化工设备第5讲

t t t b , st , D , n 分别为材料在温度t时的强度、屈服、 式中
持久和蠕变极限应力；
t t t nb , ns , nD , nn 分别为与 b , st , D , n 对应的安全系数。
GB150中规定：nb=3.0，ns=1.6(高合金钢为1.5)， nD=1.5，nn=1.0。
1. 已知条件：设计压力pc，球壳内径Di，壁厚δ 2. 球壳中的最大薄膜应力：
pD pc Di 根据式（8-8）： max 4 4 t 二、材料的许用应力
三、强度条件
max t ，即 pc Di t (b) 根据第一强度理论： 4
低温度。 低温容器：设计温度低于或等于-20℃的压力容器。当工 作温度低于或等于-20 ℃时，应按低温容器来设定设计温 度。
化工设备设计基础－第十章 内压容器设计
二、焊接接头系数（焊缝系数）
1. 定义：焊缝金属与母材金属强度之比，用符号φ来 表示。表示焊接接头对容器整体的削弱程度。
2. 影响因素：焊接接头质量
3. 名义厚度δn：设计厚度加上钢板负偏差向上圆整 至钢材标准规格的厚度，即标注在图样上的厚度。
4. 有效厚度δe：能起强度作用的厚度，等于名义厚 度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差。 5. 毛坯厚度：名义厚度加上壁厚加工减薄量。
化工设备设计基础－第十章 内压容器设计
§10.2 内压球壳的强度计算
一、内压球壳中的最大薄膜应力
化工设备设计基础－第十章 内压容器设计
四、许用应力
1. 定义：材料在一定温度下安全服役所允许的最高应 力，用[σ]t表示，单位是MPa。
2. 取值： [σ]t＝极限应力/安全系数
t t b st D nt min , , , ns nD nn nb t
化工设备设计基础－第十章 内压容器设计
六、压力试验与气密性试验
1. 试验压力的确定

液压试验： pT 1.25 p t 气压试验： pT 1.15 p t
(10-6)
(10-7)
气密性试验：pT p
(10-c)
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关于焊接结构和无损检测要求可参见GB150。 三、厚度附加量 厚度附加量包括钢材负偏差和腐蚀裕量两部分： C=C1+C2
其中 C 为厚度附加量，mm
C1为钢材负偏差，mm（表10-1~4） C2为腐蚀裕量，mm。可按腐蚀速率乘以设计寿命 来计算，但通常按经验选取：无腐蚀取0，弱腐蚀 取1~2，强腐蚀考虑选材。
工作介质的毒性程度为极度或高度危害的容器，应在压 力试验合格后进行气密性试验。
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2. 压力试验情况下圆筒的应力校核
液压试验： max 气压试验： max
pT Di e 0.9 s 2 e pT Di e 0.8 s 2 e
(10-8a)
(10-8b)
3. 压力试验类型选定与气密性试验规定
压力试验一般应采用液压试验，介质通常为水。 当不能用液体作为试验介质时，可采用气压试验。
t
(10-a)
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五、公式(10-1)和(10-2)的适用范围
pc 0.4
t
(10-b)
上式相当于圆筒外径与内径之比K≤1.5。
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六、压力容器设计几种厚度的定义
1. 计算厚度δ ：强度计算得到的厚度。
2. 设计厚度δd：计算厚度加上腐蚀裕量。
2. 椭圆形封头和碟形封头的最小有效厚度δmin
椭圆形封头：
形状系数k≤1时， δmin＝0.15％Di 形状系数k＞1时， δmin＝0.30％Di
碟形封头：
形状系数M≤1.34时， δmin＝0.15％Di 形状系数M＞1.34时， δmin＝0.30％Di
注：当确定封头厚度时已考虑了内压下的弹性失稳问题，可 不受上述限制。
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第十章 内压容器设计
内压容器设计的概念
压力容器壳体构成：圆筒、球壳和封头（凸形、锥形与平 板）。 内压容器的设计内容：① 确定壳体（圆筒、球壳和封头）壁 厚；② 壳体壁厚强度校核；③ 计算容器最大允许工作压力。
内压容器的设计方法：壳体内的应力 度条件 设计计算① ② ③。
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四、强度计算
1. 壳体计算厚度δ
由式（a）得到：
pc Di t 2 pc
(10-1)
2. 壳体壁厚强度校核
max
pc Di e t 2 e
(10-2)
3. 容器最大允许工作压力[pw]
2 e pw Di e
焊缝及热影响区的组织和性能 焊接缺陷 焊接应力
3. 焊缝系数的取值：按GB150规定
双面焊或相当于双面焊的全焊透对接接头
100％无损检测：φ=1.0 局部无损检测：φ=0.85
单面焊的对接接头
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单面焊的对接接头
100％无损检测：φ=0.9 局部无损检测：φ=0.8
§10.1 内压圆筒的强度计算
一、内压圆筒中的最大薄膜应力
1. 已知条件：设计计算压力pc，圆筒内径Di，壁厚δ 2. 圆筒中的最大薄膜应力： 根据式（8-9）： max
pD pc Di θ 2 2
t 二、材料的许用应力
三、强度条件
max t ，即 pc Di t (a) 根据第一强度理论： 2
高压力。 计算压力pc：在相应设计温度下，用于确定元件厚度的压 力。其值等于设计压力加上液柱静压力。当液柱静压力 小于5％的设计压力时可以忽略不计。
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设计压力的确定：按GB150要求 （1）容器上安装有超压泄放装置（安全阀、爆破片）时， 应按GB150附录B确定设计压力。 （2）对于盛装液化气体的容器，应根据设计温度下介质的 饱和蒸汽压确定设计压力。
材料的许用应力
强
内压容器的设计参数：设计压力，设计温度，许用应力，焊 缝系数，壁厚附加量（钢板负偏差和腐蚀裕量），最小壁厚等。
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内压容器设计的理论依据
薄膜应力理论
第一强度理论
压力容器的设计标准
GB150《钢制压力容器》（现行1998版）
化工设备设计基础－第十章 内压容器设计
化工设备设计基础－第十章 内压容器设计
四、强度计算
1. 壳体计算厚度δ
由式（b）得到：
pc Di t 4 pc
(10-3)
2. 壳体壁厚强度校核
max
pc Di e t 4 e
4 e Di e
t
(10-4)
3. 容器最大允许工作压力pmax
（3）由两个或两个以上压力室组成的容器，除考虑各压力 室的设计压力外，还要考虑各室之间的压力差作为设计 压力。
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2. 设计温度td：设定的元件的金属温度，其值低温容 器不高于工作温度，非低温容器不低于工作温度。 通常指设计图纸上规定的最高或最低允许工作温度。 工作温度tw：在正常工作情况下元件可能达到的最高或最
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3. 安全系数的影响因素：
（1）条件载荷的准确性程度
（2）设计计算方法的精确性 （3）材料性能的稳定性
（4）制造与检验水平
（5）操作与管理水平
（6）安全裕度
（7）其它因素
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五、最小厚度
1. 圆筒的最小厚度δmin
碳钢及低合金钢制容器，不小于3 mm; 高合金钢制容器，不小于2 mm。
pmax
(10-c)
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五、公式(10-3)和(10-4)的适用范围
pc 0.6
t
(10-d)
上式相当于球壳外径与内径之比K≤1.353。
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§10.3 设计参数的确定
一、设计压力和设计温度
1. 设计压力pd：设定的容器顶部的最高压力，与相应 的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工 作压力。 工作压力pw：在正常工作情况下容器顶部可能达到的最