第三章容器设计第一节

化工设备设计基础容器设计第一节概述一、容器的结构1、液面计2、接管3、人孔4、封头5、筒体6、支座第7、液面计二、容器分类1、形状分类（方形、球形、圆筒形）2、承压性质分类（内压、外压）3、壁温分类（低温－20度以下、常温（—20——200）度、中温（200—420）度、高温420度以上）内压容器又分：低压容器P（0.1—1.6）MPa，中压容器P（1.6—10）MPa

；高压容器P（10—100）MPa

，超高压容器P100MPa以上二、容器分类4、制造材料分类（金属、非金属）5、应用情况分类（反应R、换热E、分离S、储存C）6、管理分类（一类容器、二类容器、三类容器）一般用低碳钢和普通低合金钢，腐蚀严重或产品要求纯度高的场合，用不锈钢；深冷场合用铜合金。非金属材料作衬里。一类容器：非易燃或无毒介质的低压容器、易燃或有毒介质的低压分离器和换热器。二类容器：非易燃或无毒介质的中压容器、剧毒介质的低压、易燃或有毒介质的低压反应容器和储运容器。三类容器：高压或超高压容器、剧毒介质的低压和中压容器、易燃或有毒介质的中压反应容器和储运容器。三、容器零部件标准化3.1公称直径（标准化后的标准直径，用DN表示，单位mm）压力容器的公称直径：用钢板卷制而成的筒体，公称直径指的内径；小容器筒体用无缝钢管制作，公称直径指外径。封头的公称直径与筒体一致。管子的公称直径：有缝钢管其公称直径是一个名义尺寸，每一个公称直径对应一个外径，其内径随壁厚不同不同。对无缝钢管，不用公称直径标记，以外径乘以壁厚，即公称外径与公称壁厚。零部件的公称直径：指的是与它相配的筒体、封头的公称直径。三、容器零部件标准化3.2公称压力（用PN表示，单位MPa）容器及管道的操作压力经标准化以后的标准压力称为公称压力工作压力不同，相同公称直径的压力容器筒体及其零部件的尺寸不同，把压力范围分为几个标准压力等级。设计计算时，必须将操作温度下的最高操作压力调整为所规定的某一公称压力等级，然后，根据DN和PN选定该零部件的尺寸。第二节内压薄壁容器设计一、薄壁容器设计的理论基础1.薄壁容器容器外经与容器内经的比值K，K＞1.2为厚壁容器，K≤1.2为薄壁容器2.圆筒形薄壁容器承受内压时的应力筒体壁内产生环相拉应力和纵向拉应力，而不产生弯曲应力在纵向上，作用在两端封头的内压产生的两个合力使筒体发生拉伸变形，在垂直于筒体轴线的横截面内存在均匀分布的拉应力，称为轴向应力，用表示。第二节内压薄壁容器设计第二节内压薄壁容器设计在横的方向（筒体的径向），将发生直径增大的变形，在筒体器壁的纵向截面内存在均匀分布的拉应力，并称为环向应力，用表示。第二节内压薄壁容器设计3.圆筒的应力计算3.1轴向应力——内压，——轴向应力，——壁厚，——筒体的平均直径，中径第二节内压薄壁容器设计3.圆筒的应力计算3.2环向应力——内压，——环向应力，——壁厚，——筒体的平均直径，中径第二节内压薄壁容器设计二、回转薄壁壳体的应力分析2.1旋转壳体任意直线或平面曲线绕其同平面内的轴线旋转一周而成的旋转曲面。2.2轴对称：指壳体的几何形状对称于某一轴。第二节内压薄壁容器设计2.3旋转壳体的几何概念A、母线，B、经线，C、旋转角，D、法线，E：第一曲率半径，B点在经线上的曲率半径R1F:第二曲率半径，通过B点的法线作垂直于经线的平面与曲面相割形成点的曲线，曲线在B点的曲率半径R2第二节内压薄壁容器设计2.4薄膜理论微体平衡方程

轴向应力环向应力第一曲率半径第二曲率半径内压壁厚2.5任意壳体的区域平衡方程三、微体平衡方程与区域平衡方程的应用3.1圆筒形壳体应力3.2球形壳体应力3.3圆锥形壳体应力三、微体平衡方程与区域平衡方程的应用3.3椭圆形壳体应力三、微体平衡方程与区域平衡方程的应用标准（）椭圆形壳体应力分布特点在顶点处：在边缘处：3.4液体静压圆筒形壳体应力四、筒体强度计算筒体的环向应力小于材料的许用应力，同时考虑到焊接系数四、筒体强度计算容器内径容器计算壁厚容器设计壁厚最大许可承压五、设计参数5.1设计压力：在设计温度下用以确定壳壁厚度的压力，其值高于最大工作压力。5.2设计温度：在容器正常工作过程中，设备器壁可能达到的最高或最低的温度。5.3许用应力：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。并取最低值。5.4焊接接头系数：是考虑到焊接对强度的减弱，而用以降低设计许用应力的一种系数。5.5壁厚附加量：在满足强度要求而计算出的壁厚之外，考虑其它因素而额外增加的壁厚量，包括钢板负偏差和腐蚀裕量六、最小壁厚壳体加工成型后的最小壁厚按下列条件确定：1.碳素钢和低合金钢制容器不小于3个毫米2.高合金钢制容器不小于2毫米七、压力试验用压力试验检测加工后的设备在规定的工作压力下是否发生过大变形或渗漏现象。液压试验：气压试验：八、边缘应力容器的某些部位如：壳体与封头的连接处；不等厚度的筒体连接；筒体与附件的连接处；不同材料的连接等，因受外界因素的变化而引起两部分变形量不同，但又相互约束，而产生较大的剪力和弯矩。这种附加局部应力称为边缘应力。具有两个基本特性：1.局限性：随着离开边缘的距离增大，边缘应力迅速衰减。2.自限性：边缘应力是两连接件弹性变形不一致，相互制约而产生的，一旦材料产生了塑性变形，弹性变形的约束就会缓解，边缘应力自动受到限制，这就是边缘应力的自限性。1、

一个低合金钢内压反应釜，内径，工作压力（装有安全阀），工作温度，釜体采用单面手工电弧焊（有垫板），全部无损探伤，内部介质有轻微腐蚀性，试设计反应釜筒体壁厚，并校核水压试验强度。（）

表钢板负偏差Cl（mm）

钢板厚度6～78～2526～3032～3436～4042～