内压薄壁容器的设计计算
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
薄壁容器：K<1.2 厚壁容器： K>1.2 厚壁容器多用于高温、高压条件，制浆造纸应用较多的是 薄壁容器。
4
（3）按照容器的形状 方形或矩形：由平板焊接而成，制造简单，但承压能力低，
用于小型常压贮槽。
球形：节省材料，承压能力强，但制造困难，设备内件安 装不方便，一般用作贮罐。
圆筒形：主体为圆柱形筒体，加各种形式的封头（半球形、 椭圆形、锥形、碟形、平盖板）。制造容易，设备内件安 装方便，承压能力强，应用广泛。
14
（三） 设计公式中各参数的确定 1. 设计压力 最大允许工作压力是指压力容器在工作过程中可能产生的
最高表压力，由工艺过程的技术指标确定，一般设计压力 P就取略高于最大允许工作压力。 如氧漂白塔使用了安全阀，就取设计压力为最大工作压力 的1.05～1.10倍。对一般反应容器，当操作压力由于化学 反应等原因会突然上升时，按其升压速度的快慢，取最大 允许工作压力的1.15～1.30倍作为设计压力。
许用应力是按材料各项强度数据分别除以相应的安全系数，取其中的 最小值，即取下式中的最小值：
nbb
[ ]t
nss
或
t s
ns
t D
或
t n
nD nn
[ ]
（7－6）
把 1， 2代入上式，并且也作如运用第一强度理论时一样的运算，就
可得：
SC
PDi
2.3[ ]
P
C
（7－7）
比较式（7-5）和式（7-7），分母右边第一项相差0.3[ ] 。也就是 说，按式（7-7）计算的圆筒壁厚Sc要小于按式（7-5）计算的Sc。
在工程设计中，目前常用式（7-5）进行设计计算，即采用第一强度 理论推出的设计公式。
内压薄壁容器的设计计算
1
一、内压薄壁容器
1、容器：容器是制浆造纸生产中所用的各种设备外部壳体 的总称。
一般由筒体（壳体）、封头（端盖）、法兰、支座、接口 管、人孔、手孔、视镜等组成。
1-端盖 2-进料管 3-推料螺旋 4-壳体 5-仪表接孔 6-手孔 7-备用排气管 8-传动链条 9-出料管 10支座 11-进汽管 12-轴承
7
氧漂白塔的结构 中浓氧漂白塔为带压的升流式漂白
塔，氧漂白塔塔体为圆筒形容器。
升流式氧漂白塔外形 1－塔体 2－进浆口 3－纸浆分散器 4－卸料器 5－喷浆管
8
氧漂白塔的强度设计计算 中浓纸浆氧漂白是在一定压力下进行的，工艺上一般要求
塔顶表压力在0.4MPa以上，因此氧漂白塔属于压力容器。 在设计氧漂白塔时，除了工艺设计以外，还要进行强度设
2)就成为：
(7-3) PD [ ] 若以圆筒体内径Di(D=2DS i+S)表示,则式(7-3)就可改写为：
12
S PDi
2[ ] P
(7-4)
若考虑到介质对圆筒的腐蚀作用，以及钢板厚度的不均匀和制造 过程中的损耗等原因，在最后确定所计算的壁厚时,要增加一壁厚 附加量C。则按第一强度理论设计计算内压圆筒体的壁厚为：
15
2. 设计温度 温度在计算公式中没有直接反应出来，但它对选择材料及
选取许用应力有直接关系。 设计温度一般取压力容器工作过程中，在相应的设计压力
下容器壁可能达到的最高或最低的温度，而且只有在－ 20oC以下时，设计温度才取最低温度。
16
3. 许用应力
在设计温度下的许用应力值 t ，可以根据不同材料查有关手册。
10
强度理论
第一强度理论
最大拉应力理论： 1 [ ]
第二强度理论 最大拉应变理论：
第三强度理论 最大剪应力理论：
第四强度理论
1 ( 2 3 ) [ ]
1 3 [ ]
最大形状改变比能理论：
1
2
( 1
2 )2
( 2
3)2
( 3
1)2
[ ]
11
（一） 运用第一强度理论计算氧漂白塔塔体部分壁厚
5
（4）按容器所用的材料 金属材料：低碳钢、低合金钢、不锈钢、复合钢板、铜、
铝等； 非金属材料：聚氯乙烯、玻璃钢、陶瓷、石墨、橡胶等；
可用作容器的构件或衬里等。
内压薄壁容器： 容器的外径和内径之比 K<1.2的内压容器，称为内压薄壁
