第七章內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計(jì)本章重點(diǎn)介紹設(shè)計(jì)壓力不大于35Mpa的內(nèi)壓容器的筒體和封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算，容器的設(shè)計(jì)計(jì)算通常是根據(jù)工藝條件和要求，選擇使用材料、確定設(shè)計(jì)參數(shù)，并計(jì)算容器筒體和封頭等受壓元件的強(qiáng)度尺寸。壓力容器設(shè)計(jì)以GB150《鋼制壓力容器》為依據(jù)的，該標(biāo)準(zhǔn)以彈性失效為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，這種設(shè)計(jì)主要是控制殼體主體的基本（薄膜）應(yīng)力不超過材料的許用應(yīng)力值，對于結(jié)構(gòu)不連續(xù)引起的邊緣應(yīng)力主要以結(jié)構(gòu)的局部處理為主，必要時(shí)則以應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)的形式引入設(shè)計(jì)計(jì)算式予以考慮。第七章內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計(jì)本章重點(diǎn)介紹設(shè)計(jì)壓力不大于35Mpa1本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)是筒體和封頭的強(qiáng)度計(jì)算以確定其壁厚，涉及強(qiáng)度計(jì)算的內(nèi)容包括兩方面：設(shè)計(jì)壓力容器根據(jù)工藝條件，確定設(shè)計(jì)參數(shù)（p,t,D），選定材料和結(jié)構(gòu)形式，通過強(qiáng)度計(jì)算確定筒體和封頭的壁厚；校核在用容器判斷在剩余壽命期間內(nèi)是否安全容器針對某一使用條件需判廢，應(yīng)為判廢提供依據(jù)本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)是筒體和封頭的強(qiáng)度計(jì)算以確定其壁厚，涉及強(qiáng)度27.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定根據(jù)GB150的有關(guān)規(guī)定正確選定設(shè)計(jì)參數(shù)。兩個(gè)基本參數(shù)：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。公稱壓力PN：容器及管道的操作壓力經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)壓力稱為公稱壓力，以PN表示，單位MPa。7.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定根據(jù)GB150的有關(guān)規(guī)定正確選定設(shè)計(jì)參數(shù)37.1.1容器直徑容器筒體和封頭的直徑都有規(guī)定，不能任意取值，應(yīng)圓整為公稱直徑。壓力容器的公稱直徑：是指容器的內(nèi)徑，見P181表14-1鋼板卷焊公稱直徑是內(nèi)徑。無縫鋼管制作筒體時(shí)，以外徑作為公稱直徑，見表14-27.1.1容器直徑容器筒體和封頭的直徑都有規(guī)定，不能任意取值47.1.2工作壓力與設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力是設(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。工作壓力是由工藝過程決定的，會變動(dòng)，通常指最大工作壓力，既指容器頂部在工作過程中可能產(chǎn)生的最高壓力（表壓）設(shè)計(jì)壓力:相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下確定殼壁厚度的壓力，亦即標(biāo)注在銘牌上的容器設(shè)計(jì)壓力。其值稍高于最大工作壓力。7.1.2工作壓力與設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力是設(shè)定的容器頂部的最高壓5設(shè)計(jì)壓力的確定使用安全閥時(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；使用爆破膜根據(jù)其型式，一般取最大工作壓力的1.15～1.75倍作為設(shè)計(jì)壓力，不低于爆破片的爆破壓力固定式液化氣體儲罐的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)根據(jù)充裝介質(zhì)在容器內(nèi)可能達(dá)到的最高金屬溫度下相應(yīng)的飽和蒸汽壓確定，具體參照TSGR0004移動(dòng)式壓力容器設(shè)計(jì)壓力參照TSGR0005設(shè)計(jì)壓力的確定使用安全閥時(shí)設(shè)計(jì)壓力不小于安全閥開啟壓力或取最6計(jì)算壓力計(jì)算壓力：指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用于確定受壓元件厚度的壓力，其中應(yīng)包括液柱靜壓力。容器內(nèi)盛有液體，若其靜壓力不超過最大工作壓力的5％，則設(shè)計(jì)壓力可不計(jì)入靜壓力，否則，須在設(shè)計(jì)壓力中計(jì)入液體靜壓力。多數(shù)情況。夾套容器的內(nèi)筒，當(dāng)夾套中用蒸氣加熱時(shí)，內(nèi)筒的計(jì)算壓力應(yīng)按生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的最大壓差來確定。計(jì)算壓力計(jì)算壓力：指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用于確定受壓77.1.3設(shè)計(jì)溫度選擇材料和許用應(yīng)力的確定直接有關(guān)。設(shè)計(jì)溫度指容器正常工作中，在相應(yīng)的設(shè)計(jì)條件下，金屬器壁可能達(dá)到的最高或最低溫度。器壁溫度通過換熱計(jì)算。不被加熱或冷卻，筒內(nèi)介質(zhì)最高或最低溫度。用蒸汽、熱水或其它載熱體加熱或冷卻，載體最高溫度或最低溫度。不同部位出現(xiàn)不同溫度可分別計(jì)算7.1.3設(shè)計(jì)溫度選擇材料和許用應(yīng)力的確定直接有關(guān)。87.1.4許用應(yīng)力許用應(yīng)力是以材料的各項(xiàng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)為依據(jù)，合理選擇安全系數(shù)n得出的。設(shè)計(jì)溫度下許用壓力值的大小直接決定著容器強(qiáng)度，是重要設(shè)計(jì)參數(shù)之一。7.1.4許用應(yīng)力許用應(yīng)力是以材料的各項(xiàng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)為依據(jù)，合理97.1.5焊接接頭系數(shù)多數(shù)容器采用焊接結(jié)構(gòu)、焊接時(shí)可能出現(xiàn)焊接缺陷（如未焊透、氣孔和夾渣等），對容器強(qiáng)度產(chǎn)生影響。在設(shè)計(jì)中用焊接接頭系數(shù)表示焊縫熱影響區(qū)金屬與用材強(qiáng)度的比值，反映容器強(qiáng)度削弱的程度，的大小應(yīng)根據(jù)受壓元件的焊接接頭形式、坡口形式、焊縫形式和無損檢測的長度比例有關(guān)7.1.5焊接接頭系數(shù)多數(shù)容器采用焊接結(jié)構(gòu)10焊縫系數(shù)焊縫系數(shù)117.2內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度計(jì)算

