GB1501998鋼制壓力容器剖析.ppt

1 GB150 1998 鋼制壓力容器 一 范圍 引用標(biāo)準(zhǔn) 總論 標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍 1 1 1 2節(jié) 適用的壓力范圍設(shè)計(jì)壓力P 0 1 35MPa真空度 0 02MPa適用的溫度范圍 鋼材允許的使用溫度 2 2 不適用范圍 1 3節(jié) 3 對(duì)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍的容器的處理辦法 1 4節(jié) 包括有限元法在內(nèi)的應(yīng)力分析 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)分析 如實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析 驗(yàn)證性液壓試驗(yàn) 用可比的已投入使用的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì) 引用標(biāo)準(zhǔn) 3 5 總論 1 容器管轄范圍 3 3 1節(jié) 3 3 4節(jié) 2 定義 3 4節(jié) 1 壓力除注明者外 壓力均為表壓力 工作壓力Pw設(shè)計(jì)壓力Pd計(jì)算壓力Pc最大允許工作壓力 Pw 安全閥的開啟壓力Pz爆破片的標(biāo)定爆破壓力Pb 4 2 溫度金屬溫度 工作溫度 最高 最低工作溫度 設(shè)計(jì)溫度 試驗(yàn)溫度 3 載荷 經(jīng)常性載荷 選擇性載荷 3 5 4節(jié) 4 厚度 厚度的定義 計(jì)算厚度 設(shè)計(jì)厚度 名義厚度 有效厚度等 3 4 8節(jié) 5 厚度負(fù)偏差C1腐蝕裕量C2C2 Nf dC2 Nf 設(shè)計(jì)壽命 單位 年 dC2 腐蝕速率 單位 毫米 年腐蝕裕量考慮的原則 與工作介質(zhì)接觸的筒體 封頭 接管 人 手 孔及內(nèi)部構(gòu)件等 均應(yīng)考慮腐蝕裕量 下列情況一般不考慮腐蝕裕量 6 a 介質(zhì)對(duì)不銹鋼無腐蝕作用時(shí) 不銹鋼 不銹復(fù)合鋼板或有不銹鋼堆焊層的元件 b 可經(jīng)常更換的非受壓元件 c 有可靠的耐腐蝕襯里 d 法蘭的密封表面 e 管殼式換熱器的換熱管 f 管殼式換熱器的拉桿 定距管 折流板和支持板等非受壓元件 g 用涂漆可以有效防止環(huán)境腐蝕的容器外表面及其外部構(gòu)件 如支座 支腿 底板及托架等 但不包括裙座 7 3 腐蝕裕量一般應(yīng)根據(jù)鋼材在介質(zhì)中的腐蝕速率和容器的設(shè)計(jì)壽命確定 對(duì)有使用經(jīng)驗(yàn)者 可以按經(jīng)驗(yàn)選取 4 容器的設(shè)計(jì)壽命除有特殊要求外 塔 反應(yīng)器等主要容器一般不應(yīng)少于15年 一般容器 換熱器等不少于8年 腐蝕裕量的選取 1 容器筒體 封頭的腐蝕裕量a 介質(zhì)為壓縮空氣 水蒸汽或水的碳素鋼或低合金鋼制的容器 其腐蝕裕量不得小于1 0mm b 除a以外的其他情況可按下表確定筒體 封頭的腐蝕裕量 8 筒體 封頭的腐蝕裕量最大腐蝕裕量不應(yīng)大于6mm 否則應(yīng)采取防腐措施 9 2 容器接管 包括人 手孔 的腐蝕裕量 一般情況下應(yīng)取殼體的腐蝕裕量 3 筒體內(nèi)側(cè)受力焊縫應(yīng)取與筒體相同的腐蝕裕量 4 容器各部分的介質(zhì)腐蝕速率不同時(shí) 則可取不同腐蝕裕量 5 兩側(cè)同時(shí)與介質(zhì)接觸的元件 應(yīng)根據(jù)兩側(cè)不同的操作介質(zhì)選取不同的腐蝕裕量 