取決于計(jì)算公式的精確程度、載荷的對(duì)稱性、筒體的幾何精度、制造質(zhì)量、材料性能以及焊縫結(jié)構(gòu)等。中國(guó)規(guī)定，圓筒m=3，凸形封頭m=14.52。二、外壓容器壁厚確定外壓容器壁厚確定有解析法和圖算法，圖算法因?yàn)橛?jì)算簡(jiǎn)便，受到廣泛應(yīng)用。下面是圖算法的計(jì)算步驟：1、圖算法計(jì)算外壓圓筒壁厚D0/e20的外壓圓筒和管子假設(shè)外壓圓筒和管子的名義厚度n。計(jì)算D0、e。求L/ D0 D0/e查圖3-8，求A。其中若L/ D0 50，取L/ D0 =50；若 L/ D0 0.05， L/ D0 =0.05。選材料圖3-93-10，查出B。計(jì)算：P =Be/ D0

46、；若所得值落在設(shè)計(jì)溫度下材料線左方，可直接將值代入下式計(jì)算，得：P 2AE/3(D0 /e)。比較：P 應(yīng)大于或等于pc ，否則需再重新假設(shè)名義厚度n，重復(fù)上 述計(jì)算步驟，直到P大于且接近pc為止。D0 /e2（略）。2、圖算法計(jì)算外壓凸形封頭壁厚 外壓球形封頭厚度確定假設(shè)壁厚，則e，定出R0/e。計(jì)算球形封頭的臨界應(yīng)變值A(chǔ) A= 按所用材料選圖3-9至圖3-10，在所選圖中橫坐標(biāo)上找到系數(shù)A，若值落在設(shè)計(jì)溫度下材料線右方，則過(guò)此點(diǎn)垂直上移，與設(shè)計(jì)溫度下的材料線相交（遇中間溫度用內(nèi)插法），再過(guò)此交點(diǎn)水平方向右移，在圖的右方找到系數(shù)，將值代入p = ，式中得許用壓力p 。 若所得值落在設(shè)計(jì)溫度下

47、材料線左方，可直接將值代入下式計(jì)算，得 p p應(yīng)大于或等于pc，否則需再重新假設(shè)名義厚度n，重復(fù)上述計(jì)算步驟，直到p大于且接近pc為止。外壓橢圓形封頭和碟形封頭的厚度確定 外壓橢圓形封頭和碟形封頭的厚度計(jì)算與外壓球形封頭類(lèi)似，只是R0的含義不同。對(duì)于碟形封頭，R0取球面部分外半徑；對(duì)于橢圓形封頭，由于其曲率半徑是變化的，所以，R0取當(dāng)量球殼外半徑，即 R0=K1D0 （標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭K1=0.9） 錐形封頭厚度確定 受外壓作用的錐形封頭，其設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面：一是厚度計(jì)算；二是錐殼與圓筒連接處的外壓加強(qiáng)計(jì)算。 厚度計(jì)算的方法與錐形封頭和錐殼的形狀有關(guān)。當(dāng)錐形封頭和錐殼的半頂角60C，其厚度按平蓋

48、計(jì)算，計(jì)算直徑取錐殼的最大內(nèi)直徑；當(dāng)半頂角60C 時(shí)，采用當(dāng)量法計(jì)算厚度。 對(duì)于半頂角60C 的錐形封頭，因其與連接處存在結(jié)構(gòu)變形不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的邊緣應(yīng)力，因此，在連接處附近，筒體與錐形封頭必須有足夠的截面，保證其在外壓作用下的穩(wěn)定性，如果截面不夠，則需設(shè)置加強(qiáng)段，必要時(shí)還需配置加強(qiáng)圈。 錐形封頭和錐殼的具體計(jì)算方法，可參考有關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。3計(jì)算參數(shù)計(jì)算外壓力pc確定計(jì)算外壓力是確定外壓容器厚度的依據(jù)，因此，計(jì)算外壓力應(yīng)考慮正常條件下可能出現(xiàn)的最大內(nèi)、外壓力差。對(duì)于真空容器，其殼體厚度按外壓容器的設(shè)計(jì)方法考慮，當(dāng)裝有真空泄放閥類(lèi)安全控制裝置時(shí)，設(shè)計(jì)外壓力取1.25倍最大內(nèi)、外壓力差或0.1MPa兩

