第3章 压力容器安全设计的理论与基础知识1
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化合物本来为固体,如果受热“解聚”,变为气态的
单体分子,也会因体积膨胀而压力急剧升高。例如, 固态聚甲醛的比容约为0.7L/kg,当它解聚为气态甲醛 时,比容为746L/kg,即体积约增大1065倍。如果在一
• HG20660-2000《压力容器中化学介质毒性危害 和爆炸危险程度分类》;
• 没有规定的,由压力容器设计单位决定; 决定依据,参照《职业性接触毒物危害程度分 级》的原则
郑州大学化工设备设计研究所
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类别的划分
• 基本的划分 划分依据:介质的特性,PV
• 方法 根据介质特性确定组别; 根据PV确定对应组别的坐标;
压力容器设计培训课件
怎样思想,就有怎样的生活
压力容器设计培训
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• 1.6 压力容器范围的界定 《规程》界定范围为压力容器的本体和安全附 件;
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• 在容器外产生或增大压力的压力源一般为气体压缩机或蒸汽锅 炉。压缩机通过机械方法提高气体压力。容积式压缩机通过缩 小气体体积,增加气体密度来提高气体的压力,如,活塞式或 螺杆式压缩机即属于此类。速度型压缩机则通过增加气体的流 速,并将其动能转变为静压能来提高气体的压力,如,离心式 或轴流式压缩机等。因此工作介质为压缩气体的压力容器,其 最高工作压力一般不会超过压缩机出口压力。蒸汽锅炉将水加 热,并蒸发为水蒸气。蒸汽的比容要比水的比容大得多,如, 常压下的水转变为相同压力的饱和水蒸气时,体积约增大1700 倍。当水在密闭的锅筒内蒸发时,蒸汽压力将不断增大,直至 达到锅炉的排汽压力。因此,工作介质为水蒸气的压力容器, 其最高工作压力也只限于锅炉的排汽压力。如果压力容器所需 的蒸汽压力小于锅炉的排汽压力,则可通过蒸汽减压阀减压。 这种由容器外压力源产生的压力,一般不会突然增大。
压力容器设计基础讲义
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压力容器设计基础讲义第一部分、压力容器设计基础知识第一章压力容器失效模式压力容器在载荷作用下丧失了正常的工作能力称为失效。
压力容器所考虑的失效模式主要为断裂、泄漏、过度变形和失稳。
压力容器失效常以三种形式表现出来:强度、刚度、稳定性。
压力容器建造标准中主要考虑的失效模式:1)短期失效模式:(1)脆性断裂(2)韧性断裂(3)超量变形引起的接头泄漏(4)超量局部应变引起的裂纹形成或韧性剪切(5)弹性、塑性或弹塑性失稳2)长期失效模式:(1)蠕变断裂(2)蠕变超量变形(3)蠕变失稳(4)冲蚀、腐蚀(5)环境助长开裂,如:应力腐蚀开裂3)循环失效(1)扩展性塑性变形(2)交替塑性(3)弹性应变疲劳或弹-塑性应变疲劳(4)环境助长疲劳,如:腐蚀疲劳第二章 GB150适用范围(1)适用的设计压力①对于钢制容器不大于35MPa;②其它金属材料制容器的设计压力适用范围按相应引用标准确定。
(2)适用的设计温度范围①设计温度范围:-269℃~900℃。
②钢制容器不得超过按GB 150.2 中列入材料的允许使用温度范围。
③其他金属材料制容器按本部分相应引用标准中列入的材料允许使用温度确定。
(3)下列各类容器不在标准的适用范围内:①设计压力低于0.1MPa且真空度低于0.02MPa的容器;②《移动式压力容器安全监察规程》管辖的容器;③旋转或往复运动机械设备中自成整体或作为部件的受压器室(如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等);④核能装置中存在中子辐射损伤失效风险的容器;⑤直接火焰加热的容器;⑥内直径(对非圆形截面,指截面内边界的最大几何尺寸,如:矩形为对角线,椭圆为长轴)小于150mm的容器;⑦搪玻璃容器和制冷空调行业中另有国家标准或行业标准的容器。
(4)对不能按 GB 150.3确定结构尺寸的容器或受压元件,允许采用以下方法进行设计:①按照附录C的规定,进行验证性实验分析(如实验应力分析、验证性液压试验)。
②按照附录D的规定,利用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计。
最新压力容器设计基本知识
