ASME壓力容器及其有限元分析Ansys有限元分析

2016-10-29 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

壓力容器,英文:pressure vessel,是指盛裝氣體或者液體,承載一定壓力的密閉設(shè)備。貯運(yùn)容器、反應(yīng)容器、換熱容器和分離容器均屬壓力容器。
壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都起著重要作用的設(shè)備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構(gòu)成容器本體。此外,還配有安全裝置、表計(jì)及完全不同生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)件。壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)等原因,容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)的安全及污染環(huán)境的事故。
ASME壓力容器設(shè)計(jì)意味著計(jì)算方法是按ASME第8卷中的規(guī)則和計(jì)算方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算,不一定要選用ASME材料,除非和客戶簽訂的技術(shù)協(xié)議里特別注明需要使用ASME材料,容器的管路當(dāng)然也是要按ASME的要求。
由于產(chǎn)品的安全性和經(jīng)濟(jì)性的要求,有限元分析應(yīng)用需求是最廣泛的。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求,設(shè)計(jì)者可以借助有限元來解決容器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性及壽命(疲勞)的設(shè)計(jì)問題。
壓力容器的主要特點(diǎn)
結(jié)構(gòu)形式:
壓力容器主要的結(jié)構(gòu)形式為回轉(zhuǎn)殼,當(dāng)然最典型的是柱殼(常稱為筒體)和球殼(球罐和封頭等)。常見的結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)是:開孔、支撐、加強(qiáng)構(gòu)件等;殼體的厚度遠(yuǎn)小于殼體的曲率半徑;結(jié)構(gòu)不規(guī)則;異種材料連接等。
根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的主要特點(diǎn)和用途還可以進(jìn)一部分類為:塔式容器、臥式容器、換熱器、球罐等。
載荷形式:
1) 壓力:這是最重要的載荷形式,包括內(nèi)壓和外壓;
2) 熱載荷:主要是由于溫度梯度引起來的熱應(yīng)力;
3) 力和力矩:設(shè)備管道傳給設(shè)備的外力,附加載荷等
4) 地震:設(shè)備的地震也是必須考慮的問題;
5) 風(fēng)載荷:對(duì)于一些塔式容器和球罐,風(fēng)載荷也是主要考慮的載荷;
6) 雪載荷:對(duì)我國北方地區(qū)的室外容器;
求解模式:
靜力,動(dòng)力,屈曲,疲勞,線彈性,彈塑性,非線性,接觸
壓力容器的分類

一、按設(shè)計(jì)壓力分類:

1、低壓(L)0.1MPa≤P<1.6 MPa
2、中壓(M)1.6 MPa≤P<10 MPa
3、高壓(H)10 MPa≤P<100 MPa
4、超高壓(U)P≥100 MPa

二、按工藝過程中的作用分:

1、反應(yīng)壓力容器(R):主要是用于完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)的壓力容器。如反應(yīng)器、反應(yīng)釜、分解鍋、硫化罐、分解塔、聚合塔、高壓釜、超高壓釜、合成塔、變換爐、蒸煮鍋、蒸球、蒸壓釜、煤氣發(fā)生爐等。
2、換熱壓力容器(E):主要是用于完成介質(zhì)的熱量交換的壓力容器。如管殼式余熱鍋爐、熱交換器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、加熱器、消毒鍋、染色器、烘缸、蒸炒鍋、預(yù)熱鍋、溶劑預(yù)熱器、蒸鍋、蒸脫機(jī)、電熱蒸汽發(fā)生器、煤氣發(fā)生爐水夾套等。
3、分離壓力容器(S):主要是用于完成介質(zhì)的流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離等的壓力容器。如分離器、過濾器、集油器、緩沖器、洗滌器、吸收塔、銅洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等。
4、儲(chǔ)存壓力容器(C,其中球罐為B):主要是用于儲(chǔ)存、盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)的壓力容器,如各種型式的儲(chǔ)

三、綜合分類

1、固定式壓力容器:使用環(huán)境固定,不能移動(dòng)。工作介質(zhì)種類繁多,大多為有毒、易燃易爆和具有腐蝕性的各類化學(xué)危險(xiǎn)品。如球形儲(chǔ)罐、臥式儲(chǔ)罐、各種換熱器、合成塔、反應(yīng)器、干燥器、分離器、管殼式余熱鍋爐、載人容器(如醫(yī)用氧艙)等。
2、移動(dòng)式壓力容器:主要是在移動(dòng)中使用,作為某種介質(zhì)的包裝搭載在運(yùn)輸工具。工作介質(zhì)許多都是易燃、易爆或有毒。如汽車與鐵路罐車的罐體。
3、氣瓶類壓力容器:作為壓力容器的一種,社會(huì)擁有量非常之大,有高壓氣瓶(如氫、氧、氮?dú)馄?和低壓氣瓶(如民用液化石油氣鋼瓶),工作介質(zhì)許多也是易燃、易爆或有毒物質(zhì)。也有很強(qiáng)的移動(dòng)性,既有運(yùn)輸過程中的長距離移動(dòng),也有在具體使用中的短距離移動(dòng)。如液化石油氣鋼瓶、氧氣瓶、氫氣瓶、氮?dú)馄?、二氧化碳?xì)馄俊⒁郝蠕撈?、液氨鋼瓶和溶解乙炔氣瓶等?emsp;
壓力容器安全附件
1、安全閥:安全閥的作用是當(dāng)設(shè)備內(nèi)的壓力超過規(guī)定要求時(shí)自動(dòng)開啟,釋放超過的壓力,使設(shè)備回到正常工作壓力狀態(tài)。壓力正常后,安全閥自動(dòng)關(guān)閉。
安全閥經(jīng)校驗(yàn)后,嚴(yán)禁加重物、移動(dòng)重錘、將閥瓣卡死等手段任意提高安全閥整定壓力或使安全閥失效。
2、壓力表:壓力表的量程應(yīng)與設(shè)備工作壓力相適應(yīng),通常為工作壓力的1.5~3倍,最好為2倍。壓力表刻度盤上應(yīng)該劃紅線,指出最高允許工作壓力。壓力表的連接管不應(yīng)有漏水、漏汽現(xiàn)象,否則會(huì)降低壓力表指示值。
3、爆破片
4、溫度計(jì)
5、液位計(jì)
6、減壓閥
7、緊急切斷裝置:其作用是當(dāng)管道及其附件發(fā)生破裂及誤操作或罐車附近發(fā)生火災(zāi)事故時(shí),可緊急關(guān)閉閥門迅速切斷氣源,防止事故蔓延擴(kuò)大。
8、快開門式壓力容器的安全聯(lián)鎖裝置:快開門安全聯(lián)鎖報(bào)警裝置是防止快開門式壓力容器發(fā)生操作事故的有效措施。其作用是:
a、當(dāng)快開門達(dá)到預(yù)定關(guān)閉部位方能升壓運(yùn)行的聯(lián)鎖控制功能;
b、當(dāng)壓力容器的內(nèi)部壓力完全釋放,安全聯(lián)鎖裝置脫開后,方能打開快開門的聯(lián)鎖聯(lián)動(dòng)功能;
c、具有與上述動(dòng)作同步的報(bào)警功能。