化工容器的设计方法

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1、第13卷第2期盐城工学院学报Vol.13No.22000年6月JournalofYanchengInstituteofTechnologyJun.2000X化工容器的设计方法许　琦　　　　　　　　　　　丁传安(盐城工学院化学工程系,江苏盐城224003　扬州化工学校化工机械系,扬州225002)摘　要　目前,化工容器常规设计采用静载荷、高安全系数和规定具体的结构形式,具有很大的不合理性,原因是化工容器大多数受变载荷作用,加之材料本身的缺陷,以及结构的不连续,因此,按疲劳设计更符合工程实际。关键词　化工容器;　静载荷设计;　疲劳设

2、计分类号TQ05文献标识码A文章编号1008-5092(2000)02-0025-03　　在以往的工程设计中,化工容器的设计大多计参数为:公称直径1000•,设计压力为2.5都是采用常规设计方法,即按受静载荷的条件考MPa,材料用16MnR,工作温度为0～150℃,加工虑。但在实际生产过程中,频繁的间断操作,压力条件为焊后进行热处理并对焊缝进行100%射线波动,流体通过设计产生的振动,周期性的温度变探伤,焊缝系数Ф=1,压力循环条件为每30min,化,强迫振动等都将使容器中的应力随时间呈周操作压力由40kPa～2.23MPa波动

3、一次,设备设期性的变化。在这种交变载荷的作用下,加之金属材料本身存在的气孔、杂质等缺陷及结构上的不连续等因素形成的裂纹而最终导致疲劳破坏。据国外统计,从20世纪60年代以来,压力容器的破坏事故中,有40%左右是由于疲劳裂纹的扩展引起的,所以许多国家对压力容器设计规范增加了以疲劳分析为基础的设计方法。我国在1987年以ASMB2Ⅷ22为主要参考材料,拟定了行业标准,但在我国工程设计中还没有得到很好的应用和执行。1　化工容器的常规设计方法及举例图1　产品出料罐示意图常规设计方法认为化工容器中所受的应力是Fig.1ShowingFig

4、ureofProductOutputContainer不随时间而变化的,设计应力较低,选材有严格的计寿命10年。试确定薄壁化工容器的理论壁厚。规定,选用一定的安全系数,采用规定的结构和对1.1　化工容器常规设计的设计步骤制造工艺有一定的要求等为前提。这种设计方法化工容器常规设计方法的设计步骤包括工艺简单、方便。下面举一算例加以说明。条件分析,确定化工容器的设计参数,根据工艺参设计一台出料罐。当含有固体颗粒的气体经数按国家有关化工容器标准,选择合理的化工容过出料罐的过滤管后,固体颗粒则积留在出粒罐器材料、结构型式,进行强度计算和校

5、核。的下部,定期排放。该出料罐主要有标准椭圆型1.2　工艺参数的确定上封头,筒体和带折边的锥形封头(如图1),其设根据国家有关化工容器的设计标准[1],其设X收稿日期:1999-11-21　　　第一作者简介:许　琦(19652),男,硕士,讲师,主要从事化工机械结构强度的研究。©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.·26·盐城工学院学报第13卷计压力P=2.5MPa,材料的主要机械性能为σb=对于筒体,在筒体和管板的连接处,由于结构150上的

6、不连续所引起的最大轴向应力可达周向应力510MPa,σs=350MPa,[σ]=170MPa,Ψ=14.5%,δ5=17%,E20=2.07×105MPa,E150=2.0的2.05倍,故可认为在边缘应力集中系数Kt=2.×105MPa。05,在壳体上开椭圆孔,最大应力在长轴的两端,1.3　筒体的上下封头壁厚的设计应力集中系数Kt=2.57;根据设计规范,许用应由无力矩理论方程[2～4],得到筒体的理论壁力幅与最大交变应力幅之比应小于Kt,即:厚计算公式:Sα≤KtS′altPDtδ=2[σ]·φ-P代入各参数解得:δ=15.6

7、•代入各参数解得其理论壁厚为:2.2　化工容器上下封头部分的设计δ=7.4•2.2.1　顶部椭圆封头的计算　　标准椭圆封头的理论壁厚小于筒体壁厚,但标准椭圆封头上的最大应力为:考虑到和筒体之间联接处的加工方便和应力集中△PDSij=+0.25△P2δ等影响因素,一般取封头和筒体的壁厚相同。　　其应力幅为:下封头采用标准的大端折边锥形封头,其锥壳半顶角为α=45Ü,其壁厚计算公式为:Salt=0.5SijPDC1　　在封头顶部的径向接管按ASMB2Ⅷ22规范的δ=150·2[σ]·φ-Pcosα应力指数法,当椭圆顶点经向接管时,K

8、t的取大　　其中DC=D·[1-0.34×(1-cosα)],代入值为2.25,小于2.57,因而椭圆封头的理论壁厚各参数解得其理论壁厚为:小于筒体的理论壁厚。δ=9.6•下部锥形封头的设计:在大端折边过渡区切线处,锥体上的周向应2　以疲劳分析为基础的设计方法力