化工容器的高温蠕变及化工低温压力容器
化工机械设备期末考试大复习
一、复习要点1.第一、三、四、五、六、七章重点，填空，判断，选择；2.计算主要集中在三、四、七章，问答三、四、五、七或八章。
3.薄膜理论及内压容器的设计（壁厚），外压容器的临界压力，管壳式换热器的温差应力与拉脱力等等。
4.特别注意课后题、课程要点及书中例题：P81例3-1，3-2；P101例4-1，4-2，4-3，4-4；P139 例5-1；5-2；P218例7-1等。
二、复习题型 1. 判断1正火：将加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气中冷却下来，冷却速度比退火快，因而晶粒细化。
2.退火：把工件加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间，然后随炉一起冷却下来，得到接近平衡状态组织的热处理方法。
3.淬火：将钢加热至淬火温度（临界点以30～50oC ）并保温一定时间，然后再淬火剂中冷却以得到马氏体组织的一种热处理工艺。
淬火可以增加工件的硬度、强度和耐磨性。
4.回火：在零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理工艺。
回火可以降低和消除工件淬火后的内应力，使组织趋于稳定，并获得技术上所要求的性能。
5．材料的冲击韧度αk 值越高，则其塑性指标δ5也高，反之，当材料的δ5高，则αk 值也一定高 6．欲提高法兰的刚度，则应加大法兰的外径，增加法兰的厚度，减小螺栓力作用的力臂 7．按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壳体法线方向均匀分布的 8．开孔的等面积补强，是说补强面积应等于开孔的园面积。
9．一卧式容器有三个鞍式支座，应选一个A 型，两个B 型的。
10．只要管子的公称直径一定，它的外径也就确定了。
11．折流板固定时，一边可焊在筒体壁上，一边可焊在拉杆上。
12．在一般回转薄壳上,同一纬线上各点的周向应力相同而经向应力不同。
13.只要管子的公称直径一定，它的外径也就确定了。
14.在一般回转薄壳上,同一纬线上各点的周向应力相同而经向应力不同。
15. 厚度为60mm 和6mm 的16MnR 热轧钢板,其屈服点是不同的,且60mm 厚钢板的σs 大于6mm 厚钢板的σs . 16.依据弹性失效理论,容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点σs(t)时,即宣告该容器已经”失效”.17.安全系数是一个不断发展变化的数据,按照科学技术发展的总趋势,安全系数将逐渐变小. 18.在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。
第三章 压力容器破坏形式
第三章压力容器破坏形式压力容器常会由于设计结构不合理，制造质量差，使用维护不当或其他原因而发生破裂，并且破裂事故的形式多样，且很多是在使用限期内发生。
发生事故时，往往不仅容器本身遭到破坏，而且还会危及周围设施和职工的生命与健康，因此我们必须从各方面采取积极可靠的措施来保证安全运行，防止事故的发生。
第一节延性破裂延性破裂是压力容器在内部压力作用下，器壁上产生的应力达到器壁材料的强度极限，从而发生断裂的一种形式。
这种形式属韧性破裂，因此，该形式的破坏也称韧性破坏。
（一）机理压力容器的金属材料在外力作用下引起变形和破坏分为三个阶段（1）弹性变形阶段指当对材料施加的外力不超过材料固有的弹性极限值时，一旦外力消失，材料仍能回复到原来的状态而不产生明显的残余变形。
（2）弹塑性变形指对材料施加的外力超过材料固有的弹性极限值，材料将产生很大的塑性变形，外载荷消失后材料不再恢复原状，塑性变形仍将保留。
（3）断裂阶段指材料发生塑性变形后，如施加外力继续增加，当应力超过了材料的强度极限后，材料将发生断裂。
