內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)

內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)第1頁/共148頁

公稱直徑DN：指標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以DN表示，單位mm，例如內(nèi)徑1200mm的容器的公稱直徑標(biāo)記為DN1200。1.1容器直徑的影響第2頁/共148頁

壓力容器的公稱直徑

鋼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)24002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000

第3頁/共148頁

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。159219273325377426表無縫鋼管制作筒體時(shí)容器的公稱直徑（mm）第4頁/共148頁設(shè)計(jì)時(shí)，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)定的公稱直徑。封頭的公稱直徑與筒體一致。第5頁/共148頁1.2設(shè)計(jì)壓力（designpressure）

●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。①由于最大工作壓力是容器頂部的壓力，所以對(duì)于塔類直立容器，直立進(jìn)行水壓試驗(yàn)的壓力和臥置時(shí)不同；②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，許多塔器頂部的壓力并不是其實(shí)際最高工作壓力。（themaximumallowableworkingpressure）③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。第6頁/共148頁●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。①對(duì)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；②當(dāng)容器上裝有超壓泄放裝置時(shí)，應(yīng)按“超壓泄放裝置”的計(jì)算方法規(guī)定。使用安全閥時(shí)設(shè)計(jì)壓力不小于安全閥開啟壓力或取最大工作壓力1.05～1.10倍；③對(duì)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)到的最高金屬溫度確定。第7頁/共148頁●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(shí)，可略去靜壓力。①注意與GB150對(duì)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(shí)，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。②一臺(tái)設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力只有一個(gè)，是整臺(tái)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。③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)。第8頁/共148頁1.3設(shè)計(jì)溫度（Designtemperature）

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(shí)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(shí)，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(shí)，可分別設(shè)定每一部分的設(shè)計(jì)溫度；第9頁/共148頁

●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，直接決定容器的強(qiáng)度，GB150-1998對(duì)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)力第10頁/共148頁●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)第11頁/共148頁●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度。為依據(jù)是控制容器發(fā)生蠕變時(shí)的變形速度。以為依據(jù)是為了保證容器在長期工作中對(duì)斷裂的抗力。第12頁/共148頁

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(gè)公式中選取小值。第13頁/共148頁●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。第14頁/共148頁隨著生產(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(gè)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。第15頁/共148頁

（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(shí)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。應(yīng)該根據(jù)受壓元件的焊接接頭型式及無損檢測(cè)的長度比例確定。1.5焊接接頭消弱系數(shù)（Jointefficiency）第16頁/共148頁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）第17頁/共148頁第18頁/共148頁1焊接接頭及其分類

焊接接頭（weldedjoints）：指兩個(gè)零件或者一個(gè)零件的兩個(gè)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(gè)焊接接頭應(yīng)包括：接頭形式、坡口形式和焊接形式。

（1）接頭形式（typesofweldedjoints）：焊接接頭中兩個(gè)相互連接零件的相對(duì)位置關(guān)系。有對(duì)接焊、角接焊、丁字接焊與搭接焊。第19頁/共148頁●對(duì)接焊：兩個(gè)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(gè)相互連接零件在接頭處的中面相互垂直或者相交于一個(gè)角度圖（b）。●搭接焊兩個(gè)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。第20頁/共148頁（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。第21頁/共148頁●等厚度板的對(duì)接縫

為了確保焊縫的質(zhì)量,應(yīng)盡量采用等厚度對(duì)接。厚度在6mm以下的對(duì)接縫可以不開坡口。板厚度大于6㎜時(shí),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。第22頁/共148頁●采用單面坡口原則：

對(duì)于容器內(nèi)空間過小,無法從內(nèi)部進(jìn)行焊接時(shí)的焊縫,采用單面坡口。板厚s<2Omm時(shí)用V型坡口,S>2Omm時(shí)用U型坡口。圖

