第八章 外压容器设计.

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在进行外压容器设计之前，需要做好充分的准备。

外压容器的设计计算外压容器是一种用于储存或输送气体、液体或粉状物料的设备，设计计算是确保容器在正常工作条件下能够承受外部压力的重要环节。

下面将从容器的负荷计算、材料选择和结构强度校核等方面进行详细介绍。

首先，容器的负荷计算是设计计算的关键步骤之一、负荷可分为静止负荷和动载荷两部分。

静止负荷包括容器本身的重量、储存物的重量以及设备上附件的负荷；动载荷包括地震力、风荷载等。

针对每个负荷的特点，需要采用相应的计算方法进行计算。

静止负荷的计算可以使用强度、稳定性和刚度等方面的计算方法，而动载荷则可以使用动力学和模态分析方法。

接下来，材料选择是外压容器设计中的另一个重要考虑因素。

一般而言，常用的材料包括钢材、不锈钢和复合材料等。

在材料选择中，需要考虑材料的强度、刚度、耐腐蚀性、可焊性、可加工性等因素。

根据容器的具体工作条件和介质特性，可以选择合适的材料。

然后，容器的结构强度校核是设计计算中最关键的一步。

容器的结构强度主要包括轴向强度、环向强度和承压壳体强度三个方面。

轴向强度是指容器在轴向受力状态下的承载能力，一般计算采用拉伸强度和挤压强度的计算方法。

环向强度是指容器在环向受力状态下的承载能力，计算时采用圈接强度和薄壁圆筒强度的计算方法。

承压壳体强度是指容器在由于外压而受到的承载能力，计算时采用塑性分析和有限元分析方法。

此外，容器的设计还需要满足相应的安全要求。

例如，容器需要满足静态不破坏条件和动态不破坏条件，防止容器发生破裂，对人身和财产造成伤害。

同时，容器还需要满足泄漏要求，确保储存物料的安全。

容器的设计还需要满足相关的法律法规和标准要求，如ASME（美国机械工程师学会）标准。

综上所述，外压容器的设计计算是确保容器在正常工作条件下能够承受外部压力的关键环节。

其中包括负荷计算、材料选择和结构强度校核等方面。

通过科学合理的设计计算，可以保证容器的安全性和可靠性，提高容器的使用寿命，为工业制造提供可靠的储存和输送设备。

外压容器设计一、外压容器的稳定性1、外压容器的稳定性概念外压容器的失效形式 强度不足 破裂刚度不足 失稳2、临界压力（1）临界压力（ P 临）:导致筒体失稳时的外压。

临界压应力（σ临）：筒体在P 临作用下筒体内存在 的环向应力。

(2)许用压应力为保证外压容器的使用安全，设计压力应当满足如下条件：∴ P 临≥mP P 临≥3P (3)影响临界压力的因素①P 临与筒体尺寸的关系(i)当L/D 相同时，S/D 抗弯曲 P 临 (ii)当S/D 相同时，L/D 圆筒越短 P 临L/D 圆筒越长 P 临 短圆筒：能得到封头支撑作用的圆筒长圆筒：得不到封头支撑作用的圆筒∴ S/D 相同时，短圆筒的P 临高（iii ）当S/D 、 L/D 都相同时，有加强圈者P 临高② P 临与材料性质的关系因圆筒体失稳时，其压应力并没达到材料的屈服极限，说明P 临与材料的屈服极限无直接关系。

而材料的弹性模量E 对E —抗变形能力， P 临各种材料的E 值相差不大,所以采用高强度钢代替一般碳钢制造外压容器并不能提高圆筒的P 临，相反还增加了容器的成本。

材料的组织不均匀性合同体的不圆度将使P 临下降。

][P m P p =≤临二、外压容器的设计1、理论公式计算法（1）壁厚的计算钢制长圆 : 钢制短圆筒： 将P 临≥3P 代入可得1)钢制长圆筒： mm2)钢制短圆筒: mm3)刚性圆筒一般：S L 的圆筒叫刚性圆筒一般不存在失稳，因此只考虑强度即可（2）临界长度 L 临当短圆筒的长度大到某一临界值L 临时，封头对筒体的支撑作用将完全消失，这时短圆筒的P 临将下降到长圆筒的P 临，即：解得： 为区别长短圆筒的临界长度 当 L< L 临时, 为短圆筒L>L 临时，为长圆筒(3)用理论公式设计的步骤①设理论壁厚为S 。

，并选定材料②计算L 临③比较确定圆筒类型L 与L 临，确定圆筒类型④根据圆筒类型计算P 临⑤计算许用应力[P]= P 临/3比较:设计压力P 与P 临若P ≤[P],且接近，假设的S 。

