钢制压力容器壁厚计算
标 准 椭 圆 形 封 头
壁厚公式 S=PDi/(2*[σt]*Φ-0.5P)+C [σ]许用应力 符号意义 及 P压力(kg/cm2) D直径(mm) Φ 焊缝系数 (kgf/cm2) 单位 10 2000 1370 0.85 壁厚计算 最大允许工 [P]=(2[σt]φ(S-C))/((Di+0.5(S-C)) 作压力 [σ]许用应力 C壁厚附加量 符号意义 及 D直径(mm) Φ 焊缝系数 (kgf/cm2) (mm) 单位 2000 1370 0.85 1 压力校核 应力校核公 σt=(P(Di+0.5(S-C))/(2(S-C)φ)； 必须满足σt≦[σt] 式
[P]=(4[σt]φ(S-C))/((Di+(S-C)) [σ]许用应力 C壁厚附加量 Φ 焊缝系数 (kgf/cm2) (mm) 2000 1370 0.85 1 σt=(P(Di+(S-C))/(2(S-C)φ)； 必须满足σt≦[σt] C壁厚附加量 P压力(kg/cm2) D直径(mm) Φ 焊缝系数 (mm) 10 2000 0.85 1 D直径(mm)
形 封 头 符号意义 及 P压力(kg/cm2) D直径(mm) 单位 10 2000 应力校核 Φ 焊缝系数 0.85 C壁厚附加量 (mm) 1
89) 计算结果 C壁厚附加量 S壁厚(mm) min=2D/1000且≥3 (mm) （mm） 1.5 2.40538705 4
壁厚最小值δ
S壁厚(mm) 10 S壁厚(mm) 10
P压力 (kg/cm2) 10.433549 σt最大允许应 力(kgf/cm2) 1313.0719
满足σt≦[σt]
C壁厚附加量 S壁厚(mm) (mm) 1 5.30292599
S壁厚(mm) 10 S壁厚(mm) 10
P压力 (kg/cm2) 20.8670981 σt最大允许应 力(kgf/cm2) 656.535948
满足σt≦[σt]Fra bibliotekC壁厚附加量 S壁厚(mm) (mm) 1 9.60585198
S壁厚(mm) 10
P压力 (kg/cm2) 10.4569718
满足σt≦[σt]
S壁厚(mm) 10
σt最大允许应 力(kgf/cm2) 1310.13072
球 壳 与 球 形 封 头
壁厚公式 符号意义 及 单位 壁厚计算 最大允许工 作压力 符号意义 及 单位 压力校核 应力校核公 符号意义 及 单位 应力校核
S=PDi/(4*[σt]*Φ-P)+C P压力(kg/cm2) D直径(mm) 10 2000
[σ]许用应力 (kgf/cm2) 1370
Φ 焊缝系数 0.85
钢制-压力容器壁厚计算(GB150-89) 壁厚公式 S=PDi/(2*[σt]*Φ-P)+C [σ]许用应力 (kgf/cm2) Φ 焊缝系数
符号意义 及 P压力(kg/cm2) D直径(mm) 单位
1 2000 1300 0.85 壁厚计算 圆 最大允许工 [P]=(2[σt]φ(S-C))/((D +(S-C)) i 作压力 筒 [σ]许用应力 C壁厚附加量 壳 符号意义 及 D直径(mm) Φ 焊缝系数 (kgf/cm2) (mm) 单位 2000 1370 0.85 1 压力校核 应力校核公 σt=(P(Di+(S-C))/(2(S-C)φ)； 必须满足σt≦[σt] C壁厚附加量 符号意义 及 P压力(kg/cm2) D直径(mm) Φ 焊缝系数 (mm) 单位 10 2000 0.85 1 应力校核
压力容器壁厚快速计算
对常温和 久强度（经10万小
对常温下 设计温度
时断裂）
材料
的最低抗 下的屈服
拉强度σ
b
点σs
（或σ ss)
σDt平均 σDt最小
值
值
碳素钢、低合金钢
奥氏体不锈钢
工业纯铝和防锈铝
1.当设计温度低于20℃时的许
用应力。
2.对