單面坡口型式

第23頁/共148頁

●采用雙面坡口原則：

當(dāng)兩面都可以進(jìn)行焊接時(shí),為了保證焊縫質(zhì)量,要采用雙面坡口。s=20～40mm時(shí)用對(duì)稱X型,s=30～6Omm時(shí)用對(duì)稱U型。

雙面坡口型式(手工焊)

第24頁/共148頁

必須注意,自動(dòng)焊和手工焊對(duì)于板厚的適用范圍和坡口尺寸均不相同,設(shè)計(jì)時(shí)可參考“GB985—88”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，“GB986—88”埋弧焊焊縫坡口的基本形式與尺寸。第25頁/共148頁

●襯墊板的對(duì)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(shí),為了保證焊縫根部焊透,常采用帶墊板的對(duì)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(duì)接焊縫(手工焊)

第26頁/共148頁

●不等厚鋼板的對(duì)接焊縫

在不等厚鋼板對(duì)接時(shí),應(yīng)將厚板削薄,使對(duì)接處的厚度相同。當(dāng)薄板厚度s2<lOmm,s1-s2>3㎜或s2>lOmm,

s1-s2>0.3s2或s1-s2>5㎜時(shí)，均應(yīng)按圖的要求,削薄厚板邊緣。

圖

不等厚度板的對(duì)接

第27頁/共148頁第28頁/共148頁第29頁/共148頁坡口設(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(dòng)條件。減少焊接變形和殘余變形量。第30頁/共148頁（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(duì)接焊縫由兩個(gè)相對(duì)的熔化面及其中間的焊縫金屬組成；第31頁/共148頁角接焊縫由相互垂直或者相交為某一角度的兩個(gè)熔化面及呈三角形斷面形狀的焊縫金屬所構(gòu)成。第32頁/共148頁組合焊縫是由對(duì)接焊縫和角焊縫組合而成的焊縫。第33頁/共148頁2GB150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(duì)焊接接頭在對(duì)口錯(cuò)邊量、熱處理、檢驗(yàn)等方面有針對(duì)性地。第34頁/共148頁第35頁/共148頁第36頁/共148頁（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(shí)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)第37頁/共148頁

●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(cuò)開一段距離a,a>3s,且a〉40mm(S為板厚)以避免十字交叉焊縫，如圖1.20示。

圖

縱焊縫間的距離

第38頁/共148頁

●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(jiǎn)體對(duì)焊時(shí)，一定要加一個(gè)直邊過渡部分，讓兩個(gè)圓柱體相連，以使焊縫避開應(yīng)力復(fù)雜的區(qū)域。

第39頁/共148頁

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，詳見下圖第40頁/共148頁（1）盡量采用對(duì)接接頭（2）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)原則第41頁/共148頁盡量采用對(duì)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。第42頁/共148頁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)钠驴冢粶p量減少焊縫處的應(yīng)力集中，例如等厚度焊接。第43頁/共148頁（1）焊接接頭缺陷

●外部缺陷

①焊縫截面不豐滿或者余高過高。4焊接接頭的檢驗(yàn)第44頁/共148頁②焊縫漫溢。

③咬邊；第45頁/共148頁④表面氣孔和裂紋

第46頁/共148頁焊縫檢驗(yàn)尺第47頁/共148頁第48頁/共148頁

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探傷來發(fā)現(xiàn)。●內(nèi)部缺陷第49頁/共148頁常用的無損檢測(cè)方法的比較第50頁/共148頁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(duì)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)。第51頁/共148頁（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。第52頁/共148頁（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(cè)，焊接質(zhì)量不易保證。

第53頁/共148頁（3）安放式接管的焊接結(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(cè)。

第54頁/共148頁（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。

第55頁/共148頁（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(dòng)載荷的容器凸緣與殼體，如圖4-54所示。2）對(duì)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）。

第56頁/共148頁

●雙面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接接頭：

100％無損探傷，＝1.00；局部無損探傷，＝0.85；

●單面焊的對(duì)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；第57頁/共148頁思考題（1）化工壓力容器焊接結(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(jiǎn)述焊接接頭形式；第58頁/共148頁

