第八章內(nèi)壓容器

1、2021-11-161第八章第八章 內(nèi)壓容器內(nèi)壓容器8-1 8-1 設(shè)計參數(shù)的確定設(shè)計參數(shù)的確定一、容器直徑一、容器直徑v對于用鋼板卷焊的筒體，以內(nèi)徑作為它的公稱對于用鋼板卷焊的筒體，以內(nèi)徑作為它的公稱直徑。直徑。v容器直徑較小，可直接用無縫鋼管制作，此時容器直徑較小，可直接用無縫鋼管制作，此時以鋼管外徑作為它的公稱直徑。以鋼管外徑作為它的公稱直徑。2021-11-162壓力容器的公稱直徑壓力容器的公稱直徑/mm/mm300(350)400(450)500(550)600(650)700(750)8009001000(1100)1200(1300)1400(1500)1600(1700)180

2、0(1900)2000(2100)2200(2300)24002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000注：帶括號的公稱直徑應(yīng)盡量不采用。注：帶括號的公稱直徑應(yīng)盡量不采用。2021-11-163159219273325377426無縫鋼管無縫鋼管制作筒體時容器的公稱直徑制作筒體時容器的公稱直徑/mm/mm2021-11-164v公稱直徑：指標準化以后的標準直徑，以公稱直徑：指標準化以后的標準直徑，以DNDN表示，表示，單位單位mmmm，例如內(nèi)徑，例如內(nèi)徑1200

3、mm1200mm的容器的公稱直徑標記的容器的公稱直徑標記為為DN1200DN1200。v公稱壓力公稱壓力PNPN：容器及管道的操作壓力經(jīng)標準化以：容器及管道的操作壓力經(jīng)標準化以后的標準壓力稱為公稱壓力，以后的標準壓力稱為公稱壓力，以PNPN表示，單位表示，單位MPaMPa。v設(shè)計時，應(yīng)將工藝計算初步確定的設(shè)備內(nèi)徑，調(diào)設(shè)計時，應(yīng)將工藝計算初步確定的設(shè)備內(nèi)徑，調(diào)整為符合表中所規(guī)定的公稱直徑。整為符合表中所規(guī)定的公稱直徑。 v封頭的公稱直徑與筒體一致。封頭的公稱直徑與筒體一致。2021-11-165二、工作壓力與設(shè)計壓力二、工作壓力與設(shè)計壓力 p pv設(shè)計壓力設(shè)計壓力P P是指設(shè)定的容器頂部的最高壓

4、力，是指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計溫度一起作為設(shè)計載荷條件，即與相應(yīng)的設(shè)計溫度一起作為設(shè)計載荷條件，即標注在銘牌上的壓力。標注在銘牌上的壓力。v工作壓力是由工藝過程決定的，可能是變動的，工作壓力是由工藝過程決定的，可能是變動的，在頂部和底部也可能是不同的。在頂部和底部也可能是不同的。v在正常操作情況下容器頂部可能出現(xiàn)的最高工在正常操作情況下容器頂部可能出現(xiàn)的最高工作壓力稱為容器的最大工作壓力，用作壓力稱為容器的最大工作壓力，用P PW W表示。表示。2021-11-166v設(shè)計壓力應(yīng)該高于其最大工作壓力：設(shè)計壓力應(yīng)該高于其最大工作壓力：（1 1）裝有安全閥的容器，其設(shè)計壓力不得低于

5、）裝有安全閥的容器，其設(shè)計壓力不得低于安全閥的開啟壓力安全閥的開啟壓力P PK K ，容器設(shè)計壓力可取，容器設(shè)計壓力可取 P=P=（1.05-1.11.05-1.1）P PW W。（2 2）裝有爆破片的容器，其設(shè)計壓力不得低于）裝有爆破片的容器，其設(shè)計壓力不得低于爆破片的設(shè)計爆破壓力上限，容器設(shè)計壓力可爆破片的設(shè)計爆破壓力上限，容器設(shè)計壓力可取取P=P=（1.15-1.751.15-1.75）P PW W。2021-11-167三、設(shè)計溫度三、設(shè)計溫度 t tv設(shè)計溫度是指容器在正常操作情況，在相應(yīng)設(shè)設(shè)計溫度是指容器在正常操作情況，在相應(yīng)設(shè)計壓力下，設(shè)定的受壓元件的金屬溫度。計壓力下，設(shè)定的受

