1、 本章导引本章导引本章导引本章导引本章导引本章导引 本章介绍的是一种较为狭义的化工容器，该容器主要是作为原料、中间产物、产品的储存的容器，如大型炼油厂的原油储罐、油制气厂的球形储气罐等，一般无化学反应。12345图4-1 容器结构示意1封头；2接管；3筒体；4人孔；5支座主目录主目录 主目录主目录化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类 化工容器的分类方法很多，目前没有形成统一的硬性规定，通常可按容器的作用原理、形状、容器厚度、承压性质、工作温度、放置形式、制造材料及容器的技术管理规范等进行分类。按容器的作用原理分类 按容器的作用原理可分为换热容器、
2、反应容器、分离容器、储存容器等。按容器形状分类 按容器形状分主要有球形容器、圆筒形容器、方形和矩形容器。球形容器由数块弓形板拼焊而成，承压能力好，但由于安装内件不便和制造较难，一般多用作储罐，如大型的储气罐。圆筒形容器由圆柱形筒体和封头（椭球形、半球形、碟形、圆锥形、平板形）所组成。圆柱形筒体作为容器主体，其制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，是化工企业中应用最广的一类容器。方形和矩形容器由平板焊成，其制造过程简单，技术要求低，但承压能力差，一般只用作常压或低压小型储槽。按容器厚度分类 压力容器按厚度可以分为薄壁容器和厚壁容器。通常，厚度与其最大截面圆内径的比值K（）0.1的容器称为薄壁
3、容器，K0.1的称为厚壁容器。本节目录本节目录0/DK化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类 按容器承压性质和能力分类 按承压性质可将容器分为常压容器与受压容器两类。受压容器又可以分为内压容器和外压容器两类。当容器内部介质压力大于外部压力时，称为内压容器；当容器内部压力小于外部压力时，称为外压容器，其中，内部压力小于一个绝对大气压（0.1MPa）的外压容器，又叫真空容器。内压容器按其所能承受的工作压力，又可分为低压、中压、高压和超高压容器等4类，其受压情况如下：低压：0.1MPap1.6MPa 中压：1.6MPap10.0MPa 高压：10.0MP
4、ap100MPa 超高压：100MPap 按容器的壁温分类 可分为低温容器、常温容器、中温容器和高温容器。低温容器 指壁温低于-20条件下工作的容器。其中在-40-20条件下工作的容器为浅冷容器；在低于-40条件下工作的容器为深冷容器。常温容器 指壁温在-20200条件下工作的容器。中温容器 指壁温在常温和高温之间的容器。高温容器 指壁温达到材料蠕变温度下工作的容器。对碳素钢或低合金钢容器，温度超过420，其他合金钢超过450，奥氏体不绣钢超过500，均属高温容器。化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类 按容器的放置形式分类 容器按放置形式可分为卧
5、式容器和立式容器。按制造材料分类 按制造材料来分，容器可分为金属制容器和非金属制容器两类。金属制容器中，目前应用最多的是低碳钢和普通低合金钢制的容器。在腐蚀严重或产品纯度要求高的场合，可使用不锈钢、不锈复合钢板或铝、银、钛等制的容器。在深冷操作中，可用铜或铜合金。而承压不大的塔节或容器可用铸铁。非金属材料常用的有硬聚乙烯、玻璃钢不透性石墨、化工搪瓷、化工陶瓷、砖、板、花岗岩、橡胶衬里等，它们既可用作容器的衬里，又可作独立的构件。化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类 按管理分类 国家劳动部门为了加强压力容器的安全技术管理和监督检查，根据容器的压力高
6、低、介质的危害程度以及在生产过程中的重要作用，压力容器安全技术监察规程将压力容器（不包括核能容器、船舶上的专用容器和直接火焰加热的容器）分为3类。低压容器为第一类压力容器、规定的除外。下列情况之一的，为第二类压力容器规定的除外：a.中压容器；b.低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；c.低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；d.低压管壳式余热锅炉；e.低压搪玻璃压力容器。下列情况之一的，为第三类压力容器：a.高压容器；b.中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；c.中压存储容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且pV10MPam）；d.中压反应容器
