內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)

1、1、 內(nèi)壓圓筒的壁厚計(jì)算公式 適用范圍： ， 此時，K1.5 式中： 圓筒的計(jì)算厚度，mm。（required thickness） P設(shè)計(jì)壓力，MPa； Di圓筒內(nèi)徑，mm； 材料使用溫度下的許用應(yīng)力，MPa； 焊接接頭系數(shù)。 t t 0.4 p i t PD = 2 -P 公稱直徑公稱直徑DNDN：指標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以：指標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以DNDN表示，單位表示，單位mmmm，例，例 如內(nèi)徑如內(nèi)徑1200mm1200mm的容器的公稱直徑標(biāo)記為的容器的公稱直徑標(biāo)記為DN1200DN1200。 1.1 容器直徑的影響 壓力容器的公稱直徑壓力容器的公稱直徑 鋼板卷焊公稱直徑是內(nèi)徑。鋼

2、板卷焊公稱直徑是內(nèi)徑。 300 (350) 400 (450) 500 (550) 600 (650) 700 (750) 8009001000 (1100)1200(1300)1400(1500)1600(1700) 1800 (1900)2000(2100)2200(2300)2400 2500 2600 2800 3000 3200 3400 3500 3600 3800 4000 4200 4400 4500 4600 4800 5000 5200 5400 5500 5600 5800 6000 容器直徑較小，可直接用無縫鋼管容器直徑較小，可直接用無縫鋼管 制作。公稱直徑指鋼管外徑。

3、制作。公稱直徑指鋼管外徑。 159219273325377426 表 無縫鋼管制作筒體時 容器的公稱直徑（mm） v設(shè)計(jì)時，應(yīng)將工藝計(jì)算初步確定設(shè)計(jì)時，應(yīng)將工藝計(jì)算初步確定 的設(shè)備內(nèi)徑，調(diào)整為符合表所規(guī)定的設(shè)備內(nèi)徑，調(diào)整為符合表所規(guī)定 的公稱直徑。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。 1.2 設(shè)計(jì)壓力（design pressure） 工作壓力PW ：在正常的工作情況下，容器頂部可能達(dá)到 的最高壓力。 由于最大工作壓力是容器頂部的壓力，所以對于塔類 直立容器，直立進(jìn)行水壓試驗(yàn)的壓力和臥置時不同； 工作壓力是根據(jù)工藝條件決定的，容器頂部的壓力和 底部可能不同，許多

4、塔器頂部的壓力并不是其實(shí)際最高工 作壓力。（the maximum allowable working pressure） 標(biāo)準(zhǔn)中的最大工作壓力，最高工作壓力和工作壓力概 念相同。 設(shè)計(jì)壓力 指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng) 的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工 作壓力。 對最大工作壓力小于0.1Mpa 的內(nèi)壓容器，設(shè)計(jì) 壓力取為0.1Mpa； 當(dāng)容器上裝有超壓泄放裝置時，應(yīng)按“超壓泄放 裝置”的計(jì)算方法規(guī)定。使用安全閥時設(shè)計(jì)壓力不 小于安全閥開啟壓力或取最大工作壓力1.051.10 倍； 對于盛裝液化氣體的裝置，在規(guī)定的充滿系數(shù)范 圍內(nèi)，設(shè)計(jì)壓力由工作條件下，可能達(dá)到的最高金 屬溫

5、度確定。 計(jì)算壓力PC 是指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚 度的壓力，包括液柱靜壓力，當(dāng)靜壓力值小于5的設(shè)計(jì) 壓力時，可略去靜壓力。 注意與GB150對設(shè)計(jì)壓力規(guī)定的區(qū)別； 鋼制壓力容器規(guī)定設(shè)計(jì)壓力是指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下， 用以確定容器殼壁計(jì)算厚度的壓力，亦是標(biāo)注在銘牌上的 設(shè)計(jì)壓力，取略高或等于最高工作壓力。當(dāng)容器受靜壓力 值大于5設(shè)計(jì)壓力時，應(yīng)取設(shè)計(jì)壓力與液柱靜壓力之和 進(jìn)行元件的厚度計(jì)算。 使許多設(shè)計(jì)人員誤將設(shè)計(jì)壓力和液 柱靜壓力之和作為容器的設(shè)計(jì)壓力。 一臺設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力只有一個，是整臺設(shè)備的載荷參 數(shù)，而計(jì)算壓力是受壓元件的計(jì)算參數(shù)，反映受壓元件的 實(shí)際狀態(tài)，在不同部位可能有所變化。

6、 計(jì)算壓力在壓力容器總圖的技術(shù)特性中不出現(xiàn)，只在 計(jì) 算書中出現(xiàn)。 1.3 設(shè)計(jì)溫度（Design temperature） 設(shè)計(jì)溫度是指容器在正常工作情況下，在相 應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力下，設(shè)定的受壓元件的金屬溫度。主 要用于確定受壓元件的材料選用、強(qiáng)度計(jì)算中材料 的力學(xué)性能和許用應(yīng)力，以及熱應(yīng)力計(jì)算時設(shè)計(jì)到 的材料物理性能參數(shù)。 設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)可能達(dá)到 的最高溫度； 當(dāng)設(shè)計(jì)溫度在0以下時，不得高于元件金屬可能 達(dá)到的最低溫度； 當(dāng)容器在各部分工作狀態(tài)下有不同溫度時，可分 別設(shè)定每一部分的設(shè)計(jì)溫度； 許用應(yīng)力是以材料的極限應(yīng)力除以適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，在設(shè)計(jì)溫度 下的許用應(yīng)力的大小，直接

