【正文】 的許用應(yīng)力，即按下式取值 [? ]=min{stsssbb nnn ??? , }，也即 是說設(shè)計(jì)受壓元件時，以抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)同時來控制許用應(yīng)力。 材料設(shè)計(jì)系數(shù)的一個強(qiáng)度保險系數(shù)，主要是為了保證受壓元件強(qiáng)度有足夠的安全儲備量，其大小與應(yīng)力計(jì)算的精確性，材料性能的均勻性，載荷的確切程度，制造工藝和使用管理的先進(jìn)性以及檢驗(yàn)水平等因素有著密切關(guān)系。螺栓的許用應(yīng)力應(yīng)根據(jù)材料的不同狀態(tài)和直徑大小而定。 （ 1） 鋼材厚度負(fù)偏差 1C 11 鋼材或鋼管的厚度負(fù)偏差是按鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。影響焊機(jī)機(jī)頭系數(shù)的因數(shù)很多，它的選取應(yīng)根據(jù)受壓元件的焊接接頭形式及無損檢測的長度比例確定。且根據(jù)強(qiáng)度及生產(chǎn)要求，令筒節(jié)長度為 213mm，內(nèi)徑 1000mm；錐筒長度為 650mm，兩端內(nèi)徑分別為 1000mm、 1600mm；封頭為內(nèi)徑為 1600mm 的球冠型封頭（并進(jìn)行稍微加工）。 試驗(yàn)爐封頭的選取 封頭 的介紹 內(nèi)壓容器最常見的封頭包括半球形、橢圓形、碟形等凸形封頭以及圓錐形封頭、平板型封頭等。直徑小時整體沖壓困難，大直徑采用分瓣沖壓其拼焊工作量較大。 （ 3） 碟形封頭 碟形封頭有三部分組成：以 cR 為半徑的球面殼體、半徑為 r 的圓弧為母線所構(gòu)成的環(huán)狀殼體（或過渡圓?。┖透叨葹?0h 的直邊，直邊高度的取法與橢圓形封頭直邊相同，可參照表 16 于過渡段的存在降低了碟形封頭的深度，但在三部 分連接處，由于經(jīng)線曲率發(fā)生突變，在過渡區(qū)邊界上邊緣應(yīng)力比內(nèi)壓薄膜應(yīng)力大很多，故受力狀況不佳。 圖 25 球冠型封頭 球冠型封頭在不能保證任何情況下兩側(cè)的壓力都相同作用時，封頭計(jì)算厚度應(yīng)分 別按下 17 列兩種情況計(jì)算，取較大值： 1）只考慮封頭凹面?zhèn)仁軌?，?jì)算厚度按式（ 22）確定， Q值由圖 26 查?。? 2）只考慮封頭凸面?zhèn)仁軌?，?jì)算厚度按式（ 22）確定， Q值由圖 27 查取。對大端，任何情 19 ? ? mmpDQp ct ic ???? ????? ???況下加強(qiáng)段的厚度不得小于相連接的錐殼厚度，加強(qiáng)段 長度應(yīng)不小于，圓筒加強(qiáng)段長度應(yīng)不小于。 1）求設(shè)計(jì)厚度 mmCd ????? ?? 2）求名義厚度 mmCdn ?????????? ?? ，故 mmn 16?? 。采用可拆卸連接之后，確保 接口密封的可靠性，是保證化工裝置正常運(yùn)行的必要條件。在實(shí)際應(yīng)用中，壓力容器由于連接件或被連接件的強(qiáng)度破壞所引起法蘭密封失效是很少見的，較多的是因?yàn)槊芊獠缓枚孤?。所需的這個壓緊應(yīng)力叫墊片密封比壓力。如果墊片具有足夠的回彈能力，是壓縮變形的回復(fù)能補(bǔ)償螺栓和密封面的變形，而使預(yù)緊密封比壓值至少降到不小于某一值（這個比壓值稱為工作密封比壓），則法蘭密封面之間能夠保持良好的密封狀態(tài)。 （ 2）法蘭的分類 法蘭可分為三大類：整體法蘭、活套法蘭、半可拆連接法蘭。以下列出一些具有不同密封面的長頸對焊法蘭： 22 圖 29 法蘭結(jié)構(gòu) 23 試驗(yàn)爐法蘭 （ 1） 試驗(yàn)爐齒嚙式快開門法蘭的選擇 齒嚙式快開門是近年來改進(jìn)的一項(xiàng)新的連接 結(jié)構(gòu)。 1）確定法蘭的公稱直徑 根據(jù)法蘭材料、公稱壓力和設(shè)計(jì)溫度，查《鋼制壓力容器》 GB1501998 可知最大允許壓力為 ，適合試驗(yàn)爐使用。詳細(xì)設(shè)計(jì)見工程圖。 4）選擇密封面 根據(jù)設(shè)計(jì)條件，選擇平面型密封面。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過規(guī)定值時，安全閥打開，將系統(tǒng)中的一部分氣體 /流體排入大氣 /管道外，使系統(tǒng)壓力不超過允許值，從而保證系統(tǒng)不因壓力過高而發(fā)生事故。隨著大容量的需要，又有一種脈沖式安全閥，也稱為先導(dǎo)式安全閥，由主安全閥和輔助閥組成。封閉 式即排出的 介質(zhì) 不外泄，全部沿著規(guī)定的出口排出，一般用 于有毒和有 腐蝕性 的介質(zhì)。 開口的補(bǔ)強(qiáng) 由于工藝、結(jié)構(gòu)及安裝、檢修的需要，常常需要在壓力容器及設(shè)備上開孔和安裝接管。因此要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。 試驗(yàn)爐支座的選取 支座的介紹 （ 1）鞍式支座的介紹 制作被用來支撐容器和設(shè)備重量的同時 ，還要將容器固定在要求的位置上，此外還要承受地震載荷、風(fēng)載荷和震動載荷。某些大型薄壁容器及真空容器，為了增加筒體的剛度常采用圈式支座，對于質(zhì)量不大的小型臥式容器，可采用結(jié)構(gòu)簡單的支腿式支座。按承受的最大載荷，鞍座又分為輕型（代號為 A 型）和重型（代號為 B 型）， DN≦ 900mm 的設(shè)備的鞍座，由于直徑較小，支座輕型、重型其四板的尺寸差別不大。 2） DN≦ 900mm 的設(shè)備鞍座可以不帶墊板，但有下列情況時應(yīng)選用帶墊板的鞍座： ① 容器殼體的有效厚度小于等于 3mm； ② 容器殼體有熱處理要求時，且墊板要在殼體熱處理前焊上去； ③ 容器殼體與鞍座間的溫差大于 200℃時； ④ 容器殼體材料與鞍座材料不具有相同或相近的化學(xué)成分和性能指標(biāo)時。 試驗(yàn)爐支座的選取 （ 1） 由于試驗(yàn)爐是臥式容器，故可以選用鞍座作為試驗(yàn)爐的支座。 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 壓力容器各受壓部件的組裝大多采用焊接方式，焊縫的接頭形式和坡口形式的計(jì)算直接影響到焊接的質(zhì)量與容器的安全，因而必須對容器焊接接頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。這種焊接接頭受熱均勻，受力對稱，便于無損檢測，焊接質(zhì)量容易得到保證，因此，是壓力容器中最常用的焊接結(jié)構(gòu)形式。 角接接頭和 T型接頭，在街頭處構(gòu)件結(jié)構(gòu)是不連續(xù)的，承載后受力狀態(tài)不如對連接頭，應(yīng)力集中比較嚴(yán)重，且焊接質(zhì)量也不易得到保證。在壓力容器中，搭接接頭主要用于加強(qiáng) 圈與殼體，支座墊板與器壁以及凸緣與容器的焊接。 