内压薄壁圆筒和球壳设计

第九章内压薄壁圆筒和球壳设计根据给定的内直径，设计压力，设计温度以及介质腐蚀性等条件，设计出合适的厚度，以保证在规定的使用寿命内安全可靠地运行。压力容器强度计算的内容主要是新容器的强度及在用容器的强度校核。第一节概述压力容器设计的内容1、确定设计参数：p（设计压力）、t（设计温度——正常工作的情况下设定的元件金属的温度）、DN（公称直径）、[σ]t（设计温度下的许用应力）、φ（焊接接头系数）等。2、选择材料只讨论钢制化工容器。压力低、按刚度设计的容器：尽量用低碳钢；压力较高之大型容器：普通低合金钢。价格比碳钢高20%，强度高30~60%。介质腐蚀严重或产品纯度要求高：不锈钢；深冷容器：铜及其合金。4、确定壳体（筒体、封头）壁厚。——强度计算。5、选取标准件。法兰、支座、开孔附件等。6、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度计算问题。设计温度(表9-1）∴试验前应对圆筒在试验压力下的最大应力进行应力校核：（防止应力过大，试验前进行）[σ]t——设计温度下材料许用应力，MPa根据腐蚀速度和设计寿命选取腐蚀裕量pc——计算压力，MPa度、容器法兰连接的泄漏压力较高之大型容器：普通低合金钢。二、内压球壳的强度计算单面焊的对接接头（沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板）2、选择材料只讨论钢制化工容器。名义厚度n=d+C1并圆整4、确定壳体（筒体、封头）壁厚。压力低、按刚度设计的容器：尽量用低碳钢；压力试验有液压试验和气压试验两种其它低合金钢≮15℃。双面焊或相当双面焊的全焊透的对接接头4、确定壳体（筒体、封头）壁厚。GB150许用应力表（表9-4）名义厚度n=d+C1并圆整GB150许用应力表（表9-4）若。括材料的缺陷、容器各部分的变形、焊接接管的强根据腐蚀速度和设计寿命选取腐蚀裕量4、确定壳体（筒体、封头）壁厚。也可以使用不会导致危险的其它液体（挥发性小、易流动、不易燃和无毒性）。介质腐蚀严重或产品纯度要求高：不锈钢；价格比碳钢高20%，强度高30~60%。双面焊或相当双面焊的全焊透的对接接头最小厚度δmin为满足制造工艺要求及运输和安装的刚度要求,对壳体规定的最小厚度压力试验有液压试验和气压试验两种一、薄壁圆筒强度计算公式承受内压的圆筒，薄膜应力为根据第三强度理论工艺设计中一般给出内直径考虑焊缝区金属强度一般低于母材第二节内压薄壁圆筒和球壳强度计算液体静压力>5%p时，取设计压力+静压力为计算压力，有安全阀时取（1.压力低、按刚度设计的容器：尽量用低碳钢；根据给定的内直径，设计压力，设计温度以及介质腐蚀性等条件，设计出合适的厚度，以保证在规定的使用寿命内安全可靠地运行。度、容器法兰连接的泄漏GB150许用应力表（表9-4）第二节内压薄壁圆筒和球壳强度计算2、选择材料只讨论钢制化工容器。因为压力试验的目的就是检验容器的强度，所以存在破裂的可能性。为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损导致的厚度减薄而附加的厚度量[σ]t——设计温度下材料许用应力，MPa将容积为V的容器充满压力为P的气体所需压缩功比液体压缩功大几百到几万倍，一旦破裂压缩功转化为爆破能，所以气体比液体造成的危害要大得多。最小厚度δmin为满足制造工艺要求及运输和安装的刚度要求,对壳体规定的最小厚度4、确定壳体（筒体、封头）壁厚。设计厚度d=+C2压力容器强度计算的内容主要是新容器的强度及在用容器的强度校核。pc——计算压力，MPaDi——圆筒内直径，mmδ——计算厚度，mmφ——焊接接头系数[σ]t——设计温度下材料许用应力，MPa适用范围壳体厚度计算厚度δ设计厚度

d=+C2名义厚度

n=d+C1并圆整有效厚度

e=n-C1-C2=n-C毛坯厚度=

n+加工减薄量C3最小厚度δmin为满足制造工艺要求及运输和安装的刚度要求,对壳体规定的最小厚度设计厚度与名义厚度内压圆筒应力校核内压圆筒许可压力确定四、关于最小厚度的规定按壁厚公式计算得到的壁厚很小，不能满足制造工艺要求以及运输和安装过程中的刚度要求，规定壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度对碳素钢、低合金钢制容器，不小于3mm对高合金钢制容器，不小于2mm与薄壁圆筒的推导相似，可以得到球形容器的厚度设计计算公式如下：计算厚度应力校核二、内压球壳的强度计算

