1、4.3 常规设计常规设计 力载荷处理，力载荷处理，不考虑交变载荷，也不区分短期载荷和永不考虑交变载荷，也不区分短期载荷和永久载荷，不涉及容器的疲劳寿命问题。久载荷，不涉及容器的疲劳寿命问题。区别于区别于分析设计分析设计一、设计思想一、设计思想 “按规则设计按规则设计”（Design by Rules） ，只考虑单一的最大，只考虑单一的最大 载荷工况，按一次施加的静载荷工况，按一次施加的静应力求解应力求解依据依据 材料力学及板壳材料力学及板壳 理论，按理论，按最大拉最大拉 应力准则应力准则来推导来推导 受压元件的强度受压元件的强度 尺寸计算公式。尺寸计算公式。校核校核受压元件受压元件 的应力强度
2、的应力强度 材料许用应力材料许用应力 （强度）（强度） 材料许用外压力材料许用外压力 （失稳）（失稳）边缘应力边缘应力采用采用 分析设计标准中分析设计标准中 的有关规定和思的有关规定和思 想，确定结构的想，确定结构的 某些相关尺寸范某些相关尺寸范 围，或由经验引围，或由经验引 入各种系数。入各种系数。4.3.1 概述概述4.3.1 概述概述过程设备设计过程设备设计 42pD 21pD 03r径向应力径向应力强度理论及其相应的强度条件强度理论及其相应的强度条件薄壁容器的应力状态薄壁容器的应力状态轴向应力轴向应力环向应力环向应力第一强度理论第一强度理论（最大主应力理论）（最大主应力理论）第三强度理
3、论第三强度理论（最大剪应力理论）（最大剪应力理论） 21pDI当强度条件强度条件 2pDI当 231pDIII当强度条件强度条件 2pDIII当适用于适用于脆性材料脆性材料适用于适用于塑性材料塑性材料常用强度理论常用强度理论第四强度理论第四强度理论（能量理论）（能量理论）2.3 21)()()(21212221213232221pDIV当强度条件强度条件 3 . 2pDIV当适用于适用于塑性材料塑性材料第二强度理论（最大变形理论）与实际相差较大，目前很少采用。第二强度理论（最大变形理论）与实际相差较大，目前很少采用。压力容器材料都是塑性材料，应采用三、四强度理论压力容器材料都是塑性材料，应采用
4、三、四强度理论， GB150-98采用第三强度理论采用第三强度理论.t 1 （4-3）4.3.1 概述概述t-31 （4-4） t )- ()- ()-(21213232221采用式（采用式（4-4）或式（）或式（4-5）较为合理。）较为合理。但对于但对于内压薄壁回转壳体内压薄壁回转壳体，在远离结构不连续处，在远离结构不连续处，30式（式（4-3）简单，成熟使用经验，）简单，成熟使用经验，将该式作为设计准则将该式作为设计准则。压力容器材料韧性较好，在弹性失效准则中，压力容器材料韧性较好，在弹性失效准则中， （4-5）二、弹性失效设计准则二、弹性失效设计准则过程设备设计过程设备设计4.3.2 圆
5、筒设计圆筒设计4.3.2 圆筒设计圆筒设计筒体结构筒体结构单层式单层式优点优点简单简单深环、纵焊缝，焊接深环、纵焊缝，焊接缺陷检测和消除困难；缺陷检测和消除困难；且结构本身缺乏阻止裂且结构本身缺乏阻止裂纹快速扩展的能力；纹快速扩展的能力；大型锻件、厚钢板性大型锻件、厚钢板性能比薄钢板差，不同方能比薄钢板差，不同方向力学性能差异大，韧向力学性能差异大，韧脆转变温度较高，发生脆转变温度较高，发生低应力脆性破坏的可能低应力脆性破坏的可能性也较大；性也较大；加工设备要求高。加工设备要求高。缺点缺点组合式组合式过程设备设计过程设备设计4.3.2.2 内压圆筒的强度设计内压圆筒的强度设计筒体强度设计筒体强
6、度设计单层圆筒体单层圆筒体多层厚壁圆筒多层厚壁圆筒中径公式（薄壁筒体）中径公式（薄壁筒体）Mises屈服公式（厚壁筒体）屈服公式（厚壁筒体）Faupel爆破公式（厚壁筒体）爆破公式（厚壁筒体）过程设备设计过程设备设计 2pDIII当 tpD2iDD考虑实际情况，考虑实际情况，引入引入pc等参数等参数 cticpDp2 22CpDpcticd考虑介质考虑介质腐蚀性腐蚀性考虑钢板厚度考虑钢板厚度负偏差并圆整负偏差并圆整n厚度计算厚度计算 一、单层筒体（薄壁筒体）一、单层筒体（薄壁筒体） k1.5（工程）（工程）t 1 （4-3）设计准则：设计准则：cticp 2Dp1、厚度计算式：、厚度计算式：由
7、中径公式由中径公式 （4-13）0.4t式中式中 计算厚度，计算厚度，mm；Pc计算压力，计算压力，MPa；焊接接头系数。焊接接头系数。条件：条件：Pcteeict2)D(p2、应力强度判别式：、应力强度判别式： （对筒体进行强度校核，已知筒体尺寸（对筒体进行强度校核，已知筒体尺寸Di、n或或e） （4-14）式中式中 e有效厚度，有效厚度， e=n C，mm； n名义厚度，名义厚度，mm； C厚度附加量，厚度附加量，mm t设计温度下圆筒的计算应力，设计温度下圆筒的计算应力，MPa。 一、单层筒体（薄壁筒体）一、单层筒体（薄壁筒体） k1.5（工程）（工程）4.3.2.2 内压圆筒的强度设计
