化工機(jī)械基礎(chǔ)第三第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

（優(yōu)選）化工機(jī)械基礎(chǔ)第三版第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)當(dāng)前第1頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第一節(jié)概論當(dāng)前第2頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)一、容器的結(jié)構(gòu) 殼體(筒體)、封頭(端蓋)、法蘭、支座、接口管及人孔等組成。常低壓化工設(shè)備通用零部件標(biāo)準(zhǔn)直接選用。當(dāng)前第3頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)二、容器的分類壓力容器分類按容器的形狀按承壓性質(zhì)按管理其它按容器壁溫按金屬材料按應(yīng)用情況當(dāng)前第4頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)按容器的形狀按容器形狀分類名稱特點(diǎn)方形\矩形容器平板焊成，制造簡便，但承壓能力差，只用作小型常壓貯槽球形容器弓形板拼焊，承壓好，安裝內(nèi)件不便，制造稍難,多用作貯罐圓筒形容器筒體和凸形或平板封頭。制造容易，安裝內(nèi)件方便，承壓較好，應(yīng)用最廣當(dāng)前第5頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)按承壓性質(zhì)內(nèi)壓：內(nèi)部介質(zhì)壓力大于外界壓力外壓：內(nèi)部介質(zhì)壓力小于外界壓力真空：內(nèi)部壓力小于一個(gè)絕壓的外壓容器表10-1內(nèi)壓容器的分類容器分類設(shè)計(jì)壓力p（MPa）低壓容器0.1≤p＜1.6中壓容器1.6≤p＜10高壓容器10≤p＜100超高壓容器p≥100當(dāng)前第6頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)按管理表10-2安全檢查規(guī)程使用范圍項(xiàng)目條件最高工作壓力pwpw≥0.1MPa，不包括液體靜壓內(nèi)徑Di，容積VDi≥0.15m且V≥0.025m3介質(zhì)氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體 根據(jù)壓力等級、介質(zhì)毒性危害程度以及生產(chǎn)中的作用，壓力容器可分為三類。

第一類壓力容器 第二類壓力容器 第三類壓力容器 不包括核能、船舶專用、直接受火焰加熱容器當(dāng)前第7頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)表10-3毒性危害程度分級指標(biāo)分級Ⅰ極度危害Ⅱ高度危害Ⅲ中毒危害Ⅳ輕度危害急性中毒吸入＜200mg/m3200~mg/m32000mg/m3~＞20000mg/m3經(jīng)皮＜100100~500~＞2500經(jīng)口＜2525~500~＞5000急性中毒易中毒后果嚴(yán)重可中毒，愈后良好偶可中毒無中毒但有影響慢性中毒患病率高較高偶有發(fā)生有影響慢性中毒后果繼續(xù)進(jìn)展不能治愈可基本治愈可恢復(fù)無嚴(yán)重后果可恢復(fù)無不良后果致癌性人體致癌可疑致癌動(dòng)物致癌無致癌性最高容許濃度＜0.10.1-1.0-＞10常見化學(xué)介質(zhì)光氣、汞、氰化氫甲醛,苯胺、氟化氫、二氧化硫,硫化氫,氨當(dāng)前第8頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)名稱說明三類容器（1）高壓容器；

（2）毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)的中壓容器；

（3）中度危害介質(zhì)，且pV大于等于10MPa·m3中壓儲(chǔ)存容器；

（4）中度危害介質(zhì)，且pV大于等于0.5MPa·m3中壓反應(yīng)容器；

（5）毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)，且pV乘積≥0.2MPa·m3的低壓容器；

（6）高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；

（7）中壓搪玻璃壓力容器；

（8）使用強(qiáng)度級別較高的材料制造的壓力容器；

（9）移動(dòng)式壓力容器，鐵路罐車、罐式汽車和罐式集裝箱等；

（10）容積大于等于50m3的球形儲(chǔ)罐；

（11）容積大于5m3的低溫液體儲(chǔ)存容器。

二類容器（1）中壓容器；

（2）毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)的低壓容器；

（3）易燃介質(zhì)或毒性程度為中度危害介質(zhì)的低壓反應(yīng)容器和低壓儲(chǔ)存容器；

（4）低壓管殼式余熱鍋爐；

（5）低壓搪玻璃壓力容器。

一類容器不在第三、第二類壓力容器之內(nèi)的低壓容器為第一類壓力容器。當(dāng)前第9頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)課堂作業(yè)：判斷題判斷下列容器屬一、二、三類容器的哪一類？1）φ2000mmx5000mm的液氨儲(chǔ)罐；2）p為4MPa的劇毒介質(zhì)容器；3）p為10MPa，V為800L的乙烯儲(chǔ)罐。當(dāng)前第10頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)按容器壁溫

常溫容器：壁溫-20℃至200℃；

高溫容器：壁溫達(dá)到蠕變溫度,碳素鋼或低合金鋼容器，溫度超過420℃，合金鋼超過450℃，奧氏體不銹鋼超過550℃，均屬高溫容器；

中溫容器：在常溫和高溫之間；

低溫容器：壁溫低于-20℃,-20℃至-40℃為淺冷容器，低于-40℃者為深冷容器。當(dāng)前第11頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)按材料金屬容器:鋼制,鑄鐵,有色金屬容器非金屬材料：既可作為容器的襯里，又可作為獨(dú)立的構(gòu)件。應(yīng)用最多是低碳鋼和普通低合金鋼，腐蝕嚴(yán)重或產(chǎn)品純度要求高用不銹鋼、不銹復(fù)合鋼板、鋁板及鈦材。在深冷操作中，可用銅或銅合金；常用非金屬材料的有：硬聚氯乙烯、玻璃鋼、不透性石墨、化工搪瓷、化工陶瓷及磚、板、橡膠襯里等。當(dāng)前第12頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)按應(yīng)用情況

反應(yīng)壓力容器（Ｒ）完成物理、化學(xué)反應(yīng)，如反應(yīng)器、反應(yīng)釜、分解鍋、聚合釜、變換爐等；

換熱壓力容器（Ｅ）熱量交換，如熱交換器、管殼式余熱鍋爐、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器等；

分離壓力容器（Ｓ）流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離，如分離器、過濾器、緩沖器、吸收塔、干燥塔等；