壓力容器用對接接頭，角接接頭和 T型接頭，施焊前，一般應(yīng)開設(shè)坡口，而搭接接頭無需開坡口即可焊接。均屬Ｃ類焊接接頭。因此，在化工、煉油工業(yè)中換熱器設(shè)備的投資份額也是相當(dāng)大的，換熱器的設(shè)計(jì)質(zhì)量也就顯得尤為重要。歷經(jīng)三個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠完成，我尤其感謝徐立志老師對我的教導(dǎo)和幫助。是我從一個懵懂的少年長成一名能夠?yàn)樯鐣暙I(xiàn)自己力量的有用的人。而在徐老師的幫助下，使我在題目的選定，材料的收集，設(shè)計(jì)的方法以及三維制圖方面都有很大的提升，這對我進(jìn)行設(shè)計(jì)方面有莫大的幫助。 總之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我受益匪淺，鼓舞我在今后的學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力，爭取為祖國的石油化工事業(yè)添磚加瓦。 33 總結(jié) 壓力設(shè)備是許多工業(yè)部門的通用設(shè)備。 殼體部分的環(huán)向接頭，錐形封頭小端與接管連接接頭，長頸法蘭與接管連接的接頭，均屬Ｂ類焊接接 頭，但已規(guī)定為 A， C， D 類的焊接接頭除外。不同的焊接坡口，適用于不同的焊接方法和焊件厚度。 3） 搭接接頭 系兩個相互連接零件在接頭處有部分重合在一起，中間相互平行，進(jìn)行焊接接頭。兩構(gòu)件成 T字形焊接在一起的接頭，叫 T 型接頭。焊接接頭形式一般由被焊接兩金屬件的相互結(jié)構(gòu)位置來決定，通常分為對接接頭，角接接頭及 T字接頭，搭接接頭。 29 表 23 鞍座的類型 24 輕型鞍座尺寸 兩個鞍座的標(biāo)記分別為： JB/T47122021，鞍座 A 1600F JB/T47122021，鞍座 A 1600S 30 MPaDP e eiTT )( )( ?? ????? ? ?? 水壓試驗(yàn)校核 因 為給出水壓試驗(yàn)壓力 為 ，故 MPats ?????? ts?是液壓試驗(yàn)溫度下材料的屈服強(qiáng)度， MPa。 4） 兩個鞍座必須是 F型、 S型搭配使用。如圖 210。焊制鞍座由底板、腹板、筋板和墊板組焊而成。臥式設(shè)備支座型式有鞍式、圈式和支腿式。 GB150 規(guī)定，如果殼體開孔同時滿足以下條件，可不另行補(bǔ)強(qiáng)： 1）設(shè)計(jì)壓力不大于 ； 2）兩相鄰開孔中心距（對曲面間距以弧長計(jì)算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和的 2倍； 3）接管公稱外徑小于或等于 89mm。壓力容器開孔后，不但削弱了器壁的強(qiáng)度，而且由于開孔破壞了原有的應(yīng)力分布分布并引起應(yīng)力集中；同時在接管處，容器殼體與接觀音結(jié)構(gòu)的不連續(xù)也會引起應(yīng)力集中。 25 選用原則： 1）蒸汽鍋爐安全閥，一般選用敞開全啟式彈簧安全閥 0490 系列； 2）液體介質(zhì)用安全閥，一般選用微啟式彈簧安全閥 0485 系列； 3）空氣或其他氣體介質(zhì)用安全閥，一般選用封 閉全啟式彈簧安全閥； 4）液化石油氣汽車槽車或液化石油氣鐵路罐車用安全閥，一般選用全啟式內(nèi)裝安全閥； 5）采油井出口用安全閥，一般選用先導(dǎo)式安全閥； 6）蒸汽發(fā)電設(shè)備的高壓旁路安全閥，一般選用具有安全和控制雙重功能的先導(dǎo)式安全閥 7）若要求對安全閥做定期開啟試驗(yàn)時，應(yīng)選用帶提升扳手的安全閥。