压力容器厚度计算
压力容器材料厚度计算及设计
｛ ＿ 耐瀣 簿鼗 ｔ 钢牲 魄缩 箍
蒜ｓ 铡 槭 ｔ麟 穗 稚 精
那 么 应 该 将 补 强 金 属 对 厚 度 的 要 求 以 产 生影 响的原 因进行 分 析 。 及 计算 厚 度相加 进行 整体 补强操 作。 ２ 设计 的厚 度 另 外 ， 如 果 等 过 等 面 积 补 强 法 进 行 操 行计算 ：
若 计 算方 式 持续 以反 腐迭 代 的方 式进 行 ，则 有 着 较大 的 损 失 。如 果 是从 开 孔 补 强 、 外 压 容器 、卧式 容 器 等方 面 出发 ，则 通 过有 效 厚 度做 好 强 度 核算 的工 作 。 因此 ，一 旦 将 计算 厚 度 注 明在设 计 图
工业技术
Ｃ — ｈ ｉ ｎ ａ Ｎ — ｅ Ｗ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｅ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｍ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ 口匪 墨圈 ● ■ 盈 瞩 酗 ■ 啊 啊 ＿ ■ ■
压力容器材料厚 度计算及设 计
黄 洁 涛
（ 广 东长征机械 有限公 司，广 东 中山 ５ ２ ８ ４ ５ ５）
ｎ 职 义嘟店
ｌ Ｂ— ｄ ｝ 一 ２ ｛ 一 ｃ Ｘ １ 一 ｌ
期 要 求 、刚度 、强度 等最 小 厚 度 的要 求理 解 成 设计 的厚
公 式 中 ：Ａ１ 属 于 多 余 的 面 积 ， 其 度 ，主要 是指 制 造 容 器在 出 主 要 是 壳 体 有 效 厚 度 将 计 算 厚 度 相 减 厂 之 前 ，实 际测 量 的厚 度 在 后 获 得 的 数 值 ，ｍ ｍ ；８ １主 要 是 根 据 超 过设 计 厚 度 的前 提 下 ，与 Ｇ Ｂ １ ５ ０ — ２ ０ １ １ 内的规 定进 行 计算 后： 获得 的 安 全使 用 容器 的需 求互 相 满 厚 度 ，ｍ ｍ； ８ ２主要 是 根 据 相 关 文 件规 足 。通 常 情况 下 ，腐 蚀 裕 量 定 进行 厚度 的计算 ，ｍ ｍ。 的介 质均 是通 过 容 器 寿命 以 公 式 内其他 符号 与 Ｇ Ｂ Ｉ ５ ０ — ２ ０ １ １《 压 及 腐蚀 速 率之 间乘 积得 到 的
压力容器壁厚计算
标准椭圆形封头
壁厚公式 S=PDi/(2*[σ t]*Φ -0.5P)+C 符号意义 [σ ]许用应 P压力(kg/cm2) D直径(mm) 及单位 力(kgf/cm2) 壁厚计算 10 2000 1370 最大允许工 [P]=(2[σ t]φ (S-C))/((Di+0.5(S-C)) 作压力 符号意义 [σ ]许用应 D直径(mm) Φ 焊缝系数 及单位 力(kgf/cm2)
标准椭圆形封头 压力校核 应力校核公 符号意义 及单位 应力校核
2000 1370 0.85 σ t=(P(Di+0.5(S-C))/(2(S-C)φ )； 必须满足σ t≦[ P压力(kg/cm2) 10 D直径(mm) 2000 Φ 焊缝系数 0.85
N=60f/p 极数 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 960 960 960 960 960 960 960
Φ 焊缝系数 0.85
C壁厚附加量 (mm) 1
S壁厚(mm) 5.30292599
C壁厚附加量 S壁厚(mm) (mm) 1 10 C)φ )； 必须满足σ t≦[σ t] C壁厚附加量 (mm) 1 S壁厚(mm) 10
P压力 (kg/cm2) 20.86709806 σ t最大允许 应力 (kgf/cm2) 656.5359477
Φ 焊缝系数 0.85
C壁厚附加量 S壁厚(mm) (mm) 1 9.605851979
C壁厚附加量 (mm)
S壁厚(mm)
P压力 (kg/cm2)
1 10 S-C)φ )； 必须满足σ t≦[σ t] C壁厚附加量 (mm) 1 S壁厚(mm) 10
10.45697181 σ t最大允许 应力 (kgf/cm2) 1310.130719
任务四 压力容器的强度计算及校核
项目一压力容器任务四压力容器的强度计算及校核容器按厚度可以分为薄壁容器和厚壁容器，通常根据容器外径Do与内径Di 的比值K来判断，K＞1.2为厚壁容器，K≤1.2为薄壁容器。
工程实际中的压力容器大多为薄壁容器。
为判断薄壁容器能否安全工作，需对压力容器各部分进行应力计算与强度校核。
一、圆筒体和球形壳体1.壁厚计算公式圆筒体计算壁厚：圆筒体设计壁厚：球形容器计算壁厚：球形容器设计壁厚：式中δ——圆筒计算厚度，mmδd——圆筒设计厚度，mmpc——计算压力，MPa。
