化工容器设计与防腐资料课件.ppt

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1、化工容器设计、运用与防腐技术前沿2021/10/231目录一、化工容器的设计准则发展二、高压容器的材料选用三、高压容器优化模型的建立四、近代优化设计方法的应用五、高压容器的前沿应用六、高压容器的腐蚀与防腐七、总结2021/10/232概论近代以来，化工及石油化工的蓬勃发展使化工容器出现了大型化、高参数(高压、高温、低温)及选用高强材料的趋向，因而高压容器在设计、运用与防腐管理等方面都出现了一系列的新问题，如最优化设计、运用前景、腐蚀与防腐等。这些问题按常规的容器设计与维护思维方法是无法解决的，这些工程问题的出现大大推动了容器设计与维护理论的发展。2021/10

2、/233一、化工容器的设计准则发展为防止化工容器发生上述各种形式的失效，近代化工容器设计的重要特点就是必须考虑采用相应的设计准则。目前在化工容器已被采用的设计准则有如下几种：2021/10/234(1)弹性失效设计准则。这是为防止容器总体部位发生屈服变形，因而将总体部位的最大设计应力限制在材料的屈服点以下，保证容器的总体部位始终处于弹性状态而不会发生弹性失效。(2)塑性失效设计准则容器某处(如厚壁筒的内壁)弹性失效后并不意味着容器失去承载能力。将容器总体部位进入整体屈服时的状态或局部区域沿整个壁厚进入全域屈服的状失效状态，若材料符合理想塑性假设，此态称为塑性时

3、载荷不需继续增加，其变形会无限制地发展下去，故称此载荷为极限载荷。将极限载荷作为设计的依据并加以限制，以防止发生总体塑性变形，称为极限设计。这种“极限设计”的准则即为塑性失效设计准则。2021/10/235图一：强度应力图2021/10/236(3)爆破失效设计准则非理想塑性材料在屈服后尚有增强的能力，对于容器(主要是厚壁的)在整体屈服后仍有继续增强的承载能力，直到容器达到爆破时的载荷才为最大载荷。若以容器爆破作为失效状态，以爆破压力作为设计的依据并加以限制，以防止发生爆破，这就是容器的爆破失效设计准则。2021/10/237(4)弹塑性失效设计准则如果容器的

4、某一局部区域，一部分材料发生了屈服，而其他大部分区域仍为弹性状态，而弹性部分又能约束着塑性区的塑性流动变形，结构处于这种弹塑性状态可以认为并不一定意味着失效。只有当容器某一局部弹塑性区域内的塑性区中的应力超过某一确定的许用值时才认为结构发生了弹塑性失效。(5)疲劳失效设计准则为防止容器发生疲劳失效，只有将容器应力集中部位的最大交变应力的应力幅限制在由低周疲劳设计曲线确定的许用应力幅之内时才能保证在规定的循环周次内不发生疲劳失效，这就是疲劳失效设计准则。2021/10/238(6)蠕变失效设计准则设计时将高温容器筒体的蠕变变形量限制在某一允许的范围之内，便可保证

5、高温容器在规定的使用期内不发生蠕变失效，这就是蠕变失效设计准则。(7)失稳失效设计准则外压容器的失稳皱折需按照稳定性理论进行稳定性校核，这就是失稳失效的设计准则。2021/10/239二、高压容器的材料选用（一）选材原则与主要性能指标超高压容器工作条件比较苛刻，除了承受高压之外，还常常伴有交变载荷或冲击载荷，有时还伴有高温和介质腐蚀作用。因此，为了确保超高压容器的安全，正确选用结构材料是非常重要的。超高压容器结构材料的选择，除应满足一般压力容器选材的要求外还应特别注意材料强度与塑性的合理匹配，断裂韧性、疲劳强度、可锻性、硫磷含量等。（二）强度与塑性选择超高压容

6、器材料时，不能只从强度方面考虑，认为材料强度愈高愈好，材料强度提高后，往往会使塑性和韧性降低，导致产生脆断的危险。因此，提高强度要有个极限，一般使屈强比在0.8～0.9的范围内，有时甚至要降低强度以满足塑性、韧性的要求，使材料有足够的韧性储备，以便于吸收局部的高峰值应力和抵抗冲击性载荷。2021/10/2310(三)断裂韧性超高压容器在制造加工和使用过程中，不可避免地会产生一些缺陷，由于缺陷的存在，难以预料的低应力脆断倾向便会增加，为了避免容器低应力脆断的发生，必须要求材料有较高的断裂韧性。（四）疲劳强度在超高压容器设计中，器壁应力水平较高，选择疲劳强度高的材

7、料变得十分重要。钢材中非金属夹杂物以及磷、硫的存在，会大幅度地降低材料的疲劳强度。因此，选择材料时，必须尽可能地减少夹杂物的含量，而采用真空冶炼则是减少夹杂物含量最有效的手段。2021/10/2311（五）磷、硫等含量钢材中磷、硫含量对钢材的韧性及各向异性也有显著的影响。在高强度钢中，夹杂物的数量越多，各向异性程度亦越大。此外，钢中存在的化学成分的偏析也是构成各向异性的一个因素。因此，超高压容器锻件中的磷、硫含量应严格控制，均应≤0.015%。钢中的气体(如氢、氧、氮等)、有害杂质(如铜、钛等)及有微量元素(如砷、锡、锑、铅、铋等)也应严格控制，尽可能减少。2

8、021/10/2312三、高压容器优化