第5章压力容器-2013

化工机械基础主讲人：郭福平第5章压力容器压力容器:

化工生产所用的各种化工设备外部壳体的总称。化工设备:

各种贮罐、换热器、蒸馏塔、沉降器、过滤器、反应器、合成炉等。5.1概述5.1.1压力容器总体结构容器结构:由筒体、封头、法兰、支座、接管及人孔、视镜等组成，它们统称为化工设备通用零部件。承压不大的化工设备通用零部件大都已有标准，设计时可直接选用。<1>.方形或矩形容器由样板焊成，制造简单，但承压能力差，只用作小型常压储槽。<2>.球形容器由数块弓形板拼焊而成。承压能力好，但安置内件不便和制造稍难，一般仅用作储罐。5.1.2压力容器分类1.按容器形状分类<3>.圆筒形容器由圆柱形筒体和各种成型封头（半球形、椭圆、圆锥形）组成。由于制造容易，内件安装方便，而且承压能力较好，因此这类容器应用最广。塔设备球罐内压容器与外压容器两类2.按承压性质分类内压容器：容器内部介质压力＞外界压力常压容器：设计压力＜0.1MPa；低压容器（L）：设计压力为0.1〜1.6MPa；中压容器（M）：设计压力为1.6〜10MPa；高压容器（H）：设计压力为10〜100MPa；超高压容器（U）：设计压力＞100MPa。外压容器：（容器内部介质压力＜外界压力）如常减压蒸馏装置中的减压分馏塔，潜水艇，反应釜内筒。<1>金属容器：目前广泛应用低碳钢和低合金钢制造，在腐蚀严重或产品纯度要求较高的场合，使用不锈钢，不锈复合钢板或铝合金等制造。必要时可采用特种钢材或钛等材质。<2>非金属容器：常用的材料有硬聚氢乙烯，玻璃钢，不透性石墨，化工陶瓷等。也可在钢制容器内加非金属衬里或涂层。3.按结构材料分类从制造容器的材料来看，可分为：<1>反应压力容器：容器内介质有物理或化学反应，使介质分离为多种产品或几种物质合成为某一种产品。<2>换热压力容器：容器内介质进行热量交换达到介质的加热或冷却。例如：原油分离成为汽油、煤油、柴油、石蜡油、沥青、焦炭等。又如：将水、煤气、氨气合成为合成氨。4.按使用场合分类RE<3>分离压力容器：将介质的液体压力平衡和气体净化分离的容器；如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收器、干燥塔等。<4>储存压力容器：用于盛装生产或生活用的原料气体、液体、液化气体等。如各种型式的储罐、槽车等。国家质量技术监督局在《压力容器安全技术监察规程》中根据受压容器的压力高低、介质的危害程度，以及在生产过程中的重要作用，将压力容器分为三类，进行安全技术管理和监督检查。5.按安全监察规程分类2）中压，介质为剧毒，容积很大的容器。3）低压，介质为极毒，容积很大的容器。4）高压、中压管壳式余热锅炉。5）使用材料强度级别较高的压力容器。σb≥540MPa6）移动式压力容器、各种罐车、集装箱等。7）球形储罐。（V≥50m3）8）低温液体储存容器。（V>5m3）其中:PV——指压力与容积的乘积值。<1>第三类压力容器，属于下列情况之一者：1）高压容器、超高压容器。<2>第二类压力容器：1）中压容器。2）低压容器、反应器、介质毒性为极度或中度。3）低压管壳式余热锅炉。<3>第一类压力容器：低压容器（除以上规定的低压容器）对一、二、三类容器的生产与制造，必须由劳动监察部门发给相应的资质证书才能生产与制造。容器的工艺尺寸由工艺计算确定，容器的机械设计主要包括容器总体结构及零部件结构设计，为满足容器的安全及使用要求，零部件应满足以下要求：<1>强度———有足够的抵抗外力破坏的能力。<2>刚度———有足够的抵抗外力变形的能力，以防止变形过大。<3>稳定性——有保持自身形状的能力，以防压瘪或皱折。5.1.3容器机械设计的基本要求分类<4>耐久性——在介质腐蚀下可长期使用，一般使用年限在15年以上。<6>其他———制造性能、操作性能、维修运输性能、经济性等。<5>气密性——具有良好的密封性能，防止介质泄露。仅限于设计压力P<10MPa，设计温度高于-20°C的中、低压容器的机械设计。GB150-2011《钢制压力容器》容器标准GB151《管壳式换热器》该标准规定了钢制压力容器的设计、制造、检验和验收要求。该标准规定了非直接受火管壳式换热器的设计、制造、检验和验收的要求。5.2.内压薄壁容器的应力分析回转薄壁壳体：圆筒形、球形、椭球形、圆锥形薄壁壳体。由于内压作用使壳壁的环向受到拉伸，均匀向外膨胀，在圆周的切线方向产生拉应力，使壳壁的纵向截面产生环向拉伸应力，称为环向薄膜应力，又称为周向应力，用σθ表示。<1>环向薄膜应力<2>径向薄膜应力由于内压作用使壳壁沿径向也受到拉伸，产生径向拉应力，称为径向薄膜应力，用σψ表示。在内压作用下，壳壁将产生两个方向的拉伸应力：K1K2σθσθσφσφ

