压力容器——高压容器设计

? 了解厚壁圆筒容器应力、变形的特点；掌 握拉美公式的应用；清楚厚壁圆筒弹塑性 应力概念和自增强原理。

思考

? 1、高压容器就是厚壁容器。对不对？ ? 2、高压容器结构细长就是为了减小壁厚。对不 对？ ? 3、厚壁容器的温差应力与内壁厚外壁的温度本身 有关。对不对？ ? 4、薄壁容器和厚壁容器的主要区别是什么？ ? 5、薄壁容器和厚壁容器的壁厚计算公式相同，但 是推导所采用的强度理论是不同的。薄壁容器用 的是第一强度理论，厚壁容器用的是第三强度理 论。 ? 6、厚壁圆筒的拉美公式就是薄壁圆筒的精确解， 而薄膜解就是拉美公式的近似解。薄膜解忽略了 径向应力，并且认为周向应力沿壁厚均匀分布。

三类压力容器和高压容器技术要求

三类压力容器和高压容器技术要求

1． 容器及受压元件采用下列碳钢和低合金钢板，应逐张进行超声检测：

a ． 厚度大于30mm 的20R 和16MnR 钢板，合格级别不低于III 级；

2． 凡符合下列条件之一的压力容器壳体用碳钢和低合金钢板，应逐张进行超声检测： a ． 盛装介质毒性程度为极度、高度危害的压力容器，合格级别应不低于II 级；

b ． 盛装介质为液化石油气，且硫化氢含量大于100毫克/升的压力容器，合格级别应不低于II 级；

3． 用于制造第三类压力容器的钢板必须复验。复验内容内容至少包括：逐张检查钢板表面质量和材料标志；按炉复验钢板的化学成分；按批复验钢板的力学性能、冷弯性能；当钢厂未提供钢板超声检测保证书时，应对钢板按照JB4730《压力容器无损检测》的规定进行，合格级别应不低于II 级。

4． 高压容器、中压反应容器和储存容器、盛装混合液化石油气的卧式储槽、移动式压力容器应采用炉内整体热处理。

5． 凡符合下列条件之一的容器及受压元件，需对其A ，B 类焊接接头进行百分之百射线或超声检测，合格级别射线不低于II 级，超声不低于I 级：

a ． 钢板厚度大于30mm 的碳素钢、16MnR ；

b ． 进行气压试验的容器；

c ． 图样中注明盛装毒性为极度、高度危害介质的容器；

d ． 图样规定须100%检测的容器。

6． 下列碳素钢和低合金钢板, 应在正火状态下使用：

a ． 用于壳体厚度大于30mm 的20R 和16MnR ；

b ． 用于其它受压元件（法兰、管板、平盖等）的厚度大于50mm 的20R 和16MnR ；

7． 用于制造第三类压力容器的锻件复验要求如下：

a ． 应按压力容器锻件国家标准或行业标准规定的项目进行复验；

b ． 对制造单位经常使用且已有信誉保证的外协锻件，如质量证明书（原件）项目齐全，可只进行硬度和化学成分复验，复验结果出现异常时，则应进行力学性能复验；

c ． 压力容器制造单位锻制且供本单位使用的锻件，可免做复验。

8． 容器及其受压元件符合下列条件之一者，应进行焊后热处理：

a ． 厚度大于30mm 的16MnR 及16Mn ；

b ． 图样中注明有应力腐蚀的容器，如盛装液化石油气、液氨等的容器；

c ． 图样中注明盛装毒性为极度、高度危害介质的容器。

超高压容器耐压试验压力的分析

超高压容器耐压试验压力的分析

武汉工交职业学院口刘小宁

摘要应用可靠性设计方法，对超高压圆筒耐压试验压力进行了探讨，定量分析了试验压力与影响因素之间的关系。结果表明：当用福贝尔公式预测圆筒初始爆破强度及取安全系数／＇／ｂ＞／３．００时，耐压试验压力系数可取１．０９≤口≤１．２６－

