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壓力容器設計的基本步驟穩壓管為例

次瀏覽   發布:2018-12-29 13:20:31
以穩壓罐的設計為例,對容器設計的全過程停止解說。
      首先,我們依據用戶提出的、在壓力容器標準范圍內雙方簽署的具有法律約束力的設計技術協議書,該協議書也能夠經雙方同意共同修正、完善,以期到達產品運用最優化。
依據穩壓罐的設計技術協議,我們曉得了容器的最高工作壓力為1.4MPa,工作溫度為200℃,工作介質為緊縮空氣,容積為2m3,請求運用壽命為10年。這些參數就是用戶提供應我們的設計根據。
有了這些參數,我們就能夠開端設計。
一. 設計的第一步
就是要完成容器的技術特性表。除換熱器和塔類的容器外,普通容器的技術特性表包括
a 容器類別
b 設計壓力
c 設計溫度
d 介質
e 幾何容積
f 腐蝕裕度
j 焊縫系數
h 主要受壓元件材質等項。普通我所圖紙上沒有做強行請求寫上主要受壓元件材質
一. 肯定容器類別 
容器類別的劃分在國度質量技術監視局所頒發的《壓力容器平安技術監察規程》(以下簡稱容規)第一章第6條(p7)有細致的規則,主要是依據工作壓力的大小(p75)、介質的危害性和容器毀壞時的危害性來劃分(p75)。本例穩壓罐為低壓(<1.6MPa)且介質無毒不易燃,則應劃為第Ⅰ類容器。
另:詳細壓力容器劃分類別見培訓教材 p4 1-11
何謂易燃介質見 p2 1-6
介質的毒性水平分級見 p3 1-7
劃分壓力容器等級見 p3 1-9
二. 肯定設計壓力
我們曉得容器的最高工作壓力為1.4MPa,設計壓力普通取值為最高工作壓力的1.05~1.10倍。
至于是取1.05還是取1.10,就取決于介質的危害性和容器所附帶的平安安裝。
介質無害或裝有平安閥等就能夠取下限1.05,否則就取上限1.10。
本例介質為無害的緊縮空氣,且系統管路中有泄壓安裝,契合取下限的條件,則得到設計壓力為 
Pc=1.05x1.4
=1.47MPa。
另:什么叫設計壓力?計算壓力?如何肯定?見p11 3-1
液化石油氣儲罐設計中,是如何肯定設計壓力的?
三. 肯定設計溫度
普通是在用戶提供的工作溫度的根底上,再思索容器環境溫度而得。
比方為華北油田設計的容器,且在工作狀態無保溫的狀況下,其工作溫度為30℃,其冬季環境溫度最低可到-20℃,則設計溫度就應該按容器可能到達的最惡劣的溫度肯定為-20℃。《容規》附件二(p77)提供了一些設計所需的氣候材料供參考。本例取設計溫度為200℃即可。
四. 肯定幾何容積
按構造設計完成后的實踐容積填寫即可。
五. 肯定腐蝕裕量
由所選定受壓元件的材質、工作介質對受壓元件的腐蝕率、容器運用環境和用戶等待的運用壽命來肯定,實踐上應先選定受壓元件的材質,再肯定腐蝕裕量。
《容規》第三章表3-3(p23)和GB150第3.5.5.2節(p5)對一些常見介質的腐蝕裕量停止了一些規則。工作介質對受壓元件的腐蝕率主要按實測數據和經歷來肯定,受運用環境影響很大,變數很多,目前無現成的數據。
普通介質無腐蝕的容器,其腐蝕裕量取1~2mm即可滿足運用壽命的請求。本例取腐蝕裕量為2mm。
另:什么叫計算厚度、設計厚度、名義厚度、有效厚度?何謂最小厚度?如何肯定?見p12 3-5 3-6
六. 肯定焊縫系數
焊縫系數的規范叫法叫焊接接頭系數,GB150的3.7節(p6)對其取值與焊縫檢測百分比停止了規則。 
詳細取值,能夠按《容規》第85條(p43)所規則的10種狀況選擇:
其焊縫系數取1,即焊接接頭應停止100%的無損檢測,其他狀況普通選焊縫系數為0.85。
本例選焊縫系數為0.85。
七. 主要受壓元件材質確實定
材質確實定在滿足平安和運用條件的前提下,還要思索工藝性和經濟性。
GB150第8頁資料的運用有嚴厲的規則,對這些規則的控制是十分必要的。比擬常用的資料有Q235-B(Q235-C)16MnR和0Cr18Ni9這幾種資料
1. 0Cr18Ni9普通用于低于-20℃的低溫容器和 
對介質有干凈請求的容器,如低溫別離器、氟利昂蒸發器等;
2. 16MnR普通用于對平安性請求較高、運用Q235-B時壁厚較大的容器,如油、自然氣等。
3. Q235-B運用最廣也最經濟,GB150第9頁對其運用條件作了細致規則:
● 規則設計壓力≤1.6MPa;
● 鋼板運用溫度0℃~350℃;
● 用于殼體時厚度不得大于20mm,且不得用于高度危害的介質。
就本例來說,其運用壓力、溫度和介質都契合Q235-B的條件,唯有厚度還未知,若超越了20mm則只能運用16MnR,本例就暫定運用Q235-B。
當然啦,假如我們按以下:
●規則設計壓力≤2.5MPa;
●鋼板運用溫度不得超越0℃~400℃;