7、（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且pV0.5MPam）；e.低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且pV0.2MPam）；f.高压、中压管壳式余热锅炉；g.中压搪玻璃压力容器，使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限 540MPa）的材料制造的压力容器；h.移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车液化气体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车和罐式集装箱（介质为液化气体、体温液体）等；i.球形储罐（容积 ）；j.低温液体储存容器（容积 ）。化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类化工容器的分类3m
8、503m5化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 工艺尺寸的计算 工艺尺寸主要是指为了满足工艺的需要，容器应该具有的一些基本尺寸。如容器的长度、直径（指内径）、封头的类型及其尺寸，接管的大小、人孔的大小等工艺需求的尺寸。容器的体积尺寸 一般在设计容器前，就已经知道该容器能够装下的物料的体积（如果已知的是质量，也可通过密度换算得到体积）V工艺，由此体积，再结合具体的容器结构就可以算出具体的尺寸。对于用于物料停留的中间储罐的容积V工艺，可按下式计算：式中 G物料流量，m3/s；物料在容器中的停留时间，s。
9、液体在容器内的停留时间可以用公式计算，也可以用实际测定得到的数据，表4-1 提供了一般情况下容器内液体平均停留时间的参考值。GV工艺本节目录本节目录化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算储罐名称储罐名称停留时间或周转时间停留时间或周转时间原料罐及成品罐根据具体情况而定，一般为20天接受罐20min中间储罐或缓冲罐20min气-液分离器35min回流罐510min液-液分离罐（已分层）20min表表4-1 液体在容器中的平均停留时间参考值液体在容器中的平均停留时间参考值 化工容器关键尺寸的计算化工容器关
10、键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 球形容器的直径 球形容器虽然制造并不容易，单计算其大小是简单的一种，考虑到容器不能全部充满整个球形空间（气体除外），一般有一个充装系数 ，充装系数一般取0.850.95，则有下式：（4-2）则球形容器的直径Di可由下式得到：（4-3）6 3iDV工艺36i工艺VD 化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 上下均采用平板封头的圆柱形容器 假设容器的长径比为，一般尽可能按经济原则考虑长径比，可按经验数据选
11、择，常用的数据为24，则 （4-4）则圆柱形容器的尺寸如下：4 3iDV工艺34工艺VDi324工艺Vhi化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 上下均采用标准形椭圆封头的圆柱形容器 假设容器的长径比 ，则 （此h已包括了封头的直边高度），封头的长轴和筒体的直径相同，封头的短轴为长轴的一半，则整个容器的计算体积为：（4-6）则标准形椭圆封头的圆柱形容器的尺寸如下：（4-7）3iC123DViDh3i)31(12工艺VD33i)31(12工艺VhiDh化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器
12、关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 上下均采用半球形封头的圆柱形容器 假设容器的长径比 ，则 （此h不包括封头的高度），球形封头的直径长和筒体的直径相同，高度为筒体直径的一半，则整个容器的计算体积为：（4-8）则球形封头的圆柱形容器的尺寸如下：（4-9）根据容器的工艺体积计算得到的容器的直径、高度等尺寸，在实际选用时需对数据进行圆整，至于其它形状的容器直径、高度等尺寸的计算，读者只要按照前面介绍的方法就可以自己推导得到所需尺寸，在此不再介绍。iDh3iC1232DV3)32(12工艺VDi33)32(12工艺VhiiDh化工容器关键尺寸的计算化工容
