容器设计的基本知识教案.pptx

会计学1容器设计的基本知识容器设计的基本知识22 三月 2023第第1010章章 容器设计容器设计基本知识基本知识10.1 10.1 概概 论论第1页/共120页22 三月 2023主要内容主要内容n n结构结构:筒体、封头、零部件筒体、封头、零部件n n分类分类:形状、压力、管理、毒形状、压力、管理、毒害、三大类、温度、材料、应害、三大类、温度、材料、应用用第2页/共120页22 三月 2023一、容器的结构一、容器的结构 壳体壳体(筒体筒体)、封头、封头(端盖端盖)、法兰、支、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常低压化座、接口管及人孔等组成。常低压化工设备通用零部件标准直接选用。工设备通用零部件标准直接选用。第3页/共120页22 三月 2023二、容器的分类二、容器的分类压力容器分类压力容器分类按容器的按容器的形状形状按按承压承压性质性质按按管理管理其它其它按容器按容器壁温壁温按金属按金属材料材料按按应用应用情况情况第4页/共120页22 三月 2023按容器的形状按容器的形状按容器的形状按容器的形状分类分类分类分类名称名称特特点点方方形形/矩矩形容器形容器平板焊成，制造简便，但承压能力平板焊成，制造简便，但承压能力差，只用作差，只用作小型常压小型常压贮槽贮槽球球形容器形容器弓形板拼焊，承压好，安装内件不弓形板拼焊，承压好，安装内件不便，制造稍难便，制造稍难,多用作贮罐多用作贮罐圆圆筒形容筒形容器器筒体和凸形或平板筒体和凸形或平板封头封头。制造容易，。制造容易，安装内件方便，承压较好，应用最安装内件方便，承压较好，应用最广广第5页/共120页22 三月 2023按承压性质按承压性质 内内压：内部介质压力大于外界压力压：内部介质压力大于外界压力外外压：内部介质压力小于外界压力压：内部介质压力小于外界压力真空真空：内部压力小于一个绝压的外压：内部压力小于一个绝压的外压容器容器内压容器的分类内压容器的分类容器分类容器分类设计压力设计压力p（MPa）低低压容器压容器0.1p1.6中中压容器压容器1.6p10高高压容器压容器10p100超高超高压容器压容器p100第6页/共120页22 三月 2023按管理按管理安全检查规程使用范围安全检查规程使用范围项目项目条件（同时具备）条件（同时具备）最高工作最高工作压力压力pwpw0.1MPa，不包括液体静压，不包括液体静压内径内径Di，容积容积VDi0.15m且且V0.025m3介质介质气体、液化气体或最高工作温度高气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体于等于标准沸点的液体第7页/共120页22 三月 2023根据压力等级、介质毒性危害程度以及根据压力等级、介质毒性危害程度以及根据压力等级、介质毒性危害程度以及根据压力等级、介质毒性危害程度以及生产中的作用，压力容器可分为三类。生产中的作用，压力容器可分为三类。生产中的作用，压力容器可分为三类。生产中的作用，压力容器可分为三类。第第第第一一一一类压力容器、第类压力容器、第类压力容器、第类压力容器、第二二二二类压力容器、第类压力容器、第类压力容器、第类压力容器、第三三三三类压力容器类压力容器类压力容器类压力容器不包括不包括不包括不包括核能、船舶专用、直接受火焰加核能、船舶专用、直接受火焰加核能、船舶专用、直接受火焰加核能、船舶专用、直接受火焰加热容器热容器热容器热容器第8页/共120页22 三月 2023毒性危害程度分级毒性危害程度分级毒性危害程度分级毒性危害程度分级指指标标分分级级极度危害极度危害高度危害高度危害中度危害中度危害轻度危害轻度危害急性中毒急性中毒吸入吸入200mg/m3200mg/m32000mg/m320000mg/m3经皮经皮1001005002500经口经口25255005000急性中毒急性中毒易中毒，后果严重易中毒，后果严重可中毒，愈后良好可中毒，愈后良好偶可中毒偶可中毒无中毒但有影响无中毒但有影响慢性中毒慢性中毒患病率高患病率高较高较高偶有发生偶有发生有影响有影响慢性中毒后果慢性中毒后果继续进展不能治愈继续进展不能治愈可基本治愈可基本治愈可恢复无严重后果可恢复无严重后果可恢复无不良后果可恢复无不良后果致癌性致癌性人体致癌人体致癌可疑致癌可疑致癌动物致癌动物致癌无致癌性无致癌性最高容许浓度最高容许浓度0.10.1-1.0-10常见化学介质常见化学介质光气、汞、氰化氢光气、汞、氰化氢甲醛甲醛,苯胺、氟化氢苯胺、氟化氢二氧化硫二氧化硫,硫化氢硫化氢,氨氨第9页/共120页22 