49、者中的較小值；當(dāng)無(wú)安全控制裝置時(shí)，設(shè)計(jì)外壓力取0.1MPa；在以上基礎(chǔ)上考慮相應(yīng)的液柱靜壓力，可得計(jì)算外壓力pc。對(duì)由兩室或兩個(gè)以上壓力室組成的容器，如夾套容器，其計(jì)算外壓力應(yīng)考慮各室之間的最大壓力差。三、外壓容器壓力試驗(yàn)外壓容器和真空容器以內(nèi)壓進(jìn)行壓力試驗(yàn)，其試驗(yàn)壓力按下列方法確定 液壓試驗(yàn) pT=1.25p 氣壓試驗(yàn) pT =1.15p對(duì)于由兩室或兩個(gè)以上壓力室組成的容器，如夾套容器，進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)考慮校核相鄰殼壁在壓力試驗(yàn)下的穩(wěn)定性，如果不滿足穩(wěn)定要求，則應(yīng)規(guī)定在做壓力試驗(yàn)時(shí)，相鄰壓力室內(nèi)必須保持一定壓力，以使在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中（包括升壓、保壓和卸壓）的任何時(shí)間內(nèi)，各壓力室的壓力差不超過(guò)

50、允許壓力差，這一點(diǎn)也應(yīng)注在設(shè)計(jì)圖樣上。外壓容器的其他參數(shù)，如設(shè)計(jì)溫度、焊接接頭系數(shù)、許用應(yīng)力等與內(nèi)壓容器相同。【項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)】 參考子項(xiàng)目1中【項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)】反應(yīng)釜選用Q235-A材料，腐蝕裕量C2=2mm,試確定釜體及封頭厚度。1.反應(yīng)釜筒體厚度確定假設(shè)壁厚n=12mm，查表C1為0.8mm，C2取2mm，=2.8mm。en=12-2.8=9.2mm，D0=Di+2n=1400+212=1424mm,L=(1600-100)+40+1/3350=1656.7mmL/D0=1656.7/1424=1.1634D0/e=1424/9.2=154.78查圖3-8 =0.00055查圖3-9 B=75MPa

51、p= =0.4845 MPa0.4MPa故壁厚取12mm反應(yīng)釜穩(wěn)定性足夠。2.反應(yīng)釜封頭厚度確定因反應(yīng)釜上封頭受內(nèi)壓，而下封頭受外壓，所以上封頭按內(nèi)壓計(jì)算，下封頭按外壓計(jì)算。上封頭標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，k=1雙面焊全部無(wú)損探傷=1.00，經(jīng)查表t=144 C時(shí)Q235-At=113MPa，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭k=1，pc=0.3MPa橢圓形封頭設(shè)計(jì)計(jì)算公式 = =1.86 mm取C=2.8mm設(shè)計(jì)厚度d=1.86+2.8=4.66mm 考慮上封頭需要開(kāi)設(shè)人孔、還要支撐電機(jī)、減速機(jī)、攪拌器等重力作用，同時(shí)考慮邊緣應(yīng)力問(wèn)題，上封頭厚度n=12mm。筒體厚度12mm（前已計(jì)算），封頭與筒體等厚度連接，可以避免因

52、厚度不同產(chǎn)生邊緣應(yīng)力下封頭假設(shè)壁厚n=12mm，en=12-2.8=9.2mm，D0=Di+2n=1400+212=1424mm,標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭RO=K1D0=0.91424=1281.6mm= =0.0008973查圖 B=111MPap= =0.7968MPa0.4MPa故壁厚取12mm反應(yīng)釜封頭穩(wěn)定性足夠。上、下封頭與筒體壁厚同取12mm。3.夾套筒體及封頭壁厚夾套屬于內(nèi)壓容器，壁厚計(jì)算參考內(nèi)壓薄壁容器壁厚的確定。【項(xiàng)目練習(xí)】1.外壓容器穩(wěn)定條件是什么？ 2.簡(jiǎn)述圖算法確定外壓容器壁厚的步驟。3. 如何確定計(jì)算外壓力pc？4. 試計(jì)算子項(xiàng)目1【項(xiàng)目練習(xí)】5題中塔筒體及封頭壁厚。子項(xiàng)目3提

