第5章壓力容器_2013

1、第第5 5章章 壓力容器壓力容器.1.第第5 5章章 壓力容器壓力容器.2.第5章 壓力容器第第5 5章章 壓力容器壓力容器.3.壓力容器壓力容器: : 化工生產(chǎn)所用的各種化工設(shè)備外部殼體的總稱(chēng)?；どa(chǎn)所用的各種化工設(shè)備外部殼體的總稱(chēng)?；ぴO(shè)備化工設(shè)備: : 各種貯罐、換熱器、蒸餾塔、各種貯罐、換熱器、蒸餾塔、 沉降器、過(guò)濾器、沉降器、過(guò)濾器、反應(yīng)器、合成爐等。反應(yīng)器、合成爐等。5.1 5.1 概述概述5.1.1 5.1.1 壓力容器總體結(jié)構(gòu)壓力容器總體結(jié)構(gòu)第第5 5章章 壓力容器壓力容器.4.容器結(jié)構(gòu)容器結(jié)構(gòu): :由筒體、封頭、法蘭、支座、接由筒體、封頭、法蘭、支座、接 管及人管及人 孔、

2、視鏡等組成，它們孔、視鏡等組成，它們 統(tǒng)稱(chēng)為化工設(shè)備通統(tǒng)稱(chēng)為化工設(shè)備通 用零部件。承壓不大的化工設(shè)備通用零部件用零部件。承壓不大的化工設(shè)備通用零部件 大都已有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可直接選用。大都已有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可直接選用。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.5.方形或矩形容器方形或矩形容器 由樣板焊成，制造簡(jiǎn)單，但承壓能力差，只用作由樣板焊成，制造簡(jiǎn)單，但承壓能力差，只用作小型常壓儲(chǔ)槽。小型常壓儲(chǔ)槽。.球形容器球形容器 由數(shù)塊弓形板拼焊而成。承壓能力好，但安置內(nèi)由數(shù)塊弓形板拼焊而成。承壓能力好，但安置內(nèi)件不便和制造稍難，一般僅用作儲(chǔ)罐。件不便和制造稍難，一般僅用作儲(chǔ)罐。5.1.2 5.1.2 壓力容器分

3、類(lèi)壓力容器分類(lèi)1.1.按容器形狀分類(lèi)按容器形狀分類(lèi).圓筒形容器圓筒形容器 由圓柱形筒體和各種成型封頭（半球形、橢由圓柱形筒體和各種成型封頭（半球形、橢圓、圓錐形）組成。由于制造容易，內(nèi)件安裝方便，圓、圓錐形）組成。由于制造容易，內(nèi)件安裝方便，而且承壓能力較好，因此這類(lèi)容器應(yīng)用最廣。而且承壓能力較好，因此這類(lèi)容器應(yīng)用最廣。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.6.塔塔設(shè)設(shè)備備第第5 5章章 壓力容器壓力容器.7.球罐球罐第第5 5章章 壓力容器壓力容器.8.第第5 5章章 壓力容器壓力容器.9.內(nèi)壓容器內(nèi)壓容器與與外壓容器外壓容器兩類(lèi)兩類(lèi)2.2.按承壓性質(zhì)分類(lèi)按承壓性質(zhì)分類(lèi)內(nèi)壓容器：內(nèi)壓容器：容器內(nèi)

4、部介質(zhì)壓力外界壓力容器內(nèi)部介質(zhì)壓力外界壓力v常壓容器：常壓容器：設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力0.1MPa0.1MPa；v低壓容器（低壓容器（L L）：）：設(shè)計(jì)壓力為設(shè)計(jì)壓力為0.10.11.6 MPa1.6 MPa；v中壓容器（中壓容器（M M）：）：設(shè)計(jì)壓力為設(shè)計(jì)壓力為1.61.610 MPa10 MPa；v高壓容器（高壓容器（H H）：）：設(shè)計(jì)壓力為設(shè)計(jì)壓力為1010100 MPa100 MPa；v超高壓容器（超高壓容器（U U）：）：設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力100 MPa100 MPa。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.10.外壓容器：外壓容器：（容器內(nèi)部介質(zhì)壓力外界壓力）（容器內(nèi)部介質(zhì)壓力外界壓力）如常減

5、壓蒸餾裝置中的減壓分餾塔，潛水艇，反應(yīng)釜內(nèi)筒。如常減壓蒸餾裝置中的減壓分餾塔，潛水艇，反應(yīng)釜內(nèi)筒。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.11.金屬容器：目前廣泛應(yīng)用低碳鋼和低合金鋼制金屬容器：目前廣泛應(yīng)用低碳鋼和低合金鋼制 造，在腐蝕嚴(yán)重或產(chǎn)品純度要求較高造，在腐蝕嚴(yán)重或產(chǎn)品純度要求較高 的場(chǎng)合，使用不銹鋼，不銹復(fù)合鋼板的場(chǎng)合，使用不銹鋼，不銹復(fù)合鋼板 或鋁合金等制造。必要時(shí)可采用特種或鋁合金等制造。必要時(shí)可采用特種 鋼材或鈦等材質(zhì)。鋼材或鈦等材質(zhì)。非金屬容器：常用的材料有硬聚氫乙烯，玻璃非金屬容器：常用的材料有硬聚氫乙烯，玻璃 鋼，不透性石墨，化工陶瓷等。鋼，不透性石墨，化工陶瓷等。 也可在鋼制

6、容器內(nèi)加非金屬襯里也可在鋼制容器內(nèi)加非金屬襯里 或涂層?；蛲繉印?.3.按結(jié)構(gòu)材料分類(lèi)按結(jié)構(gòu)材料分類(lèi)從制造容器的材料來(lái)看，可分為：從制造容器的材料來(lái)看，可分為：第第5 5章章 壓力容器壓力容器.12.反應(yīng)壓力容器：容器內(nèi)介質(zhì)有物理或化學(xué)反反應(yīng)壓力容器：容器內(nèi)介質(zhì)有物理或化學(xué)反 應(yīng)，使介質(zhì)分離為多種產(chǎn)品或應(yīng)，使介質(zhì)分離為多種產(chǎn)品或 幾種物質(zhì)合成為某一種產(chǎn)品。幾種物質(zhì)合成為某一種產(chǎn)品。換熱壓力容器：容器內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行熱量交換達(dá)到換熱壓力容器：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。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、例如：原油分離成為汽油、煤油、柴油、石蠟油、瀝青、焦

7、炭等。瀝青、焦炭等。又如：將水、煤氣、氨氣合成為合成氨。又如：將水、煤氣、氨氣合成為合成氨。4.4.按使用場(chǎng)合分類(lèi)按使用場(chǎng)合分類(lèi)第第5 5章章 壓力容器壓力容器.13.分離壓力容器：將介質(zhì)的液體壓力平衡和氣體凈分離壓力容器：將介質(zhì)的液體壓力平衡和氣體凈 化分離的容器；如分離器、過(guò)濾化分離的容器；如分離器、過(guò)濾 器、集油器、緩沖器、洗滌器、器、集油器、緩沖器、洗滌器、 吸收器、干燥塔等。吸收器、干燥塔等。儲(chǔ)存壓力容器：用于盛裝生產(chǎn)或生活用的原料氣儲(chǔ)存壓力容器：用于盛裝生產(chǎn)或生活用的原料氣 體、液體、液化氣體等。如各種體、液體、液化氣體等。如各種 型式的儲(chǔ)罐、槽車(chē)等。型式的儲(chǔ)罐、槽車(chē)等。第第5 5