如下图，为一承受气压P作用的圆筒形容器，壳壁上任一点K将在两个方向上产生拉伸应力：5.2.1圆筒形壳体上的薄膜应力<1>经向薄膜应力σψ用一个垂直圆筒轴线的横截面，将筒体分为两部分，保留左边部分。由平衡条件，作用在筒体上的轴向外力为：作用在截面上的轴向内力为：，沿轴向两力相等，故可以得到：其中：P——内压，MPaD——筒体平均直径，即中径，mmδ——筒体壁厚，mmσψ——筒体经向应力，MPa。<2>环向薄膜应力σθ假想将圆筒沿轴线对称剖开，取下半部分进行分析。可知，作用在下半部分壳体上的y轴方向的合外力为：作用在下半部分壳体上y轴方向的合内力为：它们沿y轴方向必然大小相等，方向相反，故有：（5-2）薄壁圆筒承受内压时，环向应力是轴向应力的两倍。因此在圆筒上如果要开椭圆孔时，应使椭圆孔的短轴平行于筒体的轴线，以减小纵向截面被削弱的程度。

球形壳体各点曲率均相同，故球壳上的两向应力值也是相等的，由受力平衡条件可以求得截面上薄膜应力为：（5-3）

与圆筒形壳体相比，球形壳体上薄膜应力只有圆筒形壳体上最大薄膜应力的一半

在同样直径和压力情况下，壳体的厚度可以减小很多，故可以节省一定的金属材料。5.2.2受气压作用的球形壳体

在化工容器中，椭球形壳体主要是用它的一半作容器的封头，其形状如图5-5，椭球壳体由长短轴a、b组成的椭圆曲线绕y轴旋轴一周形成的半个椭球形壳体，椭球壳从顶点到赤道各点处的半径值并不相同，故各点处应力大小也不相同。（5-5）5.2.3受内压作用的椭球形壳体由椭圆曲线方程及受力推导可得到椭球形壳体上任一点的薄膜应力为：（5-4）对于标准椭圆形封头，封头顶点的经向应力比边缘处的经向应力值大一倍。椭圆形封头顶点处的环向应力和边缘上的环向应力值相等，符号相反。

锥形壳体，如图5-6所示，由分析推导可得其两向薄膜应力为：5.2.4受气压作用的锥形壳体其中：r——壳体在A点处的半径，mmα——圆锥壳体的半锥角P——作用在壳体内的气压力，MPaδ——壳体的壁厚，mm在锥壳上任一点处的两向应力为：

