化工機(jī)械第五章壓力容器

1、第五章壓力容器第五章第五章 壓力容器壓力容器5.1 概述概述5.2 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析5.3 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算5.4 外壓容器外壓容器5.5 儲(chǔ)存設(shè)備儲(chǔ)存設(shè)備5.6 簡(jiǎn)單容器設(shè)計(jì)舉例簡(jiǎn)單容器設(shè)計(jì)舉例第五章壓力容器5.1 概述5.1.1 壓力容器總體結(jié)構(gòu)壓力容器:凡是含有壓力介質(zhì)的凡是含有壓力介質(zhì)的密閉容器都被稱作壓力容都被稱作壓力容器。器。化工生產(chǎn)所用的各種化工設(shè)備外部殼體的總稱。常用結(jié)構(gòu):圓柱殼、球殼、橢球殼、錐形殼、組合殼等，多為回轉(zhuǎn)殼體。5.1.2 壓力容器分類1.按形狀分類.方形或矩形容器.球形容器 承壓能力好承壓能力好第五章壓力容

2、器塔塔設(shè)設(shè)備備第五章壓力容器球罐球罐第五章壓力容器2.按承壓性質(zhì)分類可分為內(nèi)壓容器與外壓容器兩類內(nèi)壓容器：容器內(nèi)部介質(zhì)壓力大于外部壓力。外壓容器：容器內(nèi)部介質(zhì)壓力小于外部壓力。.圓筒形容器制作方便、安裝內(nèi)件制作方便、安裝內(nèi)件 容易、承壓能力好、容易、承壓能力好、 廣泛使用。廣泛使用。第五章壓力容器3.按結(jié)構(gòu)材料分類金屬容器：廣泛應(yīng)用低碳鋼和低合金鋼制造， 對(duì)于腐蝕嚴(yán)重的介質(zhì)或產(chǎn)品純度要 求較高的場(chǎng)合，使用不銹鋼，不銹 復(fù)合鋼板或鋁合金等制造。非金屬容器：常用的材料有硬聚氫乙烯，玻璃 鋼，化工陶瓷等?；蛟阡撝迫萜?內(nèi)加非金屬襯里或涂層。第五章壓力容器4.按使用場(chǎng)合分類反應(yīng)壓力容器：容器內(nèi)介質(zhì)有物

3、理或化學(xué)反 應(yīng)，使介質(zhì)分離為多種產(chǎn)品或 幾種物質(zhì)合成為某一種物質(zhì)。換熱壓力容器：容器內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行熱量交換達(dá)到 介質(zhì)的加熱或冷卻。例如：原油分離成為汽油、煤油、柴油、石蠟油、原油分離成為汽油、煤油、柴油、石蠟油、瀝青、焦炭等。瀝青、焦炭等。又如：將水、煤氣、氨氣合成為合成氨。將水、煤氣、氨氣合成為合成氨。第五章壓力容器分離壓力容器：將介質(zhì)在混合狀態(tài)下進(jìn)行分離。儲(chǔ)存壓力容器：用于裝載各種產(chǎn)品或原料的容 器。5.按安全監(jiān)察規(guī)程分類一般分為三類進(jìn)行管理和監(jiān)督檢查。一般分為三類進(jìn)行管理和監(jiān)督檢查。第五章壓力容器2）中壓，介質(zhì)為劇毒，容積很大的容器。3）低壓，介質(zhì)為極毒，容積很大的容器。4）高壓、中壓 管殼

4、式余熱鍋鏟。5）使用材料強(qiáng)度級(jí)別較高的壓力容器。 o540 MPa6）移動(dòng)式壓力容器、各種罐車、集裝箱等。7）球形儲(chǔ)罐。（V 50 m3）8）低溫液體儲(chǔ)存容器。（V 5 m3）第三類壓力容器：1）高壓容器、超高壓容器。第五章壓力容器第二類壓力容器：1）中壓容器。2）低壓容器、反應(yīng)器、介質(zhì)毒性為極度或中度。3）低壓管殼式余熱鍋鏟。第一類壓力容器：壓力的區(qū)分：壓力的區(qū)分：低壓容器（除以上規(guī)定的低壓容器）超高壓：超高壓：P 100 MPaP 100 MPa高壓：高壓： 100 P 100 P 10 MPa10 MPa中壓：中壓： 10 P 10 P 1.6 MPa1.6 MPa低壓：低壓： 1.6

5、P 1.6 P 0.1 MPa0.1 MPa常壓：常壓： P P 0.1 MPa0.1 MPa第五章壓力容器容器及設(shè)備不僅是石油化工生產(chǎn)中的重要生產(chǎn)工具，容器及設(shè)備不僅是石油化工生產(chǎn)中的重要生產(chǎn)工具，在航空、航海、原子能、冶金、機(jī)械制造、精細(xì)化工、在航空、航海、原子能、冶金、機(jī)械制造、精細(xì)化工、輕工、交通和農(nóng)副業(yè)產(chǎn)品加工待業(yè)也有大量的應(yīng)用輕工、交通和農(nóng)副業(yè)產(chǎn)品加工待業(yè)也有大量的應(yīng)用。容器的結(jié)構(gòu)：容器的結(jié)構(gòu)：如圖示，容器一般可分解為：如圖示，容器一般可分解為：筒體（筒身）筒體（筒身）封頭（端蓋）封頭（端蓋）法蘭法蘭人孔人孔手孔手孔支座支座管口等管口等這些都是通用標(biāo)準(zhǔn)件。這些都是通用標(biāo)準(zhǔn)件。第五章

6、壓力容器5.1.3 容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求 容器的體積、直徑、高度、傳熱面積、管子數(shù)量、大小、位置尺寸等屬于工藝尺寸，由工藝計(jì)算和生產(chǎn)要求確定。 在工藝尺寸確定之后，為了滿足安全和使用要求，還要確定強(qiáng)度尺寸，零部件在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足以下要求：強(qiáng)度有足夠的抵抗外力破壞的能力。有足夠的抵抗外力破壞的能力。剛度有足夠的抵抗外力變形的能力，以防有足夠的抵抗外力變形的能力，以防 止變形過(guò)大。止變形過(guò)大。穩(wěn)定性有保持自身形狀的能力，以防壓癟或有保持自身形狀的能力，以防壓癟或 皺折。皺折。第五章壓力容器耐久性在介質(zhì)腐蝕下可以長(zhǎng)期使用，一般使在介質(zhì)腐蝕下可以長(zhǎng)期使用，一般使 用年限在用年限在1515年以上。

7、年以上。其他制造性能、操作性能、維修運(yùn)輸性能、制造性能、操作性能、維修運(yùn)輸性能、 經(jīng)濟(jì)性等。經(jīng)濟(jì)性等。氣密性具有良好的密封性能，防止介質(zhì)泄露。具有良好的密封性能，防止介質(zhì)泄露。 本書僅限于設(shè)計(jì)壓力本書僅限于設(shè)計(jì)壓力P 10 MPaP 10 MPa，設(shè)計(jì)溫度高，設(shè)計(jì)溫度高于于-20-20C C的中、低壓容器的機(jī)械設(shè)計(jì)。的中、低壓容器的機(jī)械設(shè)計(jì)。第五章壓力容器5.2內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析薄壁容器（按容器薄壁容器（按容器D D0 0與內(nèi)徑與內(nèi)徑D Di i的比值的比值K K的不同分）的不同分）厚壁容器：厚壁容器：2 . 12120ininiiDDDDDK薄壁容器：薄壁容器：K1.2K1.22.2.回