儲(chǔ)存壓力容器（Ｃ，球罐為Ｂ）儲(chǔ)存、盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)，如各種形式的貯罐、貯槽、高位槽、計(jì)量槽、槽車等。當(dāng)前第13頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)三、容器的零部件標(biāo)準(zhǔn) 容器的零部件(例如封頭、法蘭、支座、人孔、手孔、視鏡、液面計(jì)等)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化， 許多化工設(shè)備(例如貯槽、換熱器、搪玻璃與陶瓷反應(yīng)器)也有了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

兩個(gè)基本參數(shù)：

公稱直徑DN：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。當(dāng)前第14頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈠公稱直徑1.壓力容器的公稱直徑鋼板卷焊公稱直徑是內(nèi)徑。300(350)400(450)500(550)600(650)700(750)8009001000(1100)1200(1300)1400(1500)1600(1700)1800(1900)2000(2100)2200(2300)24002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000

當(dāng)前第15頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn) 容器直徑較小，可直接用無縫鋼管制作。公稱直徑指鋼管外徑。159219273325377426表10-5無縫鋼管制作筒體時(shí)容器的公稱直徑（mm）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10-4或表10-5所規(guī)定的公稱直徑。封頭的公稱直徑與筒體一致。當(dāng)前第16頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)2.管子的公稱直徑也稱公稱口徑、公稱通徑。

有縫管：電焊鋼管，化工廠用來輸送水、煤氣、空氣、油以及取暖用蒸汽等流體管道。

無縫管：分熱軋管和冷拔管兩種。如輸送流體用無縫鋼管(GB8163-87)、石油裂化用無縫鋼管(GB9948-88)、化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管（GB647986)等。當(dāng)前第17頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)有縫管的公稱直徑：公稱直徑近似普通鋼管內(nèi)徑的名義尺寸。公制mm，英制in，見表10-6。 公稱直徑15mm或1/2英寸，外徑21.3mm，壁厚2.75mm（普通）3.25mm（加厚）每一公稱直徑對應(yīng)一外徑，其內(nèi)徑數(shù)值隨厚度不同而不同。有縫管按厚度可分為薄壁鋼管、普通鋼管和加厚鋼管。管路附件也用公稱直徑表示，意義相同。當(dāng)前第18頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)無縫鋼管的公稱尺寸： 分熱軋管和冷拔管。 無縫鋼管不用公稱直徑而是以外徑乘厚度表示。為公稱外徑與公稱厚度。 在管道工程中，管徑超過57mm時(shí)，常采用熱軋管。管徑在57mm以內(nèi)常選用冷拔管。 冷拔管的最大外徑為200mm； 熱軋管的最大外徑為630mm。當(dāng)前第19頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)3.容器零部件的公稱直徑法蘭、支座等公稱直徑是相配的筒體、封頭的公稱直徑。DN2000法蘭，DN2000鞍座還有一些零部件的公稱直徑是與它相配的管子公稱直徑DN200管法蘭另有一些容器零部件公稱直徑是指結(jié)構(gòu)中某一重要尺寸，DN80(Dg80)視鏡是指窺視孔的直徑為80mm。當(dāng)前第20頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈡公稱壓力工作壓力不同，相同公稱直徑的壓力容器其筒體及其零部件的尺寸也不同。將承受的壓力范圍分為若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)壓力等級，即公稱壓力。表10-7壓力容器法蘭與管法蘭的公稱壓力壓力容器法蘭0.250.61.01.62.54.06.4管法蘭0.250.61.01.62.54.05.0101525當(dāng)前第21頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)如果選用標(biāo)準(zhǔn)零部件，必須將操作溫度下的最高操作壓力(或設(shè)計(jì)壓力)調(diào)整為所規(guī)定的某一公稱壓力等級(調(diào)整方法見第五節(jié))，然后根據(jù)DN與PN選定該零部件的尺寸。如果零件不選用標(biāo)準(zhǔn)零部件，而是自行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)壓力就不必符合規(guī)定的公稱壓力。當(dāng)前第22頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)四、壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)簡介 壓力容器標(biāo)準(zhǔn)是全面總結(jié)壓力容器生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、安全等方面的經(jīng)驗(yàn)，不斷納入新科技成果而產(chǎn)生的。它是壓力容器設(shè)計(jì)、制造、驗(yàn)收等必須遵循的準(zhǔn)則。壓力容器標(biāo)準(zhǔn)涉及設(shè)計(jì)方法、選材及制造、檢驗(yàn)方法等。當(dāng)前第23頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈠國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)1989我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)制訂了GB150-89《鋼制壓力容器》1998年修訂成GB150-1998，使標(biāo)準(zhǔn)更加完善。GB150《鋼制壓力容器》內(nèi)容包括：壓力容器板殼元件計(jì)算容器結(jié)構(gòu)要素的確定密封設(shè)計(jì)超壓泄放裝置的設(shè)置容器的制造與驗(yàn)收的要求等當(dāng)前第24頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈡國外主要規(guī)范國外的規(guī)范主要有四個(gè)：美國ASME規(guī)范，英國壓力容器規(guī)范（BS），日本國家標(biāo)準(zhǔn)（JIS），德國壓力容器規(guī)范（AD）。當(dāng)前第25頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)1．美國ASME規(guī)范美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）制定的《鍋爐及壓力容器規(guī)范》。美國國家標(biāo)準(zhǔn)該規(guī)范規(guī)模龐大、內(nèi)容完善，僅依靠其本身即可完成選材、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、試驗(yàn)、安裝及運(yùn)行等全部工作環(huán)節(jié)。與壓力容器密切相關(guān)有：第Ⅱ卷材料技術(shù)條件、第Ⅴ卷無損檢驗(yàn)、第Ⅷ卷壓力容器及第Ⅸ卷焊接及釬焊評定。每年增補(bǔ)一次，每三年出一新版，技術(shù)先進(jìn)，修訂及時(shí)，能迅速反映世界壓力容器科技發(fā)展的最新成就，為世界上影響最大的一部規(guī)范。當(dāng)前第26頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)2．英國壓力容器規(guī)范（BS） BS5500《非直接火熔焊壓力容器》是由英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（BSI）負(fù)責(zé)制定。由兩部規(guī)范合并而成：一部相當(dāng)于ASME第Ⅷ卷第一冊的BS1500《一般用途的熔融焊壓力容器標(biāo)準(zhǔn)》，另一部是近似于德國AD規(guī)范的BS1515《化工及石油工業(yè)中應(yīng)用的熔融焊壓力容器標(biāo)準(zhǔn)》。當(dāng)前第27頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)3.日本國家標(biāo)準(zhǔn)（JIS）于80年代初制定了兩部基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，一部是參照ASME第Ⅷ卷第1冊制定的JISB8243《壓力容器的構(gòu)造》，另一部是參照ASME第Ⅷ卷第2冊制定的JISB8250《特定壓力容器的構(gòu)造》。

