1、項目一壓力容器任務四壓力容器的強度計算及校核容器按厚度可以分為薄壁容器和厚壁容器，通常根據(jù)容器外徑Do與內(nèi)徑Di的比值K來判斷，K1.2為厚壁容器，KW1.2為薄壁容器。工程實際中的壓力容器大多為薄壁容器。為判斷薄壁容器能否安全工作，需對壓力容器各部分進行應力計算與強度校核。一、圓筒體和球形殼體壁厚計算公式圓筒體計算壁厚：矢応忙（1-）圓筒體設(shè)計壁厚：鬲二$+Q二一+4仏&仃環(huán)）（1-2）球形容器計算壁厚：（3）4甲-此球形容器設(shè)計壁厚：+匚二+C（幾芯Q（r0）（丨-4）式中5圓筒計算厚度，mmSd圓筒設(shè)計厚度，mmpc計算壓力，MPa。pc=p+p液，當液柱靜壓力小于5%設(shè)計壓力時，可忽略

2、Di圓筒的內(nèi)直徑，mmoT設(shè)計溫度T下，圓筒體材料的許用應力，MPa（可查表）焊接接頭系數(shù)，W1.0C2腐蝕裕量，mm壁厚校核計算式在工程實際中有不少的情況需要進行校核性計算，如舊容器的重新啟用、正在使用的容器改變操作條件等。這時容器的材料及壁厚都是已知的，可由下式求設(shè)計溫度下圓筒的最大允許工作壓力pw。式中5e圓筒的有效厚度，mm設(shè)計溫度下圓筒的計算應力。T：r幾（;+玄）17=甌oT值應小于或等于oT。設(shè)計溫度下球殼的最大允許工作壓力pw:設(shè)計溫度下球殼計算應力。T：oT值應小于或等于oT。、封頭的強度計算1.封頭結(jié)構(gòu)封頭是壓力容器的重要組成部分，常用的有半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭、

3、錐形封頭和平封頭（即平蓋），如圖1-4所示。工程上應用較多的是橢圓形封頭、半球形封頭和碟形封頭，最常用的是標準橢圓形封頭。以下只介紹橢圓形封頭的計算，其他形式封頭的計算可查閱GB1502011。2.橢圓形封頭計算橢圓形封頭由半個橢球面和高為h的直邊部分所組成，如圖1-5所示。直邊h的大小根據(jù)封頭直徑和厚度不同有25mm、40mm、50mm三種，直邊h的取值可查表1-7。表1-7橢圓形封頭材料、厚度和直邊高度的對應關(guān)系單位：mm92025405U25E0-18川頭材料除索鋼碎逋低件他例復舍鋼板不銹館酸鋼対頭厚.度直邊離區(qū)A圖1-5橢圓形封頭橢圓形封頭的長、短軸之比不同，封頭的形狀也不同，當其長短

4、軸之比等于2時，稱為標準橢圓形封頭。該類型封頭的應力分布均勻，且同等條件下封頭壁厚與圓筒體壁厚大致相等，便于焊接，經(jīng)濟合理，因此GB1502011推薦采用標準橢圓形封頭。厚度設(shè)計計算式：校核計算式：式中K橢圓形封頭形狀系數(shù)。對于標準橢圓形封頭，取K=1se橢圓形封頭的有效厚度，mm封頭設(shè)計參數(shù)的確定方法與圓筒體確定方法相同。三、設(shè)計參數(shù)的確定根據(jù)給定的工藝條件，確定式中各參數(shù)。（1）設(shè)計壓力P指設(shè)定的容器頂部的最高工作壓力，設(shè)計壓力應標在容器的銘牌上。（2）工作壓力pw指正常操作情況下容器頂部可能出現(xiàn)的最高壓力。（3）計算壓力pc即在相應的設(shè)計溫度下，用以確定容器元件厚度的壓力，計算壓力pc等

5、于設(shè)計壓力加上容器工作時所承受的液柱靜壓力，當元件各部位的液柱靜壓力小于5%的設(shè)計壓力時，也可忽略不計。容器的設(shè)計壓力可參照以下方法確定。當容器上裝有安全閥時，設(shè)計壓力應大于等于安全閥的開啟壓力，取開啟壓力為1.051.1倍的工作壓力；當容器上裝有爆破片裝置時，容器的設(shè)計壓力與爆破片的形式、載荷的性質(zhì)及爆破片的制造精度等因素有關(guān)，具體數(shù)值可按GB1502011的有關(guān)規(guī)定進行確定。當容器系統(tǒng)中裝有安全控制裝置，而單個容器上無安全控制裝置且各個容器之間的壓力難以確定時，其設(shè)計壓力可按表1-8確定。表1-8設(shè)計壓力單位：MPa王惟壓力久設(shè)訃壓力怡工祥壓力幾跖1壓力#幾1呂Pw+0.41.%盛裝液化氣

