8 内压容器件

1、化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定第二节第二节 内压容器筒体与封头厚度计算内压容器筒体与封头厚度计算第三节第三节 容器的压力试验容器的压力试验第四节第四节 在用压力容器的强度校核在用压力容器的强度校核第五节第五节 容器筒体与封头的尺寸和质量容器筒体与封头的尺寸和质量第六节第六节 容器壳体在材料使用上的规定容器壳体在材料使用上的规定第八章第八章 内压容器内压容器化工设备机械基础 化工学院第八章第八章 内压容器内压容器强度计算的内容：强度计算的内容：1.1.设计压力容器设计压力容器 根据化工生产工艺提出的条件，确定强度设计所需根据化工生产工艺提出的条件，确定强度设

2、计所需参数参数(p(p，t t，d)d)，选定材料及结构形式，最后通过强，选定材料及结构形式，最后通过强度计算度计算确定容器筒体及封头壁厚确定容器筒体及封头壁厚。2 2校核在用容器校核在用容器(1)(1)判定在下一个检验周期内，或在剩余寿命期间内，判定在下一个检验周期内，或在剩余寿命期间内，容器是否还能在原设计条件下安全使用。如果容器已容器是否还能在原设计条件下安全使用。如果容器已不能在原设计条件下使用，应通过强度计算，为容器不能在原设计条件下使用，应通过强度计算，为容器提出最高允许工作压力。提出最高允许工作压力。(2)(2)如果容器针对某一使用条件需要判废，应为判废提如果容器针对某一使用条件

3、需要判废，应为判废提供依据。供依据。化工设备机械基础 化工学院 筒体直径较小（一般小于筒体直径较小（一般小于500mm500mm）时，圆筒可用）时，圆筒可用无缝钢管制作。无缝钢管制作。 当用无缝钢管作筒体时，以钢管当用无缝钢管作筒体时，以钢管作为它的作为它的公称直径。公称直径。第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定直径较大时，可用钢板在卷板机上卷成圆筒或用直径较大时，可用钢板在卷板机上卷成圆筒或用钢板在水压机上压制成两个半圆筒，再用焊缝将钢板在水压机上压制成两个半圆筒，再用焊缝将两者焊接在一起，形成整圆筒。两者焊接在一起，

4、形成整圆筒。化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定对于用钢板卷焊的筒体，以对于用钢板卷焊的筒体，以作为它的公称直径。作为它的公称直径。表81 压力容器的公称直径/mm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化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定1.1.设计时，应将工艺计算初步确定的设备设计时，应将工艺计算初步确定的设备内径，调整为符合表8-18-1或表或表8-28-2所规定的所规定的公称直径。2.2.封头的公称直径与筒体一致。封头的公称直径与筒体一致。化工设备机械基础 化工学院 容器的工作压力容器的工作压力p

5、p作为操作条件由工艺确定：作为操作条件由工艺确定：（1 1）对受）对受的压力容器，是指正常工作时的压力容器，是指正常工作时容容器器可能出现的最高压力（可能出现的最高压力（表压表压）。（2 2）对受）对受的压力容器，是指正常工作时容的压力容器，是指正常工作时容器可能出现的器可能出现的最大内外压力差值最大内外压力差值。（3 3）对）对真空真空容器，是指正常工作时，容器，是指正常工作时，容器顶部容器顶部可能出现的最大真空度。可能出现的最大真空度。第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定二、工作压力二、工作压力pwpw与设计压力与设计压力p p化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设

6、计参数的确定二、工作压力二、工作压力pwpw与设计压力与设计压力p p设计压力p设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件。亦即标注在铭牌上的容器设计压力。 设计压力p的值稍高于最大工作压力pw。化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定二、工作压力二、工作压力pwpw与设计压力与设计压力p p（1 1）装有安全阀的容器）装有安全阀的容器p= (1.051.1)pw且不低于安全阀且不低于安全阀开启压力开启压力非破坏型的安全泄放装置非破坏型的安全泄放装置指安全阀阀芯开始升起离开阀座，介质连续排出时安全阀进口的瞬时压力，又叫安全阀的动作压力，用pk表示

7、,根据pw调定化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定二、工作压力二、工作压力pwpw与设计压力与设计压力p p类型包括：类型包括：弹簧式，重锤杠杆式弹簧式，重锤杠杆式化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定二、工作压力二、工作压力pwpw与设计压力与设计压力p p（2 2）装有爆破片的容器）装有爆破片的容器爆破膜爆破膜断裂型的安全泄放装置断裂型的安全泄放装置 设计压力不得低于爆破片的设计爆破压力上限。设计压力不得低于爆破片的设计爆破压力上限。根据爆破膜片的型式可取根据爆破膜片的型式可取化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确

