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淺論鋼制壓力容器的設(shè)計(jì)

文檔作者：李斯特文檔來(lái)源：南昌有色冶金設(shè)計(jì)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年12月11日
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～ t-
蓋 有色冶盒設(shè)計(jì)與矸競(jìng) 19 996月妊
淺論鋼制壓力容器的設(shè)計(jì)
李斯特 了 7
(南昌有色冶金設(shè)計(jì)研究院，江西．330002)
摘要]本文敘述了鋼制壓力容器設(shè)計(jì)中最基本的原則
舭
[關(guān)鍵詞]壓力塑容器應(yīng)苧 力壓堊力型試驗(yàn) ／77 1昂，1 壓、 蘭． r ’ — — — ． 一● ’ — — — — 一? 。
l 前言
鋼制壓力容器在化工、石油、冶金、醫(yī)
藥、輕工、軍工等部門(mén)行業(yè)應(yīng)用很廣泛。凡
壓力大于等于0．I MPa，內(nèi)直徑大干等于
0．1 5 m且容積大干等于0．025 m 介質(zhì)為
氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于
標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的板體．同時(shí)具備這三個(gè)條件的
容器稱為壓力容器。
鋼制壓力容器的設(shè)計(jì)，必須遵守國(guó)家
勞動(dòng)部頒發(fā)的。壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)
程”(1 990年5月9日)簡(jiǎn)稱[新容規(guī)]及國(guó)
標(biāo)GBl 0—89。鋼制壓力容器”(1 989年3
月)簡(jiǎn)稱(GB1 5O一89)?！靶氯菀?guī)”是帶有強(qiáng)
制性的，是行政對(duì)法人，唇行政訴訟范疇；
GB1jO一89”是不帶強(qiáng)制性的，是法人對(duì)
法人，屬民事訴訟范疇。二者的關(guān)系是 新
容規(guī)”沒(méi)有的按。GBI；0—89”規(guī)定辦，二者
中不一致的地方，按二者中要求高的辦，同
時(shí)使用，各司其職
2 鋼制壓力容器設(shè)計(jì)
2．1 主要參數(shù)
根據(jù)工藝條件，主要參數(shù)如下：
收櫥日期：1995—05—10
(I)設(shè)計(jì)壓力；
(2)設(shè)計(jì)溫度；
(3)容器類(lèi)別。
按設(shè)計(jì)壓力(P)和介質(zhì)的性質(zhì)(毒性
程度或易燃性)劃分為三類(lèi)：
① 第一類(lèi)壓力容器：(a)低壓容器
0．I MPa≤P≤I．6 MPa}(b)無(wú)毒性或毒性
程度為輕度危害、非易燃介質(zhì)
② 第二類(lèi)壓力容器：(a)中壓容器
1．6 MPa≤P≤ 10 MPa{(b)易燃介質(zhì)或毒
性程度為中度危害介質(zhì)的低壓容器}(c)毒
性程度為極度和高度危害介質(zhì)的低壓容
器。
@第三類(lèi)壓力容器：(a)高壓容器1 0
MPa≤P≤I O0 MPa；(b)毒性程度為極度和
高度危害介質(zhì)的中壓容器和P·r大于等
于0．2MPa·m 的低壓容器；(c)易燃或毒
性程度為中度危害介質(zhì)且P·r大于等于
0．5MPa·m。的中壓反應(yīng)容器和P·【，大
于等于1 0 MPa·m 的中壓睹存容器。
(4)容器容積。
(j)工作介質(zhì)，包括腐蝕性、易燃性及
毒性程度等。
2．2 材料選擇
(I)炭素鋼。用在輕微腐蝕、工作溫度
· 48· 有色碚盒設(shè)計(jì)與矸咒 第l 卷
l Q2"35 AIr P<0—6 MPa 《250_c d≤ l2 irflIrfl 曙喇于持塌·中匿危害．商廈扈看介賈
2 Q235 ^ P< l MPa c< 0～ 350c a-~_16 mlrfl 不礙用于 石油氣體． 度電普介境
3 Q235 B ，3 800 mrn其 按表2決定。
衰2 圈筒殛封頭的最小厚度 mm
嚼滴內(nèi)徑 最小厚鹿c不包括腐蝕帶量)
～ 5oo
50l～ l 500
l 50l～ 2 ooo
2 ool～ 2 5oo
2 501～ 3 ooo
3 ool～ 4 ooo
4 oo1～ 5 ooo
5 ool～ 6 oo0
6 001～ 7 ooo
7 0O1～ 8 O0O
8 ofl～ 0 口口o
9 00卜一10 ooo
對(duì)于不銹錒容器， m一2 13"113"1。
2．3．4 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算