三月 2023三类容三类容器器（1 1）高压高压高压高压容器；容器；容器；容器；（2 2）毒性程度毒性程度毒性程度毒性程度为为为为极度和高度极度和高度极度和高度极度和高度危害介危害介危害介危害介质的质的质的质的中压中压中压中压容器；容器；容器；容器；（3 3）中度危害中度危害中度危害中度危害介质，且介质，且介质，且介质，且PVPV大于等于大于等于大于等于大于等于10MPam10MPam3 3中压中压中压中压储存储存储存储存容器；容器；容器；容器；（4 4）中度中度中度中度危害介质，且危害介质，且危害介质，且危害介质，且PVPV大于等于大于等于大于等于大于等于0.5MPam0.5MPam3 3中压中压中压中压反应反应反应反应容器；容器；容器；容器；（5 5）毒性程度为毒性程度为毒性程度为毒性程度为极度和高度极度和高度极度和高度极度和高度危害介危害介危害介危害介质，且质，且质，且质，且PVPV乘积大于等于乘积大于等于乘积大于等于乘积大于等于0.2MPam0.2MPam3 3的的的的低压低压低压低压容器；容器；容器；容器；第10页/共120页22 三月 2023三类三类容器容器（6 6）高压、中压管壳式余热锅炉高压、中压管壳式余热锅炉高压、中压管壳式余热锅炉高压、中压管壳式余热锅炉；（7 7）中压中压中压中压搪玻璃搪玻璃搪玻璃搪玻璃压力容器；压力容器；压力容器；压力容器；（8 8）使用强度级别较高的材料制造的压力使用强度级别较高的材料制造的压力使用强度级别较高的材料制造的压力使用强度级别较高的材料制造的压力容器；容器；容器；容器；（9 9）移动式移动式移动式移动式压力容器，铁路罐车、罐式汽压力容器，铁路罐车、罐式汽压力容器，铁路罐车、罐式汽压力容器，铁路罐车、罐式汽车和罐式集装箱等；车和罐式集装箱等；车和罐式集装箱等；车和罐式集装箱等；（1010）容积大于等于容积大于等于容积大于等于容积大于等于50 m50 m3 3的球形的球形的球形的球形储罐；储罐；储罐；储罐；（1111）容积大于容积大于容积大于容积大于5 m5 m3 3的低温液体的低温液体的低温液体的低温液体储存容器。储存容器。储存容器。储存容器。第11页/共120页22 三月 2023二类容二类容器器（1）中压中压容器；容器；（2）毒性程度为毒性程度为极度和高度极度和高度危危害介质的害介质的低压低压容器；容器；（3）易燃易燃介质或毒性程度为介质或毒性程度为中中度度危害介质的低压反应容器和危害介质的低压反应容器和低压低压储存容器；储存容器；（4）低压低压管壳式余热管壳式余热锅炉锅炉；（5）低压搪玻璃低压搪玻璃压力容器。压力容器。第12页/共120页22 三月 2023一类容一类容器器不在第三类、第二类压力容器之不在第三类、第二类压力容器之不在第三类、第二类压力容器之不在第三类、第二类压力容器之内的内的内的内的低压低压低压低压容器为第一类压力容器。容器为第一类压力容器。容器为第一类压力容器。容器为第一类压力容器。第13页/共120页22 三月 2023判断题：判断题：判断下列容器属一、二、三类容器的哪一类判断下列容器属一、二、三类容器的哪一类？1 1）20002000的液氨储罐的液氨储罐2 2）P P为为4MPa4MPa的剧毒介质容器的剧毒介质容器3 3）P P为为10MPa10MPa，V V为为800L800L的乙烯储罐。的乙烯储罐。第14页/共120页22 三月 2023按容器壁温按容器壁温常温常温常温常温容器：壁温容器：壁温容器：壁温容器：壁温-20-20-20-20至至至至200200200200；高温高温高温高温容器：壁温达到蠕变温度容器：壁温达到蠕变温度容器：壁温达到蠕变温度容器：壁温达到蠕变温度,碳素钢或低合碳素钢或低合碳素钢或低合碳素钢或低合金钢容器，温度超过金钢容器，温度超过金钢容器，温度超过金钢容器，温度超过420420420420，合金钢超过，合金钢超过，合金钢超过，合金钢超过450450450450，奥氏体不锈钢超过，奥氏体不锈钢超过，奥氏体不锈钢超过，奥氏体不锈钢超过550550550550，均属高，均属高，均属高，均属高温容器；温容器；温容器；温容器；中温中温中温中温容器：在常温和高温之间；容器：在常温和高温之间；容器：在常温和高温之间；容器：在常温和高温之间；低温容器：壁温低于低温容器：壁温低于低温容器：壁温低于低温容器：壁温低于-20,-20,-20,-20,-20-20-20-20至至至至-40-40-40-40为为为为浅冷容器，浅冷容器，浅冷容器，浅冷容器，低于低于低于低于-40-40-40-40者为深冷容器。