《容器设计基础》PPT课件.ppt

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1、 第第1010章章 容器设计基础容器设计基础概述概述10.2内压薄壁容器设计内压薄壁容器设计10.3外压圆筒设计外压圆筒设计10.4封头的设计封头的设计1、容器的概念、容器的概念10.1 10.1 概概 述述一、容器的结构一、容器的结构容器的概论有狭义、广义之分，狭义的容器是指容器的概论有狭义、广义之分，狭义的容器是指储存原料、中间产品或成品的储存设备，如大型储存原料、中间产品或成品的储存设备，如大型炼油厂的原油储罐、油制气厂的球形储气罐、液炼油厂的原油储罐、油制气厂的球形储气罐、液化石油气瓶等。化石油气瓶等。设备=外壳+功能内件l锅炉、换热器、加热炉锅炉、换热器、加热炉 =圆筒外壳圆筒外壳

2、+传热管束传热管束l核反应堆核反应堆 =圆筒安全壳圆筒安全壳 +核反应零部件核反应零部件l塔器塔器 =圆筒外壳圆筒外壳 +传质元件（浮阀、填料等）传质元件（浮阀、填料等）l反应釜反应釜 =圆筒夹套圆筒夹套 +搅拌器搅拌器l压缩机、真空泵压缩机、真空泵 =圆筒气缸圆筒气缸 +活塞活塞l泵泵 =蜗壳蜗壳 +叶轮叶轮广义的容器广义的容器在石油化工领域，容器是指储存设备和其它设备在石油化工领域，容器是指储存设备和其它设备的外壳。的外壳。容器主要是由容器主要是由壳体壳体（筒体）、（筒体）、封头封头（端盖）、法兰、（端盖）、法兰、支座、接口管、人孔等组成。中低压容器的通用零部支座、接口管、人孔等组成。中低

3、压容器的通用零部件（如法兰、人孔）已经件（如法兰、人孔）已经标准标准化，设计时可直接化，设计时可直接选用选用。2、容器的结构容器的结构二、容器的分类二、容器的分类1 1、按容器形状分类、按容器形状分类方（矩）形容器：制造方便、承压能力差方（矩）形容器：制造方便、承压能力差,小型常小型常压压球形容器：制造稍难、承压能力好球形容器：制造稍难、承压能力好,高压储罐高压储罐圆筒形容器：制造容易、承压能力好、应用广泛圆筒形容器：制造容易、承压能力好、应用广泛2、按承压性质分类、按承压性质分类（1）压力方向）压力方向内压容器内压容器外压容器（真空容器外压容器（真空容器:外外=0.1Mpa,内内P）（2 2

4、）压力大小（设计压力大小）压力大小（设计压力大小）内压容器内压容器低压容器：低压容器：0.1P中压容器：中压容器：1.6P10MPa高压容器：高压容器：10P100MPa超高压容器：超高压容器：P100MPa真空容器与外压容器的区别真空容器与外压容器的区别真空容器与外压容器的区别真空容器与外压容器的区别真空容器指外部压力来源于大气的压真空容器指外部压力来源于大气的压力（外压为力（外压为1个大气压，即），即将设备个大气压，即），即将设备内空气抽掉，内部压力小于大气压力。内空气抽掉，内部压力小于大气压力。外压容器指外部压力来源于介质压力，外压容器指外部压力来源于介质压力，压力不限大小。压力不限大小

5、。3、按管理分类、按管理分类国家劳动部门，根据容器压力与容积乘积国家劳动部门，根据容器压力与容积乘积（PV）大小、介质的危害程度以及容器的作用，将压力容大小、介质的危害程度以及容器的作用，将压力容器分为三类：器分为三类：对容器的设计、制造、检验、使用和管理要求愈高对容器的设计、制造、检验、使用和管理要求愈高高压容器；高压容器；中压容器（毒性程度为极度和高度危害介质）；中压容器（毒性程度为极度和高度危害介质）；中压储存容器（易燃或毒性程度为中度危害介质，中压储存容器（易燃或毒性程度为中度危害介质，且且PV10MPam3）；中压反应容器（易燃或毒性程度为中度危害介质，中压反应容器（易燃或毒性程度为

6、中度危害介质，且且PV0.5MPam3）；）；低压容器（毒性程度为极度和高度危害介质，且低压容器（毒性程度为极度和高度危害介质，且PV0.2MPam3）；）；高、中压管壳式余热锅炉；高、中压管壳式余热锅炉；中压搪玻璃压力容器；中压搪玻璃压力容器；（1 1）第三类压力容器）第三类压力容器毒性分级见毒性分级见GB5044职业性接触毒物危害程度分级职业性接触毒物危害程度分级使用使用强度级别较高强度级别较高的材料制造的压力容器；的材料制造的压力容器；移动式压力容器；移动式压力容器；铁路罐车铁路罐车罐式汽车罐式汽车罐式集装箱等；罐式集装箱等；容积容积50m3的球形储罐；的球形储罐；容积容积5m3的低温液