（二）特点及预防发生延性破裂的容器，其承受的压力、变形程度、断口特点及破裂具有以下特点：压力容器发生延性破裂是在较高的应力下发生的，即容器内的压力先后超过最高工作压力、设计压力而达到了容器的爆破压力值，容器破裂时的实际爆破压力往往接近于计算的爆破压力值。
若观察发生破裂的容器可知，由于容器在爆破前发生了明显变形，直径增大，破裂处的器壁显著减薄。
发生延性破裂的容器一般无碎片飞出，只是裂开一个口，口的大小与容器爆破时所释放的能量有关。
对于在液压试验中出现的延性破裂，由于液体的可压缩性极小，因此容器的裂口也比较窄，最大也不会超过半径。
但容器由于内部气体压力急骤升高而引起的破裂，裂口就比较宽。
既然容器发生延性破裂是由于超压而引起的，那么容器在试压和使用过程中就应该严禁超压，要严格按照有关规定进行压力试验与操作。
同时，也应按规定安装合适的安全泄压装置，并保证其灵敏可靠；与此同时，也要加强对容器的维护与检查，发生器壁腐蚀，减薄、变形应立即停止使用。
化工安全与环保
《化工安全与环保》一、名词解释安全:安全是指不会引起死亡、职业病、设备财产损失以及环境污染的一种状态。
国家标准(GB/T 28001)对“安全”给出的定义是:“免除了不可接受的损害风险的状态”.事故:是发生在人们的生产、生活活动中的意外事故。
是指造成死亡、疾病、伤害、损坏或其他损失的意外情况。
灾害:灾害是对能够给人类和人类赖以生存的环境造成破坏性影响的事物总称。
灾害不表示程度，通常指局部，可以扩张和发展，如化工灾害。
氧差额:氧差额＝系统中(具有氧量)—(完全氧化需氧量)，氧差额 < 0，系统缺氧；氧差额 > 0，系统剩余氧。
重大危险源:重大危险源是指长期地或临时地生产、搬运、使用或储存危险物品，且危险物品的数量等于或超过临界量的单元。
爆炸极限:可燃的气体、液体蒸气或粉尘与空气的混合物，遇火源能够发生燃烧或爆炸的浓度范围；最低浓度为爆炸下限，最高浓度为爆炸上限。
爆炸:指物质在瞬间以机械功的形式释放出大量气体和能量的现象。
化学性爆炸:指使物质在短时间内完成化学反应，同时产生大量气体和能量而引起的爆炸现象。
物质的化学成分和化学性质在化学爆炸后均发生了质的变化。
物理性爆炸:指由物理因素（如温度、体积、压力）变化而引起的爆炸现象。
粉尘爆炸:当粉尘表面达到一定温度时（受热辐射作用），由于热分解或干馏作用，粉尘表面会释放出可燃性气体，这些气体与空气形成爆炸性混合物，而发生粉尘爆炸。
气体分解爆炸临界压力:在高压下容易引起分解爆炸的气体，当压力降至某个数值时，火焰便不再传播，这个压力称作该气体分解爆炸的临界压力。
殉爆:由于在极短时间内发生的燃烧产物急剧膨胀，像活塞一样积压其周围气体，反应所产生的能量有一部分传给被压缩的气体层，于是形成的冲击波由它本身的能量所支持，迅速传播并能远离爆轰的发源地而独立存在，同时可引起该处的其它爆炸性气体混合物或炸药爆炸，从而发生一种“殉爆”现象。
化学危险物质:危险物质指受各国规章制约的那些物质，如腐蚀性物质、易爆物质、放射性物质、致癌物质、诱变物质、致畸物质或危害生态环境的物质等。
化工安全与环保
《化工安全与环保》一、名词解释安全:安全是指不会引起死亡、职业病、设备财产损失以及环境污染的一种状态。
国家标准(GB/T 2800１)对“安全”给出的定义是:“免除了不可接受的损害风险的状态”.事故:是发生在人们的生产、生活活动中的意外事故。
是指造成死亡、疾病、伤害、损坏或其他损失的意外情况。
灾害：灾害是对能够给人类和人类赖以生存的环境造成破坏性影响的事物总称。
灾害不表示程度，通常指局部，可以扩张和发展，如化工灾害。
氧差额:氧差额=系统中(具有氧量)—(完全氧化需氧量），氧差额＜ 0，系统缺氧；氧差额 > 0,系统剩余氧。
重大危险源：重大危险源是指长期地或临时地生产、搬运、使用或储存危险物品，且危险物品的数量等于或超过临界量的单元。
爆炸极限：可燃的气体、液体蒸气或粉尘与空气的混合物,遇火源能够发生燃烧或爆炸的浓度范围；最低浓度为爆炸下限，最高浓度为爆炸上限。
