化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第五章內(nèi)壓壁容器設(shè)計(jì)匯報(bào)人：AA2024-01-14內(nèi)壓壁容器概述內(nèi)壓壁容器應(yīng)力分析內(nèi)壓壁容器穩(wěn)定性分析內(nèi)壓壁容器設(shè)計(jì)方法與步驟內(nèi)壓壁容器材料選擇與強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)壓壁容器制造工藝與質(zhì)量控制01內(nèi)壓壁容器概述內(nèi)壓壁容器是指承受內(nèi)部壓力作用的容器，其壁面受到內(nèi)部介質(zhì)的壓力作用。定義根據(jù)形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，內(nèi)壓壁容器可分為圓筒形容器、球形容器、錐形容器等。分類定義與分類結(jié)構(gòu)內(nèi)壓壁容器通常由筒體、封頭（或端蓋）、法蘭、接管等部件組成。特點(diǎn)內(nèi)壓壁容器的壁面受到內(nèi)部介質(zhì)的壓力作用，因此要求容器具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。同時(shí)，為了保證容器的安全運(yùn)行，還需要考慮溫度、腐蝕等因素的影響。結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)內(nèi)壓壁容器的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理的原則，確保容器在規(guī)定的條件下能夠安全運(yùn)行。設(shè)計(jì)原則對(duì)于腐蝕性介質(zhì)，容器的材料應(yīng)具有足夠的耐腐蝕性能，以保證容器的使用壽命。耐腐蝕性要求容器的壁面應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，以承受內(nèi)部介質(zhì)的壓力作用。強(qiáng)度要求容器的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性，以防止在壓力作用下發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。穩(wěn)定性要求容器的連接部位應(yīng)具有可靠的密封性能，以防止介質(zhì)泄漏。密封性要求0201030405設(shè)計(jì)原則與要求02內(nèi)壓壁容器應(yīng)力分析

應(yīng)力分類與特點(diǎn)總體薄膜應(yīng)力作用于容器壁內(nèi)表面上的均勻分布的正應(yīng)力，垂直于任一截面，沿壁厚均勻分布。彎曲應(yīng)力由壓力或其他載荷引起的容器截面的彎矩所產(chǎn)生的應(yīng)力，沿壁厚線性分布。局部應(yīng)力與峰值應(yīng)力由于結(jié)構(gòu)不連續(xù)、開(kāi)孔接管、附件連接等因素引起的局部區(qū)域的高應(yīng)力集中現(xiàn)象。根據(jù)容器形狀、尺寸和內(nèi)壓等參數(shù)，采用相應(yīng)的薄膜應(yīng)力計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。薄膜應(yīng)力計(jì)算公式對(duì)于不同形狀的容器，需要考慮邊界條件對(duì)薄膜應(yīng)力的影響，如橢圓封頭、碟形封頭等。邊界條件處理將計(jì)算得到的薄膜應(yīng)力與材料的許用應(yīng)力進(jìn)行比較，以校核容器的強(qiáng)度。強(qiáng)度校核薄膜應(yīng)力計(jì)算根據(jù)容器的結(jié)構(gòu)形式、載荷條件等，采用相應(yīng)的彎曲應(yīng)力計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。彎曲應(yīng)力計(jì)算公式截面彎矩確定強(qiáng)度校核分析容器在載荷作用下的變形和內(nèi)力分布，確定截面的彎矩。將計(jì)算得到的彎曲應(yīng)力與材料的許用應(yīng)力進(jìn)行比較，以校核容器的強(qiáng)度。030201彎曲應(yīng)力計(jì)算峰值應(yīng)力確定根據(jù)局部應(yīng)力分析結(jié)果，確定容器結(jié)構(gòu)中的峰值應(yīng)力位置和大小。強(qiáng)度校核與結(jié)構(gòu)優(yōu)化將峰值應(yīng)力與材料的疲勞強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行比較，對(duì)容器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高其強(qiáng)度和疲勞壽命。局部應(yīng)力分析針對(duì)容器結(jié)構(gòu)中的不連續(xù)區(qū)域、開(kāi)孔接管等局部細(xì)節(jié)，采用有限元分析等方法進(jìn)行局部應(yīng)力分析。局部應(yīng)力與峰值應(yīng)力03內(nèi)壓壁容器穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性是指容器在承受內(nèi)壓或外壓時(shí)，保持其形狀和尺寸不變的能力。對(duì)于內(nèi)壓壁容器，穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮的重要因素之一。穩(wěn)定性概念影響內(nèi)壓壁容器穩(wěn)定性的因素包括材料性能、容器結(jié)構(gòu)、制造工藝以及使用環(huán)境等。