第八章-內(nèi)壓容器

1、第八章第八章 內(nèi)壓容器內(nèi)壓容器一、壓力容器設(shè)計(jì)的內(nèi)容一、壓力容器設(shè)計(jì)的內(nèi)容p（設(shè)計(jì)壓力）（設(shè)計(jì)壓力）t（設(shè)計(jì)溫度（設(shè)計(jì)溫度正常工作的情況下設(shè)定的元件金屬正常工作的情況下設(shè)定的元件金屬的溫度）的溫度）DN（公稱(chēng)直徑）（公稱(chēng)直徑）t（設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力）（設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力）j j （焊接接頭系數(shù)）等（焊接接頭系數(shù)）等1、確定設(shè)計(jì)參數(shù)、確定設(shè)計(jì)參數(shù)3、確定結(jié)構(gòu)形式、確定結(jié)構(gòu)形式4、確定殼體（筒體、封頭）壁厚、確定殼體（筒體、封頭）壁厚強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算5、選取標(biāo)準(zhǔn)件：法蘭、支座、開(kāi)孔附件等、選取標(biāo)準(zhǔn)件：法蘭、支座、開(kāi)孔附件等6、繪制設(shè)備圖紙、繪制設(shè)備圖紙 本章主要討論中低壓化工容器筒體與封頭的強(qiáng)

2、度計(jì)算本章主要討論中低壓化工容器筒體與封頭的強(qiáng)度計(jì)算問(wèn)題。問(wèn)題。2、選擇材料（討論鋼制化工容器）、選擇材料（討論鋼制化工容器） 壓力低、按剛度設(shè)計(jì)的容器：壓力低、按剛度設(shè)計(jì)的容器：盡量用低碳鋼；盡量用低碳鋼； 壓力較高之大型容器：壓力較高之大型容器：普通低合金鋼。價(jià)格比碳鋼高普通低合金鋼。價(jià)格比碳鋼高20%，強(qiáng)度高，強(qiáng)度高3060%； 介質(zhì)腐蝕嚴(yán)重或產(chǎn)品純度要求高：介質(zhì)腐蝕嚴(yán)重或產(chǎn)品純度要求高：不銹鋼；不銹鋼； 深冷容器：深冷容器：銅及其合金。銅及其合金。（1）判定在一個(gè)檢驗(yàn)周期內(nèi)，或在剩余壽命期內(nèi)，容）判定在一個(gè)檢驗(yàn)周期內(nèi)，或在剩余壽命期內(nèi)，容器是否還能在原設(shè)計(jì)條件下安全使用。對(duì)于已不能在器

3、是否還能在原設(shè)計(jì)條件下安全使用。對(duì)于已不能在原設(shè)計(jì)條件下使用的容器，應(yīng)通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算，為容器原設(shè)計(jì)條件下使用的容器，應(yīng)通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算，為容器提出最高允許工作壓力。提出最高允許工作壓力。（2）如果容器針對(duì)某一使用條件需要判廢，應(yīng)為判廢）如果容器針對(duì)某一使用條件需要判廢，應(yīng)為判廢提供依據(jù)。提供依據(jù)。二、強(qiáng)度計(jì)算的內(nèi)容二、強(qiáng)度計(jì)算的內(nèi)容1.設(shè)計(jì)壓力容器設(shè)計(jì)壓力容器2.校核在用容器校核在用容器 根據(jù)化工生產(chǎn)工藝提出的條件，確定設(shè)計(jì)所需參數(shù)根據(jù)化工生產(chǎn)工藝提出的條件，確定設(shè)計(jì)所需參數(shù)（p，t，D），選定材料和結(jié)構(gòu)型式，通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算確），選定材料和結(jié)構(gòu)型式，通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算確定容器筒體及封頭定容器筒體及封頭壁厚壁

4、厚。已經(jīng)制定標(biāo)準(zhǔn)的受壓元件，可。已經(jīng)制定標(biāo)準(zhǔn)的受壓元件，可直接選取。直接選取。8.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 容器筒體和封頭的直徑都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化（容器筒體和封頭的直徑都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化（GB9019-88），），不能隨意取值。筒體與封頭的公稱(chēng)直徑要配套。不能隨意取值。筒體與封頭的公稱(chēng)直徑要配套。 對(duì)于對(duì)于鋼板卷焊鋼板卷焊的筒體，以的筒體，以?xún)?nèi)徑內(nèi)徑作為它的作為它的公稱(chēng)直徑公稱(chēng)直徑（表（表8-1）。）。 當(dāng)用當(dāng)用無(wú)縫鋼管無(wú)縫鋼管作筒體時(shí)，以作筒體時(shí)，以外徑外徑作為它的作為它的公稱(chēng)直徑公稱(chēng)直徑（表（表8-2）。）。 設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將工藝計(jì)算初步確定的容器內(nèi)徑調(diào)整為符設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將工藝計(jì)算初步確定的容器內(nèi)徑