7、決定容器的強(qiáng)度，GB150-1998 對鋼 板、鍛件、緊固件均規(guī)定了材料的許用應(yīng)力。 為了控制螺栓的彈性變形，螺栓的許用應(yīng)力比其他受壓元件的要 低； 小直徑的螺栓許用應(yīng)力比大直徑的低。 1.4 許用應(yīng)力 設(shè)計(jì)溫度條件下的許用應(yīng)力 設(shè)計(jì)溫度下的強(qiáng)度極限 設(shè)計(jì)溫度下的屈服極限 設(shè)計(jì)溫度下的持久極限 設(shè)計(jì)溫度下的蠕變極限 持久極限安全系數(shù) 蠕變極限安全系數(shù) b t b t n t b t s t D t n D n n n s t s t n D t D t n n t n t n 以 和 為依據(jù)是限制容器不發(fā)生過大的變形，在工作條件下完全處于 彈性狀態(tài)。 以 為依據(jù)是為了保證容器破裂有一定的安全裕

8、度。 為依據(jù)是控制容器發(fā)生蠕變時的變形速度。 以 為依據(jù)是為了保證容器在長期工作中對斷裂的抗力。 s t s b t n t D 壓力容器采用的碳素鋼和低合金鋼，設(shè)計(jì)溫 度低于420 ；奧氏體不銹鋼低于550 。不 考慮持久強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度。在強(qiáng)度極限和屈服極 限三個公式中選取小值。 安全系數(shù) 選取安全系數(shù)考慮了下列因素： 應(yīng)力計(jì)算的正確性（計(jì)算精確性）； 材料的質(zhì)量（國內(nèi)外材料生產(chǎn)水平）； 制造工藝和使用管理的先進(jìn)性（獲得制造許 可證的廠商制造水平）； 容器在生產(chǎn)中的地位和危險(xiǎn)安全程度； 檢驗(yàn)水平； 載荷的確切程度。 隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)研究的深入，安全系數(shù)也在逐 步地降低；例如：20世紀(jì)50

9、年代，Nb為4.0，Ns為 3.0。 安全系數(shù)的選取應(yīng)該視具體問題具體分析，不僅有理 論分析還需要有長期的工作經(jīng)驗(yàn)； 中國GB150-和ASME的一個主要區(qū)別為中國的安全 系數(shù)比ASME小，美國的技術(shù)比中國落后？ 日本地震根源問題以及雙匯與錦湖輪胎的問題。 （1）焊接接頭金屬的強(qiáng)度和基本金屬強(qiáng)度相等， 甚至超過基本金屬強(qiáng)度。 （2）熱影響區(qū)有熱應(yīng)力，焊接接頭金屬晶粒粗大； （3）焊接接頭中心出現(xiàn)氣孔和未焊透缺陷； 所以焊接接頭成為薄弱環(huán)節(jié)，須采用焊接接頭 強(qiáng)度系數(shù)，補(bǔ)償焊接時可能產(chǎn)生的強(qiáng)度消弱。 焊接接頭系數(shù)是指焊接接頭強(qiáng)度與母材強(qiáng)度的比 值，用于反映由于焊接原因使焊接接頭強(qiáng)度被消 弱的程度。

10、應(yīng)該根據(jù)受壓元件的焊接接頭型式及 無損檢測的長度比例確定。 1.5 焊接接頭消弱系數(shù)（Joint efficiency） Contents 第一節(jié) 焊接接頭及其分類 第二節(jié) GB150 關(guān)于壓力容 器上的焊接接頭的分類 第三節(jié) 壓力容器焊接的注意事項(xiàng) 第三節(jié) 焊接接頭的檢驗(yàn) 第四節(jié) 幾種常用的壓力容器焊接結(jié)構(gòu) 第七節(jié) 容器的焊接結(jié)構(gòu) （Weldedstructureofpressurevessels） 1 焊接接頭及其分類 焊接接頭（welded joints）：指兩個零件或者一個零件的 兩個部分在焊接連接部位處的結(jié)構(gòu)總稱。其包括：焊 縫、熔合線與熱影響區(qū)。全面描述一個焊接接頭應(yīng)包 括：接頭形

11、式、坡口形式和焊接形式。 （1）接頭形式（types of welded joints）：焊接接頭中兩個相 互連接零件的相對位置關(guān)系。有對接焊、角接焊、 丁字接焊與搭接焊。 對接焊：兩個相互連接零件在接頭處的中面基本處 于同一平面或者同一曲面內(nèi)；圖（a） 角接焊、 丁字接焊；兩個相互連接零件在接頭處的 中面相互垂直或者相交于一個角度圖（b）。 搭接焊 兩個相互連接零件在接頭處的中面有部分 相互重合在一起，他們的中面相互平行。 （2）坡口形式： 為了保證全熔透和焊接的質(zhì)量，減少焊接 變形，進(jìn)行焊接前，一般需將焊件連接處加 工成各種形狀，稱為焊接坡口。如圖所示五 種基本形式。 等厚度板的對接縫 為

12、了確保焊縫的質(zhì)量,應(yīng)盡量采用等厚度對接。厚度在6mm以 下的對接縫可以不開坡口。板厚度大于6時,為了防止焊縫出現(xiàn) 焊不透的現(xiàn)象,根據(jù)不同板厚,開不同形式的坡口。 采用單面坡口原則： 對 于 容 器 內(nèi) 空 間 過 小, ,無法從內(nèi)部進(jìn)行焊 接時的焊縫, ,采用單面 坡口。板厚 s2Omms2Omm,S2Omm 時用U U型坡口。 圖 單面坡口型式 采用雙面坡口原則： 當(dāng)兩面都可以進(jìn)行焊接時, ,為了保證焊縫 質(zhì)量, ,要采用雙面坡口。s=20s=2040mm40mm時用對 稱X X型,s=30,s=306Omm6Omm時用對稱U U型。 雙面坡口型式(手工焊) 必須注意, ,自動焊和手工焊對于

