第三章 内压薄壁容器的强度计算(2)

p（ T Di＋Se） T＝ 0.8 （ s 0.2） 2 Se
3 压力试验的试验要求与试验方法
（1）液压试验
（2）气压试验
（3）气密性试验
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例1 设计条件如下：p=0.3MPa，Di=2m，[σ]t=113MPa， j=0.85，C2=2mm。试确定容器筒体的计算厚度、设计厚度， 名义厚度、有效厚度、圆整值。 解：
t
高温容器
t t t t ( ) t s 0.2 n D [ ] min ， ， nn n D ns
中温容器
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t t t b s ( 0.2 ) [ ] =min , ns nb
（2）安全系数的取法
安全系数是不断发展变化的参数，科技发展，安全系数
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[ ] pT 1.25 p [ ]t [ ] pT 1.15 p [ ]t

2 、压力试验的应力校核 σT应满足下列条件：
液压试验
p（ T Di＋Se） T＝ 2 Se
p（ T Di＋Se） T＝ 0.9 （ ） s 0.2 2 Se
气压试验
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第四章
内压薄壁圆筒与封头的强度设计
4.1 强度设计的基本知识
4.2 内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计
4.3 内压圆筒封头的设计
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4.2.2 设பைடு நூலகம்参数的确定
1. 压力
设计压力p：在相应的设计温度下用以确定壳壁厚度 的压力，亦即标注在铭牌上的容器设计压力。设计压力 稍高于最大工作压力。 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）。 安全阀 使用安全阀时，设计 压力不小于安全阀的开启 压力pk，或取最大工作压 力的1.05～1.10倍； 2017/6/9
表4-8 钢制压力容器的焊接接头系数φ 值
焊接接头形式 双面焊对接接头和相当于 双面焊的全熔透对接接头 单面焊对接接头(沿焊缝 根部全长有紧贴基本金属 的垫板) 无损检测比例 φ值 示意图
100%
局部 100% 局部
1.00
0.85 0.90 0.80
5 厚度附加量
C=C1+C2 C1—钢板壁厚负偏差；（表4-9,4-10）
0.3 2000 pDi 3.12 3.1mm t 2[ ] j 2 113 0.85
d C2 3.1 2 5.1mm
n d C1 5.1 0.6 5.7 6mm
0.3mm
e 3.1 0.3 3.4mm
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防爆片
使用爆破膜作安全装置时， 设计压力的决定因素：爆破膜片 的型式、最低标定爆破压力、爆 破片制造范围的下限、爆破片制 造范围的上限。
容器
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正拱普通型拉伸破坏型爆破片
这种爆破片装置是用塑性良好的材料，如不锈钢、镍、铜、 铝等箔材制成的爆破片装在一幅夹持器内而构成的。 其特点是：无碎片飞出，阻力也不大。
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C2：腐蚀裕量，容器元件由于腐蚀或机械磨损而导致 厚度变薄，在设计壁厚时要考虑容器使用寿命期内的 安全性。 C2 = Ka B（mm）
Ka ：腐蚀速率（mm/a），由材料手册或实验确定。
一般情况， Ka = 0.05～0.13 mm/a， 轻微腐蚀时，单面腐蚀C2 = 1～2 mm，
（3）容器的接管的腐蚀裕量，一般情况下与壳体的腐蚀裕量相同； （4）两侧同时与腐蚀介质接触的元件，应根据两侧不同的操作介质选取 不同的腐蚀裕量，将两者叠加作为总的腐蚀裕量； （5）当容器内件材料与壳体材料相同时，容器内件的单面腐蚀裕量按表 4-12确定。 （6）碳钢裙座的腐蚀裕量应不小于2mm，如其内、外侧均有保温或防火 层，可不考虑腐蚀裕量。
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4. 有效厚度（δe）
有效厚度（δe）：名义厚度减去钢材负偏差和腐蚀裕
量
e
e n C1 C2
有效厚度（δe）是真正可以用来承受介质压力的厚度
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C2 C1 圆整值
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C=C1+C2 加工减薄量
5. 最小厚度（δmin）


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6、直径系列与钢板厚度
容器直径与钢板厚度必须在标准化的系列尺寸中选取。 表2-5 压力容器的公称直径DN
300 700 1500 2300 350 800 1600 2400 400 900 1700 2500 450 1000 1800 2600 500 1100 1900 2800 550 1200 2000 3000
变小；