此外，還有與壓力容器相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)JISB8240《冷凍壓力容器》、JISB8241《無縫鋼制氣瓶》及JISB8242《圓筒形液化石油氣貯罐（臥式）構(gòu)造》等。當(dāng)前第28頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)4.德國壓力容器規(guī)范（AD）AD壓力容器規(guī)范是由七個(gè)部門編制的：職工聯(lián)合會(huì)、鍋爐壓力容器管道聯(lián)合會(huì)、化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)、冶金聯(lián)合會(huì)、機(jī)械制造者協(xié)會(huì)、大鍋爐企業(yè)主技術(shù)協(xié)會(huì)及技術(shù)監(jiān)督會(huì)聯(lián)合會(huì)（VDTUV）。當(dāng)前第29頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)AD規(guī)范在技術(shù)上有許多獨(dú)特的觀點(diǎn)，它在世界上也是具有廣泛影響的規(guī)范。AD規(guī)范與ASME規(guī)范相比，特點(diǎn)：

①AD規(guī)范只對材料屈服極限取安全系數(shù)，且取數(shù)較小。因此產(chǎn)品厚度薄、重量輕；

②AD規(guī)范允許用較高強(qiáng)度級別的鋼材；

③在制造要求方面，AD規(guī)范沒有ASME詳盡，這樣可使制造廠具有較大的靈活性，易于發(fā)揮各廠的技術(shù)特長和創(chuàng)新。當(dāng)前第30頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)思考題：1.壓力容器按照壓力、溫度、監(jiān)察管理各是怎樣分類的？2.鋼板卷制的筒體和成型封頭的公稱直徑指的是哪個(gè)直徑？無縫鋼管制作筒體時(shí)，公稱直徑指的是哪個(gè)直徑？3.判斷容器屬幾類？當(dāng)前第31頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)一、薄壁容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

㈠薄壁容器 根據(jù)容器外徑DO與內(nèi)徑Di的比值K來判斷，當(dāng)K≤1.2為薄壁容器K＞1.2則為厚壁容器第二節(jié)內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計(jì)當(dāng)前第32頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈡圓筒形薄壁容器承受內(nèi)壓時(shí)的應(yīng)力 只有拉應(yīng)力無彎曲 “環(huán)向纖維”和“縱向纖維”受到拉力。 σ1（或σ軸）圓筒母線方向(即軸向)拉應(yīng)力， σ2（或σ環(huán)）圓周方向的拉應(yīng)力。當(dāng)前第33頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈢圓筒的應(yīng)力計(jì)算1.軸向應(yīng)力D-筒體平均直徑，亦稱中徑，mm2.環(huán)向應(yīng)力當(dāng)前第34頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)分析：（1）薄壁圓筒受內(nèi)壓環(huán)向應(yīng)力是軸向應(yīng)力兩倍。問題a：筒體上開橢圓孔，如何開?應(yīng)使其短軸與筒體的軸線平行，以盡量減少開孔對縱截面的削弱程度，使環(huán)向應(yīng)力不致增加很多。當(dāng)前第35頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)分析：問題b：鋼板卷制圓筒形容器，縱焊縫與環(huán)焊縫哪個(gè)易裂？筒體縱向焊縫受力大于環(huán)向焊縫，故縱焊縫易裂，施焊時(shí)應(yīng)予以注意。當(dāng)前第36頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)（2）分析式(10-1)和(10-2)也可知，內(nèi)壓筒壁的應(yīng)力和δ/D成反比，δ/D值的大小體現(xiàn)著圓筒承壓能力的高低。因此，分析一個(gè)設(shè)備能耐多大壓力，不能只看厚度的絕對值。當(dāng)前第37頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)二、無力矩理論基本方程式㈠基本概念與基本假設(shè)

1．基本概念

（1）旋轉(zhuǎn)殼體：殼體中面（等分殼體厚度）是任意直線或平面曲線作母線，繞其同平面內(nèi)的軸線旋轉(zhuǎn)一周而成的旋轉(zhuǎn)曲面。當(dāng)前第38頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)（2）軸對稱殼體的幾何形狀、約束條件和所受外力都是對稱于某一軸?；び玫膲毫θ萜魍ǔＪ禽S對稱問題。（3）旋轉(zhuǎn)殼體的幾何概念母線與經(jīng)線法線、平行圓第一曲率半徑：經(jīng)線曲率半徑第二曲率半徑：垂直于經(jīng)線的平面與中面相割形成的曲線BE的曲率半徑當(dāng)前第39頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)2．基本假設(shè)假定殼體材料有連續(xù)性、均勻性和各向同性，即殼體是完全彈性的。

(1)小位移假設(shè)

各點(diǎn)位移都遠(yuǎn)小于厚度。可用變形前尺寸代替變形后尺寸。變形分析中高階微量可忽略。

(2)直線法假設(shè)

變形前垂直于中面直線段，變形后仍是直線并垂直于變形后的中面。變形前后法向線段長度不變。沿厚度各點(diǎn)法向位移相同，厚度不變。

(3)不擠壓假設(shè)

各層纖維變形前后互不擠壓。當(dāng)前第40頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈡無力矩理論基本方程式

無力矩理論是在旋轉(zhuǎn)薄殼的受力分析中忽略了彎矩的作用。此時(shí)應(yīng)力狀態(tài)和承受內(nèi)壓的薄膜相似。又稱薄膜理論（10-3）——平衡方程（10-4）——區(qū)域平衡方程無力矩理論基本方程式：當(dāng)前第41頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)三、基本方程式的應(yīng)用1．圓筒形殼體

第一曲率半徑R1=∞，第二曲率半徑R2=D/2代入方程（10-3）和（10-4）得：與式（10-1）、（10-2）同。㈠受氣體內(nèi)壓殼體的受力分析當(dāng)前第42頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)2．球形殼體