7、体储存容器。的低温液体储存容器。包括包括指相应标准中抗拉强度规定值下限指相应标准中抗拉强度规定值下限540MPa中压容器（不在第三类的中压容器）；中压容器（不在第三类的中压容器）；毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和低压储存容器；应容器和低压储存容器；低压管壳式余热锅炉，或低压搪瓷玻璃压力容低压管壳式余热锅炉，或低压搪瓷玻璃压力容器。器。（3）第一类压力容器）第一类压力容器（2）第二类压力容器）第二类压力容器不在第三类、第二类压力容器之内的低压容器。不在第三类、第

8、二类压力容器之内的低压容器。碳素钢或低合金钢碳素钢或低合金钢420合金钢合金钢450奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢5504 4、按容器壁温或材料分类、按容器壁温或材料分类低温容器：低温容器：-20-20常温容器：常温容器：-20-20200200中温容器：中温容器：200200420 420 高温容器：达到材料高温容器：达到材料蠕变蠕变温度温度蠕变蠕变：在应力不变的条件下，应变随时间延长：在应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与而增加的现象。它与屈服现象屈服现象不同，不同，屈服现象屈服现象通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相

9、当长，它在应力小于弹只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。性极限时也能出现。三、容器零部件标准化三、容器零部件标准化公称直径公称直径DN公称压力公称压力PN基本参数基本参数钢板卷焊：内径钢板卷焊：内径无缝钢管：外径无缝钢管：外径1、公称直径、公称直径（1 1）压力容器的公称直径）压力容器的公称直径 筒体筒体封头：公称直径与筒体一致封头：公称直径与筒体一致指标准化后的标准直径，指标准化后的标准直径，DN表示，单位表示，单位mm300(350)400(450)500(550)600(650)700(750)8009001000(1100)1200(1300)1400(1500)

10、1600(1700)1800(1900)2000(2100)2200(2300)24002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000以内径为基准的压力容器的公称直径以内径为基准的压力容器的公称直径（GB90192001）159219273325377426以外径为基准的压力容器的公称直径以外径为基准的压力容器的公称直径（GB90192001）（2 2）管子的公称直径（）管子的公称直径（口径口径口径口径、通径通径通径通径）有缝管有缝管（焊接管焊接管焊接管焊接管）：由

11、钢板卷曲焊接而成，由钢板卷曲焊接而成，化工化工厂用来输送水、煤气、空气、油以及取暖用蒸厂用来输送水、煤气、空气、油以及取暖用蒸汽等流体管道。汽等流体管道。无缝管无缝管：直接生产出，分热轧管和冷拔管两种。前：直接生产出，分热轧管和冷拔管两种。前者最大直径为者最大直径为630mm，后者最大直径为，后者最大直径为200mm。无缝钢管一般只适用无缝钢管一般只适用DN600以下的，直径再大的管线以下的，直径再大的管线就要选有缝管。总体来说，无缝管质量低于有缝管。就要选有缝管。总体来说，无缝管质量低于有缝管。热扎无缝钢管的生产过程热扎无缝钢管的生产过程粗扎粗扎精扎精扎有缝管有缝管有缝管有缝管的标记用公称直

12、径表示：的标记用公称直径表示：DN50公称直径公称直径公称直径是近似内径的一个代号，可用公称直径是近似内径的一个代号，可用mm或或in表表示，每个公称直径对应一个外径示，每个公称直径对应一个外径D0，但厚度不同，但厚度不同（普通、加厚）（普通、加厚）内径内径Di不同。不同。公称直径公称直径外径外径壁厚壁厚mminmm普通普通钢钢管管/mm加厚加厚钢钢管管/mm61/81022.581/413.52.252.75有缝管的标记有缝管的标记有缝管的标记有缝管的标记无缝管无缝管无缝管无缝管的标记不用公称直径，用外径的标记不用公称直径，用外径厚度表示：厚度表示：893公称厚度公称厚度公称外径公称外径无缝

13、管的标记无缝管的标记无缝管的标记无缝管的标记（3）容器零部件的公称直径）容器零部件的公称直径容器法兰、支座：筒体、封头的公称直径容器法兰、支座：筒体、封头的公称直径管子法兰管子法兰：管子的公称直径：管子的公称直径视镜视孔视镜视孔：结构中的某一重要尺寸：结构中的某一重要尺寸DN2000法兰法兰与与DN2000筒体或封头相配的法兰筒体或封头相配的法兰例例:DN200管法兰管法兰联接联接DN200管子的管法兰管子的管法兰DN80视镜视镜窥视孔窥视孔的直径为的直径为80mm容器及管道的工作压力经标准化以后的标准压力，以容器及管道的工作压力经标准化以后的标准压力，以PN表示，单位表示，单位MPa压力容器

14、法兰，压力容器法兰，压力容器法兰，压力容器法兰，MPaMPaMPaMPa0.25 0.25 0.25 0.25 0.60 0.60 0.60 0.60 1.00 1.00 1.00 1.00 1.60 1.60 1.60 1.60 2.50 2.50 2.50 2.50 4.00 4.00 4.00 4.00 6.40 6.40 6.40 6.40 管法兰，管法兰，管法兰，管法兰，MPaMPaMPaMPa0.25 0.25 0.25 0.25 0.60 0.60 0.60 0.60 1.00 1.00 1.00 1.00 1.60 1.60 1.60 1.60 2.50 2.50 2.50 2