关键词超高压圆筒试验压力影响因素定量关系

ＴｈｅＡｎａｌｙｓｉ

ｓ

ｏｆ

ＴｅｓｔＰｒｅｓｓｕｒｅ

ｆｏｒｕｌｔｒａｈｉｇｈ

Ｃｙｌｌｎｄｅｒ

ＷｕｈａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ口ＬｉｕＸｉａｏｎｉｎｇ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｂｙｕｓｉｎｇｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅｔｅｓｔｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｕｌｔｒａｈｉｇｈｃｙｌｉｎｄｅｒｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｔｉｓａｎａｌｙｚｅｄｗｈａｔｔｈｅｆｉｘｅｄ

ｑｕａｎｔｉｔｙｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｔｅｓｔｐｒｅｓｓｕｒｅ

ｗｉｔｈｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒ．Ｉｔｗａｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔ：ｔｈｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ

ｒａｎｇｅｏｆｔｅｓｔ

ｐｒｅｓｓｕｒｅｅｑｕａｌｓ

ｔｏｏｒｇｒｅａｔｅｒ

ｔｈａｎ

１．０９

ａｎｄｎｏｔ

ｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ１．２６，ｉｆｔｈａｔｗｉｌｌｃａｌｃｕｌａｔｅｉｎｉｔｉａｌｒｕｐｔｕｒｅ

ｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｕｌｔｒａｈｉｇｈｃｙｌｉｎｄｅｒｂｙｕｓｉｎｇＦａｕｐｅｌｆｏｒｍｕｌａａｎｄｓａｆｅｆａｃｔｏｒｎｏｔｌｅｓｓ３．００．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｈｉｇｈｃｙｌｉｎｄｅｒ：ｔｅｓｔｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒ：ｆｉｘｅｄｑｕａｎｔｉｔｙ