13、板 厚的適用范圍和坡口尺寸均不相同, ,設(shè) 計(jì)時可參考“GB985GB9858888”氣焊、手工 焊電弧焊及氣體保護(hù)焊焊縫坡口的基 本形式與尺寸，“GB986GB9868888”埋弧焊 焊縫坡口的基本形式與尺寸。 襯墊板的對接焊縫 當(dāng)容器內(nèi)側(cè)無法進(jìn)行焊接而采用單面坡口時, , 為了保證焊縫根部焊透, ,常采用帶墊板的對接焊縫, , 以提高焊縫質(zhì)量，墊板材料可用鋼或紫銅。應(yīng)注意 墊板與焊接件的密合, ,焊后最好將墊板拆除, ,但卻 不一定都能做到。 圖 帶墊片的對接焊縫(手工焊) 不等厚鋼板的對接焊縫 在不等厚鋼板對接時, ,應(yīng)將厚板削薄, ,使對接處的厚度相同。 當(dāng)薄板厚度s s2 2lOmm

14、,s33或s s2 2lOmm,lOmm, s s1 1-s-s2 20.3s0.3s2 2或s s1 1- - s s2 255時，均應(yīng)按圖的要求, ,削薄厚板邊緣。 圖 不等厚度板的對接 坡口設(shè)計(jì)原則 盡量減少填充金屬量。 保證焊透，避免產(chǎn)生各種焊接缺陷。 便于施焊，改善勞動條件。 減少焊接變形和殘余變形量。 （3）焊縫形式 定義：表明焊接接 頭中熔化面間的關(guān) 系。與接頭形式有 區(qū)別。 對接焊縫 由兩個相對的 熔化面及其中間的 焊縫金屬組成； 角接焊縫 由相互垂直或 者相交為某一角度 的兩個熔化面及呈 三角形斷面形狀的 焊縫金屬所構(gòu)成。 組合焊縫 是由對接焊 縫和角焊縫組合 而成的焊縫。

15、2 GB150關(guān)于壓力容器上的焊接接頭的分類 根據(jù)壓力容器上的焊接接頭僅僅按其 所處的位置進(jìn)行劃分A、B、C、D四 類； 分類目的：對焊接接頭在對口錯邊量、 熱處理、檢驗(yàn)等方面有針對性地。 容器主要受壓部分焊接接頭分類 適用范圍 A類B類C類D類 設(shè)計(jì)溫度高 于-20的鋼 制焊接單層 壓力容器、 多層包扎壓 力容器、熱 套及鍛焊容 器。 設(shè)計(jì)溫度 -20 的容 器，還應(yīng)符 合附錄 C 的 規(guī)定。 圓筒部分的縱向接頭 （多層包扎壓力容器 層板層縱向接頭除 外） 、球形封頭與圓筒 連接的環(huán)向接頭、 各類 凸形封頭中的所有拼 焊接頭以及嵌入式接 管與殼體對接連接的 接頭。 殼體部分的環(huán)向 接頭、錐形

16、封頭 小端與接管連接 的接頭，長頸法 蘭與接管連接的 接頭，但已規(guī)定 為A、 C、 D類的 焊接接頭除外。 平蓋、管板與圓 筒非對接連接的 接頭，法蘭與殼 體、接管連接的 接頭、內(nèi)封頭與 圓筒的搭接接頭 以及多層包扎容 器層板層縱向接 頭。 接管、人孔、 凸緣、 補(bǔ)強(qiáng)圈 等與殼體連 接的接頭、 但 已規(guī)定為A、 B 類的焊接 接頭除外。 A A A A A A A D B B B B D D C C B B C A A A A B （1）焊接接頭布置應(yīng)避免交叉和密集 主要受壓元件上的A、B類焊接接頭應(yīng)避免十字交叉 幾條焊縫匯集在一起時應(yīng)設(shè)法避開 （2）焊接接頭應(yīng)盡量避開高應(yīng)力區(qū) （3）盡量降低

17、焊件剛度 焊接接頭布置原則 3 壓力容器焊接的注意事項(xiàng) 縱焊縫間的距離 在同一小區(qū)內(nèi)盡量避免多次焊接，兩 相鄰?fù)补?jié)的縱焊縫要錯開一段距離a,a3s,a,a3s, 且a a40mm(S40mm(S為板厚) )以避免十字交叉焊縫， 如圖1.201.20示。 圖 縱焊縫間的距離 焊縫要盡量離開容器的幾何形狀和壁厚突 變的地方，例如當(dāng)橢圓形封頭與簡體對焊時， 一定要加一個直邊過渡部分，讓兩個圓柱體 相連，以使焊縫避開應(yīng)力復(fù)雜的區(qū)域。 容器上凡被補(bǔ)強(qiáng)圈、支座、墊 板等覆蓋的焊縫，均應(yīng)打磨至與母 材齊平，詳見下圖 母材 焊縫 焊縫余高 補(bǔ)強(qiáng)圈、支座、墊板等 打磨至與母材齊平 （1）盡量采用對接接頭 （2）