pc=p+p液，当液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略Di——圆筒的内直径，mm[σ]T——设计温度T下，圆筒体材料的许用应力，MPa（可查表）φ——焊接接头系数，φ≤1.0C2——腐蚀裕量，mm2.壁厚校核计算式在工程实际中有不少的情况需要进行校核性计算，如旧容器的重新启用、正在使用的容器改变操作条件等。
这时容器的材料及壁厚都是已知的，可由下式求设计温度下圆筒的最大允许工作压力[pw]。
式中δe——圆筒的有效厚度，mm设计温度下圆筒的计算应力σT：σT值应小于或等于[σ]Tφ。
设计温度下球壳的最大允许工作压力[pw]：设计温度下球壳计算应力σT：σT值应小于或等于[σ]Tφ。
二、封头的强度计算1.封头结构封头是压力容器的重要组成部分，常用的有半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、锥形封头和平封头（即平盖），如图1-4所示。
工程上应用较多的是椭圆形封头、半球形封头和碟形封头，最常用的是标准椭圆形封头。
以下只介绍椭圆形封头的计算，其他形式封头的计算可查阅GB150—2011。
图1-4 封头的结构型式2.椭圆形封头计算椭圆形封头由半个椭球面和高为h的直边部分所组成，如图1-5所示。
直边h的大小根据封头直径和厚度不同有25mm、40mm、50mm三种，直边h的取值可查表1-7。
表1-7 椭圆形封头材料、厚度和直边高度的对应关系单位：mm图1-5 椭圆形封头椭圆形封头的长、短轴之比不同，封头的形状也不同，当其长短轴之比等于2时，称为标准椭圆形封头。
压力容器钢板厚度计算例题
=1.6+1.6=3.2mm（300）
=1.6+2.13=3.73mm（400）
=1.6+3.2=4.8mm（600）
根据《容规》的规定。制造压力容器的钢板厚度不得小于6mm。因此设计厚度取6mm钢板。
还需要进行各种校核。
设计压力P=1.2MPa，
设计温度t=50℃。
介质为压缩空气。
确定参数：腐蚀裕量=Hale Waihona Puke mm钢板负偏差=0.6mm。
设计温度下的钢板许用应力【σ】t=133MPa。
焊缝系数Φ=0.85
则计算厚度δ=（PDi）/（2【σ】tΦ-P）
=（1.2*300）/（2*133*0.85-1.2）=1.60mm。（300）
=（1.2*400）/（2*133*0.85-1.2）=2.13mm（400）
=（1.2*600）/（2*133*0.85-1.2）=3.20mm（600）
以上计算的结果，可以看做是验证了4mm钢板在300、400、600mm的厚度，可以承受1.2MPa的压力。
如果是制造容器的单位进行设计，还要进行以下计算：
压力容器的计算,管体高=1450mm D=300mm,400mm,600mm 用4MM钢板能否承受1.2MPa的压力,是怎样计算的?在线等
最佳答案
依据GB150-1998<钢制压力容器》设计要求。以上题目缺少两个条件：介质和温度。假设介质为压缩空气，温度为常温。计算如下：
已知：公称直径Di=300mm、400mm、600mm。
压力容器计算
补强区焊缝截面积 焊缝底边长度 A3 焊缝高度
需 要 补 强 的 面 积 A A4 = A - ( A1 判 断 + A2 + A3)= -610.54 m m
2
A4 > 0 开孔处需要补强 A4 ≤ 0 开孔处无需补强 加 强 管 补 强 ( A1 + A2 + A3)≥A
重取接管管壁厚度δ t, 重复以上计算 ,直至
设计温度 [ σ ]t 钢板厚度负偏差 腐蚀裕量 C1 C2
焊接接头系数 φ
壳体最小厚度δ min （不包括腐蚀裕量) 计算壁厚
碳钢 不锈钢 δ =
低合金钢
≥3m m ≥2m m 取较大值
PcDi 2［σ ］tφ -Pc
1.06
mm
壁厚附加量
C
C1 + C2
3.8
4.86
mm
mm
δ 'n = δ + C = _ 取 δ n = 6
北京第一通用机械厂
σ
T
≤0.9σ sφ
可行
强度削弱系数
fr = [σ ]tT
［σ ］ =
t
1.150 =
取fr =
1.000
因开孔削弱所需补强面积 A = dδ + 2δ (δ nt - CT )(1 - fr )
237.39 m m2
强度削弱系数
fr =
[σ ] t T
［σ ］ =
t
1.1504 =
t T T
A2
A3
d
C
Ä ¦
mm mm mm mm mm MPa
6 0.9 1 130 1
Y
X
管 设计温度下许用应力 [σ ] 接管焊接接头系数 φ
压力容器厚度计算
目前，我国压力容器设计依据GB150-98《钢制压力容器》，是国内普遍遵循的原则。
一般情况下，板厚增加，元件强度会提高，但有时板厚增加强度反而降低。
如何按照该标准进行厚度的恰当选取，更好地满足强度需求，对压力容器设计具有重要意义。
