（中职）化工设备与机械模块三 压力容器教学课件.ppt

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1、正版可修改PPT 课件（中职）化工设备与机械模块三 压力容器教学课件模块三 压力容器主要内容n n 项目一 压力容器结构认识n n 项目二 内压薄壁容器n n 项目三 外压容器n n 项目四 压力容器附件项目一压力容器结构认识n n【项目目标】n n 知识目标：掌握压力容器的定义；掌握压力容器的结构及各部件名称、作用；掌握压力容器类型；掌握易燃介质概念及介质毒性程度划分等级。n n 技能目标：能准确判断盛装不同化学物品的压力容器的类型，并能灵活运用于生产。压力容器定义 压力容器大多都是能承受一定压力且具有一定容积的密闭容器。按照压力容器安全技术监察规程的有关规定，若密闭容器同时具备以下条件即可

2、视为压力容器。最高工作压力大于或等于0.1MPa（不含液柱压力）；内直径（非圆形截面指断面最大尺寸）大于或等于0.15m，且容积大于或等于0.025m3。介质为气体、液化气体或最高工作温度等于标准沸点的液体。压力容器的形状有圆筒形、球形和方形三种。球形容器制造困难，但同样体积可以节省钢材，通常用于容器压力和直径比较大的容器；方形容器用几块平板焊成，加工简单，但承压能力差，焊接处容易开焊，常用于低压容器；圆筒形容器介于球形和方形容器之间，加工比较简单，承压能力较好，又易于安装内构件，所以应用广泛。一、压力容器结构圆筒形压力容器通常由筒体、封头、法兰、支座、人（手）孔、接管等构成。人孔补强圈液面计

3、封头支座筒体接管管法兰二、压力容器类型n n11按承压性质分按承压性质分 内压容器内压容器和和外压容器外压容器。当作用。当作用于器壁内部的压力高于容器外表面所承受的压力，于器壁内部的压力高于容器外表面所承受的压力，这类压力容器称为内压容器，反之，称为外压容这类压力容器称为内压容器，反之，称为外压容器。器。n n内压容器按其所能承受的工作压力可分四个等级内压容器按其所能承受的工作压力可分四个等级n n低压低压：0.1MPaP1.6MPa0.1MPaP1.6MPan n中压中压：1.6MPaP10MPa1.6MPaP10MPan n高压高压：10MPaP100MPa10MPaP100MPan n超

4、高压超高压：P100MPaP100MPan n22按结构材料分按结构材料分 按照结构材料划分，可分为金按照结构材料划分，可分为金属材料和非金属材料。属材料和非金属材料。n n 3 3 按容器的壁厚分 按容器的壁厚分n n 按容器厚度可分为 按容器厚度可分为n n 薄壁容器 薄壁容器 k1.2 k=D0/Di D0 k1.2 k=D0/Di D0 是容器外径，是容器外径，Di Di 是内径。是内径。n n 厚壁容器 厚壁容器 k k 1.2 1.2 的容器。的容器。n n 通常情况下，高压容器都视为厚壁容器。通常情况下，高压容器都视为厚壁容器。n n 4 4 按工作温度分类 按工作温度分类 按照

5、容器工作温度的高低可分为四个等级 按照容器工作温度的高低可分为四个等级n n 低温容器 低温容器 设计温度 设计温度-20-20n n 常温容器 常温容器 设计温度 设计温度-20200-20200n n 中温容器 中温容器 设计温度 设计温度200450 200450n n 高温容器 高温容器 设计温度 设计温度450 450n n 5 5 按工艺用途分 按工艺用途分 n n 反应压力容器 反应压力容器 主要用于完成介质的物理、化学反应。如反应 主要用于完成介质的物理、化学反应。如反应器、聚合釜、合成塔等。器、聚合釜、合成塔等。n n 换热压力容器 换热压力容器 主要用于完成介质的热量交换。

6、如冷凝器、加 主要用于完成介质的热量交换。如冷凝器、加热器、蒸发器等 热器、蒸发器等n n 分离压力容器 分离压力容器 主要用于完成介质的净化、分离。如分离器、主要用于完成介质的净化、分离。如分离器、过滤器、洗涤器等 过滤器、洗涤器等n n 储存压力容器 储存压力容器 主要用于完成介质的储存，盛装气体、液体、主要用于完成介质的储存，盛装气体、液体、固体的各种储罐。固体的各种储罐。n n 6 6 按安全技术监察规程分类 按安全技术监察规程分类 中国压力容器安全技术监察规 中国压力容器安全技术监察规程综合考虑容器的压力等级、容积大小、介质的危害程度及在 程综合考虑容器的压力等级、容积大小、介质的危

7、害程度及在生产中的作用，把压力容器分为三个类别，有第一类压力容器、生产中的作用，把压力容器分为三个类别，有第一类压力容器、第二类压力容器、第三类压力容器。第二类压力容器、第三类压力容器。n n 第一类压力容器 第一类压力容器n n 除第二类压力容器、第三类压力容器外的所有低压容器。除第二类压力容器、第三类压力容器外的所有低压容器。n n 第二类压力容器 第二类压力容器n n 除第三类压力容器外的所有中压容器；除第三类压力容器外的所有中压容器；n n 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器；器；n n 毒性程度为极度和高度