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：圓筒計(jì)算厚度：（4-16）nso＝2.0～2.2。ASMEⅧ-3采用式（4-16）。單層厚壁筒體（計(jì)算壓力大于0.4[σ]tφ），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)。第59頁/共148頁厚壁容器的設(shè)計(jì)盡量采用Ｍｉｓｅｓ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：多層圓筒的計(jì)算第60頁/共148頁式中δi—多層圓筒內(nèi)筒的名義厚度，mm；

δo—多層圓筒層板總厚度，mm；

[σi]t—設(shè)計(jì)溫度下多層圓筒內(nèi)筒材料的許用應(yīng)力，MPa；

[σo]t—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(duì)扁平鋼帶傾角錯(cuò)繞式筒體，應(yīng)乘以鋼帶傾角錯(cuò)繞引起的環(huán)向削弱系數(shù)0.9，MPa；

φi—多層圓筒內(nèi)筒的焊接接頭系數(shù)，一般取φi=1.0；

φo—多層圓筒層板層或帶層的焊接接頭系數(shù)，對(duì)于多層包扎式筒體，取φo=0.95，其余筒體取φo=1.0。第61頁/共148頁●圓筒設(shè)計(jì)厚度:(2-12)●designthickness計(jì)算壁厚與腐蝕余量C2之和稱為設(shè)計(jì)壁厚。可以將其理解為同時(shí)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(duì)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（corrosionrate），mm/a；a—設(shè)計(jì)年限（desiredlifetime）。對(duì)碳素鋼和低合金鋼，C2≥1mm；對(duì)于不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)腐蝕性能極微時(shí)，取C2＝0。第62頁/共148頁●圓筒的名義厚度:（2-13）

normalthickness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。?！馛1—鋼板負(fù)偏差。任何名義厚度的鋼板出廠時(shí)，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(shí)，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。第63頁/共148頁第64頁/共148頁●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)。第65頁/共148頁容器最小壁厚：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。第66頁/共148頁表5鋼板的常用厚度表第67頁/共148頁(2)內(nèi)壓作用下球殼的計(jì)算公式若K1.5時(shí)，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。第68頁/共148頁(3)球殼的校核公式：

(2-18)

式中，符號(hào)同前。第69頁/共148頁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，橢圓形封頭推薦用長短軸比值為2的標(biāo)準(zhǔn)形。第70頁/共148頁①半球形封頭第71頁/共148頁第72頁/共148頁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。第73頁/共148頁內(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。第74頁/共148頁

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(shí)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：

(2-21)第75頁/共148頁②碟形封頭(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。第76頁/共148頁第77頁/共148頁

對(duì)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(shí)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)第78頁/共148頁

③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(chǎng)所。第79頁/共148頁圖2-6

球冠形封頭示意圖

第80頁/共148頁

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（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第81頁/共148頁第82頁/共148頁

●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(shí)作用時(shí)，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值由圖查取；（2-24’）b)只考慮封頭凸面?zhèn)仁軌?，Q查相應(yīng)的圖需要進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算（見GB150-1998）。第83頁/共148頁Q值圖第84頁/共148頁第85頁/共148頁

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。第86頁/共148頁

●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。第87頁/共148頁(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）

第88頁/共148頁

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(shí)，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。第89頁/共148頁①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；

Dc—錐殼計(jì)算內(nèi)直徑，mm；

—錐殼半頂角，o。第90頁/共148頁

當(dāng)錐殼由同一半頂角的幾個(gè)不同厚度的錐殼段組成時(shí)，式中Dc分別為各錐殼段大端內(nèi)直徑。

②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(shí)，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)。第91頁/共148頁圖2-13確定錐殼大端與圓筒連接處的加強(qiáng)圖第92頁/共148頁—當(dāng)確定不需要加強(qiáng)時(shí)，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(shí)，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）第93頁/共148頁

