第八章内压容器

1、第八章第八章 内压容器内压容器一、压力容器设计的内容一、压力容器设计的内容p（设计压力）（设计压力）t（设计温度（设计温度正常工作的情况下设定的元件金属正常工作的情况下设定的元件金属的温度）的温度）DN（公称直径）（公称直径）t（设计温度下的许用应力）（设计温度下的许用应力）j j （焊接接头系数）等（焊接接头系数）等1、确定设计参数、确定设计参数3、确定结构形式、确定结构形式4、确定壳体（筒体、封头）壁厚、确定壳体（筒体、封头）壁厚强度计算强度计算5、选取标准件：法兰、支座、开孔附件等、选取标准件：法兰、支座、开孔附件等6、绘制设备图纸、绘制设备图纸 本章主要讨论中低压化工容器筒体与封头的强

2、度计算本章主要讨论中低压化工容器筒体与封头的强度计算问题。问题。2、选择材料（讨论钢制化工容器）、选择材料（讨论钢制化工容器） 压力低、按刚度设计的容器：压力低、按刚度设计的容器：尽量用低碳钢；尽量用低碳钢； 压力较高之大型容器：压力较高之大型容器：普通低合金钢。价格比碳钢高普通低合金钢。价格比碳钢高20%，强度高，强度高3060%； 介质腐蚀严重或产品纯度要求高：介质腐蚀严重或产品纯度要求高：不锈钢；不锈钢； 深冷容器：深冷容器：铜及其合金。铜及其合金。（1）判定在一个检验周期内，或在剩余寿命期内，容）判定在一个检验周期内，或在剩余寿命期内，容器是否还能在原设计条件下安全使用。对于已不能在器

3、是否还能在原设计条件下安全使用。对于已不能在原设计条件下使用的容器，应通过强度计算，为容器原设计条件下使用的容器，应通过强度计算，为容器提出最高允许工作压力。提出最高允许工作压力。（2）如果容器针对某一使用条件需要判废，应为判废）如果容器针对某一使用条件需要判废，应为判废提供依据。提供依据。二、强度计算的内容二、强度计算的内容1.设计压力容器设计压力容器2.校核在用容器校核在用容器 根据化工生产工艺提出的条件，确定设计所需参数根据化工生产工艺提出的条件，确定设计所需参数（p，t，D），选定材料和结构型式，通过强度计算确），选定材料和结构型式，通过强度计算确定容器筒体及封头定容器筒体及封头壁厚壁

4、厚。已经制定标准的受压元件，可。已经制定标准的受压元件，可直接选取。直接选取。8.1 设计参数的确定设计参数的确定 容器筒体和封头的直径都已经标准化（容器筒体和封头的直径都已经标准化（GB9019-88），），不能随意取值。筒体与封头的公称直径要配套。不能随意取值。筒体与封头的公称直径要配套。 对于对于钢板卷焊钢板卷焊的筒体，以的筒体，以内径内径作为它的作为它的公称直径公称直径（表（表8-1）。）。 当用当用无缝钢管无缝钢管作筒体时，以作筒体时，以外径外径作为它的作为它的公称直径公称直径（表（表8-2）。）。 设计时，应将工艺计算初步确定的容器内径调整为符设计时，应将工艺计算初步确定的容器内径

5、调整为符合规定的公称直径。合规定的公称直径。一、容器直径一、容器直径8.1 8.1 设计参数的确定设计参数的确定8.1 设计参数的确定设计参数的确定二、工作压力和设计压力二、工作压力和设计压力q使用安全阀时，使用安全阀时，设计压设计压力力不小于安全阀的不小于安全阀的开启压开启压力力pk，或取，或取最大工作压力最大工作压力的的1.051.10倍；倍； 设计压力设计压力p：在相应的设计温度下用以确定壳壁厚度在相应的设计温度下用以确定壳壁厚度的压力，亦即标注在铭牌上的容器设计压力。的压力，亦即标注在铭牌上的容器设计压力。设计压力设计压力稍高于最大工作压力稍高于最大工作压力。 最大工作压力（最大工作压

6、力（pw）是指容器顶部在工作过程中可能是指容器顶部在工作过程中可能产生的最高压力（表压）。产生的最高压力（表压）。安全阀安全阀容器容器8.1 8.1 设计参数的确定设计参数的确定q使用爆破膜作安全装置时，使用爆破膜作安全装置时，设设计压力计压力不不得得低于低于爆破片的设计爆破片的设计爆爆破压力上限破压力上限，根据爆破膜片的型，根据爆破膜片的型式确定，一般取式确定，一般取最大工作压力最大工作压力的的1.151.75倍作为倍作为设计压力设计压力。防爆片防爆片容器容器q盛装液化气容器盛装液化气容器 设计压力应设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定（固定式容器