18、盡量采用全焊透結(jié)構(gòu) （3）盡量減小焊縫處的應(yīng)力集中 （4）便于進(jìn)行無損檢驗(yàn) 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 盡量采用對接接頭 例如在殼體和接管的連接焊縫，一般為角焊縫， 但改為整煅件補(bǔ)強(qiáng)接管，如下圖所示，則可以減 少應(yīng)力集中程度，而且也方便了無損探傷。 盡量采用全熔透的結(jié)構(gòu)，采取的措施為開各種適 當(dāng)?shù)钠驴冢?減量減少焊縫處的應(yīng)力集中，例如等厚度焊接。 （1 1）焊接接頭缺陷 外部缺陷 焊縫截面不豐滿或者余高過高。 4 焊接接頭的檢驗(yàn) 焊縫漫溢。 咬邊； 表面氣孔和裂紋 表面不允許有 裂紋 弧坑 夾渣 熔渣 氣孔 飛濺物 焊縫檢驗(yàn)尺 主要指氣孔、裂紋、未焊透、夾渣及未 熔合等，一般需要采用射線拍片或者超聲 波

19、探傷來發(fā)現(xiàn)。 內(nèi)部缺陷 l常用的無損檢測方法的比較 5 幾種常用的壓力容器焊接結(jié)構(gòu) 筒體、封頭及其相互間連接的焊接結(jié)構(gòu)： 縱、環(huán)焊縫必須采用對接接頭。 接管與殼體及補(bǔ)強(qiáng)圈間的焊接結(jié)構(gòu)：一般只能 采用角接焊和搭接焊，具體的焊接結(jié)構(gòu)還與容器 的強(qiáng)度和安全性要求有關(guān)。 （1）不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的插入式接管焊接結(jié)構(gòu) 中低壓容器不需另作補(bǔ)強(qiáng)的小直徑接管用得最多的焊接 結(jié)構(gòu)，接管與殼體間隙應(yīng)小于3mm，否則易產(chǎn)生裂紋或 其它焊接缺陷。 （2）不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的插入式接管焊接結(jié)構(gòu) 盡量與殼體貼合緊密，焊接結(jié)構(gòu)力求完善合理。 但只能采用搭接和角接，難保全熔透，也無法進(jìn) 行無損檢測，焊接質(zhì)量不易保證。 （3）安放式接管的焊接

20、結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)拘束度低、焊縫截面小、較易進(jìn)行射線檢測。 （4）嵌入式接管的焊接結(jié)構(gòu) 屬于整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)中的一種，適用于承受交變 載荷、低溫和大溫度梯度等較苛刻的工況。 （5）凸緣與殼體的焊接結(jié)構(gòu) 1）角焊連接：連接不承受脈動載荷的容器凸緣與 殼體，如圖4-54所示。 2）對接連接：連接壓力較高或要求全熔透的容器 凸緣與殼體，如圖4-55（掃描后加入）。 雙面焊對接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接接頭： 100無損探傷， 1.00； 局部無損探傷， 0.85； 單面焊的對接接頭，沿焊接接頭根部全長具有緊貼基本金屬的墊板： 100無損探傷， 0.90； 局部無損探傷， 0.8； 思考題 （1）化工壓力容器

21、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則是 什么？ （2）焊縫的外部缺陷主要有哪幾種？ （3） 簡述焊接接頭形式； 核心：采用塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： Mises屈服失效判據(jù)的全屈服壓力： so so n P p 圓筒計(jì)算厚度： ) 1() 1( 2 3 p n ii s so eRKR （4-16） nso2.02.2。ASME -3 采用式（4-16）。 單層厚壁筒體（計(jì)算壓力大于0.4t）， 常采用塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則或爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。 KP sso ln 3 2 Kpn sso ln 3 2 厚壁容器的設(shè)計(jì)盡量采用公式，與 試驗(yàn)值很接近； 熱套式、多層包扎、繞板式、扁平鋼帶的圓筒 計(jì)算方法與單層薄壁圓筒

22、相同，計(jì)算壓力 可以直接采用薄壁的計(jì)算公式，但是許用應(yīng) 力計(jì)算不同： 00 0 t n i t i n i t t 0.4 p 多層圓筒的計(jì)算 式中 i多層圓筒內(nèi)筒的名義厚度，mm； o多層圓筒層板總厚度，mm； it設(shè)計(jì)溫度下多層圓筒內(nèi)筒材料的許用應(yīng)力，MPa； ot設(shè)計(jì)溫度下多層圓筒層板或帶層材料的許用應(yīng)力， 對扁平鋼帶傾角錯繞式筒體，應(yīng)乘以鋼帶傾角錯繞 引起的環(huán)向削弱系數(shù)0.9，MPa； i多層圓筒內(nèi)筒的焊接接頭系數(shù)，一般取i=1.0； o多層圓筒層板層或帶層的焊接接頭系數(shù)，對于多層 包扎式筒體，取o=0.95，其余筒體取o=1.0。 圓筒設(shè)計(jì)厚度: (2-12) design thic

23、kness 計(jì)算壁厚與腐蝕余量C2之和稱 為設(shè)計(jì)壁厚?？梢詫⑵淅斫鉃橥瑫r滿足強(qiáng)度、剛度 和使用壽命的最小厚度。 C2為腐蝕裕度 根據(jù)介質(zhì)對選用材料腐蝕速度和設(shè)計(jì) 使用壽命共同考慮。 C2=k a， mm； k腐蝕速度（corrosion rate），mm/a； a設(shè) 計(jì)年限（desired life time）。 對碳素鋼和低合金鋼，C2 1mm；對于不銹鋼，當(dāng) 介質(zhì)腐蝕性能極微時，取C20。 2d C 圓筒的名義厚度: （2-13） normal thickness 設(shè)計(jì)厚度加上鋼板負(fù)偏差C1后向上 圓整至剛才標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，即標(biāo)注在設(shè)計(jì)圖樣上的殼 體厚度。 。 C1鋼板負(fù)偏差。任何名義厚度