简述外压容器强度设计过程
外压容器强度设计过程是指在外部压力作用下，设计和确定容器的强度以保证其安全运行的过程。

一般包括以下步骤：
1. 确定工作条件：首先要了解容器的使用环境和工作条件，如设计温度、设计压力、介质特性、外部环境温度等，这些条件将影响容器的材料选择和设计。

2. 材料选择：根据工作条件确定合适的材料。

选材时需要考虑材料的强度、耐腐蚀性、低温性能等因素。

3. 强度计算：根据容器的几何形状、工作条件和选用材料的特性，进行容器的强度计算。

常见的计算方法包括按照ASME规范进行的强度计算或者有限元分析等。

4. 壳体设计：根据强度计算的结果，设计容器的壳体结构。

包括确定壳体的壁厚、半径和长度等参数。

5. 端头设计：根据壳体的几何形状和工作条件，设计容器的端头结构。

常见的端头形式有平面盖、锥盖、球形盖等。

6. 连接件设计：容器的连接件，如支撑、法兰等，需要根据工作条件和强度要求进行设计。

连接件的设计应该保证与容器壳体的强度相匹配。

7. 强度校核：完成设计后，需要进行强度校核，以确保容器在工作条件下的强度安全。

校核可以包括理论计算、仿真分析和实验验证等方法。

8. 验证和监控：容器设计和制造完成后，需要进行验收验证和监控，确保容器满足设计要求，并按照相关标准和规范进行运行和维护。

需要注意的是，外压容器的强度设计过程需要遵循国家相关的法规、标准和规范，确保容器的安全性和可靠性。

在具体设计过程中，还需要根据实际情况考虑其他因素，如蠕变、疲劳、振动等的影响。

外压容器的设计计算外压容器是一种常见的工业设备，广泛应用于石化、化工、制药、食品等领域。

外压容器的设计计算非常重要，涉及到容器的强度、安全性、可靠性等方面。

本文将从容器设计的基本原则、压力壳体的计算、配件的设计等方面进行详细阐述。

1.容器设计的基本原则1.1强度原则：容器必须经受住内外压力和外力的作用，保证容器不发生破裂或塑性变形。

1.2稳定原则：容器的结构必须具有足够的稳定性，能够抵抗倾覆、翻滚和滑动等不稳定力矩的作用。

1.3安全原则：容器在正常操作条件下，不得发生渗漏、爆炸等危险情况，以保证人员和设备的安全。

2.压力壳体的计算压力壳体是外压容器的主要承载结构，其计算涉及到壳体的应力、应变等参数。

2.1壳体厚度计算：压力壳体的厚度应满足材料强度和设计容器的内外压力的要求，一般采用均匀厚度计算，即在整个壳体上采用相同的厚度。

2.2应力计算：根据材料的弹性模量和壳体的几何形状，可以计算出壳体在压力作用下的轴向应力和周向应力。

2.3应变计算：根据壳体的轴向应力和周向应力，可以计算出壳体的轴向应变和周向应变，以评估壳体的变形和塑性变形情况。

3.配件的设计3.1头板设计：头板的设计一般可根据受力分析，选择合适的头板形式和厚度。

常见的头板形式有平头、半球头、扁头等，其选择应根据容器的使用条件和结构要求进行合理设计。

3.2法兰设计：法兰是连接容器和管道的关键部件，其设计应满足安装、密封和维修等要求。

法兰的种类和规格应根据容器的使用要求和管道系统的设计标准进行选择。

3.3补强环设计：补强环用于增强容器的稳定性和强度，可以有效抵抗容器的扭转、屈曲和翻滚等不稳定力矩的作用。

补强环的形式和数量应根据容器的几何形状和受力情况进行优化设计。

4.其他注意事项4.1材料选择：容器的材料选择应根据容器的使用环境和要求进行合理选择，考虑到材料的强度、耐腐蚀性和可焊性等因素。

4.2焊接技术：容器的焊接工艺应满足材料的性能要求和容器的设计要求，确保焊缝的质量和可靠性。

外压容器的设计计算哈尔滨市化工学校 徐　毅 李喜华 在外压容器设计时,筒体的壁厚计算按文献〔1〕和〔3〕应采用图算法。

图算法要先假设筒体的壁厚,通过查图表后计算使P≤〔P〕且较接近,则所设壁厚可用;否则应重新假设,直至满足为止。

为简化设计计算,本文将外压容器的解析法与图算法结合,使外压容器的壁厚的假设一次完成。

1　壁厚的计算按文献〔2〕外压容器壁厚的计算公式S≥D0(m pL2.6ED0)0.4+C(1)式中S———外压容器筒体的壁厚,mm;D0———外压容器的外径,mm;L———外压容器的计算长度, mm;C———壁厚附加量,　mm;m———稳定系数,　m=3;P———设计压力,　MPa;E———材料在设计温度时的弹性模量,　MPa;设壁厚为S,计算步骤如下:1.计算壁厚S0=S-C,算出所要设计筒体的L/D0和D0/S0值;2.按文献〔2〕在图6-10(文献〔2〕)的左侧纵坐标上找到L/D0值,由此点引水平线向右与相应D0/S0线相交。

若L/D0>50,则按L/D0=50查图,由交点沿铅垂方向向下求得横坐标系数A(即ε);3.根据筒体材料选用相应的材料温度线。

文献〔2〕中的图6-12、6-13、6-14,在图的下方横坐标找到由2求得的系数A,若A在材料温度线的右方,则由此点沿铅垂上移,与材料温度线相交,再将此点沿水平方向向右求得纵坐标系数B;4.按系数B用式〔P〕=BS0/D0〔2〕求得许用外压〔P〕;5.比较设计外压P与许用外压〔P〕,若P≤〔P〕,则所假设的壁厚可用。

6.根据钢板规格,最后确定所用钢板厚度。

2　计算实例设计氨合成塔的内筒,已知筒体外径D0= 410mm,计算长度L=4m,材料为oCr18Ni19Ti,弹性模量E=1.58×105MPa,壁温为480℃,壁厚附加量C=0.8m m,所受外压P=0.5MPa,试确定其壁厚。

由(1)式得:　S≥D0(m pL2.6ED0)0.4+C=410 (3×0.5×4×1032.6×1.58×105×410)0.4+0.8=7.6mm假设壁厚S=7.6mm,计算S0=S-C=7.6-0.8 =6.8mm,L/D0=4/0.41=9.75D0/S0=410/6.8 =60.28按文献〔2〕在图6-10查得A=0.00032按文献〔2〕在图6-14查得B=34MPa　按文献〔2〕式〔P〕=BS0/D0=34×6.8/410 =0.57MPa比较P<〔P〕,即0.5MPa<0.57MPa,即假设壁厚可用。