壓力容器設計參數(shù)選擇

1、1,壓力容器設計參數(shù)選擇,2,,本節(jié)主要內(nèi)容,設計壓力設計溫度設計溫度與設計壓力組合厚度附加量安全系數(shù)及許用應力焊接接頭分類及焊接接頭系數(shù),3,,1、設計壓力的定義,當元件所承受的液柱靜壓力小于5%設計壓力時，可忽略不計。否則應取設計壓力和液柱靜壓力之和進行該部位或元件的設計計算。,,2、設計壓力系指設定的容器頂部的最高壓力，與相應的設計溫度一起作為設計載荷條件，其值不低于容器的工作壓力，亦即標注在產(chǎn)品銘牌上的容器設計壓力。,

2、,3、計算壓力 系指在相應設計溫度下，用以確定元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。,1、工作壓力 指在正常工作情況下，容器頂部的最高壓力。,工作壓力、最大工作壓力、最高工作壓力 GB150-98 GB150-89 容規(guī) 三者概念相同,表壓力,,4,,1、設計壓力的選取,中低壓容器設計壓力取1.10倍工作壓力，高壓容器取1.05倍工作壓力。,,容器的設計壓力不得低于最高工作壓力,當壓力容器無安全泄放裝置時， 容器的設計壓力取(1

3、.0～1.1)工作壓力,,當壓力容器裝有安全閥時，其設計壓力不得低于（等于或稍大于）安全閥開啟壓力（安全閥開啟壓力取1.05～1.10倍工作壓力）。,,,閥瓣開始升起介質(zhì)開始排出,閥瓣達到規(guī)定高度,5,,設計壓力的選取,,當壓力容器裝有爆破片時，其設計壓力取爆破片設計爆破壓力加制造范圍上限. 壓力有可能迅速上升情況，選擇爆破片。,爆破片有一定制造范圍,6,,設計壓力的選取,對于固定式盛裝液化氣體的容器，在規(guī)定的充裝系數(shù)范圍內(nèi)，設

4、計壓力應根據(jù)工作條件下可能達到的最高金屬溫度確定。,,液化氣體臨界溫度大于或等于50℃,,有可靠保冷設施為可能達到的最高工作溫度下的飽和蒸汽壓力,無可靠保冷設施為50℃的飽和蒸汽壓力,液化氣體臨界溫度小于50℃,,有可靠保冷設施取試驗實測最高工作溫度下的飽和蒸汽壓力,無可靠保冷設施為設計所規(guī)定的最大充裝量時溫度為50℃的氣體壓力,固定式液氨的容器,7,,設計壓力的選取,,固定式盛裝液化氣體 液氨,移動式盛裝壓力容器罐體常見設計

5、壓力見《容規(guī)》P23,8,,設計壓力的選取,,無夾套真空容器,,有安全泄放裝置,設計壓力取小值,,0.1MPa,1.25倍內(nèi)外最大壓差,無安全泄放裝置,設計壓力取0.1MPa,外壓容器設計壓力取不小于在正常工作條件下可能產(chǎn)生的最大內(nèi)外壓差,兩側(cè)受壓的壓力容器元件一般應以兩側(cè)的設計壓力分別作為該元件的設計壓力.除非有特殊措施保證兩側(cè)同時受壓,可取兩側(cè)的最大壓差作為設計壓力.,9,,設計壓力的選取,,夾套為內(nèi)壓的真空容器,,容器(真空),

6、設計外壓力按無夾套真空容器規(guī)定選擇,夾套(內(nèi)壓),設計壓力按內(nèi)壓容器選擇,夾套為真空的真空容器,,設計壓力按內(nèi)壓容器規(guī)定選擇,夾套(真空),設計外壓力按無夾套真空容器規(guī)定選擇,容器(內(nèi)壓),,,10,,設計壓力的選取,,夾套為內(nèi)壓的真空容器,,容器(真空),設計外壓力按無夾套真空容器規(guī)定選擇,夾套(內(nèi)壓),設計壓力按內(nèi)壓容器選擇,,,計算壓力：以設計壓差為外壓計算；并按夾套水壓試驗作為外壓校核的計算壓力,11,,設計壓力的選取,,

7、,工作壓力:真空度:650mmHg,工作壓力:0.6MPa,,填出壓力容器各設計參數(shù),設計壓力: 內(nèi)筒: 夾套:,計算壓力: 內(nèi)筒上封頭: 內(nèi)筒下封頭:被夾套包圍的圓筒:夾套圓筒:夾套封頭:水壓試驗壓力:夾套 內(nèi)筒,12,,設計壓力的選取,,,工作壓力:真空度:650mmHg,工作壓力:0.6MPa,,填出壓力容器各設計參數(shù),設計壓力: 內(nèi)筒: 外壓0.1MPa 夾套: 內(nèi)壓0.