GB150-98规定，计算厚度是指按各章公式计算得到的厚度；设计厚度是指计算厚度与腐蚀裕量之和；名义厚度指设计厚度加上钢板厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格厚度，即标注在图样上的厚度；有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差。
我们这里讨论的厚度是名义厚度。
从定义中可以看出，名义厚度不包括加工减薄量，元件的加工减薄量由制造单位根据各自的加工工艺和加工能力自行选取，只要保证产品的实际厚度不小于名义厚度减去钢材厚度负偏差就可以。
这样可以使制造单位根据自身条件调节加工减薄量，从而更能主动地保证产品强度所要求的厚度，更切合实际地符合制造要求。
按照GB150-98等国家标准的原则，制造工艺人员要根据图样厚度考虑加工减薄量而增加制造元件的毛坯厚度。
在我国材料标准中，钢板厚度范围变化，钢板的σb、σs也有变化，一般是板厚增加，σb、σs有所降低。
我国压力容器用钢板许用应力随板厚厚度范围增厚而有所降低，因而可能出现虽然有时板厚增加，强度反而降低的现象，尤其是封头，这种现象更明显。
2 实例为了证明上述现象存在，举例如下：首先我们给出常用钢板在不同状态下的强度指标，如下表所示：常用钢板在不同状态下的强度指标表2.1 例1某台储气罐，其封头为标准椭圆形，材质15MnVR，设计内径Di=2000mm，腐蚀裕度C2=1mm，焊缝系数φ=1，设计压力P=2.6MPa，设计温度t=20℃，标准椭圆封头形状系数K=1，侧十图样上封头名义厚度δn=16mm.制造厂选用18mm厚度钢板压制封头，该制造厂压制封头时最大成型减薄量为δx10%，即18x10%=1.8(包含钢板厚度负偏差在内)。
(1)选用18mm厚度钢板压制封头，满足GB150-98设计要求。
GB150-压力容器
设计压力 P= Mpa
5.00设计温度 t= ºC
50内径D i= mm
200材料
304S 试验温度许用应力[σ]
122.00设计温度许用应力 [σ]t
119.00焊接接头系数ф＝
1.00计算厚度 δ= mm
4.29钢板负偏差C1＝ mm
0.8腐蚀裕量C2＝ mm
0名义厚度δ n ＝ mm
5.09不锈钢最小厚度δmin 2实取名义厚度δ n mm
12有效厚度δ e ＝ mm
11.20结论：
筒体实际长度 mm 400
重量 kg
25.10压力试验类型液压试验试验压力值PT
6.41试验温度下的屈服点 σs
177.00压力试验允许通过的应力水平[σ]st 159.30
试验压力下圆筒的应力σs t 60.41
校核条件
σT<[σ]T 校核结果
合格最大允许工作压力[P W ]
12.62设计温度下的计算应力σt 47.14
ф[σt]119.00
校核条件ф[σt]>σt
结论合格压 力 试 验 时 应 力 校 核
设 计 温 度 下 应 力 校 核满足最小厚度要求内压 圆筒计算
中国轻工业武汉设计工程有限责任公司计算过程
筒体简图。
压力容器、常压容器钢板壁厚计算选择和标准公式
压力容器、常压容器钢板壁厚计算选择和标准公式容器标准：《GB 150-2011 压力容器》《NB/T 47003.1-2009 钢制焊接常压容器》钢材标准：《GB 713-2008 锅炉和压力容器用钢板》－－GB 150碳素钢和低合金钢的钢板标准牌号Q245R、Q345R、Q370R、18MnMoNbR、13MnNiMoR、15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr1MoVR 《GB/T 3274-2007 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》－－GB150 Q235B钢板标准《GB 24511-2009 承压设备用不锈钢钢板及钢带》－－GB150高合金钢的钢板标准《GB/T 4237-2007 不锈钢热轧钢板和钢带》－－NB/T 47003高合金钢板标准，化学成分、力学性能《GB/T 3280-2007 不锈钢冷轧钢板和钢带》《GB/T 20878-2007 不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》《GB/T 699-1999 优质碳素结构钢》牌号08F、10F、15F、08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、15Mn、20Mn、25Mn、30Mn、35Mn、40Mn、45Mn、50Mn、60Mn、65Mn、70Mn《GB/T 700-2006 碳素结构钢》－－牌号Q195、Q215、Q235、Q275《GB/T 709-2006 热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量级允许偏差》不锈钢牌号对照表《GB 150-2011 压力容器》俗称GB 24511-2009承压设备用不锈钢钢板及钢带GB/T 4237-1992不锈钢热轧钢板和钢带ASME(2007)SA240 统一数字代号新牌号旧牌号型号S304 S30408 06Cr19Ni10 0Cr18Ni9 304 S316 S31608 06Cr17Ni12Mo2 0Cr17Ni12Mo2 316 S316L S31603 022Cr17Ni12Mo2 00Cr17Ni14Mo2 316L S321 S32168 06Cr18Ni11Ti 0Cr18Ni10Ti 321圆筒直径：钢板卷焊的筒体，规定内径为公称直径。