7.2.1內(nèi)壓圓筒的五種厚度及其確定方法理論計(jì)算厚度設(shè)計(jì)厚度名義厚度有效厚度最小壁厚7.2內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度計(jì)算7.2.1內(nèi)壓圓筒的五種厚12理淪計(jì)算厚度圓筒受力：按第一強(qiáng)度理淪：（GB150）按第三強(qiáng)度理淪：（ASME）理淪計(jì)算厚度圓筒受力：13問題a：筒體上開橢圓孔，如何開？問題a：筒體上開橢圓孔，如何開？14答案應(yīng)使其短軸與筒體的軸線平行，以盡量減少開孔對縱截面的削弱程度，使環(huán)向應(yīng)力不致增加很多。答案15問題：鋼板卷制圓筒形容器，縱焊縫與環(huán)焊縫哪個(gè)易裂？問題：鋼板卷制圓筒形容器，縱焊縫與環(huán)焊縫哪個(gè)易裂？16答案：筒體縱向焊縫受力大于環(huán)向焊縫，故縱焊縫易裂，施焊時(shí)應(yīng)予以注意答案：17設(shè)計(jì)厚度

設(shè)計(jì)厚度：計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和：年腐蝕率mm/y；n：預(yù)期容器壽命設(shè)計(jì)厚度設(shè)計(jì)厚度：計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和18名義厚度

定義：指設(shè)計(jì)厚度加上鋼材厚度負(fù)偏差后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度、參照P189的規(guī)定名義厚度定義：指設(shè)計(jì)厚度加上鋼材厚度負(fù)偏差后向上圓整至鋼材19有效厚度定義：名義厚度減去腐蝕裕量和鋼板負(fù)偏差

