壓力容器設(shè)計(jì)的基本思路.ppt
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1,壓力容器設(shè)計(jì)的基本思路,2,1、前言2、設(shè)計(jì)參數(shù)、容器類別和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的確定3、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系4、結(jié)構(gòu)型式5、材料選擇6、強(qiáng)度計(jì)算(應(yīng)力分析)7、壓力容器附件的選擇8、安全附件的配用9、制造技術(shù)要求的編制,3,1、前言,壓力容器:是指盛裝氣體或者液體,承載一定壓力的密閉設(shè)備,其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于0.1MPa(表壓),且壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPaL的氣體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體的固定式容器和移動(dòng)式容器。,4,壓力容器設(shè)計(jì):根據(jù)給定的工藝設(shè)計(jì)條件,遵循現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定,在確保安全的前提下,經(jīng)濟(jì)、正確合理地選擇材料,并進(jìn)行結(jié)構(gòu)、強(qiáng)(剛)度和密封設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):確定合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式,滿足制造、檢驗(yàn)、裝配、運(yùn)輸和維修等要求;強(qiáng)(剛)度設(shè)計(jì):確定結(jié)構(gòu)尺寸,滿足強(qiáng)度或剛度及穩(wěn)定性要求,以確保容器安全可靠地運(yùn)行;密封設(shè)計(jì):選擇合適的密封結(jié)構(gòu)和材料,保證密封性能良好。,5,壓力容器設(shè)計(jì)的基本思路:設(shè)計(jì)參數(shù)、容器類別和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的確定結(jié)構(gòu)型式選擇主體尺寸確定材料的選擇強(qiáng)度計(jì)算(應(yīng)力分析)初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)容器附件的選擇安全附件的配用制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收的技術(shù)條件的編制。,6,2、設(shè)計(jì)參數(shù)、容器類別和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的確定,2.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定主要設(shè)計(jì)參數(shù):設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、厚度附加量等設(shè)計(jì)壓力:指設(shè)定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,其值不得低于工作壓力。,7,內(nèi)壓容器的設(shè)計(jì)壓力一般確定原則:當(dāng)壓力容器無(wú)安全泄放裝置時(shí),容器的設(shè)計(jì)壓力取(1.01.1)工作壓力。中低壓容器設(shè)計(jì)壓力取1.10倍工作壓力,高壓容器取1.05倍工作壓力;當(dāng)壓力容器裝有安全閥時(shí),其設(shè)計(jì)壓力不得低于(等于或稍大于)安全閥開(kāi)啟壓力(安全閥開(kāi)啟壓力取1.051.10倍工作壓力);當(dāng)壓力容器裝有爆破片時(shí),其設(shè)計(jì)壓力取爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力加上制造范圍上限。,8,外壓容器設(shè)計(jì)壓力取不小于在正常工作條件下可能產(chǎn)生的最大內(nèi)外壓差。兩側(cè)受壓的壓力容器元件一般應(yīng)以兩側(cè)的設(shè)計(jì)壓力分別作為該元件的設(shè)計(jì)壓力,除非有特殊措施保證兩側(cè)同時(shí)受壓,可取兩側(cè)的最大壓差作為設(shè)計(jì)壓力。,設(shè)計(jì)時(shí)考慮的載荷除了內(nèi)壓、外壓或最大壓力差外;有時(shí)必須考慮液體靜壓力;根據(jù)容器的具體情況,還可能考慮自重,內(nèi)件重量和附屬設(shè)備等等的影響。,9,設(shè)計(jì)溫度指容器在正常工作情況下,設(shè)定的元件的金屬溫度(沿元件金屬截面的溫度平均值)。設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力一起作為設(shè)計(jì)載荷條件。