化工设计课件设备的工艺设计.ppt
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化工设计课件设备的工艺设计.ppt
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设备的工艺设计,基本要求
(1)掌握化工设备的选用和设计的一般原则
(2)掌握进行化工设备的选用(设计)的步骤教学重点:
设备的选型教学难点:
非定型设备设计,第一节化工设备选用及工艺设计的一般原则,一化工设备设计分类从设计角度分标准设备(定型设备):
成批生产,直接订货非标准设备(非定型设备):
由工艺提供设计条件,由设备专业专门设计,由厂家专门制造的设备。
化工设备的设计包括标准设备设计和非标准设备设计。
1.标准设备设计常用标准设备:
泵、风机、冷冻机、过滤机、离心机、搅拌器、压缩机等,生产厂家、型号都很多,可选择范围很大。
标准设备设计:
根据工艺要求,计算特征尺寸,查阅相关产品目录或样本手册(列出设备的规格、型号、基本性能参数和厂家),选择合适设备型号。
标准设备选型,2.非标准设备设计常用非标准设备:
容器(中压、低压、高压)、换热器、塔器、干燥设备、搅拌设备和除尘设备等。
非标准设备设计:
根据工艺要求,完成工艺计算,提出设备型式、材料、尺寸和其他要求,再经过机械计算及设计,由相关工厂制造。
必须遵循设备设计的相关标准和规定。
3.化工设备标准化化工设备设计向标准化推进,有些原来属于非标准设备的化工装置,已逐步走向系列化、定型化,已形成了一些标准图纸,有些还有了定点生产厂家,如换热器系列、容器系列、搪玻璃设备系列等。
因此,在非标准设备设计时,应尽量采用已标准化的图纸。
二、化工设备设计的原则,
(1)合理性即满足工艺过程对设备的要求,设备与工艺流程、生产规模、操作条件、控制水平相适应,同时又能充分发挥设备能力。
(2)先进性即设备的生产能力、转化率、收率、效率、自控水平等尽可能达到先进水平;且设备的操作范围宽,易于调节,控制方便。
(3)安全性即安全可靠,操作稳定,弹性大,劳动强度小,无事故隐患;对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求;尽量避免高温高压高空作业,(4)经济性即投资省,消耗低,生产费用和运行费用低,结构简单,节约材料,易于制造、安装操作维修方便,三废少。
(5)系统性化工过程是一个完整的系统,设备设计时不能关注仅关注单一设备,避免个别设备妨碍整个系统系统优化;注重经济性的同时,还应通盘考虑,保留适当裕量,以免成为系统瓶颈。
第二节典型化工设备的选用和设计方法,一、泵的选用与设计程序1收集基础数据2确定泵的流量和扬程3选择泵型及泵的具体型号4核算泵的性能5确定泵的安装高度6计算泵的轴功率7选定泵的材料和轴封8确定冷却水或加热蒸汽耗量9选用驱动装置-电动机或蒸汽透平10确定泵的台数及备用率11填写泵规格表-作为泵订货依据和选泵过程中各项数据的汇总。
1收集基础数据,介质物性:
介质名称、输送条件下的物理性质(如粘度、蒸汽压、腐蚀性、毒性及易燃易爆等);介质中所含固体颗粒直径和含量;介质中气体的含量。
操作条件:
T、p、操作温度下的ps、间歇或连续操作等。
泵所在位置情况:
环境温度,海拔高度,装置平立面要求,送液高度,送液路程,进口和排出侧设备液面至泵中心距离及管线当量长度等。
2.确定泵的流量和扬程,
