第八章内压容器课件

第八章内压容器学习内容1设计压力容器2校核在用容器3fengtousheji-18.1.设计参数的确定一、容器直径筒体、封头公称直径：内径无缝钢管的公称直径：外径表8-1；表8-2-28.1.设计参数的确定二、最大工作压力与设计压力p——表压-31.最大工作压力pw正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。由工艺计算确定：化学反应所要求的；传递过程所必需的；由液化气体的饱和蒸汽压所决定的。-42.设计压力p：

设定的容器顶部的最高压力---设计载荷。

取值方法：（1）容器上装有安全阀取不低于安全阀开启压力：p≤（1.05～1.1）pw系数取决于弹簧起跳压力。看看安全阀的工作情况-5（2）容器内有爆炸性介质，安装有防爆膜时：取设计压力为爆破片设计爆破压力加制造范围上限。(1.15-1.75）pw防爆膜装置示意图看看爆破片的工作情况-6（3）无安全泄放装置——取p=（1.0~1.1）pw。（4）盛装液化气容器——设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。（地面安装的容器按最高饱和蒸汽压不低于40℃，如50℃，60℃时的气体压力考虑）。注意：要考虑实际工作环境，如放置地区，保温，遮阳，喷水等。例如：液氨储罐。金属壁温最高工作为50℃，氨的饱和蒸汽压为2.07MPa。1.容器的设计压力？2.若容器安放有安全阀，设计压力？-7（5）外压容器——取p≥正常操作下可能产生的最大压差。

注意：“正常操作”——含空料，真空检漏，稳定生产，中间停车等情况。（6）真空容器—※没有安全阀时，取0.1MPa；※有安全阀时，取Min（1.25×△p,0.1MPa)。-8釜壁可能承受压力情况：※釜内空料，夹套内充蒸汽-----外压0.2MPa;※釜内真空，夹套内充蒸汽-----外压0.3MPa;※釜内0.3MPa，夹套内0.2MPa----内压0.1MPa;※釜内0.3MPa，夹套内空料—--内压0.3MPa;釜壁承受的最大压差:内压0.3MPa或外压0.3MPa.（7）带夹套容器——取正常操作时可能出现的最大内外压差。例如带夹套的反应釜：夹套内蒸汽压力为0.2MPa,釜内开始抽真空，然后釜内升压至0.3MPa。该釜壁承受压力如何？-9三、设计温度——指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。※设计温度在容器设计中的作用：①选择材料；②确定许用应力。※确定设计温度的方法：（1）类似设备实测；（2）传热计算；（3）参照书P90表4-5。例如：不被加热或冷却的器壁，且壁外有保温，取介质温度；用水蒸气、热水或其它液体加热或冷却的器壁，取热介质的温度；等等。-10四.计算压力pc---在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。即计算压力=设计压力+液柱静压力(≥5%P时计入)可见，计算压力≥设计压力≥最大工作压力

例：一立式容器，工作压力0.5MPa，液体深10m，重度为10,000N/m3。pw=0.5MPa,p=0.5MPapc=0.5+(10×10,000)/1,000,000=0.6MPa-11五、许用应力（表8-6；表8-7；表8-8；表8-9）定义式：（1）许用应力〔s〕的确定：※工作温度为中温，取※工作温度为常温（＜200℃）取-12※工作温度为高温，取式中snt,sDt----设计温度下材料的蠕变强度和持久强度。nn,nD----蠕变强度和持久强度的安全系数。-13（2）安全系数及其确定：影响安全系数的因素：①计算方法的准确性、可靠性和受力分析的精确程度；②材料质量和制造的技术水平；③容器的工作条件及其在生产中的重要性和危险性。安全系数材料nbns

nDnn碳素钢、低合金钢≥3.0≥1.6≥1.5≥1.0高合金钢≥3.0≥1.5≥1.5≥1.0-14六、焊接接头系数（）容器上存在有：纵焊缝----A类焊缝环焊缝----B类焊缝需要进行无损检验。检验方法主要是：X射线检查和超声波检查。为什麽要进行无损检验？-15常见的焊接形式：-16-17-18常见对接焊-19-20-21