球殼R1＝R2=D/2，得：直徑與內(nèi)壓相同，球殼內(nèi)應(yīng)力僅是圓筒形殼體環(huán)向應(yīng)力的一半，即球形殼體的厚度僅需圓筒容器厚度的一半。當(dāng)容器容積相同時(shí)，球表面積最小，故大型貯罐制成球形較為經(jīng)濟(jì)。當(dāng)前第43頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)3．圓錐形殼體圓錐形殼半錐角為a，A點(diǎn)處半徑為r，厚度為d，則在A點(diǎn)處：代入（10-3）、（10-4）可得A點(diǎn)處的應(yīng)力：當(dāng)前第44頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)（10-6）錐形殼體環(huán)向應(yīng)力是經(jīng)向應(yīng)力兩倍，隨半錐角a的增大而增大；a角要選擇合適，不宜太大。在錐形殼體大端r=R時(shí)，應(yīng)力最大，在錐頂處，應(yīng)力為零。因此，一般在錐頂開孔。當(dāng)前第45頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)4．橢圓形殼體橢圓殼經(jīng)線為一橢圓，a、b分別為橢圓的長短軸半徑。由此方程可得第一曲率半徑為：當(dāng)前第46頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)（10-7）當(dāng)前第47頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)化工常用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，a/b=2，故頂點(diǎn)處：

邊緣處：

頂點(diǎn)應(yīng)力最大，經(jīng)向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力是相等的拉應(yīng)力。頂點(diǎn)的經(jīng)向應(yīng)力比邊緣處的經(jīng)向應(yīng)力大一倍；頂點(diǎn)處的環(huán)向應(yīng)力和邊緣處相等但符號(hào)相反。應(yīng)力值連續(xù)變化。當(dāng)前第48頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈡受液體靜壓的圓筒形殼體的受力分析筒壁上任一點(diǎn)的壓力值（不考慮氣體壓力）為：

根據(jù)式（10-3）（10-4）可得：當(dāng)前第49頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)底部支承的圓筒（a），液體重量由支承傳遞給基礎(chǔ)，筒壁不受液體軸向力作用，則σ1=0。上部支承圓筒（b），液體重量使得圓筒壁受軸向力作用，在圓筒壁上產(chǎn)生經(jīng)向應(yīng)力：當(dāng)前第50頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)例題10-1：有一外徑為219mm的氧氣瓶，最小厚度為6.5mm，材料為40Mn2A，工作壓力為15MPa，試求氧氣瓶壁應(yīng)力。解析：平均直徑mm經(jīng)向應(yīng)力MPa環(huán)向應(yīng)力MPa當(dāng)前第51頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)四、筒體強(qiáng)度計(jì)算實(shí)際設(shè)計(jì)中須考慮三個(gè)因素：（1）焊接接頭系數(shù)（2）容器內(nèi)徑（3）壁厚

筒體內(nèi)較大的環(huán)向應(yīng)力不應(yīng)高于在設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力，即[σ]t-設(shè)計(jì)溫度t℃下材料許用應(yīng)力，MPa當(dāng)前第52頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈠焊接接頭系數(shù)鋼板卷焊。夾渣、氣孔、未焊透等缺陷，導(dǎo)致焊縫及其附近區(qū)域強(qiáng)度可能低于鋼材本體的強(qiáng)度。鋼板[σ]t乘以焊接接頭系數(shù)φ，φ

≤1當(dāng)前第53頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈡容器內(nèi)徑工藝設(shè)計(jì)確定內(nèi)徑Di，制造測量也是內(nèi)徑，而受力分析中的D卻是中面直徑。解出δ，得到內(nèi)壓圓筒的厚度計(jì)算式當(dāng)前第54頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈢壁厚考慮介質(zhì)腐蝕，計(jì)算厚度δ的基礎(chǔ)上，增加腐蝕裕度C2。筒體的設(shè)計(jì)厚度為式中δ-圓筒計(jì)算厚度，mm； δd-圓筒設(shè)計(jì)厚度，mm； Di-圓筒內(nèi)徑，mm； p-容器設(shè)計(jì)壓力，MPa； φ-焊接接頭系數(shù)。當(dāng)前第55頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)另一種情況：筒體設(shè)計(jì)厚度加上厚度負(fù)偏差C1后向上圓整，即為筒體名義厚度。對于已有的圓筒，測量厚度為δ

n，則其最大許可承壓的計(jì)算公式為：式中：δn-圓筒名義厚度圓整成鋼材標(biāo)準(zhǔn)值；當(dāng)前第56頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)δe-圓筒有效厚度C-厚度附加量。設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力當(dāng)前第57頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)五、球殼強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)溫度下球殼的計(jì)算厚度：設(shè)計(jì)溫度下球殼的計(jì)算應(yīng)力當(dāng)前第58頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)六、設(shè)計(jì)參數(shù)厚度設(shè)計(jì)參數(shù)按GBl50-1998中規(guī)定取值。設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、許用應(yīng)力、焊接接頭系數(shù)厚度附加量等參數(shù)的選取。當(dāng)前第59頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈠設(shè)計(jì)壓力（計(jì)算壓力）設(shè)計(jì)壓力:相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下確定殼壁厚度的壓力，亦即標(biāo)注在銘牌上的容器設(shè)計(jì)壓力。其值稍高于最大工作壓力。最大工作壓力：是指容器頂部在工作過程中可能產(chǎn)生的最高壓力（表壓）。使用安全閥時(shí)設(shè)計(jì)壓力不小于安全閥開啟壓力或取最大工作壓力1.05～1.10倍；使用爆破膜作為安全裝置時(shí)，根據(jù)其型式，一般取最大工作壓力的1.15～1.4倍作為設(shè)計(jì)壓力。當(dāng)前第60頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)容器內(nèi)盛有液體，若其靜壓力不超過最大工作壓力的5％，則設(shè)計(jì)壓力可不計(jì)入靜壓力，否則，須在設(shè)計(jì)壓力中計(jì)入液體靜壓力。此外，某些容器有時(shí)還必須考慮重力、風(fēng)力、地震力等載荷及溫度的影響，這些載荷不直接折算為設(shè)計(jì)壓力，必須分別計(jì)算。當(dāng)前第61頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈡設(shè)計(jì)溫度選擇材料和許用應(yīng)力的確定直接有關(guān)。設(shè)計(jì)溫度指容器正常工作中，在相應(yīng)的設(shè)計(jì)條件下，金屬器壁可能達(dá)到的最高或最低溫度。器壁溫度通過換熱計(jì)算，或者已適用的同類容器上測定，或按內(nèi)部介質(zhì)溫度確定。不被加熱或冷卻，筒內(nèi)介質(zhì)最高或最低溫度。用蒸汽、熱水或其它載熱體加熱或冷卻，載體最高溫度或最低溫度。不同部位出現(xiàn)不同溫度分別計(jì)算當(dāng)前第62頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈢許用應(yīng)力許用應(yīng)力是以材料的各項(xiàng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)為依據(jù)，合理選擇安全系數(shù)n得出的?？估瓘?qiáng)度、屈服強(qiáng)度，蠕變強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度。取其中最低值。當(dāng)設(shè)計(jì)溫度低于0℃時(shí)，取20℃時(shí)的許用應(yīng)力。當(dāng)前第63頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈣焊接接頭系數(shù)焊接削弱而降低設(shè)計(jì)許用應(yīng)力的系數(shù)。根據(jù)接頭型式及無損檢測長度比例確定。焊接接頭形式無損檢測的長度比例100%局部雙面焊對接接頭或相當(dāng)于雙面焊的對接接頭1.00.85單面焊對接接頭或相當(dāng)于單面焊的對接接頭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％。當(dāng)前第64頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈤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，包括由鋼板負(fù)偏差(或鋼管負(fù)偏差)Cl、腐蝕裕量C2，即C＝Cl十C2厚度22.22.52.8～3.03.2～3.53.8～44.5～5.5負(fù)偏差0.130.140.150.160.180.20.2厚度6～78～2526～3032～3436～4042～5052～60負(fù)偏差0.60.80.911.11.21.3當(dāng)前第65頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)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(包括大氣腐蝕)時(shí)：碳素鋼和低合金鋼單面腐蝕C2＝1mm，雙面腐蝕取C2＝2mm，當(dāng)腐蝕速度＞0.05mm／a時(shí)，單面腐蝕取C2＝2mm，雙面腐蝕取C2＝4mm。

