第4章-内压容器PPT课件

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第4 4章章 内压容器内压容器化工设备机械基础 化工学院强度计算的内容：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 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

3、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，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 p作为操作条件由工艺

4、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 设计参数的确定设计参数的确定二、工作

5、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,根据pw调定化工设

6、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为爆破片设计爆破压力加制造范围上限。设计压力为爆破片设计爆破压力加制造范围上限。P89 表-3，表4-4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

7、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。（3 3）无安全泄放装置）无安全泄放装置取取 p=（1.01.1）pw 。（4 4）盛装液化气容器）盛装液化气容器 设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。（地面安装的容器按不低于最高饱和蒸汽压考虑，如40，50，60时的气体压力）。 注意：注意：要考虑实际工作环境，如放置地区，保温，遮阳，喷水等。例如

8、例如：液氨储罐。金属壁温最高工作为50，氨的饱和蒸汽压为2.07MPa。 1.容器的设计压力？ 2.若容器安放有安全阀，设计压力？（5 5）外压容器）外压容器取 p正常操作下可能产生的最大压差。“正常操作正常操作”含空料，真空检含空料，真空检漏，稳定生产，中间停车等情况。漏，稳定生产，中间停车等情况。（6 6）真空容器）真空容器 不设安全阀时，取0.1MPa ； 设有安全阀时 取Min（1.25p ,0.1MPa) 。 釜内空料，夹套内充蒸汽-外压0.2MPa; 釜内真空，夹套内充蒸汽-外压0.3MPa; 釜内0.3MPa，夹套内0.2MPa-内压0.1MPa; 釜内0.3MPa，夹套内空料-

9、内压0.3MPa;: 内压0.3MPa或外压0.3MPa.（7 7）带夹套容器）带夹套容器取正常操作时可能出现的最大内外压差。例如例如 带夹套的反应釜：夹套内蒸汽压力为0.2MPa,釜内开始抽真空，然后釜内升压至0.3MPa。该釜壁承受压力如何？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

10、接折算不直接折算为设计压力，必须分别计算。计算压力计算压力p pc c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。计算压力计算压力p pc c17计算压力计算压力设计压力设计压力工作压力工作压力= =容器顶部表压容器顶部表压 一立式容器，工作压力0.5MPa，液体深10m， 重度为10,000N/m3。pw=0.5MPa, p=0.5MPapc=0.5+(1010,0

11、00)/1,000,000=0.6MPa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

12、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

13、参数的确定设计参数的确定21四四 许用应力和安全系数许用应力和安全系数定义式：定义式： ）安全系数（）极限应力（n0（1 1）许用应力）许用应力的确定的确定：bbssnnMin,)(2 . 0 工作温度为中温中温，取btbsttsnnMin,)(2 . 0 工作温度为常温常温（200） 取22 工作温度为高温高温，取DtDntnsttsnnnMin,)(2 .0式中 nt Dt-设计温度下材料的蠕变强度和持久强度。 nn,nD-蠕变强度和持久强度的安全系数。23（2 2）安全系数及其确定：）安全系数及其确定：影响安全系数的因素：计算方法的准确性、可靠性和受力分析的精度；材料质量和制造的技术水平

14、；容器的工作条件及其在生产中的重要性和危险性。 安全系数 材料 nb ns nD nn碳素钢、低合金钢3.01.61.51.0 高合金钢3.01.51.51.0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表。 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.材质材质化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 设计参

15、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1.00.85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

16、械基础 化工学院 焊接接头形式可分为：、和。化工设备机械基础 化工学院 将两块钢板对在一起焊接，称为对接。对接接头容易焊透，受力情况好，应力分布均匀，连接强度高，因而焊接接头质量容易保证。 等厚度焊接，避免焊不透或烧穿； 薄板10mm，两板厚度差3mm； 薄板10mm而厚度差大于薄板30，或超过5mm时，削薄厚度边缘。 化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院将两块钢板互成直角或相交成某一角度连将两块钢板互成直角或相交成某一角度连接在一起的接头称为接在一起的接头称为T形接头和角接接头。形接头和角接接头。化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院简单承载最差易焊透承载强易装