已有成功使用经验的钢材，其
许用应力一般可按上式计算，
安全系列取右表之数据，最后
取计算值中的最小值作为设计
圆 符号意义 形 及单位
D直径(mm)
[σ]许用应力 (kgf/cm2)
Φ
焊缝系数
C壁厚附加量 (mm)
封 压力校核
2000
1370
0.85
1
头
标
准
椭
圆
形
封 头 应力校核公式
σt=(P(Di+0.5(S-C))/(2(S-C)φ)； 必须满足σt≦[σt]
符号意义 及单位
P压力(kg/cm2)
D直径(mm)
符号意义 及单位
D直径(mm)
[σ]许用应力 (kgf/cm2)
Φ
焊缝系数
C壁厚附加量 (mm)
压力校核
2000
1370
0.85
1
应力校核公式
σt=(P(Di+(S-C))/(2(S-C)φ)； 必须满足σt≦[σt]
符号意义 及单位
P压力(kg/cm2)
D直径(mm)
Φ 焊缝系数
C壁厚附加量 (mm)
10.45697181
须满足σt≦[σt] S壁厚(mm) 10
σt最大允许 应力
(kgf/cm2) 1310.130719
GB150-1998《《钢制压力容器》
• 二．内压园筒和内压球壳： • ☆失效准则 • 容器从承载到载荷的不断加大最后破坏经 历弹性变形、塑性变形、爆破；因此容器 强度失效准则的三种观点： • 弹性失效 • 弹性失效准则认为壳体内壁产生屈服即达 到材料屈服限时该壳体即失效，将应力限 制在弹性范围，按照强度理论把筒体限制 在弹性变形阶段。认为圆筒内壁面出现屈 服时即为承载的最大极限。
2
• • • • • • • • • •
5.总论： （1）容器管辖范围：（3.3.1节～3.3.4节） （2）定义：（3.4节） 1)压 力 除注明者外，压力均为表压力。 工作压力Pw 设计压力Pd 计算压力Pc 最大允许工作压力[Pw] 安全阀的开启压力Pz 爆破片的标定爆破压力Pb
3
• 2)温 度 • 金属温度 ；工作温度 ；最高、最低工作温 度；设计温度；试验温度 • （3）载荷：经常性载荷；选择性载荷； （3.5.4节） • （4）厚度：厚度的定义：计算厚度；设计 厚度；名义厚度；有效厚度等； （3.4.8节）
4
• • •
• •
•
厚度负偏差C1 腐蚀裕量C2 C2=NfхdC2； Nf—设计寿命。单 位：年； dC2—腐蚀速率。单位：毫米/ 年 腐蚀裕量考虑的原则 ： １）与工作介质接触的筒体、封头、接管、 人（手）孔及内部构件等，均应考虑腐蚀 裕量。 ２）下列情况一般不考虑腐蚀裕量：
5
• a、介质对不锈钢无腐蚀作用时（不锈钢、不锈复 合钢板或有不锈钢堆焊层的元件）； • b、可经常更换的非受压元件； • c、有可靠的耐腐蚀衬里； • d、法兰的密封表面； • e、管壳式换热器的换热管； • f、管壳式换热器的拉杆、定距管、折流板和支持 板等非受压元件； • g、用涂漆可以有效防止环境腐蚀的容器外表面 及其外部构件（如支座、支腿、底板及托架等， 但不包括裙座）。
任务四 压力容器的强度计算及校核
项目一压力容器任务四压力容器的强度计算及校核容器按厚度可以分为薄壁容器和厚壁容器，通常根据容器外径Do与内径Di 的比值K来判断，K＞1.2为厚壁容器，K≤1.2为薄壁容器。
工程实际中的压力容器大多为薄壁容器。
为判断薄壁容器能否安全工作，需对压力容器各部分进行应力计算与强度校核。
一、圆筒体和球形壳体1.壁厚计算公式圆筒体计算壁厚：圆筒体设计壁厚：球形容器计算壁厚：球形容器设计壁厚：式中δ——圆筒计算厚度，mmδd——圆筒设计厚度，mmpc——计算压力，MPa。
pc=p+p液，当液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略Di——圆筒的内直径，mm[σ]T——设计温度T下，圆筒体材料的许用应力，MPa（可查表）φ——焊接接头系数，φ≤1.0C2——腐蚀裕量，mm2.壁厚校核计算式在工程实际中有不少的情况需要进行校核性计算，如旧容器的重新启用、正在使用的容器改变操作条件等。