爆炸:指物质在瞬间以机械功的形式释放出大量气体和能量的现象。
化学性爆炸:指使物质在短时间内完成化学反应，同时产生大量气体和能量而引起的爆炸现象。
物质的化学成分和化学性质在化学爆炸后均发生了质的变化。
物理性爆炸：指由物理因素（如温度、体积、压力)变化而引起的爆炸现象。
粉尘爆炸:当粉尘表面达到一定温度时(受热辐射作用),由于热分解或干馏作用,粉尘表面会释放出可燃性气体，这些气体与空气形成爆炸性混合物，而发生粉尘爆炸。
气体分解爆炸临界压力：在高压下容易引起分解爆炸的气体，当压力降至某个数值时，火焰便不再传播,这个压力称作该气体分解爆炸的临界压力。
殉爆：由于在极短时间内发生的燃烧产物急剧膨胀,像活塞一样积压其周围气体，反应所产生的能量有一部分传给被压缩的气体层,于是形成的冲击波由它本身的能量所支持,迅速传播并能远离爆轰的发源地而独立存在，同时可引起该处的其它爆炸性气体混合物或炸药爆炸，从而发生一种“殉爆”现象。
化学危险物质:危险物质指受各国规章制约的那些物质，如腐蚀性物质、易爆物质、放射性物质、致癌物质、诱变物质、致畸物质或危害生态环境的物质等。
压力容器安全PPT课件
坯
厚
厚
厚
厚
厚
度
度
d
度
度
n
e
度
C2
C1
圆整值
C C1 C2
加工减薄量
第三节 压力容器的破坏形式和原因
一. 韧性破裂
压力容器的韧性破裂往往是容器受到超过正常工作内压的作用，在其 器壁上产生的总体薄膜拉伸应力使材料发生明显的塑性变形，如果压 力继续升高，一旦应力超过材料的抗拉强度时，容器就会发生破裂。 主要原因是容器超压。 破裂时一般不产生碎块，而是沿容器轴向撕开较长裂缝。断口无金属 光泽、暗灰色纤维状。 断口形貌见P148，图12.
符合下列情况之一的为第三类压力容器： (1)毒性程度为极度或高度危害介质的中压容器和P.V≥0.2MPa·m3低压容器； (2)易燃或毒性程度为中度危害介质且P.V≥0.2MPa·m3中压反应容器和 P.V≥10MPa·m3的中压储存容器； (3)高压、中压管壳式余热锅炉； (4)高压容器。 例如，氨合成塔的设计压力为32MPa，介质为氢气、氮气及氨，该合成塔属于 三类高压反应容器。 氯气分配器的设计压力0.6MPa(低压)，介质为氯气(极毒)，该容器属于三类低 压分离压力容器。
技术特性表
名称 设计压力 工作温度 物料名称
容积
指标 1.6MPa ≤40℃
液氨 30.52m3
接管表
符号 连接法兰标准
密封面形式
a1-2 HG20592 SO15-1.6 RF
突面
b1-2 HG20592 SO15-1.6 RF
突面
c HG20592 SO450-1.6 RF
突面
d HG20592 SO32-1.6 RF
突面
e HG20592 SO50-1.6 RF
关于压力容器标准的简单介绍
关于压力容器标准的简单介绍工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备，称压力容器。
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、表计及完成不同生产工艺作用的内件。
压力容器的分类主要有以下几种：(1)按承受压力的等级分为：低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器。
(2)按盛装介质分为：非易燃、无毒；易燃或有毒；剧毒。
(3)按工艺过程中的作用不同分为：①反应容器：用于完成介质的物理、化学反应的容器。
②换热容器：用于完成介质的热量交换的容器。
③分离容器：用于完成介质的质量交换、气体净化、固、液、气分离的容器。
④贮运容器：用于盛装液体或气体物料、贮运介质或对压力起平衡缓冲作用的容器。
(4)为了更有效地实施科学管理和安全监检，我国《压力容器安全监察规程》中根据工作压力、介质危害性及其在生产中的作用将压力容器分为三类。
并对每个类别的压力容器在设计、制造过程，以及检验项目、内容和方式做出了不同的规定。
