化工设备机械基础第九章 内压薄壁圆筒和球壳设计

发布于:2021-06-14 07:15:26

§2内压圆筒的设计
一、内压圆筒壁厚的确定

? 1、计算厚度(理论计算壁厚)
? ?
pc Di 2 [? ] ? ? p c
t

pc

——计算压力。在相应设计温度下,用以 确定元件厚度的压力,其中包括液注静压

力。当液注静压力小于5%设计压力时可忽
1

略不计。

一、内压圆筒壁厚的确定
2、设计厚度 ? d 和名义厚度? n 设计厚度 ? d
? ? ? C2

为计算厚度与腐蚀裕量之和。

C 2 ? n ? ——腐蚀裕量。在设计寿命内器壁因遭

受腐蚀而减薄的总量。

C 对碳钢、低合金钢: 2 ≮1mm。
2

一、内压圆筒壁厚的确定
n—设计寿命,年。 ? ——年腐蚀率,mm/年。 名义厚度 ? n ? ? d ? C 1 ? ? ? ? ? C 1 ? C 2 ? ? —将设计厚度加上钢板厚度负偏差然后向上 圆整到钢板标准规格的厚度。为图样上标注 的厚度。 C 1 —钢板厚度负偏差。
3

一、内压圆筒壁厚的确定
?
——厚度圆整值。一般0<? <1;若取 ? n

为偶数,则

? <2。
? C1 ? C 2

3、有效厚度? e ——指名义厚度 ? n 减去厚度附加量 C ,即
4

? e ? ? n ? C1 ? C 2 ? ? ? ?

为整个设计寿命内能抵抗介质压力破坏的厚度。

一、内压圆筒壁厚的确定
各种厚度之间的关系为:
C1

C
C2

?d

?n
?

?下料

?e
?

加工减薄量

5

二、设计参数的确定
1、设计压力p 设计压力p—指在相应设计温度下用以 确定容器壳体厚度及其元件尺寸的压力。 与相应的设计温度一起作为设计的载荷条件, pw 其值不低于 工作压力 p w ——在正常工作的情况下,容器顶 部可能达到的最高压力。
6

二、设计参数的确定
(1)设计压力p应等于或略大于工作压力 p w (2)装有安全阀时,应使 p≥ p k—安全阀开启压力。 一般
p ? (1 . 05 ~ 1 . 1) p w

(3)装有爆破片时,应使p大于使用温 度下的爆破压力,一般
p ? (1 .1 5 ~ 1 .3) p w

7

(物料粘度高、腐蚀性强、易聚合结晶安全 阀不能可靠工作)。

举例
例: 确定一容器筒体的计算厚度 ? 、设计厚 度? d 、名义厚度? n 和有效厚度 ? e 。已知:设计 压力 p ? 1 . 9 MPa ,设计温度 t ? 330 ? C , 内径 D i ? 800 mm ,介质对钢板的腐蚀速率: ? ? 0 .1 5m m /年,设计寿命 n ? 10 年,材料: 16 MnR 。全焊透对接焊缝,全部无损探伤。
8

例: 确定一容器筒体的计算厚度 ? 、设计厚度? 、名义厚度 ? 和有效厚度? 。已知: ? 设计压力p ? 1 . 9 MPa ,设计温度 t ? 330 ? C ,内径D ? 800 mm ,介质对钢板的腐蚀速率:? 015 mm / 年,设计寿命 n ? 10 年,材料:16 MnR 。全焊透对接焊缝,全部无损探伤。
d n e i

解: ?
t

?

pc Di 2 [? ] ? ? p c
t

,由P125表9-4:
? 30 ? 138 MPa

[? ] ? 144 ?

144 ? 134 50

(假设钢板厚度在6~16mm范围并用插值法)

由P127表9-6: ? 1.0 ;并取 ?
p c ? p ? 1 . 9 MPa

9

例: 确定一容器筒体的计算厚度 ? 、设计厚度? 、名义厚度 ? 和有效厚度? 。已知: ? 设计压力p ? 1 . 9 MPa ,设计温度 t ? 330 ? C ,内径D ? 800 mm ,介质对钢板的腐蚀速率:? 015 mm / 年,设计寿命 n ? 10 年,材料:16 MnR 。全焊透对接焊缝,全部无损探伤。
d n e i

? ? ?

