壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)李洪亮 l壓力容器特種設(shè)備安全監(jiān)察條例第九十九條第（二）款： 壓力容器是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于0.1MPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPaL的氣體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體的固定式容器和移動(dòng)式容器；盛裝公稱工作壓力大于或者等于0.2MPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于1.0MPaL的氣體、液化氣體和標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)等于或者低于60液體的氣瓶；氧艙等。l壓力容器TSG R0004-2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程1.3條：n工作壓力大于或者等于0.1MPa（表壓，不含液體

2、靜壓力，下同）；n工作壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPaL；n盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體以及介質(zhì)最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。l壓力容器的分類n根據(jù)生產(chǎn)裝置中工藝單元過程分類非均相（液固、氣固）分離 攪拌與混合制冷與深冷 熱量傳遞 蒸發(fā) 結(jié)晶蒸餾 吸收與解析萃取 吸附干燥 反應(yīng)貯存l壓力容器的分類n根據(jù)生產(chǎn)過程中的作用原理分類反應(yīng)容器（R）換熱容器（E）分離容器（S）儲(chǔ)存容器（C）（球罐B）l壓力容器的分類n根據(jù)壓力等級(jí)分類低壓容器（L）中壓容器（M）高壓容器（H）超高壓容器（U）常壓容器l壓力容器的分類n根據(jù)溫度分類GB150：-20 低溫容器日本：-10英國： 0德國： -10l

3、壓力容器的分類n根據(jù)容規(guī)分類類類類l壓力容器的分類n根據(jù)“壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)許可證”分類uA類：A1（超高壓容器、高壓容器）、A2（第三類低、中壓容器）、A3（球形儲(chǔ)罐）、A4（非金屬壓力容器）；uC類：C1（鐵路罐車）、C2（汽車罐車或長管拖車）、C3（罐式集裝箱）；uD類：D1（第一類壓力容器）、D2（第二類低、中壓容器）；uSAD類：壓力容器分析設(shè)計(jì)。l壓力容器的分類n根據(jù)“壓力容器制造許可證”分類uA類：A1（超高壓容器、高壓容器）、A2（第三類低、中壓容器）、A3（球形儲(chǔ)罐現(xiàn)場(chǎng)組焊或球殼板制造）、A4（非金屬壓力容器）A5（醫(yī)用氧倉）；uB類：B1（無縫氣瓶）、B2（焊接氣瓶）、B

4、3（特種氣瓶）；uC類：C1（鐵路罐車）、C2（汽車罐車或長管拖車）、C3（罐式集裝箱）；uD類：D1（第一類壓力容器）、D2（第二類低、中壓容器）。l壓力容器的分類n其他分類方法u按容器主體材料u按容器結(jié)構(gòu)型式u按容器截面形狀u按容器主軸線方向u按容器壁厚l壓力容器工作條件及特點(diǎn)n溫度條件u液氫裝置：-253u液態(tài)空氣及其他氣體的制?。?196u苯乙烯裝置中SMART反應(yīng)器：650u乙烯生產(chǎn)裝置中的管式裂解爐：1100l壓力容器工作條件及特點(diǎn)n壓力條件u超高壓人造水晶釜：200MPau低密度聚乙烯反應(yīng)釜：300MPau低真空：100kPa3kPa（絕壓） 中真空：3kPa0.1Pa（絕壓）

5、高真空：0.1Pa0.1mPa（絕壓） 甚高真空：0.1mPa0.1Pa（絕壓） 超高真空：0.1Pa（絕壓）l壓力容器工作條件及特點(diǎn)n介質(zhì)腐蝕條件u同一種材料在不同介質(zhì)中，不同材料在同一介質(zhì)中，同一種材料同一種介質(zhì)在不同內(nèi)部、外部條件下都會(huì)表現(xiàn)出不同的腐蝕規(guī)律。p碳鋼在稀硫酸中極不耐蝕，但在濃硫酸中卻很穩(wěn)定；p鉛耐稀硫酸，但不能在濃硫酸中使用；p不銹鋼在中、低濃度的硝酸中耐蝕，但不耐濃硝酸的腐蝕；p碳鋼在稀硫酸中是均勻腐蝕，奧氏體不銹鋼在氯化物的水溶液中會(huì)由于應(yīng)力腐蝕而產(chǎn)生裂紋。l壓力容器工作條件及特點(diǎn)n介質(zhì)的危害性u(píng)在石油、化工、天然氣的工業(yè)生產(chǎn)裝置中，參與過程的絕大部分是易燃、易爆、有毒

6、或有腐蝕性的物質(zhì)，同時(shí)這些物質(zhì)的狀態(tài)在工藝過程中受溫度、壓力的控制不斷變化。l壓力容器工作條件及特點(diǎn)n其他載荷條件u風(fēng)載荷、地震載荷u有些設(shè)備可能是在循環(huán)載荷作用下運(yùn)行，同時(shí)還可能承受熱應(yīng)力循環(huán)作用u設(shè)備及其內(nèi)件、附件自重u設(shè)備內(nèi)盛裝的物料重量，試驗(yàn)狀態(tài)下的液體重量u來自支承、連接管道及相鄰設(shè)備的作用載荷u設(shè)備運(yùn)輸、安裝、維修時(shí)可能承受的作用載荷l壓力容器工作條件及特點(diǎn)n裝置的大型化u煉油裝置中的減壓蒸餾塔 直徑10000 長40000 u乙烯裝置中的丙烯塔 直徑10000 高94000 重量1100噸u氨合成塔 直徑2500 長22000 壁厚200u甲醇反應(yīng)器 直徑6500 長14000

7、壁厚220u核工業(yè)中的沸水反應(yīng)堆 直徑7800 壁厚190 重量1000噸u煤液化加氫反應(yīng)器 直徑4810 壁厚338 重量2040噸u乙二醇列管式反應(yīng)器 直徑5000 長10000 管數(shù)9000u立式圓筒形油品貯罐 直徑100000 高21800 容積150000m3l壓力容器工作條件及特點(diǎn)n結(jié)構(gòu)多樣性u(píng)臥式、立式、換熱器、塔器、圓筒形貯槽、球罐、空冷器、余熱鍋爐等u換熱器：p固定管板式、浮頭式、填函式、U形管式；p單管程、多管程；p雙管板、帶導(dǎo)流筒、帶膨脹節(jié)l壓力容器工作條件及特點(diǎn)n主要結(jié)構(gòu)組成u受內(nèi)壓或外壓的圓筒殼u各種形式的封頭、平蓋u開孔及其補(bǔ)強(qiáng)元件u法蘭連接u膨脹節(jié)l近代壓力容器的

8、發(fā)展趨勢(shì)n大型化,高參數(shù)n高溫蠕變n低應(yīng)力脆斷n疲勞問題l對(duì)壓力容器的基本要求n滿足（工藝）使用要求n安全可靠性u(píng)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、密封性、耐蝕性n合理的經(jīng)濟(jì)成本l壓力容器強(qiáng)度失效準(zhǔn)則有三種觀點(diǎn)n彈性失效常規(guī)設(shè)計(jì)（GB150等） 認(rèn)為殼體內(nèi)壁產(chǎn)生屈服即達(dá)到材料屈服限時(shí)該殼體即失效，將應(yīng)力限制在彈性范圍，按照強(qiáng)度理論把筒體限制在彈性變形階段。n塑性失效分析設(shè)計(jì)（JB4732） 將容器的應(yīng)力限制在塑性范圍，認(rèn)為圓筒內(nèi)壁面出現(xiàn)屈服而外層金屬仍處于彈性狀態(tài)時(shí)，并不會(huì)導(dǎo)致容器發(fā)生破壞，只有當(dāng)容器內(nèi)外壁面全屈服時(shí)才為承載的最大極限。 n爆破失效高壓、超高壓設(shè)計(jì) 認(rèn)為容器由韌性鋼材制成，有明顯的應(yīng)變硬化現(xiàn)

