GB150培訓講稿大全

PAGEPAGE1壓力容器設計基礎一．概述1、標準適用的壓力范圍GB150－1998《鋼制壓力容器》設計壓力P：0.1～35MPa真空度：≥0.02MPaGB151－1999《管殼式換熱器》設計壓力P：0.1～35MPa真空度：≥0.02MPa公稱壓力PN≤35MPa，公稱直徑DN≤2600mmPN?DN≤1.75×104JB4732－95《鋼制壓力容器-分析設計標準》設計壓力P：0.1～100MPa真空度：≥0.02MPaJB／T4735－1997《鋼制焊接常壓容器》設計壓力P：圓筒形容器：-0.02MPa≤P≤0.1MPa立式圓筒形儲罐、圓筒形料倉-500Pa≤P≤0.2000Pa矩形容器：連通大氣GB12337－1998《鋼制球形儲罐》設計壓力P≤4MPa,公稱容積V≥50M3JB4710－2000《鋼制塔式容器》設計壓力P：0.1～35MPa(對工作壓力<0.1MPa內壓塔器,P取0.1MPa)高度范圍h>10m且h/D(直徑)>52.設計時應考慮的載荷內壓、外壓或最大壓差；液體靜壓力(≥5%P)；需要時，還應考慮以下載荷容器的自重（內件和填料），以及正常工作條件下或壓力試驗狀態(tài)下內裝物料的重力載荷；附屬設備及隔熱材料、襯里、管道、扶梯、平臺等的重力載荷；風載荷、地震力、雪載荷；支座、座底圈、支耳及其他形式支撐件的反作用力；連接管道和其他部件的作用力；溫度梯度或熱膨脹量不同引起的作用力；包括壓力急劇波動的沖擊載荷；沖擊反力,如流體沖擊引起的反力等；運輸或吊裝時的作用力。3、設計單位的職責設計單位應對設計文件的正確性和完整性負責。壓力容器的設計文件至少應包括設計計算書和設計圖樣。壓力容器的設計總圖應蓋有壓力容器設計資格印章。4．容器范圍GB150管轄的容器范圍是指殼體及其連為整體的受壓零部件容器與外部管道連接接管、人孔、手孔等的承壓封頭、平蓋及其緊固件非受壓元件與受壓元件的焊接接頭。接頭以外的元件，如加強圈、支座、裙座等連接在容器上的儀表等附件。直接連接在容器上的超壓泄放裝置。5.定義(1)壓力除注明者外，壓力均為表壓力。工作壓力Pw1)內壓容器在正常工作情況下，容器頂部可能出現的最高壓力。2)真空容器在正常工作情況下，容器可能出現的最大真空度。3)外壓容器在正常工作情況下，容器可能出現的最大內外壓力差。設計壓力Pd設定的容器頂部的最高壓力，與相應的設計溫度一起作為設計載荷的條件，其值不低于工作壓力。計算壓力Pc計算壓力指在相應設計溫度下，用以確定元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。當殼體各部位或元件所承受的液柱靜壓力小于5%設計壓力時，可忽略不計。最大允許工作壓力[Pw]在指定溫度下，壓力容器安裝后頂部所允許的最大工作壓力。該壓力應是按容器各受壓元件的有效厚度減去除壓力外的其他載荷所需厚度后，計算得到的最大允許工作壓力（且減去元件相應的液柱靜壓力）中的最小值。最大允許工作壓力可作為確定保護容器的安全泄放裝置動作壓力（安全閥開啟壓力或爆破片設計爆破壓力）的依據。安全閥的開啟壓力Pz安全閥閥瓣開始離開閥座，介質呈連續(xù)排出狀態(tài)時，在安全閥進口測得的壓力。爆破片的標定爆破壓力Pb爆破片銘牌上標的爆破壓力。(2)溫度金屬溫度、工作溫度、設計溫度、試驗溫度(3)厚度最小厚度δmin、計算厚度δ、設計厚度δd、計算厚度與腐蝕裕量之和、名義厚度（即圖樣厚度）δn、有效厚度δe名義厚度減去厚度附加量（腐蝕裕量與鋼材厚度負偏差之和）。二、材料(一)選材的基本原則選擇壓力容器用材，須根據容器的使用條件（如溫度、壓力、介質腐蝕性、介質對材料的脆化作用及其是否易燃、易爆、有毒等）、制造工藝、材料的焊接性能及經濟合理性選擇具有適宜的機械性能、耐腐蝕性能、物理性能等的材料（二）材料的基本性能機械性能機械強度強度是材料抵抗外力作用不致破壞的性能特性。屈服極限（σts）和強度極限（σb）。高溫時還要考慮蠕變極限（σtn）和持久極限（σtD）。(2)塑性材料的塑性是用延伸率（δ）及斷面收縮率（ψ）來表示。它們的數值由拉伸試驗獲得。（3）硬度所謂硬度是指金屬材料抵抗壓入物壓陷能力的大小，也可以說是材料對局部塑性的抗力。硬度可采用不同的方法在不同的儀器上測定，其所得的硬度指標也各不相同。最常用的硬度指標為布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）、和維氏硬度（HV），其數值可以互相換算。換熱管與管板的連接采用脹接時，換熱管材料的硬度值一般須低于管板材料的硬度值。螺栓和螺母匹配使用，一般螺栓材料的硬度值須高于螺母３０HB。（4）韌性韌性是指材料抵抗沖擊載荷的性能指標,材料韌性用沖擊功AKV來衡量,沖擊功AKV是指材料受到沖擊負荷的作用下，產生斷裂時所消耗能量大小的特性，即沖擊試樣所消耗的功，其單位為J。由于沖擊功AKV是金屬材料各項機械性能標中對材料的化學成分、冶金質量、組織狀態(tài)及內部缺陷等比較敏感的一個質量指標，而且也是衡量材料脆性轉變和斷裂特性的重要指標，所以對壓力容器用鋼來說，尤其是低溫壓力容器沖擊功是一項重要的性能指標。（5）溫度對材料機械性能的影響材料的屈服極限、強度極限和彈性模量隨溫度的升高而降低。如果設備的操作溫度較高，則必須選用在相應溫度下能保持其強度指標的材料。如果材料在高溫下承受高的應力，則材料的抗蠕變性能是關鍵性的。材料蠕變極限指在某一溫度下受恒定載荷作用時，在規(guī)定的持續(xù)時間內(10萬小時)產生1%的變形時的應力;持久極限是材料在某一溫度下受恒定載荷作用時，在規(guī)定的持續(xù)時間內(10萬小時)引起斷裂時的應力．在實際試驗中，常常用較短時間的試驗結果來外推長時間的性能，但一般限制外推時間不得大于試驗時間的10倍。持久強度是高溫元件設計選材的重要依據，是GB150中確定許用應力的強度指標之一．低溫情況下，通常塑性金屬材料往往以脆性方式破壞。引起鋼制焊接壓力容器脆性破壞的因素非常復雜。它取決于材料的晶格結構，板材的厚度，加工后的殘余應力、結構缺陷以及材料的使用溫度。目前各國標準規(guī)范均以夏比v型缺口沖擊試驗來檢驗材料對脆性破壞的敏感性。耐腐蝕性能耐腐蝕性能是金屬材料抵抗介質腐蝕的能力。壓力容器中處理的介質大多數具有腐蝕性的，在設計中必須根據操作介質來選擇耐腐蝕材料。引起材料腐蝕的因素多種多樣，工程中常將常見的腐蝕情況分為：均勻腐蝕、點蝕、應力腐蝕、晶間腐蝕、氫脆、磨蝕等。均勻腐蝕均勻腐蝕是在整個金屬表面均勻地發(fā)生腐蝕，這種腐蝕相對其它形式的腐蝕其危害最小。GB150中C2只考慮均勻腐蝕C2=KB其中B—設計壽命(年)K—腐蝕速率(mm/年)一般分為不腐蝕輕微腐蝕腐蝕重腐蝕Bmm/年<0.050.05~0.130.13~0.25≥0.25C2mm0≥1≥2≥3應力腐蝕應力腐蝕是指金屬在持久拉應力和腐蝕性環(huán)境聯合作用下產生腐蝕裂紋,并使裂紋迅速擴展,從而可能出現的早期性破壞的腐蝕形式.幾種常見的應力腐蝕環(huán)境:a.碳鋼及低合金鋼焊制化工容器對介質NaOH的應力腐蝕與介質濃度、溫度有關。