8、章章 壓力容器壓力容器.14. 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局在國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局在壓力容器安全技術(shù)監(jiān)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程察規(guī)程中根據(jù)受壓容器的壓力高低、介質(zhì)的危害中根據(jù)受壓容器的壓力高低、介質(zhì)的危害程度，以及在生產(chǎn)過(guò)程中的重要作用，將壓力容器程度，以及在生產(chǎn)過(guò)程中的重要作用，將壓力容器分為三類(lèi)，進(jìn)行安全技術(shù)管理和監(jiān)督檢查。分為三類(lèi)，進(jìn)行安全技術(shù)管理和監(jiān)督檢查。5.5.按安全監(jiān)察規(guī)程分類(lèi)按安全監(jiān)察規(guī)程分類(lèi)第第5 5章章 壓力容器壓力容器.15.2 2）中壓，介質(zhì)為劇毒，容積很大的容器。）中壓，介質(zhì)為劇毒，容積很大的容器。3 3）低壓，介質(zhì)為極毒，容積很大的容器。）低壓，介質(zhì)為極毒，容積很大的容器。4

9、4）高壓、中壓）高壓、中壓 管殼式余熱鍋爐。管殼式余熱鍋爐。5 5）使用材料強(qiáng)度級(jí)別較高的壓力容器。）使用材料強(qiáng)度級(jí)別較高的壓力容器。 b b540 MPa540 MPa6 6）移動(dòng)式壓力容器、各種罐車(chē)、集裝箱等。）移動(dòng)式壓力容器、各種罐車(chē)、集裝箱等。7 7）球形儲(chǔ)罐。（）球形儲(chǔ)罐。（V 50 mV 50 m3 3）8 8）低溫液體儲(chǔ)存容器。（）低溫液體儲(chǔ)存容器。（V 5 mV 5 m3 3）其中其中:PV:PV指壓力與容積的乘積值。指壓力與容積的乘積值。第三類(lèi)壓力容器，屬于下列情況之一者：第三類(lèi)壓力容器，屬于下列情況之一者：1 1）高壓容器、超高壓容器。）高壓容器、超高壓容器。第第5 5章章

10、 壓力容器壓力容器.16.第二類(lèi)壓力容器：第二類(lèi)壓力容器：1 1）中壓容器。）中壓容器。2 2）低壓容器、反應(yīng)器、介質(zhì)毒性為極度或中度。）低壓容器、反應(yīng)器、介質(zhì)毒性為極度或中度。3 3）低壓管殼式余熱鍋爐。）低壓管殼式余熱鍋爐。第一類(lèi)壓力容器：第一類(lèi)壓力容器：低壓容器（除以上規(guī)定的低壓容器）低壓容器（除以上規(guī)定的低壓容器）對(duì)一、二、三類(lèi)容器的生產(chǎn)與制造，必須由勞動(dòng)監(jiān)察部門(mén)對(duì)一、二、三類(lèi)容器的生產(chǎn)與制造，必須由勞動(dòng)監(jiān)察部門(mén)發(fā)給相應(yīng)的資質(zhì)證書(shū)才能生產(chǎn)與制造。發(fā)給相應(yīng)的資質(zhì)證書(shū)才能生產(chǎn)與制造。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.17. 容器的工藝尺寸由工藝計(jì)算確定，容器的機(jī)械設(shè)容器的工藝尺寸由工藝計(jì)算

11、確定，容器的機(jī)械設(shè)計(jì)主要包括容器總體結(jié)構(gòu)及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為滿足計(jì)主要包括容器總體結(jié)構(gòu)及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為滿足容器的安全及使用要求，零部件應(yīng)滿足以下要求：容器的安全及使用要求，零部件應(yīng)滿足以下要求：強(qiáng)度強(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。剛度剛度有足夠的抵抗外力變形的能力，以有足夠的抵抗外力變形的能力，以 防止變形過(guò)大。防止變形過(guò)大。穩(wěn)定性穩(wěn)定性有保持自身形狀的能力，以防壓癟有保持自身形狀的能力，以防壓癟 或皺折?；虬櫿?。5.1.3 5.1.3 容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求分類(lèi)容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求分類(lèi)耐久性耐久性在介質(zhì)腐蝕下可長(zhǎng)期使用，一般在介質(zhì)腐蝕下可長(zhǎng)期使用，一般 使用

12、年限在使用年限在1515年以上。年以上。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.18.其他其他制造性能、操作性能、維修運(yùn)輸性制造性能、操作性能、維修運(yùn)輸性 能、經(jīng)濟(jì)性等。能、經(jīng)濟(jì)性等。氣密性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。 僅限于設(shè)計(jì)壓力僅限于設(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)。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.19.GB150-2011GB150-2011鋼制壓力容器鋼制壓力容器容器標(biāo)準(zhǔn)容器標(biāo)準(zhǔn)GB151GB151管殼式換熱器管殼式換熱器 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了該標(biāo)

13、準(zhǔn)規(guī)定了鋼制壓力容器的設(shè)鋼制壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收要求。驗(yàn)收要求。 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了非直接受火管了非直接受火管殼式換熱器的設(shè)殼式換熱器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收的要求。和驗(yàn)收的要求。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.20.5.2.5.2.內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析回轉(zhuǎn)薄壁殼體：回轉(zhuǎn)薄壁殼體： 圓筒形、球形、橢球形、圓錐形薄壁殼體。圓筒形、球形、橢球形、圓錐形薄壁殼體。 由于內(nèi)壓作用使殼壁的環(huán)向受到拉伸，均勻向由于內(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，使殼壁的外膨脹，在圓周的切線方向產(chǎn)生拉應(yīng)力，使殼壁

14、的縱向截面產(chǎn)生環(huán)向拉伸應(yīng)力，稱(chēng)為環(huán)向薄膜應(yīng)力，縱向截面產(chǎn)生環(huán)向拉伸應(yīng)力，稱(chēng)為環(huán)向薄膜應(yīng)力，又稱(chēng)為周向應(yīng)力，用又稱(chēng)為周向應(yīng)力，用表示。表示。環(huán)向薄膜應(yīng)力環(huán)向薄膜應(yīng)力徑向薄膜應(yīng)力徑向薄膜應(yīng)力 由于內(nèi)壓作用使殼壁沿徑向也受到拉伸，產(chǎn)生由于內(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(chēng)為徑向薄膜應(yīng)力，用徑向拉應(yīng)力，稱(chēng)為徑向薄膜應(yīng)力，用表示。表示。在內(nèi)壓作用下，殼壁將產(chǎn)生兩個(gè)方向的拉伸應(yīng)力：在內(nèi)壓作用下，殼壁將產(chǎn)生兩個(gè)方向的拉伸應(yīng)力：第第5 5章章 壓力容器壓力容器.21.K1K2第第5 5章章 壓力容器壓力容器.22. 如下圖，為一承受氣壓如下圖，為一承受氣壓P P作用的圓筒形容器，殼作用的圓筒形