13、器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算接管大小的计算及位置的确定 容器中有许多接管，接管的直径和长度均要进行合理的选取或计算，对于接管的长度，如果是法兰连接的，一般需要100150mm以上的长度，以便与法兰上螺栓的安装连接；如果采用螺纹连接，则其长度可以稍短一些。对于接管的直径的大小，我们可以通过选择一个适宜的流速，然后通过工艺处理量算出其直径，并将其圆整后查取标准得到最后的接管直径。一般管内为液体的适宜流速应小于3m/s，气体的适宜流速应小于100m/s，常见的流体在不同情况下的适宜流速见表4-2。对于接管上的法兰，我们应选用
14、和接管配套的标准法兰，根据手册查得的数据即可作为我们制图时的依据。确定了接管的大小及配套法兰以后，还需确定接管的安装位置。安装位置的确定应根据物料进出的方便、设备安装的方便、物料最后排空的方便等诸多因素确定。比如物料的进料管一般在容器的上方，而出料管在容器的下方，最后的排空管应在容器的最底部。下面通过两个具体的例子来说明接管大小的确定。化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 选定管子的适宜流速u（m/s）以后，根据管子的工艺处理量就可以按下式求出管子的直径：（4-10）其中Q为管子的工艺处理量，单位为
15、m3/s。现有某输送气体的管道，工艺处理量为100m3/s，选择适宜的流速为50m/s，则利用式（4-10）计算可知其管子内直径为 （4-11）经过圆整，可取管子的内直径为500mm。m ,4iuQd m 0.505 14.3501004 4iuQd化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 另一个是输送液体的管子，已知其处理量为0.001m3/s，适宜的管内流速为2m/s，则利用式（4-10）计算可知其管子内直径为 （4-12）经过圆整，可取管子的内直径为25mm。m 0.0252 14.32001.0
16、4 4iuQd化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算人孔大小及位置的确定 人孔应根据具体设备的需要，开设人孔，人孔应尽量选用标准件，人孔位置的确定应在服从设备强度要求的前提下，以便于安装和人员进出容器为准。介 质条 件适宜流速，m/s过热蒸汽DN200204030504060饱和蒸汽DN200153025353040低压蒸汽1106PaDN100DN=125300DN=350600DN=7001200244668812化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的
17、计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算气体鼓风机吸入管鼓风机排出管压缩机吸入管压缩机排出管：p1106Pa1107Pa往复式真空泵吸入管往复式真空泵排出管101515201020810102013162530水及黏度相似液体p=0.10.3MPap1MPa有压回水无压回水往复泵吸入管往复泵排出管离心泵吸入管离心泵排出管0.520.530.520.51.20.51.5121.021.53油及黏度相似液体黏度0.05Pas:DN=25DN=50DN=100黏度0.1Pas:DN=25DN=50DN=100DN=200黏度1Pas:DN=25DN=50DN=100DN=200 0.50.9
18、0.71.01.01.6 0.30.60.50.70.71.02.01.6 0.10.20.160.250.250.350.350.55表表4-2 流体在不同管道内的适宜流速流体在不同管道内的适宜流速化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算有关强度尺寸的计算 前面已经介绍了容器的一些工艺尺寸的计算。容器的工艺尺寸确定了容器的大小，满足了储量的要求及充装物料的要求，而容器的一些强度尺寸，主要是容器的安全性来考虑的有关尺寸，我们主要介绍容器筒体厚度及封头厚度的求取方法。化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸
19、的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算内压容器 容器在各种因素如容器中物料产生的静压、物料表面的气压（指储存液体的容器）、物料气体的压力、温差引起的应力等混合作用下，在不同的方向，产生不同的应力，对于内压薄壁容器的回转壳体一般产生3个主要应力，通常第一主应力（最大）为周向应力 ，第二主应力为径向应力 ，第三个主应力是周向应力 ，由于 与 和 相比可忽略不计，按 计。按照材料力学中的强度理论，在容器常规设计中常采用第一强度理论，即：（4-13）式中 是容器壁中三个主应力中最大一个主应力，是材料的抗拉、抗屈服、抗蠕变极限规定许用应力中最小的一
20、种，一般情况下，我们查表得到的材料许用应力，就是三种许用应力中最小的一种，可直接拿来供设计计算使用。因此可以这样说，在对内压容器壳体各元件进行强度计算时，容器可能产生的应力选取最大的一种，容器材料的许用应力采用最小的一种，这样即使发生极端的情况，仍能在理论上保证容器设计的安全，这一点非常重要。容器强度的设计主要就是确定 ，并将其控制在许用应力范围内，进而求得容器的厚度。1 z0z31z化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算圆筒壁厚的确定 圆筒承受均匀内压作用时，其器壁中产生如下薄膜应力（设圆筒的平均直
21、径为D，壁厚为t）：而 ，显然，故按照第一强度理论可得：（4-14）因工艺设计中一般给出内直径 ，将此代入式（4-14）得：（4-15）实际圆筒由钢板卷焊而成，焊缝区金属强度一般低于母材，所以上式中 应乘以系数 （具体数值见表4-3），即整理后得：（4-16）此式中的t定义为计算厚度，mm。tpDtpD42和0z1 t12tpD ti2)(ttDp ti2)(ttDpppDtti 2tDDDii,t化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 式（4-16）中的焊缝系数可根据不同的焊接形式及探伤情况取不同的
22、值，具体取值情况见下表：焊接形式焊接形式探伤情况探伤情况焊缝系数焊缝系数双面焊或相当于双面焊的全焊透对接焊100%无损探伤1.00局部无损探伤0.85单面焊的对接焊，沿焊缝根部全长具有紧贴基本金属的垫板100%无损探伤0.90局部无损探伤0.80单面焊环向对接焊缝，无垫板无法进行探伤0.6化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 其次，考虑容器内部介质或周围大气腐蚀，设计厚度应比计算厚度t增加一腐蚀裕度C。于是有：(4-17)式中 p设计内压力，MPa；圆筒内直径，mm；设计厚度，mm；焊缝系数，；腐蚀
23、裕度，mm；设计温度下材料的许用应力，MPa。C2由介质的腐蚀性和容器的使用寿命确定：对于碳素钢和合金钢，腐蚀裕量一般大于1mm；对于不锈钢，当介质的腐蚀性极小时，腐蚀裕量可取零。2tid 2CppDt0.1iDdt2C t化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 设计厚度 是为了与仅按强度计算得到的计算厚度t相区别而定义的。由于供货钢板有可能出现负偏差，实际采用钢材标准规格的厚度是圆整值，故又定义 为名义厚度，它是设计厚度加上钢板厚度负偏差，并向上圆整到钢板标准规格的厚度，名义厚度就是图样上标明的厚度
24、。而有效厚度te是名义厚度减去厚度附加量，常常作为强度校核时筒体的实际厚度承压厚度。四者的关系为：（4-18）（4-19）（4-20）式（4-18）中 是钢板厚度负偏差，一般钢板的负偏差见表4-4和表4-5，表中单位均为mm，厚度超过60mm的钢板其负偏差取1.5mm。dtnt1dnCtt2dCtt21neCCtt1C化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算名义厚度名义厚度22.22.52.83.03.23.53.84.04.55.5负偏差负偏差0.180.190.200.220.250.300.5名义