8、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；n n 低压管壳式余热锅炉；低压管壳式余热锅炉；n n 搪玻璃压力容器。搪玻璃压力容器。n n 第三类压力容器 第三类压力容器n n 毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和 毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和p.v0.2MPa.m3 p.v0.2MPa.m3的低压容器，的低压容器，p p 为设计压力，为设计压力，v v 为容积；为容积；n n 易燃介质或毒性程度为中度危害介质且 易燃介质或毒性程度为中度危害介质且p.v0.5MPa.m3 p.v0.5MPa.m3 的中压 的中压反应容器或 反应容器或p.v10MPa.m3 p.

9、v10MPa.m3 的中压储存容器；的中压储存容器；n n 高压、中压管壳式余热锅炉；高压、中压管壳式余热锅炉；n n 高压容器。高压容器。n n介质毒性程度介质毒性程度 的分类是参照 的分类是参照GB5044 GB5044 职业毒性危害程 职业毒性危害程度分级的规定，按介质毒性最高允许的浓度值划分四个 度分级的规定，按介质毒性最高允许的浓度值划分四个等级 等级n n 极度危害介质 极度危害介质(级 级)最高允许浓度 最高允许浓度0.1mg/m3 0.1mg/m3，如氟、，如氟、氢氟酸、光气等介质；氢氟酸、光气等介质；n n 高度危害介质 高度危害介质(级 级)允许浓度 允许浓度0.11.0m

10、g/m3 0.11.0mg/m3，如氟化，如氟化氢、氯、碳酰氟等介质；氢、氯、碳酰氟等介质；n n 中度危害介质 中度危害介质(级 级)允许浓度 允许浓度1.010mg/m3;1.010mg/m3;，二氧化，二氧化硫、氨、一氧化碳、甲醇等介质；硫、氨、一氧化碳、甲醇等介质；n n 轻度危害介质 轻度危害介质(级）级）允许浓度 允许浓度10mg/m3 10mg/m3，氢氧化钠、，氢氧化钠、四氟乙烯、丙酮等介质。四氟乙烯、丙酮等介质。n n 易燃介质 易燃介质 是指与空气混合的爆炸下限小于 是指与空气混合的爆炸下限小于10%10%或爆炸上 或爆炸上限和下限之差值大于或等于 限和下限之差值大于或等于

11、20%20%的气体，如：一甲胺、乙 的气体，如：一甲胺、乙烷、乙烯、环氧乙烷、环氧丙烷等。烷、乙烯、环氧乙烷、环氧丙烷等。【项目实训】n n某钢瓶盛有氯气，压力在某钢瓶盛有氯气，压力在2MPa2MPa，温度，温度-40+60-40+60，材料是碳钢，试说明该钢瓶的类型，并简要说，材料是碳钢，试说明该钢瓶的类型，并简要说明在储存、运输过程中应注意的问题。明在储存、运输过程中应注意的问题。n n分析：氯气有强烈的刺激性气味，黄绿色气体，分析：氯气有强烈的刺激性气味，黄绿色气体，能使人窒息，有毒，属于高度危害介质能使人窒息，有毒，属于高度危害介质(级级)，所以盛装液氯的钢瓶，属于第三类压力容器，中所

12、以盛装液氯的钢瓶，属于第三类压力容器，中压、低温、金属薄壁储存容器。压、低温、金属薄壁储存容器。n n储存、运输时应注意堆放整齐，装卸要轻取轻放，储存、运输时应注意堆放整齐，装卸要轻取轻放，应放于通风遮阳、不易起火处，应随时观察钢瓶应放于通风遮阳、不易起火处，应随时观察钢瓶表面是否有腐蚀，瓶嘴是否漏气。表面是否有腐蚀，瓶嘴是否漏气。【项目练习】n n 1.针对压力容器实物说明各部件结构及作用。n n 2.压力容器按不同的方法有哪些分类方法？n n 3.什么是压力容器？n n 4.什么是易燃介质？n n 5.按介质毒性最高允许的浓度值划分哪几个等级？项目二 内压薄壁容器子项目1内压薄壁容器最大应

13、力确定n n【项目目标】n n 知识目标：掌握内压圆筒和球壳应力计算公式；掌握边缘应力的概念、特性、产生条件；掌握应力公式在生产中的实际应用。n n 技能目标：能解决生产中的压力容器受力问题。一、薄膜应力n n薄壁圆筒容器在工程中采用无力矩理论来进行应薄壁圆筒容器在工程中采用无力矩理论来进行应力计算，在内压力计算，在内压PP作用下，筒壁承受轴向应力作用下，筒壁承受轴向应力（11）和环向应力（）和环向应力（22）作用，由于壳体壁厚较）作用，由于壳体壁厚较薄，且不考虑壳体与其它连接处的局部应力，忽薄，且不考虑壳体与其它连接处的局部应力，忽略了弯曲应力，这种应力称为略了弯曲应力，这种应力称为薄膜应力