有效厚度20最小壁厚

常壓、低壓計(jì)算的壁厚可能很小，GB150規(guī)定了最小壁厚（不包括腐蝕裕量）對碳素鋼、低合金鋼容器不小于3mm；對高合金鋼制容器不小于2mm時(shí)，?。粫r(shí)，；時(shí)，必須計(jì)入中去，最小壁厚常壓、低壓計(jì)算的壁厚可能很小，GB150規(guī)定了最小21厚度系數(shù)越大，容器在強(qiáng)度的安全儲量越大。厚度系數(shù)227.2.2內(nèi)壓凸形封頭厚度計(jì)算內(nèi)壓凸形封頭包括四種形式：半球形標(biāo)準(zhǔn)橢圓形碟形無折邊球形7.2.2內(nèi)壓凸形封頭厚度計(jì)算內(nèi)壓凸形封頭包括四種形式：23半球形封頭半球形封頭由半個(gè)球殼構(gòu)成半球形封頭半球形封頭由半個(gè)球殼構(gòu)成24半球形封頭半球形封頭由半個(gè)球殼構(gòu)成球殼中任意點(diǎn)處的薄膜應(yīng)力均相同，，根據(jù)薄膜應(yīng)力強(qiáng)度條件的計(jì)算和筒體的計(jì)算相同半球形封頭半球形封頭由半個(gè)球殼構(gòu)成25標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭封頭由半個(gè)橢球和一段高度為的圓柱形筒節(jié)（稱為直邊）構(gòu)成，封頭曲面深度＝b，封頭的直邊高度與封頭的厚度有關(guān)a/b=2，標(biāo)準(zhǔn)橢球封頭，最大薄膜應(yīng)力位于橢球的頂點(diǎn)，其值與圓筒體的完全相同標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭封頭由半個(gè)橢球和一段高度為的圓柱形筒節(jié)26標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭承受內(nèi)壓的橢圓形封頭在赤道處將產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，為防止封頭在這一壓應(yīng)力下產(chǎn)生折皺，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算厚度不得小于封頭內(nèi)直徑的0.15%，非標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算厚度不小于封頭內(nèi)直徑的0.30%。標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭承受內(nèi)壓的橢圓形封頭在赤道處將產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，為27GB150規(guī)定：為什么？橢圓形封頭和圓筒連接處附近存在較大的邊緣應(yīng)力，其最大值的所在位置在以封頭中心為中心的0.8范圍以外，以及和圓筒（即直邊段）連接處之間的區(qū)域，其值與封頭的結(jié)構(gòu)尺寸值a/b有關(guān)，可用形狀系數(shù)K表示，即最大應(yīng)力值為直徑和橢圓形封頭直徑相同的半球形封頭薄膜應(yīng)力的2K倍標(biāo)準(zhǔn)封頭：K=1GB150規(guī)定：28碟形封頭（帶直邊球形封頭）碟形封頭由三部分組成，即以R為半徑的球面部分,以高度為h2的圓筒形部分及以r為半徑的過渡區(qū),在這三部分的連接處經(jīng)線曲率半徑有突變,連接處附近將產(chǎn)生邊緣應(yīng)力,為減少邊緣應(yīng)力,碟形封頭均有過渡區(qū),碟形封頭設(shè)計(jì)有圓筒部分,目的是為了避免邊緣應(yīng)力作用在封頭和筒體連接的焊縫上.碟形封頭（帶直邊球形封頭）碟形封頭由三部分組成，即以R為半徑29碟形封頭（帶直邊球形封頭）形狀系數(shù)M簡化式：碟形封頭（帶直邊球形封頭）形狀系數(shù)M30碟形封頭（帶直邊球形封頭）碟形封頭球面內(nèi)半徑,碟形封頭的厚度如果太薄,有效厚度也會發(fā)生內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn),GB150規(guī)定,對于,的碟形封頭,有效厚度不小于封頭內(nèi)直徑的0.15%,其它封頭應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的0.30%.碟形封頭（帶直邊球形封頭）碟形封頭球面內(nèi)半徑,31球冠形封頭（無折邊球形）

無折邊球形封頭在多數(shù)情況下用作容器中兩個(gè)獨(dú)立受壓室的中間封頭，也可用作容器的端封頭，封頭與筒體連接的角焊縫應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu)，用于壓力不高的場合。球面半徑封頭與筒體連接處存在較大的邊界應(yīng)力,封頭與筒體的壁厚計(jì)算都必須考慮邊界應(yīng)力,這種集中體現(xiàn)在壁厚的計(jì)算公式中的系數(shù)Q上.系數(shù)Q遠(yuǎn)大於1，根據(jù)封頭的位置和封頭的受壓情況去查取Q值球冠形封頭（無折邊球形）無折邊球形封頭在多數(shù)情況下用作容器32內(nèi)壓錐形封頭（不作要求）錐形封頭廣泛用于立式容器底部,以便于卸除物料錐形封頭分為：不帶折邊錐形封頭帶折邊錐形封頭內(nèi)壓錐形封頭（不作要求）33無折邊錐形封頭錐形封頭承受均勻內(nèi)壓時(shí)的二向薄膜應(yīng)力最大值發(fā)生在離錐頂最遠(yuǎn)處(錐形封頭與筒體連接處)根據(jù)第一或第三強(qiáng)度理淪無折邊錐形封頭錐形封頭承受均勻內(nèi)壓時(shí)的二向薄膜應(yīng)力最大值發(fā)生34無折邊錐形封頭無折邊錐形封頭適用于,因錐殼與圓筒連接處幾乎不連續(xù),存在橫向推力,連接邊緣附近將產(chǎn)生顯著的邊緣應(yīng)力,邊緣應(yīng)力為二次應(yīng)力,其最大應(yīng)力強(qiáng)度控制值可達(dá),若超過此值,則必須局部加強(qiáng)加強(qiáng)后的壁厚計(jì)算公式：Q:錐殼與圓筒體連接處的應(yīng)力加強(qiáng)系數(shù)與有關(guān),在工程實(shí)際中,局部加厚封頭的結(jié)構(gòu)并不多見,一般采用整體加厚,筒體上的加強(qiáng)端還是必需的.無折邊錐形封頭無折邊錐形封頭適用于,因錐35帶折邊錐形封頭