●用于殼體時厚度不得大于30 mm,且不得用于高度危害的介質。
Q235-B與Q235-C的主要區別也就是沖擊實驗溫度不同,前者為在溫度20℃下做 V型沖擊實驗;后者為在0℃ 時做V型沖擊實驗
完成了技術特性表,下一步就是容器計算了。
◆ 肯定容器直徑
計算時首先要肯定容器直徑。除非用戶有請求,普通取長徑比為2~5,很多狀況下取2~3就能夠了。
本例請求容器的幾何容積為2m3 。
我們只得先設定直徑,再依據此直徑和容積求出筒體高度,驗算其長徑比。設定的直徑應契合封頭的規格。
我們設定為800mm,查規范JB/T4746《鋼制壓力容器用封頭》附錄B,得知此規格的封頭容積為0.0796 m3,
則:
筒體高度為 3664mm,
長徑比為 3664/800=4.58
若加上封頭的高度,可知其長徑比太大,我們先前設定的直徑太小。
再設定直徑為1000mm,查得封頭容積為0.1505立方。
得到:
筒體高度為 2164mm
長徑比為 2164/1000=2.16
比擬理想,則我們肯定本例穩壓罐的內直徑為1000mm,筒體高度圓整為2200mm。
有了容器直徑,即可依照GB150公式5-1(p26)計算出厚度為8.30mm。此厚度即為計算厚度,其名義厚度為計算厚度與腐蝕裕量之和,再向上圓整到鋼板的商品厚度。本例腐蝕裕量為2mm,與計算厚度之和為10.30mm,與之最接近的鋼板商品厚度為12mm,故肯定容器厚度為12mm,并且此值契合Q235-B對厚度不超越20mm的請求。
另外本例若選擇腐蝕裕量為1mm經濟性會好得多,能夠考慮一下為什么
至此,我們已得到容器外形。
◆ 下一步該是按用戶請求和《容規》的規則配置各管口的法蘭和接收。
容器上開孔要契合GB150第8.2節(p75)的規則,普通都要停止補強計算,除非滿足GB150第8.3節(p75)的條件,則可不用再計算補強。
選擇接收時應盡量滿足GB150第8.3節的條件,其平安性和經濟性都最好,防止增加補強圈。
本例請求的管口直徑都在GB150第8.3節的范圍內,因而進氣口和出氣口接收選擇φ57x5的無縫鋼管,排污口選擇φ25x3.5的無縫鋼管。法蘭按HG20592選擇1.6MPa的突面(RF)板式平焊法蘭(PL)。
◆ 法蘭及其密封面型式
法蘭及其密封面型式是設計協議書中請求的,
1. 壓力等級必需高于設計壓力;
2. 其材質普通與筒體相同;
3. 肯定管口在殼體上的位置時,在空間較為慌張的狀況下,普通也應堅持焊縫與焊縫間的間隔不小于50mm,以防止焊接熱影響區的互相疊加。
本例選定進氣口、出氣口距上下封頭環焊縫各300mm。因本例穩壓罐工作溫度為200℃,故其工作狀態下必定有保溫層,思索到保溫層厚度以及螺栓裝置的需求,選定法蘭密封面到筒體外表的間隔為150。
◆ 檢查孔
除了用戶請求的管口外,《容規》第45條(p26)還對檢查孔的設置停止了規則。
本例直徑為1000mm,按規則必需開設一個人孔。查《回轉蓋平焊法蘭人孔》規范JB580-79 壓力容器與化工設備適用手冊p614,選擇壓力1.6MPa級、公稱直徑450的人孔,密封型式為A型,其接收為φ480x10。因人孔開孔較大,所以人孔一定要運用補強圈補強,查《補強圈》規范JB/T4736,補強圈外徑為760,厚度普通同等于筒體。人孔的位置以便當出入人孔為準繩,應盡量靠近下封頭。本例選定人孔中心距下封頭環焊縫500。
立式容器的支座普通選用支承式支座JB/T4724(壓力容器與化工設備適用手冊第599頁),
另:鍛件的級別如何肯定?關于公稱厚度大于300mm的碳素鋼和低合金鋼鍛件應選用何級別?
◆ 管口表的填寫
◆ 技術請求的書寫
1 本設備按 GB150-1998《鋼制制壓力容器》停止制造、實驗和驗收,并承受國度質量技術監視局頒發的《壓力容器平安技術監察規程》的監視。
2 焊接采用電弧焊,焊條牌號:焊接采用J422。
3 焊接接頭型式和尺寸除圖中注明外,按HG20583的規則停止施焊:A 類和 B 類焊接接頭型式為DU3; 接收與筒體、封頭的焊接接頭型式見接收表;未注角焊縫的焊角尺寸為較薄件的厚度;法蘭的焊接按相應法蘭規范的規則。
4 容器上的 A 類和 B 類焊接接頭應停止射線探傷檢查,探傷長度不小于每條焊縫長度的20%,其結果應以契合JB4730 規則中的 Ⅲ 級為合格。
5 設備制造終了應停止水壓實驗,實驗壓力為 MPa。
6 管口、支座及銘牌架方位按本圖。
7 設備檢驗合格后,表面面涂 C06-1 鐵紅醇酸底漆兩道,再涂 C04-42 灰色醇酸磁漆一道。
8 設備檢驗合格后,內部清算潔凈,各管口用盲板封嚴。
10 設備筒體的計算厚度為 mm,封頭計算厚度為 mm。

倡議運用年限為10年。

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