压力容器设计技术进展

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1、第六章压力容器设计技术进展潘家祯华东理工大学机械与动力工程学院第一节近代化工容器设计技术进展概述第二节化工容器的应力分析设计第六章压力容器设计技术进展2第六章压力容器设计技术进展第一节近代化工容器设计技术进展概述一、容器的失效模式二、化工容器设计准则的发展三、容器设计规范的主要进展四、近代设计方法的应用第六章压力容器设计技术进展3第六章压力容器设计技术进展第一节近代化工容器设计技术进展概述压力容器的发展简要回顾JamesWatt(1736-1819)4第六章压力容器设计技术进展第一节近代化工容器设计技术进展概述化工及石油化工发展的需求大型化高参数高强材料5第六章

2、压力容器设计技术进展第一节近代化工容器设计技术进展概述近代压力容器的发展趋势-大型化,高参数大型化高参数核电站一个1500MW压水堆压力壳，工作压力为15MPa，工作温度为300ºC，容器内直径7800mm，壁厚317mm，重650吨；煤气化液化装置中的压力容器工作压力为20MPa，工作温度为500ºC，最大内直径达5000mm，壁厚为400mm，重2600吨；炼油厂加氢反应器的直径达4.5mm,厚280mm,重约1000吨。高温蠕变低应力脆断疲劳问题6第六章压力容器设计技术进展第一节近代化工容器设计技术进展概述一、容器的失效模式容器设计的核心问题是安全。化工容器设

3、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”。两种最基本的失效模式韧性破坏脆性破坏随着技术的发展，遇到的容器失效有各种类型，针对不同的失效形式进而出现了不同的设计准则。在讨论这些设计技术进展之前有必要首先弄清容器的各种形式的失效，尤其最基本的爆破失效过程更需要弄清楚。下面就容器的韧性爆破和脆性爆破过程先作一些阐述：7第六章压力容器设计技术进展(一)容器的超压爆破过程1．容器的韧性爆破过程一台受压容器，如果材料塑性韧性正常，设计正确，制造中未留下严重的缺陷，加压直至爆破的全过程一般属于韧性

4、爆破过程。韧性爆破的全过程可以用图示容器液压爆破曲线OABCD来说明，加压的几个阶段如下：整体屈服压力爆破压力(A)弹性变形阶段(OA段)(B)屈服阶段(AB段)(C)强化阶段(BC段)(D)爆破阶段(CD段)第一节近代化工容器设计技术进展概述8第六章压力容器设计技术进展(一)容器的超压爆破过程(1)弹性变形阶段见OA，随着进液量(即体积膨胀量)的增加，容器的变形增大，内压随之上升。这一阶段的基本特征是内压与容器变形量成正比，呈现出弹性行为。A点表示内壁应力开始屈服，或表示容器的局部区域出现屈服，整个容器的整体弹性行为到此终止。(A)弹性变形阶段(OA段)(B)屈服

5、阶段(AB段)(C)强化阶段(BC段)(D)爆破阶段(CD段)第一节近代化工容器设计技术进展概述9第六章压力容器设计技术进展(一)容器的超压爆破过程(2)屈服变形阶段AB段，容器从局部屈服到整体屈服的阶段，以内壁屈服到外壁也进入屈服的阶段。B点表示容器已进入整体屈服状态。如果容器的钢材具有屈服平台，这阶段包含塑性变形越过屈服平台的阶段，这是一个包含复杂过程的阶段，不同的容器、不同的材料，这一阶段的形状与长短不同。(A)弹性变形阶段(OA段)(B)屈服阶段(AB段)(C)强化阶段(BC段)(D)爆破阶段(CD段)第一节近代化工容器设计技术进展概述10第六章压力容器设计

6、技术进展(一)容器的超压爆破过程(3)变形强化阶段BC段，材料发生塑性变形不断强化，容器承载能力不断提高。但体积膨胀使壁厚减薄，承载能力下降。两者中强化影响大于减薄影响，强化提高承载能力的行为变成主要因素。强化的变化率逐渐降低，到C点时两种影响相等，达到总体“塑性失稳”状态，承载能力达到最大即将爆破，此时容器已充分膨胀。(A)弹性变形阶段(OA段)(B)屈服阶段(AB段)(C)强化阶段(BC段)(D)爆破阶段(CD段)第一节近代化工容器设计技术进展概述11第六章压力容器设计技术进展(一)容器的超压爆破过程(4)爆破阶段在CD段，减薄的影响大于强化的影响，容器的承载能

7、力随着容器的大量膨胀而明显下降，壁厚迅速减薄，直至D点而爆裂。(A)弹性变形阶段(OA段)(B)屈服阶段(AB段)(C)强化阶段(BC段)(D)爆破阶段(CD段)第一节近代化工容器设计技术进展概述12第六章压力容器设计技术进展(一)容器的超压爆破过程C点的内压力为爆破压力，正常韧性爆破的容器，爆破的体积膨胀量(即进液量)在容器体积的10％以上，该值越高，容器的韧性越好，材料的塑性韧性和制造质量都很好，该容器在设计压力下很安全。承受的压力，爆破压力越高，爆破压力与设计压力的比值越大则越安全。(A)弹性变形阶段(OA段)(B)屈服阶段(AB段)(C)强化阶段(BC段