6、體或混合液化石油氣的容器，設(shè)計壓力可按表1-9確定。表1-9常見盛裝液化氣體或混合液化石油氣容器的設(shè)計壓力容器類別設(shè)計壓丿”站內(nèi)淞化容器（無保冷設(shè)施）液氨2.16淞氯1丙烯216丙烷1.77匸丁燈心燈.正丁烯，已烯才:烯任79握合淞化右油氣容器上悚冷誥臨以丙烯為相關(guān)組分,力2.j6MPa0.丸閘汽Yp和W1.也M打以兩烷為相關(guān)組樂設(shè)tt壓力l.TTMPa旳10l58MPj且已烷為州爻組好*訛計玨力0一旳和如注：p50為混合液化石油氣50C時的飽和蒸氣壓，表中的1.94、1.62、0.58分別為丙烯、丙烷、己丁烷50C時的飽和蒸氣壓。（4）設(shè)計溫度指容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度（沿

7、元件金屬截面溫度的平均值），用T表示。容器的設(shè)計溫度可參照以下原則確定：容器內(nèi)介質(zhì)被熱載體或冷載體直接加熱時，設(shè)計溫度按表1-10確定。表1-10設(shè)計溫度傳熱方式設(shè)計溫度T傳熱方武艮計溫度丁席馥體的協(xié)島工作溫盛被冊熱介質(zhì)的最島工作溫度女卜冷卻外戰(zhàn)休的最低丄件溫恿被冷卻介質(zhì)的最低丄作溫度容器內(nèi)壁與介質(zhì)直接接觸且有外保溫時，設(shè)計溫度按表1-11確定。表1-11設(shè)計溫度單位。C靈仙或雖低1：作渦岌幾詵計溫度T昴高或雖悵.作溫度Tv吐計溫度T-20人-io15W站0人+3Q-303511幾+(5-ID)容器內(nèi)介質(zhì)用蒸氣直接加熱或被內(nèi)置加熱元件（如加熱盤管、電熱元件等）間接加熱時，其設(shè)計溫度取被加熱介質(zhì)

8、的最高工作溫度。液化氣用壓力容器當設(shè)計壓力確定后，其設(shè)計溫度就是與其對應的飽和蒸氣的溫度。儲存用壓力容器（包括液化氣儲罐）當殼體溫度僅由大氣環(huán)境條件確定時，其設(shè)計溫度可取該地區(qū)歷年來月平均氣溫的最低值，或據(jù)實計算。（5）許用應力。容器殼體、封頭等受壓元件所用材料的許用強度，是由材料的各極限應力除以相應的安全系數(shù)來確定的。各國標準規(guī)范中所規(guī)定的安全系數(shù)均與本國規(guī)范所采用的計算、選材、制造及檢驗方面的規(guī)定是相適應的。為了使用方便和取值統(tǒng)一，GB1502011中給出了常用材料在不同溫度下的許用應力，可直接查用。（6）焊接接頭系數(shù)焊接制造的容器，在焊縫中可能存在著夾渣、氣孔、裂紋及未焊透等缺陷，使焊縫

9、及熱影響區(qū)的強度受到削弱，為了補償焊接時可能出現(xiàn)的焊接缺陷對容器強度的影響，引入了焊接接頭系數(shù)，它是接頭處材料的強度與母材強度之比，用表示，見表1-12。焊接接頭系數(shù)的取值與接頭的形式及對其進行無損檢測的長度比例有關(guān)，由GB1502011的規(guī)定可按下列方法確定。表1-12焊縫系數(shù)焊接搖曲陽或把提撿測的氏戲出例局醉衣而焊對按擺頭或樞當T雙而畔的對接接頭1.00.85單面呻對接按頭（常焊餐根部右紫貼基本金屈詢地板）0.9O.S在什么情況下需要采取100%無損檢測，可查閱相關(guān)規(guī)定。（7）厚度附加量C容器的壁厚不僅要滿足強度和剛度的要求，還要考慮鋼材的厚度負偏差和介質(zhì)對容器的腐蝕，所以在確定容器厚度時