兩者疊加作為總的腐蝕裕量 6 容器地腳螺栓的腐蝕裕量可取3mm 10 5 最小厚度 3 5 6節(jié) 1 對(duì)碳鋼和低合金鋼制容器 不小于3mm 2 對(duì)高合金鋼容器 不小于2mm 3 碳素鋼和低合金鋼制塔式容器的最小厚度為2 1000的塔器內(nèi)直徑 且不小于4mm 對(duì)不銹鋼制塔式容器的最小厚度不小于3mm 4 管殼式換熱器殼體的最小厚度應(yīng)符合GB151 管殼式換熱器 的相應(yīng)規(guī)定 11 5 復(fù)合鋼板復(fù)層的最小厚度a 為保證工作介質(zhì)干凈 不被鐵離子污染 而采用的復(fù)合鋼板 其復(fù)層厚度不應(yīng)小于2mm b 為了防止工作介質(zhì)的腐蝕而采用的復(fù)合鋼板 其復(fù)層厚度不應(yīng)小于3mm 不銹鋼堆焊層在加工后的最小厚度為3mm 6 對(duì)有防腐蝕襯里的碳鋼或低合金鋼制容器 其鋼殼的最小厚度為5mm 12 6 焊接接頭系數(shù) 3 7節(jié) 焊接接頭系數(shù) 焊縫區(qū)材料強(qiáng)度 本體材料強(qiáng)度 1焊接接頭系數(shù)大小與以下主要因素有關(guān) a 焊接接頭的結(jié)構(gòu)形式b 焊接接頭無損檢測(cè)的長(zhǎng)度比例 7 壓力試驗(yàn) 液壓試驗(yàn) 氣壓試驗(yàn) 3 8節(jié) 壓力試驗(yàn)a 液壓試驗(yàn) 13 碳素鋼 16MnR和正火15MnVR鋼制容器液壓試驗(yàn)時(shí) 液體溫度不得低于5 其他低合金鋼制容器 液壓試驗(yàn)時(shí)液體溫度不得低于15 試驗(yàn)壓力PT內(nèi)壓容器液壓試驗(yàn)PT 1 25P外壓容器和真空容器按內(nèi)壓容器進(jìn)行試驗(yàn) 液壓試驗(yàn)壓力PTPT 1 25pb 氣壓試驗(yàn)碳素鋼和低合金鋼制壓力容器的試驗(yàn)用氣體溫度不得低于15 其他材料制壓力容器 其試驗(yàn)用氣體溫度應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖樣規(guī)定 14 氣壓試驗(yàn)PT 1 15P 外壓容器及真空容器氣壓試驗(yàn)壓力PTPT 1 15p 3 夾套容器 對(duì)于帶夾套的容器 應(yīng)在圖樣上分別注明內(nèi)筒和夾套的試驗(yàn)壓力 對(duì)立式容器臥置進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí) 試驗(yàn)壓力應(yīng)為立置時(shí)的試驗(yàn)壓力加液柱靜壓力 15 液壓試驗(yàn)時(shí) 圓筒的薄膜應(yīng)力校核式 T 0 9 s 0 2 氣壓試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜應(yīng)力校核式 T 0 8 s 0 2 8 致密性試驗(yàn) 致密性試驗(yàn)有氣密性試驗(yàn)或煤油滲漏試驗(yàn) 16 氣密性試驗(yàn)壓力一般取PT 1 0P 空氣或氮?dú)?對(duì)于殼程壓力低于管程壓力的列管式換熱器 如果不能采用提高殼程試驗(yàn)壓力等于管程試驗(yàn)壓力的方法 來檢查管子與管板連接的嚴(yán)密性時(shí) 則殼程 管程按各自要求試驗(yàn)壓力試壓 然后殼程再以1 05倍殼程設(shè)計(jì)壓力的含氨體積約1 的壓縮空氣或低壓純氨滲透試驗(yàn) 17 煤油滲漏試驗(yàn)將焊縫能夠檢查的一面清理干凈 涂以白粉漿 晾干后在焊縫另一面涂以煤油 使表面得到足夠的浸潤(rùn) 經(jīng)半小時(shí)后白粉上沒有油漬為合格 9 現(xiàn)場(chǎng)組裝大型容器的耐壓試驗(yàn) 3 9節(jié) 