例如，材料的彈性模量、屈服強(qiáng)度、泊松比等力學(xué)性能參數(shù)，容器的幾何形狀、壁厚、加強(qiáng)圈等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及制造過(guò)程中的殘余應(yīng)力、使用環(huán)境中的溫度、壓力等因素都會(huì)對(duì)容器的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。影響因素穩(wěn)定性概念及影響因素校核方法外壓圓筒穩(wěn)定性校核通常采用臨界壓力法或圖算法進(jìn)行。臨界壓力法是通過(guò)計(jì)算圓筒在外壓作用下的臨界失穩(wěn)壓力，與許用外壓力進(jìn)行比較，判斷圓筒的穩(wěn)定性。圖算法則是利用已有的穩(wěn)定性圖表，根據(jù)圓筒的幾何參數(shù)和材料的力學(xué)性能參數(shù)，直接查出圓筒的穩(wěn)定性。注意事項(xiàng)在進(jìn)行外壓圓筒穩(wěn)定性校核時(shí)，需要注意選擇合適的校核方法，準(zhǔn)確計(jì)算或查出臨界失穩(wěn)壓力和許用外壓力，并考慮溫度、材料性能等因素對(duì)穩(wěn)定性的影響。外壓圓筒穩(wěn)定性校核內(nèi)壓圓筒穩(wěn)定性校核一般采用彈性失穩(wěn)理論進(jìn)行。通過(guò)計(jì)算圓筒在內(nèi)壓作用下的彈性失穩(wěn)壓力，與許用內(nèi)壓力進(jìn)行比較，判斷圓筒的穩(wěn)定性。同時(shí)，也可以采用有限元分析等數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行內(nèi)壓圓筒的穩(wěn)定性分析。校核方法在進(jìn)行內(nèi)壓圓筒穩(wěn)定性校核時(shí)，需要注意選擇合適的彈性失穩(wěn)理論或數(shù)值計(jì)算方法，準(zhǔn)確計(jì)算彈性失穩(wěn)壓力和許用內(nèi)壓力，并考慮溫度、材料性能等因素對(duì)穩(wěn)定性的影響。注意事項(xiàng)內(nèi)壓圓筒穩(wěn)定性校核合理選擇材料選用彈性模量高、屈服強(qiáng)度大、泊松比小的材料，有利于提高容器的穩(wěn)定性。控制制造工藝優(yōu)化制造工藝，減少制造過(guò)程中的殘余應(yīng)力和變形，有利于提高容器的穩(wěn)定性。例如，采用先進(jìn)的焊接工藝、熱處理工藝等。加強(qiáng)使用維護(hù)在使用過(guò)程中，嚴(yán)格控制容器的溫度、壓力等操作參數(shù)，避免超溫、超壓等不利因素對(duì)容器穩(wěn)定性的影響。同時(shí)，定期對(duì)容器進(jìn)行檢查和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理潛在的問(wèn)題。優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過(guò)優(yōu)化容器的幾何形狀、壁厚、加強(qiáng)圈等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提高容器的剛度和穩(wěn)定性。例如，采用橢圓形或扁圓形截面代替圓形截面，增加加強(qiáng)圈的數(shù)量和剛度等。提高穩(wěn)定性的措施04內(nèi)壓壁容器設(shè)計(jì)方法與步驟基于彈性力學(xué)理論，將容器視為彈性體，通過(guò)應(yīng)力分析進(jìn)行設(shè)計(jì)。適用于應(yīng)力水平較低、變形較小的容器設(shè)計(jì)。彈性失效設(shè)計(jì)法以塑性力學(xué)為基礎(chǔ)，考慮材料的塑性變形能力，通過(guò)極限分析進(jìn)行設(shè)計(jì)。適用于應(yīng)力水平較高、允許發(fā)生一定塑性變形的容器設(shè)計(jì)。塑性失效設(shè)計(jì)法基于容器在內(nèi)壓作用下發(fā)生爆破破壞的原理，通過(guò)爆破試驗(yàn)確定容器設(shè)計(jì)參數(shù)。適用于高壓、超高壓容器的設(shè)計(jì)。爆破失效設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)方法概述選擇材料根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和介質(zhì)特性，選擇合適的材料，如碳鋼、不銹鋼、合金鋼等，并確定其力學(xué)性能指標(biāo)。確定設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)實(shí)際需求和使用條件，確定容器的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、介質(zhì)特性等關(guān)鍵參數(shù)。計(jì)算壁厚根據(jù)容器的內(nèi)壓、設(shè)計(jì)溫度、材料許用應(yīng)力等參數(shù)，采用相應(yīng)的公式或圖表計(jì)算容器的最小壁厚。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際需求和使用條件，進(jìn)行容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括封頭形式、法蘭連接、支座類型等。強(qiáng)度校核對(duì)計(jì)算得到的容器壁厚進(jìn)行強(qiáng)度校核，確保容器在內(nèi)壓作用下具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)步驟詳解設(shè)計(jì)實(shí)例分析某化工廠需要設(shè)計(jì)一個(gè)內(nèi)壓為1.0MPa、設(shè)計(jì)溫度為200℃的碳鋼制臥式儲(chǔ)罐。