8.第八章 内压薄壁容器.
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8 内压薄壁容器设计基础
储存液体的回转薄壳
圆筒形壳体 球形壳体
21
8 内压薄壁容器设计基础（续）
1、 受内压的圆筒形壳体 已知圆筒平均直径为 D，厚度为δ，试求圆筒上
任一点 A 处的经向应力和环向应力。
22
8 内压薄壁容器设计基础（续）
薄壁圆筒中各点的第一曲率半径和第二曲率半径
分别为 R1=∞；R2=R
将R1、R2代入薄膜应力理论计算公式得经向应力 与环向应力：
a/b＜2 时，σθ＞0 a/b ＝2 时，σθ＝0 a/b ＞2 时，σθ＜0 σθ<0，表明σθ为压应力；a/b值越大，即封头成型越浅，x=a 处的压应力越大。
31
8 内压薄壁容器设计基础（续）
32
8 内压薄壁容器设计基础（续）
（4）当a/b=2时，为标准型式的椭圆形封头。
在x=0处，
m
pa
椭圆曲线方程
x2 a2
y2 b2
1
27
8 内压薄壁容器设计基础（续）
推导思路：
椭圆曲线方程
式（8-1）（8-2）
R1和R2
, m
m
pR2
2
p
2
a4
x2 (a2
b2 )
1 2
b
（8-9）
（8-10）
p
2
a4
x2 (a2 b
b2 )
1 2
2
a4
a4 x2 (a2
b2
)
又称胡金伯格方程
② 壳体的边界处不受横向剪力、弯矩和转矩作用。
③ 壳体的边界处的约束沿经线的切线方向，不得限制边界处 的转角与挠度。
对很多实际问题：无力矩理论求解 ╬ 有力矩理论修正
20
8.1 回转薄壳的薄膜应力理论解析
《化工设备设计基础》
22
8.1.3 回转薄壳的薄膜应力理论
2. 周向应力计算公式-续1
bc和ad上作用有经向应力σφ
N 2 rm sin
《化工设备设计基础》
19
8.1.3 回转薄壳的薄膜应力理论
1. 经向应力计算公式
作用在分离体上的外力（内压）在轴线方向的合力
dQ p 2 r dl cos
dQ p 2 rdr
2 Q 2 p rdr prm
N
力的方向
经线
所在面的法向
a.
b.
《化工设备设计基础》
c.
16
8.1.2 回转薄壳的无力矩与有力矩理论（续）
由中面的拉伸、压缩、剪 切变形而产生 薄膜内力 内力 10个 4个 弯曲内力 无力矩理论或
Nφ、Nθ、Nφθ=Nθφ
横向剪力
薄膜理论（静定）
有力矩理论或
Q φ、 Q θ Mφ、Mθ、 Mφθ、Mθφ
第八章 内压薄壁容器的应力理论 8.1 回转薄壳的薄膜应力理论 8.2 薄膜应力理论的应用 8.3 边缘应力及其特点
《化工设备设计基础》
1
第八章 内压薄壁容器的应力理论
壳体
以两个曲面为界，且曲面之间的距离远比其它 方向尺寸小得多的构件。
壳体中面 与壳体两个曲面等距离的点所组成的曲面。 轴对称 壳体的几何形状、约束条件和所受的外力都 对称于回转轴。化工容器就其整体而言，通 常都属于轴对称问题
2. 母线：形成中面的平面曲线或直线
3. 经线平面：通过经线和回转轴的平面 4. 经线：经线平面与中面的交线。
经线
《化工设备设计基础》
8.第八章 内压薄壁容器
液压试验
气压试验
17
压力试验选择
压力试验
按图样规定
气压试验
水压试验
优先选用 不适合做液压试验的容器：如容器内不允许有微量残留 液体；在严寒下容器内可能结冰胀破容器时；或因液体 重量超过基础承受能力时（如高塔） 。 ，可采用气压试验。
18
一、液压试验
试验介质一般用洁净的水 — 水压试验。 试验压力 pT
3
2.设计厚度
d
考虑介质腐蚀，在计算厚度δ 的基础上，增加腐蚀裕度C2。 筒体的设计厚度为：
d C2
3.名义厚度
(8-2)
n
(8-3)
筒体设计厚度加上钢板厚度负偏差后向上圆整，即为筒体 名义厚度，再进一步圆整为钢板标准厚度，则：
n d C1
即：
n
容器内盛有液体，若其静压力不超过最大工作压力的5％， 则设计压力可不计入静压力，否则，须在设计压力中计入 液体静压力。
8
爆破片
当容器内的介质易于结晶或聚
合，或带有较多的粘性物质，
容易堵塞安全阀，此时应选用 爆破片。
夹持器
9
三、设计温度
设计温度指容器正常工作中，在相应的设计条件下，金
属器壁可能达到的最高或最低温度。
（7-22）
2
则（7-22）式变为：
pc ( Di ) [ ]t 2
解出δ ，得到内压圆筒的厚度计算式：
pcDi t 2 pc
式中 δ- 圆筒的理论计算厚度， mm； Di- 圆筒内径， mm； pc- 筒体的计算压力， MPa；
(8-1)
［σ］t － 钢板在设计温度下的许用应力，MPa； φ－ 焊接接头系数。
内压薄壁容器设计讲座
案例分享：成功储罐中的应用，有效增强了 容器的内压承载能力，提高 了燃料储存的安全性。
炼油厂反应器
内压薄壁容器在炼油厂反应 器中的应用，使得反应器更 轻便、更高效，并提高了生 产效率和能耗效益。
核电站压力容器
内压薄壁容器在核电站压力 容器的设计中，具有较高的 安全性和可靠性，为核电站 的运行提供了重要保障。
总结和展望
内压薄壁容器的设计是一门复杂而关键的工程学科，随着科技的进步和需求 的不断增长，内压薄壁容器在各个领域的应用前景广阔。
内压薄壁容器的应用领域
内压薄壁容器广泛应用于航空航天、石油化工、能源、冶金等领域，为各行 业的高压容器提供可靠的解决方案。
内压薄壁容器的优势和挑战
1 优势
相比传统厚壁容器，内压薄壁容器具有重量轻、成本低、生产周期短等优势。
2 挑战
设计和制造内压薄壁容器需要考虑很多因素，如材料特性、制造工艺和工程可行性等挑 战。
内压薄壁容器设计讲座
欢迎参加本次内压薄壁容器设计讲座！本讲座将介绍内压薄壁容器的定义、 设计要点、优势和挑战，并分享成功应用内压薄壁容器的实例。
内压薄壁容器的定义和原理
内压薄壁容器是一种具有较高内压承载能力的容器，其原理在于通过合理的 几何形状和材料选择来增强其内压强度。
内压薄壁容器的设计要点
在设计内压薄壁容器时，需要考虑几何形状的优化、材料的选择、内压分布的均匀性以及附加构件的支 撑等要点。
化工设备设计基础第8章内压薄壁圆筒与封头的强度设计
