GB《鋼制壓力容器》

1、GB鋼制壓力容器GB鋼制壓力容器22.不適用范圍不適用范圍 （節(jié)）（節(jié)）3.對超出標準范圍的容器的處理辦法對超出標準范圍的容器的處理辦法（節(jié)）（節(jié)） -包括有限元法在內(nèi)的應力分析；包括有限元法在內(nèi)的應力分析； -驗證性實驗分析（如實驗應力分析、驗證性實驗分析（如實驗應力分析、 驗證性液壓試驗）；驗證性液壓試驗）； -用可比的已投入使用的結(jié)構(gòu)進行對比經(jīng)驗設用可比的已投入使用的結(jié)構(gòu)進行對比經(jīng)驗設計。計。引用標準；引用標準；GB鋼制壓力容器35.總論：總論：（1）容器管轄范圍：（節(jié)節(jié)）容器管轄范圍：（節(jié)節(jié)）（2）定義：（節(jié)）定義：（節(jié)）1)壓壓 力力 除注明者外，壓力均為表壓力。除注明者外，壓力均為

2、表壓力。工作壓力工作壓力Pw設計壓力設計壓力Pd 計算壓力計算壓力Pc最大允許工作壓力最大允許工作壓力Pw安全閥的開啟壓力安全閥的開啟壓力Pz 爆破片的標定爆破壓力爆破片的標定爆破壓力PbGB鋼制壓力容器42)溫溫 度度金屬溫度金屬溫度 ；工作溫度工作溫度 ；最高、最低工作溫度；最高、最低工作溫度；設計溫度；試驗溫度設計溫度；試驗溫度 （3）載荷：經(jīng)常性載荷；選擇性載荷；（節(jié)）載荷：經(jīng)常性載荷；選擇性載荷；（節(jié)）（4）厚度：厚度的定義：計算厚度；設計厚度；）厚度：厚度的定義：計算厚度；設計厚度；名義厚度；有效厚度等；名義厚度；有效厚度等； （節(jié)）（節(jié)）GB鋼制壓力容器5厚度負偏差厚度負偏差C1

3、腐蝕裕量腐蝕裕量C2 C2=NfdC2； Nf設計壽命。單位：設計壽命。單位：年；年； dC2腐蝕速率。單位：毫米腐蝕速率。單位：毫米/年年 腐蝕裕量考慮的原則腐蝕裕量考慮的原則 ：）與工作介質(zhì)接觸的筒體、封頭、接管、人）與工作介質(zhì)接觸的筒體、封頭、接管、人（手）孔及內(nèi)部構(gòu)件等，均應考慮腐蝕裕量。（手）孔及內(nèi)部構(gòu)件等，均應考慮腐蝕裕量。）下列情況一般不考慮腐蝕裕量：）下列情況一般不考慮腐蝕裕量：GB鋼制壓力容器6a、介質(zhì)對不銹鋼無腐蝕作用時（不銹鋼、不銹、介質(zhì)對不銹鋼無腐蝕作用時（不銹鋼、不銹復合鋼板或有不銹鋼堆焊層的元件）；復合鋼板或有不銹鋼堆焊層的元件）；b、可經(jīng)常更換的非受壓元件；、可經(jīng)

4、常更換的非受壓元件；c、有可靠的耐腐蝕襯里；、有可靠的耐腐蝕襯里；d、法蘭的密封表面；、法蘭的密封表面；e、管殼式換熱器的換熱管；、管殼式換熱器的換熱管；f、管殼式換熱器的拉桿、定距管、折流板和支持、管殼式換熱器的拉桿、定距管、折流板和支持板等非受壓元件；板等非受壓元件； g、用涂漆可以有效防止環(huán)境腐蝕的容器外表面、用涂漆可以有效防止環(huán)境腐蝕的容器外表面及其外部構(gòu)件（如支座、支腿、底板及托架等，及其外部構(gòu)件（如支座、支腿、底板及托架等，但不包括裙座）。但不包括裙座）。GB鋼制壓力容器73）腐蝕裕量一般應根據(jù)鋼材在介質(zhì)中的腐蝕速）腐蝕裕量一般應根據(jù)鋼材在介質(zhì)中的腐蝕速率和容器的設計壽命確定。對有