6、壓元件的金屬溫度。v設(shè)計溫度不得低于容器工作時器壁金屬可能達設(shè)計溫度不得低于容器工作時器壁金屬可能達到的最高溫度，也不能高于器壁金屬可能達到到的最高溫度，也不能高于器壁金屬可能達到的最低溫度。的最低溫度。2021-11-168四、計算壓力四、計算壓力 p pc c v計算壓力是指在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定受計算壓力是指在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定受壓元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。壓元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。v當元件所承受的液柱靜壓力小于當元件所承受的液柱靜壓力小于5%5%設(shè)計壓力設(shè)計壓力時，時，可不計液柱靜壓力?？刹挥嬕褐o壓力。五、許用應(yīng)力五、許用應(yīng)力 t t v在設(shè)計溫度下許

7、用應(yīng)力值的大小，直接決定著在設(shè)計溫度下許用應(yīng)力值的大小，直接決定著容器強度，是主要設(shè)計參數(shù)之一。容器強度，是主要設(shè)計參數(shù)之一。2021-11-169六、焊接接頭系數(shù)六、焊接接頭系數(shù) v通常在鋼板許用應(yīng)力通常在鋼板許用應(yīng)力 t t基礎(chǔ)上乘以一個等于基礎(chǔ)上乘以一個等于或小于或小于1 1的焊接接頭系數(shù)的焊接接頭系數(shù)作為焊接接頭處金作為焊接接頭處金屬的許用應(yīng)力。屬的許用應(yīng)力。2021-11-1610焊接接頭形式焊接接頭形式無損檢測的長度比例無損檢測的長度比例100%100%局部局部雙面焊對接接頭或相當于雙雙面焊對接接頭或相當于雙面焊的對接接頭面焊的對接接頭1.01.00.850.85單面焊對接接頭或相

8、當于單單面焊對接接頭或相當于單面焊的對接接頭面焊的對接接頭0.90.90.80.8符合符合壓力容器安全技術(shù)檢察規(guī)程壓力容器安全技術(shù)檢察規(guī)程才允許作局才允許作局部無損探傷。抽驗長度不應(yīng)小于每條焊縫長度的部無損探傷。抽驗長度不應(yīng)小于每條焊縫長度的2020。2021-11-16118-2 8-2 內(nèi)壓容器筒體與封頭厚度的計算內(nèi)壓容器筒體與封頭厚度的計算一、內(nèi)壓圓筒的五種厚度及其確定方法一、內(nèi)壓圓筒的五種厚度及其確定方法1 1、理論計算厚度、理論計算厚度 v為能安全承受計算壓力所需的最小理論計算厚為能安全承受計算壓力所需的最小理論計算厚度。度。 可簡化成：可簡化成：pDptic 2ticDp 2202

9、1-11-16122 2、設(shè)計厚度、設(shè)計厚度 d dv計算厚度計算厚度與腐蝕裕量與腐蝕裕量C C2 2之和之和 d d= =+C+C2 23 3、名義厚度、名義厚度n nv將設(shè)計厚度加上鋼板將設(shè)計厚度加上鋼板負偏差負偏差C C1 1后后向上圓整向上圓整至鋼至鋼板標準中規(guī)定的厚度。板標準中規(guī)定的厚度。v設(shè)計圖樣上標注的殼體厚度應(yīng)為此厚度。設(shè)計圖樣上標注的殼體厚度應(yīng)為此厚度。 n n= =d d+ +C C1 1+ +2021-11-1613厚度附加量厚度附加量滿足強度要求的計算厚度之外，額外增加的厚度滿足強度要求的計算厚度之外，額外增加的厚度量，包括鋼板負偏差量，包括鋼板負偏差C Cl l、腐蝕