8、轉(zhuǎn)殼體回轉(zhuǎn)殼體母線繞同平面內(nèi)的軸線旋母線繞同平面內(nèi)的軸線旋轉(zhuǎn)一周后形成的曲面稱轉(zhuǎn)一周后形成的曲面稱回轉(zhuǎn)曲回轉(zhuǎn)曲面面，以回轉(zhuǎn)曲面為中間面的殼，以回轉(zhuǎn)曲面為中間面的殼體稱為體稱為回轉(zhuǎn)殼體回轉(zhuǎn)殼體。第五章壓力容器K1K2 回轉(zhuǎn)薄壁殼體：圓筒形、球形、橢球形、圓回轉(zhuǎn)薄壁殼體：圓筒形、球形、橢球形、圓錐形薄壁殼體。在內(nèi)壓作用下，殼壁將產(chǎn)生兩個(gè)錐形薄壁殼體。在內(nèi)壓作用下，殼壁將產(chǎn)生兩個(gè)方向的拉伸壓力：方向的拉伸壓力：第五章壓力容器環(huán)向薄膜應(yīng)力 由于內(nèi)壓作用使殼壁的環(huán)向受到拉伸，均勻由于內(nèi)壓作用使殼壁的環(huán)向受到拉伸，均勻向外膨脹，在圓周的切線方向產(chǎn)生拉應(yīng)力，使殼向外膨脹，在圓周的切線方向產(chǎn)生拉應(yīng)力，使殼壁的

9、縱向截面產(chǎn)生環(huán)向拉伸應(yīng)力，稱為壁的縱向截面產(chǎn)生環(huán)向拉伸應(yīng)力，稱為環(huán)向薄膜環(huán)向薄膜應(yīng)力應(yīng)力，又稱為，又稱為周向應(yīng)力周向應(yīng)力，用，用表示。表示。徑向薄膜應(yīng)力 由于內(nèi)壓作用使殼壁沿徑向也受到拉伸，產(chǎn)由于內(nèi)壓作用使殼壁沿徑向也受到拉伸，產(chǎn)生徑向拉應(yīng)力，稱為生徑向拉應(yīng)力，稱為徑向薄膜應(yīng)力徑向薄膜應(yīng)力，用，用表示。表示。第五章壓力容器5.2.1圓筒形殼體上的薄膜應(yīng)力 如圖5-2，為一承受氣壓P作用的圓筒形容器，殼壁上任一點(diǎn)K將在兩個(gè)方向上產(chǎn)生拉伸應(yīng)力：第五章壓力容器徑向薄膜應(yīng)力 用一個(gè)垂直圓筒軸線的橫截面，將筒體分用一個(gè)垂直圓筒軸線的橫截面，將筒體分為兩部分，保留左邊部分。由平衡條件，作用為兩部分，保留左

10、邊部分。由平衡條件，作用在筒體上的軸向外力為：在筒體上的軸向外力為： 作用在截面上的軸向內(nèi)為：作用在截面上的軸向內(nèi)為： ，沿軸，沿軸向兩力相等，故可以得到：向兩力相等，故可以得到：PD24D4PD（5-1）其中：其中：PP內(nèi)壓，內(nèi)壓，MPaMPa D D筒體平均直徑，即中徑，筒體平均直徑，即中徑，mmmm 筒體壁厚，筒體壁厚，mmmm 筒體徑向應(yīng)力，筒體徑向應(yīng)力，MPaMPa。第五章壓力容器環(huán)向薄膜應(yīng)力 假想將圓筒沿軸線對(duì)稱剖開，取下半部分假想將圓筒沿軸線對(duì)稱剖開，取下半部分進(jìn)行分析?？芍饔迷谙掳氩糠謿んw上的進(jìn)行分析?？芍?，作用在下半部分殼體上的y y軸軸方向的合外力為：方向的合外力為：作

11、用在下半部分殼體上作用在下半部分殼體上y y軸方向的合內(nèi)力為：軸方向的合內(nèi)力為：它們沿它們沿y y軸方向必然大小相等，方向相反，故有：軸方向必然大小相等，方向相反，故有：PDLL22PD（5-2） 從計(jì)算公式可知，薄壁圓筒承受內(nèi)壓時(shí)，環(huán)向應(yīng)力是從計(jì)算公式可知，薄壁圓筒承受內(nèi)壓時(shí)，環(huán)向應(yīng)力是軸向應(yīng)力的兩倍。因此在圓筒上如果要開橢圓孔時(shí)，應(yīng)使軸向應(yīng)力的兩倍。因此在圓筒上如果要開橢圓孔時(shí)，應(yīng)使橢圓孔的短軸平行于筒體的軸線，以減小縱向截面被削弱橢圓孔的短軸平行于筒體的軸線，以減小縱向截面被削弱的程度。的程度。第五章壓力容器5.2.2 受氣壓作用的球形殼體 球形殼體各點(diǎn)曲率均相同，故球殼上的兩向應(yīng)力值也

12、是相等的，由受力平衡條件可以求得截面上薄膜應(yīng)力為：4PD（5-3） 球形殼體與圓筒形殼體相比，薄膜應(yīng)力只有圓筒球形殼體與圓筒形殼體相比，薄膜應(yīng)力只有圓筒形殼體上最大薄膜應(yīng)力的一半，在同樣直徑和壓力情形殼體上最大薄膜應(yīng)力的一半，在同樣直徑和壓力情況下，殼體的厚度可以減小很多，故可以節(jié)省一定的況下，殼體的厚度可以減小很多，故可以節(jié)省一定的金屬材料。金屬材料。R R第五章壓力容器5.2.3受內(nèi)壓作用的橢球形殼體 在化工容器中，常用橢球形殼體作容器的封頭，其形狀如圖5-5，橢球殼體由長(zhǎng)半軸為a，短半軸為b的曲線，繞y軸旋軸一周形成的橢球曲線組成，為了使封頭與圓筒殼體連接處減少應(yīng)力集中。采用加一段直邊部

13、分的結(jié)構(gòu)。)(22224baxabP橢球形殼體上任一點(diǎn)的兩向薄膜應(yīng)力為：)(2 )(2222442224baxaabaxabP（5-4）第五章壓力容器 由式（5-4）可知，橢球封頭上的應(yīng)力是隨x的變化而變化的。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封（a/b=2），封頭頂點(diǎn)處的（x=0），兩向應(yīng)力有最大拉應(yīng)力值，在封頭邊緣處（x=a），徑向應(yīng)力為頂點(diǎn)處的1/2，環(huán)向應(yīng)力為負(fù)應(yīng)力，且其值與頂點(diǎn)處值相等。5.2.4受氣壓作用的錐形殼體 錐形殼體，如圖5-6所示，由推到可得其兩向薄膜應(yīng)力為：cosPrcos2Pr（5-5）第五章壓力容器其中：其中：rr殼體在殼體在A A點(diǎn)處的半徑，點(diǎn)處的半徑，mmmm 圓錐殼體的半錐角圓錐