25、厚度名义厚度6782526303234364042505260负偏差负偏差0.60.80.91.01.11.21.3复合板总厚度复合板总厚度478101115162526303160总厚度负偏差总厚度负偏差9%8%7%6%5%复层厚度复层厚度1.01.51.52.01.01.5344556复层负偏差复层负偏差10%化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 需要注意的是：当筒体的环向焊缝系数与纵向焊缝系数之比小于0.5时，径向应力成为主要控制应力，这时筒体壁厚的计算公式如下：（4-21）其中 为环向焊缝系
26、数，其它符号及单位和前面相同。有了计算厚度以后，其它的各种厚度计算方法和前面相同。根据前面的介绍，我们就可以根据工艺计算得到的容器中的压力、温度、介质性质及容器的内直径，确定容器的厚度。ppDti2t 42化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 设计容器筒体壁厚的主要步骤如下（该步骤同样也适用于封头厚度的计算或相关元器件厚度的计算）。根据工艺设计中提供的容器介质有关腐蚀性能的信息，确定选用的材料及腐蚀裕量。根据选用的材料及工艺设计中提供的容器承受温度信息，查表确定材料在设计温度下的许用应力。确定容器的
27、焊接及探伤方式，查表确定容器的焊缝系数。根据工艺设计中提供的容器承受压力信息及厚度计算公式，确定容器的计算厚度。根据计算厚度和腐蚀裕量，确定容器筒体的设计厚度。根据设计厚度确定容器的名义厚度范围，通过查表确定钢板的负偏差 计算出设计厚度和负偏差之和，作为名义厚度最小值的参考，结合具体的钢板厚度，通过圆整，最后得到筒体的名义厚度，也就是图样上标注的厚度。进行有关校核工作，如容器的有效壁厚是否符合壁厚最小值的要求。化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 另一种情况是已经知道圆筒尺寸D、使用材料及名义厚度t
28、，需要对该圆筒壁厚是否在安全限度内进行判断，该问题就是强度校核问题，其判断准则为：（4-22）式中 为校核温度下圆筒器壁中的计算应力；其余符号同前面公式中介绍的完全一致，但应考虑校核的操作条件。teeit2)(ttDpti化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算封头壁厚的确定 封头是容器中除筒体之外的另一个重要组件，封头的厚度设计和筒体相仿，其大致步骤是根据一定的公式算出计算厚度，由计算厚度和腐蚀裕量计算出设计厚度，再由设计厚度选定材料负偏差的范围，进而算出名义厚度的初始值，经过圆整得到最后封头的名义厚
29、度，各种封头的计算厚度公式如下。球形封头：（4-26）标准椭圆形封头：（4-27）球冠形封头：（4-28）其中Q为和球冠结构和受压有关的系数，其值远大于1，可查有关表获取。ppDtti 4ppDt5.0 2tipQpDtti 2化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 碟形封头：（4-29）其中M为形状系数，可由下式确定：（4-30）其中 为1或0.9，通常为0.9；r为碟形封头的过渡圆半径。不带折边锥形封头：（4-31）其中 为锥形封头的半锥角。带折边锥形封头：（4-32）其中f0为和封头的半锥角及过
30、渡圆半径和大端直径有关的系数，具体可根据公式计算或查表，计算公式如下：（4-33）ppDMtti 2)3(41irDMcos1 2tippDtppDftti0 2cos)cos1(210rDfi化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 平板封头：（4-34）其中K为平板结构系数，一般情况下小于0.5，大于0.16。以上各个公式若进行反推，均可得到校核应力公式，如对球形封头而言，校核应力用下式计算：（4-35）将式（4-34）与式（4-21）比较可知：当压力、直径相同时，球壳的壁厚仅为圆筒之半，所以用球壳
31、做容器能节省材料，且占地面积小；但球壳是非可展曲面，拼接工作量大，所以制造工艺比圆筒复杂得多，对焊接技术的要求也高，大型带压的液化气或氧气等储罐常用球罐形式。tibKpDt teeit4)(ttDp化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算外压容器 外压容器的厚度计算取决于容器失稳。容器应有足够的厚度，保证其不会失稳，在稳定系数m取3时，对于圆筒形容器的许用外压P的计算公式如下（省去复杂的推导过程，感兴趣的读者可参考书后所列文献）。P=Bte/D0 （4-36）式中 te外压容器筒体的有效厚度；D0外压容
