压力容器厚度计算

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。

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。

压力容器设计和计算机计算在进行压力容器设计时，首先需要明确设计目标和具体要求，包括所需承受的工作压力、温度、材料强度、容积等。

根据这些要求，设计者可以选择合适的材料，一般工程中常用的材料包括钢和复合材料等。

在选择材料时，需要考虑其耐压强度、耐蚀性、耐磨损性等特性。

根据所选材料和容器形状，设计者需要进行计算以验证容器的强度安全性。

计算的过程通常包括以下几个方面：1.壁厚计算：根据设计规范和容器尺寸，通过应力分析推导出恰当的壁厚，以保证容器的安全性。

一般常用的规范包括ASME规范、GB150国家标准等。

2.焊缝计算：对于由多个壁板组成的容器，需要计算焊缝的强度，以保证焊缝的安全性。

焊缝的计算通常采用焊缝有效截面或焊缝强度的计算方法。

3.支承计算：压力容器在工作过程中需要支承，支承结构的设计需要考虑容器的压力、容量以及受力分布等因素。

根据这些因素，设计者需要计算支承结构的强度和刚度，以保证容器的稳定性。

4.泄漏和裂纹计算：容器在工作过程中可能出现泄漏或裂纹等问题，需要进行相应的计算以评估容器的安全性。

泄漏计算通常采用流量方程和有限元方法，裂纹计算则通常采用弹性力学和断裂力学理论。

计算机在压力容器设计中的应用主要体现在以下几个方面：1.三维建模与仿真：计算机辅助设计软件可以方便地进行容器的三维建模和可视化展示，并进行各种物理仿真分析。

通过仿真，可以模拟容器在实际工作环境中的受力分布和变形情况，从而优化设计。

2.强度计算与优化：计算机软件可以进行快速准确的强度计算，包括壁厚计算、焊缝强度计算等。

同时，还可以进行参数化设计和优化，自动调整容器的几何形状和尺寸，以满足设计要求。

3.受力分析与验证：计算机软件可以进行受力分析和验证，例如静态和动态承载能力、稳定性等。

通过计算机的辅助，可以更加客观地评估容器的安全性。

4.材料选择与性能评估：计算机软件可以提供大量的材料数据库和性能评估工具，帮助设计者选择合适的材料，并评估其在特定工作条件下的性能。

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。

■ - 卜—设计压力（design pressure（1）相关的基本概念（除了特殊注明的，压力均指表压力）工作压力P w :在正常的工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。

①由于最大工作压力是容器顶部的压力，所以对于塔类直立容器，直立进行水压 试验的压力和卧置时不同；② 工作压力是根据工艺条件决定的，容器顶部的压力和底部可能不同，许多塔器顶 部的压力并不是其实际最高工作压力（ the maximum allowable working pressure ）。

③ 标准中的最大工作压力，最高工作压力和工作压力概念相同。

设计压力指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条 件，其值不低于工作压力。

①对最大工作压力小于 0.1Mpa 的内压容器，设计压力取为 0.1Mpa ；②当容器上装有超压泄放装置时，应按 超压泄放装置”的计算方法规定。

③对于盛装液化气体的装置，在规定的充满系数范围内，设计压力由工作条件下，可能达到的最高金属温度确定。

（详细内容，参考 GB150-1998，附录B （标准的附 录），超压泄放装置。

）计算压力P C 是GB150-1998新增加的内容，是指在相应设计温度下， 用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力，当静压力值小于 5%的设计压力时，可略去静压力。

① 注意与GB150-1989对设计压力规定的区别；《钢制压力容器》规定设计压力是指在相应设计温度下，用以确定容器壳壁计算 厚度的压力，亦是标注在铭牌上的设计压力，取略高或等于最高工作压力。

当容器受 静压力值大于5%设计压力时，应取设计压力与液柱静压力之和进行元件的厚度计算。

使许多设计人员误将设计压力和液柱静压力之和作为容器的设计压力。

② 一台设备的设计压力只有一个，但受压元件的计算压力在不同部位可能有所变化。

③ 计算压力在压力容器总图的技术特性中不出现，只在计算书中出现。

设计温度（Design temperature 设计温度是指容器在正常工作情况下， 在相应的设计压力下，设定的受压元件的金属温 主要用于确定受压元件的材料选用、 强度计算中材料的力学性能和许用应力，以及热应 力计算时设计到的材料物理性能参数。

压力容器的壁厚计算公式压力容器壁厚计算公式是根据压力容器的设计标准和材料力学性能来确定的。

以下是一般情况下的壁厚计算公式。

1.理想气体公式在理想气体模型中，压力容器壁厚可以通过理想气体状态方程来计算。

理想气体状态方程如下：pV=nRT其中，p是压力，V是容器体积，n是物质的摩尔数，R是气体常数，T是绝对温度。

壁厚计算公式如下：t=(p*r)/(2S)其中，t是壁厚，p是设计压力，r是容器半径，S是容器材质的允许应力。

2.ASME标准公式按照ASME（美国机械工程师学会）的标准，压力容器壁厚计算公式如下：t=(PD)/(2SE-0.2P)其中，t是壁厚，P是设计压力，D是容器的直径，S是容器材料的允许应力。