即锥形壳体上环向应力是径向应力的两倍，与圆筒形壳体相同。由应力计算公式可知，α角增大，应力也随着增加,α角应根据制造，使用需要合理选取。另外还可以看出，两向应力随着r的增加而增加。在r=R,锥壳开口处，两向应力有最大值，在锥顶端r=0处，两向应力为零。边缘应力：当薄壁壳体的几何形状发生突变，或载荷分布发生突变、壳体厚度有突变，材料有突变等，都会在突变处产生附加的局部应力。

这种局部应力有时数值较高，会导致容器破坏，因此在设计中应予以重视。5.2.5边缘应力的概念边缘应力的两个特点<1>边缘应力具有局限性

在某些情况下，边缘应力值可能会相当大，但其作用范围是很小的。研究表明，随着离边缘距离的增大，边缘应力会迅速衰减。壳壁愈薄，衰减就愈快，这是边缘应力的一个特点。<2>边缘应力的自限性

边缘应力是由边缘部位变形不连续，以及由此而产生的弹性变形相互约束作用所引起的。一旦材料在边缘应力作用下发生了塑性变形。这种弹性相互约束就会缓解，边缘应力也就自然受到限制。根据边缘应力的两个特点，使边缘应力降低的措施有：a）改变连接处的结构，以降低突变程度。如圆弧过渡。b）采用局部加强的结构，使壳体上应力可以尽可能的均匀分布。d）降低边缘区的残余应力。c）保证边缘区的焊缝质量。e）在边缘区尽可能避免附加其他局部应力或开孔。对于内压薄壁容器的设计计算重点是壳体、封头的强度计算，通过合理选取材料进行壳体和封头的壁厚计算以确定壳体、封头的结构尺寸及壁厚。设计压力：一般是指设定的容器顶部的最高压力，但不能等同于容器的工作压力。它是用于容器壁厚计算的压力值，其值不得低于最大工作压力。工作压力：由工艺过程计算得到的，设备工作过程中的最高工作压力。5.3内压薄壁容器设计计算5.3.1设计参数的确定1.设计压力P<1>.对于装有安全阀的内压容器：

<2>.对于两侧受压的压力容器元件：P分别取两侧设计压力值进行设计<3>.对于真空容器有安全阀控制：或

中的较小值。<4>.对于无安全阀控制的真空设备：设计压力值的选取：

设计温度:容器正常工作情况下，在相应的设定压力下壳壁可能达到的最高或最低的（指-20°以下）平均壁温。当设计温度无法通过传热计算或测试测定时，对于容器壁与介质直接接触，且容器有保温设施时，可按介质的最高（或最低）工作温度加减一定余量而确定，如表5-2。2.设计温度t介质温度-20℃≤t≤15℃时，取介质最低工作温度减5-10℃为设计温度。介质温度t≥15℃,取介质最高工作温度或介质工作温度加15-30℃为设计温度。

许用应力是材料在设计温度下，已考虑了一定安全系数的应力值，一般由查表得到，如表5-3。

许用应力是决定容器强度条件是否满足的重要参数。查表5-316MnR材料,6-16板厚,200℃时,[σ]t=170Mpa。16MnR材料,6-36板厚,200℃时,[σ]t=159Mpa。3.许用应力4.焊接接头系数φ表示钢板卷焊时，筒体与封头焊接接头处由于有夹渣、气孔、未焊透或焊缝两侧过热区的影响等，造成材料强度的削弱(≤1)；对于双面对接焊，全焊透的焊缝，其焊缝系数在100%无损检测情况下，取φ=1，做局部无损检测情况下，取φ=0.85。5.厚度附加量C考虑到钢板厚度在轧制时的负偏差、生产过程中各种介质的腐蚀而减薄等影响。厚度附加量C由两部分组成，即<1>.钢板厚度负偏差C1