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压力容器设计基本知识(讲稿)北京二零零六年三月制订目录一.基本概念1.1 压力容器设计应遵循的法规和规程1.2 标准和法规(规程)的关系。
1.3 压力容器的含义(定义)1.4 压力容器设计标准简述1.5 D1级和D2级压力容器说明二.GB150-1998《钢制压力容器》1.范围2.标准3.总论3.1 设计单位的资格和职责3.3 GB150管辖的容器范围3.4 定义及含义3.5 设计参数选用的一般规定3.6 许用应力3.7 焊接接头系数3.8 压力试验和试验压力4.对材料的要求4.1 选择压力容器用钢应考虑的因素4. 2 D类压力容器受压元件用钢板4.3 钢管4.4 钢锻件4. 5 焊接材料4.6 采用国外钢材的要求4.7 钢材的代用规定4.8 特殊工作环境下的选材5.内压圆筒和内压球体的计算5. 1 内压圆筒和内压球体计算的理论基础5.2 内压圆筒计算5.3 球壳计算6.外压圆筒和外压球壳的设计6.1 受均匀外压的圆筒(和外压管子)6.2 外压球壳6.3 受外压圆筒和球壳计算图的来源简介6.4 外压圆筒加强圈的计算7.封头的设计和计算7.1 封头标准7.2 椭圆形封头7. 3 碟形封头7.4 球冠形封头7.5 锥壳8.开孔和开孔补强8.1 开孔的作用8.2 开检查孔的要求8.3 开孔的形状和尺寸限制8.4 补强要求8.5 有效补强范围及补强面积8.6 多个开孔的补强9 法兰连接9.1 简介9.2 法兰连接密封原理9. 3 法兰密封面的常用型式及优缺点9.4 法兰型式9.5 法兰连接计算要点9.6 管法兰连接10.压力容器的制造、检验和验收10.1 制造许可10.2 材料验收及加工成形10. 3 焊接10.4 D类压力容器热处理10.5 试板和试样10.8 无损检测10. 9 液压试验10.10 容器出厂证明文件。
11.安全附件和超压泄放装置11.1 安全附件11.2 超压泄放装置11.3 压力容器的安全泄放量11.4 安全阀GB151-1999《管壳式换热器》01 简述02 标准与GB150-1998《钢制压力容器》的关系。
安全工程师《安全生产技术基础》复习题集(第3076篇)
![安全工程师《安全生产技术基础》复习题集(第3076篇)](https://img.taocdn.com/s3/m/dfd8def58762caaedd33d4c1.png)
2019年国家安全工程师《安全生产技术基础》职业资格考前练习一、单选题1.气瓶的安全附件包括气瓶专用爆破片、安全阀、易熔合金塞、瓶阀、瓶帽、液位计、防震圈、紧急切断和充装限位装置等。
下列关于气瓶安全附件的说法中,错误的是( )。
A、瓶阀阀体上如装有爆破片,其公称爆破压力应为气瓶的气压试验压力B、氧气和强氧化性气体的瓶阀密封材料必须采用无油的阻燃材料C、瓶阀材料既不与瓶内气体发生化学反应,也不影响气体的质量D、瓶阀上与气瓶连接的螺纹.必须与瓶口内螺纹匹配>>>点击展开答案与解析【知识点】:第3章>第4节>气瓶概述【答案】:A【解析】:爆破片装置。
爆破片装置是由爆破片(压力敏感元件)和夹持器(或支撑圈)等组装而成的安全泄压装置。
当气瓶内介质的压力因环境温度升高等原因而增加到规定的压力限定值(一般为气瓶的水压试验压力)时,爆破片立即动作(破裂) ,形成通道,使气瓶排气泄压。
2.一氧化碳在空气中的爆炸极限为12%~74.5%,则一氧化碳的危险度是( )。
A、0.8B、5.2C、0.2D、6.2>>>点击展开答案与解析【知识点】:第4章>第1节>爆炸【答案】:B【解析】:根据危险度H的计算公式可知H=(L上-L下)/L下=(74.5%-12%)÷12%=5.2。
3.起重机的断绳事故是指起升绳和吊装绳因破断而造成的重物失落事故,下列原因能够造成吊装绳破断的是( )。
A、起升限位开关失灵造成过卷拉断钢丝绳B、吊钩上吊装绳夹角太大,大于120°C、斜拉、斜吊造成乱绳挤伤切断钢丝绳D、吊载遭到撞击而摇摆不定>>>点击展开答案与解析【知识点】:第3章>第2节>起重机械事故【答案】:B【解析】:造成吊装绳破断的原因有:吊钩上吊装绳夹角太大( 120°),使吊装绳上的拉力超过极限值而拉断;吊装钢丝绳品种规格选择不当,或仍使用已达到报废标准的钢丝绳捆绑吊装重物,造成吊装绳破断;吊装绳与重物之间接触处无垫片等保护措施,造成棱角隔断钢丝绳。
压力容器设计基础知识培训PPT课件
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1、总论—压力容器设计寿命主要考虑因素