3.API标准公式按照API（美国石油学会）的标准，压力容器壁厚计算公式如下：t=(P*D)/(2*F*E)其中，t是壁厚，P是设计压力，D是容器的直径，F是安全系数，E 是容器材料的抗拉强度。

4.GB标准公式按照GB（中国国家标准）的标准，压力容器壁厚计算公式如下：t=(P*D)/(2*σ-0.1P)其中，t是壁厚，P是设计压力，D是容器的直径，σ是容器材料的允许应力。

需要注意的是，这些公式只适用于一般情况，而对于一些特殊情况，如高温、低温、腐蚀等因素可能需要进行修正或采用其他的计算方法。

此外，在实际工程中，壁厚计算还需考虑多种因素，如材料的选择、焊缝强度计算、防爆设计等。

压力容器壁厚计算是一个复杂的问题，设计师应根据国家、行业及企业的相关标准与规范进行计算，并结合实际情况进行修正。

对于安全性较高的压力容器设计，还应进行压力容器强度计算和模拟分析，确保容器在设计工作条件下的可靠性和安全性。

压力容器壁厚计算公式压力容器是一种重要的工业设备，常用于储存和输送浓缩气体、液体和固体粉末等物质。

为了保证压力容器的安全使用，压力容器壁厚的计算是非常重要的。

圆筒形压力容器的壁厚计算公式：圆筒形压力容器是最常见的压力容器类型，其壁厚计算公式如下：t=(P×r)/(S×E-0.6P)或t=(PD)/(2×S×E-0.2P)其中，t为壁厚，P为设计压力，r为容器内径，S为允许应力，E为焊缝系数。

球形压力容器的壁厚计算公式：球形压力容器常用于储存高压气体，其壁厚计算公式如下：t=(P×r)/(2S×E-0.2P)椭圆形压力容器的壁厚计算公式：椭圆形压力容器常用于输送流体，其壁厚计算公式如下：t=(P×D)/(2S×E-0.4P)环形压力容器的壁厚计算公式：环形压力容器也称环形管道，常用于输送液体和气体，其壁厚计算公式如下：t=(P×(D-d))/(4S×E)其中，D为外径，d为内径。

常见材料的允许应力和焊缝系数如下：-碳钢：允许应力为120MPa，焊缝系数为1.0；-不锈钢：允许应力为150MPa，焊缝系数为1.0；-铝合金：允许应力为50MPa，焊缝系数为1.0。

需要注意的是，在进行压力容器壁厚计算时，还需要考虑到使用条件、工作温度和材料的强度等因素。

此外，还应遵守相关的国家和行业标准，确保压力容器的安全使用。

以上是常见压力容器壁厚计算的公式和一些注意事项。

不同的设计要求和使用条件可能会有所不同，因此在具体计算壁厚时，应遵循相应的规范和标准，以确保压力容器的安全可靠。

3、设计压力（design pressure）（1）相关的基本概念（除了特殊注明的，压力均指表压力）✧工作压力P W：在正常的工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。

①由于最大工作压力是容器顶部的压力，所以对于塔类直立容器，直立进行水压试验的压力和卧置时不同；②工作压力是根据工艺条件决定的，容器顶部的压力和底部可能不同，许多塔器顶部的压力并不是其实际最高工作压力（the maximum allowable working pressure）。

③标准中的最大工作压力，最高工作压力和工作压力概念相同。

✧设计压力指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。

①对最大工作压力小于0.1Mpa 的内压容器，设计压力取为0.1Mpa；②当容器上装有超压泄放装置时，应按“超压泄放装置”的计算方法规定。

③对于盛装液化气体的装置，在规定的充满系数范围内，设计压力由工作条件下，可能达到的最高金属温度确定。

（详细内容，参考GB150-1998，附录B（标准的附录），超压泄放装置。

）✧计算压力P C是GB150-1998 新增加的内容，是指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力，当静压力值小于5％的设计压力时，可略去静压力。

①注意与GB150-1989 对设计压力规定的区别；《钢制压力容器》规定设计压力是指在相应设计温度下，用以确定容器壳壁计算厚度的压力，亦是标注在铭牌上的设计压力，取略高或等于最高工作压力。

当容器受静压力值大于5％设计压力时，应取设计压力与液柱静压力之和进行元件的厚度计算。

使许多设计人员误将设计压力和液柱静压力之和作为容器的设计压力。

②一台设备的设计压力只有一个，但受压元件的计算压力在不同部位可能有所变化。

③计算压力在压力容器总图的技术特性中不出现，只在计算书中出现。

4、设计温度（Design temperature）设计温度是指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的受压元件的金属温度。