Sc pcDi
2[]t- pc
计算壁厚公式
考虑腐蚀裕量C2，得到圆筒的设计壁厚
Sd 2[p]ctD-i pc C2
设计壁厚公式
设计壁厚加上钢板厚度负偏差C1，再根据钢板标准规格向上圆整确定 选用钢板的厚度，即名义壁厚（Sn），即为图纸上标注厚度。
一、强度计算公式
1.圆筒强度计算公式的推导 1.2 无缝钢管作筒体（外径DO为基准）
内径为基准 外径为基准
内径为基准 外径为基准
一、强度计算公式
3.球形容器厚度计算及校核计算公式
3.1厚度计算公式
Sc
pcDi
4[]t -
p
计算壁厚
Sd 4[p]ctD i-pc C2
设计壁厚
3.2校核计算公式
t pcDi Se[]t
4S e
[pw]
4[]tSe
Di Se
已有设备强度校核
确定最大允许工作压 力
常温容器 中温容器 高温容器
[]
minnss
，b
nb
[]t
minnsst
，bt
nb
[]t
minnsst
， D t ， nt
nD nn
二、设计参数的确定
3.许用应力和安全系数
3.2安全系数
安全系数的影响因素： ①计算方法的准确性、可靠性和受力分析的的精确程度； ②材料的质量和制造的技术水平； ③ 容器的工作条件以及容器在生产中的重要性和危险性。
当
0
n
[]
二、强度理论及其相应的强度条件
复杂应力状态的强度条件，要解决两方面的问题： 一是根据应力状态确定主应力； 二是确定材料的许用应力。
内压薄壁容器的主应力：
化工机械基础-第08章 内压薄壁容器设计基础
化工设备机械 基础
例8-2回转壳体薄膜应力分析例题
例：有一圆筒形容器，两端为椭圆形封头， 已知圆筒的平均直径为D=2000mm厚度为 20mm,设计压力为2MPa，试确定：
(1)筒身上的经向应力和环向应力？ (2)如果椭圆封头的a/b分别为2、1.414和3， 封头厚度为20mm，分别确定封头的最大经向 应力和最大环向应力所在的位置。
d1
2
2 dl1
d2
2
0
pdl1dl2
m dl1dl2
1 R1
dl1dl2
1 R2
0
m p R1 R2
化工设备机械 基础
经推导，可得环向应力计算公式为：
m p R1 R2
R1: 该点的第一曲率半径，m
：环向应力，MPa
Page16
化工设备机械 基础
薄膜理论适用范围
• 除了要求壳体较薄，还要满足如下条件： • 回转体轴对称，壁面厚度无突变。曲率半径连
n
锥截面
中间面
M
横截面
壁厚在那个截面量取？
Page5
化工设备机械 基础
➢ 三个曲率半径
1) 第一曲率半径：中间面上任一点经线 的曲率半径。R1=MK1(K1点在法线上)
2) 第二曲率半径：通过经线上M点的法 线作垂直于经线的平面，其与中间面相 交得到一平面曲线EM，此曲线在M点 处的曲率半径.R2=MK2(K2点是法线与 回转轴的交点)
1) 直法线假设：壳体在变形前垂直于中间面的直 线段，在变形后仍保持直线段并垂直于变形后的 中间面，且直线段长度不变。
2) 互不挤压假设：壳体各层纤维变形后均互不挤 压。
忽略弯矩作用，对于薄壁壳体，计算结果足够精 确。（无力矩理论）
化工设备机械基础 第八章
M
课本第106页
8.1 回转壳体的几何特性
二. 基本假设
1) 直法线假设：壳体在变形前垂直于中 间面的直线段，在变形后仍保持直线段 并垂直于变形后的中间面，且直线段长 度不变。 2) 互不挤压假设：壳体各层纤维变形后 均互不挤压。
R1=∞ R2= R3=D/2
R1=∞ R2= r/cosα R3=r
课本第107页
8.2
回转壳体的薄膜应力分析
1）经向应力计算公式结果
2）环向应力计算公式
课本第109页
8.2 回转壳体的薄膜应力分析
2.轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围
1)回转壳体曲面在几何上是轴对称的、壳体 厚度无突变；曲率半径连续变化，材料均匀 连续且各向同性； 2)载荷在壳体曲面的分布是轴对称和连续的； 3)壳体边界是自由的； 4)壳体在边界上无横向剪何特性
纵截面
横截面
锥截面
一. 基本概念(四线三平面三半径） 1）纵截面：用通过回轴线的平面截得到的壳体截面 2）锥截面：用与壳体正交的圆锥面截取得到的壳体 截面 3）横截面：用与轴线垂直的平面截得到的壳体截面
课本第105页
8.1 回转壳体的几何特性
经线AB ' AB''
第八章
回 转 壳 体 的 几 何 特 性
母线 经线 法线 纬线 纵截面 横截面 锥截面
R1=MK1(K1点在法线上)
R2=MK2(K2点是法线与回转轴的交点) R3=MK3(K3点是平行圆圆心)
第八章
薄 膜 应 力 计 算 公 式
法线n 一. 基本概念(四线三平面三半径） 纬线
1）母线：形成中间面的平面曲线AB。 母线AB 2）经线：通过回转轴作任一纵截面，其与壳体曲 面相交所得到的交线AB'，AB'' 。 3）法线：通过经线上任意一点垂直于中间面的直 线n，称为中间面在该点的法线。 4）纬线：过N点作圆锥面与壳体中间面正交，所 得的交线是一个圆，称为回转曲面的纬线。
08 内压薄壁容器设计基础
几何形状不连续
内压圆筒边缘应力的概念
几何形状与载荷不连续
材料不连续
内压圆筒边缘应力的概念
边缘弯曲
边缘应力
内压圆筒边缘应力的概念
概念： 伴随内压容器 各零部件连接 处的弯曲变形 而产生的附加 内力。
内压圆筒边缘应力的概念－特点
• 二、边缘应力的特点
1、局部性
2、自限性
l＞ 2.5 R 以σs为限
X=a σm
50
σθ
100
σθ
应力 分布
-100 图（a）
1000
707
70.7
70.7
50
0
图（b）
2
3
1000
333
150
150
50
-350
图（c）
第四节 内压圆筒边缘应力的概念
• 一、边缘应力的概念
薄膜应力 的局限性
R
R+△R
(1)圆筒 受内压 时直径 增大。
内压圆筒边缘应力的概念
(2) 连接边缘区的变形与应力
ΣZ = 0 Nz － Pz = 0
∴ σmπDδ·sinθ－πD2p / 4 = 0
（a）
回转壳体薄膜应力分析—σm计算