9、象，即便是容器整體屈服后仍有一定承載潛力，只有達(dá)到爆破時(shí)才是容器承載最大極限。 l圓筒內(nèi)的應(yīng)力l關(guān)于回轉(zhuǎn)薄殼的無力矩理論l壓力容器應(yīng)力分類簡述l壓力容器設(shè)計(jì)及相關(guān)問題l一壓力容器殼體厚度為，內(nèi)半徑為Ri(內(nèi)直徑為Di)，受氣體壓力p作用的殼體。如圖所示：圓筒內(nèi)的應(yīng)力l在圓筒中間沿徑線平面切開為兩段（如圖）在圓筒中間沿徑線平面切開為兩段（如圖）n在研究的殼體上作用有外力p（流體壓力）n殼體厚度上存在內(nèi)力，單位面積上為應(yīng)力n在軸線方向作力的平衡2ii2R pR i2pR 圓筒內(nèi)的應(yīng)力 l在圓筒中間沿軸線平面切開為兩段（如圖）n在研究的殼體上作用有外力p（流體壓力）n殼體厚度上存在內(nèi)力，單位面積上為

10、應(yīng)力n在軸線方向作力的平衡i22R LpL ipR 圓筒內(nèi)的應(yīng)力 l受內(nèi)壓的圓筒體的殼體中的軸向和周向應(yīng)力：l周向應(yīng)力時(shí)軸向應(yīng)力的2倍。l如果控制周向應(yīng)力不超過許用應(yīng)力，即：l則可得容器的強(qiáng)度尺寸為：i2pR ipR ti pR iitt= 2 pRpD 圓筒內(nèi)的應(yīng)力l彈性失效準(zhǔn)則下的四個(gè)強(qiáng)度理論：n第一強(qiáng)度理論（最大主應(yīng)力理論） 材料不論在什么復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下，只要三個(gè)主應(yīng)力中有一個(gè)達(dá)到軸向拉伸或壓縮中破壞應(yīng)力的數(shù)值時(shí)，材料就要發(fā)生破壞。 n第二強(qiáng)度理論（最大變形理論） 材料的破壞取決于最大線應(yīng)變，即最大相對(duì)伸長或縮短。 n第三強(qiáng)度理論（最大剪應(yīng)力理論） 無論材料在什么應(yīng)力狀態(tài)下，只要最大剪

11、應(yīng)力達(dá)到在軸向拉伸中破壞時(shí)的數(shù)值，材料就發(fā)生破壞。 n第四強(qiáng)度理論（剪切變形能理論） 材料的破壞取決于變形比能，把材料的破壞歸結(jié)為應(yīng)力與變形的綜合。 圓筒內(nèi)的應(yīng)力l根據(jù)第一強(qiáng)度理論，最大主應(yīng)力（周向應(yīng)力）小于等于許用應(yīng)力，承根據(jù)第一強(qiáng)度理論，最大主應(yīng)力（周向應(yīng)力）小于等于許用應(yīng)力，承壓容器就是安全的。壓容器就是安全的。l但是該公式所計(jì)算出的最大應(yīng)力值，與精確值相比相差較大（大約小但是該公式所計(jì)算出的最大應(yīng)力值，與精確值相比相差較大（大約小23），將內(nèi)徑換為中徑，計(jì)算值與精確值相差減?。s為），將內(nèi)徑換為中徑，計(jì)算值與精確值相差減小（約為3.8）l容器的中徑容器的中徑 D=Di+ ,則有則有l(wèi)按

12、照第一強(qiáng)度理論，用中徑公式計(jì)算壓力容器的壁厚按照第一強(qiáng)度理論，用中徑公式計(jì)算壓力容器的壁厚圓筒內(nèi)的應(yīng)力 2tiipRpD ti(+ )= 2p D it=-2pDp l基本概念n殼體：以兩個(gè)曲面為界，且曲面間的距離遠(yuǎn)小于其他方向尺寸的物體n殼體厚度：兩曲面間的距離n中面：平分殼體曲面的曲面n薄殼：殼體厚度與中面曲率半徑R之比/R0.1的殼體n回轉(zhuǎn)殼：中面由一根平面曲線繞一根在平面內(nèi)的定軸旋轉(zhuǎn)而成的殼體n軸對(duì)稱問題：幾何形狀、承受載荷、邊界支承均對(duì)旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱的力學(xué)問題回轉(zhuǎn)薄殼無力矩與有力矩理論概念回轉(zhuǎn)薄殼無力矩與有力矩理論概念l薄膜內(nèi)力：引起薄殼結(jié)構(gòu)中面的拉伸、壓縮和剪切變形的內(nèi)力（在軸對(duì)稱情況

13、下由于對(duì)稱性，不存在剪切內(nèi)力）。l彎曲內(nèi)力：引起薄殼結(jié)構(gòu)中面產(chǎn)生曲率、扭率改變的內(nèi)力（在軸對(duì)稱情況下不存在扭矩和橫向剪力）。l無力矩理論：殼體的應(yīng)力狀態(tài)僅由法向內(nèi)力確定的薄殼應(yīng)力理論。l有力矩理論：殼體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)同時(shí)由薄膜內(nèi)力和彎曲內(nèi)力確定的薄殼應(yīng)力理論?；剞D(zhuǎn)薄殼無力矩與有力矩理論概念回轉(zhuǎn)薄殼無力矩與有力矩理論概念l回轉(zhuǎn)殼的幾何特性回轉(zhuǎn)殼的幾何特性n母線 形成中間面的平面曲線n經(jīng)線 通過回轉(zhuǎn)軸作一縱截面，其與殼體中間曲面相交所得的交線u形狀與母線相同u經(jīng)線平面u經(jīng)線平面的位置n法線 通過經(jīng)線上任意一點(diǎn)M垂直于中間面的直線MN，稱為中間面在該點(diǎn)的法線u法線的延長線必與回轉(zhuǎn)軸相交薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)

14、力方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式n緯線與錐截面緯線與錐截面u過M點(diǎn)作圓錐面與殼體中間面正交，所得的交線是一個(gè)圓，稱其為回轉(zhuǎn)面的緯線。u過M點(diǎn)作垂直于回轉(zhuǎn)軸的平面與中間面相交形成的交線也是一個(gè)圓，稱為回轉(zhuǎn)面的平行圓。u從形成的相交線來說，緯線和平行圓是同一條圓周曲線。u用與殼體正交的圓錐截面截取殼體，得到殼體的厚度錐截面。u用垂直于軸線的平面截取殼體，得不到殼體的真實(shí)厚度橫截面。薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式n第一曲率半徑第一曲率半徑R1u中間面上任一點(diǎn)中間面上任一點(diǎn)M M處經(jīng)線的曲率半徑處經(jīng)線的曲率半徑u曲率中心必在過曲率中心必在過M M點(diǎn)的法線上點(diǎn)的法線上n第二曲率半徑R2