压力容器筒体厚度计算
80800D0201 70-401/C1
内压圆筒
第 1 页共 1 页 10-3 简 图
执行标准：GB150-1998
设计条件 计算压力pc 设计温度 圆筒内直径Di 材料
试验温度下屈服限σ s（σ
0.2)
2.500 160.00 108.00 不锈钢 305.00
0.2)= 0.2)=
MPa MPa 0.32 1.210 204.79 mm MPa MPa
pT=
试验压力下的应力校核
计算结果
V1.0
圆筒内直径Di
108.00
mm 圆筒名义厚度δ n
1
mm
MPa ° C mm
MPa MPa MPa mm mm mm
试验温度下许用应力[σ ] 120.00 设计温度下许用应力[σ ]t 110 钢板厚度负偏差C1 腐蚀裕量C2 厚度附加量C=C1+C2 焊接接头系数φ 0.18 0.50 0.68 0.85
圆筒厚度计算
圆筒计算厚度δ 碳素钢、低合金钢 高合金钢 圆筒名义厚度δ n δ n=δ +C= δ n=δ min+C2= 1.46 mm
圆筒最小厚度δ min
δ min≥3 δ min≥2
2.14
mm 取δ min=
mm
1
mm
mm 取大者圆整值δ n= mm
1.00 mmΒιβλιοθήκη 1.50压力试验时的应力校核
压力试验类型 试验压力下圆筒的许用应力[σ ]T 圆筒有效厚度δ e 试验压力pT
试验压力下圆筒的应力σ
T
液压试验 液压试验 气压试验 δ e=δ n-C= [σ ]T=0.9φ σ s(σ [σ ]T=0.8φ σ s(σ
压力容器-壁厚计算公式
Pc Diσφδδcδn Cδe0.97001130.853.294979 4.3949798 1.35 6.65以上是筒体计算壁厚参数：Pc：计算压力MPa，取设计压力Di：圆筒内径mmσ：设计温度下圆筒材料的许用应力φ：焊接接头系数C：厚度附加量C=C1+C2，C1为钢材厚度负偏差，C2为腐蚀裕量δ：圆筒计算厚度；δc：圆筒设计厚度；δn：圆筒名义厚度；δe：圆筒有效厚度；Pc Diσφδδcδn Cδe0.97001130.853.287242 4.3872428 1.9 6.1以上是封头计算壁厚参数：Pc：计算压力MPa，取设计压力Di：封头内径mmσ：设计温度下封头材料的许用应力φ：焊接接头系数C：厚度附加量C=C1+C2，C1为钢材厚度负偏差，C2为腐蚀裕量δ：封头计算厚度；δc：封头设计厚度；δn：封头名义厚度；δe：封头有效厚度；Pc Diσφδδcδn Cδe0.98113010.281359 1.3813594 1.45 2.55以上是接管补强计算Pc：计算压力MPa，取设计压力Di：接管内径mmσ：设计温度下接管材料的许用应力φ：焊接接头系数C：厚度附加量C=C1+C2，C1为钢材厚度负偏差，C2为腐蚀裕量δ：接管计算厚度；δc：接管设计厚度；δn：接管名义厚度；δe：接管有效厚度；d：开孔直径，圆形孔取接管内直径加两倍厚度附加量，椭圆形或长圆形孔取所考虑平面上的尺寸(弦长，A：开孔消弱所需要的补强截面积A1：壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A2：接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A3：焊缝金属截面积Pσσt P T1P T2P T3P T41113113 1.25 1.15 1.25 1.15以上是内压容器(外压容器和真空容器)的试验压力，其参数：P：设计压力Mpaσ：容器元件材料在试验温度下的许用应力MPaσt：容器元件材料在设计温度下的许用应力MPaP T1：内压容器的液压试验压力MPaP T2：内压容器的气压试验压力MPaP T3：外压容器和真空容器的液压试验压力MPaP T4：外压容器和真空容器的气压试验压力Mpa压力容器气密性试验压力为压力容器的设计压力钢号在下列温度下的许用应力MpaQ235-B≤150℃200℃250℃11310594 20R钢板≤100℃150℃200℃250℃133132123110 16MnR≤200℃250℃钢板170156 20钢管≤150℃200℃250℃130123110 20G钢管≤100℃150℃200℃250℃137132123110d A A1A2A3A083.9276.4487281.486383.12025-88.1578虑平面上的尺寸(弦长，包括厚度附加量)。