14、。n n11、球形容器的薄膜应力、球形容器的薄膜应力 11 22 pD/4 pD/4 22、圆筒形容器的薄膜应力、圆筒形容器的薄膜应力 环向应力环向应力22 pD/2 pD/2 轴向应力轴向应力11 pD/4 pD/4椭球薄膜应力n n 对于标准椭圆形壳体，。对于标准椭圆形壳体，。a a、b b 分别是椭球的长轴、短轴半径。分别是椭球的长轴、短轴半径。n n 标准椭球壳体顶点处应力 标准椭球壳体顶点处应力n n 1 1=2 2=pa/=pa/n n 标准椭球壳体边缘处应力 标准椭球壳体边缘处应力n n 边缘处：边缘处：1 1=pa/2=pa/2 n n 2 2=-pa/=-pa/（负号表示力的

15、方向，为压应力）（负号表示力的方向，为压应力）n n 比较上式可以看出，椭球壳中最大应力是 比较上式可以看出，椭球壳中最大应力是pa/pa/。如果筒体中两。如果筒体中两端封头采用椭圆形封头，取长轴半径等于筒体半径，两者最大 端封头采用椭圆形封头，取长轴半径等于筒体半径，两者最大应力相同，计算的厚度也相同，即等厚度连接，这对加工非常 应力相同，计算的厚度也相同，即等厚度连接，这对加工非常有利，可以减小了边缘应力。所以，椭圆形封头是圆筒形容器 有利，可以减小了边缘应力。所以，椭圆形封头是圆筒形容器中最常用的封头。中最常用的封头。【项目实训】n n 某工程用的列管式换热器，其左封头为半球形，筒身为圆

16、柱形，右封头为半椭圆形，其长短轴a/b=2，圆柱体的平均直径是D=420mm，筒身与封头的壁厚均为8mm，壳程压力是4.5MPa，管程（双管程）压力是4.0MPa，试计算封头和筒身中的最大应力。计算过程n n 解：1 1、球形封头中的应力、球形封头中的应力 1 1 2 2 pD/4=4.0420 pD/4=4.0420 48=52.5MPa 48=52.5MPa 2 2、筒身中的最大应力：、筒身中的最大应力：环向应力 环向应力 2 2 2 2 1 1 pD/2=4.5 420/48=118MPa pD/2=4.5 420/48=118MPa 3 3、椭球封头中的最大应力：、椭球封头中的最大应力

17、：顶点处：顶点处：1 1 2 2 pa/=4.0 210/8=105 MPa pa/=4.0 210/8=105 MPa 边缘处：边缘处：1 1 pa/2=4.0 210/2 8=105 MPa pa/2=4.0 210/2 8=105 MPa 2 2 pa/2 pa/2（2-a 2-a2 2/b/b2 2)=4.0 210/2 8(2-4)=-105 MPa)=4.0 210/2 8(2-4)=-105 MPa结论n n 0 0，代表壳体内产生的力为压应力；，代表壳体内产生的力为压应力；0 0，代表壳体内产生的力为拉应，代表壳体内产生的力为拉应力。力。n n 在本题中，椭球的顶点和边缘都是

18、在本题中，椭球的顶点和边缘都是105MP 105MP，但是力的方向不同，一个拉应力，但是力的方向不同，一个拉应力，一个压应力。一个压应力。二、边缘应力n n11、边缘应力产生、边缘应力产生n n薄膜应力的计算都是假设在远离端盖的位置上，薄膜应力的计算都是假设在远离端盖的位置上，此时，即认为在内压作用下壳体截面产生的应力此时，即认为在内压作用下壳体截面产生的应力是均匀连续的。但在实际生产中，除了球壳外，是均匀连续的。但在实际生产中，除了球壳外，圆柱形容器是用圆筒与圆形平板、圆锥、椭圆组圆柱形容器是用圆筒与圆形平板、圆锥、椭圆组合而成，零部件受压后，各自产生的变形不一致，合而成，零部件受压后，各自

19、产生的变形不一致，称为变形不连续，该类壳体的连接边缘处必然存称为变形不连续，该类壳体的连接边缘处必然存在应力的不连续性。另外，壳体材料的变化、厚在应力的不连续性。另外，壳体材料的变化、厚度的变化、局部承受载荷等都会引起壳体应力的度的变化、局部承受载荷等都会引起壳体应力的不连续性。不连续性。n n 圆筒形容器的厚度与平板形封头厚度不相等，且平板形封 圆筒形容器的厚度与平板形封头厚度不相等，且平板形封头厚度大，刚性亦大，在内压作用下沿半径方向的变形很 头厚度大，刚性亦大，在内压作用下沿半径方向的变形很小；圆筒较薄，半径方向变形较大，而二者刚性连接的，小；圆筒较薄，半径方向变形较大，而二者刚性连接的

