PDF《压力容器设计方法探讨》

Outlook Magazine 2018.

8 总第

186 期新视线-59 - 压力容器设计方法探讨 刘丹 沈阳东方钛业股份有限公司 辽宁 沈阳

110000 摘要:随着我国经济的发展和进步,压力容器的应用范围越来越广泛,其在工业生产领域发挥的作用也越来越重要.对压力 容器设计方法进行优化,提升压力容器的设计可靠性,让压力容器发挥更大作用,是提升压力容器使用效能的重要路径.基于此, 本文就压力容器设计方法进行分析与研究,希望可以推进压力容器的使用效能. 关键词:压力容器;

设计方法;

优化分析

一、压力容器设计要求 1.安全性 针对一台全新的压力容器而言,首先应当对其安全性及 稳定性开展设计工作.在对压力容器进行设计的过程中,有关 设计人员应当对物美价廉的材料进行选择,在实现设备成本制 造减少的同时,还能够使压力容器使用的安全性得到保障.由 于工作介质与内介质不同,致使压力容器存在不同特征. 压力容器广泛应用于科研、石化、锅炉制造以及能源等 多个方面.关于压力容器的结构组成方面,主要包括接管、筒体、支座、封头、密封元件等.在对压力容器进行运用的过程 中,一旦遭遇承压或其他方面因素影响作用,不及时进行妥善 处理,会引发爆炸、燃烧事故,对工作人员、设备以及财产的 安全性造成威胁,便会对周围环境造成一定程度的污染.除此 之外,由于压力容器自身因素的影响作用,许多国家都会对压 力容器开展极其严格的检查工作,只有对压力容器的有关标准 全部满足的情况下,方可允许对其进行使用. 2.完整性 针对压力容器而言,只有确保压力容器设计的完整性, 才能使生产活动能够顺利开展.在对锅炉进行生产的过程中, 针对高压以及高压环境,压力容器应当具备一定承受能力.此外,在生产时,也会存在部分具有腐蚀性物质,针对这些腐蚀 性物质, 应当认真开展相关处理工作, 确保企业得到妥善处理, 否则就会引发爆炸等安全事故.所以,许多锅炉企业都会对压 力容器设计的重要性进行关注.在开展实际生产工作的过程 中,应当注重对设备运行的可靠性进行持续提升,通过科学的 方式方法,来对压力容器中的能量进行处理,进而能够对其破 坏性起到一定控制作用,与此同时,还应当对容器的安全性进 行认真考量.暂时压力容器质量得到充分保障的前提下,还应 当对企业制造成本费用进行考量.

二、压力容器设计方法 1.常规设计 在常规设计中,弹性失效准则是其理论基础,其认为在 容器内部,当某一最大应力点到达屈服极限的时候,其就会进 入至塑性状态之中,纯弹性就会丧失,也被称之为失效.关于 应力分析方法方面,以材料力学与板壳薄膜理论的简化计算为 前提,不需要对边缘应力、局部应力以及热应力等方面进行考 量,也不需要对交变荷载所引发的疲劳问题进行考虑.关于各 个类型的应力方面,都可以对统一的许用应力值进行运用.一 般情况下,通过比较高的安全系数,来对应力分析的不足与缺 陷之处进行弥补,进而使其安全性得到充分保障. GB150-1998《钢制压力容器》属于常规设计的设计标准, 关于其中的计算公式方面,其基础就是第一强度理论,第一强 度理论也被称之为最大主应力理论.请认为,在引发材料断裂 破坏的诸多因素中,最大主应力居于主要地位,换而言之,在 不用对材料所处应力状态进行考量的情况下,只需最大主应力 相符合材料单向拉伸断裂的最大主应力,材料就会出现断裂破 坏情况. 当设计压力低于 35MPa 的容器中,可以对 GB150-1998 标准进行运用.由于常规设计方法比较简洁、明了,在开展薄 壁容器设计工作的过程中,其应用范围比较广泛.在薄壁容器 中,薄膜理论是其设计的理论基础.不需要对垂直于容器壁面 的径向应力进行考量,属于近似计算方法的范畴,但是,应当 将其控制与工程所允许的误差范畴之中. 2.分析设计 伴随着压力容器参数的不断增加,谢许多问题解决起来 存在一定困难,由于常规设计结果比较保守,致使设计结构的 承载潜力,还有很大提升空间.应当通过新的失效观点,来对 这些问题进行解决,进而与现代压力容器的发展相适应. 在开展分析设计工作的过程中,通过弹塑性或塑性失效 准则,将传统的弹性失效准则取而代之,在对计算应力的过严 限制进行放松的同时,也能够对许用应力值进行适当提升,并 且使结构的安全性得到保障. 关于分析设计的应力分类方面,需要对风载、地震、附 件重、自重、温差、压力等多方面的载荷进行承受,尽管载荷 形式比较多样化,但是其所产生的应力只分为三种: (1)一次应力 在对压力与其他机械荷载,所产生的方向应力或剪应力 进行平衡时,用于对结构各部分平衡维持直接生成的,其不具 备"自限性" ,不能根据自身的屈服变形,来对其大小进行限 制,静力强度失效是其所引起的破坏形式.可以分为一次总体 薄膜应力、一次局部薄膜应力以及一次弯曲应力. (2)二次应力 所谓的二次应力指的是,在对外部约束条件或结构自身 的连续变形需求,进行满足的情况下,应当具备的法向应力或 剪应力,主要是由自平衡力生成的引力. "自限性"是其基本 特征,也就是说局部屈服和小量变形,能够满足约束条件或变 形协调需要,进而不会持续加大变形情况.只要不开展重复加 载活动,就不会破坏其结构. (3)峰值应力 其同时具备"自限性"与"局部性"这两个特征,不会 产生显著的变形情况.在尖角位置处,峰值应力的数值可能非 常高,但是具有特别少的分布范围.只有经过多次加载情况, 才会出现破坏,也称之为疲劳破坏. 通常情况下,以上三种应力是同时存在的,但是关于其 破坏作用方面,与相关加载次数存在十分紧密的关联. 3.可靠性设计 在传统的设计方法中,其基础为定数论,在其看来,设 计过程中的所有参数都是固定不变的,例如,几何参数、材料 机械性能、载荷等.事实上,这些量并不都是处于固定不变状 态之中,在某一公差范围内存在着波动情况,具备一定的分散 性,也就是说这些参数不是定量,而是随机变量.针对失效可 能性大小方面, 可以通过概率设计计算. 所谓的可靠性指的是, 在规定的使用时间中,压力容器能够处于正常工作状态之中, 不产生意外事故的概率.在开展可靠性设计工作的过程中,这 个确保容器工作的安全性与可靠性,并且不发生破损情况,容 器的可靠度应当高于有关规定的可靠度.关于容器可靠度的计 算方面,与随机变量存在一定关联,由于这些随机变量是通过 "正态分布"的,可以将容器的所有参数看作随机变量,并且 也是对正态分布进行服从.以此类推,就可以将随机变量的概 率计算出来,并在此基础上,将其可靠度计算出来,并使该可 靠度高于规定可靠度. 综上,压力容器设计者要重视压力容器的可靠性设计, 从而让压力容器的应用可靠性得以提升,让压力容器在生产运 营过程中发挥重要作用. 同时, 在对压力容器进行设计过程中, 也需要依照相关国家行业规则和规范而进行,从多种设计方案 中选出最佳方案,推动压力容器性能与质量提升. 参考文献: [1]陈海峰.探讨压力容器设计要求及设计方法[J].山东工业技 术,2017(13):271.