压力容器设计寿命主要考虑因素:
需要时,还需考虑 GB150.1中4.3.2其他
载荷
δc 计算厚度,由计算公式得到,保证容器强度,刚度和稳定的厚 度
δd 设计厚度,δd =δc +C2(腐蚀裕量)保证规定使用寿命所需厚
度
δn 名义厚度,δn =δd +C1(钢材负偏差)+△(圆整量) δe 有效厚度,δe=δn-C1-C2=δc+△ (决定元件的承载能力) δmin 设计要求的成形后最小厚度,δmin≥δn-C1 (GB150 4.3.7壳体加工成形后最小厚度是为了满足安装、运输 中 刚 度 而 定 ; 而 δmin是 保 证 正 常 工 况 下 强 度 、 刚 度 、 寿 命 要 求 而
锈钢的最低使用温度为-253℃(对应液氢设计温度),S31008最高使用温度 为800℃,部分奥氏体不锈钢最高使用温度为700℃。
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1、总论-GB150适用范围
适用的压力范围:
钢制容器适用于设计压力不大于35MPa,不低于0.1MPa 及真空度高于0.02MPa 。特殊材质容器的设计压力按相应 标准。
对“成型后的最小厚 度” 。
一般图样上封头应标注名义厚度(最小成形厚度),标注最小成形厚度可 避免制造厂为保证“名义厚度减负偏差”选购材料厚度二次圆整导致材料浪费 。
成形封头实测的最小厚度不得小于封头名义厚度减去钢板厚度负偏差C1,但 当设计图样标注了封头成形后的最小厚度,实测最小厚度不小于图样标注的最 小成形厚度。
第3章 压力容器安全设计的理论与基础知识3(1)
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同,互相牵制”。壳体不连续应力的影响范围很小,
即它只存在于联接处两边附近的很窄的一个区域内,
而且它也不直接影响到壳体的破坏强度。但在一些
不合理的结构中,不连续容器的疲劳寿命是
有很大影响的。
边缘应力的概念
• (1)圆筒受内压直径增大时, 筒壁金属的环向“纤维”不但 被拉长了,而且它的曲率半径 由原来的R变到R+ΔR,如图 所示。根据力学可知,:有曲 率变化就有弯曲应力。所以在 内压圆筒壁的纵向截面上,除 作用有环向拉应力σ2外,还存 在着弯曲应力σ2b。但由于这 一应力数值相对很小,可以忽 略不计。
∑F=Q-(Q+dQ)+kydx=0 dQ/dx=ky
同样,取距载荷作用点为x+dx处的 弯矩总和为零,则得: ∑M=Qdx+M-(M+dM)+kydx·dx/2=0 略去高阶微量(dx)2, 则得:dM/dx=Q 则
d 2M dx2
• (2) 只要是塑性材料,即使边缘局部某些点的应力达到或 超过材料的屈服点,邻近尚未屈服的弹性区能够抑制塑性
变形的发展,使塑性区不再扩展,故大多数塑性较好的材 料制成的容器,例如低碳钢、奥氏体不锈钢、铜、铝等压 力容器,当承受静载荷时,除结构上作某些处理外,一般 并不对边缘应力作特殊考虑。
•
但是,某些情况则不然。例如,塑性较差的高强度钢
• (1) 在边缘区作局部处理。由于边缘应力具有局部性,在设计中可以 在结构上只作局部处理。例如,改变连接边缘的结构,如图3-28所示; 边缘应力区局部加强;保证边缘区内焊缝的质量;降低边缘区的残余 应力(如进行消除应力热处理);避免边缘区附加局部应力或应力集 中,如不在连接边缘区开孔等。
对边缘应力的处理 :
压力容器设计复习知识点及基本概念
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第二章 中低压容器的规则设计
41.在进行容器压力试验时,需要考虑哪些 问题?为什么?
(4) 不宜作液压试验的容器,可用清洁的干空 气、氮气或者其他惰性气体,气压试验的压 力为:pT 1.25 p t MPa。 (5) 气压试验时,介质温度不得低于15 oC。
38
第二章 中低压容器的规则设计
压力容器设计复习 知识点及基本概念
1
第一章 化工容器设计概论
1.我国压力容器设计规范名称是 _G__B_1_5_0_-2_0_1_1__压__力_容__器__。_________。
2. 欧盟压力容器规范名称为 __E_N_1_3_4_4_5__非_直__接__着__火__压_力__容__器_______。
得低于
( D)
(A) 0 oC;(B) 5 oC;(C) 10 oC;(D) 15 oC
40.液压试验用水应控制氯离子≤_2_5__m_g_/L_。
p67
35
第二章 中低压容器的规则设计
41.在进行容器压力试验时,需要考虑哪些 问题?为什么?