15、容器，殼壁上任一點(diǎn)壁上任一點(diǎn)K K將在兩個(gè)方向上產(chǎn)生拉伸應(yīng)力：將在兩個(gè)方向上產(chǎn)生拉伸應(yīng)力：5.2.15.2.1圓筒形殼體上的薄膜應(yīng)力圓筒形殼體上的薄膜應(yīng)力第第5 5章章 壓力容器壓力容器.23.經(jīng)向薄膜應(yīng)力經(jīng)向薄膜應(yīng)力 用一個(gè)垂直圓筒軸線的橫截面，將筒體分為用一個(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，作用在筒兩部分，保留左邊部分。由平衡條件，作用在筒體上的軸向外力為：體上的軸向外力為： 作用在截面上的軸向內(nèi)力為：作用在截面上的軸向內(nèi)力為： ，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其中：其中：P P內(nèi)壓，內(nèi)壓，MPaMPa D D筒

16、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 筒體經(jīng)向應(yīng)力，筒體經(jīng)向應(yīng)力，MPaMPa。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.24.環(huán)向薄膜應(yīng)力環(huán)向薄膜應(yīng)力 假想將圓筒沿軸線對(duì)稱(chēng)剖開(kāi)，取下半部分進(jìn)行假想將圓筒沿軸線對(duì)稱(chēng)剖開(kāi)，取下半部分進(jìn)行分析?？芍饔迷谙掳氩糠謿んw上的分析。可知，作用在下半部分殼體上的y y軸方向的合軸方向的合外力為：外力為：作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（5-25-2）薄壁圓筒承受內(nèi)壓

17、時(shí)，環(huán)向應(yīng)力是軸向應(yīng)力的兩倍。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(kāi)橢圓孔時(shí)，應(yīng)使橢圓孔的短軸因此在圓筒上如果要開(kāi)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的程度。平行于筒體的軸線，以減小縱向截面被削弱的程度。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.25. 球形殼體各點(diǎn)曲率均相同，故球殼上的兩向應(yīng)球形殼體各點(diǎn)曲率均相同，故球殼上的兩向應(yīng)力值也是相等的，由受力平衡條件可以求得截面上力值也是相等的，由受力平衡條件可以求得截面上薄膜應(yīng)力為：薄膜應(yīng)力為：4PD（5-3） 與圓筒形殼體相比，球形殼體上薄膜應(yīng)力只有與圓筒形殼體相比，球形殼體上薄膜應(yīng)力只有圓筒形殼

18、體上最大薄膜應(yīng)力的一半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況下，殼體的厚度可以減小很多，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)省一定的金屬材料。故可以節(jié)省一定的金屬材料。5.2.2 5.2.2 受氣壓作用的球形殼體受氣壓作用的球形殼體第第5 5章章 壓力容器壓力容器.26. 在化工容器中，橢球形殼體主要是用它的一半在化工容器中，橢球形殼體主要是用它的一半作容器的封頭，其形狀如圖作容器的封頭，其形狀如圖5-55-5，橢球殼體由長(zhǎng)短軸，橢球殼體由長(zhǎng)短軸a a、b b組成的橢圓曲線繞組成的橢圓曲線繞y y軸旋軸一周形成的半個(gè)橢球軸旋軸一周形成的半個(gè)橢球形殼體，橢球殼從

19、頂點(diǎn)到赤道各點(diǎn)處的半徑值并不形殼體，橢球殼從頂點(diǎn)到赤道各點(diǎn)處的半徑值并不相同，故各點(diǎn)處應(yīng)力大小也不相同。相同，故各點(diǎn)處應(yīng)力大小也不相同。（5-5）5.2.35.2.3受內(nèi)壓作用的橢球形殼體受內(nèi)壓作用的橢球形殼體第第5 5章章 壓力容器壓力容器.27.)(22224baxabP 由橢圓曲線方程及受力推導(dǎo)可得到橢球形殼體由橢圓曲線方程及受力推導(dǎo)可得到橢球形殼體上任一點(diǎn)的薄膜應(yīng)力為：上任一點(diǎn)的薄膜應(yīng)力為：)(2 )(2222442224baxaabaxabP（5-4）對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭頂點(diǎn)的經(jīng)向應(yīng)力比邊緣對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭頂點(diǎn)的經(jīng)向應(yīng)力比邊緣處的經(jīng)向應(yīng)力值大一倍。處的經(jīng)向應(yīng)力值大一倍。橢

20、圓形封頭頂點(diǎn)處的環(huán)向應(yīng)力和邊緣上的環(huán)向應(yīng)力橢圓形封頭頂點(diǎn)處的環(huán)向應(yīng)力和邊緣上的環(huán)向應(yīng)力值相等，符號(hào)相反。值相等，符號(hào)相反。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.28. 錐形殼體，如錐形殼體，如圖圖5-65-6所示，由分析所示，由分析推導(dǎo)可得其兩向薄推導(dǎo)可得其兩向薄膜應(yīng)力為：膜應(yīng)力為：cosPrcos2Pr5.2.45.2.4受氣壓作用的錐形殼體受氣壓作用的錐形殼體其中：其中：r r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殼體的半錐角 P P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第第5 5章章 壓力容器壓力容器.29

21、.在錐殼上任一點(diǎn)處的兩向應(yīng)力為：在錐殼上任一點(diǎn)處的兩向應(yīng)力為：2 即錐形殼體上即錐形殼體上環(huán)向應(yīng)力是徑向應(yīng)力的兩倍環(huán)向應(yīng)力是徑向應(yīng)力的兩倍，與圓，與圓筒形殼體相同。筒形殼體相同。 由應(yīng)力計(jì)算公式可知，由應(yīng)力計(jì)算公式可知，角增大，應(yīng)力也隨著增角增大，應(yīng)力也隨著增加加, ,角應(yīng)根據(jù)制造，使用需要合理選取。另外還可角應(yīng)根據(jù)制造，使用需要合理選取。另外還可以看出，以看出，兩向應(yīng)力隨著兩向應(yīng)力隨著r r的增加而增加。在的增加而增加。在r=R,r=R,錐殼錐殼開(kāi)口處，兩向應(yīng)力有最大值，在錐頂端開(kāi)口處，兩向應(yīng)力有最大值，在錐頂端r=0r=0處，兩向處，兩向應(yīng)力為零。應(yīng)力為零。第第5 5章章 壓力容器壓力容器

22、.30.邊緣應(yīng)力邊緣應(yīng)力：當(dāng)薄壁殼體的幾何形狀發(fā)生突變，或載當(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、殼體厚度有突變，材料有突變等，荷分布發(fā)生突變、殼體厚度有突變，材料有突變等，都會(huì)在突變處產(chǎn)生附加的局部應(yīng)力都會(huì)在突變處產(chǎn)生附加的局部應(yīng)力。 這種局部應(yīng)力有時(shí)數(shù)值較高，會(huì)導(dǎo)致容器破壞，因此在這種局部應(yīng)力有時(shí)數(shù)值較高，會(huì)導(dǎo)致容器破壞，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)予以重視。設(shè)計(jì)中應(yīng)予以重視。5.2.55.2.5邊緣應(yīng)力的概念邊緣應(yīng)力的概念第第5 5章章 壓力容器壓力容器.31.邊緣應(yīng)力的兩個(gè)特點(diǎn)邊緣應(yīng)力的兩個(gè)特點(diǎn)邊緣應(yīng)力具有局限性邊緣應(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，但其作用范在某些情

