压力容器设计温度详解

原创 胡伟明  2020-07-29 20:56:00  阅读 160 次 评论 0 条
摘要:

设计温度设计温度是容器在正常工作情况下,设定的元件的金属温度(沿元件金属截面的温度平均值)。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。对于大多数容器来说,设计温度是对应于设计压力的温度。然而,对于一台给定的容器来说,存在一个最高的设计温度和一个最低的设计温度。最高设计温度不得超过材料许用应力表中对应最高温度值;对于承受外压的元件不应超过在外压图表上所给出的最高温度值。最低设计温度应是容器各受压元件中的保守值。最低设计温度应该是容器操作运行中的最低温度,或者是对各个受压元件进行计算时所采用的最低允许

设计温度

设计温度是容器在正常工作情况下,设定的元件的金属温度(沿元件金属截面的温度平均值)。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。

对于大多数容器来说,设计温度是对应于设计压力的温度。然而,对于一台给定的容器来说,存在一个最高的设计温度和一个最低的设计温度。

最高设计温度不得超过材料许用应力表中对应最高温度值;对于承受外压的元件不应超过在外压图表上所给出的最高温度值。最低设计温度应是容器各受压元件中的保守值。最低设计温度应该是容器操作运行中的最低温度,或者是对各个受压元件进行计算时所采用的最低允许温度,或者是对容器受压元件材料进行夏比(V形缺口)冲击试验温度及免除夏比(V形缺口)冲击试验时材料所允许使用的温度。

设计温度虽然不作为计算参数直接出现,但它是选择材料和确定材料许用应力的重要依据。

1.当容器的各部分在工作过程中可能产生不同的温度时可以取预计的不同温度作为各相应部分的设计温度,相应也可选取不同的材质。对比设计压力与计算压力,可知虽然没有“计算温度”的概念,但在这里与设计压力对应的是工作温度,与计算压力对应的是设计温度,前者是容器的载荷条件,后者是元件的计算参数(具体温度)。

2.对于高温情况,设计温度的取值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度;对于0℃以下的情况,设计温度的取值不得高于元件金属可能达到的最低金属温度。

3.设计温度(连同容器设计压力、介质、钢板厚度等)用于确定受压元件的材料选用;用于确定强度计算中材料的力学性能和许用应力;用于确定受压元件的热应力计算中所涉及的材料物理性能参数(钢材弹性模量、钢材平均线胀系数等)。

4.设计温度是指受压元件的金属温度,金属温度是沿金属截面的温度平均值。但实际上受压元件的金属温度既沿金属截面厚度方向变化,又沿设备轴向方向变化。对于换热器壳体和换热管设计温度是沿设备轴向长度的金属温度平均值。换热器管程的设计温度是其管箱温度,不是换热管温度,换热管温度主要在管板计算中被使用;换热器壳程设计温度是其壳体温度。

5.金属温度理应通过传热计算或实测结果确定,但在工程设计中,有时无必要或不可能通过传热计算或实测结果确定,常按工作温度(介质温度)的高低来确定。但对于内壁有可靠绝热层的容器、需进行传热计算的换热容器、两侧与不同温度介质直接接触而不会出现单一介质接触的带夹套容器等,应通过传热计算或以工作条件相似容器的实测结果确定受压元件的金属温度。

6.由于“设计温度既是设定的容器设计载荷温度条件,又是具体受压元件的温度参数”,而之对应的“设计压力是整台设备的载荷条件……计算压力在压力容器总图的技术特性表中不出现”,因此,在具体设计工作中,就存在设计压力与设计温度的对应问题,就存在如何规范表达这种对应关系的问题。常出现因设计参数表达不规范造成审查设计文件及执行设计文件的困难,严重的还导致技术要求缺项。

7.多腔容器可以在分别对应的栏目中表达清楚,这里说一下单腔压力容器的规范表达问题。

    a.对于一些比较复杂情况,如,一个容器按两种温度和两种压力条件工作,且在时间上不重合(如反应器的接触反应和触媒再生),应在设计温度一栏和设计压力一栏中分别列出两个数值,并予以说明;一台压力容器按一个压力数值和多个温度数值设计时(如塔器和其他连通容器),在设计温度一栏应分别列出多个数值,并予以说明。

    b.对于因环境温度造成的低温情况,在设计温度一栏中,可以只填写一个数值,但是,应当以“注”的方式说明是否考虑了低温低应力工况。

8.有三种“常温”概念:

    20℃--金属力学性能中以某种金属20℃时的力学性能作为其常温时的性能或室温性能,对金属温度而言,常以20℃为其常温温度。相应地将设备安装时的温度设定为20℃,在容器和管道的热力分析中,常以20℃为常温。

    25℃--物理化学中以25℃(298K)时各种化学物质的性质作为其常温时的性质,对容器所盛装介质的工作温度而言,可采用25℃为常温。

    ≤50℃--压力容器设计中考虑中国境内自然环境所能达到的最高温度,对压力容器的设计条件而言,常以“≤50℃”为常温。


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