ｒｅｌａｔｉｏｎ

１问题的提出

破强度及取安全系数Ｈｂ＞１３００时，耐压据统计，我国至少有数千台超高压

试验压力为１１．２１：

容器用于化学工业、石油化工、人造水ＰｆｑＸＴＰ

ｔ１１

晶、合成金刚石等行业，其工作压力往

往大于１００Ｍｐａ，有的甚至高达数千

式中，ｎ为试验压力，Ｍｐａ：Ｐ为设计Ｍｐａ。为了确保超高压容器的安全可靠

压力，Ｍｐａ：Ｋｒ为温度修正系数，

性，我国劳动部门于１９９３年颁布了《超Ｋｒ＝【ｏ］／【口】Ｉ．［一】为试验温度下材料的

高压容器安全监察规程（试行）》…，并许用应力，Ｍｐａ；【口】’为设计温度下材于１９９４年６月１日开始实施。该规程的

料的许用应力，Ｍｐａ：口为耐压试验压

实施对防止我国超高压容器出现灾难性力系数，可取１７＝１．１０～１．２５（设计压力高

事故起到了十分重要的作用。

时取最低值，设计压力低时取最高值，该规程【１１的内容之一是确定了超高

一般取１．１２）。

压容器的耐压试验压力，其目的是用超但是，日本高压力协会制定的

过最大：［＝作压力的耐压试验压力，检验

ＨＰＩＳ．Ｃ．１０３一１９８０《超高压圆筒容器设

容器的宏观强度和密封元件的严密性。计指针》ｐＪ，采用福贝尔公式及安全系数当采用福贝尔公式预测超高压容器的爆

／，／６＞／２．５０，原则上规定耐压试验压力系数

口：１．２５，特殊情况Ｆ经有关各方同意可

取１．１≤口≤１．２５。

显然文［１】与文【３】对耐压试验压力系数目的取值有较大差异：文［１】是在‰

≥３

００得到的结论，而文【３】的结论是在

ｎｂ≥２．５０下得出的，这是文［１】取值过于

保守还是文【３］取值过丁．冒进呢？由于文【３】是文【１】的重要参考资料【ｌ。２］，将此问题

辨析清楚，对编制和完善我国超高压容器的设计、制造、检验标准及安全监察规程十分必要。本文应用可靠性方法对

此问题进行了分析和探讨。

２可靠性分析

（１）容器实际载荷Ｂ

从可靠性分析的角度，笔者认为容器的实际载荷一是符合某一分布的随机

变量。笔者在文【４】的基础上分析认为，

对于超高压容器，其Ｐｆ服从正态分布，

假定一的均值、标准差及变异系数分别

为“Ｐｆ、Ｓ尸ｆ与ｃ尸ｆ，则在９５％的置信度下，容器最人Ｔ作压力Ｕ一为：

Ｕｌ＝“Ｈ（１＋卢ｃｐｔ）

（２）

式中，鼻为在９５％的置信度下的系数，

卢＝１．６４５。

据统计‘”，可取Ｃｐｌ＝０．０９０７７。

设计压力Ｕ２与晟大工作压力“ｌ的关

系为：

ｕ２＝Ｋ“ｔ

（３）

式中，Ｋ为设计压力系数．一般Ｋ＝Ｉ．０．１．１。

本文取肛１．０。

（２）试验压力最

据统计，试验压力Ｒ属于正态分布一设其均值、标准差及变异系数分别为

ＵｐＬ、ＳｐＬ与ＣｅＬ。从可靠性设计的角度，可认为对容器进行耐压试验的目的是：在一定把握下（９５％的置信度下），把试验压力控制在一定范围内。即

Ｕ３＝ＵｐＬ（１－声Ｃｋ）≤户￡≤

≤“Ｍ（１＋口鼠）＝Ｕ４（４）

式中，Ｕ，为在９５％的置信度Ｆ，试验压

力可能的最小值；Ｕ４为在９５％的置信度下，试验压力可能的最大值。

据统计”Ｊ，可取ＣＰＬ－－－Ｏ．０５０。

一旦容器通过耐压试验，从可靠性的角度可以认为：在９５％置信度下，容器初始爆破强度的范围由式（４）确定。

（３）爆破强度只

当采用福贝尔公式预测超高压圆筒的爆破强度时，统计分析表明９Ｊ，Ｐｒ基本

服从正态分布，设其均值、标准差及变异系数分别为Ｒｐｒ、Ｓｐｒ与ｃｈ，则在９５％的置信度下，Ｐ，可能的最小值为：

Ｕ５＝Ｕｐｒ（１－ＢＣｐｒ）

（５）

据分析…，可取Ｃｅ，＝Ｏ．０。

（４）序Ｒ、只之间的关系

从可靠性设计的角度可认为，Ｐｆ、

凡、Ｐｒ的分布概率密度函数，（竹）、Ｆ＾）、

ｒ（Ｐｒ）之间关系如图所示。

３耐压试验压力系数目的取值范

围

由可靠性设计方法可知，Ｐｆ、凡、Ｐ，的分布参数与ＵＩ、Ｕ２、的、“４、Ｕ５及口

之间存在如下关系。

（１）目的定义

１７０

由式（１）可知：温度修正系数对耐压试验压力的影响，主要是设计温度与试验温度不一致造成的，因此可认为蜥对口无影响，本文在研究其他因素对ｉ１

的影响时，取Ｋｒ＝１。

根据可靠性设计方法，笔者认为目

的定义为：

口２币可ｌｌｅＬ霸

‘６’

（２）月的下限

根据耐压试验的目的，有

Ｕ３≥Ｕ２

（７）

把式（４）、式（３）及式（６）代入

式（７）可得

叩≥而１

‘８’