D 因为： R2 所以： 2R sin D 2 sin 2
代入到（a）式，得到
m
pR2 2
回转壳体薄膜应力分析—σθ计算
2、环向应力（ σθ ）计算公式
d 1
d 2 pdl1dl2 2 m dl2 sin 2 dl1 sin 0 2 2
其中：
d1 dl1 sin 2 2 2 R1
d1
d 2 dl2 sin 2 2 2 R2
内压薄壁容器的应力分析讲解
17
五、薄膜理论（无力矩理论）的适用条件
无力矩理论是在旋转薄壳的受力分析中忽略了弯矩的作用。
此时应力状态和承受内压的薄膜相似，又称薄膜理论。
• 回转壳体曲面在几何上是轴对称,壳体厚度无突变；曲率 半径是连续变化的，材料是各向同性的，且物理性能 （主要是E和μ）应当是相同的
• 载荷在壳体曲面上的分布是轴对称和连续的 • 壳体边界的固定形式应该是自由支承的 • 壳体的边界力应当在壳体曲面的切平面内，要求在边界
2、无力矩理论基本假设
假定材料具有连续性、均匀性和 各向同性，即壳体是完全弹性的
小位移假设
壳体受力后，壳体中各点的位移远 小于壁厚 ，利用变形前尺寸代替 变形后尺寸
直法线假设
壳体在变形前垂直于中间面的直线 段，在变形后仍保持为直线段，并 且垂直于变形后的中间面。
不挤压假设
壳体各层纤维变形前后均互不挤压
应力 m 和环向应力
(2)如果椭圆形封头的a/b 分别为2，2 和3，封头厚度 为20mm，分别确定封头上 最大经向应力与环向应力 及最大应力所在的位置。
图8-17
例8-2附图（1）
34
解：１．求筒身应力
经向应力：
m
pD
4
2 2020 50.5(MPa) 4 20
环向应力：
pD
2
2 2020 2 20
K
9
第一曲率半径R1
中间面上任一点M 处经线的曲
率半径为该点的“第一曲率半径”
R1 MK1 R2 MK 2
3
1 y2 2 R1 y
第二曲率半径R2
通过经线上一点M 的法线作垂直于经线的平面与中 间面相割形成的曲线MEF，此曲线在M 点处的曲率 半径称为该点的第二曲率半径R2 ，第二曲率半径的 中心落在回转轴上，其长度等于法线段MK2 。 10
《内压薄壁容器》课件
容器开发
本章节介绍内压薄壁容器开发过程中需要考虑的因素，包括设计、材料、加工工艺等。
设计
容器设计需要考虑材料的强度、 容器的形状、安全因素等多方面 的因素。
材料选择
加工工艺
材料的选择需要考虑容器的用途、 负载类型、使用环境、纹理等方 面的因素。
容器的加工过程需要考虑材料的 成形性、冷却速度、表面处理等 多方面的因素。
内压薄壁容器的结构
本章节介绍内压薄壁容器主要结构及工作原理。
1
工作原理
2
受外界内压力作用，容器结构变形，支撑
产生要结构
壳体、封头、法兰、支撑、衬里等组成。
应力状态
往往承受三种不同的应力状态：周向应力、 轴向应力和径向应力。
内压薄壁容器的优缺点
本章节介绍内压薄壁容器的优点及缺点。
内压薄壁容器
本课件介绍内压薄壁容器的设计、应用、构造、优缺点、安全问题等内容。
简介
内压薄壁容器是指壁厚与容器半径之比较小的容器，广泛应用于航空、航天、海洋石油、化工等 领域。本章节介绍内压薄壁容器的定义及应用。
定义
内压薄壁容器指壁厚与容器半径之比较小的容器。
应用
航空、航天、海洋石油、化工等领域中的压力容器、管道、储罐、水下设备等。
优点
• 体积小 • 重量轻 • 生产成本低 • 使用稳定
缺点
• 容易受到外力的影响 • 设计要求严格 • 施工过程中需要注意安全问题
内压薄壁容器的安全问题
本章节介绍内压薄壁容器的安全问题，包括安全维护和预防安全事故发生。
1 安全维护
进行定期检查和维护，保持容器及其附属设备的良好状态。
2 预防安全事故发生
建立健全的管理制度，进行安全培训，配备专职安全人员等。
内压薄壁容器和外压薄壁容器
内压薄壁容器和外压薄壁容器的比较分析
要素 应用场景 设计要素
内压薄壁容器 液态和气态介质的储存和输送 强度、密封性、安全性
外压薄壁容器 承受外界压力，保护内部设备 刚度、防腐蚀、耐磨性
内压薄壁容器和外压薄壁 容器
薄壁容器可以分为内压薄壁容器和外压薄壁容器，它们在设计和应用中具有 不同的特点和要素。
内压薄壁容器定义
内压薄壁容器是指在容器内部施加压力，承受压力载荷的薄壁结构。它通常用于存储和输送液态或气态介质。
外压薄壁容器定义
外压薄壁容器是指在容器外部施加压力，通过容器壁传导到容器内部，进行 压力平衡的薄壁结构。它常用于承受外部环境的压力，保护内部介质。
内压和外压的区别
1 内压
压力作用从内部向外部。
2 外压
压力作用从外部向内部。
内压薄壁容器设计要素
1 强度
薄壁结构应具备足够的强 度，以承受内部压力。
2 密封性
3 安全性
容器应具备良好的密封性， 以防止介质泄漏。
设计应考虑容器在负荷情 况下的安全性，避免破裂 或变形。
外压薄壁容器设计要素
1 刚度
容器应具备足够的刚度，以承受外部压力。
2 防腐蚀
表面处理和涂层可以有效防止容器受到腐蚀。
3 耐磨性
容器壁材料应具备足够的耐磨性，以抵抗外部环境的损伤。
内压薄壁容器和外压薄壁容器的应用
内压薄壁容器
常用于态和气态介质的储存和输送，如气罐 和液化气瓶。
外压薄壁容器
常用于航空航天、海洋工程等领域，以承受外 界压力，保护内部设备。
8.0内压容器设计基础
M
x
p
2.自限性
边缘应力是由于薄膜变形不连续，边缘两侧的弹
性变形受到相互约束而产生的。
当边缘应力达到材料的屈服极限时，材料发生塑
性变形，相对弹性变形阶段而言，塑性变形阶段的变
形要容易得多，使以前的弹性约束得到缓解，变形协 调性改观，薄膜变形的不一致性得以缓解，从而使边 缘应力自动限制在一定范围内。
范围内，而计算方法大大简化，所以工程计算中常采用无力
矩理论。
二、 无力矩理论的基本方程 1. 微元平衡方程式
对图示的受内压作用的任意形状的回转壳体，将
其截开进行研究。
用两个相邻的夹角为d的
经线截面和两个垂直于经线
的旋转法截面截取一个微元
体abcd
ad=bc=dl1
经向应力m形成的合力：
n：法线方向
§8.4 边缘应力