14、殼體的半錐角 PP作用在殼體內(nèi)的氣壓力，作用在殼體內(nèi)的氣壓力，MPaMPa 殼體的壁厚，殼體的壁厚，mmmm 由比較可知，在殼體上任一點(diǎn)處的兩向應(yīng)力為：2 即錐形殼體上環(huán)向應(yīng)力是徑向應(yīng)力的兩倍。由應(yīng)力計(jì)算公式可知，應(yīng)力與角成正比，角增大，應(yīng)力也隨著增加。兩向應(yīng)力隨著r的增加而增加。在錐殼開口處，兩向應(yīng)力有最大值，在錐頂端r=0處，兩向應(yīng)力為零。第五章壓力容器5.2.5邊緣應(yīng)力的概念 由應(yīng)力分析及推導(dǎo)可知，當(dāng)薄壁殼體的幾何形狀發(fā)生突變，或載荷分布發(fā)生突變；或殼體厚度發(fā)生突變，材料發(fā)生突變等，都會(huì)在突變處產(chǎn)生附加的局部應(yīng)力，我們稱為邊緣應(yīng)力。這種局部應(yīng)力有時(shí)會(huì)是薄膜應(yīng)力的數(shù)倍，甚至?xí)?dǎo)致容器失效，

15、設(shè)計(jì)中應(yīng)予以重視。邊緣應(yīng)力的兩個(gè)特點(diǎn)：邊緣應(yīng)力具有局限性 在某些情況下，邊緣應(yīng)力值可能會(huì)相當(dāng)大，但其作用在某些情況下，邊緣應(yīng)力值可能會(huì)相當(dāng)大，但其作用范圍是很小的。研究表明，隨著離邊緣距離的增大，邊緣范圍是很小的。研究表明，隨著離邊緣距離的增大，邊緣應(yīng)力會(huì)迅速衰減。殼壁愈薄，衰減就愈快，這是邊緣應(yīng)力應(yīng)力會(huì)迅速衰減。殼壁愈薄，衰減就愈快，這是邊緣應(yīng)力的一個(gè)特點(diǎn)。的一個(gè)特點(diǎn)。第五章壓力容器邊緣應(yīng)力的自限性 邊緣應(yīng)力是由邊緣部位變形不連續(xù)，以及由此而產(chǎn)邊緣應(yīng)力是由邊緣部位變形不連續(xù)，以及由此而產(chǎn)生的彈性變形相互約束作用所引起的。一旦材料在邊緣生的彈性變形相互約束作用所引起的。一旦材料在邊緣應(yīng)力作用下

16、發(fā)生了塑性變形。這種彈性相互約束就會(huì)緩應(yīng)力作用下發(fā)生了塑性變形。這種彈性相互約束就會(huì)緩解，邊緣應(yīng)力也就自然受到限制。解，邊緣應(yīng)力也就自然受到限制。 根據(jù)邊緣應(yīng)力的兩個(gè)特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)邊緣應(yīng)力的兩個(gè)特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中，我們可以在結(jié)構(gòu)上作一定的局部處理，使邊緣應(yīng)力降低的措施在結(jié)構(gòu)上作一定的局部處理，使邊緣應(yīng)力降低的措施有：有：a a）在殼體曲率或經(jīng)線發(fā)生突變處，采用圓弧過(guò)度，）在殼體曲率或經(jīng)線發(fā)生突變處，采用圓弧過(guò)度， 使連接處邊緣應(yīng)力值降低。使連接處邊緣應(yīng)力值降低。b b）在殼體壁厚發(fā)生突然改變的連接處，采用切坡口）在殼體壁厚發(fā)生突然改變的連接處，采用切坡口 的方法，使連接處壁厚改變程度

17、減緩，使邊緣應(yīng)的方法，使連接處壁厚改變程度減緩，使邊緣應(yīng) 力減小。力減小。第五章壓力容器c c）在載荷發(fā)生突變的局部，采用局部加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，）在載荷發(fā)生突變的局部，采用局部加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)， 使殼體上應(yīng)力可以盡可能的均勻分布。使殼體上應(yīng)力可以盡可能的均勻分布。d d）在邊緣應(yīng)力值高的區(qū)域內(nèi)，盡量避免其他局部應(yīng)）在邊緣應(yīng)力值高的區(qū)域內(nèi)，盡量避免其他局部應(yīng) 力的作用或產(chǎn)生，例如，焊縫引起的焊接殘余應(yīng)力的作用或產(chǎn)生，例如，焊縫引起的焊接殘余應(yīng) 力，開孔引起的開孔應(yīng)力集中應(yīng)力，支座引起的力，開孔引起的開孔應(yīng)力集中應(yīng)力，支座引起的 載荷集中等附加應(yīng)力，應(yīng)避免同時(shí)作用在相同位載荷集中等附加應(yīng)力，應(yīng)避免同時(shí)作用在相

18、同位 置。置。第五章壓力容器5.3 概述5.3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 對(duì)于內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算主要是確定有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，并在合理選取材料后，進(jìn)行殼體和封頭的壁厚計(jì)算。1.設(shè)計(jì)壓力P 設(shè)計(jì)壓力時(shí)，一般是指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，用以確定殼壁厚度的壓力值，其值不得低于最大工作壓力。 工作壓力是由工藝過(guò)程決定的，設(shè)備工作過(guò)程中的最高工作壓力。第五章壓力容器2.設(shè)計(jì)溫度t.對(duì)于裝有安全閥的內(nèi)壓容器： .對(duì)于兩側(cè)受壓的壓力容器元件：P 分別取兩側(cè)設(shè)計(jì) 壓力值進(jìn)行設(shè)計(jì).對(duì)于真空容器有安全閥控制： 或 中的較小值。.對(duì)于無(wú)安全閥控制的真空設(shè)備：工作PP) 1 . 105. 1 (壓差PP25. 1MPaP1

19、 . 0MPaP1 . 0 設(shè)計(jì)溫度是指容器正常工作情況下，在相應(yīng)的設(shè)定壓力下殼壁可能達(dá)到的最高或最低的（指-20以下）平均壁溫。第五章壓力容器3.許用應(yīng)力 當(dāng)設(shè)計(jì)溫度無(wú)法通過(guò)傳熱計(jì)算或測(cè)試測(cè)定時(shí)，對(duì)于容器壁與介質(zhì)直接接觸，且容器有保溫設(shè)施時(shí)，可按介質(zhì)的最高（或最低）工作溫度加減一定余量而確定，如表5-2. 許用應(yīng)力是材料在設(shè)計(jì)溫度下，已考慮了一定安全系數(shù)的應(yīng)力值，一般由查表得到，如表5-3.許用應(yīng)力是決定容器強(qiáng)度條件是否滿足的重要參數(shù)。第五章壓力容器5.厚度附加量 焊接接頭系數(shù)是為了補(bǔ)償焊接時(shí)可能出現(xiàn)的焊接缺陷對(duì)容器強(qiáng)度的影響而引入的，其值大小由焊縫的結(jié)構(gòu)及檢驗(yàn)要求來(lái)確定，一般也可查表得到，