10、裕量、腐蝕裕量 C C2 2，即，即 C C= =C Cl l+ +C C2 2厚厚 度度2 22.22.22.52.52.82.83.03.03.23.23.53.53.83.84 4 4.54.55.5 5.5 負偏差負偏差0.130.13 0.140.14 0.150.150.160.160.180.18 0.2 0.2 0.20.2 厚厚 度度6 67 7 8 8252526263030323234 34 3636404042425050 52526060 負偏差負偏差0.60.60.80.8 0.90.91 1 1.11.11.21.21.31.3 2021-11-1614腐蝕裕量腐

11、蝕裕量C C2 2應(yīng)根據(jù)各種鋼材在不同介質(zhì)中的腐應(yīng)根據(jù)各種鋼材在不同介質(zhì)中的腐蝕速度和容器設(shè)計壽命確定。蝕速度和容器設(shè)計壽命確定。塔類、反應(yīng)器類容器設(shè)計壽命一般按塔類、反應(yīng)器類容器設(shè)計壽命一般按2020年考慮，年考慮，換熱器殼體、管箱及一般容器按換熱器殼體、管箱及一般容器按1010年考慮。年考慮。腐蝕速度腐蝕速度0.05mm0.05mma a 時，碳素鋼和低合金鋼時，碳素鋼和低合金鋼單面腐蝕單面腐蝕C C2 2=1mm=1mm，雙面腐蝕取，雙面腐蝕取C C2 2=2mm=2mm；腐蝕速度腐蝕速度0.05mm0.05mma a時，單面腐蝕取時，單面腐蝕取C C2 2=2mm=2mm，不銹鋼取不銹

12、鋼取C C2 2=0=0。2021-11-16154 4、有效厚度、有效厚度e e v真正可以承受介質(zhì)壓強的厚度真正可以承受介質(zhì)壓強的厚度 e e= =+ += =n n-C-C1 1-C-C2 25 5、最小厚度、最小厚度minmin （1 1）對于碳素鋼和低合金鋼制容器，）對于碳素鋼和低合金鋼制容器，minmin不小不小于于3mm3mm。（2 2）對于高合金鋼制容器，）對于高合金鋼制容器，minmin不小于不小于2mm2mm。2021-11-1616v當筒體的計算厚度小于當筒體的計算厚度小于minmin時，應(yīng)取時，應(yīng)取minmin作為作為計算厚度，這時筒體的計算厚度，這時筒體的n n可視以

13、下兩種情況分可視以下兩種情況分別計算。別計算。（1 1）當）當minmin- -CC1 1時，即理論計算厚度非常小，時，即理論計算厚度非常小，加上鋼板負偏差后還不到規(guī)定的最小厚度。加上鋼板負偏差后還不到規(guī)定的最小厚度。 n n= =minmin+C+C2 2+ + （可以等于零）可以等于零）（2 2）當）當minmin- -CC1 1時，負偏差必須計入。時，負偏差必須計入。 n n= =minmin+C+C1 1+C+C2 2+ +2021-11-1617例例8-1 8-1 一臺新制成的容器，圖紙標注的技術(shù)特性一臺新制成的容器，圖紙標注的技術(shù)特性及有關(guān)尺寸如下：圓柱形筒體與標準橢圓形封及有關(guān)尺

14、寸如下：圓柱形筒體與標準橢圓形封頭的內(nèi)徑頭的內(nèi)徑D Di i=1m=1m，壁厚，壁厚n n=12mm=12mm，設(shè)計壓力，設(shè)計壓力p=2MPap=2MPa，焊接接頭系數(shù)，焊接接頭系數(shù)=1=1，腐蝕裕量，腐蝕裕量C C2 2=2mm=2mm，材料為材料為20R20R，以設(shè)計溫度，以設(shè)計溫度100100時的許用應(yīng)力時的許用應(yīng)力 t t =133MPa=133MPa，試計算該容器筒體的計算厚度，試計算該容器筒體的計算厚度，設(shè)計厚度，圓整值及有效厚度。設(shè)計厚度，圓整值及有效厚度。2021-11-1618解：將所給條件分別代入有關(guān)公式解：將所給條件分別代入有關(guān)公式（1 1）計算厚度）計算厚度 mmmmp