32、器筒体的有效外直径,其中D0=Di+2te；B是和容器结构形状系数或称容器几何系数A及材料弹性模量E有关的数，其单位为MPa。根据不同失稳状态下，B可通过查表或计算可得，在纯弹性状态下，其计算公式如下：B=2EA/3 （4-37）其中E 为材料的弹性模量，单位为MPa。在非弹性状态下，B可通过查取不同材料的B-A曲线图获得，化工容器中几种常见材料的B-A曲线见图 4-3图4-6。化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算图4-3 外压圆筒和球壳厚度计算图（0Cr19Ni9钢）化工容器关键尺寸的计算化工容器
33、关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算图4-4 外压圆筒和球壳厚度计算B-A曲线（适用16MnR及09Mn2VDR）化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算图4-5 外压圆筒和球壳厚度计算B-A曲线（适用00Cr19Ni11）化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算图4-6 外压圆筒和球壳厚度计算B-A曲线（适用00Cr19Ni11）化工容器关键尺寸
34、的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 判断材料是否在纯弹性状态下失稳还是在非弹性下失稳，要由A值的大小来判断。A值是和容器形状结构有关，和材料无关的一个系数，其决定因素是D0/te和L/te.。已知D0/te和L/te后，可通过查图确定A的值，如图4-7所示，该图的数据适用于所有的材料。如所查数据在图中两条曲线之间，则可通过内插决定A值，具体的查取及计算过程将在后面通过示意图表示之。系数A（图中的D0/e就是教材中的D0/te）图4-7 外压或轴向受压圆筒结构参数计算图（适用所有材料）化工容器关键尺寸的计算化工容器
35、关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 需要注意的是，在计算A值时，需要用到容器的长度，该长度不是一般意义上的长度，需根据不同的状况分别计算。图4-2 外压容器失稳计算时结构长度计算示意图 补强圈 如图4-2所示，可分为3种情况分别计算结构长度。补强圈和封头之间长度 L=补强圈中心线至筒体和封头焊缝处长度+封头直边高度+封头高度/3 补强圈和补强圈之间长度 L=一个补强圈中心线至另一个补强圈中心线之间长度 整个容器无补强圈情况下长度 L=容器筒体长度+2封头直边高度+封头高度/3 化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容
36、器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 通过前面的分析，我们可以得到外压容器筒体厚度设计计算的步骤。在工艺计算的基础上完成筒体内直径Di、筒体本身长度LT、封头直边高度h0、封头高度h及筒体结构长度L的计算或确定。假设容器的名义厚度tn，查表确定钢板的负偏差C1及根据钢板材料和容器中介质的性质确定腐蚀裕量C2，得到容器筒体的有效厚度te=tnC1C2，进而得到容器的有效外直径D0=Di+2te 计算出D0/te和L/te.，查表确定A的值。再根据A的值，查对应材料在设计温度下的B-A曲线，确定B的值，并按下式计算出在假设名义厚度下的许用压力P。P=B
37、te/D0 比较前面计算所得许用压力P和设计压力的大小，若许用压力大于或等于设计压力，并且大得不是很多，则原来假设得名义厚度就可以作为新容器的名义厚度；如果计算所得的许用压力小于设计压力，则表明原来假设的名义厚度偏小，应增加名义厚度，并重新设计计算，直到符合条件；如果计算所得的许用压力远远大于设计压力，则表明原来假设的名义厚度偏大，应减小名义厚度，重新设计计算，直到符合条件。化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 对于旧容器的校核，可根据实测的容器厚度tc，算出容器的有效厚度te=tc-2n，其中n是