不銹鋼取C2＝0。氫脆、堿脆、應(yīng)力腐蝕及晶間腐蝕等，增加腐蝕裕量不是有效辦法，而應(yīng)根據(jù)情況采用有效防腐措施。工藝減薄量，可由制造單位依據(jù)各自的加工工藝和加工能力自行選取，設(shè)計(jì)者在圖紙上注明的厚度不包括加工減薄量。當(dāng)前第66頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)七、最小壁厚設(shè)計(jì)壓力較低的容器計(jì)算厚度很薄。大型容器剛度不足，不滿足運(yùn)輸、安裝。限定最小厚度以滿足剛度和穩(wěn)定性要求。殼體加工成形后不包括腐蝕裕量最小厚度δmin：

a.碳素鋼和低合金鋼制容器不小于3mm

b.對高合金鋼制容器，不小于2mm

當(dāng)前第67頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)八、壓力試驗(yàn)為什麼要進(jìn)行壓力試驗(yàn)?zāi)?？制造加工過程不完善，導(dǎo)致不安全，發(fā)生過大變形或滲漏。最常用的壓力試驗(yàn)方法是液壓試驗(yàn)。通常用常溫水，也可用不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)的其它液體。試驗(yàn)時(shí)液體的溫度應(yīng)低于其閃點(diǎn)或沸點(diǎn)。不適合作液壓試驗(yàn)的容器：如裝入貴重催化劑要求內(nèi)部烘干；容器內(nèi)襯耐熱混凝土不易烘干；由于結(jié)構(gòu)原因不易充滿液體的容器以及容積很大的容器等，可用氣壓試驗(yàn)代替液壓試驗(yàn)。當(dāng)前第68頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)對壓力試驗(yàn)的規(guī)定情況如下表所示：類型試驗(yàn)壓力強(qiáng)度條件說明備注液壓試驗(yàn)

(10-17)

（10-19)立式容器臥置進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力取立置試驗(yàn)壓力+液柱靜壓力壓力試驗(yàn)時(shí)，由于容器承受的壓力pT高于設(shè)計(jì)壓力p，故必要時(shí)需進(jìn)行強(qiáng)度效核。

氣壓試驗(yàn)

(10-18）

(10-20)pT-試驗(yàn)壓力，MPa；p-設(shè)計(jì)壓力，MPa；

[σ]一試驗(yàn)溫度下的材料許用應(yīng)力，MPa；

[σ]T一設(shè)計(jì)溫度下的材料許用應(yīng)力，MPa當(dāng)前第69頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)液壓試驗(yàn)時(shí)水溫不能過低(碳素鋼、16MnR不低于5℃，其它低合金鋼不低于15℃)，外殼應(yīng)保持干燥。設(shè)備充滿水后，待壁溫大致相等時(shí)，緩慢升壓到規(guī)定試驗(yàn)壓力，穩(wěn)壓30min，然后將壓力降低到設(shè)計(jì)壓力，保持30min以檢查有無損壞，有無宏觀變形，有無泄漏及微量滲透。水壓試驗(yàn)后及時(shí)排水，用壓縮空氣及其它惰性氣體，將容器內(nèi)表面吹干。當(dāng)前第70頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)例題4-2：某化工廠欲設(shè)計(jì)一臺(tái)石油氣分離工程中的乙烯精餾塔。工藝要求為塔體內(nèi)徑Di=600mm；設(shè)計(jì)壓力p＝2.2MPa；工作溫度t＝-3～-20℃。試選擇塔體材料并確定塔體厚度。解析：由于石油氣對鋼材腐蝕不大，溫度在-20℃以上，承受一定的壓力，故選用16MnR。根據(jù)式(10-12)式中p＝2.2MPa；Di=600mm；[σ]＝170MPa（附錄表6）φ=0.8(表10-9)；C2=1.0mm得：當(dāng)前第71頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)考慮鋼板厚度負(fù)偏差C1＝0.6mm圓正取dn=7mm水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力

16MnR的屈服限σs=345MPa（附錄表6）水壓試驗(yàn)時(shí)滿足強(qiáng)度要求。當(dāng)前第72頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)九、邊緣應(yīng)力無力矩理論忽略了剪力與彎矩的影響，可以滿足工程設(shè)計(jì)精度的要求。但對圖中所示的一些情況，就須考慮彎矩的影響。當(dāng)前第73頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)(a)、(b)、(c)是殼體與封頭聯(lián)接處經(jīng)線突然折斷；(d)是兩段厚度不等的筒體相連接(e)、(f)、(g)有法蘭、加強(qiáng)圈、管板等剛度大的構(gòu)件。當(dāng)前第74頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)相鄰兩段性能不同，或所受溫度或壓力不同，導(dǎo)致兩部分變形量不同，但又相互約束，從而產(chǎn)生較大的剪力與彎矩。筒體與封頭聯(lián)接為例，邊緣應(yīng)力數(shù)值很大，有時(shí)導(dǎo)致容器失效，應(yīng)重視。邊緣應(yīng)力具有局限性和自限性兩個(gè)基本特性：