20、如表5-4. 厚度附加量由兩部分組成，即4.焊接街頭系數(shù)21CCC.鋼板厚度負(fù)偏差C1 第五章壓力容器 鋼板在制造過(guò)程中，其厚度存在負(fù)偏差，為了保證容器設(shè)計(jì)中厚度值的要求，在厚度計(jì)算時(shí)，應(yīng)加上其可能存在的負(fù)偏差值。常用鋼板厚度的負(fù)偏差都有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可查表得到，如表5-5. 當(dāng)鋼板的負(fù)偏差不大于0.25mm時(shí)，且不超過(guò)名義厚度的6%時(shí)，取01C.腐蝕余量 C2 設(shè)備在工作過(guò)程中，由于工作介質(zhì)的腐蝕，鋼板會(huì)按工作年限厚度被削弱和減薄，因此設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮介質(zhì)對(duì)鋼板的腐蝕減薄，一般根據(jù)剛才在介質(zhì)中的腐蝕速度和容器使用年限來(lái)確定腐第五章壓力容器蝕余量的值，也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)合理選取腐蝕余量。 化工設(shè)備主要

21、容器一般使用年限為1520年，可按設(shè)計(jì)要求計(jì)算，表5-6列取了有關(guān)腐蝕余量的選取參考值。 當(dāng)容器上作用的載荷很小時(shí)，按強(qiáng)度計(jì)算得到的厚度值往往也很小，但由于設(shè)備在制造，安裝，運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中，要求設(shè)備必須具有足夠的剛度，因此，當(dāng)大型容器殼壁厚度太薄時(shí)，為了保證剛度要求，而對(duì)容器殼體的最小厚度有以下規(guī)定：6.最小厚度第五章壓力容器碳素鋼、低合金鋼： 對(duì)于直徑較大，厚度較薄的容器在制造、運(yùn)輸、安裝時(shí)，應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)夭扇∠嚓P(guān)臨時(shí)加固措施。高合金鋼：碳素鋼，低合金鋼制塔式容器： 且不銹鋼制塔式容器：管殼式換熱器： 根據(jù)有關(guān)規(guī)范確定mm3minmm2miniD10002minmm4minmm3min第五章壓力

22、容器 按有關(guān)強(qiáng)度公式計(jì)算得到的厚度值，不包括厚度附加值C。2Cd.設(shè)計(jì)厚度 計(jì)算厚度與腐蝕余量之和，即.計(jì)算厚度.名義厚度 名義厚度是將設(shè)計(jì)厚度加上鋼板厚度負(fù)偏差后向上圓整至鋼板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，也是圖紙上標(biāo)注的厚度。 對(duì)于容器殼體，在任何情況下都應(yīng)使：2minCn第五章壓力容器有效厚度是指名義厚度減去厚度附加量，即Cne各項(xiàng)名義厚度之間關(guān)系為：.有效厚度名義厚度名義厚度厚度負(fù)偏差厚度負(fù)偏差腐蝕余量腐蝕余量厚度附加量厚度附加量計(jì)算厚度計(jì)算厚度厚度圓整值厚度圓整值設(shè)計(jì)厚度設(shè)計(jì)厚度有效厚度有效厚度滿足強(qiáng)度條件所需厚度滿足強(qiáng)度條件所需厚度第五章壓力容器5.3.2 內(nèi)壓薄壁殼體的厚度設(shè)計(jì)1.內(nèi)壓薄壁圓筒

23、的厚度設(shè)計(jì) 內(nèi)壓薄壁圓筒，由前介紹可知，環(huán)向應(yīng)力與縱向應(yīng)力的關(guān)系為： ，故應(yīng)按環(huán)向應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，即2 tPD2第五章壓力容器其中：P設(shè)計(jì)壓力，MPa； D圓筒中徑， mm； Do圓筒外徑，mm； Di圓筒內(nèi)徑，mm； 圓筒的計(jì)算厚度，mm； 設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許用應(yīng) 力，MPa，可查有關(guān)手冊(cè)。iioDDDD2 考慮容器在制造過(guò)程中，焊縫對(duì)容器整體強(qiáng)度的影響，故取乘一個(gè)小于或等于1的焊縫系數(shù)，即第五章壓力容器 由于，一般工藝條件確定的直徑尺寸為圓筒內(nèi)徑Di，用 代入上式，解得內(nèi)壓圓筒的計(jì)算厚度為：iDD tPD2 PPDti2 此式是在彈性變形狀態(tài)下推導(dǎo)得到的計(jì)算式，故其適用范圍為：設(shè)計(jì)壓

24、力 的情況。 tP4 . 0第五章壓力容器 考慮到操作過(guò)程中介質(zhì)的腐蝕影響，得到設(shè)計(jì)厚度為：1Cdn 22CPPDtid 在選取筒體名義厚度時(shí)，應(yīng)根據(jù)：（5-7） 進(jìn)行筒體厚度的確定第五章壓力容器2.內(nèi)壓薄壁球殼的厚度設(shè)計(jì) 內(nèi)壓球形殼體承受氣壓時(shí)，球殼上徑向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力相等，即：4PD 24CPPDtid 同理，將 ，考慮焊縫系數(shù)及腐蝕余量，則球殼的厚度設(shè)計(jì)公式為：mm (5-8)iDD第五章壓力容器選取球殼名義厚度時(shí)，應(yīng)根據(jù)： 進(jìn)行球殼名義厚度的確定。1Cdn 比較可知，在相同壓力、相同直徑情況下，球殼的厚度可小很多，故更加節(jié)省材料。 tP6 . 0 本計(jì)算公式使用范圍：第五章壓力容器5.

25、3.3 內(nèi)壓容器封頭的厚度設(shè)計(jì) 封頭是容器重要受力構(gòu)件，按形狀可分為三類：凸形封頭凸形封頭、錐形封頭錐形封頭和平板封頭平板封頭。凸形封頭：半球封頭、橢圓封頭、碟形封頭、球 冠封頭。錐形封頭：無(wú)折邊錐形封頭、有折邊錐形封頭。 封頭設(shè)計(jì)其設(shè)計(jì)參數(shù)的確定與殼體設(shè)計(jì)取法相同。第五章壓力容器1.半球形封頭形狀：以半徑Ri為內(nèi)半徑的球 殼，如圖5-9.特點(diǎn)：由多塊鋼板拼焊而成， 用于直徑較大的設(shè)備或 由于工藝要求而選用， 制造加工要求較高。.封頭結(jié)構(gòu)第五章壓力容器 計(jì)算得到的厚度較薄，但考慮到焊接需 要，一般取與相連接的筒體等厚。.厚度設(shè)計(jì) 與球形容器相同，設(shè)計(jì)厚度的計(jì)算公式為 24CPPDtid（5-9