1 .9 ? 8 0 0 2 ? 1 3 8 ? 1 .0 ? 1 .9

? 5 .5 5 m m

? d ? ? ? C 2 ? ? ? n?
? 5 .5 5 ? 1 0 ? 0 .1 5 ? 7 .0 5 m m ? n ? ? d ? C1 ? ?

钢板负偏差 C 1 由P128表9-10查得:
10
C 1 ? 0.8 m m

(按板厚8~25mm)。

例: 确定一容器筒体的计算厚度 ? 、设计厚度? 、名义厚度 ? 和有效厚度? 。已知: ? 设计压力p ? 1 . 9 MPa ,设计温度 t ? 330 ? C ,内径D ? 800 mm ,介质对钢板的腐蚀速率:? 015 mm / 年,设计寿命 n ? 10 年,材料:16 MnR 。全焊透对接焊缝,全部无损探伤。
d n e i

? n ? ? d ? C 1 ? ? ? 7 . 05 ? 0 . 8 ? ? ? 7 . 85 ? ?
可取 ? n
[? ]
t

? 8 mm ,

? ? 0 . 15 mm

? n ? 8 m m 在(6~16)mm和(8~25)mm

范围内,

和 C 1 的取值是合适的。

? e ? ? n ? C 1 ? C 2 ? 8 ? 0 . 8 ? 1 . 5 ? 5 . 7 mm

11

三、薄壁球壳强度计算公式
1、计算厚度 2、设计厚度 ? d 3、名义厚度
? n ? ? ? C1 ? C 2 ? ? ?
pc Di 4[? ] ? ? p c
t

? ?

pc Di 4[? ] ? ? p c
t

? ? ? C2 ?

pc Di 4[? ] ? ? p c
t

? C2

? C1 ? C 2 ? ?

12

四、容器的最小壁厚 ? min (加工成形后不包括腐蚀裕量)
为何要规定最小壁厚? 在设计压力很低时,由内压强度计算公式 算出的计算厚度较小,往往不能满足制造(难

焊)、运输和吊装(刚度小容易变形)等方面
的要求,所以对容器圆筒规定了加工成形后不 包括腐蚀裕量 C 2 最小厚度 ? min
13



四、容器的最小壁厚 ? min (加工成形后不包括腐蚀裕量)
1、碳钢和低合金钢
? min ≮3mm

2、不锈钢容器: ? min ≮2mm(为节约不锈钢) 3、如何判断是否由最小壁厚确定容器厚度, 怎么确定? 若计算厚度 ?
14
? ? m in

,则取 ?

n

? ? min ? C 2 ? ?

四、容器的最小壁厚 ? min (加工成形后不包括腐蚀裕量)
如果这时 ? e
? ? n ? C 1 ? C 2< ?

,则应取

? n ? ? min ? C 1 ? C 2 ? ?

即压力容器强度设计步骤为:

15

举例

例:已知筒体 D i ? 1 0 0 0 m m , p ? 0 .3 M P a , t ? 1 0 0 ? C , 材料 Q 2 3 5 ? A ;全焊透对接焊缝,局部无损探 伤;取腐蚀裕量 C 2 ? 2 mm 。求名义厚 度 ?n ? ?

17

例:已知筒体 D

i

? 1 0 0 0 m m , p ? 0 .3 M P a , t ? 1 0 0 C

?

,材料 Q 235 A ;全焊透对接焊缝,

局部无损探伤;取腐蚀裕量 C

2

? 2 mm

。求名义厚度

?n ?



解:由p124表9-4,2 3 5 ? A 在t Q
[? ] ? 113 MPa
t

? 100 C

?

时,

? 由p127表9-6, ? 0 . 85

取 p c ? p ? 0 . 3 MPa 所以:
? ?
pc Di 2 [? ] ? ? p c
t

?

0 . 3 ? 1000 2 ? 113 ? 0 . 85 ? 0 . 3

? 1 . 56 mm

18

例:已知筒体 D

i

? 1 0 0 0 m m , p ? 0 .3 M P a , t ? 1 0 0 C

?

