第8章内压薄壁圆筒与封头的强度设计PPT课件
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内压薄壁圆筒与封头
厚度
2
2.2
2.5
2.8～ 3.0
3.2～ 3.8～ 3.5 4
4.5～ 5.5
负偏差 0.13 0.14 0.15 0.16 0.18 0.2 0.2
厚度 6～ 8～ 26～ 32～ 36～ 42～ 52～ 7 25 30 34 40 50 60
负偏差 0.6 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
解析：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(4-12)
d
pDi
2 t
p
C2
式中p＝2.2MPa；Di=600mm；[]＝170MPa =0.8(表4-9)； C2=1.0 mm 得：
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dபைடு நூலகம்
2.2 600 2170 0.8 2.2
34
2019/9/29
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4.3.5 锥形封头
2019/9/29
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广泛用于化工设备(如蒸发器、喷 雾干燥器、结晶器及沉降器等)的 底盖
便于收集与卸除设备中的固体物 料。
塔设备上、下部分的直径不等， 也常用锥形壳体连接，称为变径段。
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（一）无折边锥形封头或锥形筒体
适用于锥壳半锥角a300 1、锥壳大端 a. 查图4-15，大端是否须加强
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L1
L
Dis r cosa
Dis r
43
图4－18 锥体小端与圆筒体连接处的Q值图
2019/9/29
44
3、无折边锥壳的厚度
• 锥壳厚度 • （4-27） • （4-28） • （4-29） • （4-30） • 统一厚度
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-PPT课件
平均直径D换算为圆筒内径（D=Di+S），压力换为计算压力Pc，
考虑焊接制造因素
pcD i Sc 2[ ]t- pc
p cD i S C d 2 t 2[ ] - p c
计算壁厚公式
考虑腐蚀裕量C2，得到圆筒的设计壁厚
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
2.强度安全条件
为保证结构安全可靠地工作，必须留有一定的安全裕度，
使结构中的最大工作应力与材料的许用应力之间满足一定 的关系，即：
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：
二、设计参数的确定
2. 设计温度
设计温度是指容器正常工作情况下，设定的元件金属温度
（沿元件金属截面温度平均值）。设计温度是选择材料及 确定材料许用应力时的一个基本设计参数。
介质工作温度 T≤-20℃ -20℃≤T≤15℃ 15℃≤T
4[ ]t Se [pw ] Di Se
已有设备强度校核
确定最大允许工作压 力
一、强度计算公式
4.公式符号意义
Pc－计算压力，MPa； Di－筒体内径，mm； Do－筒体外径，mm； S－筒体的计算壁厚，mm； Sd－筒体的设计壁厚，mm，Sd=S + C2；
Sn－筒体的名义壁厚，mm。Sn=Sd+C1+Δ =S+C1+C2+Δ ，Δ -圆整量
2.1已有设备强度校核
t
p D S t c i e [ ] 2S e
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）
内压薄壁圆筒与封头的强度设计
其强度条件为
当
t
n
[ ]t
当
PD 2S
[
]t
内压薄壁圆筒与封头的强度设计
一、强度计算公式
1．圆柱形容器
圆筒的设计壁厚为Байду номын сангаас
Sd
Pc Di
2[ ]t
Pc
C2
对已有设备进行强度校核和确定最大允许工作压力的计算公式分别为
t Pc (Dc Se ) [ ]t
