《化工机械基础》第4章 内压容器设计解析
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pw=0.5MPa, p=0.5MPa pc=0.5+(10×10,000)/1,000,000=0.6MPa
17
2.设计温度
——指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温
度（沿元件金属截面的温度平均值）。
※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。
※确定设计温度的方法：
（1）对类似设备实测；（2）传热计算；（3）参照 书P90表4-5。 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。
18
3.许用应力和安全系数
极限应力（ 0） 定义式： 安全系数（n） （1）许用应力〔〕的确定：
11
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 。
12
（2）容器内有爆炸性介质，安装有防爆膜时： 防 爆 膜 装 置 示 意 图
取 设计压力为爆破片设计爆破压力加制造范围上限。 P89 表-3，表4-4。
釜壁可能承受压力情况：
※釜内空料，夹套内充蒸汽-----外压0.2MPa; ※釜内真空，夹套内充蒸汽-----外压0.3MPa;
※釜内0.3MPa，夹套内0.2MPa----内压0.1MPa;
※釜内0.3MPa，夹套内空料—--内压0.3MPa;
釜壁承受的最大压差:内压0.3MPa或外压0.3MPa.
2）现有容器的最大允许工作压力如何？
2 f Se pw Di Se
t
(MPa)
(4 6)
式中Se——有效壁厚， Se=圆整后的壁厚（Sn）－C1－C2
。
7
球形容器强度计算公式？
由薄膜理论：
pD m 4S
pD z 0 即 1 2 4S
pD 1 2S 3 z 0
pD 2 m 4S
pD m 4S Z 0
pD 2S
2
第三强度理论的强度条件为：
当 1 3
因此圆筒强度条件为：
pD 2S
3
4.2 内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计
4.2.1 强度计算公式
依据第三强度理论，强度公式为：
参数变换：
pD S 2
1.将中径换算为圆筒内径，D=Di+S;
2.压力换为计算压力Pc ；
3.考虑到焊缝处因气孔、夹渣等缺陷以及热影响区晶 粒粗大等造成的强度削弱，引进焊缝系数f1；
4.材料的许用应力与设计温度有关。
4
内压圆筒强度计算公式：
计算壁厚公式：
3 0
由第三强度理论，强度条件： 则导出壁厚计算公式：
计算壁厚 设计壁厚 名义壁厚 S 4 f p c
t
当
pD 4S
p c Di
(m m ) C 2 (m m ) C 2 C1 (m m )
8
Sd Sn
4 f p c
t
p c Di
pc Di Sn C2 C1 (mm) t 2 f pc
再根据钢板标准规格向上圆整。 ——最终名义厚度。
(4 3 )
这是写在图纸上的钢板厚度！
6
强度校核公式：
pc Di S e t 2S e
t
1）在工作压力及温度下，现有容器强度够否？
(4 5)
13
（3）无安全泄放装置——取 p=（1.0~1.1）pw 。
（4）盛装液化气容器—— 设计压力应根据工作条件下 可能达到的最高金属温度确定。（地面安装的容器按 不低于最高饱和蒸汽压考虑，如40℃，50℃，60℃时 的气体压力）。 注意：要考虑实际工作环境，如放置地区，保 温，遮阳，喷水等。 例如：液氨储罐。金属壁温最高工作为50℃，氨的饱 和蒸汽压为2.07MPa。 1.容器的设计压力？ 2.若容器安放有安全阀，设计压力？
4 f p c
t
p c Di
球壳应力校核公式： pc Di S e t f 4Se
t
球壳允许工作压力： 4 f S e pW pc Di S e
t
9
4.2.2.设计参数的确定
1.压力
10
• 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。 • 由工艺计算确定： • 化学反应所要求的； • 传递过程所必需的； • 由液化气体的饱和蒸 汽压所决定的。
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 4.1.1 关于弹性失效的设计准则 容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下 的屈服点，该容器即告破坏。 强度安全条件：
当
0
n
1
4.1.2 强度理论及其相应的强度条件
由薄膜理论,圆筒壁内应力为经向应力、环向应力、 法向应力（被认为是0）。 则三项主应力为：
16
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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（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) 。
15百度文库
（7）带夹套容器——取正常操作时可 能出现的最大内外压差。例如 带夹套 的反应釜：夹套内蒸汽压力为0.2MPa, 釜内开始抽真空，然后釜内升压至 0.3MPa。该釜壁承受压力如何？
pc Di S t 2 f pc
(m m )
(4 1)
再考虑腐蚀裕量C2 ,于是得到圆筒的设计壁厚为：
pc Di Sd C2 t 2 f pc
(m m )
(4 2)
5
在公式（42）基础上，考虑到钢板的负偏差C1 （钢板在轧制时产生了偏差） ——名义壁厚公式：
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2.设计温度
——指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温
度（沿元件金属截面的温度平均值）。
※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。
※确定设计温度的方法：
（1）对类似设备实测；（2）传热计算；（3）参照 书P90表4-5。 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。
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3.许用应力和安全系数
极限应力（ 0） 定义式： 安全系数（n） （1）许用应力〔〕的确定：
11
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 。
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（2）容器内有爆炸性介质，安装有防爆膜时： 防 爆 膜 装 置 示 意 图
取 设计压力为爆破片设计爆破压力加制造范围上限。 P89 表-3，表4-4。
釜壁可能承受压力情况：
※釜内空料，夹套内充蒸汽-----外压0.2MPa; ※釜内真空，夹套内充蒸汽-----外压0.3MPa;
※釜内0.3MPa，夹套内0.2MPa----内压0.1MPa;
※釜内0.3MPa，夹套内空料—--内压0.3MPa;
釜壁承受的最大压差:内压0.3MPa或外压0.3MPa.