當NaOH溶液在其與烴類的混合物中體積大于等于5%時，也應根據NaOH溶液的濃度符合該要求。NaOH溶液濃度小于等于1%或NaOH溶液在其與烴類的混合物中體積小于5%時，不受此限制。NaOH溶液NaOH溶液重量%2351015203040506070溫度上限（℃）9088857670655448434038當超過以上范圍的碳鋼、低合金鋼材料需焊后進行消除應力熱處理。b.濕H2S應力腐蝕 介質同時符合下列條件時，即為濕H2S應力腐蝕環(huán)境：①溫度小于等于（60+2P）℃；P為壓力，MPa②H2S分壓大于等于0.00035MPa即相當于常溫在水中H2S溶解度大于等于10p.p.m；③介質中含有液相水或處于水的露點溫度以下；④PH＜9或有氰化物(HCN)存在。C.液氨應力腐蝕環(huán)境當容器接觸的液氨介質同時符合下列各項條件時，即為液氨應力腐蝕環(huán)境：①介質為液態(tài)氨，含水量不高（≤0.2%）,且有可能受空氣(O2或CO2)污染的場合；②使用溫度高于－5℃。對于應力腐蝕環(huán)境的容器除進行焊后消除應力熱處理，在焊接要求、焊接接頭硬度等方面都要提出具體要求。奧氏體不銹鋼材料在氯化物溶液、高溫水、高濃度NaOH等介質往往產生應力腐蝕。（3）氫腐蝕環(huán)境氫在常溫常壓下不會對鐵碳合金引起氫蝕，當溫度在200℃~300℃發(fā)生“氫脆”，金屬在高溫下與氫反應生成甲烷，甲烷氣在晶界空隙內引起裂紋，使材料的塑性降低，引起這種腐蝕有合成氨、合成甲醇、石油加氫等工業(yè)生產，設計溫度大于等于200℃與氫氣氛相接觸的壓力容器用鋼應按納爾遜曲線選材，并應留有20℃以上的溫度安全裕度。滿足于曲線的碳素鋼和珠光體耐熱鋼在氫氣氛中使用須經過焊后消除應力熱處理。奧氏體不銹鋼在氫分壓范圍的氫氣中使用都是滿意的，焊后也無必要進行消除應力熱處理。（4）晶間腐蝕可能引起晶間腐蝕環(huán)境必須是存在電解質的電化學腐蝕環(huán)境，奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的電解質主要是酸性介質。如：工業(yè)醋酸、甲酸、硝酸、草酸、鹽酸、硫酸、磷酸等。防晶間腐蝕的措施：1）固熔化處理2）降低鋼中碳含量3）添加穩(wěn)定碳化物的元素（Nb.Ti.Ni）材料的物理性能材料的主要物理性能包括：密度ρ、導熱系數λ、比熱c、熔點tm、線膨脹系數α等。在不同的使用場合，對材料的物理性能有不同的要求，如用于傳熱表面的材料要求有較高的導熱系數。4．制造工藝性能材料的工藝性能，選擇不合適，會造成加工困難。壓力容器應考慮的制造工藝性能有焊接性、鍛造性、切削加工性、熱處理性及沖壓性等。對壓力容器來說重要的是材料的焊接性,一般控制材料的含碳量小于0.25%。材料的含碳量越高，熱影響區(qū)的硬化與脆化傾向越大，在焊接應力作用下容易產生裂紋。奧氏體不銹鋼的使用溫度高于525℃時，鋼中含碳量應不小于0.04%。因為奧氏體不銹鋼的使用溫度500~550℃時，鋼中含碳量太低，強度和抗氧化性會顯著下降。（三）壓力容器用鋼1．鋼板（1）碳鋼壓力容器常用的是碳素結構鋼，包括普通碳素結構鋼和優(yōu)質碳素結構鋼。a.普通碳素結構鋼鋼板使用范圍GB700-88P(MPa)T(℃)δ(mm)介質限制Q235-B（做常溫沖擊試驗）≤1.60~350≤20不得用于毒性為高度、極度危害介質Q235-C（做0℃沖擊試驗）≤2.50~350≤30Q235-D（做-10℃沖擊試驗）b.優(yōu)質碳素結構鋼(2)低合金鋼a.低合金鋼中最常用的有：16MnR，b.中溫抗氫鋼防止氫腐蝕的途徑有:一是降低鋼中碳的含量，例如采用微碳純鐵，可以完全消除氫腐蝕產生的根源；二是采用抗氫鋼，在鋼中加入鉬、鉻、鎢、鈮、鈦等元素，形成穩(wěn)定的鉻、鉬等碳化物，使氫與碳不能結合。我國生產的中溫抗氫鋼有：15CrMoR、14Cr1MoR等。c.低溫用鋼(3)高合金鋼2.鋼管器一樣注意碳素鋼、碳錳鋼在高于425℃3.鍛件鍛件按使用要求分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個級別，每個級別的檢驗要求及指標要求按JB4726~4728-94規(guī)定。用作圓筒和封頭的筒形和碗形鍛件及公稱厚度大于300mm的低合金鋼鍛件應選用Ⅲ級或Ⅳ級。a)筒形鍛件（L>D）,t為公稱厚度b)環(huán)形鍛件（L≤D）,L和t中的小者為公稱厚度c)餅形鍛件（t≤D）,t為公稱厚度d)碗形鍛件（H≤D），t1和t2中的小者為公稱厚度e)長頸法蘭鍛件（H≤D）t1和t2中的小者為公稱厚度f)條形鍛件（L>D）,D為公稱厚度鍛件的級別由設計單位確定，并應在圖樣上注明，如16MnRⅡ。4．緊固件緊固件的使用溫度范圍應符合GB150表4-10,螺栓的硬度應比螺母稍高（HB30），可通過選用不同鋼材或不同熱處理而獲得。表緊固件的使用溫度范圍螺柱鋼號螺母用鋼鋼號鋼材標準使用溫度范圍（℃）其它限制Q235-A35Q215-AQ235-AGB700(使用狀態(tài),熱軋)-19~300適用于P＜10.0Mpa容器.密封要求高時,使用溫度宜小于等于200℃40MnB、40MnVB40Cr3540Mn35GB699(正火)-19~400適用于P≥2.5Mpa容器及密封要求高時,使用溫度宜小于等于400℃30CrMoA35CrMoA40Mn45GB699GB3077-19~400適用于P≥2.5Mpa容器及密封要求高時,使用溫度宜小于等于400℃25Cr2MoVA30CrMoA35CrMoAGB3077(調質)-19~500適用于P≥2.5Mpa容器及密封要求高時,使用溫度宜小于等于500℃1Cr5Mo1Cr5MoGB1221-19~600適用于高溫密封0Cr18Ni90Cr18Ni9GB1220(固溶)-253~7000Cr17Ni12Mo20Cr17Ni12Mo2GB1220(固溶)-253~7005.焊接材料焊材選用相同鋼號相焊，碳素鋼、碳錳低合金鋼的焊縫金屬應保證力學性能，且不應超過母材標準規(guī)定的抗拉強度的上限。高合金鋼的焊縫金屬應保證力學和耐腐蝕性能。不同鋼號相焊，碳素鋼、低合金鋼的焊縫金屬應保證力學，一般采用與強度級別較低的母材相匹配的焊接材料。碳素鋼、低合金鋼與奧氏體高合金鋼的焊縫金屬應保證抗裂性能和力學性能，一般采用鉻鎳含量較奧氏體高合金鋼母材高的焊接材料。三．設計1、失效準則容器從承載到載荷的不斷加大最后破壞經歷彈性變形、塑性變形、爆破，2、彈性實效準則下的四個強度理論第一強度理論（最大主應力理論）認為材料的三個主應力中只要最大的拉應力σ1達到了極限應力，材料就發(fā)生破壞。強度條件：σ1≤[σ]t第二強度理論（最大變形理論）認為材料的最大的應變達到了極限狀態(tài)，材料就發(fā)生破壞。εmax≤[ε]第三強度理論（最大剪應力理論）材料的最大剪應力τmax達到了極限應力，材料就發(fā)生破壞。τmax=(σ1-σ3)≤[σ]t第四強度理論（剪切變形能理論）材料變形時，即內部變形能量達到材料的極限值時，材料破壞。