對(duì)不能按3 8的規(guī)定作出壓力試驗(yàn)的容器 設(shè)計(jì)單位應(yīng)提出確保容器安全運(yùn)行的措施 經(jīng)設(shè)計(jì)單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn) 并在圖樣上注明 18 二 內(nèi)壓園筒和內(nèi)壓球殼 失效準(zhǔn)則容器從承載到載荷的不斷加大最后破壞經(jīng)歷彈性變形 塑性變形 爆破 因此容器強(qiáng)度失效準(zhǔn)則的三種觀點(diǎn) 彈性失效彈性失效準(zhǔn)則認(rèn)為殼體內(nèi)壁產(chǎn)生屈服即達(dá)到材料屈服限時(shí)該殼體即失效 將應(yīng)力限制在彈性范圍 按照強(qiáng)度理論把筒體限制在彈性變形階段 認(rèn)為圓筒內(nèi)壁面出現(xiàn)屈服時(shí)即為承載的最大極限 19 塑性失效它將容器的應(yīng)力限制在塑性范圍 認(rèn)為圓筒內(nèi)壁面出現(xiàn)屈服而外層金屬仍處于彈性狀態(tài)時(shí) 并不會(huì)導(dǎo)致容器發(fā)生破壞 只有當(dāng)容器內(nèi)外壁面全屈服時(shí)才為承載的最大極限 爆破失效它認(rèn)為容器由韌性鋼材制成 有明顯的應(yīng)變硬化現(xiàn)象 即便是容器整體屈服后仍有一定承載潛力 只有達(dá)到爆破時(shí)才是容器承載的最大極限 20 彈性實(shí)效準(zhǔn)則下的四個(gè)強(qiáng)度理論第一強(qiáng)度理論 最大主應(yīng)力理論 認(rèn)為材料的三個(gè)主應(yīng)力中只要最大的拉應(yīng)力 1達(dá)到了極限應(yīng)力 材料就發(fā)生破壞 強(qiáng)度條件 1 t第二強(qiáng)度理論 最大變形理論 認(rèn)為材料的最大的應(yīng)變達(dá)到了極限狀態(tài) 材料就發(fā)生破壞 強(qiáng)度條件 max 第三強(qiáng)度理論 最大剪應(yīng)力理論 21 材料的最大剪應(yīng)力 max達(dá)到了極限應(yīng)力 材料就發(fā)生破壞 強(qiáng)度條件 max 1 3 t第四強(qiáng)度理論 剪切變形能理論 材料變形時(shí) 即內(nèi)部變形能量達(dá)到材料的極限值時(shí) 材料破壞 強(qiáng)度條件 e 1 2 2 2 3 2 3 1 2 t 1 內(nèi)壓園筒 5 2節(jié) 22 薄壁圓筒容器在工程中采用無力矩理論來進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算 在內(nèi)壓P作用下 筒壁承受軸向應(yīng)力和切向應(yīng)力 薄膜應(yīng)力 作用 由于殼體壁厚較薄 且不考慮殼體與其它連接處的局部應(yīng)力 忽略了彎曲應(yīng)力 這種應(yīng)力稱為薄膜應(yīng)力 23 軸向應(yīng)力 z 切向應(yīng)力 t 按第一強(qiáng)度理論條件得 1 t t t 24 t 由上式計(jì)算厚度 上式適用于設(shè)計(jì)壓力P 0 4 t 的范圍 2 內(nèi)壓球殼 球形容器在均勻內(nèi)壓作用下 球形殼體軸向應(yīng)力和切向應(yīng)力相等 即 t z t 25 上述公式中 如將D Di 代入并考慮了焊接接頭系數(shù) 如采用第一強(qiáng)度理論時(shí) 即得出 t 所以可求出計(jì)算厚度 mm 3 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 設(shè)計(jì)壓力 P 0 6 t 26 容器設(shè)計(jì)時(shí) 