这时容器的材料及壁厚都是已知的，可由下式求设计温度下圆筒的最大允许工作压力[pw]。
式中δe——圆筒的有效厚度，mm设计温度下圆筒的计算应力σT：σT值应小于或等于[σ]Tφ。
设计温度下球壳的最大允许工作压力[pw]：设计温度下球壳计算应力σT：σT值应小于或等于[σ]Tφ。
二、封头的强度计算1.封头结构封头是压力容器的重要组成部分，常用的有半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、锥形封头和平封头（即平盖），如图1-4所示。
工程上应用较多的是椭圆形封头、半球形封头和碟形封头，最常用的是标准椭圆形封头。
以下只介绍椭圆形封头的计算，其他形式封头的计算可查阅GB150—2011。
图1-4 封头的结构型式2.椭圆形封头计算椭圆形封头由半个椭球面和高为h的直边部分所组成，如图1-5所示。
直边h的大小根据封头直径和厚度不同有25mm、40mm、50mm三种，直边h的取值可查表1-7。
表1-7 椭圆形封头材料、厚度和直边高度的对应关系单位：mm图1-5 椭圆形封头椭圆形封头的长、短轴之比不同，封头的形状也不同，当其长短轴之比等于2时，称为标准椭圆形封头。
压力容器钢板厚度计算例题
=1.6+1.6=3.2mm（300）
=1.6+2.13=3.73mm（400）
=1.6+3.2=4.8mm（600）
根据《容规》的规定。制造压力容器的钢板厚度不得小于6mm。因此设计厚度取6mm钢板。
还需要进行各种校核。
设计压力P=1.2MPa，
设计温度t=50℃。
介质为压缩空气。
确定参数：腐蚀裕量=Hale Waihona Puke mm钢板负偏差=0.6mm。
设计温度下的钢板许用应力【σ】t=133MPa。
焊缝系数Φ=0.85
则计算厚度δ=（PDi）/（2【σ】tΦ-P）
=（1.2*300）/（2*133*0.85-1.2）=1.60mm。（300）
=（1.2*400）/（2*133*0.85-1.2）=2.13mm（400）
=（1.2*600）/（2*133*0.85-1.2）=3.20mm（600）
以上计算的结果，可以看做是验证了4mm钢板在300、400、600mm的厚度，可以承受1.2MPa的压力。
如果是制造容器的单位进行设计，还要进行以下计算：
压力容器的计算,管体高=1450mm D=300mm,400mm,600mm 用4MM钢板能否承受1.2MPa的压力,是怎样计算的?在线等
最佳答案
依据GB150-1998<钢制压力容器》设计要求。以上题目缺少两个条件：介质和温度。假设介质为压缩空气，温度为常温。计算如下：
已知：公称直径Di=300mm、400mm、600mm。
钢制压力容器计算
开孔处需要补强 开孔处无需补强 加 强 管 补 强 ( A1 + A2 + A3)≥A
A4 ≤ 0
重取接管管壁厚度δt, 重复以上计算 ,直至
补 补强圈取与壳体相同材料 补强圈外径 补强圈有效宽度
强
圈
补
强
D= B=2d =
0mm 183.6 m m
取较小值为B'
0
补强圈计算厚度
S =A4/(B' -d)= JB/T4736-95
共
页 第
a, b
3
页
MPa
o
管口符号 h2 δn
Z C A1
δe
h1 W A4
δt δ nt
C
δ
A2
D Ti
A3
d
C
Y
X
C = C1 + C2 = k= δn-C δ
接 接管内直径 壁厚附加量 开孔内直径 管
DTi
mm mm mm δ'nt = δt+CT 0.65 mm = 2.55
CT = CT1 + CT2 = d = DTi + 2CT = PcDTi
共
