8 内压容器

取标准件，绘制设计图纸。 3
2、再用容器的强度校核
校核的目的是：
⑴判定在下一个检验周期内或剩余寿命期间，容器
是否还能在原设计条件下安全使用。
⑵当容器针对某一使用条件需判废时，应提出判废
依据。 ⑶当容器已被判定不能在原设计条件下使用时，应 通过强度计算，提出容器监控使用的条件。
4
三、压力容器的常规设计法 压力容器的常规设计（或规则设计）依据 GB150《钢制压力容器》进行设计。 GB150采用弹性失效准则，即壳体的薄膜 应力不超过材料的许用应力值，而由于总体结 构不连续的附加应力，以应力增强系数和形状 系数的形式引入壁厚计算式，并将这些局部应 力控制在许用范围内。
2 0 .，将分母中的mp/2近似写成0.5p 5 mp
对分母影响很小，于是得：

pcDi 2

t
0 .5 p c
(
Di 4 hi
)
27
对于标准椭圆形封头，m=Di/2hi=2，其厚度：

pcDi 2
t
0 .5 p c
c. 计算应力与最大允许压力
p
2
e e
Di
t
21
当
e
D 值很小时，有： p
i
2
e
t
Di
又因
p
2 Di
t ， e
故可得最大允许工作压力与设计压力之间的关系：
p
2 Di
t
p
从以上讨论可见，有了β ，即可直接从材料 t 求 圆筒的计算应力σ ，也可直接从设计压力求最大允许工作 压力[p]。 返回 22

pcDi 2 e
又∵ e

,且
pD 2
i

pD
t ,于是有:
t


2 e
3.最大允许工作压力 强度条件： r 3
p(Di ) 2
t
将δ 用δ e代替，去掉不等号，得出的p就是该圆筒的最 大允许工作压力,用 [p] 表示，于是可得:
一般情况下，Δ 不应大于1，但为使δ n为双数,可使 1≤Δ ＜2。 13
4. 有效壁厚 e
δ 与Δ之和称为圆筒的有效壁厚,用δ e表示：
e n C1 C 2
计算壁厚的简化式
由
pc (Di ) 2
t 忽略分子中的δ 可得：
pcDi 2
内 容 概 要
§1设计参数的确定 §2内压容器筒体与封头厚度的设计 §3 在用压力容器的强度校核
返回
1
概述
容器是化工生产所用各种设备外部壳体的总称。
受劳动部《压力容器安全技术监察规程》管理的压 力容器均同时满足以下三个条件： 1. 最高工作压力大于等于0.1MPa。(不含液体静压力) 2. 容器内径D≥150mm,且容积V≥25L。 3. 介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标 准沸点的液体。
(
a b
)
根据第三强度理论所建立的强度条件为：

r3

mp c D 4

t
(m
a b
,a
D 2
)
26
b. 封头壁厚
将D=Di+δ代入上式，去掉不等号，解出δ ：

2
t
pcDi


m 2
pc
m 2
将m=a/b≈Di/2hi （hi 是封头内壁曲面高度）代入上式， 并考虑到
厚度δn和有效厚度δe 。 已知该容器设计压力1.6MPa，设计
温度300℃，筒体内径Di=1.2m，筒体的纵、环焊缝均为全 焊透的对接焊缝，作局部探伤，筒体材料为 16MnR，介质 对钢板的年腐蚀率为0.1mm/a，设计寿命为20年。 解:(1)确定δ :

pcDi 2
t
pc
式中: pc =1.6 MPa,Di =1200mm, t 144 MPa , 0 . 85
返回
5
§1.设计参数的确定
一.容器内径D 容器筒体的内径应符合容器公称直径的规定。 钢板卷焊的筒体：以内径作为公称直径。 无缝钢管做筒体：以外径作为公称直径。 二. 工作压力与设计压力p 设计压力：指设定的容器顶部的最高压力，与之相应的设
计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。
最大工作压力pw 指容器顶部在正常操作情况下可能出现的 最高工作压力。 6
，且不小于3mm，腐蚀裕
当 D i 3800 mm 时,应现场组焊， min 按制造、安装要求确定。
当 D i 16000 mm 时， min 5 mm 。
当 16000 D i 35000 mm 时 min 6 mm 15
例1 试确定容器筒体的计算厚度δ，设计厚度δd ，名义