必須考慮在工作情況下可能達(dá)到的工作壓力和對(duì)應(yīng)的工作溫度兩者組合中的各種工況 并以最苛刻工況下的工作壓力來確定設(shè)計(jì)壓力 對(duì)內(nèi)壓容器 無安全泄放裝置時(shí) Pd 1 0 1 1 PW 裝有安全閥時(shí) 不低于 等于或稍大于 安全閥開啟壓力 安全閥開啟壓力取1 05 1 10倍工作壓力 裝有爆破片時(shí) 取爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力加制造范圍上限 27 對(duì)真空容器 無夾套真空容器 有安全泄放裝置設(shè)計(jì)外壓力取1 25倍最大內(nèi)外壓力差或0 1MPa兩者中的小值 無安全泄放裝置設(shè)計(jì)外壓力取0 1Mpa 夾套內(nèi)為內(nèi)壓 容器 真空 設(shè)計(jì)外壓力按無夾套真空容器規(guī)定選取 夾套 內(nèi)壓 設(shè)計(jì)內(nèi)壓力按內(nèi)壓容器規(guī)定選取 外壓容器 設(shè)計(jì)外壓力取不小于在正常工作情況下可能產(chǎn)生的最大內(nèi)外壓力差 28 盛裝液化石油氣或混合液化石油氣的容器 介質(zhì)50 飽和蒸汽壓力低于異丁烷50 的飽和蒸汽壓力時(shí) 如丁烷 丁烯 丁二烯 設(shè)計(jì)壓力取0 79MPa 介質(zhì)50 飽和蒸汽壓力高于異丁烷50 的飽和蒸汽壓力時(shí) 如液態(tài)丙烷 1 77Mpa 介質(zhì)50 飽和蒸汽壓力高于丙烷50 的飽和蒸汽壓力時(shí) 如液態(tài)丙烯 2 16MPa 4 邊緣應(yīng)力 1 邊緣應(yīng)力的產(chǎn)生 29 當(dāng)圓筒形殼與圓球形殼或橢圓形殼相連的零部件受壓后 各自產(chǎn)生的變形是不一致的 稱為變形不連續(xù) 相互產(chǎn)生約束這時(shí) 除內(nèi)壓產(chǎn)生的膨脹外 還會(huì)產(chǎn)生附加的彎曲變形 與彎曲相對(duì)應(yīng) 殼壁內(nèi)將產(chǎn)生彎矩和剪力 對(duì)薄壁殼體來說 由此產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力有時(shí)比薄膜應(yīng)力大得多 兩連接件剛度相差越大 產(chǎn)生的應(yīng)力也將越大 在實(shí)際結(jié)構(gòu)中 成以圓筒與平蓋連接時(shí)的邊緣應(yīng)力為最大 該應(yīng)力由于只發(fā)生在兩連接件的邊界處 所以稱為邊緣效應(yīng)力或稱為不連續(xù)應(yīng)力 30 2 邊緣應(yīng)力的特點(diǎn) 由邊緣力和邊緣力矩引起的邊緣力具有以下兩個(gè)特點(diǎn) 局限性自限性3 設(shè)計(jì)中對(duì)邊緣應(yīng)力的考慮 由于邊緣應(yīng)力具有局限性 設(shè)計(jì)中可以在結(jié)構(gòu)上只作局部處理 例如改變連接處的結(jié)構(gòu) 保證邊緣焊接的質(zhì)量 降低邊緣區(qū)的殘余應(yīng)力 避免邊緣區(qū)附加的局部應(yīng)力集中 如應(yīng)避免在邊緣區(qū)開孔 31 只要是塑性材料 即使邊緣區(qū)應(yīng)力超過材料的屈服極限 鄰近尚未屈服的彈性區(qū)能夠限制塑性變形的發(fā)展 使容器仍處于安定狀態(tài) 安定性理論 故大多數(shù)塑性材料所制成的容器 如低碳鋼 奧氏體不銹鋼 當(dāng)受靜載荷時(shí) 除在結(jié)構(gòu)上需作某些處理外 一般并不對(duì)邊緣應(yīng)力作特殊考慮 在下列情況下應(yīng)考慮邊緣應(yīng)力 a 塑性較差的高強(qiáng)度鋼制壓力容器b 低溫下操作的鐵素體制的重要壓力容器c 受疲勞載荷作用的壓力容器d 受核幅射作用的壓力容器 32 