15、.50 4.00 4.00 4.00 4.00 5.00 5.00 5.00 5.00 10.00 10.00 10.00 10.00 15.00 15.00 15.00 15.00 25.00 25.00 25.00 25.00 2、公称压力、公称压力中低压容器的通用零部件（如法兰、人孔）已经中低压容器的通用零部件（如法兰、人孔）已经标标准准化，设计时可直接化，设计时可直接选用选用。但选用时，只有公称直。但选用时，只有公称直径一个参数是不够的，因为径一个参数是不够的，因为DN相同的零部件，工作相同的零部件，工作压力不同，其尺寸（厚度等）亦不同。因此，选用压力不同，其尺寸（厚度等）亦不同。因此

16、，选用容器标准零部件时，需要根据容器标准零部件时，需要根据直径直径和和工作压力工作压力来确来确定该零部件尺寸。为标准化，将容器零部件的压力定该零部件尺寸。为标准化，将容器零部件的压力规定为若干个标准的压力等级便于选用。规定为若干个标准的压力等级便于选用。四、压力容器的标准简介四、压力容器的标准简介1、国内标准、国内标准:GB150-89钢制压力容器钢制压力容器GB150-19982、国外主要规范、国外主要规范:ASME(美国机械工程师协会美国机械工程师协会锅炉及压力容器规范锅炉及压力容器规范)、BS(英国压力容器规英国压力容器规范范)、JIS(日本压力容器国家标准日本压力容器国家标准)、AD(

17、德国压德国压力容器规范力容器规范)等。等。全国压力容器标准化委员会全国压力容器标准化委员会1984年年7月成立月成立10.2 10.2 内压薄壁容器设计内压薄壁容器设计一、薄壁容器设计的理论基础一、薄壁容器设计的理论基础1、薄壁容器、薄壁容器厚壁容器厚壁容器K薄壁容器薄壁容器K容器容器石油、化工中使用的压力容器大多为薄壁容器。石油、化工中使用的压力容器大多为薄壁容器。根据容器的外径根据容器的外径D0和内径和内径Di的比值的比值K来判断。来判断。/Di2、圆筒薄壁容器承受内压时的应力、圆筒薄壁容器承受内压时的应力Di可以认为可以认为:筒壁只有筒壁只有拉应力拉应力无弯曲（对称，拉应力沿壁厚均布）无

18、弯曲（对称，拉应力沿壁厚均布）1：圆筒母线方向（即轴向）拉应：圆筒母线方向（即轴向）拉应力力轴向应力（经向应力）轴向应力（经向应力）轴向应力（经向应力）轴向应力（经向应力）2：圆筒圆周方向（即环向）拉应：圆筒圆周方向（即环向）拉应力力称称环向应力环向应力环向应力环向应力轴向轴向:拉伸变形拉伸变形 轴向拉应力轴向拉应力横向横向:直径增大直径增大拉应力、弯曲应力拉应力、弯曲应力(小）小）ABAB器壁上有两种拉应力：器壁上有两种拉应力：纵截面纵截面（1）轴向（经向）应力）轴向（经向）应力3、圆筒的应力计算、圆筒的应力计算D筒体平均直径，简称中径，筒体平均直径，简称中径，mm实际计算时采用内径，这里用

19、中径使计算公式简化。实际计算时采用内径，这里用中径使计算公式简化。（2）环向（周向）应力）环向（周向）应力l薄壁圆筒受内压时，环向应力是轴薄壁圆筒受内压时，环向应力是轴向应力的向应力的2倍。倍。（1）内压圆筒）内压圆筒纵焊缝纵焊缝和和环焊环焊缝缝哪个更易破裂？哪个更易破裂？（2）椭圆孔怎么开？椭圆孔怎么开？（3）承压能力承压能力?问问题题1、基本概念与基本假设、基本概念与基本假设（1 1）基本概念）基本概念 旋转壳体：壳体的旋转壳体：壳体的中面中面中面中面（等分壳体厚度的面）（等分壳体厚度的面）是是回转面回转面回转面回转面。二、无力矩理论基本方程式二、无力矩理论基本方程式轴对称轴对称壳体的壳体

20、的几何形状几何形状、约束条件约束条件和和所受外力所受外力都是对称都是对称于旋转轴。于旋转轴。石油、化工中使用的压力容器通常是轴对称的。石油、化工中使用的压力容器通常是轴对称的。这一章研究的满足轴对称的旋转壳体。这一章研究的满足轴对称的旋转壳体。旋转壳体的几何概念旋转壳体的几何概念 母线（母线（OAA）经线（经线（OBB、）法线（法线（n中面，中面，交轴交轴）平行圆（平行圆（ABD、）第一曲率半径（第一曲率半径（R1=Bk1）第二曲率半径（第二曲率半径（R2=Bk2）垂直经线的平面与中面的截交线（垂直经线的平面与中面的截交线（BE）的曲率半径）的曲率半径B中面中面中面中面法截线法截线课外知识课外