8、定设计参数的确定二、工作压力二、工作压力pwpw与设计压力与设计压力p p（2 2）装有爆破片的容器）装有爆破片的容器适用场合适用场合1、不洁净或粘性介质，易使安全阀堵塞，或使阀瓣和阀座粘结。2、由于化学反应使容器内压力急剧增大，安全阀不能及时泄压。3、介质为剧毒或昂贵气体，安全阀不能满足防泄漏要求。4、腐蚀性大的介质，安全阀采用防腐材料成本高。化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定二、工作压力二、工作压力pwpw与设计压力与设计压力p p（3 3）固定式液化气体压力容器设计压力，需考）固定式液化气体压力容器设计压力，需考虑该液化气体的临界温度，取值不低于表虑该液

9、化气体的临界温度，取值不低于表8 84 4。（4 4）液化石油气储罐的设计压力按表）液化石油气储罐的设计压力按表8 85 5来取。来取。化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定概念：概念：指容器正常操作时，在相应设计压力下，设设定定的受压元件的（沿元件金属截面的温度平均值）。 设计温度和设计压力一起作为设计载荷条件设计温度和设计压力一起作为设计载荷条件。 工作温度工作温度通常指在正常操作下容器内物料的温度。它是影响金属温度的直接原因，而金属温度则是设定设计温度的依据。化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定（1）若不是通过容器器壁对介质间

10、接加热，而是对蒸气直接加热，或用电元件插入介质加热，或进入容器的介质已被加热，这时取介质介质的最高温度的最高温度为设计温度。（2）若容器内的介质是被热载体（或冷载体）通过容器器壁从外边间接加热（或冷冻），取热载体热载体的最高工作温度最高工作温度或冷载体最低工作温冷载体最低工作温度度为设计温度。化工设备机械基础 化工学院（3）对无保温、置于室外无保温、置于室外（或无采暖厂房内）的容器，容器壳体的金属温度可能低于或等于-20，因此要考虑环境温度的影响。这时容器的最低设计温度可取该地区历年来的月平均最低气温的最低值。（4）对间歇操作间歇操作的设备，若器内介质的温度和压力随反应和操作程序进行周期性变化

11、时，应按最苛刻的但却属于同一时刻的温度与压力作为设定设计温度与设计压力的依据。第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压设计温度下，用以确定元件厚度的压力。力。当容器内盛有液体物料时，计算压力 但若液体物料的静压力不超过设计压力的5，则在计算压力中可不计入液体静压力。 此外，某些容器有时还必须考虑重力重力、风力风力、地地震力震力等载荷及温度温度的影响，这些载荷不直接折算不直接折算为设计压力，必须分别计算。化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定1 当利用公式或

12、时，采用。2 压力容器中的一些的尺寸不需要用公式计算，基本上是设计压力设计压力通过有关标准的。3 容器进行压力试验时，其的确定都是以容器的数，而与计算压力无关。4 对压力进行时，是重要依据。第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定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。化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定常用钢板的许用应力可从附录中直接查取。压力容器用碳素钢钢板、低合金钢板、低温和中温用钢钢板、高合金钢板的许用应力见p167p167表86表89。 1.1.使用温度使用温度 2.2.钢板厚度钢板厚度 3.3.使用状态使用状态 4.4.材质

13、材质化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定两个零件或一个零件的两个部分在焊接连接部位处的结构总称。 它的三要素：化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定 施焊过程中焊接热的影响，而造成焊接应力、焊缝金属晶粒度粗大以及气孔、未焊透等缺陷，降低了焊缝及附近区域的强度。故 因此在钢板许用应力基础上乘以一个等于或小于1的焊接接头系数来作为焊接接头处金属的许用应力。化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参数的确定设计参数的确定焊接接头结构焊接接头结构无损探伤长度比例无损探伤长度比例100%局部双面焊或相当于双面焊的全焊透对接焊缝1.00.8

14、5带垫板单面焊的对接焊接接头0.90.8化工设备机械基础 化工学院1 1、理论计算壁厚、理论计算壁厚（又称计算厚度）（又称计算厚度） 安全承受压力为安全承受压力为p p的介质，圆筒所需的的介质，圆筒所需的最小最小理论理论厚度。厚度。根据第三强度理论的强度条件根据第三强度理论的强度条件一、内压圆筒的五种壁厚及其确定方法一、内压圆筒的五种壁厚及其确定方法第二节第二节 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化工设备机械基础 化工学院对对 t t进行修正。通常乘以一个修正系数，即焊接进行修正。通常乘以一个修正系数，即焊接接头系数接头系数 。 一般工艺设计确定的是容器的内径一般工艺设计