24、的鋼板出廠時，都允許 有一定的負(fù)偏差。鋼板和鋼管的負(fù)偏差按鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī) 定。當(dāng)鋼板負(fù)偏差不大于0.25mm，且不超過名義厚度 的6時，負(fù)偏差可忽略不計(jì)。 鋼板負(fù)偏差以名義厚度為依據(jù)進(jìn)行選取。 21n CC 圓筒的有效厚度： 名義厚度減去腐蝕裕量和鋼材厚度負(fù)偏差，從性質(zhì)上可以理解為 真正可以承受介質(zhì)壓強(qiáng)的厚度，成為有效厚度。數(shù)值上可以看作是 計(jì)算厚度加上向上鋼材圓整量。 厚度系數(shù)：圓筒的有效厚度和計(jì)算厚度之比稱為圓筒的厚度系數(shù)。 12en CC 容器最小壁厚： 規(guī)定容器的最小壁厚是為了滿足制造、運(yùn)輸及安裝過程中感度要求，根據(jù) 工程經(jīng)驗(yàn)所規(guī)定的不包括腐蝕裕量的最小壁厚。 1碳素鋼和低合金鋼制造的容

25、器，最小壁厚不小于3mm； 2高合金鋼制容器，（如不銹鋼制造的容器），最小壁厚不小于2mm。 表5 鋼板的常用厚度表 (2)內(nèi)壓作用下球殼的計(jì)算公式 若K 1.5時，球殼的壁厚可用中徑公式進(jìn)行計(jì)算 的薄膜應(yīng)力作為相當(dāng)應(yīng)力而建立強(qiáng)度條件。 (2-17) 式中：Di球殼的內(nèi)直徑。 c C C 4 , 4 i PD P D mm P (3) 球殼的校核公式： (2-18) 式中，符號同前。 () , 4() ic c P DSc MPa Sc 3 封頭設(shè)計(jì)公式 壓力容器封頭有：凸形封頭、錐形封頭及平蓋。 (1)凸形封頭 凸形封頭： 半球形封頭。 橢圓形封頭。 碟形封頭。 球冠形封頭， 橢圓形封頭推薦

26、用長短軸比值為2的標(biāo)準(zhǔn)形。 半球形封頭 半球形封頭的厚度采用球殼 的壁厚設(shè)計(jì)公式進(jìn)行計(jì)算。 從受力方面：是最理想的結(jié) 構(gòu)形式；多用于高壓容器。 缺點(diǎn)：（1）深度大，小直 徑的沖壓困難；（2）大直 徑采用分瓣安裝的拼焊工作 量大。 內(nèi)壓(凹面受壓)橢圓形封頭 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算厚度按式2-19計(jì)算： (2- 19) 非標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭計(jì)算厚度按式2-20計(jì)算： (2- 20) 式中：K 橢圓形封頭形狀系數(shù)，推導(dǎo)詳見教材 140。 其值列于表2-2。 2 0.5 ci t c Kp D p 2 0.5 ci t c p D p 2 1 2 62 i i D K h 表 2-2 系數(shù) K 值 Di/

27、2hi 2.62.52.42.32.22.12.01.91.8 K1.46 1.37 1.29 1.21 1.14 1.07 1.00 0.93 0.87 Di/2hi 1.71.61.51.41.31.21.11.0 K0.81 0.76 0.71 0.66 0.61 0.57 0.53 0.50 考慮周向壓應(yīng)力的存在，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的有效厚 度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的0.15，其他橢圓形封頭的有 效厚度應(yīng)不小于0.30。但當(dāng)確定封頭厚度時已考慮了 內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)問題，可不受此限制。 橢圓形封頭的最大允許工作壓力按式(2-21)計(jì)算： 2 0.5 t e W ie p KD (2-21) 碟形

28、封頭(帶折邊球形封頭)有：球面體，過渡段 和圓柱體組成。 封頭計(jì)算厚度按式(2-22)計(jì)算： 式中：M碟形封頭形狀系數(shù) 其值列于表2-3。 2 0.5 ci c Mp R p 1 3 4 i R M r 表 2-3 系數(shù) M 值 i R r 1.01.251.501.752.02.252.502.75 M1.001.031.061.081.101.131.151.17 i R r 3.03.253.504.04.55.05.56.0 M1.181.201.221.251.281.311.341.36 i R r 6.57.07.58.08.59.09.510.0 M1.391.411.441.

29、461.481.501.521.54 對于Ri=0.9Di、r=0.17Di的碟形封頭，其有效 厚度不小于封頭內(nèi)直徑的0.15，其他碟形封頭的 有效厚度應(yīng)不小于0.30。但當(dāng)確定封頭厚度時已 考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)問題，可不受此限制。 碟形封頭的最大允許工作壓力按式(2-23)計(jì)算： (2-23) 2 0.5 t e w ie p MR 球冠形封頭 球冠形封頭在大多數(shù)情況下，用作容器中兩獨(dú)立 受壓室的中間封頭，也可用作端封頭。其結(jié)構(gòu)形式 如圖(2-6)所示。應(yīng)用的場所。 圖2-6 球冠形封頭示意圖 封頭和筒體連接的角焊接接頭應(yīng)采用焊透結(jié)構(gòu)， 因此，應(yīng)適當(dāng)控制封頭厚度，以保證焊接質(zhì)量。 受內(nèi)壓（