53、高外壓容器穩(wěn)定性方法【項(xiàng)目目標(biāo)】知識(shí)目標(biāo) 掌握提高外壓容器穩(wěn)定性方法；掌握加強(qiáng)圈的結(jié)構(gòu)要求；掌握設(shè)置加強(qiáng)圈要求；技能目標(biāo) 能為外壓容器設(shè)置正確的加強(qiáng)圈。一、提高外壓容器穩(wěn)定性方法縮短剛性構(gòu)件之間的距離，圓筒的剛度增強(qiáng)，臨界壓力 Pcr值就會(huì)提高，雖然增加圓筒壁厚也能使Pcr值增大，但從鋼材消耗來(lái)看，增大壁厚，不如在圓筒的外邊或里邊設(shè)置加強(qiáng)圈更為有效。圓筒用不銹鋼或其它有色金屬制造時(shí)，常在圓筒外壁設(shè)置一定數(shù)量碳鋼材料制造的加強(qiáng)圈，可節(jié)省大量昂貴的金屬，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值更大。二、加強(qiáng)圈設(shè)置1.加強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)加強(qiáng)圈是指為增加外壓容器的穩(wěn)定性而設(shè)置在圓筒內(nèi)側(cè)或外側(cè)，具有足夠剛性的環(huán)狀構(gòu)件。加強(qiáng)圈常用扁鋼、角鋼、

54、工字鋼或其它型鋼制成。加強(qiáng)圈的要求1）有足夠的剛性2）加強(qiáng)圈與筒體的連接，大多采用焊接?？梢允沁B續(xù)焊，也可以是間斷焊，但必須保證加強(qiáng)圈與筒體緊密貼合和焊牢，否則起不到加強(qiáng)作用。3）加強(qiáng)圈可以設(shè)置在筒體內(nèi)部或外部，為確保其對(duì)筒體的加強(qiáng)作用，加強(qiáng)圈應(yīng)圍繞在圓筒的圓周上。其布置見(jiàn)下圖。加強(qiáng)圈在筒外壁時(shí)，加強(qiáng)圈每側(cè)間斷焊接的總長(zhǎng)，不少于圓筒外周長(zhǎng)的二分之一；在筒內(nèi)壁時(shí)，間斷焊接的總長(zhǎng)，應(yīng)不少于圓筒內(nèi)周長(zhǎng)的三分之一。間斷焊縫的間距t，對(duì)外加強(qiáng)圈為8n，對(duì)內(nèi)加強(qiáng)圈為12n。 由于工藝上的需要，常使設(shè)置在圓筒內(nèi)的加強(qiáng)圈要有局部削弱或間斷，允許加強(qiáng)圈間斷或削弱而不需要補(bǔ)強(qiáng)的弧長(zhǎng)，可根據(jù)L /D0和D0/e的數(shù)

55、值查下圖2、設(shè)置加強(qiáng)圈的最大間距如果筒體的e/D0已經(jīng)確定，為使筒體能安全承受所規(guī)定的外壓Pc，允許加強(qiáng)圈的最大間距可以通過(guò)下式計(jì)算： Lmax=當(dāng)加強(qiáng)圈的實(shí)際間距L Lmax時(shí)，則圓筒能夠安全承受設(shè)計(jì)外壓力。 【項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)】 有一減壓分餾塔，筒體內(nèi)徑3800mm，筒體長(zhǎng)度12800mm，筒體兩端采用半球形封頭，壁厚附加量為4mm，操作溫度為425，真空操作，筒體和封頭材料均為16MnR，試為該塔設(shè)置合適數(shù)量的加強(qiáng)圈。 解：1.無(wú)加強(qiáng)圈時(shí)塔體壁厚假設(shè)壁厚n=26mm，en=26-4=22mm，D0=Di+2n=3800+226=3852mm,L=12800+1/31900=13433.3mmL/

56、D0=13433.3/3852=3.487D0/e=3852/22=175.1查圖 =0.00018 p= = = 0.11 MPa0.1MPa故壁厚取26mm分餾塔穩(wěn)定性足夠。2.加強(qiáng)圈間距塔體計(jì)算長(zhǎng)度L=12800+1/31900=13433.3mm設(shè)置加強(qiáng)圈間距最大值Lmax= = =12624.85mm L=13433.3mm Lmax=12624.85mm，屬于長(zhǎng)圓筒，容器容易失穩(wěn)。該塔至少應(yīng)設(shè)置一個(gè)加強(qiáng)圈。【項(xiàng)目練習(xí)】1.簡(jiǎn)述提高外壓容器穩(wěn)定性的方法。 2.在外壓容器上設(shè)置加強(qiáng)圈對(duì)結(jié)構(gòu)有什么要求？如何確定加強(qiáng)圈數(shù)量？3. 觀察附近化工廠外壓容器加強(qiáng)圈的結(jié)構(gòu)。4. 為子項(xiàng)目1【項(xiàng)目練