把∥＝１．６４５及ＣｐＬ＝Ｏ．０５０代入式（８）

可得目的下限为：

口≥ｌ＿０９

（９）

（３）口的上限

１）试验压力可能的最大值对目的限制。根据目前容器压力试验的水平，为了防『Ｅ过大的试验压力，从可靠性分析与技术经济性的角度，应有

Ｕ４≤如

把式（４）、式（５）及式（６）代入

上式可得

叩５瓦（瓦１－ｆｌ耵ＣＰｒ）ｎ丽‘１。）

式中，ｎ，为可靠性安全系数，用下式计

算【５】：

旷竽

“Ｄ

在９５％置信度下，／２产Ｏ．９２２７嘲；‰为常

规安全系数，文【１】中取ｎｂ＞１３．００，文［３］

中取‰１＞２．５０。

把式（１Ｉ）代入式（１０）可得

玎≤

（１２）

当ｎ６＝３．００时

目≤１．３３（１３）当ｒｉｂ＝２．５０时

目≤１．２２

（１４）

２）耐压试验时容器静强度最小可靠度对目的限制。为了把耐压试验时容器静强度的失效概率控制在允许范围内，

应有㈣：

（１５）

式中，，。ｍ为耐压试验时所要求的可靠度系数，据分析嘲：ｐ。ｍ－４．３７。

由式（１５）可知：

当ｎｂ＝３．００时

口≤１．２６

（１６）

当ｎｂ＝２．５０时

口≤１．０５

（１７）

４讨论

１）当采用福贝尔公式及取安全系数

‰＞／３．００设计超高压容器时，由式（９）、

式（１３）与式（１６）可知，耐压试验压

力系数可取为：１．０９≤ｒｌ≤１．２６。说明了我国规程”１对口的选取是合适的。

２）当采用福贝尔公式及取安全系数ｎｂ＞１２．５０设计超高压容器时，由式（１４）可知文【２】取目值过于冒进；由式（１７）还可知在耐压试验时，容器爆破强度的初始可靠度偏小，说明了文【３】对口值取得过大；即文【３】的口值取得过于冒进。

５结束语

１７１

Ｕ，为统计变量的均值，采用福贝尔公式

１）本文＿Ｌ｝；｜可鞋性设计方法，对超高

压容器的耐压试验压力进行了探讨，初

步分析得到了在９５％置信度下，耐压试验压力系数取值范围与容器实际载荷、试验压力、初始爆破强度及安全系数之间的定量关系。

２）当采１Ｌ｝』福贝尔公式预测超高压容器初始爆破强度，并采用％≥３．００的安全系数设计超高压容器时，耐压试验压力系数的取值范同为１．０９≤目≤１．２６。这表明我国有关规程…对口的取值是合适的；而日本的推荐标准”１对目的取值似乎过丁冒进，笔者认为这主要是由丁其安全系数‰取得太小的缘故。

参考文献

行）及编制说明【Ｍ】一Ｂ京：中国锅炉压力容器安全杂志社，１９９３

京：化学Ｔ业出版社，２００２

【３】高家驹译．【日］ＨＰＩｓ—ｃ—１０３—１９８０

《超高压圆筒容器设计指针》．上海：

化工设备设计技术中心站，１９８３【４】陈琳，王国丽，董家梅．炼油厂塔操作

参数概率分布的研究石油化工设备，

１９９３，２２（４）：２４

【５】刘小。卜钢制内压容器静强度的初始可

靠度分析【Ｊ】．石油机械，２００３，３１（２）：

２ｌ

［６］６刘小宁．超高压圆筒爆破强度的可靠性

安全系数［Ｊ］锅炉压力容器安全技术，

２００３，（５）

作者简介

刘小‘ｊ２，男，１９６３．６职称：高级讲师

专氏：化机专业课的教学及压力容器

可靠性的课题研究

联系地址：武汉市汉口台北路６０号，

４３００】５

电话：０２７．８５７８７２４４

【１］劳动部超高压容器安全监察规程（试

［２］邵国华，魏兆灿等超高压容器【Ｍ］．北

超高压容器耐压试验压力的分析

作者：作者单位：

刘小宁

武汉工交职业学院

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_4888628.aspx

【doc】超高压容器爆破压力计算

超高压容器爆破压力计算 ?

?

74?