20、，所以，在连接处圆筒的变形就受到平封头的约束而不能自 所以，在连接处圆筒的变形就受到平封头的约束而不能自由膨胀。图中 由膨胀。图中Q Q0 0表示边缘剪力，表示边缘剪力，M M0 0表示边缘力矩，统称为 表示边缘力矩，统称为边远力系，它们是由于圆筒与封头之间的相互约束而产生 边远力系，它们是由于圆筒与封头之间的相互约束而产生的。由边缘力系引起的应力，称为 的。由边缘力系引起的应力，称为 边缘应力 边缘应力。边缘应力有。边缘应力有时比薄膜应力大得多，由于这种现象只发生在连接边缘，时比薄膜应力大得多，由于这种现象只发生在连接边缘，故称其为边缘效应或边缘问题。故称其为边缘效应或边缘问题。筒身平板端盖

21、自由变形位置连接后的变形位置2、边缘应力产生条件n n 边缘应力是壳体连接的两部分受力后变形不同，产生相互约束 边缘应力是壳体连接的两部分受力后变形不同，产生相互约束。因此当组合壳体存在此条件，即使不在连接边缘部位，仍然会产 因此当组合壳体存在此条件，即使不在连接边缘部位，仍然会产生边缘应力。这些常见的连接边缘部位有 生边缘应力。这些常见的连接边缘部位有n n 壳体与封头的连接处，两部分母线有突变；壳体与封头的连接处，两部分母线有突变；n n 直径和材料相同，但厚度不同的两圆筒的连接处，由于厚度不 直径和材料相同，但厚度不同的两圆筒的连接处，由于厚度不同，刚度不同，变形也不同；同，刚度不同，变

22、形也不同；n n 同直径、同厚度但材料性能不同的两圆筒的连接处，因为材料 同直径、同厚度但材料性能不同的两圆筒的连接处，因为材料性能不同，变形不同；性能不同，变形不同；n n 壳体上有集中载荷，因为有局部载荷，导致变形有约束；壳体上有集中载荷，因为有局部载荷，导致变形有约束；n n 圆筒上有法兰、管板、支座等部位，因为法兰、管板、支座导 圆筒上有法兰、管板、支座等部位，因为法兰、管板、支座导致壳体局部有约束。致壳体局部有约束。n n 可见，边缘应力是因为几何形状不同，或材料的物理性能不同，可见，边缘应力是因为几何形状不同，或材料的物理性能不同，或载荷不连续等原因而使边界处的变形受到约束而产生的

23、局部应 或载荷不连续等原因而使边界处的变形受到约束而产生的局部应力。这种局部应力往往成为容器破裂的起源。力。这种局部应力往往成为容器破裂的起源。边缘应力特性n n 局限性：局限性：不同形状的组合壳体，在边缘处产生的边缘应力大 不同形状的组合壳体，在边缘处产生的边缘应力大小不同，但它们有明显衰减的特性，影响范围很小，应力只存 小不同，但它们有明显衰减的特性，影响范围很小，应力只存在于连接处附近的区域，离开连接边缘稍远一些，边缘应力就 在于连接处附近的区域，离开连接边缘稍远一些，边缘应力就沿着圆筒的轴线呈波形曲线迅速衰减至零。沿着圆筒的轴线呈波形曲线迅速衰减至零。n n 自限性。自限性。边缘应力是

24、由于变形不协调而引起的局部应力，一旦连接处 边缘应力是由于变形不协调而引起的局部应力，一旦连接处材料产生塑性变形，这种弹性约束就会开始缓解，使变形趋于协调，边缘 材料产生塑性变形，这种弹性约束就会开始缓解，使变形趋于协调，边缘应力自行得到限制，因而在高应力区出现所谓的 应力自行得到限制，因而在高应力区出现所谓的“塑性铰 塑性铰”，它可使载荷，它可使载荷部分地卸给邻近的弹性区，使之分担部分载荷，故整个容器并不会因此在 部分地卸给邻近的弹性区，使之分担部分载荷，故整个容器并不会因此在边缘区发生破裂。边缘区发生破裂。3.边缘应力的影响及处理n n 塑性较好的低碳钢或奥氏体不锈钢以及有色金属（如铜、铝

25、）制作的 塑性较好的低碳钢或奥氏体不锈钢以及有色金属（如铜、铝）制作的容器，塑性较好，一般不对边缘应力特殊考虑，容器厚度按设计计算 容器，塑性较好，一般不对边缘应力特殊考虑，容器厚度按设计计算公式确定即可，在结构上需作某些处理，如对焊缝采取焊后热处理，公式确定即可，在结构上需作某些处理，如对焊缝采取焊后热处理，以减小热应力；结构上要尽量合理，如采取等厚度连接，折边要圆滑 以减小热应力；结构上要尽量合理，如采取等厚度连接，折边要圆滑过渡，焊缝要尽量离开连接边缘，要正确使用加强圈等。过渡，焊缝要尽量离开连接边缘，要正确使用加强圈等。n n 在下列情况下应考虑边缘应力 在下列情况下应考虑边缘应力n