者为深冷容器。者为深冷容器。者为深冷容器。第15页/共120页22 三月 2023按材料按材料金属金属容器容器:钢制钢制,铸铁铸铁,有色金属容器有色金属容器非金属非金属材料：既可作为容器的衬里，材料：既可作为容器的衬里，又可作为独立的构件。又可作为独立的构件。第16页/共120页22 三月 2023按材料按材料应用最多是低应用最多是低碳钢碳钢和普通低和普通低合金合金钢，钢，腐蚀严重或产品纯度要求高用腐蚀严重或产品纯度要求高用不锈不锈钢、钢、不锈复合钢板、不锈复合钢板、铝铝板及板及钛钛材。材。在深冷操作中，可用在深冷操作中，可用铜或铜铜或铜合金；合金；常用常用非金属材料非金属材料的有：硬聚氯乙烯、的有：硬聚氯乙烯、玻璃钢、不透性石墨、化工搪瓷、化玻璃钢、不透性石墨、化工搪瓷、化工陶瓷及砖、板、橡胶衬里等工陶瓷及砖、板、橡胶衬里等第17页/共120页22 三月 2023按按应用应用情况情况反应反应反应反应压力容器（）完成物理、化学反压力容器（）完成物理、化学反压力容器（）完成物理、化学反压力容器（）完成物理、化学反应，如反应器、反应釜、分解锅、聚应，如反应器、反应釜、分解锅、聚应，如反应器、反应釜、分解锅、聚应，如反应器、反应釜、分解锅、聚合釜、变换炉等；合釜、变换炉等；合釜、变换炉等；合釜、变换炉等；换热换热换热换热压力容器（）热量交换，如热交压力容器（）热量交换，如热交压力容器（）热量交换，如热交压力容器（）热量交换，如热交换器、管壳式余热锅炉、冷却器、冷换器、管壳式余热锅炉、冷却器、冷换器、管壳式余热锅炉、冷却器、冷换器、管壳式余热锅炉、冷却器、冷凝器、蒸发器等；凝器、蒸发器等；凝器、蒸发器等；凝器、蒸发器等；第18页/共120页22 三月 2023按应用情况按应用情况分离分离分离分离压力容器（）流体压力平衡缓冲压力容器（）流体压力平衡缓冲压力容器（）流体压力平衡缓冲压力容器（）流体压力平衡缓冲和气体净化分离，如分离器、过滤器、和气体净化分离，如分离器、过滤器、和气体净化分离，如分离器、过滤器、和气体净化分离，如分离器、过滤器、缓冲器、吸收塔、干燥塔等；缓冲器、吸收塔、干燥塔等；缓冲器、吸收塔、干燥塔等；缓冲器、吸收塔、干燥塔等；储存储存储存储存压力容器：（，球罐为）储存、压力容器：（，球罐为）储存、压力容器：（，球罐为）储存、压力容器：（，球罐为）储存、盛装气体、液体、液化气体等介质，盛装气体、液体、液化气体等介质，盛装气体、液体、液化气体等介质，盛装气体、液体、液化气体等介质，如各种形式的贮罐、贮槽、高位槽、如各种形式的贮罐、贮槽、高位槽、如各种形式的贮罐、贮槽、高位槽、如各种形式的贮罐、贮槽、高位槽、计量槽、槽车等。计量槽、槽车等。计量槽、槽车等。计量槽、槽车等。第19页/共120页22 三月 2023三、容器的三、容器的零部件标准零部件标准容器的零部件容器的零部件(例如封头、法兰、支例如封头、法兰、支座、人孔、手孔、视镜、液面计座、人孔、手孔、视镜、液面计等等)标准化、系列化，标准化、系列化，许多化工设备许多化工设备(例如贮槽、换热器、例如贮槽、换热器、搪玻璃与陶瓷反应器搪玻璃与陶瓷反应器)也有了相应也有了相应的标准。的标准。第20页/共120页22 三月 2023两个基本参数：两个基本参数：公称直径公称直径公称直径公称直径DNDNDNDN：指标准化以后的标准直：指标准化以后的标准直：指标准化以后的标准直：指标准化以后的标准直径，以径，以径，以径，以DNDNDNDN表示，单位表示，单位表示，单位表示，单位mmmmmmmm，例如内径，例如内径，例如内径，例如内径1200mm1200mm1200mm1200mm的容器的公称直径标记为的容器的公称直径标记为的容器的公称直径标记为的容器的公称直径标记为DN1200DN1200DN1200DN1200。公称压力公称压力公称压力公称压力PNPNPNPN：容器及管道的操作压力：容器及管道的操作压力：容器及管道的操作压力：容器及管道的操作压力经标准化以后的标准压力称为公称经标准化以后的标准压力称为公称经标准化以后的标准压力称为公称经标准化以后的标准压力称为公称压力，以压力，以压力，以压力，以PNPNPNPN表示，单位表示，单位表示，单位表示，单位MPaMPaMPaMPa。