2023-压力容器设计

李志义、王泽武

目录

  • 1 压力容器设计概述
    • 1.1 前言
    • 1.2 压力容器及其分类
    • 1.3 压力容器设计要求
    • 1.4 压力容器材料及选择
    • 1.5 压力容器规范设计
  • 2 压力容器应力分析
    • 2.1 中低压容器应力分析
    • 2.2 圆筒形高压容器应力分析
    • 2.3 圆形平盖封头应力分析
    • 2.4 压力容器局部应力分析
  • 3 压力容器常规设计
    • 3.1 圆筒形容器筒体强度设计
    • 3.2 压力容器封头的强度设计
    • 3.3 法兰连接及密封设计
    • 3.4 开孔接管及补强设计
    • 3.5 容器支座的结构与选型
    • 3.6 外压容器稳定性设计
    • 3.7 设计参数及压力试验
    • 3.8 专家讲座01
  • 4 压力容器分析设计
    • 4.1 分析设计概述
    • 4.2 应力特性
    • 4.3 应力分类
    • 4.4 应力评定
  • 5 高压容器设计
    • 5.1 高压容器设计概述
    • 5.2 高压圆筒的强度设计
    • 5.3 高压容器的密封结构
    • 5.4 高压容器自增强技术
  • 6 习题课
    • 6.1 习题课(1)
    • 6.2 习题课(2)
    • 6.3 课程知识点回顾
压力容器材料及选择

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教材纠正说明:关于金属材料编号的说明

    由于近几年国家材料编号发生了较大改动,而本教材尚未再版,因此书中材料编号已经过时。因此,今后大家涉及到的压力容器材料编号,请参阅GB150-2011(第2部分材料)。

低碳钢:Q245R,以及GB150-2011 附录D Q235系列钢板的使用规定;

低合金钢:Q345RQ370R15MnNbR)、Q420R18MnMoNbR)、16MnDR等等;

高合金钢:S30403S30408S31603S301608等等。铁素体不锈钢(S1××××),如:S113060Cr13);奥氏体-铁素体双相不锈钢(S2××××),如:S2195300Cr18Ni5Mo3Si2);奥氏体不锈钢(S3××××),如:S304080Cr18Ni9),S3040300Cr19Ni10)和S316080Cr17Ni12Mo2)。还有S321680Cr18Ni10Ti),S3180300Cr18Ni5MoSi2)。


补充1:金属材料热处理

钢材的热处理,因加工工艺和对组织、性能的不同要求而不同。各种钢板正火处理以获得细化而均匀的组织和较好的综合力学性能。高强度调质钢板则需进行淬火加高温回火处理,以保证达到所要求的力学性能。不锈钢板大多需进行固溶处理,以改善其耐蚀性。

热处理工艺有:

(a)退火

主要目的:(1)降低钢的硬度;(2)改善或消除坏料的铸造、锻造和焊接时所产生的成分或组织的不均匀性;(3)消除内应力,稳定尺寸;(4)细化晶粒,改善钢中碳化物的形态和分布(完全退火)。

(b)正火

主要目的:(1)细化晶粒,提高钢材韧性和稳定钢材的力学性能;(2)得到所要求的金相组织。

(c)淬火

 主要目的:(1)提高钢的强度和硬度;(2)能改善某些特殊钢的力学和化学性能。

(d)回火

        主要目的:(1)消除淬火或正火后所产生的热应力和组织应力,降低脆性,以防变形和开裂;(2)能使淬火或正火后的淬硬组织转变成较稳定的组织,以确保得到所要求的良好综合力学性能;(3)在不同温度回火,可以获得不同组织和性能。通过不同的回火温度,可以调整淬火或回火后钢件的力学性能。

(e)调质

淬火后高温回火的联合热处理工艺称为调质处理,获得回火索氏体组织。

(f)固溶

奥氏体不锈钢加热到1000℃~1100℃,保温一定时间然后快速冷却,获得金相奥氏体组织的工艺方法称为固溶处理。具有一定的强度,很高的韧性和优良的耐蚀性。

(g)稳定化

将含有TiNb稳定化元素的不锈钢,加热到850950℃,保温一定时间后水冷、油冷或气冷,使形成TiCNbC,提高钢的耐晶间腐蚀性能等。

补充2:金属材料的腐蚀

    金属材料的腐蚀现象是很复杂的,即同一种材料在不同介质中,不同材料在同一介质中,即便是同一种材料,同一种介质在不同内部、外部条件下(如材料金相组织、承载应力、介质浓度、温度、压力条件等)都会表现出不同的腐蚀规律。例如:碳钢在稀硫酸中是均匀腐蚀,奥氏体不锈钢在氯化物的水溶液中会由于应力腐蚀而产生破裂。常见的腐蚀情况有:均匀腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、高温氧化、氢脆等。

    目前提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的措施大致有固溶化处理、降低钢中的含碳量、添加稳定碳化物的元素三种方法。