17、配省时承载强钢厚板厚不合理结构化工设备机械基础 化工学院 两块钢板搭在一起焊接，称为搭接。根据焊缝所在位置，有端焊缝与侧焊缝之分。化工设备机械基础 化工学院 为了保证焊接质量，必须在焊接接头处开适当的坡口。，此外，坡口的存在还可形成足够容积的金属液熔池，以便焊渣浮起，不致造成夹渣。化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院41化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院l 压力容器上的焊接接头分类压力容器上的焊接接头分类 压力容器的焊接接头分成四类，目的是在设计、压力容器的焊接接头分成四类，目的是在设计、制造、维修、管理时可

18、以分别对待，从而保证质量。制造、维修、管理时可以分别对待，从而保证质量。 圆筒部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头除外），球形封头与圆筒连接的环向接头，各类凸形封头中的所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接连接的接头，均属A类焊接接头。 壳体部分的环向焊缝接头，锥形封头小端与接管连接的接头，长颈法兰与接管连接的接头，均属B类焊接接头，但已规定为A、C、D类的焊接接头除外。 平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头。 接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接接头，均属D类焊接接头， 但已规定为A、B类的焊

19、接接头除外。lBlClDlA化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院 （1 1）压力容器壁厚壁厚38mm38mm时，其对接接头对接接头应采采用射线检测用射线检测；由于结构等原因，不能采用射线检测时，允许采用可记录的超声检测可记录的超声检测。 （2 2）压力容器壁厚38mm时，其对接接头如采用射线检测，则每条焊缝应附加局部超声检测；反之亦然。附加局部检测应包括所有的焊缝交叉部位，附加局部检测的比例为原无损检测比例的20。1.1.可否采用可否采用搭接焊结构搭接焊结构制作压力容器壳体？制作压力容器壳体？为什麽？为什麽？2.2.焊缝处为什麽要进行焊缝处为什麽要进行无损探伤检查无损探伤检查？

20、3.3.焊缝系数（焊缝系数（）为什麽）为什麽小于等于小于等于1 1？4.4.取焊缝系数的取焊缝系数的依据依据是什麽？是什麽？5.5.壁厚计算公式中的壁厚计算公式中的t t是是钢板的许用应钢板的许用应力力，还是焊缝材料的许用应力？，还是焊缝材料的许用应力？6.6.带垫板的焊缝结构中，带垫板的焊缝结构中，垫板的作用是什垫板的作用是什么么？是否起加强作用？是否起加强作用？降低焊接难度，实现单面焊，防止焊接接头烧穿，获得较好的焊接接头V 口薄板焊接。化工设备机械基础 化工学院l 焊接接头缺陷：外部缺陷焊接接头缺陷：外部缺陷与与内部缺陷。内部缺陷。1.1.外部缺陷：外部缺陷：化工设备机械基础 化工学院2

21、.2.焊缝的内部缺陷焊缝的内部缺陷主要指气孔、裂纹、未焊透、夹渣、未熔合等。这些内部缺陷主要采用射线拍片或超声波探伤来发现。射线检测实例射线检测实例焊件中常见的缺陷裂纹主要是在熔焊冷却时因热应力和相变应力而产生的， 也有在校正和疲劳过程中产生的，是的一种缺陷。 裂纹影像较难辨认。因为断裂宽度、裂纹取向、断裂深度不同， 使其影像有的较清晰，有的模糊不清。常见的有纵向裂纹、横向裂纹和弧坑裂纹， 分布在焊缝上或热影响区。 化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院未焊透是熔焊金属与基体材料没有熔合为一体且有一定间隙的一种缺陷。在胶片上的影像特征是连续连续或断续的黑线或断续的黑线， 黑线的位

22、置与两基体材料相对接的位置间隙一致。化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院气孔是在熔焊时部分空气停留在金属内部部分空气停留在金属内部而形成的缺陷。 气孔在底片上的影像一般呈圆形或椭圆形，也有不规则形状的，以单个、多个密集或链状的形式分布在焊缝上。在底片上的影像轮廓清晰，边缘圆滑，如气孔较大，还可看到其黑度中心部分较边缘要深一些。化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院夹渣是在熔焊时所产生的金属氧化物或非金属夹杂物， 因来不及浮出表面，停留在焊缝内部而形成的缺陷。在底片上其影像是不规则的，呈圆形、块状或链状等，边缘没有