第21页/共120页22 三月 2023公称直径公称直径压力容器的公称直径压力容器的公称直径 钢板卷焊公称直径是内径。钢板卷焊公称直径是内径。300(350)400(450)500(550)600(650)700(750)8009001000(1100)1200(1300)1400(1500)1600(1700)1800(1900)2000(2100)2200(2300)24002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000第22页/共120页22 三月 2023 容器直径较小，可直接用无缝容器直径较小，可直接用无缝钢管制作。公称直径指钢管外钢管制作。公称直径指钢管外径。径。159219273325377426无缝钢管制作筒体时容器的公称直径无缝钢管制作筒体时容器的公称直径（mm）第23页/共120页22 三月 2023uu设计时，应将工艺计算设计时，应将工艺计算初步确初步确定定的设备内径，的设备内径，调整调整为符合所为符合所规定的公称直径。规定的公称直径。uu封头的公称直径与筒体一致。封头的公称直径与筒体一致。第24页/共120页22 三月 2023管子的公称直径管子的公称直径 也称公称口径、公称通径。也称公称口径、公称通径。也称公称口径、公称通径。也称公称口径、公称通径。有缝有缝有缝有缝管：电焊钢管，化工厂用来输送管：电焊钢管，化工厂用来输送管：电焊钢管，化工厂用来输送管：电焊钢管，化工厂用来输送水、煤气、空气、油以及取暖用蒸水、煤气、空气、油以及取暖用蒸水、煤气、空气、油以及取暖用蒸水、煤气、空气、油以及取暖用蒸汽等流体管道。汽等流体管道。汽等流体管道。汽等流体管道。无缝无缝无缝无缝管：分热轧管和冷拔管两种。如管：分热轧管和冷拔管两种。如管：分热轧管和冷拔管两种。如管：分热轧管和冷拔管两种。如输送流体用无缝钢管输送流体用无缝钢管输送流体用无缝钢管输送流体用无缝钢管(GB 8163-87)(GB 8163-87)(GB 8163-87)(GB 8163-87)、石油裂化用无缝钢管石油裂化用无缝钢管石油裂化用无缝钢管石油裂化用无缝钢管(GB 9948-88)(GB 9948-88)(GB 9948-88)(GB 9948-88)、化肥设备用高压无缝钢管（化肥设备用高压无缝钢管（化肥设备用高压无缝钢管（化肥设备用高压无缝钢管（GB GB GB GB 647986)647986)647986)647986)等。等。等。等。第25页/共120页22 三月 2023有缝有缝管的公称直径：管的公称直径：|公称直径公称直径近似普通钢管内径的名近似普通钢管内径的名义尺寸。公制义尺寸。公制mmmm，英制，英制inin。公称直径公称直径15mm15mm或或1/21/2英寸，外径英寸，外径21.3mm21.3mm，壁厚，壁厚2.75mm2.75mm（普通）（普通）3.25mm3.25mm（加厚）（加厚）第26页/共120页22 三月 2023有缝管的公称直径：有缝管的公称直径：|每一公称直径每一公称直径对应对应一外径，其内径一外径，其内径数值随厚度不同而不同。数值随厚度不同而不同。|有缝管按厚度可分为有缝管按厚度可分为薄壁薄壁钢管、钢管、普普通通钢管和钢管和加厚加厚钢管。钢管。|管路管路附件附件也用公称直径表示，意义也用公称直径表示，意义同同第27页/共120页22 三月 2023无缝无缝钢管的公称尺寸：钢管的公称尺寸：分分分分热轧热轧热轧热轧管和管和管和管和冷拔冷拔冷拔冷拔管。管。管。管。无缝钢管不用公称直径而是以无缝钢管不用公称直径而是以无缝钢管不用公称直径而是以无缝钢管不用公称直径而是以外径乘厚度外径乘厚度外径乘厚度外径乘厚度表表表表示。为公称外径与公称厚度。示。为公称外径与公称厚度。示。为公称外径与公称厚度。示。为公称外径与公称厚度。在管道工程中，管径超过在管道工程中，管径超过在管道工程中，管径超过在管道工程中，管径超过57mm57mm57mm57mm时，常采用时，常采用时，常采用时，常采用热热热热轧轧轧轧管。管径在管。管径在管。管径在管。管径在57mm57mm57mm57mm以内常选用以内常选用以内常选用以内常选用冷拔冷拔冷拔冷拔管。管。管。管。冷拔管的冷拔管的冷拔管的冷拔管的最大外径最大外径最大外径最大外径为为为为200mm200mm200mm200mm；热轧管的热轧管的热轧管的热轧管的最大外径最大外径最大外径最大外径为为为为630mm630mm630mm630mm。