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1、第九章第九章 内压薄壁圆筒和球壳内压薄壁圆筒和球壳的设计的设计根据给定的内直径，设计压力，设计温度以及介质腐蚀性等条件，设计出合适的厚度，以保证在规定的使用寿命内安全可靠地运行。压力容器强度计算的内容主要是新容器的强度及在用容器的强度校核。第一节 概述压力容器设计的内容压力容器设计的内容1 1、确定设计参数：、确定设计参数：p p设计压力）、设计压力）、t t设计温度设计温度正正常工作的情况下设定的元件金属的温度）、常工作的情况下设定的元件金属的温度）、DNDN公称直公称直径）、径）、tt设计温度下的许用应力）、设计温度下的许用应力）、焊接接焊接接头系数等。头系数等。2 2、选择材料、选择材料
2、 只讨论钢制化工容器。只讨论钢制化工容器。 压力低、按刚度设计的容器：尽量用低碳钢；压力低、按刚度设计的容器：尽量用低碳钢； 压力较高之大型容器：普通低合金钢。价格比碳钢压力较高之大型容器：普通低合金钢。价格比碳钢高高20%20%，强度高，强度高3060%3060%。 介质腐蚀严重或产品纯度要求高：不锈钢；介质腐蚀严重或产品纯度要求高：不锈钢； 深冷容器：铜及其合金。深冷容器：铜及其合金。4、确定壳体筒体、封头壁厚。、确定壳体筒体、封头壁厚。强度计算。强度计算。5、选取标准件。、选取标准件。 法兰、支座、开孔附法兰、支座、开孔附件等。件等。6、绘制设备图纸。、绘制设备图纸。 本章主要讨论中低压
3、化工容器筒体与本章主要讨论中低压化工容器筒体与封头的强度计算问题。封头的强度计算问题。一、薄壁圆筒强度计算公式承受内压的圆筒，薄膜应力为根据第三强度理论工艺设计中一般给出内直径考虑焊缝区金属强度一般低于母材第二节第二节 内压薄壁圆筒和球壳强度计算内压薄壁圆筒和球壳强度计算pc pc 计算压力，计算压力，MPaMPaDi Di 圆筒内直径，圆筒内直径，mmmm 计算厚度，计算厚度，mmmm 焊接接头系数焊接接头系数t t 设计温度下材料许用应力，设计温度下材料许用应力，MPaMPa适用范围适用范围l 壳体厚度壳体厚度l计算厚度计算厚度l设计厚度设计厚度 d=d= +C2+C2l名义厚度名义厚度
4、n=n= d+C1d+C1并圆整并圆整l有效厚度有效厚度 e=e= n-C1-C2=n-C1-C2= n-Cn-Cl毛坯厚度毛坯厚度= = n+n+加工减薄量加工减薄量C3C3l最小厚度最小厚度minmin为满足制造工艺要求及运输和安装的刚为满足制造工艺要求及运输和安装的刚度要求度要求, ,对壳体规定的最小厚度对壳体规定的最小厚度设计厚度与名义厚度设计厚度与名义厚度l内压圆筒应力校核内压圆筒应力校核l内压圆筒许可压力确定内压圆筒许可压力确定四、关于最小厚度的规定四、关于最小厚度的规定按壁厚公式计算得到的壁厚很小，不能按壁厚公式计算得到的壁厚很小，不能满足制造工艺要求以及运输和安装过满足制造工艺
5、要求以及运输和安装过程中的刚度要求，规定壳体加工成型程中的刚度要求，规定壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度后不包括腐蚀裕量的最小厚度对碳素钢、低合金钢制容器，不小于对碳素钢、低合金钢制容器，不小于3mm3mm对高合金钢制容器，不小于对高合金钢制容器，不小于2mm2mm与薄壁圆筒的推导相似，可以得到球形容器的厚度设计计算公式如下：计算厚度应力校核二、内压球壳的强度计算二、内压球壳的强度计算许可压力许可压力1. 设计压力设计压力 p 表压，设计压力是指在相应设计温表压，设计压力是指在相应设计温度下用以确定容器壳体厚度及其元件度下用以确定容器壳体厚度及其元件尺寸的压力，是标注在铭牌上的容器尺寸的
6、压力，是标注在铭牌上的容器设计压力。设计压力。 液体静压力液体静压力5%p时，取设计压力时，取设计压力+静压力为计算压力，有安全阀时取静压力为计算压力，有安全阀时取1.051.1最高工作压力，有爆破膜时最高工作压力，有爆破膜时取取1.151.3倍的最高工作压力倍的最高工作压力三、三、 设计参数的确定设计参数的确定2. 计算压力计算压力3. 设计温度设计温度 (表表 9-1）4.许用应力和安全系数许用应力和安全系数许用应力：强度性能许用应力：强度性能/安全系数安全系数安全系数：考虑到材料性能、载荷条安全系数：考虑到材料性能、载荷条件、设计方法、件、设计方法、加工制造和操作等方面的不确定因素加工制