21、知识课外知识课外知识O设曲线设曲线C的方程为的方程为y=f(x)，则，则曲线曲线C上任一点上任一点M的的曲率半径曲率半径曲率半径曲率半径为为曲率半径越小，曲线在此点曲率半径越小，曲线在此点越弯曲。直线的曲率半径为越弯曲。直线的曲率半径为无穷大。无穷大。（2）基本假设）基本假设小位移假设小位移假设：受力后各点位移远小于壁厚，变形：受力后各点位移远小于壁厚，变形前后尺寸不变；前后尺寸不变；直线法假设直线法假设：变形前后垂直于中面的直线段不变：变形前后垂直于中面的直线段不变变形前后法向线段长度不变变形前后法向线段长度不变厚度不变；厚度不变；不挤压假设不挤压假设：薄壳法向应力忽略不计：薄壳法向应力忽略

22、不计两向应力两向应力假定材料具有连续性、均匀性和假定材料具有连续性、均匀性和各向同性，即壳体是完全弹性的各向同性，即壳体是完全弹性的2、基本方程式、基本方程式无力矩理论，也称无力矩理论，也称薄膜理论薄膜理论：它假设壁厚与直径：它假设壁厚与直径相比很小，薄壳与薄膜一样，只能承受拉应力和压应相比很小，薄壳与薄膜一样，只能承受拉应力和压应力，不能承受弯矩和弯曲应力。即力，不能承受弯矩和弯曲应力。即在旋转薄壳的受力在旋转薄壳的受力分析中，忽略弯矩的作用分析中，忽略弯矩的作用，这样得到的应力称，这样得到的应力称薄膜应薄膜应力力，它是设计压力容器的基础。，它是设计压力容器的基础。无力矩无力矩理论求解理论求

23、解薄膜应力薄膜应力边缘应力边缘应力有力矩有力矩理论求解理论求解采用对采用对微元体微元体微元体微元体abcd建立平衡的方法，得到薄壁容器建立平衡的方法，得到薄壁容器受力的基本方程式：受力的基本方程式：微体平衡方程微体平衡方程基本方程式基本方程式表达了壳体上任表达了壳体上任一点处的一点处的1、2、内压、该、内压、该点曲率半径和厚度的关系。点曲率半径和厚度的关系。a微体平衡方程微体平衡方程微体平衡方程微体平衡方程用垂直于母线的用垂直于母线的圆锥形截面圆锥形截面（法截面）（法截面）切开壳体，取下切开壳体，取下部分为研究对象，建立轴向部分为研究对象，建立轴向平衡方程：平衡方程：rk任意点处的回转半径任意

24、点处的回转半径区域平衡方程区域平衡方程微体和区域平衡方程是无力矩理论两个基本方程。微体和区域平衡方程是无力矩理论两个基本方程。区域平衡方程区域平衡方程区域平衡方程区域平衡方程K KR R2 2r rk k三、基本方程式的应用三、基本方程式的应用1、受气体内压壳体的受力分析、受气体内压壳体的受力分析（1）圆筒形壳体）圆筒形壳体R1=，R2=D/2Bn结果与截面法求得结果与截面法求得的完全一致。的完全一致。（2）球形壳体）球形壳体R1=R2=D/2B对相同的内压，球壳的环向应力要比同直径、对相同的内压，球壳的环向应力要比同直径、同同厚度的圆筒壳的环向应力小一半；相同条件下厚度的圆筒壳的环向应力小一

25、半；相同条件下,球球壳的壁厚是圆筒壳的一半壳的壁厚是圆筒壳的一半,这是球壳明显的优点。这是球壳明显的优点。比较比较圆筒壳圆筒壳n（3）圆锥形壳体）圆锥形壳体半锥角半锥角，A点处半径点处半径r，厚，厚度度，则，则A点处点处锥形壳的环向应力是经向锥形壳的环向应力是经向应力的应力的2 2倍，并且应力随着倍，并且应力随着半锥角半锥角的增大而增大。的增大而增大。一般一般4545，不宜太大。，不宜太大。在在锥底锥底（锥形壳大端）（锥形壳大端）r=R时，应力最大，在锥顶处应时，应力最大，在锥顶处应力为零。因此，一般在锥顶力为零。因此，一般在锥顶开孔。开孔。此外，应力随着此外，应力随着r的增大而增大。的增大而

26、增大。（4）椭圆形壳体）椭圆形壳体椭圆壳经线为一椭圆，椭圆壳经线为一椭圆，其曲线方程：其曲线方程：第一曲率半径：第一曲率半径：自任意点自任意点A（x,y）作经线）作经线的垂线，交回转轴于的垂线，交回转轴于k2点，点，则则Ak2即为即为R2，根据几何，根据几何关系，可得关系，可得第二曲率半径：第二曲率半径：dydyAdxdx B把把R1和和R2的的表表达达式式代代入入微微体体平平衡衡方方程程及及区区域域平平衡衡方方程得：程得：a,b分别为椭球壳的长、短半径，分别为椭球壳的长、短半径，mm;x 椭圆壳上任意点距椭圆壳中心轴的距离椭圆壳上任意点距椭圆壳中心轴的距离mm 其它符号意义与单位同前。其它符