压力容器的壁厚计算公式
压力容器的壁厚计算公式压力容器壁厚计算公式是根据压力容器的设计标准和材料力学性能来确定的。
以下是一般情况下的壁厚计算公式。
1.理想气体公式在理想气体模型中，压力容器壁厚可以通过理想气体状态方程来计算。
理想气体状态方程如下：pV=nRT其中，p是压力，V是容器体积，n是物质的摩尔数，R是气体常数，T是绝对温度。
壁厚计算公式如下：t=(p*r)/(2S)其中，t是壁厚，p是设计压力，r是容器半径，S是容器材质的允许应力。
2.ASME标准公式按照ASME（美国机械工程师学会）的标准，压力容器壁厚计算公式如下：t=(PD)/(2SE-0.2P)其中，t是壁厚，P是设计压力，D是容器的直径，S是容器材料的允许应力。
3.API标准公式按照API（美国石油学会）的标准，压力容器壁厚计算公式如下：t=(P*D)/(2*F*E)其中，t是壁厚，P是设计压力，D是容器的直径，F是安全系数，E 是容器材料的抗拉强度。
4.GB标准公式按照GB（中国国家标准）的标准，压力容器壁厚计算公式如下：t=(P*D)/(2*σ-0.1P)其中，t是壁厚，P是设计压力，D是容器的直径，σ是容器材料的允许应力。
需要注意的是，这些公式只适用于一般情况，而对于一些特殊情况，如高温、低温、腐蚀等因素可能需要进行修正或采用其他的计算方法。
此外，在实际工程中，壁厚计算还需考虑多种因素，如材料的选择、焊缝强度计算、防爆设计等。
压力容器壁厚计算是一个复杂的问题，设计师应根据国家、行业及企业的相关标准与规范进行计算，并结合实际情况进行修正。
对于安全性较高的压力容器设计，还应进行压力容器强度计算和模拟分析，确保容器在设计工作条件下的可靠性和安全性。
压力容器壁厚计算公式
压力容器壁厚计算公式压力容器是一种重要的工业设备，常用于储存和输送浓缩气体、液体和固体粉末等物质。
为了保证压力容器的安全使用，压力容器壁厚的计算是非常重要的。
圆筒形压力容器的壁厚计算公式：圆筒形压力容器是最常见的压力容器类型，其壁厚计算公式如下：t=(P×r)/(S×E-0.6P)或t=(PD)/(2×S×E-0.2P)其中，t为壁厚，P为设计压力，r为容器内径，S为允许应力，E为焊缝系数。
球形压力容器的壁厚计算公式：球形压力容器常用于储存高压气体，其壁厚计算公式如下：t=(P×r)/(2S×E-0.2P)椭圆形压力容器的壁厚计算公式：椭圆形压力容器常用于输送流体，其壁厚计算公式如下：t=(P×D)/(2S×E-0.4P)环形压力容器的壁厚计算公式：环形压力容器也称环形管道，常用于输送液体和气体，其壁厚计算公式如下：t=(P×(D-d))/(4S×E)其中，D为外径，d为内径。
常见材料的允许应力和焊缝系数如下：-碳钢：允许应力为120MPa，焊缝系数为1.0；-不锈钢：允许应力为150MPa，焊缝系数为1.0；-铝合金：允许应力为50MPa，焊缝系数为1.0。
需要注意的是，在进行压力容器壁厚计算时，还需要考虑到使用条件、工作温度和材料的强度等因素。
此外，还应遵守相关的国家和行业标准，确保压力容器的安全使用。
以上是常见压力容器壁厚计算的公式和一些注意事项。
不同的设计要求和使用条件可能会有所不同，因此在具体计算壁厚时，应遵循相应的规范和标准，以确保压力容器的安全可靠。
压力容器材料厚度计算
■ - 卜—设计压力（design pressure（1）相关的基本概念（除了特殊注明的，压力均指表压力）工作压力P w :在正常的工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。
①由于最大工作压力是容器顶部的压力，所以对于塔类直立容器，直立进行水压 试验的压力和卧置时不同；② 工作压力是根据工艺条件决定的，容器顶部的压力和底部可能不同，许多塔器顶 部的压力并不是其实际最高工作压力（ the maximum allowable working pressure ）。
③ 标准中的最大工作压力，最高工作压力和工作压力概念相同。
设计压力指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条 件，其值不低于工作压力。
①对最大工作压力小于 0.1Mpa 的内压容器，设计压力取为 0.1Mpa ；②当容器上装有超压泄放装置时，应按 超压泄放装置”的计算方法规定。
③对于盛装液化气体的装置，在规定的充满系数范围内，设计压力由工作条件下，可能达到的最高金属温度确定。
（详细内容，参考 GB150-1998，附录B （标准的附 录），超压泄放装置。