既然压力容器在生产生活中有着相当重要的作用，所以对它的要求就要相当高。
压力容器具有一定危险性，国内外对其标准有不同的见解。
以下是介绍国内外的压力容器标准。
（1）美国ASME标准ASME规范是世界上最早出现的压力容器规范，于1915年首次发行，当时简称为《锅炉建造规范．1914版》。
到了1926年，这部标准扩展到8卷，统称为《ASME 锅炉与压力容器规范》。
后来，1937年增加了第Ⅸ卷《焊接质量要求》，到目前为止，已经发展到11卷22册，全面覆盖了锅炉和压力容器质量保证体系的要求。
ASME规范是一部封闭型的标准，自成体系。
ASME锅炉及压力容器规范是由美国机械工程师学会制定的，现在已正式成为美国的国家标准。
b235蠕变温度
b235蠕变温度引言：蠕变温度是指材料在持续受力下发生塑性变形的温度阈值。
在工程领域中，了解材料的蠕变性能对于设计和使用长期受力的结构非常重要。
本文将介绍蠕变温度的基本概念、影响因素以及测试方法，并探讨蠕变温度在工程中的应用。
一、蠕变温度的定义和作用蠕变温度是指材料在高温和持续受力状态下开始发生塑性变形的温度阀值。
它是材料的一个重要力学指标，能够直接反映材料的稳定性和可靠性。
蠕变温度的确定有助于工程师选择合适的材料，并设计出能够在高温条件下长期承受应力的结构。
二、蠕变温度的影响因素1.材料成分：不同材料的组成会对其蠕变温度产生影响。
通常，添加了一些合金元素的材料具有较高的蠕变温度。
例如，镍合金和钴合金的蠕变温度通常较高，适用于高温条件下的应用。
2.应力水平：应力水平是影响蠕变温度的重要因素。
通常情况下，较高的应力水平会使材料更易发生蠕变，因此，设计结构时需要考虑结构所受的应力水平。
3.温度梯度：温度梯度也会对蠕变温度产生影响。
当温度梯度较大时，材料中的应力会集中在温度较高的区域，导致蠕变的加剧。
因此，在设计中需要避免出现过大的温度梯度。
4.晶界微观结构：晶界是材料中不同晶体之间的界面，其结构和质量也会影响蠕变温度。
晶界的结构不良容易导致蠕变的发生，而良好的晶界结构则可以提高材料的蠕变温度。
三、蠕变温度的测试方法1.恒载蠕变试验：该试验方法是将材料在恒定应力和温度条件下进行加力蠕变实验。
通过记录应力和时间的关系曲线，可以得到材料的蠕变应变曲线，进而确定蠕变温度。
2.变载蠕变试验：该试验方法是将材料在不同应力和温度条件下进行加力蠕变实验。
通过记录蠕变应变随时间和温度的变化情况，可以得到材料在不同条件下的蠕变行为，从而推断其蠕变温度。
3.差热分析法：该方法通过测量材料在升温过程中的热容变化情况，确定蠕变温度。
差热分析仪可以精确测量材料热容的变化，从而得到蠕变温度的信息。
四、蠕变温度在工程中的应用1.材料选择：在高温工况下，工程师需要选择具有良好蠕变性能的材料来确保结构的稳定性和可靠性。
第10章-容器设计基本知识
㈡ 公称压力
工作压力不同，相同公称直径的压力容器其筒 体及其零部件的尺寸也不同。
将承受的压力范围分为若干个标准压力等级， 即公称压力。
压力容器法兰与管法兰的公称压力MPa
压力容器 法兰
0.25 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.4
管法兰 0.25 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.4 10 15 25
压力容器标准是全面总结压力容器 生产、设计、安全等方面的经验，不 断纳入新科技成果而产生的。它是压 力容器设计、制造、验收等必须遵循 的准则。压力容器标准涉及设计方法、 选材及制造、检验方法等。
2020年4月4日星期六
㈠ 国内标准
❖1989我国压力容器标准化技术委员会制订了 GB150-89《钢制压力容器》
s
pD
2
2020年4月4日星期六
分析：
s m pD / 4
s pD / 2
（1）薄壁圆筒受内压环向应力是轴向应
力两倍。
问题a：筒体上开椭圆孔，如何开？
应使其短轴与筒体的轴 线平行，以尽量减少开 孔对纵截面的削弱程度， 使环向应力不致增加很 多。
