过程装备机械设计基础——8压力容器

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1、压力容器设计8.2压力容器结构与分类8.3典型薄壁壳的应力分析8.3内压圆筒型薄壁壳的设计8.4外压圆筒型薄壁壳的设计8.5压力容器的使用与管理8.2压力容器的结构与分类8.2.1压力容器的结构典型反应器结构反应器——31603工业纯镍换热器扬子石化HE302冷凝器采用大片法进行球罐施工南京扬子石化公司1000m3SPV50Q钢球罐群8.2.2压力容器分类1、按承压性质分2、按形状分圆筒，球形，矩形；3、按材料分金属材料，非金属材料4、按壁厚分薄壁容器（Ro/Ri=<1.2）厚壁容器（Ro/Ri>1.2）5、按作用

2、原理分反应器（R），换热器（E），分离器（S），储存容器（C，B）反应器（R）：完成介质物理化学反应的压力容器。如反应器，反应釜，分解锅，硫化罐，分解塔，聚合釜，高压釜，合成塔换热器（E）：用于完成介质的热量交换的压力容器，如余热锅炉，热交换器，消毒罐，染色器，烘缸，预热锅，蒸汽发生器，煤气发生炉的水夹套，冷凝器等分离器（S）：用于介质的流体压力平衡和气体净化分离的压力容器，如过滤器，集油器，储存容器（C，B）：主要用于储存和盛装气体，液体和液化气体等介质的压力容器，如：各种形式的储罐等6、按监察规程分1.最高工作

3、压力Pw≥0.1MPa2.内直径Di≥0.15m，且V≥0.025m33.盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。监察规程的管辖范围GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》/HG20660《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》(1)极度危害<0.1mg/m3,氢氟酸、光气等(2)高度危害0.1~1.0mg/m3,氟、氟化氢等(3)中度危害1.0~10mg/m3,二氧化硫、一氧化碳等(4)轻度危害>10mg/m3,氢氧化钠、丙酮等一类容器1.非易燃或低毒的低压反应容器和储存容器;2.

4、有毒和有危害的低压容器1、一般中压容器；二类容器2、介质为易燃或毒性程度为中度危害的低压反应容器和储存容器；3、毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；4、低压管壳式余热锅炉；5、低压搪玻璃压力容器。三类容器1、高压容器；2、低压容器(毒性为极度或高度危害介质，且PV大于0.2MPa·m3)；3、中压反应容器(易燃或毒性程度为中度危害介质且PV>0.5MPa·m3)；4、中压储存容器(易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV>10MPa·m3)；5、高压、中压管壳式余热锅炉；三类容器(续）6、中压搪玻璃压力容

5、器；7、球形（V>=50m3)；8、移动式压力容器。9、中压容器（仅限毒性程度为极度或高度危害介质。10、使用强度级别较高的材料制造的压力容器。11、低温储存容器(V>5m3)。8.3典型薄壁容器应力分析1、按容器的外径Do和内径Di的比值K不同，可将容器分为：厚壁容器：K>1.2薄壁容器：K1.22、应力分析理论无力矩理论或薄膜理论力矩理论1、受气压圆筒壳体静力平衡方程：环向应力为:环向应力周向应力静力平衡方程：经向应力为经向应力/轴向应力薄壁圆筒形压力容器环向应力为经向应力的二倍2、承受内压的球形壳

6、体球形壳体的厚度仅需圆筒形壳体的一半；球形容器的表面积最小；所以耗材是最少的。3、承受内压的椭球形壳体在顶点：在赤道：椭圆形封头的应力分布标准椭圆形封头取顶点处的周向应力与赤道处的周向应力相等，得:a=2b4、承受内压的锥形壳体由此可见，锥形壳体的周向应力是经向应力的两倍。在锥顶处应力为零。应力随半锥角的增大而增大。8.3.2边缘应力及其处理1.边缘应力的产生原因几何非线性载荷非线性约束非线性材料非线性2.边缘应力的特点局部性自限性3.工程上的处理方法危害性较小，不做特殊处理仅作局部结构调整，p124图8-10几个

7、前提不大于35MPa的内压容器的筒体和封头设计准则为弹性失效一般不考虑边缘应力，必要时以应力增强系数的形式引入设计计算。依据：GB150-1999《钢制压力容器》8.3.3内压圆筒形薄壁壳体设计8.3.4.强度设计公式强度条件：设计公式：8.3.5设计参数确定1、设计压力(P)通常：P＝(1.0~1.1)PW安全阀：P=(1.05~1.1)PW.且不低于安全阀开启压力。爆破片：(1.05~1.75)PW.爆破压力＋制造偏差介质为液化气：TMAX时液化气饱和蒸汽压介质为液体：当液柱静压大于0.05P时，应计入液体

8、静压力。指容器正常工作时，在相应的设计压力下，器壁金属可能达到的最高和最低温度（低于或等于-20℃)2设计温度3、许用应力[σ]影响许用应力的因素：1使用温度2钢板厚度许用应力由材料的强度极限除以相应的安全系数而得。强度极限根据材料的失效类型确定安全系数则受工况、材料、制造质量和计算方法的影响；4焊缝系数φ焊缝系数决定于二个因素：1）焊缝的结构形式2）无