钢制焊接常压容器

1、.一、钢制焊接常压容器JB/T4735 1997一、概述本标准属推荐性行业标准，即非强制性标准。而GB150 ，151 均属于强制性标准。1、 适用范围本标准适用于符合下表所列条件的容器容器种类设计压力 P D设计温度 T D容积限制圆筒形容器-0.02MPa P D 0.1MPa-20 T D 350 500L立式圆筒形储罐-500Pa P D 2000Pa-20 T D 25020m310000m 3圆筒形料仓-50mmH O P 200mmH O 100不限2D2矩形容器连通大气常温2、不适用范围 直接受火焰加热的容器。 受核辐射作用的容器。 盛装毒性为极度或高度危害介质的容器。 直接埋

2、入地下的容器。 可升降式气柜。 经常搬运的容器。 计算容积小于500L 的容器。说明：JB/T 4735 规定不允许介质为高度或极度毒性介质，或者说：容器的介质为高度或极度毒性将必须按GB150 进行设计；即提高设计压力，提高制造和检测要求。3、JB/T 4735 与 GB150 除适用与不适用范围不同外，还有许多方面存在差异，现举几个常见适用与不适用范围差别如下： 材料方面对于碳素钢，低合金钢不论板材、管材、锻件、紧固件等其安全系数取值不同，故许用应力值也不同，其中 GB150 偏于安全。如部分材料在常温状态下的许用应力。标准GB150材料JB/T 4735Q235135 MPa113 MP

3、a20R160 MPa133 MPa16MnR205 MPa170 MPa 焊接接头系数A. 双面焊或相当于双面焊的单面焊100%RT、 UT取 =1局部RT、 UT取 =0.85不探取 =0.7B. 带垫板的单面焊100%RT、 UT取 =0.9局部RT、 UT取 =0.8.不探取 =0.65C. 单面焊局部RT、 UT取 =0.7不探取 =0.6D.JB/T 4735 中，立式大型储罐的纵向接头并经局部无损检测的全焊透结构，焊接接头系数取0.9。E.此外双面搭接 =0.55双面角接=0.55单面角接=0.5 压力试验及试漏方面GB150只有液压和气压试验及气密性试验。JB/T 4735 除

4、液压 (不小于 0.1MPa) 、气压试验外，可根据具体情况作气密、盛水、煤油渗透、，皂液试漏，真空箱试漏等代替压力或检漏试验。二、圆筒形容器1. 内压圆筒适用于受内压和/或液柱静压力作用下圆筒厚度的计算A. 圆筒计算式比较JB/T 4735GB150PcD1Pc D12ttPc2圆筒计算应力tPcD1tPc ( D1e )2c2cB. 外压圆筒和外压球壳，以及各种凸形封头，无折边锥形封头同GB150 。说明：常压容器由于压力很低，其破坏形式已不因强度不足而破坏，而是刚度不足发生失稳而塌陷。设计的主要问题是结构的处理和用材的合理。三、立式圆筒形储罐1. JB/T 4735 97 中立式圆筒形储

5、罐的范围： 设计压力PD=-500pa2000pa即 PD=-50mmH 2O200mmH 2O当设置呼吸阀时：PD=1.2 倍排放或吸入压力，且不超过以上规定。 设计温度范围：-20 TD 250 容积范围：V=2010000m 32. 立式储罐的种类和特点 固定顶储罐A. 锥顶储罐罐顶为正圆锥体。a. 自支承式锥顶常用于直径不大的场合，锥顶载荷靠锥顶板周边支承在罐壁上。b.支承式锥顶锥顶支承在中间立柱与其相连的支承梁上，梁的另一端与支承圈相连。通常也可将梁焊在锥顶上表面，以此增加锥顶刚度。.B. 拱顶储罐顶盖为一球面（球冠）与锥顶相比用材量小，能承受较高的压力，但制造较难。a. 自支承式拱