15、u通過經(jīng)線上一點(diǎn)M的法線作垂直于經(jīng)線的平面，其與中間面相交得平面曲線CM，CM的曲率半徑即第二曲率半徑u第二曲率半徑的中心在MN上，且在回轉(zhuǎn)軸上32221121dyd yRMKdxdx 薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式22RMK n平行圓半徑平行圓半徑ru平行圓圓心在回轉(zhuǎn)軸上32sinrMKR 薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式l回轉(zhuǎn)殼體受軸對(duì)稱的內(nèi)壓力回轉(zhuǎn)殼體受軸對(duì)稱的內(nèi)壓力pn經(jīng)線和緯線均發(fā)生伸長變形n經(jīng)線方向產(chǎn)生經(jīng)向應(yīng)力n緯線方向產(chǎn)生周向應(yīng)力（環(huán)向應(yīng)力）n經(jīng)向應(yīng)力作用在錐截面上n環(huán)向應(yīng)力作用在經(jīng)線平面與殼體相截形成的縱向截面上n由于對(duì)稱性，在同一緯線上各點(diǎn)經(jīng)

16、線應(yīng)力均相等，周向應(yīng)力也相等薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式n經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式區(qū)域平衡方程式區(qū)域平衡方程式u作用在錐截面上的經(jīng)向應(yīng)力在軸線方向的合力2sinmNr 薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式n經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式區(qū)域平衡方程式區(qū)域平衡方程式u作用在分離體上的外力（內(nèi)壓）在軸線方向的合力作用在分離體上的外力（內(nèi)壓）在軸線方向的合力 Q力的大小只取決于截面處的橫截面面積與氣體壓強(qiáng)力的大小只取決于截面處的橫截面面積與氣體壓強(qiáng)p，而與，而與截取殼體承壓的內(nèi)表面形狀與尺寸無關(guān)截取殼體承壓的內(nèi)表面形狀與尺寸無關(guān)2cosdQpr dl cos

17、drdl 2dQprdr 02mrQprdr 202mrmp rdrpr 薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式n經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式區(qū)域平衡方程式區(qū)域平衡方程式 222sinmprpR NQ 22sinmmrpr 注意：適用于承受氣體介質(zhì)壓力的殼體注意：適用于承受氣體介質(zhì)壓力的殼體薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式n周向應(yīng)力計(jì)算公式周向應(yīng)力計(jì)算公式微體平衡方程式微體平衡方程式 用三對(duì)截面從殼體上切出一微體作為分離體u殼體的內(nèi)外表面u相鄰的經(jīng)線平面u相鄰的與殼體正交的錐截面薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式n周向應(yīng)力計(jì)算公式周向應(yīng)力計(jì)算公式微體

18、平衡方微體平衡方程式程式ubc和ad上作用有經(jīng)向應(yīng)力uab和cd上作用有周向應(yīng)力u內(nèi)表面作用有內(nèi)壓力pu外表面不受力u由于所取微體足夠小，認(rèn)為應(yīng)力在截面上分布均勻u可由區(qū)域平衡方程求得薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式n周向應(yīng)力計(jì)算公式周向應(yīng)力計(jì)算公式微體平衡方程式微體平衡方程式在微體abcd面積上內(nèi)壓力p所產(chǎn)生的合力在法線n上的投影12nPpdl dl 薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式n周向應(yīng)力計(jì)算公式周向應(yīng)力計(jì)算公式微體平衡方程式微體平衡方程式在bc、cd截面上經(jīng)向應(yīng)力的合力在法線n上的投影薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式222sinndNdl

19、 11222sindlddR121ndl dlNR n周向應(yīng)力計(jì)算公式周向應(yīng)力計(jì)算公式微體平衡方程式微體平衡方程式在bc、cd截面上經(jīng)向應(yīng)力的合力在法線n上的投影薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式122sinndNdl 122ndl dlNR 22222sindlddRn周向應(yīng)力計(jì)算公式周向應(yīng)力計(jì)算公式微體平衡方程式微體平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式微體平衡方程式（拉普拉斯方程式）0nnnPNN 121212120dl dldl dlpdl dlRR 12pRR l只要回轉(zhuǎn)殼體任一點(diǎn)的只要回轉(zhuǎn)殼體任一點(diǎn)的R1、R2以及殼體壁厚為已知，則該點(diǎn)由以及殼體壁

20、厚為已知，則該點(diǎn)由介質(zhì)內(nèi)壓力介質(zhì)內(nèi)壓力p產(chǎn)生分經(jīng)向應(yīng)力和周向應(yīng)力就可求出；產(chǎn)生分經(jīng)向應(yīng)力和周向應(yīng)力就可求出；l兩個(gè)應(yīng)力方程式的導(dǎo)出都以應(yīng)力沿壁厚均勻分布為前提，而這兩個(gè)應(yīng)力方程式的導(dǎo)出都以應(yīng)力沿壁厚均勻分布為前提，而這種情況只有在殼壁較薄以及離兩個(gè)不同形狀的殼體聯(lián)接區(qū)稍遠(yuǎn)種情況只有在殼壁較薄以及離兩個(gè)不同形狀的殼體聯(lián)接區(qū)稍遠(yuǎn)處才是正確的。處才是正確的。薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式2122pRpRR 薄膜應(yīng)力理論基本方程式薄膜應(yīng)力理論基本方程式l薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)用條件薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)用條件n是回轉(zhuǎn)殼體，而且回轉(zhuǎn)殼體曲面在幾何上是對(duì)稱的，殼壁是回轉(zhuǎn)殼體，而且回轉(zhuǎn)殼體曲面在幾何上

21、是對(duì)稱的，殼壁厚度無突變；曲率半徑是連續(xù)變化的；材料的物理性能是厚度無突變；曲率半徑是連續(xù)變化的；材料的物理性能是相同的。相同的。n載荷在殼體曲面上的分布是軸對(duì)稱和連續(xù)的，沒有突然變載荷在殼體曲面上的分布是軸對(duì)稱和連續(xù)的，沒有突然變化?；?。殼體幾何形狀及載荷分布的對(duì)稱性和連續(xù)性薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式l承受氣體壓力的球形殼體承受氣體壓力的球形殼體無矩理論的應(yīng)用無矩理論的應(yīng)用12RRR球殼是中心對(duì)稱的，各處應(yīng)力相等球殼是中心對(duì)稱的，各處應(yīng)力相等強(qiáng)度最好強(qiáng)度最好2pR l承受氣體壓力的圓筒形殼體承受氣體壓力的圓筒形殼體無矩理論的應(yīng)用無矩理論的應(yīng)用4pD 圓筒形殼體周向應(yīng)力是

22、軸向應(yīng)力的兩倍圓筒形殼體周向應(yīng)力是軸向應(yīng)力的兩倍2pD 212/2RRD l承受氣體壓力的圓筒形殼體承受氣體壓力的圓筒形殼體l焊接的圓筒壓力容器，其縱向（軸向）焊縫的強(qiáng)度應(yīng)高于橫向（周向）焊縫的強(qiáng)度；l開設(shè)橢圓形人孔時(shí)，應(yīng)將短軸放在軸線方向，以盡量減小縱截面強(qiáng)度削弱程度；l殼壁應(yīng)力大小與/R成反比/R的大小體現(xiàn)著圓筒承壓能力的高低。無矩理論的應(yīng)用無矩理論的應(yīng)用l承受氣體壓力的圓錐形殼體承受氣體壓力的圓錐形殼體n，不宜過大，一般45nr，錐底應(yīng)力最大，錐頂應(yīng)力最小n2無矩理論的應(yīng)用無矩理論的應(yīng)用2 cospr cospr 12cosrRR l承受氣體壓力的橢圓形殼體承受氣體壓力的橢圓形殼體無矩理

