第八章 內(nèi)壓容器

1、O返回第二篇 壓力容器 第六章第六章 壓力容器與化工設備常用材料壓力容器與化工設備常用材料 第七章第七章 壓力容器的薄膜應力、彎曲應壓力容器的薄膜應力、彎曲應力、二次應力力、二次應力 第八章第八章 內(nèi)壓容器內(nèi)壓容器 第九章第九章 外壓容器與壓桿的穩(wěn)定計算外壓容器與壓桿的穩(wěn)定計算 第十章第十章 法蘭連接法蘭連接 第十一章第十一章 人孔、手孔、視鏡和液面計人孔、手孔、視鏡和液面計 第十二章第十二章 開孔補強與設備凸緣開孔補強與設備凸緣 第十三章第十三章 容器支座容器支座 第十四章第十四章 容器的焊接結果容器的焊接結果 第十五章第十五章 壓力容器的監(jiān)察管理與定期壓力容器的監(jiān)察管理與定期檢驗檢驗O返回

2、序言序言1 設計參數(shù)的確定設計參數(shù)的確定2 內(nèi)壓容器筒體與封頭厚度的計算內(nèi)壓容器筒體與封頭厚度的計算3 在用壓力容器的強度校核在用壓力容器的強度校核4 容器筒體與封頭的尺寸和質(zhì)量容器筒體與封頭的尺寸和質(zhì)量5 容器殼體在材料使用上的規(guī)定容器殼體在材料使用上的規(guī)定第八章 內(nèi)壓容器 O返回序言p（設計壓力）（設計壓力）t（設計溫度（設計溫度正常工作的情況下設定的元件金正常工作的情況下設定的元件金屬的溫度）屬的溫度）D容器的直徑容器的直徑t（設計溫度下的許用應力）（設計溫度下的許用應力）j j （焊接接頭系數(shù)）等（焊接接頭系數(shù)）等O返回1 設計參數(shù)的確定設計參數(shù)的確定2 內(nèi)壓容器筒體與封頭厚度的計算內(nèi)

3、壓容器筒體與封頭厚度的計算3 在用壓力容器的強度校核在用壓力容器的強度校核4 容器筒體與封頭的尺寸和質(zhì)量容器筒體與封頭的尺寸和質(zhì)量5 容器殼體在材料使用上的規(guī)定容器殼體在材料使用上的規(guī)定第八章 內(nèi)壓容器 O返回 容器筒體和封頭的直徑都已經(jīng)標準化（容器筒體和封頭的直徑都已經(jīng)標準化（GB9019-88），），不能隨意取值。筒體與封頭的公稱直徑要配套。不能隨意取值。筒體與封頭的公稱直徑要配套。 對于對于鋼板卷焊鋼板卷焊的筒體，以的筒體，以內(nèi)徑內(nèi)徑作為它的作為它的公稱直徑公稱直徑（表（表8-1）。）。 當用當用無縫鋼管無縫鋼管作筒體時，以作筒體時，以外徑外徑作為它的作為它的公稱直徑公稱直徑（表（表8-

4、2）。）。 設計時，應將工藝計算初步確定的容器內(nèi)徑調(diào)整為符設計時，應將工藝計算初步確定的容器內(nèi)徑調(diào)整為符合規(guī)定的公稱直徑。合規(guī)定的公稱直徑。一、容器直徑一、容器直徑第一節(jié) 設計參數(shù)的確定 O返回第一節(jié) 設計參數(shù)的確定 二、工作壓力和設計壓力二、工作壓力和設計壓力q使用安全閥時，使用安全閥時，設計壓設計壓力力不小于安全閥的不小于安全閥的開啟壓開啟壓力力pk，或取，或取最大工作壓力最大工作壓力的的1.051.10倍；倍； 設計壓力設計壓力p：在相應的設計溫度下用以確定殼壁厚度在相應的設計溫度下用以確定殼壁厚度的壓力，亦即標注在銘牌上的容器設計壓力。設計壓力的壓力，亦即標注在銘牌上的容器設計壓力。設