6、顶载荷靠拱顶板周边支承在罐壁上。b. 支承式拱顶载荷主要靠立柱或罐顶桁架支承在罐壁上。C.伞形顶储罐介于锥形顶与拱顶之间的一种结构形式，从水平断面看是一个多边形，是一种修正后的拱顶，其强度接近丁拱顶。D. 悬链式无力矩罐顶储罐根据悬链理论，用薄钢板制造的顶盖和中心柱组成。顶盖一端支承在中心柱顶部的伞形罩上， 另一端支承在圆周装有包边角钢或刚性环上， 形成一悬链曲线， 顶盖不承受弯矩，仅在拉力下工作。因此，较拱顶盖更节省材料。.浮动顶储罐浮顶是一个漂浮在贮液面上的浮动顶盖，并随着贮液面上，下浮动。浮顶与罐壁之间有一环形空间并有密封件，使得贮液与大气隔开，从而大大减少贮液的蒸发损失，减少污染。由于

7、无气相空间，减少了腐蚀和发生火灾的危险性。A.单盘式浮顶贮罐容器范围1000050000m3。B. 双盘式浮顶贮罐由于上，下顶板之间空气层的隔热作用，降低了蒸发损失，故常用于蒸发量大的汽油罐或有毒液体介质，其容积范围一般在10005000m 3。C. 浮子式浮顶储罐由环形浮舱，单盘板及均匀分布在单盘板上的圆形浮子组成。整个浮顶重量由环形浮舱与浮子来支持。浮顶又分成若干个隔舱，当单盘或相邻隔舱泄露时，仍能保持浮顶不沉。.3. 立式储罐经济尺寸的选择 最省材料的经济尺寸A. 等壁厚储罐罐壁厚度为一固定厚度，即壁厚不随高度的变化而变化。在等壁厚储罐中，当罐顶和罐底的金属用量等于罐壁用量的一半时，储罐

8、金属用量最省。此时储罐高度 H 如下：3 V（S12S1 S2HS1 S2HS2）RS2S或2SD其中：S1罐顶板厚V 罐容积S2罐底板厚R罐内半径S罐壁板厚a. 在敞口容器中，当罐底与罐壁等厚时，即S2=S，S1=0代入上式： HS1 S21 H1 D RD2S22即 H=R 时用料最省。b. 在闭口容器中，若：S =S=S 代入公式：12HS1S21D 2S即 H=D 时用料最省。等壁厚贮罐，由于受到 S 的限制，只能用于一定容积范围内。这个容积取决于钢板的厚度和强度，对于碳素钢 V=1000m 3。当容积大于 1000m 3 应采用不等壁厚储罐。B. 不等壁厚储罐对于大型储罐，由于高度相

9、对加大罐壁承受液体的静压，亦随高度的变化而变化，罐壁厚度也应随静压的增加而增加。a.当罐顶与罐底金属用量之和等于罐壁承受液体静压力所需金属用量时，金属用量最省； 此时的经济高度H(S1S2 )r其中：S1罐底板厚 材料许用应力S2罐顶板厚r罐体内半径从上式可见储罐高度与容积无关。贮罐时经济高度取决于罐顶，罐底的厚度和材料的许用应力。.4Vb.当储罐容积和高度确定后，储罐的直径如下：DH最省费用的经济尺寸A. 等壁厚的储罐a. 对于小型敞口储罐H=Rb. 对于小型闭式储罐H=DB. 不等壁厚的储罐大容量不等壁厚储罐的直径与罐壁费用成正比，与顶、底费用成反比。罐壁费用越高直径应当愈大。当罐壁，罐顶