2020年4月4日星期六
分析：
问题b：钢板卷制圆
制造容易安装内件方便承压较好应用最mpa01p1616p1010p100p1002019年1月21日星期一最高工作压力p01mpa不包括液体静压内径di容积vdi015m且v0025m介质气体液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体2019年1月21日星期一2019年1月21日星期一毒性危害程度分级轻度危害急性中吸入200mgm200mgm2000mgm20000mgm100100500250025255005000急性中毒易中毒后果严重可中毒愈后良好偶可中毒无中毒但有影慢性中毒患病率高较高偶有发生有影响慢性中毒后果继续进展不能治愈可基本治愈可恢复无严重后果可恢复无不良后果致癌性人体致癌可疑致癌动物致癌无致癌性最高容许浓度01011010常见化学介质光气汞氰化氢甲醛苯胺氟化氢二氧化硫硫化氢氨2019年1月21日星期一pv10mpampv05mpampv02mpam10502019年1月21日星期一1中压容器
GB 150压力容器讲解
GB150-1998《钢制压力容器》讲解一、概述1、标准适用的压力范围GB150－1998《钢制压力容器》设计压力P：0.1～35 MPa ；真空度：≥0.02 MPaJB4732－95《钢制压力容器-分析设计标准》设计压力P：0.1～100 MPa真空度：≥0.02 MPaJB／T4735－1997《钢制焊接常压容器》设计压力P：圆筒形容器：-0.02 MPa≤P≤0.1 MPa立式圆筒形储罐、圆筒形料仓 -500Pa≤P≤0.2000 Pa矩形容器：连通大气JB4710－2000《钢制塔式容器》设计压力P：0.1～35MPa(对工作压力<0.1MPa内压塔器,P取 0.1MPa)高度范围 h>10m 且h/D(直径)>52.设计时应考虑的载荷1) 内压、外压或最大压差；2) 液体静压力(≥5%P)；需要时，还应考虑以下载荷3) 容器的自重（内件和填料），以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷；4) 附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷；5) 风载荷、地震力、雪载荷；6) 支座、座底圈、支耳及其他形式支撑件的反作用力；7) 连接管道和其他部件的作用力；8) 温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力；9) 包括压力急剧波动的冲击载荷；10) 冲击反力,如流体冲击引起的反力等；11) 运输或吊装时的作用力。
3、设计单位的职责1) 设计单位应对设计文件的正确性和完整性负责。
2) 压力容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。
3) 压力容器的设计总图应盖有压力容器设计资格印章。
4．容器范围GB150管辖的容器范围是指壳体及其连为整体的受压零部件1) 容器与外部管道连接2) 接管、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件3) 非受压元件与受压元件的焊接接头。
接头以外的元件，如加强圈、支座、裙座等4) 连接在容器上的仪表等附件。
直接连接在容器上的超压泄放装置。
化工容器试题
一、填充1、化工容器的基本是安全性与经济性，安全是核心问题，在充分保证安全的前提下尽可能做到经济。
2、受内压的容器其主要失效形式属于弹塑性失效，而外压容器的失效形式则主要是整体失稳。
3、化工容器采用合金钢的目的主要是抗腐蚀、抗高温氧化或耐特高的温度。
4、容器的应力分析有两种基本的研究方法：解析法和实验应力分析法。
5、按无力矩理论假设，轴对称条件下的薄壳中只有薄膜应力，没有弯曲应力和剪应力。