26、）第五章壓力容器.封頭結(jié)構(gòu)2.橢圓封頭形狀：由長(zhǎng)軸半徑為a，短軸半徑為b的橢圓曲線 繞回轉(zhuǎn)軸oo形成的半個(gè)橢球殼體和一段高 度為h的短圓筒節(jié)組成。采用鋼板沖壓而成。特點(diǎn)：制造方便，受力較好，被廣泛應(yīng)用于筒體 的封頭。第五章壓力容器 由推導(dǎo)可知，橢圓形封頭的最大應(yīng)力值與橢圓的長(zhǎng)短軸之比a/b有關(guān)。其計(jì)算公式為： 25 . 02CPKPDtd.厚度設(shè)計(jì)(5-10a) 當(dāng)橢圓封頭 時(shí)，一般可用整塊鋼板沖壓成型，此時(shí)可取 ，當(dāng) 時(shí)，鋼板要先拼焊，后沖壓，焊縫系數(shù)按有關(guān)規(guī)定選取。式中：K橢圓形封頭形狀系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 a/b=2,K=1. mmDi1200mmDi12001第五章壓力容器3.碟形封頭由

27、于碟形封頭一般多被橢圓形封頭取代，故不作詳細(xì)介紹。第五章壓力容器4.球冠形封頭形狀：半徑為Ri，構(gòu)成的部分球冠形封頭，如圖 5-12，5-13，沖壓成型，直接焊在筒體 上，或筒體的中間位置，作中間封頭?；?端面封頭。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，凸面高度小，但與 筒體連接處局部應(yīng)力較大，要求連接處焊 縫全焊透，質(zhì)量應(yīng)滿足強(qiáng)度要求。必要 時(shí)，要采用加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，如圖5-13.封頭結(jié)構(gòu)第五章壓力容器封頭的設(shè)計(jì)厚度為：.厚度設(shè)計(jì) 22QCPPDtid（5-12）其中：Q應(yīng)力修正系數(shù)，由圖5-14查取。 與球冠形風(fēng)頭連接的圓筒厚度應(yīng)不小于封頭厚度，否則應(yīng)在風(fēng)頭與圓筒間設(shè)置加強(qiáng)段來(lái)過(guò)渡連接，加強(qiáng)段厚度應(yīng)與封頭等

28、厚，其長(zhǎng)度不小于 ，如圖5-12，圖5-13所示。riDL5 . 02第五章壓力容器5.圓錐形封頭形狀：無(wú)折邊錐形封頭為錐頂角為2的錐形殼 體，直接與筒體連接。但由于連接處經(jīng)線 發(fā)生突變會(huì)產(chǎn)生一定的局部應(yīng)力。 有折邊錐形封頭帶有過(guò)渡圓弧和直邊部 分，可以較好地減小局部應(yīng)力，使與筒體 連接處附加應(yīng)力可以降低，如圖5-15.特點(diǎn)：由多塊鋼板拼焊而成，用于直徑較大的設(shè) 備或由于工藝要求而選用，制造加工要求 較高。.封頭結(jié)構(gòu)第五章壓力容器 設(shè)計(jì)計(jì)算公式為： 2cos12CPPDtid.厚度設(shè)計(jì)(5-13)其中：錐形封頭半錐頂角。 第五章壓力容器6.平板封頭.封頭結(jié)構(gòu)形狀：如表5-9所示，圓平板可作為筒

29、體的平蓋或 人孔、手孔的平蓋，可用螺栓連接或直接 焊在筒體上。特點(diǎn)：制造簡(jiǎn)單，但在連接處有附加應(yīng)力。 設(shè)計(jì)厚度計(jì)算公式為： tcdKPD.厚度設(shè)計(jì)(5-14)第五章壓力容器其中： Dc計(jì)算直徑，見表5-9. K 平蓋系數(shù)，見表5-9查取。 以上各封頭在計(jì)算得到設(shè)計(jì)厚度值之后，應(yīng)再加上鋼板負(fù)偏差值，然后才可選取封頭的實(shí)際需要的鋼板厚度值。第五章壓力容器5.3.4 壓力試驗(yàn) 壓力容器在制造安裝完成后，或在檢修完成后，都必須進(jìn)行壓力試驗(yàn)。壓力試驗(yàn)的目的：壓力試驗(yàn)的目的： 檢驗(yàn)容器在超工作壓力條件下，器壁上焊縫強(qiáng)度、致密性和容器結(jié)構(gòu)的密封性能，以及鋼材、制造或檢修過(guò)程中的缺陷，是對(duì)材料、設(shè)計(jì)、制造或檢

30、修的綜合性檢查，使壓力容器在投入使用前作全面的安全檢查，防患于未然。第五章壓力容器1.壓力試驗(yàn)的分類 壓力試驗(yàn)包括耐壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)。耐壓試驗(yàn)又分為液壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)兩種。.液壓試驗(yàn) 液壓試驗(yàn)是壓力容器最常用的壓力試驗(yàn)方法，試驗(yàn)介質(zhì)常為水。液壓試驗(yàn)時(shí)，壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定試壓壓力后，保壓時(shí)間一般不少于30分鐘，然后降至規(guī)定實(shí)驗(yàn)壓力的80%，并保持足夠長(zhǎng)時(shí)間，以檢查所有焊縫和連接部位是否有無(wú)泄露，如有泄露應(yīng)做好記號(hào)，待修補(bǔ)后，再重新試驗(yàn)。圖5-16為水壓試驗(yàn)示意圖。第五章壓力容器.氣密性檢驗(yàn) 當(dāng)壓力容器內(nèi)介質(zhì)為極度或高度危害的毒性介質(zhì)時(shí)，在液壓試驗(yàn)合格后，必須再次進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，經(jīng)檢查無(wú)泄

31、露，方可用于正常生產(chǎn)。2.內(nèi)壓容器試驗(yàn)壓力.液壓試驗(yàn) MPaPMPaPt1 . 025. 1TP取兩者中的較大值（5-15）第五章壓力容器.氣密性檢驗(yàn)式中：PT容器的試驗(yàn)壓力，MPa； P 容器的設(shè)計(jì)壓力，MPa； ,t容器材料在試驗(yàn)溫度和設(shè)計(jì)溫度 下的許用應(yīng)力，MPa。3.壓力試驗(yàn)的應(yīng)力校核.液壓試驗(yàn)的應(yīng)力校核條件： 由于壓力試驗(yàn)時(shí)容器承受的壓力PT高于設(shè)計(jì)壓力P，故應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核，其校核公式為PPTseeiTTDP9 . 02（5-17）第五章壓力容器式中：t圓筒在液壓試驗(yàn)下的應(yīng)力，MPa。第五章壓力容器5.4 外壓容器 由于生產(chǎn)過(guò)程的需要，在化工生產(chǎn)中，也有由于生產(chǎn)過(guò)程的需要，在化工生產(chǎn)