5、計壓力稍高于最大工作壓力。稍高于最大工作壓力。 最大工作壓力（最大工作壓力（pw）是指容器頂部在工作過程中可能是指容器頂部在工作過程中可能產(chǎn)生的最高壓力（表壓）。產(chǎn)生的最高壓力（表壓）。安全閥安全閥容器容器O返回第一節(jié) 設計參數(shù)的確定 q使用爆破膜作安全裝置時，使用爆破膜作安全裝置時，設設計壓力計壓力不不得得低于低于爆破片的設計爆破片的設計爆爆破壓力上限破壓力上限，根據(jù)爆破膜片的型，根據(jù)爆破膜片的型式確定，一般取式確定，一般取最大工作壓力最大工作壓力的的1.151.75倍作為倍作為設計壓力設計壓力。防爆片防爆片容器容器q盛裝液化氣容器，選最高溫度下該盛裝液化氣容器，選最高溫度下該氣體的飽和蒸汽

6、壓作為設計壓力氣體的飽和蒸汽壓作為設計壓力（表（表8-4，8-5）。）。q當容器內(nèi)盛有液體物料時，若當容器內(nèi)盛有液體物料時，若液體液體物料的物料的靜壓力靜壓力2000封頭直邊高度h02540封頭的直邊高度封頭的直邊高度h0/mmppDtij 2jtipD 2標準橢圓形封頭的標準橢圓形封頭的壁厚計算式壁厚計算式：標準橢圓形封頭的標準橢圓形封頭的壁厚簡化計算式壁厚簡化計算式： 標準橢圓形封頭的計算厚度不得小于封頭內(nèi)徑的標準橢圓形封頭的計算厚度不得小于封頭內(nèi)徑的0.15，即，即iD10005 . 1minO返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算3. 蝶形封頭蝶形封頭v結構：結構：又稱又稱帶折邊球形

7、封頭帶折邊球形封頭，由半徑為，由半徑為Rc的的球面體球面體、半徑為半徑為r的過渡的過渡圓弧（即折邊）圓?。凑圻叄┖透叨葹楹透叨葹閔0的的短圓筒短圓筒（即直邊）（即直邊）等三部分組成等三部分組成Rch0hrDi折邊折邊直邊直邊球體部分球體部分O返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算v優(yōu)點：優(yōu)點：過渡圓弧過渡圓弧降低降低了封頭了封頭深度深度，方便成型方便成型，且壓制，且壓制碟形封頭的鋼模加工簡單，應用廣泛。碟形封頭的鋼模加工簡單，應用廣泛。v缺點：缺點：不連續(xù)曲面，存在不連續(xù)曲面，存在較大邊緣彎曲應力較大邊緣彎曲應力。邊緣彎。邊緣彎曲應力與薄膜應力疊加，使該部位的應力遠遠高于其它曲應力與薄膜應

8、力疊加，使該部位的應力遠遠高于其它部位，故部位，故受力狀況不佳受力狀況不佳。Rch0hrDi球面部分的薄膜應力：球面部分的薄膜應力：2csppRRc：球面部分的中面半徑：球面部分的中面半徑：壁厚：壁厚O返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算 折邊：折邊：折邊內(nèi)除了薄膜應力外，還有較大彎曲應力，折邊內(nèi)除了薄膜應力外，還有較大彎曲應力，總應力大于球面內(nèi)的應力：總應力大于球面內(nèi)的應力：)3(41rRMciM：碟形封頭的形狀系數(shù)碟形封頭的形狀系數(shù)2MMcsppR折Rci：球面內(nèi)半徑：球面內(nèi)半徑 r：折邊半徑：折邊半徑r/Rci0.150.170.2M1.41.361.31形狀系數(shù)形狀系數(shù)MRch0h