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。第94頁/共148頁第95頁/共148頁●錐殼小端無折邊錐殼小端與圓筒連接時(shí),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)。第96頁/共148頁注：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)圖第97頁/共148頁—無需加強(qiáng)時(shí)，錐殼小端錐殼厚度按式（2-25）確定?！枰黾雍穸扔枰约訌?qiáng)時(shí)，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。第98頁/共148頁

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。第99頁/共148頁注：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錐殼小端連接處的Q值圖第100頁/共148頁—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(shí)具有加強(qiáng)段時(shí)，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）第101頁/共148頁—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(shí)，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。第102頁/共148頁③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)在邊緣應(yīng)力區(qū)。一般，ri/Di>10%，h為25～40mm?！皴F殼大端大端的壁厚應(yīng)同時(shí)計(jì)算過渡段厚度和與其相連接的錐殼厚度，取二者大值。第103頁/共148頁—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。第104頁/共148頁表2-3系數(shù)K值

第105頁/共148頁—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。第106頁/共148頁第107頁/共148頁●錐殼小端當(dāng)錐殼半頂角<45o時(shí)，—小端無折邊，采用（2-25）式計(jì)算—若小端有折邊，其小端過渡段厚度按（2-27）式計(jì)算第108頁/共148頁當(dāng)>45o時(shí)，小端過渡段厚度按式（2-27）計(jì)算，此時(shí)，Q值按圖2-16查取。第109頁/共148頁注：曲線系按過渡區(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值圖第110頁/共148頁

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。第111頁/共148頁●折邊錐殼的厚度當(dāng)錐殼大端、小端同時(shí)具有過渡段時(shí)

—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：第112頁/共148頁

—若采用一種厚度時(shí)，則取（2-24）式，（2-28）式，（2-29）式計(jì)算結(jié)果時(shí)的大值。第113頁/共148頁(3)平蓋計(jì)算

①圓形平蓋厚度在實(shí)際工程中，可把圓形平蓋簡(jiǎn)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:第114頁/共148頁第115頁/共148頁第116頁/共148頁第117頁/共148頁第118頁/共148頁第119頁/共148頁第120頁/共148頁第121頁/共148頁第122頁/共148頁第123頁/共148頁第124頁/共148頁第125頁/共148頁(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(duì)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比半球形大，無折邊球形封頭最大。第126頁/共148頁

●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(duì)此，半球形封頭最好，它的厚度最小；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。第127頁/共148頁●進(jìn)行壓力容器的原因？工地的例子?！駢毫υ囼?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)第128頁/共148頁耐壓實(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(huì)發(fā)生快速擴(kuò)展造成破壞或開裂？焊縫等處是否會(huì)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。第129頁/共148頁

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。●不能按3．8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。第130頁/共148頁

●是否能夠承受規(guī)定的工作壓力？是否會(huì)發(fā)生過大變形？

●在規(guī)定的工作壓力下，焊縫等處是否會(huì)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。第131頁/共148頁幾點(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。第132頁/共148頁1995年夏天，山東某純堿廠一臺(tái)直徑36m高近20m壁厚25mm的倒錐臺(tái)型鹽水沉降槽在盛水試驗(yàn)時(shí)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(chǎng)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(tái)同類型25m直徑的設(shè)備，將壁厚按比例放大，建造時(shí)設(shè)備基礎(chǔ)平整度又沒有嚴(yán)格保證。第133頁/共148頁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(huì)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(duì)于碳素鋼和16MnR鋼制容器，試驗(yàn)介質(zhì)溫度不得低于5℃。對(duì)于低合金鋼容器，水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，介質(zhì)溫度不低于15℃。（不包括低溫容器）第134頁/共148頁●試驗(yàn)壓力

—內(nèi)壓容器

Pt＝1.25P

式中：Pt—試驗(yàn)壓力，MPa；

P—設(shè)計(jì)壓力，MPa；且不小于P+0.1，MPa。第135頁/共