σe=√[(σ1-σ3)2+(σ1-σ3)2+(σ1-σ3)2]≤[σ]t3、應力計算（1）圓筒容器薄壁圓筒容器在工程中采用無力矩理論來進行應力計算，在內壓P作用下，筒壁承受徑向應力和環(huán)向應力（薄膜應力）作用。由于殼體壁厚較薄，且不考慮殼體與其它連接處的局部應力，忽略了彎曲應力，這種應力稱為薄膜應力。經向應力σm=周向應力σt=式中P——設計壓力，MPa；D——圓筒的中間直徑或稱中徑，mm；D==Di+δD0——圓筒的外直徑，mm；Di——圓筒的內直徑，mm；δ——圓筒的計算厚度，mm；由上述公式可以得出以下結論：a、圓筒體上周向應力σt是經向應力σm的兩倍，而周向應力作用于縱向截面，環(huán)向應力作用于環(huán)向截面（見下圖）。b、由于周向應力σt是經向應力σm的兩倍，由此可知，周向應力所作用的縱向截面是危險截面。這里可以說明為什么在焊接接頭分類里，圓筒體的縱焊縫為A類焊接接頭，環(huán)焊縫為B類焊接接頭；在筒體上開橢圓形人孔時使長軸垂直與筒體軸線。C、應力與D/δ成正比。(2)球形殼體球形容器在均勻內壓作用下，球形殼體經向應力和周向應力相等。即式中P——設計壓力，MPa；D——球殼的中間直徑或稱中徑，mm；D==Di+δD0——球殼的外直徑，mm；Di——球殼的內直徑，mm；δ——球殼的計算厚度，mm；從以上可以看出球形殼體的最大應力是圓筒體最大應力的兩倍。3、強度計算圓筒強度計算公式中，是根據第一強度理論推導而得。若用第三強度理論推導，其強度條件形成結果是一樣的。按第一強度理論條件得σ1=σt=≤[σ]t式中[σ]t——設計溫度下圓筒材料的許用應力，MPa。焊縫部位可能存在著夾渣、氣孔、未焊透、未熔合、裂紋等缺陷，同時由于焊接加熱過程中，對焊縫兩側的熱影響產生許多不利因素，如焊接熱影響區(qū)被淬硬，塑性下降、焊接內應力的產生等，都會使焊縫金屬或母材的機械性能降低。因此在設計時應將設計溫度下圓筒材料的許用應力[σ]t乘以一個焊接接頭系數φ，于是上述公式變成：≤[σ]tφ≤[σ]tφ由上式計算厚度δ=式中Pc——計算壓力，MPa；Di——圓筒的內直徑，mm；[σ]t——設計溫度下材料的許用應力，MPa；φ——焊接接頭系數。上式適用于設計壓力P≤0.4[σ]tφ的范圍。（D0/Di=1.5）設計厚度δd=δ+C2名義厚度δn=δ+C2+C1+△且δn≥δmin+C2式中：C——厚度附加量C=C1+C2mmC1——鋼板或鋼管的厚度負偏差，mm；C2——腐蝕裕量，mm△——鋼板圓整量；δmin——筒體最小厚度。如果已知圓筒尺寸，可校核在設計壓力作用下圓筒壁厚的應力應力校核式σt=CmmC=C1+C2，mm計算所得的應力值，必須滿足≤[σ]tφ。最大允許工作壓力[Pw]=球形殼體由于球形容器經向應力和周向應力相等，因此其最大應力σ1σt=σm=上述公式中，如將D=Di+代入并考慮了焊接接頭系數φ，如采用第一強度理論時，即得出≤[σ]tφ所以可求出計算厚度如果已知球殼尺寸，可校核在設計壓力P作用下球殼壁的計算應力應力校核式σt=≤[σ]tφ[Pw]=3、設計參數的確定設計壓力容器設計時，必須考慮在工作情況下可能達到的工作壓力和對應的工作溫度兩者組合中的各種工況，并以最苛刻工況下的工作壓力來確定設計壓力。表設計壓力選取設計壓力內壓容器無安全泄放裝置1.0~1.10倍工作壓力；裝有安全閥不低于(等于或稍大于)安全閥開啟壓力(安全閥開啟壓力取1.05~1.10倍工作壓力)；裝有爆破片取爆破片設計爆破壓力加制造范圍上限；容器位于泵進口側，且無安全泄放裝置時取無安全泄放裝置時的設計壓力,且以0.1Mpa外壓進行校核；真空容器無夾套真空容器有安全泄放裝置設計外壓力取1.25倍最大內外壓力差或0.1MPa兩者中的小值；無安全泄放裝置設計外壓力取0.1Mpa；夾套內為內壓容器(真空)設計外壓力按無夾套真空容器規(guī)定選取1夾套(內壓)設計內壓力按內壓容器規(guī)定選??；外壓容器設計外壓力取不小于在正常工作情況下可能產生的最大內外壓力差注：1.容器的計算外壓力應為設計外壓力加上夾套內的設計內壓力,且必須校核在夾套試驗壓力.外壓下的穩(wěn)定性。盛裝液化石油氣或混合液化石油氣的容器介質50℃飽和蒸汽壓力低于異丁烷50℃的飽和蒸汽壓力時(如丁烷、丁烯、丁二烯)0.79MPa介質50℃飽和蒸汽壓力高于異丁烷50℃的飽和蒸汽壓力時(如液態(tài)丙烷)1.77Mpa介質50℃飽和蒸汽壓力高于丙烷50℃的飽和蒸汽壓力時(如液態(tài)丙烯)2.1MPa對裝有安全閥的壓力容器，容器的設計壓力、工作壓力、試驗壓力與安全閥的排放壓力、開啟壓力之間的關系示意如下：壓力容器安全閥試驗壓力排放壓力計算壓力設計壓力開啟壓力工作壓力其中：安全閥排放壓力——閥瓣達到規(guī)定開啟高度時的進口壓力；安全閥開啟壓力（整定壓力）——閥瓣開始離開閥座，介質呈連續(xù)排出狀態(tài)時，在安全閥進口測得的壓力。考慮到安全閥閥瓣啟動動作的滯后，使容器不能馬上泄壓，因此容器設計壓力一般不低于（等于或稍大于）安全閥開啟壓力，開啟壓力為1.05~1.10倍工作壓力。對裝有爆破片的壓力容器容器的設計壓力、工作壓力及爆破片的爆破壓力之間的關系示意如下：壓力容器爆破片設計壓力P最高標定爆破壓力Psmax（Psmax=Pb+爆破片制造范圍上限）爆破片制造范圍設計爆破壓力Pb最低標定爆破片壓力Psmin（Psmin=Pb–爆破片制造范圍下限）工作壓力PW其中：標定爆破壓力——爆破片銘牌上標志的爆破壓力設計爆破壓力——爆破片在指定溫度下的爆破壓力。最低標定爆破壓力Psmin的大小與爆破片型式和工作壓力有關2）設計溫度設計溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)可能達到的最高溫度。在任何情況下元件金屬的表面溫度不得超過鋼材的允許使用溫度。當金屬溫度不可能通過傳熱計算或實測結果確定時，設計溫度的選?。喝萜髌鞅谂c介質直接接觸且有外保溫（或保冷）時a.設計溫度選取介質工作溫度T設計溫度ⅠⅡT＜-20℃介質最低工作溫度介質工作溫度減0~10℃-20℃≤T≤15℃介質最低工作溫度介質工作溫度減5~10℃T＞15℃介質最高工作溫度介質工作溫度加15~30℃注：當最高（低）工作溫度不明確時，按表中的Ⅱ確定。b.容器內介質用蒸汽直接加熱或被內置加熱元件（如加熱盤管、電熱元件等）間接加熱時，設計溫度取最高工作溫度。c.容器器壁兩側與不同溫度介質直接接觸而可能出現單一介質接觸時，應以較高一側的工作溫度為基準確定設計溫度，當任一介質溫度低于-20℃時，則應以該側的工作溫度為基準確定最低設計溫度。d.安裝在室外無保溫的容器，當最低設計溫度受地區(qū)環(huán)境溫度控制時，可按以下規(guī)定選?。海?）盛裝壓縮氣體的儲罐，最低設計溫度取環(huán)境溫度減3℃；（2）盛裝液體體積占容積1/4以上的儲罐，最低設計溫度取環(huán)境溫度。注：環(huán)境溫度取容器安裝地區(qū)歷年來“月平均最低氣溫”的最低值，e.對裙座等室外鋼結構，應以環(huán)境溫度作為設計溫度。3)厚度附加量厚度附加量C=C1+C2mm式中：C1——鋼板或鋼管的厚度負偏差，mm；C2——腐蝕裕量，mm。