2Se
[Pw ]
2[
Di
]t Se
外压容器
有安全泄放装置 无安全泄放装置 容器(真空) 夹套(内压)
容器(内压) 夹套(真空)
设计压力 1．0～1．10倍工作压力 不低于(等于或稍大于)安全阀开启托力(安全阀开启压力取1．05～ 1．10倍：工作压力) 取爆破片设计爆破压力加制造范围上限 设计外压力取1．25倍最大内外压力差或0．1MPa二者中的小值 设计外压力取0．1MPa 没计外压力按无夹套真空容器规定选取 设计内压力按内压容器规定选取
内压薄壁圆筒与封头的强度设计
四、容器的耐压试验及其强度校核
容器制成以后(或检修后投入生产之前)，必须作耐压试验或增加气密性试验，以 检验容器的宏观强度和有无渗漏现象。耐压试验就是用液体或气体作为加压介 质，在容器内施加比设计压力还要高的试验压力，并检查容器在试验压力下是 否渗漏，是否有明显的塑性变形以及其他的缺陷，以确保设备的安全运行。
Pc
S
Pc Di
4[ ]t
Pc
C2
t Pc (Di Se ) [ ]t
4Se
[Pw ]
4[
Di
]t Se
Se
内压薄壁圆筒与封头的强度设计
内压薄壁圆筒与封头的强度设计.ppt
R=0.9Di、 r=0.17Di、M=1.325
M＞1.34 时，δ ≥0.30% D
e
i
30
• (4)无折边球形封头(冠球形) 自学
31
(5)、锥形封头
广泛应用于许多环工设备的底盖，它的优点是便于 收集与卸除这些设备中的固体物料。此外，有一些 塔设备上、下部分的直径不等，也常用锥形壳体将 直径不等的两段塔体连接起来，这时的锥形壳体称 为变径段。
p
[ ] [ ]t
[]/[]t最高不超过1.8，如果大于1.8，按1.8计算；如果容器各 元件(圆筒、封头、接管、法兰及紧固件等)所用材料不同时， 应取各元件材料的比值中最小者。
容器铭牌上规定有最大允许工作压力时，公式中应以最大允 许工作压力代替设计压力p
19
(2)、压力试验的应力校核
圆筒壁在试验压 力下的计算应力
T
pT (Di e ) 2 e
液压试验
T
pT (Di e验
T
pT (Di e ) 2 e
0.8
s ( 0.2 )
(3).压力试验的试验要求与试验方法（自学）
20
例题
【例2-1】：某环工厂欲设计一台石油气分离用乙烯精馏塔。 工艺参数为:塔体内径 Di 600mm ；计算压力 pc 2.2MPa ； 工作温度t＝-3～20℃。试选择塔体材料并确定塔体厚度。
为了保证筒体强度，筒体内较大的环向应力 应小于设计温度下材料的许用应力，即：
≥
3
• 在实际设计工作中，尚需要考虑如下因素：
① 焊接接头系数Ф：
pD t
2
② 以内径Di代表平均直径D， D Di
所以
内压薄壁圆筒和球壳设计PPT教案学习
容器的厚度设计计算公式如下： 计算厚度
应力校核
第9页/共27页
许可压力
第10页/共27页
三、 设计参数的确定
1. 设计压力 p 表压，设计压力是指在相应设计温
度下用以确定容器壳体厚度及其元件 尺寸的压力，是标注在铭牌上的容器 设计压力。
液体静压力>5%p时，取设计压力+ 静压力为计算压力，有安全阀时取 （1.05~1.1）最高工作压力，有爆破膜 时取（1.15~1.3）倍的最高工作压力
第13页/共27页
5. 焊接接头系数
表示焊缝区金属与母材金属强度的 比值。
焊缝热影响区有热应力的存在，
焊缝金属晶粒粗大，焊缝中存在缺陷 ——影响焊缝的强度。
采用焊接接头系数，以补偿焊接
型式、焊接工艺及焊缝探伤检验的严 格程度对焊缝区材料强度的影响。 焊接接头系数的大小取决于焊缝结构和 探伤方法。
GB150规定： 第14页/共27页
此间压力表读数应保持不变。然后降至规
定试验压力的80%并保持足够长时间对所
有焊缝及连接部位进行检查，如有汗珠、
水滴，表明有泄漏（压力表读数下降），
应做标记，卸压后修补，修好后重新试验。
直至合格。
第23页/共27页
试验压力： 内压容器
使试验条件下的应力安全状况与操作 条件下相同
应力校核 ∵ PT > P
第11页/共27页
2. 计算压力 3. 设计温度 (表 9-1） 4.许用应力和安全系数
许用应力：强度性能/安全系数
安全系数：考虑到材料性能、载荷条件、 设计方法、
加工制造和操作等方面的不确定因素而 确定的质量保
证系数到材料性第能12页、/共27载页 荷条件、设计方
应力校核
第9页/共27页
许可压力
第10页/共27页
三、 设计参数的确定
1. 设计压力 p 表压，设计压力是指在相应设计温
