第三章内压薄壁容器的强度计算(2)

1、2021-10-18第四章第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计内压薄壁圆筒与封头的强度设计4.1 强度设计的基本知识4.2 内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计4.3 内压圆筒封头的设计2021-10-18 使用安全阀时，设计压力不小于安全阀的开启压力pk，或取最大工作压力的1.051.10倍； 设计压力p：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。设计压力稍高于最大工作压力。 最大工作压力（pw）是指容器顶部在工作过程中可能产生的最高压力（表压）。安全阀安全阀容器容器4.2.2 设计参数的确定1. 压力2021-10-18 计算压力pc：在相应设计温度下，用以确定元

2、件厚度的压力，其中包括液柱静压力。计算压力=设计压力+液柱静压力(5%P时计入) 当元件所承受的液体静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。 在检查管理上，以设计压力分类。 通常取计算压力pc = 设计压力p 计算压力设计压力最大工作压力=容器顶部最大表压2021-10-18 使用爆破膜作安全装置时，设计压力的决定因素：爆破膜片的型式、最低标定爆破压力、爆破片制造范围的下限、爆破片制造范围的上限。 防爆片防爆片容器容器 5正拱普通型拉伸破坏型爆破片 这种爆破片装置是用塑性良好的材料，如不锈钢、镍、铜、铝等箔材制成的爆破片装在一幅夹持器内而构成的。 其特点是：无碎片飞出，阻力也不大。正正拱普通拉伸

3、型爆破片装置拱普通拉伸型爆破片装置6正拱开缝爆破片 是在普通拉伸型的基础上为解决成型箔材的厚度规格不适应各种需要的动作压力而发展起来的。特点：膜片可以采用较大的厚度，开裂的程度较大，有利于气体的排放；加工精度要求高，制造较困难；内衬的密封薄膜易破裂而使爆破片过早失效。 图图9.4 正拱开缝型爆破片装置正拱开缝型爆破片装置7 反拱型（失稳型、压缩型）爆破片 反拱型爆破片凸面承受压力,当压力达到一定值时，凸型膜片会失稳而突然翻转，随即被装设在它上面的刀具切破，或膜片整体脱落弹出。 反拱带刀型爆破片装置反拱带刀型爆破片装置表4-2 内压容器设计压力取值方法容器类型容器类型 设计压力（设计压力（p）取

4、值）取值 无安全泄放装置无安全泄放装置P =(1.01.1)Pw装有安全阀装有安全阀不低于安全阀开启压力，通常取不低于安全阀开启压力，通常取 P= (1.051.1)Pw装有防爆片装有防爆片取爆破片设计爆破压力加上所选爆破片制造范围的上限取爆破片设计爆破压力加上所选爆破片制造范围的上限值值 盛装液化气体盛装液化气体根据容器的充装系数及可能达到的最高温度确定根据容器的充装系数及可能达到的最高温度确定 带夹套的容器设计压力的确定 指容器在正常情况下，设定的元件金属温度(沿元件金属截面的温度平均值)。 表4-5（P94） 设计温度在容器设计中的作用： 选择材料 ； 确定许用应力。2 设计温度2021

5、-10-183 许用应力和安全系数t （1）许用应力的取法 许用应力是以材料的各项强度数据为依据，合理选择安全系数n得出的，即 所需要考虑的强度指标主要有抗拉强度、屈服强度等，对于需要考虑蠕变的材料，强度指标还应有蠕变极限。 n2021-10-18t0.2DD()minntttsnsnnn t高温容器 ， ，0.2(),ttbssn tb中温容器 =minn0.2(),ssn tbb常温容器 =minn2021-10-18（2）安全系数的取法安全系数是不断发展变化的参数，科技发展，安全系数变小；v 影响因素：v计算方法的准确性、可靠性、受力分析的精确程度；v材料的质量、焊接检验等制造技术水平；

6、v容器的工作条件，如压力、温度和温度波动、容器在生产中的重要性和危险性等。（表4-6）v 常用钢板与钢管的许用应力可从资料中（附表9）直接查取2021-10-184 4、焊接接头系数、焊接接头系数j j容器上焊缝：纵焊缝A类焊缝环焊缝B类焊缝环环焊焊缝缝纵纵焊焊缝缝 纵向焊缝承受的应力比环向焊缝大一倍，焊接接头系数主要针对纵向焊缝。 焊缝区强度的决定因素：熔焊金属、焊缝结构、施焊质量。 焊接接头系数的大小决定于焊接接头的型式和无损检测的长度比率 无损检验方法主要是：X射线检查和超声波检查表4-8 钢制压力容器的焊接接头系数值焊接接头形式焊接接头形式 无损检测比例无损检测比例 值值 示意图示意图

7、双面焊对接接头和相当于双面焊对接接头和相当于双面焊的全熔透对接接头双面焊的全熔透对接接头 100% 1.00局部局部 0.85单面焊对接接头单面焊对接接头(沿焊缝沿焊缝根部全长有紧贴基本金属根部全长有紧贴基本金属的垫板的垫板) 100%0.90局部局部0.802021-10-185 厚度附加量 C=C1+C2 C1钢板壁厚负偏差；（表4-9,4-10） 按相应的钢板或钢管标准的规定选取当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不计。2021-10-18 C2：腐蚀裕量，容器元件由于腐蚀或机械磨损而导致厚度变薄，在设计壁厚时要考虑容器使用寿命期内的安全性。C2