5、使用經(jīng)驗者，率和容器的設計壽命確定。對有使用經(jīng)驗者，可以按經(jīng)驗選取?？梢园唇?jīng)驗選取。4）容器的設計壽命除有特殊要求外，塔、反應）容器的設計壽命除有特殊要求外，塔、反應器等主要容器一般不應少于器等主要容器一般不應少于15年，一般容器、年，一般容器、換熱器等不少于換熱器等不少于8年。年。腐蝕裕量的選?。焊g裕量的選?。?1)容器筒體、封頭的腐蝕裕量容器筒體、封頭的腐蝕裕量a、介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸汽或水的碳素鋼或低、介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸汽或水的碳素鋼或低合金鋼制的容器，其腐蝕裕量不得小于。合金鋼制的容器，其腐蝕裕量不得小于。b、除、除a以外的其他情況可按下表確定筒體、封以外的其他情況可按下表確定筒體

6、、封頭的腐蝕裕量。頭的腐蝕裕量。GB鋼制壓力容器8腐蝕程度腐蝕程度不腐蝕不腐蝕輕微輕微腐蝕腐蝕腐蝕腐蝕重腐重腐蝕蝕腐蝕速率（年）腐蝕速率（年） .050.05-0.130.13-0.250.25 腐蝕裕量（）腐蝕裕量（） 01 23筒體、封頭的腐蝕裕量筒體、封頭的腐蝕裕量最大腐蝕裕量不應大于最大腐蝕裕量不應大于6mm，否則應，否則應采取防腐措施。采取防腐措施。GB鋼制壓力容器9 2)容器接管（包括人、手孔）的腐蝕裕量，一般情容器接管（包括人、手孔）的腐蝕裕量，一般情況下應取殼體的腐蝕裕量。況下應取殼體的腐蝕裕量。3）筒體內(nèi)側(cè)受力焊縫應取與筒體相同的腐蝕裕）筒體內(nèi)側(cè)受力焊縫應取與筒體相同的腐蝕裕

7、量。量。4）容器各部分的介質(zhì)腐蝕速率不同時，則可?。┤萜鞲鞑糠值慕橘|(zhì)腐蝕速率不同時，則可取不同腐蝕裕量。不同腐蝕裕量。5）兩側(cè)同時與介質(zhì)接觸的元件，應根據(jù)兩側(cè)不）兩側(cè)同時與介質(zhì)接觸的元件，應根據(jù)兩側(cè)不同的操作介質(zhì)選取不同的腐蝕裕量，兩者疊加同的操作介質(zhì)選取不同的腐蝕裕量，兩者疊加作為總的腐蝕裕量。作為總的腐蝕裕量。6）容器地腳螺栓的腐蝕裕量可?。┤萜鞯啬_螺栓的腐蝕裕量可取3mm。GB鋼制壓力容器10（5）最小厚度；最小厚度； （節(jié)）（節(jié)） 1）.對碳鋼和低合金鋼制容器對碳鋼和低合金鋼制容器,不小于不小于3mm； 2）.對高合金鋼容器對高合金鋼容器,不小于不小于2mm； 3）.碳素鋼和低合金鋼制

8、塔式容器的最小厚度為碳素鋼和低合金鋼制塔式容器的最小厚度為2/1000的塔器內(nèi)直徑的塔器內(nèi)直徑,且不小于且不小于4mm;對不銹鋼對不銹鋼制塔式容器的最小厚度不小于制塔式容器的最小厚度不小于3mm； 4）.管殼式換熱器殼體的最小厚度應符合管殼式換熱器殼體的最小厚度應符合GB151管殼式換熱器管殼式換熱器的相應規(guī)定。的相應規(guī)定。GB鋼制壓力容器115)復合鋼板復層的最小厚度復合鋼板復層的最小厚度a.為保證工作介質(zhì)干凈（不被鐵離子污染）而采為保證工作介質(zhì)干凈（不被鐵離子污染）而采用的復合鋼板，其復層厚度不應小于用的復合鋼板，其復層厚度不應小于2mm；b.為了防止工作介質(zhì)的腐蝕而采用的復合鋼板，為了防