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和材料特性，計(jì)算得到儲(chǔ)罐的最小壁厚為10mm，經(jīng)過(guò)強(qiáng)度校核后確定儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)形式為橢圓形封頭、法蘭連接、鞍式支座。實(shí)例一某石油化工廠需要設(shè)計(jì)一個(gè)內(nèi)壓為5.0MPa、設(shè)計(jì)溫度為400℃的合金鋼制高壓反應(yīng)器。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和材料特性，采用爆破失效設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)爆破試驗(yàn)確定反應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式。最終確定反應(yīng)器采用多層包扎式結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒采用高強(qiáng)度合金鋼制造，外層采用碳鋼或低合金鋼制造，以增加反應(yīng)器的承壓能力和耐腐蝕性。實(shí)例二05內(nèi)壓壁容器材料選擇與強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)容器內(nèi)介質(zhì)的性質(zhì)，選擇能夠抵抗腐蝕的材料，確保容器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。耐腐蝕性力學(xué)性能加工性能經(jīng)濟(jì)性材料應(yīng)具有良好的力學(xué)性能，如抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、延伸率等，以滿足容器的承載需求。材料應(yīng)易于加工成型，且焊接性能良好，以便于容器的制造和維修。在滿足性能要求的前提下，盡量選擇價(jià)格合理、來(lái)源廣泛的材料，降低容器制造成本。材料選擇原則及要求彈性力學(xué)理論基于彈性力學(xué)原理，對(duì)容器在內(nèi)壓作用下的應(yīng)力分布進(jìn)行計(jì)算，得到容器的最大應(yīng)力和變形。塑性力學(xué)理論考慮材料的塑性性質(zhì)，分析容器在內(nèi)壓作用下的塑性變形和破壞過(guò)程，為容器的安全設(shè)計(jì)提供依據(jù)。有限元分析方法利用有限元分析軟件對(duì)容器進(jìn)行建模和計(jì)算，得到容器的詳細(xì)應(yīng)力分布和變形情況，提高設(shè)計(jì)精度。強(qiáng)度計(jì)算理論與方法123根據(jù)容器的設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果，對(duì)容器的靜強(qiáng)度進(jìn)行校核，確保容器在內(nèi)壓作用下不會(huì)發(fā)生破裂或過(guò)度變形。靜強(qiáng)度校核考慮容器在長(zhǎng)期使用過(guò)程中的疲勞損傷，對(duì)容器的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)定，以確保容器的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。疲勞強(qiáng)度評(píng)定在設(shè)計(jì)過(guò)程中引入安全系數(shù)，以考慮不確定因素對(duì)容器強(qiáng)度的影響，確保容器的安全可靠性。安全系數(shù)考慮強(qiáng)度校核與評(píng)定06內(nèi)壓壁容器制造工藝與質(zhì)量控制03焊接組裝采用合適的焊接工藝將各部件組裝成整體，確保焊接質(zhì)量和組裝精度。01原材料準(zhǔn)備根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇合適的材料，進(jìn)行化學(xué)成分、力學(xué)性能等檢測(cè)，確保原材料質(zhì)量。02加工成型通過(guò)切割、彎曲、成型等工藝將原材料加工成所需形狀，滿足容器設(shè)計(jì)要求。制造工藝簡(jiǎn)介焊接方法選擇根據(jù)容器材料、結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)選擇合適的焊接方法，如手工電弧焊、埋弧自動(dòng)焊等。焊接材料選用選用與母材相匹配的焊條、焊絲等焊接材料，確保焊接接頭性能。焊接工藝評(píng)定按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊接接頭進(jìn)行外觀檢查、無(wú)損檢測(cè)、力學(xué)性能試驗(yàn)等評(píng)定，確保焊接質(zhì)量。焊接工藝及評(píng)定030201利用X射線或γ射線對(duì)容器焊縫進(jìn)行照射，通過(guò)檢測(cè)透過(guò)射線的強(qiáng)度變化判斷焊縫內(nèi)部質(zhì)量。射線檢測(cè)利用超聲波在材料中傳播遇到缺陷時(shí)反射的特性，對(duì)容器焊縫進(jìn)行內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)。超聲波檢測(cè)利用磁場(chǎng)對(duì)鐵磁性材料的作用，在容器表面施加磁粉觀察缺陷處漏磁場(chǎng)形成的磁痕，以判斷表面或近表面缺陷。磁粉檢測(cè)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用明確質(zhì)量控制目標(biāo)、原則、方法和措施，制定詳細(xì)的質(zhì)量控