第八章內(nèi)壓容器1課件

第八章內(nèi)壓容器§8-1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定一、容器直徑對(duì)于用鋼板卷焊的筒體，以內(nèi)徑作為它的公稱直徑。容器直徑較小，可直接用無縫鋼管制作，此時(shí)以鋼管外徑作為它的公稱直徑。7/24/20231壓力容器的公稱直徑/mm300(350)400(450)500(550)600(650)700(750)8009001000(1100)1200(1300)1400(1500)1600(1700)1800(1900)2000(2100)2200(2300)24002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000

注：帶括號(hào)的公稱直徑應(yīng)盡量不采用。7/24/20232159219273325377426無縫鋼管制作筒體時(shí)容器的公稱直徑/mm7/24/20233公稱直徑：指標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以DN表示，單位mm，例如內(nèi)徑1200mm的容器的公稱直徑標(biāo)記為DN1200。公稱壓力PN：容器及管道的操作壓力經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)壓力稱為公稱壓力，以PN表示，單位MPa。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將工藝計(jì)算初步確定的設(shè)備內(nèi)徑，調(diào)整為符合表中所規(guī)定的公稱直徑。封頭的公稱直徑與筒體一致。7/24/20234二、工作壓力與設(shè)計(jì)壓力p設(shè)計(jì)壓力P是指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，即標(biāo)注在銘牌上的壓力。工作壓力是由工藝過程決定的，可能是變動(dòng)的，在頂部和底部也可能是不同的。在正常操作情況下容器頂部可能出現(xiàn)的最高工作壓力稱為容器的最大工作壓力，用PW表示。7/24/20235設(shè)計(jì)壓力應(yīng)該高于其最大工作壓力：（1）裝有安全閥的容器，其設(shè)計(jì)壓力不得低于安全閥的開啟壓力PK

，容器設(shè)計(jì)壓力可取

P=（1.05-1.1）PW。（2）裝有爆破片的容器，其設(shè)計(jì)壓力不得低于爆破片的設(shè)計(jì)爆破壓力上限，容器設(shè)計(jì)壓力可取P=（1.15-1.75）PW。7/24/20236三、設(shè)計(jì)溫度t設(shè)計(jì)溫度是指容器在正常操作情況，在相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力下，設(shè)定的受壓元件的金屬溫度。設(shè)計(jì)溫度不得低于容器工作時(shí)器壁金屬可能達(dá)到的最高溫度，也不能高于器壁金屬可能達(dá)到的最低溫度。7/24/20237四、計(jì)算壓力pc計(jì)算壓力是指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定受壓元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可不計(jì)液柱靜壓力。五、許用應(yīng)力[σ]t在設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力值的大小，直接決定著容器強(qiáng)度，是主要設(shè)計(jì)參數(shù)之一。7/24/20238六、焊接接頭系數(shù)φ通常在鋼板許用應(yīng)力[σ]t基礎(chǔ)上乘以一個(gè)等于或小于1的焊接接頭系數(shù)φ作為焊接接頭處金屬的許用應(yīng)力。7/24/20239焊接接頭形式無損檢測的長度比例100%局部雙面焊對(duì)接接頭或相當(dāng)于雙面焊的對(duì)接接頭1.00.85單面焊對(duì)接接頭或相當(dāng)于單面焊的對(duì)接接頭0.90.8符合《壓力容器安全技術(shù)檢察規(guī)程》才允許作局部無損探傷。抽驗(yàn)長度不應(yīng)小于每條焊縫長度的20％。7/24/202310§8-2內(nèi)壓容器筒體與封頭厚度的計(jì)算一、內(nèi)壓圓筒的五種厚度及其確定方法1、理論計(jì)算厚度δ為能安全承受計(jì)算壓力所需的最小理論計(jì)算厚度?？珊喕桑?/24/2023112、設(shè)計(jì)厚度δd計(jì)算厚度δ與腐蝕裕量C2之和

δd=δ+C23、名義厚度δn將設(shè)計(jì)厚度加上鋼板負(fù)偏差C1后向上圓整至鋼板標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的厚度。設(shè)計(jì)圖樣上標(biāo)注的殼體厚度應(yīng)為此厚度。