9、rDiO返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算jtcpR2M折5 . 0cicRRpMpRtci5 . 0 2jjtciMpR 2蝶形封頭壁厚：蝶形封頭壁厚：MpMpRtci5 . 0 2j蝶形封頭厚蝶形封頭厚度計算公式度計算公式蝶形封頭厚度簡化計算公式蝶形封頭厚度簡化計算公式令令Rci= Di，則：，則：ppDMti5 . 0 2jjtipDM 2=0.9或或1，常取，常取0.9。O返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算GB150-1998規(guī)定：規(guī)定： 碟形封頭的厚度如果太薄，也會發(fā)生內(nèi)壓下的彈性碟形封頭的厚度如果太薄，也會發(fā)生內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)。失穩(wěn)。M1.34時，時，e0.15%DiM

10、 1.34時，時，e0.30%DiO返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算4. 球冠形封頭球冠形封頭 結構：將結構：將球面球面部分直接焊在部分直接焊在圓柱殼體圓柱殼體上，構成了無折上，構成了無折邊球形封頭。邊球形封頭。 封頭的封頭的球面半徑球面半徑一般取等于一般取等于圓柱筒體圓柱筒體的內(nèi)直徑或的內(nèi)直徑或0.9倍倍至至0.7倍的倍的內(nèi)直徑內(nèi)直徑。 優(yōu)點：優(yōu)點：結構簡單、制造方便，常用作容器中兩獨立受結構簡單、制造方便，常用作容器中兩獨立受壓室中間封頭，端蓋。壓室中間封頭，端蓋。 缺點：缺點：無轉(zhuǎn)角過渡，存在無轉(zhuǎn)角過渡，存在相相當大的不連續(xù)應力當大的不連續(xù)應力，其應力分，其應力分布布不不甚甚合理

11、合理。RLiDO返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算 應用：應用：端封頭端封頭或容器中兩個相或容器中兩個相鄰承壓空間的鄰承壓空間的中間封頭中間封頭，承壓小。，承壓小。pQpDtij 2 折邊封頭與筒體連接處存在折邊封頭與筒體連接處存在較較大的邊界應力大的邊界應力，厚度計算要考慮，厚度計算要考慮邊界應力：邊界應力： Q：系數(shù)，查：系數(shù)，查GB150-1998 Q1，Q越大，說明邊界應力影越大，說明邊界應力影響越大。響越大。LRLiDO返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算例：例：為一為一Di=800mm圓筒設計封頭。已知：材料圓筒設計封頭。已知：材料Q235A，設，設計壓力計壓力p=1.0

12、MPa，t=200，試確定計算厚度：（，試確定計算厚度：（1）半球）半球形封頭；（形封頭；（2）標準橢圓封頭；（）標準橢圓封頭；（3）球面內(nèi)半徑）球面內(nèi)半徑Ri=720mm，折邊內(nèi)半徑折邊內(nèi)半徑r=108mm的碟形封頭；半球形封頭的碟形封頭；半球形封頭j j=0.85，其余，其余j j=1。1）半球形封頭）半球形封頭jticDp 4解：解：查表查表8-6（P167）Q235A在在200時的時的t=2）標準橢圓形封頭）標準橢圓形封頭mm25. 285. 010548001jticDp 2mm82. 3110528001105MPaO返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算3）碟形封頭）碟形封頭

13、結論：凸形封頭曲面深度越淺，計算厚度越大（用料結論：凸形封頭曲面深度越淺，計算厚度越大（用料越多）。越多）。4 . 1)3(41rRMijticDMp 2mm81. 41105272014 . 1封頭半球形封頭標準橢圓形封頭蝶形封頭壁厚/mm2.253.824.81O返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算三、錐形封頭三、錐形封頭軸對稱錐殼軸對稱錐殼無折邊錐殼無折邊錐殼帶折邊錐殼：有過渡圓弧（折邊）帶折邊錐殼：有過渡圓?。ㄕ圻叄?和直邊和直邊不帶折邊錐形封頭不帶折邊錐形封頭局部加強的不帶局部加強的不帶折邊錐形封頭折邊錐形封頭帶折邊錐形封頭帶折邊錐形封頭 不帶折邊錐形封頭與筒體連接處存在不帶折邊