8、 = Ka B（mm）Ka ：腐蚀速率（mm/a），由材料手册或实验确定。一般情况， Ka = 0.050.13 mm/a，轻微腐蚀时，单面腐蚀C2 = 12 mm， 双面腐蚀 C2 = 24 mm， 不锈钢，一般 C2=0。 B：容器的设计寿命，通常为815年。2021-10-18v腐蚀裕量的选取原则和方法：v（1）介质为压缩空气、水蒸气或水的碳素钢或低合金钢制容器，其腐蚀裕量不得小于1.0mm；对不锈钢，当介质腐蚀性极微时，可取0；v（2）除上述情况以外的其他情况，筒体和封头的腐蚀裕量按表4-11确定。v（3）容器的接管的腐蚀裕量，一般情况下与壳体的腐蚀裕量相同；v（4）两侧同时与腐蚀介质

9、接触的元件，应根据两侧不同的操作介质选取不同的腐蚀裕量，将两者叠加作为总的腐蚀裕量；v（5）当容器内件材料与壳体材料相同时，容器内件的单面腐蚀裕量按表4-12确定。v（6）碳钢裙座的腐蚀裕量应不小于2mm，如其内、外侧均有保温或防火层，可不考虑腐蚀裕量。2021-10-18v筒体和封头的内径系列见表2-5；v钢板厚度尺寸系列，表4-13.6、直径系列与钢板厚度 容器直径与钢板厚度必须在标准化的系列尺寸中选取。 表2-5 压力容器的公称直径DN (mm）300350400450500550600650700800900100011001200130014001500160017001800190

10、0200021002200230024002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000注：表中红色字体的公称直径应尽量不采用。2.02.53.03.54.04.55.06.07.08.09.010111214161820222528303234363840424550556065707580859095100105110115120125130140150160165170180185190195200 表4-13 钢板的常用厚度 (mm） 注: 5mm为不锈钢钢

11、板的常用厚度2021-10-184.2.3容器的厚度和最小厚度1. 计算厚度计算厚度 计算厚度（计算厚度（）：）：由公式采用计算压力得到的厚度，必由公式采用计算压力得到的厚度，必要时还应计入其它载荷对厚度的影响。要时还应计入其它载荷对厚度的影响。2. 设计厚度（设计厚度（d）2dC2021-10-18 名义壁厚 n：设计厚度加上钢材厚度负偏差C1后向上圆整至钢材标准规格的厚度，即为名义厚度。3. 名义厚度（名义厚度（n）1CdnC1：钢板厚度负偏差（钢板在轧制时产生了偏差）差）：除去负偏差后的除去负偏差后的圆整值圆整值标注在图样上的厚度即为名义厚度标注在图样上的厚度即为名义厚度n2021-10

12、-184. 有效厚度（有效厚度（e） 有效厚度（有效厚度（e）：）：名义厚度减去钢材负偏差和腐蚀裕名义厚度减去钢材负偏差和腐蚀裕 量量 e21nCCe有效厚度（有效厚度（e）是是真正可以用来承受介质压力的厚度真正可以用来承受介质压力的厚度2021-10-18C1C2圆整值加工减薄量C=C1+C22021-10-185. 最小厚度（min） 对于设计压力较低的容器，根据对于设计压力较低的容器，根据强度公式计算强度公式计算出来出来的厚度很薄。大型容器，如果筒体的厚度很薄。大型容器，如果筒体厚度过薄厚度过薄，将导致刚，将导致刚度不足而极易引起过大的弹性变形，度不足而极易引起过大的弹性变形，不不能能满

13、足运输满足运输、安安装装等要求。因此，必须限定一个等要求。因此，必须限定一个最小厚度最小厚度（不包括腐蚀不包括腐蚀裕量裕量）以满足刚度和稳定性要求。）以满足刚度和稳定性要求。最小厚度最小厚度min的规定的规定（不包括腐蚀裕量）（不包括腐蚀裕量）：碳素钢、低合金钢容器：碳素钢、低合金钢容器：min不小于不小于3mm；高合金制容器：高合金制容器： min不小于不小于2mm；2021-10-181）若）若 取取 当筒体的计算厚度小于最小厚度时，应取最小厚度作为计算厚度。此时名义厚度：min1C2minCn2）若）若 取取min1C21minCCn2021-10-184.2.4 压力试验与强度校核 压

14、力试验的种类、要求和试验压力值应在图样上注明。压力试验一般采用液压试验。对于不适合作液压试验的容器，例如容器内不允许有微量残留液体或由于结构原因不能充满液体的容器，可采用气压试验。2021-10-18 1.15 tpT气压试验 p式中： pT试验压力，Mpa； p 设计压力，Mpa； 容器元件材料在试验温度下的许用应力，Mpa； t容器元件材料在设计温度下的许用应力，Mpa。 1.25 tpT液压试验 p1、试验压力 内压容器的试验压力：2021-10-18v2 、压力试验的应力校核ieep2TTDSS（ ）T应满足下列条件：ies0.2ep0.92TTDSS（）液压试验 （）ies0.2ep0.82TTDSS（ ）气压试验 （）2021-10-183 压力试验的试验要求与试验方法（1）液压试验（2）气压试验（3）气密性试验2021-10-18dn