锅炉、与压力容器安全对策(9)

  仪器信息网 ·  2007-04-26 21:40  ·  22085 次点击
(41)充装压力与充装温度(Fillingpressureandfillingtemperature)
充装压力是指气瓶充装终了时,瓶内介质在充装温度下达到的压力(表压);充装温度是指气瓶充装终了时,瓶内介质实际达到的温度。气瓶的充装温度不等于瓶壁温度;也不完全相同于充装系统(贮罐)内的气体温度;它还与充装速度有关。所以气瓶的充装温度一般是在规定充装速度下,以充装系统内的气体温度或充装车间内的环境温度为基准,按实测的试验数据确定。为了保证所装的压缩气体不超过气瓶最大充装量,气瓶的充装压力应该控制在按下列公式计算所得之值的范围内:
P0=PZ0T0/ZT
式中,Pο是气瓶的充装压力,单位是MPa;Tο是气瓶的充装温度,单位是K;Zο是在Pο、Tο的条件下气体的压缩系数;P是气瓶的许用压力,MPa;T是气瓶的最高使用温度,333K;Z是在P、T的条件下气体的压缩系数。
(42)气瓶充装系数(Fillingratioofcylinders)
气瓶的充装系数是单位气瓶容积允许充装的最大介质量,一般以kg/L表示。充装系数实际就是液化气体(包括高压液化气体与低压液化气体)的最大充装量。高压液化气体气瓶的充装系数按所装入的介质在最高使用温度(333K)下瓶内气体(介质已全部气化)的压力为气瓶的许用压力来确定;低压液化气体气瓶的充装系数则是介质在最高液相平均温度(现定为333K)下液体密度的97%。高压液化气体与低压液化气体的充装系数分别按下列公式确定:
Fd=(3.47PM/Z)×10—4
F′d=0.95rt
式中,Fd是高压液化气体充装系数,kg/L;F′d是低压液化气体充装系数,单位是kg/L;P是气瓶的许用压力,MPa;M是气体的分子量;Z是气体在压力P及333K正气压缩系数;rt是介质在最高液相平均温度(333K)时的液体密度,kg/L。
(43)薄膜理论(Membranetheory)
薄膜理论常用以分析研究薄壁回转体在压力作用下所产生的应力及其特性与分布规律。所谓回转壳体是指壳体的中间面是回转表面,此回转表面是由任何直线或平面曲线绕其同平面内的轴线回转而形成的。薄壁是指壳体的壁厚远小于壳体的其它尺寸,通常按壳体的外径与内径的比值大小来划分,外内径比不大于1.1~1.2者属薄壁壳体。薄壁理论的分析基础是假定壳体的壁厚与其直径相比很小,壳壁就象薄膜一样,只能承受拉应力和压应力,应力是沿壁厚均匀分布的,安全不能承受弯矩和弯曲应力。所以这种理论又称为无力矩理论。实际上,工程中并不存在象薄膜那机关报薄壁壳体,即使壳壁再薄,壳体中也还是或多或少地存在一些弯曲应力。所以这种理论有其近似性和局限性。只不过薄壁壳体中弯曲应力很小,如将其略去不计,其误差仍在工程计算的允许范围内,而分析计算方法则可以大大简化。因此,薄膜应力在压力容器的应力分析和强度设计中一直广泛使用。
(44)薄膜应力(Membianestress)
按照薄膜理论分析计算得出的薄壁回转壳体的应力,称为薄膜应力。由于薄膜理论是根据壳壁应力沿壁厚均匀分布的假设来进行应力分析的,所以薄膜应力实际上是壳壁上的平均应力。薄膜应力是压力容器最重要的一类应力。过大的薄膜应力会直接导致容器的过量塑性变形甚至破裂。掌握薄膜应力的基本概念,熟知常用承压部件薄膜应力的计算,对压力容器的设计、安全监督管理、失效事故分析等都十分重要。压力容器最常用的承压部件是球体、圆筒体和锥体等。这些回转壳体在压力作用下所产生的薄膜应力可以分别按下列公式计算。
式中,σ4σθ分别是壳体的径向应力和环向应力(MPa);P是壳体承受的内压力(MPa);D是壳体的中径(内外直径的平均值)(cm);s是壳体的壁厚(cm);α是锥形壳体的半顶角。
(45)不连续应力(Discontinuitystress)
不连续应力是两个形状或尺寸不同而相互连接的部件,在承载时产生不同的变形而相互受到限制因而引起的应力。例如圆筒形容器中的圆筒体与球形封头,在内压作用下,圆筒体直径的自由增量应比同样厚度的半球体直径的自由增量大一些,但两者又是焊接在一起而不能分离的,因此两元件的自由变形就相受到限制,结果在连接处附件就产生不连续应力。这种应力只发生在元件的边界地区,所以也称为边界应力。锅炉和压力容器的不连续应力主要产生在以下的一些部位:
(1)圆筒体与各种型式封头的连接处;
(2)壁厚不相同的两个圆筒体的连接处;
(3)圆筒体上焊接法兰或装设加强圈处;
(4)圆筒与管板连接处;
(5)物理性能不同的材料制造的两个圆筒的连接处;
(6)圆筒体或球体上的开孔接管处。
不连续应力的大小,取决于两连接部件承载时自由变形的差距(包括角变形和线变形),差距越大,引起的不连续应力也越大。例如圆筒体与平板封头连接时的不连续应力要大于与半球封头连接时的不连续应力。同是平板封头,薄的又要比厚的产生的不连续应力大一些。不连续应力只存在两个部件连接处附近的局部地区,它以衰减波的形式沿着连接轴线迅速减弱,稍为远离连接处的部位即不受其影响;不连续应力也不会降低容器的静力强度,因为它不会直接导致容器的破坏。但过高的不连续应力会影响容器的疲劳寿命,也可能引起容器脆性破坏。

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