26、n 塑性较差的高强度钢制压力容器；塑性较差的高强度钢制压力容器；n n 低温下操作的铁素体制的重要压力容器；低温下操作的铁素体制的重要压力容器；n n 受疲劳载荷作用的压力容器；受疲劳载荷作用的压力容器；n n 受核辐射作用的压力容器。受核辐射作用的压力容器。n n 这些压力容器，若不注意控制边缘应力，在边缘高应力区有可能导 这些压力容器，若不注意控制边缘应力，在边缘高应力区有可能导致脆性破坏或疲劳。因此必须正确计算边缘应力并按 致脆性破坏或疲劳。因此必须正确计算边缘应力并按JB4732-1995 JB4732-1995钢制压力容器分析设计进行设计。钢制压力容器分析设计进行设计。【项目练习】n

27、 n 写出内压薄壁筒体中最大应力公式。n n 写出内压薄壁球壳中最大应力公式。n n 比较圆筒形容器与球壳的受力特点。n n 4.什么是边缘应力？产生条件是什么？边缘应力有何特点？n n 5.在哪些情况下应考虑边缘应力的影响？子项目2内压薄壁容器壁厚确定n n【项目目标】n n 知识目标：掌握内压薄壁容器的设计依据；掌握圆筒和球壳厚度计算公式；掌握内压圆筒封头的结构、特点及应用场合；掌握椭圆形封头厚度计算公式。n n 技能目标：能校核压力容器的强度。一、内压圆筒及球壳厚度确定n n 1.圆筒计算厚度确定n n 第一强度理论（最大主应力理论）筒体上的最大应力小于或等于材料的许用应力，才能保证安全

28、可靠。max t圆筒厚度计算公式的推导过程n n圆筒环向应力是器壁最大应力圆筒环向应力是器壁最大应力 max max 22pD/2pD/2式中式中 p p 设计压力 设计压力，mm mm；D-D-圆筒中径，圆筒中径，mm mm Di-Di-圆筒内径 圆筒内径,，mm mm 圆筒的计算厚度，圆筒的计算厚度，mm mm t t-设计温度下圆筒材料的许用应力，设计温度下圆筒材料的许用应力，MPa MPa 即即 pD/2 t 考虑因素 考虑因素 圆筒除了无缝钢管外，一般由钢板卷焊而成。焊缝内 圆筒除了无缝钢管外，一般由钢板卷焊而成。焊缝内可能由于有夹渣、气孔、未焊透、裂纹以及焊缝两侧过热区的影响，可能

29、由于有夹渣、气孔、未焊透、裂纹以及焊缝两侧过热区的影响，造成焊缝本身或焊缝两侧的强度比圆筒钢板本体的强度为弱，所以要 造成焊缝本身或焊缝两侧的强度比圆筒钢板本体的强度为弱，所以要将钢材的许用应力打个折扣，即乘以焊缝系数 将钢材的许用应力打个折扣，即乘以焊缝系数，变为，变为 t t，1 1，所以设计公式成为，所以设计公式成为 pD/2 t化简公式：n n 因工艺条件以圆筒的内径为决定尺寸，所以把上式中的中径换算为内径i 的形式，可得 D=Di+n n 故设计公式进一步成为 p(Di+)/2 t n n 根据GB150-1998 的规定，确定筒体厚度的压力为计算压力，故计算壁厚=pc Di/(2

30、t-pc）2、球体的强度计算公式n n=pc Di/(4 t-pc)公式中字母的意义同前 圆筒和球体厚度公式比较n n在相同内压和直径的情况下，球形容器的壁厚是在相同内压和直径的情况下，球形容器的壁厚是圆筒形的一半，因此球形容器消耗的材料少。例圆筒形的一半，因此球形容器消耗的材料少。例如一个内压为如一个内压为0.5MPa0.5MPa，容积为，容积为5000m5000m33的球形容器，的球形容器，比相同内压和容积的圆筒形容器可节省钢材比相同内压和容积的圆筒形容器可节省钢材45%45%，同时球形占地面积小，因此保温材料，防腐涂，同时球形占地面积小，因此保温材料，防腐涂料等用量均少，维护保养等也比较

31、简单。料等用量均少，维护保养等也比较简单。n n目前石油化工企业广泛采用球形容器来贮存氧气、目前石油化工企业广泛采用球形容器来贮存氧气、石油液化气、乙烯、液氨、天然气等。但球形容石油液化气、乙烯、液氨、天然气等。但球形容器制造和安装比圆筒形容器复杂，技术要求比较器制造和安装比圆筒形容器复杂，技术要求比较高，所以目前球形容器主要用容积在高，所以目前球形容器主要用容积在50m50m33以上的以上的中压贮罐。中压贮罐。3、厚度计算公式各参数确定n n 设计压力 设计压力 容器设计时，必须考虑在工作情况下可能达到的工 容器设计时，必须考虑在工作情况下可能达到的工作压力和对应的工作温度两者组合中的各种工