38、设备的设计寿命，是筒体材料的年腐蚀速率。在此基础上，可采用和新容器厚度设计相同的方法，计算出容器的许用压力，再根据许用压力和实际压力的比较确定容器是否安全。化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 在前面的设计计算中，我们提到了容器结构形状系数A的确定和通过查B-A曲线确定B，下面通过示意图来说明这两种系数的确定方法。首先来说明A的查取或内插计算方法。图4-8 筒体几何参数A查取示意图 化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器
39、关键尺寸的计算 首先根据计算得到长径比的值，假设为Y1，在纵坐标上找到Y1的点，过此点向右作水平线和该容器径厚比D0/te的数据相同的曲线相交，这里假设径厚比为D0/te1，交点为K，过该交点向下作垂直线，和水平坐标相交，得到我们要查的几何参数A3。而大多数情况下，计算所得的径厚比D0/te数据在图上没有，而是落在两条已知径厚比曲线中间，这时就需要采用内插的方法求取筒体几何参数A。首先根据计算所得的长径比的值，假设为Y，在纵坐标上找到Y的点，过此点向右作水平线和该容器径厚比D0/te的数据前后的两条曲线相交，这里假设前后两条曲线的径厚比分别为D0/te1和D0/te2，交点分别为K1和K2，过
40、两交点向下作垂直线，和水平坐标相交，得到A1和A2两个数值，则我们需要的A可通过下式计算：A=A1+（A2-A1）（D0/teD0/te1）/（D0/te2D0/te1）（4-38）化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 有了A值之后，就利用对应材料的B-A曲线图去查取B的值。在B-A曲线图上，横坐标为A的数值，纵坐标为B的数值，上面有多条曲线，见图4-9，每条曲线代表不同的温度。每一条曲线由两部分组成，前面部分是一条直线，表明B和A的关系是线性关系，属于纯弹性失稳范围，此时B的值可利用图上表明弹性模
41、量E的值，利用前面的公式直接计算得到。当然也可以查图得到，但计算所得的值比查图所得的值更精确。如果是曲线的后半部分，从图上看，可以发现和前半部分有一个明显得转折点，此时，B值只能根据查图得到。因为此时，材料处在非弹性失稳状态。和计算A值同样的道理，如果我们的设计温度或校核温度所对应的曲线没有，则必须采用内插法求取，具体方法和求取A值相仿，不再重复。图 4-9 B-A曲线查取示意图 化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 例例 今欲制造一真空分馏塔，真空度为0.098MPa，工作温度为300，塔身长度为
42、6000mm（已包括两端椭圆形封头的直边长度），封头高度为500mm，容器内直径为2000mm，今仓库中只有厚度为12mm的16MnR钢板，问该钢板能否用来制造该容器？如果不行，则建议采用多厚的16MnR钢板来制造该容器？解解 根据前面的公式可知塔的结构长度LL=6000+2500/3=6333mm 钢板厚12mm，查表4-4可知其负偏差为0.8mm，钢板腐蚀裕量取1mm，则钢板的有效厚度为10.2mm，则其结构参数计算如下：根据上面的数据，查图4-7可得A=0.00014，利用A值查图4-4，可知现在的A值落在对应300的B-A曲线的左边，即直线段部分，其B值可直接用公式计算，此时的材料弹性
43、模量为1.76105 MPa，故该厚度的塔的许用外压为：1982.102.1022000e0tD13.32.102200063330DL MPa0829.04.202032.1000014.01076.123250eDtEAp化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算化工容器关键尺寸的计算 由于许用外压小于塔的真空度，故不能用12mm的16MnR钢板。那么，用多厚的钢板才能胜任该任务呢？由于用现在钢板的厚度做的塔其许用外压已比较接近设计要求，故我们可将钢板的厚度略微增大一点，进行重新计算。假设取钢板的名义厚度为14mm，其腐蚀
44、裕量为1mm，查表4-4，其负偏差仍为0.8mm，钢板腐蚀裕量取1mm，则钢板的有效厚度为12.2mm，其结构参数计算如下：根据上面的数据，查图4-7可得A=0.00017，利用A值查图4-4，可知现在的A值仍落在对应300的B-A曲线的左边，即直线段部分，B值可直接用公式计算，故许用外压为：由于此时的许用外压已对于塔的真空度，故可通过向外采购名义厚度为14mm的16MnR钢板来制造该真空分馏塔。9.1652.122.1222000e0tD13.32.122200063330DL MPa12.04.202432.1200017.01076.123250eDtEAp化工容器的一些标准及规范化工容