容器。 内压薄壁容器的设计主要是根据操作条件和制造工艺来确
PDi
SC 2[ ] P C
（7-5）
式中 Di－圆筒体内径，mm Sc－考虑了腐蚀裕度时圆筒体设计壁厚，mm
－焊缝系数
C－壁厚附加量，mm 其他符号意义同式（7-2）。
13
（二） 运用第四强度理论计算氧漂白塔圆筒体部分壁厚
如根据第四强度理论，圆筒体的强度条件为：
2 1
22
1 2
定筒体的结构和壁厚。对于已有容器可以进行强度校核或 最大允许操作压力的验算。
6
二、内压圆筒体的强度计算
制浆造纸过程中，圆筒形容器主要有： 立式蒸煮锅、塔式连蒸设备、横管连蒸设备、烘缸（焊
接）、加压溶气气浮的溶气罐、氧漂白塔。 氧漂的通常工艺条件：浆浓：10-14%；反应温度：90-
120℃；氧压：≥0.4Mpa；氧用量：2-3%。
计计算，以保证氧漂白塔在运行时具有可靠性和安全性。 氧漂白塔的强度设计计算，主要是圆筒体部分的壁厚计算。
9
圆筒形容器，半径为R（直径为D）
径向应力：
1
PR 2S
PD 4S
周向应力：
2
PR S
Fra Baidu bibliotek
PD 2S
周向应力是径向应力的2倍，因此在设计圆筒形容器时 注意：
（1）径向（轴向）焊缝的强度应高于环向焊缝。 （2）在筒身上开椭圆形人孔，其短轴应在轴线方向。
把氧漂白塔塔体部分看为内压圆筒体。根据第一强度理论，内压圆筒体
的强度条件为：
PD [ ]
2S
(7-2)
式中 P－设计压力，MPa
S－内压圆筒体壁厚，mm
D－压力容器的壁厚中间面直径，mm
[ ]－容器所用材料的许用应力，MPa，许用应力的数值，可查有关手册；
考虑到圆筒体焊缝处强度的降低，设计时引入焊缝系数 （≤1）,则式(7-
2
2、容器的分类 （1）按受力情况：内部介质的压力大于外界压力，称为内
压容器。反之称为外压容器。 常压容器：压力p<0.07MPa
内压容器：
0.07<p<1.6MPa；低压容器 1.6<p<10MPa；中压容器 p>10MPa；高压容器
外压容器
3
（2）按壁厚分为薄壁容器、厚壁容器 按照容器的外径（Do）和内径（Di）的比值K= Do/ Di
4
（3）按照容器的形状 方形或矩形：由平板焊接而成，制造简单，但承压能力低，
用于小型常压贮槽。
球形：节省材料，承压能力强，但制造困难，设备内件安 装不方便，一般用作贮罐。
圆筒形：主体为圆柱形筒体，加各种形式的封头（半球形、 椭圆形、锥形、碟形、平盖板）。制造容易，设备内件安 装方便，承压能力强，应用广泛。
14
（三） 设计公式中各参数的确定 1. 设计压力 最大允许工作压力是指压力容器在工作过程中可能产生的
最高表压力，由工艺过程的技术指标确定，一般设计压力 P就取略高于最大允许工作压力。 如氧漂白塔使用了安全阀，就取设计压力为最大工作压力 的1.05～1.10倍。对一般反应容器，当操作压力由于化学 反应等原因会突然上升时，按其升压速度的快慢，取最大 允许工作压力的1.15～1.30倍作为设计压力。
许用应力是按材料各项强度数据分别除以相应的安全系数，取其中的 最小值，即取下式中的最小值：
nbb
[ ]t
nss
或
t s
ns
t D
或
t n
nD nn
[ ]
（7－6）
把 1， 2代入上式，并且也作如运用第一强度理论时一样的运算，就
可得：
SC
PDi
2.3[ ]
P
C
（7－7）
比较式（7-5）和式（7-7），分母右边第一项相差0.3[ ] 。也就是 说，按式（7-7）计算的圆筒壁厚Sc要小于按式（7-5）计算的Sc。
在工程设计中，目前常用式（7-5）进行设计计算，即采用第一强度 理论推出的设计公式。
内压薄壁容器的设计计算
1
一、内压薄壁容器
1、容器：容器是制浆造纸生产中所用的各种设备外部壳体 的总称。
一般由筒体（壳体）、封头（端盖）、法兰、支座、接口 管、人孔、手孔、视镜等组成。
1-端盖 2-进料管 3-推料螺旋 4-壳体 5-仪表接孔 6-手孔 7-备用排气管 8-传动链条 9-出料管 10支座 11-进汽管 12-轴承