,材料 Q 235 A ;全焊透对接焊缝, 。求名义厚度
?n ?

局部无损探伤;取腐蚀裕量 C

2

? 2 mm



? ? min ? 3 mm ? ?

,所以可取

? n ? ? min ? C 2 ? ? ? 3 ? 2 ? ? ? 5 mm ( ? ? 0 )

由p128表9-10 ,5mm厚钢板之负偏差 C 1 ? 0 . 5 mm 所以
? e ? ? n ? C 1 ? C 2 ? 5 ? 0 .5 ? 2
? 2 .5 m m ? ? ? 1 .5 6 m m

取 ? n ? 5 mm 是合适的。
19

五、内压圆筒的厚度系数、计算应力与 最高允许工作压力
1、厚度系数 ?
? ? ?e ?
?

? n ? C1 ? C 2 ?
?

?

? ?? ?

?1?

?

?

——
?

? 取决于圆整值

的大小反映了容器的承压潜力(与计算 压力相比)。

20

五、内压圆筒的厚度系数、计算应力与 最高允许工作压力
2、设计温度下的计算应力?
pc (Di ? ? e ) 2? e
t

根据设备图纸求取圆筒的计算应力应使用有效壁厚 ? e
? 即:
t

?

pc D 2? e

?

(应≤ [? ] ?
t



21

五、内压圆筒的厚度系数、计算应力与 最高允许工作压力
3、设计温度下的最高允许工作压力 [ p w ]
p≤ 2? e Di ? ? e [? ] ?
t



[ pw ] ?

2? e Di ? ? e

[? ] ? ?
t

?e ?

pc ? ? pc

22

举例

例: 已知一制成容器,D i ? 1 0 0 0 m m , ? n ? 1 2 m m , ? p ? 2 M P a , t ? 100 ? C 材料:20R, ? 1 ,腐蚀 裕量 C 2 ? 2 mm 。求圆筒的:计算厚度 ? ,设 计厚度 ? d ,圆整值 ? ,有效厚度 ? e ,最高 允许工作压力 [ p w ] 。

23

t ? ? 例: 已知一制成容器,D ? 1000 mm , ? ? 12 mm , p ? 2 MPa , , ? 100 C 材料:20R, 1 , C ? ? ? 腐蚀裕量? 2 mm 。求圆筒的:计算厚度 ,设计厚度 ,圆整值 ,有效 ? [p 厚度 ,最高允许工作压力 ] 。
?

i

n

2

d

e

w

解:(1)计算厚度 ? 由p124表9-4查得20R在t ? 100 C 时之 [? ] ? 133 MPa
?

t

(设 ? n

= ( 6 ~ 16 ) mm );取 p c = p = 2 MPa
pc Di 2[? ] ? ? p c
t

? ?

?

2 ? 1000 2 ? 133? 1? 2

? 7 .6 m m

(2)设计厚度 ? d
? d ? ? ? C 2 ? 7.6 ? 2 ? 9.6 m m

24

t 例: 已知一制成容器,D ? 1000 mm , ? ? 12 mm , p ? 2 MPa , , ? 100 C ? ? 腐蚀裕量? 2 mm 。求圆筒的:计算厚度 ,设计厚度 ? [p 厚度 ,最高允许工作压力 ] 。
i n

?

C

2

d

? ? 材料:20R, 1 , ? ,圆整值 ,有效

e

w

(3)圆整值 ? 所以

? n ? ? d ? C1 ? ? ? ? ? ? n ? ? d ? C1
n

由P127表9-10查得? (4)有效厚度?

? 12 mm

钢板负偏差 C

1

? 0 . 8 mm

? ? 12 ? 9 . 6 ? 0 . 8 ? 1 . 6 mm
e

? e ? ? ? ? ? 7 .6 ? 1 .6 ? 9 .2 m m

(5)最高允许工作压力 [ p
[ pw ] ? 2? e Di ? ? e [? ] ? ?
t

w

]
? 1 3 3 ? 1 ? 2 .4 2 M P a

2 ? 9 .2 1 0 0 0 ? 9 .2

25

t 例: 已知一制成容器,D ? 1000 mm , ? ? 12 mm , p ? 2 MPa , , ? 100 C ? ? 腐蚀裕量? 2 mm 。求圆筒的:计算厚度 ,设计厚度 ? [p 厚度 ,最高允许工作压力 ] 。
i n

?