1．局限性——大多數(shù)都有明顯的衰減波特性，隨離開邊緣的距離增大，邊緣應(yīng)力迅速衰減。2．自限性——彈性變形相互制約，一旦材料產(chǎn)生塑性變形，彈性變形約束就會(huì)緩解，邊緣應(yīng)力自動(dòng)受到限制，即邊緣應(yīng)力的自限性。塑性好的材料可減少容器發(fā)生破壞。局部性與自限性，設(shè)計(jì)中一般不按局部應(yīng)力來確定厚度，而是在結(jié)構(gòu)上作局部處理。但對于脆性材料，必須考慮邊緣應(yīng)力的影響。當(dāng)前第75頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)思考題1.承受氣體壓力的圓筒和圓錐形殼體的應(yīng)力有什么特點(diǎn)？標(biāo)準(zhǔn)橢圓殼的應(yīng)力又是怎樣的？2.無力矩理論的適用條件是什么？3.邊緣應(yīng)力的特點(diǎn)是什么？4.在什么情況下需要考慮邊緣應(yīng)力？作業(yè)習(xí)題：P2244，8當(dāng)前第76頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)一、外壓容器失穩(wěn)外壓容器：容器外部壓力大于內(nèi)部壓力。石油、化工生產(chǎn)中外壓操作，例如：石油分餾中的減壓蒸餾塔、多效蒸發(fā)中的真空冷凝器、帶有蒸汽加熱夾套的反應(yīng)釜真空干燥、真空結(jié)晶設(shè)備等。第三節(jié)外壓圓筒設(shè)計(jì)當(dāng)前第77頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)失穩(wěn)的概念 容器外壓與受內(nèi)壓一樣產(chǎn)生徑向和環(huán)向應(yīng)力，是壓應(yīng)力。也會(huì)發(fā)生強(qiáng)度破壞。 容器強(qiáng)度足夠卻突然失去了原有的形狀，筒壁被壓癟或發(fā)生褶縐，筒壁的圓環(huán)截面一瞬間變成了曲波形。這種在外壓作用下，筒體突然失去原有形狀的現(xiàn)象稱彈性失穩(wěn)。 容器發(fā)生彈性失穩(wěn)將使容器不能維持正常操作，造成容器失效。當(dāng)前第78頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)： 外壓失穩(wěn)前，只有單純的壓縮應(yīng)力，在失穩(wěn)時(shí)，產(chǎn)生了以彎曲應(yīng)力為主的附加應(yīng)力。 外壓容器的失穩(wěn)，實(shí)際上是容器筒壁內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)由單純的壓應(yīng)力平衡躍變?yōu)橹饕軓澢鷳?yīng)力的新平衡。二、容器失穩(wěn)形式當(dāng)前第79頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈠側(cè)向失穩(wěn) 由于均勻側(cè)向外壓引起失穩(wěn)叫側(cè)向失穩(wěn)。 殼體橫斷面由原來的圓形被壓癟而呈現(xiàn)波形，其波形數(shù)可以等于兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)……。當(dāng)前第80頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈡軸向失穩(wěn) 薄壁圓筒承受軸向外壓，當(dāng)載荷達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，也會(huì)喪失穩(wěn)定性。 失穩(wěn)，仍具有圓環(huán)截面，但破壞了母線的直線性，母線產(chǎn)生了波形，即圓筒發(fā)生了褶縐。㈢局部失穩(wěn) 在支座或其他支承處以及在安裝運(yùn)輸中由于過大的局部外壓也可能引起局部失穩(wěn)。當(dāng)前第81頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)三、臨界壓力計(jì)算

臨界壓力：導(dǎo)致筒體失穩(wěn)的外壓，Pcr

臨界應(yīng)力：筒體在臨界壓力作用下，筒壁內(nèi)的環(huán)向壓縮應(yīng)力，以σcr表示。 外壓低于Pcr，變形在壓力卸除后能恢復(fù)其原先形狀，即發(fā)生彈性變形。 達(dá)到或高于Pcr時(shí)，產(chǎn)生的曲波形將是不可能恢復(fù)的。當(dāng)前第82頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)臨界壓力與哪些因素有關(guān)？ 失穩(wěn)是固有性質(zhì)，不是由于圓筒不圓或是材料不均或其它原因所導(dǎo)致。 每一具體的外壓圓筒結(jié)構(gòu)，都客觀上對應(yīng)著一個(gè)固有的臨界壓力值。 臨界壓力的大小與筒體幾何尺寸、材質(zhì)及結(jié)構(gòu)因素有關(guān)。當(dāng)前第83頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)根據(jù)失穩(wěn)情況將外壓圓筒分為三類：

長圓筒：剛性封頭對筒體中部變形不起有效支撐，最容易失穩(wěn)壓癟，出現(xiàn)波紋數(shù)n=2的扁圓形。

短圓筒：兩端封頭對筒體變形有約束作用，失穩(wěn)破壞波數(shù)n>2，出現(xiàn)三波、四波等的曲形波。

剛性圓筒：若筒體較短，筒壁較厚，即L/D0較小，δe/D0較大，容器的剛性好，不會(huì)因失穩(wěn)而破壞。當(dāng)前第84頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈠長圓筒式中Pcr-臨界壓力，MPa； δe-筒體的有效厚度，mm； D0-筒體的外直徑，mm Et-操作溫度下圓筒材料的彈性模量，MPa μ-材料的泊桑比。長圓筒的臨界壓力計(jì)算公式：當(dāng)前第85頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)分析：長圓筒的臨界壓力僅與圓筒的相對厚度δe/D0有關(guān)，而與圓筒的相對長度L/D0無關(guān)。對于鋼制圓筒，μ=0.3，則當(dāng)前第86頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈡短圓筒短圓筒的臨界壓力計(jì)算公式為：短圓筒臨界壓力與相對厚度δe/D0有關(guān)，也隨相對長度L/D0變化。L/D0越大，封頭的約束作用越小，臨界壓力越低。當(dāng)前第87頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)L為筒體計(jì)算長度，指兩相鄰加強(qiáng)圈的間距；對與封頭相連接的那段筒體而言，應(yīng)計(jì)入凸形封頭中的1/3的凸面高度。當(dāng)前第88頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)臨界壓力計(jì)算公式使用范圍：臨界壓力計(jì)算公式在認(rèn)為圓筒截面是規(guī)則圓形及材料均勻的情況下得到的。實(shí)際筒體都存在一定的圓度，不可能是絕對圓的，實(shí)際筒體臨界壓力將低于計(jì)算值。但即使殼體形狀很精確和材料很均勻，當(dāng)外壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，也會(huì)失穩(wěn)，只不過是殼體的圓度與材料的不均勻性能使其臨界壓力的數(shù)值降低，使失穩(wěn)提前發(fā)生。當(dāng)前第89頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈢剛性筒剛性筒是強(qiáng)度破壞，計(jì)算時(shí)只要滿足強(qiáng)度要求即可，其強(qiáng)度校核公式與內(nèi)壓圓筒相同。當(dāng)前第90頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈣臨界長度實(shí)際外壓圓筒是長圓筒還是短圓筒，可根據(jù)臨界長度Lcr來判定。當(dāng)圓筒處于臨界長度Lcr時(shí)，長圓筒公式計(jì)算臨界壓力Pcr值和短圓筒公式計(jì)算臨界壓力Pcr值應(yīng)相等當(dāng)前第91頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)得：