一、已知条件设计压力p Mpa 2计算压力pc Mpa 2设计温度t ℃-196
圆筒材料
S30408（板材）
材料设计温度下许用应力[σ]t Mpa 167材料试验温度下屈服强度Rel Mpa 250材料试验温度下许用应力[σ]Mpa 167内径Di
mm 1800材料厚度负偏差C1mm 0.3腐蚀裕量C2mm
0焊接接头系数φ1
二、参数计算计算厚度δmm 10.84
设计厚度δs mm δs=δ+C210.84名义厚度δn mm δn=δs+C111.1412
有效厚度δe
mm
δe=δn-C1-C2
11.7
设计温度下最大允许工作压力[pw]Mpa 2.157
三、试验压力及应力校核气压试验压力PT Mpa 2.31
可自己输
入气压试验下应力σT Mpa 178.8
校核应力Mpa
0.8 Relφ200应力校核结果
σT≤0.8 Relφ
合格
液压试验压力PT Mpa 2.5
液压压试验下应力σT Mpa 193.6
校核应力Mpa
0.9 Relφ225应力校核结果
σT≤0.9 Relφ
合格
c
t i
c p D p -=
φσδ][2e
i t e w D P δφ
σδ+=][2][t
T p p ][][)1.0(1.1σσ+=e
e i T T D p δδσ2)
(+=t
T p p ][]
[25.1σσ=e
e i T T D p δδσ2)(+=。

椭圆型封头
压力容器壁厚计算公式：
圆桶壁厚:封头壁厚S':
S
计算壁厚,mm P
计算压力,MPa D
内径，mm σ设计温度下材料的许用应力,MPa（150℃以下Q235钢取113)φ焊接接头系数(一般取0.8)
K 封头形状系数（标准椭圆形封头K=1）
条件：
P 0.60MPa
D 800.00mm 钢板厚度规格4,5,6,8,10,12,14 mm σ113.00MPa
ρ7850.00kg/m3
φ0.80
K 1.00
计算结果：
圆桶壁厚S 2.66mm
封头壁厚S' 2.6592798mm
设计圆桶壁厚：20mm
设计封头壁厚：20mm
桶体高度：1800mm
圆桶的内表面积： 4.5216m2
圆桶的体积：0.90432m3
圆桶的质量：709.891kg
封头的内表面积：0.785m2
封头的质量：123.245kg
容器共有2个椭圆形封头
容器的内表面积： 6.0916m2
容器的总重：956.381kg
常规压力容器，CS每吨制造价：10000
SUS304每吨制造价：60000
内衬天然橡胶3mm，单价每平米：160
内衬天然橡胶5mm，单价每平米：250
EPOXY 防腐，单价每平米：85
FRP 防腐，单价每平米：150
容器的制造价：9563.812
衬胶费用：1522.9
总价：11086.712
X 1.2=13304.0544P PD s -=σφ2P
KPD
s 5.02'-=σφ。

压力容器壁厚计算及说明一、压力容器的概念同时满足以下三个条件的为压力容器，否则为常压容器。

1、最高工作压力P ：9.8×104Pa ≤P ≤9.8×106Pa ，不包括液体静压力；2、容积V ≥25L ，且P ×V ≥1960×104L Pa;3、介质：气体，液化气体或最高工作温度高于标准沸点的液体。

二、强度计算公式1、受内压的薄壁圆筒当K=1.1～1.2，压力容器筒体可按薄壁圆筒进行强度计算，认为筒体为二向应力状态，且各受力面应力均匀分布，径向应力σr =0，环向应力σt =PD/4s ，σz = PD/2s ，最大主应力σ1＝PD/2s ，根据第一强度理论，筒体壁厚理论计算公式，δ理＝PPD －σ][2 考虑实际因素，δ＝P PD φ－σ][2+C 式中，δ—圆筒的壁厚（包括壁厚附加量），㎜；D — 圆筒内径，㎜；P — 设计压力，㎜；[σ] — 材料的许用拉应力，值为σs /n ，MPa ；φ— 焊缝系数，0.6～1.0；C — 壁厚附加量,㎜。

2、受内压P 的厚壁圆筒①K ＞1.2，压力容器筒体按厚壁容器进行强度计算，筒体处于三向应力状态，且各受力面应力非均匀分布（轴向应力除外）。

径向应力σr ＝--1(222a b Pa 22r b ） 环向应力σθ＝+-1(222ab Pa 22r b ） 轴向应力σz =222a b Pa - 式中，a —筒体内半径，㎜；b —筒体外半径，㎜；②承受内压的厚壁圆筒应力最大的危险点在内壁，内壁处三个主应力分别为：σ1＝σθ＝P K K 1122-+ σ2=σz =P K 112-σ3=σr =-P第一强度理论推导处如下设计公式σ1＝P K K 1122-+≤[σ] 由第三强度理论推导出如下设计公式σ1－σ3＝P K K 1122-+≤[σ] 由第四强度理论推导出如下设计公式：P K K 132-≤[σ] 式中，K ＝a/b3、受外压P 的厚壁圆筒径向应力σr ＝－--1(222a b Pb 22r a ） 环向应力σθ＝－+-1(222ab Pb 22r a ） 4、一般形状回转壳体的应力计算经向应力 σz =sP 22ρ 环向应力 sP t z =+21ρσρσ 式中，P —内压力，MPa ；ρ1—所求应力点回转体曲面的第一主曲率半径，㎜；（纬）ρ2—所求应力点回转体曲面的第一主曲率半径，㎜；（经）s —壳体壁厚，㎜。