①缺陷，夹渣，未焊透，晶粒粗大等，在外观看不出来；②熔池内金属从熔化到凝固的过程受到熔池外金属的刚性约束，内应力很大。——焊缝区强度比较薄弱。焊接后常出现：-22焊接缺陷-23

为综合考虑筒体强度，设计公式中将钢板母材的许用应力乘以（≤1）。[σ][σ]×-24焊接接头系数（）：焊接接头结构100%无损检验局部无损检验示意图双面对接焊1.00.85

带垫板单面对接焊0.900.80-25你能回答下列问题吗？1.可否采用搭接焊结构制作压力容器壳体？为什麽？2.焊缝处为什麽要进行无损探伤检查？3.焊缝系数（）为什麽小于等于1？4.取焊缝系数的依据是什麽？5.壁厚计算公式中的[σ]t是钢板的许用应力，还是焊缝材料的许用应力？6.带垫板的焊缝结构中，垫板的作用是什麽？是否起加强作用？-26六.壁厚附加量容器壁厚附加量——（1）钢板或钢管厚度负偏差C1:例如，-27

在设计容器壁厚时要----预先考虑负偏差。钢板负偏差参见p173表8-11选取；-28（2）腐蚀裕量C2

容器元件由于腐蚀或机械磨损——厚度减薄。——在设计壁厚时要考虑容器使用寿命期内的安全性！具体规定如下：对有腐蚀或磨损的元件:C2=KaBKa---腐蚀速率（mm/a），由材料手册或实验确定。B----容器的设计寿命，通常为10～15年。一般情况,Ka=0.05～0.13mm/a的轻微腐蚀时，对单面腐蚀取C2=1～2mm;对双面腐蚀取C2=2～4mm。对于不锈钢，一般取0。-298.2内压容器筒体与封头厚度的计算8.2.1内压圆筒的五种厚度及其确定方法依据第三强度理论，强度公式为：参数变换：1.将中径换算为圆筒内径，D=Di+δ;2.考虑到焊缝处因气孔、夹渣等缺陷以及热影响区晶粒粗大等造成的强度削弱，引进焊缝系数(≤1)；3.材料的许用应力与设计温度有关，[σ]t。-30内压圆筒的五种厚度及其确定方法再考虑腐蚀裕量C2,于是得到圆筒的2.设计壁厚为：1.计算壁厚公式：-31在公式（4-2）基础上，考虑到钢板的负偏差C1（钢板在轧制时产生了偏差）3.名义壁厚公式：再根据钢板标准规格向上圆整。这是写在图纸上的钢板厚度！4.有效厚度ee=δ+Δ=

n－C1－C2。

（8-4）-32容器壁厚壁厚之间的关系※实际壁厚不得小于名义壁厚减去钢板负偏差，可保证强度要求！※热加工封头时，加工单位应预先考虑加工减薄量！-335最小厚度(

min)

为保证容器制造、运输、安装时的刚度要求，限定容器实际最小壁厚（指不含腐蚀裕量的壁厚）：●碳钢和低合金钢制容器≥3mm。●高合金钢制容器≥2mm。1.标注在图纸上的容器壁厚是如何确定的？2.壁厚加工减薄量由谁定？3.加工后容器的实际壁厚不能小于多厚才可以在使用寿命期内保证安全？4.规定容器最小壁厚的目的是什麽？思考如下问题：-34式中