度下用以确定容器壳体厚度及其元件 尺寸的压力，是标注在铭牌上的容器 设计压力。
液体静压力>5%p时，取设计压力+ 静压力为计算压力，有安全阀时取 （1.05~1.1）最高工作压力，有爆破膜 时取（1.15~1.3）倍的最高工作压力
第13页/共27页
5. 焊接接头系数
表示焊缝区金属与母材金属强度的 比值。
焊缝热影响区有热应力的存在，
焊缝金属晶粒粗大，焊缝中存在缺陷 ——影响焊缝的强度。
采用焊接接头系数，以补偿焊接
型式、焊接工艺及焊缝探伤检验的严 格程度对焊缝区材料强度的影响。 焊接接头系数的大小取决于焊缝结构和 探伤方法。
GB150规定： 第14页/共27页
此间压力表读数应保持不变。然后降至规
定试验压力的80%并保持足够长时间对所
有焊缝及连接部位进行检查，如有汗珠、
水滴，表明有泄漏（压力表读数下降），
应做标记，卸压后修补，修好后重新试验。
直至合格。
第23页/共27页
试验压力： 内压容器
使试验条件下的应力安全状况与操作 条件下相同
应力校核 ∵ PT > P
第11页/共27页
2. 计算压力 3. 设计温度 (表 9-1） 4.许用应力和安全系数
许用应力：强度性能/安全系数
安全系数：考虑到材料性能、载荷条件、 设计方法、
加工制造和操作等方面的不确定因素而 确定的质量保
证系数到材料性第能12页、/共27载页 荷条件、设计方
内压薄壁圆筒与封头的强度设计38页PPT
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
内压薄壁圆筒与封头的强度设计(ppt版)
第十五页，共三十九页。
3.2 设计(shèjì)温度
设计温度是指容器在正常工作温度下，设定的元件的金属温度；
标注(biāo zhù)在产品铭牌上的设计温度，应该是壳体在金属设计温度的最 高值或最低值；
设计温度虽然不直接反映在上述计算公式中，但它是设计中选择材料和确定许 用应力时不可缺少的一个参数。
S
PcDi
4[]t
Pc
pw
4tSe
Di Se
相同(xiānɡ tónɡ)压力、直径条件下，球壳的计算壁厚约为相同(xiānɡ tónɡ)条 件下圆筒壁厚的一半；
在相同的壁厚、直径条件下，球壳的耐压能力是圆筒的两倍。
第十三页，共三十九页。
Байду номын сангаас
3. 设计参数(cānshù)确实定
3.1 设计(shèjì)压力
S
QPcDi
2[]t
Pc
第三十三页，共三十九页。
５. 锥形封头
• 锥形封头广泛应用于许多化工设备(如蒸发器、喷雾枯燥器、结晶器及沉降器 等)的底盖，它的优点是便于(biànyú)收集与卸除这些设备中的固体物料。此外， 有一些塔设备上、下局部的直径不等，也常用锥形壳体将直径不等的两段塔体 连接起来，这时的圆锥形壳体称为变径段。
对于承受均匀内压的薄壁容器，其主应力规定为：
环向应力 (yìnglì)
轴向应力
(yìnglì)
径向应力
1
PD 2S
2
m
PD 4S
3 r 0
第五页，共三十九页。
2.1 第一(dìyī)强度理论
根据：当作用在构件上的外力过大时，材料就会沿着最大拉应力所在
的截面发生脆性断裂，也就是说，不管在什么样的应力状态下，只要
3.2 设计(shèjì)温度
设计温度是指容器在正常工作温度下，设定的元件的金属温度；
标注(biāo zhù)在产品铭牌上的设计温度，应该是壳体在金属设计温度的最 高值或最低值；
设计温度虽然不直接反映在上述计算公式中，但它是设计中选择材料和确定许 用应力时不可缺少的一个参数。
S
PcDi
4[]t
Pc
pw
4tSe
Di Se
相同(xiānɡ tónɡ)压力、直径条件下，球壳的计算壁厚约为相同(xiānɡ tónɡ)条 件下圆筒壁厚的一半；
在相同的壁厚、直径条件下，球壳的耐压能力是圆筒的两倍。
第十三页，共三十九页。
Байду номын сангаас
3. 设计参数(cānshù)确实定
3.1 设计(shèjì)压力
S
QPcDi
2[]t
Pc
第三十三页，共三十九页。
５. 锥形封头
• 锥形封头广泛应用于许多化工设备(如蒸发器、喷雾枯燥器、结晶器及沉降器 等)的底盖，它的优点是便于(biànyú)收集与卸除这些设备中的固体物料。此外， 有一些塔设备上、下局部的直径不等，也常用锥形壳体将直径不等的两段塔体 连接起来，这时的圆锥形壳体称为变径段。
对于承受均匀内压的薄壁容器，其主应力规定为：
环向应力 (yìnglì)
轴向应力
(yìnglì)
径向应力
1
PD 2S