23、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，邊緣應(yīng)力會(huì)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)力的一個(gè)特點(diǎn)。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)。邊緣應(yīng)力的自限性邊緣應(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)生的彈邊緣應(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。一旦材料在邊緣應(yīng)力作用下發(fā)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)力也就自生了塑性變形。這種彈性相互約束就會(huì)緩解，邊緣

24、應(yīng)力也就自然受到限制。然受到限制。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.32.根據(jù)邊緣應(yīng)力的兩個(gè)特點(diǎn)，使邊緣應(yīng)力降低的措施有根據(jù)邊緣應(yīng)力的兩個(gè)特點(diǎn)，使邊緣應(yīng)力降低的措施有：a a）改變連接處的結(jié)構(gòu)，以降低突變程度。如圓弧過(guò)渡。）改變連接處的結(jié)構(gòu)，以降低突變程度。如圓弧過(guò)渡。b b）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。）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。d d）降低邊緣區(qū)的殘余應(yīng)力。）降低邊緣區(qū)的殘余應(yīng)力。c c）保證邊緣區(qū)的焊縫質(zhì)量。）保證邊緣區(qū)的焊縫質(zhì)量。e e）在邊緣區(qū)盡可能避免附加其他局部應(yīng)力或開(kāi)孔。）在邊緣區(qū)盡可能避免附加其他局部應(yīng)力或開(kāi)孔。第第5 5

25、章章 壓力容器壓力容器.33.第第5 5章章 壓力容器壓力容器.34. 對(duì)于內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算重點(diǎn)是殼體、封對(duì)于內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算重點(diǎn)是殼體、封頭的強(qiáng)度計(jì)算，通過(guò)合理選取材料進(jìn)行殼體和封頭頭的強(qiáng)度計(jì)算，通過(guò)合理選取材料進(jìn)行殼體和封頭的壁厚計(jì)算以確定殼體、封頭的結(jié)構(gòu)尺寸及壁厚。的壁厚計(jì)算以確定殼體、封頭的結(jié)構(gòu)尺寸及壁厚。 設(shè)計(jì)壓力：一般是指設(shè)定的容器頂部的最高壓設(shè)計(jì)壓力：一般是指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，但不能等同于容器的工作壓力。它是用于容器力，但不能等同于容器的工作壓力。它是用于容器壁厚計(jì)算的壓力值，其值不得低于最大工作壓力。壁厚計(jì)算的壓力值，其值不得低于最大工作壓力。 工作壓力：由

26、工藝過(guò)程計(jì)算得到的，設(shè)備工作工作壓力：由工藝過(guò)程計(jì)算得到的，設(shè)備工作過(guò)程中的最高工作壓力。過(guò)程中的最高工作壓力。5.35.3內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計(jì)計(jì)算5.3.15.3.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定設(shè)計(jì)參數(shù)的確定1.1.設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力P P第第5 5章章 壓力容器壓力容器.35.對(duì)于裝有安全閥的內(nèi)壓容器：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：對(duì)于兩側(cè)受壓的壓力容器元件：P P 分別取兩分別取兩 側(cè)設(shè)計(jì)壓力側(cè)設(shè)計(jì)壓力 值進(jìn)行設(shè)計(jì)值進(jìn)行設(shè)計(jì).對(duì)于真空容器有安全閥控制：對(duì)于真空容器有安全閥控制： 或或 中的較小值。中的較小值。.對(duì)于無(wú)安全閥控制的真空設(shè)備：對(duì)于無(wú)安全閥控制的真空

27、設(shè)備：工作PP) 1 . 105. 1 (壓差PP25. 1MPaP1 . 0MPaP1 . 0設(shè)計(jì)壓力值的選?。涸O(shè)計(jì)壓力值的選取：第第5 5章章 壓力容器壓力容器.36. 設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)溫度: :容器正常工作情況下，在相應(yīng)的設(shè)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（指定壓力下殼壁可能達(dá)到的最高或最低的（指-20-20以下）平均壁溫。以下）平均壁溫。 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)，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)，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可按介

28、質(zhì)的最高（或最低）工作溫度加減一定余量而確定，如表而確定，如表5-25-2。2.2.設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)溫度t t 介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度-20t15時(shí)，取介質(zhì)最低工作溫度減時(shí)，取介質(zhì)最低工作溫度減5-10 為設(shè)計(jì)溫度。為設(shè)計(jì)溫度。 介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度t15,取介質(zhì)最高工作溫度或介質(zhì)工作溫度加取介質(zhì)最高工作溫度或介質(zhì)工作溫度加15-30 為設(shè)計(jì)溫度。為設(shè)計(jì)溫度。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.37. 許用應(yīng)力許用應(yīng)力是材料在設(shè)計(jì)溫度下，已考慮了一定是材料在設(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，如表安全系數(shù)的應(yīng)力值，一般由查表得到，如表5-35-3。 許用應(yīng)力許用應(yīng)力是決定容器強(qiáng)度條件是否

29、滿足的重要是決定容器強(qiáng)度條件是否滿足的重要參數(shù)。參數(shù)。查表查表5-35-316MnR16MnR材料材料,6-16,6-16板厚板厚,200,200時(shí)時(shí), t t=170Mpa=170Mpa。16MnR16MnR材料材料,6-36,6-36板厚板厚,200 ,200 時(shí)時(shí), t t=159Mpa=159Mpa。3.3.許用應(yīng)力許用應(yīng)力第第5 5章章 壓力容器壓力容器.38.4.4.焊接接頭系數(shù)焊接接頭系數(shù)表示鋼板卷焊時(shí)，筒體與封頭焊接接頭處由于有表示鋼板卷焊時(shí)，筒體與封頭焊接接頭處由于有夾渣夾渣、氣孔氣孔、未焊透未焊透或或焊縫兩側(cè)過(guò)熱區(qū)焊縫兩側(cè)過(guò)熱區(qū)的影響等，造成材料強(qiáng)度的削弱的影響等，造成材料

30、強(qiáng)度的削弱( ( 1)1)；對(duì)于雙面對(duì)接焊，全焊透的焊縫，其焊縫系數(shù)在對(duì)于雙面對(duì)接焊，全焊透的焊縫，其焊縫系數(shù)在100%100%無(wú)損檢測(cè)情況下，取無(wú)損檢測(cè)情況下，取=1=1，做局部無(wú)損檢測(cè)，做局部無(wú)損檢測(cè)情況下，取情況下，取=0.85=0.85。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.39.5.5.厚度附加量厚度附加量C C考慮到鋼板厚度在考慮到鋼板厚度在軋制時(shí)的負(fù)偏差軋制時(shí)的負(fù)偏差、生產(chǎn)過(guò)程中各種生產(chǎn)過(guò)程中各種介介質(zhì)的腐蝕而減薄質(zhì)的腐蝕而減薄等影響。等影響。 厚度附加量厚度附加量C C由兩部分組成，即由兩部分組成，即21CCC第第5 5章章 壓力容器壓力容器.40.鋼板厚度負(fù)偏差鋼板厚度負(fù)偏差C