這些壓力容器 若不注意控制邊緣應(yīng)力 在邊緣高應(yīng)力區(qū)有可能導(dǎo)致脆性破壞或疲勞 因此必須正確計(jì)算邊緣應(yīng)力并按JB4732 95 鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì) 進(jìn)行設(shè)計(jì) 5 壓力容器的應(yīng)力分析設(shè)計(jì) 1 常規(guī)設(shè)計(jì) 壓力容器設(shè)計(jì)基本上是采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 常規(guī)設(shè)計(jì) 常規(guī)設(shè)計(jì)是基于彈性失效準(zhǔn)則 認(rèn)為容器內(nèi)某一最大應(yīng)力點(diǎn)一旦達(dá)到屈服限 進(jìn)入塑性 喪失了純彈性狀態(tài)即為失效 33 2 分析設(shè)計(jì) 分析設(shè)計(jì) 從設(shè)計(jì)思想上來說 就是放棄了傳統(tǒng)的彈性失效準(zhǔn)則 采用彈塑性或彈性失效準(zhǔn)則 允許結(jié)構(gòu)出現(xiàn)可控制的局部塑性區(qū) 采用這個(gè)準(zhǔn)則 可以合理地放松對(duì)計(jì)算應(yīng)力的過嚴(yán)限制 適當(dāng)?shù)靥岣吡嗽S用應(yīng)力值 但又嚴(yán)格地保證了結(jié)構(gòu)的安全性 3 應(yīng)力分類1 一次應(yīng)力P一次應(yīng)力分為一次總體薄膜應(yīng)力Pm一次彎曲應(yīng)力Pb一次局部薄膜應(yīng)力PL2 二次應(yīng)力Q3 峰值應(yīng)力F 34 4 應(yīng)力的限制條件Pm tPL 1 5 t 極限載荷設(shè)計(jì)法 Pb PL 1 5 t Pm PL 1 5 tPb PL Q 3 t Pm PL Q 3 t 安定性準(zhǔn)則 P Q F Sa 許用應(yīng)力幅 極限載荷設(shè)計(jì)法是指 只有結(jié)構(gòu)整體屈服了 才是最終達(dá)到失效的狀態(tài) 即塑性失效觀點(diǎn) 35 安定性準(zhǔn)則 安定性準(zhǔn)則是指 結(jié)構(gòu)在載荷 溫度等反復(fù)變化中 不會(huì)導(dǎo)致塑性的連續(xù)循環(huán) 即只有在笫一次加載過程中出現(xiàn)一定量的塑性變形 以后循環(huán)中 反復(fù)加載 不再出現(xiàn)塑性 仍處于彈性循環(huán)中 即稱 安定 如果 仍出現(xiàn)塑性 并有塑性循環(huán)出現(xiàn) 稱為 不安定 假定材料為理想的彈 塑性體 36 三 外壓園筒及外壓球殼 1 概述 承受外壓的圓筒 其失效方式有二種 一是因強(qiáng)度不足而導(dǎo)致破壞 另一是因?yàn)閯偠炔蛔愣鹗Х€(wěn)所謂失穩(wěn) 是指容器所受的外壓達(dá)到某種極限時(shí) 即 達(dá)到臨界壓力PCr時(shí) 容器突然失去原來的形狀 而出現(xiàn)有規(guī)則的波形 在卸去外壓后 仍不能恢復(fù)原來的形狀 外壓圓筒失穩(wěn)可分為 周向失穩(wěn)和軸向失穩(wěn)二種形式 37 對(duì)軸向失穩(wěn) 主要表現(xiàn)在臥式容器與直立設(shè)備 失穩(wěn)時(shí)的臨界壓力與園筒長(zhǎng)度無關(guān) 對(duì)周向失穩(wěn) 失穩(wěn)時(shí) 如出現(xiàn)三個(gè)以上的波形 n 3 謂之 短園筒 如出現(xiàn)二個(gè)波形 n 2 謂之 長(zhǎng)園筒 既然外壓圓筒有周向失穩(wěn)和強(qiáng)度破壞二種可能 究竟哪個(gè)在先 與圓筒的 厚 薄 有關(guān) a 