一

77,fI,

超高压容器爆破压力计算

calculatj.n.fBurstingPressuref.runra—highPressureVessel -

浙江大学

黄载生-rH~7o-弓

Acalculationmethodofburstingpressureforultra—hJpressurevesselispresentedinthe

paper.Comparisonbetweentheoreticalresultsandmanyburstingtestresultsshowsthatthe

methodisconverdentincalculation,high

关_词

1超高压容器静力强度计算现状

吣一蚰,

超高压容器在高压化工,人造水晶与宝石,

等静压挤压超高压技术以及地球物理,地质力

学等领域得到广泛应用,并要求其能耐数千甚

至数万大气压,在如此高的压力下工作,其选

材,设计和制造等问题受到人们的高度重视.要

对超高压容器进行正确,合理的设计,必须采用

实际的爆破安全系数,其关键在于精确计算容

器的爆破压力.

目前在工程上用于超高压容器的强度设计

计算主要采用福贝尔(Faupa1)公式"),即

一

去3一o"b正(1)?

福贝尔公式的优点计算简单,工程设计上 应用方便.该公式是由福贝尔通过对150个碳 钢,低碳钢,不锈钢等模拟容器作爆破试验进行 归纳而得到的一个经验公式,其计算值与实际 容器的爆破压力相比偏差在土150An][;在工 程设计中用福贝尔公式计算有效值为0.85,所 ?

25d?

以在选取安全系数时必须乘以0.85,否则,不 是容器强度不够安全就是容器强度过分保守. 由于这一原因就造成在超高压容器设计中增加 钢材15,一台超高压容器小则几吨十几吨, 大则数十吨甚至更大.由于强度设计计算使用 的公式不准确或不合理,会造成高强度钢材的 巨大浪费.采用曼宁(Manning)方法.来计算, 其理论计算值与实际容器的爆破压力偏差在土 3左右,但曼宁法必须通过繁琐的数字积分法 计算,因计算工作量大很步在工程上得到应用. 为此,本文介绍一种计算超高压容器爆破 压力的方法.它是根据扭转试验数据,大形 变理论和硬化效应通过理论分析而得出的.经 大量试验数据的实例计算,理论计算与试验值 间的偏差在土3,是精确度较高又能满足在工 程上应用的一个理论公式.其计算表达式为: 一

cz一号+c菇一丽74.51J

+一+c筹一]:

压力容器第9卷第3期

I

+ccs一+(条件_,

一

?一

z

2理论计算公式的分析要点

超高压容器是容器直径比K值较大的容 器,在内压作用下容器内外壁的应力状态相差 很大,用图I说明.对于值较小的容器,在承 受极限压力时,内外壁应力状态相当于材料拉 伸试验曲线a—a位置,而外壁则相当于b—b, 两者相差不大,这就可以用比较简单的数学关 系式来表示其计算方法.而对于值较大的容 器在承受极限压力时,内壁应力状态相当于a —

a,丽外壁可能相当于c—c甚至d—d位置, 内外壁应力状态相差番殊,因此就很难用简单 的数学式来表示爆破压力的计算公式.所以,超 高压容器的爆破压力计算就必须根据具体材料 的试验曲线,其计算方法的精确度决定所建立 应力应变关系的数学方程是否与材料试验曲线 相符合有关{其次还必须考虑材料塑性强化对 容器极限压力的影响,公式(2)就是基于这样思 路求得的.

直直打直直壹茧线

r

名望蛊办蛊益姥

—,

,

\,

/

盘奎

I奎Il材料拉1申试验压力厘变曲域 式(2)采用真应力真应变分析,利用简单扭 转试验与复杂应力状态下最大剪应力剪应变关 系=—,7e—--一~=,(,),代入圆柱形厚壁容器微 元体平衡方程一,井进行积

分得到一—::2,根据容器

CPVTVo1.9No,31992 ?75?