15、确定的是容器的内径d di i，d d= =d di i+ +，代入上式得：代入上式得：() 2tip d一、内压圆筒的五种壁厚及其确定方法一、内压圆筒的五种壁厚及其确定方法第二节第二节 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解得解得2 itpdp1 1、理论计算壁厚、理论计算壁厚 （又称计算厚度）（又称计算厚度）化工设备机械基础 化工学院2 2、圆筒的设计壁厚、圆筒的设计壁厚dd（又称设计厚度）（又称设计厚度）（1 1）钢板的实际厚度与其标注数值（名义厚度）存在钢板的实际厚度与其标注数值（名义厚度）存在正负偏差，必须考虑钢板的正负偏差，必须考虑钢板的负偏差负偏差c c1 1

16、 ；（2 2）化工设备处理的介质一般均有腐蚀性，在设计时化工设备处理的介质一般均有腐蚀性，在设计时就必须考虑腐蚀所需要的厚度，即就必须考虑腐蚀所需要的厚度，即腐蚀裕量腐蚀裕量c c2 2 。将将 c c1 1 与与c c2 2 之和称为之和称为壁厚附加量壁厚附加量c c。将将与与c c2 2 之和称为之和称为，即，即一、内压圆筒的五种壁厚及其确定方法一、内压圆筒的五种壁厚及其确定方法第二节第二节 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化工设备机械基础 化工学院2 2、圆筒的设计壁厚、圆筒的设计壁厚dd（又称设计厚度）（又称设计厚度）腐蚀裕量腐蚀裕量c c2 2根据各种钢材在不

17、同介质根据各种钢材在不同介质中的腐蚀速度和容器设计寿命确定。一、内压圆筒的五种壁厚及其确定方法一、内压圆筒的五种壁厚及其确定方法第二节第二节 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式中： mm/amm/a； 寿命n年化工设备机械基础 化工学院3 3、名义厚度、名义厚度nn式中式中 钢板厚度圆整值，钢板厚度圆整值，mmmm，通常，通常 11。 c c1 1钢板负偏差，应按钢板负偏差，应按名义厚度名义厚度nn 选取，一般可按选取，一般可按p173p173表表8 81111选取。选取。注意：注意：常用钢板厚度是常用钢板厚度是5 5，6 6，8 8，1010，1212，1414，16

18、16，1818，2020，2222，2525，2828，3030，3636，40mm.40mm.第二节第二节 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 将设计厚度d d加上钢板负偏差c c1 1后向上圆整至钢板标准中规定的厚度，称做壳体的。在设计就是此厚度。化工设备机械基础 化工学院钢板负偏差c1 （mm）3 3、名义厚度、名义厚度nn第二节第二节 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化工设备机械基础 化工学院4 4、有效壁厚、有效壁厚e e（有效厚度）（有效厚度）钢板壁厚中钢板壁厚中真正可用于承受介质压力真正可用于承受介质压力的那部分厚度：的那部分厚度：实

19、际上，实际上，有效厚度有效厚度就是指容器在整个有效使用期内就是指容器在整个有效使用期内均可依赖其抵抗介质压力破坏的厚度。均可依赖其抵抗介质压力破坏的厚度。第二节第二节 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化工设备机械基础 化工学院4 4、有效壁厚、有效壁厚e e（有效厚度）（有效厚度）第二节第二节 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根据设备图纸求取圆筒的计算应力时，应使用有效厚根据设备图纸求取圆筒的计算应力时，应使用有效厚度度e e，即，即强度条件强度条件最大允许工作压力最大允许工作压力化工设备机械基础 化工学院壳体加工成形后壳体加工成形后不包括腐蚀裕

20、量不包括腐蚀裕量的最小厚度的最小厚度minmin按下述方法确定：按下述方法确定：a a 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 不小于不小于3mm 3mm ；b b 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。第二节第二节 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5 5最小厚度最小厚度minmin化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 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5 5最小厚度最小厚度minmin当筒体的计算厚度c1时(2)当min0.5mpc，将分母中的0.5mp近似写成0.5pc，