14、錐形封頭與筒體連接處存在較大邊界應力較大邊界應力，降低邊界應力的方法：降低邊界應力的方法：1）局部加強）局部加強；2）加折邊和直邊）加折邊和直邊22cD2O返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算帶折邊錐形封頭帶折邊錐形封頭O返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算特點：特點：結構不連續(xù)，應力分布不理想結構不連續(xù)，應力分布不理想應用應用許多化工設備的底蓋，便于卸料。許多化工設備的底蓋，便于卸料。不同直徑圓筒體的中間過渡段（變徑段）不同直徑圓筒體的中間過渡段（變徑段）中低中低壓壓結構限制結構限制 無折邊錐形封頭：半錐角無折邊錐形封頭：半錐角30 帶折邊錐形封頭：半錐角帶折邊錐形封頭：半錐角60

15、折邊半徑折邊半徑r：不小于：不小于Di的的10%，且不小于該過渡段厚度的，且不小于該過渡段厚度的3倍。倍。 22iDsD2cDrO返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算1. 不帶折邊錐形封頭不帶折邊錐形封頭錐形殼體的最大薄膜應力位于錐體大端：錐形殼體的最大薄膜應力位于錐體大端：22iDsDcos14pDmcos12pD若不考慮封頭與圓筒連接處的邊界應力，則：若不考慮封頭與圓筒連接處的邊界應力，則：jtrpDcos123jjcos1 2cos 2pDppDptictic當當pc5MPa時時jcos1 2ticDp簡化式簡化式O返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算 實際上封頭與圓筒連接處存在

16、較大的邊實際上封頭與圓筒連接處存在較大的邊界應力，引入系數(shù)界應力，引入系數(shù)Q，則：，則：pDQpticj 2jticDQp 2不帶折邊錐形封頭厚度計算式不帶折邊錐形封頭厚度計算式不帶折邊錐形封頭錐殼簡化計算式不帶折邊錐形封頭錐殼簡化計算式22iDsD1. 不帶折邊錐形封頭不帶折邊錐形封頭O返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算Qjtp/錐形封頭錐形封頭大端與圓大端與圓筒連接處筒連接處Q值圖值圖O返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算2. 帶折邊錐形封頭帶折邊錐形封頭 帶折邊錐形封頭中帶折邊錐形封頭中折邊折邊的的應力應力總總小于錐體大端處的應力小于錐體大端處的應力，因此按，因此按錐錐體大端體

17、大端處的處的薄膜應力薄膜應力建立強度條件：建立強度條件：2cDriDjtCpDcos12ppDtcijcos 2)cos1 (2iicirDDjcos)cos1 (21 2iitiDrppDjcos1 2ppDtciO返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算jcos)cos1 (21 2iitiDrppDcos)cos1 (210iiDrf令令ppDftij 20jtipDf 20帶折邊錐形封頭厚度計算式帶折邊錐形封頭厚度計算式帶折邊錐形封頭厚度簡化計算式帶折邊錐形封頭厚度簡化計算式O返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算 當大端與小端直徑之比大于當大端與小端直徑之比大于4時，小端不必計算，

18、取時，小端不必計算，取與大端相同的厚度。與大端相同的厚度。3. 錐形封頭小端錐形封頭小端O返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算四、平板形封頭四、平板形封頭 優(yōu)點：優(yōu)點：平板封頭結構簡單，平板封頭結構簡單，制造方便。制造方便。 缺點：缺點：受力時產(chǎn)生彎曲變形受力時產(chǎn)生彎曲變形的不利狀態(tài)，在同樣直徑和載的不利狀態(tài)，在同樣直徑和載荷下所需的厚度最大，很少用荷下所需的厚度最大，很少用于壓力容器。于壓力容器。僅用于：僅用于：1）常低壓設備和高壓小直徑設備；）常低壓設備和高壓小直徑設備；2）壓力容器的人孔、手孔及在操作時需封閉的接管）壓力容器的人孔、手孔及在操作時需封閉的接管盲板、換熱器端蓋等。盲板、