8.3.1 边缘应力的概念 1、边缘： 通常指两部分壳体的联接处或壳体变形不连续处。 如：筒体和封头的焊接处，曲率突变处，厚度突 变处、支承点、加强筋以及接管处。 另外：材质的改变、载荷突变、温度突变等处也属 于边缘。
曲率突变
厚度突变
材料改变
搭接处
法兰联 接处
夹套处
2、边缘力和边缘力矩
•焊接残余应力
2. 不同材料的不同处理
大多数用塑性较好的材料制成的中低压容器，承
受静载荷时仅在结构上作某些处理，一般并不对边
缘应力作特殊考虑。
对塑性较差的高强度钢制造的重要压力容器，低
温下铁素体钢制的重要压力容器，受疲劳载荷作用
的压力容器，在边缘高应力区有可能导致脆性破坏
或疲劳破坏，必须计算其边缘应力，并采取相应的 控制措施。
K1
1) 第一曲率半径：中间面上 任一点经线的曲率半径。 R1=MK1(K1点在法线上)
内压薄壁容器的设计
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)就成为： (7-3) PD [ ] 2S 若以圆筒体内径Di(D=Di+S)表示,则式(7-3)就可改写为：
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 薄壁容器：K<1.2 厚壁容器： K>1.2
9
圆筒形容器，半径为R（直径为D）
径向应力： 周向应力：
PR PD 1 2S 4S
PR PD 2 S 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。
10
强度理论 第一强度理论 1 [ ] 最大拉应力理论： 第二强度理论 1 ( 2 3 ) [ ] 最大拉应变理论： 第三强度理论 最大剪应力理论： 1 3 [ ] 第四强度理论 最大形状改变比能理论：
20
某氧漂塔容积为80m3，内径为2200mm，最大工作压力为 0.9MPa，筒体材料为316不锈钢， 150℃下316不锈钢的 许用应力为117MPa，在20℃环境温度下316不锈钢的许 用应力为118MPa，筒体采用双面焊对接接头，局部无损 检测，取钢板负偏差为0.8mm，取腐蚀裕度为2.0mm。试 设计筒体壁厚。 设计压力P＝0.9×1.1=1.0MPa 筒体壁厚：
第八章内压薄壁容器设计基础
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第八章内压薄壁容器设计基础按照壁厚容器可分为：薄壁容器和厚壁容器D0 ≤0.1或K = ≤1.2 Di Di§8.1 回转壳体的几何特征§8.2 回转壳体薄膜应力分析§8.3 典型回转壳体的应力分析§8.4 内压圆筒边缘应力的概念δ§8.1 回转壳体的几何特征工程实际中，应用较多的是薄壁容器，并且，这些容器的几何形状常常是轴对称的，而且所受到的介质压力也常常是轴对称的，甚至于它的支座，或者说约束条件都对称于回转轴，我们把几何形状、所受外力、约束条件都对称于回转轴的问题称为轴对称问题。
§8.1 回转壳体的几何特征回转壳体中的几个重要的几何概念（一）面中间面：平分壳体厚度的曲面称为壳体的中间面，中间面与壳体内外表面等距离，它代表了壳体的几何特性。
回转壳体中的几个重要的几何概念（二）线1、母线：绕回转轴回转形成中间面的平面曲线。
2、经线：过回转轴的平面与中间面的交线。
3、法线：过中间面上的点且垂直于中间面的直线称为中间面在该点的法线（法线的延长线必与回转轴相交）。
4、纬线（平行圆）：以法线为母线绕回转轴回转一周所形成的圆锥法截面与中间面的交线。
回转壳体中的几个重要的几何概念（三）、半径1、第一曲率半径：中间面上任一点M处经线的曲率半(1 + y / 2 ) 径为该点的“第一曲率半径”R1，R1=MK1。
= R1 //|y |2、第二曲率半径：通过经线上一点M的法线作垂直于经线的平面与中间面相割形成的曲线ME，此曲线在M 点处的曲率半径称为该点的第二曲率半径R2。
第二曲率半径的中心落在回转轴上，其长度等于法线段MK2，即R2=MK2。
2.基本假设：基本假设：基本假设（1）小位移假设小位移假设。
壳体受压变形，各小位移假设点位移都小于壁厚。
化工设备设计基础--内压薄壁容器设计
化工设备设计基础–内压薄壁容器设计引言内压薄壁容器是化工设备中常见的一种结构，广泛应用于石油、化工、医药等行业。
其设计合理与否直接影响到化工设备的使用效果和安全性。
本文将介绍内压薄壁容器设计的基础知识和设计要点，以帮助读者更好地理解和掌握该方面的知识。
1. 薄壁容器的定义与分类薄壁容器是指在工作条件下，容器壁厚度相对较小，其内压应力主要由壁板引起的容器。
根据容器的形态可分为圆筒形、球形、圆锥形、矩形等多种类型。
根据容器的用途可分为储存容器、反应容器、传热容器等。
2. 内压薄壁容器的设计计算内压薄壁容器的设计计算主要包括以下几个方面：2.1 材料选择内压薄壁容器的材料选择至关重要，直接影响容器的强度和耐腐蚀性。
常用的材料包括碳钢、不锈钢、合金钢等。
在选择材料时，要充分考虑工作介质的性质和工艺条件。
2.2 壁厚计算壁厚是内压薄壁容器设计中的一个关键参数。
根据ASME（美国机械工程师协会）等标准，可以通过以下公式计算容器的最小壁厚：t = (P * r) / (S * F)其中，t为壁厚，P为设计压力，r为容器的内部半径，S为材料的允许应力，F为安全系数。
2.3 结构设计内压薄壁容器的结构设计需要考虑容器的强度和稳定性。
常用的结构形式有圆筒形、球形、圆锥形等。
在设计过程中，要合理选择结构形式，同时考虑容器的受力特点，确保容器在工作条件下能够承受住内压力的影响。
2.4 衬里设计针对一些特殊介质，内压薄壁容器常需要进行衬里设计。
衬里材料一般为耐腐蚀的塑料或橡胶材料，用于保护容器壁免受介质的侵蚀。
3. 内压薄壁容器的安全考虑内压薄壁容器的安全性是设计过程中必须考虑的重要因素。
下面介绍几个与安全相关的要点：3.1 压力容器的安全阀内压薄壁容器常常需要配备安全阀，用于控制容器内部的压力，一旦超过设计压力，安全阀就会自动打开释放压力，避免容器爆炸等事故的发生。
3.2 检漏装置为了及时发现容器的泄漏情况，常常需要在容器上设置检漏装置。
