化工容器管件尺寸的设计计算

化工容器关键尺寸的计算

1.工艺尺寸的计算

工艺尺寸主要是指为了满足工艺的需要，容器应该具有的一些基本尺寸。如容器的长度、直径（内径）、封头的类型及其尺寸，接管的大小、人孔的大小等工艺需求的尺寸。

1.1容器的体积尺寸

一般在设计容器前，就已经知道该容器能够装下的物料的体积V 工艺。对于用于物料停留的中间储罐的容积，可按照下式计算：

=V G τ⨯工艺

τ——物料在容器中的停留时间，s （原料罐及成品罐的周转时间一般为20天，中间储罐或缓冲罐为20min ） （1） 球形容器的直径

i D η——充装系数，一般为0.85~0.95 （2） 上下均采用平板封头的圆柱形容器

假设长径比为β，经验数据采用2~4

i D

i h （3） 上下均采用标准形椭圆封头的圆柱形容器

假设容器长径比h/D=β，则h=βD i （此h 已包括了封头的直边高度），封头的长轴和筒体直径相同，封头的短轴为长轴的一半。

则整个容器的计算体积为：33=12C i V D ππβ+

i D

i h （4） 上下均采用半球形封头的圆柱形容器

假设容器长径比h/D=β，则h=βD i （此h 不包括封头的高度），封头的直径和筒体直径相同，封头的高度为筒体直径的一半。

则整个容器的计算体积为：323=12C i V D ππβ+

i D

i h

1.2接管大小的计算及位置的确定

（1）如果是有法兰连接的，一般需要100-150mm 以上的接管长度，以便与法兰上的螺栓安装连接；

（2）如果是螺纹连接，则其长度可以稍短；

（3）一般管内为液体的适宜流速应小于3m/s ，气体的适宜流速应小于100m/s 。 （4）安装位置的确定应根据物料进出的方便、设备安装的方便、物料最后排空的方便等诸多因素确定。如物料的进料管一般在容器的上方，出料管一般在容器的下方，最后的排空管应在容器的最底部。

1.3人孔大小及位置的确定

人孔应根据具体设备的需要设定，尽量选用标准件，应在服从设备强度要求的前提下，方便安装和人员进出。

2有关强度尺寸的计算 2.1内压容器

容器在各种因素如容器中物料产生的静压、物料表面的气压（指存储液体的容器）、物料气体的压力、温差引起的应力等混合作用下，在不同的方向，产生不同的应力，对于内压薄壁容器的回转壳体一般产生3个主要应力，通常第一主应力为周向应力（σθ），第二主应力为径向应力σϕ，第三个主应力是周向应力σZ ，由于σZ 与σθ和σϕ相比可忽略不计，按σZ ≈0计。

2.1.1第一强度理论

1=[]σσ

【σ】——容器壁中三个主应力中最大的一个主应力，是材料的抗拉、抗屈服、抗蠕变极限规定许用应力中最小的一种

当筒体的环向焊缝系数与纵向焊缝系数之比小于0.5时，径向应力成为主要控制应力，此时ϕ取环向焊缝系数。 2.1.2圆筒壁厚的确定

=

2[]i

t

pD t p

σϕ-（计算厚度） 式中：

D i ——容器内直径，mm

[σ]t ——设计温度下材料许用应力，Mpa p ——设计内压力，Mpa

ϕ——焊缝系数（实际圆筒由钢板卷焊而成，焊缝区金属强度一般低于母材） （1） 考虑容器内部介质或周围大气腐蚀

增加一腐蚀裕度C 2

2=

2[]i

d t

pD t C p

σϕ+-（设计厚度） C 2由介质的腐蚀性和容器的使用寿命确定：对于碳素钢和合金钢，腐蚀裕量一般大于1mm ；对于不锈钢，当介质的腐蚀性极小时，腐蚀裕量可取0 （2） 名义厚度（t n ）——图样上标明的厚度

由于供货钢板有可能出现负偏差，实际采用钢材标准规格的厚度是圆整值。

1n d t t C ≥+

C 1——钢板厚度负偏差（厚度超过60mm 的钢板其负偏差取1.5mm ） 2.1.3封头壁厚的确定

封头是容器中除筒体之外的另一个重要组件，封头的厚度设计和筒体相仿。 （1） 球形封头

4[]i

t pD t p

σϕ=-

（2） 标准椭圆形封头

2[]0.5i

t pD t p

σϕ=

-

（3） 球冠形封头

2[]i

t QpD t p

σϕ=-（Q ——和球冠结构和受压有关的系数，其值远大于1）

（4） 蝶形封头

2[]i

t

M pD t p ασϕ=-（其中，1(34

M =，α通常为0.9）

（5） 不带折边锥形封头

1

cos 2[]i

t

pD t p

α

σϕ=⨯-（α——锥形封头的半锥角）

（6） 带折边锥形封头

02[]i

t f pD t p

σϕ=

-（其中，012

(1cos )cos i

D r

f αα

--=

）

2.2外压容器

外压容器的厚度计算取决于容器失稳。容器应有足够的厚度保证其不会失稳。

[]e

Bt P D =

（许用外压，Mpa ）

其中：

t e ——外压容器筒体的有效厚度，mm

D 0——外压容器筒体的有效外直径，D 0=D i +2t e ，mm

B ——和容器结构形状系数或容器几何系数A 及材料弹性模量E 有关的数，Mpa （23EA B =）