27、号意义与单位同前。dspa-=2dspa=12标准标准椭圆形封头应力分布，椭圆形封头应力分布，a/b=2顶点处顶点处（x=0）边缘处（边缘处（x=a）顶点应力最大，经向应力与环向应力是相等；顶点应力最大，经向应力与环向应力是相等；顶点应力最大，经向应力与环向应力是相等；顶点应力最大，经向应力与环向应力是相等；顶点的经向应力比边缘处的经向应力大一倍；顶点的经向应力比边缘处的经向应力大一倍；顶点的经向应力比边缘处的经向应力大一倍；顶点的经向应力比边缘处的经向应力大一倍；顶点处的环向应力和边缘处相等但符号相反。顶点处的环向应力和边缘处相等但符号相反。顶点处的环向应力和边缘处相等但符号相反。顶点处的环

28、向应力和边缘处相等但符号相反。应力值连续变化。应力值连续变化。应力值连续变化。应力值连续变化。【例例10-1】有有一一外外径径为为219mm的的氧氧气气瓶瓶，最最小小壁壁厚厚为为=6.5mm,材材质质为为40Mn2A,工工作作压压力力为为15MPa，试试求求氧氧气气瓶筒壁内的应力。瓶筒壁内的应力。解：解：氧气瓶筒身平均直径：氧气瓶筒身平均直径：mm经向应力：经向应力：MPa环向应力：环向应力：MPa2、受液体静压圆筒形壳体的受力分析、受液体静压圆筒形壳体的受力分析设液体密度为设液体密度为，则离液面深度为，则离液面深度为h的筒壁上的筒壁上M点点的液体静压力为的液体静压力为g重力加速度重力加速度环

29、向应力环向应力经向应力经向应力1与支承方式有关。与支承方式有关。底部支撑圆筒：底部支撑圆筒：1=0（液重直接传给基础）（液重直接传给基础）上部支撑圆筒：上部支撑圆筒：筒壁受轴向力作用筒壁受轴向力作用，产生经向应力，产生经向应力液体重量液体重量四、筒体强度计算四、筒体强度计算为了保证筒体的强度，筒体内的为了保证筒体的强度，筒体内的环向应力环向应力环向应力环向应力设计温设计温度下材料的度下材料的许用应力许用应力许用应力许用应力，即，即Pc筒体的筒体的计算压力计算压力计算压力计算压力，MPat设计温度下筒体材料的许用应力，设计温度下筒体材料的许用应力，MPa此式是内压薄壁圆筒在理想情况下的强度条件，

30、不此式是内压薄壁圆筒在理想情况下的强度条件，不能直接用于设计计算，因有些因素未考虑。实际设能直接用于设计计算，因有些因素未考虑。实际设计时，还要考虑焊接、腐蚀等因素。计时，还要考虑焊接、腐蚀等因素。实际设计中还要考虑几个因素：实际设计中还要考虑几个因素：（1）焊接接头系数）焊接接头系数钢制容器筒体大多是由钢板卷焊钢制容器筒体大多是由钢板卷焊而成。在焊缝区，往往有而成。在焊缝区，往往有焊接缺焊接缺陷陷（夹渣、气孔、晶粒粗大、未（夹渣、气孔、晶粒粗大、未焊透等），焊透等），使使焊缝附近材料的强焊缝附近材料的强度比钢板低度比钢板低。许用应力应降许用应力应降低、打折扣！低、打折扣！方法：将许用应方法：

31、将许用应力乘以一个小于力乘以一个小于1 1的数值的数值焊接焊接接头系数接头系数焊接接头系数（焊缝系数）焊接接头系数（焊缝系数）（2）用内径代替中面直径）用内径代替中面直径工艺设计、测量都用内工艺设计、测量都用内径，用中径不方便！径，用中径不方便！解出上式中的解出上式中的，得到内压圆筒的，得到内压圆筒的计算厚度计算厚度计算厚度计算厚度：Di圆筒内径圆筒内径（3）考虑介质对筒壁的腐蚀作用）考虑介质对筒壁的腐蚀作用介质腐蚀介质腐蚀壁厚减薄。在确定筒体壁厚时，增加一个壁厚减薄。在确定筒体壁厚时，增加一个腐蚀裕量腐蚀裕量腐蚀裕量腐蚀裕量C2，得到筒体的得到筒体的设计厚度设计厚度设计厚度设计厚度为：为：（