e——有效壁厚

e=

n－C1－C2。强度校核公式：1）在工作压力及温度下，现有容器强度够否？2）现有容器的最大允许工作压力如何？-35球形容器强度计算公式？由薄膜理论：由第三强度理论，强度条件：则导出壁厚计算公式：-36-371.确定腐蚀裕度的依据？2.腐蚀裕度的有效期？3.列管换热器的管子、壳体腐蚀裕度如何定？＊容器各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量。＊介质为压缩空气、水蒸气或水的碳钢或低合金钢容器，单面腐蚀裕量不小于1mm；＊对不锈钢容器，腐蚀轻微时可取C2=0。还要记住！-38例题例1：设计乙烯精馏塔。由工艺计算得出塔体公称直径为600mm,工作压力为2.2MPa（不计液柱高度），工作温度t=-3～-20℃，塔体保温。确定该塔壁厚及选用的材料。【解】1.选材介质腐蚀性——轻微；工作温度——低温；工作压力——中压。故选用16MnR。2.确定参数（1）由DN=600mm,筒体采用钢板卷焊，Di=600mm；（2）由题意“不计液柱高度”，无安全泄放装置，pc=2.2MPa；（3）因压力为中压，直径较小，故采用带垫板单面对接焊结构，局部无损探伤，查表8-10，=0.8；（4）塔体保温，由表8-7，设计温度取介质温度，[s]t=170MPa

；（5）常温屈服点ss=345MPa；（6）腐蚀轻微，单面腐蚀，C2=1mm。-39（3）确定计算壁厚由δd=δ+C2=4.9+1.0=5.9(mm),16MnR属GB6654-96标准内的材料，查表8-11，得C1=0.6mm，则C=C1+C2=0.6+1.0=1.6(mm)。名义壁厚δn=δ+C+圆整量，δ+C=4.9+1.6=6.5(mm),圆整为7mm。（4）校核水压试验强度水压试验强度条件为：-40式中PT=1.25p=1.25×2.2=2.75(MPa),([s]/[s]t≈1);δe=δ

n-C1-C2=7-0.6-1.0=5.4(mm)则而0.9ss=0.9×345×0.8=248.4（MPa)可见sT＜0.9ss

，所以水压试验强度足够。结构简图：-41例2设计锅炉汽包的筒体壁厚。工作压力为13.6MPa,工作温度为350℃,其内径为1300mm。【解】1.选材：工作温度中温，工作压力为高压，有轻微腐蚀。故采用低合金钢18MnMoNbR（GB6654-96)。ss=410MPa。2.确定参数（1）工作压力15.6MPa,是高压容器，属于三类容器。其焊缝结构必须是双面对接焊结构或其他等强度焊接，100%无损探伤，

=1。（2）筒体需保温，则筒壁设计温度取介质温度，[s]=[s]350=190MPa（3）需安装安全阀，pc=p=1.1×13.6=14.96(MPa)。（4）水蒸气对低合金钢有轻微腐蚀，且为单面腐蚀，C2=1mm。-42

3.计算壁厚4.设计壁厚：

δd=δ+C2=53.3+1.0=54.3(mm),查表8-11得C1=1.3(mm)壁厚附加量C=C1+C2=1.3+1.0=2.3(mm)5.名义厚度

δn=δ+C+圆整量

54.3+2.3=56.6(mm)，圆整后为60（mm)。-436.校核水压试验强度水压试验强度条件为：式中δ

e=δ

n-C=60-2.3=57.7(mm)则sT=220(MPa)。而0.9

ss=0.9×1×410=369(MPa)sT＜0.9

ss水压试验合格。-44例3校验旧气瓶。资料记载该气瓶材质为40Mn2A，系无缝钢管收口而成。实测其外径为219mm,最小壁厚为6.5mm。查材料手册得该材料的sb=785MPa,ss=510MPa,d5=18%。

（1）常温下可否充15MPa氧气？

（2）如强度不够，最高允许工作压力多少？【解】1.确定参数pc=15MPa,DO=219mm,δn=6.5mm,

无缝钢管=1，C2=1mm,实测壁厚6.5mm，则C1=0,

δe=6.5-1=5.5mm,许用应力求取：[s]t=min｛sb/nb,ss/ns｝=min｛785/3,510/1.6｝=262(MPa)。-452.强度校核校核公式为充15MPa强度不够。3.确定最高允许工作压力计算公式为该气瓶的最大安全使用压力为13.48MPa。-46〖注意〗

