第3章 內(nèi)壓薄壁容器

1、第三章內(nèi)壓薄壁容器3.1 內(nèi)壓薄壁殼體強(qiáng)度計(jì)算第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.1.1 內(nèi)壓圓筒 內(nèi)壓圓筒為了保證圓筒的安全，根據(jù)第一強(qiáng)度理論（最大主應(yīng)力理論），應(yīng)使筒體上的最大應(yīng)力，即環(huán)向應(yīng)力2小于或等于圓筒材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力t。即為max=2t 所以，筒體的強(qiáng)度條件為 2= pD/2t 3.1 內(nèi)壓薄壁殼體強(qiáng)度計(jì)算第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.1.2 內(nèi)壓圓殼 在承受氣體內(nèi)壓時(shí)，球殼是中心對稱的，即經(jīng)向應(yīng)力1與環(huán)向應(yīng)力2相等。故根據(jù)第一強(qiáng)度理論，為保證球殼的強(qiáng)度，應(yīng)滿足以下條件，即max=1=2=則有= pD/4t3.1 內(nèi)壓薄壁殼體強(qiáng)度計(jì)算第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.1.3 容器最小壁厚 對于大型低

2、壓或常壓容器，按照上述強(qiáng)度公式計(jì)算的容器壁厚往往很薄，常常因剛度不足，在制造、運(yùn)輸和安裝過程中易發(fā)生變形。3.1 內(nèi)壓薄壁殼體強(qiáng)度計(jì)算第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.1.4 各類厚度的關(guān)系各類厚度之間的關(guān)系如圖3-1和表3-1所示。3.1 內(nèi)壓薄壁殼體強(qiáng)度計(jì)算第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.1.4 各類厚度的關(guān)系各類厚度之間的關(guān)系如圖3-1和表3-1所示。3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.2.1 壓力參數(shù)（1）工作壓力pw指在正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力，也稱為最高工作壓力。 （2）計(jì)算壓力pc指相應(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。（3）設(shè)計(jì)壓力p指設(shè)定的容器

3、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，其值不得低于工作壓力。3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.2.2 設(shè)計(jì)溫度t 設(shè)計(jì)溫度是指容器在正常工作情況下，在相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力下，設(shè)定的受壓元件的金屬溫度 元件的金屬溫度可用傳熱計(jì)算求得，或在已使用的同類容器上測定，或按內(nèi)部介質(zhì)溫度測定。當(dāng)不可能通過傳熱計(jì)算或測試結(jié)果確定時(shí)，可按以下方法確定。3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.2.2 設(shè)計(jì)溫度t 容器內(nèi)壁與介質(zhì)直接接觸且有保溫或保冷設(shè)施時(shí)，設(shè)計(jì)溫度可按表3-4確定。3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.2.2 設(shè)計(jì)溫度t 容器內(nèi)介質(zhì)被熱載體或冷載體間接加熱或冷卻

4、時(shí)，設(shè)計(jì)溫度按表3-5確定。3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.2.2 設(shè)計(jì)溫度t 容器內(nèi)介質(zhì)用蒸汽直接加熱或被內(nèi)置加熱元件（如加熱盤管、電熱元件等）間接加熱時(shí)，其設(shè)計(jì)溫度取被加熱介質(zhì)的最高工作溫度。 對液化氣用壓力容器，當(dāng)設(shè)計(jì)壓力確定后，其設(shè)計(jì)溫度就是與其對應(yīng)的飽和蒸汽壓的溫度。 安裝在室外無保溫設(shè)施的容器，最低設(shè)計(jì)溫度（0以下）受地方歷年月平均最低氣溫的控制。3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.2.3 許用應(yīng)力 許用應(yīng)力是容器殼體、封頭等受壓元件的材料許用強(qiáng)度，它是根據(jù)材料各項(xiàng)強(qiáng)度性能指標(biāo)分別除以相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的安全系數(shù)來確定的。 鋼制壓力容器用材料（除螺栓材料外）

5、許用應(yīng)力的取值方法見表3-6。3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.2.4 焊接接頭系數(shù) 通過焊接制成的容器，其焊縫處是比較薄弱的。這是因?yàn)楹缚p中可能存在夾渣、氣孔、裂紋、未焊透而使焊縫及熱影響區(qū)的強(qiáng)度受到削弱，因此，為了補(bǔ)償焊接時(shí)可能出現(xiàn)的焊接缺陷對容器強(qiáng)度的影響，引入了焊接接頭系數(shù)，它等于焊縫區(qū)金屬材料強(qiáng)度與母材強(qiáng)度的比值，反映了焊縫區(qū)材料強(qiáng)度的削弱程度。3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.2.4 焊接接頭系數(shù)容器主要受壓部分的焊接接頭部分分為A、B、C、D四類，如圖3-2所示。3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.2.5 壁厚附加量 按照計(jì)算公式得到的容器厚度，