當(dāng)筒長度L≥Lcr，Pcr按長圓筒當(dāng)筒長度L≤Lcr時(shí)，Pcr按短圓筒公式按規(guī)則圓形推的，實(shí)際圓筒總存在一定的不圓度，公式的使用范圍必須要求限制筒體的圓度e。當(dāng)前第92頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)四、外壓圓筒的設(shè)計(jì)㈠算法概述外壓圓筒計(jì)算常遇到兩類問題： 一是已知圓筒的尺寸，求它的許用外壓[p]； 另一是已給定工作外壓，確定所需厚度δe。當(dāng)前第93頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)1．許用外壓[p]圓度，長圓筒或管子一般壓力達(dá)到臨界壓力值的l／2～1／3時(shí)就可能會(huì)被壓癟。大于計(jì)算壓力的工況，不允許在外壓力等于或接近于臨界壓力，必須有一定的安全裕度，使許用壓力比臨界壓力小，即[p]-許用外壓；m-穩(wěn)定安全系數(shù)，m>1當(dāng)前第94頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)穩(wěn)定安全系數(shù)m的選取主要考慮兩個(gè)因素：一個(gè)是計(jì)算公式的可靠性；另一個(gè)是制造上所能保證的圓度。根據(jù)GB150-1998《鋼制壓力容器》的規(guī)定m=3，圓度與D0/δe、L/D0有關(guān)。當(dāng)前第95頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)當(dāng)前第96頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)2．設(shè)計(jì)外壓容器由于Pcr或[p]都與筒體的幾何尺寸（δe、D0、L）有關(guān)，通常采用試算法：設(shè)計(jì)外壓容器，應(yīng)使許用外壓[p]小于臨界壓力Pcr，即穩(wěn)定條件為：當(dāng)前第97頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)試算法：由工藝條件定內(nèi)徑和筒體長度先假定一個(gè)δe根據(jù)筒體計(jì)算長度判斷屬于長圓筒還是短圓筒，再代入相應(yīng)臨界壓力計(jì)算式。求出相應(yīng)的[p],然后比較[p]是否大于或接近設(shè)計(jì)壓力p，以判斷假設(shè)是否合理。當(dāng)前第98頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)設(shè)計(jì)外壓：不小于正常工作過程中可能出現(xiàn)的最大內(nèi)外壓力差。真空容器：有安全控制裝置（真空泄放閥），取1.25倍最大內(nèi)外壓差或0.1MPa中較小值；無安全控制裝置，取0.1MPa。帶夾套容器：真空設(shè)計(jì)壓力再加上夾套設(shè)計(jì)壓力。當(dāng)前第99頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)（二）圖算長、短圓筒臨界壓力計(jì)算式均可歸納為K為特征系數(shù)，外壓圓筒在臨界壓力下的周向應(yīng)力為當(dāng)前第100頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)周向應(yīng)變以A代替當(dāng)前第101頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)當(dāng)前第102頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)（三）外壓圓筒厚度設(shè)計(jì)方法利用算圖確定外壓圓筒厚度。步驟如下：1．D0/de≥20的外壓圓筒及外壓管a.假設(shè)δn,計(jì)算δe＝δn-C,定出L/D0、D0/δe值b.在圖10-15外壓或軸壓受壓圓筒和管子幾何參數(shù)計(jì)算圖中得到系數(shù)A；c.根據(jù)所用材料，從A-B關(guān)系圖（圖10-16至圖10-20）中選用，讀出B值，并按式（10-25）或（10-26）計(jì)算許用外壓力[p]：當(dāng)前第103頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)d.比較許用外壓[p]與設(shè)計(jì)外壓p 若p≤[p]，假設(shè)的厚度δn可用，若小得過多，可將δn適當(dāng)減小，重復(fù)上述計(jì)算 若p＞[p]，需增大初設(shè)的δn，重復(fù)上述計(jì)算，直至使[p]＞p且接近p為止。當(dāng)前第104頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)2.D0/δe＜20的外壓圓筒及外壓管子a．用與D0/δe≥20相同的方法得到系數(shù)B，但對D0/δe＜4圓筒及管子計(jì)算系數(shù)A值：系數(shù)A＞0.1時(shí)，取A=0.1；b．計(jì)算[p]l和[p]2。取[p]l和[p]2中的較小值為許用外壓[p]σ0取以下兩式中的較小值當(dāng)前第105頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)c．比較許用外壓[p]與設(shè)計(jì)外壓p若p≤[p]，假設(shè)的厚度δn可用，若小得過多，可將δn適當(dāng)減小，重復(fù)上述計(jì)算若p＞[p]，需增大初設(shè)的δn，重復(fù)上述計(jì)算，直至使[p]＞p且接近p為止。當(dāng)前第106頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)五、外壓容器的試壓外壓容器和真空容器按內(nèi)壓容器進(jìn)行液壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力取1.25倍的設(shè)計(jì)外壓，即:式中 p-設(shè)計(jì)外壓力，MPa；