32、况，并以最苛刻 作压力和对应的工作温度两者组合中的各种工况，并以最苛刻工况下的工作压力来确定设计压力。各类压力的含义 工况下的工作压力来确定设计压力。各类压力的含义n n 设计压力 设计压力P P 指设定的容器顶部的最高工作压力，其值不低 指设定的容器顶部的最高工作压力，其值不低于工作压力 于工作压力。无安全泄放装置时，设计压力取。无安全泄放装置时，设计压力取(1.01.1)PW(1.01.1)PW；装有安全阀时，设计压力不低于；装有安全阀时，设计压力不低于(等于或稍大于 等于或稍大于)安全阀开启 安全阀开启压力 压力(安全阀开启压力取 安全阀开启压力取1.051.10 1.051.10 倍工

33、作压力 倍工作压力)；装有爆破片时，；装有爆破片时，设计压力取爆破片设计爆破压力加制造范围上限。设计压力取爆破片设计爆破压力加制造范围上限。n n 工作压力 工作压力P PW W 指容器在正常操作情况下，顶部可能出现的 指容器在正常操作情况下，顶部可能出现的最高压力。最高压力。n n 计算压力 计算压力P PC C 指在相应设计温度下，用以确定容器壳体厚 指在相应设计温度下，用以确定容器壳体厚度的压力，其中包括液柱静压力。计算压力等于液柱静压力加 度的压力，其中包括液柱静压力。计算压力等于液柱静压力加设计压力。当容器各部位或元件所承受的液柱静压力小于 设计压力。当容器各部位或元件所承受的液柱静

34、压力小于5%5%设 设计压力时，可忽略不计。此时计算压力为设计压力。计压力时，可忽略不计。此时计算压力为设计压力。设计温度的确定n n 设计温度 设计温度 系指容器在正常操作情况时，在相应设计压力下，设 系指容器在正常操作情况时，在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度。定的受压元件的金属温度。n n 对于 对于0 0 以上，其值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度。以上，其值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度。对于 对于0 0 以下的金属温度，则设计温度不得高于元件金属可能达 以下的金属温度，则设计温度不得高于元件金属可能达到的最低金属温度。设计温度应是容器内物料工作时的最高温 到的

35、最低金属温度。设计温度应是容器内物料工作时的最高温度或最低温度。若容器内壁与介质直接接触且有外保温时，设 度或最低温度。若容器内壁与介质直接接触且有外保温时，设计温度按下表确定。计温度按下表确定。最高或最低工 最高或最低工作温度 作温度twtw设计温度 设计温度tt最高或最低工 最高或最低工作温度 作温度tw tw设计温度 设计温度t ttw-20 tw-20 tw-10 tw-10 15 15 tw 350 tw 350 tw+10 tw+10-20-20 tw 15 tw 15 tw-5(tw-5(但最低为 但最低为-20-20）tw tw 350 350 tw+tw+（515 515）许

36、用应力的确定n n 许用应力 许用应力 是容器壳体、封头等受压元件的材料许用强度，是容器壳体、封头等受压元件的材料许用强度，是用材料的各项强度指标分别除以相应的安全系数而得，是用材料的各项强度指标分别除以相应的安全系数而得，并取其中最小值。并取其中最小值。n n 计算时必须合理选用材料的许用应力。若选用过大的许用 计算时必须合理选用材料的许用应力。若选用过大的许用应力，会使计算出来的部件过于单薄，而强度不足发生破 应力，会使计算出来的部件过于单薄，而强度不足发生破坏；若采用过小的许用应力，则会使部件过分笨重而浪费 坏；若采用过小的许用应力，则会使部件过分笨重而浪费材料。计算时查表即可。材料。计

37、算时查表即可。焊接接头系数的确定n n 由于焊缝可能存在夹渣、气孔、未焊透、微裂纹等缺陷，致 由于焊缝可能存在夹渣、气孔、未焊透、微裂纹等缺陷，致使焊缝本身的强度削弱，同时在焊缝的热影响区还会产生金 使焊缝本身的强度削弱，同时在焊缝的热影响区还会产生金相组织的变化，使晶粒长大，也使该区的机械性能有所降低。相组织的变化，使晶粒长大，也使该区的机械性能有所降低。现引入 现引入焊缝系数焊缝系数 来表征焊缝对设备强度削弱程度。以焊缝强 来表征焊缝对设备强度削弱程度。以焊缝强度与母材强度的比值来表示焊缝系数。度与母材强度的比值来表示焊缝系数。n n 双面焊或相当于双面焊的全焊透对接焊缝：双面焊或相当于双

38、面焊的全焊透对接焊缝：100%100%无损探伤 无损探伤=1.00=1.00 局部无损探伤 局部无损探伤=0.85=0.85n n 单面焊的对接焊缝（沿焊缝根部全长具有紧贴基本金属垫 单面焊的对接焊缝（沿焊缝根部全长具有紧贴基本金属垫板）板）100%100%无损探伤 无损探伤=0.9=0.9 局部无损探伤 局部无损探伤=0.=0.厚度附加量的确定n n 考虑钢板厚度的负偏差及生产过程中介质的腐蚀，计算出 考虑钢板厚度的负偏差及生产过程中介质的腐蚀，计算出的厚度 的厚度 必须增加一个厚度附加量。必须增加一个厚度附加量。n n 厚度附加量 厚度附加量 包括两部分。即 包括两部分。即 1 1 n n