5、調(diào)整為符合規(guī)定的公稱(chēng)直徑。合規(guī)定的公稱(chēng)直徑。一、容器直徑一、容器直徑8.1 8.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定設(shè)計(jì)參數(shù)的確定8.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定設(shè)計(jì)參數(shù)的確定二、工作壓力和設(shè)計(jì)壓力二、工作壓力和設(shè)計(jì)壓力q使用安全閥時(shí)，使用安全閥時(shí)，設(shè)計(jì)壓設(shè)計(jì)壓力力不小于安全閥的不小于安全閥的開(kāi)啟壓開(kāi)啟壓力力pk，或取，或取最大工作壓力最大工作壓力的的1.051.10倍；倍； 設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力p：在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下用以確定殼壁厚度在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下用以確定殼壁厚度的壓力，亦即標(biāo)注在銘牌上的容器設(shè)計(jì)壓力。的壓力，亦即標(biāo)注在銘牌上的容器設(shè)計(jì)壓力。設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力稍高于最大工作壓力稍高于最大工作壓力。 最大工作壓力（最大工作壓

6、力（pw）是指容器頂部在工作過(guò)程中可能是指容器頂部在工作過(guò)程中可能產(chǎn)生的最高壓力（表壓）。產(chǎn)生的最高壓力（表壓）。安全閥安全閥容器容器8.1 8.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定設(shè)計(jì)參數(shù)的確定q使用爆破膜作安全裝置時(shí)，使用爆破膜作安全裝置時(shí)，設(shè)設(shè)計(jì)壓力計(jì)壓力不不得得低于低于爆破片的設(shè)計(jì)爆破片的設(shè)計(jì)爆爆破壓力上限破壓力上限，根據(jù)爆破膜片的型，根據(jù)爆破膜片的型式確定，一般取式確定，一般取最大工作壓力最大工作壓力的的1.151.75倍作為倍作為設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力。防爆片防爆片容器容器q盛裝液化氣容器盛裝液化氣容器 設(shè)計(jì)壓力應(yīng)設(shè)計(jì)壓力應(yīng)根據(jù)工作條件下可能達(dá)到的最高金根據(jù)工作條件下可能達(dá)到的最高金屬溫度確定（固定式容器

7、，選最高屬溫度確定（固定式容器，選最高溫度下該氣體的飽和蒸汽壓作為設(shè)溫度下該氣體的飽和蒸汽壓作為設(shè)計(jì)壓力）（表計(jì)壓力）（表8-4，8-5）。）。q當(dāng)容器內(nèi)盛有液體物料時(shí)，若當(dāng)容器內(nèi)盛有液體物料時(shí)，若液體液體物料的物料的靜壓力靜壓力最大最大工作壓力的工作壓力的5，則在設(shè)計(jì)壓力中可不計(jì)入液體靜壓力，則在設(shè)計(jì)壓力中可不計(jì)入液體靜壓力，否則，須在設(shè)計(jì)壓力中計(jì)入液體靜壓力。否則，須在設(shè)計(jì)壓力中計(jì)入液體靜壓力。 8.1 8.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定設(shè)計(jì)參數(shù)的確定小結(jié)：小結(jié)：（1）設(shè)計(jì)壓力）設(shè)計(jì)壓力p應(yīng)等于或略大于最大工作壓力應(yīng)等于或略大于最大工作壓力pw（2）裝有安全閥時(shí)，應(yīng)使）裝有安全閥時(shí)，應(yīng)使 p pk，

8、p= (1.051.10) pw（3）裝有爆破片時(shí)，應(yīng)使）裝有爆破片時(shí)，應(yīng)使p大于使用溫度下的爆破壓力，大于使用溫度下的爆破壓力， p= (1.151.75) pw（4）盛裝液化氣體的容器，需考慮液化氣體的臨界溫度）盛裝液化氣體的容器，需考慮液化氣體的臨界溫度tc50， p=50飽和蒸汽壓（室溫下可能液化）飽和蒸汽壓（室溫下可能液化）tc2000封頭直邊高度封頭直邊高度h02540封頭的直邊高度封頭的直邊高度h0/mmppDtij 2jtipD 2標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的壁厚計(jì)算式壁厚計(jì)算式：標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的壁厚簡(jiǎn)化計(jì)算式壁厚簡(jiǎn)化計(jì)算式： 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算厚度不得小