10、费用为罐底费用的两倍时，储罐直径如下D8H或高度H3D38说明： a1 储罐的储存系数（或称充装系数）中，对于原油和热油罐为0.85，化工原料罐和成品油罐为 0.90。浮顶和内浮顶可以比以上系数再大5%，即 0.90 和 0.95。公称容积实际容积操作容积VDD2H V1D 2(H A)VWD2(H A B)444V1V( 1)b. 储罐的设计尺寸经过初算的直径， 高度尺寸应进行圆整或调整，比如直径 D=10620 可取： D=11000 、D=10500 、D=10000 。然后对高度 H 进行调整，高度的调整应和钢板宽度相适应。使焊缝的总长及余料愈少愈好。调整的另一原则是设计的总容积基本不

11、变。c.储罐的经济尺寸还应和储罐的基础一同考虑，特别是大型储罐， 基础费用有时可达总价的40%。只有对工程造价，材料消耗进行全盘考虑，才是最终的储罐经济尺寸。4. 立式储罐设计 罐顶设计 A. 一般规定a.罐顶最小厚度 min 4.5，且不含 C。b.顶板拼接可采用对接或搭接，搭接宽度不小于5S，且不小于 25mm。c.顶板与包边角钢的连接采用弱连接，外侧为连续焊，焊脚高度为0.75 倍顶板板厚。且不大于 4，内侧不得焊接。B. 自支承式锥顶由于稳定性的限制，设计直径有一定限制，一般DN 6.000mm，且锥顶坡度范围 1/63/4 （即半锥角 9.5°37°）a.2.24

12、D1PCC厚度计算E tsin Q例： D1=6000Q=15 °C5P =2000paE=2 × 10 MPa.2.2460000.0025.19 Csin 152 105b. 锥顶材料的临界压应力和许用临界压应力0.6EDcrrr2 sin Qr600011590mm（罐顶曲率半径）2 sin156mmcr0.6 2105 MPa62MPa11590mmcrcr625.17MPa51.7Kg cm 21212C.自支承式拱顶与锥顶相比较，结构简单，刚性好，使用尺寸大于锥形顶盖，能承受较高的压力。因此材料消耗少，但气相空间较大使蒸发损失加大，制造上也难于锥形顶盖。a.几点

13、规定拱顶的球半径R=0.81.2D 1（ Di 罐体内径）拱顶板的最少厚度不得小于4.5mm，且不含C。b. 拱顶厚度规定：美国 API650 规定min0.42RS 且不小于 4.26mm 。英国BS2654 规定min5mm日本JISB8501 规定min0.42RS 且不小于 4.5mm 。c. 拱顶厚度计算（ RS=Di=10000mm 材料 Q235）RSPCC 100000.0023.2mm C0.1E0.11.9210 5d. 拱顶验算Pcr0.1E t (tc ) 20.1 1.92105(6) 26900 paRc10000 PcrPc2000 pa罐壁设计A. 一般说明a.

14、 罐壁承受贮液的静压，此静压按三角形分布，由上至下逐渐增大，其壁厚也应由上至下 逐渐增厚。b. 罐壁受罐底的约束，使紧靠罐底的罐壁环向应力趋近于零， 使最大环向应力上移。.B.壁厚计算D i P0(h 30 )minC2上式经简化minDi PcC2其中： D i罐内径cmP0罐内保持的气相压力c0）P 计算压力 =P +（ H-300介质比重，且不小于1接头系数取0.9（纵向接头为全焊透的对接结构）h最高液面到所计算圈板下端的距离。（ h-300 ）计算液压高度。对于高强钢制造的大型储罐（ V 50000m3） ,罐底的弯曲应力和剪力增大，有可能超过许用应力，而造成破坏，此时应对罐体下边缘板

15、应力进行计算。C. 罐壁最小厚度内径 D1碳钢奥氏体不锈钢 1600054 3200065D. 罐壁顶部包边角钢（含承压圈）截面尺寸的确定 a. 包边角钢的连接型式.b.包边角钢的截面积包边角钢截面积加上与其相连的罐壁、罐顶板上各16 倍板厚范围内的截面积之和应满足下式要求APD D12mm28t tgQc. 包边角钢的最小尺寸包边角钢的壁厚不得小于圆筒和顶板的厚度。储罐内径 D 1角钢最小尺寸 5000L50 × 50× 510000L63 × 63× 620000L75 × 75× 832000L90 × 90×