23、論的應(yīng)用無矩理論的應(yīng)用 yaxabRya b3/23/224222141 ()42222paxabb ()()44222422222paaxabbaxab 42222sinaxabxRb xyab22221l承受氣體壓力的橢圓形殼體承受氣體壓力的橢圓形殼體n橢球殼中的、是坐標(biāo)（x,y）的函數(shù)n橢球殼上應(yīng)力是連續(xù)變化的n橢球殼中應(yīng)力的大小及分布與a/b有關(guān)ua/b=1，橢球殼即為球殼，應(yīng)力分布均勻ua/b，受力狀況變差無矩理論的應(yīng)用無矩理論的應(yīng)用()42222paxabb ()()44222422222paaxabbaxab l承受氣體壓力的橢圓形殼體承受氣體壓力的橢圓形殼體無矩理論的應(yīng)用無矩理

24、論的應(yīng)用l承受氣體壓力的橢圓形殼體承受氣體壓力的橢圓形殼體n橢圓形封頭 鋼板沖壓成型 a/b 淺 易制造 a/b 深 制造難 n標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 a/b=2n 最大拉應(yīng)力與最大壓應(yīng)力在數(shù)值上相等，等于筒體上周向應(yīng)力封頭與筒體等強(qiáng)度無矩理論的應(yīng)用無矩理論的應(yīng)用l承受氣體壓力的橢圓形殼體承受氣體壓力的橢圓形殼體n封頭是與筒體相連接的。在連接部位，由于封頭和筒體的變形不協(xié)調(diào)，將產(chǎn)生邊緣力和力矩，引起封頭內(nèi)的附加應(yīng)力。無矩理論的應(yīng)用無矩理論的應(yīng)用l受壓薄殼部件獨(dú)立變形情況如圖左受壓薄殼部件獨(dú)立變形情況如圖左l受壓薄殼整體實(shí)際變形情況如圖右受壓薄殼整體實(shí)際變形情況如圖右l等厚度薄殼產(chǎn)生變形不一致的原因等厚度

25、薄殼產(chǎn)生變形不一致的原因n應(yīng)力突變（如球殼的周向應(yīng)力比圓筒殼的周向應(yīng)力小，球殼的周向應(yīng)變比圓筒殼的周向應(yīng)變小，導(dǎo)致球殼的半徑增大小于圓筒殼的半徑的增大量）n曲率突變（球殼的曲率半徑為有限定值，而圓筒的第一曲率半徑無限大，力學(xué)分析證明曲率變化引起彎曲應(yīng)力）薄殼壓力容器有力矩問題簡述薄殼壓力容器有力矩問題簡述M0M0M0M0P0P0P0P0l一般回轉(zhuǎn)薄殼產(chǎn)生彎曲應(yīng)力的原因一般回轉(zhuǎn)薄殼產(chǎn)生彎曲應(yīng)力的原因n應(yīng)力突變n幾何曲率突變n剛度突變（如圓平板與圓筒殼的連接，平板在其面內(nèi)的剛度比圓筒在同一面內(nèi)的剛度大得多，平板的徑向應(yīng)變比圓筒小很多）n殼體厚度突變n載荷突變（如支承處）、載荷不對(duì)稱、存在集中力和力

26、偶、存在圓周方向的法向線性分布載荷n材料性能突變n均勻應(yīng)力引起曲殼的拉伸，使其曲率發(fā)生變化，產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。由于變形限制在彈性范圍內(nèi)，這一彎曲應(yīng)力相對(duì)薄膜應(yīng)力是微量。薄殼壓力容器有力矩問題簡述薄殼壓力容器有力矩問題簡述l邊緣應(yīng)力的概念邊緣應(yīng)力的概念l不連續(xù)部位：殼體連接處和支承處l不連續(xù)部位的力學(xué)分析法（力法）：把殼體的解分解為薄膜解和有矩解。薄膜解用無力矩理論求解。有矩解采用如圖計(jì)算模型，求解保證不連續(xù)部位的變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的邊緣力P0和邊緣彎矩M0。分別建立在P0和M0以及介質(zhì)壓力作用下，使不連續(xù)部位的兩殼體的徑向位移和轉(zhuǎn)角保持相等的兩個(gè)方程，可求出P0和M0。然后把它們代入有力矩解方程中，求

27、出它們產(chǎn)生的應(yīng)力。l邊緣應(yīng)力：由邊緣力和邊緣彎矩引起的應(yīng)力薄殼壓力容器有力矩問題簡述薄殼壓力容器有力矩問題簡述M0M0M0M0P0P0P0P0l邊緣應(yīng)力的類型和特點(diǎn)邊緣應(yīng)力的類型和特點(diǎn)n邊緣應(yīng)力的類型：使不連續(xù)部位發(fā)生轉(zhuǎn)角變化的是彎曲應(yīng)力，沿殼體厚度線性變化；使平行圓脹縮的主要是沿壁厚均勻分布的應(yīng)力，屬薄膜應(yīng)力。n邊緣應(yīng)力的局部性：邊緣應(yīng)力僅局限在不連續(xù)部位附近，稱為邊緣應(yīng)力的局部性。其作用范圍與 同一量級(jí)。理論分析表明，邊緣應(yīng)力在邊緣附近區(qū)域較大，很快衰減到零.n邊緣應(yīng)力的自限性：當(dāng)殼體材料具有良好的塑性，在邊緣附近邊緣應(yīng)力值很高時(shí)，會(huì)使材料發(fā)生屈服，自動(dòng)使邊緣應(yīng)力限制在一定范圍。又因邊緣應(yīng)

28、力的局部性，屈服區(qū)被廣大彈性區(qū)包圍，從而不致使塑性區(qū)發(fā)生整體性塑性流動(dòng)，造成殼體破裂。薄殼壓力容器有力矩問題簡述薄殼壓力容器有力矩問題簡述R l回轉(zhuǎn)薄殼無力矩理論的適用條件回轉(zhuǎn)薄殼無力矩理論的適用條件n殼體的幾何：殼體厚度、曲率半徑不得有突變；n殼體的材料：殼體材料的物理性能相同；n受力情況：不能有集中力、不能有垂直于殼面法向的力和力矩、分布面力必須軸對(duì)稱；n邊界支承情況：只可有沿切線方向的約束，而且邊界處轉(zhuǎn)角與撓度不應(yīng)受到約束。薄殼壓力容器有力矩問題簡述薄殼壓力容器有力矩問題簡述l“規(guī)則設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)計(jì)”對(duì)邊緣應(yīng)力的處理方法對(duì)邊緣應(yīng)力的處理方法l殼體連接處采用撓性結(jié)構(gòu)：如圓弧過渡、不等厚板削薄連

29、接；l局部加強(qiáng)措施：如錐殼的加厚段；l減少外界引起的附加應(yīng)力：如焊接殘余應(yīng)力、支座處的集中應(yīng)力、開孔接管處的應(yīng)力集中。薄殼壓力容器有力矩問題簡述薄殼壓力容器有力矩問題簡述l在半徑為在半徑為R、厚度為、厚度為t、承受軸、承受軸對(duì)稱橫向載荷對(duì)稱橫向載荷pZ的圓平板中，的圓平板中，用半徑為用半徑為r和和r+dr的兩個(gè)圓柱以的兩個(gè)圓柱以及夾角為及夾角為d的兩個(gè)徑向截面，的兩個(gè)徑向截面，從圓板中截出一微圓體，見圖：從圓板中截出一微圓體，見圖： 平板問題平板問題平板問題平板問題l受軸對(duì)稱均布載荷薄圓平板的應(yīng)力有以下特點(diǎn)：受軸對(duì)稱均布載荷薄圓平板的應(yīng)力有以下特點(diǎn)：n板內(nèi)為二向應(yīng)力r，平行于中面各層相互之間的