2
m
PD 4S
3 r 0
第五页，共三十九页。
2.1 第一(dìyī)强度理论
根据：当作用在构件上的外力过大时，材料就会沿着最大拉应力所在
的截面发生脆性断裂，也就是说，不管在什么样的应力状态下，只要
压力容器的设计—内压薄壁容器圆筒的强度设计
1.容器的设计压力？
2.若容器安放有安全阀，设计压力？
19
（5）外压容器——取 p≥正常操作下可能产生的 最大压差。
注意：“正常操作”——含空料，真空检漏， 稳定生产，中间停车等情况。 （6）真空容器— ※不设安全阀时，取0.1MPa ； ※设有安全阀时 取Min（1.25×△p ,0.1MPa) 。
16
设计压力p：设定的容器顶部的最高压力---设计载荷。
取值方法：
（1）容器上装有安全阀
取不低于安全阀开启压力 ： p ≤（1.05～1.1）pw
系数取决于弹簧起跳压力 。
17
防爆膜装置示意图
（2）容器内有爆炸性介质，安装有防爆膜时：
取 设计压力为爆破片设计爆破压力加制造范围上限。 P44 表3-1。
当 s
4
2、强度安全条件
为了保证结构安全可靠地工作，必须留有一定的安 全裕度，使结构中的最大工作应力与材料的许用应 力之间满足一定的关系，即
当
0
n
=
0 —极限应力（由简单拉伸试验确定）
当 —— 相当应n 力—，安M全Pa，系可数由强度理论确定
0 —— 极限应力，—M许P用a，应可力由简单拉伸试验确定
2、当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且 不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不 计。
42
（2）腐蚀裕量C2
容器元件由于腐蚀或机械磨损——厚度减薄。
——在设计壁厚时要考虑容器使用寿命期内的安全性！
具体规定如下：
对有腐蚀或磨损的元件:
C2=KaB
Ka---腐蚀速率（mm/a），由材料手册或实验确定。
要知道！
（1）需要焊后热处理的容器，须热处理后进行 压力试验和
2.若容器安放有安全阀，设计压力？
19
（5）外压容器——取 p≥正常操作下可能产生的 最大压差。
注意：“正常操作”——含空料，真空检漏， 稳定生产，中间停车等情况。 （6）真空容器— ※不设安全阀时，取0.1MPa ； ※设有安全阀时 取Min（1.25×△p ,0.1MPa) 。
16
设计压力p：设定的容器顶部的最高压力---设计载荷。
取值方法：
（1）容器上装有安全阀
取不低于安全阀开启压力 ： p ≤（1.05～1.1）pw
系数取决于弹簧起跳压力 。
17
防爆膜装置示意图
（2）容器内有爆炸性介质，安装有防爆膜时：
取 设计压力为爆破片设计爆破压力加制造范围上限。 P44 表3-1。
当 s
4
2、强度安全条件
为了保证结构安全可靠地工作，必须留有一定的安 全裕度，使结构中的最大工作应力与材料的许用应 力之间满足一定的关系，即
当
0
n
=
0 —极限应力（由简单拉伸试验确定）
当 —— 相当应n 力—，安M全Pa，系可数由强度理论确定
0 —— 极限应力，—M许P用a，应可力由简单拉伸试验确定
2、当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且 不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不 计。
42
（2）腐蚀裕量C2
容器元件由于腐蚀或机械磨损——厚度减薄。
——在设计壁厚时要考虑容器使用寿命期内的安全性！
具体规定如下：
对有腐蚀或磨损的元件:
C2=KaB
Ka---腐蚀速率（mm/a），由材料手册或实验确定。
要知道！
（1）需要焊后热处理的容器，须热处理后进行 压力试验和
压力容器的设计_内压薄壁容器圆筒的强度设计
（1）对类似设备实测；（2）传热计算； （3）参照书P44表3-2。
例如：不被加热或冷却的器壁，且壁外有 保温，取介质温度；用水蒸气、热水或 其它液体加热或冷却的器壁，取热介质 的温度；等等。
23
3、许用应力和安全系数
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。
0 （1）极限应力
39
5.壁厚附加量
满足强度要求的计算厚度之外，额外增加的厚度， 包括钢板负偏差(或钢管负偏差) C1、腐蚀裕量 C2 即 C＝ C1十 C2 容器壁厚附加量—— （1）钢板或钢管厚度负偏差 C1: 例如，
40