開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，只適用 n／D_小于等
于0．5 mrn的孔，容器開(kāi)孔后，孔邊緣局部
區(qū)域的應(yīng)力增長(zhǎng)現(xiàn)象叫 應(yīng)力集中 ，應(yīng)力
集中區(qū)域內(nèi)的最大應(yīng)力叫。應(yīng)力峰值”，一
般情況下，可達(dá)容器薄膜應(yīng)力的3倍．有時(shí)
甚至可達(dá)5～6倍，所以在孔周邊就要加
強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)原則：
(1)等面積樸強(qiáng)，即補(bǔ)強(qiáng)的面積大于或
等于歃口面積；
(2)整體補(bǔ)強(qiáng)，對(duì)于小直徑的孔可用此
法，用厚壁管或鍛件補(bǔ)強(qiáng)。
這里要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，在殼體元件上盡可
能不要開(kāi)橢圓孔，因它的應(yīng)力集中系數(shù)比
較大，即使要開(kāi)的話，宜使橢圓長(zhǎng)軸垂直于
圓筒軸線，否則住殼強(qiáng)度大大降低，這在設(shè)
計(jì)時(shí)要注意。
2．3． 臥式容器計(jì)算
臥式容器計(jì)算按下述順序進(jìn)行：繪出
臥式容器載荷 支座反力 剪力及彎矩圖，
進(jìn)行圓筒彎矩計(jì)算、周向應(yīng)力計(jì)算、鞍座計(jì)
算
當(dāng)鞍座焊在容器上或由于熱膨脹或軸
向應(yīng)變，容器可能產(chǎn)生較大位移時(shí)，其中一
個(gè)支座應(yīng)采用滑動(dòng)支承或滾動(dòng)裝置
2．3．6 泄放裝置計(jì)算
泄放裝置計(jì)算常用下述兩種：
(1)安全閥計(jì)算；
(2)爆破片計(jì)算。
當(dāng)介質(zhì)含有固體顆粒，牯性大，沉淀導(dǎo)
致安全閥失效．此時(shí)就要用爆破片，或者采
用爆破片裝置與安全閥組合共用結(jié)構(gòu)，采
用此結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)符臺(tái)GBl50—89附錄B的
有關(guān)規(guī)定 當(dāng)短時(shí)升壓過(guò)快．絕對(duì)不能泄漏
的介質(zhì)如敏毒或高度毒性的介睫，應(yīng)在安
全閩或爆破片的捧出口裝設(shè)導(dǎo)管，將排放
的介質(zhì)引至安全地點(diǎn)，并進(jìn)行妥善處理。
安全閥、爆破片的排放能力，必須大于
等于容器的安全泄放量(ks／h)，排放能力
和全安泄放量的計(jì)算見(jiàn)GB150-89附錄
B。
爆破片計(jì)算，主要是計(jì)算出爆破片的
泄故面積，每一爆破片應(yīng)有指定溫度下的
標(biāo)定爆破壓力，其值不得超過(guò)容器的設(shè)計(jì)
壓力，爆破片材料及最高使用溫度見(jiàn)
GB1 5O一89附錄B表B4。
2．3．7 熱處理要求
對(duì)于盛裝易燃、易爆或毒性為飯度危
害或高度危害介質(zhì)的容器、碳素鋼厚度大
于30 rFil~，低臺(tái)金鋼厚度大于24 mrn時(shí)，
焊后一定要進(jìn)行熱處理，以消除焊接內(nèi)應(yīng)
力或冷加工形成的應(yīng)力，最好是整體退火，
將整個(gè)容器放在爐內(nèi)進(jìn)行，無(wú)法整體退火
時(shí)，亦要舒段熱處理，進(jìn)行分段熱處理時(shí)，
其重復(fù)熱處理長(zhǎng)度應(yīng)不小于l 500 mm，爐
外部分應(yīng)采取保溫措旖，使溫度梯度不致
3 | 5 6 7 8 加 蠟 H 加
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育色情盤(pán)設(shè)計(jì)與研究 鷦17贅
影響材料的組織和性能。
2．3．8 無(wú)損探傷與壓力試驗(yàn)
無(wú)損探傷一般采用 、 射線、超聲波、
磁協(xié)相滲透探傷。
壓力試驗(yàn)是指耐壓試驗(yàn)和氣密性試
驗(yàn)，耐壓試驗(yàn)包括液壓(常用水進(jìn)行)和氣
壓(常用壓縮空氣避行)試驗(yàn)。
(I)受內(nèi)壓容器
壓力試驗(yàn)的壓力按下述要求進(jìn)行
I P _1．2 7且≥P+D．’I
- {P， =I．1； 二 且≥P+D． 1} ．_．(3)
I 廣一 1
t _I-D0 J
式中：P—— 設(shè)計(jì)壓力．MPa
[盯]—— 試驗(yàn)溫度下材料的許用應(yīng)力，
M Pal
[ ] —— 設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)
力．MPa。
(2)受外壓容器和真空容器