厚度負偏差C1鋼板或鋼管的厚度負偏差C1應按相應鋼材標準的規(guī)定選取，當鋼板的厚度負偏差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的6%時，負偏差可忽略不計。常用鋼板厚度負偏差鋼板標準GB6654-1996GB3531-1996鋼板厚度（mm）全部厚度負偏差C1（mm）0.25（取C1=0mm）鋼板標準GB3274-88GB3280-92GB4237-92GB4238-92鋼板厚度mm＞5.5~7.5＞7.5~25＞25~30＞30~34＞34~40＞40~50＞50~60＞60~80負偏差C1mm0.60.80.91.01.11.21.31.8常用無縫鋼管(不包括換熱管)的厚度負偏差C1值鋼管標準種類壁厚(mm)負偏差C1GB8163《輸送流體用無縫鋼管》冷拔＞1.010%10%熱軋≥2.512.5%GB9948《石油裂化用無縫鋼管》冷拔＞1.010%熱軋≤2012.5%＞2010%GB/T14976《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》冷拔＞1~314%＞3.010%熱軋＜1512.5%12.5%≥1515%12.5%GB6479《化肥設備用高壓無縫鋼管》冷拔≥1.510%熱軋3~2012.5%＞2010%GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼管》冷拔2~310%10%＞310%7.5%熱軋＜3.510%,且≤0.32mm10%,且≤0.2mm3.5~2010%10%＞2010%7.5%3)腐蝕裕量C2腐蝕裕量考慮的原則與工作介質接觸的筒體、封頭、接管、人（手）孔及內部構件等，均應考慮腐蝕裕量。下列情況一般不考慮腐蝕裕量：a介質對不銹鋼無腐蝕作用時（不銹鋼、不銹復合鋼板或有不銹鋼堆焊層的元件）；b可經常更換的非受壓元件；c有可靠的耐腐蝕襯里；d法蘭的密封表面；e管殼式換熱器的換熱管；f管殼式換熱器的拉桿、定距管、折流板和支持板等非受壓元件；g用涂漆可以有效防止環(huán)境腐蝕的容器外表面及其外部構件（如支座、支腿、底板及托架等，但不包括裙座）。（3）腐蝕裕量一般應根據鋼材在介質中的腐蝕速率和容器的設計壽命確定。對有使用經驗者，可以按經驗選取。（4）容器的設計壽命除有特殊要求外，塔、反應器等主要容器一般不應少于15年，一般容器、換熱器等不少于8年。腐蝕裕量的選取容器筒體、封頭的腐蝕裕量a介質為壓縮空氣、水蒸汽或水的碳素鋼或低合金鋼制的容器，其腐蝕裕量不得小于1.0mm。b、除a以外的其他情況可按下表確定筒體、封頭的腐蝕裕量。筒體、封頭的腐蝕裕量腐蝕程度不腐蝕輕微腐蝕腐蝕重腐蝕腐蝕速率（mm/年）＜0.050.05~0.130.13~0.25＞0.25腐蝕裕量（mm）0≥1≥2≥3注:表中的腐蝕速率系指均勻腐蝕。最大腐蝕裕量不應大于6mm，否則應采取防腐措施。容器接管（包括人、手孔）的腐蝕裕量，一般情況下應取殼體的腐蝕裕量。筒體內側受力焊縫應取與筒體相同的腐蝕裕量。容器各部分的介質腐蝕速率不同時，則可取不同腐蝕裕量。兩側同時與介質接觸的元件，應根據兩側不同的操作介質選取不同的腐蝕裕量，兩者疊加作為總的腐蝕裕量。容器地腳螺栓的腐蝕裕量可取3mm。4)最小厚度δmin當設計壓力較低時，由內壓強度計算公式算的計算厚度δ較小，往往不能滿足制造、運輸、安裝等方面的剛度要求，因而對容器規(guī)定了最小厚度δmin1.對碳鋼和低合金鋼制容器,不小于3mm；2.對高合金鋼容器,不小于2mm；3.碳素鋼和低合金鋼制塔式容器的最小厚度為2/1000的塔器內直徑,且不小于4mm;對不銹鋼制塔式容器的最小厚度不小于3mm；4.管殼式換熱器殼體的最小厚度應符合GB151《管殼式換熱器》的相應規(guī)定。對于名義厚度取決于最小厚度且公稱直徑較大、厚度較薄的容器，為防止在制造、運輸或安裝時產生過大的變形，應根據具體情況采取臨時的加固措施（如在容器的內部設置臨時支撐元件等）。復合鋼板復層的最小厚度a.為保證工作介質干凈（不被鐵離子污染）而采用的復合鋼板，其復層厚度不應小于2mm；b.為了防止工作介質的腐蝕而采用的復合鋼板，其復層厚度不應小于3mm；不銹鋼堆焊層在加工后的最小厚度為3mm。對有防腐蝕襯里的碳鋼或低合金鋼制容器，其鋼殼的最小厚度為5mm。5)許用應力材料許用應力是以材料的極限應力為基礎，并選擇合理的安全系數n后而得的。即[σ]=極限應力/安全系數n材料的極限應力可以用各種不同方式表示，容器用的材料一般用強度極限、屈服極限或設計溫度下持久極限σeq\o(\s\up9(t),D)及蠕變極限σeq\o(\s\up9(t),n)者說來表示。與這些極限應力相對應的安全系數也有不同的數值。材料許用應力的取法壓力容器中受壓元件的材料許用應力確定，通常是以材料常溫下最低抗拉強度σb、設計溫度下的屈服點σeq\o(\s\up9(t),s)除以各自的安全系數后所得的最小值，作為受壓元件設計時的許用應力，即取以下最小值。[σ]=σb/nb;[σ]t=σeq\o(\s\up9(t),s)/ns當碳素鋼或低合金鋼的設計溫度超過380-420℃，合金鋼（如Cr—Mo鋼等）設計溫度超過450℃；奧氏體不銹鋼的設計溫度超過550℃時，必須同時考慮高溫持久強度或蠕變強度作為計算許用應力。[σ]t=σeq\o(\s\up9(t),D)/neq\o(\s\up9(t),D)或[σ]t=σeq\o(\s\up9(t),n)/nn材料的蠕變強度對于化工容器用的材料常以一定溫度下，經過10萬小時（約11年）產生1%的蠕變總變形，為該材料在某高溫下的蠕變強度，以此蠕變強度作為計算許用應力的基準。這種確定應力的方法，是以限制容器產生一定量的塑性變形為依據的。材料的持久強度極限對于化工容器用的材料常以一定溫度下，經過10萬小時后產生的斷裂應力作為設計用的持久強度極限。近年來還比較多地采用持久極限來代替蠕變極限作為確定許用應力的依據，這是因為長期在高溫下工作的材料通常出現小變形的斷裂現象。例如碳鋼在經過105小時后斷裂時，其相對伸長率δ不超過10%，而在變形大于4-5%時即有脆性斷裂的危險性。采用持久極限可以直接反映出高溫長期工作時對斷裂的抗力。綜上所述，在高溫下許用應力系取下列四者中的最小值[σ]=σb/nb；[σ]=σs/ns；或[σ]=σeq\o(\s\up9(t),s)/ns[σ]=σeq\o(\s\up9(t),D)/nD[σ]=σeq\o(\s\up9(t),n)/nn式中σb、σs——材料在常溫下的強度極限和屈服極限MPaσeq\o(\s\up9(t),D)——材料在設計壁溫下經10萬小時斷裂的持久極限MPaσeq\o(\s\up9(t),s)——材料在設計壁溫下的屈服極限，亦可取產生殘余變形達的條件屈服極限，MPa；σeq\o(\s\up9(t),n)——材料在設計壁溫下的蠕變極限，MPa；nb、ns、nD、nn——分別為強度極限、屈服極限、持久強度、蠕變極限的安全系數。〔σ〕={σb/nb,σts/ns,σtn/nn,或σtD/nD,}minσMpaσb/3σMpaσb/30.9σtsσts/1.5℃σMpa170σb/3125σts/1.6σtD/1.5200400℃安全系數n的選擇安全系數是用以保證受壓元件安全的系數。