31、C1 1 制造容器，封頭等構(gòu)件的鋼板，其根據(jù)鋼材尺制造容器，封頭等構(gòu)件的鋼板，其根據(jù)鋼材尺寸標(biāo)準(zhǔn)，必然存在正、負(fù)偏差，因此，在厚度計(jì)算寸標(biāo)準(zhǔn)，必然存在正、負(fù)偏差，因此，在厚度計(jì)算時(shí)，為了容器設(shè)計(jì)的厚度值要求，應(yīng)將可能存在的時(shí)，為了容器設(shè)計(jì)的厚度值要求，應(yīng)將可能存在的負(fù)偏差值負(fù)偏差值C C1 1預(yù)先增加在計(jì)算中。鋼板厚度的負(fù)偏差預(yù)先增加在計(jì)算中。鋼板厚度的負(fù)偏差在制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中可以查表得到，如表在制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中可以查表得到，如表5-5.5-5. 當(dāng)當(dāng)C C1 1值不大于值不大于0.25mm0.25mm時(shí)，且不超過(guò)名義厚度的時(shí)，且不超過(guò)名義厚度的6%6%時(shí)，取時(shí)，取 。01C第第5 5章章 壓力容

32、器壓力容器.41.腐蝕余量腐蝕余量C C2 2 設(shè)備在工作過(guò)程中，由于工作介質(zhì)的腐蝕，設(shè)備在工作過(guò)程中，由于工作介質(zhì)的腐蝕，鋼板會(huì)按工作年限鋼板會(huì)按工作年限逐年減薄逐年減薄，因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將，因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將腐蝕引起的總減薄量預(yù)先增加在設(shè)計(jì)厚度中。腐腐蝕引起的總減薄量預(yù)先增加在設(shè)計(jì)厚度中。腐蝕裕量可以根據(jù)介質(zhì)對(duì)鋼材的腐蝕速度和容器使蝕裕量可以根據(jù)介質(zhì)對(duì)鋼材的腐蝕速度和容器使用年限來(lái)計(jì)算得出，也可以根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)選取。用年限來(lái)計(jì)算得出，也可以根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)選取。 化工設(shè)備主要容器一般使用年限為化工設(shè)備主要容器一般使用年限為15201520年，年，普通設(shè)備使用年限在普通設(shè)備使用年限在1010年左右。表

33、年左右。表5-65-6根據(jù)經(jīng)驗(yàn)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)列取了腐蝕裕量的選取參考值。列取了腐蝕裕量的選取參考值。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.42. 當(dāng)容器在低壓或常壓時(shí)，按強(qiáng)度計(jì)算得到的當(dāng)容器在低壓或常壓時(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，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，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度要求，而對(duì)容器殼體的最小厚度minmin的要求：的要求：容器：碳素鋼、低合金鋼：容器：碳素鋼、低合金鋼：

34、高合金鋼：高合金鋼：mm3minmm2min 6. 6.最小厚度最小厚度minmin第第5 5章章 壓力容器壓力容器.43. 當(dāng)設(shè)備直徑較大，厚度較薄時(shí)，在制造、運(yùn)輸、當(dāng)設(shè)備直徑較大，厚度較薄時(shí)，在制造、運(yùn)輸、安裝中，應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)夭扇∠嚓P(guān)臨時(shí)加固措施，以防安裝中，應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)夭扇∠嚓P(guān)臨時(shí)加固措施，以防容器變形。容器變形。塔式容器：碳素鋼，低合金鋼制塔式容器：塔式容器：碳素鋼，低合金鋼制塔式容器：不銹鋼制塔式容器：不銹鋼制塔式容器： 管殼式換熱器：管殼式換熱器：iD10002minmm4minmm3min且且按按GB151管殼式換熱器管殼式換熱器相關(guān)規(guī)范確定。相關(guān)規(guī)范確定。第第5 5章章 壓力容

35、器壓力容器.44. 按有關(guān)強(qiáng)度公式計(jì)算得到的厚度值，按有關(guān)強(qiáng)度公式計(jì)算得到的厚度值，不包括厚度附加值不包括厚度附加值C C。2Cd.設(shè)計(jì)厚度設(shè)計(jì)厚度 d d ，計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和。計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和。殼體的有關(guān)厚度關(guān)系：殼體的有關(guān)厚度關(guān)系： .計(jì)算厚度計(jì)算厚度.名義厚度名義厚度 n n 根據(jù)設(shè)計(jì)厚度，加上鋼板厚度負(fù)偏差根據(jù)設(shè)計(jì)厚度，加上鋼板厚度負(fù)偏差C C1 1并向上并向上圓整至鋼板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，即為名義厚度。圖紙圓整至鋼板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，即為名義厚度。圖紙上標(biāo)注的厚度就是名義厚度。鋼板常用標(biāo)準(zhǔn)厚度值上標(biāo)注的厚度就是名義厚度。鋼板常用標(biāo)準(zhǔn)厚度值見(jiàn)表見(jiàn)表5-85-8。 在任何情況下都應(yīng)

36、使：在任何情況下都應(yīng)使：2minCn第第5 5章章 壓力容器壓力容器.45. 將名義厚度減去厚度附加量將名義厚度減去厚度附加量C C得到的厚度值得到的厚度值稱(chēng)為有效厚度，即稱(chēng)為有效厚度，即Cne殼體有關(guān)厚度值之間關(guān)系為：殼體有關(guān)厚度值之間關(guān)系為：.有效厚度有效厚度e e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)度條件所需厚度第第5 5章章 壓力容器壓力容器.46. 由已知，內(nèi)壓薄壁圓筒上環(huán)向應(yīng)力與縱向由已知，內(nèi)壓薄壁圓筒上環(huán)向應(yīng)力與縱向應(yīng)力的關(guān)系為：應(yīng)力的關(guān)系為： ，故應(yīng)

37、按環(huán)向應(yīng)力，故應(yīng)按環(huán)向應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，即進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，即2 tPD25.3.2 5.3.2 內(nèi)壓薄壁殼體的厚度設(shè)計(jì)內(nèi)壓薄壁殼體的厚度設(shè)計(jì)1.1.內(nèi)壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)內(nèi)壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)第第5 5章章 壓力容器壓力容器.47.其中：其中：P P設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)壓力，MPaMPa； D D圓筒中徑，圓筒中徑， mmmm； D Do o圓筒外徑，圓筒外徑，mmmm； D Di i圓筒內(nèi)徑，圓筒內(nèi)徑，mmmm； 圓筒的計(jì)算厚度，圓筒的計(jì)算厚度，mmmm； t t設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許用應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許用應(yīng) 力，力，MPaMPa，可查有關(guān)手冊(cè)。，可查有關(guān)手冊(cè)。iioDDDD2 在制造過(guò)程中，

38、焊縫影響可能使容器強(qiáng)度在制造過(guò)程中，焊縫影響可能使容器強(qiáng)度改變，故取改變，故取t t乘以焊縫系數(shù)乘以焊縫系數(shù)，即：，即： tPD2 tPD2第第5 5章章 壓力容器壓力容器.48. 設(shè)計(jì)時(shí)，圓筒常用內(nèi)徑為設(shè)計(jì)參數(shù)，故用設(shè)計(jì)時(shí)，圓筒常用內(nèi)徑為設(shè)計(jì)參數(shù)，故用DiDi代替代替D D，于是，于是 代入公式，得：代入公式，得：iDD PPDti2 此計(jì)算式是在彈性變形狀態(tài)下推導(dǎo)得此計(jì)算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：到的計(jì)算式，故其適用范圍為：設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力 的情況。的情況。 tP4 . 0第第5 5章章 壓力容器壓力容器.49. 考慮到操作過(guò)程中介質(zhì)對(duì)筒體的腐蝕考慮到操作過(guò)程中

