内压薄壁容器设计

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1、第六章内压薄壁容器设计一、薄壁容器设计的理论基础㈠　薄壁容器根据容器外径DO与内径Di的比值K来判断，当K≤1.2为薄壁容器K＞1.2则为厚壁容器δ-容器壁厚㈡圆筒形薄壁容器承受内压时的应力只有拉应力无弯曲“环向纤维”和“纵向纤维”受到拉力。s1（或s轴）圆筒母线方向(即轴向)拉应力，s2（或s环）圆周方向的拉应力。㈢　圆筒的应力计算1.轴向应力D-筒体平均直径，亦称中径，mm；2.环向应力薄壁圆筒形压力容器环向应力轴向应力的二倍。分析：（1）薄壁圆筒受内压环向应力是轴向应力两倍。问题a：筒体上开椭圆孔，如何开?应使其短轴与筒体的轴线

2、平行，以尽量减少开孔对纵截面的削弱程度，使环向应力不致增加很多。分析：问题b：钢板卷制圆筒形容器，纵焊缝与环焊缝哪个易裂？筒体纵向焊缝受力大于环向焊缝，故纵焊缝易裂，施焊时应予以注意。（2）分析式(4-1)和(4-2)也可知，内压筒壁的应力和d/D成反比，d/D值的大小体现着圆筒承压能力的高低。因此，分析一个设备能耐多大压力，不能只看厚度的绝对值。例题：有一外径为219mm的氧气瓶，最小厚度为6.5mm，材料为40Mn2A，工作压力为15MPa，试求氧气瓶壁应力解析：平均直径mm经向应力MPa环向应力MPa二、筒体强度计算实际设计中须

3、考虑三个因素：（1）焊接接头系数（2）容器内径（3）壁厚筒体内较大的环向应力不应高于在设计温度下材料的许用应力，即[s]t-设计温度t℃下材料许用应力，MPa。㈠焊接接头系数钢板卷焊、夹渣、气孔、未焊透等缺陷，导致焊缝及其附近区域强度可能低于钢材本体的强度。钢板[σ]t乘以焊接接头系数φ，φ≤1㈡容器内径工艺设计确定内径Di，制造测量也是内径，而受力分析中的D却是中面直径。解出d，得到内压圆筒的厚度计算式㈢壁厚考虑介质腐蚀，计算厚度d的基础上，增加腐蚀裕度C2。筒体的设计厚度为承受应力的厚度，又称计算壁厚设计壁厚考虑钢板厚度负偏差C1

4、，名义壁厚为：式中:d-圆筒计算厚度，mm；dd-圆筒设计厚度，mm；δn-圆筒设计厚度，mmDi-圆筒内径，mm；p-容器设计压力，MPa；j-焊接接头系数。另一种情况：对于已有的圆筒，测量厚度为dn，则其最大许可承压的计算公式为：式中：dn-圆筒名义厚度圆整成钢材标准值；C1-钢板负偏差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。de-圆筒有效厚度C-厚度附加量。设计温度下圆筒的计算应力C1—钢材厚度负偏差C2—腐蚀裕量负偏差腐蚀余量有效厚度三、设计参数厚度设计参数按GBl50-1998中规定取值。设计压力、设计温度、

5、许用应力、焊接接头系数厚度附加量等参数的选取。㈠　设计压力（计算压力）设计压力: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过程中可能产生的最高压力（表压）。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1.05～1.10倍；使用爆破膜根据其型式，一般取最大工作压力的1.15～1.4倍作为设计压力。㈡　设计温度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，在相应的设计条件下，金属器壁可能达到的最高或最低温度。器壁温度通过换热计算。不被

6、加热或冷却，筒内介质最高或最低温度。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。不同部位出现不同温度分别计算。㈢　许用应力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n得出的。抗拉强度、屈服强度，蠕变强度、疲劳强度。取其中最低值。当设计温度低于0℃时，取20℃时的许用应力。㈣　焊接接头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。焊接接头形式无损检测的长度比例100%局部双面焊对接接头或相当于双面焊的对接接头1.00.85单面焊对接接头或相当于单面焊的对接接头0.90.8符合《压力

7、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％。㈤　厚度附加量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(或钢管负偏差)Cl、腐蚀裕量C2，即C＝Cl十C2厚度22.22.52.8～3.03.2～3.53.8～44.5～5.5负偏差0.130.140.150.160.180.20.2厚度6～78～2526～3032～3436～4042～5052～60负偏差0.60.80.911.11.21.3腐蚀裕量C2：应根据各种钢材在不同介质中的腐蚀速度和容器设计寿命确定。塔类、反应器类容器设

8、计寿命一般按20年考虑，换热器壳体、管箱及一般容器按10年考虑。腐蚀速度＜0.05mm／a(包括大气腐蚀)时：碳素钢和低合金钢单面腐蚀C2＝1mm，双面腐蚀取C2＝2mm，当腐蚀速度＞0.05mm／a时，单面腐蚀取C2＝