C

2

d

? ? 材料:20R, 1 , ? ,圆整值 ,有效

e

w


[ p w ] ? ? p c ? (1 ? ?

?

) p c ? (1 ?

1 .6 7 .6

) ? 2 ? 2 .4 2 M P a

26

1、液压试验
□试验压力: 内压容器
p T ? 1 .2 5 P [? ] [? ]
t

M Pa

p --设计压力
[? ]、 ] [?
t

--试验温度和设计温度下材料的许用 应力,Mpa;
t

[? ] /[? ] >1.8

取1.8

27

1、液压试验
外压容器和真空容器: 按内压容器进行
p T ? 1 . 25 p

□应力校核 ∵ pT ? p (防止应力过大,试验前进行)
?T ?
pT ( D i ? ? e ) 2? e ≤ 0 .9 ?? s

28

2、气压试验
□气体介质:干燥洁净的空气、氮气或其它惰
性气体。

□试验温度:一般≮15℃
□试验压力:内压容器:
p T ? 1 .1 5 P [? ] [? ]
t

M Pa

[? ] /[? ] >1.8
t

取1.8

外压容器和真空容器: p T ? 1 . 15 p
29

按内压容器进行

2、气压试验
□试验前应对圆筒的最大薄膜应力进行校核:
?T ?
pT ( D i ? ? e ) 2? e ≤ 0 .8?? s

实验步骤:

30

举例

反应器

D i ? 700 mm

,t=350℃,p=1.5Mpa,

取C1=0.8mm,C2=2mm,φ=0.85,材料16MnR,

求:(1)筒体壁厚;(2)水压试验压力;
(3)校核水压试验时壳体最大应力。

31

例:反应器 D ? 700 mm ,t=350℃,p=1.5Mpa,取C1=0.8mm,C2=2mm, φ =0.85,材料16MnR,求:(1)筒体壁厚;(2)水压试验压 力;(3)校核水压试验时壳体最大应力。
i

解(1) ?

?

pc Di 2[? ] ? ? p c
t
t

由P124表9-4:16MnR在350℃时 [? ] 常温 [? ] =170 MPa 常温 ? s =345 Mpa(设? n 取
32
p c = p = 1 . 5 MPa = 6 ~ 16 mm

=134Mpa,

)

? =

1 . 5 × 700 2 × 134 × 0 . 85 1 .5

= 4 . 6 mm

例:反应器 D ? 700 mm ,t=350℃,p=1.5Mpa,取C1=0.8mm,C2=2mm, φ =0.85,材料16MnR,求:(1)筒体壁厚;(2)水压试验压 力;(3)校核水压试验时壳体最大应力。
i

? n ? ? ? C1 ? C 2 ? ? ?

4.6+0.8+2+△=7.4+△ =8mm(△=0.6mm) (2)∵ ∴
33
[? ] [? ]
t

?

170 134

? 1 .2 7< 1.8

p T ? 1 .2 5 p

[? ] [? ]
t

? 1 .2 5 ? 1 .5 ? 1 .7 ? 2 .4 M p a

例:反应器 D ? 700 mm ,t=350℃,p=1.5Mpa,取C1=0.8mm,C2=2mm, φ =0.85,材料16MnR,求:(1)筒体壁厚;(2)水压试验压 力;(3)校核水压试验时壳体最大应力。
i

(3) ? T

?

pT ( D i ? ? e ) 2? e

≤ 0 .9 ?? s

? e ? ? ? ? ? 4.6 ? 0.6 ? 5.2m m
?T =
2 . 4 × ( 700 + 5 . 2 ) 2 × 5 .2 = 162 . 7 MPa

0.9?? s ? 0.9 ? 0.85 ? 345 ? 264M P a

34

? T < 0 .9?? s

——水压试验是安全的。


相关推荐

最新更新

猜你喜欢