壓力容器的設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

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第七章 壓力容器的設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),,第一節(jié) 引言,這一章我們主要學(xué)習(xí)壓力容器設(shè)計(jì)的基本方法，學(xué)習(xí)如何運(yùn)用SW6-1998 V2.0 《過(guò)程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件包》及PVCAD《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件包》使我們能更進(jìn)一步對(duì)所學(xué)知識(shí)全面鞏固和提高。,一、壓力容器設(shè)計(jì)步驟及主要規(guī)程  及標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)步驟: 工藝計(jì)算 機(jī)械計(jì)算 主要規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn): 《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)定》 《鋼制壓力容器》 《鋼制管殼式換熱器》 《鋼制塔式容器》,二、壓力容器設(shè)計(jì)中一些參數(shù)的定義,1 壓力 2.溫度 3.厚度 4.載荷 5.許用應(yīng)力 6.焊縫接頭系數(shù) 7.壓力試驗(yàn),1.壓力,工作壓力：指在正常工作情況下，容器頂部可能 達(dá)到的最高工作壓力。 設(shè)計(jì)壓力：指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相 應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件， 其值不低于工作壓力。 計(jì)算壓力：指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件 厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。 當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5% 設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可忽略不計(jì)。 試驗(yàn)壓力：指在壓力試驗(yàn)時(shí)，容器頂部的壓力,2.溫度,設(shè)計(jì)溫度：指容器在正常工作情況下，設(shè)定的元 件的溫度（沿元件金屬截面的溫度平 均值）。設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力一起 作為設(shè)計(jì)載荷條件。 試驗(yàn)溫度：指壓力試驗(yàn)時(shí)，殼體的金屬溫度。,3.厚度,計(jì)算厚度：指按各公式計(jì)算得到的厚度。需要時(shí) 尚應(yīng)計(jì)入其他載荷所需厚度（見(jiàn)下面 的載荷） 設(shè)計(jì)厚度：指計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和 名義厚度：指設(shè)計(jì)厚度加上鋼板負(fù)偏差后向上 圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，既標(biāo) 注在圖樣上的尺寸 有效厚度：指名義厚度減去腐蝕裕量和鋼板負(fù)偏 差,4.載荷,內(nèi)壓、外壓或最大壓差 液體靜壓力 容器的自重（包括內(nèi)件和填料） 附屬設(shè)備及隔熱材料、襯里、管道、扶梯、平臺(tái)等的重力載荷 風(fēng)載荷、地震載、雪載荷 支座、底座圈、支耳及其他型式支撐件的反作用力 連接管道和其他部件的作用力 溫度梯度或熱膨脹量不同引起的作用力 包括壓力急劇波動(dòng)的沖擊載荷,,,5.