ASME压力容器及其有限元分析Ansys有限元分析

2016-10-29 by:CAE仿真在线来源:互联网

压力容器,英文:pressure vessel,是指盛装气体或者液体,承载一定压力的密闭设备。贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器。
压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外,还配有安全装置、表计及完全不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因,容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。
ASME压力容器设计意味着计算方法是按ASME第8卷中的规则和计算方法进行设计和计算,不一定要选用ASME材料,除非和客户签订的技术协议里特别注明需要使用ASME材料,容器的管路当然也是要按ASME的要求。
由于产品的安全性和经济性的要求,有限元分析应用需求是最广泛的。根据标准的要求,设计者可以借助有限元来解决容器的结构强度、稳定性及寿命(疲劳)的设计问题。
压力容器的主要特点
结构形式:
压力容器主要的结构形式为回转壳,当然最典型的是柱壳(常称为筒体)和球壳(球罐和封头等)。常见的结构主要特点是:开孔、支撑、加强构件等;壳体的厚度远小于壳体的曲率半径;结构不规则;异种材料连接等。
根据其结构形式的主要特点和用途还可以进一部分类为:塔式容器、卧式容器、换热器、球罐等。
载荷形式:
1) 压力:这是最重要的载荷形式,包括内压和外压;
2) 热载荷:主要是由于温度梯度引起来的热应力;
3) 力和力矩:设备管道传给设备的外力,附加载荷等
4) 地震:设备的地震也是必须考虑的问题;
5) 风载荷:对于一些塔式容器和球罐,风载荷也是主要考虑的载荷;
6) 雪载荷:对我国北方地区的室外容器;
求解模式:
静力,动力,屈曲,疲劳,线弹性,弹塑性,非线性,接触
压力容器的分类

一、按设计压力分类:

1、低压(L)0.1MPa≤P<1.6 MPa
2、中压(M)1.6 MPa≤P<10 MPa
3、高压(H)10 MPa≤P<100 MPa
4、超高压(U)P≥100 MPa

二、按工艺过程中的作用分:

1、反应压力容器(R):主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器。如反应器、反应釜、分解锅、硫化罐、分解塔、聚合塔、高压釜、超高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球、蒸压釜、煤气发生炉等。
2、换热压力容器(E):主要是用于完成介质的热量交换的压力容器。如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器、消毒锅、染色器、烘缸、蒸炒锅、预热锅、溶剂预热器、蒸锅、蒸脱机、电热蒸汽发生器、煤气发生炉水夹套等。
3、分离压力容器(S):主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离等的压力容器。如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、铜洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等。
4、储存压力容器(C,其中球罐为B):主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器,如各种型式的储

三、综合分类

1、固定式压力容器:使用环境固定,不能移动。工作介质种类繁多,大多为有毒、易燃易爆和具有腐蚀性的各类化学危险品。如球形储罐、卧式储罐、各种换热器、合成塔、反应器、干燥器、分离器、管壳式余热锅炉、载人容器(如医用氧舱)等。
2、移动式压力容器:主要是在移动中使用,作为某种介质的包装搭载在运输工具。工作介质许多都是易燃、易爆或有毒。如汽车与铁路罐车的罐体。
3、气瓶类压力容器:作为压力容器的一种,社会拥有量非常之大,有高压气瓶(如氢、氧、氮气瓶)和低压气瓶(如民用液化石油气钢瓶),工作介质许多也是易燃、易爆或有毒物质。也有很强的移动性,既有运输过程中的长距离移动,也有在具体使用中的短距离移动。如液化石油气钢瓶、氧气瓶、氢气瓶、氮气瓶、二氧化碳气瓶、液氯钢瓶、液氨钢瓶和溶解乙炔气瓶等。
压力容器安全附件
1、安全阀:安全阀的作用是当设备内的压力超过规定要求时自动开启,释放超过的压力,使设备回到正常工作压力状态。压力正常后,安全阀自动关闭。
安全阀经校验后,严禁加重物、移动重锤、将阀瓣卡死等手段任意提高安全阀整定压力或使安全阀失效。
2、压力表:压力表的量程应与设备工作压力相适应,通常为工作压力的1.5~3倍,最好为2倍。压力表刻度盘上应该划红线,指出最高允许工作压力。压力表的连接管不应有漏水、漏汽现象,否则会降低压力表指示值。
3、爆破片
4、温度计
5、液位计
6、减压阀
7、紧急切断装置:其作用是当管道及其附件发生破裂及误操作或罐车附近发生火灾事故时,可紧急关闭阀门迅速切断气源,防止事故蔓延扩大。
8、快开门式压力容器的安全联锁装置:快开门安全联锁报警装置是防止快开门式压力容器发生操作事故的有效措施。其作用是:
a、当快开门达到预定关闭部位方能升压运行的联锁控制功能;
b、当压力容器的内部压力完全释放,安全联锁装置脱开后,方能打开快开门的联锁联动功能;
c、具有与上述动作同步的报警功能。