會計學1第六章內壓薄壁容器設計㈡圓筒形薄壁容器承受內壓時的應力只有拉應力無彎曲“環向纖維”和“縱向纖維”受到拉力。s1（或s軸）圓筒母線方向(即軸向)拉應力，s2（或s環）圓周方向的拉應力。第1頁/共31頁㈢圓筒的應力計算

1.軸向應力D-筒體平均直徑，亦稱中徑，mm；

第2頁/共31頁2.環向應力薄壁圓筒形壓力容器環向應力軸向應力的二倍。第3頁/共31頁分析：（1）薄壁圓筒受內壓環向應力是軸向應力兩倍。問題a：筒體上開橢圓孔，如何開?應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，使環向應力不致增加很多。第4頁/共31頁分析：問題b：鋼板卷制圓筒形容器，縱焊縫與環焊縫哪個易裂？筒體縱向焊縫受力大于環向焊縫，故縱焊縫易裂，施焊時應予以注意。第5頁/共31頁（2）分析式(4-1)和(4-2)也可知，內壓筒壁的應力和d/D成反比，d/D

值的大小體現著圓筒承壓能力的高低。因此，分析一個設備能耐多大壓力，不能只看厚度的絕對值。第6頁/共31頁例題：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，試求氧氣瓶壁應力解析：平均直徑mm經向應力MPa環向應力MPa第7頁/共31頁二、筒體強度計算實際設計中須考慮三個因素：（1）焊接接頭系數（2）容器內徑（3）壁厚

筒體內較大的環向應力不應高于在設計溫度下材料的許用應力，即[s]t-設計溫度t℃下材料許用應力，MPa。第8頁/共31頁㈠焊接接頭系數

鋼板卷焊、夾渣、氣孔、未焊透等缺陷，導致焊縫及其附近區域強度可能低于鋼材本體的強度。鋼板[σ]t乘以焊接接頭系數φ，φ≤1

第9頁/共31頁㈡容器內徑

工藝設計確定內徑Di，制造測量也是內徑，而受力分析中的D卻是中面直徑。解出d，得到內壓圓筒的厚度計算式第10頁/共31頁㈢壁厚

考慮介質腐蝕，計算厚度d的基礎上，增加腐蝕裕度C2。筒體的設計厚度為承受應力的厚度，又稱計算壁厚設計壁厚考慮鋼板厚度負偏差C1，名義壁厚為：式中:

d-圓筒計算厚度，mm；

dd-圓筒設計厚度，mm；δn-圓筒設計厚度，mm

Di-圓筒內徑，mm；

p-容器設計壓力，MPa；

j-焊接接頭系數。第11頁/共31頁另一種情況：對于已有的圓筒，測量厚度為dn，則其最大許可承壓的計算公式為：式中：dn-圓筒名義厚度圓整成鋼材標準值；C1-鋼板負偏差筒體設計厚度加上厚度負偏差后向上圓整，即為筒體名義厚度。第12頁/共31頁de-圓筒有效厚度C-厚度附加量。

設計溫度下圓筒的計算應力C1—鋼材厚度負偏差C2—腐蝕裕量第13頁/共31頁負偏差腐蝕余量有效厚度第14頁/共31頁三、設計參數厚度設計參數按GBl50-1998中規定取值。設計壓力、設計溫度、許用應力、焊接接頭系數厚度附加量等參數的選取。第15頁/共31頁㈠設計壓力（計算壓力）設計壓力:相應設計溫度下確定殼壁厚度的壓力，亦即標注在銘牌上的容器設計壓力。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生的最高壓力（表壓）。使用安全閥時設計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；使用爆破膜根據其型式，一般取最大工作壓力的1.15～1.4倍作為設計壓力。第16頁/共31頁㈡設計溫度選擇材料和許用應力的確定直接有關。設計溫度指容器正常工作中，在相應的設計條件下，金屬器壁可能達到的最高或最低溫度。器壁溫度通過換熱計算。不被加熱或冷卻，筒內介質最高或最低溫度。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。不同部位出現不同溫度分別計算。第17頁/共31頁㈢許用應力許用應力是以材料的各項強度數據為依據，合理選擇安全系數n得出的。抗拉強度、屈服強度，蠕變強度、疲勞強度。取其中最低值。當設計溫度低于0℃時，取20℃時的許用應力。第18頁/共31頁㈣焊接接頭系數焊接削弱而降低設計許用應力的系數。根據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于雙面焊的對接接頭1.00.85單面焊對接接頭或相當于單面焊的對接接頭0.90.8符合《壓力容器安全技術檢察規程》才允許作局部無損探傷。抽驗長度不應小于每條焊縫長度的20％。第19頁/共31頁㈤厚度附加量滿足強度要求的計算厚度之外，額外增加的厚度量，包括由鋼板負偏差(或鋼管負偏差)Cl、腐蝕裕量

C2，即C＝

Cl十

C2厚度22.22.52.8～3.03.2～3.53.8～4

4.5～5.5負偏差0.130.140.150.160.18

0.20.2厚度6～78～2526～3032～34

36～4042～50

52～60

負偏差0.60.80.911.11.21.3

第20頁/共31頁腐蝕裕量C2：應根據各種鋼材在不同介質中的腐蝕速度和容器設計壽命確定。塔類、反應器類容器設計壽命一般按20年考慮，換熱器殼體、管箱及一般容器按10年考慮。第21頁/共31頁腐蝕速度＜0.05mm／a(包括大氣腐蝕)時：碳素鋼和低合金鋼單面腐蝕C2＝1mm，雙面腐蝕取C2＝2mm，當腐蝕速度＞0.05mm／a時，單面腐蝕取C2＝2mm，雙面腐蝕取C2＝4mm。不銹鋼取C2＝0。設計者適當加入工藝減薄量，第22頁/共31頁四、最小壁厚設計壓力較低的容器計算厚度很薄。大型容器剛度不足，不滿足運輸、安裝。限定最小厚度以滿足剛度和穩定性要求。殼體加工成形后不包括腐蝕裕量最小厚度dmin：

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第23頁/共31頁五、壓力試驗目的：制造加工過程不完善，導致不安全，發生過大變形或滲漏。最常用的壓力試驗方法是液壓試驗。常溫水。也可用不會發生危險的其它液體試驗時液體的溫度應低于其閃點或沸點。第24頁/共31頁不適合作液壓試驗，如裝入貴重催化劑要求內部烘干，或容器內襯耐熱混凝土不易烘干，或由于結構原因不易充滿液體的容器以及容積很大的容器等，可用氣壓試驗代替液壓試驗。第25頁/共31頁對壓力試驗的規定情況表試驗類型試驗壓力強度條件說明備注液壓試驗

立式容器臥置進行水壓試驗時，試驗壓力應取立置試驗壓力加液柱靜壓力。壓力試驗時，由于容器承受的壓力pT

高于設計壓力p，故必要時需進行強度效核。

氣壓試驗

pT-試驗壓力，MPa；p-設計壓力，MPa；

[s]一試驗溫度下的材料許用應力，MPa；

[s]T

一設計溫度下的材料許用應力，MPa

第26頁/共31頁例：某化工廠欲設計一臺石油氣分離工程中的乙烯精餾塔。工藝要求為塔體內徑Di=600mm；設計壓力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：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。根據式式中p＝2.2MPa；Di=600mm；[s]＝170MPaj=0.8(查表)；C2=1.0mm

得：第27頁/共31頁考慮鋼板厚度負偏差C1＝0.6mm圓正取dn=7mm水壓試驗時的應力

16MnR的屈服限ss=34