在设计容器壁厚时要 预先考虑负偏差。
C1 钢板厚度负偏差
1、钢板负偏差参见P49表3-7选取； 钢管厚度负偏差参见相关文件。 2、当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且 不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不 计。
中温容器
t =min{
=min{
t
nb
,
ns
, ,
}
高温容器
t t t st 0 .2 n D
ns
nn n D
}
高温式中
、
t n
nn、n D
----设计温度下材料的蠕变强度和 持 久强度。 ----蠕变强度和持久强度的安全系数。
25
t D
（2）安全系数
20
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。当元件所承受的液柱静 压力小于5%设计压力时，可忽略不计。
即计算压力设计压力液柱静压力5%P时计入) 可见，计算压力设计压力工作压力容器顶部表压
例：一立式容器，工作压力0.5MPa，液 体深10m， 重度为10,000N/m3。
例如：不被加热或冷却的器壁，且壁外有 保温，取介质温度；用水蒸气、热水或 其它液体加热或冷却的器壁，取热介质 的温度；等等。
23
3、许用应力和安全系数
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。
0 （1）极限应力
39
5.壁厚附加量
满足强度要求的计算厚度之外，额外增加的厚度， 包括钢板负偏差(或钢管负偏差) C1、腐蚀裕量 C2 即 C＝ C1十 C2 容器壁厚附加量—— （1）钢板或钢管厚度负偏差 C1: 例如，
40
在设计容器壁厚时要 预先考虑负偏差。
C1 钢板厚度负偏差
1、钢板负偏差参见P49表3-7选取； 钢管厚度负偏差参见相关文件。 2、当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且 不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不 计。
中温容器
t =min{
=min{
t
nb
,
ns
, ,
}
高温容器
t t t st 0 .2 n D
ns
nn n D
}
高温式中
、
t n
nn、n D
----设计温度下材料的蠕变强度和 持 久强度。 ----蠕变强度和持久强度的安全系数。
25
t D
（2）安全系数
20
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。当元件所承受的液柱静 压力小于5%设计压力时，可忽略不计。
即计算压力设计压力液柱静压力5%P时计入) 可见，计算压力设计压力工作压力容器顶部表压
例：一立式容器，工作压力0.5MPa，液 体深10m， 重度为10,000N/m3。
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①根据薄膜理论进行应力分析，确定薄膜应力状态下的主应 力；
②根据弹性失效的设计准则，应用强度理论确定应力的强度 判据；
③对于封头，考虑到薄膜应力的变化和边缘应力的影响，按 壳体中的应力状况在公式中引进应力增强系数。
④根据应力强度判据，考虑腐蚀等实际因素导出具体的计算 公式。
2020年9月28日
2
第一节 强度设计的基本知识
－焊缝系数；
C2－腐蚀裕量，mm； C1－钢板厚度负偏差，mm； C－壁厚附加量，mm，C = C1 + C2。
2020年9月28日
10
二、设计参数的确定
1. 设计压力与计算压力
【声明】－压力均指表压 1.1最高工作压力pw 正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 1.2设计压力p 是指在相应设计温度下用以确定容器壳体厚度及其元件尺寸的 压力，亦即标注在铭牌上的容器设计压力，其值不得小于最高 工作压力。 1.3计算压力pc 在相应的设计温度下用以确定元件厚度的压力，包括液柱静压 力，当液柱静压力小于5％设计压力时可忽略不计。 【注意】一个设备只有一个设计压力，却可能有多个计算压力
【备注】压力容器都是采用塑性材料制造的，但是由于历史原 因我国压力容器设计采用第一强度理论。
2020年9月28日
5
第二节 内压薄壁圆筒和球壳的强度设计
一、强度计算公式
1.圆筒强度计算公式的推导
1.1 钢板卷制筒体（内径Di为基准）
