gb150及壓力容器設(shè)計基礎(chǔ)

1、壓力容器設(shè)計基礎(chǔ),壓力容器的概念,壓力容器盛裝壓力介質(zhì)的密閉容器尺寸容積形狀，壓力和溫度條件，介質(zhì)，制造材料涉及壓力容器的基本法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》，國務(wù)院，2003.6.1《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，國家質(zhì)監(jiān)總局，2000.1.1《壓力容器、壓力管道設(shè)計單位資格許可與管理規(guī)則》，2003.1.1《鍋爐壓力容器制造監(jiān)督管理辦法》，2003.1.1GB150《鋼制壓力容器》JB4732《鋼制壓力容器——分析

2、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》JB/T4735《鋼制焊接常壓容器》GB151《管殼式換熱器》,壓力容器的概念,壓力容器的劃定范圍受壓元件：容器中直接承受壓力載荷（包括內(nèi)壓和外壓）的零部件，如容器殼體元件、開孔補強圈、外壓加強圈等非受壓元件：為滿足使用要求而與受壓元件直接焊接成為整體，不承受壓力載荷（只承受重力載荷）的零部件，如支座、吊耳、墊板等GB150和《容規(guī)》明確規(guī)定了壓力容器的范圍，是指殼體及其連為整體的受壓零部件（受壓元件）,壓力容器的概

3、念,壓力容器的分類根據(jù)生產(chǎn)過程作用原理：反應(yīng)壓力容器（R），換熱壓力容器（E），分離壓力容器（S），儲存壓力容器（C，其中球罐B）根據(jù)設(shè)計壓力p等級：低壓（0.1MPa≤p<1.6MPa），中壓（ 1.6MPa≤p<10MPa ），高壓（ 10MPa≤p<100MPa ），超高壓根據(jù)《容規(guī)》分為一、二、三類壓力容器，其中三類壓力容器為介質(zhì)危害程度高或材料強度級別高或其它原因技術(shù)要求較高而不允許微量泄漏的容器根據(jù)

4、壓力容器壓力管道設(shè)計許可證分類：A1、A2、A3、A4，C1、C2、C3，D1、D2，SAD根據(jù)壓力容器制造許可證分類： A1、A2、A3、A4、A5，B1、B2、B3，C1、C2、C3，D1、D2,壓力容器的概念,壓力容器的設(shè)計各級設(shè)計人員：設(shè)計，校核，審核，批準(zhǔn)（設(shè)計技術(shù)負責(zé)人），審定（技術(shù)總負責(zé)人，總工程師）設(shè)計任務(wù)書：標(biāo)識，結(jié)構(gòu)，介質(zhì)，管口表，操作條件，設(shè)計條件，設(shè)計壽命，主材，載荷條件，其它設(shè)計文件：設(shè)計任務(wù)書計算

5、書圖樣：總圖，裝配圖，部件圖，零件圖，等說明書圖面技術(shù)要求與內(nèi)容制造要求，焊接要求，檢測要求，檢驗要求技術(shù)特性表（設(shè)計數(shù)據(jù)表），管口表工作流程：工程圖，施工圖，竣工圖,壓力容器的概念,壓力容器的設(shè)計管理設(shè)計管理制度設(shè)計人員條件設(shè)計人員業(yè)務(wù)考核設(shè)計人員崗位責(zé)任制設(shè)計工作程序設(shè)計條件的編制與審查設(shè)計文件的簽署、標(biāo)準(zhǔn)化審查、質(zhì)量評定設(shè)計文件的管理、更改、復(fù)用設(shè)計資格印章的使用與管理等等,壓力容器的概念,正確使用

6、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的關(guān)系正確使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（摘自ASME前言）壓力容器的建造包括選材、設(shè)計、制造、檢驗、試驗等一系列工作內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范包括了對壓力容器建造工作的如下三方面的基本內(nèi)容：強制性要求，特殊禁用規(guī)定，非強制性指南標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不可能涉及容器建造的所有方面、細節(jié)，對于那些沒有提及的內(nèi)容不應(yīng)該認(rèn)為是被禁用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不是手冊，它不能替代培訓(xùn)、經(jīng)驗和工程評價工程評價是由知識淵博、熟悉標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的設(shè)計師作出的技術(shù)評價，必須

