第八章内压容器

1、2022-4-81第八章第八章 内压容器内压容器8-1 8-1 设计参数的确定设计参数的确定一、容器直径一、容器直径v对于用钢板卷焊的筒体，以内径作为它的公称对于用钢板卷焊的筒体，以内径作为它的公称直径。直径。v容器直径较小，可直接用无缝钢管制作，此时容器直径较小，可直接用无缝钢管制作，此时以钢管外径作为它的公称直径。以钢管外径作为它的公称直径。2022-4-82压力容器的公称直径压力容器的公称直径/mm/mm300(350)400(450)500(550)600(650)700(750)8009001000(1100)1200(1300)1400(1500)1600(1700)1800(19

2、00)2000(2100)2200(2300)24002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000注：带括号的公称直径应尽量不采用。注：带括号的公称直径应尽量不采用。2022-4-83159219273325377426无缝钢管无缝钢管制作筒体时容器的公称直径制作筒体时容器的公称直径/mm/mm2022-4-84v公称直径：指标准化以后的标准直径，以公称直径：指标准化以后的标准直径，以DNDN表示，表示，单位单位mmmm，例如内径，例如内径1200mm1200mm

3、的容器的公称直径标记的容器的公称直径标记为为DN1200DN1200。v公称压力公称压力PNPN：容器及管道的操作压力经标准化以：容器及管道的操作压力经标准化以后的标准压力称为公称压力，以后的标准压力称为公称压力，以PNPN表示，单位表示，单位MPaMPa。v设计时，应将工艺计算初步确定的设备内径，调设计时，应将工艺计算初步确定的设备内径，调整为符合表中所规定的公称直径。整为符合表中所规定的公称直径。 v封头的公称直径与筒体一致。封头的公称直径与筒体一致。2022-4-85二、工作压力与设计压力二、工作压力与设计压力 p pv设计压力设计压力P P是指设定的容器顶部的最高压力，是指设定的容器顶

4、部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，即与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，即标注在铭牌上的压力。标注在铭牌上的压力。v工作压力是由工艺过程决定的，可能是变动的，工作压力是由工艺过程决定的，可能是变动的，在顶部和底部也可能是不同的。在顶部和底部也可能是不同的。v在正常操作情况下容器顶部可能出现的最高工在正常操作情况下容器顶部可能出现的最高工作压力称为容器的最大工作压力，用作压力称为容器的最大工作压力，用P PW W表示。表示。2022-4-86v设计压力应该高于其最大工作压力：设计压力应该高于其最大工作压力：（1 1）装有安全阀的容器，其设计压力不得低于）装有安全阀的容器，其设

5、计压力不得低于安全阀的开启压力安全阀的开启压力P PK K ，容器设计压力可取，容器设计压力可取 P=P=（1.05-1.11.05-1.1）P PW W。（2 2）装有爆破片的容器，其设计压力不得低于）装有爆破片的容器，其设计压力不得低于爆破片的设计爆破压力上限，容器设计压力可爆破片的设计爆破压力上限，容器设计压力可取取P=P=（1.15-1.751.15-1.75）P PW W。2022-4-87三、设计温度三、设计温度 t tv设计温度是指容器在正常操作情况，在相应设设计温度是指容器在正常操作情况，在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度。计压力下，设定的受压元件的金属温度。v设计温度

6、不得低于容器工作时器壁金属可能达设计温度不得低于容器工作时器壁金属可能达到的最高温度，也不能高于器壁金属可能达到到的最高温度，也不能高于器壁金属可能达到的最低温度。的最低温度。2022-4-88四、计算压力四、计算压力 p pc c v计算压力是指在相应设计温度下，用以确定受计算压力是指在相应设计温度下，用以确定受压元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。压元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。v当元件所承受的液柱静压力小于当元件所承受的液柱静压力小于5%5%设计压力设计压力时，时，可不计液柱静压力。可不计液柱静压力。五、许用应力五、许用应力 t t v在设计温度下许用应力值的大小，直接决定着在设计