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6
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mm 436.85 35.56 84 35.564 ( d * δnt )1/2 = h2 = 35.56 33 33 450.78 m m2 mm mm mm mm mm mm m m2
(B- d)(δe-δ)- 2 (δnt - CT )(δe-δ)(1 - fr ) = 接管外侧有效高度 接管外侧实际高度 取较小值 接管内侧有效高度 接管内侧实际高度 取较小值 h2 = h1 = h2 = h1 = ( d * δnt )1/2 = h1 =
压力容器厚度计算
目前，我国压力容器设计依据GB150-98《钢制压力容器》，是国内普遍遵循的原则。
一般情况下，板厚增加，元件强度会提高，但有时板厚增加强度反而降低。
如何按照该标准进行厚度的恰当选取，更好地满足强度需求，对压力容器设计具有重要意义。
GB150-98规定，计算厚度是指按各章公式计算得到的厚度；设计厚度是指计算厚度与腐蚀裕量之和；名义厚度指设计厚度加上钢板厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格厚度，即标注在图样上的厚度；有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差。
我们这里讨论的厚度是名义厚度。
从定义中可以看出，名义厚度不包括加工减薄量，元件的加工减薄量由制造单位根据各自的加工工艺和加工能力自行选取，只要保证产品的实际厚度不小于名义厚度减去钢材厚度负偏差就可以。
这样可以使制造单位根据自身条件调节加工减薄量，从而更能主动地保证产品强度所要求的厚度，更切合实际地符合制造要求。
按照GB150-98等国家标准的原则，制造工艺人员要根据图样厚度考虑加工减薄量而增加制造元件的毛坯厚度。
在我国材料标准中，钢板厚度范围变化，钢板的σb、σs也有变化，一般是板厚增加，σb、σs有所降低。
我国压力容器用钢板许用应力随板厚厚度范围增厚而有所降低，因而可能出现虽然有时板厚增加，强度反而降低的现象，尤其是封头，这种现象更明显。
2 实例为了证明上述现象存在，举例如下：首先我们给出常用钢板在不同状态下的强度指标，如下表所示：常用钢板在不同状态下的强度指标表2.1 例1某台储气罐，其封头为标准椭圆形，材质15MnVR，设计内径Di=2000mm，腐蚀裕度C2=1mm，焊缝系数φ=1，设计压力P=2.6MPa，设计温度t=20℃，标准椭圆封头形状系数K=1，侧十图样上封头名义厚度δn=16mm.制造厂选用18mm厚度钢板压制封头，该制造厂压制封头时最大成型减薄量为δx10%，即18x10%=1.8(包含钢板厚度负偏差在内)。
(1)选用18mm厚度钢板压制封头，满足GB150-98设计要求。
GB150-1998钢制压力容器
钢制压力容器Steel pressure vessels自1998-10-1 起执行标准圆筒和内压球壳圆筒和外压球壳和开孔补强、检验与验收（标准的附录）材料的补充规定（标准的附录）超压泄放装置（标准的附录）低温压力容器（标准的附录）非圆形截面容器（标准的附录）产品焊接试板的力学性能检验（提示的附录）钢材高温性能（提示的附录）密封结构（提示的附录）材料的指导性规定（提示的附录）焊接结构对GB150-89进行修订。
依据GB150-89实施以来所取得的经验，参照近期国际同类标准进行了下列变动：GB150-89中第8章“卧式容器”、第9章“直立容器”、附录E“U形膨胀节”、附录F“直立容器高振型计算”、附录H“钢制压录L“例题”。
其中，除附录L外，其余已另有国家标准或行业标准。
“前言”、“引用标准”和“附录H”。