t

pcDi 4 e
4
e
p

t
Di
25
2.标准椭球封头
(1)封头的几何形状 由半个椭球和一个高度
h
为h0的圆柱形筒节构成。
(2)厚度计算
h0
DN
a.强度条件：当椭球壳的长短轴之比
a b
m 2
时，最大
薄膜应力产生在半椭球壳的顶点，其值为：

m



pca 2
设计压力的确定：设计压力应该高于最大工作压力。可根据 安全泄放装置条件确定。 （1）装有安全阀：一般取设计压力 p 1.05 ~ 1.1 p w （2）装有爆破膜：一般取设计压力 p 1.15 ~ 1.75 p w
三.设计温度t
指容器在正常工作情况,在相应的设计压力下，
设定的受压元件金属的温度。

1 . 6 1200 2 144 0 . 85 1 . 6 7 . 89 mm
16
(2)确定δ d:
d C 2 7 . 9 0 . 1 20 9 . 9 mm
(3)确定δ n:
钢板厚度负偏差C1=0.8㎜,取圆整值Δ =1.3㎜,得:
n d C 1 9 . 9 0 . 8 1 . 3 12 mm
2
一、压力容器的主要受压元件
压力容器主要受压元件指的是：筒体、封头、换热器 管板与换热管、膨胀节、开孔补强板、设备法兰、M30以上 的设备主螺栓、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、直径大于
250mm的接管等。
二、压力容器强度计算的内容
1.新容器的设计 主要包括：确定设计参数（p、t、D…），选择使用
的材料，确定容器的结构型式，计算筒体与封头壁厚，选
解：Q235-A在100℃时的 t =113MPa， =0.85，则：

0 . 3 2000 2 113 0 . 85 3 . 12 mm
要求的最小壁厚： min 所以应取
2 1000
D i 4 mm
min 4 mm
18
e n C 1 C 2 6 0 . 6 2 3 . 4 mm 3 . 12 mm
(4)确定δ
e
e n C 1 C 2 12 0 . 8 2 9 . 2 mm
17
例题2 确定容器的名义厚度。已知的设计条件是:筒体内径
Di=2000㎜,设计压力p=0.3MPa,设计温度100℃,材料Q235-A,
全焊透的对接焊,局部无损探伤,腐蚀裕量按2㎜计。
这说明不另加钢板负偏差是可以的，即取：
n min C 2 4 2 6 mm
注意：如果算出的δ >3.4 mm，但小于 ，这时δ 仍 min 取4mm，而 则应另加钢板负偏差，即按下式计算：
n min C 1 C 2
19
6、内压圆筒的厚度系数、计算应力与最大允许压力
二.内压凸形封头厚度设计
凸形封头 封头 锥形封头 平板形封头
半球形封头 椭圆形封头 碟形封头 ( 带折边球形封头 无折边球形封头
)
无折边锥形封头 带折边锥形封头
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1.半球形封头
(1).封头的成型：直径较小、器壁较薄的半球形封头可整 体热压成型，大直径的则采用先分瓣冲压，再焊接组合的 制造工艺。 (2).封头的厚度算 ⑴ 壁厚计算式：
r3



pcD 2

t
t —钢板在设计温度下的许用应力，MPa。 式中：
10
由于筒体焊缝可能存在缺陷，故应考虑焊缝系数
，即：
将D
Di
pcD 2

t
代入上式，得：
pc (Di ) 2
t
解出δ，去掉不等号，则可得内压圆筒的计算厚度：

t
当p≤5MPa时,可按上式确定圆筒的计算厚度,其误差不
会超过2.5%，也不会影响名义厚度δ n值。 14
5、容器的最小壁厚 min
⒈ 对不锈钢容器: min 不小于2mm 。 ⒉ 对于碳钢和低合金钢容器 ：
当 D i 3800 mm 时， min
量另加。

2Di 1000

pcDi 2
t
pc
11
式中 :δ —圆筒的计算壁厚,mm； pc —圆筒的计算内压，MPa； Di —圆筒内直径, mm；
—焊缝系数, ≤1.0；
[σ ]t —钢板在设计温度下的许用应力, MPa 。 ⒉ 设计厚度 在确定钢板所需厚度时,应在δ 的基础上加上
钢板的负偏差C1及腐蚀裕量C2。