7、同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的原則相一致，絕不能以工程評價或經(jīng)驗為借口來否定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的強制性要求或特殊禁用規(guī)定設(shè)計和分析所用工具和方法是隨著技術(shù)進步而變化的，希望工程師們在應(yīng)用這些工具時作出可靠的判斷標(biāo)準(zhǔn)所制定的規(guī)則，不能理解為任何一種專有或特定的設(shè)計準(zhǔn)則，不能限制設(shè)計人員自行選擇符合規(guī)范規(guī)則的設(shè)計方法或結(jié)構(gòu)形式。,壓力容器失效準(zhǔn)則及設(shè)計理論基礎(chǔ),失效準(zhǔn)則強度失效準(zhǔn)則彈性失效準(zhǔn)則：GB150，不允許材料進入塑性變形塑性失效準(zhǔn)則：JB4732，全

8、截面屈服進入塑性狀態(tài)方為失效爆破失效準(zhǔn)則：超高壓容器設(shè)計，材料應(yīng)變強化、斷裂方為失效剛性失效準(zhǔn)則剛性不足，屈曲、跨塌（外壓失穩(wěn)）疲勞斷裂失效準(zhǔn)則承受交變載荷時，裂紋、斷裂,壓力容器失效準(zhǔn)則及設(shè)計理論基礎(chǔ),壓力容器的失效形式強度失效爆破，過度變形穩(wěn)定性失效失穩(wěn)剛性失效泄漏（法蘭），變形疲勞失效疲勞裂紋、開裂腐蝕失效 均勻腐蝕（以腐蝕裕量解決）晶間腐蝕（超低碳不銹鋼）應(yīng)力腐蝕（H2S、NH3等介質(zhì)，拉應(yīng)力

9、和腐蝕介質(zhì)共同作用）,壓力容器失效準(zhǔn)則及設(shè)計理論基礎(chǔ),強度理論最大主應(yīng)力理論——第一強度理論當(dāng)最大拉應(yīng)力達到某一極限值時材料失效，理論上適用于脆性材料最大拉應(yīng)變理論——第二強度理論當(dāng)最大拉伸應(yīng)變達到某一極限值時材料失效，不適用于金屬材料最大剪應(yīng)力理論——第三強度理論處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的材料，當(dāng)其承受的最大剪應(yīng)力達到某一極限狀態(tài)時，材料進入塑性流動而失效工程上廣泛應(yīng)用歪曲應(yīng)變能理論——第四強度理論考慮了三個主應(yīng)力對材料強

10、度的共同影響,壓力容器失效準(zhǔn)則及設(shè)計理論基礎(chǔ),GB150壓力容器常規(guī)設(shè)計基于第一強度理論，彈性失效，不允許進入塑性變形結(jié)構(gòu)部件的應(yīng)力狀態(tài)計算薄膜無力矩理論：將整體部件視為厚度方向應(yīng)力相同的薄膜，只能承受拉、壓應(yīng)力，不能承受彎曲應(yīng)力邊緣區(qū)域總體上不考慮邊緣應(yīng)力的影響（錐殼除外）：封頭與筒體分別計算，不考慮結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)而引起的應(yīng)力確定材料許用應(yīng)力的安全系數(shù)對于板材、鍛件、管材和密封螺栓具有不同的確定許用應(yīng)力的系數(shù)螺栓因工作條件不

11、明確無法預(yù)測，因此安全系數(shù)較大直徑越小的螺栓安全系數(shù)越大，是因為過力超載更容易擰斷,GB150 鋼制壓力容器 Steel pressure vessels,主要內(nèi)容,1、總論 2、受壓元件 3、外壓元件（園筒和球殼） 4、開孔補強 5、法蘭6、低溫壓力容器（附錄C） 7、超壓泄放裝置（附錄B）,主要內(nèi)容,1、總論 2、受壓元件 3、外壓元件（園筒和球殼） 4、開孔補強 5、法蘭6、低溫壓力容器（附錄C） 7、

12、超壓泄放裝置（附錄B）,,,1.1 GB150適用范圍壓力：適用于設(shè)計壓力不大于35MPa， 不低于0.1MPa及真空度高于0.02MPa溫度：鋼材允許使用溫度,1、總論,,適用范圍,適用范圍,1、總論,1.2 GB150管轄范圍容器殼體及與其連為整體的受壓零部件 1）容器與外部管道連接 焊縫連接第一道環(huán)向焊縫端面 法蘭連接第一個法蘭密封面 螺紋連接第一個螺紋接頭端面 專用連接件第一個密封面