GB150規(guī)定,對于錐殼大端,當(dāng)時(shí),應(yīng)采用帶折邊錐形封頭(表8-3),并要求大端折邊錐殼過渡段轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑不小于錐殼大端內(nèi)直徑的10%,且不小于過渡段厚度的3倍如折邊厚度小于錐體厚度則要計(jì)算折邊內(nèi)的應(yīng)力帶折邊錐形封頭36帶折邊錐形封頭帶折邊錐形封頭37帶折邊錐形封頭注:錐形封頭小端與接管連接處也有邊界應(yīng)力,當(dāng)錐形封頭可直接與接管連接;當(dāng)時(shí),在錐形封頭小端也應(yīng)加折邊對于封頭,其大小端直徑相差均較大,研究表明當(dāng)大端與小端直徑之比大于4時(shí),小端厚度不必計(jì)算,取大端相同厚度即可.帶折邊錐形封頭38平板封頭（不作要求）承壓設(shè)備的封頭一般不采用平板,只是壓力容器上的人孔、手孔或在設(shè)備操作期間需要封閉的接管所用的盲板才用平板。K—結(jié)構(gòu)系數(shù)平板封頭（不作要求）承壓設(shè)備的封頭一般不采用平板,只是壓力容39封頭計(jì)算厚度的通用式筒體與封頭厚度的計(jì)算公式，除了平板封頭外，可其它可用一個(gè)通用式表示，利于記憶：K：形狀系數(shù)圓柱形筒體與標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：K=1；球殼與半球形封頭：K=0.5；無折邊錐形封頭：K=Q折邊錐形封頭：碟形封頭：封頭計(jì)算厚度的通用式筒體與封頭厚度的計(jì)算公式，除了平板封頭外409.2.3壓力試驗(yàn)制造加工過程不完善，導(dǎo)致不安全，發(fā)生過大變形或滲漏。最常用的壓力試驗(yàn)方法是液壓試驗(yàn)。常溫水。也可用不會發(fā)生危險(xiǎn)的其它液體，試驗(yàn)時(shí)液體的溫度應(yīng)低于其閃點(diǎn)或沸點(diǎn)。不適合作液壓試驗(yàn)：如裝入貴重催化劑要求內(nèi)部烘干，或容器內(nèi)襯耐熱混凝土不易烘干，或由于結(jié)構(gòu)原因不易充滿液體的容器以及容積很大的容器等，可用氣壓試驗(yàn)代替液壓試驗(yàn)液壓試驗(yàn)時(shí)水溫不能過低(碳素鋼、16MnR不低于5℃，其它低合金鋼不低于15℃)，外殼應(yīng)保持干燥。設(shè)備充滿水后，待壁溫大致相等時(shí)，緩慢升壓到規(guī)定試驗(yàn)壓力，穩(wěn)壓30min，然后將壓力降低到設(shè)計(jì)壓力，保持30min以檢查有無損壞，有無宏觀變形，有無泄漏及微量滲透。水壓試驗(yàn)后及時(shí)排水，用壓縮空氣及其它惰性氣體，將容器內(nèi)表面吹干9.2.3壓力試驗(yàn)制造加工過程不完善，導(dǎo)致不安全，發(fā)生過大變41液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力：強(qiáng)度條件：液壓試驗(yàn)42氣壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力：強(qiáng)度條件：氣壓試驗(yàn)43氣密性試驗(yàn)試驗(yàn)壓力：介質(zhì)毒性為極度、高度危害或不允許有微量泄漏的壓力容器氣密性試驗(yàn)447.3在用壓力容器的強(qiáng)度校核根據(jù)《規(guī)程》規(guī)定，對在用壓力容器要進(jìn)行定期檢驗(yàn)，強(qiáng)度是其中的一項(xiàng)，本節(jié)只對涉及強(qiáng)度校核的有關(guān)公式和方法作簡要介紹7.3在用壓力容器的強(qiáng)度校核457.3.1在用壓力容器強(qiáng)度校核的原則1