30、正應(yīng)力及剪力引起的切應(yīng)力均可予以忽略；n正應(yīng)力r、沿板厚度呈直線分布，在板的上下表面有最大值，是純彎曲應(yīng)力；n應(yīng)力沿半徑的分布與周邊支承方式有關(guān)，在工程實(shí)際中的圓平板周邊支承是介于固支和簡支兩者之間的形式；n薄板結(jié)構(gòu)的最大彎曲應(yīng)力max與(R/t)2成正比，而薄殼的最大拉(壓)應(yīng)力與R/t成正比，故在相同R/t條件下，薄板所需厚度比薄殼大。平板問題平板問題l對(duì)于周邊簡對(duì)于周邊簡( (鉸鉸) )支情況來說，最大撓度和最大應(yīng)力均發(fā)生在圓板中心支情況來說，最大撓度和最大應(yīng)力均發(fā)生在圓板中心處，而對(duì)于周邊固支情況來說，最大撓度發(fā)生在中心處，最大應(yīng)力發(fā)處，而對(duì)于周邊固支情況來說，最大撓度發(fā)生在中心處，最

31、大應(yīng)力發(fā)生在圓板周邊處，如圖所示。生在圓板周邊處，如圖所示。 平板問題平板問題l支承的影響：周邊簡支承的影響：周邊簡( (鉸鉸) )支板的最大正應(yīng)力大于周邊固支板的應(yīng)力，支板的最大正應(yīng)力大于周邊固支板的應(yīng)力，周邊簡周邊簡( (鉸鉸) )支板的最大撓度遠(yuǎn)大于周邊固支板的撓度。支板的最大撓度遠(yuǎn)大于周邊固支板的撓度。l通常最大撓度和最大應(yīng)力與圓平板的材料通常最大撓度和最大應(yīng)力與圓平板的材料( (E、) )、半徑、厚度有關(guān)。、半徑、厚度有關(guān)。因此，若構(gòu)成板的材料和載荷已確定，則減小半徑或增加厚度都可減因此，若構(gòu)成板的材料和載荷已確定，則減小半徑或增加厚度都可減小撓度和降低最大正應(yīng)力。小撓度和降低最大正

32、應(yīng)力。l欲提高平板的強(qiáng)度和剛度。多是采用改變其周邊支承結(jié)構(gòu)，使它更趨欲提高平板的強(qiáng)度和剛度。多是采用改變其周邊支承結(jié)構(gòu)，使它更趨近于固支條件；增加圓平板厚度或用正交柵格、圓環(huán)肋加固平板等方近于固支條件；增加圓平板厚度或用正交柵格、圓環(huán)肋加固平板等方法來實(shí)現(xiàn)。法來實(shí)現(xiàn)。平板問題平板問題l壓力容器的應(yīng)力分類壓力容器的應(yīng)力分類n應(yīng)力分類的原因：u應(yīng)力產(chǎn)生的原因不同：如薄膜應(yīng)力是由于與外力平衡而產(chǎn)生的；邊緣應(yīng)力是由于保持不連續(xù)處的變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的；u應(yīng)力沿殼體壁厚的分布規(guī)律不同：如薄膜應(yīng)力是均勻分布；邊緣彎曲應(yīng)力是線性分布；u對(duì)殼體失效的貢獻(xiàn)不同：與外力平衡產(chǎn)生的應(yīng)力無自限性，對(duì)失效的貢獻(xiàn)大；有自限性

33、的應(yīng)力對(duì)失效的貢獻(xiàn)小。壓力容器應(yīng)力分析方法簡述壓力容器應(yīng)力分析方法簡述l壓力容器的應(yīng)力分類壓力容器的應(yīng)力分類n應(yīng)力分類的原則：u按應(yīng)力產(chǎn)生的原因u按應(yīng)力的分布u按對(duì)失效的影響壓力容器應(yīng)力分析方法簡述壓力容器應(yīng)力分析方法簡述l應(yīng)力分類：應(yīng)力分類： 一次應(yīng)力 二次應(yīng)力 峰值應(yīng)力n一次應(yīng)力（P）：平衡壓力與其它機(jī)械載荷的應(yīng)力。它是維持結(jié)構(gòu)各部分平衡直接需要的應(yīng)力，無自限性，隨外載荷增加而增加，直至容器破壞。u一次總體薄膜應(yīng)力（Pm）u一次彎曲應(yīng)力（Pb）u一次局部薄膜應(yīng)力（PL）壓力容器應(yīng)力分析方法簡述壓力容器應(yīng)力分析方法簡述u一次總體薄膜應(yīng)力（一次總體薄膜應(yīng)力（Pm） 沿厚度方向均勻分布，影響范圍

34、遍及整個(gè)受壓元件，一旦達(dá)沿厚度方向均勻分布，影響范圍遍及整個(gè)受壓元件，一旦達(dá)到屈服點(diǎn)，受壓元件整體發(fā)生屈服，應(yīng)力不重新分布，一直到整到屈服點(diǎn)，受壓元件整體發(fā)生屈服，應(yīng)力不重新分布，一直到整體破壞。體破壞。 例如：薄壁圓筒中由內(nèi)壓引起的環(huán)向薄膜應(yīng)力。例如：薄壁圓筒中由內(nèi)壓引起的環(huán)向薄膜應(yīng)力。u一次彎曲應(yīng)力（Pb） 是平衡壓力或其他機(jī)械載荷所需沿厚度方向線性分布的彎曲應(yīng)力。 例如：周邊簡支的受側(cè)面壓力的圓平板中心處的彎曲應(yīng)力。壓力容器應(yīng)力分析方法簡述壓力容器應(yīng)力分析方法簡述u一次局部薄膜應(yīng)力（一次局部薄膜應(yīng)力（PL） 是應(yīng)力水平超過一次總體薄膜應(yīng)力而影響范圍僅限于結(jié)構(gòu)局部區(qū)域的一次薄膜應(yīng)力。 由內(nèi)

35、壓和其它機(jī)械載荷引起的薄膜應(yīng)力及邊緣應(yīng)力中的薄膜應(yīng)力部分的統(tǒng)稱，即局部應(yīng)力區(qū)中薄膜應(yīng)力的總量。 例如：殼體與固定支座或與接管連接處由外加載荷引起的薄膜應(yīng)力。壓力容器應(yīng)力分析方法簡述壓力容器應(yīng)力分析方法簡述n二次應(yīng)力（二次應(yīng)力（Q）u為滿足相鄰元件間的約束或結(jié)構(gòu)自身變形的連續(xù)性要求的應(yīng)力，具有局部性和自限性。即滿足變形協(xié)調(diào)要求的附加應(yīng)力。如邊緣應(yīng)力、溫差引起的應(yīng)力。u只要不重復(fù)加載，二次應(yīng)力不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。在結(jié)構(gòu)內(nèi)的一次應(yīng)力能確保安全承受外載以及材料有足夠的延伸性的前提下，二次應(yīng)力水平的高低對(duì)結(jié)構(gòu)承受靜載能力并無影響。只在循環(huán)和交變載荷下，二次應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)喪失安定。壓力容器應(yīng)力分析方法簡述

