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:互聯網

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備。貯運容器、反應容器、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。它是在石油化學工業、能源工業、科研和軍工等國民經濟的各個部門都起著重要作用的設備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構成容器本體。此外,還配有安全裝置、表計及完全不同生產工藝作用的內件。壓力容器由于密封、承壓及介質等原因,容易發生爆炸、燃燒起火而危及人員、設備和財產的安全及污染環境的事故。
ASME壓力容器設計意味著計算方法是按ASME第8卷中的規則和計算方法進行設計和計算,不一定要選用ASME材料,除非和客戶簽訂的技術協議里特別注明需要使用ASME材料,容器的管路當然也是要按ASME的要求。
由于產品的安全性和經濟性的要求,有限元分析應用需求是最廣泛的。根據標準的要求,設計者可以借助有限元來解決容器的結構強度、穩定性及壽命(疲勞)的設計問題。
壓力容器的主要特點
結構形式:
壓力容器主要的結構形式為回轉殼,當然最典型的是柱殼(常稱為筒體)和球殼(球罐和封頭等)。常見的結構主要特點是:開孔、支撐、加強構件等;殼體的厚度遠小于殼體的曲率半徑;結構不規則;異種材料連接等。
根據其結構形式的主要特點和用途還可以進一部分類為: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,包括內壓和外壓;
2) 熱載荷:主要是由于溫度梯度引起來的熱應力;
3) 力和力矩:設備管道傳給設備的外力,附加載荷等
4) 地震:設備的地震也是必須考慮的問題;
5) 風載荷:對于一些塔式容器和球罐,風載荷也是主要考慮的載荷;
6) 雪載荷:對我國北方地區的室外容器;
求解模式:
靜力,動力,屈曲,疲勞,線彈性,彈塑性,非線性,接觸
壓力容器的分類

一、按設計壓力分類:

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、反應壓力容器(R):主要是用于完成介質的物理、化學反應的壓力容器。如反應器、反應釜、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、煤氣發生爐等。
2、換熱壓力容器(E):主要是用于完成介質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、蒸發器、加熱器、消毒鍋、染色器、烘缸、蒸炒鍋、預熱鍋、溶劑預熱器、蒸鍋、蒸脫機、電熱蒸汽發生器、煤氣發生爐水夾套等。
3、分離壓力容器(S):主要是用于完成介質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、儲存壓力容器(C,其中球罐為B):主要是用于儲存、盛裝氣體、液體、液化氣體等介質的壓力容器,如各種型式的儲

三、綜合分類

1、固定式壓力容器:使用環境固定,不能移動。工作介質種類繁多,大多為有毒、易燃易爆和具有腐蝕性的各類化學危險品。如球形儲罐、臥式儲罐、各種換熱器、合成塔、反應器、干燥器、分離器、管殼式余熱鍋爐、載人容器(如醫用氧艙)等。
2、移動式壓力容器:主要是在移動中使用,作為某種介質的包裝搭載在運輸工具。工作介質許多都是易燃、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,社會擁有量非常之大,有高壓氣瓶(如氫、氧、氮氣瓶)和低壓氣瓶(如民用液化石油氣鋼瓶),工作介質許多也是易燃、易爆或有毒物質。也有很強的移動性,既有運輸過程中的長距離移動,也有在具體使用中的短距離移動。如液化石油氣鋼瓶、氧氣瓶、氫氣瓶、氮氣瓶、二氧化碳氣瓶、液氯鋼瓶、液氨鋼瓶和溶解乙炔氣瓶等。
壓力容器安全附件
1、安全閥:安全閥的作用是當設備內的壓力超過規定要求時自動開啟,釋放超過的壓力,使設備回到正常工作壓力狀態。壓力正常后,安全閥自動關閉。
安全閥經校驗后,嚴禁加重物、移動重錘、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:壓力表的量程應與設備工作壓力相適應,通常為工作壓力的1.5~3倍,最好為2倍。壓力表刻度盤上應該劃紅線,指出最高允許工作壓力。壓力表的連接管不應有漏水、漏汽現象,否則會降低壓力表指示值。
3、爆破片
4、溫度計
5、液位計
6、減壓閥
7、緊急切斷裝置:其作用是當管道及其附件發生破裂及誤操作或罐車附近發生火災事故時,可緊急關閉閥門迅速切斷氣源,防止事故蔓延擴大。
8、快開門式壓力容器的安全聯鎖裝置:快開門安全聯鎖報警裝置是防止快開門式壓力容器發生操作事故的有效措施。其作用是:
a、當快開門達到預定關閉部位方能升壓運行的聯鎖控制功能;
b、當壓力容器的內部壓力完全釋放,安全聯鎖裝置脫開后,方能打開快開門的聯鎖聯動功能;
c、具有與上述動作同步的報警功能。