39、介質(zhì)對(duì)筒體的腐蝕影響，得到設(shè)計(jì)厚度為：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)：在選取筒體名義厚度時(shí)，應(yīng)根據(jù)：進(jìn)行筒體厚度的確定。進(jìn)行筒體厚度的確定。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.50.2.2.內(nèi)壓薄壁球殼的厚度設(shè)計(jì)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)，其經(jīng)向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)內(nèi)壓球形殼體承受氣壓時(shí)，其經(jīng)向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力相等，即：力相等，即：4PD 24CPPDtid 同理，將同理，將 ，并考慮焊縫系數(shù)及腐，并考慮焊縫系數(shù)及腐蝕余量，則球殼的厚度設(shè)計(jì)公式為：蝕余量，則球殼的厚度設(shè)計(jì)公式為：mm iDD第第5 5章章 壓力容器壓力容器.51. 同樣

40、，球殼名義厚度應(yīng)根據(jù)同樣，球殼名義厚度應(yīng)根據(jù) 進(jìn)行確定。進(jìn)行確定。1Cdn tP6 . 0 本計(jì)算公式使用范圍本計(jì)算公式使用范圍： 比較可知，在相同壓力、相同直徑情況下，球比較可知，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。殼的厚度可小很多，故更加節(jié)省材料。 22CPPDtid 24CPPDtid圓筒圓筒球殼球殼第第5 5章章 壓力容器壓力容器.52. 封頭是容器的重要組成部分，按形狀可分為封頭是容器的重要組成部分，按形狀可分為三類(lèi)：三類(lèi)：凸形封頭、錐形封頭和平板封頭。凸形封頭、錐形封頭和平板封頭。凸形封頭：半球封頭、橢圓封頭、碟形封頭、球凸形封頭：半球封頭、橢圓封頭、碟

41、形封頭、球 冠封頭。冠封頭。錐形封頭：無(wú)折邊錐形封頭、有折邊錐形封頭。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。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。5.3.3 5.3.3 內(nèi)壓容器封頭的厚度設(shè)計(jì)內(nèi)壓容器封頭的厚度設(shè)計(jì)第第5 5章章 壓力容器壓力容器.53.第第5 5章章 壓力容器壓力容器.54.優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：受力均勻，但因深：受力均勻，但因深度較大，整體沖壓成型較度較大，整體沖壓成型較困難，中上直徑容器很少困難，中上直徑容器很少采用，直徑較大的設(shè)備采用，直徑較大的設(shè)備（Di2.5mDi2.5m）可以分塊沖）可以分塊沖壓，拼焊而成，一般常用壓，拼

42、焊而成，一般常用于高壓容器上，或有特殊于高壓容器上，或有特殊要求的場(chǎng)合。要求的場(chǎng)合。 .封頭結(jié)構(gòu)封頭結(jié)構(gòu)1.1.半球形封頭半球形封頭第第5 5章章 壓力容器壓力容器.55. 計(jì)算得到的厚度較薄，但考慮到焊接需要，一般計(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取與相連接的筒體等厚。.厚度設(shè)計(jì)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：與球形容器相同，設(shè)計(jì)厚度的計(jì)算公式為： 24CPPDtid第第5 5章章 壓力容器壓力容器.56.封頭結(jié)構(gòu)封頭結(jié)構(gòu) 由半個(gè)橢圓殼體和一段高由半個(gè)橢圓殼體和一段高度為度為h h的短圓筒節(jié)組成。橢圓的短圓筒節(jié)組成。橢圓形封頭深度比半球形封頭小得形

43、封頭深度比半球形封頭小得多，沖壓成形容易，是目前應(yīng)多，沖壓成形容易，是目前應(yīng)用最廣泛封頭之一，它有專(zhuān)門(mén)用最廣泛封頭之一，它有專(zhuān)門(mén)尺寸規(guī)格的壓模進(jìn)行沖壓，其尺寸規(guī)格的壓模進(jìn)行沖壓，其受力也較均勻。受力也較均勻。2.2.橢圓封頭橢圓封頭第第5 5章章 壓力容器壓力容器.57. 由推導(dǎo)可知，橢圓形封頭的最大應(yīng)力值與橢由推導(dǎo)可知，橢圓形封頭的最大應(yīng)力值與橢圓的長(zhǎng)短軸之比圓的長(zhǎng)短軸之比a/ba/b有關(guān)。其計(jì)算公式為：有關(guān)。其計(jì)算公式為： 25 . 02CPKPDtd.厚度設(shè)計(jì)厚度設(shè)計(jì) 當(dāng)橢圓封頭當(dāng)橢圓封頭 時(shí)，一般可用整塊鋼時(shí)，一般可用整塊鋼板沖壓成型，此時(shí)可取板沖壓成型，此時(shí)可取 ，當(dāng)，當(dāng) 時(shí)，時(shí)，鋼

44、板要先拼焊，后沖壓，焊縫系數(shù)按有關(guān)規(guī)定選取。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：式中：K K橢圓形封頭形狀系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭形狀系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭橢圓封頭a/b=2,K=1a/b=2,K=1。mmDi1200mmDi12001第第5 5章章 壓力容器壓力容器.58. 由于碟形封頭一般多被橢圓形封頭取代，故不由于碟形封頭一般多被橢圓形封頭取代，故不作詳細(xì)介紹。作詳細(xì)介紹。3.3.碟形封頭碟形封頭 又稱(chēng)有折邊的球形封頭又稱(chēng)有折邊的球形封頭第第5 5章章 壓力容器壓力容器.59. 以半徑以半徑R Ri i構(gòu)成的部分球冠形封頭與筒體直接焊接，而成構(gòu)成的部分球冠形封頭與筒體直接焊接，而

45、成為無(wú)折邊球形封頭，或拱形封頭放置在兩相鄰獨(dú)立承壓的中為無(wú)折邊球形封頭，或拱形封頭放置在兩相鄰獨(dú)立承壓的中間封頭。間封頭。 一般多用于壓力不高，直徑不太大的容器上。一般多用于壓力不高，直徑不太大的容器上。.封頭結(jié)構(gòu)封頭結(jié)構(gòu)4.4.球冠形封頭球冠形封頭 又稱(chēng)無(wú)折邊的球形封頭又稱(chēng)無(wú)折邊的球形封頭第第5 5章章 壓力容器壓力容器.60.封頭的封頭的設(shè)計(jì)厚度為：設(shè)計(jì)厚度為：.厚度設(shè)計(jì)厚度設(shè)計(jì) 22QCPPDtid其中：其中：Q Q應(yīng)力修正系數(shù)，由圖應(yīng)力修正系數(shù)，由圖5-145-14查取。查取。 與無(wú)折邊球形封頭連接的圓筒厚度應(yīng)不小于封與無(wú)折邊球形封頭連接的圓筒厚度應(yīng)不小于封頭厚度，否則應(yīng)在封頭與圓筒間