當(dāng)為薄壁圓筒時(shí) e DO 0 1即DO e 10 GB150 1998改為20 總是失穩(wěn)在先 所以 從設(shè)計(jì)角度 只需進(jìn)行穩(wěn)定性設(shè)計(jì) 而不必進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì) 38 b 當(dāng)為厚壁圓筒時(shí) e DO 0 1即DO e 10 GB150 1998改為20 則周向失穩(wěn)和強(qiáng)度失效 哪個(gè)在先并無定論 所以 從設(shè)計(jì)角度 則同時(shí)考慮穩(wěn)定性和強(qiáng)度二個(gè)方面 c 外壓球殼也是如此 但通常球殼 e DO 0 1 所以 從設(shè)計(jì)角度 只需考慮其穩(wěn)定性 穩(wěn)定安全系數(shù)m為保證安全 必須使許用外壓力低于臨界外壓力 即 P Pcr m 39 式中穩(wěn)定安全系數(shù)m 3 圓筒體 2 圓筒的臨界壓力及其計(jì)算容器失穩(wěn)時(shí)的壓力稱臨界壓力 以Pcr表示 圓筒體臨界壓力的計(jì)算長(zhǎng)圓筒臨界壓力Pcr 2 2E 短圓筒臨界壓力 40 Pcr 2 59E 圓筒的臨界長(zhǎng)度 2 2E 2 59E 得 Lcr 1 17D D e 臨界長(zhǎng)度是長(zhǎng) 短圓筒的分界線 也是計(jì)算臨界壓力選擇公式的的依據(jù) 當(dāng)實(shí)際圓筒計(jì)算長(zhǎng)度L Lcr屬長(zhǎng)圓筒 若L Lcr則屬短圓筒 41 L 計(jì)算長(zhǎng)度 GB150 1998P 28圖6 1 薄壁外壓球殼的臨界壓力式 從薄壁殼體的穩(wěn)定性理論可以導(dǎo)得 Pcr 1 21E R 2從設(shè)計(jì)角度 Ri R e 并取球殼的穩(wěn)定系數(shù)m 14 52所以 許用外壓力 P Pcr m 1 21 e Ri 2 14 52 0 0833E e Ri 2 3 GB150 1998的設(shè)計(jì)方法 42 1 外壓園筒外壓管子 6 2 1節(jié) a D0 e 20的園筒和管子 是薄壁圓筒 周向失穩(wěn)在先 所以只校核周向失穩(wěn) b D0 e 20的園筒和管子 是厚壁圓筒 周向失穩(wěn)與強(qiáng)度失效都要算 在GB150 1998P 29 6 4 式前一項(xiàng)是考慮周向失穩(wěn)時(shí) 其許用外壓力 后一項(xiàng)是考慮到壓縮強(qiáng)度失效其許用外壓力 二者取其小值 2 外壓球殼的計(jì)算 半球形封頭 橢圓封頭 6 2 2節(jié) 43 四 封頭 1 橢圓封頭的設(shè)計(jì) 7 1 2節(jié) 從承受內(nèi)壓橢圓殼體的應(yīng)力分析可知 橢圓封頭上各點(diǎn)的應(yīng)力是不等的 因?yàn)楦鼽c(diǎn)的曲率半徑不一樣 它與各點(diǎn)的座標(biāo) X Y 有關(guān) 并與封頭長(zhǎng)短軸之比a b有關(guān) 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭a b 2 在封頭頂點(diǎn) t Z Pa 在封頭底邊 t Pa Z Pa 2 44 可以這樣理解 橢圓封頭最大應(yīng)力在封頭頂部 t Pa 其值相當(dāng)于直徑D 2a的球形封頭應(yīng)力的二倍 但從設(shè)計(jì)角度講 要考慮到封頭和筒體連接處的邊緣應(yīng)力 這個(gè)包括邊緣應(yīng)力在內(nèi)的總應(yīng)力為封頭頂部薄膜應(yīng)力的K倍 所以 橢圓封頭最大總應(yīng)力即為球殼的2K倍所以 為了使這部分殼體不致于失穩(wěn) 對(duì)于K 