8、6MPa,計算壓力: 內(nèi)筒上封頭: 外壓0.1MPa 內(nèi)筒下封頭: 外壓0.75MPa被夾套包圍的圓筒:外壓0.75MPa夾套圓筒: 內(nèi)壓0.6MPa 夾套封頭: 內(nèi)壓0.6MPa水壓試驗壓力:夾套:1.25x0.6=0.75MPa內(nèi)筒1.25x0.1=0.125MPa,13,,2、設計溫度的選取,設計溫度系指容器在正常操作情況，設定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。設計溫度與設

9、計壓力一起作為設計載荷條件。標志在產(chǎn)品銘牌上的設計溫度應是殼體設計溫度的最高值或最低值。,,,14,,設計溫度的選取,2、壓力容器安裝在室外,當殼體的金屬溫度受大氣環(huán)境氣溫條件所影響時,其最低設計溫度,取歷年來月平均溫度的最低值作為最低設計溫度.,,,1、 設計溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)下可能達到的最高溫度。對于0℃以下的金屬溫度，設計溫度不得高于元件金屬可能達到的最低溫度。,3、容器內(nèi)介質(zhì)用蒸汽直接加熱或被內(nèi)置加熱元件間接加熱

10、時，設計溫度取最高溫度。,15,,試驗溫度的選取,試驗溫度是指壓力試驗時容器殼體的金屬溫度.規(guī)定壓力試驗溫度為了防止液壓和氣壓試驗時,由于低溫而使容器產(chǎn)生脆性破壞.相關規(guī)定: 碳素鋼\16MnR和正火15MnVR鋼制壓力容器液壓試驗時，液體溫度不低于5℃.其他低合金鋼液壓試驗時溫度不低于15℃。,,,16,應以容器運行中設計壓力條件下的對應的操作溫度作為設計溫度的基礎,由此確定的設計壓力、設計溫度能使容器經(jīng)受最苛刻的運行條

11、件,3、設計溫度與設計壓力組合,,,介質(zhì)：飽和水蒸汽工作壓力：0.2MPa工作溫度：68.7℃以壓強為標準,介質(zhì)：飽和水蒸汽設計壓力：0.3MPa設計溫度：75.4 ℃,,17,,,18,,4、厚度附加量C,厚度附加量C＝C1＋C2，mm；式中：C1為鋼板或鋼管的厚度負偏差，mm； C2為腐蝕裕量2、 C1可按相應的鋼板或鋼管標準選取。當鋼板的厚度負偏差不大于0.25mm時，且不超過名義厚度

12、的6%時，負偏差可忽略不計, C1=0 。3、16MnR（GB6654）、低溫壓力容器用鋼板（16MnDR、15MnNiDR）全部厚度下負偏 差均為0.25mm。,,,19,,厚度負偏差C1,,,表1 常用鋼板厚度負偏差C1值,表2 常用無縫鋼管的厚度負偏差C1值,20,,腐蝕裕量C2,1、對于與工作介質(zhì)接觸的圓筒、封頭、接管、人孔及內(nèi)部構(gòu)件等均考慮腐蝕裕量。2、用涂刷涂料可以有效防止環(huán)境腐蝕的容器外部構(gòu)件，如支座、支腿、底板、

13、托架、塔頂?shù)跫艿仍瓌t上不考慮腐蝕裕量，但不包括裙座。3、下列情況不考慮腐蝕裕量： 介質(zhì)對不銹鋼無腐蝕作用，指不銹鋼、不銹鋼復合管板或有不銹鋼堆焊的元件；有可靠耐腐蝕襯里的基體材料，如，襯鉛、襯橡膠、襯塑料等。法蘭的密封面管殼式換熱器的換熱管、拉桿、定距管、折流板和支持板。,,,A、確定腐蝕裕量的原則,21,,腐蝕裕量C2,1、對有腐蝕或磨損的元件，應根據(jù)預期的容器壽命和介質(zhì)對金屬材料的腐蝕速率確定腐蝕裕量。 對

