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真空容器壁厚计算

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压力容器、常压容器钢板壁厚计算选择和标准公式

压力容器、常压容器钢板壁厚计算选择和标准公式

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。

任务四 压力容器的强度计算及校核

任务四 压力容器的强度计算及校核

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。

附1 薄壁容器设计

附1 薄壁容器设计
t
2 p
C1 C2
37
内压薄壁容器设计计算步骤
1. 选材：Q235-A、Q235-B、20R、16MnR、不锈钢等
2. 选取参数：P、t、[σ]t、φ、σs、C1、C2 3. 计算筒体壁厚： n
2 p
t
pDi
C1 C2
4. 筒体水压试验应力校核：
35
椭圆形封头设计
组成：长短轴分别为Di和2h的半椭球和高度为h0的 短圆筒(直边)
36
标准椭圆形封头
定义Di /2h=2的椭圆封头为标准椭圆封头。
标准椭圆封头壁厚公式为
n
2 0.5 p
t
pDi
C1 C2
（8-8）
上式中各参数取法同筒体。 筒体： n
pDi
39
1.6 2600 n 0.8 1.0 14.2 2 170 1.0 1.6
圆整取δn＝16mm厚的16MnR钢板制作罐体。 2．封头壁厚设计


采用标准椭圆形封头。φ ＝1.0 设计壁厚δ n按(8-8)式计算：
n
2 0.5 p 1.6 2600 1.8 14.1 2 1701.0 0.5 1.6
6～7 8～25 26～30 32～34 36～40 42～50 52～60 0.6 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
20
⑵腐蚀裕量C2
C2应根据各种钢材在不同介质中的腐蚀速度和容器设计寿 命确定。 C2=nλ n：设计寿命， λ ：年腐蚀率 塔类、反应器类容器设计寿命 n一般按20年考虑，换热器 壳体、管箱及一般容器按10年考虑。 ①腐蚀速度λ＜0.05mm／a(包括大气腐蚀)时：碳素钢和低合 金钢单面腐蚀C2＝1mm，双面腐蚀取C2＝2mm； ②当腐蚀速度λ＞0.05mm／a时，单面腐蚀取C2＝2mm，双 面腐蚀取C2＝4mm。

任务四 压力容器的强度计算及校核

任务四 压力容器的强度计算及校核

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。

带夹套压力容器壁厚速查表

带夹套压力容器壁厚速查表

夹套内压力（kgf/c㎡),容器内压力≤10kgf/c㎡
夹套内压力（kgf/c㎡),容器内压力≤10kgf/c㎡
注：以上二表适用工作温度≤150℃，屈服极限σ s为2100～2700kgf/c㎡的A3R、15g、20g、0Cr13、1Cr13制设备。 壁厚根据[σ ]第一篇“钢制容器”的计算公式计算，壁厚附加量的取法与内压圆筒相同。
mm容器的长颈dg夹套内压力kgfc容器内压力10kgfc容器的长颈dg夹套内压力kgfc容器内压力10kgfc251010101012101212121214101212121214121416141618121216141618141620161822141416161620161820182024141620161820182024182226容器的长颈注
mm
900 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 8 12 14 14 14 10 12 14 16 16
注：真空按外压1kgf/c㎡设计。 带夹套受内、外压筒体壁厚 公 容器的长颈 比 （L/D) 600 2.5 6 6 8 8 8 4 6 8 8 10 10 6 6 8 10 10 12 2.5 6 6 8 8 10 700 4 6 8 10 10 12 6 8 10 10 12 12 公 容器的长颈 比 （L/D) 1200 2.5 8 10 12 14 14 4 10 12 12 14 16 6 10 12 16 16 20 2.5 10 12 14 16 16 1400 4 10 12 16 16 18 6 12 14 18 20 20 2.5 筒 1 2 3 4 5 10 12 14 16 18 体 12 14 16 18 20 2.5 筒 1 2 3 4 5 6 8 10 10 10 称 体 8 10 10 12 12 直 1600 4 壁 12 16 20 20 24 6 厚 12 14 16 18 18 12 16 18 20 22 14 18 22 24 26 2.5 称 直 800 4 壁 8 10 12 14 14 径 Dg 1800 4 6 6 厚 6 8 10 12 12 8 10 12 12 14 8 12 14 14 16 8 10 10 12 12 2.5 径 Dg 900 4 6 2.5 1000 mm

真空容器壁厚计算

真空容器壁厚计算

真空容器壁厚计算公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
真空容器壁厚计算：
内筒壁厚的选取原则：为了降低冷损，在保证足够的强度和较好的工艺条件下，应尽量减少厚度。