19、換熱器端蓋等。O返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算jtcBKpD平板形封頭的厚度計算式：平板形封頭的厚度計算式：K：結構系數(shù)（：結構系數(shù)（P183表表8-15）B：計算厚度：計算厚度Dc：計算直徑，一般是指容器的內(nèi)徑，在有些結構中：計算直徑，一般是指容器的內(nèi)徑，在有些結構中DC是指密封墊片的平均直徑。是指密封墊片的平均直徑。O返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算五、計算厚度的通式五、計算厚度的通式jtiKpD 2K：形狀系數(shù)：形狀系數(shù)q圓柱形筒體和標準橢圓形封頭，圓柱形筒體和標準橢圓形封頭，K=1q球殼和半球形封頭，球殼和半球形封頭，K=0.5q蝶形封頭，蝶形封頭，K=M，M查表查表

20、8-13，=0.9或或1q無折邊錐形封頭，無折邊錐形封頭，K=Q，Q查圖查圖8-7q折邊錐形封頭，折邊錐形封頭，K=f0，f0查表查表8-14（除平板封頭）（除平板封頭）O返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算六、封頭的選擇六、封頭的選擇 為了節(jié)省鋼板，要求封頭單位容積的為了節(jié)省鋼板，要求封頭單位容積的表面積越小越表面積越小越好好。 上述各類凸形封頭中，上述各類凸形封頭中，半球形半球形封頭單位容積的表面積封頭單位容積的表面積最小最小，標準，標準橢圓橢圓形封頭和形封頭和碟形碟形封頭的單位容積的表面積封頭的單位容積的表面積比半球形大，無折邊比半球形大，無折邊錐形錐形封頭最大。封頭最大。 封頭的選

21、擇主要根據(jù)設計對象的要求，在滿足工藝要封頭的選擇主要根據(jù)設計對象的要求，在滿足工藝要求的前提下，同時考慮經(jīng)濟技術指標。求的前提下，同時考慮經(jīng)濟技術指標。1. 幾何方面幾何方面O返回第二節(jié) 內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度的計算 要求封頭制造容易，封頭要求封頭制造容易，封頭愈深愈深，直徑和厚度，直徑和厚度愈大愈大，制，制造愈造愈困難困難。 半球形封頭由于深度大，制造比較困難，標準橢圓形封半球形封頭由于深度大，制造比較困難，標準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。頭和其它凸形封頭制造較易，而平板封頭制造最容易。 為了節(jié)省材料，要求封頭在相同直徑、相同材料和相為了節(jié)省材料，要求封頭在相同直

22、徑、相同材料和相同壓力作用下同壓力作用下厚度越小越好厚度越小越好。 半球形半球形封頭厚度最封頭厚度最小?。粯藴?；標準橢圓橢圓形封頭次之；碟形封形封頭次之；碟形封頭再次之；頭再次之；平蓋平蓋封頭厚度封頭厚度最大最大。2. 力學方面力學方面3. 制造方面制造方面 綜合以上結果，綜合以上結果，標準橢圓形封頭標準橢圓形封頭幾何形狀和受力狀態(tài)幾何形狀和受力狀態(tài)都比較好，制造難度又不大，因此，這種封頭在化工生產(chǎn)都比較好，制造難度又不大，因此，這種封頭在化工生產(chǎn)上得到了廣泛的應用。上得到了廣泛的應用。O返回1 設計參數(shù)的確定設計參數(shù)的確定2 內(nèi)壓容器筒體與封頭厚度的計算內(nèi)壓容器筒體與封頭厚度的計算3 在用壓