14、有經(jīng)驗者，可按經(jīng)驗選取。2、容器筒體、封頭腐蝕裕量。 介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸汽或水的碳素鋼或低合金鋼制容器，腐蝕裕量C2不小于1mm； 對于不銹鋼，當介質(zhì)的腐蝕性極微時，取C2＝0。 其他情況可按表3確定筒體、封頭的腐蝕裕量。,,,,B、腐蝕裕量的選取,,,,,,,22,,腐蝕裕量C2,3、容器接管腐蝕裕量，一般取筒體的腐蝕裕量。 4、容器內(nèi)件與筒體材料相同時，

15、容器內(nèi)件的單面腐蝕裕量,,,,B、腐蝕裕量的選取,,,,,,內(nèi)件不可拆卸或無法從人孔取出,內(nèi)件可拆卸或可從人孔取出,,受力 取筒體腐蝕裕量,不受力 取筒體腐蝕裕量的1/2,,受力 取筒體腐蝕裕量的1/2,不受力 0,,,,,23,,腐蝕裕量C2,5、容器各元件受到的腐蝕程度不同時，可采用不同的腐蝕裕量；6、兩側(cè)同時與介質(zhì)接

16、觸的元件，應根據(jù)兩側(cè)不同的操作介質(zhì)選取不同的腐蝕裕量，取兩者之和作為總的腐蝕裕量。7、容器地腳螺栓根徑的腐蝕裕量一般取3mm。8、碳鋼、低合金鋼裙座圓筒的腐蝕裕量應不小于2mm。,,,,B、腐蝕裕量的選取,,,,,,C、影響腐蝕裕量的因素,介質(zhì)對材料的腐蝕速度可查有關的防腐手冊，—般容器的設計壽命，除有特殊要求外，塔器、反應器等主要容器一般不應少于15年；一般容器和換熱器等應不少于8年。腐蝕裕量一般只針對均勻腐蝕，對于各種類型按相

17、關技術資料和實際經(jīng)驗確定防腐蝕技術方案。,24,,腐蝕裕量C2,GBl50《鋼制壓力容器》規(guī)定，厚度附加量不應計入加工制造的減薄量，壓力容器元件的加工制造減薄量由制造單位依據(jù)各自的加工工藝和加工能力自行選取，只要求保證產(chǎn)品的實際厚度不小于名義厚度減去鋼材厚度負偏差。這樣處理可使制造單位根據(jù)自身條件調(diào)節(jié)加工減薄量。從而切實保證產(chǎn)品強度所要求的厚度、更切合容器制造的實際情況。,,25,,最小厚度,為了滿足制造工藝要求以及運輸和安裝過程中的剛

18、度要求，容器殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度應符合以下規(guī)定：（1）對碳鋼和低合金鋼制容器，不小于3mm；（2）對高合金鋼制容器，不小于2mm；（3）碳素鋼和低合金鋼制塔式容器的最小厚度為2/1000的塔器內(nèi)直徑，且不小于4mm；對不銹鋼制塔式容器的最小厚度不小于3mm；（4）管殼式換熱器殼體的最小厚度應符合GB151《管殼式換熱器》的相應規(guī)定。為了增加殼體的剛性，減少變形，以利于管板和管束的安裝。 對于名義

19、厚度取決于最小厚度且公稱直徑較大、厚度較薄的容器,為防止在制造、運輸或安裝時產(chǎn)生過大的變形，應根據(jù)具體情況采取臨時的加固措施（如在容器的內(nèi)部設置臨時的支撐元件等）。,,,,,,,,26,,5、許用應力和安全系數(shù),許用應力是容器殼體等受壓元件的材料許用強度，取材料的極限強度除以相應的安全系數(shù)。,,,,,,,,,-常溫強度極限；,-設計溫度下的強度極限；,,-常溫屈服極限，對于沒有明顯屈服臺階的塑性材料常 取相應于產(chǎn)生0.2％塑性應變時

20、的應力,常溫下的許用應力,,一般設計溫度下的許用應力,,在高溫下的許用應力,,27,,許用應力和安全系數(shù),許用應力是容器殼體等受壓元件的材料許用強度，取材料的極限強度除以相應的安全系數(shù)。影響安全系數(shù)數(shù)值的因素大致有：①計算方法和計算公式的精確程度和可靠程度；②材料性能的穩(wěn)定性和可能存在的偏差；③制造、檢驗和安裝的允許偏差；④工藝操作條件(如壓力、溫度等)的波動以及安全泄放裝置的誤差；⑤使用場合的重要性和造成事故后的危害性；