第28页/共120页22 三月 20233.3.容器零部件的公称直径容器零部件的公称直径 法兰、支座等公称直径是法兰、支座等公称直径是法兰、支座等公称直径是法兰、支座等公称直径是相配的相配的相配的相配的筒体、筒体、筒体、筒体、封头的公称直径。封头的公称直径。封头的公称直径。封头的公称直径。DNDNDNDN2000200020002000法兰，法兰，法兰，法兰，DNDNDNDN2000200020002000鞍座鞍座鞍座鞍座还有一些零部件的公称直径是与它相配还有一些零部件的公称直径是与它相配还有一些零部件的公称直径是与它相配还有一些零部件的公称直径是与它相配的的的的管子公称直径管子公称直径管子公称直径管子公称直径DNDNDNDN200200200200管法兰管法兰管法兰管法兰另有一些容器零部件公称直径是另有一些容器零部件公称直径是另有一些容器零部件公称直径是另有一些容器零部件公称直径是指结构指结构指结构指结构中某一重要尺寸中某一重要尺寸中某一重要尺寸中某一重要尺寸，DNDNDNDN80(80(80(80(DgDgDgDg80)80)80)80)视镜是指视镜是指视镜是指视镜是指窥视孔的直径为窥视孔的直径为窥视孔的直径为窥视孔的直径为80mm80mm80mm80mm。第29页/共120页22 三月 2023 公称压力公称压力工作压力不同，相同公称直径的压力容器其筒工作压力不同，相同公称直径的压力容器其筒工作压力不同，相同公称直径的压力容器其筒工作压力不同，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。体及其零部件的尺寸也不同。体及其零部件的尺寸也不同。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将承受的压力范围分为若干个将承受的压力范围分为若干个将承受的压力范围分为若干个标准压力等级标准压力等级标准压力等级标准压力等级，即公称压力。即公称压力。即公称压力。即公称压力。压力容器法兰与管法兰的公称压力压力容器法兰与管法兰的公称压力压力容器法兰与管法兰的公称压力压力容器法兰与管法兰的公称压力MPaMPa压力容器压力容器法兰法兰0.250.61.01.62.54.06.4管法兰管法兰0.250.61.01.62.54.06.4101525第30页/共120页22 三月 2023设计时如果选用设计时如果选用设计时如果选用设计时如果选用标准标准标准标准零部件，必须零部件，必须零部件，必须零部件，必须将操作温度下的最高操作压力将操作温度下的最高操作压力将操作温度下的最高操作压力将操作温度下的最高操作压力(或或或或设计压力设计压力设计压力设计压力)调整为所规定的某一公调整为所规定的某一公调整为所规定的某一公调整为所规定的某一公称压力等级，然后根据称压力等级，然后根据称压力等级，然后根据称压力等级，然后根据DNDNDNDN与与与与PNPNPNPN选定选定选定选定该零部件的尺寸。该零部件的尺寸。该零部件的尺寸。该零部件的尺寸。如果零件不选用标准零部件，而是如果零件不选用标准零部件，而是如果零件不选用标准零部件，而是如果零件不选用标准零部件，而是自行设计自行设计自行设计自行设计，设计压力就不必符合规，设计压力就不必符合规，设计压力就不必符合规，设计压力就不必符合规定的公称压力。定的公称压力。定的公称压力。定的公称压力。第31页/共120页22 三月 2023四、压力容器的标准简介四、压力容器的标准简介压力容器标准是压力容器标准是压力容器标准是压力容器标准是全面总结全面总结全面总结全面总结压力容器生产、设计、压力容器生产、设计、压力容器生产、设计、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安全等方面的经验，不断纳入新科技成果而产生安全等方面的经验，不断纳入新科技成果而产生安全等方面的经验，不断纳入新科技成果而产生的。它是压力容器设计、制造、验收等的。它是压力容器设计、制造、验收等的。它是压力容器设计、制造、验收等的。它是压力容器设计、制造、验收等必须遵循必须遵循必须遵循必须遵循的准则的准则的准则的准则。压力容器标准涉及设计方法、选材及制。压力容器标准涉及设计方法、选材及制。压力容器标准涉及设计方法、选材及制。压力容器标准涉及设计方法、选材及制造、检验方法等。造、检验方法等。造、检验方法等。造、检验方法等。