pT-試驗(yàn)壓力，MPa。當(dāng)前第107頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)夾套容器內(nèi)筒如設(shè)計(jì)壓力為正值時(shí)，按內(nèi)壓容器試壓；如設(shè)計(jì)壓力為負(fù)值時(shí)按外壓容器進(jìn)行液壓試驗(yàn)。夾套容器液壓試驗(yàn)合格后再焊接夾套。夾套內(nèi)壓試驗(yàn)壓力為：夾套內(nèi)壓試驗(yàn)必須事先校核該容器在夾套試壓時(shí)的穩(wěn)定性是否足夠。不滿足穩(wěn)定性，則液壓試驗(yàn)時(shí)容器內(nèi)保持一定壓力，以便在整個(gè)試壓過程中，夾套與筒體的壓力差不超過設(shè)計(jì)值。當(dāng)前第108頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)例10-3：分餾塔內(nèi)徑2000mm，塔身(不包括橢圓形封頭)長度為6000mm，封頭深度500mm。370℃及真空條件下操作。現(xiàn)庫存有9、12、14mm厚20g鋼板。能否用這三種鋼板制造。塔的計(jì)算長度：鋼板負(fù)偏差均為0.8mm鋼板的腐蝕裕量取1mm。有效厚度為7.2、10.2和12.2mm。簡化計(jì)算，有效厚度7、10和12mm當(dāng)前第109頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)當(dāng)δe=7mm時(shí)查圖10-15得A=0.000085。20g鋼板的σs=250MPa（查附錄6），查圖10-17，A值點(diǎn)落在材料溫度線得左方，故：20g鋼板370℃時(shí)的E=1.69×105MPa[p]＜0.1MPa，所以9mm鋼板不能用。當(dāng)前第110頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)當(dāng)δe=10mm時(shí)查圖4-15得A=0.000013。查圖10-17，A值所在點(diǎn)仍在材料溫度線得左方，故[p]＜0.1MPa，所以12mm鋼板也不能用。當(dāng)前第111頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)當(dāng)δe=12mm時(shí)查圖10-15得A=0.000018。查圖10-17，A值所在點(diǎn)仍在材料溫度線得左方，故：[p]＞0.1MPa，所以，須采用14mm厚的20g鋼板制造。當(dāng)前第112頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)六、加強(qiáng)圈內(nèi)徑2000mm、全長7000mm的分餾塔，要保證在0.1MPa外壓下安全操作，須用14mm厚鋼板。較簿鋼板滿足不了外壓要求。裝上一定數(shù)量的加強(qiáng)圈，利用圈對筒壁的支撐作用，可以提高圓筒的臨界壓力，從而提高其工作外壓。

當(dāng)前第113頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)扁鋼、角鋼、工字鋼等都以制作加強(qiáng)圈。當(dāng)前第114頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)加強(qiáng)圈最大間距：外壓圓筒加強(qiáng)圈間距已選定，可按上述圖算法確定出筒體厚度；如果筒體的D0/δe已確定，可從下式解出加強(qiáng)圈最大間距：

加強(qiáng)圈的實(shí)際間距如小于或等于算出的間距，表明該圓筒能安全承受設(shè)計(jì)壓力。當(dāng)前第115頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)加強(qiáng)圈的安裝：加強(qiáng)圈可設(shè)置在容器內(nèi)部或外部。連續(xù)或間斷焊接，當(dāng)加強(qiáng)圈在外面時(shí)，每側(cè)間斷焊接的總長度不應(yīng)小于圓筒外圓周長的1/2；在里面，焊縫總長度不應(yīng)小于內(nèi)圓周長度1/3。間斷焊最大間距，外加強(qiáng)圈不能大于筒體名義厚度8倍；內(nèi)加強(qiáng)圈不能大于筒體名義厚度12倍當(dāng)前第116頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)為保證強(qiáng)度，加強(qiáng)圈不能任意削弱或割斷。水平容器加強(qiáng)圈須開排液小孔。允許割開或削弱而不需補(bǔ)強(qiáng)的最大弧長間斷值。當(dāng)前第117頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)思考題：1.外壓圓筒的失穩(wěn)形式有哪些？2.影響外壓圓筒臨界壓力的因素有哪些？3.外壓圓筒上設(shè)置加強(qiáng)圈的目的是什么？作業(yè)習(xí)題：P2249，11，12當(dāng)前第118頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)封頭又稱端蓋，其分類：第四節(jié)封頭的設(shè)計(jì)當(dāng)前第119頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)一、橢圓形封頭半橢球和高度為h的短圓筒(通稱直邊)兩部分構(gòu)成，直邊保證封頭制造質(zhì)量和避免邊緣應(yīng)力作用。當(dāng)前第120頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈠受內(nèi)壓的橢圓形封頭計(jì)算厚度：K-橢圓形封頭形狀系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭(長短軸之比值為2)，K=1。壁厚計(jì)算公式：當(dāng)前第121頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)當(dāng)封頭是由整塊鋼板沖壓時(shí)，φ值取為1。筒體設(shè)計(jì)壁厚計(jì)算公式：忽略分母上微小差異，大多數(shù)橢圓封頭壁厚與筒體同，或比筒體稍厚。還應(yīng)保證封頭的有效壁厚δe滿足：對標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭不小于封頭內(nèi)直徑的0.15％。當(dāng)前第122頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)橢圓形封頭最大允許工作壓力標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度由表10-11確定。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4～810～18≥203～910～18≥20直邊高度254050254050當(dāng)前第123頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)㈡受外壓（凸面受壓）橢圓形封頭外壓橢圓形封頭厚度設(shè)計(jì)步驟同外壓圓筒。假設(shè)δn,計(jì)算δe＝δn-C,算出R0/δe。橢圓形封頭當(dāng)量球殼外半徑R0=K1D0。K1由長短軸比值決定，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭K1=0.9b.計(jì)算系數(shù)當(dāng)前第124頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)c.根據(jù)材料，從A-B圖（圖10-16至圖10-20）中選用，若A值落在設(shè)計(jì)溫度線的右方，讀出B值計(jì)算許用外壓力[p]若A值在設(shè)計(jì)溫度線的左方，則許用外壓：d.比較許用外壓[p]與設(shè)計(jì)外壓p若p≤[p]，假設(shè)的厚度δn可用，若小得過多，可將δn適當(dāng)減小，重復(fù)上述計(jì)算若p＞[p]，需增大初設(shè)的δn，重復(fù)上述計(jì)算，直至使[p]＞p且接近p為止。當(dāng)前第125頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)二、半球形封頭 受內(nèi)壓球形封頭計(jì)算壁厚與球殼相同。 球形封頭壁厚可較圓筒殼減薄一半。但為焊接方便以及降低邊緣壓力，半球形封頭常和筒體取相同的厚度。 受外壓的球形封頭的厚度設(shè)計(jì)，計(jì)算步驟同橢圓形封頭。球殼外半徑R0=K1D0，其中K1=0.5當(dāng)前第126頁\共有147頁\編于星期日\20點(diǎn)三、碟形封頭 又稱帶折邊球形