I 当
pD[]
2S
S
pD 2[ ]t
平均直径D换算为圆筒内径（D=Di+S），压力换为计算压力 pc，考虑焊接制造因素
4
1.第一强度理论的强度条件
I 当
pD[]
2S
2.第三强度理论的强度条件
采用第一和第三强度理 论，薄壁容器的强度条 件形式上是一样的！
当 II I 1-3p 2SD -0p 2SD []
3.第四强度理论的强度条件
当 IV 1 2 [1 ( 2 ) 2 (2 3 ) 2 (3 1 ) 2 ]1 2 2 2 12 2 p .D [3 ]
Sc
pcDo
2[]t
pc
计算壁厚公式
Sd 2[pBiblioteka tcDo pc C2设计壁厚公式
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2.圆筒强度校核与许用压力确定 2.1已有设备强度校核
t pc2DiS e Se[]t t pc2DoS eSe[]t
2.2已有设备确定最大允许工作压力
内径为基准 外径为基准
[pw]
2[]tSe
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
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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。
1.2 无缝钢管作筒体（外径DO为基准）
第八章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
第一节 强度设计的基本知识 第二节 内压薄壁圆筒的强度设计 第三节 内压圆筒封头的设计
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强度设计的任务：根据给定的公称直径以及设计压力和温度， 确定合适的壁厚，设计出合理的结构，以保证设备安全可靠 地运行。
内压薄壁圆筒和封头的强度计算公式，推导过程：
15℃<T
设计温度
I 介质最低工作温度 介质最低工作温度
II 介质工作温度－（0～10℃） 介质工作温度－（5～10℃）
介质最高工作温度 介质工作温度＋（15～30℃）
确定最大允许工作压力
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4.公式符号意义
Pc－计算压力，MPa； Di－筒体内径，mm； Do－筒体外径，mm； Sc－筒体的计算壁厚，mm； Sd－筒体的设计壁厚，mm，Sd=Sc + C2； Sn－筒体的名义壁厚，mm。Sn=Sd+C1+Δ=Sc+C1+C2+Δ，Δ-圆整量 Se－筒体的有效壁厚，mm，Se=Sn-C； [σ]t－筒体材料在设计温度下的许用应力，MPa；
一、关于弹性失效的设计准则
1.弹性失效准则
容器上任一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服 点σs，容器即告失效（指容器失去正常的工作能力），也 就是说，容器的每一部分必须处于弹性变形范围内。保 证器壁内的相当应力必须小于材料由单向拉伸时测得的 屈服点，即σ当<σs。
2.强度安全条件
为保证结构安全可靠地工作，必须留有一定的安全裕度，
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类型
设计压力
内 无安全泄放装置
1.0～1.1 倍工作压力
压 容 装有安全阀 器 装有爆破片
不低于（等于或稍大于）安全阀开启压力（安 全阀开启压力取 1.05～1.1 倍工作压力） 取爆破片设计爆破压力＋制造范围上限
无夹套真空容器
有安全泄放装置
设 计 外 压 力 取 1.25 倍 最 大 内 外 压 力 差 或 0.1MPa 两者中的小值
真
无安全泄放装置 设计外压力取 0.1MPa
空 夹套内为内压的 容器（真空） 设计外压力按无夹套真空容器规定选取
容 带夹套真空容器 夹套（内压） 器 夹套内为真空的 容器（内压）
设计内压力按内压容器规定选取 设计内压力按内压容器规定选取
带夹套内压容器 夹套（真空） 设计外压力按无夹套真空容器规定选取
外压容器
设计外压力取不小于在正常工作情况下可能产 生的最大内外压力差
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2. 设计温度