内压薄壁容器应力分析
化工反应器应力分析
将理论计算法和数值计算法相结合，对该化工反应 器进行应力分析，有效提高了安全性和工艺效率。
结论和展望
内压薄壁容器应力分析是一个非常重要的领域，可以保证薄壁容器的可靠性，实现安全、高效的工业生产。 随着科技的进步和需求的增加，该领域的研究将会不断深入、完善。
应力分析的结果解读
1
应力分布
评估容器的某些部位的应力分布有利于了解容器的可靠性和使用寿命。
2
应力集中因素
凸缺、锐角、裂纹等会引起应力集中，应该注意这些位置可能导致容器疲劳破坏。
3
变形情况
变形情况是估算容器内应力分布和变形率的重要依据。
实例分析
柴油机缸体内应力分析
通过数值计算法模拟该柴油机缸体内的应力分布， 预测了其在长期使用后可能出现的损伤及损伤的位 置。
基本假设和方程
1 材料假设
容器材质均匀各向同性、材料弹性与变形率成正比。
2 截面假设
容器各截面在变形前后均为平面截面，且偏离平面未超过某一限度。
3 方程
根据材料假设和截面假设可以推导得出容器的应力分析方程。
应力分析方法
理论计算法
基于容器的基本假设和方程直接推导出容器内的应力和变形。
数值计算法
将容器随机划分成许多小单元，在内部施加一定的负载和边界条件，来计算固体的应力和变 形。
内压薄壁容器应力分析
了解内压薄壁容器应力分析的目的和应用，阐述常见的薄壁容器类型，以及 基本假设和方程。
容器类型
换热器
近年来广泛使用的一种薄壁容器类型，通常用于加 热或冷却各种流体和气体。
压缩机
用于将气体压缩到所需压力和密度的容器，盛装各种液态或气态油品的容器，通常需要经受高 温、高压和腐蚀等影响。
内压薄壁容器设计
根据接头型式及无损检测长度比例确定。
焊接接头形式
无损检测的长度比例
100%
局部
双面焊对接接头或相当 于双面焊的对接接头
1.0
单面焊对接接头或相当 于单面焊的对接接头
0.9
0.85 0.8
符合《压力容器安全技术检察规程》才允许作局部
无损探伤。抽验长度不应小于每条焊缝长度的20％。
满足强度要求的计算厚度之外，额外
在锥顶处，应力为零。因此，一般在
锥顶开孔。
椭圆壳经线为一椭圆，
x2 a2
y2 b2
1
a、b分别为椭圆的长短轴半径。
由此方程可得第一曲率半径为：
R1
[1 ( dy )2 ]3/ 2
dx d2y
[a4
x2 (a2 b2 )]3/ 2 a4b
dx2
x [a4 x2 (a2 b2 )]1/ 2
d
pDi
2s t
p
C2
设计压力较低的容器计算厚度很 薄。
大型容器刚度不足，不满足运输、 安装。
限定最小厚度以满足刚度和稳定 性要求。
壳体加工成形后不包括腐蚀裕量 最小厚度min： a. 碳素钢和低合金钢制容器不小 于3mm b．对高合金钢制容器，不小于 2mm
为什麽要进行压力试验呢？
例题4-2：某化工厂欲设计一台石油气分离工程
中的乙烯精馏塔。工艺要求为塔体内径Di=600mm； 设计压力p＝2.2MPa；工作温度t＝-3～-20℃。
f-焊接接头系数。
筒体设计厚度加上厚度负偏差后
向上圆整，即为筒体名义厚度。
对于已有的圆筒，测量厚度为n， 则其最大许可承压的计算公式为：
p
化工设备机械基础第八章 内压薄壁容器设计基础
R1 R2
σθ——环向应力，Mpa； R1——回转壳体曲面在所求应力点的第一曲率半 径，mm。 二、轴对称回转壳体薄膜理论的应力范围 1、无力矩理论 近似地认为薄壁壳体处于一种只有拉（压）正应 力，没有弯曲正应力的二向应力状态，因而薄 膜理论又称为“无力矩理论”。 2、应用“无力矩理论”应满足的条件 （1）回转壳体曲面在几何上是轴对称的，壳壁厚 度无突变；曲率半径是连续变化的，材料是均 匀连续且各向同性的；
pR2 2
pR2
pD 4
pD 2
（8－3） （8－4）
经向应力表达式 环向应力表达式
二、受内压的球形壳体
m
pD 4 pD
4
（8－5） （8－6）
经向应头的顶点处：
m
pa a 2 b
在椭球形封头的赤道处：
m
pa 2 pa 2 (2 a b
2 2
)
a——椭球壳的长半轴，mm； b ——椭球壳的短半轴，mm； δ ——椭球壳的壁厚，mm。
1、经向应力计算公式 （采用截面法分析）
m
pR 2 2
（8－1） 式中δ——壳体厚度，mm； R2——壳体中曲面在所求应力点的第二曲率半径， mm； σm——经向应力，Mpa; p ——壳体所受的内压力， Mpa。 2、环向应力计算公式 （采用单元体法研究） 通过对单元体建立静力平衡方程，可以得出经向 应力和环向应力的相互关系式： m p （8－2）
（2）载荷在壳体曲面上的分布是轴对称和连续的， 没有突变情况。 （3）壳体边界应该是自由的。 （4）壳体在边界上无横向剪力和弯矩。
第三节 典型回转壳体的应力分析
σθ——环向应力，Mpa； R1——回转壳体曲面在所求应力点的第一曲率半 径，mm。 二、轴对称回转壳体薄膜理论的应力范围 1、无力矩理论 近似地认为薄壁壳体处于一种只有拉（压）正应 力，没有弯曲正应力的二向应力状态，因而薄 膜理论又称为“无力矩理论”。 2、应用“无力矩理论”应满足的条件 （1）回转壳体曲面在几何上是轴对称的，壳壁厚 度无突变；曲率半径是连续变化的，材料是均 匀连续且各向同性的；
pR2 2
pR2
pD 4
pD 2
（8－3） （8－4）
经向应力表达式 环向应力表达式
二、受内压的球形壳体
m
pD 4 pD
4
（8－5） （8－6）
经向应头的顶点处：
m
pa a 2 b
在椭球形封头的赤道处：
m
pa 2 pa 2 (2 a b
2 2
)
a——椭球壳的长半轴，mm； b ——椭球壳的短半轴，mm； δ ——椭球壳的壁厚，mm。
1、经向应力计算公式 （采用截面法分析）
m
pR 2 2
（8－1） 式中δ——壳体厚度，mm； R2——壳体中曲面在所求应力点的第二曲率半径， mm； σm——经向应力，Mpa; p ——壳体所受的内压力， Mpa。 2、环向应力计算公式 （采用单元体法研究） 通过对单元体建立静力平衡方程，可以得出经向 应力和环向应力的相互关系式： m p （8－2）