内压圆筒壁厚计算公式如下：
[]0)0.2/(C P D P +-⨯⨯⨯=φσδ
式中：
δ为内壁厚
P 为设计工作压力，取P=4Kgf/cm 2
D 为内筒直径，D=600mm ；
[]σ为材料的许用应力，SUS304的[]σ=1430Kgf/cm 2
φ为焊缝系数，取φ=
0C 为壁厚余度，取0C =0.18mm
经计算δ=＋=1.23mm
考虑一定的裕度及焊接工艺性，取δ=1.5mm
外筒壁厚的选取原则：应保证足够的刚度，以免丧失稳定。

外压中圆筒壁厚计算公式如下：
04.06
.0)59.2/(C E l p m D i +•••⨯=δ
式中： δ为筒体计算壁厚
P 为工作压力，取P=1Kgf/cm 2
i D 为筒体内径，i D =700mm
m 为稳定系数，一般取m=3
L 为计算长度，L=900mm
E 为材料的弹性模数，SUS304的E=×105Kgf/cm 2 0C 为壁厚余度，取0C =0.22mm
经计算δ=＋=2.65mm
我们取外筒壁厚为δ=3mm。

真空压力容器设计


元件金属温度低于零度时，设计温度不得高于元 件可能达到的最低温度。
钢板厚度负偏差
根据规定：当钢板厚度负偏差不大于0.25对于 GB6654-1996、GB3531-1996种的钢板（如20R、16MnR、 16MnDR等），均可取C1=0。
液压试验
1、试验压力 [ ] p 1 . 25 p ● 内压容器： T [ ]t
●
外压容器和真空容器： pT 1.25 p
夹套容器：视内筒为内压或外压容器，分别按内压 或外压容器的试验压力公式确定试验压力；夹套按内 压容器确定试验压力。
●
* 需校核内筒在夹套液压试验压力下的稳定性，如不 满足稳定性要求，则需在夹套液压试验时，内筒内保 持一定的压力。
（2）整体绕制，无环焊缝。
（3）带层呈网状，不会整体裂开。 扁平钢带倾角错绕式 （4）扁平钢带成本低，绕制方便。
内压圆筒强度设计
单层内压圆筒
壁厚计算
pc Di t 2[ ] pc
pc 计算压力
焊接接头系数
适用范围： pc 0.4 [ ]t
强度校核
工作应力
高合金钢制容器：δmin≥2mm
设计参数的选取
设计压力p
1、设计压力由工艺条件确定，在设计过程中是一个 定值；工作压力在容器正常工作过程中可能变动，容 器顶部和底部的工作压力也可能不同。 2、要求设计压力不低于最大工作压力。 即：P≥ PW 3、PC= P+PL (当PL≤5% P时， PL可忽略不计)
缺点 （1）包扎工序繁琐，费工费时，效率低。
（2）层板材料利用率低。3）层间松动问题。
整体多层包扎式
热套式
优点
（1）套合层数少，效率高，成本低。 （2）纵焊缝质量容易保证。

外压容器设计练习及课后作业参考答案

1．外压容器除了强度外，还应考虑____问题。

请举两个不同类型外压容器的例子：失稳第十一章外压容器设计1________________________________、________________________________。

真空操作的冷凝器、结晶器、蒸馏塔的外壳带有加热或冷却夹套的反应器内壳2．怎样区分长圆筒和短圆筒？它们的的临界长度为_______________。

第十一章外压容器设计23．真空容器的设计压力：当装有安全控制装置时，取__________________，或_______两者中的较小值；无安全装置时，取_______。

带夹套的真空容器，则按1.25倍最大内外压力差0.1MPa 0.1MPa 第十一章外压容器设计3真空容器按外压容器计算，装有安全控制装置时，取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa 两者中的较小值；无安全装置时，取0.1MPa 。

带夹套的容器应考虑可能出现最大压差的危险工况，例如当内筒容器突然泄压而夹套内仍有压力时所产生的最大压差。

带夹套的真空容器，按上述真空容器选取的设计外压力加上夹套内的设计内压力一起作为设计外压。

__________________________ 加上________________________________。

上述真空容器选取的设计外压力夹套内的设计内压力一起作为设计外压4．现需设计一个在常温下操作的夹套冷却容器，内筒为真空，无安全控制装置，夹套内为0.8MPa (表压)冷却水，则校核内筒稳定性时的设计压力应取（）01MP 08MP 09MP (D)10MP C 第十一章外压容器设计4真空容器按外压容器计算，装有安全控制装置时，取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa 两者中的较小值；无安全装置时，取0.1MPa 。