(1)泵的流量泵的流量决定于物料衡算,确定泵流量应考虑装置的富余能力及装置各设备能力的协调平衡;如果给出流量范围,选泵时以最大流量为基础;如果只给出正常流量,应选用适当的安全系数1.11.2。
流量通常必须换算成体积流量。
(2)扬程的确定和计算按泵的布置情况,液体的输送距离及高度,利用柏努利方程计算泵的扬程,再考虑采用1.051.1的安全系数。
如果有现场实际数据应尽可能采用。
3.选择泵型及泵的具体型号,根据确定的流量、扬程,按泵型的确定原则和泵的工作范围初步确定泵的类型。
根据介质特性(腐蚀性)选择泵的材质。
从工艺角度选择泵类型:
流量大,扬程不高时,可选单级离心泵;流程不大,扬程高时,宜选往复泵或多级离心泵;输送有腐蚀介质,选耐腐蚀泵;输送昂贵液体、剧毒或放射性液体应用完全不泄漏无轴封的屏蔽泵;当要求精确进料时,应选用计量泵或柱塞泵。
输送高温介质时可考虑选用热油泵。
再从有关泵制造厂提供的样本和技术资料选择泵的具体型号,列出所选型号泵以清水为基准的性能参数。
耐腐蚀问题:
据有关统计,化工设备的破坏约有60%是由于腐蚀引起的,因此在化工泵选型时特别要注意选材的科学性。
1.硫酸:
氟塑料具有较好的耐硫酸性能,采用衬氟泵是一种更为经济的选择。
2.盐酸:
内衬橡胶泵和塑料泵(如聚丙烯、氟塑料等)是输送盐酸的最好选择。
3.硝酸:
不锈钢是应用最广的耐硝酸材料,对常温下一切浓度的硝酸都有良好的耐蚀性,对于高温硝酸,通常采用钛及钛合金材料。
4.醋酸:
不锈钢是优良的耐醋酸材料,高温高浓醋酸或含有其它腐蚀介质等苛刻要求时,可选用高合金不锈钢或氟塑料泵。
5.碱(氢氧化钠):
钢铁广泛应用于80以下、30%浓度内的氢氧化钠溶液。
对于高温碱液多采用钛及钛合金或者高合金不锈钢。
6.氨:
只有铜和铜合金不宜使用。
7.盐水(海水):
普通钢铁在氯化钠溶液和海水、咸水中腐蚀率不太高,一般须采用涂料保护。
8.醇类、酮类、酯类、醚类:
基本没有腐蚀性,常用材料均可适用。
酮、酯、醚对多种橡胶有溶解性,在选择密封材料时避免出错。
利用离心泵的特性曲线选用泵的型号,性能参数:
流量Vm3/s压头HmH2O轴功率NkW效率%特性曲线:
HV曲线NV曲线V曲线离心泵的特性曲线由制造厂附于产品样本中,是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。
具体步骤利用泵特性曲线,在横坐标上找到所需流量值,在纵坐标上找到所需扬程值,从两值分别向上和向右引垂线或水平线,两线交点正好落在特性曲线上,则该泵就是要选用的泵,但是这种理想情况一般不会很少,通常会碰上下列几种情况:
、第一种:
交点在特性曲线上方,这说明流量满足要求,但扬程不够,此时,若扬程相差不多,或相差左右,仍可选用,若扬程相差很多,则选扬程较大的泵。
、第二种:
交点在特性曲线下方,在泵特性曲线扇状梯形范围内,就初步定下此型号,然后根据扬程相差多少,来决定是否切割叶轮直径,若扬程相差很小,就不切割,若扬程相差很大,切割叶轮直径。
若交点不落在扇状梯形范围内,应选扬程较小的泵。
4.核算泵的性能若输送液体的物理性质与水有较大差异,则应对泵的扬程、流量进行核算。
并与工艺要求进行对比,确定所选泵是否可用。
5.确定泵的安装高度确定泵的型号后,计算泵的允许吸上高度,核对泵的安装高度。
泵的安装高度必须低于泵的允许吸上高度。
安装高度应比计算出来的允许吸上高度低0.51m。