23、气孔圆滑清晰， 有时带棱角。化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院 咬边是指沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷。 咬边减弱了母材的有效承载截面，并且在咬边处形成应力集中。化工设备机械基础 化工学院在焊缝的局部，因热量过大而被熔穿，形成流垂或凹坑。 在底片上的影像呈光亮的圆形(流垂)或呈边缘较清晰的黑块(凹坑)。 化工设备机械基础 化工学院熔化焊、压力焊、钎焊。熔化焊中又分为熔化焊中又分为气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊等等。电弧焊又分为手工电弧焊、埋弧自动焊和氩弧焊。 手工电弧焊用的焊接材料为电焊条，它由钢芯和包在钢芯外的药皮组成，而埋弧焊埋弧焊用的焊接材料为焊丝和焊剂。化工设备机

24、械基础 化工学院 和和。 酸性焊条酸性焊条焊接焊接工艺性工艺性好，成形整洁好，成形整洁, ,去渣去渣容易，不易产生气孔和夹渣。容易，不易产生气孔和夹渣。 但药皮氧化性强使合金元素烧损大但药皮氧化性强使合金元素烧损大, ,机械机械性能性能（冲击韧性）比较（冲击韧性）比较低低。 酸性焊条一般均可用交直流电源。酸性焊条一般均可用交直流电源。 典型的酸性焊条是典型的酸性焊条是化工设备机械基础 化工学院 焊接的焊缝焊接的焊缝机械性能良好机械性能良好，特别是，特别是冲击韧性比较高，主要用于重要结构的焊接。冲击韧性比较高，主要用于重要结构的焊接。 氟化物粉尘有害，应加强现场的通风排气，氟化物粉尘有害，应加强

25、现场的通风排气，以改善劳动条件。以改善劳动条件。 典型的碱性焊条有典型的碱性焊条有。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。通常乘以进行修正。通常乘以一个修正一个修正系数，即系数，即焊接焊接接头系数接头系数 。

26、 一般工艺设计确定的是容器的内径一般工艺设计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

27、偏差，必须考虑钢板的负偏差负偏差C C1 1 ；（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）腐蚀裕量）腐蚀裕量C2 容器元件由于腐蚀或机械磨损容器元件由于腐蚀或机

28、械磨损厚度减薄。厚度减薄。在设计壁厚时要考虑容器使用寿命期内的安全性！在设计壁厚时要考虑容器使用寿命期内的安全性！具体规定具体规定如下：如下：对有腐蚀或磨损的元件对有腐蚀或磨损的元件: C2=Kan Ka-腐蚀速率（腐蚀速率（mm/a），由材料手册或实验确定。），由材料手册或实验确定。 n-容器的设计寿命，通常为容器的设计寿命，通常为1015年。年。一般情况一般情况, Ka=0.050.13mm/a的轻微腐蚀时，的轻微腐蚀时， 对对单面腐蚀单面腐蚀取取C2=12mm; 对对双面腐蚀双面腐蚀取取C2=24mm。 对于不锈钢，一般取对于不锈钢，一般取0。 2 2、圆筒的设计壁厚、圆筒的设计壁厚dd

29、（又称设计厚度）（又称设计厚度）1.确定腐蚀裕度的依据？2.腐蚀裕度的有效期？3.列管换热器的管子、壳体腐蚀裕度如何定？ 容器各元件受到的腐蚀程度不同时，设计中可采用不同的腐蚀裕量。 介质为压缩空气、水蒸气或水的碳钢或低合金钢容器，单面腐蚀裕量不小于1mm； 对不锈钢容器，腐蚀轻微时可取C2=0。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钢板钢板负偏差负偏差，应按应按名义厚度名义厚度nn 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 8，1010，1212，1414，1616

30、，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真正可用于承受介质压力可用于承受介质压力的那部分厚度的那部分厚度：实际上，实际

31、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量不包括腐蚀

32、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0.5mpc近似写成0.5Pc，对分母影响

33、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 2. 2. 壁厚的计算公式壁厚的计算公式 椭球壳壁内应力的大小及变化受a/b值的影响，形状系数K。 厚度计算公式为： (mm) c pDKpcticn5.0288名义壁厚名义壁厚=计算壁厚计算壁厚+壁厚附加量壁厚附加量+圆整量圆整量标准椭圆封头标准椭圆封头(a/b=2)K=1。椭圆形封头的最大允许工作压力计算公式： (MPa) KDpeietw5.02注意注意：1.加工减薄量由制作单位确定。 2.各参数的单位- 公式中只用公式中只用 MPa MPa 和和 mmmm 。 3.对于