(1)压力试验一般用水,进行液压试验。液压试验压 力为:
最小壁厚: (1) 对碳钢和低合金钢容器不小于3mm。 (2) 对高合金钢容器不小于2mm。
p67 34
第二章 中低压容器的规则设计
38.碳素钢制容器,液压试验时液体温度不
得低于
( B)
(A) 0oC;(B) 5 oC; (C) 10 oC;(D) 15 oC
39.低合金钢容器,液压试验时液体温度不
36.液压试验时的应力不得超过该试验温度下 材料屈服强度的__9_0_%___;气压试验,不得超 过屈服强度的__8_0_%__。
对液压试验,此应力值不得超过该试验温度下材料 屈服强度的90%,对气压试验,则不得超过屈服强度 的80%。
压力容器设计计算
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系数K值
内压封头的设计计算
三、碟形封头
1.结构组成
带折边球面封头,由半径为Ri的球面体、半径为r的过渡环壳和短圆筒等三部分c Ri
2[ ]t 0.5 pc
M —碟形封头形状系数;
M 1 (3 Ri )
4
r
标准碟形封头,Ri=0.9Di,r=0.17Di。
式中:
K
1 6
2
( Di 2h i
)2
当Di/2hi=2,即K=1时,定义为标准椭圆形封头。
内压封头的设计计算
椭圆形封头最大允许工作压力:
[p w
]
2[]t e KDi 0.5e
采用限制椭圆形封头最小厚度,GB150规定标准椭圆形封头的有效厚度应 不小于封头内直径的0.15%,非标准椭圆形封头的有效厚度应不小于0.30%。
韧性爆破 02 01 过度变形
容器由于长期在高温 下运行和受载,金属 材料会随时间而不断 发生变损伤,以至逐 步出现明显的鼓胀与 减薄,甚至破裂
没有经过充分塑性大 变形的容器破裂失效
容器的总体或局部发 生了过度变形
压力容器设计概述
腐蚀疲劳
在交变载荷和腐蚀介 质交互作用下形成裂 纹并扩展的交互失效。
一、容器失效模式
容器设计的核心问题是安全。在讨论压力容器设计技术的近代进 展时,基本的出发点也是安全。容器的安全就是防止容器发生失效。 容器的传统设计思想实质上就是防止容器发生“弹性失效”。但是随 着技术的发展,遇到的容器失效有各种类型,针对不同的失效形式进 面出现了不同的设计准则。
失效是一个具有广泛含义的术语,一般是指凡不能发挥原有功能 的情况均为失效。由此可见容器的爆破是一种失效,外压失稳也是失 效,甚至发生过度的变形也是一种失效,还有他多种的失效。
第1章压力容器基础知识.
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压力容器的应用
(1)量大面广 1996年12月的统计资料表明,国内在用固定式压
力容器多达122.22万台 ,移动式压力容器中罐车16910 辆,在用气瓶5498.7571万只;锅炉总台数也高达51.57 万台。此外全国持有压力容器制造企业合计2432个,设 计单位1380个。如此庞大且潜在隐患容器的存在,以及 地域广泛的制造设计部门,自然成为国内外政府部门特 别重视其安全管理和监察检查的原因。
压力容器的安全
国 内 1998 年 共 发 生 锅 炉 、 压 力 容 器 、 气 瓶 爆 炸 事 故 132起,严重事故274起,共死亡104人,受伤371人,直 接经济损失2813.58万元。锅炉、压力容器、气瓶的爆炸 事故率分别为1.07次/万台,0.28次/万台,0.65次/万台。
压力容器的安全
2 研究任务
压力容器安全工程的任务就是要以 压力容器的安全分析为中心,研究它的 各种破坏形式和不安全因素,以及防止 事故发生的具体措施和现代化的检测方 法。
二、研究内容
1、压力容器本身存在的严重缺陷 (1)不完善的结构设计 (2)材料选用不当 (3)焊接质量差
2、压力容器在使用管理方面的不安全因素 (1) 没有按设计规定的工艺条件运行 (2) 压力容器长期没 有进行认真检验
(六)客运索道,是指动力驱动,利用柔性 绳索牵引箱体等运载工具运送人员的机电设备, 包括客运架空索道、客运缆车、客运拖牵索道等。
(七)大型游乐设施,是指用于经营目的,承载 乘客游乐的设施,其范围规定为设计最大运行线 速度大于或者等于2m/s,或者运行高度距地面高 于或者等于2m的载人大型游乐设施。
(四)电梯,是指动力驱动,利用沿刚性导 轨运行的箱体或者沿固定线路运行的梯级(踏 步),进行升降或者平行运送人、货物的机电设 备,包括载人(货)电梯、自动扶梯、自动人行 道等。
压力容器设计基础知识讲稿.doc