13、2）接管、人孔、手孔等的封頭、平蓋及緊固件3）非受壓元件與受壓元件焊接接頭（如支座、墊板、吊耳等）4）連接在容器上的超壓泄放裝置,,1、總論,1.3 容器的失效準(zhǔn)則與失效形式 壓力容器在載荷作用下喪失正常工作能力稱之為失效。壓力容器設(shè)計說到底是壁厚的計算，壁厚確定主要是對材料失效模式的判別: 彈性失效 殼體應(yīng)力限制在彈性范圍內(nèi)，按彈性強度理論，殼體承載在彈性狀態(tài)。 塑性失效 殼體應(yīng)力限制在塑性范圍內(nèi)，按塑

14、性強度理論，殼體承載在塑性狀態(tài)。 爆破失效 殼體爆破是承載能力最大極限，表示材料承載能力的極限。 壓力容器失效表現(xiàn)為強度（斷裂、泄漏）、剛度（泄漏、變形）和穩(wěn)定性（失穩(wěn)）。,,1、總論,1.4 設(shè)計參數(shù) 1.4.1 壓力（6個壓力） Pw 正常工況下，容器頂部可能達到的最高壓力 Pd 與相應(yīng)設(shè)計溫度相對應(yīng)作為設(shè)計條件的容器頂部的最高壓力 Pd≥PW Pc 在相應(yīng)設(shè)計溫度下，確定元件厚度壓力（包括靜液

15、柱） Pt 壓力試驗時容器頂部壓力 Pwmax 設(shè)計溫度下，容器頂部所能承受最高壓力， 由受壓元件有效厚度計算得到。 Pz 安全泄放裝置動作壓力 Pw＜Pz ≤(1.05-1.1)Pw Pd ≥Pz,,1、總論,1.4 設(shè)計參數(shù) 1.4.2 溫度Tw 在正常工況下元件的金屬溫度，實際工程中，往往以介質(zhì)的溫度表示工作溫度。T

16、t 壓力試驗時元件的金屬溫度，工程中也往往以試驗介質(zhì)溫度來表示試驗溫度。Td 在正常工況下，元件的金屬截面的平均溫度，由于金屬壁面溫度計算很麻煩，一般取介質(zhì)溫度加或減10-20℃得到。,,1、總論,1.4 設(shè)計參數(shù) 1.4.3 壁厚（6個厚度） δc 計算厚度，由計算公式得到保證容器強度，剛度和穩(wěn)定的厚度δd 設(shè)計厚度，δd =δc +C2（腐蝕裕量）δn 名義厚度，δn =δd +C1（鋼材負偏差）+△（圓整量）δe

17、有效厚度，δe=δn-C1-C2=δc+△δmin 設(shè)計要求的成形后最小厚度，δmin≥δn-C1 （GB150 3.5.6殼體加工成形后最小厚度是為了滿足安裝、運輸中剛度而定；而δmin是保證正常工況下強度、剛度、壽命要求而定。）δ坯 坯料厚度δ坯=δd +C1+△+C3（其中：C3 制造減薄量，主要考慮材料（黑色，有色）、工藝（模壓，旋壓；冷壓，熱壓），所以C3值一般由制造廠定。）,,1、總論,,各厚度之間的相互

18、關(guān)系,1、總論,1.4 設(shè)計參數(shù) 1.4.4 許用應(yīng)力許用應(yīng)力是材料力學(xué)性能與相應(yīng)安全系數(shù)之比值：  σb/nb σs/ns σD/nD σn/nn 當(dāng)設(shè)計溫度低于20℃取20℃的許用應(yīng)力。,,主要內(nèi)容,1、總論 2、受壓元件 3、外壓元件（園筒和球殼） 4、開孔補強 5、法蘭6、低溫壓力容器（附錄C） 7、超壓泄放裝置（附錄B）,2、受壓元件——園筒和球殼,2.1園筒和球殼 園筒和球殼壁

19、厚是根據(jù)彈性力學(xué)最大主應(yīng)力理論中徑公式導(dǎo)出：,,,,,,中徑（Di+δ）替代Di,2、受壓元件——園筒和球殼,是以 薄壁容器內(nèi)徑公式導(dǎo)出，認(rèn)為應(yīng)力是均勻分布。隨壁厚增加K值增大，應(yīng)力分布不均勻程度加大，當(dāng)K=1.5時，由薄壁公式計算應(yīng)力比拉美公式計算應(yīng)力要低23%，誤差較大；當(dāng)采用（Di+δ）替代Di內(nèi)徑后，則其應(yīng)力僅相差3.8%，這樣擴大了公式應(yīng)用范圍（K≤1.5），誤差在工程允許范圍內(nèi)。,,,園筒受力圖,2、受壓元件