16、; 9说明自支承式锥顶或拱顶，需要在罐顶及罐壁连接处设置包边角钢，以承受从罐顶传来的横向力，此横向力是由罐内或罐外压力以及顶盖自重而产生的水平分力。罐底设计罐底板上方承受罐内的液体压力及下方基础的支承力。在罐底与壁厚连接周边存在较大的边缘应力，所以储罐的边缘板比中幅板稍厚，当储罐较大，应计算边缘力矩并对其校核。A.结构型式筒体内径 Di 12.5m 时宜采用条形排板组焊，当内径 Di 12.5m 时宜采用弓形边缘板与中幅板组焊。.B. 壁板与罐底板相连接的几点规定a. 罐底边缘板伸出壁厚外表面的宽度不小于50mmb. 罐底边缘板的最小厚度，不得小于下表数值边缘板最小厚度底层壁板名义厚度碳钢奥氏

17、体不锈钢 66同底层壁板71066112087212510c. 罐底中幅板的厚度，不得小于下表数值储罐内径 D1中幅板最小厚度碳钢奥氏体不锈钢 1000054 2000064 2000064.5c. 罐底板坡度底板与基础接触，在长期液压作用下，罐底和基础中心部位挠度最大，当超过限度时，会造成底板焊缝开裂。为消除因基础下沉而引起的中部凹陷，同时也为了便于排出残液，底板应具有和基础同样的坡度，如下图：d.罐底边缘板的最小宽度和和底板最大应力根据储罐应力实测，罐底最大径向应力在距离罐壁300500mm 处。为此规定边缘板，径向最小尺寸为700mm。.5. 风载荷作用下罐壁稳定校核 罐壁许用临界压力2

18、.5Pcr5.06 10 5 D i1H nD1其中： H n罐壁当量高度Hn=HeiHei 第 i 层罐壁板的当量高度Heihi (1 ) 2.5ei62.5H 1300030000.75822731262.5H 2600060000.81548911062. 5H 3900090000.891802182.56H 412000120001120006稳定校核105 1200062.5Per 5.0627185120005.061050.4414510 90.001116MPa1116 pa.Per2.25K zqoPiK Z1.38q0400N / m 2400 paPi 1.2 200H

19、 2 O 20paPer2.251.38400pa 20pa1242pa20pa1262pa加强圈的设置A. 当 Per 不满足校核要求时，罐壁上应设置加强圈，数量如下式2.25 K zq0PinPcrB. 加强圈的最小尺寸Di 20000用 L100 × 63× 8Di 32000用 L125 × 80× 86.储罐的抗震校核在地震设防地区建罐，需进行抗震校核，详见附录C。7. 立式圆筒形储罐检验请参照 GBJ128 90.四 . 矩形容器1. 范围用于直接与大气连通，或敞开式，且仅承受液体静压力的矩形容器。其支承方式一般置于平面基础上，或支承在基础上

20、的型钢上表面。2. 矩形容器加固型式和部位 顶边加固加固件应设置于壁板顶边四周。垂直加固加固件应垂直地面并与壁板连接。横向加固加固件应平行地面并与壁板连接。拉杆加固加固拉杆应设置于二平行壁板之间。垂直和横向的组合加固加固件垂直，水平交叉设置在壁板上。带双向水平联杆的垂直加固 P8 内部加固结构在垂直加固柱上设置 12 排 水平交叉向的联杆。而顶部水平联杆，可作为支承盖板的杆件。顶边加固加固件设置在壁板顶部四周A. 壁板厚度计算按下式：? ? g ? H0.019 1kg6 mm39.8 m2 1500mm2.45Lmm2.45 150010st150 N2mm3675 1.8610 6 mm3

