任务四-压力容器的强度计算及校核

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1、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

2、，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

3、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

4、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。该类型封头的应力分布均匀，且同等条件下封头壁厚与圆筒体壁厚大致相等，便于焊接，经济合理，因此GB150—2011推荐采用标准椭圆形封头。厚度设计计算式：校核计算式：式中K——椭圆形封头形状系数。对于标准椭圆形封头，取K=1δe——椭圆形封头的有效厚度，mm封头设计参数的确定方法与圆筒体确定方法相同。三、设计参数的确定根据给定的工艺条件，确定式中各参数。（1）设计压力p指设定的容器顶部的最高工作压力，设计压力应标在容器的铭牌上。（2）工

5、作压力pw指正常操作情况下容器顶部可能出现的最高压力。（3）计算压力pc即在相应的设计温度下，用以确定容器元件厚度的压力，计算压力pc等于设计压力加上容器工作时所承受的液柱静压力，当元件各部位的液柱静压力小于5%的设计压力时，也可忽略不计。容器的设计压力可参照以下方法确定。①当容器上装有安全阀时，设计压力应大于等于安全阀的开启压力，取开启压力为1.05～1.1倍的工作压力；当容器上装有爆破片装置时，容器的设计压力与爆破片的形式、载荷的性质及爆破片的制造精度等因素有关，具体数值可按GB150—2011的有关规定进行确定。②当容器系统中

6、装有安全控制装置，而单个容器上无安全控制装置且各个容器之间的压力难以确定时，其设计压力可按表1-8确定。表1-8设计压力单位：MPa③盛装液化气体或混合液化石油气的容器，设计压力可按表1-9确定。表1-9常见盛装液化气体或混合液化石油气容器的设计压力注：p50为混合液化石油气50℃时的饱和蒸气压，表中的1.94、1.62、0.58分别为丙烯、丙烷、己丁烷50℃时的饱和蒸气压。（4）设计温度指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面温度的平均值），用T表示。容器的设计温度可参照以下原则确定：①容器内介质被热载体或冷载

7、体直接加热时，设计温度按表1-10确定。表1-10设计温度②容器内壁与介质直接接触且有外保温时，设计温度按表1-11确定。表1-11设计温度单位：℃③容器内介质用蒸气直接加热或被内置加热元件（如加热盘管、电热元件等）间接加热时，其设计温度取被加热介质的最高工作温度。④液化气用压力容器当设计压力确定后，其设计温度就是与其对应的饱和蒸气的温度。⑤储存用压力容器（包括液化气储罐）当壳体温度仅由大气环境条件确定时，其设计温度可取该地区历年来月平均气温的最低值，或据实计算。（5）许用应力[σ]容器壳体、封头等受压元件所用材料的许用强度，是由材

8、料的各极限应力除以相应的安全系数来确定的。各国标准规范中所规定的安全系数均与本国规范所采用的计算、选材、制造及检验方面的规定是相适应的。为了使用方便和取值统一，GB150—2011中给出了常用材料在不同温度下的许用应力，可直接查用。（