21、对分母影响很小（二）、椭圆形封头（二）、椭圆形封头标准椭圆封头标准椭圆封头m ma/b=2a/b=2化工设备机械基础 化工学院最小壁厚最小壁厚（二）、椭圆形封头（二）、椭圆形封头 承受内压的标准椭圆形封头，在其赤道处将产生环向压缩薄膜应力，为了防止封头在这一压缩应力作用下出现(内压下的弹性失稳)，规定 避开在椭球边缘与圆筒壳体的连接处设置焊缝，使焊缝转移至圆筒区域，以免出现边缘应力与热应力叠加的情况。化工设备机械基础 化工学院1 1、几何特点、几何特点 由三部分构成：以rc为半径的球面、以r为半径的过渡圆弧(即折边)和高度为h0的直边。（三）（三） 、碟形封头、碟形封头-带折边球形封头带折边球

22、形封头 碟形封头的球面半径越大，折边半径越小，则封头越浅，碟形封头的球面半径越大，折边半径越小，则封头越浅，对于人工锻打成型有利。但考虑到球面部分与过渡区联接处对于人工锻打成型有利。但考虑到球面部分与过渡区联接处的局部高应力，规定碟形封头球面部分的半径的局部高应力，规定碟形封头球面部分的半径r rc c内径内径d di i，而而折边内半径折边内半径r r0.1di0.1di，且，且33n。（三）（三） 、碟形封头、碟形封头-带折边球形封头带折边球形封头r rcici=0.9d=0.9di i、r=0.17dr=0.17di i的碟的碟形封头，称为形封头，称为标标准碟形封准碟形封头。头。化工设备

23、机械基础 化工学院2 2、强度计算、强度计算 碟形封头过渡圆弧与球面联接处的经线曲率有突变，碟形封头过渡圆弧与球面联接处的经线曲率有突变，在内压作用下，这里将产生很大的边缘应力。因此，碟形在内压作用下，这里将产生很大的边缘应力。因此，碟形封头的壁厚封头的壁厚 考虑到碟形封头边缘应力的影响，在设计中引入形考虑到碟形封头边缘应力的影响，在设计中引入形状系数（或称应力增强系数）状系数（或称应力增强系数）m m，其壁厚计算公式为：，其壁厚计算公式为：20.5itmprp（三）（三） 、碟形封头、碟形封头-带折边球形封头带折边球形封头化工设备机械基础 化工学院 当碟形封头之球面内半径当碟形封头之球面内半

24、径r ri i0.90.9d di i，过渡圆弧内，过渡圆弧内半径半径r r0.170.17d di i时，称为标准碟形封头。此时时，称为标准碟形封头。此时m m1.3251.325，于是标准碟形封头的壁厚计算公式可以写成如下形式：于是标准碟形封头的壁厚计算公式可以写成如下形式：1.220.5itpdp 对于对于m=1.34m=1.34碟形封头，其有效壁厚碟形封头，其有效壁厚e e应不小应不小于封头内直径的于封头内直径的0.15%di0.15%di；其他碟形封头应不小于；其他碟形封头应不小于0.3%di0.3%di。（三）（三） 、碟形封头、碟形封头-带折边球形封头带折边球形封头化工设备机械基

25、础 化工学院1 1、无折边球形封头的结构、无折边球形封头的结构 将碟形封头的折边及直边部分都去掉，只留下将碟形封头的折边及直边部分都去掉，只留下球面部分，就构成了球冠形封头。球面部分，就构成了球冠形封头。 无折边球形封头在多数情况下用作容器中两独立受无折边球形封头在多数情况下用作容器中两独立受压室的中间封头，也可用作端封头。封头球面内半径压室的中间封头，也可用作端封头。封头球面内半径r ri i可可取为圆筒体内直径取为圆筒体内直径d di i的的0.70.7、0.80.8、0.90.9、1.01.0倍倍。（四）、球冠形封头（四）、球冠形封头-无折边球形封头无折边球形封头球冠封头与筒体连接处存在

26、着较大的边界应力，所以连接处的壁厚计算，都必须考虑边界应力。这种考虑体现在壁厚计算公式中的系数q上。q q值远大于值远大于1 1可查表得到可查表得到化工设备机械基础 化工学院球冠形封头球冠形封头（四）、球冠形封头（四）、球冠形封头-无折边球形封头无折边球形封头化工设备机械基础 化工学院1 1、锥形封头的结构形式、锥形封头的结构形式广泛用于立式容器底部立式容器底部以便于卸料便于卸料,也常用锥形壳体将直径不等的两段塔体连接起来-变径段变径段。第二节第二节 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化工设备机械基础 化工学院锥形封头分为锥形封头分为带折边带折边和和不带折边不带折边两种结