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压力容器设计基础知识讲稿(20140325)目录一.基本概念1.1 压力容器设计应遵循的法规和规程1.2 标准和法规(规程)的关系。
1.3 压力容器的含义(定义)1.4 压力容器设计标准简述1.5 D1级和D2级压力容器说明二.GB150-1998《钢制压力容器》1.范围2.标准3.总论3.1 设计单位的资格和职责3.3 GB150管辖的容器范围3.4 定义及含义3.5 设计参数选用的一般规定3.6 许用应力3.7 焊接接头系数3.8 压力试验和试验压力4.对材料的要求4.1 选择压力容器用钢应考虑的因素4. 2 D类压力容器受压元件用钢板4.3 钢管4.4 钢锻件4. 5 焊接材料4.6 采用国外钢材的要求4.7 钢材的代用规定4.8 特殊工作环境下的选材5.内压圆筒和内压球体的计算5. 1 内压圆筒和内压球体计算的理论基础5.2 内压圆筒计算5.3 球壳计算6.外压圆筒和外压球壳的设计6.1 受均匀外压的圆筒(和外压管子)6.2 外压球壳6.3 受外压圆筒和球壳计算图的来源简介6.4 外压圆筒加强圈的计算7.封头的设计和计算7.1 封头标准7.2 椭圆形封头7. 3 碟形封头7.4 球冠形封头7.5 锥壳8.开孔和开孔补强8.1 开孔的作用8.2 开检查孔的要求8.3 开孔的形状和尺寸限制8.4 补强要求8.5 有效补强范围及补强面积8.6 多个开孔的补强9 法兰连接9.1 简介9.2 法兰连接密封原理9. 3 法兰密封面的常用型式及优缺点9.4 法兰型式9.5 法兰连接计算要点9.6 管法兰连接10.压力容器的制造、检验和验收10.1 制造许可10.2 材料验收及加工成形10. 3 焊接10.4 D类压力容器热处理10.5 试板和试样10.8 无损检测10. 9 液压试验10.10 容器出厂证明文件。
11.安全附件和超压泄放装置11.1 安全附件11.2 超压泄放装置11.3 压力容器的安全泄放量11.4 安全阀三、GB151-1999《管壳式换热器》01 简述02 标准与GB150-1998《钢制压力容器》的关系。
安全工程师《安全生产技术基础》复习题集(第1749篇)
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2019年国家安全工程师《安全生产技术基础》职业资格考前练习一、单选题1.为确保氧化反应过程安全,阻止火焰蔓延、防止回火,在反应器和管道上应安装( )。
A、泄压装置B、自动控制C、报警联锁D、阻火器>>>点击展开答案与解析2.烟花爆竹工厂安全距离是指危险建筑物与周围建筑物之间的最小容许距离。
设计安全距离时要使用“计算药量”参数。
下列关于确定计算药量的说法中,错误的是( )。
A、停滞药量是暂时搁置时,允许存放的最小药量B、抗爆间室的危险品药量可不计入危险性建筑物的计算药量C、防护屏障内的化学品药量,应计入该屏障内的危险性建筑物的计算药量D、厂房内采取了分隔防护措施。
相互间不会引起同时爆炸或燃烧的药量可分别计算,取其最大值>>>点击展开答案与解析3.起重操作要坚持“十不吊”原则,其中有一条原则是斜拉物体不吊,因为斜拉斜吊物体有可能造成重物失落事故中的( )事故。
A、脱绳事故B、脱钩事故C、断绳事故D、断钩事故>>>点击展开答案与解析4.压力管道发生紧急事故时要对压力管道进行必要的故障处理,下列关于压力管道故障处理的说法中,错误的是( )。
A、可拆接头发生泄漏时,采取紧固措施消除泄漏,但不得带压紧固连接件B、可拆接头发生泄漏时,应加压堵漏C、管道发生异常振动和摩擦,应采取隔断振源等措施D、人工燃气中含有一定量的萘蒸汽,温度降低就形成凝固,造成堵塞,定期清洗管道>>>点击展开答案与解析5.起重机起吊液态金属、有害物、易燃易爆物等危险品时,起重机司机应当在吊运前检查制动器,并进行试吊,确认没有问题后再吊运。
正确的试吊方法是以( )进行。
A、小高度、长行程B、大高度、短行程C、大高度、长行程D、小高度、短行程>>>点击展开答案与解析6.特种设备中,压力管道是指公称直径大于50mm并利用一定的压力输送气体或者液体的管道。
第三章 内压薄壁容器及封头的强度设计
![第三章 内压薄壁容器及封头的强度设计](https://img.taocdn.com/s3/m/2e8da35e10a6f524ccbf85ab.png)
锥体曲线上任意一点A处的曲率半径:
R1
,
R2
r
cos