许可压力1.设计压力p表压，设计压力是指在相应设计温度下用以确定容器壳体厚度及其元件尺寸的压力，是标注在铭牌上的容器设计压力。液体静压力>5%p时，取设计压力+静压力为计算压力，有安全阀时取（1.05~1.1）最高工作压力，有爆破膜时取（1.15~1.3）倍的最高工作压力三、设计参数的确定2.计算压力3.设计温度(表9-1）许用应力：强度性能/安全系数安全系数：考虑到材料性能、载荷条件、设计方法、加工制造和操作等方面的不确定因素而确定的质量保证系数到材料性能、载荷条件、设计方法、加工制造和操作等方面的不确定因素而确定的质量保证系数

碳素钢、低合金钢高合金钢GB150许用应力表（表9-4）5.焊接接头系数表示焊缝区金属与母材金属强度的比值。焊缝热影响区有热应力的存在，焊缝金属晶粒粗大，焊缝中存在缺陷——影响焊缝的强度。采用焊接接头系数，以补偿焊接型式、焊接工艺及焊缝探伤检验的严格程度对焊缝区材料强度的影响。焊接接头系数的大小取决于焊缝结构和探伤方法。GB150规定：GB150规定：双面焊或相当双面焊的全焊透的对接接头单面焊的对接接头（沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板）6.厚度附加量

C=C1+C2C1——钢材厚度负偏差C2——腐蚀裕量容器厚度附加量包括钢板或钢管厚度的负偏差C1和介质的腐蚀裕量C2。钢材厚度负偏差C1薄钢板厚度负偏差按GB708规定选取厚钢板厚度负偏差按GB709规定选取腐蚀裕量C2为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损导致的厚度减薄而附加的厚度量根据腐蚀速度和设计寿命选取腐蚀裕量容器的各元件受到的腐蚀程度不同时，会采用不同的腐蚀裕量介质为水、水蒸气、空气的碳素钢或低合金钢制容器，C2≥1mm。单面焊的对接接头（沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板）和操作等方面的不确定因素而确定的质量保证系数与薄壁圆筒的推导相似，可以得到球形容器的厚度设计计算公式如下：第二节内压薄壁圆筒和球壳强度计算达到试验压力后关闭直通阀保压30分钟，此间压力表读数应保持不变。□水温度：C钢、16MnR、15MnVR容器≮5℃；因为压力试验的目的就是检验容器的强度，所以存在破裂的可能性。因为压力试验的目的就是检验容器的强度，所以存在破裂的可能性。压力低、按刚度设计的容器：尽量用低碳钢；也可以使用不会导致危险的其它液体（挥发性小、易流动、不易燃和无毒性）。1、确定设计参数：p（设计压力）、t（设计温度——正常工作的情况下设定的元件金属的温度）、DN（公称直径）、[σ]t（设计温度下的许用应力）、φ（焊接接头系数）等。25mm/a，C2≥2mm将容积为V的容器充满压力为P的气体所需压缩功比液体压缩功大几百到几万倍，一旦破裂压缩功转化为爆破能，所以气体比液体造成的危害要大得多。压力容器强度计算的内容主要是新容器的强度及在用容器的强度校核。05mm/a，C2=0对于碳素钢和低合金钢：腐蚀速度<0.05mm/a，C2=0腐蚀速度0.05～0.13mm/a，C2≥1mm腐蚀速度0.13～0.25mm/a，C2≥2mm腐蚀速度≥0.25mm/a，C2≥3mm容器制成后需进行压力试验，包括强度试验和致密性试验强度试验在超工作压力下进行液压（或气压）试验试验目的检查容器在超工作压力下的宏观强度，包括材料的缺陷、容器各部分的变形、焊接接管的强度、容器法兰连接的泄漏第三节容器的压力试验致密性试验对密封性要求高的重要容器在强度试验合格后进行的泄漏检查压力试验有液压试验和气压试验两种□介质：一般为水，所以又称为水压试验。也可以使用不会导致危险的其它液体（挥发性小、易流动、不易燃和无毒性）。□水温度：C钢、16MnR、15MnVR容器≮5℃；其它低合金钢≮15℃。预防试压管道冻结及脆性破裂。一般在常温下进行。□实验步骤：一、液压试验

达到试验压力后关闭直通阀保压30分钟，此间压力表读数应保持不变。然后降至规定试验压力的80%并保持足够长时间对所有焊缝及连接部位进行检查，如有汗珠、水滴，表明有泄漏（压力表读数下降），应做标记，卸压后修补，修好后重新试验。直至合格。试验压力：内压容器使试验条件下的应力安全状况与操作条件下相同应力校核

∵PT>P∴试验前应对圆筒在试验压力下的最大应力进行应力校核：（防止应力过大，试验前进行）将容积为V的容器充满压力为P的气体所需压缩功比液体压缩功大几百到几万倍，一旦破裂压缩功转化为爆破能，所以气体比液体造成的危害要大得多。因为压力试验的目的就是检验容器的强度，所以存在破裂的可能性。所以：