34、同一容器上的圆筒与椭圆形封头，如果壁厚相同，椭圆形封头的强度高于圆筒。所以，水压试验强度校核时，校核筒体强度就可以了。（为什麽?） 4.直边高度按P101表4-15选取。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。（三）碟形封头（三）碟形封头 碟形壳的应力分布：碟形壳的应力分布： 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

35、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。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。1.1.碟形封头的结构：碟形封头的结构：2.2.壁厚计算公式：壁厚计算公式： (mm) c pRMpcticn5 . 02式中M-形状系数

36、。 （Ri/r值不同；球面与摺边连接处的曲率突变。） 标准碟形封头标准碟形封头 壁厚计算公式为： (mm) c pDpcticn5 . 022 . 1化工设备机械基础 化工学院93（四）（四） 球冠形封头（无折边球形封头）球冠形封头（无折边球形封头） 无折边球形封头在多无折边球形封头在多数情况下用作容器中两独立数情况下用作容器中两独立受压室的中间封头，也可用受压室的中间封头，也可用作端封头。封头球面内半径作端封头。封头球面内半径R Ri i可取为圆筒体内直径可取为圆筒体内直径D Di i的的0.70.7、0.80.8、0.90.9、1.01.0倍。倍。1.1.结构结构化工设备机械基础 化工学院

37、球冠形封头球冠形封头化工设备机械基础 化工学院95 (mm) 2 ctcpDipQ式中 Di封头和筒体的内直径； Q 系数，见书图4-9。2.2.壁厚计算公式：壁厚计算公式：化工设备机械基础 化工学院96（五）（五） 常用锥形封头常用锥形封头 锥壳应力分布？锥壳应力分布？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。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构。不带两种结构。不带折边的锥形封头，其半锥角不大于折边

38、的锥形封头，其半锥角不大于3030，带折边的半，带折边的半锥角不大于锥角不大于6060。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。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，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 2 c

39、ostpD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: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体壁厚增大将联接处附近的封头及筒体壁厚增大局部局部加强加强。 左图是没有局部加强的锥形封头。右图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，是有局部加强的锥形封头。它们都直接与筒体相联，中间没有过渡圆弧中间没有过渡圆弧无折边锥形封头无折边锥形封头。DisDiss2asrsrs2asDi化工设备机

40、械基础 化工学院2 2）：在封头与筒体间增加在封头与筒体间增加一个一个过渡圆弧过渡圆弧，则整个封，则整个封头由锥体、过渡圆弧及高头由锥体、过渡圆弧及高度为度为hoho的的直边三部分所构直边三部分所构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。 化工设备机械基础 化工学院l 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

41、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）：化工设备机械基础 化工学院l 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端内径D Di i的的1

42、010，小端折边转角半径，小端折边转角半径r rs s应不小于封头小端应不小于封头小端内径内径D Disis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。l 带折边锥形封头或锥形筒体带折边锥形封头或锥形筒体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 4545时，锥形封头可直接与接管连时，锥形封头可直接与接管连接；接；当当 4545时，在锥形封头小端也应加折边时，在锥形封头小端也应加折边。

43、 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。l 带折边锥形封头或锥形筒体带折边锥形封头或锥形筒体108（六）（六） 圆平板封头圆平板封头1091.1.平板内应力状态平板内应力状态周边简支：周边简支：根据强度条件：t0.31pD周边固支：周边固支： tpD 188.0根据强度条件： 实际情况是介于简支和固支中间实际

44、情况是介于简支和固支中间，系数在0.188-0.31之间，归结为一个结构特征系数K, 平板壁厚计算公式为： (mm)c KpDtccp 见表-19111 确定精流塔封头形式及尺寸。塔径确定精流塔封头形式及尺寸。塔径Di=600mmDi=600mm，壁厚，壁厚n n=7mm=7mm，材，材质为质为16MnR16MnR（GB6654-96) GB6654-96) ，计算压力，计算压力P Pc c=2.2MPa, =2.2MPa, 工作温度工作温度t=-3t=-3-20-20C C。【解解】确定参数确定参数： P Pc c=2.2MPa=2.2MPa， D Di i=600mm=600mm，C C2