6、不僅要滿足強(qiáng)度和剛度的要求，而且還要根據(jù)實(shí)際制造和使用情況，考慮鋼材的厚度負(fù)偏差及介質(zhì)對容器的腐蝕。因此，在確定容器厚度時(shí)，需要進(jìn)一步引入壁厚附加量C。即C=C1+C2 3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.2.5 壁厚附加量常用鋼板，鋼管厚度負(fù)偏差見表3-9表3-11。（1）鋼材的厚度負(fù)偏差C13.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.2.5 壁厚附加量常用鋼板，鋼管厚度負(fù)偏差見表3-9表3-11。（1）鋼材的厚度負(fù)偏差C13.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.2.5 壁厚附加量常用鋼板，鋼管厚度負(fù)偏差見表3-9表3-11。（1）鋼材的厚度負(fù)偏差C13.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

7、第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.2.5 壁厚附加量 由于容器多與工作介質(zhì)接觸，為防止由于腐蝕、機(jī)械磨損而導(dǎo)致厚度削弱減薄，需要考慮腐蝕裕量。如果資料不全或難以具體確定時(shí)，腐蝕裕量可以參考表3-12選用。（2）腐蝕裕量C23.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.2.6 壓力容器的公稱直徑和公稱壓力 為了便于設(shè)計(jì)和成批生產(chǎn)，提高制造質(zhì)量，增強(qiáng)零部件的互換性，降低生產(chǎn)成本，有關(guān)部門已經(jīng)針對某些化工設(shè)備及容器零部件制定了系列標(biāo)準(zhǔn)。 用鋼板卷制的筒體，其公稱直徑即等于內(nèi)徑，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的壓力容器公稱直徑系列，封頭的公稱直徑與筒體一致（見表3-13）。3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.2.6

8、壓力容器的公稱直徑和公稱壓力 用于輸送水、煤氣的鋼管，其公稱直徑單位既可用公制（mm），也可用英制（in），具體規(guī)格和尺寸見表3-14。3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.2.6 壓力容器的公稱直徑和公稱壓力 若容器的直徑較小，筒體可直接采用無縫鋼管制作，此時(shí)，公稱直徑則是指鋼管的外徑。無縫鋼管的公稱直徑、外徑及無縫鋼管制作筒體時(shí)的公稱直徑見表3-15。3.3 壓力試驗(yàn)第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.3.1 壓力試驗(yàn)的對象、目的及方法 壓力試驗(yàn)包括液壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)。從安全考慮，多數(shù)情況下盡可能采用液壓試驗(yàn)。但對不允許有微量殘留液體或容積過大及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的容器；嚴(yán)寒下易發(fā)生冰脹而不適宜作液壓試

9、驗(yàn)的容器均須進(jìn)行氣壓試驗(yàn)。對劇毒介質(zhì)容器和高壓易燃介質(zhì)等不允許有微量介質(zhì)泄漏的容器，在液壓試驗(yàn)合格后還要做氣密性試驗(yàn)。對需要進(jìn)行熱處理的容器，應(yīng)在熱處理后再做壓力試驗(yàn)。3.3 壓力試驗(yàn)第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.3.2 液壓試驗(yàn) 液壓試驗(yàn)液壓試驗(yàn)是將液體注滿容器后，再用泵逐步增壓到試驗(yàn)壓力，檢驗(yàn)容器的強(qiáng)度和密封結(jié)構(gòu)及焊縫的致密性。圖3-3所示為容器液壓試驗(yàn)示意圖。3.3 壓力試驗(yàn)第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.3.2 液壓試驗(yàn) 供試驗(yàn)用的液體一般為潔凈的水，需要時(shí)也可采用不會導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)的其它液體。試驗(yàn)時(shí)液體的溫度應(yīng)低于其閃點(diǎn)或沸點(diǎn)。奧氏體不銹鋼制容器用水進(jìn)行試驗(yàn)后，應(yīng)將水漬清除干凈，當(dāng)無法達(dá)到這一要求時(shí)