46、設(shè)置加強(qiáng)段，加強(qiáng)頭厚度，否則應(yīng)在封頭與圓筒間設(shè)置加強(qiáng)段，加強(qiáng)段厚度應(yīng)與封頭等厚，加強(qiáng)段長(zhǎng)度不小于段厚度應(yīng)與封頭等厚，加強(qiáng)段長(zhǎng)度不小于 riDL5 . 02第第5 5章章 壓力容器壓力容器.61. 圓錐形封頭圓錐形封頭廣泛應(yīng)用于固體廣泛應(yīng)用于固體缷缷料的立式容器料的立式容器底部底部，或用于兩段不同直徑的塔體連接段，稱(chēng)為，或用于兩段不同直徑的塔體連接段，稱(chēng)為變徑段。變徑段。.封頭結(jié)構(gòu)封頭結(jié)構(gòu)5.5.圓錐形封頭圓錐形封頭 根據(jù)錐形封頭是否有無(wú)過(guò)渡圓弧和直邊部分，根據(jù)錐形封頭是否有無(wú)過(guò)渡圓弧和直邊部分，分為不帶折邊和帶折邊錐形封頭兩種。分為不帶折邊和帶折邊錐形封頭兩種。 帶折邊錐形封頭與筒體連接處附加

47、應(yīng)力峰值可帶折邊錐形封頭與筒體連接處附加應(yīng)力峰值可以大大降低，但加工相對(duì)困難。以大大降低，但加工相對(duì)困難。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.62. 無(wú)折邊錐形封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算公式為：無(wú)折邊錐形封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算公式為： 2cos12CPPDtid.厚度設(shè)計(jì)厚度設(shè)計(jì)其中：其中：錐形封頭半錐頂角。帶折邊錐形封錐形封頭半錐頂角。帶折邊錐形封 頭的設(shè)計(jì)公式參照有關(guān)資料進(jìn)行。頭的設(shè)計(jì)公式參照有關(guān)資料進(jìn)行。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.63.封頭結(jié)構(gòu)封頭結(jié)構(gòu) 圓平板可作為筒體的封頭或人孔、手孔的平圓平板可作為筒體的封頭或人孔、手孔的平蓋，在制造上很方便，可用螺栓或直接焊，連接蓋，在制造上很方便，可用螺栓或直

48、接焊，連接在筒體上。但在連接處會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力。在筒體上。但在連接處會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力。6.6.平板封頭平板封頭平板的形狀有圓平板，橢圓平板、短形平板等。平板的形狀有圓平板，橢圓平板、短形平板等。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.64.其中：其中： DcDc計(jì)算直徑，見(jiàn)表計(jì)算直徑，見(jiàn)表5-9.5-9. K K 平蓋系數(shù)，見(jiàn)表平蓋系數(shù)，見(jiàn)表5-95-9查取。查取。 設(shè)計(jì)厚度計(jì)算公式為：設(shè)計(jì)厚度計(jì)算公式為： 2CKPDtcd.厚度設(shè)計(jì)厚度設(shè)計(jì)第第5 5章章 壓力容器壓力容器.65. 以上各封頭在計(jì)算得到設(shè)計(jì)厚度值以上各封頭在計(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，然后才之后，應(yīng)再加上鋼板負(fù)偏差值，

49、然后才可選取封頭的實(shí)際需要的鋼板厚度可選取封頭的實(shí)際需要的鋼板厚度n n值。值。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.66.5.3.4 5.3.4 壓力試驗(yàn)壓力試驗(yàn) 壓力容器在制造安裝完成后，或在檢修完壓力容器在制造安裝完成后，或在檢修完成后成后, ,都必須進(jìn)行壓力試驗(yàn)。都必須進(jìn)行壓力試驗(yàn)。 檢驗(yàn)容器超過(guò)工作壓力條件下密封結(jié)構(gòu)的嚴(yán)密檢驗(yàn)容器超過(guò)工作壓力條件下密封結(jié)構(gòu)的嚴(yán)密性，焊縫的致密性，以及容器的宏觀強(qiáng)度，是對(duì)材性，焊縫的致密性，以及容器的宏觀強(qiáng)度，是對(duì)材料設(shè)計(jì)、制造或檢修的綜合性檢查，是對(duì)壓力容器料設(shè)計(jì)、制造或檢修的綜合性檢查，是對(duì)壓力容器的不安全因素在投產(chǎn)前作全面的安全檢查，防患于的不安全因

50、素在投產(chǎn)前作全面的安全檢查，防患于未然。容器經(jīng)過(guò)壓力試驗(yàn)合格后才能交付使用。未然。容器經(jīng)過(guò)壓力試驗(yàn)合格后才能交付使用。壓力試驗(yàn)的目的：壓力試驗(yàn)的目的：第第5 5章章 壓力容器壓力容器.67. 壓力試驗(yàn)包括壓力試驗(yàn)包括耐壓試驗(yàn)?zāi)蛪涸囼?yàn)和和氣密性試驗(yàn)氣密性試驗(yàn)。 耐壓試驗(yàn)又分為液壓試驗(yàn)?zāi)蛪涸囼?yàn)又分為液壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)。和氣壓試驗(yàn)。1.1.壓力試驗(yàn)的分類(lèi)壓力試驗(yàn)的分類(lèi)第第5 5章章 壓力容器壓力容器.68.液壓試驗(yàn)液壓試驗(yàn)液壓實(shí)驗(yàn)的步驟液壓實(shí)驗(yàn)的步驟 液壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定液壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)壓力后，保壓時(shí)間一般不少于試驗(yàn)壓力后，保壓時(shí)間一般不少于3030分鐘，然分

51、鐘，然后降至規(guī)定試驗(yàn)壓力的后降至規(guī)定試驗(yàn)壓力的80%80%，并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)，并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以檢查所有焊縫和連接部位有無(wú)泄漏，如間，以檢查所有焊縫和連接部位有無(wú)泄漏，如有泄漏，修補(bǔ)后重新試驗(yàn)。有泄漏，修補(bǔ)后重新試驗(yàn)。 是壓力容器最常用的壓力試驗(yàn)方法是壓力容器最常用的壓力試驗(yàn)方法 絕大部分為水壓實(shí)驗(yàn)絕大部分為水壓實(shí)驗(yàn)第第5 5章章 壓力容器壓力容器.69.氣壓試驗(yàn)氣壓試驗(yàn)氣壓實(shí)驗(yàn)的步驟氣壓實(shí)驗(yàn)的步驟 氣壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，升壓至規(guī)定試驗(yàn)壓力的氣壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，升壓至規(guī)定試驗(yàn)壓力的10%10%且不超且不超過(guò)過(guò)0.05MPa0.05MPa，保持，保持5 5分鐘進(jìn)行初檢，合格后繼續(xù)升壓分鐘進(jìn)行初檢，合格后繼續(xù)升

52、壓到規(guī)定試驗(yàn)壓力的到規(guī)定試驗(yàn)壓力的50%50%，其后按每級(jí)為規(guī)定試驗(yàn)壓力，其后按每級(jí)為規(guī)定試驗(yàn)壓力的的10%10%為級(jí)差，逐級(jí)升到試驗(yàn)壓力保持為級(jí)差，逐級(jí)升到試驗(yàn)壓力保持1010分鐘，然后分鐘，然后再降至規(guī)定試驗(yàn)壓力的再降至規(guī)定試驗(yàn)壓力的87%87%，并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間后再一次進(jìn)行檢查。再一次進(jìn)行檢查。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.70.氣密性檢驗(yàn)氣密性檢驗(yàn) 當(dāng)壓力容器內(nèi)介質(zhì)為極度或高度危當(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，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)泄必須再次進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，經(jīng)檢查無(wú)泄露，方可用于正常