）计算压力P C 是GB150-1998新增加的内容，是指在相应设计温度下， 用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力，当静压力值小于 5%的设计压力时，可略去静压力。
① 注意与GB150-1989对设计压力规定的区别；《钢制压力容器》规定设计压力是指在相应设计温度下，用以确定容器壳壁计算 厚度的压力，亦是标注在铭牌上的设计压力，取略高或等于最高工作压力。
当容器受 静压力值大于5%设计压力时，应取设计压力与液柱静压力之和进行元件的厚度计算。
使许多设计人员误将设计压力和液柱静压力之和作为容器的设计压力。
② 一台设备的设计压力只有一个，但受压元件的计算压力在不同部位可能有所变化。
③ 计算压力在压力容器总图的技术特性中不出现，只在计算书中出现。
设计温度（Design temperature 设计温度是指容器在正常工作情况下， 在相应的设计压力下，设定的受压元件的金属温 主要用于确定受压元件的材料选用、 强度计算中材料的力学性能和许用应力，以及热应 力计算时设计到的材料物理性能参数。
GB150-2011压力容器计算示例
一、已知条件设计压力p Mpa 2计算压力pc Mpa 2设计温度t ℃-196
圆筒材料
S30408（板材）
材料设计温度下许用应力[σ]t Mpa 167材料试验温度下屈服强度Rel Mpa 250材料试验温度下许用应力[σ]Mpa 167内径Di
mm 1800材料厚度负偏差C1mm 0.3腐蚀裕量C2mm
0焊接接头系数φ1
二、参数计算计算厚度δmm 10.84
设计厚度δs mm δs=δ+C210.84名义厚度δn mm δn=δs+C111.1412
有效厚度δe
mm
δe=δn-C1-C2
11.7
设计温度下最大允许工作压力[pw]Mpa 2.157
三、试验压力及应力校核气压试验压力PT Mpa 2.31
可自己输
入气压试验下应力σT Mpa 178.8
校核应力Mpa
0.8 Relφ200应力校核结果
σT≤0.8 Relφ
合格
液压试验压力PT Mpa 2.5
液压压试验下应力σT Mpa 193.6
校核应力Mpa
0.9 Relφ225应力校核结果
σT≤0.9 Relφ
合格
c
t i
c p D p -=
φσδ][2e
i t e w D P δφ
σδ+=][2][t
T p p ][][)1.0(1.1σσ+=e
e i T T D p δδσ2)
(+=t
T p p ][]
[25.1σσ=e
e i T T D p δδσ2)(+=。
压力容器厚度计算
厚计算（以内径为准）
厚度 负偏 差 0.3 Pw （ 最 大 有效 计算 δ t圆筒的计 允 厚度 应力 算应力 许 δ e 校核 工 作 压 力
设计厚度
封头 减薄 率
封头最 小厚度
封头最小 厚度是否 大于设计 厚度
否 14.2 159.8132394 good 2 13.75687276 0.13 13.62 且计算得到的封头最小厚度不得小于设计厚度，设计厚度=计算厚度-腐蚀裕量 封头厚度计算（以内径为准） 名义厚度
厚度 负偏 差 0.3
圆筒厚度计算（以外径为准）
Pc（计算压 力） 1.88 是（1）否 （0）适用 1 φ （焊 δ t（设计温度下 Do（圆筒外直 腐蚀裕 接接头 材料许用应力） 径） 量 系数） 185 1 2400 2 C（厚 δ （圆筒计算厚 度附加 未圆整厚度 度） 量） 12.13294611 2.3 14.43294611
圆筒筒体厚度计算（以内径
Pc（计算压 力） 1.88 φ （焊 [δ t]（设计温度 Di（圆筒内直 腐蚀裕 接接头 下材料许用应力） 径） 量 系数） 185 1 2400 1.5
是（1）否 （0）适用
δ （圆筒计算厚 度）
C（厚 度附加 量）
未圆整厚度
δ n名 义厚度 （圆 整）
1 12.25687276 1.8 14.05687276 16 备注：封头最小厚度=名义厚度*（1-减薄率）-钢板负偏差，并且计算得到的封头最小 圆筒椭圆封头厚度计算（以内径 内曲面深度hi 椭圆封头形状系数K计算厚度 未圆整厚度 名义厚度
压力容器罐体厚度计算书
大圆弧B点
90.7
大小圆弧C点
-139
A点焊接接头组合应力
MPa
壳体应力校核结论
应力类别
各类应力计算值MPa
应力许用值
薄膜应力
小圆弧区A点
12.6
125
MPa
大圆弧区B点
9.09
125
大小圆弧区C点
10.5
125
壳体最大组合应力
128.2
146.9
外加强件最大组合应力
-685
170.7
A点焊接接头组合应力
9.09
大小圆弧区
C点
10.5
内壁
弯曲应力
小圆弧区A点
116
MPa
大圆弧区B点
-98.6
大小圆弧区C点
24.8
内壁
组合应力
小圆弧区A点
128
MPa
大圆弧区B点
-89.5
大小圆弧区C点
35.2
外壁
弯曲应力
小圆弧区A点
-698
MPa
