第九章-内压薄壁圆筒与封头的强度设计.ppt

NanjingUniversityofTechnology第九章内压薄壁圆筒与封头的强度设计9.1.1关于弹性失效的设计准则容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点，该容器即告破坏。(中低压薄壁容器)强度安全条件：9.1.2强度理论及其相应的强度条件第三强度理论的强度条件为：9.2内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计9.2.1强度计算公式依据第三强度理论，强度公式为：内压圆筒强度计算公式：在公式（9-2）基础上，考虑到钢板的负偏差C（钢板在轧制时产生了偏差）——名义壁厚公式：式中δe——有效壁厚，δe=圆整后的壁厚（δn）－C1－C2。1.压力工作压力pw---正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。由工艺计算确定：化学反应所要求的；传递过程所必需的；由液化气体的饱和蒸汽压所决定的。设计压力p：设定的容器顶部的最高压力---设计载荷。取值方法：（2）容器内有爆炸性介质，安装有防爆膜时：（3）无安全泄放装置——取p=（1.0~1.1）pw。（4）盛装液化气容器——设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。（地面安装的容器按不低于最高饱和蒸汽压考虑，如40℃，50℃，60℃时的气体压力）。注意：要考虑实际工作环境，如放置地区，保温，遮阳，喷水等。釜壁可能承受压力情况：※釜内空料，夹套内充蒸汽-----外压0.2MPa;※釜内真空，夹套内充蒸汽-----外压0.3MPa;※釜内0.3MPa，夹套内0.2MPa----内压0.1MPa;※釜内0.3MPa，夹套内空料----内压0.3MPa;釜壁承受的最大压差:内压0.3MPa或外压0.3MPa.计算压力pc---在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。即计算压力=设计压力+液柱静压力(≥5%P时计入)可见，计算压力≥设计压力≥工作压力=容器顶部表压2.设计温度3.许用应力和安全系数（2）安全系数及其确定：4.焊接接头系数（f）①缺陷，夹渣，未焊透，晶粒粗大等，在外观看不出来；②熔池内金属从熔化到凝固的过程受到熔池外金属的刚性约束，内应力很大。——焊缝区强度比较薄弱。5.壁厚附加量（2）腐蚀裕量C26.直径系列与钢板厚度9.2.3容器的壁厚和最小壁厚设计压力较低的容器计算厚度很薄。大型容器刚度不足，不满足运输、安装的要求。限定最小厚度以满足刚度和稳定性要求。定义：壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度：a.碳素钢和低合金钢制容器不小于3mmb．对高合金钢制容器，不小于2mm9.2.4压力试验及强度校核压力试验分类：①液压试验介质：一般为水；过程：注意：不锈钢容器——水中氯离子不得超过25mg/L。※试压合格的条件：1）无渗漏；2）无可见变形；3）试验过程中无异常响声；4）σb≥540MPa的材料，表面经无损检验无裂纹。例1：设计乙烯精馏塔。由工艺计算得出塔体公称直径为600mm,工作压力为2.2MPa（不计液注高度），工作温度t=-3～20℃，塔体保温。确定该塔壁厚及选用的材料。【解】1.选材介质腐蚀性——轻微；工作温度——-3～20℃；工作压力——中压。故选用Q345R。2.确定参数（1）由DN=600mm,筒体采用板卷，Di=600mm；（2）由题意“不计液注高度”，无安全泄放装置，pc=2.2MPa；（3）因压力为中压，直径较小，故采用带垫板单面对接焊结构，局部无损探伤，查表12-8，φ=0.8；（4）塔体保温，由表12-5，设计温度取介质温度，[σ]t=170MPa；（5）常温屈服点σs=345MPa；（6）腐蚀轻微，单面腐蚀，C2=1mm。（3）确定计算壁厚式中pT=1.25p=1.25×2.2=2.75(MPa),([s]/[s]t≈1);δe=δn-C1-C2=7-0.25-1.0=5.75(mm)则9.3内压圆筒封头的设计一、半球形封头优点直边的作用：是为了避免筒体与封头间的环向焊缝处出现边缘应力和热应力的叠加。经分析：受内压的椭圆形封头最大的综合应力与椭圆形封头长短轴的比值有关，引入形状系数K。三、碟形封头形状系数四、球冠形封头（无折边球形封头）广泛应用于许多化工设备的底盖，它的优点是便于收集与卸除这些设备中的固体物料。此外，有一些塔设备上、下部分的直径不等，也常用锥形壳体将直径不等的两段塔体连接起来，这时的锥形壳体称为变径段。为减小边缘应力，锥形封头结构常有如下结构六、平板封头平板封头厚度设计公式例题2.用标准椭圆形封头此封头可以整板冲压，φ=1。计算壁厚为：（4）采用平板封头板厚计算公式为：各种封头计算结果比较单位容积的表面积，半球形封头为最小。椭圆形和碟形封头的容积和表面积基本相同，可以认为近似相等。半球形封头的应力分布最好椭圆形封头应力情况第二碟形封头在力学上的最大缺