32、4）考虑钢板厚度负偏差）考虑钢板厚度负偏差考虑钢板可能出现的负偏差考虑钢板可能出现的负偏差C1并并圆整圆整，得到筒体的，得到筒体的名义厚度名义厚度名义厚度名义厚度为为C2腐蚀裕量腐蚀裕量C1钢板负偏差钢板负偏差C=C1+C2厚度附加量厚度附加量强度校核公式（强度条件）强度校核公式（强度条件）e e 圆筒有效厚度圆筒有效厚度圆筒有效厚度圆筒有效厚度强度校核（计算环向应力）时用哪一个厚度？强度校核（计算环向应力）时用哪一个厚度？e e=n n-C-C计计算算厚厚度度设设计计厚厚度度圆整值圆整值名名义义厚厚度度有有效效厚厚度度毛毛坯坯厚厚度度加工减薄量加工减薄量名义厚度名义厚度名义厚度名义厚度就是图

33、纸上标注的厚度，就是图纸上标注的厚度，有效厚度有效厚度有效厚度有效厚度是强是强度校核时筒体的实际承压厚度。度校核时筒体的实际承压厚度。最大允许工作压力计算公式最大允许工作压力计算公式强度校核公式（强度条件）强度校核公式（强度条件）厚度计算公式厚度计算公式五、球壳强度计算五、球壳强度计算设计温度下球壳的计算厚度设计温度下球壳的计算厚度设计温度下球壳的强度校核公式设计温度下球壳的强度校核公式有了计算厚度后，其他各种厚度计算与前面相同。有了计算厚度后，其他各种厚度计算与前面相同。六、设计参数六、设计参数工作压力工作压力 指在正常工作情况下，容器顶部可能出现的指在正常工作情况下，容器顶部可能出现的最高

34、压力（最高压力（表压表压）。）。设计压力设计压力 指指设定设定的容器顶部的最高压力，其值不低于的容器顶部的最高压力，其值不低于工作压力。工作压力。如装安全阀和爆破膜的压力容器，如装安全阀和爆破膜的压力容器，一般分别取工作压力的倍和一般分别取工作压力的倍和1.15倍作为倍作为设计压力设计压力。计算压力计算压力 指在相应设计温度下，用以确定壳体各部位指在相应设计温度下，用以确定壳体各部位厚度的压力。厚度的压力。计算压力计算压力pc=设计压力设计压力p+液柱静压力液柱静压力(%5设计压力设计压力)1、设计压力、设计压力做作业时，我们约定做作业时，我们约定:有安全阀：设计压力有安全阀：设计压力P=1.

35、1工作压力工作压力有爆破膜：设计压力有爆破膜：设计压力P=1.2工作压力工作压力设计温度指容器正常工作中，金属筒壁可能达到设计温度指容器正常工作中，金属筒壁可能达到的的最高温度最高温度最高温度最高温度或或最低温度最低温度最低温度最低温度（低温设备）。（低温设备）。2、设计温度、设计温度设计温度在设计公式中没有直接反映，但对选择材设计温度在设计公式中没有直接反映，但对选择材料和确定料和确定许用应力许用应力许用应力许用应力有直接影响。有直接影响。筒壁温度通过传热计算得到。筒壁温度通过传热计算得到。不被加热或冷却的壁，取筒内介质最高或最低温度。不被加热或冷却的壁，取筒内介质最高或最低温度。用蒸汽、热

36、水或其它载热体加热或冷却的壁，取载体最用蒸汽、热水或其它载热体加热或冷却的壁，取载体最高温度或最低温度。高温度或最低温度。不同部位出现不同温度，分别计算。不同部位出现不同温度，分别计算。3 3、许用应力、许用应力按材料力学原理，许用应力按材料力学原理，许用应力极限应力可以是极限应力可以是极限应力的选取与结构的使用条件和失效准则有关。极限应力的选取与结构的使用条件和失效准则有关。持持久久极极限限蠕蠕变变极极限限强强度度极极限限屈屈服服极极限限极限应力极限应力安全系数安全系数常温容器常温容器 中温容器中温容器 高温容器高温容器 当设计温度高于当设计温度高于200200时，钢材的强度明显下降；时，钢

37、材的强度明显下降；当设计温度低于当设计温度低于00时，取时，取2020时的许用应力。时的许用应力。常用钢板和钢管的许用应力可在设计资料中直接常用钢板和钢管的许用应力可在设计资料中直接查取，以方便设计。查取，以方便设计。4 4、焊接接头系数、焊接接头系数 考虑到焊接对强度的削弱而降低设计许用应力的考虑到焊接对强度的削弱而降低设计许用应力的系数，根据接头形式及无损检测长度比例确定。系数，根据接头形式及无损检测长度比例确定。焊接接头类型焊接接头类型无损检测的长度比例无损检测的长度比例100%局部局部双面焊对接接头双面焊对接接头1.000.85单面焊对接接头单面焊对接接头0.900.80只有符合压力容

38、器安全技术检察规程中的相只有符合压力容器安全技术检察规程中的相关规定，才允许对焊缝作局部无损探伤，焊缝抽关规定，才允许对焊缝作局部无损探伤，焊缝抽验长度不应小于每条焊缝长度的验长度不应小于每条焊缝长度的2020。5 5、厚度附加量、厚度附加量满足强度要求的满足强度要求的计算厚度计算厚度计算厚度计算厚度之外，额外增加的之外，额外增加的厚度，包括钢板厚度，包括钢板(钢管钢管)负偏差负偏差C1、腐蚀裕量、腐蚀裕量C2即即CC1十十C21 1、按表按表10-10选取选取2、当钢材的厚度负偏差不大于，且不超过名义厚度、当钢材的厚度负偏差不大于，且不超过名义厚度的的6%时，负偏差可以忽略不计。时，负偏差可

