强度计算和校核方法优化

1.压力容器的主要载荷及工况

在压力容器全寿命周期内压力容器所受的主要载荷包括：介质压力，分内压、外压或最大压差和液体静压力；非介质压力载荷，包括重力载荷、风载荷、地震载荷、运输载荷、波动载荷、管系载荷、支座反力、吊装力等。

在不同的操作工况下，压力容器所承受的载荷组合是不同的。压力容器的操作工况可分为三种：正常操作工况、特殊载荷工况和意外载荷工况。

容器正常操作时的载荷包括：工作压力、液体静压力、重力载荷（包括隔热材料、衬里、内件、物料、平台、梯子、管系及支承在容器上的其他设备重量）、风载荷、地震载荷及其他操作时容器所承受的载荷。

特殊载荷工况包括压力试验、开停工及检修等工况。制造完工的容器在制造厂进行压力试验时，载荷一般包括试验压力和容器自身的重量。开停工及检修时的载荷主要包括风载荷、地震载荷和容器自身的重量，以及内件、平台、梯子、管系及支承在容器上的其他设备重量。

容器快速起动或突然停车、容器内发生化学爆炸、容器周围的设备发生燃烧或爆炸等意外情况下，容器会受到爆炸载荷、热冲击等意外载荷的作用。(www.xing528.com)

无论载荷形式有多少种，对压力容器来讲都承受基本载荷：介质压力，如气体内压、外压、液柱静压力。其他载荷，如容器自重、介质物料和附件等的重力载荷、风载荷和地震载荷及其他操作时容器所承受的载荷，称为选择性载荷。

2.强度设计方法

压力容器“规则设计”中，对承压元件，其正常操作工况时的基本载荷（介质压力）按一次施加的静力载荷处理，不考虑交变载荷，也不区分短期载荷和永久载荷，不涉及容器的疲劳寿命问题，依据材料力学及板壳理论，进行应力求解（见本章第1节内容），按最大主应力理论（第一强度理论）来推导元件的强度尺寸计算公式。对边缘应力等局部性质的应力，采用“分析设计”标准中的有关规定和思想，确定结构的某些相关尺寸范围，或由经验引入各种系数。具体元件“规则设计”计算公式参见本书3.4、3.5节内容。

此外，制造完工或安装后的容器为保证使用中的强度和密封性，要进行压力试验。其试验压力比设计压力高，故在压力试验前，常需要对压力容器承压元件进行强度的考虑。

上述设计过程又可称为压力容器的“通用设计”，即各种形式的压力容器都应进行的一个设计环节。压力容器的各承压元件通过“通用设计”计算后，有时还需结合具体容器设备结构，以及在实际生产过程中不同工况所承受的各种载荷组合，按最苛刻工况条件进行强度、稳定性校核，如塔设备、卧式容器等，均需在“通用设计”后进行各种元件的校核。以塔设备为例，它属于直立、高耸结构，一般安装在室外，靠裙座底部的地脚螺栓固定在混凝土基础上。塔体不仅承受介质压力、温度、重力载荷和管道推力，还要承受环境载荷，如风载荷和地震载荷等。除了按“通用设计”计算在基本载荷（介质压力）下的塔体壁厚，还应全面考虑在不同工况下的载荷对塔体强度和稳定性的影响。由于塔设备的结构和各种工况下的受载特点，应校核其在各种载荷组合条件下的轴向强度或稳定性。如果轴向应力校核条件得不到满足，则需要调整“通用设计”时初定的元件尺寸。本书主要介绍压力容器的通用设计内容，某类具体设备的强度、稳定性的计算可参见相关标准。