15、Dptic6 . 758. 721133210002 2mmmmDptic5 . 752. 71133210002 2按簡化式計算有：按簡化式計算有：誤差只有誤差只有1.3%1.3%。2021-11-1619（2 2）設(shè)計厚度）設(shè)計厚度 d d d d= =+C+C2 2=7.6+2=9.6mm=7.6+2=9.6mm（3 3）圓整值）圓整值查表得查表得C C1 1=0.8mm=0.8mm = =n n- -d d-C-C1 1=12-9.6-0.8=1.6mm=12-9.6-0.8=1.6mm（4 4）有效壁厚）有效壁厚 e e e e= =+ +=7.6+1.6=9.2mm=7.6+1.6

16、=9.2mm或或 e e= =n n-C-C1 1-C-C2 2=12-0.8-2=9.2mm=12-0.8-2=9.2mm2021-11-1620例例8-2 8-2 按如下設(shè)計條件確定容器筒體的計算厚度按如下設(shè)計條件確定容器筒體的計算厚度，設(shè)計厚度，設(shè)計厚度d d，名義厚度，名義厚度n n，有效厚度，有效厚度e e。計算壓力計算壓力p pc c為為0.18MPa0.18MPa和和0.28MPa0.28MPa，筒體，筒體D Di i=2m=2m，材料材料 t t =133MPa=133MPa，=0.85,=0.85,腐蝕裕量腐蝕裕量C C2 2=2mm=2mm。解：當解：當p pc c=0.1

17、8MPa=0.18MPa時，筒體的計算厚度時，筒體的計算厚度mmDptic9 . 185. 01332200018. 0 22021-11-1621因為因為 CC1 1所以所以 n n= =minmin+C+C2 2=3+2=5=3+2=5mm=d d e e = =n n-C-C2 2-C-C1 1=5-2-0.5=2.5=5-2-0.5=2.5mm當當p pc c=0.28MPa=0.28MPa時時mmDptic9 . 285. 01332200028. 0 2因為因為 3r3。2021-11-1628（）封頭內(nèi)的應(yīng)力（）封頭內(nèi)的應(yīng)力v碟形封頭受內(nèi)壓作有用時，球面部分一次薄膜碟形封頭受內(nèi)壓

18、作有用時，球面部分一次薄膜應(yīng)力可按球殼應(yīng)力公式計算，其值為：應(yīng)力可按球殼應(yīng)力公式計算，其值為：2csppRv在封頭折邊內(nèi)除了薄膜應(yīng)力外，變形時還將產(chǎn)在封頭折邊內(nèi)除了薄膜應(yīng)力外，變形時還將產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，二者疊加后，折邊內(nèi)的總應(yīng)力可生彎曲應(yīng)力，二者疊加后，折邊內(nèi)的總應(yīng)力可用下式計算：用下式計算：2cspMpRM折2021-11-1629v反映了折邊處的應(yīng)力較球面內(nèi)應(yīng)力增大的程度。反映了折邊處的應(yīng)力較球面內(nèi)應(yīng)力增大的程度。其值取決于其值取決于cici和和r r的比值，所以的比值，所以被稱為碟形被稱為碟形封頭的封頭的形狀系數(shù)形狀系數(shù)，其值按下式計算：，其值按下式計算：)3(41rRMci碟形封頭形狀系

19、數(shù)碟形封頭形狀系數(shù)r rcici0.150.150.170.170.20.21.41.41.361.361.311.312021-11-1630（）壁厚計算公式（）壁厚計算公式tcicRMp 2ticDpM 2式中式中0.90.9或，常用或，常用0.9 0.9 。v碟形封頭的厚度如果太薄，有效厚度也會發(fā)生碟形封頭的厚度如果太薄，有效厚度也會發(fā)生內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)，規(guī)定：內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)，規(guī)定： M M1.341.34時時e e 0.150.15D Di i ； M1.34M1.34時時e e 0.30.3D Di i 。2021-11-16314 4、球冠形封頭、球冠形封頭（）封頭結(jié)構(gòu)為進一步降