23、力容器的強度校核在用壓力容器的強度校核4 容器筒體與封頭的尺寸和質(zhì)量容器筒體與封頭的尺寸和質(zhì)量5 容器殼體在材料使用上的規(guī)定容器殼體在材料使用上的規(guī)定第八章 內(nèi)壓容器 O返回第三節(jié) 在用壓力容器的強度校核（1）原設計原設計已明確提出所采用的強度設計標準的，應按已明確提出所采用的強度設計標準的，應按該該強度標準進行強度校核強度標準進行強度校核（2）當被校核的容器）當被校核的容器材料材料牌號牌號不明不明時，應按同類常用材時，應按同類常用材料的料的最低標準最低標準進行強度計算進行強度計算（3）焊接接頭系數(shù)應根據(jù)焊接接頭的實際結構型式和檢）焊接接頭系數(shù)應根據(jù)焊接接頭的實際結構型式和檢驗結果，參照原設計

24、規(guī)定選取。驗結果，參照原設計規(guī)定選取。（4）對于使用多年的容器，或者是腐蝕比較嚴重的容器，）對于使用多年的容器，或者是腐蝕比較嚴重的容器，其厚度：其厚度：一、在用壓力容器強度校核的原則一、在用壓力容器強度校核的原則nce2minO返回第三節(jié) 在用壓力容器的強度校核二、在用壓力容器強度校核二、在用壓力容器強度校核1. 在用壓力容器在校核壓力下的應力應小于材料的在用壓力容器在校核壓力下的應力應小于材料的許用應力許用應力jteichDKp2K：形狀系數(shù)：形狀系數(shù)pch：校核壓力，根據(jù)實際情況可?。盒：藟毫Γ鶕?jù)實際情況可取pw、pk、pe：有效厚度：有效厚度新容器：新容器：e=n -C1-C2使用多

25、年或腐蝕嚴重容器：使用多年或腐蝕嚴重容器：e=Cmin -2nO返回第三節(jié) 在用壓力容器的強度校核2. 在用壓力容器的最大允許工作壓力應大于校核壓在用壓力容器的最大允許工作壓力應大于校核壓力力wtiepKDpj2最大允許工作壓力最大允許工作壓力 注：注：對帶折邊的錐形封頭，若折邊處的實際厚度小于對帶折邊的錐形封頭，若折邊處的實際厚度小于錐體部分，則折邊和錐體分別校核：錐體部分，則折邊和錐體分別校核： 錐體部分：錐體部分：K=f0 折邊部分：折邊部分：K查表查表8-16（P187）O返回第三節(jié) 在用壓力容器的強度校核p p 厚度系數(shù)的大小反映了筒體厚度上的富裕程度（容器的厚度系數(shù)的大小反映了筒體

26、厚度上的富裕程度（容器的承壓潛力）。承壓潛力）。三、厚度系數(shù)三、厚度系數(shù)厚度系數(shù)厚度系數(shù) =e / 1最大允許工作壓力應大于設計壓力最大允許工作壓力應大于設計壓力O返回第三節(jié) 在用壓力容器的強度校核例例: 校驗舊氣瓶。資料記載該氣瓶材質(zhì)為校驗舊氣瓶。資料記載該氣瓶材質(zhì)為40Mn2A，系無縫鋼，系無縫鋼管收口而成。實測其外徑為管收口而成。實測其外徑為219mm，最小壁厚為，最小壁厚為6.5mm。查。查材料手冊得該材料的材料手冊得該材料的t=262MPa。（1）常溫下可否充）常溫下可否充15MPa氧氣？氧氣？（2）如強度不夠，最高允許工作壓力多少？）如強度不夠，最高允許工作壓力多少？解：解：1）確定參數(shù)）確定參數(shù)pc=15MPa，D0=219mm， Cmin=6.5mm無縫鋼管無縫鋼管j j=1，C2=1mmDi= D0 - 2 e=219-25.5=208mm實測壁厚實測壁厚6.5mme = Cmin C2=6.5-1=5.5mmO返回第三節(jié) 在用壓力容器的強度校核 Dpteicj2充充15MPa強度不夠。