化工设备第15讲复习市公开课金奖市赛课一等奖课件

化工设备设计基础－总复习总复习什么是薄壁容器？化工容器分类按工艺过程中作用分类：按承压性质分类：内压容器：按破坏后造成危害程度分类：压力容器零部件标准化基本参数：化工压力容器机械设计基本要求：δ/R≤0.1或D0/Di≤1.2E，S，C，R内压容器，外压容器L，M，H，U一类，二类，三类DN，PN第1页化工设备设计基础－总复习

化工设备对材料基本要求：钢中主要化学成份：钢机械性能：强度：硬度：塑性：

韧性：温度对钢机械性能影响：σb，σs，，，σf强度，刚度，稳定，耐久，密封，经济，方便机械性能，耐蚀性能，加工性能C，Mn，Si，S，P强度，硬度，塑性，韧性HB，HR，HVδ，ψ，冷弯性能Akv，Kic和COD，NDT强度，塑性，韧性第2页化工设备设计基础－总复习

材料耐腐蚀性能：材料工艺性能：碳钢分类及牌号：按含碳量分类：纯铁：低碳钢：中碳钢：高碳钢：按冶炼方法分类：耐大气、海水，耐酸，耐碱焊，锻，切削，成型，热处理含碳量，冶炼方法，品质F，Z，bc≤0.04％0.04％＜c≤0.25％0.25％＜c≤0.60％c＞0.60％第3页化工设备设计基础－总复习

按品质分类：普通碳素钢：优质碳素钢：碳钢性能：机械，工艺，耐蚀性使用限制：

碳钢热处理：①与合金钢相比强度较低，只能用于压力不很高中小型容器；②耐腐蚀性差，不能用于腐蚀性介质；③使用温度范围较窄，不能用于高温或低温场所。退，淬，正，回，调，固，化p≤0.045％，s≤0.050％p≤0.035％，s≤0.040％第4页化工设备设计基础－总复习

什么是合金钢？惯用合金元素：Mn、Si、Cr、Ni、Al、B、W、Mo、V、Ti、Nb

合金元素作用强化铁素体细化晶粒改进热处理性能提升耐腐蚀性提升高温强度和高温抗氧化性合金元素含量≥1.5%第5页化工设备设计基础－总复习

合金钢分类、牌号、性能和用途按化学成份分类：低，中，高按用途分类：

普低钢：牌号、性能和用途合金结构钢：牌号、性能和用途

不锈钢：牌号、性能和用途耐热钢：牌号、性能和用途普低钢，合金结构钢，不锈钢，耐热钢第6页化工设备设计基础－总复习

有色金属及其合金铜铝铅镍化工设备选材标准（1）满足生产工艺要求（2）满足安全可靠要求（3）含有良好加工工艺性（4）经济节约第7页化工设备设计基础－总复习

回转薄壳薄膜应力理论第一、二率半径R1和R2

微体平衡方程：区域平衡方程：内压球壳内薄膜应力：内压圆筒内薄膜应力：内压圆锥壳内薄膜应力：第8页

内压椭球壳内薄膜应力：（1）σφ、σθ是坐标位置函数，且连续改变。（2）σφ、σθ随长短轴之比a/b增大而增大，应力分布状况随a/b增大而变差。当a/b＝1时，σφ=σθ，应力分布最均匀。（3）在x=0处，，在x=a，。（4）a/b＝2时，，周围压，顶点拉。化工设备设计基础－总复习第9页

承受液体静压力内压壳体化工设备设计基础－总复习第10页

边缘应力特点

局部性：边缘应力仅限于不连续部位附近，离开边缘区很快衰减为壳体基本应力。作用范围：（R为壳体半径，δ为壳体厚度）

自限性：伴随边缘应力增大，材料发生屈服，从而使不连续处变形趋于一致，结果使边缘应力自动限制在一定范围内。化工设备设计基础－总复习第11页

薄膜应力理论适用条件设计上对边缘应力处理方法内压容器设计内容：

内压容器设计参数：化工设备设计基础－总复习

（1）结构、形状、载荷轴对称（2）结构、形状、载荷连续（3）材料性能一致①壳体壁厚；②壳体强度校核；③容器最大允许工作压力。设计压力，设计温度，许用应力，焊缝系数，壁厚附加量，最小壁厚等。第12页