带夹套的容器应考虑可能出现最大压差的危险工况，例如当内筒容器突然泄压而夹套内仍有压力时所产生的最大压差。

带夹套的真空容器，按上述真空容器选取的设计外压力加上夹套内的设计内压力一起作为设计外压。

真空压力容器设计


Mpa的储液罐罐体，材料Q235-A，
Di=1800mm，罐体高度4500mm，液料高度3000mm， C1=0.8mm，腐蚀裕量C2=1.5mm，焊缝系数φ=1.0，液体密 度为1325kg/m3，罐内最高工作温度50ºC 。
试计算罐体厚度并进行水压试验应力校核。
注：Q235-A材料的许用应力[σ]20=113MPa
（2）层间松动问题。
21
槽形绕带式
优点 （1）筒壁应力分布均匀且能承受一部分由内压 产生的轴向力
。
缺点 （2）机械化程度高，材料利用率高。
（1）钢带成本高，公差要求严格。 （2）绕带时钢带要求严格啮合，否则无法贴紧。
22
。 扁平钢带倾角错绕式
特点
（1）机械化程度高，材料利用率高
（2）整体绕制，无环焊缝。 （3）带层呈网状，不会整体裂开。 （4）扁平钢带成本低，绕制方便。
，
[σ]50=113MPa，屈服极限σS=235 Mpa 试确定罐体厚度并进行水压试验校核。
43
44
韧性断裂
压力容器在载荷作用下，应力达到或接近材料 的强度极限而发生的断裂。 特点
断裂前发生较大的塑性变形，容器发生明显的鼓 胀，断口处厚度减薄，断裂时几乎不形成碎片。 失效原因
① 容器厚度不够。 ② 压力过大。
33
34
焊接接头系数
35
材料许用应力
安全系数
碳素钢、低合金钢及铁素体高合金钢： nb≥3.0 ns≥1.6 nD≥1.5 nn≥1.0 奥氏体高合金钢： nb≥3.0 ns≥1.5 nD≥1.5 nn≥1.0
36
37
压力试验
38
液压试验
1、试验压力 ● 内压容器：

真空容器壁厚计算

真空容器壁厚计算 The manuscript was revised on the evening of 2021
真空容器壁厚计算：
内筒壁厚的选取原则：为了降低冷损，在保证足够的强度和较好的工艺条件下，应尽量减少厚度。

内压圆筒壁厚计算公式如下：
[]0)0.2/(C P D P +-⨯⨯⨯=φσδ
式中：
δ为内壁厚
P 为设计工作压力，取P=4Kgf/cm 2
D 为内筒直径，D=600mm ；
[]σ为材料的许用应力，SUS304的[]σ=1430Kgf/cm 2 φ为焊缝系数，取φ=
0C 为壁厚余度，取0C =0.18mm
经计算δ=＋=1.23mm
考虑一定的裕度及焊接工艺性，取δ=1.5mm
外筒壁厚的选取原则：应保证足够的刚度，以免丧失稳定。

外压中圆筒壁厚计算公式如下：
04.06
.0)59.2/(C E l p m D i +•••⨯=δ
式中： δ为筒体计算壁厚
P 为工作压力，取P=1Kgf/cm 2
i D 为筒体内径，i D =700mm
m 为稳定系数，一般取m=3
L 为计算长度，L=900mm
E 为材料的弹性模数，SUS304的E=×105Kgf/cm 2 0C 为壁厚余度，取0C =0.22mm
经计算δ=＋=2.65mm
我们取外筒壁厚为δ=3mm。

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真空容器壁厚计算：
内筒壁厚的选取原则：为了降低冷损，在保证足够的强度和较好的工艺条件下，应尽量减少厚度。

内压圆筒壁厚计算公式如下：
式中：
δ为内壁厚
P 为设计工作压力，取P=4Kgf/cm 2
D 为内筒直径，D=600mm ；
[]σ为材料的许用应力，SUS304的[]σ=1430Kgf/cm 2
φ为焊缝系数，取φ=0.80
0C 为壁厚余度，取0C =0.18mm
经计算δ=1.05＋0.18=1.23mm
考虑一定的裕度及焊接工艺性，取δ=1.5mm
外筒壁厚的选取原则：应保证足够的刚度，以免丧失稳定。

外压中圆筒壁厚计算公式如下：
式中：
δ为筒体计算壁厚
P 为工作压力，取P=1Kgf/cm 2
i D 为筒体内径，i D =700mm
m 为稳定系数，一般取m=3
L 为计算长度，L=900mm
E 为材料的弹性模数，SUS304的E=20.9×105Kgf/cm 2
0C 为壁厚余度，取0C =0.22mm 经计算δ=2.43＋0.22=2.65mm 我们取外筒壁厚为δ=3mm。