影响因素： ①计算方法的准确性、可靠性、受力分析的精确程度；
②材料的质量、焊接检验等制造技术水平；
③容器的工作条件，如压力、温度和温度波动、容器在生产 中的重要性和危险性等。（表4-6） 常用钢板与钢管的许用应力可从资料中（附表9）直接 查取

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4、焊接接头系数j
取爆破片设计爆破压力加上所选爆破片制造范围的上限 值 根据容器的充装系数及可能达到的最高温度确定
装有安全阀
装有防爆片 盛装液化气体
带夹套的容器设计压力的确定
2 设计温度
设计温度在容器设计中的作用： ①选择材料 ； ②确定许用应力。
指容器在正常情况下，设定的元件金属温度(沿元件 金属截面的温度平均值)。 表4-5（P94）
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反拱型（失稳型、压缩型）爆破片
反拱型爆破片凸面承受压力,当压力达到一定值时，凸型 膜片会失稳而突然翻转，随即被装设在它上面的刀具切破， 或膜片整体脱落弹出。
反拱带刀型爆破片装置
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表4-2 内压容器设计压力取值方法
容器类型
无安全泄放装置 P =(1.0～1.1)Pw
设计压力（p）取值
不低于安全阀开启压力，通常取 P= (1.05～1.1)Pw
计算厚度（δ）：由公式采用计算压力得到的厚度，必 要时还应计入其它载荷对厚度的影响。
2. 设计厚度（δd）
d＝ C2
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3. 名义厚度（δn）
名义壁厚 δn：设计厚度加上钢材厚度负偏差C1后向 上圆整至钢材标准规格的厚度，即为名义厚度。
n d C1
C1：钢板厚度负偏差（钢板在轧制时产生了偏差） Δ：除去负偏差后的圆整值 标注在图样上的厚度即为名义厚度δn
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4.2.4 压力试验与强度校核
压力试验的种类、要求和试验压力值应在图样上注明。 压力试验一般采用液压试验。对于不适合作液压试验的容器， 例如容器内不允许有微量残留液体．或由于结构原因不能充满 液体的容器，可采用气压试验。
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1、试验压力 内压容器的试验压力：
液压试验 气压试验
式中： pT——试验压力，Mpa； p ——设计压力，Mpa； [σ]——容器元件材料在试验温度下的许用应力，Mpa； t [σ] ——容器元件材料在设计温度下的许用应力，Mpa。
容器
计算压力pc：在相应设计温度下，用以确定元件厚度 的压力，其中包括液柱静压力。 计算压力=设计压力+液柱静压力(≥5%P时计入) 当元件所承受的液体静压力小于5%设计压力时，可忽 略不计。 通常取计算压力pc = 设计压力p 计算压力≥设计压力≥最大工作压力=容器顶部最大表压 在检查管理上，以设计压力分类。
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δmin不小于3mm；
当筒体的计算厚度小于最小厚度时，应取最小厚度 作为计算厚度。此时名义厚度：
1）若 C1 min 取 n min C2 2）若 C1 min 取 n min C1 C2
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(mm）
4.5 12 5.0 14 6.0 16
18
36 65
20
38 70
22
40 75
25
42 80
28
45 85
30
50 90
32
55 95
34
60 100
105
160
110
165
115
170
120
180
125
185
130
190
140
195
150
200
注: 5mm为不锈钢钢板的常用厚度
4.2.3 容器的厚度和最小厚度 1. 计算厚度
容器上焊缝：
纵焊缝——A类焊缝 环焊缝——B类焊缝 纵向焊缝承受的应力比环向 焊缝大一倍，焊接接头系数主要 针对纵向焊缝。 焊缝区强度的决定因素：熔 焊金属、焊缝结构、施焊质量。
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环 焊 缝
纵 焊 缝
焊接接头系数的大小决定于焊接接头的型式和无损检 测的长度比率 无损检验方法主要是：X射线检查和超声波检查
双面腐蚀 C2 = 2～4 mm，
不锈钢，一般 C2=0。 B：容器的设计寿命，通常为8～15年。
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腐蚀裕量的选取原则和方法：
（1）介质为压缩空气、水蒸气或水的碳素钢或低合金钢制容器，其腐蚀 裕量不得小于1.0mm；对不锈钢，当介质腐蚀性极微时，可取0；


（2）除上述情况以外的其他情况，筒体和封头的腐蚀裕量按表4-11确定。
3 许用应力和安全系数[σ]
（1）许用应力的取法
t
许用应力是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，即
[ ]

n
所需要考虑的强度指标主要有抗拉强度、屈服强度 等，对于需要考虑蠕变的材料，强度指标还应有蠕变极 限。