10、，應(yīng)控制水的氯離子含量不超過25mg/L。（1）試驗(yàn)介質(zhì)及要求3.3 壓力試驗(yàn)第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.3.2 液壓試驗(yàn)（2）試驗(yàn)方法試驗(yàn)時(shí)容器頂部應(yīng)設(shè)排氣口，以便充液時(shí)將容器內(nèi)部的空氣排盡。1試驗(yàn)時(shí)壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)壓力2對于夾套容器，應(yīng)首先進(jìn)行內(nèi)筒液壓試驗(yàn)3液壓試驗(yàn)完畢后，應(yīng)將液體排盡并用壓縮空氣將筒內(nèi)吹干。43.3 壓力試驗(yàn)第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.3.2 液壓試驗(yàn)（3）試驗(yàn)壓力的確定 試驗(yàn)壓力是進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)規(guī)定容器應(yīng)達(dá)到的壓力，該值在容器頂部的壓力表上直接讀出。試驗(yàn)壓力按以下規(guī)定選用。液壓試驗(yàn)時(shí)的試驗(yàn)壓力為3.3 壓力試驗(yàn)第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.3.2 液壓試驗(yàn)（4）試驗(yàn)應(yīng)力校

11、核壓力試驗(yàn)前，應(yīng)按式（3-10）校核受壓圓筒應(yīng)力，即3.3 壓力試驗(yàn)第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.3.3 氣壓試驗(yàn)（1）氣壓試驗(yàn)介質(zhì)、試驗(yàn)壓力及要求 氣壓試驗(yàn)所用氣體應(yīng)為干燥、清潔的空氣、氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w。容器內(nèi)若有殘留易燃?xì)怏w存在可能會導(dǎo)致爆炸時(shí)，不得用空氣作為試驗(yàn)介質(zhì)，對高壓及超高壓容器不宜采用氣壓試驗(yàn)。氣壓試驗(yàn)時(shí)的試驗(yàn)壓力為 3.3 壓力試驗(yàn)第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.3.3 氣壓試驗(yàn)（2）氣壓試驗(yàn)的方法 氣壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)緩慢升壓至規(guī)定試驗(yàn)壓力的10且不超過005MPa，保壓5min后對所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行初步泄漏檢查，如有泄漏，修補(bǔ)后重新試驗(yàn)。3.3 壓力試驗(yàn)第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.3.4

12、致密性試驗(yàn) 致密性試驗(yàn)的目的是檢查容器可拆連接部位的密封性。包括氣密性試驗(yàn)和煤油滲漏試驗(yàn)。對劇毒介質(zhì)按設(shè)計(jì)要求不允許有微量介質(zhì)泄漏的容器在液壓試驗(yàn)合格后，還需作氣密性試驗(yàn)(氣壓試驗(yàn)合格的容器不必再作氣密性試驗(yàn))，氣密性試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力可取設(shè)計(jì)壓力的1.05倍。3.3 壓力試驗(yàn)第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.3.5 外壓容器壓力試驗(yàn) 外壓容器和真空容器以內(nèi)壓進(jìn)行壓力試驗(yàn)，其試驗(yàn)壓力pT按下列方法確定。液壓試驗(yàn)： pT=1.25p氣壓試驗(yàn)： pT=1.15p 3.4 內(nèi)壓封頭結(jié)構(gòu)和封頭厚度計(jì)算第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.4.1 內(nèi)壓封頭結(jié)構(gòu)（1）半球形封頭半球形封頭實(shí)際上是球形殼體的一半，由球形殼體受力分析可知

13、，在容器內(nèi)介質(zhì)壓力的作用下，殼壁內(nèi)所產(chǎn)生的拉應(yīng)力僅是相同直徑與厚度的圓筒體的一半。如圖3-4所示 3.4 內(nèi)壓封頭結(jié)構(gòu)和封頭厚度計(jì)算第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.4.1 內(nèi)壓封頭結(jié)構(gòu)（2）橢圓形封頭橢圓形封頭是由半個(gè)橢球和直邊組成。直邊的作用是錯(cuò)開焊縫，避免筒體與封頭處出現(xiàn)曲率半徑突變，改善焊縫的受力狀況。直邊高度h有25mm、40mm和50mm三種。結(jié)構(gòu)如圖3-5所示3.4 內(nèi)壓封頭結(jié)構(gòu)和封頭厚度計(jì)算第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.4.1 內(nèi)壓封頭結(jié)構(gòu)（3）碟形封頭碟形封頭是帶折邊的球面封頭，如圖3-6所示，由半徑為R的球面，半徑為r的過渡圓弧(即折邊)和高度為h的直邊三部分組成。3.4 內(nèi)壓封頭結(jié)構(gòu)和封頭厚度計(jì)算第3章 內(nèi)壓薄壁容器3.4.1 內(nèi)壓封頭結(jié)構(gòu)（4）錐形封頭當(dāng)容器內(nèi)液體中含有固體顆?；蝠ざ容^大時(shí)，容器的底部常采用錐形封頭，以便匯集和卸料，如圖3-7（a）所示。當(dāng)兩個(gè)圓筒體直徑不同又需連接時(shí)，則采用錐形筒體進(jìn)行過渡，如圖3-7（b）所示。3.4