制造容器，封头等构件的钢板，其根据钢材尺寸标准，必然存在正、负偏差，因此，在厚度计算时，为了容器设计的厚度值要求，应将可能存在的负偏差值C1预先增加在计算中。钢板厚度的负偏差在制造标准规定中可以查表得到，如表5-5.当C1值不大于0.25mm时，且不超过名义厚度的6%时，取。<2>.腐蚀余量C2

设备在工作过程中，由于工作介质的腐蚀，钢板会按工作年限逐年减薄，因此，设计时应将腐蚀引起的总减薄量预先增加在设计厚度中。腐蚀裕量可以根据介质对钢材的腐蚀速度和容器使用年限来计算得出，也可以根据使用经验选取。化工设备主要容器一般使用年限为15∽20年，普通设备使用年限在10年左右。表5-6根据经验列取了腐蚀裕量的选取参考值。

当容器在低压或常压时，按强度计算得到的厚度值往往也很小，但由于设备在制造，安装，运输等过程中，要求设备必须具有足够的刚度，因此，当大型容器壳壁厚度太薄时，为了保证刚度要求，而对容器壳体的最小厚度δmin的要求：容器：碳素钢、低合金钢：高合金钢：6.最小厚度δmin当设备直径较大，厚度较薄时，在制造、运输、安装中，应考虑适当地采取相关临时加固措施，以防容器变形。塔式容器：碳素钢，低合金钢制塔式容器：不锈钢制塔式容器：管壳式换热器：且按GB151《管壳式换热器》相关规范确定。按有关强度公式计算得到的厚度值，不包括厚度附加值C。<2>.设计厚度δd，计算厚度与腐蚀裕量之和。壳体的有关厚度关系：<1>.计算厚度δ<3>.名义厚度δn根据设计厚度，加上钢板厚度负偏差C1并向上圆整至钢板标准规格的厚度，即为名义厚度。图纸上标注的厚度就是名义厚度。钢板常用标准厚度值见表5-8。在任何情况下都应使：将名义厚度减去厚度附加量C得到的厚度值称为有效厚度，即壳体有关厚度值之间关系为：<4>.有效厚度δe名义厚度厚度负偏差腐蚀余量厚度附加量计算厚度厚度圆整值设计厚度有效厚度满足强度条件所需厚度由已知，内压薄壁圆筒上环向应力与纵向应力的关系为：，故应按环向应力进行强度计算，即5.3.2内压薄壁壳体的厚度设计1.内压薄壁圆筒的厚度设计其中：P——设计压力，MPa；D——圆筒中径，mm；Do——圆筒外径，mm；Di——圆筒内径，mm；δ——圆筒的计算厚度，mm；[σ]t——设计温度下圆筒材料的许用应力，MPa，可查有关手册。在制造过程中，焊缝影响可能使容器强度改变，故取[σ]t乘以焊缝系数φ，即：设计时，圆筒常用内径为设计参数，故用Di代替D，于是代入公式，得：此计算式是在弹性变形状态下推导得到的计算式，故其适用范围为：设计压力的情况。考虑到操作过程中介质对筒体的腐蚀影响，得到设计厚度为：在选取筒体名义厚度时，应根据：进行筒体厚度的确定。2.内压薄壁球壳的厚度设计内压球形壳体承受气压时，其经向应力和环向应力相等，即：

同理，将，并考虑焊缝系数及腐蚀余量，则球壳的厚度设计公式为：mm同样，球壳名义厚度应根据进行确定。本计算公式使用范围：比较可知，在相同压力、相同直径情况下，球壳的厚度可小很多，故更加节省材料。圆筒球壳封头是容器的重要组成部分，按形状可分为三类：凸形封头、锥形封头和平板封头。凸形封头：半球封头、椭圆封头、碟形封头、球冠封头。锥形封头：无折边锥形封头、有折边锥形封头。封头设计其设计参数的确定与壳体设计取法相同。5.3.3内压容器封头的厚度设计优点：受力均匀，但因深度较大，整体冲压成型较困难，中上直径容器很少采用，直径较大的设备（Di>2.5m）可以分块冲压，拼焊而成，一般常用于高压容器上，或有特殊要求的场合。