45、 2=1mm,=1mm,=170MPa 。封头材质选。封头材质选16MnR16MnR（GB6654-96) GB6654-96) 1.1.半球形封头半球形封头 补充参数：半球形封头与筒体连接的环焊缝属于封头内的部分，采用带垫板单面对接焊，局部无损探伤， =0.8 。计算壁厚为： (mm) pDpctic4 )(4 . 22 . 28 . 017046002 . 2mmd=2.4+1.0=3.4(mm) C1=0.25mm名义壁厚为 n n=3.4+0.25=3.65(mm) 取4mm。 n n=3.7mm,板厚仍然为4mm。2.用标准椭圆形封头用标准椭圆形封头 此封头可以整板冲压，=1。 计算

46、壁厚为：)(9.32.25.0117026002.25.02mm (mm) pDpctic d=3.9+1.0=4.9(mm) 取C1=0.25mm名义壁厚为 n n=4.9+0.25=5.15(mm)板厚为6mm。3.采用标准碟型封头采用标准碟型封头 )(67.45 .022 .1mm pDpctic d=4.67+1.0=5.67(mm) 取C1=0.25mm, 名义壁厚为 n n=5.67+0.25=5.92(mm) 取6mm。1134 4 采用平板封头采用平板封头板厚计算公式为： (mm) KpDtccp 选结构形式为表4-19中第9种，K=0.3 ，f=1 ，Dc c=600mm。

47、=37.4(mm) . d d=37.4+1=38.4(mm)查得C1=0.25mm,名义壁厚为 n n=38.65mm,圆整后取40mm。114各种封头计算结果比较各种封头计算结果比较封头形式 壁厚（mm) 总深度（mm)理论面积（ ） 重量（kg)制造难易程度半球形 4 3000.56517.8 较难椭圆形 6 1750.46621 较易碟型 6 1610.41022.4 较易平板形 40 -0.28388.3 易115 封头的选择封头的选择1.1.几何方面几何方面内表面积，容积。内表面积，容积。2.2.力学方面力学方面承载能力。承载能力。3.3.使用方面使用方面满足工艺要求。满足工艺要求

48、。4.4.制造方面制造方面难易程度，标准化程度。难易程度，标准化程度。5.5.材料消耗材料消耗金属耗量及其价格。金属耗量及其价格。 我国封头标准我国封头标准GB/T25198-2010GB/T25198-2010 压力容器封头压力容器封头JB-T4746-2002JB-T4746-2002 钢制压力容器用封头钢制压力容器用封头GB/T25198-2010GB/T25198-2010 压力容器封头压力容器封头JB-T4746-2002JB-T4746-2002 钢制压力容器用封头钢制压力容器用封头GB/T25198-2010GB/T25198-2010 压力容器封头压力容器封头JB-T4746-

49、2002JB-T4746-2002 钢制压力容器用封头钢制压力容器用封头GB/T25198-2010GB/T25198-2010 压力容器封头压力容器封头JB-T4746-2002JB-T4746-2002 钢制压力容器用封头钢制压力容器用封头GB/T25198-2010 GB/T25198-2010 压力容器封头压力容器封头GB/T25198-2010 GB/T25198-2010 压力容器封头压力容器封头化工设备机械基础 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

50、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第三节 容器的压力试验容器的压力试验1）检验容器宏观强度是否出现裂纹,是否变形过大； 2）密封点及焊缝的密封情况。压力试验的时机：压力试验的时机： 1 1）容器制成后；）容器制

51、成后； 2 2）检修后。）检修后。 （1 1）需要焊后热处理的容器，须热处理后进）需要焊后热处理的容器，须热处理后进行行 压力试验和气密试验；压力试验和气密试验； （2 2）须分段交货的容器，在工地组装并对环）须分段交货的容器，在工地组装并对环焊缝进行热处理后，进行压力试验；焊缝进行热处理后，进行压力试验； （3 3）塔器须安装后进行水压试验；）塔器须安装后进行水压试验；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

52、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

53、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

54、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

55、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

56、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

57、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

58、、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5 5。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

59、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。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

60、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