δn=δd+C1+Δ7/24/202312

厚度附加量滿足強(qiáng)度要求的計(jì)算厚度之外，額外增加的厚度量，包括鋼板負(fù)偏差Cl、腐蝕裕量

C2，即C=Cl+C2厚度22.22.52.8～3.03.2～3.53.8～44.5～5.5負(fù)偏差0.130.140.150.160.18

0.20.2

厚度6～78～2526～3032～3436～4042～50

52～60

負(fù)偏差0.60.8

0.911.11.21.3

7/24/202313腐蝕裕量C2應(yīng)根據(jù)各種鋼材在不同介質(zhì)中的腐蝕速度和容器設(shè)計(jì)壽命確定。塔類、反應(yīng)器類容器設(shè)計(jì)壽命一般按20年考慮，換熱器殼體、管箱及一般容器按10年考慮。腐蝕速度＜0.05mm／a時(shí)，碳素鋼和低合金鋼單面腐蝕C2=1mm，雙面腐蝕取C2=2mm；腐蝕速度＞0.05mm／a時(shí)，單面腐蝕取C2=2mm，不銹鋼取C2=0。7/24/2023144、有效厚度δe

真正可以承受介質(zhì)壓強(qiáng)的厚度

δe=δ+Δ=δn-C1-C25、最小厚度δmin

（1）對(duì)于碳素鋼和低合金鋼制容器，δmin不小于3mm。（2）對(duì)于高合金鋼制容器，δmin不小于2mm。7/24/202315當(dāng)筒體的計(jì)算厚度小于δmin時(shí)，應(yīng)取δmin作為計(jì)算厚度，這時(shí)筒體的δn可視以下兩種情況分別計(jì)算。（1）當(dāng)δmin-δ>C1時(shí)，即理論計(jì)算厚度非常小，加上鋼板負(fù)偏差后還不到規(guī)定的最小厚度。

δn=δmin+C2+Δ

（Δ可以等于零）（2）當(dāng)δmin-δ<C1時(shí)，負(fù)偏差必須計(jì)入。

δn=δmin+C1+C2+Δ7/24/202316例8-1一臺(tái)新制成的容器，圖紙標(biāo)注的技術(shù)特性及有關(guān)尺寸如下：圓柱形筒體與標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的內(nèi)徑Di=1m，壁厚δn=12mm，設(shè)計(jì)壓力p=2MPa，焊接接頭系數(shù)φ=1，腐蝕裕量C2=2mm，材料為20R，以設(shè)計(jì)溫度100℃時(shí)的許用應(yīng)力[σ]t=133MPa，試計(jì)算該容器筒體的計(jì)算厚度，設(shè)計(jì)厚度，圓整值及有效厚度。7/24/202317解：將所給條件分別代入有關(guān)公式

（1）計(jì)算厚度δ按簡化式計(jì)算有：誤差只有1.3%。7/24/202318（2）設(shè)計(jì)厚度δd

δd=δ+C2=7.6+2=9.6mm（3）圓整值Δ查表得C1=0.8mm

Δ=δn-δd-C1=12-9.6-0.8=1.6mm（4）有效壁厚δe

δe=δ+Δ=7.6+1.6=9.2mm或

δe=δn-C1-C2=12-0.8-2=9.2mm7/24/202319例8-2按如下設(shè)計(jì)條件確定容器筒體的計(jì)算厚度δ，設(shè)計(jì)厚度δd，名義厚度δn，有效厚度δe。計(jì)算壓力pc為0.18MPa和0.28MPa，筒體Di=2m，材料[σ]t=133MPa，φ=0.85,腐蝕裕量C2=2mm。解：當(dāng)pc=0.18MPa時(shí)，筒體的計(jì)算厚度7/24/202320因?yàn)棣?lt;δmin，且δmin-δ=3-1.9=1.1mm>C1所以δn=δmin+C2=3+2=5mm=δd