设计温度是指容器正常工作情况下，设定的元件金属温度（元 件沿截面厚度的温度平均值）。设计温度是选择材料及确定材 料许用应力时的一个基本设计参数，按表中的I或II进行选取。
介质工作温度
T<-20℃ -20℃≤T≤15℃
Di Se
内径为基准
[pw]
2[]tSe
Do Se
外径为基准
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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-
pc
计算壁厚
Sd
pcDi
4[]t-
pc
C2
设计壁厚
3.2校核计算公式
t pc4DiS e Se[]t
已有设备强度校核
[pw]
4[]tSe
Di Se
使结构中的最大工作应力与材料的许用应力之间满足一
定的关系，即：
当
0
n
[]
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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：
1
pD 2S
2
m
pD 4S
3 0
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②根据弹性失效的设计准则，应用强度理论确定应力的强度 判据；
③对于封头，考虑到薄膜应力的变化和边缘应力的影响，按 壳体中的应力状况在公式中引进应力增强系数。
④根据应力强度判据，考虑腐蚀等实际因素导出具体的计算 公式。
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第一节 强度设计的基本知识
－焊缝系数；
C2－腐蚀裕量，mm； C1－钢板厚度负偏差，mm； C－壁厚附加量，mm，C = C1 + C2。
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二、设计参数的确定
1. 设计压力与计算压力
【声明】－压力均指表压 1.1最高工作压力pw 正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 1.2设计压力p 是指在相应设计温度下用以确定容器壳体厚度及其元件尺寸的 压力，亦即标注在铭牌上的容器设计压力，其值不得小于最高 工作压力。 1.3计算压力pc 在相应的设计温度下用以确定元件厚度的压力，包括液柱静压 力，当液柱静压力小于5％设计压力时可忽略不计。 【注意】一个设备只有一个设计压力，却可能有多个计算压力
【备注】压力容器都是采用塑性材料制造的，但是由于历史原 因我国压力容器设计采用第一强度理论。
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第二节 内压薄壁圆筒和球壳的强度设计
一、强度计算公式
1.圆筒强度计算公式的推导
1.1 钢板卷制筒体（内径Di为基准）
I 当
pD[]
2S
S
pD 2[ ]t
平均直径D换算为圆筒内径（D=Di+S），压力换为计算压力 pc，考虑焊接制造因素
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1.第一强度理论的强度条件
I 当
pD[]
2S
2.第三强度理论的强度条件
采用第一和第三强度理 论，薄壁容器的强度条 件形式上是一样的！
当 II I 1-3p 2SD -0p 2SD []
3.第四强度理论的强度条件
当 IV 1 2 [1 ( 2 ) 2 (2 3 ) 2 (3 1 ) 2 ]1 2 2 2 12 2 p .D [3 ]
Sc
pcDo
2[]t
pc
计算壁厚公式
Sd 2[pBiblioteka tcDo pc C2设计壁厚公式
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2.圆筒强度校核与许用压力确定 2.1已有设备强度校核
t pc2DiS e Se[]t t pc2DoS eSe[]t
2.2已有设备确定最大允许工作压力
内径为基准 外径为基准
[pw]
2[]tSe
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
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6
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。