57、習(xí)】5題中塔設(shè)置兩個(gè)加強(qiáng)圈，試計(jì)算設(shè)置加強(qiáng)圈后塔筒體的壁厚。項(xiàng)目四 壓力容器附件子項(xiàng)目1壓力容器密封裝置選擇【項(xiàng)目目標(biāo)】知識(shí)目標(biāo) 掌握密封裝置的密封原理；掌握壓力容器法蘭的結(jié)構(gòu)；掌握法蘭密封面形式；掌握法蘭墊片類(lèi)型。技能目標(biāo) 能為壓力容器選擇正確的密封裝置。一、法蘭連接結(jié)構(gòu)與密封原理由于生產(chǎn)工藝或制造、安裝、運(yùn)輸、檢修等的需要，常常將化工容器或管道做成可拆的連接結(jié)構(gòu)。常用的可拆連接有法蘭連接、螺紋連接和插套連接。法蘭連接是最常用的連接結(jié)構(gòu)，可分為壓力容器法蘭和管法蘭連接。法蘭的密封原理：法蘭在螺栓預(yù)緊力的作用下，把處于法蘭密封之間的墊片壓緊，墊片發(fā)生變形后，填滿法蘭面上的不平間隙，從而阻止流體

58、泄漏。施加于墊片單位面積上的壓力，必須達(dá)到一定的數(shù)值，才能使墊片發(fā)生變形。 螺母螺栓墊圈法蘭墊片二、法蘭的結(jié)構(gòu)與類(lèi)型 1.按法蘭與設(shè)備或管道的連接方式劃分 法蘭不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)圖整體法蘭 松套法蘭 任意法蘭 （a） (b) (c) (d) （e） （f）2、法蘭密封面形式:平面型、凹凸型、榫槽型法蘭密封面型式性能比較平面型凹凸型榫槽型結(jié)構(gòu)密封面：平面車(chē)制溝槽一個(gè)凹面、一個(gè)凸面一個(gè)榫面、一個(gè)槽面特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，墊圈易擠偏，密封性差凹面上放墊圈，不易擠偏槽面上放墊圈，榫面易碰壞；墊圈壞了，不易取出適用范圍壓力及溫度較低的設(shè)備介于兩者之間溫度較高、壓力較高、密封要求嚴(yán)的場(chǎng)合3、法蘭墊片有非金屬墊

59、片、纏繞式墊片、金屬包墊片非金屬墊片組合式墊片金屬墊片組成橡膠石棉板或耐油橡膠石棉板將薄金屬帶與填充帶（石棉紙，橡膠石棉帶或聚四氟乙烯薄膜等）迭在一起繞成螺旋狀，然后在鋼帶的始端和末端點(diǎn)焊數(shù)點(diǎn)而制成用薄金屬板（白鐵皮、0Cr18Ni9Ti等）將石棉等非金屬包裹而成適用范圍壓力及溫度都不高壓力、溫度較高而且波動(dòng)較大壓力、溫度較高而且波動(dòng)較大 注意：組合式墊片和金屬墊片只能用于乙型平焊法蘭與長(zhǎng)頸 對(duì)焊法蘭，甲型平焊法蘭因強(qiáng)度與剛度不夠而不能使用。 三、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用1.壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn) 壓力容器法蘭分類(lèi)甲型平焊法蘭乙型平焊法蘭長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭結(jié)構(gòu) 帶有一個(gè)厚度為16mm的短筒體厚度較大的頸代替了短節(jié)特

60、點(diǎn)剛度小短節(jié)厚度大，增加了法蘭的剛度更有效增大了法蘭的剛度適用范圍壓力較低、筒體直徑較小較大直徑和較高壓力壓力更高、直徑更大公稱直徑和公稱壓力公稱直徑和公稱壓力是選擇法蘭的主要參數(shù)。公稱直徑 公稱直徑是為了設(shè)計(jì)、制造、使用方便而規(guī)定的一種標(biāo)準(zhǔn)直徑。壓力容器法蘭的公稱直徑與壓力容器的直徑取同一系列數(shù)值。常用DN表示。DN是將容器及管子直徑加以標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)直徑。壓力容器的公稱直徑DN是容器的內(nèi)直徑。 管子公稱直徑既不等于其內(nèi)徑，也不等于其外徑，而是與兩者相近的某一數(shù)值，為一名義直徑。 相同公稱直徑的容器法蘭與管法蘭兩者不能相互代替。公稱壓力 公稱壓力是為了設(shè)計(jì)、制造、使用方便而規(guī)定的若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)