27、构。不带折边两种结构。不带折边的锥形封头，其半锥角不大于的锥形封头，其半锥角不大于3030，带折边的半锥角，带折边的半锥角不大于不大于6060。第二节第二节 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化工设备机械基础 化工学院disdiss2assdisdcadih0 锥形封头锥形封头是为了减少锥壳与筒体连接是为了减少锥壳与筒体连接处的边缘应力。折边半径不小于处的边缘应力。折边半径不小于0.10.1d di i。第二节第二节 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化工设备机械基础 化工学院2 2、锥形封头壁厚的确定、锥形封头壁厚的确定 由锥形壳体的应力分析可知，

28、受均匀内压的锥形封由锥形壳体的应力分析可知，受均匀内压的锥形封头，最大应力在锥体的大端，其值为：头，最大应力在锥体的大端，其值为：max12 cospd 其强度条件为：其强度条件为：max1 2costpd第二节第二节 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化工设备机械基础 化工学院2 2、锥形封头壁厚的确定、锥形封头壁厚的确定根据第一或第三强度理论，均可将视为相当应力，得到强度条件:第二节第二节 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类比碟形封头类比碟形封头化工设备机械基础 化工学院为了降低联接处的边缘应力，可以采用两种方法：1 1：将联接处附近的封头及筒

29、体壁厚增大将联接处附近的封头及筒体壁厚增大局部加强局部加强。脑左图是没有局部加强的锥形封头。右图是有局部加强的脑左图是没有局部加强的锥形封头。右图是有局部加强的锥形封头。它们都直接与筒体相联，中间没有过渡圆弧锥形封头。它们都直接与筒体相联，中间没有过渡圆弧无折边锥形封头无折边锥形封头。disdiss2asrsrs2asdi第二节第二节 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化工设备机械基础 化工学院2 2：在封头与筒体间增加一在封头与筒体间增加一个个过渡圆弧过渡圆弧，则整个封头，则整个封头由锥体、过渡圆弧及高度由锥体、过渡圆弧及高度为为hoho的直边三部分所构的直边三部分所构

30、成成带折边的锥形封头带折边的锥形封头。 这两种封头的计算方这两种封头的计算方法不同。法不同。 第二节第二节 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化工设备机械基础 化工学院1 1、无折边锥形封头、无折边锥形封头 无折边锥形封头或锥形筒体适用于锥体半顶角无折边锥形封头或锥形筒体适用于锥体半顶角 3030，当半顶角，当半顶角 3030时，锥体与筒体联接处应考虑另时，锥体与筒体联接处应考虑另行加强或采用带折边锥形封头。无折边锥形封头或筒体的壁行加强或采用带折边锥形封头。无折边锥形封头或筒体的壁厚按下列方法计算（前述）：厚按下列方法计算（前述）：第二节第二节 内压容器筒体与封头厚度的

31、计算内压容器筒体与封头厚度的计算化工设备机械基础 化工学院2 2、带折边锥形封头或锥形筒体、带折边锥形封头或锥形筒体 采用带折边锥体作封头或变径段可以降低转角处的应采用带折边锥体作封头或变径段可以降低转角处的应力集中。有三种情况力集中。有三种情况第二节第二节 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化工设备机械基础 化工学院 带折边锥形封头大端的壁厚，按带折边锥形封头大端的壁厚，按过渡段过渡段与与相接处相接处锥体锥体两部分分别计算。取两者中较大者。两部分分别计算。取两者中较大者。t t 22= =j j大端折边的转角半径大端折边的转角半径r r应不小于封头大端内径应不小于封头大

32、端内径didi的的1010，小端折边转角半径，小端折边转角半径rsrs应不小于封头小端应不小于封头小端内径内径disdis的的5 5，且均不小于锥体厚度的，且均不小于锥体厚度的3 3倍。倍。2 2、带折边锥形封头或锥形筒体、带折边锥形封头或锥形筒体第二节第二节 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a. a. 折边的计算壁厚折边的计算壁厚b. b. 与折边相接处的锥壳厚度与折边相接处的锥壳厚度化工设备机械基础 化工学院 锥形封头小端与接管连接处也有边界应力存在。锥形封头小端与接管连接处也有边界应力存在。当锥壳半顶角当锥壳半顶角 45 45时，锥形封头可直接与接管连时，锥形封头