安全閥的排放量決定于閥座的 口徑 與閥瓣的開啟高度，也可分為兩種：微啟式開啟高度是閥座內(nèi)徑的（ 1/15）～（ 1/20），全啟式是（ 1/3）～（ 1/4）。彈簧式是指閥瓣與閥座的 密封靠彈簧的作用力。安全閥屬于 自動閥 類，主要用于 鍋爐 、 壓力 容器和 管道 上，控制壓力不超過規(guī)定值，對人身安全和設(shè)備運(yùn)行起重要保護(hù)作用。 2）確定法蘭的公稱壓力 24 根據(jù)法蘭材料、設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度 ，可知最大允許工作壓力為 ,適合試驗(yàn)爐使用。 3）選擇密封面 根據(jù)設(shè)計(jì)條件，選擇平面型密封面。它的優(yōu)點(diǎn)：開啟方便，密封性好；快開連鎖方式實(shí)現(xiàn)形式多樣；安裝簡便；容易實(shí)現(xiàn)自動化連鎖控制；能承受壓力高；適用范圍廣泛。 而壓力容器法蘭從整體上看有三種形式：甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭、長頸對焊法蘭。因此，為了實(shí)現(xiàn)法蘭連接處的密封，必須使密封組合件各部分的變形與操作條件下的密封條件相適應(yīng)，即使密封元件在操作壓力作用下，仍然保持一定的殘余壓緊力。顯然，當(dāng)墊片材質(zhì)確定后，墊片越寬，為保證應(yīng)有的比壓力，墊片所需的預(yù)緊力就越大，從而螺栓和法蘭的尺寸也要求越大，所以法蘭連接中墊片不應(yīng)過寬，更不應(yīng)該把整個法蘭面都鋪滿墊片。 法蘭的密封機(jī)理：法蘭在螺栓預(yù)緊力的作用下 ，把處于密封面之間的墊片壓緊。但法蘭連接時，不能很快地裝配與拆卸，制造成本較高。 試驗(yàn)爐法蘭的選取 法蘭的簡介 在石油、化工設(shè)備和管道中，由于生產(chǎn)工藝的要求，或者為制造、運(yùn)輸、安裝、檢修方? ? mmpDQp ct ic ???? ????? ??? 20 便，常采用可拆卸的連接結(jié)構(gòu)。 試驗(yàn)爐封頭厚度計(jì)算 由于設(shè)計(jì)要求，需選擇球冠形封頭作為試驗(yàn)爐的封頭類型。錐體和圓筒部分連接處，由于幾何不連續(xù)性，曲率半徑突變，因此該處會產(chǎn)生較大的橫向推力，引起較大邊緣應(yīng)力，容易發(fā)生彎曲，故需加強(qiáng)。 圖 24 碟形封頭 （ 4） 球冠型封頭 為了進(jìn)一步降低凸形封頭的高度，將碟形封頭的過渡圓弧和直邊部分去掉，將球面部分直接焊接到圓柱殼體上，構(gòu)成了球冠型封頭，如圖 25所示。 圖 23 橢圓形封頭示意圖 表 22 封頭旳直邊高度 封頭的公稱直徑 DN ≤ 2021 2021 封頭旳直邊高度 0h 25 40 由于橢圓部分經(jīng)線曲率平滑連續(xù)，故封頭中的應(yīng)力分布比較均勻，對于 a/b=2 的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭 與直邊連接處的邊緣應(yīng)力較小，可不予考慮，而且封頭的深度較小，方便了成型加工。 15 （ 1） 半球形封頭 半球形封頭是半個球殼，對其進(jìn)行應(yīng)力分析，所需壁厚是同樣直徑的圓筒的二分之一。 2）假設(shè)所需鋼板的名義厚度 mmn 16?? ，鋼板負(fù)偏差 ，腐蝕裕量 1mm，則有 e? == 查詢圖 2 22得 A=， B=118，則有 由于 ??p p ,所以可以選擇 16mm 厚度的鋼板。 4）