39、以忽略不计。为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄，应考虑腐蚀裕而导致厚度削弱减薄，应考虑腐蚀裕量。量。C1 钢板厚度负偏差钢板厚度负偏差 C2 腐蚀裕量腐蚀裕量 0.50.30.250.220.20.190.18负偏差负偏差4.5-5.53.8-43.2-3.52.8-3.02.52.22钢板厚度钢板厚度1.31.21.110.90.80.6负偏差负偏差52-6042-5036-4032-3426-308-256-7钢板厚度钢板厚度腐蚀裕量腐蚀裕量C2根据根据腐蚀速度腐蚀速度和容器的和容器的设计寿命设计寿命确定。确定。塔类、反应器类容器设计寿命一般

40、按塔类、反应器类容器设计寿命一般按20年年考虑，考虑，换热器壳体、管箱及一般容器按换热器壳体、管箱及一般容器按10年年考虑。考虑。表表10-10钢板负偏差钢板负偏差腐蚀速度腐蚀速度a(包括大气腐蚀包括大气腐蚀)：单面腐蚀单面腐蚀C21mm双面腐蚀双面腐蚀C22mm腐蚀速度腐蚀速度a时：时：单面腐蚀取单面腐蚀取C22mm双面腐蚀取双面腐蚀取C24mm碳素钢和低合金钢碳素钢和低合金钢不锈钢不锈钢C20七、最小厚度七、最小厚度设计压力较低的容器，计算出来的厚度很薄。设计压力较低的容器，计算出来的厚度很薄。大型容器刚度不足，不满足运输、安装要求。大型容器刚度不足，不满足运输、安装要求。限定最小厚度以满

41、足刚度和稳定性要求。限定最小厚度以满足刚度和稳定性要求。碳钢和低合金钢：碳钢和低合金钢：min3mm 高合金钢：高合金钢：min2mm不锈钢不锈钢:min=2mm壳体加工成形后壳体加工成形后不包括腐蚀裕量不包括腐蚀裕量不包括腐蚀裕量不包括腐蚀裕量的最小厚度的最小厚度min八、压力试验八、压力试验检检验验容容器器在在超超工工作作压压力力条条件件下下，筒筒壁壁的的耐耐耐耐压压压压强强强强度度度度（主主要要焊焊缝缝强强度度）和和密密密密封封封封性性性性（有有无无渗漏现象），以确保设备安全运行。渗漏现象），以确保设备安全运行。目的目的液压试验液压试验气压试验气压试验气密性试验气密性试验压力试验的种类压

42、力试验的种类检验耐压强度检验耐压强度检验密封性检验密封性液压试验液压试验气压试验气压试验1、试验压力、试验压力/t大于时，按计算；大于时，按计算；如果容器各元件如果容器各元件(圆筒、封圆筒、封头、接管、法兰及紧固件等头、接管、法兰及紧固件等)所用材料不同时，应取各所用材料不同时，应取各元件材料的比值中最小者。元件材料的比值中最小者。容器铭牌上规定有最大允许工作压力时，公式中应以容器铭牌上规定有最大允许工作压力时，公式中应以最大允许工作压力代替设计压力最大允许工作压力代替设计压力pP设计压力设计压力PT试验压力试验压力液压试验液压试验气压试验气压试验2、压力试验的应力校核、压力试验的应力校核为防

43、止试验时产生过大的应力，要求容器在试验压力为防止试验时产生过大的应力，要求容器在试验压力下的计算应力不超过焊缝在试验温度（常温）下屈服下的计算应力不超过焊缝在试验温度（常温）下屈服强度的强度的90%（气压（气压80%）圆圆筒筒壁壁在在试试验验压压力下的计算应力力下的计算应力九、边缘应力九、边缘应力组合壳：相邻两段结构不同、刚度不同，导致两组合壳：相邻两段结构不同、刚度不同，导致两部分自由变形量不同，但又相互约束，从而在部分自由变形量不同，但又相互约束，从而在联联联联接处接处接处接处产生较大的附加内力系产生较大的附加内力系(剪力与弯矩剪力与弯矩)。组合壳组合壳边缘应力的概念边缘应力的概念由于连接

44、处两边自由由于连接处两边自由变形量不同，组合壳变形量不同，组合壳在联接处（边缘部分）在联接处（边缘部分）产生附加的局部应力，产生附加的局部应力，称称边缘应力边缘应力。边缘应力的特性边缘应力的特性局部性局部性自限性自限性大大多多数数都都有有明明显显的的衰衰减减波波特特性性，随随离离开开边边缘缘的的距距离离增增大大，边边缘缘应应力力迅迅速衰减，即速衰减，即影响范围很小影响范围很小影响范围很小影响范围很小。当当边边缘缘应应力力达达到到材材料料屈屈服服极极限限时时，边边缘缘处处局局部部材材料料发发生生屈屈服服，边边缘缘应应力不再升高，即力不再升高，即自动受到限制自动受到限制自动受到限制自动受到限制。由

