压力容器设计 圆筒设计

11114.34.34.34.3常规设计常规设计常规设计常规设计4.3.24.3.24.3.24.3.2圆筒设计4.34.34.34.3常规设计常规设计常规设计常规设计4.3.24.3.24.3.24.3.2圆筒设计第第第第四四四四章章章章压力容器设计压力容器设计压力容器设计压力容器设计CHAPTERCHAPTERCHAPTERCHAPTERⅣDesignofPressureVesselsDesignofPressureVesselsDesignofPressureVesselsDesignofPressureVessels22224.34.34.34.3常规设计4.14.14.14.1概述4.24.24.24.2设计准则4.34.34.34.3常规设计4.44.44.44.4分析设计4.54.54.54.5疲劳分析4.64.64.64.6压力容器设计技术进展4.3.34.3.34.3.34.3.3封头设计4.3.44.3.44.3.44.3.4密封装置设计4.3.54.3.54.3.54.3.5开孔和开孔补强设计4.3.64.3.64.3.64.3.6支座和检查孔4.3.74.3.74.3.74.3.7安全泄放装置4.3.24.3.24.3.24.3.2圆筒设计4.3.14.3.14.3.14.3.1概述4.3.84.3.84.3.84.3.8焊接结构设计4.3.94.3.94.3.94.3.9压力试验过程设备设计33334.3.24.3.24.3.24.3.2圆筒设计4.3.24.3.24.3.24.3.2圆筒设计圆筒设计圆筒设计圆筒设计筒体结构单层式优点————————简单①深环、纵焊缝，焊接缺陷检测和消除困难；且结构本身缺乏阻止裂纹快速扩展的能力；②大型锻件、厚钢板性能比薄钢板差，不同方向力学性能差异大，韧脆转变温度较高，发生低应力脆性破坏的可能性也较大；③加工设备要求高。缺点————————组合式4.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1筒体结构筒体结构筒体结构筒体结构过程设备设计44444.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1圆筒结构2222....制造：用装置将层板逐层、同心地包扎在内筒上；借纵焊缝的焊接收缩力使层板和内筒、层板与层板之间互相贴紧，产生一定的预紧力；筒节上均开有安全孔————————报警。筒体深环焊缝筒节内层————————12121212～25252525mmmmmmmm外层————————4444～12121212mmmmmmmm的多层层板为避免裂纹沿壁厚方向扩展，各层板之间的纵焊缝应相互错开75757575°°°°。筒节的长度视钢板的宽度而定，层数则随所需的厚度而定。一、多层包扎式一、多层包扎式1111....结构：过程设备设计4.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1筒体结构筒体结构筒体结构筒体结构55554.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1圆筒结构图4-2(4-2(4-2(4-2(a)a)a)a)多层包扎筒节一、多层包扎式((((续))))一、多层包扎式((((续))))过程设备设计4.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1筒体结构筒体结构筒体结构筒体结构66664.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1圆筒结构一、多层包扎式((((续))))一、多层包扎式((((续))))5555、应用情况：目前世界上使用最广泛、制造和使用经验最为丰富的组合式筒体结构。3333....优点：制造工艺简单，不需大型复杂加工设备；安全可靠性高，层板间隙具有阻止缺陷和裂纹向厚度方向扩展的能力；减少了脆性破坏的可能性；包扎预应力改善筒体的应力分布；对介质适应性强，可选择合适的内筒材料。4444....缺点：筒体制造工序多、周期长、效率低、钢材利用率低（仅60%60%60%60%左右）；深环焊缝对制造质量和安全有显著影响。①无损检测困难，环焊缝的两侧均有层板，无法用超声检测，只能射线检测；②焊缝部位存在很大的焊接残余应力，且焊缝晶粒易变得粗大而韧性下降；③环焊缝的坡口切削工作量大，且焊接复杂。过程设备设计4.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1筒体结构筒体结构筒体结构筒体结构5555、应用情况：目前世界上使用最广泛、制造和使用经验最为丰富的组合式筒体结构。77774.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1圆筒结构1111、结构，制造：内筒（厚度30303030mmmmmmmm）卷焊成直径不同但可过盈配合的筒节，将外层筒节加热到计算的温度进行套合，冷却收缩后得到紧密贴合的厚壁筒节。图4-2(4-2(4-2(4-2(b)b)b)b)热套筒节二、热套式二、热套式过程设备设计4.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1筒体结构筒体结构筒体结构筒体结构88884.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1圆筒结构2222、优点：工序少，周期短，且具有包扎式筒体的大多数优点。3333、缺点：筒体要有较准确的过盈量，卷筒的精度要求很高，且套合时需选配套合；套合时贴紧程度不很均匀；套合后，需热处理以消除套合预应力及深环焊缝的焊接残余应力。二、热套式((((续))))二、热套式((((续))))过程设备设计4.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1筒体结构筒体结构筒体结构筒体结构99994.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1圆筒结构1111、结构：由内筒、绕板层和外筒三部分组成，是在多层包扎式筒体的基础上发展起来的。2222、制造：内筒与多层包扎式内筒相同，外层是在内筒外面连续缠绕若干层3333～5555mmmmmmmm厚的薄钢板而构成筒节，只有内外两道纵焊缝，需要2222个楔形过渡段，外筒为保护层，由两块半圆或三块““““瓦片””””制成。3333、优点：机械化程度高，制造效率高，材料利用率高（可达90%90%90%90%以上）。