9、于封頭內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算厚度不得小于封頭內(nèi)徑的0.15，即，即iD10005 . 1min8.2 8.2 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算查表查表8-6（P167）Q235B在在t=100時(shí)，時(shí)，t= 名義厚度圓整為名義厚度圓整為20mm（=1.0mm），即圓筒的名），即圓筒的名義厚度義厚度n=20mm1）筒體）筒體例例6：已知：已知：p=2Mpa，t=100 ，Di=1600mm，腐蝕裕量，腐蝕裕量C2=2mm，材料，材料Q235B，封頭拚接焊縫，封頭拚接焊縫100%探傷，其他探傷，其他20%探傷，雙面對(duì)接焊。求：確定圓筒及標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的探傷，雙面對(duì)接焊。求：

10、確定圓筒及標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的名義厚度。名義厚度。解：解：查表查表8-10（P171） j j=jticDp 221CCn0 .1923 . 07 .168.2 8.2 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算mm7 .1685. 0113216002C1=0.3mm113MPa0.852）封頭）封頭 查表查表8-10（P171） j j=jticDp 221CCn5 .1623 . 02 .14 名義厚度圓整為名義厚度圓整為18mm（=1.5mm），即標(biāo)準(zhǔn)橢圓），即標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的名義厚度形封頭的名義厚度n=18mm8.2 8.2 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度

11、的計(jì)算1mm2 .141113216002C1=0.3mm3. 蝶形封頭蝶形封頭v結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：又稱(chēng)又稱(chēng)帶折邊球形封頭帶折邊球形封頭，由半徑為，由半徑為Rc的的球面體球面體、半徑為半徑為r的過(guò)渡的過(guò)渡圓弧（即折邊）圓?。凑圻叄┖透叨葹楹透叨葹閔0的的短圓筒短圓筒（即直邊）（即直邊）等三部分組成等三部分組成Rch0hrDi折邊折邊直邊直邊球體部分球體部分8.2 8.2 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算v優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：過(guò)渡圓弧過(guò)渡圓弧降低降低了封頭了封頭深度深度，方便成型方便成型，且壓制，且壓制碟形封頭的鋼模加工簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。碟形封頭的鋼模加工簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。v缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：

12、不連續(xù)曲面，存在不連續(xù)曲面，存在較大邊緣彎曲應(yīng)力較大邊緣彎曲應(yīng)力。邊緣彎。邊緣彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力疊加，使該部位的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力疊加，使該部位的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它部位，故部位，故受力狀況不佳受力狀況不佳。Rch0hrDi球面部分的薄膜應(yīng)力：球面部分的薄膜應(yīng)力：2csppRRc：球面部分的中面半徑：球面部分的中面半徑：壁厚：壁厚8.2 8.2 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算 折邊：折邊：折邊內(nèi)除了薄膜應(yīng)力外，還有較大彎曲應(yīng)力，折邊內(nèi)除了薄膜應(yīng)力外，還有較大彎曲應(yīng)力，總應(yīng)力大于球面內(nèi)的應(yīng)力：總應(yīng)力大于球面內(nèi)的應(yīng)力：)3(41rRMciM：碟形封頭的形狀系數(shù)碟

13、形封頭的形狀系數(shù)2MMcsppR折Rci：球面內(nèi)半徑：球面內(nèi)半徑 r：折邊半徑：折邊半徑Rci / r1.01.25 1.50 1.752.02.25 2.50 2.753.03.253.54.0M1.00 1.03 1.06 1.08 1.10 1.13 1.15 1.17 1.18 1.20 1.22 1.25Rci / r4.55.05.56.06.57.07.58.08.59.09.510.0M1.28 1.31 1.34 1.36 1.39 1.41 1.44 1.46 1.481.51.52 1.54表表8-13 形狀系數(shù)形狀系數(shù)MRch0hrDi8.2 8.2 內(nèi)壓容器筒體和封頭

14、厚度的計(jì)算內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算jtcpR2M折5 . 0cicRRpMpRtci5 . 0 2jjtciMpR 2蝶形封頭壁厚：蝶形封頭壁厚：MpMpRtci5 . 0 2j蝶形封頭厚蝶形封頭厚度計(jì)算公式度計(jì)算公式蝶形封頭厚度簡(jiǎn)化計(jì)算公式蝶形封頭厚度簡(jiǎn)化計(jì)算公式令令Rci= Di，則：，則：ppDMti5 . 0 2jjtipDM 2=0.9或或1，常取，常取0.9。8.2 8.2 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算GB150-1998規(guī)定：規(guī)定： 碟形封頭的厚度如果太薄，也會(huì)發(fā)生內(nèi)壓下的彈性碟形封頭的厚度如果太薄，也會(huì)發(fā)生內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)。失穩(wěn)。M1.34時(shí)，時(shí)