δe=δn-C2-C1=5-2-0.5=2.5mm當(dāng)pc=0.28MPa時(shí)因?yàn)棣?lt;δmin，取δ=δmin=3mm

δd=δ+C2=3+2=5mm

δn=δ+C2+C1+Δ=3+2+0.6+0.4=6mm

δe=δn-C1-C2=6-2-0.6=3.4mm7/24/202321封頭的設(shè)計(jì)7/24/202322二、內(nèi)壓凸形封頭厚度計(jì)算7/24/202323內(nèi)壓凸形封頭包括四種形式：半球形，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形，碟形和無折邊球形。1、半球形封頭δd、δn、δe的計(jì)算同筒體。7/24/2023242、標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭這種封頭是由半個(gè)橢球和一段高度為h0的圓柱形筒節(jié)（稱為直邊）構(gòu)成，封頭的曲面深度h=Di/4,封頭的直邊高度h0與封頭厚度有關(guān)（見下表）。對(duì)于長短軸之比等于2的標(biāo)準(zhǔn)橢球殼來說，可認(rèn)為其計(jì)算厚度和內(nèi)壓圓筒是一樣的。為防止標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭失穩(wěn)，規(guī)定其計(jì)算厚度不小于其內(nèi)徑的0.15%。7/24/202325橢圓形和碟形封頭的直邊高度封頭材料碳素鋼、普低鋼、復(fù)合鋼板不銹鋼、耐酸鋼

封頭壁厚4～8

10～18≥20

3～910～18≥20

直邊高度2540502540507/24/2023263、碟形封頭（１）幾何尺寸碟形封頭又叫帶折邊球形封頭，由三部分組成：以Ｒc為半徑的球面殼體，半徑為r的環(huán)狀殼體（過渡圓?。┖透邽閔0的圓柱形殼體（直邊部分）。Ｒc≤Di；

r

≥10％Ｒc

，r>3δ。7/24/202327（２）封頭內(nèi)的應(yīng)力碟形封頭受內(nèi)壓作有用時(shí)，球面部分一次薄膜應(yīng)力可按球殼應(yīng)力公式計(jì)算，其值為：在封頭折邊內(nèi)除了薄膜應(yīng)力外，變形時(shí)還將產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，二者疊加后，折邊內(nèi)的總應(yīng)力可用下式計(jì)算：7/24/202328Ｍ反映了折邊處的應(yīng)力較球面內(nèi)應(yīng)力增大的程度。其值取決于Ｒci和r的比值，所以Ｍ被稱為碟形封頭的形狀系數(shù)，其值按下式計(jì)算：碟形封頭形狀系數(shù)r／Ｒci0.150.170.2Ｍ1.41.361.317/24/202329（３）壁厚計(jì)算公式式中α＝0.9或１，常用0.9。碟形封頭的厚度如果太薄，有效厚度也會(huì)發(fā)生內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)，規(guī)定：

M≤1.34時(shí)δe≥0.15％Di；

M>1.34時(shí)δe≥0.3％Di。7/24/2023304、球冠形封頭（１）封頭結(jié)構(gòu)為進(jìn)一步降低凸形封頭的高度，將碟形封頭的過渡圓弧及直邊部分都去掉，只留下球面部分。球面半徑一般取等于圓柱筒體的內(nèi)直徑或0.9倍至0.7倍的內(nèi)直徑。這種封頭的使用壓力一般不高。7/24/202331例8-３為一直徑Di=800mm的圓柱形筒體選配凸形封頭，已給設(shè)計(jì)條件如下頭：設(shè)計(jì)壓力p＝0.8MPa，許用應(yīng)力[σ]t=110MPa，焊接接頭系數(shù)φ=1。試比較選用以下三種形式凸形封頭：半球形封頭；標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭；球面半徑Rci=720mm，折邊半徑ri=108mm的碟形封頭。封頭的計(jì)算厚度各等于多少？7/24/202332解取計(jì)算壓力pc=p，由于pc與[σ]tφ相比很小，所以按簡化式計(jì)算。（１）半球形封頭（２）標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭7/24/202333（3）碟形封頭7/24/202334錐形封頭7/24/202335三、內(nèi)壓錐形封頭厚度計(jì)算（一）錐形封頭的結(jié)構(gòu)形式多用于立式容器底部以便于卸除物料。根據(jù)錐形封頭與圓筒連接外有無過渡圓弧和直邊，有不帶折邊和帶折邊兩種形式。帶折邊錐形封頭：直邊高度選取同標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，r