36、壓力容器應(yīng)力分析方法簡述n峰值應(yīng)力（峰值應(yīng)力（F）u附加在一次加二次應(yīng)力之上的應(yīng)力增量。此增量源于局部不連續(xù)或局部熱應(yīng)力的影響。沿殼體厚度方向非線性分布，影響到1/4厚度范圍內(nèi)，數(shù)值很大。具有局部性和自限性。u是疲勞裂紋產(chǎn)生的根源或可能斷裂的原因，危險(xiǎn)程度較低。u例如在接管根部的應(yīng)力峰值存在峰值應(yīng)力。壓力容器應(yīng)力分析方法簡述壓力容器應(yīng)力分析方法簡述l壓力容器分析設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)各類應(yīng)力強(qiáng)度的限制壓力容器分析設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)各類應(yīng)力強(qiáng)度的限制nPmSm（許用應(yīng)力強(qiáng)度）nPL1.5Sm（極限載荷限制）nPm或PL+Pb1.5Sm （極限載荷限制）n(Pm或PL+Pb)+Q3Sm （安定性限制）n(Pm或PL+

37、Pb)+Q+F(2)Sa（疲勞壽命限制許用應(yīng)力幅）壓力容器應(yīng)力分析方法簡述壓力容器應(yīng)力分析方法簡述壓力容器應(yīng)力分析方法簡述壓力容器應(yīng)力分析方法簡述爆破總發(fā)生在遠(yuǎn)離封頭的圓筒體中部，從中央向兩頭撕裂封頭與筒體連接處存在較大的不連續(xù)應(yīng)力，但爆破不從這里開始l規(guī)則設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、方法和強(qiáng)度準(zhǔn)則規(guī)則設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、方法和強(qiáng)度準(zhǔn)則nGB150n各部件單獨(dú)設(shè)計(jì)，總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)的附加應(yīng)力，以應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)和形狀系數(shù)的形式引入壁厚計(jì)算式，并將這些局部應(yīng)力控制在許用范圍內(nèi)nGB150采用彈性失效準(zhǔn)則的最大主應(yīng)力理論壓力容器設(shè)計(jì)壓力容器設(shè)計(jì)l分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、方法和強(qiáng)度準(zhǔn)則：分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、方法和強(qiáng)度準(zhǔn)則：nJB4732n各部件單獨(dú)

38、設(shè)計(jì)厚度，然后再詳細(xì)考慮需要進(jìn)行應(yīng)力分析的部位，準(zhǔn)確計(jì)算容器內(nèi)重要部位的應(yīng)力分布情況，然后根據(jù)產(chǎn)生應(yīng)力的原因不同，對(duì)應(yīng)力進(jìn)行分類n對(duì)不同類別的應(yīng)力采用不同的強(qiáng)度準(zhǔn)則進(jìn)行限制壓力容器設(shè)計(jì)壓力容器設(shè)計(jì)l壓力容器設(shè)計(jì)的內(nèi)容壓力容器設(shè)計(jì)的內(nèi)容GB150按承壓性質(zhì)分內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)和外壓容器設(shè)計(jì)n容器材料選擇；n內(nèi)壓容器按強(qiáng)度設(shè)計(jì)，采用薄殼理論。對(duì)總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)部位，在壁厚計(jì)算式中，考慮邊緣處應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)或形狀系數(shù)進(jìn)行修正；n外壓容器的失效屬穩(wěn)定性破壞，GB150采用圖解法迭代計(jì)算；n開孔接管、支座處的局部應(yīng)力，采用局部處理或整體簡化模型處理。如開孔補(bǔ)強(qiáng)；對(duì)立式容器校核支座處局部應(yīng)力，對(duì)于臥式容器除校核支座

39、處應(yīng)力外，采用Zick的簡化模型對(duì)筒體進(jìn)行校核；n法蘭密封和強(qiáng)度設(shè)計(jì)；n支座設(shè)計(jì)。壓力容器設(shè)計(jì)壓力容器設(shè)計(jì)壓力容器設(shè)計(jì)壓力容器設(shè)計(jì)壓力容器設(shè)計(jì) 正確選材正確設(shè)計(jì)正確制造嚴(yán)格檢驗(yàn)按照規(guī)范要求減少內(nèi)應(yīng)力減少不連續(xù)應(yīng)力無損探傷保證焊縫質(zhì)量材料的韌性l內(nèi)壓球殼強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)壓球殼強(qiáng)度計(jì)算n計(jì)算厚度n計(jì)算應(yīng)力n設(shè)計(jì)溫度下最大允許工作壓力內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)內(nèi)壓容器設(shè)計(jì) 44citccOtcp Dpp Dp 044tcietetcetepDpD 044tewietewepDpD 0.6tcp tt l內(nèi)壓圓筒強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)壓圓筒強(qiáng)度計(jì)算n計(jì)算厚度n計(jì)算應(yīng)力n設(shè)計(jì)溫度下最大允許工作壓力內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)內(nèi)壓容器設(shè)計(jì) 22citc

40、cOtcp Dpp Dp 022tcietetcetepDpD 022tewietewepDpD 0.4tcp tt l內(nèi)壓橢圓形封頭（凹面受壓）強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)壓橢圓形封頭（凹面受壓）強(qiáng)度計(jì)算n計(jì)算厚度n設(shè)計(jì)溫度下最大允許工作壓力n為保證內(nèi)壓下的穩(wěn)定，還應(yīng)滿足：u對(duì)于Di/2hi2的封頭，有效厚度應(yīng)不小于0.15Di；u對(duì)于Di/2hi2的封頭，有效厚度應(yīng)不小于0.30Di ；u已考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)，可不受此限制。內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)內(nèi)壓容器設(shè)計(jì) 20.5220.5cihtccOhtcKp DpKp DKp 20.5tehwiehpKD 21262iiDKhl內(nèi)壓碟形封頭（凹面受壓）強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)壓碟形封

41、頭（凹面受壓）強(qiáng)度計(jì)算n計(jì)算厚度n設(shè)計(jì)溫度下最大允許工作壓力n為保證內(nèi)壓下的穩(wěn)定，還應(yīng)滿足：u對(duì)于Ri/r5.5的封頭，有效厚度應(yīng)不小于0.15Di；u其他的封頭，有效厚度應(yīng)不小于0.30Di ；u已考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)，可不受此限制。內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)內(nèi)壓容器設(shè)計(jì) 20.520.5cihtccOhtcMp RpMp RMp 20.5tehwiehpM R 134iRMr lGB150GB150其它受內(nèi)壓封頭其它受內(nèi)壓封頭n球冠形封頭(凹面受壓)（用增強(qiáng)系數(shù)修正筒體壁厚計(jì)算式）u直接作封頭u分隔兩獨(dú)立受壓室的中間封頭內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)l錐形封頭（半錐角錐形封頭（半錐角6060時(shí)按平蓋計(jì)算）時(shí)

42、按平蓋計(jì)算）n無折邊錐殼：當(dāng)半錐角30時(shí)可采用（大小端如需增強(qiáng)，用增強(qiáng)系數(shù)修正筒體壁厚計(jì)算式）；n大端折邊錐殼：當(dāng)半錐角3045時(shí)采用，過渡段轉(zhuǎn)角半徑r10%Di，且不小于該過渡段厚度的3倍（小端如需增強(qiáng)，用增強(qiáng)系數(shù)修正筒體壁厚計(jì)算式）；n小端折邊錐殼：當(dāng)45時(shí)采用，用增強(qiáng)系數(shù)修正筒體壁厚計(jì)算式計(jì)算過渡段壁厚，小端過渡段轉(zhuǎn)角半徑rs5%Dis ，且不小于該過渡段厚度的3倍。內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)lGB150GB150其它封頭其它封頭n變徑段n平蓋內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)l外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)nD0/e20的圓筒u假定n，令e=n-C，定出L/D0和D0/e；u在外壓圓