它的選擇是設計中關鍵的問題，也是一個復雜的問題。它的大小與設計水平、材料質量、制造方法、檢驗標準以及設備操作狀態(tài)等有著密切關系。近年來，隨著科學技術發(fā)展和實踐資料的積累，各國壓力容器的安全系數都有所降低。容器的安全系數強度性能安全系數材料常溫下最低抗拉強度σb常溫或設計溫度下的屈服點σs或σeq\o(\s\up9(t),s)設計溫度下經10萬小時斷裂的持久強度σeq\o(\s\up9(t),D)設計溫度下經10萬小時蠕變率為1%的蠕變極限σeq\o(\s\up9(t),n)平均值最小值nbnsnD碳素鋼、低合金鋼、鐵素體高合金鋼≥3≥1.6≥1.5≥1.25≥1.0奧氏體高合金鋼-≥1.5≥1.5≥1.25≥1.0注:當部件的設計溫度不到蠕變溫度范圍,且允許有微量的永久變形時,可適當提高許用應力,但不超過0.9σts。此規(guī)定不適用于法蘭或其他有微量永久變形就產生泄漏稅或故障的場合。螺栓安全系數材料螺栓直徑mm熱處理狀態(tài)設計溫度下屈服點σtS的σS設計溫度下經10萬小時斷裂的持久強度σDt平均值的nD碳素鋼≤M22M24～M48熱扎·正火72.5低合金鋼馬氏體高合金鋼≤M22M24～M48≥52調質53.02.71.5奧氏體高合金鋼≤M22M24～M48固溶1.61.5球形貯罐在安全系數上與圓筒容器有所不同,根據球形貯罐采用低合金鋼及使用經驗基礎上,提出安全系數要考慮材料屈強比γ的因素，因為材料隨著γ的增加其塑性儲備會降低，應在安全系數上反映出來，故我國《鋼制球形儲罐》，取n=1/0.5(1.6-γ)(γ——鋼材的屈服極限與抗極限之比值)。6)焊接接頭系數由于焊縫金屬可能存在著未被發(fā)現的缺陷，夾渣、未焊透、裂紋、氣孔等缺陷使焊接接頭金屬的強度降低。同時在焊接接頭的熱影響區(qū)往往形成粗大晶粒而使金屬母材強度或塑性也有所降低，因此形成壓力容器薄弱的區(qū)域。實踐證明，許多容器破壞總是在其熱影響區(qū)或焊縫開始的。所以在強度計算中要引用焊接接頭系數以彌補焊接接頭對容器強度的削弱。焊接接頭系數φ=焊縫區(qū)材料強度/本體材料強度≤1焊接接頭系數大小與以下主要因素有關：a.焊接接頭的結構形式：焊接接頭設計是保證焊縫質量的重要條件。一般雙面焊的對接焊縫以及相當于雙面焊（氬弧焊打底單面焊雙面成型）的對接焊縫，焊接接頭能焊透焊縫質量容易保證，故焊接接頭系數可取大些。單面焊不易保證焊透，帶墊板的單面焊焊縫根部易形成初始裂紋，故焊接接頭系數應取小些。b.焊接接頭無損檢測的長度比例。經過無損檢查（包括射線透視和超聲波探傷等）焊接接頭質量有保證，無損檢查比例越高（100%），缺陷愈少，焊接接頭系數φ可取大些。7)公稱直徑和公稱壓力公稱直徑DN鋼板卷制容器的公稱直徑是指內徑，它是一種經標準化后的尺寸，當工藝計算確定直徑后，還應取用與計算直徑相近的公稱直徑作容器直徑。這樣，就便于與已經按公稱直徑制造的封頭、法蘭相配。加快設備制造速度，降低設備制造費用。若采用鋼管作筒體時，容器的直徑按鋼管273、325、377、426mm 等選取，此時容器公稱直徑系指鋼管外徑。公稱壓力PN把壓力容器所承受的壓力也分成若干壓力等級，經過標準化后的壓力數值稱為公稱壓力，目前我國所制定的壓力等級分為；0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4、10、16、20、22、32MPa。在容器設計中、選用容器零部件時，應按設計壓力相近而又大些的公稱壓力取用。當容器零部件設計溫度升高且影響金屬材料強度極限時，則就要按更高一級的公稱壓力取用零部件。8)壓力試驗容器制成或檢修后，在投入運轉之前要檢查容器的宏觀強度（主要是焊縫的強度）和密閉性，因而要進行壓力試驗，試驗合格后才能進行運轉。對需作焊后熱處理的容器，應在全部焊接工作完畢并經熱處理后進行壓力試驗。如果容器壓力試驗后，需進行補焊或補焊后又經熱處理，則必須重新進行壓力試驗，一般根據容器的特點選用液壓或氣壓試驗，并根據介質的特點決定是否進行致密性試驗。壓力試驗a.液壓試驗液壓試驗逐步地增壓到試驗壓力為止。保壓時間一般不少于30分鐘。然后將壓力降至規(guī)定試驗壓力的80%，并保持足夠長的時間以對所有焊縫和連接部位進行檢查。試驗液體一般采用水，需要時也可采用不會導致發(fā)生危險的其他液體。試驗時液體的溫度應低于其閃點或沸點。奧氏體不銹鋼制容器用水進行液壓試驗后應將水漬去除干凈。當無法達到這一要求時，應控制水的氯離子含量不超過25mg/L。以防止氯離子d對奧氏體不銹鋼的應力腐蝕。碳素鋼、16MnR和正火15MnVR鋼制容器液壓試驗時，液體溫度不得低于5℃；其他低合金鋼制容器，液壓試驗時液體溫度不得低于15℃。如果由于板厚等因素造成材料無延性轉變溫度升高，則需相應提高試驗液體溫度。當設計溫度大小或等于100℃時，有些鋼材由于板厚增加等原因機械性能已開始下降,機械性能的下降使得材料許用應力也顯著降低。這時在常溫條件下進行液壓試驗時，必須提高液壓試驗壓力，乘以系數[σ]/[σ]t.b.氣壓試驗一般設備的試壓都應首先要求作液壓試驗，因為液壓試驗尤其是水壓試驗既安全，又經濟。而氣壓危險性大，故只有不適合于做液壓試驗的容器，例如，由于結構或支承原因，或生產時裝入貴重催化劑要求烘干的容器，或在操作過程中不允許存在有微量殘留液體的容器，可在設計圖樣規(guī)定采用氣壓試驗。氣壓試驗所用氣體，應為干燥、潔凈的空氣、氮氣或其他惰性氣體。具有易燃介質的在用壓力容器，必須進行徹底的清洗和置換，否則嚴禁用空氣作為試驗介質。碳素鋼和低合金鋼制壓力容器的試驗用氣體溫度不得低于15℃；其他材料制壓力容器，其試驗用氣體溫度應符合設計圖樣規(guī)定。試驗時壓力應緩慢升壓，升壓至規(guī)定試驗壓力的10%，保壓5分鐘，并對所有焊縫和連接部位進行初次檢查；如無泄漏可繼續(xù)升壓到規(guī)定試驗壓力的50%；如無異?，F象，其后按每級為規(guī)定試驗壓力的10%，逐級升壓到試驗壓力，應根據容積大小保壓10-30分鐘；然后降至設計壓力，保壓進行檢查，其保壓時間不少于30分鐘。檢查期間壓力應保持不變。不得采用連續(xù)加壓以維持試驗壓力不變的做法。不得在壓力下緊固螺栓。經肥皂液或其他檢漏液檢查無漏氣，無可見的異常變形即為合格。若有滲漏經返修后再按上述規(guī)定重新試驗。為了保證安全，氣壓試驗前必須全面檢查容器質量，對容器的焊縫應進行100%探傷，試驗時應有必要的防護措施，試驗壓力PT內壓容器液壓試驗PT=1.25P氣壓試驗PT=1.15P式中：P——設計壓力，MPa；[σ]——試驗溫度下的材料許用應力，MPa[σ]t——設計溫度下的材料許用應力，MPa容器各元件（圓筒、封頭、接管、法蘭及緊固件）所用材料不同時，應取各元件材料的[σ]/[σ]t比值中最小者。（2）外壓容器和真空容器外壓容器和真空容器按內壓容器進行試驗液壓試驗壓力PTPT=1.25p氣壓試驗壓力PTPT=1.15p式中：P——設計外壓力，MPa(3)夾套容器對于帶夾套的容器，應在圖樣上分別注明內筒和夾套的試驗壓力。當內筒設計壓力為正值時，按內壓確定試驗壓力。