压力容器设计中若干问题探究

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1、压力容器设计中若干问题探究摘要：压力容器在工业生产中应用广泛，笔者从其设计方面问题进行探讨。对其选材、补强、几种压力容器结构进行浅析。关键词：压力容器；设计问题1.总体设计问题概述压力容器的设计一般有工艺条件中获得操作温度、操作压力、介质成分及特性、容器的尺寸。根据已知条件选定初步尺寸，考虑何时的材料和机构，然后依据规范进行强度计算，确定筒体、风头及各个受压元件的壁厚。容器设计中应注意以下因素：储存介质的特性，包括介质的毒性、腐蚀性、可燃性、密度、饱和蒸汽压力等；装量系数，特质容器内有液体和气体时，在温度变化时存在压力变化；温度，筒体在

2、安装时与工作时存在较大的温差，需要在设计充分考虑温度补偿措施，否则易导致筒体不正常变形，严重影响容器的性能；容器的长泾比，要考虑工艺要求,不能单方面的扩大减小。1.1•总体结构设计中局部应力问题当各个部件组合成为一个容器整体时，会出现以下状况：1.1.1•封头和筒体连接时，筒体的几何连续结构破坏,会出现不连续应力。1.1.2.容器接管开孔与容器筒体连接破坏了筒体内薄膜应力分布，也会产生不连续应力和应力集中。1.1.3.容器在受到各种局部机械载荷时，容器筒体上产生叠加局部应力，目前没有统一解决方法，但是设计中要予以考虑。1.2.容器设计中

3、的结构设计问题，1.2.1.常常是压力引起的应力，多数是局部弯曲应力，严重时回到石局部变形。但是局部应力的作用范围有限，一般通过局部强度检核可以解决此类问题。1.2.2.总体结构的几何不连续而产生的不连续性，由于容器设计需要满足各种功能性，对原本结构有破坏，会产生不连续应力，需要在设计上要通过常规设计规范对其进行补偿。1.2.3.应力集中，在机构中，会存在应力集中情况，要分析应力集中部位，避免应力超过限值。在结构设计中通常通过强度计算合理完善结构设计，在结构设计不能满足条件时对其进行适当的焊接结构设计补偿。2.设备材料选取压力容器材料的

4、基本要求：要有较高的强度、刚度，良好的制造性能，并且与压力容器介质有良好的相容性。2.1.在选材时，不考虑实际需求，直选最好的情况时有发生。由于载荷和应力条件不同，以及受力状态下的工作环境不同，对钢材的力学性能有要求，要满足一定强度、塑性、韧性。这不仅涉及压力容器以后运行安全，还包还经济合理性的问题。合理的选择满足条件的材料需要综合考虑。1.2.设计上对制作工艺的忽略由于压力容器在制作中设计开孔焊接等等制造工艺，在设计时要对材料的制造性能进行设计上的考量。譬如钢材，铸铁类焊接性能差，脆性高，要对其减少焊接结构设计。2.开孔及补强设计3.

5、1•开孔不合理，应力过于集中原本容器开孔接管后在应力分布和强度方面就会：破坏原有应力分布，并导致应力集中；接管处容器壳体与接管结构形成结构不连续应力；尤其在容器与接管在拐角处，应力集中明显。对于开孔应力集中程度要设计上考量，减少应力集中，此外要在结构强度设计上，使因开孔削弱的结构性能得到补偿。1.2•忽视开孔补强的作用当开孔并伴有接管时，若开孔开的很小，并且满足GB150规定的不另行补强的最大开孔直径，可不必补偿处理。当孔不满足条件时，必须做好补强措施，例如通过补强圈补强、接管补强、整锻件补强等等。3.3•等面积补强计算实际问题有时是筒

6、体上开单独的一个孔，有时是多个孔局部集中。在按照《钢制压力容器》补强设计规范处理时，要灵活处理，保证补强的质量和强度满足工艺要求。4.卧式容器支座设计问题1.1.卧式容器的鞍座结构设计和载荷分析鞍座结构对卧式容器起到支撑作用，此外通过滚动支座可以满足容器的一定膨胀变化。由于过多的支座的水平支撑性能很难保证，因此一般多采用双支座方式。对于鞍座要做好，鞍座对卧式容器所受外力有载荷和支座反力。通过对鞍座的载荷分析可以保证卧式容器固定，即保证了安全生产。1.2.对于筒体应力的计算与校核卧式容器除了考虑操作压力引起的薄膜应力外，还要考虑容器质量导

7、致的筒体横截面积上的纵向弯矩和剪切力。对于危险易失效的截面要进行强度或稳定性校核。2.容器设计中的结构设计问题压力容器结构设计涉及工艺、选材等等，对于承压容器,结构设计中应力和强度的处理显得尤为重要，在设计中要针对具体设计容器具体结构设计。此外《压力容器安全技术监察规程》将压力容器分为三类，并对其设计、选材、制造检验及使用管理提出不同要求。在此简述属于第三类压力容器情况：3.1.高压容器；5.2•中压容器（极度、高度毒性危害介质）；5.3•中压储存容器（易燃、毒性程度为中度危害介质，且PV乘积大于lOMpam3）；5.4•中压反应容器（

8、易燃、毒性程度为中度危害介质，且PV乘各大于等于0.5Mpam3）；5.5•低压容器（极度、髙度毒性危害介质，且PV乘积大于等于0.2Mpam3）；5.6.高压、中压管壳式余热锅炉；5.7.中压玻璃压力容器