由式(3-1)、(3-2)得任意点A处的经向应力 m 和环向应力 :
m
pr 2S
g1
cos
(3-8)
pr g 1
S cos
(3-9)
最大应力出现在r=D/2,即锥底处:
m
pDg 1
4S cos
pDg 1
2S cos
D R2 r
αα A
HW(3/15) 一、名词解释: 薄壁容器、回转壳体、经线、薄膜理论、第一曲率半径、区域平衡方程式 法线、无力矩理论、第二曲率半径、微体平衡方程式
椭球壳主要是椭圆形封头。承受内压p作用的椭圆形封头,其长、短 半径分别为a,b,壳体壁厚为S。
σm
y
A(x,y)
根据壳体椭圆曲线的曲线方程式:
x2 y2 1 a2 b2
σm
x
b
R1
a R2
x
求得壳体上任意点A(x,y)处的曲率半径:
R1
1 a4b
a4
x2
a2 b2
3/2
R2
1 b
a4
x2
Nmn
2 m Sdl2 gsin
d1
2
微小单元体经向应力分析 σθ
环向应N力 nσθ在法2线方S向dl上1 g的si分n量dN2θ2n:
dθ2
dl2
n
p
n
R2
σθ
微小单元体纬向应力分析
根据法线方向上的平衡条件:
Fn Nmn Nn 0
pgdl1gdl2
2
m
Sdl2
gsin
d1
2
2
压力容器的设计原理及操作
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4、带压时不拆卸压紧螺栓 ; 5、换热器操作时应先引进冷流后进热流, 同时引进的冷热流速度要慢; 6、坚守岗位,意观察工艺参数变化; 7、坚持运行期间的巡回检查制度 ; 8、认真填写操作记录,要求认真及时准确 真实地记录容器运行状况; 9、跑、冒、滴、漏的处理; 10、容器的紧急停止运行;
我国的压力容器分类方法
按《压力容器安全技术监察规程》 分类方法: 1、第一类压力容器 :除上述第二类和第三类规 定以外的低压容器为第一类压力容器。 2、第二类压力容器:具有下列情况之一的 中压容器; 低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介 质); 低压反应容器和低压储存容器(仅限易燃介质或 毒性程度为中度危害介质); 低压管壳式余热锅炉; 低压搪玻璃压力容器。
第三节 压力容器的分类
1、按压力等级分类:压力容器可分为内压 容器与外压容器。 a:低压容器P<1.6MPa。 b:中压容器1.6MPA≤P<10MPa。 c:高压容器10MPA≤P<100MPa。 d:超高压容器P≥100MPa。
按容器在生产中的作用分类: 1、反应压力容器:用于完成介质的物理、化学 反应。 2、换热压力容器:用于完成介质的热量交换。 3、分离压力容器:用于完成介质的流体压力平 衡缓冲和气体净化分离。 4、储存压力容器:用于储存、盛装气体、液体、 液化气体等介质。
设计条件图主要有以下几种: 一般容器条件图: 换热器条件图:应注明换热管规格、管长 及根数、排列形式、换热面积与程数等 塔器条件图:应注明塔型(浮阀塔、筛板 塔或填料塔)、塔板数量及间距、基本风 压和地震设计烈度和场地土类别等; 搅拌容器条件图:应注明搅拌器形式、转 速及转向、轴功率等。
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希腊字母表第三章 压力容器安全设计的理论与基础知识§3-1应力和形变①拉伸或压缩: 拉伸应力A P =σ; 拉伸应变0001l l l l l ∆=-=ε 拉伸应力应变的线性关系ζ=E ε;ε’=με;E 为纵向弹性模量三向应力状态:)(3211EEEσσμσε++=)(3122EEEσσμσε++=)(2133EEEσσμσε++=②剪切时:剪切应力AP =τ; 剪切应变h a tg ==γγ剪切应力应变的线性关系η=G γ;)1(2μ+=EG ,为剪切弹性模量③弯曲时 (平面弯曲) :平面弯曲应力 JMy=σ 其中yJ 为横截面对中性轴的惯性距dF y F⎰=2; 不同形状的截面,惯性矩J 是不同的。
例如圆形截面对中性轴的惯性矩为644d π(d 为圆直径),矩形截面对中性轴的惯性矩J 为123bh (b 为矩形宽,h 为矩形高),从这里也可以看出,即使是截面尺寸相同的矩形,扁放和立放时的惯性矩也是不一样的。
曲率半径EJM ==ρ1§3-2容器的薄膜应力压力容器按厚度可以分为薄壁容器和厚壁容器。
通常是将容器的厚度与其最大截面圆的内径之比小于0. 1,即外径/内径≤1.2者为薄壁容器,超过这一范围的容器称为厚壁容器。