設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)下可能達(dá)到的最高溫度。對(duì)于0以下的金屬溫度,設(shè)計(jì)溫度不得高于元件金屬可能達(dá)到的最低溫度。壓力容器安裝在室外,當(dāng)殼體的金屬溫度受大氣環(huán)境氣溫條件所影響時(shí),其最低設(shè)計(jì)溫度,取歷年來(lái)月平均溫度的最低值作為最低設(shè)計(jì)溫度;容器內(nèi)介質(zhì)用蒸汽直接加熱或被內(nèi)置加熱元件間接加熱時(shí),設(shè)計(jì)溫度不得低于最高工作溫度。,10,設(shè)計(jì)溫度確定一般經(jīng)驗(yàn):,11,設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力組合應(yīng)以容器運(yùn)行中設(shè)計(jì)壓力條件下的對(duì)應(yīng)的操作溫度作為設(shè)計(jì)溫度的基礎(chǔ),由此確定的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度能使容器經(jīng)受最苛刻的運(yùn)行條件,介質(zhì):飽和水蒸汽工作壓力:0.2MPa工作溫度:68.7以壓強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn),介質(zhì):飽和水蒸汽設(shè)計(jì)壓力:0.3MPa設(shè)計(jì)溫度:75.4,12,厚度附加量包括鋼材厚度負(fù)偏差C1和腐蝕裕量C2兩部分。鋼材厚度負(fù)偏差C1:按鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定;當(dāng)鋼材厚度負(fù)偏差不大于0.25mm,且不超過(guò)名義厚度的6%時(shí),厚度負(fù)偏差可忽略不計(jì)。腐蝕裕量C2:為防止容器元件由于腐蝕、機(jī)械磨損而導(dǎo)至厚度的削弱減薄,應(yīng)考慮腐蝕裕量。對(duì)有腐蝕或磨損的零件,應(yīng)根據(jù)預(yù)期的容器壽命和介質(zhì)對(duì)鋼材的腐蝕速率而定。腐蝕裕量=腐蝕速率設(shè)計(jì)使用年限(毫米/年年=毫米)。標(biāo)準(zhǔn)中的材料的腐蝕速率,是對(duì)于均勻腐蝕而言,亦即鋼材表面的腐蝕速率(毫米/年)各處基本相同。,13,14,與工作介質(zhì)接觸的圓筒、封頭、接管、人孔及內(nèi)部構(gòu)件等均考慮腐蝕裕量。用涂刷涂料可以有效防止環(huán)境腐蝕的容器外部構(gòu)件,如支座、支腿、底板、托架、塔頂?shù)跫艿仍瓌t上不考慮腐蝕裕量,但不包括裙座。容器地腳螺栓根徑的腐蝕裕量一般取3mm;碳鋼、低合金鋼裙座圓筒的腐蝕裕量應(yīng)不小于2mm。,15,下列情況不考慮腐蝕裕量:介質(zhì)對(duì)不銹鋼無(wú)腐蝕作用,指不銹鋼、不銹鋼復(fù)合管板或有不銹鋼堆焊的元件;有可靠耐腐蝕襯里的基體材料,如,襯鉛、襯橡膠、襯塑料等;法蘭的密封面;管殼式換熱器的換熱管、拉桿、定距管、折流板和支承板。,16,2.2容器類別的確定在壓力容器設(shè)計(jì)的主要參數(shù)確定后,根據(jù)容器的設(shè)計(jì)壓力、體積以及充裝介質(zhì)的種類和特性,按TSGR0004-2009的附件A的規(guī)定,確定壓力容器的類別。,17,2.3設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的確定根據(jù)委托方提供的操作要求,確認(rèn)是否存在壓力或溫度波動(dòng),并根據(jù)變動(dòng)頻率及變化范圍,從而確定容器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。常規(guī)設(shè)計(jì):GB150-1998分析設(shè)計(jì):JB4732-1995有時(shí)為了減輕設(shè)備重量,提高其經(jīng)濟(jì)合理性,也可采用分析設(shè)計(jì)方法對(duì)常規(guī)設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)的設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。,18,3、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系,壓力容器設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本法規(guī)和規(guī)程:特種設(shè)備安全監(jiān)察條例TSGR0004-2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程TSGR0005-2011移動(dòng)式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程TSGR0003-2007簡(jiǎn)單壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程TSGR1001-2008壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)許