第32页/共120页22 三月 2023 国内标准国内标准vv1989198919891989我国压力容器标准化技术委员会制订了我国压力容器标准化技术委员会制订了我国压力容器标准化技术委员会制订了我国压力容器标准化技术委员会制订了GB150-89GB150-89GB150-89GB150-89钢制压力容器钢制压力容器钢制压力容器钢制压力容器vv1998199819981998年修订成年修订成年修订成年修订成GB150-1998GB150-1998GB150-1998GB150-1998，使标准更加完善。，使标准更加完善。，使标准更加完善。，使标准更加完善。vvGB150GB150GB150GB150钢制压力容器钢制压力容器钢制压力容器钢制压力容器内容包括：内容包括：内容包括：内容包括：压力容器压力容器压力容器压力容器板壳元件板壳元件板壳元件板壳元件计算计算计算计算容器容器容器容器结构要素结构要素结构要素结构要素的确定的确定的确定的确定密封密封密封密封设计设计设计设计超压超压超压超压泄放泄放泄放泄放装置的设置装置的设置装置的设置装置的设置容器的容器的容器的容器的制造与验收制造与验收制造与验收制造与验收的要求等的要求等的要求等的要求等第33页/共120页22 三月 2023 国外主要规范国外主要规范国外的规范主要有四个：国外的规范主要有四个：美美国国ASMEASME规范，规范，英英国压力容器规范（国压力容器规范（BSBS），），日日本国家标准（本国家标准（JISJIS），），德德国压力容器规范（国压力容器规范（ADAD）。）。第34页/共120页22 三月 202310.2内压薄壁容器的设计内压薄壁容器的设计第35页/共120页22 三月 2023一、薄壁容器设计的理论基础一、薄壁容器设计的理论基础一、薄壁容器设计的理论基础一、薄壁容器设计的理论基础（一）薄壁容器（一）薄壁容器（一）薄壁容器（一）薄壁容器 根据容器根据容器根据容器根据容器外外外外径径径径D DOO与与与与内内内内径径径径D Di i的比值的比值的比值的比值KK来来来来判断，判断，判断，判断，当当K K1.21.2为为薄壁容器壁容器 K K1.21.2则为则为厚厚壁容器壁容器第36页/共120页22 三月 2023（二）圆筒形薄壁容器承受内压时的二）圆筒形薄壁容器承受内压时的二）圆筒形薄壁容器承受内压时的二）圆筒形薄壁容器承受内压时的应力应力应力应力只有只有拉应力拉应力无无弯弯曲曲“环向纤维环向纤维”和和“纵向纤维纵向纤维”受到拉力。受到拉力。s s s sm圆筒母线方向圆筒母线方向(即即经向经向)拉拉应力，应力，s s s s圆周圆周方向的方向的拉拉应力。应力。第37页/共120页22 三月 2023（三）圆筒的应（三）圆筒的应力计算力计算1.经向经向应力应力D-筒体筒体平均平均直径，亦称直径，亦称中中径，径，mm；第38页/共120页22 三月 20232.环向应力环向应力第39页/共120页22 三月 2023分析：分析：分析：分析：（1 1）薄壁圆筒受内压）薄壁圆筒受内压）薄壁圆筒受内压）薄壁圆筒受内压环环环环向应力是向应力是向应力是向应力是轴轴轴轴向应向应向应向应力力力力两两两两倍。倍。倍。倍。问题问题问题问题a a：筒体上开椭圆孔，：筒体上开椭圆孔，：筒体上开椭圆孔，：筒体上开椭圆孔，如何开？如何开？如何开？如何开？应使其应使其短轴短轴与筒体的与筒体的轴轴线平行，以尽量减少开线平行，以尽量减少开孔对孔对纵纵截面的削弱程度，截面的削弱程度，使环向应力不致增加很使环向应力不致增加很多。多。第40页/共120页22 三月 2023分析：分析：分析：分析：问题问题b：钢板卷制圆：钢板卷制圆筒形容器，筒形容器，纵纵焊焊缝与缝与环环焊缝焊缝哪个哪个易裂？易裂？筒体纵向焊缝受力筒体纵向焊缝受力大于环向焊缝，大于环向焊缝，故纵焊缝易裂，故纵焊缝易裂，施焊时应予以注施焊时应予以注意。意。第41页/共120页22 三月 2023（2 2）分析上式可知，）分析上式可知，）分析上式可知，）分析上式可知，内压筒壁的内压筒壁的应力和应力和/D D成反比成反比，/D D 值的大小体现着圆筒承压能值的大小体现着圆筒承压能力的高低。力的高低。因此，分析一个设备能耐多大压因此，分析一个设备能耐多大压力，不能只看厚度的绝对值。力，不能只看厚度的绝对值。