許用應(yīng)力,鋼材（除螺栓材料外）的許用應(yīng)力選取的依據(jù)可按表7-1；螺栓材料的許用應(yīng)力選取的依據(jù)可按表7-2,表7-1,表7-2,表格中符號(hào)的意義,—鋼材標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值 —鋼材標(biāo)準(zhǔn)常溫屈服點(diǎn)（或0.2%屈服強(qiáng)度） —鋼材在設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)(或0.2%屈服強(qiáng)度) —鋼材在設(shè)計(jì)溫度下經(jīng)10萬(wàn)小時(shí)斷裂的持久強(qiáng)度 的平均值 —鋼材在設(shè)計(jì)溫度下經(jīng)10萬(wàn)小時(shí)蠕變率為1%的 蠕變限,在設(shè)計(jì)中，如需計(jì)入復(fù)層材料的強(qiáng)度時(shí)，其設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力按下式確定：,——設(shè)計(jì)溫度下符合鋼板的許用應(yīng)力，MPa ——設(shè)計(jì)溫度下基層鋼板的許用應(yīng)力，MPa ——設(shè)計(jì)溫度下復(fù)層材料的許用應(yīng)力，MPa ——基層鋼板的名義厚度，mm ——基層材料的厚度，不計(jì)入腐蝕裕量，mm,6.焊接接頭系數(shù),對(duì)容器來(lái)說(shuō)，主要存在兩種 對(duì)接焊縫，即縱向?qū)雍缚p 與環(huán)向?qū)雍缚p 雙面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)于 雙面焊的全焊透對(duì)接接頭 100%無(wú)損檢測(cè)φ =1.00 局部無(wú)損檢測(cè) φ =0.85 對(duì)于單面焊對(duì)接接頭（沿 焊縫根部全長(zhǎng)有緊貼基本 金屬的墊板） 100%無(wú)損檢測(cè)φ =0.9 局部無(wú)損檢測(cè) φ =0.8,7.壓力試驗(yàn),液壓試驗(yàn) 氣壓試驗(yàn) 氣密性試驗(yàn) 壓力試驗(yàn)的確定： 內(nèi)壓容器 液壓試驗(yàn)： 氣壓試驗(yàn)： 外壓容器和真空容器 液壓試驗(yàn)： 氣壓試驗(yàn)： —試驗(yàn)壓力，Mpa —設(shè)計(jì)壓力，MPa,,,,,,容器在壓力試驗(yàn)前還必須進(jìn)行應(yīng)力校核，校核公式為：,—試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 MPa —圓筒內(nèi)直徑 mm —試驗(yàn)壓力 MPa —圓筒的有效厚度 mm 應(yīng)滿(mǎn)足的條件：液壓試驗(yàn)時(shí)， ≤0.9φ 氣壓試驗(yàn)時(shí)， ≤0.9φ —圓筒材料在試驗(yàn)溫度下的屈服點(diǎn)（或0.2%屈服 強(qiáng)度）， MPa φ —圓筒的焊接接頭系數(shù),,,,,,,三、壓力容器設(shè)計(jì)材料,壓力容器用鋼材類(lèi)型主要有鋼板、鋼管、鍛件、螺柱和螺母。 選擇壓力容器用鋼應(yīng)考慮容器的使用條件，例如：設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、介質(zhì)特性、和操作特點(diǎn)等，從而選擇鋼材為焊接性能良好的鋼材，同時(shí)還要考慮到容器的制造工藝和經(jīng)濟(jì)合理性。 下面我們談?wù)勥@些類(lèi)型的鋼材在壓力容器中使用過(guò)程中的一些規(guī)定。,1.鋼板,碳素沸騰鋼，和碳素鎮(zhèn)靜鋼適用范圍,在正火狀態(tài)下碳素鋼和低合金鋼使用規(guī)定,進(jìn)行拉伸和夏比（V型缺口）沖擊（常溫或低溫-20℃以上）試驗(yàn)碳素鋼和低合金鋼使用規(guī)定,應(yīng)逐張進(jìn)行超聲檢測(cè)的碳素鋼和低合金鋼鋼板,注意,碳素鋼和低合金鋼鋼板使用溫度低于-20℃時(shí)，對(duì)使用狀態(tài)及最低沖擊試驗(yàn)溫度按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn) 高合金鋼板一般用GB4237標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)厚度大于4mm時(shí)鋼板需保證鋼板表面缺陷的厚度不小于鋼板的允許最小厚度。對(duì)于厚度不大于4mm設(shè)計(jì)應(yīng)注明鋼板表面質(zhì)量 耐熱用途的鋼板按GB4238標(biāo)準(zhǔn)選用 00Cr18Ni5Mo3Si2鋼板的伸長(zhǎng)率(δ5)應(yīng)不小于23%,不銹復(fù)合鋼板除符合以下規(guī)定，還應(yīng)符合GB8165和GB4733的相應(yīng)規(guī)定。 a.復(fù)合界面的結(jié)合剪切強(qiáng)度應(yīng)不小于200Mpa b.復(fù)合界面的結(jié)合率指標(biāo)及超聲檢測(cè)范圍，應(yīng)在圖樣或相應(yīng)技術(shù)文件中說(shuō)明 c.基板和復(fù)材均為 GB150所規(guī)定的碳素鋼和低合金鋼鋼板或鍛件，復(fù)材也為GB150中的高合金鋼鋼板 d.復(fù)合鋼板應(yīng)在熱處理后供貨，基層的狀態(tài)應(yīng)符合GB150規(guī)定 e.