20、——園筒和球殼,園筒環(huán)向應(yīng)力是軸向應(yīng)力2倍，最大主應(yīng)力為環(huán)向應(yīng)力，所以公式中焊接接頭系數(shù)為縱向焊縫接頭系數(shù)。,,,而球殼環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力是相等。按中徑公式可推導(dǎo)出，球殼壁厚,適用范圍Pc≤0.6[σ]tΦ，相當(dāng)于K≤1.353公式中焊接接頭系數(shù)為所有拼接焊縫接頭系數(shù)。,2、受壓元件——封頭,2.2 封頭 2.2.1 橢圓封頭 1）應(yīng)力分布 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭（a/b=2）應(yīng)力分布：,,,,,,2、受壓元件——封頭,徑向應(yīng)力σr為

21、拉伸應(yīng)力，封頭中心最大，沿徑線向封頭底邊逐漸減小。 周向應(yīng)力σθ封頭中心拉伸應(yīng)力，并沿徑線向封頭底邊逐漸減小，由拉伸應(yīng)力變?yōu)閴嚎s應(yīng)力，至底邊壓應(yīng)力最大。且a/b越大，底部壓應(yīng)力愈大。出于上述考慮，GB150規(guī)定a/b≯2.6。 所以在內(nèi)壓作用下，封頭短軸要伸長，長軸要縮短稱之為趨園現(xiàn)象，在曲面與直邊相連部分，封頭底邊徑向收縮，園筒徑向脹大，在邊界力作用下產(chǎn)生附加彎距（彎曲應(yīng)力），封頭上最大應(yīng)力為薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力之和。,

22、,,,,2、受壓元件——封頭,,,,2、受壓元件——封頭,2.2.1 計算公式,,,,a/b越大，越扁平，長軸收縮多，變形越大，應(yīng)力也大。K與Di/2hi關(guān)系查表 7.1,2、受壓元件——封頭,3）穩(wěn)定性 在內(nèi)壓作用下，長軸縮短，產(chǎn)生壓應(yīng)力，存在周向失穩(wěn)可能，標(biāo)準(zhǔn)控制最小厚度來保證。（GB150 表7-1 下部說明） 在外壓作用下，短軸縮短，產(chǎn)生壓應(yīng)力，球面部分存在失穩(wěn)可能，用圖表法進行校核計算。,,,,2、受壓元件

23、——封頭,2.2 封頭 2.2.2 碟形封頭1）應(yīng)力分布 碟形封頭由球面、環(huán)殼和園筒組成，應(yīng)力分布與橢圓封頭相似。 徑向應(yīng)力 σr為拉伸應(yīng)力，在球面部分均勻分布，至環(huán)殼應(yīng)力逐漸減小，到底邊應(yīng)力降至一半。 周向應(yīng)力 σθ在球面部分為均勻分布拉伸應(yīng)力，環(huán)殼上為壓縮應(yīng)力，在連接點到底邊逐漸減小，而在球面與環(huán)殼連接處最大。,,,,碟形殼的應(yīng)力與變形,2、受壓元件——封頭,碟形封頭與橢圓封頭形狀相似，不同點是應(yīng)力與變

24、形都是不連續(xù)的，而且有兩個拐點（球面與環(huán)殼、環(huán)殼與園筒）在兩個邊界上產(chǎn)生附加力矩（彎曲應(yīng)力） 在內(nèi)壓作用下，球面外凸，環(huán)殼內(nèi)縮，園筒外脹。當(dāng)r/R越小，球面與環(huán)殼處產(chǎn)生應(yīng)力最大；r/R→1趨于球殼，彎距→0；所以蝶形封頭最大應(yīng)力在球面與環(huán)殼過度區(qū)。,,,,,2、受壓元件——封頭,2）碟形封頭的計算公式,,,,Ri/r越大，變形越大，應(yīng)力也大，所以M隨R/r增大而增大， M與Ri/r查表7-3,3）穩(wěn)定性,在內(nèi)壓作用下，長軸縮

25、短，產(chǎn)生壓應(yīng)力，存在周向失穩(wěn)可能，標(biāo)準(zhǔn)控制最小厚度來保證。（GB150 表7-1 下部說明） 在外壓作用下，短軸縮短，產(chǎn)生壓應(yīng)力，球面部分存在失穩(wěn)可能，用圖表法進行校核計算。,同橢圓形封頭,2、受壓元件——封頭,2.2 封頭 2.2.3 錐形封頭1）定義 錐形封頭半頂角α≤60°，以大端直徑為當(dāng)量園筒直徑(Di/cosα)方法計算（即按當(dāng)量園筒一次薄膜應(yīng)力計算）。 同一直徑處周向應(yīng)力等于軸向應(yīng)力2倍