33、可直接与接管连接；当接；当 4545时，在锥形封头小端也应时，在锥形封头小端也应加折边加折边。 对于封头，其大小端直径相差较大，研究表明，对于封头，其大小端直径相差较大，研究表明，当大端与小端直径之比当大端与小端直径之比大于等于大于等于4 4时，小端厚度不必时，小端厚度不必计算，取与大端相同厚度即可。计算，取与大端相同厚度即可。 对于对于变径段变径段的小端，应按的小端，应按gb150gb150相应规定计算。相应规定计算。2 2、带折边锥形封头或锥形筒体、带折边锥形封头或锥形筒体第二节第二节 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化工设备机械基础 化工学院 圆形平板的壁厚将比同

34、直径的筒体壁厚大得多，圆形平板的壁厚将比同直径的筒体壁厚大得多，而且平板形封头还会对筒体造成较大的边界应力。而且平板形封头还会对筒体造成较大的边界应力。 由于平板封头结构简单，由于平板封头结构简单，制造方便制造方便，在，在压力不压力不高，直径较小高，直径较小的容器中，采用平板封头比较经济简的容器中，采用平板封头比较经济简便。对于压力容器的便。对于压力容器的人孔人孔、手孔手孔等在操作时需要用等在操作时需要用盲板盲板封闭的地方，广泛采用平板盖。封闭的地方，广泛采用平板盖。 在高压容器中，平板封头用得较为普遍。这是在高压容器中，平板封头用得较为普遍。这是因为高压容器的封头很厚，直径又相对较小，凸形因

35、为高压容器的封头很厚，直径又相对较小，凸形封头的制造较为困难。封头的制造较为困难。第二节第二节 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化工设备机械基础 化工学院平板封头的计算壁厚公式为：平板封头的计算壁厚公式为： ctkpd(8-17)式中：式中：d dc c计算直径，计算直径，mmmm，大多为筒体内径（见，大多为筒体内径（见p183p183表表8 81515）；）； k k结构特征系数，见结构特征系数，见p183p183表表8 81515第二节第二节 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化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 内压容器筒体与封头厚度的计算

36、内压容器筒体与封头厚度的计算k k值规定见值规定见p185p185 化工设备机械基础 化工学院例题例题 试计算确定一精馏塔的壳体壁厚及封头试计算确定一精馏塔的壳体壁厚及封头型式与尺寸。该塔内径为型式与尺寸。该塔内径为d di i600mm600mm，n n7mm7mm，材质为材质为16mnr16mnr，p p2.2mpa2.2mpa，工作温度，工作温度332020。解：解：工艺操作对封头形状无特殊要求，下面按工艺操作对封头形状无特殊要求，下面按凸型封头和平板封头分别进行计算，以便比较。凸型封头和平板封头分别进行计算，以便比较。已知：已知： d di i600mm600mm p p2.2mpa2

37、.2mpa， 查得查得 t t170mpa170mpa，并取，并取c c2 21mm1mm化工设备机械基础 化工学院（1 1）半球封头壁厚计算半球封头壁厚计算，由，由4itpdp将各参数代入上式得：将各参数代入上式得： =2.4mm=2.4mm。查表知，取查表知，取c c1 10.3mm0.3mm，则，则 n n c c1 1 c c2 2 2.42.40.30.31 1 3.7 3.7 取取 0.3mm0.3mm，则，则n n 4mm4mm。化工设备机械基础 化工学院（2 2）标准椭圆形封头）标准椭圆形封头20.5itpdp式中取式中取 1.01.0，将各参数代入上式得将各参数代入上式得 =

38、3.9mm=3.9mm。查表知，取查表知，取c c1 10.6mm0.6mm，则，则 n n c c1 1 c c2 2 3.93.90.60.61 1 5.5 5.5 取取 0.5mm0.5mm，则，则n n 6mm6mm。化工设备机械基础 化工学院（3 3）标准碟形封头标准碟形封头1.220.5itpdp式中式中 1.01.0，将各参数代入上式得将各参数代入上式得 =4.7mm=4.7mm。查表知，取查表知，取c c1 10.6mm0.6mm，则，则 n n c c1 1 c c2 2 4.74.70.60.61 1 6.3 6.3 取取 0.7mm0.7mm，则，则n n 7mm7mm。

39、化工设备机械基础 化工学院（4 4）平板封头，由平板封头，由ctk pd 式中式中 1.01.0，d dc c=600mm=600mm，k k取取0.25, 0.25, 将将各参数代入上式得各参数代入上式得: : =34mm=34mm。查查p173p173表表8 81111知，取知，取c c1 11.1mm1.1mm，则，则 n n c c1 1 c c2 2 34341.11.11 1 36.1 36.1 取取 1.9mm1.9mm，则，则n n 38mm38mm。例：例：一内压圆柱形容器（装有安全阀），一内压圆柱形容器（装有安全阀），di=1000mm，设计温度设计温度t=220，最高工作