9、止工作介質(zhì)的腐蝕而采用的復合鋼板，其復層厚度不應小于其復層厚度不應小于3mm； 不銹鋼堆焊層在加工后的最小厚度為不銹鋼堆焊層在加工后的最小厚度為3mm。6)對有防腐蝕襯里的碳鋼或低合金鋼制容器，其對有防腐蝕襯里的碳鋼或低合金鋼制容器，其鋼殼的最小厚度為鋼殼的最小厚度為5mm。GB鋼制壓力容器12（6）焊接接頭系數(shù)：（節(jié)）焊接接頭系數(shù)：（節(jié)）焊接接頭系數(shù)焊接接頭系數(shù)=焊縫區(qū)材料強度焊縫區(qū)材料強度/本體材料強度本體材料強度1焊接接頭系數(shù)大小與以下主要因素有關(guān)：焊接接頭系數(shù)大小與以下主要因素有關(guān)：a. 焊接接頭的結(jié)構(gòu)形式焊接接頭的結(jié)構(gòu)形式 b. 焊接接頭無損檢測的長度比例焊接接頭無損檢測的長度比例

10、（7）壓力試驗：液壓試驗、氣壓試驗（節(jié)）；）壓力試驗：液壓試驗、氣壓試驗（節(jié)）；壓力試驗壓力試驗a.液壓試驗液壓試驗 GB鋼制壓力容器13碳素鋼、碳素鋼、16MnR和正火和正火15MnVR鋼制容器液壓試鋼制容器液壓試驗時，液體溫度不得低于驗時，液體溫度不得低于5；其他低合金鋼制；其他低合金鋼制容器，液壓試驗時液體溫度不得低于容器，液壓試驗時液體溫度不得低于15。 試驗壓力試驗壓力PT 內(nèi)壓容器內(nèi)壓容器 液壓試驗液壓試驗 PT =1.25P 外壓容器和真空容器按內(nèi)壓容器進行試驗外壓容器和真空容器按內(nèi)壓容器進行試驗,液壓試液壓試驗壓力驗壓力PT PT b.氣壓試驗氣壓試驗 碳素鋼和低合金鋼制壓力容

11、器的試驗用氣體溫度碳素鋼和低合金鋼制壓力容器的試驗用氣體溫度不得低于不得低于15；其他材料制壓力容器，其試驗用；其他材料制壓力容器，其試驗用氣體溫度應符合設計圖樣規(guī)定。氣體溫度應符合設計圖樣規(guī)定。t GB鋼制壓力容器14氣壓試驗氣壓試驗 PT t外壓容器及真空容器氣壓試驗壓力外壓容器及真空容器氣壓試驗壓力PT PT(3)夾套容器夾套容器對于帶夾套的容器，應在圖樣上分別注明內(nèi)筒對于帶夾套的容器，應在圖樣上分別注明內(nèi)筒和夾套的試驗壓力。和夾套的試驗壓力。 對立式容器臥置進行液壓試驗時，試驗壓力應對立式容器臥置進行液壓試驗時，試驗壓力應 為立置時的試驗壓力加液柱靜壓力。為立置時的試驗壓力加液柱靜壓力

12、。GB鋼制壓力容器15液壓試驗時，圓筒的薄膜應力校核式液壓試驗時，圓筒的薄膜應力校核式T= s() eeDiPT2)(氣壓試驗時圓筒的薄膜應力校核式氣壓試驗時圓筒的薄膜應力校核式 T=eeDiPT2)(s() （8）致密性試驗）致密性試驗 致密性試驗有氣密性試驗或煤油滲漏試驗。致密性試驗有氣密性試驗或煤油滲漏試驗。GB鋼制壓力容器16氣密性試驗壓力一般取氣密性試驗壓力一般取 PT (空氣或氮氣空氣或氮氣)對于殼程壓力低于管程壓力的列管式換熱器，如對于殼程壓力低于管程壓力的列管式換熱器，如果不能采用提高殼程試驗壓力等于管程試驗壓力果不能采用提高殼程試驗壓力等于管程試驗壓力的方法，來檢查管子與管板

13、連接的嚴密性時，則的方法，來檢查管子與管板連接的嚴密性時，則殼程、管程按各自要求試驗壓力試壓。然后殼程殼程、管程按各自要求試驗壓力試壓。然后殼程再以倍殼程設計壓力的含氨體積約再以倍殼程設計壓力的含氨體積約1%的壓縮空氣的壓縮空氣或低壓純氨滲透試驗?；虻蛪杭儼睗B透試驗。GB鋼制壓力容器17煤油滲漏試驗煤油滲漏試驗將焊縫能夠檢查的一面清理干凈，涂以白粉漿，將焊縫能夠檢查的一面清理干凈，涂以白粉漿，晾干后在焊縫另一面涂以煤油，使表面得到足夠晾干后在焊縫另一面涂以煤油，使表面得到足夠的浸潤，經(jīng)半小時后白粉上沒有油漬為合格的浸潤，經(jīng)半小時后白粉上沒有油漬為合格.（9）現(xiàn)場組裝大型容器的耐壓試驗：（節(jié)）現(xiàn)

