壓力容器零部件設(shè)計

1、 壓力容器零部件設(shè)計一、壓力容器的封頭設(shè)計橢圓形封頭的最小厚度 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：e0.15%Di 非標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：e0.30%Di內(nèi)壓碟形封頭碟形封頭的最小厚度 標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭：e0.15%Di 非標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭：e0.30%Di（1）受內(nèi)壓(凹面受壓)球冠形端封頭 封頭的計算厚度按式(7-6)計算： 式中：Q系數(shù)，由GB150圖75查取。 （2） 受外壓(凸面受壓)球冠形端封頭 封頭的計算厚度按下列兩種方法確定，取其較大值： a) 按球形封頭計算公式確定的外壓球殼厚度； b) 按式(7-6)計算得到的厚度。 （3） 兩側(cè)受壓的球冠形中間封頭 （3.1）當(dāng)不能保證在任何情況下封頭兩側(cè)的壓力都同時

2、作用時，封頭計算厚度應(yīng)分別按下列兩種情況計算，取較大值： （3.2）當(dāng)能夠保證在任何情況下封頭兩側(cè)的壓力同時作用時，可以按封頭兩側(cè)的壓力差進(jìn)行計算：在任何情況下，與球冠形封頭連接的圓筒厚度應(yīng)不小于封頭厚度。否則，應(yīng)在封頭與圓筒間設(shè)置加強(qiáng)段過渡連接。圓筒加強(qiáng)段的厚度應(yīng)與封頭等厚；端封頭一側(cè)或中間封頭兩側(cè)的加強(qiáng)段長度L均應(yīng)不小于2 GB/T25198-2010壓力容器封頭幾點變化二、法蘭設(shè)計螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)及密封設(shè)計墊片選擇原則 要有全面的觀念，綜合考慮溫度、壓力、介質(zhì)、壓緊面形式等方面要求，其中溫度和壓力是影響密封的主要因素，也是選擇墊片的主要依據(jù)。 在保證密封的前提下，盡量選用結(jié)構(gòu)簡單、價格便

3、宜、便于安裝和更換的墊片。螺栓是法蘭密封連接中的重要元件，對其基本要求是強(qiáng)度要高、韌性要好。 螺母更換比螺栓容易，且螺母價廉，所以要求螺栓材料的強(qiáng)度比螺母高。 為避免螺栓和螺母咬死或膠合，要求螺栓材料的硬度比螺母高HB30以上。 對于t-20的螺栓，要求選用低合金鋼，并進(jìn)行夏比V形缺口低溫沖擊試驗。管法蘭設(shè)計常見問題1、法蘭螺栓通孔應(yīng)與殼體或管道主軸線和或管道鉛垂線跨中布置。凹凸面法蘭及榫槽面法蘭配置凹面、槽面法蘭朝上；配對供應(yīng)。2、法蘭當(dāng)量設(shè)計壓力Pe(HG20582-9)外載荷作用下：包括軸向力F和外力矩MPe=16M/DG3+4F/DG2+P3、商品級螺栓螺柱使用問題4、螺栓螺柱的螺紋問

4、題：粗牙細(xì)牙M48以下含M48GB5782M48以上 GB57855、PL法蘭使用問題一類介質(zhì)不使用6、凸緣法蘭的計算HG20582-167、法蘭、法蘭蓋標(biāo)注問題8、各類墊片的使用問題-適用范圍、對應(yīng)法蘭表面粗糙度非金屬墊片-HG/T20606金屬包覆墊片-HG/T2060720609纏繞墊-HG/T20610 齒形墊20611容器法蘭設(shè)計的幾個問題：1、法蘭腐蝕裕量問題：2、法蘭連接筒節(jié)問題3、最高允許工作溫度和壓力問題開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計器壁強(qiáng)度削弱：開孔造成局部應(yīng)力集中和強(qiáng)度削弱； 不連續(xù)應(yīng)力：殼體與接管形成結(jié)構(gòu)曲率不連續(xù)，產(chǎn)生較大的附加彎曲應(yīng)力； 局部應(yīng)力：殼體與接管拐角處不等截面過渡，

5、引起很高的局部附加應(yīng)力。 焊接缺陷和殘余應(yīng)力 峰值應(yīng)力容器大開孔與小開孔 容器孔邊應(yīng)力集中的理論分析是以無限大平板上開小圓孔為基礎(chǔ)的，殼體曲率變化不計，因此，孔邊應(yīng)力均為拉（壓）應(yīng)力。大開孔時，除有拉（壓）應(yīng)力外，還有很大的彎曲應(yīng)力，其應(yīng)力范圍超出了開小孔時的局部范圍，在較大范圍內(nèi)破壞了殼體的薄膜應(yīng)力狀態(tài)。因此小開孔理論不適用。應(yīng)力集中的特點 開孔接管處應(yīng)力集中的特點： 在操作壓力作用下，殼體和開孔接管的連接處必須滿足變形協(xié)調(diào)條件，因而產(chǎn)生相互約束力和彎矩，使開孔接管處除了有孔邊集中應(yīng)力、薄膜應(yīng)力外，還有邊緣應(yīng)力和焊接應(yīng)力，比小孔K值高達(dá)36倍。應(yīng)力集中具有局部性。開孔接管補(bǔ)強(qiáng)的目的： 使孔邊