40、压力，最高工作压力pw=0.6mpa，材料为，材料为16mnr，t=156mpa，单面焊局部无损探伤，腐蚀裕量，单面焊局部无损探伤，腐蚀裕量c2=2mm，c1=0.8mm，min=3mm。试计算确定该反应器。试计算确定该反应器壳体的名义厚度、有效厚度。壳体的名义厚度、有效厚度。解：解：p=1.1 pw=0.66mpa，t=156mpa mmpdti48. 285. 01562100066. 02 min=3mmd=min+ c2=3+2=5mm又min-c1n=d+c1+=5+0.8+=5+0.8+0.2=6mme=n-c1-c2=6-2.8=3.2mm化工设备机械基础 化工学院第三节第三节

41、容器的压力试验容器的压力试验( (p390p390) )为什麽容器在制造完毕后还须进行压力试验呢？为什麽容器在制造完毕后还须进行压力试验呢？ 这是因为这是因为: :按强度、刚度计算确定的容器厚按强度、刚度计算确定的容器厚度，由于材质、钢板弯卷、焊接及安装等度，由于材质、钢板弯卷、焊接及安装等制造制造加工过程不完善加工过程不完善，有可能导致容器不安全，会，有可能导致容器不安全，会在规定的工作压力下发生在规定的工作压力下发生过大变形过大变形或焊缝有或焊缝有渗渗漏漏现象等，故必须进行压力试验予以考核。现象等，故必须进行压力试验予以考核。化工设备机械基础 化工学院1.1.压力试验目的压力试验目的第三节

42、第三节 容器的压力试验容器的压力试验化工设备机械基础 化工学院第三节第三节 容器的压力试验容器的压力试验2.2.试验介质试验介质液体介质：液体介质： 常温常温水水。也可用不会发生危险的其。也可用不会发生危险的其它液体试验时液体的温度应低于其闪点或沸点。它液体试验时液体的温度应低于其闪点或沸点。压力试验的试验介质为什么普遍采用液体? ?由于压力试验时，容器可能发生爆炸事故，因此希望试压时容器内积蓄的能量越小越好。液体液体的压缩性较小，达到试验压力时所需做的功较少，容器内积蓄的积蓄的能量能量也相对要小一些小一些。而气体的压缩性较大，爆炸时突然恢复到大气压而释放出的能量很大，安全性较差。化工设备机械

43、基础 化工学院第三节第三节 容器的压力试验容器的压力试验2.2.试验介质试验介质化工设备机械基础 化工学院第三节第三节 容器的压力试验容器的压力试验 在下列情况下，不宜用液体作为压力试验介质，而应采用气体： 容器的结构复杂，试压时不能充满各个部位，因而无法充分检验各个部位的试压要求； 容器内不允许有微量残留液体； 其他难以克服的困难，如大型容器供水困难等。装入贵重催化剂要求内部烘干，或容器内衬耐热混凝土不易烘干，或由于结构原因不易充满液体的容器以及容积很大的容器等2.2.试验介质试验介质化工设备机械基础 化工学院第三节第三节 容器的压力试验容器的压力试验3.3.试验压力试验压力在压力试验时，容

44、器顶部的压力。压力试验时，壳体的金属温度。试验压力的最低值应按下式计算，其上限值应满足压力试验前的应力校核的限制。pt 试验压力，试验压力， mpa； p 设计压力，设计压力， mpa； 一试验温度下的材料许用应力，一试验温度下的材料许用应力， mpa；t 一设计温度下的材料许用应力，一设计温度下的材料许用应力， mpa。第三节第三节 容器的压力试验容器的压力试验3.3.试验压力试验压力压力容器形式与材料压力容器形式与材料耐压试验压力系数耐压试验压力系数液（水）压液（水）压气压气压固定式钢和有色金属及搪玻璃压力容器固定式钢和有色金属及搪玻璃压力容器1.251.251.151.15铸铁压力容器铸

45、铁压力容器2.02.0移动式压力容器（中、低压）移动式压力容器（中、低压）1.51.51.151.15化工设备机械基础 化工学院第三节第三节 容器的压力试验容器的压力试验3.3.试验压力试验压力 （1）直立容器卧置做液压试验直立容器卧置做液压试验时，试验压力应为立置时的试验压力加液柱静压力。 （2）当新容器新容器的铭牌上规定有最大许用压力铭牌上规定有最大许用压力p时，用p代表p。 （3）对于在用压力容器在用压力容器，若因腐蚀严重需要降压使用，且其pw或pk已小于原设计压力p时，应该用pw或pk代替p来进行计算pt。 （4）容器各元件容器各元件（筒体、封头、接管、法兰紧固件等）所用材料不同时，应