32、中，也有一些外壓容器。例如真空工作儲(chǔ)罐、減壓塔、冷一些外壓容器。例如真空工作儲(chǔ)罐、減壓塔、冷凝器等，這些容器外面的壓力大于容器內(nèi)部的壓凝器等，這些容器外面的壓力大于容器內(nèi)部的壓力，是處于外壓操作的容器。力，是處于外壓操作的容器。5.4.1 臨界壓力計(jì)算1.失穩(wěn) 當(dāng)容器在外壓作用下，筒壁上也將產(chǎn)生徑向當(dāng)容器在外壓作用下，筒壁上也將產(chǎn)生徑向和環(huán)向的壓縮應(yīng)力，由推導(dǎo)可知，其值為和環(huán)向的壓縮應(yīng)力，由推導(dǎo)可知，其值為4PD2PD第五章壓力容器 大量實(shí)驗(yàn)表明，隨著外壓逐漸增大到某臨界值時(shí)，大量實(shí)驗(yàn)表明，隨著外壓逐漸增大到某臨界值時(shí)，筒壁就會(huì)突然發(fā)生壓癟或瞬間的失去自身原來(lái)形狀的筒壁就會(huì)突然發(fā)生壓癟或瞬間的

33、失去自身原來(lái)形狀的情況，這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)，是外壓容器失效的主要現(xiàn)情況，這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)，是外壓容器失效的主要現(xiàn)象。象。 在均勻外壓作用下，薄壁圓筒的變形是有規(guī)律的，在均勻外壓作用下，薄壁圓筒的變形是有規(guī)律的，其失穩(wěn)后出現(xiàn)多種變形波的形狀，可以，可以由公式其失穩(wěn)后出現(xiàn)多種變形波的形狀，可以，可以由公式推導(dǎo)得到相應(yīng)的失穩(wěn)后的變形波數(shù)，用推導(dǎo)得到相應(yīng)的失穩(wěn)后的變形波數(shù)，用n n表示。表示。 第五章壓力容器外壓容器在失穩(wěn)時(shí)的壓力值稱外壓容器在失穩(wěn)時(shí)的壓力值稱為臨界壓力，用為臨界壓力，用PcrPcr表示。在設(shè)表示。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使筒體允許的工作外計(jì)時(shí)，應(yīng)使筒體允許的工作外壓小于該筒體的臨界壓力，并壓小于該

34、筒體的臨界壓力，并且應(yīng)留有一定的安全儲(chǔ)備，故且應(yīng)留有一定的安全儲(chǔ)備，故外壓圓筒的計(jì)算外壓力應(yīng)當(dāng)滿外壓圓筒的計(jì)算外壓力應(yīng)當(dāng)滿足如下條件：足如下條件：其中：其中：mm穩(wěn)定安全系數(shù)，對(duì)于圓筒取穩(wěn)定安全系數(shù)，對(duì)于圓筒取m=3m=3，對(duì)，對(duì) 于凸形封頭取于凸形封頭取m=14.52.m=14.52. mPPPcr（5-19）第五章壓力容器 影響筒體臨界壓力的因素主要有影響筒體臨界壓力的因素主要有筒體尺寸筒體尺寸（筒體長(zhǎng)度、壁厚、直徑）、（筒體長(zhǎng)度、壁厚、直徑）、材料性能材料性能以及以及筒體筒體的形狀精度的形狀精度等。等。第五章壓力容器2.臨界壓力的計(jì)算 當(dāng)圓筒長(zhǎng)度超過(guò)某一極限長(zhǎng)度當(dāng)圓筒長(zhǎng)度超過(guò)某一極限長(zhǎng)度

35、L Lcrcr值后，封頭值后，封頭對(duì)筒壁中部的支撐作用將消失，此時(shí)對(duì)筒壁中部的支撐作用將消失，此時(shí)圓筒的變形圓筒的變形波為波為n=2n=2，這類圓筒為，這類圓筒為長(zhǎng)圓筒長(zhǎng)圓筒，當(dāng)，當(dāng)筒體長(zhǎng)度小于筒體長(zhǎng)度小于L Lcrcr值值時(shí)，圓筒的變形收到封頭的支撐影響，其變時(shí)，圓筒的變形收到封頭的支撐影響，其變形波為形波為n2n2，這類圓筒為，這類圓筒為短圓筒短圓筒。32 . 2oecrDEP.長(zhǎng)圓筒 長(zhǎng)圓筒易被壓扁，其臨界壓力長(zhǎng)圓筒易被壓扁，其臨界壓力P Pcrcr值按下式計(jì)值按下式計(jì)算：算：(5-20)第五章壓力容器其中：其中：P Pcrcr臨界壓力，臨界壓力，MPaMPa； E E 材料在設(shè)計(jì)溫度下

36、的彈性模量，材料在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量， MPaMPa； e e 圓筒的有效厚度，圓筒的有效厚度，mmmm； D Do o 圓筒的外直徑，圓筒的外直徑，mmmm。 ooecrDLDEP5 . 26 . 2.短圓筒 短圓筒的臨界壓力值按下式計(jì)算：短圓筒的臨界壓力值按下式計(jì)算：(5-21)第五章壓力容器式中：式中：L L 圓筒的計(jì)算長(zhǎng)度，圓筒的計(jì)算長(zhǎng)度，mmmm，由圖，由圖5-195-19確確 定，按兩個(gè)剛性構(gòu)件之間的距離，定，按兩個(gè)剛性構(gòu)件之間的距離， 取大值。取大值。5.4.2 外壓容器的設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力P P是外壓容器厚度計(jì)算的重要設(shè)計(jì)參是外壓容器厚度計(jì)算的重要設(shè)計(jì)參

37、數(shù)，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)取正常工作時(shí)，容器內(nèi)外可能出現(xiàn)數(shù)，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)取正常工作時(shí)，容器內(nèi)外可能出現(xiàn)的最大壓差，對(duì)于真空設(shè)備，裝有安全控制裝置時(shí)，的最大壓差，對(duì)于真空設(shè)備，裝有安全控制裝置時(shí)，P=1.25PP=1.25P壓差，或壓差，或P=0.1 MPaP=0.1 MPa兩者中的小值；當(dāng)無(wú)安兩者中的小值；當(dāng)無(wú)安全控制裝置時(shí)，設(shè)計(jì)壓力全控制裝置時(shí)，設(shè)計(jì)壓力P=0.1 MPaP=0.1 MPa ，在以上基礎(chǔ)，在以上基礎(chǔ)上考慮相應(yīng)的液體靜壓力，得到設(shè)計(jì)壓力上考慮相應(yīng)的液體靜壓力，得到設(shè)計(jì)壓力P P。第五章壓力容器 對(duì)于受到夾套內(nèi)外壓力作用，或兩個(gè)壓力室對(duì)于受到夾套內(nèi)外壓力作用，或兩個(gè)壓力室作用的容器或容器構(gòu)件，