26、；不同直徑處，應(yīng)力是不同的。 半頂角α>60°，按園平板計算，此時應(yīng)力以彎曲應(yīng)力為主，與薄膜理論不適應(yīng)的。 大端α≤30°采用無折邊結(jié)構(gòu)； α>30°帶折邊 小端α≤45°采用無折邊結(jié)構(gòu)； α>45°帶折邊,,,,,,,2、受壓元件——封頭,2）應(yīng)力分析大端 軸向力T2分解成沿母線方向N2和垂直與軸線方向P2。 N2 軸向拉伸應(yīng)力 P

27、2 大端徑向收縮，產(chǎn)生徑向彎曲應(yīng)力，并使周向應(yīng)力與壓力作用產(chǎn)生周向應(yīng)力，方向相反而相對減小，所以大端以一次軸向拉伸應(yīng)力+二次軸向彎曲應(yīng)力為強度控制條件,,,,2、受壓元件——封頭,,,,2）應(yīng)力分析小端 軸向力T1分解成母線方向N1和垂直于軸線方向P1. N1 軸向拉伸應(yīng)力 P1 小端徑向張大，產(chǎn)生周向應(yīng)力。此周向應(yīng)力與壓力作用產(chǎn)生周向應(yīng)力方向一致，相互疊加，所以小端以一次周向應(yīng)力+由邊界力引起周向應(yīng)力為強度條件控制值

28、,2、受壓元件——封頭,3）計算公式 錐殼厚度,,,,,由于受邊界條件影響，是否需要在大、小端增設(shè)加強段，由GB150 圖7-11、7-13判斷，交點在左邊表示二次應(yīng)力影響不大，不起控制作用，按上式計算即可；當(dāng)交點在右邊時，需增設(shè)加強段。大端厚度： 小端厚度：,Q應(yīng)力增值系數(shù)，體現(xiàn)邊界應(yīng)力作用。,通常情況下，錐殼為一個厚度。則應(yīng)取上述三個厚度中最大值。,2、受壓元件——封頭,2.2 封頭 2.2.4平蓋 平蓋

29、厚度是基于園平板在均布載荷作用下一次彎曲應(yīng)力來計算： K為結(jié)構(gòu)特征系數(shù)，分固支（焊接）和簡支（螺栓）查表7-7。 比較兩種邊界條件下得最大撓度與最大應(yīng)力，可知： 撓度反映板的剛度；應(yīng)力則反映強度。 所以周邊固支平蓋的最大撓度和最大彎曲應(yīng)力比周邊簡支要小，從強度和剛度要求，周邊固支比周邊簡支的為好。,,,,,,,,主要內(nèi)容,1、總論 2、受壓元件 3、外壓元件（園筒和球殼） 4、開孔補強

30、5、法蘭6、低溫壓力容器（附錄C） 7、超壓泄放裝置（附錄B）,,,3.1 失穩(wěn)外壓元件承受的壓應(yīng)力，其破壞形式主要是失穩(wěn)，失穩(wěn)可分為周向失穩(wěn)和軸向失穩(wěn)。周向失穩(wěn) 斷面由園形變成波形 軸向失穩(wěn) 軸線由直線變成波形線,3、外壓元件（園筒和球殼）,,,,周向壓縮應(yīng)力引起,軸向壓縮應(yīng)力引起,3、外壓元件（園筒和球殼）,,,,3.2 外壓容器的設(shè)計外壓容器園筒和球殼的設(shè)計主要是穩(wěn)定性計算。外壓容器園筒壁厚的計算，主要是為了

31、防止在外壓作用下殼體的失穩(wěn)。為了防止失穩(wěn)，應(yīng)使殼體防止失穩(wěn)的許用壓力[P]大于或等于計算壓力Pc.園筒穩(wěn)定安全系數(shù)取3.0，球殼穩(wěn)定安全系數(shù)取14.52。1）周向失穩(wěn)計算外壓容器殼體壁厚計算一般采用圖算法，根據(jù)殼體直徑（或半徑），計算長度，假設(shè)壁厚(δe)和所用材料牌號，利用圖表查取系數(shù)，然后代入公式得到許用外壓力[P]，使[P]≥Pc ；否則重新計算直至合格為止。2）軸向失穩(wěn)計算由園筒或管子的半徑，壁厚δe和所用材料牌號，用圖