6泵的台数和备用率泵的台数,考虑一开一备是合理的,但如为大型泵,一开一备的配置并不经济,这种情况下可设两台较小的泵供正常操作使用,另设一台同样大小的泵作备用。
一般来说,一些重要岗位的泵、高温操作或其他苛刻条件下使用的泵,均应设备用泵,备用率一般取100,而其他情况下连续操作的泵,可考虑用50%的备用率。
在连续操作的大型装置中使用的泵应考虑较大的备用率。
气体输送、压缩设备,1.、通风机压力在0.115MPa以下,由于通风、干燥等过程。
压缩比为1-1.5。
2、鼓风机压力在0.115MPa-0.4MPa,用于原料气的压缩、液体物料的压送、固体物料的气流输送。
压缩比小于4。
3、压缩机压力在0.4MPa以上,用于气动仪表用气、压料过滤,吹扫管道。
压缩比大于4。
4、真空泵用于减压。
压缩比由真空度决定。
固体搬运及粉碎设备,1、起重设备吊钩、起重机等。
2、仓储设备装卸车、液压升降台、装载机。
3、运输设备移动式皮带输送机、气垫带式输送机、斗式提升机。
4、破碎设备5、计量包装设备台秤、地磅、自动称量机。
二贮罐,1立式贮罐平底平盖系列平底锥盖系列90无折边锥形底、平盖系列立式、无折边球形封头系列90折边锥形底、椭圆形盖系列立式椭圆形封头系列常压下使用,贮存非易燃易爆、非剧毒的化工液体。
2卧式贮罐,卧式无折边球形封头系列用于p0.07MPa,贮存非易燃易爆、非剧毒的化工液体。
卧式椭圆形封头系列用于p=0.25-4.0MPa,贮存化工液体。
3立式圆筒形固定顶贮罐系列,设计压力2kPa-0.5kPa,设计温度-19150。
公称容积10030000m3。
公称直径为5200-42000mm。
用于贮存石油、石油产品及化工产品。
4立式圆筒形内浮顶贮罐系列,设计压力0kPa,设计温度-1980,公称容积100-30000m3。
公称直径为4500-44000mm。
用于贮存易挥发的石油、石油产品及化工产品。
5球罐系列,用于贮存石油化工气体、石油产品、化工原料及公用气体等。
特点、占地面积小,贮存容积大。
设计压力:
4MPa以下,公称容积50-10000m3。
6钢制低压湿式气柜,设计压力4000Pa以下,公称容积5010000m3适于化工、石油化工气体的贮存、缓冲、稳压、混合等气柜用。
贮罐存贮量的确定,贮罐的存贮量是贮罐设计的最基本的参数。
1、原料贮罐。
全厂性原料库房贮罐。
原料存贮量要保证生产能正常进行,主要根据原料市场供应情况和供应周期而定,一般以13月的生产用量为宜,但若货源充足、运愉周期又短时则存贮量可少些。
车间的原料贮罐一般考虑至少半个月的用量,因为车间成本核算常常是逐月进行的。
因而贮罐存贮量一般不主张超过1月。
2、成品贮罐,一般主要按工厂短期停车后仍能保证满足市场需求来确定存贮量,液体产品贮罐常按至少贮存一周的产品产量设计。
3、中间贮罐,中间贮罐的设置是考虑生产过程中在前面某一工序临时停车时仍能维持后面工段的正常生产。
所以要比原料罐的存贮量少得多。
对于连续化生产视情况贮存几小时至几天的用量,而对间歇生产过程,至少应考虑存贮一个班的生产用量。
4、回流罐,蒸馏塔回流罐一般考虑5min至10min左右的液体保有量作冷凝器液封之用。
以上
(1)至(4)类液体贮罐的装料系数(有效容积占贮罐总容积的百分率)一般在0.8左右,有时可高达0.85,存放气体的容器装料系数是1。