20、低凸形封頭的高度，（）封頭結(jié)構(gòu)為進一步降低凸形封頭的高度，將碟形封頭的過渡圓弧及直邊部分都去掉，只將碟形封頭的過渡圓弧及直邊部分都去掉，只留下球面部分。球面半徑一般取等于圓柱筒體留下球面部分。球面半徑一般取等于圓柱筒體的內(nèi)直徑或的內(nèi)直徑或0.90.9倍至倍至0.70.7倍的內(nèi)直徑。倍的內(nèi)直徑。v這種封頭的這種封頭的使用壓力一般不高使用壓力一般不高。2021-11-1632例例8-8-為一直徑為一直徑D Di i=800mm=800mm的圓柱形筒體選配凸形的圓柱形筒體選配凸形封頭，已給設(shè)計條件如下頭：設(shè)計壓力封頭，已給設(shè)計條件如下頭：設(shè)計壓力p p0.8MPa 0.8MPa ，許用應(yīng)力，許用應(yīng)力

21、 t t =110MPa =110MPa ，焊接接頭，焊接接頭系數(shù)系數(shù)=1 =1 。試比較選用以下三種形式凸形封頭：。試比較選用以下三種形式凸形封頭：半球形封頭；半球形封頭；標準橢圓形封頭；標準橢圓形封頭；球面半徑球面半徑R Rcici=720mm=720mm，折邊半徑，折邊半徑r ri i=108mm=108mm的碟形的碟形封頭封頭。封頭的計算厚度各等于多少？封頭的計算厚度各等于多少？2021-11-1633解取計算壓力解取計算壓力p pc c=p=p，由于，由于p pc c與與 t t 相比很小，相比很小，所以按簡化式計算。所以按簡化式計算。（）半球形封頭（）半球形封頭mmDptic5 .

22、 110048008 . 0 4（）標準橢圓形封頭（）標準橢圓形封頭mmDptic9 . 211028008 . 0 22021-11-1634（3 3）碟形封頭）碟形封頭mmRMptcic7 . 311027208 . 04 . 1 22021-11-1635v錐形封頭錐形封頭2021-11-1636三、內(nèi)壓錐形封頭厚度計算三、內(nèi)壓錐形封頭厚度計算（一）錐形封頭的結(jié)構(gòu)形式（一）錐形封頭的結(jié)構(gòu)形式v多用于立式容器底部以便于卸除物料。多用于立式容器底部以便于卸除物料。v根據(jù)錐形封頭與圓筒連接外有無過渡圓弧和直邊，根據(jù)錐形封頭與圓筒連接外有無過渡圓弧和直邊，有不帶折邊和帶折邊兩種形式。有不帶折邊和

23、帶折邊兩種形式。v帶折邊錐形封頭：直邊高度選取同標準橢圓形封帶折邊錐形封頭：直邊高度選取同標準橢圓形封頭，頭，r r 0.1D0.1Di i 、r3r3，6060。v不帶折邊錐形封頭：不帶折邊錐形封頭：3030。2021-11-1637（二）不帶折邊錐形封頭壁厚的確定（二）不帶折邊錐形封頭壁厚的確定pQpDti 2tiQpD 2簡化式：簡化式：v式中式中Q Q值可根據(jù)封頭的計算壓力值可根據(jù)封頭的計算壓力p pc c與材料的與材料的 t t 的比值從圖中查取。的比值從圖中查取。2021-11-16382021-11-1639（三）帶折邊錐形封頭壁厚的確定（三）帶折邊錐形封頭壁厚的確定ticDpf

24、 20f f0 0查查表獲得。表獲得。（四）錐形封頭小端結(jié)構(gòu)與壁厚（四）錐形封頭小端結(jié)構(gòu)與壁厚錐形封頭小端與接管連接處也有邊界應(yīng)力。錐形封頭小端與接管連接處也有邊界應(yīng)力。當當4545時，封頭可直接與接管連接；時，封頭可直接與接管連接；當當454530300 0, ,錐底大端帶折邊。折邊內(nèi)半徑錐底大端帶折邊。折邊內(nèi)半徑r=0.15Dr=0.15Di i=180mm=180mm。錐體壁厚計算：。錐體壁厚計算： pfpDti5 . 029. 1f)(6 . 12 . 13 . 1防爆膜MPapmmDi1200 MPa78300102C）（估計壁厚mmmmC168 . 01mm1 .152021-11