原設(shè)計(jì)已明確提出所采用的強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的，按原強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)度校核；沒標(biāo)明的，可按當(dāng)時(shí)實(shí)施的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校核，進(jìn)口設(shè)備或按國外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，原則上按國外設(shè)計(jì)規(guī)范或按合同規(guī)定的設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行強(qiáng)度校核；容器材料牌號不明時(shí)，按同類常用材料的最低標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算；焊縫接頭系數(shù)應(yīng)根據(jù)焊接接頭的實(shí)際結(jié)構(gòu)型式和檢驗(yàn)結(jié)果，參照原設(shè)計(jì)規(guī)定選取，在特定條件下，把焊接接頭系數(shù)的確定與焊接接頭中存在的某些缺陷聯(lián)系起來的意見的可采納的；7.3.1在用壓力容器強(qiáng)度校核的原則1原設(shè)計(jì)已明確提出所采467.3.1在用壓力容器強(qiáng)度校核的原則2對于已使用多年的容器，或者腐蝕比較嚴(yán)重的容器，其有效厚度按下式計(jì)算：強(qiáng)度校核壓力，可取壓力容器實(shí)際操作的最高工作壓力，裝有安全閥的壓力容器，其校核壓力不得低于安全閥的開啟壓力；裝有爆破片的壓力容器，其校核壓力不得低于爆破片的爆破壓力；盛裝液化氣的，應(yīng)取原設(shè)計(jì)壓力；強(qiáng)度校核時(shí)的壁溫，取實(shí)際最高器壁溫度，低溫容器按常溫取許用應(yīng)力值。7.3.1在用壓力容器強(qiáng)度校核的原則2對于已使用多年的容器，477.3.2強(qiáng)度校核的方法算出容器在校核壓力下的計(jì)算應(yīng)力，看是否小于材料的許用應(yīng)力，即合格，否則不合格；的選取：新容器筒體：新容器封頭：腐蝕比較嚴(yán)重的容器：7.3.2強(qiáng)度校核的方法算出容器在校核壓力下的計(jì)算應(yīng)力，看是487.3.2強(qiáng)度校核的方法算出容器的最大許用壓力，看是否大于校核壓力，即合格，否則不合格即7.3.2強(qiáng)度校核的方法算出容器的最大許用壓力，看是否大于校49例：一臺反應(yīng)釜，釜體材料為20R，內(nèi)徑為1600mm，正常操作壓力為1.3Mpa，安全閥的開啟壓力為1.4Mpa，反應(yīng)溫度為200°C，介質(zhì)有輕微腐蝕，取，焊接接頭形式為雙面對接焊縫，局部無損探傷，經(jīng)實(shí)測最小壁厚為12mm，試判斷該釜能否繼續(xù)使用。例：一臺反應(yīng)釜，釜體材料為20R，內(nèi)徑為1600mm，正常操50解：已知20R在200°C的許用應(yīng)力為滿足強(qiáng)度校核條件，說明該釜可繼續(xù)使用。解：已知20R在200°C的許用應(yīng)力為51例某化工廠欲設(shè)計(jì)一臺石油氣分離工程中的乙烯精餾塔。工藝要求為塔體內(nèi)徑Di=600mm；設(shè)計(jì)壓力p＝2.2MPa；工作溫度t＝-3～-20℃。試選擇塔體材料并確定塔體厚度。例52解：由于石油氣對鋼材腐蝕不大，溫度在-20℃以上，承受一定的壓力，故選用16MnR。p＝2.2MPa；Di=600mm；＝170Mpa，=0.8；C2=1.0mm得：考慮鋼板厚度負(fù)偏差C1＝0.6mm圓正取dn=7mm解：由于石油氣對鋼材腐蝕不大，溫度在-20℃以上，承受一定的53第七章內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計(jì)本章重點(diǎn)介紹設(shè)計(jì)壓力不大于35Mpa的內(nèi)壓容器的筒體和封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算，容器的設(shè)計(jì)計(jì)算通常是根據(jù)工藝條件和要求，選擇使用材料、確定設(shè)計(jì)參數(shù)，并計(jì)算容器筒體和封頭等受壓元件的強(qiáng)度尺寸。壓力容器設(shè)計(jì)以GB150《鋼制壓力容器》為依據(jù)的，該標(biāo)準(zhǔn)以彈性失效為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，這種設(shè)計(jì)主要是控制殼體主體的基本（薄膜）應(yīng)力不超過材料的許用應(yīng)力值，對于結(jié)構(gòu)不連續(xù)引起的邊緣應(yīng)力主要以結(jié)構(gòu)的局部處理為主，必要時(shí)則以應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)的形式引入設(shè)計(jì)計(jì)算式予以考慮。第七章內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計(jì)本章重點(diǎn)介紹設(shè)計(jì)壓力不大于35Mpa54本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)是筒體和封頭的強(qiáng)度計(jì)算以確定其壁厚，涉及強(qiáng)度計(jì)算的內(nèi)容包括兩方面：設(shè)計(jì)壓力容器根據(jù)工藝條件，確定設(shè)計(jì)參數(shù)（p,t,D），選定材料和結(jié)構(gòu)形式，通過強(qiáng)度計(jì)算確定筒體和封頭的壁厚；校核在用容器判斷在剩余壽命期間內(nèi)是否安全容器針對某一使用條件需判廢，應(yīng)為判廢提供依據(jù)本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)是筒體和封頭的強(qiáng)度計(jì)算以確定其壁厚，涉及強(qiáng)度557.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定根據(jù)GB150的有關(guān)規(guī)定正確選定設(shè)計(jì)參數(shù)。兩個(gè)基本參數(shù)：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。公稱壓力PN：容器及管道的操作壓力經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)壓力稱為公稱壓力，以PN表示，單位MPa。7.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定根據(jù)GB150的有關(guān)規(guī)定正確選定設(shè)計(jì)參數(shù)567.1.1容器直徑容器筒體和封頭的直徑都有規(guī)定，不能任意取值，應(yīng)圓整為公稱直徑。壓力容器的公稱直徑：是指容器的內(nèi)徑，見P181表14-1鋼板卷焊公稱直徑是內(nèi)徑。無縫鋼管制作筒體時(shí)，以外徑作為公稱直徑，見表14-27.1.1容器直徑容器筒體和封頭的直徑都有規(guī)定，不能任意取值577.1.2工作壓力與設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力是設(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。工作壓力是由工藝過程決定的，會變動(dòng)，通常指最大工作壓力，既指容器頂部在工作過程中可能產(chǎn)生的最高壓力（表壓）設(shè)計(jì)壓力:相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下確定殼壁厚度的壓力，亦即標(biāo)注在銘牌上的容器設(shè)計(jì)壓力。其值稍高于最大工作壓力。7.1.2工作壓力與設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力是設(shè)定的容器頂部的最高壓58設(shè)計(jì)壓力的確定使用安全閥時(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；使用爆破膜根據(jù)其型式，一般取最大工作壓力的1.15～1.75倍作為設(shè)計(jì)壓力，不低于爆破片的爆破壓力固定式液化氣體儲罐的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)根據(jù)充裝介質(zhì)在容器內(nèi)可能達(dá)到的最高金屬溫度下相應(yīng)的飽和蒸汽壓確定，具體參照TSGR0004移動(dòng)式壓力容器設(shè)計(jì)壓力參照TSGR0005設(shè)計(jì)壓力的確定使用安全閥時(shí)設(shè)計(jì)壓力不小于安全閥開啟壓力或取最59計(jì)算壓力計(jì)算壓力：指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用于確定受壓元件厚度的壓力，其中應(yīng)包括液柱靜壓力。容器內(nèi)盛有液體，若其靜壓力不超過最大工作壓力的5％，則設(shè)計(jì)壓力可不計(jì)入靜壓力，否則，須在設(shè)計(jì)壓力中計(jì)入液體靜壓力。多數(shù)情況。夾套容器的內(nèi)筒，當(dāng)夾套中用蒸氣加熱時(shí)，內(nèi)筒的計(jì)算壓力應(yīng)按生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的最大壓差來確定。計(jì)算壓力計(jì)算壓力：指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用于確定受壓607.1.3設(shè)計(jì)溫度選擇材料和許用應(yīng)力的確定直接有關(guān)。設(shè)計(jì)溫度指容器正常工作中，在相應(yīng)的設(shè)計(jì)條件下，金屬器壁可能達(dá)到的最高或最低溫度。器壁溫度通過換熱計(jì)算。不被加熱或冷卻，筒內(nèi)介質(zhì)最高或最低溫度。用蒸汽、熱水或其它載熱體加熱或冷卻，載體最高溫度或最低溫度。不同部位出現(xiàn)不同溫度可分別計(jì)算7.1.3設(shè)計(jì)溫度選擇材料和許用應(yīng)力的確定直接有關(guān)。617.1.4許用應(yīng)力許用應(yīng)力是以材料的各項(xiàng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)為依據(jù)，合理選擇安全系數(shù)n得出的。設(shè)計(jì)溫度下許用壓力值的大小直接決定著容器強(qiáng)度，是重要設(shè)計(jì)參數(shù)之一。7.1.4許用應(yīng)力許用應(yīng)力是以材料的各項(xiàng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)為依據(jù)，合理627.1.5焊接接頭系數(shù)多數(shù)容器采用焊接結(jié)構(gòu)、焊接時(shí)可能出現(xiàn)焊接缺陷（如未焊透、氣孔和夾渣等），對容器強(qiáng)度產(chǎn)生影響。在設(shè)計(jì)中用焊接接頭系數(shù)表示焊縫熱影響區(qū)金屬與用材強(qiáng)度的比值，反映容器強(qiáng)度削弱的程度，的大小應(yīng)根據(jù)受壓元件的焊接接頭形式、坡口形式、焊縫形式和無損檢測的長度比例有關(guān)7.1.5焊接接頭系數(shù)多數(shù)容器采用焊接結(jié)構(gòu)63焊縫系數(shù)焊縫系數(shù)647.2內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度計(jì)算

