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)容器來說，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%無損檢測(cè) =1.00 局部無損檢測(cè) =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%無損檢測(cè) =0.9 局部無損檢測(cè) =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)滿足的條件：液壓試驗(yàn)時(shí)， 0.9 氣壓試驗(yàn)時(shí)， 0.9 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 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@些類型的鋼材在壓力容器中使用過程中的一些規(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(5)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200Mpab.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,級(jí),具體見下表,低溫壓力容器用低合金鋼鍛件最低為級(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)，其要求見有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),螺栓和螺母的組合可見下表,四、壓力容器設(shè)計(jì)計(jì)算軟件包,SW6過程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件包，以下簡(jiǎn)稱 SW6-98。該軟件包是以國標(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WORD以表格形式打印輸出或作為文件存放,2SW6-98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)用戶材料數(shù)據(jù)庫管理程序。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)算程序的后綴名見下表,D:/sw6/aa,漿式反應(yīng)釜,120-05,0.98,200,1200,14002.00.85,