30、凹面受壓）球冠形中間封頭 封頭的設(shè)計(jì)厚度按式（2-24）計(jì)算 （2-24） 式中Q值查圖2-7 2 ci t c QPD P 兩側(cè)受壓的球冠形中間封頭 當(dāng)不能保證在任何情況下封頭兩側(cè)的壓力都同時 作用時，封頭計(jì)算厚度應(yīng)分別按下列兩種情況計(jì)算， 取較大值： a)只考慮封頭凹面?zhèn)仁軌?，?jì)算厚度按式（2- 24）確定，Q值由圖查??； （2-24） 2 ci t c QPD P b)只考慮封頭凸面?zhèn)仁軌海琎查相應(yīng)的圖需要進(jìn)行 穩(wěn)定性計(jì)算 （見GB150-1998）。 Q值圖 如果兩端都受壓力，就應(yīng)該按照壓力差計(jì)算，然后分別按前面兩種情況計(jì)算。 與封頭連接的圓筒 在任何情況下，與球冠形封頭連接的圓筒厚度

31、應(yīng) 不小于封頭厚度。否則，應(yīng)在封頭與圓筒間設(shè)置加強(qiáng) 段過渡連接。圓筒加強(qiáng)段的厚度應(yīng)與封頭等厚；端封 頭一側(cè)或中間封頭兩側(cè)的加強(qiáng)段長度L均應(yīng)不小 于 。 2 0.5 i D (2)錐形封頭 錐形封頭有三種形式 無折邊錐殼；（a）與（b） 折邊錐殼（c） 錐形封頭和橢圓形、半球形封頭相比強(qiáng)度較差。 在工業(yè)生產(chǎn)中，但當(dāng)操作介質(zhì)含有固體顆?；虍?dāng)介 質(zhì)粘度很大時，采用錐形封頭有利于出料，亦有利于流 體的均勻分布。此外，頂角較小的錐殼還可用來改變流 體的流速，因此，錐形封頭仍得到廣泛應(yīng)用。 錐殼厚度 錐殼的計(jì)算厚度按下式計(jì)算 (2-25) 式中： 錐殼的計(jì)算厚度，mm； Pc 計(jì)算壓力，MPa； 同前；

32、Dc 錐殼計(jì)算內(nèi)直徑，mm； 錐殼半頂角，。 c t 1 2 cos cc c t c PD P 當(dāng)錐殼由同一半頂角的幾個不同厚度的錐殼段 組成時，式中Dc分別為各錐殼段大端內(nèi)直徑。 受內(nèi)壓的無折邊錐殼 錐殼大端 無折邊錐殼大端與圓筒連接時，按下述步驟確定 連接處的大端的厚度， 按圖2-13確定是否需要在連接處進(jìn)行加強(qiáng)。 圖2-13 確定錐殼大端與圓筒連接處的加強(qiáng)圖 當(dāng)確定不需要加強(qiáng)時，大端錐殼的厚度按式 （2-25）計(jì)算： 當(dāng)需要增加厚度予以加強(qiáng)時，則應(yīng)在錐殼與筒 體之間設(shè)置加強(qiáng)段，錐殼加強(qiáng)段與圓筒加強(qiáng)段具 有相同的厚度，按式（2-26）計(jì)算： （2-26） 2 i r t c QPD P

33、1 2 cos cc c t c PD P 式中：Q 應(yīng)力增值系數(shù)，由圖2-14查取。 Di錐殼與筒體連接處，筒體內(nèi)徑。 在任何情況下，加強(qiáng)段的厚度不得小于相連接 的 錐殼厚度。錐殼加強(qiáng)段的長度L1應(yīng)不小 于 ； 圓筒加強(qiáng)段的長度L應(yīng)不小于 。 0.5 2 cos ir D 2 0.5 ir D 錐殼小端 無折邊錐殼小端與圓筒連接時,按下述步驟確定 連接處的錐殼小端的厚度。 按圖2-15確定是否在連接處進(jìn)行加強(qiáng)。 注：曲線系按連接處每側(cè)0.25 范圍內(nèi)的薄膜應(yīng)力強(qiáng)度 （由平均環(huán)向拉應(yīng)力和平均徑向壓應(yīng)力計(jì)算所得）繪制，控制值為 1.1 t 圖2-15 確定錐殼小端連接處的加強(qiáng)圖 0.5 rsr

34、D 無需加強(qiáng)時，錐殼小端錐殼厚度按式（2-25） 確定。 需要增加厚度予以加強(qiáng)時，則應(yīng)在錐殼與圓筒之 間設(shè)置加強(qiáng)段，錐殼加強(qiáng)段與圓筒加強(qiáng)段應(yīng)具有 相同的厚度，按式（2-27）計(jì)算： （2-27） 式中：Q 應(yīng)力增值系數(shù)，由圖2-15查取。 2 cis c t c QPD P 1 2 cos cc c t c PD P 在任何情況下，加強(qiáng)段的厚度不得小于相連接 的錐殼厚度。錐殼加強(qiáng)段的長度L1應(yīng)不小 于 ；圓筒加強(qiáng)段的長度L應(yīng)不小于 。 cos isr D isr D 注：曲線系按連接處每側(cè)0.25 范圍內(nèi)的薄膜應(yīng)力強(qiáng)度（由 平均環(huán)向拉應(yīng)力和平均徑向壓應(yīng)力計(jì)算所得）繪制，控制值為1.1 t。 圖