復(fù)合鋼板使用范圍應(yīng)符合基材和復(fù)材使用范圍的規(guī)定,注意,2.鋼管,鋼管的標(biāo)準(zhǔn)及許用應(yīng)力按附錄中規(guī)定 當(dāng)碳素鋼及低合金鋼鋼管使用溫度低于-20℃時(shí)，其使用狀態(tài)為正火狀態(tài)。另外，鋼管的工藝性能試驗(yàn)（壓扁、擴(kuò)口等）要求，應(yīng)根據(jù)鋼管使用使用時(shí)的加工工藝和各鋼管標(biāo)準(zhǔn)中的相應(yīng)規(guī)定提出。,3.鍛件,a.鍛件的標(biāo)準(zhǔn)及許用應(yīng)力按附錄中的規(guī)定 b.鍛件的形狀有筒形鍛件、環(huán)形鍛件、餅形鍛件、碗 形鍛件、長(zhǎng)頸法蘭鍛件和條形鍛件。 c.鍛件按使用要求分成Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ級(jí),具體見(jiàn)下表,低溫壓力容器用低合金鋼鍛件最低為Ⅱ級(jí)鍛件 鍛件的使用技術(shù)要求可按JB4726《壓力容器用碳鋼和低合金鋼鍛件》、JB4726-27《低溫壓力容器用低合金鋼鍛件》以及JB4728《壓力容器用不銹鋼鍛件》 當(dāng)碳素鋼及低合金鋼鍛件使用溫度低于-20℃時(shí)，其熱處理狀態(tài)及最低沖擊試驗(yàn)見(jiàn)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),4.螺柱和螺母,螺柱的材料一般要求是強(qiáng)度高、韌性好、耐介質(zhì)腐蝕。 低合金鋼螺柱用毛坯，經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理后做力學(xué)性能試驗(yàn) 為了避免螺栓與螺母咬死，螺母的硬度一般要比螺栓低HB30 低合金鋼螺柱使用溫度低于-20℃時(shí)應(yīng)進(jìn)行使用溫度下的低溫沖擊試驗(yàn)，其要求見(jiàn)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),螺栓和螺母的組合可見(jiàn)下表,四、壓力容器設(shè)計(jì)計(jì)算軟件包,SW6《過(guò)程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件包》，以下簡(jiǎn)稱(chēng) SW6-98。該軟件包是以國(guó)標(biāo)GB150《鋼制壓力容器》；GB151《鋼制管殼式換熱器》；GB12333《鋼制球形儲(chǔ)罐》；JB4710《鋼制塔式容器》；JBxxxx《鋼制臥式容器》及HG20582《鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定》為編制依據(jù)。它的運(yùn)行環(huán)境為WINDOWS系統(tǒng)，此軟件在運(yùn)行過(guò)程中直觀、方便、靈活。 該軟件包含了10個(gè)設(shè)備計(jì)算程序，每個(gè)設(shè)備計(jì)算程序既可進(jìn)行設(shè)備的整體計(jì)算，也可進(jìn)行該設(shè)備中某一個(gè)零部件的單獨(dú)計(jì)算。,1.SW6-98在使用過(guò)程中有以下特點(diǎn),在數(shù)據(jù)輸入時(shí)可隨時(shí)退出程序運(yùn)行 程序運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)輸入和運(yùn)算可以任意交替進(jìn)行 對(duì)于結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的輸入在界面上采取了圖形提示 在一個(gè)設(shè)備計(jì)算程序中，各數(shù)據(jù)輸入頁(yè)面可方便的隨意切換 計(jì)算結(jié)果可用兩種形式輸出。一種是屏幕顯示，另一種是通過(guò)WORD以表格形式打印輸出或作為文件存放,2．SW6-98軟件內(nèi)容,SW6-98軟件有10個(gè)設(shè)備級(jí)計(jì)算程序，一個(gè)零部件計(jì)算程序和一個(gè)用戶(hù)材料數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序。每個(gè)計(jì)算程序有對(duì)應(yīng)的一組圖標(biāo)，只要點(diǎn)擊圖標(biāo)就能使某個(gè)程序運(yùn)行。 SW6-98對(duì)一種設(shè)備的輸入數(shù)據(jù)文件都規(guī)定了一個(gè)后綴名。,10個(gè)設(shè)備計(jì)算程序和一個(gè)零部件計(jì)算程序的后綴名見(jiàn)下表,D:/sw6/aa,漿式反應(yīng)釜,120-05,0.98,200,1200,1400 2.0 0.85,