7、，选最高属温度确定（固定式容器，选最高温度下该气体的饱和蒸汽压作为设温度下该气体的饱和蒸汽压作为设计压力）（表计压力）（表8-4，8-5）。）。q当容器内盛有液体物料时，若当容器内盛有液体物料时，若液体液体物料的物料的静压力静压力最大最大工作压力的工作压力的5，则在设计压力中可不计入液体静压力，则在设计压力中可不计入液体静压力，否则，须在设计压力中计入液体静压力。否则，须在设计压力中计入液体静压力。 8.1 8.1 设计参数的确定设计参数的确定小结：小结：（1）设计压力）设计压力p应等于或略大于最大工作压力应等于或略大于最大工作压力pw（2）装有安全阀时，应使）装有安全阀时，应使 p pk，

8、p= (1.051.10) pw（3）装有爆破片时，应使）装有爆破片时，应使p大于使用温度下的爆破压力，大于使用温度下的爆破压力， p= (1.151.75) pw（4）盛装液化气体的容器，需考虑液化气体的临界温度）盛装液化气体的容器，需考虑液化气体的临界温度tc50， p=50饱和蒸汽压（室温下可能液化）饱和蒸汽压（室温下可能液化）tc2000封头直边高度封头直边高度h02540封头的直边高度封头的直边高度h0/mmppDtij 2jtipD 2标准椭圆形封头的标准椭圆形封头的壁厚计算式壁厚计算式：标准椭圆形封头的标准椭圆形封头的壁厚简化计算式壁厚简化计算式： 标准椭圆形封头的计算厚度不得小

9、于封头内径的标准椭圆形封头的计算厚度不得小于封头内径的0.15，即，即iD10005 . 1min8.2 8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算内压容器筒体和封头厚度的计算查表查表8-6（P167）Q235B在在t=100时，时，t= 名义厚度圆整为名义厚度圆整为20mm（=1.0mm），即圆筒的名），即圆筒的名义厚度义厚度n=20mm1）筒体）筒体例例6：已知：已知：p=2Mpa，t=100 ，Di=1600mm，腐蚀裕量，腐蚀裕量C2=2mm，材料，材料Q235B，封头拚接焊缝，封头拚接焊缝100%探伤，其他探伤，其他20%探伤，双面对接焊。求：确定圆筒及标准椭圆封头的探伤，双面对接焊。求：

10、确定圆筒及标准椭圆封头的名义厚度。名义厚度。解：解：查表查表8-10（P171） j j=jticDp 221CCn0 .1923 . 07 .168.2 8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算内压容器筒体和封头厚度的计算mm7 .1685. 0113216002C1=0.3mm113MPa0.852）封头）封头 查表查表8-10（P171） j j=jticDp 221CCn5 .1623 . 02 .14 名义厚度圆整为名义厚度圆整为18mm（=1.5mm），即标准椭圆），即标准椭圆形封头的名义厚度形封头的名义厚度n=18mm8.2 8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算内压容器筒体和封头厚度

11、的计算1mm2 .141113216002C1=0.3mm3. 蝶形封头蝶形封头v结构：结构：又称又称带折边球形封头带折边球形封头，由半径为，由半径为Rc的的球面体球面体、半径为半径为r的过渡的过渡圆弧（即折边）圆弧（即折边）和高度为和高度为h0的的短圆筒短圆筒（即直边）（即直边）等三部分组成等三部分组成Rch0hrDi折边折边直边直边球体部分球体部分8.2 8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算内压容器筒体和封头厚度的计算v优点：优点：过渡圆弧过渡圆弧降低降低了封头了封头深度深度，方便成型方便成型，且压制，且压制碟形封头的钢模加工简单，应用广泛。碟形封头的钢模加工简单，应用广泛。v缺点：缺点：

12、不连续曲面，存在不连续曲面，存在较大边缘弯曲应力较大边缘弯曲应力。边缘弯。边缘弯曲应力与薄膜应力叠加，使该部位的应力远远高于其它曲应力与薄膜应力叠加，使该部位的应力远远高于其它部位，故部位，故受力状况不佳受力状况不佳。Rch0hrDi球面部分的薄膜应力：球面部分的薄膜应力：2csppRRc：球面部分的中面半径：球面部分的中面半径：壁厚：壁厚8.2 8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算内压容器筒体和封头厚度的计算 折边：折边：折边内除了薄膜应力外，还有较大弯曲应力，折边内除了薄膜应力外，还有较大弯曲应力，总应力大于球面内的应力：总应力大于球面内的应力：)3(41rRMciM：碟形封头的形状系数碟