21、6750.001365mm 5.01mm其中：查图13 3当 H=L 时， =0.019液体密度1× 10-6kg/mm 3g重力加速度9.8m/s2H容器内侧高度。 t查表 4 1（注意该值不同于 GB150 中的许用值，如Q235A ， =150MPa 。）B. 顶边加固件所需的最小惯性矩加固件常采用角钢。其规格不小于L50 × 50× 5。I 0.217? g ? H 2 ? L3 mm4E t其中：Et材料设计温度下的弹性模量（1.92× 105MPa）。垂直加固.A.加固柱的最大间距tL3 0.408( n c)mm? ? g ? H其中： n

22、 壁板的名义厚度。c板材负偏差+腐蚀裕量。B. 加固柱的截面系数0.0642? g ? H 3( n c) 23Z L3t6mmC. 当有拉杆时，顶边加固件所需的惯性矩? g ? H 2 ? L334I 0.217E tmmD. 当无拉杆时，顶边加固件所需的惯性矩按下式：I 0.217? g ? H 2 ? L3mm4E tE. 圆钢拉杆截面积计算a. 拉杆长度 L 2 363d2/3，拉杆直径 1624mm 时，拉杆直径如下：d0.553H? g ? L3C2 mmbtkgmm29.8m/ s23000mmd0.552500106155MPaC2 1375 0.0138 C19322其中 b

23、t拉杆材料的许用应力，材料为Q235 A 时，取 bt=155MPa。b. 拉杆长度 L 2 363d2/3 的应力校核(a )拉杆重力引起的拉应力：2t dt10.864E2MPa(b) 拉杆自重引起的弯曲应力：n ? g L22 MPa d.其中液体的密度kg/mm 33(c) 液体静压对拉杆引起的拉应力t 20.306? g ? H 2 ? L3MPad 2(d) 拉杆最大应力及校核maxt 1nt 2b MPa横向加固加固件及壁板计算A. 横向加固件所需的惯性矩I0.217? g ? h12 ?L3mm4EtB. 加固圈的数量与段距见下表加固圈数量容器高 H(mm)15002100 2

24、1003000 30004000 4000加固圈个数1234加固圈段距段距H2H3H4H 5数量H110.60H0.40H20.45H0.30H0.25H30.37H0.25H0.21H0.17H40.31H0.21H0.18H0.16H0.14HC. 第一道横向加固圈单位长度上的载荷计算F11? g ? h2 (h1 h2 )6D. 第一道横向加固圈所需的惯性矩I 1 1.3F1L3t mm4EE. 第一段壁板计算厚度.3a1? g ? h1mm1Lt其中a1 由 H1/L 按图 13 3 查得。F. 矩形容器从顶端算起，第 i （ i=2 、3、 4 ）道横向加固圈单位长度上的载荷按下式：

25、F11? g(hi 1 hi 1 )(hi 1 hi hi 1 )6G. 第 i 道横向加固圈所需的惯性矩I i 1.3FiL3t mm4EH. 第 i 道壁板计算厚度按下式计算6ai ? g(hihi 1 )iLtmm拉杆加固的壁板计算对于尺寸较大的矩形容器，宜采用内部拉杆结构。A. 壁板计算厚度按下式其中拉杆间距 a=h 时（即等距排列）h? g ? himm2tB. 拉杆直径按下式计算，且不小于6mmdi 1.13? h ? ? g ? hiC 2 mmtbC. 顶边加固件所需惯性矩同前I 0.217? g ? h12 ? L3 mm4 Et 垂直和横向组合加固的壁板计算在矩形容器高度超

26、过 2200 时，通常在壁板垂直加固的型式上，再加横向加固圈，以增加壁板的刚度。.这种型式的容器按5 中相关公式计算，且将 L 换成 L 3如： A.加固圈的数量和段距按5 中选取 .B.加固圈所需惯性矩按5 中计算，其中L换成L：3I0.217? g ? h12 ?L33 mm4E tC. 壁板厚度：6ai ? ? g (hi 1hi )iLtmm此外 ，应按4 中相关公司确定垂直加固柱和拉杆的规格尺寸。 带双向水平联杆 (拉杆 )垂直加固的壁板计算该型式为内部加固的矩形容器,通常在垂直加固柱中间再设置一排或两排不等距联杆。顶部联杆作为支承盖板的杆件。A. 设置一层联杆（拉杆）的矩形容器a.