1.2 无缝钢管作筒体（外径DO为基准）
第八章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
第一节 强度设计的基本知识 第二节 内压薄壁圆筒的强度设计 第三节 内压圆筒封头的设计
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1
强度设计的任务：根据给定的公称直径以及设计压力和温度， 确定合适的壁厚，设计出合理的结构，以保证设备安全可靠 地运行。
内压薄壁圆筒和封头的强度计算公式，推导过程：
15℃<T
设计温度
I 介质最低工作温度 介质最低工作温度
II 介质工作温度－（0～10℃） 介质工作温度－（5～10℃）
介质最高工作温度 介质工作温度＋（15～30℃）
确定最大允许工作压力
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4.公式符号意义
Pc－计算压力，MPa； Di－筒体内径，mm； Do－筒体外径，mm； Sc－筒体的计算壁厚，mm； Sd－筒体的设计壁厚，mm，Sd=Sc + C2； Sn－筒体的名义壁厚，mm。Sn=Sd+C1+Δ=Sc+C1+C2+Δ，Δ-圆整量 Se－筒体的有效壁厚，mm，Se=Sn-C； [σ]t－筒体材料在设计温度下的许用应力，MPa；
一、关于弹性失效的设计准则
1.弹性失效准则
容器上任一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服 点σs，容器即告失效（指容器失去正常的工作能力），也 就是说，容器的每一部分必须处于弹性变形范围内。保 证器壁内的相当应力必须小于材料由单向拉伸时测得的 屈服点，即σ当<σs。
2.强度安全条件
为保证结构安全可靠地工作，必须留有一定的安全裕度，
2020年9月28日
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类型
设计压力
内 无安全泄放装置
1.0～1.1 倍工作压力
压 容 装有安全阀 器 装有爆破片
不低于（等于或稍大于）安全阀开启压力（安 全阀开启压力取 1.05～1.1 倍工作压力） 取爆破片设计爆破压力＋制造范围上限
无夹套真空容器
有安全泄放装置
设 计 外 压 力 取 1.25 倍 最 大 内 外 压 力 差 或 0.1MPa 两者中的小值
真
无安全泄放装置 设计外压力取 0.1MPa
空 夹套内为内压的 容器（真空） 设计外压力按无夹套真空容器规定选取
容 带夹套真空容器 夹套（内压） 器 夹套内为真空的 容器（内压）
设计内压力按内压容器规定选取 设计内压力按内压容器规定选取
带夹套内压容器 夹套（真空） 设计外压力按无夹套真空容器规定选取
外压容器
设计外压力取不小于在正常工作情况下可能产 生的最大内外压力差
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2. 设计温度
设计温度是指容器正常工作情况下，设定的元件金属温度（元 件沿截面厚度的温度平均值）。设计温度是选择材料及确定材 料许用应力时的一个基本设计参数，按表中的I或II进行选取。
介质工作温度
T<-20℃ -20℃≤T≤15℃
Di Se
内径为基准
[pw]
2[]tSe
Do Se
外径为基准
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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-
pc
计算壁厚
Sd
pcDi
4[]t-
pc
C2
设计壁厚
3.2校核计算公式
t pc4DiS e Se[]t
已有设备强度校核
[pw]
4[]tSe
Di Se
使结构中的最大工作应力与材料的许用应力之间满足一
定的关系，即：
当
0
n
[]
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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：
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pD 2S
2
m
pD 4S
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