53、生產(chǎn)。露，方可用于正常生產(chǎn)。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.71.液壓試驗(yàn)液壓試驗(yàn) MPaPt25. 1TP2.2.內(nèi)壓容器試驗(yàn)壓力內(nèi)壓容器試驗(yàn)壓力第第5 5章章 壓力容器壓力容器.72.式中：式中：P PT T容器的試驗(yàn)壓力，容器的試驗(yàn)壓力，MPaMPa； P P 容器的設(shè)計(jì)壓力，容器的設(shè)計(jì)壓力，MPaMPa； 容器材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力，容器材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力，MPaMPa t t容器材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，容器材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPaMPa.氣密性檢驗(yàn)氣密性檢驗(yàn)PPT第第5 5章章 壓力容器壓力容器.73.液壓試驗(yàn)的應(yīng)力校核條件：液壓試驗(yàn)的應(yīng)力校核條件： 由于

54、壓力試驗(yàn)是在高于設(shè)計(jì)壓力的情況下進(jìn)行的，由于壓力試驗(yàn)是在高于設(shè)計(jì)壓力的情況下進(jìn)行的，所以在進(jìn)行試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)容器的試驗(yàn)強(qiáng)度進(jìn)行校核。所以在進(jìn)行試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)容器的試驗(yàn)強(qiáng)度進(jìn)行校核。seeiTTDP9 . 023.3.壓力試驗(yàn)的應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)的應(yīng)力校核液壓試驗(yàn)應(yīng)力校核液壓試驗(yàn)應(yīng)力校核式中：式中：t t圓筒在液壓試驗(yàn)下的應(yīng)力，圓筒在液壓試驗(yàn)下的應(yīng)力，MPaMPa。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.74.練習(xí)練習(xí)5-15-15-25-25-45-4第第5 5章章 壓力容器壓力容器.75. 例例5-15-1液氨儲(chǔ)罐的筒體設(shè)計(jì)液氨儲(chǔ)罐的筒體設(shè)計(jì)已知條件：設(shè)計(jì)壓力已知條件：設(shè)計(jì)壓力P=2.5MPa,P=2.5M

55、Pa,操作溫度操作溫度-5-44-5-44，儲(chǔ)罐內(nèi)徑，儲(chǔ)罐內(nèi)徑D Di i=1200mm=1200mm，設(shè)計(jì)要求：，設(shè)計(jì)要求：解解: : （1 1）確定筒體厚度，鋼材牌號(hào)）確定筒體厚度，鋼材牌號(hào)； a)a)根據(jù)液氨對(duì)鋼材的腐蝕情況不是很大，設(shè)計(jì)根據(jù)液氨對(duì)鋼材的腐蝕情況不是很大，設(shè)計(jì)壓力為中壓，操作溫度屬于常溫的工作條件，壓力為中壓，操作溫度屬于常溫的工作條件，選用選用容器材料為容器材料為16MnR16MnR。 b) b)根據(jù)根據(jù)16MnR16MnR鋼材在板厚鋼材在板厚6-16mm6-16mm之間，溫度在之間，溫度在 -5-44-5-44范圍內(nèi)，查得范圍內(nèi)，查得 t t=170MPa,=170M

56、Pa,焊縫采用雙面焊縫采用雙面對(duì)接焊，局部無(wú)損檢測(cè)，取對(duì)接焊，局部無(wú)損檢測(cè)，取=0.85=0.85，鋼板負(fù)偏查，鋼板負(fù)偏查得得C C1 1=0.8mm,=0.8mm,腐蝕裕量選取腐蝕裕量選取C C2 2=1mm=1mm。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.76. c) c)計(jì)算筒體厚度計(jì)算筒體厚度 mmCPPDtid5 .1115 . 285. 0170212005 . 222mmCdn3 .121查鋼材厚度表查鋼材厚度表 取取n n=14mm=14mm第第5 5章章 壓力容器壓力容器.77. d) d)水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核 查查16MnR16MnR材料的材料的 =170MPa,=1

57、70MPa,采用水壓試驗(yàn)，采用水壓試驗(yàn)，故試驗(yàn)壓力為：故試驗(yàn)壓力為： MPaPPtT13. 31701705 . 225. 125. 1第第5 5章章 壓力容器壓力容器.78.MPaMPaDPseeiTT5 .3103459 . 09 . 09 .18285. 08 . 11428 . 114120013. 32)(水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力故筒體厚度滿足水壓試驗(yàn)強(qiáng)度要求。故筒體厚度滿足水壓試驗(yàn)強(qiáng)度要求。第第5 5章章 壓力容器壓力容器.79.（2 2）確定封頭型式和壁厚）確定封頭型式和壁厚 根據(jù)各種封頭比較，選用橢圓形封頭為儲(chǔ)罐根據(jù)各種封頭比較，選用橢圓形封頭為儲(chǔ)罐的封頭，并且根據(jù)儲(chǔ)罐

58、外形尺寸，儲(chǔ)罐選用臥式的封頭，并且根據(jù)儲(chǔ)罐外形尺寸，儲(chǔ)罐選用臥式放置。放置。 封頭材料選用封頭材料選用16MnR16MnR，各參數(shù)與筒體相同。，各參數(shù)與筒體相同。橢圓形封頭壁厚：橢圓形封頭壁厚： mmCPPDtid43.11143.1015 . 25 . 085. 0170212005 . 25 . 022mmmmCndn1423.128 . 043.111取第第5 5章章 壓力容器壓力容器.80.課堂練習(xí)：課堂練習(xí)： 某液氨貯罐，設(shè)計(jì)壓力某液氨貯罐，設(shè)計(jì)壓力P=2.5MPa，操作溫，操作溫度度-350，貯罐內(nèi)徑，貯罐內(nèi)徑Di=2200mm，筒體材料為，筒體材料為16MnR， =163MPa，

59、焊縫系數(shù)，鋼板負(fù)偏差為，焊縫系數(shù)，鋼板負(fù)偏差為C1=0.8mm，腐蝕裕量，腐蝕裕量C2=1mm，材料的，材料的=345MPa，試確定筒體的壁厚，并進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試確定筒體的壁厚，并進(jìn)行水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核。的強(qiáng)度校核。 t PPDti2第第5 5章章 壓力容器壓力容器.81.mmPPDti205 . 285. 0163222005 . 2 2mmCd211202mmn22(1)確定筒體的壁厚確定筒體的壁厚C1=0.8，故取筒體壁厚第第5 5章章 壓力容器壓力容器.82. (2)水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核PT=1.25P=1.252.5=3.125MPasmmCne2 .20 0.9=310

60、.5MPa eeiTtDP2)(=202MPa0.9s 故所選壁厚合理故所選壁厚合理第第5 5章章 壓力容器壓力容器.83. 在化工生產(chǎn)中，除了大量使用內(nèi)壓容器，還在化工生產(chǎn)中，除了大量使用內(nèi)壓容器，還常使用一些外壓容器。例如真空工作儲(chǔ)罐、減壓常使用一些外壓容器。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)塔、冷凝器等，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。部的壓力，是處于外壓操作的容器。 當(dāng)容器在外壓作用下，筒壁上也將產(chǎn)生經(jīng)向當(dāng)容器在外壓作用下，筒壁上也將產(chǎn)生經(jīng)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 5