32、表查取系數(shù)，代入公式得B值，使計算壓力Pc小于或等于許用軸向壓縮應(yīng)力。許用軸向壓縮應(yīng)力取設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力[σ]和B值的較小值。,3、外壓元件（園筒和球殼）,3.3 防止外壓園筒失穩(wěn)措施防止外壓園筒失穩(wěn)措施主要有：1）增加園筒壁厚；2）縮短園筒的計算長度；3）設(shè)置加強圈。 加強圈設(shè)置應(yīng)整圈圍繞在園筒上，并要求有足夠截面積和組合慣性距。加強圈可設(shè)置在容器內(nèi)部或外部。加強圈和園筒之間連接可采用連續(xù)焊或間斷焊。間斷焊外部不少

33、于園筒周長的1/2，內(nèi)部不少于1/3。,,,,主要內(nèi)容,1、總論 2、受壓元件 3、外壓元件（園筒和球殼） 4、開孔補強 5、法蘭6、低溫壓力容器（附錄C） 7、超壓泄放裝置（附錄B）,4、開孔補強,4.1 適用范圍 在筒體、封頭上開圓孔，橢圓孔或長圓孔。非園孔的a/b≤2。筒體 Di≤1500或凸形封頭 d≤1/2Di(且筒體d≤520mm)筒體 Di>1500或錐形封頭 d≤1/3Di(且筒體d≤1

34、000mm),,,,開孔不僅削弱容器強度，也造成局部應(yīng)力集中，是造成容器破壞重要因素，所以開孔補強是壓力容器設(shè)計重要組成部分。,4、開孔補強,4.2 開孔補強形式與作用 1）型式 兩種開孔補強型式——整體補強和局部補強（補強圈） 整體補強 增加殼體厚度（經(jīng)濟性差） 厚壁管（推薦） 整體補強鍛件與殼體焊接（嵌入式接管） GB150 P222 圖J5 a），b）局部

35、補強 補強圈（推薦） 2）作用內(nèi)壓容器——對開孔截面拉伸強度補償。外壓容器——對開孔截面壓縮穩(wěn)定性補償，防止失穩(wěn)。,,,,4、開孔補強,4.3 開孔補強的規(guī)定 1）不另行補強的最大開孔直徑 應(yīng)滿足GB150 P75 8.3規(guī)定 2）采用補強圈補強要求 σb≤540MPa ; δ≤1.5δn; δn≤38mm3）整體補強要求 下列情況之一，應(yīng)采用整體補強（增加殼體厚度或采用補強鍛件與殼體相

36、焊）。HG20583 鋼制化工容器結(jié)構(gòu)規(guī)定。 σb>540MPa δ>1.5δn δn>38mm Pd≥4.0MPa Td>350℃ 介質(zhì)為極度，高度危害介質(zhì),,,,4、開孔補強,4.4 開孔補強方法 1）等面積補強法（d≤1/2Di） 原則：有效補強面積大于或等于開孔失去面積 式中δ為開孔處計算厚度， 注意：對橢圓封頭和碟形封頭中心部

37、位和邊緣部位δ是不同的。,,,,4、開孔補強,4.4 開孔補強方法 2）壓力面積補強法（0.8Di≥d＞0.5Di） 原則：有效承壓面積上作用力≤許用應(yīng)力 當(dāng)殼體、接管、補強圈材料不同時，上述可表達為： [σ]0、[σ]1、[σ]2分別為殼體、接管、補強圈材料的許用應(yīng)力，Mpa Aσ0、Aσ1、Aσ2分別為有效補強范圍內(nèi)殼體、接管和補強圈橫截面積，mm2 P 設(shè)計壓力，Mpa； AP為補

38、強有效范圍內(nèi)壓力作用面積，mm2 詳見 HG 20581 鋼制化工容器強度計算規(guī)定,,,,,主要內(nèi)容,1、總論 2、受壓元件 3、外壓元件（園筒和球殼） 4、開孔補強 5、法蘭6、低溫壓力容器（附錄C） 7、超壓泄放裝置（附錄B）,5、法蘭,5.1 法蘭分類 1）按墊片 窄面法蘭 墊片在螺栓孔內(nèi)側(cè)（一般采用窄面法蘭）寬面法蘭 墊片在螺栓孔兩側(cè) 2）按整體性程度 松式法蘭 法蘭與筒體未連成整體，如活套法