14、場組裝大型容器的耐壓試驗：（節(jié)） 對不能按的規(guī)定作出壓力試驗的容器對不能按的規(guī)定作出壓力試驗的容器,設計設計單位應提出確保容器安全運行的措施單位應提出確保容器安全運行的措施,經(jīng)設計單位經(jīng)設計單位技術(shù)負責人批準技術(shù)負責人批準,并在圖樣上注明并在圖樣上注明.GB鋼制壓力容器18二內(nèi)壓園筒和內(nèi)壓球殼：二內(nèi)壓園筒和內(nèi)壓球殼：失效準則失效準則容器從承載到載荷的不斷加大最后破壞經(jīng)歷彈性容器從承載到載荷的不斷加大最后破壞經(jīng)歷彈性變形、塑性變形、爆破；因此容器強度失效準則變形、塑性變形、爆破；因此容器強度失效準則的三種觀點：的三種觀點：彈性失效彈性失效彈性失效準則認為殼體內(nèi)壁產(chǎn)生屈服即達到材料彈性失效準則認為

15、殼體內(nèi)壁產(chǎn)生屈服即達到材料屈服限時該殼體即失效，將應力限制在彈性范圍，屈服限時該殼體即失效，將應力限制在彈性范圍，按照強度理論把筒體限制在彈性變形階段。認為按照強度理論把筒體限制在彈性變形階段。認為圓筒內(nèi)壁面出現(xiàn)屈服時即為承載的最大極限。圓筒內(nèi)壁面出現(xiàn)屈服時即為承載的最大極限。 GB鋼制壓力容器19塑性失效塑性失效 它將容器的應力限制在塑性范圍，認為圓筒內(nèi)壁它將容器的應力限制在塑性范圍，認為圓筒內(nèi)壁面出現(xiàn)屈服而外層金屬仍處于彈性狀態(tài)時，并不面出現(xiàn)屈服而外層金屬仍處于彈性狀態(tài)時，并不會導致容器發(fā)生破壞，只有當容器內(nèi)外壁面全屈會導致容器發(fā)生破壞，只有當容器內(nèi)外壁面全屈服時才為承載的最大極限。服時才

16、為承載的最大極限。 爆破失效爆破失效 它認為容器由韌性鋼材制成，有明顯的應變硬化它認為容器由韌性鋼材制成，有明顯的應變硬化現(xiàn)象，即便是容器整體屈服后仍有一定承載潛力，現(xiàn)象，即便是容器整體屈服后仍有一定承載潛力，只有達到爆破時才是容器承載的最大極限只有達到爆破時才是容器承載的最大極限GB鋼制壓力容器20彈性實效準則下的四個強度理論彈性實效準則下的四個強度理論第一強度理論（最大主應力理論）第一強度理論（最大主應力理論） 認為材料的三個主應力中只要最大的拉應力認為材料的三個主應力中只要最大的拉應力1達達到了極限應力，材料就發(fā)生破壞。到了極限應力，材料就發(fā)生破壞。 強度條件：強度條件：1 t 第二強度

17、理論（最大變形理論）第二強度理論（最大變形理論） 認為材料的最大的應變達到了極限狀態(tài)，材料就認為材料的最大的應變達到了極限狀態(tài)，材料就發(fā)生破壞。發(fā)生破壞。 強度條件：強度條件： max第三強度理論（最大剪應力理論）第三強度理論（最大剪應力理論）GB鋼制壓力容器21 材料的最大剪應力材料的最大剪應力max達到了極限應力，材料達到了極限應力，材料就發(fā)生破壞。就發(fā)生破壞。 強度條件：強度條件：max =（1-3） t第四強度理論（剪切變形能理論）第四強度理論（剪切變形能理論） 材料變形時，即內(nèi)部變形能量達到材料的極限值材料變形時，即內(nèi)部變形能量達到材料的極限值時，材料破壞。時，材料破壞。 強度條件：