7、温度下许用应力值的大小，直接决定着容器强度，是主要设计参数之一。容器强度，是主要设计参数之一。2022-4-89六、焊接接头系数六、焊接接头系数 v通常在钢板许用应力通常在钢板许用应力 t t基础上乘以一个等于基础上乘以一个等于或小于或小于1 1的焊接接头系数的焊接接头系数作为焊接接头处金作为焊接接头处金属的许用应力。属的许用应力。2022-4-810焊接接头形式焊接接头形式无损检测的长度比例无损检测的长度比例100%100%局部局部双面焊对接接头或相当于双双面焊对接接头或相当于双面焊的对接接头面焊的对接接头1.01.00.850.85单面焊对接接头或相当于单单面焊对接接头或相当于单面焊的对接

8、接头面焊的对接接头0.90.90.80.8符合符合压力容器安全技术检察规程压力容器安全技术检察规程才允许作局才允许作局部无损探伤。抽验长度不应小于每条焊缝长度的部无损探伤。抽验长度不应小于每条焊缝长度的2020。2022-4-8118-2 8-2 内压容器筒体与封头厚度的计算内压容器筒体与封头厚度的计算一、内压圆筒的五种厚度及其确定方法一、内压圆筒的五种厚度及其确定方法1 1、理论计算厚度、理论计算厚度 v为能安全承受计算压力所需的最小理论计算厚为能安全承受计算压力所需的最小理论计算厚度。度。 可简化成：可简化成：pDptic 2ticDp 22022-4-8122 2、设计厚度、设计厚度 d

9、 dv计算厚度计算厚度与腐蚀裕量与腐蚀裕量C C2 2之和之和 d d= =+C+C2 23 3、名义厚度、名义厚度n nv将设计厚度加上钢板将设计厚度加上钢板负偏差负偏差C C1 1后后向上圆整向上圆整至钢至钢板标准中规定的厚度。板标准中规定的厚度。v设计图样上标注的壳体厚度应为此厚度。设计图样上标注的壳体厚度应为此厚度。 n n= =d d+ +C C1 1+ +2022-4-813厚度附加量厚度附加量满足强度要求的计算厚度之外，额外增加的厚度满足强度要求的计算厚度之外，额外增加的厚度量，包括钢板负偏差量，包括钢板负偏差C Cl l、腐蚀裕量、腐蚀裕量 C C2 2，即，即 C C= =C

10、 Cl l+ +C C2 2厚厚 度度2 22.22.22.52.52.82.83.03.03.23.23.53.53.83.84 4 4.54.55.5 5.5 负偏差负偏差0.130.13 0.140.14 0.150.150.160.160.180.18 0.2 0.2 0.20.2 厚厚 度度6 67 7 8 8252526263030323234 34 3636404042425050 52526060 负偏差负偏差0.60.60.80.8 0.90.91 1 1.11.11.21.21.31.3 2022-4-814腐蚀裕量腐蚀裕量C C2 2应根据各种钢材在不同介质中的腐应根据各

11、种钢材在不同介质中的腐蚀速度和容器设计寿命确定。蚀速度和容器设计寿命确定。塔类、反应器类容器设计寿命一般按塔类、反应器类容器设计寿命一般按2020年考虑，年考虑，换热器壳体、管箱及一般容器按换热器壳体、管箱及一般容器按1010年考虑。年考虑。腐蚀速度腐蚀速度0.05mm0.05mma a 时，碳素钢和低合金钢时，碳素钢和低合金钢单面腐蚀单面腐蚀C C2 2=1mm=1mm，双面腐蚀取，双面腐蚀取C C2 2=2mm=2mm；腐蚀速度腐蚀速度0.05mm0.05mma a时，单面腐蚀取时，单面腐蚀取C C2 2=2mm=2mm，不锈钢取不锈钢取C C2 2=0=0。2022-4-8154 4、有