0-89中1.1内容列为第1章“范围”；1.2“组成”撤消，其他内容列为第3章“总论。
”章（GB150-89中第1章）中增加了“计算压力”的定义；对最小厚度和计算厚度的定义进行了修订；对腐蚀裕量选取给予明确的规述与JB4732《钢制压力容器——分析设计标准》一致；压力试验中取消了（p+0.1）的限制，并对大型容器的压力试验给予了规定。
章（GB150-89中第2章）根据钢材标准的变动，相应的增加和撤消了一些钢号；增加了不锈钢复合钢板的技术要求；加严了钢板逐章（GB150-89中第3章）取消了“圆筒和球壳的组合应力计算”。
章（GB150-89中第4章）外压圆筒和外压管子计算中，其条件D o/δe≥10改为D o/δe≥20；D o/δe<10改为D o/δe<20。
章（GB150-89中第5章）补充了7.2.5“受外压锥壳”的计算。
章（GB150-89中第6章）修订了“不另行补强的开孔直径”的规定；撤消“开孔补强设计的另一方法”。
10章增加了锻焊压力容器和焊后热处理工艺的要求。
录C补充了对奥氏体不锈钢制低温容器的规定。
SGPM0001 钢管壁厚的计算
设计导则SGPM 0001-2002实施日期2002年3月26日中国石化工程建设公司钢管壁厚的计算第 1 页共 4 页目 次1 总则 1.1 目的 1.2 范围 1.3 引用标准2 壁厚计算2.1 承受内压直管的壁厚计算2.2 承受外压直管的壁厚和加强圈计算1 总则1.1 目的 为指导钢管壁厚的计算，特编制本标准。
1.2 范围1.2.1 本标准对钢管壁厚的计算进行了规定。
1.2.2 本标准适用于承受内压和外压的的碳素钢和合金钢、不锈钢无缝钢管、螺旋缝电焊钢管和钢板卷管壁厚的计算，不包括夹套管的计算。
1.3 引用标准使用本标准时，应使用下列标准最新版本。
GB 150 《钢制压力容器》GB/T 17395 《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》GB 50316 《工业金属管道设计规范》ASME B31.1 《动力管道》ASME B31.3 《工艺管道》2 壁厚计算2.1 承受内压直管的壁厚计算2.1.1 承受内压的直管设计壁厚t sd 应不小于式（2.1.1）的计算值。
t sd ＝t s ＋C 1＋C 2＋C 3 （2.1.1）式中：t sd ——直管设计壁厚，mm ；t s ——直管计算壁厚，mm ；C 1——壁厚负偏差附加量，mm ；C 2——腐蚀或磨蚀附加量，mm ；C 3——加工附加量，mm 。
有螺纹或其他机械加工时，C 3为螺纹牙高或加工深度及其加工负偏差之和。
2.1.2 当t s ＜D 0/6时，直管计算壁厚应按式（2.1.2）计算。
（2.1.2）式中：P ——设计压力，MPa ；D 0——直管外径，mm ；[s ]t ——设计温度下材料的许用应力，MPa ；E j ——焊接接头系数，对于无缝钢管取E j ＝1；Y ——系数。
2.1.2.1 国内常用钢管和钢板的许用应力由GB 50316-2000表A.0.1和表A.0.2中取值。
国外常用钢管和钢板的许用应力由ASME B31.3-1999表A-1中取值；但用于高压蒸汽的管道，其钢管和钢板的许用应力由ASME B31.1-1998表A-1、A-2、A-3中取值。
压力容器、常压容器钢板壁厚计算选择和标准公式