15、，e0.15%DiM 1.34時(shí)，時(shí)，e0.30%Di8.2 8.2 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算4. 球冠形封頭球冠形封頭 結(jié)構(gòu)：將結(jié)構(gòu)：將球面球面部分直接焊在部分直接焊在圓柱殼體圓柱殼體上，構(gòu)成了無(wú)折上，構(gòu)成了無(wú)折邊球形封頭。邊球形封頭。 封頭的封頭的球面半徑球面半徑一般取等于一般取等于圓柱筒體圓柱筒體的內(nèi)直徑或的內(nèi)直徑或0.9倍倍至至0.7倍的倍的內(nèi)直徑內(nèi)直徑。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，常用作容器中兩獨(dú)立受結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，常用作容器中兩獨(dú)立受壓室中間封頭，端蓋。壓室中間封頭，端蓋。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：無(wú)轉(zhuǎn)角過(guò)渡，存在無(wú)轉(zhuǎn)角過(guò)渡，存在相相當(dāng)大的不連續(xù)應(yīng)力當(dāng)

16、大的不連續(xù)應(yīng)力，其應(yīng)力分，其應(yīng)力分布布不不甚甚合理合理。8.2 8.2 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算RLiD 應(yīng)用：應(yīng)用：端封頭端封頭或容器中兩個(gè)相或容器中兩個(gè)相鄰承壓空間的鄰承壓空間的中間封頭中間封頭，承壓小。，承壓小。pQpDtij 2 折邊封頭與筒體連接處存在折邊封頭與筒體連接處存在較較大的邊界應(yīng)力大的邊界應(yīng)力，厚度計(jì)算要考慮，厚度計(jì)算要考慮邊界應(yīng)力：邊界應(yīng)力： Q：系數(shù)，查：系數(shù)，查GB150-1998 Q1，Q越大，說(shuō)明邊界應(yīng)力影越大，說(shuō)明邊界應(yīng)力影響越大。響越大。8.2 8.2 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算LRLiD三、錐形封

17、頭三、錐形封頭軸對(duì)稱(chēng)錐殼無(wú)折邊錐殼帶折邊錐殼：有過(guò)渡圓?。ㄕ圻叄?和直邊不帶折邊錐形封頭不帶折邊錐形封頭局部加強(qiáng)的不帶局部加強(qiáng)的不帶折邊錐形封頭折邊錐形封頭帶折邊錐形封頭帶折邊錐形封頭 不帶折邊錐形封頭與筒體連接處存在不帶折邊錐形封頭與筒體連接處存在較大邊界應(yīng)力較大邊界應(yīng)力，降低邊界應(yīng)力的方法：降低邊界應(yīng)力的方法：1）局部加強(qiáng)）局部加強(qiáng)；2）加折邊和直邊）加折邊和直邊22cD28.2 8.2 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算帶折邊錐形封頭帶折邊錐形封頭（直邊）（直邊）（折邊）（折邊）8.2 8.2 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不連續(xù)

18、，應(yīng)力分布不理想應(yīng)用應(yīng)用許多化工設(shè)備的底蓋，便于卸料。許多化工設(shè)備的底蓋，便于卸料。不同直徑圓筒體的中間過(guò)渡段（變徑段）不同直徑圓筒體的中間過(guò)渡段（變徑段）中低壓中低壓結(jié)構(gòu)限制結(jié)構(gòu)限制 無(wú)折邊錐形封頭：半錐角無(wú)折邊錐形封頭：半錐角30 帶折邊錐形封頭：半錐角帶折邊錐形封頭：半錐角60 折邊半徑折邊半徑r：不小于：不小于Di的的10%，且不小于該過(guò)渡段，且不小于該過(guò)渡段厚度的厚度的3倍。倍。 22iDsD2cDr8.2 8.2 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計(jì)算1. 不帶折邊錐形封頭不帶折邊錐形封頭錐形殼體的最大薄膜應(yīng)力位于錐體大端：錐形殼體的最大薄膜應(yīng)力位于錐體大端：22iDsDcos14pDmcos12pD若不考慮封頭與圓筒連接處的邊界應(yīng)力，則：若不考慮封頭與圓筒連接處的邊界應(yīng)力，則：jtrpDcos123jjcos