12、效厚度、有效厚度e e v真正可以承受介质压强的厚度真正可以承受介质压强的厚度 e e= =+ += =n n-C-C1 1-C-C2 25 5、最小厚度、最小厚度minmin （1 1）对于碳素钢和低合金钢制容器，）对于碳素钢和低合金钢制容器，minmin不小不小于于3mm3mm。（2 2）对于高合金钢制容器，）对于高合金钢制容器，minmin不小于不小于2mm2mm。2022-4-816v当筒体的计算厚度小于当筒体的计算厚度小于minmin时，应取时，应取minmin作为作为计算厚度，这时筒体的计算厚度，这时筒体的n n可视以下两种情况分可视以下两种情况分别计算。别计算。（1 1）当）当m

13、inmin- -CC1 1时，即理论计算厚度非常小，时，即理论计算厚度非常小，加上钢板负偏差后还不到规定的最小厚度。加上钢板负偏差后还不到规定的最小厚度。 n n= =minmin+C+C2 2+ + （可以等于零）可以等于零）（2 2）当）当minmin- -CC1 1时，负偏差必须计入。时，负偏差必须计入。 n n= =minmin+C+C1 1+C+C2 2+ +2022-4-817例例8-1 8-1 一台新制成的容器，图纸标注的技术特性一台新制成的容器，图纸标注的技术特性及有关尺寸如下：圆柱形筒体与标准椭圆形封及有关尺寸如下：圆柱形筒体与标准椭圆形封头的内径头的内径D Di i=1m=

14、1m，壁厚，壁厚n n=12mm=12mm，设计压力，设计压力p=2MPap=2MPa，焊接接头系数，焊接接头系数=1=1，腐蚀裕量，腐蚀裕量C C2 2=2mm=2mm，材料为材料为20R20R，以设计温度，以设计温度100100时的许用应力时的许用应力 t t =133MPa=133MPa，试计算该容器筒体的计算厚度，试计算该容器筒体的计算厚度，设计厚度，圆整值及有效厚度。设计厚度，圆整值及有效厚度。2022-4-818解：将所给条件分别代入有关公式解：将所给条件分别代入有关公式（1 1）计算厚度）计算厚度 mmmmpDptic6 . 758. 721133210002 2mmmmDpti

15、c5 . 752. 71133210002 2按简化式计算有：按简化式计算有：误差只有误差只有1.3%1.3%。2022-4-819（2 2）设计厚度）设计厚度 d d d d= =+C+C2 2=7.6+2=9.6mm=7.6+2=9.6mm（3 3）圆整值）圆整值查表得查表得C C1 1=0.8mm=0.8mm = =n n- -d d-C-C1 1=12-9.6-0.8=1.6mm=12-9.6-0.8=1.6mm（4 4）有效壁厚）有效壁厚 e e e e= =+ +=7.6+1.6=9.2mm=7.6+1.6=9.2mm或或 e e= =n n-C-C1 1-C-C2 2=12-0.

16、8-2=9.2mm=12-0.8-2=9.2mm2022-4-820例例8-2 8-2 按如下设计条件确定容器筒体的计算厚度按如下设计条件确定容器筒体的计算厚度，设计厚度，设计厚度d d，名义厚度，名义厚度n n，有效厚度，有效厚度e e。计算压力计算压力p pc c为为0.18MPa0.18MPa和和0.28MPa0.28MPa，筒体，筒体D Di i=2m=2m，材料材料 t t =133MPa=133MPa，=0.85,=0.85,腐蚀裕量腐蚀裕量C C2 2=2mm=2mm。解：当解：当p pc c=0.18MPa=0.18MPa时，筒体的计算厚度时，筒体的计算厚度mmDptic9 .

17、 185. 01332200018. 0 22022-4-821因为因为 CC1 1所以所以 n n= =minmin+C+C2 2=3+2=5=3+2=5mm=d d e e = =n n-C-C2 2-C-C1 1=5-2-0.5=2.5=5-2-0.5=2.5mm当当p pc c=0.28MPa=0.28MPa时时mmDptic9 . 285. 01332200028. 0 2因为因为 3r3。2022-4-828（）封头内的应力（）封头内的应力v碟形封头受内压作有用时，球面部分一次薄膜碟形封头受内压作有用时，球面部分一次薄膜应力可按球壳应力公式计算，其值为：应力可按球壳应力公式计算，其