7.2.1內(nèi)壓圓筒的五種厚度及其確定方法理論計(jì)算厚度設(shè)計(jì)厚度名義厚度有效厚度最小壁厚7.2內(nèi)壓容器筒體和封頭厚度計(jì)算7.2.1內(nèi)壓圓筒的五種厚65理淪計(jì)算厚度圓筒受力：按第一強(qiáng)度理淪：（GB150）按第三強(qiáng)度理淪：（ASME）理淪計(jì)算厚度圓筒受力：66問題a：筒體上開橢圓孔，如何開？問題a：筒體上開橢圓孔，如何開？67答案應(yīng)使其短軸與筒體的軸線平行，以盡量減少開孔對縱截面的削弱程度，使環(huán)向應(yīng)力不致增加很多。答案68問題：鋼板卷制圓筒形容器，縱焊縫與環(huán)焊縫哪個(gè)易裂？問題：鋼板卷制圓筒形容器，縱焊縫與環(huán)焊縫哪個(gè)易裂？69答案：筒體縱向焊縫受力大于環(huán)向焊縫，故縱焊縫易裂，施焊時(shí)應(yīng)予以注意答案：70設(shè)計(jì)厚度

設(shè)計(jì)厚度：計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和：年腐蝕率mm/y；n：預(yù)期容器壽命設(shè)計(jì)厚度設(shè)計(jì)厚度：計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和71名義厚度