43、筒和管子的幾何參數(shù)計(jì)算圖的左方找到L/D0值，過此點(diǎn)沿水平方向右移與D0/e線相交（遇中間值用內(nèi)插法），若L/D0值大于50，則用L/D0=50查圖，若L/D0值小于0.05，則用L/D0=0.05查圖；u過此交點(diǎn)沿垂直方向下移，在圖的下方得到系數(shù)A；外壓容器設(shè)計(jì)外壓容器設(shè)計(jì)l外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)nD0/e20的圓筒n按所用材料選用適當(dāng)?shù)牟牧嫌?jì)算圖，在圖的下方找到系數(shù)A； 若A值落在設(shè)計(jì)溫度下材料的右方，則過此點(diǎn)垂直上移，與設(shè)計(jì)溫度下的材料線相交（遇中間溫度值用內(nèi)插法），再過此交點(diǎn)水平方向右移，在圖的右方得到系數(shù)B，并按下式計(jì)算許用外壓力p：n 若A超出設(shè)計(jì)溫度曲線的最

44、大值，取對(duì)應(yīng)溫度曲線右端點(diǎn)的縱坐標(biāo)值為B值。外壓容器設(shè)計(jì)外壓容器設(shè)計(jì) 0/eBpD l外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)nD0/e20的圓筒u按所用材料選用適當(dāng)?shù)牟牧嫌?jì)算圖，在圖的下方找到系數(shù)A； 若所得A值落在設(shè)計(jì)溫度下材料線的左方，則用下式計(jì)算許用外壓力p：up應(yīng)大于或等于pc，否則須再假設(shè)n，重復(fù)上述計(jì)算，直到p大于且接近pc為止外壓容器設(shè)計(jì)外壓容器設(shè)計(jì) 023/eAEpD l外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)nD0/e20的圓筒u用與上面相同的步驟得到系數(shù)B值，但對(duì)D0/e4.0的圓筒和管子按下式計(jì)算系數(shù)A值: 系數(shù)A0.1時(shí)，取A=0.1；外壓容器設(shè)計(jì)外壓容器設(shè)計(jì)

45、 201.1/eAD l外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)nD0/e20的圓筒u按下式計(jì)算許用外壓力p：0應(yīng)力，取以下兩值中的較小值up應(yīng)大于或等于pc,否則須再假設(shè)n,重復(fù)上述計(jì)算,直到p大于且接近pc為止外壓容器設(shè)計(jì)外壓容器設(shè)計(jì) 000022.251min0.0625,1/eeepBDDD 02t 00.20.90.9tteLpRR 或或lGB150GB150其它外壓殼體其它外壓殼體n球殼球殼n外壓橢圓形封頭（凸面受壓），應(yīng)注意系數(shù)外壓橢圓形封頭（凸面受壓），應(yīng)注意系數(shù)K1n外壓碟形封頭（凸面受壓）外壓碟形封頭（凸面受壓）n球冠形封頭（凸面受壓）球冠形封頭（凸面受壓）n外壓錐殼封

46、頭外壓錐殼封頭l加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)外壓容器設(shè)計(jì)外壓容器設(shè)計(jì)l殼體厚度殼體厚度n計(jì)算厚度 ：滿足容器強(qiáng)度剛度和穩(wěn)定性的厚度。n設(shè)計(jì)厚度d：計(jì)算厚度與腐蝕裕量C2之和。除上述要求外，還包括使用壽命。d=+C2n名義厚度n：設(shè)計(jì)厚度加上鋼板負(fù)偏差C1向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，即圖樣上注明的厚度，其值不小于設(shè)計(jì)厚度。n有效厚度e：e=n-C1-C2n毛坯厚度：名義厚度加上加工減薄量壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)n各厚度之間的關(guān)系各厚度之間的關(guān)系壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)l設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力pn設(shè)定設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為容器的基本設(shè)的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)

47、計(jì)溫度一起作為容器的基本設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力。計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力。n設(shè)計(jì)壓力的確定按設(shè)計(jì)壓力的確定按GB150.1GB150.1第第4.3.34.3.3規(guī)定規(guī)定n也可參照也可參照HG20581HG20581的規(guī)定（見下頁）的規(guī)定（見下頁）l計(jì)算壓力pcn在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可忽略不計(jì)。l工作壓力n在正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力。壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓

48、力容器設(shè)計(jì)參數(shù)l設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)溫度n容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。n設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力一起作為設(shè)計(jì)載荷條件。n設(shè)計(jì)溫度的確定按GB150.1第4.3.4和4.3.5規(guī)定。壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)l焊接接頭系數(shù)焊接接頭系數(shù)n表示焊縫區(qū)金屬強(qiáng)度與母材金屬強(qiáng)度的比值。對(duì)鋼制容器（對(duì)非鋼制容器按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定）：n雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接接頭100%無損探傷 =1.0局部無損探傷 =0.85n單面焊的對(duì)接接頭(沿焊縫根部全長具有緊貼基本金屬的墊板)100%無損探傷 =0.9局部無損探傷 =0.8壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)l鋼材厚度負(fù)偏差鋼

49、材厚度負(fù)偏差C1n按鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定選取。nGB708（24mm）、GB709（4.560mm）、GB713規(guī)定厚度負(fù)偏差采用GB709中的B級(jí)。壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)l腐蝕裕量腐蝕裕量C2n為防止容器元件由于腐蝕、機(jī)械磨損而導(dǎo)致厚度減薄，應(yīng)考慮腐蝕裕量；n對(duì)有腐蝕或磨損的元件，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的容器壽命和介質(zhì)對(duì)金屬材料的腐蝕速率確定腐蝕裕量；n容器各元件受到的腐蝕程度不同時(shí)，可采用不同的腐蝕裕量；n介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸汽或水的碳素鋼或低合金鋼制容器，腐蝕裕量不小于1mm。壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)l殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度n對(duì)碳素鋼

50、、低合金鋼制容器，不小于3mmn對(duì)高合金鋼制容器，不小于2mm壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)l許用應(yīng)力許用應(yīng)力n按GB150.2和相應(yīng)引用標(biāo)準(zhǔn)選取。壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)l安全系數(shù)安全系數(shù)n容規(guī)3.8 壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)l安全系數(shù)安全系數(shù)n容規(guī)3.8 壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)l安全系數(shù)安全系數(shù)n容規(guī)3.8 壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)l耐壓試驗(yàn)?zāi)蛪涸囼?yàn)n檢查容器在超工作壓力下的宏觀強(qiáng)度，包括材料的缺陷、容器各部分的變形和致密性。n壓力試驗(yàn)的種類：液壓、氣壓、氣液組合。n耐壓試驗(yàn)一般采用液壓試驗(yàn)，對(duì)不適宜進(jìn)行液壓試驗(yàn)的容器，可采用氣壓試驗(yàn)或氣液組合試驗(yàn)。n氣