（2）载荷在壳体曲面上的分布是轴对称和连续的， 没有突变情况。 （3）壳体边界应该是自由的。 （4）壳体在边界上无横向剪力和弯矩。
第三节 典型回转壳体的应力分析
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16MnR的屈服限σs=345MPa（附表）
T 0.9 s 0.9 0.8 345 248.4MPa
T 0.9 s
∴水压试验时满足强度要求。
∴塔体可用7mm厚的钢板制作。
25
§8-4 内压薄壁封头壁厚计算
半球形封头 凸形封头 椭圆形封头 碟形封头 球面形封头 封头 锥形封头 折边锥形封头 无折边锥形封头
可参照以下情况确定：
不被加热或冷却，取筒内介质最高或最低温度。 用蒸汽、热水或其它载热体加热或冷却，取载体最高温 度或最低温度； 储存容器的设计温度，按气象资料，最低温度取历年来 月平均最低值。
10
四、许用应力 GB150-98规定：
σbt/nb [σ ]t = σst/ns σnt/nn σDt/nD 可参考表8-6，8-7，8-8，8-9（要会查表）。 当设计温度低于0℃时，取20℃时的许用应力。
解：1.由于石油气对钢材腐蚀不大，温度在-20℃以上，承 受一定的压力，故选用16MnR。 根据式(8-3´)
n
2 p
t
pDi
C1 C2
式中p＝2.2MPa，Di=600mm，[σ ]＝170MPa，φ =0.8，C2=1.0 mm
2.2 600 n C1 1.0 5.89 0.6 7mm 2 170 0.8 2.2
③不锈钢取C2＝0。
15
七、容器最小壁厚δmin
设计压力较低的容器按式（8-1）计算出的厚度很薄， 最小厚度是指为满足容器在制造、运输、及安装过程中 的刚度要求而规定的。 如一容器内径为1m，P=0.1MPa，t≤150℃，材料为 Q235-A，其［σ］t = 113MPa，C2=1mm
0.11000 0.52m m, 太小 t 2 p 2 113 0.85 0.1 pDi
5
二、薄壁球壳强度计算公式
利用上述推导方法，可以得到球壳壁厚设计计算公式，
4 p
t
pDi
(8-7 )
δ d、δ n的计算同圆筒体。 优点： 当容器直径、压力相同时，球壳内应力仅是圆筒形壳 体环向应力的一半，即球形壳体的厚度仅需圆筒容器厚度的 一半。同时球表面积最小，故大型贮罐制成球形较为经济。 缺点：球形容器加工困难，需分瓣冲压后再组焊成型。且不 宜安装内件。
平板形封头
26
封头
无折边锥形封头
折边锥形封头
平板形封头
27
半球形封头
椭圆形封头
碟形封头
折边锥形封头
球冠形封头
平板封头
28
一、半球形封头
半球形封头由半个球壳构成，计算壁厚公式与球壳相同
4 p
t
pDi
(8-7 )
δ d、 δ n的计算同筒体； 壁厚大约为筒体一半； 小型（ Di≤1.2m）可整体冲 压，Di≤1.2m时，φ =1； 大型分瓣冲压后再组焊。
6
§8-2 设计参数的确定
一、容器直径
钢板卷焊筒体：Di即DN，见表8-1。 无缝钢管作筒体：外径Do为公称直径，见表8-2。
二、工作压力与设计压力
最大工作压力pw：是指容器顶部在工作过程中可能产生的 最高压力（表压）。
设计压力p：相应设计温度下确定壳壁厚度的压力，亦即标 注在铭牌上的容器设计压力，P≥Pw。 计算压力pc：指在相应设计温度下，用以确定壳体各部位 厚度的压力， Pc= P+PL (当PL≤5% P时， PL可忽略不计)
2 p
t
pDi
C1 C2
(8-3')
4
4.有效厚度
e
(8-4 )
真正可以承受介质压力的厚度称为有效厚度。
e n C1 C 2
5.筒壁的应力校核公式：
pc Di e t 2 e
t
(8-5 )
6.筒壁的最大允许工作压力计算公式为： t 2 e Pw Di e
容器内盛有液体，若其静压力不超过最大工作压力的5％， 则设计压力可不计入静压力，否则，须在设计压力中计入 液体静压力。
8
爆破片
当容器内的介质易于结晶或聚
合，或带有较多的粘性物质，
容易堵塞安全阀，此时应选用 爆破片。
夹持器
9
三、设计温度
设计温度指容器正常工作中，在相应的设计条件下，金
属器壁可能达到的最高或最低温度。
29
二、椭圆形封头
组成：长短轴分别为Di和2h的半椭球
和高度为h0的短圆筒(直边)
直边的作用：避免筒体与封头间环向焊缝受边缘应力的影响
计算厚度
KpDi t 2 0.5 p
K－椭圆形封头形状系数
Di 1 K 2 2h 6 i
第八章 内压薄壁容器设计
§8-1 内压薄壁筒体和球壳
一、内压薄壁圆筒强度计算公式
1.理论计算厚度δ
应用第三强度理论：
pD 2m 2
pD r 3 1 3 [ ]t 2
实际设计中还须考虑三个因素： ①容器内径Di：D=Di+δ ②焊接接头系数φ ， ［σ］t ［σ ］t φ ③压力p pc
液压试验
试验方法 夹 套 容 器 试验温度 t 试 验 压 力 按 表 试验 液体 一般 用 水， 需要 时可 用不 会导 致发 生危 险的 其它 液体
充液时将容器内 空气排尽
内 筒 试 压
缓慢升压至 PT 保压 30 分钟以上
修 补
碳 素 钢 、 16MnR 、 正 火 15MnVR：t≥5℃ 其它低合金钢：t≥15℃ 由于板厚等因素造成无 延性转变温度升高， 则相 应提高 t。 其它钢制容器，t 按图样 规定。
PT
1.25P t
（8-6a）
试验应力校核
∵ PT > P ，∴要进行试验应力校核。
PT Di e T 0.9s 2e
（8-6b）
式中：σs — 常温屈服极限 若不满足（8-6b）条件，则应适当增加由式（8-3'）计 算所得壁厚。
19
液 压 试 验 步 骤
降压至 80%PT 液体温度 t 应低于试 验液体闪点或沸点
合 格 焊 夹 套
保压足够长时 间，检查所有焊 接接头和连接部 位。
合 格
将液体 排尽
渗漏 夹 套 内 试 压
将液体 排尽
合 格
用压缩空气将内部吹 干。奥氏体不锈钢制容 器用水试压后应将水 渍去除干净；无法达到 时应控制水的氯离子 含量不超过 25mg/L。