38、設(shè)計(jì)壓力作用的容器或容器構(gòu)件，設(shè)計(jì)壓力P P取各壓力室可取各壓力室可能出現(xiàn)的最大壓差為設(shè)計(jì)壓力值。能出現(xiàn)的最大壓差為設(shè)計(jì)壓力值。2.外壓圓筒圖算法 外壓薄壁圓筒的壁厚計(jì)算有解析法和圖算法，外壓薄壁圓筒的壁厚計(jì)算有解析法和圖算法，圖算法是借助計(jì)算圖來(lái)確定壁厚，這種方法比較簡(jiǎn)圖算法是借助計(jì)算圖來(lái)確定壁厚，這種方法比較簡(jiǎn)單，且我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定采用圖算法進(jìn)行外壓?jiǎn)?，且我?guó)壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定采用圖算法進(jìn)行外壓壁厚設(shè)計(jì)。壁厚設(shè)計(jì)。20eoD.的外壓圓筒和管子第五章壓力容器設(shè)計(jì)方法與步驟：設(shè)計(jì)方法與步驟：1）假設(shè)外壓圓筒或管子的名義厚度，則 ；2）計(jì)算外徑， 計(jì)算 和 ；3）在圓筒幾何參數(shù)計(jì)算圖縱 坐標(biāo)上

39、找到L/Do值，過(guò)此 點(diǎn)向右作水平線與Do/e 線相交得到交點(diǎn)，過(guò)此 點(diǎn)作鉛垂線與橫坐標(biāo)相交 得到系數(shù)A。CnenioDD2oDLeoD4）按筒體所用材料選相應(yīng)厚度計(jì)算圖，在圖 的橫坐標(biāo)上找到系數(shù)A，若A值位于設(shè)計(jì)溫第五章壓力容器4）按筒體所用材料選相 應(yīng)厚度計(jì)算圖，在圖 的橫坐標(biāo)上找到系數(shù) A，若A值位于設(shè)計(jì)溫 度線下方，且A值與溫 度線有交點(diǎn)，則向上 作鉛垂線，與溫度相 交，得到交點(diǎn)作水平 線向右側(cè)得到相應(yīng)系 數(shù)B值。并按下式計(jì)算 許用外壓力P： eoDBPMPa (5-22)第五章壓力容器 eoDAEP32MPa (5-23)5）比較P與P，P應(yīng)大于并接近P，所選名 義厚度合理，否則應(yīng)重

40、新假設(shè)圓筒的名義 厚度值，再重復(fù)以上步驟，直到P大于并 接近P為止。 對(duì)于對(duì)于D Do o/e e2020的外壓圓筒和管子，其設(shè)計(jì)的外壓圓筒和管子，其設(shè)計(jì)方法與上相同。方法與上相同。 若所得A值位于設(shè)計(jì)溫度下材料線與橫坐標(biāo)交點(diǎn)的左方，則許用外壓力P為第五章壓力容器3.外壓封頭圖算法 外壓容器封頭的結(jié)構(gòu)形式與內(nèi)壓容器相同，在外壓容器封頭的結(jié)構(gòu)形式與內(nèi)壓容器相同，在外壓作用下，封頭與筒體一樣，也存在失穩(wěn)問(wèn)題。外壓作用下，封頭與筒體一樣，也存在失穩(wěn)問(wèn)題。故也是采用圖算法進(jìn)行封頭壁厚的設(shè)計(jì)。故也是采用圖算法進(jìn)行封頭壁厚的設(shè)計(jì)。Cne.半球形封頭受外壓的半球形封頭壁厚的設(shè)計(jì)步驟如下：1）假設(shè)半球形封頭名

41、義厚度為，則2）由 ，計(jì)算nioRReoR第五章壓力容器3）按（5-24）式計(jì)算A值：eoRA125. 0（5-24）4）根據(jù)封頭材料，選取壁厚計(jì)算圖，在橫坐 標(biāo)上找到系數(shù)A值點(diǎn)，若A值在設(shè)計(jì)溫度下 材料線與橫坐標(biāo)交點(diǎn)在右方，過(guò)此點(diǎn)作鉛 垂線與溫度線相交，得到交點(diǎn)后作水平線 與右側(cè)縱坐標(biāo)相交得到B值。于是許用外 壓P為第五章壓力容器 eoRBP（5-25） 若若A A值在溫度線與橫坐標(biāo)交點(diǎn)的左方，則用值在溫度線與橫坐標(biāo)交點(diǎn)的左方，則用下式計(jì)算許用外壓力下式計(jì)算許用外壓力PP 2E0833. 0eoRP（5-25）第五章壓力容器5）比較計(jì)算外壓P與許用外壓P，P大于 P，且接近P，則所設(shè)名義厚度

42、合理，否則 應(yīng)重新假設(shè)封頭名義厚度值，重復(fù)以上 步驟，直到P大于P，且接近P值為止。ooDKR1.橢圓形封頭受外壓作用的橢圓封頭厚度計(jì)算，設(shè)計(jì)步驟與半球形封頭相同，只是半徑Ro取橢圓形封頭的當(dāng)量外半徑。即第五章壓力容器其中：K1橢圓形長(zhǎng)短軸壁紙不同而設(shè)的修 正系數(shù)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 K1=0.94.提高外壓容器穩(wěn)定性的途徑.改變?nèi)萜鞯膸缀纬叽?在外壓圓筒材料和直徑都已確定的條件下，增加筒體壁厚或者縮短筒體計(jì)算長(zhǎng)度，都能提高筒體的臨界壓力，因而提高筒體的穩(wěn)定性。兩者減小計(jì)算長(zhǎng)度更加有利。第五章壓力容器.增設(shè)圈加強(qiáng) 將長(zhǎng)圓筒變成短圓筒的有效措施是在筒體上焊加強(qiáng)圈，可以焊在外側(cè)，也可以焊在內(nèi)側(cè)，使

43、加強(qiáng)圈提高筒體的剛度，達(dá)到提高筒體穩(wěn)定性的目的，加強(qiáng)圈可以采用工字鋼、角鋼、扁鋼等，如圖5-24.第五章壓力容器例例5-25-2 已知某外壓圓筒形塔體， ，筒體總長(zhǎng) （不包封頭），兩邊為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，高 ，直邊高 ，設(shè)計(jì)溫度 ，材料為20R鋼，真空操作，無(wú)安全控制裝置，取腐蝕余量 ，試計(jì)算筒體與橢圓封頭厚度。mmDi1000mmL8000mmH250mmh25Ct150mmC2 . 12解：采用圖算法，根據(jù)題目條件及設(shè)計(jì)壓力選解：采用圖算法，根據(jù)題目條件及設(shè)計(jì)壓力選 取規(guī)定，塔的設(shè)計(jì)壓力取規(guī)定，塔的設(shè)計(jì)壓力MPaP1 . 0第五章壓力容器1 1）假設(shè)筒體名義厚度）假設(shè)筒體名義厚度 ，表，表5-

44、5- 5 5查得查得 ，(1)(1)筒體厚度計(jì)算筒體厚度計(jì)算mmn10mmC8 . 01mmCne8)8 . 02 . 1 (10筒體有效厚度：筒體有效厚度：筒體外徑：筒體外徑：筒體計(jì)算長(zhǎng)度：筒體計(jì)算長(zhǎng)度：mmDDnio10202010002mmL82172252250318000故故1 . 810208217oDL第五章壓力容器2 2）由圖）由圖5-205-20，根據(jù)，根據(jù) ， 查得查得000099. 0A1 . 8oDL5 .127eoD3 3）根據(jù)筒體材料）根據(jù)筒體材料20R20R鋼，設(shè)計(jì)溫度鋼，設(shè)計(jì)溫度 ，及，及 查圖查圖5-215-21圖，系數(shù)圖，系數(shù)A A落在設(shè)計(jì)溫落在設(shè)計(jì)溫 度與