45、器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范 GB15089钢制压力容器 GB15089钢制压力容器是我国第一部压力容器国家标准，它对压力容器的设计、制造、检验与验收做出了一系列的规定。该标准共10章正文和11个附录，其中8个附录为补充文件，3个附录为参考件，正文和补充文件是必须遵守的规定，参考件则为推荐性的。该标准适用于设计压力不大于35MPa的钢制压力容器，设计温度范围根据钢材允许的使用范围规定。该标准不适用于直接火焰加热的容器；受辐射作用的容器；经常搬运的容器；与旋转或往复机械设备连在一起成体系的或作为组成部件的压力容
46、器；设计压力低于0.1MPa的容器；真空度低于0.02MPa的容器；要求作疲劳试验分析的容器；已有其他行业标准管辖的压力容器。对于诸如制冷、制糖、造纸、饮料等行业中的某些专用压力容器可根据使用经验允许相对本标准另订技术要求。该标准不包括任意结构的容器或元件，尤其是允许用常规方法确定结构尺寸的受压元件，经全国压力容器标准化技术委员会评定认可后，允许用以下方法设计：以应力分析为基础的设计（包括有限元分析）；验证性试验分析（如压力测定，验证性水压试验）；用可比的投入使用的结构进行对比的经验设计。本节目录本节目录国内压力容器规范化工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范化
47、工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范 劳动部压力容器安全技术监察规程 1990年，国家劳动部颁发了压力容器安全技术监察规程，并于1991年1月1日起正式试行。该规程规定了压力容器安全技术监察的基本要求。该规程适用于同时具备下列条件的压力容器：最高工作压力大于等于0.1MPa（不含液体静压力）；内直径（非圆形截面，指截面最大尺寸）大于等于0.15m，且容积大于等于0.025m；介质为气体、液化气体或最高工作温度高于标准沸点的液体。具备上述条件的压力容器所用的安全附件亦属本规程管辖范围。该规程不适用于下列压力容器：核能装置中的压力容器、消防用的压力容器、科学研究试
48、验用的压力容器、医疗用载人的压力容器、真空下工作的压力容器（不含夹套压力容器）；各类气体槽（罐）车和气瓶；非金属材料制压力容器；无壳体的套管换热器、冷却排管等；烟道式余热锅炉和砌（装）在设备内的管式水冷却件；正常运行的最高工作压力小于0.1MPa，但在使用中断时（如进、出物料时）承受的压力容器（如常压发酵管，硫酸、硝酸、盐酸储罐等）；机器上非独立的承压部件（如压缩机、发电机、泵、柴油机的承压壳或汽缸，但不含造纸、纺织机械的烘缸、压缩机的辅助压力容器和移动式空气压缩机储罐等）；电力行业专用的封闭式电气设备的电容压力容器（封闭容器）；超高压容器。该规程所指的最高工作压力是：对于承受内压的压力容器，
49、是指压力容器在正常使用过程中，顶部可能出现的最高压力；对于承受外压的压力容器，是指压力容器在正常使用过程中，夹套顶部可能出现的最高压力。国内压力容器规范化工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范 美国ASME规范 美国机械工程师学会（ASME）所规定的锅炉及压力容器规范是当今世界上最有权威的锅炉及压力容器规范，为众多国家所参照和仿效。现介绍其主要特点：它是一个完整的、封闭型的标准体系。所谓封闭型的标准体系的含义即基本上不必借助于其他标准，依靠本身即可完成压力容器的选材、设计、制造、检验、试验、
50、安装及运行等全部工作环节。目前ASME规范共有11卷、23册。其中和压力容器密切相关的有：第卷 材料 A篇 钢铁材料技术条件 B篇 有色金属材料技术条件 C篇 焊条、焊丝及填充金属技术条件 D篇 性能 第卷 无损检验 第卷 压力容器第一册 压力容器第二册另一规程 第卷 焊接和钎焊评定 第卷 玻璃纤维增强塑料压力容器 第卷 核动力装置设备在役检查规程 国外压力容器规范化工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范化工容器的一些标准及规范 ASME规范第卷第一册和第二册是各自独立的、平行不悖的压力容器规范。前者属于按规则设计