“实测壁厚”概念。即无需考虑负偏差问题，C1=0。无缝钢管制的容器公称直径为外经，壁厚计算公式中应采用外径。公式应该如何？自己试推导一下。-478.2.2内压凸形封头厚度计算半球形封头标准椭圆形封头碟形封头无折边球形封头-488.2.2.1半球形封头1.结构：（1）整体半球壳体-热压成型；（2）焊接半球壳体-分瓣冲压组焊。

3.与筒体连接结构：

※与筒体连接部位要圆滑过渡。(为什麽？）重心？

※与筒体连接的环焊缝属于球壳内的部分，确定封头厚度时应考虑这一环焊缝的焊接接头系数。2.壁厚计算公式：-498.2.2.2标准椭圆形封头——椭圆壳应力分布-501.椭圆封头的结构

：为什麽要有直边？（1）保证封头的制造质量；（2）不连续点与环焊缝分开，从而避免边缘应力与焊接应力、薄膜应力集聚，降低合应力。2.壁厚的计算公式椭球壳壁内应力的大小及变化受a/b值的影响，——形状系数K。厚度计算公式为：-51名义壁厚=计算壁厚+壁厚附加量+圆整量标准椭圆封头(a/b=2)K=1。椭圆形封头的最大允许工作压力计算公式：注意：1.加工减薄量由制作单位确定。2.各参数的单位-公式中只用MPa和mm。

3.对于同一容器上的圆筒与椭圆形封头，如果壁厚相同，椭圆形封头的强度高于圆筒。所以，水压试验强度校核时，校核筒体强度就可以了。（为什麽?）

4.直边高度按P176表8-12选取。-528.2.2.3碟形封头

碟形壳的应力分布：-531.碟形封头的结构：2.壁厚计算公式：式中M---形状系数。（①Ri/r值不同；②球面与摺边连接处的曲率突变。）标准碟形封头

壁厚计算公式为：-548.2.2.4球冠形封头（无折边球形封头）

1.结构1.结构-55式中Di——封头和筒体的内直径；Q——系数，远大于1！在压力容器中使用较少。2.壁厚计算公式：-56注意：可以使用简化式！-578.2.3内压锥形封头厚度计算

锥壳应力分布？-58为减小边缘应力，锥形封头结构常有如下结构（1）局部加强α≤30的大端及α≤45的小端(2)加过渡圆弧α＞30的大端及α＞45的小端受内压无折边锥形封头受内压带折边锥形封头-598.2.4圆平板封头（表8-15）-60根据强度条件：K值：结构系数-表8-15-618.2.5计算厚度的通用式-62例题

确定精馏塔封头形式及尺寸。塔径Di=600mm，壁厚δn=7mm，材质为16MnR（GB6654-96)，计算压力Pc=2.2MPa,工作温度t=-3～-20°C。【解】确定参数：Pc=2.2MPa，Di=600mm，C2=1mm,[s]=170MPa。封头材质选16MnR（GB6654-96)1.半球形封头

补充参数：半球形封头与筒体连接的环焊缝属于封头内的部分，采用带垫板单面对接焊，局部无损探伤，φ=0.8。计算壁厚为：δd=2.4+1.0=3.4(mm)C1=0.3mm名义壁厚为δn=3.4+0.3+Δ=4.0(mm)取4mm。-632.用标准椭圆形封头此封头可以整板冲压，=1。计算壁厚为：δd=3.9+1.0=4.9(mm)取C1=0.5mm名义壁厚为δn=4.9+0.5+Δ=6.0(mm)板厚为6mm。3.采用标准碟型封头δ

d=4.67+1.0=5.67(mm)取C1=0.6mm,名义壁厚为δn=5.67+0.6+Δ=7.0(mm)