2）现有容器的最大允许工作压力如何？
2 f Se pw Di Se
t
(MPa)
(4 6)
式中Se——有效壁厚， Se=圆整后的壁厚（Sn）－C1－C2
。
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球形容器强度计算公式？
由薄膜理论：
pD m 4S
pD z 0 即 1 2 4S
pD 1 2S 3 z 0
pD 2 m 4S
pD m 4S Z 0
pD 2S
2
第三强度理论的强度条件为：
当 1 3
因此圆筒强度条件为：
pD 2S
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4.2 内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计
4.2.1 强度计算公式
依据第三强度理论，强度公式为：
参数变换：
pD S 2
1.将中径换算为圆筒内径，D=Di+S;
2.压力换为计算压力Pc ；
3.考虑到焊缝处因气孔、夹渣等缺陷以及热影响区晶 粒粗大等造成的强度削弱，引进焊缝系数f1；
4.材料的许用应力与设计温度有关。
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内压圆筒强度计算公式：
计算壁厚公式：
3 0
由第三强度理论，强度条件： 则导出壁厚计算公式：
计算壁厚 设计壁厚 名义壁厚 S 4 f p c
t
当
pD 4S
p c Di
(m m ) C 2 (m m ) C 2 C1 (m m )
8
Sd Sn
4 f p c
t
p c Di
pc Di Sn C2 C1 (mm) t 2 f pc
再根据钢板标准规格向上圆整。 ——最终名义厚度。
(4 3 )
这是写在图纸上的钢板厚度！
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强度校核公式：
pc Di S e t 2S e
t
1）在工作压力及温度下，现有容器强度够否？
(4 5)
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（3）无安全泄放装置——取 p=（1.0~1.1）pw 。
（4）盛装液化气容器—— 设计压力应根据工作条件下 可能达到的最高金属温度确定。（地面安装的容器按 不低于最高饱和蒸汽压考虑，如40℃，50℃，60℃时 的气体压力）。 注意：要考虑实际工作环境，如放置地区，保 温，遮阳，喷水等。 例如：液氨储罐。金属壁温最高工作为50℃，氨的饱 和蒸汽压为2.07MPa。 1.容器的设计压力？ 2.若容器安放有安全阀，设计压力？
4 f p c
t
p c Di
球壳应力校核公式： pc Di S e t f 4Se
t
球壳允许工作压力： 4 f S e pW pc Di S e
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4.2.2.设计参数的确定
1.压力
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• 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。 • 由工艺计算确定： • 化学反应所要求的； • 传递过程所必需的； • 由液化气体的饱和蒸 汽压所决定的。
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 4.1.1 关于弹性失效的设计准则 容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下 的屈服点，该容器即告破坏。 强度安全条件：
当
0
n
1
4.1.2 强度理论及其相应的强度条件
由薄膜理论,圆筒壁内应力为经向应力、环向应力、 法向应力（被认为是0）。 则三项主应力为：
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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。
14
（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) 。
15百度文库
（7）带夹套容器——取正常操作时可 能出现的最大内外压差。例如 带夹套 的反应釜：夹套内蒸汽压力为0.2MPa, 釜内开始抽真空，然后釜内升压至 0.3MPa。该釜壁承受压力如何？
pc Di S t 2 f pc
(m m )
(4 1)
再考虑腐蚀裕量C2 ,于是得到圆筒的设计壁厚为：
pc Di Sd C2 t 2 f pc
(m m )
(4 2)
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在公式（42）基础上，考虑到钢板的负偏差C1 （钢板在轧制时产生了偏差） ——名义壁厚公式：