8.第八章 内压薄壁容器.

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
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）
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
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
缓慢 升压 至 PT 重新进 行液 压试验 和气 密性试验
修
补
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例题8-1：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℃。 试选择塔体材料并确定塔体厚度。
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
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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。
液压试验
气压试验
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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。
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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
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。
（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。
考虑钢板厚度负偏差C1＝0.6mm，圆整取δ n=7mm
δe =δn－C = 7－（0.6+1）=5.4mm
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PT 1.25P t
2.水压试验时的应力校核
1.25 2.2 1 2.75MPa
PT Di e 2.75 600 5.4 T 154 MPa 2e 2 5.4
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
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。
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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
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。
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§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
e1
全部无损检测 φ 1.0 0.9
局部无损检测 φ 0.85 0.8
e1
s
δ
e2
e2
单面坡口
双面坡口
13
δ
1
δ
2
六、壁厚附加量C
C = C1 + C2
⑴ 钢板负偏差(或钢管负偏差) C1（mm）
厚度 负偏差 厚度 负偏差 2 0.13 2.2 0.14 2.5 0.15 2.8～3.0 3.2～3.5 3.8～4 4.5～5.5 0.16 0.18 0.2 0.2
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。
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
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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。
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
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。
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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
缓慢升压至 10%PT 且≤ 0.05MPa
保压 5 分钟 修 补
渗漏
合 格 合 格
缓慢升压至 50%PT
按 10% PT 的级差 逐级增压至 PT
渗漏
保压足 够长时 间， 进行泄露检 查
保压 10 分钟
降压至 87%PT
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三、气密性试验
对压力较高或盛装有毒或易燃介质的压力容器，在液压试 验合格后还需进行致密性试验，以检查其密封的可靠性。
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设计压力p≥pw，具体可参照以下情况定：
一般情况下取 P = Pw。 容器上装有安全阀时，设计压力不小于安全阀开启压力或 取 P = (1.05~1.10)Pw ； 容器上装有爆破膜时， P = (1.15~1.30)Pw ；
对于装有液化气体的容器，取工作时可能达到的最高温度 下液化气体的饱和蒸气压作为设计压力。
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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。
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。
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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。
平板形封头
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封头
无折边锥形封头
折边锥形封头
平板形封头
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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
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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。
③不锈钢取C2＝0。
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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
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பைடு நூலகம்
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