39、蘭、螺紋法蘭整體法蘭 法蘭環(huán)、錐頸與筒體連成整體，如長頸法蘭任意式法蘭 如平焊法蘭（JB4700中，甲、乙型平焊法蘭） 3）按密封面型式 突面法蘭 由一對平面組成凹凸面法蘭 由一對相配合的凹面和凸面組成榫槽法蘭 由一對相配合的榫面和槽面組成環(huán)面法蘭 由一對相配合的環(huán)面組成,,,,5、法蘭,按密封面形式 法蘭示意圖,,,,5、法蘭,5.2 墊片 1）墊片種類 非金屬墊片 橡膠板、橡膠石棉板、聚四氟乙烯、膨脹

40、石墨等金屬墊片 純鋁、紫銅、軟鋼、不銹鋼等，用于壓力、溫度較高場合金屬包墊片 柔性石墨、石棉板為芯材，外包銅、鋁、不銹鋼、鍍鋅鐵皮 常用于中、低壓和較高溫度場合。纏繞墊片 由金屬薄帶（0Cr13、0Cr18Ni9、08F）和填充帶 （石墨、柔性石墨、聚四氟乙烯）相間纏繞而成， 適用較高壓力和溫度范圍。,,,,5、法蘭,5.2 墊片 2）墊片壓緊

41、力 預(yù)緊狀態(tài)下最小壓緊力 操作工況下最小壓緊力 式中，m墊片系數(shù)，墊片操作時，為保持密封需要施加于墊片單位有效密封面積上的最小壓緊力與內(nèi)壓力比值，即 2是系數(shù)，m是墊片材料的一個特性， y墊片比壓力，墊片在預(yù)緊時，為了消除法蘭密封面與墊片接觸面間的縫隙，需施加于墊片單位有效密封面積上的最小壓緊力。 墊片合理設(shè)計，應(yīng)使墊片在預(yù)緊和操作狀態(tài)下所需壓緊力盡可能小。,,,,5、法蘭,5.

42、3 法蘭設(shè)計 1）法蘭密封要求 法蘭是通過緊固螺栓（螺柱）壓緊墊片來實現(xiàn)密封，所以法蘭設(shè)計要防止泄漏，既要保證強度，也要有足夠剛性，以保持良好密封性。 影響法蘭密封因素：a）操作條件，P、T、介質(zhì)b）螺栓的預(yù)緊力c）墊片的性能，應(yīng)考慮墊片材料對溫度及其介質(zhì)相容性。d）法蘭密封面形式e）法蘭剛度,,,,,5、法蘭,5.3 法蘭設(shè)計 2）螺栓 螺栓載荷 預(yù)緊狀態(tài)： 操作狀態(tài)：螺栓面積

43、 預(yù)緊時 操作時 取兩者大值作為確定螺栓截面積依據(jù)。 在螺栓面積A已定情況下，選用小直徑螺栓，個數(shù)多；選用大直徑螺栓，個數(shù)少，為保證扳手在周向和徑向間距要求，應(yīng)選取合適螺栓直徑，使螺栓中心圓直徑最小。螺栓中心圓直徑增大，使螺栓預(yù)緊力增大，承受彎距增大，不利于密封。,,,,5、法蘭,5.3 法蘭設(shè)計 3）法蘭 法蘭強度設(shè)計的理論有多種，我國法蘭設(shè)計規(guī)范的依據(jù)是彈性分析理論，即控制法蘭中應(yīng)力在

44、彈性范圍內(nèi)，以保證法蘭的密封要求。（Waters 法） 工程上法蘭設(shè)計主要是對法蘭軸向應(yīng)力σH，徑向應(yīng)力σr和周向應(yīng)力σθ和組合應(yīng)力的校核。 即 ，,,,,5、法蘭,5.3 法蘭設(shè)計 4）法蘭設(shè)計的合理性 a）選擇墊片時，盡可能選擇所需壓緊力小的墊片，即m、y小的墊片。 b）盡可能縮小螺栓中心圓直徑，減小法蘭力矩的力臂，有利密封； c）合理設(shè)計法蘭錐頸（δ1）和法蘭環(huán)（δ

45、f），既保證強度，又有足夠剛度，即調(diào)整δ1、 δf使法蘭的各計算應(yīng)力盡可能接近相應(yīng)許用應(yīng) 力，趨滿應(yīng)力狀態(tài)。,,,,主要內(nèi)容,1、總論 2、受壓元件 3、外壓元件（園筒和球殼） 4、開孔補強 5、法蘭6、低溫壓力容器（附錄C） 7、超壓泄放裝置（附錄B）,6、低溫壓力容器（附錄C）,設(shè)計溫度低于或等于-20℃的鋼制壓力容器（室外安裝無保溫的容器，最低設(shè)計溫度應(yīng)考慮地區(qū)環(huán)境溫度影響） 各國對低溫壓力容器劃分溫度