可規(guī)則液化氣體汽車罐車安全監(jiān)察規(guī)程壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn):GB150-1998鋼制壓力容器JB4732-1995鋼制壓力容器-分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(2005年確認(rèn)版),19,固定式壓力容器主要產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn):GB151-1999管殼式換熱器GB12337-1998鋼制球形儲(chǔ)罐JB4731-2005鋼制臥式容器JB4710-2005鋼制塔式容器JB/T4734-2002鋁制焊接容器JB/T4745-2002鈦制焊接容器NB/T47012-2010(JB/T4750)制冷裝置用壓力容器JB/T4755-2006銅制壓力容器JB/T4756-2006鎳及鎳合金制壓力容器NB/T47011-2010鋯制壓力容器,20,移動(dòng)式壓力容器標(biāo)準(zhǔn):GB/T19905-2005液化氣體運(yùn)輸車JB/T4780-2002液化天然氣罐式集裝箱JB/T4781-2005液化氣體罐式集裝箱JB/T4782-2007液體危險(xiǎn)貨物罐式集裝箱JB/T4783-2007低溫液體汽車罐車JB/T4784-2007低溫液體罐式集裝箱,21,主要配套標(biāo)準(zhǔn):封頭、法蘭、支座、補(bǔ)強(qiáng)圈、吊耳、材料、焊接標(biāo)準(zhǔn)等:GB713-2008鍋爐和壓力容器用鋼板GB19189-2003壓力容器用調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板GB3531-2008低溫壓力容器用低合金鋼鋼板GB24511-2009承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板及鋼帶GB24510-2009低溫壓力容器用9%Ni鋼板NB/T47008-2010(JB/T4726)承壓設(shè)備用碳素鋼和合金鋼鍛件NB/T47009-2010(JB/T4727)低溫承壓設(shè)備用低合金鋼鍛件NB/T47010-2010(JB/T4728)承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件,22,GB/T25198-2010壓力容器封頭JB47004707-2000壓力容器法蘭HG/T2151421535-2005鋼制人孔和手孔HG/T2059220635-2009鋼制管法蘭、墊片、緊固件JB/T4712.1-4712.4-2007容器支座JB/T4736-2002補(bǔ)強(qiáng)圈HG/T21574-2008化工設(shè)備吊耳及工程技術(shù)要求GB16749-1997壓力容器波形膨脹節(jié)NB/T47014-2011(JB/T4708)承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定NB/T47015-2011(JB/T4709)壓力容器焊接規(guī)程N(yùn)B/T47016-2011(JB/T4744)承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗(yàn),23,其他主要相關(guān)標(biāo)準(zhǔn):HG/T20580-2011鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定HG/T20581-2011鋼制化工容器材料選用規(guī)定HG/T20582-2011鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定HG/T20583-2011鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定HG/T20584-2011鋼制化工容器制造技術(shù)規(guī)定HG/T20585-2011鋼制低溫壓力容器技術(shù)規(guī)定JB/T4730-2005承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)GB50094-2010球形儲(chǔ)罐施工規(guī)范JB/T4711-2003壓力容器涂敷與運(yùn)輸包裝,24,4、結(jié)構(gòu)型式,立式、臥式、球罐截面形狀:筒形、球形、組合型、方形、矩形等設(shè)計(jì)條件圖中一般明確了容器的結(jié)構(gòu)型式。但設(shè)計(jì)時(shí)可進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化:公稱直徑的選取長(zhǎng)(高)度與體積、重量的優(yōu)化,25,5、材料選擇,壓力容器用材的主要選擇依據(jù):容器的操作條件,如溫度、壓力介質(zhì)、操作特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn);材料的力學(xué)性能;材料的耐腐蝕性能,包括選材、防腐結(jié)構(gòu)、腐蝕裕量、條件控制等;材料的加工性能,如可焊性、冷熱加工成型性等;材料的價(jià)格及來(lái)源;同一工程設(shè)計(jì)中用材盡量統(tǒng)一;盡量選用壓力容器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范推薦的材料及國(guó)內(nèi)材料標(biāo)準(zhǔn)中已有的材料;盡量采用國(guó)產(chǎn)材料。