压力容器、常压容器钢板壁厚计算选择和标准公式容器标准：《GB 150-2011 压力容器》《NB/T 47003.1-2009 钢制焊接常压容器》钢材标准：《GB 713-2008 锅炉和压力容器用钢板》－－GB 150碳素钢和低合金钢的钢板标准牌号Q245R、Q345R、Q370R、18MnMoNbR、13MnNiMoR、15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr1MoVR 《GB/T 3274-2007 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》－－GB150 Q235B钢板标准《GB 24511-2009 承压设备用不锈钢钢板及钢带》－－GB150高合金钢的钢板标准《GB/T 4237-2007 不锈钢热轧钢板和钢带》－－NB/T 47003高合金钢板标准，化学成分、力学性能《GB/T 3280-2007 不锈钢冷轧钢板和钢带》《GB/T 20878-2007 不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》《GB/T 699-1999 优质碳素结构钢》牌号08F、10F、15F、08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、15Mn、20Mn、25Mn、30Mn、35Mn、40Mn、45Mn、50Mn、60Mn、65Mn、70Mn《GB/T 700-2006 碳素结构钢》－－牌号Q195、Q215、Q235、Q275《GB/T 709-2006 热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量级允许偏差》不锈钢牌号对照表《GB 150-2011 压力容器》俗称GB 24511-2009承压设备用不锈钢钢板及钢带GB/T 4237-1992不锈钢热轧钢板和钢带ASME(2007)SA240 统一数字代号新牌号旧牌号型号S304 S30408 06Cr19Ni10 0Cr18Ni9 304 S316 S31608 06Cr17Ni12Mo2 0Cr17Ni12Mo2 316 S316L S31603 022Cr17Ni12Mo2 00Cr17Ni14Mo2 316L S321 S32168 06Cr18Ni11Ti 0Cr18Ni10Ti 321圆筒直径：钢板卷焊的筒体，规定内径为公称直径。
合理确定压力容器壁厚
从而导致本文开头所发生的情况，对此必须引起设 计人员的高度重视。因此，如果不考虑板厚增加材 料力学性能降低这一因素，将可能制造出强度不够 的压力容器，也就是说不是板材越厚强度越高，除 Q345R、16MnDR 外，还有 15MnVR、15MnVNR 等其它低合金高强度钢也有此类特性，据此要求压 力容器设计人员在选材确定壁厚时注意这一问题， 适当增加最小壁厚，确保加工减薄量对容器的强度 要求。
参考文献
[1] GB150-1998 钢制压力容器．中国标准出版社， 1998：
[2] 余国宗．化工容器及设备［M］．北京：化学工 业出版社，1990：
蒸发器在开车时，应先送入物料，确认符合正 常开车条件后，在慢慢打开蒸汽阀门，逐渐缓慢地 升温。蒸发器在停车和洗罐时，应缓慢地降温，以 减少热应力。
7 结论 任何一种耐蚀材料的耐应力腐蚀性能都是有
条件的，没有也不可能有在任何条件下均耐应力腐 蚀的不锈钢和合金。加热室的工作环境如物料、物 料浓度、温度是随工艺要求而定的，无法改变。本 文通过对加热室换热管破裂断口的分析，在应力腐 蚀断裂机理引导下阐述了合理选材，降低和消除工 作应力，残余应力，热应力，结构应力的途径和方 法，提高了加热室的制造质量，投产后的加热室， 显著延长了有效工作时间。
化学80
Chemical Engineering & Equipment
2010 年 1 月
合理确定压力容器壁厚
王祥能
(安徽锦邦化工股份有限公司，安徽 合肥 230011)
摘 要：确定压力容器壁厚不仅与强度有关，还要考虑刚度及材料的特性与加工能力，注意有的材料 不一定厚度越大强度越高，本文就这一问题进行探讨。 关键词：厚度；抗拉强度 σb；屈服强度 σs；加工减薄量