35、2-15 錐殼小端連接處的Q值圖 0.5 isr D 無折邊錐形封頭的厚度 當(dāng)無折邊錐殼的大端或小端，或大、小端同時具有 加強(qiáng)段時，錐殼厚度應(yīng)分別按段進(jìn)行計(jì)算： 錐殼厚度 （2-24） 大端與筒體連接處增強(qiáng)厚度 （2-26） 2 ci t c QPD P 2 i r t c QPD P 小端與筒體連接處增強(qiáng)厚度 （2-27） 若考慮只由一種厚度組成時，則應(yīng)取上述各部分 厚度中的最大值作為無折邊錐殼的厚度。 2 cis c t c QPD P 折邊錐形封頭的厚度 有折邊的錐形封頭由錐殼、過渡區(qū)和高度h的直 段邊組成。過渡區(qū)的作用是減小邊緣應(yīng)力，設(shè)計(jì)的 直段邊h是為了使封頭和筒體連接焊接接頭不出現(xiàn)

36、在 邊緣應(yīng)力區(qū)。 一般，ri/Di10%，h為2540mm。 錐殼大端 大端的壁厚應(yīng)同時計(jì)算過渡段厚度和與其相連接 的錐殼厚度，取二者大值。 過渡段厚度 （7-28） 式中：Di 連接筒體內(nèi)直徑， K 系數(shù)。 K系數(shù)由表2-3所示。 2 0.5 ci c KPD P 表 2-3 系數(shù) K 值 r/Di/ 0.100.150.200.300.400.50 10 20 30 35 40 45 50 55 60 0.6644 0.6956 0.7544 0.7980 0.8547 0.9253 1.0270 1.1608 1.3500 0.6111 0.6357 0.6819 0.7161 0.76

37、04 0.8181 0.8944 0.9980 1.1433 0.5789 0.5986 0.6357 0.6629 0.6981 0.7440 0.8045 0.8859 1.0000 0.5403 0.5522 0.5749 0.5914 0.6127 0.6402 0.6765 0.7249 0.7923 0.5168 0.5223 0.5329 0.5407 0.5506 0.5635 0.5804 0.6028 0.6337 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 注：中間值用內(nèi)插法。 表2-3 系

38、數(shù)K值 過渡段與相連接處的錐殼厚度 （7-29） 式中：f 系數(shù) 其值列于表2-4。 0.5 ci t c fPD P 1 2 1 cos/2cos i r f D 表 2-4 系數(shù) f 值 r/Di/ 0.100.150.200.300.400.50 10 20 30 35 40 45 50 55 60 0.5062 0.5257 0.5619 0.5883 0.6222 0.6657 1.7223 1.7973 0.9000 0.5055 0.5225 0.5542 0.5773 0.6069 0.6450 0.6945 0.7602 1.8500 0.5047 0.5193 0.5465

39、 0.5663 0.5916 0.6243 0.6668 0.7230 0.8000 0.5082 0.5128 0.5310 0.5442 0.5611 0.5828 0.6112 0.6486 0.7000 0.5017 0.5064 0.5155 0.5221 0.5305 0.5414 0.5556 0.5743 0.6000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 注：中間值用內(nèi)插法。 錐殼小端 當(dāng)錐殼半頂角 45時，小端過渡段厚度按式（2-27）計(jì)算， 此時，Q值按圖2-16查取。 注：曲線系按過

40、渡區(qū)的薄膜應(yīng)力強(qiáng)度繪制，控制值為1.1 t。 圖2-16 錐殼小端帶過渡段連接的Q值圖 與過渡段相接的錐殼和圓筒的加強(qiáng)段厚度應(yīng)與過 渡段厚度相同。錐殼加強(qiáng)段的長度L1應(yīng)不小于 ； 圓筒加強(qiáng)段的長度L應(yīng)不小于 。 在任何情況下，加強(qiáng)段的厚度不得小于與其連 接處的錐殼厚度。 cos isr D isr D 折邊錐殼的厚度 當(dāng)錐殼大端、小端同時具有過渡段時 按（2-24）式計(jì)算錐殼厚度 按（2-28）式、（2-29）式分別計(jì)算相接處錐 殼厚度： 2 ci t c QPD P 2 0.5 ci c KPD P 0.5 ci t c fPD P 若采用一種厚度時，則?。?-24）式，（2-28）式，（2

41、-29）式計(jì) 算結(jié)果時的大值。 (3) 平蓋計(jì)算 圓形平蓋厚度 在實(shí)際工程中，可把圓形平蓋簡化為受均 勻分布橫向載荷的圓平板，最大拉應(yīng)力公 式由下式計(jì)算： 應(yīng)用第一強(qiáng)度理論，結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)， 適用于教材圖例者，設(shè)計(jì)公式為: 2 max 2 PD K Bc t KP D (4)各種形式封頭的比較 選用什么樣形式的封頭，主要根據(jù)設(shè)計(jì)對象的 要求。在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)當(dāng)考慮封頭的 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。各類封頭的特點(diǎn)如下： 幾何方面 為了節(jié)省鋼板，要求封頭單位容積 的表面積越小越好，除平蓋和錐形封頭外，上述各 類凸形封頭中，半球形封頭單位容積的表面積最小， 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭和碟形封頭的單位容積的表面積

42、比 半球形大，無折邊球形封頭最大。 力學(xué)方面 為了節(jié)省材料，要求封頭在相同直徑 （指和筒體相連接的平行圓直徑）、同一材料和相 同壓力作用下厚度最小。對此，半球形封頭最好， 它的厚度最??；標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭次之；碟形封頭再 次之；平蓋封頭最差，它要求的厚度最大。 制造方面 要求封頭制造容易，半球形封頭由于 深度大，制造比較困難，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭和其它凸 形封頭制造較易，而平板封頭制造最容易。 綜合以上結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭幾何形狀和受 力狀態(tài)都比較好，制造難度又不大，因此，這種型 式的封頭在化工生產(chǎn)上得到了廣泛的應(yīng)用。 氣密性試驗(yàn) 氣壓試驗(yàn) 液壓試驗(yàn) 耐壓試驗(yàn) 壓力試驗(yàn) 進(jìn)行壓力容器的原因？工地的例子。