4444、缺点：中间厚两边薄，累积间隙。图4444－2222（cccc）绕板式三、绕板式三、绕板式过程设备设计4.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1筒体结构筒体结构筒体结构筒体结构101010104.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1圆筒结构1111、结构：错开环缝和采用液压夹钳逐层包扎的圆筒结构。2222、制造：����将内筒拼接到所需的长度，两端焊上法兰或封头；����在整个长度上逐层包扎层板，待全长度上包扎好并焊完磨平后再包扎第二层，直至所需厚度。3333、优点：环、纵焊缝错开，筒体与封头或法兰间的环焊缝为一定角度的斜面焊缝，承载面积增大。内筒包扎层板端部法兰底封头图4444－3333整体多层包扎式厚壁容器筒体四、整体多层包扎式四、整体多层包扎式过程设备设计4.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1筒体结构筒体结构筒体结构筒体结构111111114.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1圆筒结构以钢带缠绕在内筒外面获得所需厚度筒壁两种结构型槽绕带式扁平钢带倾角错绕式型槽绕带式用特制的型槽钢带螺旋缠绕在特制的内筒上，端面形状见图4-44-44-44-4（aaaa），内筒外表面上预先加工有与钢带相啮合的螺旋状凹槽。缠绕时，钢带先经电加热，再进行螺旋缠绕，绕制后依次用空气和水进行冷却，使其收缩产生预紧力，可保证每层钢带贴紧；各层钢带之间靠凹槽和凸肩相互啮合((((见图4-44-44-44-4（bbbb）))))，缠绕层能承受一部分由内压引起的轴向力。五、绕带式五、绕带式过程设备设计4.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1筒体结构筒体结构筒体结构筒体结构121212124.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1圆筒结构图4-44-44-44-4（aaaa）型槽绕带式筒体（bbbb）型槽钢带结构示意图缩套环双锥面垫片焊缝（aaaa）（bbbb）五、绕带式（续）五、绕带式（续）过程设备设计131313134.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1圆筒结构五、绕带式（续）五、绕带式（续）缺点：钢带需由钢厂专门轧制，尺寸公差要求严，技术要求高；为保证邻层钢带能相互啮合，需采用精度较高的专用缠绕机床。缺点：钢带需由钢厂专门轧制，尺寸公差要求严，技术要求高；为保证邻层钢带能相互啮合，需采用精度较高的专用缠绕机床。优点：筒体具有较高的安全性，机械化程度高，材料损耗少，且由于存在预紧力，在内压作用下，筒壁应力分布较均匀。优点：筒体具有较高的安全性，机械化程度高，材料损耗少，且由于存在预紧力，在内压作用下，筒壁应力分布较均匀。过程设备设计4.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1筒体结构筒体结构筒体结构筒体结构141414144.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1圆筒结构（2222）扁平钢带倾角错绕式中国首创的一种新型绕带式筒体；该结构已被列入ASMEASMEASMEASMEⅧ-1-1-1-1和ASMEASMEASMEASMEⅧ-2-2-2-2标准的规范案例，编号分别为2229222922292229和2269226922692269。内筒钢带层底封头端部法兰图4-44-44-44-4（cccc）扁平钢带倾角错绕式筒体五、绕带式（续）五、绕带式（续）过程设备设计4.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1筒体结构筒体结构筒体结构筒体结构151515154.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1圆筒结构与其它类型厚壁筒体相比，扁平钢带倾角错绕式筒体结构具有设计灵活、制造方便、可靠性高、在线安全监控容易等优点。结构：内筒厚度约占总壁厚的1/61/61/61/6～1/41/41/41/4，采用““““预应力冷绕””””和““““压棍预弯贴紧””””技术，环向15151515°°°°～30303030°°°°倾角在薄内筒外交错缠绕扁平钢带。钢带宽约80808080～160160160160mmmmmmmm、厚约4444～16161616mmmmmmmm，其始末两端分别与底封头和端部法兰相焊接。优点：五、绕带式（续）五、绕带式（续）过程设备设计4.3.2.14.3.2.14.3.2.14.3.2.1筒体结构筒体结构筒体结构筒体结构161616164.3.2.24.3.2.24.3.2.24.3.2.2内压圆筒的强度设计4.3.2.24.3.2.24.3.2.24.3.2.2内压圆筒的强度设计内压圆筒的强度设计内压圆筒的强度设计内压圆筒的强度设计筒体强度设计单层圆筒体多层厚壁圆筒中径公式（薄壁筒体）MisesMisesMisesMises屈服公式（厚壁筒体）FaupelFaupelFaupelFaupel爆破公式（厚壁筒体）过程设备设计17171717cticp][2Dp−φσ=δ1111、厚度计算式：由中径公式（4-134-134-134-13）≤0.4[0.4[0.4[0.4[σ]]]]ttttφ式中δ————计算厚度，mmmmmmmm；PcPcPcPc————计算压力，MPaMPaMPaMPa；φ————焊接接头系数。条件：PcPcPcPcφσ≤δδ+=σteeict][2)D(p2222、应力强度判别式：（对筒体进行强度校核，已知筒体尺寸DiDiDiDi、δn或δe）（4-144-144-144-14）式中δeeee————有效厚度，δe=e=e=e=δnnnn––––CCCC，mmmmmmmm；δnnnn————名义厚度，mmmmmmmm；CCCC————厚度附加量，mmmmmmmmσtttt————设计温度下圆筒的计算应力，MPaMPaMPaMPa。一、单层筒体（薄壁筒体）一、单层筒体（薄壁筒体）kkkk≤1.1.1.1.5555（工程）4.3.2.24.3.2.24.3.2.24.3.2.2内压圆筒的强度设计主要计算公式过程设备设计18181818eitew