大圆弧区B点
81.7
大小圆弧区
C点
-149
外壁
组合应力
小圆弧A点
-685
焊接头系数1
1.00
大
圆弧区
孔径d2
mm
孔中心距Lh1
加强件
材料钢号
16Mn
型式
扁钢
间距Ls
260
mm
规格
-50x4
侧板厚度及中间参数计算
壳体材料
屈服限
常温
235.0
MPa
外加强件
常温
275.0
MPa
设温
235.0
压力容器壁厚成本计算
椭圆型封头
压力容器壁厚计算公式：
圆桶壁厚:封头壁厚S':
S
计算壁厚,mm P
计算压力,MPa D
内径，mm σ设计温度下材料的许用应力,MPa（150℃以下Q235钢取113)φ焊接接头系数(一般取0.8)
K 封头形状系数（标准椭圆形封头K=1）
条件：
P 0.60MPa
D 800.00mm 钢板厚度规格4,5,6,8,10,12,14 mm σ113.00MPa
ρ7850.00kg/m3
φ0.80
K 1.00
计算结果：
圆桶壁厚S 2.66mm
封头壁厚S' 2.6592798mm
设计圆桶壁厚：20mm
设计封头壁厚：20mm
桶体高度：1800mm
圆桶的内表面积： 4.5216m2
圆桶的体积：0.90432m3
圆桶的质量：709.891kg
封头的内表面积：0.785m2
封头的质量：123.245kg
容器共有2个椭圆形封头
容器的内表面积： 6.0916m2
容器的总重：956.381kg
常规压力容器，CS每吨制造价：10000
SUS304每吨制造价：60000
内衬天然橡胶3mm，单价每平米：160
内衬天然橡胶5mm，单价每平米：250
EPOXY 防腐，单价每平米：85
FRP 防腐，单价每平米：150
容器的制造价：9563.812
衬胶费用：1522.9
总价：11086.712
X 1.2=13304.0544P PD s -=σφ2P
KPD
s 5.02'-=σφ。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
作者:云天宇2012年5月
摘要：讨论压力容器设计时材料与壁厚的选取进行讨论，以及厚度的变化对强度的影响。
关键词：压力容器；设计；选材；厚度；强度；标准
压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，为了与一般容器(常压容器)相区别，只有同时满足下列三个条件的容器，才称之为压力容器：（1）工作压力（注1）大于或者等于(工作压力是指压力容器在正常工作情况下，其顶部可能达到的最高压力（表压力）); （不含液体静压力）（2）内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于。
且容积（V）大于等于立方米，工作压力与容积的乘积大于或者等于(容积，是指压力容器的几何容积）; （3）盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。
压力容器中的介质种类繁多，来源广泛，这些介质中具有易燃、易爆、有腐蚀的特性。
因此压力容器选材根据介质特性的不同而不同。
压力容器钢板有碳素钢板、低合金钢钢板、高合金钢钢板、不锈钢与碳素钢等多种材料，且每种钢板都有它的使用范围。
选取时应考虑多方面因素。
使设计的压力容器安全又经济合理。
GB150-2011计算厚度是指按各章公式计算得到的厚度；设计厚度是指计算厚度与腐蚀裕量之和；名义厚度指设计厚度加上钢板厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格厚度，即标注在图样上的厚度；有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差。
成型后最小厚度，一般指封头压形后会减薄，不同的制造工艺减薄量不同，所以封头都有成型后最小厚度。
我们这里主要讨论名义厚度与最小厚度之间关系和选用。
GB150-2011规定等国家标准的原则，制造工艺人员要根据图样厚度考虑加工减薄量而增加制造元件的毛坯厚度。
在我国材料标准中，钢板厚度范围变化，
钢板的σb 、σs 也有变化，一般是板厚增加，σb 、σs 有所降低。
我国压力容器用钢板许用应力随板厚厚度范围增厚而有所降低，因而可能出现虽然有时板厚增加，强度反而降低的现象，尤其是封头，这种现象更明显。
2 实例 为了证明上述现象存在，举例如下：首先我们给出常用钢板在不同状态下的强度指标，如下表所示：
常用钢板在不同状态下的强度指标表
例1
某台储气罐，其封头为标准椭圆形，材质15MnVR ，设计内径Di=2000mm ，腐蚀裕度C2=1mm ，焊缝系数φ=1，设计压力P=，设计温度t=20℃，标准椭圆封头形状系数K=1，设计图样上封头名义厚度δn=16mm.制造厂选用18mm 厚度钢板压制封头，该制造厂压制封头时最大成型减薄量为δx10%，即18x10%=(包含钢板厚度负偏差在内)。