5缓冲罐,缓冲罐的目的是使气体有一定数量的积累,使压力稳定,从而保证工艺流程中流量的稳定,常常是下游使用设备(例如压缩机、泵)5min至10min的用量,有时可超过15min的用量,以便有充裕时间处理故障调节流程或关停机器。
6、闪蒸罐,闪蒸过程是液体的部分气化过程,是一个单级分离过程,液体在闪蒸罐的停留时间应考虑尽量使液体在闪蒸罐内有充分的时间使接近气液平衡状态,因此应视工艺过缓的不同要求选择液体在罐内的停留时间。
三、换热设备的设计和选用,一、换热设备设计和选用的一般原则1.符合规定的工艺操作条件介质流程、流速、终端温差、压降、传热系数、污垢系数。
2.安全可靠换热设备是压力容器,应按照压力容器和换热器设计有关规定和标准进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命的计算与校核。
3.安装、操作及维修方便设备与部件应便于运输与装拆,在厂房中移动时不会受到楼梯、梁、柱等的妨碍。
4.经济合理评定换热器的经济指标是:
设备费与操作费的总和为最小。
应根据这一指标来选择换热器,并确定适宜的操作条件。
5.尽量选用标准设计和标准系列我国已将多种换热器如管壳式换热器、板式换热器和石墨换热器系列化,采用标准图纸进行系列化生产。
管壳式换热器的设计步骤,1.分析设计任务,汇总设计数据物料流量、温度、压力和物理化学性质,相关物性参数及设备的负荷、流程中的位置、与其他设备的关系等数据。
2.设计换热流程在换热设计时,应仔细探讨换热工艺流程,充分利用热量和热源。
3.选择换热器的材质根据操作压力、温度、介质腐蚀性及其他有关性能,材料规格,价格等综合选择换热器材质。
4.确定换热器类型根据热负荷和选用的换热器材料,选定类型。
换热器的分类,5.确定冷热流体的流程和流向,根据热载体性质,换热任务和换热器结构,决定不同流体的流程以及采用并流,逆流或错流折流等。
6.计算平均传热温差tm,确定终端温差,根据化学工程有关公式,计算平均温差。
考虑换热器的经济合理和传热效率(经验规则),7.计算热负荷Q8.估计污垢热阻系数初算传热系数K9.初算总传热面积A流速大小的探讨流速较高,可提高传热效率,有利于冲刷污垢和沉积;但流速不能过大。
10.参照标准系列,初选换热器确定换热器的基本结构参数:
d、l、n、t、D、管程数、折流板型式及数目等,并确定设备台数。
11.校核校核传热系数、平均温差、传热面积12.验算换热器的压力降压力降的影响因素很多,一般随操作压力不同而有一个大致范围(参考相关手册)。
如果不符合要求,要重新选择。
13.画出换热器设备草图由机械设备设计人员完成换热器的详细部件设计。
二余热锅炉,余热锅炉是利用工业生产中的余热来生产蒸汽的一种换热设备,又称为废热锅炉。
1作用满足工艺生产的需要提高热能总利用率,节约一次能源消耗消除环境污染,减少公害,2余热锅炉的基本特点
(1)余热锅炉的结构形式多种多样一般由其工作条件(如温度、压力、流量等)和介质流动循环方式决定。
(2)余热锅炉的热源很广,介质多种多样不仅烟道气,而且其它气体也含有腐蚀性很强的组分,或带有大量粉尘、烟灰等,因而其腐蚀、积灰、堵灰和磨损等问题比较严重。
(3)有些余热锅炉的主体设备与辅助设备分散安装在工艺流程中的不同部位,互相之间的联系要求很高。
余热锅炉的工作情况变化影响工艺气的操作条件,会对整个流程产生连锁反应,影响产品的产量和质量。
(4)余热锅炉的操作不稳定受到余热源热负荷波动的影响。
(5)有的余热锅炉水侧、气侧均处于高温、高压条件下,因而对锅炉结构有很高的要求。