一一

和()…一0

(3)

式(3)实际上就是着名的曼宁(Manning)公 式.通过一系列的理论分析与推导,将式(2)只 能用数值解的计算方法变成一个可以直接积分 的解析法计算公式为:

们

一J

式中,t采用数学方程应符台由实际材料 扭转试验曲线而求得的剪应力剪应变曲线,即

) f一+0+c(,B.C为常数

(4)

将式(4)代入上式进行积分并作简化运算 后得到:

=

cz一詈+c菇一,]?

+FI/4c一,+c一,]?

+c【yl/scs一,+c一,]?

(5)

式(5)可直接用于计算超高压容器及其管 道的爆破压力.

为了对式(5)进行计算,还必须知道置值 容器的内外壁剪应变n和yo,为此,利用容器在 塑性状态下体积不变假定和容器能承受最大内 压的极值条件,得到如下的两个关系式: e,1一K(一1)(6)

一+8+c以(7)

用式(6)和(7)对某K值容器进行试差法 计算,不难求出K值容器的和,代入式(5) 即可求得K值容器的爆破压力. 3实例

宴倒1以2O号钢K一3.6的容器为例 计算步骤如下:

?

255?

?

76?超高压容器爆破压力计算

20号钢试验数据及剪应力剪应变曲线见 表1和图2.

表120号钢试验数据

由扭转试验屈服限o|强度限材料延伸率d 求得的曲线

2O号钢图2曲线A284.45483.80.347

(^

图20号钢的f,曲线

(1)设"=0.6(这一数值的选取接近于式 (6)与式(7)用试差法求得的n),代入式(6)得 一

0.0615.

(2)按20号钢f,曲线(图2曲线),在 曲线上取三点(v-~ro,?0.6To+0.4Ti,y—n)即 =

0.05,y一0.3,P一0.6并代入式(4)得到 一一369.16MPa,B一1l20-42MPa,一 ——

359.92MPa

(3)由式(6)和(7),用试差法求五一3-6容 器内外壁的剪应变,分别为n一0-592,?一 0.06045.

(4)代入式(5)得

一

...c一+c一:.

-

}-112zc一+c一茹:.

zf},J/scs一+c一:

一575.41MPa

同理可算出20号钢其它K值容器结果, 列于表2.

衰220号铜窖器爆破压力(胁)

2.0311.85306.24—1.8

2.4381.d8383.1+0.4 2.8456.0450.76—1.3

3.2526.62527.67+0.2 3.6574.69575.41+0.1

衰30.15哦铜窖器?砬压力试验位与本文理论式(4)计算的比较

Crab,and—B00的试验值按式(4)计算值偏差方程式(3)

中的系数

Iblhlb/_m慨(1b/in)

1.4620050138.2l20431140.83+1.90.3680.189536A一一61539.7

一

185379.71

.

8833150228.5133956234.06+2.40.4370.144155 0一一78050.5

2.2542560293.3742573293.46+0.00.4980.119995 2.6650400347.4l50699349.48+0.60.5660.102179 3.2159360409.1859443409.75+0.140.6360.082747 3.5563170435.4463926440.65+1.20.6800.074436 4.0169660480.1869165476.76——0.670.7300.064718

4.9779740549.6677901536.98—2.300.83550.051344

6.0286240594.46854】2588.76—1.00.9290.041403

8.0594980654.7194767653.24—0.21.090,03001l

?256?压力容器第9卷第3期

?

77?

匡一妻一.查..墨

实例2引用Cro~sland,JorerL~onandBones

的试验数据进行理论计算,作为本文理论公

式应用的参考0.15碳钢的剪应力剪应变曲

线如图3所示.

图30.15碟钢的剪应变曲线

0.15碳钢作的不同值的容器,其爆破

压力计算步骤和方法完全与实例1相同,这里 不再赘述.所求得的常数A,B,0,容器内外壁的 剪应变n和".以及容器爆破压力理论计算结 果均列于表3.