(1)选用18mm 厚度钢板压制封头， 15MnVR 钢板厚度负偏差
C1=0.25mm ，封头成型后最小厚度δmin==16.2mm ，名义厚度一钢板厚度负偏差==15.75mm ，即满足标准要求。
(2)16mm 图样厚度满足设计强度要求。
对图样封头厚度16mm 进行强度校核:[σ]t=177MPa ，
根据壁厚计算厚度公式δ=KP C Di/(2[σ]t φ—
P C :设计压力,单位:MPa ；Di ：筒体内径：㎜；[σ]t ：在设计温度下的许用应
力；φ为焊接接头系数。
K 为椭圆封头形状系数 δmm 74.146
.25.0-1177220006.2=⨯⨯⨯⨯= 考虑腐蚀裕量C2=1mm ，封头设计厚度δd =δ+C2=+1=15.74mm ，再考虑钢板厚度负偏差C1=0.25mm ，δd+C1=+=15.99mm ，现图样厚度B.=16mm>，即满足设计强度要求。
(3)板厚增加，强度反而不符合要求。
查18mm 厚度的15MnVR 封头材料的许用应力[δ]t=170MPa ，此时，封头计算厚度： δ5mm 3.156
.25.0-1170220006.2=⨯⨯⨯⨯= 考虑腐蚀裕度C2=1mm ，则封头设计厚度δd=+1=16.35mm ，现封头成型后最小厚度(包含钢板厚度负偏差在内)为：=16.2mm<封头设计厚度16.35mm ，即不满足设计强度要求。
例2
某低温反应容器(t=25℃)的球形封头材质为15MnNiDR ，图样厚度20mm ，设计压力p=，设计内径Di=1500mm ，腐蚀裕度C2=1mm 。
制造厂选用22mm 钢板压制球形封头，该制造厂压制封头时最大成型减薄量(包含钢板厚度负偏差在内)为δx12%=22x12%=2.64mm 。
(1)选用 22mm 厚度的15MnNiDR 钢板厚度负偏差为0.8mm ，封头成型后最小厚度(包含钢板厚度负偏差在内)δmin==19.36mm>图样厚度-钢板厚度负偏差==19.2mm ，即选用22mm 厚度钢板压制球形封头，满足标准要求。
(2)对图样球形封头厚度进行强度校核，:[σ]t=163MPa
根据壁厚计算厚度公式δ=P C Di/(4[σ]t φ—P C )
P C :设计压力,单位:MPa ；Di ：筒体内径：㎜；[σ]t ：在设计温度下的许用应
力；φ为焊接接头系数。
δmm 8.17.65
7-11634200065.7=⨯⨯⨯= 考虑腐蚀裕度C2=1mm ，则封头设计厚度δb=+1=18.8mm ，再考虑钢板厚度负偏差C1=0.8mm,δa+C1=+=19.6mm<20mm 图样厚度，即图样厚度20mm 满足设计强度要求。
(3)板厚增加，强度反而不符合要求。
虽然制造时考虑加工成型减薄量，增加了压制封头钢板厚度，满足了GB150-98封头最小厚度≧图样厚度-钢板厚度
负偏差的要求，但由于钢板厚度增加后[σ]由163MPa 降至157MPa ，此时，球型封头计算厚度： δmm 5.18.65
7-11574200065.7=⨯⨯⨯= 再考虑腐蚀裕度C2=1mm ，则球形封头设计厚度δa=δ+C2=+1=19.5mm ，现封头成型后最小厚度δmin==19.36mm<19.5mm ，故不能满足设计强度要求。
3结束语
由以上实例说明，若不考虑板厚增加，材料力学性能降低这一因素，将可能制造出强度不够的不合格受压元件。
除了上述两例材质外，还有其它多种钢种，如 16MnR,16MnDR 等的力学性能均随厚度范围变化。
因此，设计人员在选用我国钢板进行设计时，应充分考虑材料许用应力随板厚范围变化而变化的问题；应增加最小厚度值，确保制造工艺人员为弥补加工减薄量而增加板厚时，受压元件成型后最小厚度仍能满足设计强度要求。
目前，我国压力容器设计依据GB150-2011《钢制压力容器》，是国内普遍遵循的原则。
选定压力容器用材后，在确定钢板的厚度，设计人员在压力容器厚度选取时，要充分考虑厚度变化对强度的影响，尤其是设计厚度处于相应材料厚度范围临界值时，材料需用应力会随板厚变化而变化，而不是认为板厚增加，元件强度会提高，或在制造过程中“以厚代薄”的材料代用，（这样容易使壳体的受力由平面应力状态向平面应变状态转变，对容器的受力状态有害而无利。
厚壁容器更容易产生三向拉应力的平面应变脆性断裂。
如加厚封头，会形成壳体的几何不连续，造成局部应力。
这种不利影响对有应力腐蚀开裂倾向的容器和承受狡辩载荷的容器后果尤为严重。
所以如何按照该标准进行厚度的恰当选取，更好地满足强度需求，对压力容器设计具有重要意义。
【参考文献】
[1] GB150-2001 钢制压力容器[S]
[2] JB/T4746-2002 钢制压力容器用封头[S]
[3] 最新压力容器设计手册.宁夏大地音响出版社.2006年
[4] 王非.化工压力容器设计：方法、问题和要点.[M]北京：化学工业出版社，2009，（2）。