<1>.封头结构1.半球形封头计算得到的厚度较薄，但考虑到焊接需要，一般取与相连接的筒体等厚。<2>.厚度设计

与球形容器相同，设计厚度的计算公式为：<1>.封头结构由半个椭圆壳体和一段高度为h的短圆筒节组成。椭圆形封头深度比半球形封头小得多，冲压成形容易，是目前应用最广泛封头之一，它有专门尺寸规格的压模进行冲压，其受力也较均匀。2.椭圆封头

由推导可知，椭圆形封头的最大应力值与椭圆的长短轴之比a/b有关。其计算公式为：<2>.厚度设计当椭圆封头时，一般可用整块钢板冲压成型，此时可取，当时，钢板要先拼焊，后冲压，焊缝系数按有关规定选取。式中：K——椭圆形封头形状系数，标准椭圆封头a/b=2,K=1。由于碟形封头一般多被椭圆形封头取代，故不作详细介绍。3.碟形封头又称有折边的球形封头以半径Ri构成的部分球冠形封头与筒体直接焊接，而成为无折边球形封头，或拱形封头放置在两相邻独立承压的中间封头。一般多用于压力不高，直径不太大的容器上。<1>.封头结构4.球冠形封头又称无折边的球形封头封头的设计厚度为：<2>.厚度设计其中：Q——应力修正系数，由图5-14查取。

与无折边球形封头连接的圆筒厚度应不小于封头厚度，否则应在封头与圆筒间设置加强段，加强段厚度应与封头等厚，加强段长度不小于

圆锥形封头广泛应用于固体缷料的立式容器底部，或用于两段不同直径的塔体连接段，称为变径段。<1>.封头结构5.圆锥形封头根据锥形封头是否有无过渡圆弧和直边部分，分为不带折边和带折边锥形封头两种。带折边锥形封头与筒体连接处附加应力峰值可以大大降低，但加工相对困难。无折边锥形封头的设计计算公式为：<2>.厚度设计其中：α——锥形封头半锥顶角。带折边锥形封头的设计公式参照有关资料进行。<1>.封头结构

圆平板可作为筒体的封头或人孔、手孔的平盖，在制造上很方便，可用螺栓或直接焊，连接在筒体上。但在连接处会产生附加应力。6.平板封头平板的形状有圆平板，椭圆平板、短形平板等。其中：Dc——计算直径，见表5-9.K——平盖系数，见表5-9查取。设计厚度计算公式为：<2>.厚度设计

以上各封头在计算得到设计厚度值之后，应再加上钢板负偏差值，然后才可选取封头的实际需要的钢板厚度δn值。5.3.4压力试验压力容器在制造安装完成后，或在检修完成后,都必须进行压力试验。检验容器超过工作压力条件下密封结构的严密性，焊缝的致密性，以及容器的宏观强度，是对材料设计、制造或检修的综合性检查，是对压力容器的不安全因素在投产前作全面的安全检查，防患于未然。容器经过压力试验合格后才能交付使用。压力试验的目的：压力试验包括耐压试验和气密性试验。耐压试验又分为液压试验和气压试验。1.压力试验的分类<1>.液压试验液压实验的步骤

液压实验时，压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于30分钟，然后降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间，以检查所有焊缝和连接部位有无泄漏，如有泄漏，修补后重新试验。是压力容器最常用的压力试验方法绝大部分为水压实验<2>.气压试验气压实验的步骤