6～7 8～25 26～30 32～34 36～40 42～50 52～60 0.6 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
14
⑵腐蚀裕量C2
C2应根据各种钢材在不同介质中的腐蚀速度和容器设计寿 命确定。 C2=nλ n：设计寿命， λ ：年腐蚀率 塔类、反应器类容器设计寿命 n一般按20年考虑，换热器 壳体、管箱及一般容器按10年考虑。 ①腐蚀速度λ＜0.05mm／a(包括大气腐蚀)时：碳素钢和低合 金钢单面腐蚀C2＝1mm，双面腐蚀取C2＝2mm； ②当腐蚀速度λ＞0.05mm／a时，单面腐蚀取C2＝2mm，双 面腐蚀取C2＝4mm。
20
二、气压试验
试验介质可用干燥洁净的空气、氮气、无毒的惰性气体。 试验前要做好防护准备，主要焊缝要100%无损探伤。 试验压力 pT
PT 1.15P t
（8-6c）
试验应力校核
PT Di e T 0.8s 2e
（8-6d）
式中：σs — 常温屈服极限 若不满足（8-6d）条件，则应适当增加由式（8-3'）计 算所得壁厚。
21
气 压 试 验 步 骤
气压试验
试验方法 试 验 温 度 t ：碳 钢、低合 金 钢 介 质温度： t≥15℃， 其 它 钢 种 按 图 样规定。 检查所有焊接接 头和连接部位 试 验 压 力 按 表 干燥、 洁净的 空气、 氮气或 惰性气 体 本 单 位 安 全 部 门 监 察 经 试 验 单 位 技 术 负 责 人 批 准 试压 气体 安 全 措 施
11
取小值
12
五、焊接接头系数
夹渣、气孔、未焊透等缺陷，导致焊缝及其附近区域强度 可能低于钢材本体强度。用钢板 [σ]t乘以焊接接头系数φ ， φ ≤1，φ 根据接头型式及无损检测比例确定。
无损检测比例 焊接接头种类 双面焊和相当于双面焊的全焊透对接接头 单面焊对接接头 （沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板）
壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小壁厚δ a. 碳素钢和低合金钢制容器不小于3mm； b．对高合金钢制容器，不小于2mm。
16
min：
§8-3 容器的压力试验和致密性试验
容器制成后或经长时期使用进行大修后，在交付使用前 须进行压力试验，试验合格后方能交付使用。
压力试验的目的： 检查容器的宏观强度，以及密封结构和焊缝有 无渗漏，把容器的潜在缺陷在使用以前充分暴 露出来，以确保容器的安全运行。 压力试验
3
2.设计厚度
d
考虑介质腐蚀，在计算厚度δ 的基础上，增加腐蚀裕度C2。 筒体的设计厚度为：
d C2
3.名义厚度
(2)
n
(8-3)
筒体设计厚度加上钢板厚度负偏差后向上圆整，即为筒体 名义厚度，再进一步圆整为钢板标准厚度，则：
n d C1
即：
n
介质的毒性程度为极高或高度的容器， 在压力试验合格后进行气密性试验
PT 1.05 P
检查所有 焊接接头 和连接部 保压 10 分钟 降压至 设计压 力 位， 小型容 器也可浸 入水中检 查 泄漏 合 格
气密性试验
T 0.9 s 0.9 0.8 345 248.4MPa
T 0.9 s
∴水压试验时满足强度要求。
∴塔体可用7mm厚的钢板制作。
25
§8-4 内压薄壁封头壁厚计算
半球形封头 凸形封头 椭圆形封头 碟形封头 球面形封头 封头 锥形封头 折边锥形封头 无折边锥形封头
可参照以下情况确定：
不被加热或冷却，取筒内介质最高或最低温度。 用蒸汽、热水或其它载热体加热或冷却，取载体最高温 度或最低温度； 储存容器的设计温度，按气象资料，最低温度取历年来 月平均最低值。
10
四、许用应力 GB150-98规定：
σbt/nb [σ ]t = σst/ns σnt/nn σDt/nD 可参考表8-6，8-7，8-8，8-9（要会查表）。 当设计温度低于0℃时，取20℃时的许用应力。
解：1.由于石油气对钢材腐蚀不大，温度在-20℃以上，承 受一定的压力，故选用16MnR。 根据式(8-3´)
n
2 p
t
pDi
C1 C2
式中p＝2.2MPa，Di=600mm，[σ ]＝170MPa，φ =0.8，C2=1.0 mm
2.2 600 n C1 1.0 5.89 0.6 7mm 2 170 0.8 2.2
③不锈钢取C2＝0。
15
七、容器最小壁厚δmin
设计压力较低的容器按式（8-1）计算出的厚度很薄， 最小厚度是指为满足容器在制造、运输、及安装过程中 的刚度要求而规定的。 如一容器内径为1m，P=0.1MPa，t≤150℃，材料为 Q235-A，其［σ］t = 113MPa，C2=1mm
0.11000 0.52m m, 太小 t 2 p 2 113 0.85 0.1 pDi
5
二、薄壁球壳强度计算公式
利用上述推导方法，可以得到球壳壁厚设计计算公式，
4 p
t
pDi
(8-7 )
δ d、δ n的计算同圆筒体。 优点： 当容器直径、压力相同时，球壳内应力仅是圆筒形壳 体环向应力的一半，即球形壳体的厚度仅需圆筒容器厚度的 一半。同时球表面积最小，故大型贮罐制成球形较为经济。 缺点：球形容器加工困难，需分瓣冲压后再组焊成型。且不 宜安装内件。
平板形封头
26
封头
无折边锥形封头
折边锥形封头
平板形封头
27
半球形封头
椭圆形封头
碟形封头
折边锥形封头
球冠形封头
平板封头
28
一、半球形封头
半球形封头由半个球壳构成，计算壁厚公式与球壳相同
4 p
t
pDi
(8-7 )
δ d、 δ n的计算同筒体； 壁厚大约为筒体一半； 小型（ Di≤1.2m）可整体冲 压，Di≤1.2m时，φ =1； 大型分瓣冲压后再组焊。
6
§8-2 设计参数的确定
一、容器直径
钢板卷焊筒体：Di即DN，见表8-1。 无缝钢管作筒体：外径Do为公称直径，见表8-2。
二、工作压力与设计压力
最大工作压力pw：是指容器顶部在工作过程中可能产生的 最高压力（表压）。
设计压力p：相应设计温度下确定壳壁厚度的压力，亦即标 注在铭牌上的容器设计压力，P≥Pw。 计算压力pc：指在相应设计温度下，用以确定壳体各部位 厚度的压力， Pc= P+PL (当PL≤5% P时， PL可忽略不计)
