(整理)压力容器材料壁厚计算与校核计算实例

--------------------------第一节输入分析及功能性能描述1、工作介质：硫酸钴液体由于硫酸钴液体内杂质成份较复杂，且内部成份容易结晶，所以过滤器及管道、阀门全部选用不锈钢材料。2、原液固含量：≤5%和本公司的液体高级工程师莫工和中南大学廖博士联系咨询后，取得硫酸钴溶液中固体的固含量≤5%的范围内3、设备的最高工作温度不超过70℃工艺要求提出设备的最高工作温度不得超过70℃，因此设计时应适当的放大，将设计温度提高到80℃。4、工作压力由于中南装置功能及工艺参数中指出，反洗压力0.5Mpa(气源压力),所以在设计装置时按照0.8Mpa进行装置的设计。5、过滤组件为1个；经过对工艺条件的提出，过滤组件为2个，1个为多通道滤芯过滤组件，1个双层滤芯过滤组件。6、滤芯参数1.1双层滤芯规格：双层管YTT75X200-3-C0.4-D2（外管外径75，内径69；内管外径63，内径57）1.2滤芯数量：5套1.3过滤面积：1.3.1总过滤面积：1.3.2单管过滤面积：1.4过流截面面积S：0.00062㎡1.5滤芯安装形式：1个过滤器内1只滤芯组件2.1多通道滤芯规格：多通道滤芯YTT60X200-C0.5-D32.2滤芯数量：2套2.3过滤面积：2.3.1总过滤面积：2.3.2单管过滤面积：2.4过流截面面积S：0.00079㎡2.5滤芯安装形式：1个过滤器内1只滤芯组件7、输送管道为DN40管道；经工艺计算出循环系统的循环管直径为DN40，补液管道为DN25，回流排气管道为DN25，清液出口管道为DN25，反冲器安装管道为DN25，排渣管道为DN25，过滤罐体的材质为OCr18Ni9，管道的材质为OCr18Ni9；8、法兰的公称压力为1.6Mpa;工艺条件指出,设备管道法兰的公称压力为1.6Mpa,设计时,应按照此标准进行管道法兰的设计与选择。9、清液储液罐的体积经过工艺工程师计算得，反冲器内部可用于反冲液的液体体积约为0.8L,因此在设计清液储液罐容积时按照1.2L来进行设计。第二节内压容器筒体与封头厚度的设计与强度计算--------------------------1、经查OCr18Ni9材料的许用应力表得，材料在2mm-60mm且温度在100℃下的许用应用力[σ]=114Mpa。2、根据所选取的筒体的为DN100型号，外径为'D=108mm3、确定设计温度：工艺要求设计温度不低于70℃，设计时可适当把温度提高，则确定为80℃。4、确定设计压力：工艺条件指出,设备的最高工作压力为0.5Mpa,设计时应适当的将其放大,以0.8Mpa的最大压力进行设计。5、焊接系数的确定：（1）焊接头的影响：焊接接头是容器上比较薄弱的环节，较多事故的发生是由于焊接接头金属部分焊接影响区的破裂。一般情况下，焊接接头金属的强度和基本金属强度相等，甚至超过基本金属强度。但由于焊接接头热影响区有热应力存在，焊接接头金属晶粒粗大，以及焊接接头中心出现气孔和未焊透缺陷，仍会影响焊接接头强度，因而必须采用焊接接头强度系数，以补偿焊接时可能产生的强度消弱。焊接接头系数的大小取决于焊接接头型式、焊接工艺以及焊接接头探伤检验的严格程度等。（2）焊接接头系数的选取：由接头形式和无损探伤的长度确定●双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头：100％无损探伤，＝1.00；局部无损探伤，＝0.85；●单面焊的对接接头，沿焊接接头根部全长具有紧贴基本金属的垫板：100％无损探伤，＝1.00；局部无损探伤，＝0.8；●●无法进行探伤的单面焊环向对接焊缝，无垫板：＝0.6；因此在设计时取焊接系数=0.86、设备的设计年限可定为a=10年。7、强度计算：（1）理论计算厚度（requiredthickness）GB150-1998定义：按各章公式计算得到的厚度，为能安全承受计算压力PC（必要时尚需计入其他载荷）。内压圆筒壁内的基本应力是薄膜应力，由第三强度理论可知薄膜应力的强度条件为：tr][3，trPD][23（1）式中：t][--制造筒体钢板在设计温度下的许用应力；考虑到焊接接头的影响，公式（1）中的许用应力应使用强度可能较低的焊接接头金属的许用应力，即把钢板的许用应力乘以焊缝系数。--------------------------trPD][23，则有：*2)('3DP得到，PPD*2'（2）式中'D为筒体外径，Di为筒体中径，P为设计压力，为材料的许用应力，为焊接系数，当壁厚没有确定时，则中径也是待定值，利用'D=Di+可以得到，公式（2）一般被简化为*2PD，（3）代入数据，计算得0.8*1080.47368420.4742*114*0.82*PDmm（2）设计壁厚d（designthickness）计算壁厚与腐蚀余量C2之和称为设计壁厚。可以将其理解为同时满足强度、刚度和使用寿命的最小厚度。2dC（4）C2为腐蚀裕度根据介质对选用材料腐蚀速度和设计使用寿命共同考虑。C2=k·a，mm；取C2=1,得到2dC=0.474mm+1mm=1.474mm,k—腐蚀速度（corrosionrate），mm/a；a—设计年限（desiredlifetime）。对碳素钢和低合金钢，C2≥1mm；对于不锈钢，当介质腐蚀性能极微时，取C2＝0。（3）名义厚度d（normalthickness）设计厚度d加上钢板负偏差C1后向上圆整至刚才标准规格的厚度，即标注在设计图样上的壳体厚度。1ndC（5）C1—钢板负偏差。任何名义厚度的钢板出厂时，都允许有一定的负偏差。钢板和钢管的负偏差按钢材标准的规定。当钢板负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6％时，负偏差可忽略不计。表4钢板负偏差值钢板厚度（mm）22.22.52.8~3.03.2~3.53.8~4.04.5~5.5负偏差（mm）0.180.190.20.220.250.30.5钢板厚度（mm）6~78~2526~3032~3436~4042~5052~60--------------------------负偏差（mm）0.60.80.91.01.11.21.3由以上的数据可得,取钢板的负偏差C1=0.5,然后根据选型标得到筒体的壁厚1ndC=1.474+0.5+△=1.974+△=3mm,因此选择3mm的过滤筒体壁厚满足设计要求。摘自：1、《GB150-1998》钢制压力容器；2、设备材料20R在不同温度下的许用应力表。--------------------------