當內筒設計壓力為負值時節(jié)，按外壓進行液壓試驗。在內筒液壓試驗合格后，再焊接夾套。并對夾套進行壓力試驗，在確定了試驗壓力后，必須校核內筒在該試驗外壓力作用下的穩(wěn)定性。如果不能滿足穩(wěn)定要求，則應規(guī)定在作夾套的液壓試驗時，必須同時在內筒保持一定壓力，以使整個試驗過程（包括升壓、保壓和卸壓）中的任一時間內，夾套和內筒的壓力差不超過設計壓差。圖樣上應注明這一要求，以及試驗壓力和允許壓差。對立式容器臥置進行液壓試驗時，試驗壓力應為立置時的試驗壓力加液柱靜壓力。應力校核由于試驗壓力大于設計壓力，故試驗時容器內應力勢必要增大。所以在試驗前必須對容器在試驗條件下產生的應力進行校核。校核時所取的壁厚度。同時還應計入液柱靜壓力。液壓試驗時，圓筒的薄膜應力校核式σT=≤0.9σsφ(σ0.2)氣壓試驗時圓筒的薄膜應力校核式σT=≤0.8σsφ(σ0.2)式中Di——圓筒的內直徑，mm；PT——試驗壓力，MPa；——圓筒的有效厚度，mm；φ——圓筒的焊接接頭系數。液壓試驗時，球形容器的薄膜應力校核。σT=≤0.9σsφ(σ0.2)氣壓試驗時，球形容器的薄膜應力校核σT=≤0.9σsφ(σ0.2)式中Di——球形容器的內直徑，mmPT——試驗壓力，MPa；——球形容器的有效厚度，mm；φ———球形容器的焊接接頭系數。致密性試驗致密性試驗有氣密性試驗或煤油滲漏試驗。氣密性試驗氣密性試驗的目的在于檢查容器連接部位的密封性能和焊縫可能發(fā)生的滲漏。因為氣體檢漏的靈敏度高，因此對密封性要求很高的容器，如盛裝介質毒性程度為極度、高度危害或設計上不允許微量泄漏的壓力容器，必須進行氣密性試驗。氣密性試驗應在液壓試驗合格后進行。容器全部安裝上安全附件、閥門、壓力表和液面計等后方可進行。氣密性試驗所用氣體應為干燥、潔凈的空氣、氮氣或其他惰性氣體。具有易燃介質的在用壓力容器，必須進行徹底的清洗和置換，否則嚴禁用空氣作為試驗介質。碳素鋼和低合金鋼制壓力容器，其試驗用氣體的溫度應不低于5℃。其他材料制壓力容器設計者可根據材料決定。氣密性試驗壓力一般取PT=1.0P式中：P——設計壓力，MPa試驗壓力應緩慢上升，達到規(guī)定試驗壓力后保壓10分鐘，然后降至設計壓力，對所有焊縫和連接部位進行泄漏檢查。小型容器亦可浸入水中檢查。如有泄漏，修補后重新進行液壓試驗和氣密性試驗。對已作氣壓試驗的容器是否需再進行氣密性試驗應在設計圖樣上注明。對于殼程壓力低于管程壓力的列管式換熱器，如果不能采用提高殼程試驗壓力等于管程試驗壓力的方法，來檢查管子與管板連接的嚴密性時，則殼程、管程按各自要求試驗壓力試壓。然后殼程再以1.05倍殼程設計壓力的含氨體積約1%的壓縮空氣或低壓純氨滲透試驗。煤油滲漏試驗將焊縫能夠檢查的一面清理干凈，涂以白粉漿，晾干后在焊縫另一面涂以煤油，使表面得到足夠的浸潤，經半小時后白粉上沒有油漬為合格。五、封頭壓力容器封頭，常見的形式有凸形封頭（包括半球形封頭、橢圓形封頭，碟形封頭、球冠形封頭）、錐形封頭、變徑段、平蓋等。1．球形封頭半球形封頭由球殼的一半作成。在內壓作用下，半球形封頭計算厚度按球殼確定。半球形封頭與其他形狀的封頭相比，封頭內壁產生應力最小，因此它所需要的壁厚最薄，用材比較節(jié)省。但半球形封頭深度大、制造比較困難，尤其加工設備條件較差的中小型設備制造廠困難更大。而對于大直徑（Di＞3m）的半球形可用數塊鋼板在大型水壓機成型后拼焊而成。半球形封頭還用于高壓容器上代替平封頭，以節(jié)省鋼材。由于球殼的環(huán)向應力和徑向應力相等，半球形封頭計算厚度式中焊接接頭系數按環(huán)焊縫。2．橢圓形封頭橢圓形封頭縱剖面的曲線部分是半個橢圓形，橢圓形各部分的薄膜應力隨著X值的變化而變化，而且與長短軸的比值a/b有關?，F將幾個特殊點應力值列出。橢圓封頭各特殊點的應力值坐標位置經向應力環(huán)向應力橢圓形封頭頂點位置橢圓形封頭底邊上位置maxman橢圓形殼體中徑及曲面高度。根據第一強度理論，并考慮焊接接頭系數φ，得[σ]tφδ==2為標準橢圓形封頭。其環(huán)向應力分布圖：標準橢圓形封頭計算厚度δ=對Di/2hi＞2的橢圓形封頭，不僅邊緣應力大，薄膜應力也大，所以在計算中必須考慮應力增強影響，在標準中，對橢圓形封頭厚度計算公式進行適當修正，即δ=式中K——橢圓形封頭形狀系數K=[2+（）2]對標準橢圓形封頭的系數K=1橢圓形封頭的最大允許工作壓力[Pw]=從橢圓形殼體應力分析中知道殼體赤道處可能出現周向壓應力，為了使這部分殼體不致于失穩(wěn)，對于K≤1的橢圓形封頭，其有效厚度應不小于封頭內直徑的0.15%。K>1的橢圓形封頭的有效厚度應不小于0.30%Di。3、碟形封頭碟形封頭是由三部分組成。第一部分是以半徑為Ri的球面部分，第二部分是以半徑為Di/2的圓形部分，第三部分是連接這兩部分的過渡區(qū)，其曲率半徑為r。Ri與r均以內表面為基準。braRi由于第一部分與第三部分是兩個不同的曲面，故在交點ｂ處曲率半徑有一個突然的變化，在b點處不僅由內壓引起的拉應力，還有邊緣力矩引起的邊緣彎曲應力；在過渡區(qū)和圓筒部分交界點a處也有緣應力存在，其邊緣應力的大小與Di/r有關。當r/Di之比值愈小，即曲率變化愈厲害，則邊緣應力愈大。標準規(guī)定碟形封頭球面部分的半徑應不大于封頭的內直徑。通常取Ri=（0.9或1）Di，這樣碟形封頭球面部分的應力與圓筒周向應力σθ相近。即球面部分的厚度與圓筒厚度相近，便于制造。同時還規(guī)定碟形封頭過渡區(qū)半徑r不小于封頭內直徑的10%，這樣就控制r/DI的大小，也就控制了邊緣應力大小。為了計算方便以球頂部分應力為基礎，乘以折邊部分的形狀系數M，得出碟形封頭的強度計算公式。σ=MPR/2考慮焊接接頭系數φ，并用R=Ri+代入上式，簡化后得δ=式中M——碟形封頭形狀系數M=(3+)碟形封頭的最大允許工作壓力[Pw]=從橢圓形殼體應力分析中知道殼體邊緣到交點b可能出現周向壓應力，為了使這部分殼體不致于失穩(wěn)，對于M≤1.34(Ri=0.9Di、r=0.17Di)的碟形封頭，其有效厚度應不小于封頭內直徑的0.15%。M>1.34的碟形封頭的有效厚度應不小于0.30%Di。4、球冠形封頭由于無過渡區(qū)，在連接邊緣有較大邊緣應力，要求封頭與筒體聯接處采用全焊頭結構，計算公式以圓筒公式為基礎，計入球殼與筒體聯接處的局部應力。δ=系數Q根據Ri/DiPc/[σ]tφ來查取DI/i5、錐形封頭錐形封頭有軸對稱的無折邊錐封頭和折邊錐形封頭以及非軸對稱的無折邊斜形封頭。對于軸對稱的錐形封頭大端當錐殼半頂角α≤30℃時，可以采用無折邊結構；當α＞30℃時，應采用帶過渡段的折邊結構。帶折邊的錐形封頭由三部分組成，即錐形部分、半徑為r或rs的圓弧過渡部分和圓筒部分。過渡部分是為了降低邊緣應力直邊部分是為了避免邊緣應力疊加在封頭和筒體的連接焊縫上(與碟形封頭各部分作用類似)軸對稱內壓無折邊錐形封頭根據第一強度理論得σ1=σθ=?≤[σ]t將D=Di+代入上式，并考慮焊縫系數φ和壁厚附加量C，并經簡化得出錐形封頭的厚度計算公式δ=式中DC——錐體大端直徑。當錐體由同一半頂角的幾個不同厚度的錐體段組成時，式中DC分別為各錐體段大端直徑。