定義：指設(shè)計(jì)厚度加上鋼材厚度負(fù)偏差后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度、參照P189的規(guī)定名義厚度定義：指設(shè)計(jì)厚度加上鋼材厚度負(fù)偏差后向上圓整至鋼材72有效厚度定義：名義厚度減去腐蝕裕量和鋼板負(fù)偏差

有效厚度73最小壁厚

常壓、低壓計(jì)算的壁厚可能很小，GB150規(guī)定了最小壁厚（不包括腐蝕裕量）對碳素鋼、低合金鋼容器不小于3mm；對高合金鋼制容器不小于2mm時(shí)，取；時(shí)，；時(shí)，必須計(jì)入中去，最小壁厚常壓、低壓計(jì)算的壁厚可能很小，GB150規(guī)定了最小74厚度系數(shù)越大，容器在強(qiáng)度的安全儲量越大。厚度系數(shù)757.2.2內(nèi)壓凸形封頭厚度計(jì)算內(nèi)壓凸形封頭包括四種形式：半球形標(biāo)準(zhǔn)橢圓形碟形無折邊球形7.2.2內(nèi)壓凸形封頭厚度計(jì)算內(nèi)壓凸形封頭包括四種形式：76半球形封頭半球形封頭由半個(gè)球殼構(gòu)成半球形封頭半球形封頭由半個(gè)球殼構(gòu)成77半球形封頭半球形封頭由半個(gè)球殼構(gòu)成球殼中任意點(diǎn)處的薄膜應(yīng)力均相同，，根據(jù)薄膜應(yīng)力強(qiáng)度條件的計(jì)算和筒體的計(jì)算相同半球形封頭半球形封頭由半個(gè)球殼構(gòu)成78標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭封頭由半個(gè)橢球和一段高度為的圓柱形筒節(jié)（稱為直邊）構(gòu)成，封頭曲面深度＝b，封頭的直邊高度與封頭的厚度有關(guān)a/b=2，標(biāo)準(zhǔn)橢球封頭，最大薄膜應(yīng)力位于橢球的頂點(diǎn)，其值與圓筒體的完全相同標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭封頭由半個(gè)橢球和一段高度為的圓柱形筒節(jié)79標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭承受內(nèi)壓的橢圓形封頭在赤道處將產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，為防止封頭在這一壓應(yīng)力下產(chǎn)生折皺，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算厚度不得小于封頭內(nèi)直徑的0.15%，非標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算厚度不小于封頭內(nèi)直徑的0.30%。標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭承受內(nèi)壓的橢圓形封頭在赤道處將產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，為80GB150規(guī)定：為什么？橢圓形封頭和圓筒連接處附近存在較大的邊緣應(yīng)力，其最大值的所在位置在以封頭中心為中心的0.8范圍以外，以及和圓筒（即直邊段）連接處之間的區(qū)域，其值與封頭的結(jié)構(gòu)尺寸值a/b有關(guān)，可用形狀系數(shù)K表示，即最大應(yīng)力值為直徑和橢圓形封頭直徑相同的半球形封頭薄膜應(yīng)力的2K倍標(biāo)準(zhǔn)封頭：K=1GB150規(guī)定：81碟形封頭（帶直邊球形封頭）碟形封頭由三部分組成，即以R為半徑的球面部分,以高度為h2的圓筒形部分及以r為半徑的過渡區(qū),在這三部分的連接處經(jīng)線曲率半徑有突變,連接處附近將產(chǎn)生邊緣應(yīng)力,為減少邊緣應(yīng)力,碟形封頭均有過渡區(qū),碟形封頭設(shè)計(jì)有圓筒部分,目的是為了避免邊緣應(yīng)力作用在封頭和筒體連接的焊縫上.碟形封頭（帶直邊球形封頭）碟形封頭由三部分組成，即以R為半徑82碟形封頭（帶直邊球形封頭）形狀系數(shù)M簡化式：碟形封頭（帶直邊球形封頭）形狀系數(shù)M83碟形封頭（帶直邊球形封頭）碟形封頭球面內(nèi)半徑,碟形封頭的厚度如果太薄,有效厚度也會發(fā)生內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn),GB150規(guī)定,對于,的碟形封頭,有效厚度不小于封頭內(nèi)直徑的0.15%,其它封頭應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的0.30%.碟形封頭（帶直邊球形封頭）碟形封頭球面內(nèi)半徑,84球冠形封頭（無折邊球形）