6、容器由于这种总体结构的不连续而在连接边缘的局部地区出现衰减很快的应力升高现象称为边缘应力。
7、在壳体的不连续区域由内压和边缘效应产生的应力由两部分组成薄膜应力和弯曲应力。
8、园板周边简支表示周边不允许有挠度，但可以自由转动，因而不存在弯矩，最大挠度发生在圆板中心。
9、 最大挠度和最大应力与圆板的材料、半径、厚度有关，减小半径或增加厚度都可减小挠度和降低最大正应力。
10、 容器的设计压力其值不得小于容器得最大工作压力得1.05～1.3倍，在相应设计压力下设定得受压元件得金属温度，其值不得低于金属可能达到得最高金属温度。
11、 厚度附加量由两部分组成：钢板厚度的负偏差和腐蚀裕度。
12、 最常见的容器封头包括半球形、椭圆形、碟形和无折边球形等凸形封头以及圆锥形、平板封头等数种。
13、 大多数中低压容器采用椭圆形封头，常压或直径不大的高压容器常用平板封头，半球形封头一般用于低压。
14、 对于标准椭圆形封头，其壁厚计算公式为ppD t t i 5.0][2-=ϕσ 15、 流体在垫片处的泄漏以两种形式出现，即渗透泄漏和界面泄漏。
16、 垫片系数m 是指操作时，达到紧密不漏，垫上所必须维持的比压于介质压力的比值。
17、 常用的压紧面形状有突面、凹凸面、榫槽面和梯形槽等几种。
18、 法兰的设计必须考虑两个不同的问题：一是法兰连接结构中的各部件必须有足够的强度，二是连接本身必须保证密封。
19、 应力集中常发生在容器上有过渡圆角的地方，分布范围很小，只是在极局部的地方产生一个比薄膜应力大许多倍的应力峰值。
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二、化工容器的高温设计
(二)高温压力容器分析设计的思路
(4)松弛问题 对高温容器的螺栓连接，要作松弛分析。在初安装 时，应力和应变量是一定的，而这应变是弹性应变。在工作时，总 应变量保持不变，由于蠕变的关系，蠕变应变一步步取代弹性应变， 这样螺栓中的应力就会下降。应采取措施使密封处保持不漏，或者 估算出定期再上紧螺栓的时间间隔。 以上简要地提了一些应考虑的项目，真正要进行按分析设计需要相 当深入的专题学习和研究。
蠕变变形有三个阶段，第一阶段 (01)为降速阶段，第二阶段(12) 为恒速阶段，第三阶段(23)为加 速阶段，到点3发生断裂。
Tel: 800-820-0949
一、金属材料的高温蠕变
(一)蠕变变形
在恒定温度与不同应力下测试时，可以得到一组曲线，如图所示。 图中s1>s2>s3。应力越小则应变越小，相应地，应变速率越小。 通常在8个以上的不同应力水平做 试验，归纳出蠕变应变与应力、时 间的关系式：
Tel: 800-820-0949
二、化工容器的高温设计
(一)高温压力容器的常规设计
再一方面，105h的设计寿命对有些重要装置来说又显得不够。现代 的化工、石油、动力等装备趋向大型化，尺寸越来越大，设备成本 很高，要求使用寿命长。
不少国家的锅炉行业已经把设计寿命定为20年或2X105h，核电站 趋向于更高。这一趋势带来的问题是蠕变数据缺少，因为做蠕变与 持久试验是很花钱很费时的，而数据外推的方法的可靠性总还是要 一定数量的实时数据来验证。
ASMEⅧ—2是分析设计，它在适用范围中明确规定不涉及有蠕变 的压力容器，在给定许用应力时也只限于在蠕变温度以下。 ASMEⅢ与ASMEⅧ—2相同，但是在实际应用时碰到了一个问题， 即某些核反应堆是在蠕变温度以上工作的。为此，ASME在20世纪 70年代后期编写了一份《规范案例N-47))，作为高温压力容器分析 设计的依据，并期望在使用若干年后编人ASMEⅢ的正文。 N-47同样也适用于非核压力容器。在石油化工和煤化工行业中近代 的大型加氢反应器严格讲也应属于按分析设计的重大设备，
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一、金属材料的高温蠕变 (二)蠕变断裂
以上都是在高温下作长时间试验的情况。