10、引入鋼板或鋼管的厚度負偏差C1和腐蝕裕量C2，二者之和稱為厚度附加量，用C表示。一般鋼板的厚度負偏差按表1-13選取。不銹復合鋼板及鋼管厚度負偏差在GB1502011中查取。表1-13鋼板厚度負偏差C1單位：mm韜足厚度嘰2.8-VD3r2-3.53恥44.5-556S2526-3032.-3436“4042-50厚度負偏羞(L220,250.30.5().6fl.H().91.01.11.2L3腐蝕裕量可根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性及容器的設(shè)計壽命來確定，對介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸氣及水的碳素鋼、低合金鋼容器，腐蝕裕量不小于1mm；當資料不全難以具體確定時，可參考表1-14選取。表1-14腐蝕裕量C2單位：

11、mm容器類別碳累鋼低合金鋼鉆詡鋼不銹鋼堆最塊反應齢売怵320容器殼俸I巧i)攬熱器殼休1,510迪襯里容器殼休L510不叮拆內(nèi)件310包括収曲可拆內(nèi)件2|10110需要強調(diào)的是，腐蝕裕量只對發(fā)生均勻腐蝕破壞有意義。對于應力腐蝕、氫腐蝕、晶間腐蝕等非均勻腐蝕，采用增加腐蝕裕量的辦法效果并不明顯。這時應采用選耐腐蝕材料或其他防腐蝕辦法。（8）容器厚度的確定和最小厚度容器的厚度應既滿足強度和剛度的要求，又滿足腐蝕裕量及鋼板規(guī)格的要求，容器的名義厚度6n是指計算厚度6加上厚度附加量C后，向上圓整到鋼板標準規(guī)格的厚度，即標注在圖樣上的厚度。容器的最小壁厚是指對于低壓或常壓容器，按照強度公式計算出來的厚度

12、往往很薄，常因剛度不足，在制造、運輸和安裝過程中易發(fā)生變形。因此GB1502011限定了殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度6min,按下述方法確定：對碳素鋼、低合金鋼制容器，6min不小于3mm；對高合金鋼制容器，6min不小于2mm。四、耐壓試驗容器的耐壓試驗是在超過設(shè)計壓力的條件下，對容器進行試運行的過程。目的是檢查容器的宏觀強度、焊縫的致密性及密封結(jié)構(gòu)的可靠性，及時發(fā)現(xiàn)容器材質(zhì)、制造、安裝及檢修過程存在的缺陷，是對材料選用、設(shè)計、制造及檢修等各環(huán)節(jié)的綜合性檢查，以保證設(shè)備安全運行。耐壓試驗分為液壓試驗、氣壓試驗以及氣液組合壓力試驗三種。一般采用液壓試驗，由于結(jié)構(gòu)或者支承原因，不能向容

13、器內(nèi)充灌液體，以及由于運行條件不允許殘留試驗液體的壓力容器，可按照設(shè)計圖樣規(guī)定采用氣壓試驗。對因承重等原因無法注灌液體的壓力容器，可根據(jù)承重能力先注入部分液體，然后注入氣體，進行氣液組合壓力試驗。對需要進行熱處理的容器，必須將所有焊接工作完成并經(jīng)熱處理后方可進行液壓試驗，如果試驗不合格需要補焊或補焊后又經(jīng)熱處理的必須重新進行壓力試驗。對于劇毒介質(zhì)或不允許有微量介質(zhì)泄漏的容器，在進行液壓試驗后還要進行氣密性試驗。耐壓試驗前容器各連接部位的緊固螺栓必須裝配齊全、緊固妥當，試驗必須用兩個量程相同并經(jīng)過校正的壓力表，并裝于容器便于觀察的部位。壓力表的量程在試驗壓力的2倍左右為宜，但不應低于1.5倍和高

14、于4倍的試驗壓力。液壓試驗液壓試驗是將液體注滿容器后，再用泵逐步增壓到試驗壓力，檢驗容器的強度和致密性。容器液壓試驗裝置示意圖，如圖1-6所示。和水閥排氣民壓力卷直適閥圖1-6容器液壓試驗裝置示意圖試驗介質(zhì)及要求試驗介質(zhì)可采用不會導致發(fā)生危險的液體，試驗時液體的溫度應低于其閃點或沸點。一般采用潔凈的水。奧氏體不銹鋼制容器進行水壓試驗后，應將水漬清除干凈，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。碳素鋼、16MnR和正火15MnVR鋼容器液壓試驗時，液體溫度不得低于5C；其他低合金鋼容器，試驗時液體溫度不得低于15C。如果由于板厚等因素造成材料無延性轉(zhuǎn)變溫度升高，則需相應提高