第42页/共120页22 三月 2023二、无力矩理论基本方程式二、无力矩理论基本方程式二、无力矩理论基本方程式二、无力矩理论基本方程式（一）基本概念与基本假设（一）基本概念与基本假设（一）基本概念与基本假设（一）基本概念与基本假设 1 1 基本概念基本概念基本概念基本概念（1 1）旋转壳体旋转壳体旋转壳体旋转壳体：壳体：壳体：壳体：壳体中间面中间面中间面中间面（等分壳体厚度）是任（等分壳体厚度）是任（等分壳体厚度）是任（等分壳体厚度）是任意直线或平面曲线作母线，意直线或平面曲线作母线，意直线或平面曲线作母线，意直线或平面曲线作母线，绕其同平面内的轴线绕其同平面内的轴线绕其同平面内的轴线绕其同平面内的轴线旋旋旋旋转一周而成的旋转曲面。转一周而成的旋转曲面。转一周而成的旋转曲面。转一周而成的旋转曲面。第43页/共120页22 三月 2023（2）轴对称轴对称壳体的几何壳体的几何形状形状、约束、约束条件条件和所受和所受外力外力都是对称都是对称于某一轴。于某一轴。化工用的压力容器化工用的压力容器通常是通常是轴对称问题。轴对称问题。第44页/共120页22 三月 2023（3）旋转壳体的几何概念）旋转壳体的几何概念母母母母线与线与线与线与经经经经线线线线法法法法线、平行圆线、平行圆线、平行圆线、平行圆第一曲率半径第一曲率半径第一曲率半径第一曲率半径：经经经经线线线线曲率半径曲率半径曲率半径曲率半径第二曲率半径第二曲率半径第二曲率半径第二曲率半径：垂直：垂直：垂直：垂直于经线的于经线的于经线的于经线的平面与中平面与中平面与中平面与中间面相割间面相割间面相割间面相割形成的曲形成的曲形成的曲形成的曲线线线线BEBE的曲率半径的曲率半径的曲率半径的曲率半径第45页/共120页22 三月 20232基本假设基本假设假定壳体材料有假定壳体材料有假定壳体材料有假定壳体材料有连连连连续性、续性、续性、续性、均均均均匀性和各匀性和各匀性和各匀性和各向向向向同同同同性，即壳体是性，即壳体是性，即壳体是性，即壳体是完全弹性完全弹性完全弹性完全弹性的。的。的。的。(1)(1)小位移小位移小位移小位移假设假设假设假设 各点各点各点各点位移都远小于厚度位移都远小于厚度位移都远小于厚度位移都远小于厚度。可用变形前。可用变形前。可用变形前。可用变形前尺寸代替变形后尺寸。变形分析中高阶尺寸代替变形后尺寸。变形分析中高阶尺寸代替变形后尺寸。变形分析中高阶尺寸代替变形后尺寸。变形分析中高阶微量可忽略。微量可忽略。微量可忽略。微量可忽略。第46页/共120页22 三月 2023(2)直法线直法线假设假设变形前垂直于中面直线段，变形变形前垂直于中面直线段，变形后仍是直线并垂直于变形后的中面。后仍是直线并垂直于变形后的中面。变形前后法向线段长度不变。沿厚变形前后法向线段长度不变。沿厚度各点法向位移相同，度各点法向位移相同，厚度不变厚度不变。(3)不挤压不挤压假设假设各层纤维变形前后互不挤压。各层纤维变形前后互不挤压。与与平面同平面同第47页/共120页22 三月 2023（二）（二）无力矩理论基无力矩理论基本方程式本方程式无力矩理论是在旋转薄壳的受力分无力矩理论是在旋转薄壳的受力分析中析中忽略了弯矩忽略了弯矩的作用。的作用。此时此时应力状态应力状态和承受内压的薄膜相和承受内压的薄膜相似。又称似。又称薄膜薄膜理论理论第48页/共120页22 三月 2023环环向向微体微体平衡方程平衡方程经经向向区域区域平衡方程平衡方程 无力矩理论基本方程式：无力矩理论基本方程式：第49页/共120页22 三月 2023三、基本方程式的应用三、基本方程式的应用1 1圆筒圆筒圆筒圆筒形壳体形壳体形壳体形壳体 第一曲率半径第一曲率半径第一曲率半径第一曲率半径R R1 1=，第二曲率半径第二曲率半径第二曲率半径第二曲率半径R R2 2=D D/2/2第50页/共120页22 三月 20232球形壳体球形壳体球壳球壳R1R2=D/2，得：得：直径与圆筒相同时，球壳内应力仅是圆筒形壳直径与圆筒相同时，球壳内应力仅是圆筒形壳体环向应力的一半，即球形壳体的体环向应力的一半，即球形壳体的厚度仅需厚度仅需圆筒圆筒容器厚度的容器厚度的一半一半。当容器容积相同时，球表面积最小，故大型贮当容器容积相同时，球表面积最小，故大型贮罐制成球形较为罐制成球形较为经济经济。制造制造第51页/共120页22 三月 20233圆锥形壳体圆锥形壳体圆锥形壳：圆锥形壳：半锥半锥角角为为a，A点处点处半径半径为为r，厚厚度为度为d，则在则在A点处：点处：第52页/共120页22 三月 2023 锥形壳体锥形壳体环向环向应力是经向应力两倍，应力是经向应力两倍，随半锥角随半锥角a a的的增大而增大增大而增大；a a角角要选择合适，不宜太大。