上式無折邊封頭適用于α≤30℃時，如按式算得的厚度很薄時，容易發(fā)生彎曲，這時壁厚需要適當加強，加強條件是根據連接邊緣的附加應力（二次應力）加薄膜應力≤3[σ]t，按此條件求得的P、[σ]t及α之間關系，可繪制成曲線。當無折邊封頭α＞30℃時，邊緣彎曲應力較大，錐體與筒體連接處應考慮另行加強或采用有折邊錐形封頭。根據圖坐標點（P/[σ]tφ，α）位于圖中曲線上方，則無需加強，壁厚仍按式計算，若坐標點（P/[σ]tφ，α）位于圖中曲線下方時，則需要增加厚度予以加強。則應在錐形封頭與圓筒之間設置加強段，其加強段應與圓筒加強段具有相同的厚度。=式中Q——應力增值系數。在任何情況下，加強段的厚度不得小于相連接的錐形封頭厚度。其長度應不小于；圓筒加強段的長度應不小于2。由于錐殼應力自錐項至錐底不一樣，小端的應力小，大端應力大。因此，在設計時兩端壁厚可以不一樣、根據以上方法同樣可以得出小端連接處的厚度計算公式及判別是否需要加強的曲線。無需加強的錐殼計算厚度δ=mm式中Dis——為錐體小端內直徑以α和P/[σ]tφ值查圖，當其交點位于曲線之下時需要加強，加強后的壁厚按下式計算=mm在任何情況下，錐殼小端加強段的厚度不得小于相連接的錐殼厚度，錐殼加強的長度L1應不小于；圓筒加強段的長度L應不小于。若考慮無折邊錐形封頭只由一種厚度組成時，則應上述大端或大、小端同時具有加強段時，以及錐殼三部計算出的厚度最大值作為無折邊錐形封頭厚度。2）軸對稱內壓折邊錐形封頭。無折邊錐形封頭在與圓筒連接處存在著較大的應力集中，故當壓力比較大且α≤30℃時，采用帶折邊封頭可以克服上述缺點。大端折邊錐體封頭的過渡段轉角半徑r應不小于封頭大端內徑Di≥且不小于該過渡段厚度的3倍，即r≥0.1Di且r≥3.大端折邊錐形封頭的過渡段轉角半徑rs應不小于封頭大端內徑Dis的5%,且不小于該過渡段厚度的3倍。大端折邊錐形封頭厚度計算應包括兩部分過渡段壁厚=式中:K——系數，根據α、r/Di查GB150表7-4。與過渡段相接處的錐殼厚度=mm式中：f——系數，f=值由表7-5查取。當錐殼半項角α＞45°小端過渡段厚度仍按上述小端過渡段厚度式確定，但式中Q值由圖7-15查取。與過渡相接的錐殼和圓筒的加強段厚度應與過渡段厚度δγ相同。錐殼加強段的長度應不小于；圓筒加強段的長度應不小于。在任何情況下，加強段的厚度不得小于與其連接處的錐殼厚度。若考慮只由一種厚度組成時，則應取上述各部分厚度中的最大值作為折邊錐形封頭的厚度。無折邊斜錐殼體在內壓作用下，受力情況較復雜系屬非軸對稱問題，工程上仍可采用無折邊錐形封頭的厚度公式。其中應為較大的側斜角。受壓斜錐殼的強度計算見化工部頒發(fā)的HG20582-1998《鋼制化工容器強度計算規(guī)定》。6、平蓋平蓋結構簡單，制造方便小直徑較小的高壓容器對小直徑的常壓容器，一般也采用平蓋。平板封頭的厚度是以薄板理論為基礎。應力最大值的大小及其所處位置視壓力作用面積的大小及周邊固定情況（剛性固定和簡支）而定。實際上平蓋的支承情況往往介于剛性固定和簡支之間。因此工程計算中都采用薄板理論為基礎的經驗公式。σmaxσmaxσmax=0.31PD2/δ2≤1.5[σ]tσmax=0.188PD2/δ2≤3[σ]tσmax=KPD2/δ2≤[σ]tφδp=mm式中Dc——平蓋計算直徑。K——結構特征系數。當預緊時[σ]t取常溫時的許用應力各種封頭計算厚度、最大允許工作壓力計算公式計算厚度δ最大允許工作壓力[Pw]MPa增強系數半球形1橢圓形標準封頭K=1碟形標準封頭M=1.4球冠形Ri/Di及p/[σ]t得Q值無折邊錐形α-錐殼半錐角折邊錐形過渡段：按JB4738-95及JB4739-95r/DI=0.15由GB150表5-4α=45°K=0.818α=30°K=0.682過渡段相接處的錐殼：由GB150表5-5α=45°f=0.645α=30°f=0.554平蓋δp=GB150表7-7K=0.27~0.44常用的K=0.3如果以圓筒的設計公式為基準，直徑為1000mm，材料為Q235－A，設計壓力為1.0MPa設計溫度為100℃，計算厚度為5.2mm（為‘1’），則與其相配的各種封頭按上表計算從小到大排列有：半球形為2.6mm（為0.5mm）；橢圓形（標準）為5.2mm（為1）；碟形（標準）為7.28mm（為1.4）；無折邊錐形（Ri/DI=1.0）為13.5(為2.6)；無折邊錐形（900）為7.36mm（為1.41）；（600）為10.4mm（為2.0）；折邊錐形（900）為6.71mm（為1.29）六、外壓圓筒和球殼1．外壓圓筒的穩(wěn)定性承受外壓的圓筒，強度計算方法與受內壓時相同，其周向力應力值為軸向應力的兩倍，圓筒壁中產生的是壓縮應力，而絕對值大小一樣。這種壓應力如果達到材料的屈服極限或強度極限時，將和承受內壓圓筒一樣導致強度破壞。然而這種現象極為少見。通常外壓圓筒壁內的壓縮應力還遠小于材料的屈服限時，筒體突然失去原來的形狀被壓癟或發(fā)生褶縐而失效（如圖），在圓筒橫斷面上呈現有規(guī)則的永久性波形，其波形數 n可為2、3、4…。在外壓作用下，筒體、球殼或封頭突然發(fā)生失去原來形狀的現象稱之為失穩(wěn)。外壓容器穩(wěn)定性是設計中主要考慮的問題。外壓圓筒失穩(wěn)以前，筒壁中只是單純的壓應力狀態(tài)。在失穩(wěn)時，伴隨著突然變形，在筒內產生了以彎曲應力為的復雜的附加應力，這種變形與附加應力一直迅速發(fā)展到圓筒被壓癟。由此可見，外壓容器的失穩(wěn)，實質上是容器從一種平衡狀態(tài)（形狀及應力狀態(tài)）向另一種新的平衡狀態(tài)的突變。穩(wěn)定安全系數m長、短圓筒的臨界壓力公式，是按理想狀態(tài)（無初始不圓度）求得的。但實際上的圓筒有幾何尺寸及形狀誤差，還有焊接結構形式等影響，這都會直接影響計算臨界壓力的準確性，此外，生產過程中操作壓力的波動，使筒體實際外壓力增高，并可能超過計算的臨界壓力值。為保證安全，必須使許用外壓力低于臨界外壓力，即[P]=Pcr/m式中穩(wěn)定安全系數m=3（圓筒體）圓筒的臨界壓力及其計算臨界壓力及影響因素受外壓作用的容器，當外壓力低于某一特定的值時，殼體亦能發(fā)生變形，但當壓力卸除后殼體可恢復原來的形狀，這時殼體變形屬于彈性變形范圍。當外壓力繼續(xù)增加到某一特定值，產生了不能恢復的永久變形，即失去了原來的穩(wěn)定性。容器失穩(wěn)時的壓力稱臨界壓力，以Pcr表示。容器在Pcr作用下容器壁內應力稱臨界應力。臨界壓力值受若干因素影響，如受容器筒體幾何尺寸及幾何形狀的影響，除此之外，載荷的均勻和對稱性、筒體材料及邊界條件等也有一定影響。a.影響因素δ/D兩個圓筒形外壓容器，當其他條件（材料、直徑D、長度L）一定，而厚度不同時，當L/D相同，δ/D大者臨界壓力高，其原因是筒壁較厚抗彎曲的能力強；b.影響因素L/D當δ/D相同，而長度L不同，L/D小者臨界壓力高，其原因是筒身較短圓筒的封頭對筒壁起著一定支撐作用。筒體的幾何形狀（如不圓度）誤差會降低筒壁臨界壓力，加速筒體的失穩(wěn)。不圓度定義為e=Dmax-Dmin，式中Dmax、Dmin分別為筒體直徑的最大值和最小值。