高温下短时拉伸试验，仍然可以获得材料 在该温度下的屈服点sy抗拉强度sb与塑性 形变曲线。但试验的速度相对要快一些。 若试验速度慢于高应力下的蠕变速度，则 会出现应力平台，此时应力上不去而应变 不断增加。图示是高温下短时拉伸试验的 示意图。 高温短时拉伸曲线(快速拉伸)有时对计算 应力集中部位初始加载时的变形量有用。
一、金属材料的高温蠕变
(二)蠕变断裂
在高温和应力的长时间作用下，金属材料到一定时间就会断裂，从 下面两张图可以看出。蠕变断裂寿命2R(小时)随应力的降低而延长。 通常用光滑试样在恒定应力和恒定温度下作试验。在一定应力下的 蠕变断裂时间称为该应力下的蠕变断裂寿命，反过来，在一定时间 下产生蠕变断裂的应力称为该时间内的“持久强度”。
Tel: 800-820-0949
化工容器的高温蠕变 一、金属材料的高温蠕变
二、化工容器的高温设计
三、高温压力容器的残余寿命
Tel: 800-820-0949
三、高温压力容器的残余寿命
高温压力容器的研究目前还很不充分，而在工业上的应用却已有几 十年的历史，以前设计并投产的高温压力容器大多数是保守的，所 以现在工业界面对着大量的“超期服役”的高温压力容器，其使用 期远超过105h，这些压力容器能否继续安全服役，是工业界普遍关 心的问题。另一方面，也有一些较新的容器，虽然设计寿命未到， 但在定期检查中发现了裂纹，在此情况下，还能有多少残余寿命， 是否需要焊补，也是工程师关心的问题。 残余寿命问题可分为两类：第一类是未发现宏观裂纹但材料已经过 长期使用(高温和应力下)，还能用多久；第二类是发现了宏观裂纹， 裂纹的扩展速率如何，还有多少时间会达到临界尺寸。
第一种是工作温度在容器材料的蠕变温度以下，设计时是以该 材料在工作温度下的机械强度为基准，按通常的安全系数选取 许用应力。
第二种是工作温度在容器材料的蠕变温度以上，此时必须考虑 材料的蠕变特性，按照容器的设计寿命来确定许用的应力水平。 本节要讨论的是第二种情况。
Tel: 800-820-0949
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二、化工容器的高温设计
(一)高温压力容器的常规设计
可以讨论的是，对压力容器与管道而言，产生一点永久变形并无多 少妨碍；再说，l％的变形量似乎也限制得太严了一点。 所以近年来的英国规范已取消了按变形准则设计。在有些国家的规 范上尚未取消，只是由于保留传统做法而已。 世界各国已普遍认识到，对于高温压力容器，真正危险的是蠕变断 裂。
化工容器的高温蠕变
及化工低温压力容器
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化工容器的高温蠕变
一、金属材料的高温蠕变
二、化工容器的高温设计
三、高温压力容器的残余寿命
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一、金属材料的高温蠕变
大量的化工容器是在高于室温的条件下工作的。金属材料的强 度随温度而发生变化。 对高温压力容器要区别两种不同的情况。
蠕变与持久试验中数据的分散性很大，要在相当多的试样的基础上 才能得到一条代表性的平均曲线。如果曲线的两段均可近似地看作 直线，则s与tR的关系可用下式表述： tR:断裂寿命
式中，指数m为负值。显然，对二段曲线，B与m的值是不同的。 工程上，由于设计寿命要求较长，在 105h以上，所以s较低，此情况，是沿 晶断裂，且总应变量比较小，所以失 效时呈现“脆性断裂”的特征，但实 际上与通常意义上的脆性断裂是有区 别的。
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一、金属材料的高温蠕变
多个试样在不同应力水平下进行试验， 得到材料的持久强度与蠕变断裂寿命的 关系曲线。
(二)蠕变断裂
多个试样在不同应力水平下进行试验， 得到材料的持久强度与蠕变断裂寿命的 关系曲线。 多数钢材，应力-寿命曲线有一个转折点F，标志断裂机制的转变。