1的橢圓形封頭 其有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的0 15 K 1的橢圓形封頭的有效厚度應(yīng)不小于0 30 Di 45 2 碟形封頭的設(shè)計(jì) 7 1 3節(jié) 碟形封頭是由三部分組成 第一部分是以半徑為Ri的球面部分 第二部分是以半徑為Di 2的圓形部分 第三部分是連接這兩部分的過渡區(qū) 其曲率半徑為r Ri與r均以內(nèi)表面為基準(zhǔn) 由于第一部分與第三部分是兩個(gè)不同的曲面 故在交點(diǎn) 處曲率半徑有一個(gè)突然的變化 在b點(diǎn)處不僅由內(nèi)壓引起的拉應(yīng)力 還有邊緣力矩引起的邊緣彎曲應(yīng)力 在過渡區(qū)和圓筒部分交界點(diǎn)a處也有緣應(yīng)力存在 其邊緣應(yīng)力的大小與Di r有關(guān) 當(dāng)r Di之比值愈小 即曲率變化愈厲害 則邊緣應(yīng)力愈大 46 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定碟形封頭球面部分的半徑應(yīng)不大于封頭的內(nèi)直徑 通常取Ri 0 9或1 Di 這樣碟形封頭球面部分的應(yīng)力與圓筒切向應(yīng)力 t相近 即球面部分的厚度與圓筒厚度相近 便于制造 同時(shí)還規(guī)定碟形封頭過渡區(qū)半徑r不小于封頭內(nèi)直徑的10 這樣就控制r Di的大小 也就控制了邊緣應(yīng)力大小 為了計(jì)算方便以球頂部分應(yīng)力為基礎(chǔ) 乘以折邊部分的形狀系數(shù)M 得出碟形封頭的強(qiáng)度計(jì)算公式 MPR 2 考慮焊接接頭系數(shù) 并用R Ri 代入上式 簡(jiǎn)化后得 47 3 球冠形封頭的設(shè)計(jì) 7 1 4節(jié) 由于無過渡區(qū) 在連接邊緣有較大邊緣應(yīng)力 要求封頭與筒體聯(lián)接處采用全焊頭結(jié)構(gòu) 計(jì)算公式以圓筒公式為基礎(chǔ) 計(jì)入球殼與筒體聯(lián)接處的局部應(yīng)力 系數(shù)Q根據(jù)Ri DiPc t 來查取 48 4 錐殼 7 2節(jié) 錐形封頭有軸對(duì)稱的無折邊錐封頭和折邊錐形封頭以及非軸對(duì)稱的無折邊斜形封頭 帶折邊的錐形封頭由三部分組成 即錐形部分 半徑為r或rs的圓弧過渡部分和圓筒部分過渡部分是為了降低邊緣應(yīng)力 49 對(duì)于軸對(duì)稱的錐形封頭大端當(dāng)錐殼半頂角 30 時(shí) 可以采用無折邊結(jié)構(gòu) 當(dāng) 30 時(shí) 應(yīng)采用帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu) 當(dāng) 60 時(shí) 按平蓋計(jì)算 軸對(duì)稱內(nèi)壓無折邊錐形封頭 根據(jù)第一強(qiáng)度理論得 1 t t 將D Di 代入上式 并考慮焊縫系數(shù) 得出錐形封頭的厚度計(jì)算公式 50 上式無折邊封頭適用于 30 時(shí) 當(dāng)無折邊封頭 30 時(shí) 邊緣彎曲應(yīng)力較大 錐體與筒體連接處應(yīng)考慮另行加強(qiáng)或采用有折邊錐形封頭 2 軸對(duì)稱內(nèi)壓折邊錐形封頭 大端折邊錐形封頭厚度計(jì)算應(yīng)包括兩部分 1 過渡段壁厚 51 2 與過渡段相接處的錐殼厚度 mm mm 與過渡相接的錐殼和圓筒的加強(qiáng)段厚度應(yīng)與過渡段厚度 相同 錐殼加強(qiáng)段的長(zhǎng)度應(yīng)不小于 圓筒加強(qiáng)段的長(zhǎng)度應(yīng)不小于 52 