传热强化概述,换热设备稳定传热时的传热方程式:
传热强化渠道增大平均传热温差增大换热面积提高传热系数,增大平均传热温差平均传热温差T是传热过程的推动力,由冷、热流体最大无相变温差决定,但一般生产工艺中已经确定。
1.当冷流体和热流体进出口温度一定时,利用不同的换热面布置来改变平均传热温差;逆流;多股流动换热。
2.扩大冷、热流体进出口温度的差别以增大平均传热温差。
此法受生产工艺限制,不能随意变动,只能在有限范围内采用。
增大换热面积1采用小直径换热管;在同样金属重量下总表面积增大。
2改进传热面结构,设法提高单位容积内设备的传热面积,即扩展表面换热面,既增加换热面积,又提高传热系数。
问题:
流动阻力增大,提高传热系数提高对流传热系数的方法1.有功传热强化应用外部能量达到传热强化如:
搅拌换热介质、使换热表面或流体振动、将电磁场作用于流体以促使换热表面附近流体的混合等技术2.无功传热强化不需外部能量,而是利用扩展表面;既能增加传热面积,又能提高传热系数,压力容器,压力容器发展趋势高参数大型化选用高强度材料,压力容器设计:
根据给定的工艺设计条件,遵循现行的工艺标准规定,在确保安全的前提下,经济、正确地选择材料,并进行结构、强(刚)度和密封设计。
结构设计确定合理、经济的结构形式,满足制造、检验、装配、运输和维修等要求。
强(刚)度设计确定结构尺寸,满足强度或刚度及稳定性要求,以确保容器安全可靠地运行。
密封设计选择合适的密封结构和材料,保证密封性能良好。
设计要求,安全性与经济性的统一安全性指结构完整性和密封性。
安全是前提,经济是目标,在充分保证安全的前提下尽可能做到经济。
经济性包括材料的节约,高的效率,经济的制造过程,低的操作和维修费用等。
设计文件,设计图样、技术条件、强度计算书,必要时还应包括设计或安装、使用说明书。
若按分析设计标准设计,还应提供应力分析报告。
强度计算书:
包括设计条件、所用规范和标准、材料、腐蚀裕量、计算厚度、名义厚度、计算应力等。
装设安全泄放装置的压力容器,还应计算压力容器安全泄放量、安全阀排量和爆破片泄放面积。
当采用计算机软件进行计算时,软件必须经“全国锅炉压力容器标准化技术委员会”评审鉴定,并在国家质量监督检验检疫总局特种设备局认证备案,打印结果中应有软件程序编号、输入数据和计算结果等内容。
包括压力容器名称、类别;设计条件;必要时应注明压力容器使用年限;主要受压元件材料牌号及材料要求;主要特性参数(如容积、换热器换热面积与程数等);制造要求;热处理要求;防腐蚀要求;无损检测要求;耐压试验和气密性试验要求;安全附件的规格;压力容器铭牌的位置;包装、运输、现场组焊和安装要求;以及其它特殊要求。
设计图样,总图,零部件图,总图,过程设备设计,失效形式,失效判据,(选择),设计准则,(相应),设计是否合理,(判别),4.2设计准则,过程设备设计,4.2.1压力容器失效,失效压力容器在规定的使用环境和时间内,因尺寸、形状或材料性能发生改变而完全失去或不能达到原设计要求(包括功能和寿命等)的现象。
失效表现形式,失效原因多种多样,过程设备设计,一、压力容器失效形式,
(一)、压力容器基本失效形式,过程设备设计,a.韧性断裂韧性断裂是压力容器在载荷作用下,产生的应力达到或接近所用材料的强度极限而发生的断裂。
(1)强度失效因材料屈服或断裂引起的压力容器失效,称为强度失效,包括(a)韧性断裂、(b)脆性断裂、(c)疲劳断裂、(d)蠕变断裂、(e)腐蚀断裂等。