46、界限： 受環(huán)境溫度影響，殼體的金屬溫度低于或等于-20℃時，也應(yīng)遵循低溫壓力容器規(guī)定。,,,,6、低溫壓力容器（附錄C）,6.1 低溫低應(yīng)力工況 設(shè)計溫度雖低于或等于-20℃,但其周向應(yīng)力σθ小于1/6σs屈服限，且不大于50MPa時，稱低溫應(yīng)力工況。  在低溫應(yīng)力工況下，設(shè)計溫度加50℃后，高于-20℃則不必遵循低溫壓力容器規(guī)定，可大大降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟性。,,,,6、低溫壓力容器

47、（附錄C）,6.2 低溫壓力容器對結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 低溫壓力容器使用溫度低，材料由延性狀態(tài)向脆性狀態(tài)轉(zhuǎn)變，降低抗沖擊性能，易發(fā)生脆斷，所以對材料有較高沖擊試驗要求外，對結(jié)構(gòu)也有要求。1）結(jié)構(gòu)簡單，減少約束；2）避免產(chǎn)生大的溫度；3）減少局部應(yīng)力集中和形狀突變，接管端部要磨圓；4）支座不得直接焊在殼體上；5）開孔補強盡量采用整體補強和厚壁管補強；6）墊片應(yīng)采用在低溫下有良好彈性的材料。,,,,6、低溫壓力容器（附錄C）,6

48、.3 低溫壓力容器對材料、焊接、無損探傷、焊后熱處理的要求1）對材料要求 受壓元件用鋼采用鎮(zhèn)靜態(tài) δ>20mm鋼板逐張超探 對不同使用溫度，進行低溫沖擊2）對焊接和無損探傷要求 全焊透結(jié)構(gòu) 無損探傷比例為50％和100％ 100％RT或UT檢測的容器，其對接接頭、T形接頭、角焊接縫需進行100％MT或PT檢測。 焊縫表面不得有咬邊3）焊后熱處理 鋼板厚度δ>16mm的

49、碳素鋼和低合金鋼制容器或受壓元件，應(yīng)進行焊后熱處理。,,,,主要內(nèi)容,1、總論 2、受壓元件 3、外壓元件（園筒和球殼） 4、開孔補強 5、法蘭6、低溫壓力容器（附錄C） 7、超壓泄放裝置（附錄B）,7、超壓泄放裝置（附錄B）,壓力容器在運行中由于外界因素影響和工藝過程失控，造成超壓或超溫，容器有可能發(fā)生破裂或爆炸等安全事故，超壓泄放裝置就是在容器一旦超壓時會自動泄放，避免事故發(fā)生。7.1 對泄壓裝置要求 1）動作壓力能

50、在設(shè)定壓力及允許誤差范圍內(nèi)2）泄放能力大于或等于容器安全泄放量3）有可靠密封，能保證容器正常工作 4）在有效使用期限內(nèi)能可靠工作,,,,超壓泄放裝置有安全閥、爆破片、及安全閥和爆破片組合。,7、超壓泄放裝置（附錄B）,7.2 采用爆破片條件符合下列條件之一，必須采用爆破片 1）壓力快速增長 2）對密封要求高 3）介質(zhì)粘稠、有腐蝕性或?qū)﹂y門有磨損的介質(zhì) 4）其他安全閥不能適用的場合 7.3 安全閥、爆破片動作壓力和容器設(shè)

51、計壓力關(guān)系 安全閥動作壓力 爆破片爆破壓力,,,,7、超壓泄放裝置（附錄B）,,,,當(dāng)采用安全閥與爆破片組合裝置時，其中一個泄放裝置的動作壓力應(yīng)不大于設(shè)計壓力，另一個泄放裝置的動作壓力可提高，但不得超過設(shè)計壓力的4% 。 （安全閥動作壓力不大于設(shè)計壓力；爆破片的動作壓力不超過設(shè)計壓力的4％）。,安全閥最高開啟壓力,7、超壓泄放裝置（附錄B）,7.4 泄放裝置的設(shè)計 泄放裝置設(shè)計主要是泄放能力（安全泄放量）計算和排放面積確定