45、于局部性与自限性，设计中一般不按边缘应力由于局部性与自限性，设计中一般不按边缘应力由于局部性与自限性，设计中一般不按边缘应力由于局部性与自限性，设计中一般不按边缘应力来确定厚度，而是在结构上作局部处理。但来确定厚度，而是在结构上作局部处理。但来确定厚度，而是在结构上作局部处理。但来确定厚度，而是在结构上作局部处理。但对于对于脆性材料，必须考虑边缘应力的影响脆性材料，必须考虑边缘应力的影响。x【例【例10-2】某化工厂欲设计一台石油气分离工程中的乙某化工厂欲设计一台石油气分离工程中的乙烯精馏塔。工艺要求为塔体内径烯精馏塔。工艺要求为塔体内径Di=600mm；设计压力；设计压力p；工作温度；工作温

46、度t-3-20。试选择塔体材料并确定塔。试选择塔体材料并确定塔体厚度。体厚度。（2）确定参数：）确定参数：式中式中p；Di=600mm；=170MPa；（表；（表10-9）；）；C2=1.0mm。考虑钢板厚度负偏差考虑钢板厚度负偏差C1，圆整后，取，圆整后，取n=7mm（1）选材：）选材：由于石油气对钢材腐蚀不大，温度在由于石油气对钢材腐蚀不大，温度在-20以上，以上，承受一定的压力，故选用承受一定的压力，故选用16MnR。根据式根据式(10-12)（3）厚度计算）厚度计算解：解：（4）校核水压试验时的应力）校核水压试验时的应力16MnR的屈服极限的屈服极限s=345MPa（附表（附表6）s=

47、0.90.8345=248MPa水压试验时满足强度要求。水压试验时满足强度要求。式中，式中，则则（1）根据介质腐蚀性、设计温度和设计压力等信）根据介质腐蚀性、设计温度和设计压力等信息，确定材料及腐蚀裕量息，确定材料及腐蚀裕量C1。【已知条件】【已知条件】圆筒内径圆筒内径Di、设计压力（或计算压力）、设计压力（或计算压力）、设计温度（工作温度）、容器介质腐蚀性、设计温度（工作温度）、容器介质腐蚀性【内压薄壁容器壁厚设计步骤】【内压薄壁容器壁厚设计步骤】（2）根据选用的材料及设计温度，查表确定材料）根据选用的材料及设计温度，查表确定材料在设计温度下的许用应力在设计温度下的许用应力t。（3）确定容器

48、焊接及探伤方式（内径较大时采用）确定容器焊接及探伤方式（内径较大时采用双面焊，内径较小时只能采用单面焊；重要容器全双面焊，内径较小时只能采用单面焊；重要容器全检，一般容器局部检），查表确定容器的焊接接头检，一般容器局部检），查表确定容器的焊接接头系数系数。（5）根据计算厚度）根据计算厚度和腐蚀裕量和腐蚀裕量C2,确定容器筒体确定容器筒体的设计厚度的设计厚度d。（6）根据设计厚度）根据设计厚度d，确定容器筒体的名义厚度确定容器筒体的名义厚度n范范围围，通过查表确定钢板负偏差，通过查表确定钢板负偏差C1。（7）计算）计算d+C1，并向上圆整（钢板厚度，并向上圆整（钢板厚度6-30时，时，厚度间隔为

49、厚度间隔为1mm，30-60时厚度间隔时厚度间隔2mm），最后），最后得到筒体的名义厚度得到筒体的名义厚度n，也就是图样上标注的厚度。，也就是图样上标注的厚度。（8）必要时校核水压试验时的应力。）必要时校核水压试验时的应力。（4）根据设计压力、容器内径，用公式确定容器）根据设计压力、容器内径，用公式确定容器的计算厚度的计算厚度。【例【例10-3】某化工厂反应釜，内径为某化工厂反应釜，内径为1600mm。工作温。工作温度为度为5105，工作压力为，釜体材料用，工作压力为，釜体材料用0Crl8Ni9。采用双面对接焊缝，局部无损探伤，凸形封头上装有采用双面对接焊缝，局部无损探伤，凸形封头上装有安全阀

50、，试计算釜体壁厚。安全阀，试计算釜体壁厚。解：解：解：解：已知已知Di=1600mm。查附表查附表6，0Crl8Ni9在在105时的，其许用应力时的，其许用应力查表查表10-9，采用双面对接焊缝，局部无损探伤，故取，采用双面对接焊缝，局部无损探伤，故取介质对不锈钢腐蚀极微，介质对不锈钢腐蚀极微，取取C2=0。因装安全阀，取设计压力因装安全阀，取设计压力。105=137MPa。估计估计n=8-25mm。查表查表10-10，取取C1=则则d+C1，圆整后取，圆整后取n=13mm。常用钢板厚度常用钢板厚度3、4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、30、【例【例10-4