在这里所说的许用应力和焊缝系数一般指罐壁而言。
取屈服极限的百分比数作为许用应力,或选择安全系数,是受到许多因素控制的。例如,估算载荷是否符合实际,由这些载荷所计算得到的应力的可靠性(计算公式和方法的精细程度),材料的均匀性,不锈钢化工罐失效的危害性,以及难于估计的因素,如不锈钢化工罐的不均匀沉陷,焊接对焊缝附近钢板的影响,局部应力集中,冲击振荡,疲劳及腐蚀等等。因此这个系数要从理论上精确地推导是很困难的。通常它是根据现场使用经验,逐渐分析积累的。
许用应力的取法可分为两类:
(1)不锈钢化工罐各层罐壁采用一种许用应力,实测应力表明与理论计算的应力大体上相符合,从而得出结论:对所有各层罐壁取均匀一致的许用应力是安全的。因而这种取法为大多数国家采用。
(2)美国根据罐壁应力分布不同,分别把底层罐壁与其他各层罐壁规定相区别。
许用应力由于各国的材料和情况不同,略有出入。我国的《钢制石油化工压力容器设计规定》中,碳素钢、低合金钢的[σ]取σs/1.6(即5/8σs)和σs/3中的小值作为许用应力(σs,和σv分别为材料的屈服强度和抗拉强度)。在大型不锈钢化工罐中,一般取2/3σs (即σs/1.5),作为许用应力[σ],即安全系数为1.5,略低于压力容器设计规定中的1.6,其原因: .
(1)由于不锈钢化工罐操作温度为常温或接近常温,一般不会出现超压的现象。
(2)不锈钢化工罐的液面高度不会到最高点(一般低于包边角钢处)6
(3)贮液重度一般都是低于1,而罐壁计算公式中重度取1。
英国BS2654标准规定,取钢材最小屈服极限的2/3会作为许用应力,且在任何情况下,许用应力不得超过260 N/mm2(2650 kgf/cm2)。对于操作温度高于150℃时,应考虑到温度对屈服强度的影响。也就是说,该规定凡是许用应力为2/3σs大于260 N /mm2的钢材,均为后者控制,因而不利于充分发挥高强度钢材的潜力。
日本JIS B8501-1979考虑了温度对许用应力的影响。`罐壁的许用应力应乘以下列不同设计金属温度下的折减系数。
|
设计金属温度(℃) |
折减系数 |
|
≦90 |
1.0 |
|
150 |
0.965 |
|
200 |
0.935 |
|
260 |
0.88 |
注:设计金属温度在上述温度中间时,按线性内插法求折减系数。
对支承罐顶的结构物(如支柱、梁等)的许用应力应乘以下列不同设计金属温度下的折减系数。
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设计金属温度(℃) |
折减系数 |
|
﹤90 |
1.0 |
|
90 |
0.91 |
|
150 |
0.88 |
|
200 |
0.85 |
|
260 |
0.80 |
该标准对低碳钢[σ]取1480 kgf/cm2,高强度钢的许用应力为屈服限最低值的60%(即安全系数为1.666),出发点是在进行耐压试验时,罐壁应力郜不超过屈服限的90%。
美国API 650标准规定:包括焊缝系数在内的最大许用设计应力Sd,对于底层罐壁钢板应取2/3σs和3/8σb (安全系数2.66)中之较小值;对于上层罐壁应取2/3σs和会2/5σb (安全系数2.5)中之较小值。包括焊缝系数在内的最大许用水压试验应力St,对底层罐壁钢板应为3/4σs和2/5σb中之较小值;对上部各层罐壁应取3/4σs和3/7σb中之较小值。
国内不锈钢化工罐设计中,长期以来采用2/3σs作为许用应力,这已经为近几年来建造的50000m3浮顶不锈钢化工罐(罐壁采用16MnR钢板)的工程实践经验所验证。但随着不锈钢化工罐的大型化,将采用强度更高的钢板,其屈强比也相应增高,若仍取2/3σs作为许用应力则对于σv的安全系数就显得过小。因此,国内有些文献建议按确定许用应力。
目前各国有关规范对高强度钢应用在大型不锈钢化工罐中都有所限制。例如,美国API 650规定最大屈强比为0.75。英国BS 2664规定在任何情况下许用应力不能超过2650 kgf/cm2。

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