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二、化工容器的高温设计
(一)高温压力容器的常规设计
常规设计的思路是对重要部位的最大主应力加以限制。在我国规 范中，针对上述两种失效形式，规定了高温下许用应力的设定方法。 (1)变形准则 按照100,000h后应变不超过1％(0.01)的限制， 从蠕变数据中找到应变速率为：
一、金属材料的高温蠕变
蠕变温度指材料开始呈现蠕变现象的温度，对各种不同材料是 不同的。一般金属材料的蠕变温度Tc为：
式中，Tm为金属材料的熔点(K)。实际上，每种具体钢号或金属牌号都 有不同的蠕变温度。大体上：碳钢 > 350oC 低合金钢 > 400~450oC 耐热合金钢 > 600oC
有色金属及其合金的蠕变温度较低，如铅及钛等在室温时受载就 会发生蠕变。 当金属材料在高于蠕变温度的温度下工作时，会产生两种现象： 蠕变变形与蠕变断裂。在这里不作金属学的探讨，而从工程应用 的观点作现象学的分析。为了叙述简便，下面把“高于蠕变起始 温度”简称为“高温”。
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化工容器的高温蠕变 一、金属材料的高温蠕变
二、化工容器的高温设计
三、高温压力容器的残余寿命
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二、化工容器的高温设计
对于在蠕变温度以上工作的化工容器，失效的判据与一般压力 容器不同，通常考虑两种失效形式： 第一种是由于蠕变而产生过大的永久变形，导致部件的失效， 对此，应设定在设计寿命范围的允许变形量； 第二种是由于在恒应力作用下，材料达到了蠕变断裂寿命而开 裂，对此应根据容器的设计寿命找出相应的持久强度值，并限 制工作应力小于持久强度。
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二、化工容器的高温设计
(二)高温压力容器分析设计的思路
对高温压力容器进行分析设计，涉及许多理论和实际经验问题，也涉 及更周到的材料性能试验问题。这里仅提及一些重要的考虑因素： (1)蠕变计算方法 必须考虑到容器部件总是处在多向应力状态下， 而蠕变的基础数据是在单向拉伸下获得的[ec=f(T,s,t)]。 ——如何选择适当的当量流变应力使之有可能利用基础数据是一个应 力分析中首先要解决的问题。 ——其次，实际构件中的多向应力又往往是沿厚度变化或不均匀分布 的，随着时间的进程，各点上的蠕变应变是不一样的，由此就引起了 “蠕变应力再分布”。 ——简言之，不仅要研究初始应力分布，而且要分析应力历史。
时的应力，称之为材料的蠕变强度，代号为s10-7。蠕变试验数 据的温度应与容器工作温度相同。
此时，许用应力为： 式中，安全系数nn＝1.0。
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二、化工容器的高温设计
(一)高温压力容器的常规设计
常规设计的思路是对重要部位的最大主应力加以限制。在我国规 范中，针对上述两种失效形式，规定了高温下许用应力的设定方法。 (2)断裂准则 按照100,000h的持久强度为基准，保证材料在 工作lO5h 应力为： 式中，安全系数nD取为1.5～1.6。实际设计的许用应力取两者 之小值。
蠕变数据的积累需要广泛的国际合作，这种合作已进行若干年了。
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二、化工容器的高温设计
(二)高温压力容器分析设计的思路 美国规范ASMEⅧ—1是常规设计，它的范围包含了高温压力容器 设计，具体的处理就是在给定材料的许用应力时当工作温度超过蠕 变温度，就以蠕变极限或持久强度为基准。
如果温度T 恒定，则 工程上为计算方便，常忽略第一阶段 与第三阶段，仅取第二阶段，即恒速 阶段。蠕变的应变速率可以用下式表 达：