薄壁容器的弯曲变形在壳壁上引起的应力要比拉伸压缩引起的应力小的多,可忽略。
这种理论称为薄膜理论或无力距理论。
如图3-2所示的圆筒形容器,当其受到内压力p 作用以后,其直径要略微增大,故筒壁内的"环向纤维"要伸长,因此在筒体的纵向截面上必定有应力产生,此应力称为环向应力, 以ζθ表示。
由于筒壁很薄,可以认为环向应力沿厚度均匀分布。
鉴于容器两端是封闭的,在受到内压力p 作用后,筒体的"纵向纤维"也要伸长,则在筒体的横向截面上也必定有应力产生,此应力称为经向(轴向)应力,以ζm 表示。
本节将通过对回转壳体的应力分析,推导出任意轴对称回转壳体的应力计算公式。
PP基本假设在这里讨论的内容都是假定壳体是完全弹性的,同时,材料具有连续性、均匀性和各向同性。
此外,对于薄壁壳体,通常采用以下几点假设使问题简化。
(1) 小位移假设壳体受力以后,各点的位移都远小于厚度。
根据这一假设,在考虑变形后的平衡状态时,可以利用变形前的尺寸来代替变形后的尺寸。
而变形分析中的高阶微量可以忽略不计,使问题简化。
(2) 直法线假设在壳体变形前垂直于中间面的直线段,在壳体变形后仍为直线,并垂直于变形后的中间面。
联系假设(1)可知,变形前后的法向线段长度不变。
据此假设,沿厚度各点的法向位移均相同,变形前后壳体厚度不变。
(3) 不挤压假设壳体各层纤维变形前后均互不挤压。
据此假设,与壳壁其他应力分量相比,壳壁法向的应力是可以忽略的微小量,其结果就变为平面问题。
这一假设只适用于薄壳。
上述假设实质上只是把材料力学中对于梁的假设推广用于壳体。
对于薄壁壳体,采用这些假设所得的结果是足够精确的。
1. 基本概念(1)回转壳体回转壳体是由任何直线或平面曲线绕同一平面内的一条轴线回转360°而成的回转表面。
平面曲线形状不同,所得到的回转壳体形状便不同。
例如,与回转轴平行的直线绕该轴旋转一周形成圆柱壳;半圆形曲线绕该轴旋转一周形成球壳;与回转轴相交的直线绕该轴旋转一周形成圆锥壳等,如图3-3所示。
(2) 轴对称所谓轴对称问题,是指壳体的几何形状、约束条件和所受外力都是对称于回转轴的。
化工用的压力容器通常都属于轴对称问题。
本章讨论的是满足轴对称条件的薄壁壳体。
(3) 中间面所谓中间面,是与壳体内外表面等距离的中曲面,内外表面间的法向距离即为壳体厚度,对于薄壁壳体,可以用中间面来表示它的几何特性。
(4) 母线或经线如图3-4所示回转壳体的中间面,是由平面曲线绕回转轴OA 旋转一周而成,形成中间面的平面曲线AB 称为"母线"。
母线也称为经线,它实际上是通过回转轴的平面与中间面相交的一条曲线。
如AB'和AB''。
(6) 法线通过经线上任意一点M 且垂直于中间面的直线,称为中间面在该点的"法线"(n ),法线的延长线必与回转轴相交。
(7) 纬线与平行圆作圆锥面与壳体中间面正交,得到的交线叫做"纬线"。
过N 点作垂直于回转轴的平面与中间面相割形成的圆称为"平行圆",显然平行圆即是纬线,如图3-4中的CND 圆。
(8) 第一曲率半径R 1中间面上任一点M 处经线的曲率半径为该点的第一曲率半径R 1,R 1 =MK 1。
(9) 第二曲率半径R 2通过经线上任一点M 的法线作垂直于经线的平面与中间面相割形成的曲线EMF ,此曲线在M 点处的曲率半径称为该点的第二曲率半径R 2。
第二曲率半径的中心K 2落在回转轴上,其长度等于法线段MK 2,即R 2 =MK 2。
一个小示例:一个受压力为p 的圆筒形容器,求:环向应力ζθ解:(算法1)取微元体,对应夹角为d θ。
截取圆筒长度为L ,则微元体面积为d θ·R ·L 。
微元体受内压作用力为P n =pRLd θ,方向为与x 夹角θ。
取y 方向分量为P y = pRLsin θd θ。
圆筒体受到的内压在y 轴方向的分量综合应该与环向应力平衡,即pRL d pRL L 2sin 20==⎰πθθδσ δσθpR=(算法2)假想作用在器壁上的内压作用在x 轴所在的平面上,根据力的平衡关系得:pRL L 22=δσθ,同样得出δσθpR=2. 回转壳体薄膜应力的基本公式(1)经向应力计算公式—区域平衡方程式求经向应力时,所采用的假想截面不是垂直于轴线的横截面(因为横截面截得壳体的"厚度"不是其真正的厚度,而且各处"厚度"也不同。
此外,这样的截面上不仅有正应力,而且还有剪应力),而是与壳体正交的圆锥面。
为了求得任一纬线上的经向应力,必须以该纬线为锥底作一圆锥面,其顶点在壳体轴线上,圆锥面的母线长度即是回转壳体曲面在该纬线上的第二曲率半径R 2,如图3-5所示。