7、造和操作等方面的不确定因素而确定的质量保而确定的质量保证系数到材料性能、载荷条件、设计证系数到材料性能、载荷条件、设计方法、加工制造方法、加工制造和操作等方面的不确定因素而确定的和操作等方面的不确定因素而确定的质量保证系数质量保证系数 l碳素钢、低合金钢碳素钢、低合金钢 l高合金钢高合金钢 lGB150GB150许用应力表表许用应力表表9-49-4）5. 焊接接头系数焊接接头系数 表示焊缝区金属与母材金属强度的表示焊缝区金属与母材金属强度的比值。比值。 焊缝热影响区有热应力的存在，焊焊缝热影响区有热应力的存在，焊缝金属晶粒粗大，焊缝中存在缺陷缝金属晶粒粗大，焊缝中存在缺陷影响焊缝的强度。影响焊
8、缝的强度。 采用焊接接头系数，以补偿焊接型采用焊接接头系数，以补偿焊接型式、焊接工艺及焊缝探伤检验的严格程式、焊接工艺及焊缝探伤检验的严格程度对焊缝区材料强度的影响。度对焊缝区材料强度的影响。 焊接接头系数的大小取决于焊缝结焊接接头系数的大小取决于焊缝结构和探伤方法。构和探伤方法。GB150规定：规定：GB150规定：规定： 双面焊或相当双面焊的全焊透的对接双面焊或相当双面焊的全焊透的对接接头接头 当采用当采用100%探伤时探伤时,=1.00 当采用局部探伤时当采用局部探伤时,=0.85 单面焊的对接接头沿焊缝根部全长单面焊的对接接头沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板）有紧贴基本金属的垫板）
9、当采用当采用100%探伤时探伤时,=0.90 当采用局部探伤时当采用局部探伤时,=0.806. 厚度附加量厚度附加量 C=C1+C2C1钢材厚度负偏差钢材厚度负偏差C2腐蚀裕量腐蚀裕量容器厚度附加量包括钢板或钢管厚度的容器厚度附加量包括钢板或钢管厚度的负偏差负偏差C1和介质的腐蚀裕量和介质的腐蚀裕量C2。l钢材厚度负偏差钢材厚度负偏差C1C1l薄钢板厚度负偏差按薄钢板厚度负偏差按GB708GB708规定选取规定选取l厚钢板厚度负偏差按厚钢板厚度负偏差按GB709GB709规定选取规定选取l腐蚀裕量腐蚀裕量C2C2l为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损导致为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损导致的厚度减
10、薄而附加的厚度量的厚度减薄而附加的厚度量l根据腐蚀速度和设计寿命选取腐蚀裕量根据腐蚀速度和设计寿命选取腐蚀裕量l容器的各元件受到的腐蚀程度不同时，会容器的各元件受到的腐蚀程度不同时，会采用不同的腐蚀裕量采用不同的腐蚀裕量l介质为水、水蒸气、空气的碳素钢或低合介质为水、水蒸气、空气的碳素钢或低合金钢制容器，金钢制容器，C21mmC21mm。 对于碳素钢和低合金钢：对于碳素钢和低合金钢：腐蚀速度腐蚀速度0.05mm/a P 试验前应对圆筒在试验压力下的最试验前应对圆筒在试验压力下的最大应力进行应力校核：大应力进行应力校核： （防止应力过（防止应力过大，试验前进行）大，试验前进行）将容积为V的容器充
11、满压力为P的气体所需压缩功比液体压缩功大几百到几万倍，一旦破裂压缩功转化为爆破能，所以气体比液体造成的危害要大得多。因为压力试验的目的就是检验容器的强度，所以存在破裂的可能性。所以：只有在不宜做液压试验的容器才进行气压试验100%探伤并采取有效的防护措施）。如：内衬耐火材料不易烘干的容器；不允许残留微量试验液的容器生产时装有触媒的反应容器）。二、气压试验二、气压试验气体介质：干燥洁净的空气、氮气或其它惰性气气体介质：干燥洁净的空气、氮气或其它惰性气体。体。试验温度：普通试验温度：普通 15试验压力：试验压力：内压容器内压容器假设假设 取取1.8 。试验前应对圆筒的最大薄膜应力进行校核：试验前应对圆筒的最大薄膜应力进行校核：