15、試驗液體溫度；其他鋼種容器液壓試驗溫度按圖樣規(guī)定。試驗方法和過程確定試驗壓力：耐壓試驗壓力應當符合設(shè)計圖樣要求，且不小于下式的計算值。pT=1.25pI式中pT試驗壓力，MPap設(shè)計壓力，MPa。容器元件材料在試驗溫度下的許用應力，MPaoT容器元件材料在設(shè)計溫度下的許用應力，MPa注：容器銘牌上規(guī)定有最大允許工作壓力時，公式中應以最大允許工作壓力代替設(shè)計壓力p；容器各元件(圓筒、封頭、接管、法蘭及緊固件等)所用材料不同時，應取各元件材料的。/。丁值中最小者。試驗前應按下式校核試驗壓力下的圓筒應力卩說)式中oT試驗壓力下圓筒的應力，MPaDi圓筒內(nèi)直徑，mmse圓筒的有效厚度，mm排凈容器中的

16、空氣：試驗時容器頂部應設(shè)排氣口，以便充液時將容器內(nèi)的空氣排盡。試驗過程中，應保持容器觀察表面的干燥。試驗時壓力應緩慢上升，達到規(guī)定試驗壓力后，保壓時間一般不少于30min（在此期間容器上的壓力表讀數(shù)應保持不變）。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接接頭和連接部位進行檢查。如有滲漏，應做標記，卸壓后修補，修好后重新試驗，直至合格為止。對于夾套容器，先進行內(nèi)筒液壓試驗，合格后再焊夾套，然后進行夾套內(nèi)的液壓試驗。液壓試驗完畢后，應將液體排盡并用壓縮空氣將內(nèi)部吹干。（3）液壓試驗合格標準無滲漏、無可見的變形、試驗過程中無異常響聲即為耐壓試驗合格。氣壓試驗氣壓試驗之前必須對

17、容器A類和B類焊接接頭進行100%的無損檢測，并應增加試驗場所的安全措施，該安全措施需經(jīng)試驗單位技術(shù)總負責人批準，并經(jīng)本單位安全部門檢查監(jiān)督。試驗所用的氣體應為干燥潔凈的空氣、氮氣或其他惰性氣體。碳素鋼和低合金鋼容器，氣壓試驗時介質(zhì)溫度不得低于15C；其他鋼種容器氣壓試驗溫度按圖樣規(guī)定。試驗前確定試驗壓力：按下式校核試驗壓力下的圓筒應力：Z2）眄罷0.&西%,）式中os圓筒材料在試驗溫度下的屈服點，MPa。0.20.2%的屈服強度，MPa圓筒的焊接接頭系數(shù)氣壓試驗合格要求，氣壓試驗過程中，容器無異常響聲，經(jīng)過肥皂液或者其他檢漏液檢查無漏氣，無可見的變形即為合格。氣液組合壓力試驗對因承重等原因無

18、法注滿液體的壓力容器，可根據(jù)承重能力先注入部分液體然后注入氣體，進行氣液組合壓力試驗。試驗之前必須對容器A類和B類焊接接頭進行100%的無損檢測。對于氣液組合壓力試驗，應保持容器外壁干燥，經(jīng)檢查無液體泄漏后，再以肥皂液或其他檢漏液檢查無漏氣，無異常響聲，無可見的變形即為合格。泄漏試驗耐壓試驗合格后，對于介質(zhì)毒性程度為極度、高度危害或者設(shè)計上不允許有微量泄漏的壓力容器，應當進行泄漏試驗。根據(jù)試驗介質(zhì)的不同，泄漏試驗分為氣密性試驗、氨檢漏試驗以及鹵素檢漏試驗和氦檢漏試驗等。（1）氣密性試驗氣密性試驗所用的氣體應為干燥潔凈的空氣、氮氣或其他惰性氣體。試驗壓力為壓力容器的設(shè)計壓力。進行氣密性試驗時，應當將安全附件裝配齊全，保壓足夠時間經(jīng)檢查無泄漏為合格。介質(zhì)為易燃或