气压实验时，升压至规定试验压力的10%且不超过0.05MPa，保持5分钟进行初检，合格后继续升压到规定试验压力的50%，其后按每级为规定试验压力的10%为级差，逐级升到试验压力保持10分钟，然后再降至规定试验压力的87%，并保持足够长的时间后再一次进行检查。<3>.气密性检验当压力容器内介质为极度或高度危害的毒性介质时，在液压试验合格后，必须再次进行气密性试验，经检查无泄露，方可用于正常生产。<1>.液压试验2.内压容器试验压力式中：PT——容器的试验压力，MPa；P——容器的设计压力，MPa；[σ]——容器材料在试验温度下的许用应力，MPa[σ]t——容器材料在设计温度下的许用应力，MPa<2>.气密性检验液压试验的应力校核条件：由于压力试验是在高于设计压力的情况下进行的，所以在进行试验前应对容器的试验强度进行校核。3.压力试验的应力校核—液压试验应力校核式中：t——圆筒在液压试验下的应力，MPa。本节结束练习5-15-25-4[例5-1]液氨储罐的筒体设计已知条件：设计压力P=2.5MPa,操作温度-5-44℃，储罐内径Di=1200mm，设计要求：解:

（1）确定筒体厚度，钢材牌号；a)根据液氨对钢材的腐蚀情况不是很大，设计压力为中压，操作温度属于常温的工作条件，选用容器材料为16MnR。b)根据16MnR钢材在板厚6-16mm之间，温度在-5-44℃范围内，查得[σ]t=170MPa,焊缝采用双面对接焊，局部无损检测，取φ=0.85，钢板负偏查得C1=0.8mm,腐蚀裕量选取C2=1mm。c)计算筒体厚度查钢材厚度表取δn=14mmd)水压试验强度校核查16MnR材料的[σ]=170MPa,采用水压试验，故试验压力为：水压试验时的应力故筒体厚度满足水压试验强度要求。（2）确定封头型式和壁厚根据各种封头比较，选用椭圆形封头为储罐的封头，并且根据储罐外形尺寸，储罐选用卧式放置。封头材料选用16MnR，各参数与筒体相同。椭圆形封头壁厚：课堂练习：某液氨贮罐，设计压力P=2.5MPa，操作温度-3～50℃，贮罐内径Di=2200mm，筒体材料为16MnR，=163MPa，焊缝系数，钢板负偏差为C1=0.8mm，腐蚀裕量C2=1mm，材料的=345MPa，试确定筒体的壁厚，并进行水压试验的强度校核。(1)确定筒体的壁厚C1=0.8，故取筒体壁厚

(2)水压试验强度校核PT=1.25P=1.25×2.5=3.125MPa

0.9=310.5MPa

=202MPa＜0.9

故所选壁厚合理在化工生产中，除了大量使用内压容器，还常使用一些外压容器。例如真空工作储罐、减压塔、冷凝器等，这些容器外面的压力大于容器内部的压力，是处于外压操作的容器。

当容器在外压作用下，筒壁上也将产生经向和环向的压缩应力，由推导可知，其值为5.4.1临界压力计算5.4外压容器1.失稳实验表明，当外压逐渐增大到某临界值时，筒壁就会突然发生压瘪或瞬间的失去自身原来形状的情况，这种现象称为失稳。在均匀外压作用下，薄壁圆筒的变形是有规律的，其失稳后出现多种变形波的形状，这种变形波数用n表示，可以用有关公式推导得到。影响筒体临界压力的因素主要有筒体尺寸（筒体长度、壁厚、直径）、材料性能以及筒体的形状精度等。

当圆筒长度超过某一极限长度Lcr值后，两端封头或刚性构件对筒体中部的支撑作用将消失，此时圆筒的变形波为n=2，这类圆筒为长圆筒，当筒体长度小于Lcr值时，圆筒的变形收到封头的支撑作用，其变形波n>2，这类圆筒为短圆筒。2.临界压力的计算<1>.长圆筒

长圆筒易失稳时临界压力Pcr值按下式计算：式中：Pcr——临界压力，MPa；E——材料在设计温度下的弹性模量，MPa；δe——圆筒的有效厚度，mm；Do——圆筒的外直径，mm。