8、内压圆筒的强度设计主要计算主要计算公式公式过程设备设计过程设备设计 eitewDp23、筒体最大允许工作压力、筒体最大允许工作压力Pw：MPa （4-15）4、说明：、说明： Pc0.4t式（式（4-13）由筒体的薄膜应力按最大拉应力准则导出的，）由筒体的薄膜应力按最大拉应力准则导出的，用于一定厚度范围，如厚度过大，则由于实际应力情况与用于一定厚度范围，如厚度过大，则由于实际应力情况与应力沿厚度均布的假设相差太大而不能使用。应力沿厚度均布的假设相差太大而不能使用。按照薄壳理论，（按照薄壳理论，（413）仅能在）仅能在/D0.1即即K1.2范围内适范围内适用。但作为工程设计，采用了最大拉应力准则
9、、材料设计用。但作为工程设计，采用了最大拉应力准则、材料设计系数，厚度范围扩大到在最大承压（液压试验）时圆筒内系数，厚度范围扩大到在最大承压（液压试验）时圆筒内壁的应力强度在材料屈服点以内。壁的应力强度在材料屈服点以内。 (K 1.5)4.3.2.2 内压圆筒的强度设计内压圆筒的强度设计过程设备设计过程设备设计4.3.2.2 内压圆筒的强度设计内压圆筒的强度设计设计压力设计压力设计温度设计温度厚度及厚度附加量厚度及厚度附加量焊接接头系数焊接接头系数许用应力等许用应力等过程设备设计过程设备设计1、设计压力、设计压力 为压力容器的设计载荷条件之一，其值为压力容器的设计载荷条件之一，其值 不低于不低
10、于最高工作压力最高工作压力。设计压力应视内压或外压容器分别取值。设计压力应视内压或外压容器分别取值。容器顶部在正常工作过程中容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压。可能产生的最高表压。过程设备设计过程设备设计设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。外压：外压：（略）（略）装安全阀装安全阀不低于安全阀开启压力，不低于安全阀开启压力，1.051.10倍倍 最高工作压力。最高工作压力。装爆破片装爆破片爆破片最低标定爆破压力加上所选爆爆破片最低标定爆破压力加上所选爆 破片制造范围的上限。破片制造范围的上限。盛装液化气体容器盛装液化气体
11、容器根据工作条件下可能达到的根据工作条件下可能达到的 最高金属温度确定。最高金属温度确定。 综合考虑介质压力、饱和蒸气压、装量系综合考虑介质压力、饱和蒸气压、装量系 数、温度变化、环境温度、保冷设施。数、温度变化、环境温度、保冷设施。过程设备设计过程设备设计计算压力计算压力是指在相应设计温度下，用以确定元件最危险截是指在相应设计温度下，用以确定元件最危险截 面厚度的压力，其中包括液柱静压力。面厚度的压力，其中包括液柱静压力。通常情况下，计算压力通常情况下，计算压力=设计压力设计压力+液柱静压力液柱静压力当元件所承受的液柱静压力当元件所承受的液柱静压力420，铬钼合金钢，铬钼合金钢450， 奥氏
12、体不锈钢奥氏体不锈钢550时，时， 表表4-4 钢制压力容钢制压力容器用材料许用应力器用材料许用应力的取值方法的取值方法过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计表表4-4 钢制压力容器用材料许用应力的取值方法钢制压力容器用材料许用应力的取值方法材材 料料 许用应力许用应力取下列各值中的最小值取下列各值中的最小值/MPa 碳素钢、低合金钢、碳素钢、低合金钢、铁素体高合金钢铁素体高合金钢 奥氏体高合金钢奥氏体高合金钢 0 . 3b 6 . 1s 6 . 1ts 5 . 1tD 0 . 1tn 0 . 3b 5 . 1)(2 . 0s )1t2 . 0ts5 . 1)( 5 . 1tD 0
13、. 1tn 材料设计系数材料设计系数保证受压元件强度有足够的安全储备量。保证受压元件强度有足够的安全储备量。取值：取值：应力计算的精确性、材料性能的均匀性、载荷的确切应力计算的精确性、材料性能的均匀性、载荷的确切 程度、制造工艺，使用管理的先进性以及检验水平等程度、制造工艺，使用管理的先进性以及检验水平等 因素有着密切关系。因素有着密切关系。 -理论，实践经验积累。理论，实践经验积累。GB150 查表查表钢板、钢管、锻件以及螺栓材料，钢板、钢管、锻件以及螺栓材料， 依据依据表表4-4为钢材（除螺栓材料外）许用应力的确为钢材（除螺栓材料外）许用应力的确 定依据。定依据。螺栓许用应力螺栓许用应力依据材料不同状态和直径大小而定，依据材料不同状态和直径大小而定， 为保证密封性，严格控制螺栓的弹性变形。为保证密封性，严格控制螺栓的弹性变形。 过程设备设计过程设备设计