無折邊球形封頭在多數(shù)情況下用作容器中兩個(gè)獨(dú)立受壓室的中間封頭，也可用作容器的端封頭，封頭與筒體連接的角焊縫應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu)，用于壓力不高的場合。球面半徑封頭與筒體連接處存在較大的邊界應(yīng)力,封頭與筒體的壁厚計(jì)算都必須考慮邊界應(yīng)力,這種集中體現(xiàn)在壁厚的計(jì)算公式中的系數(shù)Q上.系數(shù)Q遠(yuǎn)大於1，根據(jù)封頭的位置和封頭的受壓情況去查取Q值球冠形封頭（無折邊球形）無折邊球形封頭在多數(shù)情況下用作容器85內(nèi)壓錐形封頭（不作要求）錐形封頭廣泛用于立式容器底部,以便于卸除物料錐形封頭分為：不帶折邊錐形封頭帶折邊錐形封頭內(nèi)壓錐形封頭（不作要求）86無折邊錐形封頭錐形封頭承受均勻內(nèi)壓時(shí)的二向薄膜應(yīng)力最大值發(fā)生在離錐頂最遠(yuǎn)處(錐形封頭與筒體連接處)根據(jù)第一或第三強(qiáng)度理淪無折邊錐形封頭錐形封頭承受均勻內(nèi)壓時(shí)的二向薄膜應(yīng)力最大值發(fā)生87無折邊錐形封頭無折邊錐形封頭適用于,因錐殼與圓筒連接處幾乎不連續(xù),存在橫向推力,連接邊緣附近將產(chǎn)生顯著的邊緣應(yīng)力,邊緣應(yīng)力為二次應(yīng)力,其最大應(yīng)力強(qiáng)度控制值可達(dá),若超過此值,則必須局部加強(qiáng)加強(qiáng)后的壁厚計(jì)算公式：Q:錐殼與圓筒體連接處的應(yīng)力加強(qiáng)系數(shù)與有關(guān),在工程實(shí)際中,局部加厚封頭的結(jié)構(gòu)并不多見,一般采用整體加厚,筒體上的加強(qiáng)端還是必需的.無折邊錐形封頭無折邊錐形封頭適用于,因錐88帶折邊錐形封頭

GB150規(guī)定,對于錐殼大端,當(dāng)時(shí),應(yīng)采用帶折邊錐形封頭(表8-3),并要求大端折邊錐殼過渡段轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑不小于錐殼大端內(nèi)直徑的10%,且不小于過渡段厚度的3倍如折邊厚度小于錐體厚度則要計(jì)算折邊內(nèi)的應(yīng)力帶折邊錐形封頭89帶折邊錐形封頭帶折邊錐形封頭90帶折邊錐形封頭注:錐形封頭小端與接管連接處也有邊界應(yīng)力,當(dāng)錐形封頭可直接與接管連接;當(dāng)時(shí),在錐形封頭小端也應(yīng)加折邊對于封頭,其大小端直徑相差均較大,研究表明當(dāng)大端與小端直徑之比大于4時(shí),小端厚度不必計(jì)算,取大端相同厚度即可.帶折邊錐形封頭91平板封頭（不作要求）承壓設(shè)備的封頭一般不采用平板,只是壓力容器上的人孔、手孔或在設(shè)備操作期間需要封閉的接管所用的盲板才用平板。K—結(jié)構(gòu)系數(shù)平板封頭（不作要求）承壓設(shè)備的封頭一般不采用平板,只是壓力容92封頭計(jì)算厚度的通用式筒體與封頭厚度的計(jì)算公式，除了平板封頭外，可其它可用一個(gè)通用式表示，利于記憶：K：形狀系數(shù)圓柱形筒體與標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：K=1；球殼與半球形封頭：K=0.5；無折邊錐形封頭：K=Q折邊錐形封頭：碟形封頭：封頭計(jì)算厚度的通用式筒體與封頭厚度的計(jì)算公式，除了平板封頭外939.2.3壓力試驗(yàn)制造加工過程不完善，導(dǎo)致不安全，發(fā)生過大變形或滲漏。最常用的壓力試驗(yàn)方法是液壓試驗(yàn)。常溫水。也可用不會發(fā)生危險(xiǎn)的其它液體，試驗(yàn)時(shí)液體的溫度應(yīng)低于其閃點(diǎn)或沸點(diǎn)。不適合作液壓試驗(yàn)：如裝入貴重催化劑要求內(nèi)部烘干，或容器內(nèi)襯耐熱混凝土不易烘干，或由于結(jié)構(gòu)原因不易充滿液體的容器以及容積很大的容器等，可用氣壓試驗(yàn)代替液壓試驗(yàn)液壓試驗(yàn)時(shí)水溫不能過低(碳素鋼、16MnR不低于5℃，其它低合金鋼不低于15℃)，外殼應(yīng)保持干燥。設(shè)備充滿水后，待壁溫大致相等時(shí)，緩慢升壓到規(guī)定試驗(yàn)壓力，穩(wěn)壓30min，然后將壓力降低到設(shè)計(jì)壓力，保持30min以檢查有無損壞，有無宏觀變形，有無泄漏及微量滲透。水壓試驗(yàn)后及時(shí)排水，用壓縮空氣及其它惰性氣體，將容器內(nèi)表面吹干9.2.3壓力試驗(yàn)制造加工過程不完善，導(dǎo)致不安全，發(fā)生過大變94液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力：強(qiáng)度條件：液壓試驗(yàn)95氣壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力：強(qiáng)度條件：氣壓試驗(yàn)96氣密性試驗(yàn)