6、的應(yīng)力峰值降低 到允許值。 兩個條件：1、高強(qiáng)鋼材料（b=540MPa），接管與筒體結(jié)構(gòu)采用全焊透結(jié)構(gòu)。 2、接管的腐蝕余量C2=1mm 適用范圍：等面積補(bǔ)強(qiáng):適用于開孔直徑小于筒體內(nèi)徑的一半。 即d/Di1/2 ;壓力面積法:（HG20582.7“大開孔的補(bǔ)強(qiáng)計算”)適用于開孔直徑小于筒體內(nèi)徑的0.8倍。即d/Di0.8;（但注意五個限制條件）超出以上范圍就屬于焊制三通，參照標(biāo)準(zhǔn)HG20582.23“焊制三通的計算” 熱交換例題： 例1、A型分子篩制備中使用的間歇釜式反應(yīng)器，反應(yīng)釜的釜壁為5mm厚的不銹鋼板（ ）粘附內(nèi)壁的污垢層厚lmm 釜夾套中通入0.12MPa飽和水蒸氣（t1105）進(jìn)行

7、加熱，釜垢層內(nèi)壁面溫度t3為90，試計算釜壁的面積熱流量，并與無污垢層（設(shè)內(nèi)壁面溫度不變）作比較。解： = 7579W·m-2無污垢層時： = 48000 W·m-2 計算結(jié)果表明，反應(yīng)釜內(nèi)壁面有無污垢層，面積熱流量相差數(shù)倍，在有的場合會相差數(shù)十倍，差別很大，說明污垢層雖薄，但因其熱導(dǎo)率很小，對傳熱影響很大，熱阻主要集中在污垢層中，故生產(chǎn)中要設(shè)法避免垢層的形成或間隔一段時間要清除污垢層。例2 ：某管道外徑為2r，外壁溫度為t1，如外包兩層厚度均為r（即23r）、導(dǎo)熱系數(shù)分別為2和3（ 2 / 3=2）的保溫材料，外層外表面溫度為t2。如將兩層保溫材料的位置對調(diào)，其他條件不變

8、，保溫情況變化如何？由此能得出什么結(jié)論？解： 設(shè)兩層保溫層直徑分別為d2、d3和d4，則d3/d2=2，d4/d3=3/2。導(dǎo)熱系數(shù)大的在里面：d導(dǎo)熱系數(shù)大的在外面：兩種情況散熱量之比為：結(jié)論：導(dǎo)熱系數(shù)大的材料在外面，導(dǎo)熱系數(shù)小的材料放在里層對保溫更有利。例3： 一室內(nèi)暖氣片的散熱面積為3m2，表面溫度為tw = 50，和溫度為20的室內(nèi)空氣之間自然對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h = 4 W/(m2·K)。試問該暖氣片相當(dāng)于多大功率的電暖氣?解： 暖氣片和室內(nèi)空氣之間是穩(wěn)態(tài)的自然對流換熱， Q= Ah(tw tf) = 3m2×4 W/(m2·K)×(50-

9、20)K = 360W = 0.36 kW 即相當(dāng)于功率為0.36kW的電暖氣。例4 在一單程換熱器中用120的蒸汽將常壓空氣從20加熱到80,管束為38mm×3mm,蒸汽走殼程,空氣走管程,其流速為14m·s-1.求管壁對空氣的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù).解: 空氣的定性溫度為t定=(20+80)/2=50查50下空氣的物性數(shù)據(jù) Cp=1017J·kg-1·K-1 =2.83×10-2W·m-1·K-1=1.96×10-5Pa·s =1093kg·m-3 u=14m·s-1 d=0.032m得計算

10、結(jié)果表明:空氣在管內(nèi)流動Re>10000, 160>Pr>0.6, 必然符合下式的條件例5：一房屋的混凝土外墻的厚度為d=200mm ，混凝土的熱導(dǎo)率為l=1.5W/(m·K) ，冬季室外空氣溫度為tf2=-10, 有風(fēng)天和墻壁之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h2=20W/(m2·K)，室內(nèi)空氣溫度為tf1= 25,和墻壁之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h1=5 W/(m2·K)。假設(shè)墻壁及兩側(cè)的空氣溫度及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)都不隨時間而變化，求單位面積墻壁的散熱損失及內(nèi)外墻壁面的溫度。解： 由給定條件可知，這是一個穩(wěn)態(tài)傳熱過程。通過墻壁的熱流密度，即單位面積墻壁的散熱損失為：

11、根據(jù)牛頓冷卻公式，對于內(nèi)、外墻面與空氣之間的對流換熱， 時： 例6某有機(jī)物生產(chǎn)中使用的攪拌式全混流反應(yīng)釜，內(nèi)徑為1.0m，釜壁銅板厚8mm（=50W·m-1·K-1）若釜內(nèi)壁面結(jié)有垢層厚2mm（Rh1=0.002 W-1·m2·K）夾套中用115的飽和水蒸氣進(jìn)行加熱（h19000 W·m-2·K-1），釜內(nèi)有機(jī)物溫度為80（h2250 W·m-2·K-1）。試求該條件下的面積熱流量和各熱阻的百分率。W-1·m2·K 解：因反應(yīng)釜內(nèi)徑1.0 m與外徑1.016 m相差不大，可近似地當(dāng)作平面壁來處理.取傳熱面積為求得W-1·m2·K W-1·m2·