压力容器设计一般要点

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1、39第四章压力容器设计DesignofPressureVessels4.1概述Introduction在绪论中，介绍了过程设备设计的基本步骤。就是根据给定设计条件和规范标准的规定,确保安全，经济，正确选择材料，进行结构，强度或刚度设计，密封设计。设计时应综合考虑各个环节：材料，结构，强度，（刚度），制造，使用，安装，运输，检验等。每个环节都应重视。4.1.1设计要求Specification压力容器设计的基本要示：安全性，经济性。在保证安全前提下尽可能经济（材料，制造，安装，维修等等）4.1.2设计文件Des

2、ignFiles设计文件包括：设计条件，设计图样，强度计算书及安装，使用说明书（按分析设计提供应力分析报告）。强度计算书和设计图样具体内容见P114。4.1.3设计条件DesignCondition通常用图表表示：简图，设计要求，接管表等，通称为设计条件图。不同类型的，除公共基本设计要求外，还应注明各自的特殊要求，换热器，换热管规格，管长，根数、排列，换热面积和程数等。4.2设计准则DesignCriterions4.2.1压力容器失效PressureVesselFailure压力容器失效：压力容器在规定的使

3、用环境和时间内，因尺寸，形状，或材料性能发生改变而不能达到设计要求的现象。最终形式：泄漏，过度变形，断裂（1）压力容器失效形式大致分为以下四大类：a.强度失效因材料的屈服或断裂引起的失效。①韧性断裂容器发生了有充分塑性大变形的破裂，破裂前其应力达到或接近所用材料的强度极限。主要原因：厚度过薄（未经计算，腐蚀）、内压过高，操作失误，反应失控。避免：严格按规范进行设计，选材，运输，安装，使用和检修。②脆性断裂：这是一种没有经过充分塑性大变形的容器破裂原因：材料的脆性，严重的超标缺陷或两种原因兼而有之。39断裂时可

4、能裂成碎片飞片，也可能沿纵向裂开一条缝，见彩色封面根源：材料选用不当，焊接与热处理不当使材料脆化外，低温长期在高温下运行，应变时效也会使材料脆化。材料原始缺陷或使用中产生缺陷③疲劳断裂交变载荷最容易使容器的应力集中部位材料发生疲劳损伤，萌生疲劳裂纹并扩展导致失效，疲劳断裂的最终失效方式，一种是泄漏，称为“未爆光漏（LBB）”。另一种是爆破称为“未漏光爆”。这二种疲劳断裂失效均无明显的塑性变形，接近于脆性断裂的宏观形态。④蠕变断裂高温容器长期运行和受载，金属材料会随时间而不断发生蠕变损伤，以至出现鼓胀与减薄，直

5、至破裂。宏观表现为：过度变形（蠕胀），最终由蠕变裂纹扩展而爆破。按断裂时的应力来看，蠕变断裂又具有脆性断裂的特征。⑤腐蚀断裂也分二种情况：因均匀腐蚀，厚度减薄等引起，有明显的塑性变形，因晶间腐蚀，应力腐蚀引起的，则无明显的塑性变形。b.刚度失效过度的弹性变形引起的失效。如塔在风载荷时，发生过大弯曲变形，内部附件无法正常工作。c.失稳失效容器在压应力作用下丧失稳定性，突然失去原有的规则几何形状（皱折变形）引起的失效。可以是总体的，也可以局部的。弹性失稳：弹性程度与载荷不成比例，其临界压力与材料强度无关。非弹性失

6、稳：容器中的应力水平超过材料屈服点，临界压力与材料强度有关。d.泄漏失效：由于泄漏引起的失效。主要是可拆式接头或其它接头的密封性能。管子与管板。注：在实际中，往往是多种形式的交互失效，腐蚀疲劳，蠕变疲劳。（2）失效判据和设计准则a.失效判据用来判别失效的依据。只要这个量达到某一数值，压力容器就失效，某一种场合的失效判据，不一定适用另一场合。39b.设计准则失效判据还不能直接用于压力容器的设计。工程上还须考虑许多不确定因素，如：材料性能的不稳定，制造水平，检验手段等。常用的方法是引入安全系数，从而得到相应的设计

7、准则。所以容器设计时，先要确定最有可能发生的失效形式，选择合适的失效判据和设计准则,确定相应的规范标准，再进行设计。4.2.2强度失效设计准则屈服和断裂是常温，静载下强度失效的主要形式。（1）弹性失效设计准则：防止容器总体部位发生屈服变形，而将最大设计应力限制在材料的屈服点以下，保证容器始终处于弹性状态。屈服数学表达式为：（4－1）相应设计准则：（4－2）用最大拉应力则：（4－3）而根据二个屈服失效判氢则有Tresca:（4－4）也称最大切应力准则Mises(形状比能屈服失效判据)（4－5）应力强度（相当应力

8、）工程上，将强度设计准则中直接与许用应力比较的量，称应力强度。分别表示最大拉应力，最大切应力和形状改变比能准则的序号所以（2）塑性失效设计准则：容器某处弹性失效后并不意味着容器失去承载能力，只有进入整体屈服或局部区域沿整个壁厚进入全部屈服，称塑性失效。对内压厚壁圆筒，整个载面屈服时的压力就是全屈服压力。塑性失效判据为设计压力：（4－6）39塑性失效判据设计准则为：（4－7）：全屈服安全系数。（3）爆