2 p
t
pDi
C1 C2
(8-3')
4
4.有效厚度
e
(8-4 )
真正可以承受介质压力的厚度称为有效厚度。
e n C1 C 2
5.筒壁的应力校核公式：
pc Di e t 2 e
t
(8-5 )
6.筒壁的最大允许工作压力计算公式为： t 2 e Pw Di e
容器内盛有液体，若其静压力不超过最大工作压力的5％， 则设计压力可不计入静压力，否则，须在设计压力中计入 液体静压力。
8
爆破片
当容器内的介质易于结晶或聚
合，或带有较多的粘性物质，
容易堵塞安全阀，此时应选用 爆破片。
夹持器
9
三、设计温度
设计温度指容器正常工作中，在相应的设计条件下，金
属器壁可能达到的最高或最低温度。
29
二、椭圆形封头
组成：长短轴分别为Di和2h的半椭球
和高度为h0的短圆筒(直边)
直边的作用：避免筒体与封头间环向焊缝受边缘应力的影响
计算厚度
KpDi t 2 0.5 p
K－椭圆形封头形状系数
Di 1 K 2 2h 6 i
第八章 内压薄壁容器设计
§8-1 内压薄壁筒体和球壳
一、内压薄壁圆筒强度计算公式
1.理论计算厚度δ
应用第三强度理论：
pD 2m 2
pD r 3 1 3 [ ]t 2
实际设计中还须考虑三个因素： ①容器内径Di：D=Di+δ ②焊接接头系数φ ， ［σ］t ［σ ］t φ ③压力p pc
液压试验
试验方法 夹 套 容 器 试验温度 t 试 验 压 力 按 表 试验 液体 一般 用 水， 需要 时可 用不 会导 致发 生危 险的 其它 液体
充液时将容器内 空气排尽
内 筒 试 压
缓慢升压至 PT 保压 30 分钟以上
修 补
碳 素 钢 、 16MnR 、 正 火 15MnVR：t≥5℃ 其它低合金钢：t≥15℃ 由于板厚等因素造成无 延性转变温度升高， 则相 应提高 t。 其它钢制容器，t 按图样 规定。
PT
1.25P t
（8-6a）
试验应力校核
∵ PT > P ，∴要进行试验应力校核。
PT Di e T 0.9s 2e
（8-6b）
式中：σs — 常温屈服极限 若不满足（8-6b）条件，则应适当增加由式（8-3'）计 算所得壁厚。
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液 压 试 验 步 骤
降压至 80%PT 液体温度 t 应低于试 验液体闪点或沸点
合 格 焊 夹 套
保压足够长时 间，检查所有焊 接接头和连接部 位。
合 格
将液体 排尽
渗漏 夹 套 内 试 压
将液体 排尽
合 格
用压缩空气将内部吹 干。奥氏体不锈钢制容 器用水试压后应将水 渍去除干净；无法达到 时应控制水的氯离子 含量不超过 25mg/L。
6～7 8～25 26～30 32～34 36～40 42～50 52～60 0.6 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
14
⑵腐蚀裕量C2
C2应根据各种钢材在不同介质中的腐蚀速度和容器设计寿 命确定。 C2=nλ n：设计寿命， λ ：年腐蚀率 塔类、反应器类容器设计寿命 n一般按20年考虑，换热器 壳体、管箱及一般容器按10年考虑。 ①腐蚀速度λ＜0.05mm／a(包括大气腐蚀)时：碳素钢和低合 金钢单面腐蚀C2＝1mm，双面腐蚀取C2＝2mm； ②当腐蚀速度λ＞0.05mm／a时，单面腐蚀取C2＝2mm，双 面腐蚀取C2＝4mm。
20
二、气压试验
试验介质可用干燥洁净的空气、氮气、无毒的惰性气体。 试验前要做好防护准备，主要焊缝要100%无损探伤。 试验压力 pT
PT 1.15P t
（8-6c）
试验应力校核
PT Di e T 0.8s 2e
（8-6d）
式中：σs — 常温屈服极限 若不满足（8-6d）条件，则应适当增加由式（8-3'）计 算所得壁厚。
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气 压 试 验 步 骤
气压试验
试验方法 试 验 温 度 t ：碳 钢、低合 金 钢 介 质温度： t≥15℃， 其 它 钢 种 按 图 样规定。 检查所有焊接接 头和连接部位 试 验 压 力 按 表 干燥、 洁净的 空气、 氮气或 惰性气 体 本 单 位 安 全 部 门 监 察 经 试 验 单 位 技 术 负 责 人 批 准 试压 气体 安 全 措 施
11
取小值
12
五、焊接接头系数
夹渣、气孔、未焊透等缺陷，导致焊缝及其附近区域强度 可能低于钢材本体强度。用钢板 [σ]t乘以焊接接头系数φ ， φ ≤1，φ 根据接头型式及无损检测比例确定。
无损检测比例 焊接接头种类 双面焊和相当于双面焊的全焊透对接接头 单面焊对接接头 （沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板）
壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小壁厚δ a. 碳素钢和低合金钢制容器不小于3mm； b．对高合金钢制容器，不小于2mm。
16
min：
§8-3 容器的压力试验和致密性试验
容器制成后或经长时期使用进行大修后，在交付使用前 须进行压力试验，试验合格后方能交付使用。
压力试验的目的： 检查容器的宏观强度，以及密封结构和焊缝有 无渗漏，把容器的潜在缺陷在使用以前充分暴 露出来，以确保容器的安全运行。 压力试验
3
2.设计厚度
d
考虑介质腐蚀，在计算厚度δ 的基础上，增加腐蚀裕度C2。 筒体的设计厚度为：
d C2
3.名义厚度
(2)
n
(8-3)
筒体设计厚度加上钢板厚度负偏差后向上圆整，即为筒体 名义厚度，再进一步圆整为钢板标准厚度，则：
n d C1
即：
n
介质的毒性程度为极高或高度的容器， 在压力试验合格后进行气密性试验
PT 1.05 P
检查所有 焊接接头 和连接部 保压 10 分钟 降压至 设计压 力 位， 小型容 器也可浸 入水中检 查 泄漏 合 格
气密性试验