压力容器薄膜应力理论的分析

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1、....压力容器薄膜应力理论分析本章重点内容及对学生的要求：（1）压力容器的定义、结构与分类；（2）理解回转薄壳相关的几何概念、第一、二主曲率半径、平行圆半径等基本概念。（3）掌握回转壳体薄膜应力的特点及计算公式。第一节压力容器概述1、容器的结构如图1所示，容器一般是由筒体（壳体）、封头（端盖）、法兰、支座、接管及人孔（手孔）视镜等组成，统称为化工设备通用零部件。图1容器的结构示意图2、压力容器的分类压力容器的使用范围广、数量多、工作条件复杂，发生事故的危害性程度各不相同。压力容器的分类也有很多种，一般是按照压力、壁厚、形状或者在生产中的作用等进行分类。本节主要介绍以下几种：按

2、照在生产工艺中的作用反应容器（R）：主要用来完成介质的物理、化学反应，利用制药中的搅拌反应器，化肥厂中氨合成塔，。换热容器（E）：用于完成介质的热量交换的压力容器，例如换热器、蒸发器和加热器。分离压力容器（S）：完成介质流体压力缓冲和气体净化分离的压力容器，例如分离器、干燥塔、过滤器等；储存压力容器（C，球罐代号为B）：用于储存和盛装气体、液体或者液化气等介质，如液氨储罐、液化石油气储罐等。按照压力分外压容器：容器内的压力小于外界的压力，当容器的内压力小于一个绝对大气压时，称之为真空容器。内压容器：容器内的压力大于外界的压力。低压容器（L）：；中压容器（M）：高压容器（H）：超

3、高压容器（U）：........《压力容器安全监察规程》一类容器：有下列情况之一的A非易燃或无毒介质的低压容器；B易燃或有毒介质的低压分离容器和换热容器；二类容器：有下列情况之一的A剧毒介质的低压容器；B易燃或者有毒介质的低压反应容器和储运容器；C中压容器；D内径小于1m的低压废热锅炉三类容器：有下列情况之一的A高压、超高压容器；B剧毒介质，且最高工作压力与容积的乘积C易燃或者有毒介质且的中压反应容器；或者的中压储运容器；D中压废热锅炉或内径大于1m的低压废热锅炉。3、压力容器设计的基本要求压力容器应首先满足设备的工艺尺寸，能在指定的操作条件下如压力、温度等完成指定的生产任务并

4、保证产品的质量。在工艺尺寸确定后，进行结构和零部件设计，需要满足以下的要求。强度构件抵抗破坏的能力。为了保证生产安全和正常工作，设备必须满足所有零部件的强度需要。例如提升重物的钢丝绳，不允许被重物拉断。但在设计中，为了保证强度而盲目的加大结构尺寸是不合理的，因为会造成材料的极大浪费，增加运输及安装费用。壳体与部件的等强度设计是合理发挥材料潜力的好方法（如精馏塔的变径设计）。在容器上设计强度脆弱部件，当设备承受的载荷超载时，使其首先破坏以保护设备主体不受损害是生产过程中的安全措施。刚度即构件在外力作用下保持原有形状的能力。对于薄壁容器来说，规定它的最小壁厚值是为了保证在运输及安装

5、施工时不致发生过大的扭曲变形。规定塔盘的厚度不小于3mm，是防止塔盘的挠度过大以致产生液层厚度较大偏差，是为了通过液层的气液不致分布不均匀，影响塔盘分离效率。上海化工厂的法兰翘曲变形，主要是螺拴和法兰的刚度不相匹配而引起的。（3）稳定性指的是设备维持其原有的平衡形式。当化工容器承受外压力作用，如真空装置，必须满足稳定要求，不致在操作过程中被压瘪，失去工作能力。（4）耐久性耐久性根据要求的使用年限来确定。一般要求使用年限为10～12年。与其他机器类产品相比，机器的寿命决定主要机件的磨损，而容器及设备则决定于操作介质与周围环境对其腐蚀情况，在某些情况下，如果受交变载荷或高温时，应考

6、虑设备的疲劳破坏及蠕变。根据所要求的使用年限和腐蚀情况，正确选用结构材料是保证设备耐久性的重要措施。（5）密封性容器及设备的密封性能是使其安全、可靠操作的重要措施。石油、化工产品的生产过程中，所处理物料具有易燃、易爆、有毒的特征。若密封性能得不到保证，使物料泄漏出来，不仅在生产中造成损失，而且会造成燃烧、爆炸、操作人员中毒的恶性事故。（6）制造工艺........应在结构上保证最小的材料消耗，尤其是贵重材料的消耗。在结构设计时应使其便于加工、保证制造质量。应尽力避免复杂的加工工序，尽可能的减少加工量。设计时应采用标准设计和标准零件和部件。零部件的标准化是适应容器及设备生产特点、

7、提高零部件互换能力、降低设备成本的一个重要途径。（7）运输、安装与维修设备及容器的自动化控制虽能简化了操作过程，但将增加投资，需要细致的核算经济效益方能进行确定。设计的合理结构还应考虑安装维修方便，例如，人孔的尺寸不能太小。设备尺寸和形状还要考虑整体运输的可能性，应满足铁路、公路、水路上的桥梁和涵洞的可能允许的最大尺寸，例如，高度、宽度、长度、质量等。第二节回转薄壳及其薄膜应力分析1、回转薄壳的几何概念（1）旋转壳体旋转壳体指以任意直线或平面曲线作母线，绕其同平面内的轴线旋转一周而成的旋转曲