受壓斜錐殼的強(qiáng)度計(jì)算見化工部頒發(fā)的HG20582 1998 鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定 5 平蓋 7 4 2節(jié) max 0 309P D 2最大應(yīng)力在中心 簡(jiǎn)支 max 0 188P D 2最大應(yīng)力在周邊 固支 53 max KPD2 2 t p 五 開孔補(bǔ)強(qiáng) 1 開孔補(bǔ)強(qiáng)的理論基礎(chǔ) 1 在容器上或封頭上開孔會(huì)引起如下三方面問題 a 由于開孔而引起殼體承載面積的削弱 b 由于開孔而在孔邊引起應(yīng)力集中 c 由于開孔 殼體和接管分別引起不不連續(xù)應(yīng)力 54 2 等面積補(bǔ)強(qiáng)的基本出發(fā)點(diǎn) a 對(duì)于內(nèi)壓殼體 因開孔而引起殼體所削弱的承載面積 要求在 補(bǔ)強(qiáng)有效區(qū) 內(nèi) 補(bǔ)充以同樣數(shù)量的補(bǔ)截面積 b 對(duì)于外壓殼體或平封頭 因開孔而引起殼體或平封頭所削弱的承載抗彎斷面模量EJ 要求在 補(bǔ)強(qiáng)有效區(qū) 內(nèi) 補(bǔ)充以同樣數(shù)量的抗彎斷面模量 但為了計(jì)計(jì)算方便與統(tǒng)一 均換算成截面積的形式進(jìn)行 2 等面積補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 55 1 開孔削弱面積A內(nèi)壓圓筒體與球殼A d 2 et 1 fr 式中d 考慮腐蝕后的開孔直徑d di 2C et 接管名義厚度C 壁厚附加量fr 強(qiáng)度削弱系數(shù) 等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比 當(dāng)該比值大于1 0時(shí) 取fr 1 0 殼體開孔處計(jì)算厚度 56 對(duì)于橢圓形封頭 開孔位于以封頭極點(diǎn)為中心的80 封頭內(nèi)直徑范圍內(nèi) PK1Di 2 t 0 5P K1 折算系數(shù) 查表7 2錐殼 計(jì)算是以殼體開孔處內(nèi)直徑代替錐殼計(jì)算厚度中的Dc外壓圓筒體與球殼開孔削弱面積A是外壓圓筒體與球殼1 2平板蓋開孔補(bǔ)強(qiáng) 平蓋開孔直徑d 1 2DA 0 5d p 57 1 補(bǔ)強(qiáng)范圍 2 補(bǔ)強(qiáng)金屬面積 采用補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)時(shí) 應(yīng)遵循以下規(guī)定 鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度 b 540MPa 2 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度應(yīng)小于或等于1 5 n 3 殼體名義厚度 n 38mm 3 不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑 5 大開孔的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 4 允許開孔的范圍 58 六 法蘭 1 標(biāo)準(zhǔn) JB4700 2000 JB4707 2000 a JB4701 2000僅適用于公稱壓力0 25 1 6Mpa 工作溫度 20 300 的鋼制壓力容器甲型平焊法蘭 b JB4702 2000僅適用于公稱壓力0 25 4 0Mpa 工作溫度 20 350 的鋼制壓力容器乙型平焊法蘭 標(biāo)準(zhǔn)適用腐蝕裕量 2mm 當(dāng)腐