圆锥面将壳体分成两部分,现取其下部分(图3-6)作脱离体,建立静力平衡方程式。
作用在该部分上的外力(内压)在Z 轴方向上的合力为p zp D P z 24π=作用在截面上应力的合力在z 轴上的投影为N zθδπσsin D N m z =根据z 轴方向的平衡条件P z -N z =0即 0sin 42=-θδπσπD p D m因为 θsin 22DR =, 即 θsin 22R D =代入式中得: δσ22pR m =(MPa ) (3-1)式中 D ——中间面平行圆直径,mm ; δ——厚度,mm ;R 2——壳体中曲面在所求点的第二曲率半径,mm ; ζm ——经向应力,Mpa 。
式(3-1)为计算回转壳体在任意纬线上经向应力的一般公式,即区域平衡方程式。
(2)环向应力计算公式—微体平衡方程式从壳体中截取一个微小单元体,考察其平衡,即可求得环向应力。
由于单元体足够小,可以近似地认为其上的应力是均匀的。
微小单元体的取法如图3-7及图3-8所示,它由三对曲面截取而得:一是壳体的内外表面;二是两个相邻的、通过壳体轴线的经线平面;三是两个相邻的、与壳体正交的圆锥面。
如图3-9所示是所截得的微小单元体的受力图,其中图3-9(a)为空间视图。
在微小单元体的上下面上作用有经向应力ζm ;内表面有内压力P 的作用,外表面不受力;另外两个与纵截面相应的面上作用有环向应力ζθ。
由于ζm 可由式(3-1)求得,内压力p 为已知,所以考察微小单元体的平衡,即可求得环向应力ζθ。
内压力P 在微小单元体abcd 上所产生的外力的合力在法线n 上的投影为P nP n = pdl 1dl 2在bc 与ad 截面上经向应力ζm 的合力在法线n 上的投影为N mn ,如图3-9(b)所示。
2sin222θδσd dl N m mn = (3-2) 在ab 与cd 截面上环向应力ζθ的合力在法线n 上的投影为N θn ,如图3-9(c)所示。
2sin211θδσθθd dl N n = (3-3) 根据法线n 方向上力的平衡条件,得到P-N mn -N θn =0 即 02s i n 22s i n2211221=--⋅θδσθδσθd dl d dl dl pdl m (3-4) 因为微小单元体的夹角d θ1与d θ2与很小,因此取1111222sinR dl d d =≈θθ 2222222sinR dl d d =≈θθ代入(3-4),并对各项均除以δdl 1dl 2,整理得δσσθpR R m=+21(3-5)式中ζθ——环向应力,MPa;R 1——回转壳体中曲面在所求应力点的第一曲率半径,mm 。
其他符号意义及单位同前。
式(3-5)即为计算回转壳体在内压力p 作用下环向应力的一般公式,即微体平衡方程式。
对于第一曲率半径,即经线的平面曲率半径,如果经线的曲线方程为y = y(x),则[]'')'(12321y y R +=(3-6)以上我们对承受气体内压的回转壳体进行了应力分析,导出了计算回转壳体经向应力和环向应力的一般公式。
这些分析和计算,都以应力沿厚度方向均匀分布为前提,这种情况只有当器壁较薄以及离两部分连接区域稍远才是正确的。
这种应力与承受内压的薄膜非常相似,因此又称为“薄膜理论”。
(3)轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围 薄膜应力是只有拉压正应力,没有弯曲正应力的一种两向应力状态,因而薄膜理论又称为"无力矩理论"。
只有在没有(或不大的)弯曲变形情况下的轴对称回转壳体,薄膜理论的结果才是正确的。
在工程上,薄膜理论也是比较简单适用的,它的适用范围除壳体较薄这一条件外,还应满足下列条件。
(1) 回转壳体曲面在几何上是轴对称的,壳壁厚度无突变,曲率半径是连续变化的,材料 是各向同性的,且物理性能(主要是E 和μ)应当是相同的。
(2) 载荷在壳体曲面上的分布是轴对称和连续的,没有突变情况。
因此,壳体上任何有 集中力作用处或壳体边缘处存在边缘力和边缘力矩时,都将不可避免地有弯曲变形发生,薄膜理论在这些情况下就不能应用。
(3) 壳体边界的固定形式应该是自由支承的,否则壳体边界上的变形将受到约束,在载荷作用下势必引起弯曲变形和弯曲应力,不再保持无力矩状态。
(4) 壳体的边界力应当在壳体曲面的切平面内,要求在边界上无横剪力和弯矩。
综上所述,薄壁无力矩应力状态的存在,必须满足壳体是轴对称的,即几何形状、材料、载荷的对称性和连续性,同时需保证壳体应具有自由边缘。
当这些条件不能全部满足时,就不能应用无力矩理论未分析发生弯曲时的应力状态。