,26,從性能方面考慮,受壓元件用材應(yīng)有:較大的塑性儲(chǔ)備;較高的韌性;較好的成型性能和焊接性能。,27,從經(jīng)濟(jì)方面考慮,下述原則可參考:以剛度或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主的容器,受壓殼體可選用普通碳素鋼;以強(qiáng)度設(shè)計(jì)為主的容器,應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、介質(zhì)特性等使用限制,依次選用Q235B、Q235C、Q245R、Q345R等;鉻鉬低合金鋼可作為設(shè)計(jì)溫度350550的壓力容器耐熱鋼或大于250的高溫高壓抗氫鋼;不銹鋼用于介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)、防鐵離子污染或設(shè)計(jì)溫度大于500的耐熱用鋼。,28,同時(shí)應(yīng)注意:鋼材的使用溫度上限應(yīng)按GB150中各材料許用應(yīng)力表中各鋼號(hào)所對(duì)應(yīng)的上限溫度。碳素鋼和碳錳鋼在高于425下長(zhǎng)期使用時(shí),應(yīng)考慮鋼中碳化物相的石墨化傾向。奧氏體鋼的使用溫度高于525時(shí),鋼中含碳量應(yīng)不小于0.04%。鋼材的使用溫度下限,除奧氏體鋼及標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)條文另行規(guī)定者外,均高于-20。鋼材的使用溫度低于或等于-20時(shí),應(yīng)按GB150附錄C的規(guī)定進(jìn)行夏比(V型缺口)低溫沖擊試驗(yàn)。奧氏體不銹鋼的使用溫度高于或等于-196,可免做沖擊試驗(yàn)。,29,6、強(qiáng)度計(jì)算(應(yīng)力分析),強(qiáng)度計(jì)算書(shū)中應(yīng)包括:設(shè)計(jì)條件、所用規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、材料、腐蝕裕量、計(jì)算厚度、名義厚度、計(jì)算應(yīng)力、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)等。裝設(shè)安全泄放裝置的壓力容器,還應(yīng)計(jì)算壓力容器安全泄放量、安全閥排量和爆破片泄放面積。當(dāng)采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算時(shí),軟件必須“全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)”評(píng)審鑒定,并在國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局特種設(shè)備局認(rèn)證備案,打印結(jié)果中應(yīng)有軟件程序編號(hào)、輸入數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果等內(nèi)容。,30,常規(guī)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件:SW6等分析設(shè)計(jì)常用軟件:ANSYS、ABAQUS等,31,7、壓力容器附件的選擇,壓力容器的附件主要包括人孔(檢查孔)、接管、鞍座(支座)、視鏡等。進(jìn)行附件選擇時(shí),盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)附件,一方面可減少設(shè)計(jì)計(jì)算及繪圖的工作量,同時(shí)確保附件安全。,32,8、安全附件的配用,安全閥爆破片壓力表液面計(jì)測(cè)溫儀表緊急切斷裝置快開(kāi)門(mén)式壓力容器安全連鎖裝置,33,安全閥選用的一般原則:液體介質(zhì)用安全閥,一般選用微啟式彈簧安全閥;空氣或其他氣體介質(zhì)用安全閥,一般選用封閉全啟式彈簧安全閥;液化石油氣汽車槽車或液化石油氣鐵路罐車用安全閥,一般選用全啟式內(nèi)裝安全閥;若介質(zhì)具有腐蝕性時(shí),應(yīng)選用波紋管安全閥,防止重要零件因受介質(zhì)腐蝕而失效。,34,9、制造技術(shù)要求的編制,壓力容器制造技術(shù)要求一般包括:制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收的主要標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程主體材料要求,包括板材、鍛件等焊接材料焊接接頭型式、檢驗(yàn)要求熱處理要求(如果有)耐壓試驗(yàn)和泄漏性試驗(yàn)管口、支座等方位涂裝要求包裝及運(yùn)輸,- 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