18、值为：2csppRv在封头折边内除了薄膜应力外，变形时还将产在封头折边内除了薄膜应力外，变形时还将产生弯曲应力，二者叠加后，折边内的总应力可生弯曲应力，二者叠加后，折边内的总应力可用下式计算：用下式计算：2cspMpRM折2022-4-829v反映了折边处的应力较球面内应力增大的程度。反映了折边处的应力较球面内应力增大的程度。其值取决于其值取决于cici和和r r的比值，所以的比值，所以被称为碟形被称为碟形封头的封头的形状系数形状系数，其值按下式计算：，其值按下式计算：)3(41rRMci碟形封头形状系数碟形封头形状系数r rcici0.150.150.170.170.20.21.41.41.

19、361.361.311.312022-4-830（）壁厚计算公式（）壁厚计算公式tcicRMp 2ticDpM 2式中式中0.90.9或，常用或，常用0.9 0.9 。v碟形封头的厚度如果太薄，有效厚度也会发生碟形封头的厚度如果太薄，有效厚度也会发生内压下的弹性失稳，规定：内压下的弹性失稳，规定： M M1.341.34时时e e 0.150.15D Di i ； M1.34M1.34时时e e 0.30.3D Di i 。2022-4-8314 4、球冠形封头、球冠形封头（）封头结构为进一步降低凸形封头的高度，（）封头结构为进一步降低凸形封头的高度，将碟形封头的过渡圆弧及直边部分都去掉，只将

20、碟形封头的过渡圆弧及直边部分都去掉，只留下球面部分。球面半径一般取等于圆柱筒体留下球面部分。球面半径一般取等于圆柱筒体的内直径或的内直径或0.90.9倍至倍至0.70.7倍的内直径。倍的内直径。v这种封头的这种封头的使用压力一般不高使用压力一般不高。2022-4-832例例8-8-为一直径为一直径D Di i=800mm=800mm的圆柱形筒体选配凸形的圆柱形筒体选配凸形封头，已给设计条件如下头：设计压力封头，已给设计条件如下头：设计压力p p0.8MPa 0.8MPa ，许用应力，许用应力 t t =110MPa =110MPa ，焊接接头，焊接接头系数系数=1 =1 。试比较选用以下三种形

21、式凸形封头：。试比较选用以下三种形式凸形封头：半球形封头；半球形封头；标准椭圆形封头；标准椭圆形封头；球面半径球面半径R Rcici=720mm=720mm，折边半径，折边半径r ri i=108mm=108mm的碟形的碟形封头封头。封头的计算厚度各等于多少？封头的计算厚度各等于多少？2022-4-833解取计算压力解取计算压力p pc c=p=p，由于，由于p pc c与与 t t 相比很小，相比很小，所以按简化式计算。所以按简化式计算。（）半球形封头（）半球形封头mmDptic5 . 110048008 . 0 4（）标准椭圆形封头（）标准椭圆形封头mmDptic9 . 211028008

22、 . 0 22022-4-834（3 3）碟形封头）碟形封头mmRMptcic7 . 311027208 . 04 . 1 22022-4-835v锥形封头锥形封头2022-4-836三、内压锥形封头厚度计算三、内压锥形封头厚度计算（一）锥形封头的结构形式（一）锥形封头的结构形式v多用于立式容器底部以便于卸除物料。多用于立式容器底部以便于卸除物料。v根据锥形封头与圆筒连接外有无过渡圆弧和直边，根据锥形封头与圆筒连接外有无过渡圆弧和直边，有不带折边和带折边两种形式。有不带折边和带折边两种形式。v带折边锥形封头：直边高度选取同标准椭圆形封带折边锥形封头：直边高度选取同标准椭圆形封头，头，r r 0

23、.1D0.1Di i 、r3r3，6060。v不带折边锥形封头：不带折边锥形封头：3030。2022-4-837（二）不带折边锥形封头壁厚的确定（二）不带折边锥形封头壁厚的确定pQpDti 2tiQpD 2简化式：简化式：v式中式中Q Q值可根据封头的计算压力值可根据封头的计算压力p pc c与材料的与材料的 t t 的比值从图中查取。的比值从图中查取。2022-4-8382022-4-839（三）带折边锥形封头壁厚的确定（三）带折边锥形封头壁厚的确定ticDpf 20f f0 0查查表获得。表获得。（四）锥形封头小端结构与壁厚（四）锥形封头小端结构与壁厚锥形封头小端与接管连接处也有边界应力。