7
氧漂白塔的结构 中浓氧漂白塔为带压的升流式漂白
塔，氧漂白塔塔体为圆筒形容器。
升流式氧漂白塔外形 1－塔体 2－进浆口 3－纸浆分散器 4－卸料器 5－喷浆管
8
氧漂白塔的强度设计计算 中浓纸浆氧漂白是在一定压力下进行的，工艺上一般要求
塔顶表压力在0.4MPa以上，因此氧漂白塔属于压力容器。 在设计氧漂白塔时，除了工艺设计以外，还要进行强度设
2)就成为：
(7-3) PD [ ] 若以圆筒体内径Di(D=2DS i+S)表示,则式(7-3)就可改写为：
12
S PDi
2[ ] P
(7-4)
若考虑到介质对圆筒的腐蚀作用，以及钢板厚度的不均匀和制造 过程中的损耗等原因，在最后确定所计算的壁厚时,要增加一壁厚 附加量C。则按第一强度理论设计计算内压圆筒体的壁厚为：
15
2. 设计温度 温度在计算公式中没有直接反应出来，但它对选择材料及
选取许用应力有直接关系。 设计温度一般取压力容器工作过程中，在相应的设计压力
下容器壁可能达到的最高或最低的温度，而且只有在－ 20oC以下时，设计温度才取最低温度。
16
3. 许用应力
在设计温度下的许用应力值 t ，可以根据不同材料查有关手册。
10
强度理论
第一强度理论
最大拉应力理论： 1 [ ]
第二强度理论 最大拉应变理论：
第三强度理论 最大剪应力理论：
第四强度理论
1 ( 2 3 ) [ ]
1 3 [ ]
最大形状改变比能理论：
1
2
( 1
2 )2
( 2
3)2
( 3
1)2
[ ]
11
（一） 运用第一强度理论计算氧漂白塔塔体部分壁厚
5
（4）按容器所用的材料 金属材料：低碳钢、低合金钢、不锈钢、复合钢板、铜、
铝等； 非金属材料：聚氯乙烯、玻璃钢、陶瓷、石墨、橡胶等；
可用作容器的构件或衬里等。
内压薄壁容器： 容器的外径和内径之比 K<1.2的内压容器，称为内压薄壁
容器。 内压薄壁容器的设计主要是根据操作条件和制造工艺来确
PDi
SC 2[ ] P C
（7-5）
式中 Di－圆筒体内径，mm Sc－考虑了腐蚀裕度时圆筒体设计壁厚，mm
－焊缝系数
C－壁厚附加量，mm 其他符号意义同式（7-2）。
13
（二） 运用第四强度理论计算氧漂白塔圆筒体部分壁厚
如根据第四强度理论，圆筒体的强度条件为：
2 1
22
1 2
定筒体的结构和壁厚。对于已有容器可以进行强度校核或 最大允许操作压力的验算。
6
二、内压圆筒体的强度计算
制浆造纸过程中，圆筒形容器主要有： 立式蒸煮锅、塔式连蒸设备、横管连蒸设备、烘缸（焊
接）、加压溶气气浮的溶气罐、氧漂白塔。 氧漂的通常工艺条件：浆浓：10-14%；反应温度：90-
120℃；氧压：≥0.4Mpa；氧用量：2-3%。
计计算，以保证氧漂白塔在运行时具有可靠性和安全性。 氧漂白塔的强度设计计算，主要是圆筒体部分的壁厚计算。
9
圆筒形容器，半径为R（直径为D）
径向应力：
1
PR 2S
PD 4S
周向应力：
2
PR S
Fra Baidu bibliotek
PD 2S
周向应力是径向应力的2倍，因此在设计圆筒形容器时 注意：
（1）径向（轴向）焊缝的强度应高于环向焊缝。 （2）在筒身上开椭圆形人孔，其短轴应在轴线方向。
把氧漂白塔塔体部分看为内压圆筒体。根据第一强度理论，内压圆筒体
的强度条件为：
PD [ ]
2S
(7-2)
式中 P－设计压力，MPa
S－内压圆筒体壁厚，mm
D－压力容器的壁厚中间面直径，mm
[ ]－容器所用材料的许用应力，MPa，许用应力的数值，可查有关手册；
考虑到圆筒体焊缝处强度的降低，设计时引入焊缝系数 （≤1）,则式(7-
2
2、容器的分类 （1）按受力情况：内部介质的压力大于外界压力，称为内
压容器。反之称为外压容器。 常压容器：压力p<0.07MPa
内压容器：
0.07<p<1.6MPa；低压容器 1.6<p<10MPa；中压容器 p>10MPa；高压容器
外压容器
3
（2）按壁厚分为薄壁容器、厚壁容器 按照容器的外径（Do）和内径（Di）的比值K= Do/ Di