压力容器【设计】之厚壁容器

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1、第二章压力容器应力分析第三节厚壁圆筒应力分析CHAPTERⅡSTRESSANALYSISOFPRESSUREVESSELS1教学重点：（1）厚壁圆筒中三向应力的公式表达和应力分布图；（2）厚壁圆筒中的弹塑性区的应力分布；（3）提高屈服承载能力的措施。教学难点：厚壁圆筒中三向应力公式推导。2.3厚壁圆筒应力分析2厚壁容器：或设计压力在10～100MPa之间的容器2.2.1厚壁圆筒的结构形式高压容器在化工与石油化工企业中有很广泛的应用。如：合成氨、合成甲醇、合成尿素、油类加氢等合成反应都是在高压反应器中借助压力、温度和催化剂而进行的。这类反应器

2、不但压力高，而且也伴有高温，例如：合成氨常在15~32MPa压力和500℃高温下进行合成反应的。一、高压容器的应用31、结构细长2、采用平盖或球形封头3、密封结构特殊多样4、高压筒体（身）限制开孔二、高压容器的结构特点因为直径大壁厚就增大，制造就越困难4三、高压容器的结构型式筒体结构单层式组合式整体锻造式锻焊式卷焊式单层瓦片式无缝钢管式层板包扎式热套式绕板式等等……51、单层式（1）整体锻造式（2）锻焊式优点：直径可适当加大，总长度不受限制；缺点：由于分段制造，工作量加大，且深环焊缝焊接工艺要求较高并对筒体强度有所削弱。（3）卷焊式优点：制

3、造工艺简单、生产率高、周期短、成本较低。6缺点：a）由于采用大型卷板机，若圆筒直径过小则无法卷筒，一般直径>400mm才可使用此种结构。b）可卷制的厚度也受到卷板机能力的限制。（直径大于1000mm目前最大为δ=110mm）c）厚钢板的综合性能不如薄钢板，冲击韧性较差。当壁厚较大时要注意材料的韧性指标，以防容器低应力下发生脆性破坏。）7（4）单层互片式（5）无缝钢管式高压无缝钢管的直径不超过500mm8综合以上五种单层厚壁高压容器，受到如下几个因素的制约a）厚壁原材料的来源；b）大型机械条件c）纵向或环向深厚焊缝中缺陷检测与消除的可能性。由

4、于以上因素而使以上五种结构的厚壁容器使用受到限制，从而相继出现了许多组合式的高压厚壁容器。92、组合式厚壁容器（即多层式）102、制造：用装置将层板逐层、同心地包扎在内筒上；借纵焊缝的焊接收缩力使层板和内筒、层板与层板之间互相贴紧，产生一定的预紧力；筒节上均开有安全孔——报警。筒体深环焊缝筒节内层——12～25mm外层——4～12mm为避免裂纹沿壁厚方向扩展，各层板之间的纵焊缝应相互错开75°。筒节的长度视钢板的宽度而定，层数则随所需的厚度而定。（1）多层包扎式1、结构：11多层包扎筒节12多层包扎筒节133、优点：制造工艺简单，不需大型复

5、杂加工设备；安全可靠性高，层板间隙具有阻止缺陷和裂纹向厚度方向扩展的能力；减少了脆性破坏的可能性；包扎预应力改善筒体的应力分布；对介质适应性强，可选择合适的内筒材料。144、缺点：筒体制造工序多、周期长、效率低、钢材利用率低（仅60%左右）；深环焊缝对制造质量和安全有显著影响。①无损检测困难，环焊缝的两侧均有层板，无法用超声检测，只能射线检测；②焊缝部位存在很大的焊接残余应力，且焊缝晶粒易变得粗大而韧性下降；③环焊缝的坡口切削工作量大，且焊接复杂。155、应用情况：目前世界上使用最广泛、制造和使用经验最为丰富的组合式筒体结构。161、结构，

6、制造：内筒（厚度>30mm）卷焊成直径不同但可过盈配合的筒节，将外层筒节加热到计算的温度进行套合，冷却收缩后得到紧密贴合的厚壁筒节。热套筒节（2）热套式172、优点：工序少，周期短，且具有包扎式筒体的大多数优点。3、缺点：筒体要有较准确的过盈量，卷筒的精度要求很高，且套合时需选配套合；套合时贴紧程度不很均匀；套合后，需热处理以除套合预应力及深环焊缝的焊接残余应力。18（3）绕板式1、结构：由内筒、绕板层和外筒三部分组成，是在多层包扎式筒体的基础上发展起来的。2、制造：内筒与多层包扎式内筒相同，外层是在内筒外面连续缠绕若干层3～5mm厚的薄钢

7、板而构成筒节，只有内外两道纵焊缝，需要2个楔形过渡段，外筒为保护层，由两块半圆或三块“瓦片”制成。193、优点：机械化程度高，制造效率高，材料利用率高（可达90%以上）。4、缺点：中间厚两边薄，累积间隙。绕板式20（4）整体多层包扎式1、结构：错开环缝和采用液压夹钳逐层包扎的圆筒结构。2、制造：将内筒拼接到所需的长度，两端焊上法兰或封头；在整个长度上逐层包扎层板，待全长度上包扎好并焊完磨平后再包扎第二层，直至所需厚度。213、优点：环、纵焊缝错开，筒体与封头或法兰间的环焊缝为一定角度的斜面焊缝，承载面积增大。内筒包扎层板端部法兰底封头整

8、体多层包扎式厚壁容器筒体22（5）绕带式以钢带缠绕在内筒外面获得所需厚度筒壁两种结构型槽绕带式扁平钢带倾角错绕式23型槽绕带式用特制的型槽钢带螺旋缠绕在特制的内筒上，端面形状见图