以上两侧均是用低强度钢制作模拟厚壁容 器爆破压力的计算实例.为了验证本文理论公 式能否甩来计算由高强度钢作的超高压容器的 爆破压力.为此,特对实例3进行验算. 表4高压聚乙烯反应管的有关参敷

反应管外径内径径比叽

序号mlha慨

3878.934.62.28918?4~1037-55l8.14

471.034.62,05)18.4a1037.55l8.14

图4AIS14340钢反应管的f,y曲线

实例3根据华南理工大学高压容器研究 室陈国理教授等对上海石油化工总厂的材质为 AISI4340钢高压聚乙烯反应管的爆破试验数 CPVTVo1.9No,31992 据及反应管扭转试验的剪应力剪应变曲线, 用本文理论公式(5)进行计算.

高压聚乙烯反应管的有关参数数据及剪应 力剪应变曲线见表4和图4.

以径比K=2.294的8反应管为例,根据 图4的t,曲线.按实例1中列出的计算 步骤,不难算出常数A一2177.54MPa,B =一

4182.65MPa,:3023.83MPa和剪应变? =

0.1718一0.0452,并代入式(5),即可计算 反应管的爆破压力为:

,=2177.z一+c一

眈esc一,十c筹一蒜:

+3023.s3s一)+(一)

965.9MPa

同理可以计算出3,4反应管的爆破压 力,并列于表5.

表5AIS14340

压力试验值与计算值的比较

反应管计算径此爆破压力M试验值与计算 序号试验值计算值值之简偏差%

32.05277{76o.6一1.7

{2.29{935965.9+3.3 82.294942065.9+2.5 4结论

(1)对于值较大的超高压容器,管道,采 用扭转试验数据来计算爆破压力较为准确.是 目前能用于工程计算中的一种精确方法. (2)采用本方法计算,只须提供由材料的简 单扭转试验得到的r,r曲线即可. (3)通过大量的,不同级别钢种(低强度钢, 高强度钢),各种不同径比值(从1.46至 8.05)容器爆破压力验算,计算值与实测试验值 偏差在士3,具有较高精确度,并表明计算公 式适用范国宽,不受钢种材料的限制. (下转16页)

?

257?

+

叫

?

16?

9.5Ni低温压力容器用钢

击功值较低的钢板的实物数据.有些钢板经过 二次,甚至三次正火热处理后才勉强达到钢板 标准规定的指标.

在乙烯装置,以渣油或煤为原料的大型合 成氨厂及城市加压煤气厂的低温甲醇洗装置 中,设计温度一40,一70"C的压力容器数量相 当多,0.5Ni低温钢是这一温度范围压力容器 的理想钢号.

在乙烯装置中,设计温度一40,一45"C的 表lB

压力容器为数甚多.我国从日本引进的装置中, 一

40,一45"C的低温压力容器用钢板均选用 SLA33A钢.设计温度一50,一70?的低温压 力容器,其钢板则采用SA203Gr.D(3.5Ni)钢. 从德国引进的以渣油为原料的大型合成氨 装置中,一40,一50"C的低温压力容器用钢板 选用TTStE36钢.TTStE36是SEW089—1970标 准中的钢号,现该标准已提升为DINl7102 l983.新旧标准中两个相应钢号的冲击功指标 血J不小于

标准号钢号取样方向

一

9?一50C

纵自3I27

SEWng9—1970m36

横向

纵向3I27

DINI7102一l983"1~tE355 横向20l6

如表18所示.如按我国GBI50—89标准的要 求,则上述钢号只能用到,40?.在该套装置 中,一60?低温压力容器用钢板选用10Nil4 (3.5Ni)钢

此外,值得注意的是,从美国引进的大型合 成氨厂的立式液氨贮罐,直径达22m,设计温度 --

33c,其罐体钢板未选用使用量很大,且最低 使用温度可达一46?的SA516Gr.70钢,而选 用了最低使用温度可至一62c的SA537C1.1 钢.H本类似的贮罐则采用SLA33A钢. 参考文献

1兰州石油化工机器厂,中国通用机械工程公司.吸收 塔外壳设计总结.1990

2.武汉钢铁公司.O.5Ni(0~MnNiDR)低温用钢研试总 结.1991

3.长沙化工机械厂等.O9MnNiDR钢板焊接试验报告. 19e

(上接77页)

参考文献

1.FaupelJH.YieJdandButstingCharcterlsticsofHeavy-

wallCylinders.n删.ASME,1956;78(5)l1031— 1064

2.Cm~da.dBandBoIl?JA.TheUltimateStrengthof Thick—wa?edCylindersSu~mtedtoInternalPIe. hIgineefhIE,19551{80—83and114一n7

3.ManningWRnTheOvers~xainofTubyInternal n.Engineerin8.1945}159:l01andl02.183 ?