27、 加固柱连接的一层联杆 H 1=0.6H加固柱所需的截面系数.0.015? g ? H 3( n c) 23Z L3t6mmb. 扁钢联杆（拉杆） 。中间联杆：(a) 联杆自重引起的拉应力按下式例：扁钢尺寸： FB60× 6L 2=2600自重引起的拉应力如下t1 0.8E tb 2 MPa 0.81.92 10 MPa (60mm)2L22(2600mm)21.541055.3310 482MPa(b) 联杆自重引起的弯曲应力2n 0.75 ? g ? L2 MPa b0.75 0.75kg /106 mm39.8m / s2(2600mm) 260mm0.758.66MPa6.5

28、MPa(c) 液体静压作用于中间联连引起的拉应力? g ? H 2 ? L3t 20.272C )( nb 2C )(b0.27 1kg /10 6 mm39.8m / s2(2200mm)2800mm(602)(62)mm20.2716444.2MPa(d) 中间联杆最大应力tmaxt1nt 2(t16.544.2)MPa50.7MPat 1验算合格。tB. 放置两层联杆的矩形容器a.加固柱连接的两层联杆。取总高H=3000mm ，各分段高度如下：H1=0.45HH2=0.3HH3=0.25H加固柱所需的截面系数（惯性矩）.Z0.0054? g ? H 3( n 2c)2mm3L3t6Z12

29、00mm 0.0054 10 6 kg / mm39.8m / s2(3000mm) 3(8 2mm)2150MPa61200mm1428.836 mm2150N / mm2626mm24236 mm21200 9.53mmN (牛 ) kg ? m / s2N / m2paN /10 6 mm21MPa N / mm20.1kg / mm 2b. 角钢联杆(a) 第一层联杆 t1， n同前液体静压作用于第一层联杆上引起的拉应力按下式t 2联杆最大拉应力? g ? H 2 ? L30.15MPa( nb2C )(b2C)tmaxt 1nt 2(b) 第二层联杆 t1， n同前t 20.202?

30、 g ? H 2? L3MPa2C)(b2C)(nb10 6 kg / mm39.8m / s2 (3000mm) 2 ? 800mmt 20.202(8 2)(80 2)mm20.2029.89800N30.4N / mm230.4MPa678mm2tmaxt 1nt 2(c) 顶部联杆顶部联杆组合截面图。联杆自重引起的拉应力.t19.6E t2 (I xn L3 )L2nb联杆自重引起的弯曲应力：n9.610 6L 22 ( nb ? b n L3 )Zn液体静压作用于顶部联杆上的拉应力：t 20.06? g2C ) L3 ( n C )(b C )( nb联杆最大拉应力：tmaxt 1n

31、t 23. 矩形容器的底板 型钢支承的底板计算厚度如下：底0.8L1? g ? HmmCt例：底 0.8800mm10 6 kg / mm39.8m / s23000mmC150MPa底640mm 0.014 C8.96 mm C取底12mm(c.s)底 10mm(s.s) 如果已知底板厚度，则支承梁的最大间距如下tL11.25( nC )mmGH如果底板在平整的基础上，全平面支承底板的最小厚度为46mm ，或底板与壁板等厚。.五带搅拌的常压容器1适用范围：仅适用于搅拌机装于立式常压容器顶部的搅拌容器2.计算：筒体：除了符合JB/T4735-1997 的要求外还应按下述各式校核筒体受轴向压缩力Q 作用时的稳定性，使 QQ 。轴向压缩力Q 计算：Q=Q 1+Q 2+Q