<2>.短圆筒

短圆筒的临界压力值按下式计算：式中：L——圆筒的计算长度，mm，由图5-19确定；其他符号含义同式（5-20）对于真空设备，装有真空泄放阀安全装置时，P=1.25P压差，或P=0.1MPa两者中的较小值；当无安全控制装置时，设计压力P=0.1MPa，在以上基础上考虑相应的液体静压力，得到设计压力P。5.4.2外压容器设计1.设计参数的确定对于外压容器，设计压力P是确定厚度的重要依据，设计压力应取正常工作时，容器内外可能出现的最大压差。对于由两室或两个以上的压力室组成的容器，如夹套容器，其设计压力应考虑各室之间的最大压差。外压力容器的其他设计参数，如设计温度，焊接接头数，许用应力等与内压容器相同。外压薄壁圆筒的壁厚计算有解析法和图算法，图算法是借助计算图来确定壁厚，这种方法比较简单，我国压力容器设计规定采用图算法进行外压壁厚设计。2.外压圆筒图算法设计方法与步骤：1）假设外压圆筒或管子的名义厚度，则；2）计算外径，计算和；3）在圆筒几何参数计算图纵坐标上找到L/Do值，过此点向右作水平线与Do/δe线相交得到交点，过此点作铅垂线与横坐标相交得到系数A。<1>.的外压圆筒和管子4）按筒体所用材料选相应厚度计算图，在图的横坐标上找到系数A，若A值位于设计温度线下方的右边，且A值与温度线有交点，则向上作铅垂线，与温度相交，得到交点作水平线向右侧得到相应系数B值。并按下式计算许用外压力[P]：MPa(5-22)MPa(5-23)若所得A值位于设计温度下材料线与横坐标交点的左方，则许用外压力[P]为：5）比较P与[P]，[P]应大于并接近P，所选名义厚度合理，否则应重新假设圆筒的名义厚度值，再重复以上步骤，直到[P]大于并接近P为止。

<2>对于Do/δe<20的外压圆筒和管子其设计方法与上相同，但应做一定的强度校核，详细内容请参阅国家标准。外压容器封头的结构形式与内压容器相同，在外压作用下，封头与筒体一样，也存在失稳问题。故也是采用图算法进行封头壁厚的设计。<1>.半球形封头受外压的半球形封头壁厚的设计步骤如下：1）假设半球形封头名义厚度为，则2）由，确定；3.外压封头图算法3）按（5-24）式计算A值：（5-24）4）根据封头材料，选取壁厚计算图，在横坐标上找到系数A值点，若A值在设计温度下材料线与横坐标交点在右方，过此点作铅垂线与温度线相交，得到交点后作水平线与右侧纵坐标相交得到B值。于是许用外压[P]为（5-25）若A值在温度线与横坐标交点的左方，则用下式计算许用外压力[P]（5-26）5）比较计算外压P与许用外压[P]，[P]大于P，且接近P，则所设名义厚度合理，否则应重新假设封头名义厚度值，重复以上步骤，直到[P]大于P，且接近P值为止。<2>.椭圆形封头 受外压作用的椭圆封头厚度计算，设计步骤与半球形封头相同，只是半径Ro取椭圆形封头的当量外半径。即其中：K1——椭圆形长短轴比值不同而设的修正系数。对于标准椭圆形封头K1=0.9<1>.改变容器的几何尺寸在外压圆筒材料和直径都已确定的条件下，增加筒体壁厚或者缩短筒体计算长度，都能提高筒体的临界压力，因而提高筒体的稳定性，从节约成本的角度看，减小计算长度更加有利。4.提高外压容器稳定性的途径<2>.增设加强圈将长圆筒变成短圆筒的有效措施是在筒体上焊加强圈，可以焊在外侧，也可以焊在内侧，使加强圈提高筒体的刚度，达到提高筒体稳定性的目的，加强圈可以采用工字钢、角钢、扁钢等.例5-2已知某外压圆筒形塔体，，筒体总长（不包封头），两边为标准椭圆封头，高，直边高，设计温度，材料为20R钢，真空操作，无安全控制装置，取腐蚀余量，试计算筒体与标准椭圆封头厚度。解：采用图算法，根据题目条件及设计压力选取规定，塔的设计压力1）假设筒体名义厚度，表5-5查得，故C=C1+C2=2mm(1)筒体厚度计算筒体有效厚度：筒体外径：筒体计算长度：故2）由图5-20，根据，