39、 式中 式中1 1钢板或钢管的厚度负偏差，按相应钢板，钢管 钢板或钢管的厚度负偏差，按相应钢板，钢管的标准选取（见表 的标准选取（见表3-3 3-3）n n 腐蚀裕量。腐蚀裕量。腐蚀速度 腐蚀速度 容器或设备的使用年限，容器或设备的使用年限，mm mm；不同介质对金属材料的腐蚀速度不同。对碳素钢和低合金 不同介质对金属材料的腐蚀速度不同。对碳素钢和低合金钢取 钢取 不小于 不小于1mm 1mm，对不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，对不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，取 取。参考表。参考表3-4 3-4。4.各厚度含义n n 最小厚度 最小厚度 常压或低压容器，按照壁厚公式计算出来的壁厚 常压或低压容器

40、，按照壁厚公式计算出来的壁厚很薄，这样不仅给焊接带来了困难，而且因为壁薄就显得刚度 很薄，这样不仅给焊接带来了困难，而且因为壁薄就显得刚度不足，容易变形。特别对于一些大型容器或设备，壁厚太薄就 不足，容易变形。特别对于一些大型容器或设备，壁厚太薄就无法进行吊装和运输。因此设计时不管按壁厚计算出来的数值 无法进行吊装和运输。因此设计时不管按壁厚计算出来的数值有多小，必须取一个不包括腐蚀裕量的最小壁厚 有多小，必须取一个不包括腐蚀裕量的最小壁厚min min，以满足，以满足上述要求。上述要求。n n 对碳素钢和低合金钢制容器 对碳素钢和低合金钢制容器n n min min 不小于 不小于3mm 3

41、mm，腐蚀裕量另加。，腐蚀裕量另加。n n 对高合金钢制容器，取 对高合金钢制容器，取min min 不小于 不小于2mm 2mm，腐蚀裕量另加。，腐蚀裕量另加。n n 容器各厚度相互关系 容器各厚度相互关系n n 计算厚度 计算厚度 由计算公式得到的厚度。由计算公式得到的厚度。n n 设计厚度 设计厚度d d 计算厚度和腐蚀裕量之和 计算厚度和腐蚀裕量之和,d=+C,d=+C2 2。n n 名义厚度 名义厚度n n 设计厚度加钢板负偏差，圆整后的厚度，（设计厚度加钢板负偏差，圆整后的厚度，（+C+C1 1+C+C2 2）再）再圆整为整数。圆整为整数。n n 有效厚度 有效厚度e e 名义厚度

42、减去腐蚀裕量，名义厚度减去腐蚀裕量，n-C n-C，C=C C=C1 1+C+C2 2。二、内压容器封头壁厚确定 常用封头类型半球形封头椭圆形封头碟形封头 锥形封头平板形封头结构组成 结构组成 设计公式 设计公式 特点 特点 适用范围 适用范围半球形封 半球形封头 头 半个球 半个球=在同样的容积下其表面积最 在同样的容积下其表面积最小，在相同的直径与压力下，小，在相同的直径与压力下，它所需的壁厚最薄，因此可 它所需的壁厚最薄，因此可节省钢材。节省钢材。加工困难 加工困难适用于大直径 适用于大直径的容器 的容器 椭圆形封 椭圆形封头 头 半个椭球和具有一定 半个椭球和具有一定高度的圆筒壳体组成

43、 高度的圆筒壳体组成（或直边部分）（或直边部分）=受力好，计算厚度与筒 受力好，计算厚度与筒体相同，可以做到等厚 体相同，可以做到等厚度连接，加工较易。度连接，加工较易。应用广泛 应用广泛碟形封头 碟形封头 三部分组成，一是以 三部分组成，一是以Ri Ri为半径的球面部分，二 为半径的球面部分，二是高度为 是高度为h h 的直边部分 的直边部分(圆筒部分 圆筒部分)，三是连接，三是连接两部分的过渡区。两部分的过渡区。=封头在连接处造成突然转折，封头在连接处造成突然转折，将会产生很大的横推力和边 将会产生很大的横推力和边缘力 缘力 很少采用 很少采用 锥形封头 锥形封头 折边锥形封头，有三部 折

44、边锥形封头，有三部分组成，即锥体部分、分组成，即锥体部分、圆弧过渡部分和高度为 圆弧过渡部分和高度为h h 的圆筒部分。的圆筒部分。无折边封头只有锥体部 无折边封头只有锥体部分 分 c=c=受力情况比较差，原因是因 受力情况比较差，原因是因为锥形封头与圆筒连接处的 为锥形封头与圆筒连接处的转折较为厉害，曲率半径发 转折较为厉害，曲率半径发生突变而产生边缘力的缘故 生突变而产生边缘力的缘故。常用于粘度大 常用于粘度大或悬浮性的流 或悬浮性的流体物料，有利 体物料，有利于排料，于排料，平盖 平盖 平板，有可拆和不可 平板，有可拆和不可拆平盖两种 拆平盖两种p=p=结构简单，制造方便。结构简单，制造

