夹套容器设计中的温差应力问题.pdf

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1、第46卷第6期化工设备与管道Vo1．46No．62009年l2月PROCESSEQUIPMENT＆PIPINGDec．2009夹套容器设计中的温差应力问题杨四海(中国石化集团宁波工程有限公司兰州分公司，兰州730060)摘要：应用外压和轴向压缩同时作用下的安全工作条件，对某夹套设备进行设计计算分析，说明了温差应力对外压容器失稳的影响，并提出在设计中应考虑的问题和解决方案。关键词：夹套容器；温差应力；安全工作条件中图分类号：TQ053．2文献标识码：A文章编号：1009—3281(2009)06-0010-03ThermalS

2、tressConsideredinDesignofJacketedVesselYANGsi．hai(LanzhouBranch，SINOPECNingboEngineeringCo．，Ltd，Lanzhou730060，China)Abstract：Theworkingconditionthatthevesselwassubjectedtoexternalpressureandaxialpressuresimultaneouslywastakenintoaccount，thecalculationforthisjackete

3、dvesselwascarriedout．Theinfluenceofthermalstresstotheinstabilityofthevesselwasana—lyzed．Then，theproblemswhichmayappearinthedesignandthesolutionsfortheseproblemswerepresented．Keywords：jaeketedvessel；thermalstress；safeworkingcondition在化工、石油等行业常遇到同时承受轴向压力和外压力作用的薄壁圆筒设备

4、，例如某些真空塔、带夹套的反应器等，这种圆筒失效的主要原因之一是由于稳定性不够。对于夹套容器的设计，通常按照单纯承受外压的设备来计算，但当容器长径比较大，或内筒与夹套材料的线性膨胀系数相差较大时，若不考虑由于温度差产生的轴向压应力，很容易造成设备轴向失稳。本文通过一台夹套容器的设计实例图1设备整体结构尺寸说明温差应力的影响。s：s(ts—To)L(2)某工程一台循环气加热器，设计条件如表1。式中——筒体材料的平均线胀系数，0c=17．1表1加热器设计条件×10mm／(mm·oC)；Ot——夹套材料的平均线胀系数，=12．0×

5、10mm／(mm·℃)；——简体壁温，tT=159℃；ts——夹套壁温，ts=165c【=；——装配温度，To=20oC；，J——夹套长度，L=5000inm。8T=17．1×10一。×(159—20)×5000=11．9nil38=12．0×10一×(165—20)×5000=8．7IlllTt设备结构及尺寸如图1所示。虽然夹套与简体的连接处采用折边过渡结构会1受力计算有一定的变形补偿，但在常规设计条件下，无法准确定量，为保证设计安全，可认为夹套与设备简体之间1．1设备筒体上轴向应力的计算1．1。1温度差产生的轴向压应力计

6、算收稿日期：2009-08-24；修回日期：2009~9．21简体、夹套不受约束时，因温升引起的自由伸长作者简介：杨四海(1974一)，男，甘肃兰州市人，工程师。目前主要量分别为：从事石油化工装置项目中压力容器的设计、校核及设计=OtT(tT—To)L(1)项目管理工作。2009年12月杨四海．夹套容器设计中的温差应力问题为刚性连接。查GB150图6．10，A=0．00055，B=48．24内简体外焊接夹套受约束时，两者的最终伸长许用外压力[P]1·04量均等于而不等于自由伸长量6、6。根据虎克定律，简体、夹套变形量与温差力

7、尸的关系分别为：2计算分析6一6=PL(3)外压和轴向压缩同时作用下设备筒体的受力结6—6s=PL(4)果为：式中E——简体材料的弹性模量，E=186．5×[]+[P]=一88+。104一_u0。_J54’+。u0‘．u82一-1。．J3u6or．10。MPa；从受力结果可见，轴向压应力超过了许用压应E——夹套材料的弹性模量，E=188．1×力的一半，同时外压基本上达到了满应力状态，在外10MPa；压和轴向压缩同时作用时，工作情况是相当危险的，T——简体截面积，AT=26214mm。；这时设备简体出现失稳现象将难以避免。A。

8、——夹套截面积，A=17794mm。在以上计算中采用了一些近似假设，但是整个将(3)和(4)合并后，可得计算结果说明由于温度差产生的轴向压应力不可忽PL：6s+PL(5)略，设计中若不考虑它的影响，只是按照单纯承受外一压的设备来计算是不够的。将(1)和(2)代人(5)后，经整理后可得考虑到