46、取元件材料的/t比值中最小值。化工设备机械基础 化工学院第三节第三节 容器的压力试验容器的压力试验4.4.压力试验前的应力校核压力试验前的应力校核压力试验前，为什么要作应力校核？压力试验前，为什么要作应力校核？ 试压时，要求器壁应力必须低于材料的屈服点，因此有必要在压力试验前进行校核。 化工设备机械基础 化工学院第三节第三节 容器的压力试验容器的压力试验5.5.水压试验程序水压试验程序充水时滞留在容器内的必须。容器应保持。设备充满水后，待壁温大致相等时，到规定试验压力，然后将压力再。保压期间检查容器有无损坏，有无宏观变形，有无泄漏及微量渗透。化工设备机械基础 化工学院第三节第三节 容器的压力试

47、验容器的压力试验6.6.水压试验注意事项水压试验注意事项对于制造的容器用水进行时，应限制水中25mg/kg，以防氯离子腐蚀。对于碳素钢、16mnr、15mnnbr和正火15mnr钢容器，；对于其他低合金钢容器，。如发现法兰连接处泄漏，。水压及时，并用压缩空气及其它惰性气体，将容器内表面。化工设备机械基础 化工学院第三节第三节 容器的压力试验容器的压力试验检查容器的致密性（包括容器的焊缝、母材及连接接头等的严密性）。与是不一样的：气密性试验是检验压力容器的严密性，气压试验是检验压力容器的耐压强度。：，气压试验压力为设计压力的1.15倍。化工设备机械基础 化工学院第三节第三节 容器的压力试验容器的

48、压力试验新制成压力容器气密性试验压力取为设计压力值。 gb150-1998规定气密性试验应在压力试验合格后进行，这是从安全上考虑。对要求作气压试验的容器，在气压试验合格后，可免作气密性试验。经检查无泄漏保压不少于30min为合格。所用气体应为干燥、洁净的空气、氮气或其他惰性气体。碳素钢和低合金钢制成的压力容器, ,其试验其试验温度应不低于温度应不低于55。化工设备机械基础 化工学院第三节第三节 容器的压力试验容器的压力试验介质的毒性程度为极高、介质的毒性程度为极高、高度危害，或在设计上不高度危害，或在设计上不允许有微量泄漏的容器允许有微量泄漏的容器气密性试验保压10分钟降压至设计压力检查所有焊

49、接接头和连接部位，小型容器也可浸入水中检查泄漏修 补重新进行液压试验和气密性试验合格缓慢升压至pt化工设备机械基础 化工学院第四节第四节 在用压力容器的强度校核在用压力容器的强度校核一、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 原设计已明确提出所采用的强度设计标准的，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。应按该强度标准进行强度校核。 若无注明所用的设计强度标准，可按设计施行的有关标准校核。 国外进口设备或按国外技术标准设计，应按国外设计规范或合同规定的设计规范校核。 注：gb150-1998gb150-1998是其他各种同类标准中必须遵守的最低要求

50、。还有略高于gb150的企业标准或行业标准，以提高产品的质量与可靠性。化工设备机械基础 化工学院一、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当被校核的容器当被校核的容器材料牌号不明材料牌号不明时，应按时，应按同类常用材同类常用材料的最低标准进行强度料的最低标准进行强度计算计算 （例如碳钢（例如碳钢q235-bq235-b）设计新容器时，设计新容器时，只根据接头结构形式和探伤比例只根据接头结构形式和探伤比例确定，不是随意变更的，可看成定值。而对于某些确定，不是随意变更的，可看成定值。而对于某些在用在用容器容器，若在检验中发现了某些超标，却未见发展的缺陷，若在检验中发现了某些超标，却未见发展的缺陷，而且又不允许或无法修复时，可以而且又不允许或无法修复时，可以采用较原设计取值为采用较原设计取值为低的低的来进行强度计算来进行强度计算。第四节第四节 在用压力容器的强度校核在用压力容器的强度校核化工设备机械基础 化工学院对于使用多年的容器对于使用多年的容器（在寿命的后期），或者（在寿命的后期），或者是腐蚀比较严重的容器，其有效厚度按下式计算是腐蚀比较严重的容器，其有效厚度按下式计算一、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cmi