45、方便。常用于可拆的 常用于可拆的人孔盖、换热 人孔盖、换热器端盖等处 器端盖等处【项目实训】n n 某化工厂有一反应釜，已知釜体内径 某化工厂有一反应釜，已知釜体内径1400 mm 1400 mm，工作温度，工作温度5150 5150，工作压力，工作压力1.5 Pa 1.5 Pa，釜体上装有安全阀，其开启压力 釜体上装有安全阀，其开启压力1.6 MPa 1.6 MPa。釜体选用材料为。釜体选用材料为0Cr18Ni10Ti 0Cr18Ni10Ti，双面对接焊，双面对接焊，全部无损检测。试确定釜体的厚度。若选用标准椭圆形封头，试确定釜体封头厚度。全部无损检测。试确定釜体的厚度。若选用标准椭圆形封头

46、，试确定釜体封头厚度。n n 已知 已知Di=1400 mm Di=1400 mm，设计温度，设计温度t=150+20=170 t=150+20=170，釜体上装有安全阀，设计压力取，釜体上装有安全阀，设计压力取1.6MPa 1.6MPa，双面对接焊全部无损探伤，双面对接焊全部无损探伤，=1.00=1.00，查许用应力表，查许用应力表 t=134.2 MPa t=134.2 MPa（内插（内插法），采用不锈钢材料，法），采用不锈钢材料，C2=0mm C2=0mmn n 圆筒部分厚度 圆筒部分厚度=8.40mm=8.40mmn n 设计厚度确定 设计厚度确定 比较不锈钢的最小厚度 比较不锈钢的最

47、小厚度min min 不小于 不小于2mm 2mm，所以取计算厚度，所以取计算厚度8.40mm 8.40mm，n n d=+C2=8.4+0=8.4mm d=+C2=8.4+0=8.4mmn n 假设名义厚度在 假设名义厚度在825mm 825mm 之间，查表 之间，查表C1=0.8mm C1=0.8mm，n n d+C1=8.4+0.8=9.2mm d+C1=8.4+0.8=9.2mm，圆整为整数取，圆整为整数取10mm 10mm。n n 即釜体的厚度为 即釜体的厚度为10mm 10mm。n n 封头部分厚度 封头部分厚度=8.37mm=8.37mmn n 假设名义厚度在 假设名义厚度在82

48、5mm 825mm 之间，查表 之间，查表C1=0.8mm C1=0.8mmn n 不锈钢的最小厚度 不锈钢的最小厚度min min 不小于 不小于2mm 2mm，所以取计算厚度，所以取计算厚度8.40mm 8.40mm，n n d=+C2=8.37+0=8.37mm d=+C2=8.37+0=8.37mmn n d+C1=8.37+0.8=9.17mm d+C1=8.37+0.8=9.17mm，圆整为整数取，圆整为整数取10mm 10mm。n n 即釜体封头的厚度为 即釜体封头的厚度为10mm 10mm。【项目练习】n n内压薄壁筒体、球壳厚度计算公式，比较其特内压薄壁筒体、球壳厚度计算公式

49、，比较其特点。点。n n简述内压薄壁封头结构、特点及适用范围。简述内压薄壁封头结构、特点及适用范围。n n为了满足容器刚度要求，对容器最小厚度有哪为了满足容器刚度要求，对容器最小厚度有哪些规定？些规定？n n有一长期闲置的压力容器，实测壁厚为有一长期闲置的压力容器，实测壁厚为8mm8mm，内径为内径为1000mm1000mm，材料是，材料是Q235-AQ235-A，纵向焊缝为双，纵向焊缝为双面对接焊，是否做过无损探伤不清楚，现要求该面对接焊，是否做过无损探伤不清楚，现要求该容器承受容器承受1MPa1MPa的内压，工作温度为的内压，工作温度为160160，介质，介质无腐蚀性，并装有安全阀，试判断

50、该容器是否能无腐蚀性，并装有安全阀，试判断该容器是否能用？用？子项目3内压薄壁容器压力试验n n【项目目标】n n 知识目标 掌握压力容器压力试验的目的；掌握压力试验的方法；掌握压力试验的步骤。n n 技能目标 能对压力容器进行压力试验；能校核压力容器强度。一、压力试验目的及作用n n 新制造的容器或大检修后的容器，在交付使用前都必须进行压力试验。n n 检验容器在超过工作压力条件下密封结构的可靠性、焊缝的致密性以及容器的宏观强度。同时观测压力试验后受压元件的母材及焊接接头的残余变形量，还可以及时发现材料和制造过程中存在的缺陷。n n 二、试验过程及装置n n 1.1.按下图安装试验装置。按下