要选择合适，不宜太大。在锥形壳体大端在锥形壳体大端r r=R R时，时，应力最大应力最大，在锥顶处，在锥顶处，应应力为零力为零。因此，一般在。因此，一般在锥顶开孔锥顶开孔。第53页/共120页22 三月 20234椭圆形壳体椭圆形壳体椭圆壳椭圆壳经线为一椭圆经线为一椭圆，a a、b b分别为椭圆的长短轴半径。分别为椭圆的长短轴半径。由此方程可得第一、二曲率半径分别为：由此方程可得第一、二曲率半径分别为：第54页/共120页22 三月 2023第55页/共120页22 三月 2023例题：有一外径为例题：有一外径为219mm219mm的的氧气瓶氧气瓶，最小厚度，最小厚度为为6.5mm6.5mm，材料为，材料为40Mn2A40Mn2A，工作压力为，工作压力为15MPa15MPa，试求氧气瓶壁应力，试求氧气瓶壁应力解析：解析：平均直径平均直径 mmmm经向应力经向应力 MPaMPa环向应力环向应力 MPaMPa第56页/共120页22 三月 2023四、筒体强四、筒体强度计算度计算实际设计中须考虑实际设计中须考虑三个因素三个因素：（1）焊接焊接接头系数接头系数（2）容器）容器内径内径（3）壁壁厚厚筒体内较大的筒体内较大的环向应力环向应力不应高于在设计温不应高于在设计温度下材料的度下材料的许用应力许用应力，即，即 s s t t-设计温度设计温度tt下材料许用应力，下材料许用应力，MPaMPa。第57页/共120页22 三月 2023(一一)焊接接头系数焊接接头系数钢板卷焊。夹渣、气孔、未焊透等钢板卷焊。夹渣、气孔、未焊透等缺缺陷陷，导致焊缝及其附近区域强度可能低于，导致焊缝及其附近区域强度可能低于钢材本体的强度。钢材本体的强度。钢板钢板 s s t t乘乘以焊接接头系数以焊接接头系数j j，j j11第58页/共120页22 三月 2023(二二)容器内径容器内径工艺设计确定内径工艺设计确定内径Di，制造测量也是，制造测量也是内内径径，而受力分析中的，而受力分析中的D却是却是中面直径中面直径。解出解出d，得到内压圆筒的厚度计算式，得到内压圆筒的厚度计算式第59页/共120页22 三月 2023(三三)壁厚壁厚考虑介质腐蚀，计算厚度考虑介质腐蚀，计算厚度d d的基础上，增加腐的基础上，增加腐蚀裕度蚀裕度C C2 2。筒体的设计厚度为。筒体的设计厚度为式中式中 d d-圆筒圆筒计算计算厚度，厚度，mmmm；d dd d-圆筒圆筒设计设计厚度，厚度，mmmm；D Di i-圆筒圆筒内内径，径，mmmm；p p-容器容器设计压力设计压力，MPaMPa；-焊接焊接接头系数。接头系数。第60页/共120页22 三月 2023另一种情况：另一种情况：另一种情况：另一种情况：筒体设计厚度加上厚度负偏差后向上筒体设计厚度加上厚度负偏差后向上圆整圆整，即，即为筒体为筒体名义厚度名义厚度。对于已有的圆筒，测量厚度为对于已有的圆筒，测量厚度为d dn n，则其最大许，则其最大许可承压的计算公式为：可承压的计算公式为：式中式中 ：d dn n-圆筒名义厚度圆筒名义厚度 圆整圆整成钢材标准值；成钢材标准值；第61页/共120页22 三月 2023de-圆筒圆筒有效厚度有效厚度C-厚度厚度附加量附加量。设计温度下设计温度下圆筒的计算应力圆筒的计算应力第62页/共120页22 三月 2023二、球壳强度计算二、球壳强度计算设计温度下球壳的设计温度下球壳的计算厚度计算厚度：设计温度下球壳的设计温度下球壳的计算应力计算应力第63页/共120页22 三月 2023五、设计参数的确定五、设计参数的确定厚度设计参数按厚度设计参数按GBl50-1998中规定取中规定取值。值。设计设计压力压力、设计设计温度温度、许用许用应力应力、焊接焊接接头系数接头系数厚度厚度附加附加量等参数的选取。量等参数的选取。第64页/共120页22 三月 2023（一）设计压力（计算压力）（一）设计压力（计算压力）（一）设计压力（计算压力）（一）设计压力（计算压力）设计压力设计压力:相应设计温度下确定壳壁相应设计温度下确定壳壁厚度的压力，亦即标注在铭牌上的厚度的压力，亦即标注在铭牌上的容器设计压力。其值容器设计压力。其值稍高于最大工稍高于最大工作压力作压力。最大工作压力最大工作压力：是指容器顶部？在工：是指容器顶部？在工作过程中可能产生的作过程中可能产生的最高压力最高压力（表（表压）。压）。第65页/共120页22