45、橫坐標(biāo)交點(diǎn)的左方，故度與橫坐標(biāo)交點(diǎn)的左方，故 000099. 0A MPaDAEPeo104. 05 .1273102000099. 02)( 325Ct150第五章壓力容器4 4）PP和和P P較接近，且較接近，且 ，假設(shè)壁厚符合設(shè)，假設(shè)壁厚符合設(shè)計(jì)要求，確定筒體壁厚計(jì)要求，確定筒體壁厚 。 PP 1 1）假設(shè)封頭名義厚度）假設(shè)封頭名義厚度 ，封頭有效厚，封頭有效厚 度度mmCCCnne5 . 2)2 . 13 . 0(4)(21mmn4mmn10(2)(2)橢圓封頭厚度計(jì)算橢圓封頭厚度計(jì)算查得查得mmC3 . 01第五章壓力容器已知標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭已知標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 ，則封頭當(dāng)量外半徑，則封頭當(dāng)

46、量外半徑為為9 . 01K2 2）計(jì)算系數(shù)）計(jì)算系數(shù)A A2 .3675 . 29180eR00034. 02 .367125. 0125. 00eRAmmDKRoo91810209 . 01計(jì)算得到：計(jì)算得到：第五章壓力容器3 3）查圖）查圖5-215-21可得，可得，A A點(diǎn)在材料溫度線右方，點(diǎn)在材料溫度線右方，B = B = 47 47，許用外壓，許用外壓PP為為 MPaRBPeo13. 02 .367474 4）PP,PP,且接近且接近P P，假設(shè)封頭壁厚符合設(shè)計(jì)要求，假設(shè)封頭壁厚符合設(shè)計(jì)要求， 考慮到筒體與封頭壁厚焊接要求，取封頭壁厚考慮到筒體與封頭壁厚焊接要求，取封頭壁厚 8mm8

47、mm。第五章壓力容器5.5 儲(chǔ)存設(shè)備5.5.1 臥式儲(chǔ)罐儲(chǔ)罐作用：儲(chǔ)存或盛裝氣體、液體、液化氣體等儲(chǔ)罐作用：儲(chǔ)存或盛裝氣體、液體、液化氣體等 介質(zhì)。介質(zhì)。1.基本結(jié)構(gòu) 如氫氣儲(chǔ)罐、液化石油氣儲(chǔ)罐、石油儲(chǔ)罐、液氨儲(chǔ)罐等。介質(zhì)的特性：易燃、易爆、有毒，壓力受溫度影介質(zhì)的特性：易燃、易爆、有毒，壓力受溫度影 響。響。第五章壓力容器(1)地面臥式儲(chǔ)罐 由筒體、封頭、法蘭、人孔、手孔、支座、接管等組成。臥式儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)： 根據(jù)壓力初步確定壁厚。 確定支座位置，計(jì)算支座反力，選擇支座標(biāo) 準(zhǔn)及尺寸。 校核筒體在支座作用下，操作狀態(tài)時(shí)的周向、 軸向強(qiáng)度和穩(wěn)定性。最后確定設(shè)備的壁厚。第五章壓力容器(2)地下臥式儲(chǔ)

48、罐 基本結(jié)構(gòu)與地面臥式儲(chǔ)罐相同，但安裝有工藝接管，儀表和安全泄放裝置等專門接管和接口，并采用集中安裝在一個(gè)或幾個(gè)人孔蓋板上。特點(diǎn)：減少占地面積，具有防火的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)溫度特點(diǎn)：減少占地面積，具有防火的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)溫度 影響小，但應(yīng)注意防腐。影響小，但應(yīng)注意防腐。防腐蝕措施： 犧牲陽(yáng)極保護(hù)法，在儲(chǔ)罐上焊有專門金屬導(dǎo)線，在導(dǎo)線的一端焊接一塊電位較負(fù)的金屬，（如鋅、鎂、鋁等）使設(shè)備全部表面都成為陰極，從而實(shí)現(xiàn)防止腐蝕效果。第五章壓力容器球形儲(chǔ)罐分類： 圓球形、橢球形、桔瓣式、足球瓣式等。1.球罐特點(diǎn) 球罐的表面積最小，所需材料最省。 球殼與筒體相比較承載能力大。 球罐占地面積小，有利于地表面積的利用。5.5

49、.2 球形儲(chǔ)罐 基礎(chǔ)簡(jiǎn)單、受風(fēng)面小、外觀美觀，但加工較 困難。第五章壓力容器5.6 簡(jiǎn)單容器設(shè)計(jì)舉例解解: (1): (1)罐體壁厚設(shè)計(jì)罐體壁厚設(shè)計(jì) 選取儲(chǔ)罐材料選取儲(chǔ)罐材料16MnR16MnR，制作罐體和封頭。，制作罐體和封頭。例例5-3 試設(shè)計(jì)一液氨儲(chǔ)罐，尺寸為：儲(chǔ)罐筒體直徑 ，罐體長(zhǎng)度（不包括封頭） ，使用地點(diǎn)：天津。mmDi2600mmL4800查得查得16MnR16MnR材料在材料在 時(shí)，時(shí)， （表（表5-35-3）儲(chǔ)罐最高溫度）儲(chǔ)罐最高溫度t t取取4040C C，此時(shí)液氨飽，此時(shí)液氨飽和蒸氣壓為和蒸氣壓為 ，取，取焊縫為雙面對(duì)接焊，焊縫為雙面對(duì)接焊，100%100%無(wú)損探傷，故無(wú)

50、損探傷，故 設(shè)備內(nèi)徑設(shè)備內(nèi)徑 。Ct 40 MPat170MPaP555. 1MPaP6 . 1mmDi2600第五章壓力容器于是罐體計(jì)算厚度為：于是罐體計(jì)算厚度為：查表查表5-55-5得得 ，取，取 ，則，則mmC8 . 01 mmPPDti3 .126 . 10 . 1170226006 . 12mmCCC8 . 118 . 021mmCd3 .1313 .123 .122mmC12根據(jù)根據(jù) ，查鋼板厚度，取，查鋼板厚度，取mmC8 . 01mmn16第五章壓力容器(2)(2)封頭壁厚設(shè)計(jì)封頭壁厚設(shè)計(jì) 采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭厚度計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭厚度計(jì)算圓整后取圓整后取 mmCPPDtid3 .1316 . 15 . 00 . 1170226006 . 15 . 022mmn16校核罐體與封頭水壓試驗(yàn)強(qiáng)度：校核罐體與封頭水壓試驗(yàn)強(qiáng)度：第五章壓力容器seeiTtDP9 . 02)(MPaPPT0 . 26 . 125. 125. 1其中：其中：mmCne2 .148 . 116MPas345MPaT31