它接受內(nèi)壓容器進(jìn)行壓力試驗(yàn)
}
冶煉廠使用的各種帶夾套機(jī)械攪拌槽
屬此類(lèi)窖器，夾套容器壓力試驗(yàn)分為5種
情況見(jiàn)表3。
寰3 夾套容器壓力試鞋方法
對(duì)于表3中第5種情況舉倒說(shuō)明：
P*=0．4脅．P 一0．8 MPa，則P*域一
1．25 Pm — I．25 × 0．4 — 0．5 M Pa．
P熹*一I．2； I．25×0．8一I MPa，分別
試驗(yàn)合格后，再焊接夾套．在作夾套液壓試
驗(yàn)時(shí)，內(nèi)簡(jiǎn)保持一定壓力，其數(shù)值為0．6
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第3期 淺記鋼制壓力窖器酌設(shè)計(jì)
MPa，計(jì)算方法如下： E— —P ，I—
一0．4
#一0．6 M Pa
液壓試驗(yàn)時(shí)，圓筒的薄膜應(yīng)力不得超
過(guò)試驗(yàn)溫度下材料屈服點(diǎn)的90 ；氣壓試
驗(yàn)時(shí)，此應(yīng)力不得超過(guò)試驗(yàn)溫度下材料屈
服點(diǎn)的80 。
2．3．9 其它特殊要求
(1)盛裝易燃介質(zhì)如液化氣的貯罐，當(dāng)
夏天室外氣溫高于30C時(shí)，最好在罐體外
壁噴水淋灑；
(2)凡有保溫要求的壓力容器，應(yīng)進(jìn)行
保溫計(jì)算，決定其l杲溫層厚度及保溫材料；
(3)盛裝有腐蝕性介質(zhì)及保溫有特殊
要求的容器，當(dāng)溫度在一1 00C以下，又有
睹蝕性，可選用鋁及鉛合金、鍋及鍋臺(tái)金、
鈦及釷合金等有色金屬，此類(lèi)有色金屬壓
力容器設(shè)計(jì)參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，不屬本文
敘述范圍。
關(guān)于內(nèi)壓圓筒、外壓圓筒、開(kāi)孔及補(bǔ)
強(qiáng)、法蘭計(jì)算、超壓泄放、塔器設(shè)計(jì)和計(jì)算，
目前已有成熟的計(jì)算機(jī)軟件，使設(shè)計(jì)計(jì)算
既簡(jiǎn)便又迅速，值得在設(shè)計(jì)中推廣使用。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文僅是筆者在設(shè)計(jì)中的一些粗淺看
法，無(wú)論從其內(nèi)容的深度和廣度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不
夠，文中內(nèi)容僅供壓力容器設(shè)計(jì)人員參考，
錯(cuò)誤在所難免，望讀者予以指正。
(上接第46頁(yè))
田J 四遙愛(ài)量配電系統(tǒng)
YX 遙信醉}Yx 遙控辱；Yc 遙測(cè)屏
由于主變油重為I 8．2 t，需設(shè)置水噴
霧消防．消防用水量為60 t／s，噴頭霧化水
霧水壓為o．4 MPa，城市管網(wǎng)的壓力流量
均不能滿足上述要求，需設(shè)消防加壓水泵
和消防水池。在各主變室沿主變四周．分上
下二層布置zsTw一20噴霧噴頭88個(gè)。在
發(fā)生火災(zāi)后，水流指示器動(dòng)作，起動(dòng)消防水
泵，打開(kāi)相應(yīng)的電動(dòng)閥門(mén)，對(duì)主變進(jìn)行噴霧
消防，水霹愛(ài)蓋整個(gè)主變及基礎(chǔ)油池。
在l】0 kV和1 0 RV配電室、電容器室
等按氣體消防體積要求分成8個(gè)防護(hù)區(qū)，
設(shè)置了 I2¨”固定滅火裝置。在各防護(hù)區(qū)
設(shè)有溫感、煙感探頭。在火災(zāi)時(shí)，消防控制
系統(tǒng)發(fā)出指令：自動(dòng)關(guān)閉通風(fēng)機(jī)和通風(fēng)窗，
發(fā)出顯示燈光、音響訊號(hào)，自動(dòng)打開(kāi)啟動(dòng)瓶
上的電磁閥、區(qū)域選擇閥、。I211”瓶頭閥，
使滅火荊在l0分鐘內(nèi)噴射完畢，使氣體充
滿整個(gè)防護(hù)區(qū)。
4．2 通風(fēng)
變電站的屋內(nèi)通風(fēng)方式為自然進(jìn)風(fēng)、
機(jī)械排風(fēng)。所謂機(jī)1戒排風(fēng)，即采用防爆式軸
流風(fēng)機(jī)，怍為平時(shí)的通風(fēng)和事故后的排煙
之用。為減少屋外灰塵對(duì)屋內(nèi)電氣設(shè)備的
污染，設(shè)計(jì)采用迷宮式通風(fēng)百葉窗作為自
然進(jìn)風(fēng)口，為使防塵埃效果更佳，在通風(fēng)窗
內(nèi)刪加裝了能拆卸清洗的防塵過(guò)濾網(wǎng)。
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