压力容器设计标准：

GB150《钢制压力容器》（现行1998版）内压圆筒计算厚度：

内压圆筒强度校核：内压圆筒最高允许工作压力：公式适用范围：化工设备设计基础－总复习第13页

压力容器设计几个厚度定义化工设备设计基础－总复习第14页

内压球壳计算厚度：

内压球壳强度校核：内压球壳最高允许工作压力：公式适用范围：化工设备设计基础－总复习第15页

设计参数确实定工作压力pw：设计压力p：计算压力pc：工作温度tw：设计温度t：非低温容器，低温容器焊缝系数含义焊缝系数取值：化工设备设计基础－总复习双面焊：1.0，0.85；单面焊：0.9，0.8第16页

厚度附加量：C=C1+C2

许用应力：安全系数影响原因：（1）条件载荷准确性程度（2）设计计算方法准确性（3）材料性能稳定性（4）制造与检验水平（5）操作与管理水平（6）安全裕度（7）其它原因化工设备设计基础－总复习第17页

圆筒最小（有效）厚度δmin

椭圆形封头和碟形封头最小有效厚度δmin

椭圆形封头：形状系数k≤1时，δmin＝0.15％Di

形状系数k＞1时，δmin＝0.30％Di

碟形封头：形状系数M≤1.34时，δmin＝0.15％Di

形状系数M＞1.34时，δmin＝0.30％Di化工设备设计基础－总复习

碳钢及低合金钢制容器，大于3mm;

高合金钢制容器，大于2mm。第18页

试验压力确实定液压试验：气压试验：

气密性试验：

压力试验情况下圆筒应力校核液压试验：气压试验：化工设备设计基础－总复习第19页

椭圆形封头计算厚度：强度校核：最高允许工作压力：标准椭圆形封头K=1化工设备设计基础－总复习第20页

碟形封头

计算厚度：强度校核：最高允许工作压力：化工设备设计基础－总复习第21页

无折边球面封头计算厚度：强度校核：最高允许工作压力：化工设备设计基础－总复习从强度上比较三种凸形封头好坏（参考P194例题）第22页

无折边锥形封头锥体部分计算厚度：强度校核：最高允许工作压力：大端加强段：小端加强段：化工设备设计基础－总复习第23页

无折边锥形封头半锥角：α≤30°

有折边锥形封头锥体部分：大端过渡段：小端加强段：化工设备设计基础－总复习第24页

外压圆筒失稳临界压力临界压力影响原因临界压力计算公式（1）长圆筒临界压力－Bresse公式（2）短圆筒临界压力－Mises公式

化工设备设计基础－总复习（1）圆筒几何尺寸：δ/D，L/D（2）材料物理性能：E

，μ第25页临界长度：许用外压力：外压容器设计参数确定设计压力：p=max(Δp)（1）外压容器：p取最大内外压力差（2）真空容器：有安全阀，p=min{1.25Δp，0.1}MPa无安全阀，p=0.1MPa试验压力化工设备设计基础－总复习

（1）液压试验：pT=1.25p

（2）气压试验：pT=1.15p第26页

外压圆筒计算长度L

圆筒上两相邻能起支撑作用构件之间距离。能起支撑作用构件：加强圈、支承圈、夹套端板、法兰以及封头等。对于凸形封头应计入封头曲面高度1/3。化工设备设计基础－总复习第27页

外压圆筒图算法设计步骤

化工设备设计基础－总复习（1）假设δn，计算δe、L/D0和D0/δe；（2）由L/D0和D0/δe查图11-3得到系数A；（3）由系数A，依据材料查图11-4～11-9得到系数B；（4）计算许用外压[p]：（5）校核稳定性：pc≤[p]且靠近为适当。不然，重新假设δn，重复上述步骤，直至适当为止。第28页

外压加强圈作用（1）设计壳体厚度时（2）给定壳体厚度时加强圈结构型钢整圈围绕并焊接在筒体（内/外）圆周上。化工设备设计基础－总复习可减小壳体厚度，节约材料；可提升圆筒稳定性。第29页

外压加强圈设计步骤（1）假设加强圈截面形状和尺寸As，计算d和a（2）计算组合截面惯性矩：（3）计算系数B：（4）查图11-4~11-9或按公式计算确定系数A：（5）计算满足稳定要求所需要组合截面惯性矩：

（6）校核稳定性：且靠近为适当。化工设备设计基础－总复习第30页

外压半球形封头临界压力：对于钢材：许用外压：化工设备设计基础－总复习第31页

外压半球形封头图算法设计步骤(1)假设δn，计算δe和R0/δe；(2)计算系数A：；(3)由系数A，按材料查图11-4~图11-9得到系数B；(4)计算[p]：