43、 壓力試驗(yàn)類別： 在超設(shè)計(jì)壓力下進(jìn)行的 液壓或者氣壓試驗(yàn) 在等于或者低于設(shè)計(jì)壓力下 進(jìn)行的氣壓試驗(yàn)，須經(jīng)液壓 試驗(yàn)合格后方可進(jìn)行 4 容器壓力實(shí)驗(yàn) 耐壓實(shí)驗(yàn)的目的 內(nèi)壓容器：目的為直接考核耐壓性能：超設(shè)計(jì)壓力下， 考核缺陷是否會發(fā)生快速擴(kuò)展造成破壞或開裂？焊縫等 處是否會發(fā)生局部滲漏？檢查密封結(jié)構(gòu)的密封性能； 外壓容器主要是考察是否存在穿透性缺陷，進(jìn)行試漏。 壓力試驗(yàn)可以選用液壓和氣壓。由于氣壓試驗(yàn)的危害 性大，故一般都采用液壓試驗(yàn)，只有不宜做液壓試驗(yàn)的 容器才采用氣壓。 容器制成或定期檢驗(yàn)或者檢修后必須進(jìn)行耐壓實(shí)驗(yàn)，以檢查容器的宏觀強(qiáng)度、 焊縫致密性及密封可靠性。試驗(yàn)項(xiàng)目和要求在圖樣中注明。

44、 不能按38的規(guī)定作壓力試驗(yàn)的容器，設(shè)計(jì)單位應(yīng)提出確保容器安全運(yùn)行的措 施，經(jīng)設(shè)計(jì)單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，并在圖樣上注明。 是否能夠承受規(guī)定的工作壓力？是否會發(fā)生過大變形？ 在規(guī)定的工作壓力下，焊縫等處是否會發(fā)生局部滲漏？ 壓力試驗(yàn)可以選用液壓和氣壓。由于氣壓試驗(yàn)的危害性大，故一般都采 用液壓試驗(yàn)，只有不宜做液壓試驗(yàn)的容器才采用氣壓。 幾點(diǎn)提示： 1.任何設(shè)計(jì)方法和公式都有其適用范圍，當(dāng)超出其適用范圍后，應(yīng)進(jìn)行審慎的 分析，方可決定采用與否，或者直接采用分析設(shè)計(jì)的方法。 2、大型容器（無論是否是壓力容器）應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格要求安裝資質(zhì)，并嚴(yán)格管理。 1995年夏天，山東某純堿廠一臺直徑36m高近20m壁厚2

45、5mm的倒錐 臺型鹽水沉降槽在盛水試驗(yàn)時發(fā)生失穩(wěn)，設(shè)備瞬間展成平板，巨大的落水將 傍邊750mm直徑的管道攔腰沖斷，兩人當(dāng)場下落不明。因無標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的設(shè)計(jì) 方法，設(shè)備的設(shè)計(jì)僅參考了一臺同類型25m直徑的設(shè)備，將壁厚按比例放 大，建造時設(shè)備基礎(chǔ)平整度又沒有嚴(yán)格保證。 1）液壓試驗(yàn) 試驗(yàn)介質(zhì)及其要求 試驗(yàn)介質(zhì)，一般用水，可用不會發(fā)生危險(xiǎn)的其 它液體。 試驗(yàn)的環(huán)境和水溫必須高于材料的脆性轉(zhuǎn)變溫 度。 對于碳素鋼和16MnR鋼制容器，試驗(yàn)介質(zhì)溫度 不得低于5 。 對于低合金鋼容器，水壓實(shí)驗(yàn)時，介質(zhì)溫度不 低于15 。（不包括低溫容器） 試驗(yàn)壓力 內(nèi)壓容器 Pt1.25P 式中： Pt試驗(yàn)壓力，MPa； P

46、 設(shè)計(jì)壓力，MPa； 且不小于P+0.1，MPa。 對設(shè)計(jì)溫度t200的內(nèi)壓容器，其試驗(yàn)壓力 為 式中： 設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa； 試驗(yàn)溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa。 t tt PP t P t 試驗(yàn)方法 液壓試驗(yàn)時，壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn) 壓力時，保持30分鐘，然后將壓力降至規(guī)定試驗(yàn) 壓力的80，并保持足夠長時間以便對所有焊縫 和連接部位進(jìn)行檢查。實(shí)驗(yàn)結(jié)果以無滲漏和無可 見的殘余變形為合格。 試驗(yàn)應(yīng)力校核 水壓試驗(yàn)時，容器內(nèi)產(chǎn)生的最大薄膜應(yīng)力不應(yīng)超過所用材料在試驗(yàn) 溫度下屈服強(qiáng)度的90。校核時所取試驗(yàn)壓力應(yīng)計(jì)入所校該點(diǎn)處的液 柱靜壓力。校核公式為 MPa 式中 液壓試驗(yàn)溫度下材料的屈服極限，MPa。 t s c ciT T CS CSDp 9 . 0 2 t s 2)氣壓實(shí)驗(yàn) 對于不適合做液壓實(shí)驗(yàn)的容器，例如: 由于工藝要求，容器內(nèi)不允許有微量殘留液體，或 由于結(jié)構(gòu)原因，不能充滿液體的容器；或者容器 體積太大，不宜采用液壓試驗(yàn)。 如裝入貴重催化劑要求內(nèi)部烘干； 容器內(nèi)襯耐熱混凝土不易烘干； 才允許用氣壓實(shí)驗(yàn)。凡采用氣壓實(shí)驗(yàn)的容器其焊縫 需進(jìn)行100的