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                        分享下壓力容器設計簡介

                        更新時間:2019-08-14 15:44:39 星期三
                        摘要:

                        ? 壓力容器的定義和結構 在化工生產中,我們能看到形形色色的容器,例如反應器(代號R)、換熱器(代號E)、儲罐 […]

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                        壓力容器的定義和結構

                        在化工生產中,我們能看到形形色色的容器,例如反應器(代號R)、換熱器(代號E)、儲罐(代號C)等,它們都屬于壓力容器。壓力容器的定義是指盛裝氣體或者液體,承載一定壓力的密閉設備。它的基本組成可以簡單概括為:筒體、封頭、密封裝置、開孔與接管、支座、安全附件,結構如圖1所示:

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                        圖1 壓力容器的整體結構

                        壓力容器分類(按承壓性質)

                        按照承壓方式分類,壓力容器可以分為內壓容器和外壓容器,內壓容器又可按設計壓力(P)大小分為四個壓力等級,具體劃分如下:

                        a)?低壓容器:0.1MPa≤P<1.6MPa

                        b)?中壓容器:1.6MPa≤P<10.0 MPa

                        c)?高壓容器:10.0MPa≤P<100.0MPa

                        d)?超高壓容器:P≥100.0MPa

                        外壓容器中,當容器的內壓力小于1個絕對大氣壓時又稱為真空容器。

                        壓力容器的失效及設計準則

                        壓力容器設計的一般思路如圖2所示,首先是判斷壓力容器失效的形式,失效的形式一般有以下幾種:

                        1)?? 強度失效:因材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效;

                        2)?? 剛度失效:由于壓力容器變形大到足以引起其正常工作而引起的失效;

                        3)?? 失穩失效:在壓應力作用下,壓力容器突然失去其原有的原則幾何形狀而引起的失效;

                        4)?? 泄露失效:泄露引起的失效(一般為跑、冒、滴、漏幾種形式)。

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                        圖2 壓力容器設計步驟

                        對于一般使用的薄壁壓力容器,強度失效主要失效形式,采用彈性設計準則,即將容器總體部位的初始屈服視為失效,以最大拉應力準則(即σ1≤[σ]t)來設計,并且按GB150《壓力容器》進行制造、檢驗和驗收,并接受TSG21《固定式壓力容器》的監督。

                        壓力容器的材料選擇

                        壓力容器選材應依據GBT13-2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》標準。對于普通用途沒有特殊要求的壓力容器,常用的鋼材是Q345R(相當于舊牌號16MnR),它是壓力容器使用范圍最廣泛的鋼材,表示的意思為屈服極限為345MPa(即σs=345MPa);但當溫度在475-600℃環境下,應使用Cr-Mo熱強鋼,提高設備的熱強性和抗氫腐蝕性能,如15CrMoR、12Cr1MoVR等;當溫度低于-20℃工作的壓力容器,應按照低溫壓力容器選材,如鐵素體低溫用鋼(16MnDR、15MnNiDR)、奧氏體鋼(Fe-Cr-Ni系)等。并且對于有氯化物應力腐蝕和孔蝕環境,應選用奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。

                        應力分析

                        對于不同的壓力容器,應力分析都不一樣并且很復雜,故可以使用軟件SW6進行設計,以板式浮閥塔為例,操作步驟如下。

                        如圖3,首先選擇塔設備選項

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                        圖3 塔設備選項

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                        圖4 新建文件

                        在如圖5,在“數據輸入”中,首先是“筒體數據”

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                        圖5 輸入筒體數據

                        如圖6,對于筒體壁厚,可以先大概自己估填一個值(例如10mm)

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                        圖6 估算筒體壁厚

                        在后續的“計算結果”中,會給出一個推薦值(例如14mm),在回過來更改此處即可,還需要說明的兩個地方是“焊縫系數”和“實驗壓力”,選擇和計算分別如下表:

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                        液壓實驗壓力(MPa

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                        氣壓實驗壓力(MPa

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                        (注:[σ]表示材料在試驗溫度(通常為常溫15℃)下的許用應力,[σ]t表示材料在設計溫度下的許用應力)

                        其次是“內件數據”,根據塔的類型輸入相應數據,如圖7:

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                        圖7 內件數據

                        接下來是“附件數據”,對于“扶梯和管線的相對位置”,推薦取90°,“平臺寬度”取1000mm即可,如圖8:

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                        圖8 附件數據

                        對于“上封頭數據”,若無特殊要求,通常取標準橢圓封頭,即“封頭內曲面深度”為筒體內直徑的1/4,“封頭名義厚度”通常取和筒體壁厚相同,在筒體內徑小于2000mm時,封頭直邊段取25mm,大于取40mm,如圖9:

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                        圖9 上封頭數據

                        “下封頭數據”輸入如圖10:

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                        圖10 下封頭數據

                        對于“載荷數據”,“偏心載荷”指的是塔體上懸掛的再沸器、冷凝器等附屬設備,質量系數取1.2即可,其余的參數按照塔設備建造的地方選取,可參照GB150《壓力容器》。偏心載荷的設置如下:

                         

                        圖11 偏心載荷數據設置1

                         

                        ?圖12 偏心載荷數據設置2

                        “裙座數據”輸入中,按照“化工原理課程設計”中計算得到相應的參數即可。

                         

                        圖13 裙座數據設置1

                         

                        圖14 裙座數據設置2

                         

                        圖15 裙座數據設置3

                        隨后點擊“計算”->“設備計算”如圖16:

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                        圖16 設備計算

                        在圖17所示中,選擇已經輸入過的數據選項,得到圖18,檢查圖18中是否所有的選項都合格之后,才可形成“計算說明書”,否則得對相應的數據進行修改直至合格。

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                        圖17 選擇數據選項

                         

                        圖18 整體數據校核

                        所有數據校驗合格后,即可導出“設計計算書”,如下圖19所示。至此,運用軟件SW進行本壓力容器的應力分析初步完成。

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                        圖19 導出設計計算書