13、形封头的形状系数2MMcsppR折Rci：球面内半径：球面内半径 r：折边半径：折边半径Rci / r1.01.25 1.50 1.752.02.25 2.50 2.753.03.253.54.0M1.00 1.03 1.06 1.08 1.10 1.13 1.15 1.17 1.18 1.20 1.22 1.25Rci / r4.55.05.56.06.57.07.58.08.59.09.510.0M1.28 1.31 1.34 1.36 1.39 1.41 1.44 1.46 1.481.51.52 1.54表表8-13 形状系数形状系数MRch0hrDi8.2 8.2 内压容器筒体和封头

14、厚度的计算内压容器筒体和封头厚度的计算jtcpR2M折5 . 0cicRRpMpRtci5 . 0 2jjtciMpR 2蝶形封头壁厚：蝶形封头壁厚：MpMpRtci5 . 0 2j蝶形封头厚蝶形封头厚度计算公式度计算公式蝶形封头厚度简化计算公式蝶形封头厚度简化计算公式令令Rci= Di，则：，则：ppDMti5 . 0 2jjtipDM 2=0.9或或1，常取，常取0.9。8.2 8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算内压容器筒体和封头厚度的计算GB150-1998规定：规定： 碟形封头的厚度如果太薄，也会发生内压下的弹性碟形封头的厚度如果太薄，也会发生内压下的弹性失稳。失稳。M1.34时，时

15、，e0.15%DiM 1.34时，时，e0.30%Di8.2 8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算内压容器筒体和封头厚度的计算4. 球冠形封头球冠形封头 结构：将结构：将球面球面部分直接焊在部分直接焊在圆柱壳体圆柱壳体上，构成了无折上，构成了无折边球形封头。边球形封头。 封头的封头的球面半径球面半径一般取等于一般取等于圆柱筒体圆柱筒体的内直径或的内直径或0.9倍倍至至0.7倍的倍的内直径内直径。 优点：优点：结构简单、制造方便，常用作容器中两独立受结构简单、制造方便，常用作容器中两独立受压室中间封头，端盖。压室中间封头，端盖。 缺点：缺点：无转角过渡，存在无转角过渡，存在相相当大的不连续应力当

16、大的不连续应力，其应力分，其应力分布布不不甚甚合理合理。8.2 8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算内压容器筒体和封头厚度的计算RLiD 应用：应用：端封头端封头或容器中两个相或容器中两个相邻承压空间的邻承压空间的中间封头中间封头，承压小。，承压小。pQpDtij 2 折边封头与筒体连接处存在折边封头与筒体连接处存在较较大的边界应力大的边界应力，厚度计算要考虑，厚度计算要考虑边界应力：边界应力： Q：系数，查：系数，查GB150-1998 Q1，Q越大，说明边界应力影越大，说明边界应力影响越大。响越大。8.2 8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算内压容器筒体和封头厚度的计算LRLiD三、锥形封

17、头三、锥形封头轴对称锥壳无折边锥壳带折边锥壳：有过渡圆弧（折边） 和直边不带折边锥形封头不带折边锥形封头局部加强的不带局部加强的不带折边锥形封头折边锥形封头带折边锥形封头带折边锥形封头 不带折边锥形封头与筒体连接处存在不带折边锥形封头与筒体连接处存在较大边界应力较大边界应力，降低边界应力的方法：降低边界应力的方法：1）局部加强）局部加强；2）加折边和直边）加折边和直边22cD28.2 8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算内压容器筒体和封头厚度的计算带折边锥形封头带折边锥形封头（直边）（直边）（折边）（折边）8.2 8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算内压容器筒体和封头厚度的计算特点：结构不连续

18、，应力分布不理想应用应用许多化工设备的底盖，便于卸料。许多化工设备的底盖，便于卸料。不同直径圆筒体的中间过渡段（变径段）不同直径圆筒体的中间过渡段（变径段）中低压中低压结构限制结构限制 无折边锥形封头：半锥角无折边锥形封头：半锥角30 带折边锥形封头：半锥角带折边锥形封头：半锥角60 折边半径折边半径r：不小于：不小于Di的的10%，且不小于该过渡段，且不小于该过渡段厚度的厚度的3倍。倍。 22iDsD2cDr8.2 8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算内压容器筒体和封头厚度的计算1. 不带折边锥形封头不带折边锥形封头锥形壳体的最大薄膜应力位于锥体大端：锥形壳体的最大薄膜应力位于锥体大端：22iDsDcos14pDmcos12pD若不考虑封头与圆筒连接处的边界应力，则：若不考虑封头与圆筒连接处的边界应力，则：jtrpDcos123jjcos1 2cos 2pDppDptictic当当pc10MPam3，属于三类容器，焊缝需要，属于三类容器，焊缝需要100%探伤，故探伤，故j j=1。16MnR的常温许用应力从表的常温许用应力从表8-11查得，查得，t=170MPa；8.3 8.3 在用容器的强度校核在用容器的强度校核 mmppt14. 7211702