24、锥形封头小端与接管连接处也有边界应力。当当4545时，封头可直接与接管连接；时，封头可直接与接管连接；当当454530300 0, ,锥底大端带折边。折边内半径锥底大端带折边。折边内半径r=0.15Dr=0.15Di i=180mm=180mm。锥体壁厚计算：。锥体壁厚计算： pfpDti5 . 029. 1f)(6 . 12 . 13 . 1防爆膜MPapmmDi1200 MPa78300102C）（估计壁厚mmmmC168 . 01mm1 .152022-4-845锥底接管锥底接管d dN N=200mm,=200mm,外径外径 d=219mmd=219mm所以锥底小端直径所以锥底小端直径

25、 D Disis=222mm=222mm接管加强段厚度与锥体同厚，接管加强段厚度与锥体同厚， mmn16加强段的长度加强段的长度 mmDlis86162225 . 025 . 02的不锈钢板统一厚度，用mmn16过渡区厚度计算过渡区厚度计算 pKpDti5 . 021 .106 . 15 . 078212006 . 182. 082. 0K2022-4-846一、在用压力容器强度校核的原则一、在用压力容器强度校核的原则（1 1）原设计已明确提出所采用的强度设计标准）原设计已明确提出所采用的强度设计标准的，应按该强度标准进行强度校核。的，应按该强度标准进行强度校核。（2 2）当被校核的容器材料牌

26、号不明时，应按同）当被校核的容器材料牌号不明时，应按同类常用材料的最低标准值进行强度计算。类常用材料的最低标准值进行强度计算。（3 3）焊接接头系数应根据焊接接头的实际结构）焊接接头系数应根据焊接接头的实际结构型式和探伤比例确定。型式和探伤比例确定。2022-4-847（4 4）对于已使用多年的容器，或者是腐蚀比较）对于已使用多年的容器，或者是腐蚀比较严重的容器，其有效厚度按下式计算严重的容器，其有效厚度按下式计算 e e= = cmincmin-2n-2n（5 5）强度校核压力，可取压力容器实际操作的）强度校核压力，可取压力容器实际操作的最高工作压力。最高工作压力。（6 6）强度校核时的壁温

27、，取实际最高壁温度，）强度校核时的壁温，取实际最高壁温度，低温压力容器按常温取许用应力值。低温压力容器按常温取许用应力值。2022-4-848二、强度校核的思路、公式和举例二、强度校核的思路、公式和举例v算出容器在校核压力下的计算应力，看它是否小算出容器在校核压力下的计算应力，看它是否小于材料的许用应力，即于材料的许用应力，即teichDKp2v算出容器的最大许可压力，看它是否大于校核压算出容器的最大许可压力，看它是否大于校核压力，即力，即wtiepKDp22022-4-849例例8-5 8-5 一台使用多年且腐蚀较严重的容器，经检一台使用多年且腐蚀较严重的容器，经检测取得如下数据：筒体直径测

28、取得如下数据：筒体直径D Di i=2m=2m，实测厚度，实测厚度c c=8mm=8mm；碟形封头：；碟形封头：R Rcici=2m=2m，r ri i=300mm=300mm，c c上上=9.3mm,=9.3mm,有拼接焊缝；折边锥形下封头；半锥有拼接焊缝；折边锥形下封头；半锥角角=60=60，r ri i=300mm=300mm，折边部分实测厚度，折边部分实测厚度c1c1=10.4mm =10.4mm ；锥体部分实测厚度；锥体部分实测厚度c2c2=11mm =11mm ；容器材质为碳钢容器材质为碳钢Q235-AQ235-A；焊缝为带封底焊的全；焊缝为带封底焊的全焊透结构，经焊透结构，经20%20%射线检查未发现超标缺陷