21、⑥迄今為止尚未被人們認識的其它因素。,,,,,,,,28,,6、焊接接頭系數(shù),,,,,1、為什么引入焊接接頭系數(shù)？,1、 焊接接頭是容器及其受壓元件上的薄弱環(huán)節(jié)。 2、壓力容器由于種種原因產(chǎn)生的破環(huán)，絕大部分都發(fā)生在焊接 接頭處。焊縫區(qū)強度降低原因在于焊接時出現(xiàn)在焊縫區(qū)。 3、在一般情況下，焊縫金屬的強度都等于或大于被焊接母材金屬的強度。 4、但是由于焊縫熱影響區(qū)有熱應力存在；焊縫金屬晶粒粗大、韌性下降；在焊接和冷卻過程中

22、，焊縫中心部位和其它部位存在溫差，熱脹冷縮時變形不同，可能造成很大的焊接殘余應力甚至裂紋；5、焊接過程中產(chǎn)生高溫氣體和燃燒生成物等，致使在焊縫中出現(xiàn)氣孔、夾渣、未焊透、咬邊等缺陷，仍會影響焊縫的塑性、韌性和強度。6、為此，除規(guī)定合理的焊接工藝條件外，還需引入焊接接頭系數(shù)，以補償焊接產(chǎn)生的強度削弱。,29,,焊接接頭系數(shù),焊接時存在焊接缺陷，焊接熱影響區(qū)往往形成粗大晶粒區(qū) 而使強度或塑性降低；由于結(jié)構(gòu)鋼性約束造成焊接接頭

23、 內(nèi)應力過大。 焊接接頭是指用焊接方式連接的接頭，焊接接頭由焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)。（焊接專業(yè)） 焊縫是指焊接接頭的延長度量（壓力容器）,,,,,,1、焊接接頭系數(shù)的定義,是指對接焊接接頭強度與母材強度之比值，用于反映由于焊接原因使焊接接頭強度被削弱的程度。,2、焊接強度削弱的原因,30,,焊接接頭系數(shù),GB150《鋼制壓力容器》規(guī)定，焊接接頭系數(shù)的大小取決于焊接接頭的型式及無損檢測的長度比例確定

24、。焊接接頭系數(shù)按以下方法選?、匐p面焊對接接頭和相當于雙面焊的全焊透對接接頭100％無損探傷 局部無損探傷 ②單面焊對接接頭（沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的墊板）100％無損探傷 局部無損探傷,,,,,,31,,焊接接頭系數(shù),在計算式中所選用的焊接接頭系數(shù)，系指對該計算部位所確定的焊接接頭系數(shù)。對于不同部位，如若焊接接頭型式不同，應以該部位的所在位置選擇計算公式，并用該部位的焊接接頭系數(shù)。同一容器若有幾種焊接接頭型

25、式，應分別計算之后，取其大值作為容器的計算壁厚。 對容器來說．主要存在兩種對接焊接接頭，即縱向?qū)雍附咏宇^和環(huán)向?qū)雍附咏宇^。由此在容器強度計算中引出兩個焊接接頭系數(shù)，即縱向焊接接頭系數(shù)和環(huán)向焊接接頭系數(shù)。顯然，當承壓圓筒在依據(jù)周向應力確定計算厚度時，應體現(xiàn)縱向焊接接頭系數(shù)的作用；相應地環(huán)向焊接接頭主要承受軸向應力的作用，為此承壓圓筒在進行軸向應力校核計算時，應采用環(huán)向焊接接頭系數(shù)進行計算。此處必須強調(diào)，盡管承壓

26、圓筒中的軸向應力僅為周向應力的一半，圓筒計算厚度是依據(jù)周向應力公式并采用縱向焊接接頭系數(shù)計算的，環(huán)向焊接接頭系數(shù)在厚度計算中不起控制作用，但對環(huán)向焊接接頭質(zhì)量的要求不能降低，仍應取同一的焊接接頭系數(shù)，除非由于結(jié)構(gòu)限制了焊接接頭的型式。,,32,,思考題,,,33,,思考題,,,34,,思考題,,,35,,思考題,,,1、工作壓力、設計壓力是怎樣定義和確定的？ 2、容器的金屬溫度、設計溫度、試驗溫度如何確定？3、厚度附加量指什么？如