筒體材料的彈性模數E值大，抵抗變形能力強，臨界壓力就高。由于各種鋼材E值相差較小，若選用高強度鋼代替一般碳素鋼制造外壓容器，并不能明顯地提高筒體的臨界壓力，卻使容器成本提高，因而是不恰當的。要提高容器的臨界壓力，即增加穩(wěn)定性，只有從幾何尺寸上來考慮。長圓筒、短圓筒及剛性圓筒承受外壓的圓筒形殼體，按不同的幾何尺寸失穩(wěn)時的不同形式（波形數不同），將圓筒分為長圓筒、短圓筒及剛性圓筒等三種。長圓筒是指筒體的L/D值較大，筒體兩端邊界的支撐作用可以忽略，筒體失穩(wěn)時Pcr僅與δ/D有關，而與L/D無關。長圓筒失穩(wěn)時波形數n為2。短圓筒是指筒體兩端邊界的支撐作用不可忽略，筒體失穩(wěn)時Pcr與L/D及δ/D均有關。短圓筒失穩(wěn)時波形數n＞2的整數。剛性圓筒是指L/D較小，而δ/D較大，筒體的剛性較好，破壞的原因是圓筒壁內的壓縮應力超過了材料的屈服限，并非是發(fā)生了失穩(wěn)。對剛性圓筒只考慮強度要求。由上所述，圓筒的“長”和“短”是指相對于直徑來說的。長、短圓筒以及剛性圓筒的臨界壓力是各不相同的，有其各自的計算方法。圓筒體臨界壓力的計算長圓筒臨界壓力Pcr=2.19E(E——圓筒材料在設計溫度下的彈性模數由上式可見，長圓筒臨界壓力僅與筒體δe/D及E有關。式僅限于彈性范圍內使用，即失穩(wěn)時應力應低于屈服強度。短圓筒臨界壓力Pcr=2.6E剛性圓筒由臨界壓力引起的臨界應力為Qcr=PcrD/2δe外壓短而厚的剛性圓筒，其破壞是由于圓筒壁的壓縮應力超過材料設計溫度下的屈服極限，不存在穩(wěn)定性問題。強度校核公式為σ=≤[σ]t式中φ——焊接接頭系數，外壓圓筒取=1；長、短及剛性圓筒都是承受橫向均勻外壓力的情況。因容器均有封頭，所以除受橫向外壓力外，同時還受有軸向壓力，但軸向壓縮對筒體失穩(wěn)影響很小，工程上僅按承受橫向均勻外壓計算臨界壓力（室外高塔設計除外）。圓筒的臨界長度從前面已知，長短圓筒的區(qū)別是受端蓋支撐的影響。當δe/D相同時，短圓筒的臨界壓力較稱圓筒大，隨著短圓筒長度的增加，端蓋對筒體支撐作用減弱，當短圓筒的長度增大到某一值時，端蓋對筒體的支撐作用完全消失，這時短圓筒的臨界壓力與長圓筒臨界壓力相等，該短圓筒的長度稱為臨界長度，用Lcr表示。2.19E(=2.6E得Lcr=1.17D√D/δe臨界長度是長、短圓筒的分界線，也是計算臨界壓力選擇公式的的依據。當實際圓筒計算長度L＞Lcr屬長圓筒，若L＜Lcr則屬短圓筒。外壓圓筒的計算與δe/D0（D0為圓筒外直徑）有關。δe/D0≥0.04時，筒壁應力達屈服極限前不可能被壓癟，此條件下任何δe/D0值均按剛性圓筒計算。5）計算長度圓筒的計算長度指筒體外部或內部兩剛性構件之間的最大距離，筒體外部焊接的角鋼加強圈，筒體內部擋板或塔盤均可視為剛性構件；在兩個剛性構件中，其中一個是凸型封頭時，取計算長度L=L’+h+hi（hi為凸型封頭凸面高度），凸型封頭剛性大對圓筒體有一定支撐作用，可以提高臨界壓力。在較薄板制造的筒體上焊接一定數量的加強圈，可使計算長度L降低，提高臨界壓力。3、外壓圓筒的計算圖算法進行設計。由臨界壓力計算式并以圓筒外徑D0代替D可得長圓筒臨界壓力Pcr=2.19E(短圓筒臨界壓力Pcr=2.6E圓筒在Pcr作用下，產生的環(huán)向臨界應力為σcr=PcrD0/2δe應變εcr=σcr/E=PcrD0/2δeE長、短圓筒Pcr公式分別代入上式得長圓筒εcr=1.1（δe/D0）2短圓筒εcr=1.3（δe/D0）1.5/L/D0從上面兩個公式可見，承外壓圓筒失穩(wěn)時，環(huán)向應變εcr與筒體幾何參數δeD0及L有關，而與材料彈性模數無關。它們可以用如下函數通式表示ε=f（D0/δe·/LD0）若圓筒的D0/δe值已確定，ε只是L/D0的函數。利用上式繪出曲線，橫坐標A即ε。圖中上部垂直線與斜線交點所對應的L/D0即為圓筒的Lcr/D0，交點以上直線表示長圓筒情況，失穩(wěn)時ε與L/D0無關，而在交點以下斜線簇表示短圓筒情況，失穩(wěn)時的ε與D0/δe及L/D0均有關。L/D0D0/δeA(ε)對于任何材料的外壓圓筒，已知L/D0和D0/δe值，可用圖中找出失穩(wěn)時的環(huán)向應變εcr（即A）。還要找出εcr與許用外壓[P]的關系，才能判定容器在操作外壓力下是否安全。將Pcr=m[P]代入應變式整理得εcr=m[P]D0/2Eδe由上式D0[P]/δe=2/3Eε已知m=3，設B=2/3Eε=2/3σcr因εcr=A，由上式可見，系數B與A的關系即B=2/3EA，這可以A為橫坐標，以B為縱坐標，并配以材料在各溫度下的應力與應變拉伸曲線，可以繪出圖。若由A求得B后，可由上式推得的下面公式求許用外壓力，即[P]=Bδe/D0MPa計算圖B值是A的函數，即B=f（A），直線部分表示應力與應變成正比，項部彎曲部分表示材料發(fā)生塑性變形以后的應力應變關系。A(ε)A(ε)對于D0/δe及L/D0已確定的圓筒，如果從圖查得的A值位于圖的直線部分，說明圓筒失穩(wěn)時應力值沒有超過材料比例極限，即該圓筒屬于彈性失穩(wěn)，可視E值為常數，直接用B=2/3EA求B值。當A值處于B=f（A）曲線的彎曲部分時，由A求B后求[P]?？梢娡鈮喝萜鲌D算法是計算與圖算相結合的設計方法。由于對彈性失穩(wěn)可以直接用公式B值和[P]，故圖B=f（A）曲線就可以把大部分直線段省略。GB150中圖省略了大部分直線的幾種常用鋼材的A-B曲線軸向受壓圓筒的穩(wěn)定性承受軸向壓力的薄壁圓筒，當軸向壓縮應力達某一定值時，圓筒母線的直線性受到破壞而產生了波形，即為軸向失穩(wěn)。有些直立高塔設備除了承受介質外壓，不定期要承受設備自重及風載荷等作用，使筒體壁產生局部較大軸向壓縮應力，因此筒體局部失穩(wěn)（褶皺）。為保證安全，需要求得保證軸向穩(wěn)定的許用應力[σ]cr值。容器開孔及開孔補強為了使壓力容器能正常操作，在筒體和封頭上常設置如進、出料口，壓力表、溫度計等接口及視鏡、液面計等附件。為了安全以及維修方便，“容規(guī)”第40條也規(guī)定，壓力容器必須開設檢查孔（包括人孔、手孔、螺紋管塞檢查孔）。因此，在容器上開孔是不可避免的，主要是要考慮開孔的位置，大小、連接結構和開孔補強問題。容器開孔附近的應力集中壓力容器開孔后，不但削弱器壁強度，而且，在開孔附近形成應力集中。應力集中系數容器的開孔集中程度是用應力集中系數K來表征的，“K”的定義是開孔處的最大應力值與不開孔時最大薄膜應力之比。開孔接管處的應力集中系數主要受下列因素影響：容器的形狀和應力狀態(tài)由于孔周邊的最大應力是隨薄膜應力的增加而上升的，圓殼的薄膜應力是球殼的兩倍，所以圓筒殼的應力集中系數大于球殼。同理，圓錐殼的集中系數則高于圓筒殼。開孔的形狀、大小及接管壁厚開方孔時應力集中系數最大，橢圓孔次之，開圓孔最小。接管軸線與殼體法線不一致時，開孔將變?yōu)殡S圓形而使應力集中系數增大。開孔直徑越大，接管壁厚越小，應力集中系數越大，故減小孔徑或增加接管壁厚均可降低應力集中系數。插入式接