过程设备设计,特征,原因,断后有肉眼可见的宏观变形,如整体鼓胀,周长伸长率可达1020%,断口处厚度显著减薄;没有碎片,或偶尔有碎片;按实测厚度计算的爆破压力与实际爆破压力相当接近。
壁厚过薄和内压过高,壁厚未经设计计算和壁厚因腐蚀而减薄,操作失误、液体受热膨胀、化学反应失控等。
严格按照规范设计、选材,配备相应的安全附件,且运输、安装、使用、检修遵循有关的规定,韧性断裂可以避免,过程设备设计,4.2设计准则,过程设备设计,断裂时容器没有膨胀,即无明显的塑性变形;其断口齐平,并与最大应力方向垂直;断裂的速度极快,常使容器断裂成碎片。
由于脆性断裂时容器的实际应力值往往很低,爆破片、安全阀等安全附件不会动作,其后果要比韧性断裂严重得多。
特征,b.脆性断裂脆性断裂是指变形量很小、且在壳壁中的应力值远低于材料的强度极限时发生的断裂。
这种断裂是在较低应力状态下发生,故又称为低应力脆断。
过程设备设计,脆性断裂原因,材料脆性和缺陷。
a.材料选用不当、焊接与热处理不当使材料脆化;低温、长期在高温下运行、应变时效等也会使材料脆化;,b.压力容器用钢一般韧性较好,但若存在严重的原始缺陷(如原材料的夹渣、分层、折叠等)、制造缺陷(如焊接引起的未熔透、裂纹等)或使用中产生的缺陷,也会导致脆性断裂发生。
过程设备设计,交变载荷指大小和(或)方向都随时间周期性(或无规则)变化的载荷。
包括压力波动、开车停车;加热或冷却时温度变化引起的热应力变化;振动或容器接管引起的附加载荷的交变而形成的交变载荷。
需要指出原材料或制造过程中产生的裂纹,也会在交变载荷的反复作用下扩展而导致压力容器疲劳。
c.疲劳断裂在交变载荷作用下,经一定循环次数后产生裂纹或突然发生断裂失效的过程。
过程设备设计,失效形式“未爆先漏”,破坏需要有一定时间。
疲劳破坏包括裂纹萌生、扩展和最后断裂三个阶段。
裂纹源往往位于接管根部、焊接接头等高应力区或有缺陷的部位。
裂纹扩展区是疲劳断口最重要的特征区域。
常呈现贝纹状,是疲劳裂纹扩展过程中留下的痕迹。
瞬时断裂区裂纹扩展到一定程度时的快速断裂区。
疲劳断口裂纹源、裂纹扩展区和瞬时断裂区组成。
过程设备设计,特征:
疲劳断裂时容器的总体应力值较低,断裂往往在容器正常工作条件下发生,没有明显征兆,是突发性破坏,接近脆断,危险性很大。
过程设备设计,从变形看具有韧性断裂特征,从应力看具有脆性断裂特征,d.蠕变断裂压力容器在高温下长期受载,随时间的增加材料不断发生蠕变变形,造成壁厚明显减薄与鼓胀变形,最终导致压力容器断裂。
均匀腐蚀的减薄和局部腐蚀的凹坑引起的断裂,晶间腐蚀和应力腐蚀引起的断裂,过程设备设计,e.腐蚀断裂韧性断裂特征脆性断裂特征。
过程设备设计,
(2)刚度失效由于构件过度的弹性变形引起的失效。
(3)失稳失效在压应力作用下,压力容器突然失去其原有的规则几何形状引起的失效。
(4)泄漏失效泄漏而引起的失效。
危害:
可能引起中毒、燃烧和爆炸等事故,造成环境污染等。
交互失效多种因素作用下同时发生多种形式的失效。
过程设备设计,
(二)、交互失效形式,例如:
腐蚀疲劳,腐蚀介质交变应力,蠕变疲劳,高温交变应力,过程设备设计,压力容器最可能发生的失效形式,二、失效判据与设计准则,设计思路,求得压力容器在稳态或瞬态工况下的力学响应(如应力、应变、固有频率等),确定力学响应的限制值以判断压力容器能否安全使用是否获得满意的使用效果,(根据),过程设备设计,适用的设计标准,压力容器设计时,先确定,最有可能的失效形式,选择,合适的失效叛据和设计准则,确定,进行设计、校核,再按照标准要求,过程设备设计,4.2.2强度失效设计准则,强度失效的两种主要形式:
屈服断裂,(在常温、静载作用下),常用的强度失效设计准则:
弹性失效设计准则塑性失效设计准则爆破失效设计准则弹塑性失效设计准则疲劳失效设计准则蠕变失效设计准则脆性断裂失效设计准则,过程设备设计,弹性失效设计准则将容器总体部位的初始屈服视为失效。
一、弹性失效设计准则(韧性材料),1、单向拉伸最大拉应力准则,失效判据的数学表达试,相应的设计准则,最大拉应力准则,屈服应力,许用应力,最大拉应力,(4-3),过程设备设计,式中:
过程设备设计,2、任意应力状态,
(1)最大切应力准则,屈雷斯卡(Tresca)屈服失效判据,任意应力状态,(4-4),(最大切应力屈服失效判据),第三强度理论,过程设备设计,任意应力状态,(4-5),
(2)形状改变比能准则,形状改变比能失效判据:
第四强度理论:
过程设备设计,3、应力强度或相当应力,弹性失效设计准则统一:
过程设备设计,过程设备设计,2、塑性失效设计准则,理想弹塑性材料,内压厚壁圆筒,(4-6),(4-7),全屈服安全系数,过程设备设计,压力容器一般具有应变硬化现象爆破压力大于全屈服压力,(4-8),三、爆破失效设计准则,容器爆破作为失效判据,爆破失效设计准则:
过程设备设计,过程设备设计,容器承受稍大于初始屈服载荷的载荷少量的局部塑性变形残余应力场若容器所受的载荷较小应力叠加后小于屈服点保持弹性行为无新塑性变形“安定”状态。
载荷继续增大反向屈服,或塑性变形累积丧失安定渐增塑性变形“不安定”状态。
安定载荷安定和不安定的临界状态相对应的载荷变化范围。
工程上:
由于超过安定载荷后容器并不立即破坏,危险性较小,安定载荷的安全系数1.0,最大载荷变化范围安定载荷。
安定状态,过程设备设计,低周疲劳每次循环中材料都将产生一定的塑性应变,疲劳破坏时的循环次数较低,一般在105次以下。
低周疲劳设计曲线由试验及理论得,虚拟应力幅与许用循环次数之间的关系曲线。
疲劳失效设计准则最大虚拟应力幅按低周疲劳设计曲线所确定的许用循环次数大于容器所需的循环次数,容器就不会发生疲劳失效。
断裂力学理论带裂纹的压力容器疲劳设计准则,即按照疲劳裂纹扩展与断裂的规律对循环载荷作用下的容器作出安全评定。
五、疲劳失效设计准则,过程设备设计,脆性断裂属于断裂力学的研究范围,认为材料中存在缺陷,研究缺陷在载荷和环境作用下的破坏规律。
断裂力学应用
(1)指导压力容器的选材和设计
(2)在役压力容器的安全评定,六、蠕变失效设计准则,将应力限制在由蠕变极限和持久强度确定的许用应力以内。
七、脆性断裂失效设计准则,过程设备设计,防止容器发生脆性破坏措施:
(1)材料根据受压元件的厚度、应力水平、最低金属温度、载荷性质、介质对材料韧性的影响等因素,提出材料夏比V缺口冲击功或断裂韧性验收指标。
(2)缺陷尽量减少焊接接头;提高无损检测技术。
(3)设计由无损检测水平假设高应力区存在裂纹利用断裂方法裂纹安全性评估确保容器不发生低应力脆性破坏。
过程设备设计,
(1)破损安全设计假设裂纹存在时,结构还能承受工作载荷容器裂纹容限问题。
(2)先漏后爆设计材料具
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