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在化工生產(chǎn)中，我們能看到形形色色的容器，例如反應(yīng)器（代號R）、換熱器（代號E）、儲罐（代號C）等，它們都屬于壓力容器。壓力容器的定義是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備。它的基本組成可以簡單概括為：筒體、封頭、密封裝置、開孔與接管、支座、安全附件，結(jié)構(gòu)如圖1所示：

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圖1 壓力容器的整體結(jié)構(gòu)

按照承壓方式分類，壓力容器可以分為內(nèi)壓容器和外壓容器，內(nèi)壓容器又可按設(shè)計壓力（P）大小分為四個壓力等級，具體劃分如下：

a)?低壓容器：0.1MPa≤P＜1.6MPa

b)?中壓容器：1.6MPa≤P＜10.0 MPa

c)?高壓容器：10.0MPa≤P＜100.0MPa

d)?超高壓容器：P≥100.0MPa

外壓容器中，當容器的內(nèi)壓力小于1個絕對大氣壓時又稱為真空容器。

壓力容器設(shè)計的一般思路如圖2所示，首先是判斷壓力容器失效的形式，失效的形式一般有以下幾種：

1)?? 強度失效：因材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效；

2)?? 剛度失效：由于壓力容器變形大到足以引起其正常工作而引起的失效；

3)?? 失穩(wěn)失效：在壓應(yīng)力作用下，壓力容器突然失去其原有的原則幾何形狀而引起的失效；

4)?? 泄露失效：泄露引起的失效（一般為跑、冒、滴、漏幾種形式）。

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圖2 壓力容器設(shè)計步驟

對于一般使用的薄壁壓力容器，強度失效主要失效形式，采用彈性設(shè)計準則，即將容器總體部位的初始屈服視為失效，以最大拉應(yīng)力準則（即σ1≤[σ]^t）來設(shè)計，并且按GB150《壓力容器》進行制造、檢驗和驗收，并接受TSG21《固定式壓力容器》的監(jiān)督。

壓力容器選材應(yīng)依據(jù)GBT13-2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》標準。對于普通用途沒有特殊要求的壓力容器，常用的鋼材是Q345R（相當于舊牌號16MnR），它是壓力容器使用范圍最廣泛的鋼材，表示的意思為屈服極限為345MPa(即σ_s=345MPa)；但當溫度在475-600℃環(huán)境下，應(yīng)使用Cr-Mo熱強鋼，提高設(shè)備的熱強性和抗氫腐蝕性能，如15CrMoR、12Cr1MoVR等；當溫度低于-20℃工作的壓力容器，應(yīng)按照低溫壓力容器選材，如鐵素體低溫用鋼（16MnDR、15MnNiDR）、奧氏體鋼（Fe-Cr-Ni系）等。并且對于有氯化物應(yīng)力腐蝕和孔蝕環(huán)境，應(yīng)選用奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。

對于不同的壓力容器，應(yīng)力分析都不一樣并且很復(fù)雜，故可以使用軟件SW6進行設(shè)計，以板式浮閥塔為例，操作步驟如下。

如圖3，首先選擇塔設(shè)備選項

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圖3 塔設(shè)備選項

即可出現(xiàn)圖4所示，點擊“文件操作”，新建一個項目

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圖4 新建文件

在如圖5，在“數(shù)據(jù)輸入”中，首先是“筒體數(shù)據(jù)”

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圖5 輸入筒體數(shù)據(jù)

如圖6，對于筒體壁厚，可以先大概自己估填一個值（例如10mm）

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圖6 估算筒體壁厚

在后續(xù)的“計算結(jié)果”中，會給出一個推薦值（例如14mm），在回過來更改此處即可，還需要說明的兩個地方是“焊縫系數(shù)”和“實驗壓力”，選擇和計算分別如下表：

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(注：[σ]表示材料在試驗溫度（通常為常溫15℃）下的許用應(yīng)力，[σ]^t表示材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力)

其次是“內(nèi)件數(shù)據(jù)”，根據(jù)塔的類型輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)，如圖7:

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圖7 內(nèi)件數(shù)據(jù)

接下來是“附件數(shù)據(jù)”，對于“扶梯和管線的相對位置”，推薦取90°，“平臺寬度”取1000mm即可，如圖8：

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圖8 附件數(shù)據(jù)

對于“上封頭數(shù)據(jù)”，若無特殊要求，通常取標準橢圓封頭，即“封頭內(nèi)曲面深度”為筒體內(nèi)直徑的1/4，“封頭名義厚度”通常取和筒體壁厚相同，在筒體內(nèi)徑小于2000mm時，封頭直邊段取25mm，大于取40mm，如圖9:

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圖9 上封頭數(shù)據(jù)

“下封頭數(shù)據(jù)”輸入如圖10:

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圖10 下封頭數(shù)據(jù)

對于“載荷數(shù)據(jù)”，“偏心載荷”指的是塔體上懸掛的再沸器、冷凝器等附屬設(shè)備，質(zhì)量系數(shù)取1.2即可，其余的參數(shù)按照塔設(shè)備建造的地方選取，可參照GB150《壓力容器》。偏心載荷的設(shè)置如下：

圖11 偏心載荷數(shù)據(jù)設(shè)置1

?圖12 偏心載荷數(shù)據(jù)設(shè)置2

“裙座數(shù)據(jù)”輸入中，按照“化工原理課程設(shè)計”中計算得到相應(yīng)的參數(shù)即可。

圖13 裙座數(shù)據(jù)設(shè)置1

圖14 裙座數(shù)據(jù)設(shè)置2

圖15 裙座數(shù)據(jù)設(shè)置3

隨后點擊“計算”->“設(shè)備計算”如圖16:

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圖16 設(shè)備計算

在圖17所示中，選擇已經(jīng)輸入過的數(shù)據(jù)選項，得到圖18，檢查圖18中是否所有的選項都合格之后，才可形成“計算說明書”，否則得對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行修改直至合格。

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圖17 選擇數(shù)據(jù)選項

圖18 整體數(shù)據(jù)校核

所有數(shù)據(jù)校驗合格后，即可導(dǎo)出“設(shè)計計算書”，如下圖19所示。至此，運用軟件SW進行本壓力容器的應(yīng)力分析初步完成。

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圖19 導(dǎo)出設(shè)計計算書