25、-1645錐底接管錐底接管d dN N=200mm,=200mm,外徑外徑 d=219mmd=219mm所以錐底小端直徑所以錐底小端直徑 D Disis=222mm=222mm接管加強段厚度與錐體同厚，接管加強段厚度與錐體同厚， mmn16加強段的長度加強段的長度 mmDlis86162225 . 025 . 02的不銹鋼板統(tǒng)一厚度，用mmn16過渡區(qū)厚度計算過渡區(qū)厚度計算 pKpDti5 . 021 .106 . 15 . 078212006 . 182. 082. 0K2021-11-1646一、在用壓力容器強度校核的原則一、在用壓力容器強度校核的原則（1 1）原設(shè)計已明確提出所采用的強度

26、設(shè)計標準）原設(shè)計已明確提出所采用的強度設(shè)計標準的，應(yīng)按該強度標準進行強度校核。的，應(yīng)按該強度標準進行強度校核。（2 2）當被校核的容器材料牌號不明時，應(yīng)按同）當被校核的容器材料牌號不明時，應(yīng)按同類常用材料的最低標準值進行強度計算。類常用材料的最低標準值進行強度計算。（3 3）焊接接頭系數(shù)應(yīng)根據(jù)焊接接頭的實際結(jié)構(gòu)）焊接接頭系數(shù)應(yīng)根據(jù)焊接接頭的實際結(jié)構(gòu)型式和探傷比例確定。型式和探傷比例確定。2021-11-1647（4 4）對于已使用多年的容器，或者是腐蝕比較）對于已使用多年的容器，或者是腐蝕比較嚴重的容器，其有效厚度按下式計算嚴重的容器，其有效厚度按下式計算 e e= = cmincmin-2n

27、-2n（5 5）強度校核壓力，可取壓力容器實際操作的）強度校核壓力，可取壓力容器實際操作的最高工作壓力。最高工作壓力。（6 6）強度校核時的壁溫，取實際最高壁溫度，）強度校核時的壁溫，取實際最高壁溫度，低溫壓力容器按常溫取許用應(yīng)力值。低溫壓力容器按常溫取許用應(yīng)力值。2021-11-1648二、強度校核的思路、公式和舉例二、強度校核的思路、公式和舉例v算出容器在校核壓力下的計算應(yīng)力，看它是否小算出容器在校核壓力下的計算應(yīng)力，看它是否小于材料的許用應(yīng)力，即于材料的許用應(yīng)力，即teichDKp2v算出容器的最大許可壓力，看它是否大于校核壓算出容器的最大許可壓力，看它是否大于校核壓力，即力，即wtie

28、pKDp22021-11-1649例例8-5 8-5 一臺使用多年且腐蝕較嚴重的容器，經(jīng)檢一臺使用多年且腐蝕較嚴重的容器，經(jīng)檢測取得如下數(shù)據(jù)：筒體直徑測取得如下數(shù)據(jù)：筒體直徑D Di i=2m=2m，實測厚度，實測厚度c c=8mm=8mm；碟形封頭：；碟形封頭：R Rcici=2m=2m，r ri i=300mm=300mm，c c上上=9.3mm,=9.3mm,有拼接焊縫；折邊錐形下封頭；半錐有拼接焊縫；折邊錐形下封頭；半錐角角=60=60，r ri i=300mm=300mm，折邊部分實測厚度，折邊部分實測厚度c1c1=10.4mm =10.4mm ；錐體部分實測厚度；錐體部分實測厚度c2c2=11mm =11mm ；容器材質(zhì)為碳鋼容器材質(zhì)為碳鋼Q235-AQ235-A；焊縫為帶封底焊的全；焊縫為帶封底焊的全焊透結(jié)構(gòu)，經(jīng)焊透結(jié)構(gòu)，經(jīng)20%20%射線檢查未發(fā)現(xiàn)超