查得3）根据筒体材料20R钢，设计温度，,及查图5-21图，系数A落在设计温度与横坐标交点的左方，没有交点，故4）[P]和P较接近，且，假设壁厚符合设计要求，确定筒体壁厚。1）假设封头名义厚度，封头有效厚度(2)标准椭圆封头厚度计算查得已知标准椭圆封头，则封头当量外半径为2）计算系数A计算得到：3）查图5-21可得，A点在材料温度线右方，B=47，许用外压[P]为4）[P]>P,且接近P，假设封头壁厚符合设计要求，考虑到筒体与封头壁厚焊接要求，取封头壁厚8mm。某厂脱水塔的塔体内径为700mm，实际厚度为12mm，材料为20R，其200℃时的σs=25MPa，塔的工作压力p=2MPa，工作温度180℃。塔体采用单面对接焊（带垫板），局部无损检测，腐蚀裕量1mm，试校核塔体工作与试压时的强度。5-61.校核塔体工作时的强度p=2MPae=n-C1-C2=12-0.8-1=10.2mmD=Di+e=700+10.2=710.2mm[σ]t

=123MPaΦ=0.82.校核塔体试压时的强度PT=1.25P=1.25×2=2.5MPa

0.9=220.5MPa

=108.8MPa＜0.9

故筒体厚度满足水压试验时的强度。e=n-C1-C2=12-0.8-1=10.2mm=220.5MPa

5.5.1卧式储罐储罐作用：储存或盛装气体、液体、液化气体等介质。如氢气储罐、液化石油气储罐、石油储罐、液氨储罐等。介质的特性：易燃、易爆、有毒，压力受温度影响。5.5储存设备(1)地面卧式储罐由筒体、封头、法兰、人孔、手孔、支座、接管等组成。5.5.1卧式储罐1.基本结构卧式储罐的设计步骤：①根据压力初步确定壁厚。②确定支座位置，计算支座反力，选择支座标准及尺寸。③校核筒体在支座作用下，操作状态时的周向、轴向强度和稳定性。最后确定设备的壁厚。(2)地下卧式储罐地下卧式储罐的结构基本与地面卧式储罐相同，所不同的是在卧式储罐上部专业将各种工艺接管、仪表管、安全泄放装置等专门集中设置在一个或几个人孔盖板上，以便安装、检修和维护。优点：减少占地面积，更加有利于储罐的安全防火，避开了环境温度对液化气体压力的不利影响。缺点：会增加地下物质对罐体的腐蚀。地下卧式储罐防腐蚀措施：牺牲阳极保护法，在储罐上焊有专门金属导线，在导线的一端焊接一块电位较负的金属，（如锌、镁、铝等）使设备全部表面都成为阴极，从而实现防止腐蚀效果。形状上分为：圆球形，椭球形壳层数分：单层球壳，多层球壳壳体构造分为：桔瓣式，足球瓣式和混合式。支座结构分：支柱式支座、筒形或锥形裙式支座。5.5.2球形储罐1.球罐特点①球罐的表面积最小，相同容积材料最省。②与筒体相比，相同直径、相同压力钢板可以减薄。③球罐占地面积小，有利于地表面积的利用。④基础简单、受风面小、外观美观，但加工较困难。2.球罐分类常温球罐低温球罐深冷球罐我国设