51、液組合試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力按氣壓試驗(yàn)。n外壓容器以內(nèi)壓進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。n對(duì)于有2個(gè)或2個(gè)以上壓力室組成的多腔容器，每個(gè)壓力室的試驗(yàn)壓力按其設(shè)計(jì)壓力確定，各壓力室分別進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。注意公用元件在試驗(yàn)壓力下的穩(wěn)定性以及提高試驗(yàn)壓力時(shí)壓力腔的強(qiáng)度。壓力容器耐壓試驗(yàn)壓力容器耐壓試驗(yàn)n液壓試驗(yàn)液壓試驗(yàn)u試驗(yàn)液體一般用水，試驗(yàn)合格后應(yīng)立即將水排凈吹干；無法完全排凈吹干時(shí)，對(duì)奧氏體不銹鋼制容器，應(yīng)控制水的氯離子含量不超過25ppm。u也可采用不會(huì)導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)的其他試驗(yàn)液體，但試驗(yàn)時(shí)液體的溫度應(yīng)低于其閃點(diǎn)或沸點(diǎn)，并有可靠的安全措施。u試驗(yàn)溫度pQ345R、Q370R、07MnMoVR制容器，試驗(yàn)液體溫度不得低于5；p

52、其他碳鋼和低合金鋼制容器試驗(yàn)液體溫度不得低于15；p低溫容器試驗(yàn)液體溫度應(yīng)不低于殼體材料和焊接接頭的沖擊試驗(yàn)溫度加20；p若由于板厚等因素造成材料無塑性轉(zhuǎn)變溫度升高，需相應(yīng)提高試驗(yàn)溫度。壓力容器耐壓試驗(yàn)壓力容器耐壓試驗(yàn)n氣壓試驗(yàn)和氣液組合試驗(yàn)氣壓試驗(yàn)和氣液組合試驗(yàn)u試驗(yàn)用氣體應(yīng)為干燥潔凈的空氣、氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w，試驗(yàn)液體與液壓試驗(yàn)相同。u試驗(yàn)溫度同液壓試驗(yàn)。壓力容器耐壓試驗(yàn)壓力容器耐壓試驗(yàn)l耐壓試驗(yàn)壓力耐壓試驗(yàn)壓力n內(nèi)壓容器u液壓試驗(yàn)u氣壓試驗(yàn)或氣液組合試驗(yàn)壓力容器耐壓試驗(yàn)壓力容器耐壓試驗(yàn)n外壓容器外壓容器u液壓試驗(yàn)液壓試驗(yàn)u氣壓試驗(yàn)或氣液組合試驗(yàn)氣壓試驗(yàn)或氣液組合試驗(yàn) 1.25Ttpp 1

53、.1Ttpp 1.25Tpp 1.1Tpp l耐壓試驗(yàn)壓力耐壓試驗(yàn)壓力n對(duì)于立式容器采用臥置進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力應(yīng)計(jì)入立置試驗(yàn)時(shí)的液柱靜壓力；n工作條件下內(nèi)裝介質(zhì)的液柱靜壓力大于液壓試驗(yàn)的液柱靜壓力時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮相應(yīng)增加試驗(yàn)壓力；n容器銘牌上規(guī)定有最高允許工作壓力時(shí)，以其代替設(shè)計(jì)壓力p；n容器各主要受壓元件材料不同時(shí)，/t取最小值；nt不應(yīng)低于材料受抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度控制的許用應(yīng)力最小值。壓力容器耐壓試驗(yàn)壓力容器耐壓試驗(yàn)l耐壓試驗(yàn)應(yīng)力校核耐壓試驗(yàn)應(yīng)力校核n如果采用大于上述規(guī)定的試驗(yàn)壓力，在耐壓試驗(yàn)前，應(yīng)校核各受壓元件在試驗(yàn)條件下的應(yīng)力水平，例如對(duì)殼體元件校核最大總體薄膜應(yīng)力T 液壓試驗(yàn) T

54、0.9ReL 氣壓試驗(yàn)或氣液組合試驗(yàn)T0.8ReL壓力容器耐壓試驗(yàn)壓力容器耐壓試驗(yàn)l耐壓試驗(yàn)的免除耐壓試驗(yàn)的免除n不能按規(guī)定進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的容器，設(shè)計(jì)單位應(yīng)提出在確保容器安全運(yùn)行的前提下免除耐壓試驗(yàn)所應(yīng)采取的安全措施，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。n什么情況下耐壓試驗(yàn)可以免除？需要采取哪些措施？u壓力試驗(yàn)的免除是僅僅針對(duì)那些不可能進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)組焊的大型壓力容器，如催化裂化裝置中的有隔熱層大型反應(yīng)器和再生器，基礎(chǔ)不能承受試驗(yàn)液體重量的壓力容器等，不能作為一般在制造廠內(nèi)生產(chǎn)的壓力容器不進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的依據(jù)。 壓力容器耐壓試驗(yàn)壓力容器耐壓試驗(yàn)l耐壓試驗(yàn)的免除耐壓試驗(yàn)的免除u壓力試驗(yàn)免除

55、相當(dāng)于減少了壓力容器制造過程中的一個(gè)檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，當(dāng)然應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施以保證壓力容器的安全質(zhì)量。所采取的措施取決于使用者和設(shè)計(jì)者對(duì)容器的要求，一般性的措施如下： (1)提高對(duì)壓力容器材料的要求：化學(xué)成分、力學(xué)性能和檢驗(yàn)要求。 (2)提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：盡量采用全焊透接頭，避免嚴(yán)重的幾何不連續(xù)。 (3)提高無損檢測(cè)的比例和級(jí)別。 (4)提高容器的超壓泄放的能力。壓力容器耐壓試驗(yàn)壓力容器耐壓試驗(yàn)l泄漏試驗(yàn)泄漏試驗(yàn)n耐壓試驗(yàn)合格后，對(duì)于介質(zhì)毒性程度為極度、高度危害或者設(shè)計(jì)上不允許有微量泄漏的壓力容器，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行泄漏試驗(yàn)nHG20584規(guī)定應(yīng)作氣密性試驗(yàn)的壓力容器為 介質(zhì)為易燃易爆的； 介質(zhì)毒性程度為極度或

56、高度危害的； 較高真空度要求的； 有微量泄漏危機(jī)容器安全（襯里容器）和正常操作的。n氣密性試驗(yàn)壓力等于設(shè)計(jì)壓力。壓力容器泄漏試驗(yàn)壓力容器泄漏試驗(yàn)l泄漏試驗(yàn)泄漏試驗(yàn)n試驗(yàn)方法：u以空氣或其他惰性氣體，加壓至設(shè)計(jì)壓力（氣密性試驗(yàn)）；u氨滲漏檢測(cè)：以氨為介質(zhì)，用試紙檢查泄漏的方法（A、B、C法）；u鹵素檢漏；u氦質(zhì)譜泄漏試驗(yàn)。壓力容器泄漏試驗(yàn)壓力容器泄漏試驗(yàn)l節(jié)能要求nTSG R0004-2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程3.7規(guī)定:n壓力容器的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分考慮節(jié)能降耗原則，并且符合以下要求：u充分考慮壓力容器的經(jīng)濟(jì)性，合理選材，合理確定結(jié)構(gòu)尺寸；u對(duì)換熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高傳熱效率，滿足能效要求；u對(duì)有保溫或者保冷要求的壓力容器，要在設(shè)計(jì)文件中提出有效地保溫或者保冷措施。其他問題其他問題l關(guān)于充裝系數(shù)n對(duì)于液化石油氣體，當(dāng)容器內(nèi)剩有5的氣相空間，溫度升高1，容器內(nèi)的飽和蒸氣壓就升高0.020.03MPa。由于超量灌裝，隨著溫度升高，液化石油氣的液體就會(huì)