≥0.1Di、r>3δ，α≤60o。不帶折邊錐形封頭：α≤30o。7/24/202336（二）不帶折邊錐形封頭壁厚的確定簡化式：式中Q值可根據(jù)封頭的計(jì)算壓力pc與材料的[σ]tφ的比值從圖中查取。7/24/2023377/24/202338（三）帶折邊錐形封頭壁厚的確定f0查表獲得。（四）錐形封頭小端結(jié)構(gòu)與壁厚

錐形封頭小端與接管連接處也有邊界應(yīng)力。當(dāng)α≤45o時(shí)，封頭可直接與接管連接；當(dāng)45o<α≤60o時(shí)，封頭小端也應(yīng)加折邊；當(dāng)大端與小端直徑之比大于等于4時(shí)，小端可取與大端相同的厚度。7/24/202339例8-4為一內(nèi)壓圓筒配置錐形封頭，已知設(shè)計(jì)條件如下：pc=0.8MPa，[σ]t=170MPa，φ=0.85，α=30o，Di=1m，封頭小端接管尺寸為φ219×4，試確定封頭的計(jì)算厚度。解：1、若采用無折邊錐形封頭

7/24/2023402、若采用帶折邊錐形封頭7/24/202341五、計(jì)算厚度的通用式圓柱形筒體與標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，K=1

球殼與半球形封頭，K=0.5

碟形封頭，K=Mα

無折邊錐形封頭，K=Q

折邊錐形封頭，K=f07/24/202342練習(xí)題：不銹鋼反應(yīng)釜操作壓力1.2MPa，內(nèi)徑1.2m，下部為帶折邊錐底，其半錐頂角為45°。出料管公稱直徑200mm，釜壁溫度為300℃，試確定該錐形底的壁厚及接口管尺寸。7/24/202343解：半錐角>300,錐底大端帶折邊。折邊內(nèi)半徑r=0.15Di=180mm。錐體壁厚計(jì)算：

7/24/202344錐底接管dN=200mm,外徑

d=219mm所以錐底小端直徑Dis=222mm接管加強(qiáng)段厚度與錐體同厚，加強(qiáng)段的長度

過渡區(qū)厚度計(jì)算7/24/202345一、在用壓力容器強(qiáng)度校核的原則（1）原設(shè)計(jì)已明確提出所采用的強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的，應(yīng)按該強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)度校核。（2）當(dāng)被校核的容器材料牌號(hào)不明時(shí)，應(yīng)按同類常用材料的最低標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。（3）焊接接頭系數(shù)應(yīng)根據(jù)焊接接頭的實(shí)際結(jié)構(gòu)型式和探傷比例確定。§8-3在用壓力容器的強(qiáng)度校核7/24/202346（4）對(duì)于已使用多年的容器，或者是腐蝕比較嚴(yán)重的容器，其有效厚度按下式計(jì)算

δe=

δcmin-2nλ（5）強(qiáng)度校核壓力，可取壓力容器實(shí)際操作的最高工作壓力。（6）強(qiáng)度校核時(shí)的壁溫，取實(shí)際最高壁溫度，低溫壓力容器按常溫取許用應(yīng)力值。7/24/202347二、強(qiáng)度校核的思路、公式和舉例算出容器在校核壓力下的計(jì)算應(yīng)力，看它是否小于材料的許用應(yīng)力，即算出容器的最大許可壓力，看它是否大于校核壓力，即7/24/202348例8-5一臺(tái)使用多年且腐蝕較嚴(yán)重的容器，經(jīng)檢測取得如下數(shù)據(jù)：筒體直徑Di=2m，實(shí)測厚度δc=8mm；碟形封頭：Rci=2m，ri=300mm，δc上=9.3mm,有拼接焊縫；折邊錐形下封頭；半錐角α=60o，ri=300mm，折邊部分實(shí)測厚度δc1=10.4mm；錐體部分實(shí)測厚度δc2=11mm；容器材質(zhì)為碳鋼Q235-A；焊縫為帶封底焊