196?

and184

4.Huangz一sheng.TheStrengthofVeryThickCylinder—

s.ICPVT--5,1984tl1.67—177

5.黄载生超高压容器及管道的极限强度.浙江大学学

报,1984;1

6.CrosatandB-Jare~onSMandBon~~JA.TheStrength oftheThickWalledCylindex.Trans.ASMESeriesB. 1959;81;95

7.钟设通,陈国理等.超高匪聚乙烯反应管爆破试验.

压力容器,l991}2

压力窖糟第9卷第3期

高压压力容器管道直径和管壁厚度设计

管道设计

1. 管径计算与确定

高压空气储气罐出口管径计算

3-13-1设计使用流量为5000 Nm?h ，换算为5Mpa下的流量为100 m?h ，根据公式:

wd,,1.13 v

3可计算出管径，其中:w为体积流量(m/s)

v为常用流速(m/s)

查参考资料《机械设计手册》可知v=3m/s，带入上式并计算得:d=107mm,取公称直径为150mm。

氮气、氧气及天然气储气罐出口管径计算数据及结果见表1。 2. 管壁厚度计算与确定

PD,SC 管壁厚度计算公式为:,，2[],,

其中S为管壁厚度(mm),P为管内介质压力(Mpa),D为管子外径(mm),

为工作温度下的管材许用应力(Mpa),为无缝钢管纵向焊缝系数1,C为管壁,,

厚度附加值(mm)

为了保证管道使用的安全性，设计时管内介质压力采用10Mpa，管材采用在使用温度为20,150?下许用应力最高的16Mn无缝钢管，管壁厚度附加值取1.5mm，选用的管子表号为G60。

具体计算见下表:

高压气源装置的设计参数表:

储气罐类型 空气 氮气 氧气 天然气 项目

3 100 50 100 100 设计体积/m

5 5 5 5 设计压力/Mpa

3-1 5000 500 2000 500 使用流量/Nm?h

3100 10 40 10 W/ m/h

30.0277 0.0027 0.0111 0.0027 w/ m/s

3 2 4 30 v/ m/s

107 41.5 59.5 10.7 储气罐出口管外径d/mm

150 50 80 15 取公称通径DN/mm

p/Mpa 10 10 10 10 /Mpa 163 163 163 163 ,

, 1 1 1 1 C/mm 1.5 1.5 1.5 1.5 S/mm 8 4 5 2.5

168 60 89 22 外径/mm

1 2 2 2 储气罐数量/个

压力容器已选好厂家:

公司名称: 山东荷泽市花王高压容器有限公司

电 话: 131-53073668

移动电话: 13153073668

传 真: 0530-5403063

E-mail: djx.321@163.com

地 址: 菏泽市牡丹区泰山路

邮 编: 274000

从订单下发到取货最快两个月。

换热器的选取难的不是高压，50公斤级的大部分厂家都能做，但就是在保证高压

的前提下，又得是热风温度1200摄氏度以上，这个大部分厂家都不能做。吉林四平华泰

换热设备制造有限公司、湖北昌发容器制造有限公司、无锡市志成生化工程装备有限公

司都只能做工作压力为5Mpa，热风温度为1000摄氏度以下的。

设备名称 数量 报价

1 常压NG储气罐/100立

1 5兆帕NG 储气罐/100立

1 NG增压泵

1 温度传感器

2 单向阀

3 压力调解阀

2 流量计

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