压力容器强度计算
第一节设计参数的确定
1我国压力容器标准与适用范围
我国现执行GB150 - 98钢制压力容器”国家标准。该标准为规则设计，采用弹性失效准则和稳定失效准则, 应用解析法进行应力计算，比较简便。
JB4732-1995《钢制压力容器一分析设计标准》，其允许采用高的设计强度，相同设计条件下，厚度可以相应地减少，重量减轻。其采用塑性失效准则、失稳失效准则和疲劳失效准则，计算比较复杂，和美国的
ASME标准思路相似。
2、容器直径（diameter of vessel
考虑压制封头胎具的规格及标准件配套选用的需要，容器筒体和封头的直径都有规定。对于用钢板卷制的筒体，以内径作为其公称直径。
如果筒体是使用无缝钢管直接截取的，规定使用钢管的外径作为筒体的公称直径。
表2无缝钢管制作筒体时容器的公称直径（mm）
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。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。 •设计温度不得低于元件金属在工作状态可能达到的最高温度； •当设计温度在 o c 以下时，不得高于元件金属可能达到的最低温度；
•当容器在各部分工作状态下有不同温度时，可分别设定每一部分的设计温度；
5、 许用应力(Maximum allowable stress values)
许用应力是以材料的极限应力除以适当的安全系数，在设计温度下的许用应力的大小，直接决定容器的强 度，GB150-1998对钢板、锻件、紧固件均规定了材料的许用应力。
表3钢制压力容器中使用的钢材安全系数
6、焊接接头系数((1) 焊接接头的影响
焊接接头是容器上比较薄弱的环节，较多事故的发生是由于焊接接头金属部分焊接影响区的破裂。一般情 况下，焊接接头金属的强度和基本金属强度相等，甚至超过基本金属强度。但由于焊接接头热影响区有热 应力存在，焊接接头金属晶粒粗大，以及焊接接头中心出现气孔和未焊透缺陷，仍会影响焊接接头强度， 因而必须采用焊接接头强度系数，以补偿焊接时可能产生的强度消弱。焊接接头系数的大小取决于焊接接 头型式、焊接工艺以及焊接接头探伤检验的严格程度等。 (2) 焊接接头系数的选取：由接头形式和无损探伤的长度确定 •双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头：
100%无损探伤，■= 1.00 ;局部无损探伤，■■ = 0.85 ；
•单面焊的对接接头，沿焊接接头根部全长具有紧贴基本金属的垫板：
100%无损探伤，
=1.00 ;局部无损探伤，
=0.8； •无法进行探伤的单面焊环向对接焊缝，无垫板：
'=0.6；
第二节内压容器筒体与封头厚度的设计
常H 吨订itu Jt 下
的出眼点
诰计皑咆FtJ In h 小时描愼的
月小时性3E 书 1的體童権亂 为 0 2
L 斤
! 沁*
二弓L ¥
-------- 乩
1 内压圆筒（cylindrical shel D 的厚度设计
（1）理论计算厚度
（required thick ness ）
GB150-1998定义：按各章公式计算得到的厚度，为能安全承受计算压力 荷）。 内压圆筒壁内的基本应力是薄膜应力，由第三强度理论可知薄膜应力的强度条件为:
式中：［考虑到焊接接头的影响，公式（1）中的许用应力应使用强度可能较低的焊接接头金属的许用应力，即把 钢板的许用应力乘以焊缝系数。
公式（2）一般被简化为：、:=£5卜（3）
2［町0
（2） 设计壁厚：.d （ design thickness ）计算壁厚与腐蚀余量C 2之和称为设计壁厚。可以将其理解为同时 满足强度、刚度和使用寿命的最小厚度。
■ d = ■■- ' C 2
（ 4
）
C 2为腐蚀裕度根据介质对选用材料腐蚀速度和设计使用寿命共同考虑。 C 2=k -a , mm ;
k —腐蚀速度（corrosion rate ）, mm/a ; a —设计年限（desired life time ）。 对碳素钢和低合金钢，
C 2> 1mm ;对于不锈钢，当介质腐蚀性能极微时，取
C 2= 0。
（3） 名义厚度（normal thickness ）设计厚度-'-d 加上钢板负偏差 C 1后向上圆整至刚才标准规格的厚度， 即标注在设计图样上的壳体厚度。 r 二—「G （5）
C 1 —钢板负偏差。任何名义厚度的钢板出厂时，都允许有一定的负偏差。钢板和钢管的负偏差按钢材标准 的规定。当钢板负偏差不大于 0.25mm ，且不超过名义厚度的
6 %时，负偏差可忽略不计。
表4
钢板负偏差值
钢板厚度（mm ） 2 2.2 2.5 2.8~3.0 3.2~3.5 3.8~4.0 4.5~5.5 负偏差（mm ） 0.18 0.19 0.2 0.22 0.25 0.3 0.5 钢板厚度（mm ） 6~7 8~25 26~30 32~34 36~40 42~50 52~60 负偏差（mm ） 0.6
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
（4）有效厚度
名义厚度「冷减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差，
从性质上可以理解为真正可以承受介质压强的厚度,
P C （必要时尚需计入其他载
PD
(1)
PD
2、.
则有:
PD i 2［二广
式中D 为中径，当壁厚没有确定时，则中径也是待定值，利用
D=D i +则有:
成为有