18、強度條件： e= (1-2)2+(2-3)2+(3-1)2 t （1）內(nèi)壓園筒：（節(jié)）內(nèi)壓園筒：（節(jié)）GB鋼制壓力容器22薄壁圓筒容器在工程中采用無力矩理論來進行應薄壁圓筒容器在工程中采用無力矩理論來進行應力計算，在內(nèi)壓力計算，在內(nèi)壓P作用下，筒壁承受軸向應力和切作用下，筒壁承受軸向應力和切向應力（薄膜應力）作用。由于殼體壁厚較薄，向應力（薄膜應力）作用。由于殼體壁厚較薄，且不考慮殼體與其它連接處的局部應力，忽略了且不考慮殼體與其它連接處的局部應力，忽略了彎曲應力，彎曲應力， 這種應力稱為薄膜應力。這種應力稱為薄膜應力。GB鋼制壓力容器23軸向應力軸向應力 z= 切向應力切向應力 t=4PD2

19、PD 按第一強度理論條件得按第一強度理論條件得 1=t=2PD t 2PDt GB鋼制壓力容器24 t 2)(iDP由上式由上式 計算厚度計算厚度:= CticPDP2上式適用于設計壓力上式適用于設計壓力P0.4t的范圍。的范圍。 (2)內(nèi)壓球殼內(nèi)壓球殼球形容器在均勻內(nèi)壓作用下，球形殼體軸球形容器在均勻內(nèi)壓作用下，球形殼體軸向應力和切向應力相等。即向應力和切向應力相等。即 t =z =t = 4PDGB鋼制壓力容器25上述公式中，如將上述公式中，如將D=Di+代入并考慮了焊接接頭代入并考慮了焊接接頭系數(shù)系數(shù)，如采用第一強度理論時，即得出，如采用第一強度理論時，即得出 eeDiP4)(t 所以可

20、求出計算厚度所以可求出計算厚度= PcPcDit 4mm; （3）、設計參數(shù)的確定）、設計參數(shù)的確定設計壓力設計壓力P0.6tGB鋼制壓力容器26容器設計時，必須考慮在工作情況下可能達到的容器設計時，必須考慮在工作情況下可能達到的工作壓力和對應的工作溫度兩者組合中的各種工工作壓力和對應的工作溫度兩者組合中的各種工況，并以最苛刻工況下的工作壓力來確定設計壓況，并以最苛刻工況下的工作壓力來確定設計壓力力。對內(nèi)壓容器對內(nèi)壓容器:無安全泄放裝置無安全泄放裝置 時時:Pd=(1.01.1)PW；裝有安全閥裝有安全閥 時時:不低于不低于(等于或稍大于等于或稍大于)安全閥開啟安全閥開啟壓力壓力(安全閥開啟壓

21、力取倍工作壓力安全閥開啟壓力取倍工作壓力) 裝有爆破片裝有爆破片 時時:取爆破片設計爆破壓力加制造范取爆破片設計爆破壓力加制造范圍上限；圍上限；GB鋼制壓力容器27對真空容器對真空容器: 無夾套真空容器無夾套真空容器 :有安全泄放裝置設計外壓力取有安全泄放裝置設計外壓力取倍最大內(nèi)外壓力差或兩者中的小值；無安全泄放倍最大內(nèi)外壓力差或兩者中的小值；無安全泄放裝置設計外壓力??；裝置設計外壓力??； 夾套內(nèi)為內(nèi)壓夾套內(nèi)為內(nèi)壓:容器容器(真空真空)設計外壓力按無夾套真設計外壓力按無夾套真空容器規(guī)定選取空容器規(guī)定選取;夾套夾套(內(nèi)壓內(nèi)壓)設計內(nèi)壓力按內(nèi)壓容設計內(nèi)壓力按內(nèi)壓容器規(guī)定選取；器規(guī)定選?。? 外外

22、壓壓 容容 器器 : 設計外壓力取不小于在正常工作情況下可能產(chǎn)生設計外壓力取不小于在正常工作情況下可能產(chǎn)生的最大內(nèi)外壓力差的最大內(nèi)外壓力差 GB鋼制壓力容器28盛裝液化石油氣或混合液化石油氣的容器盛裝液化石油氣或混合液化石油氣的容器 :介質(zhì)介質(zhì)50飽和蒸汽壓力低于異丁烷飽和蒸汽壓力低于異丁烷50的飽和蒸的飽和蒸汽壓力時汽壓力時(如丁烷、丁烯、丁二烯如丁烷、丁烯、丁二烯) : 設計壓力取設計壓力取 . 介質(zhì)介質(zhì)50飽和蒸汽壓力高于異丁烷飽和蒸汽壓力高于異丁烷50的飽和的飽和蒸汽壓力時蒸汽壓力時(如液態(tài)丙烷如液態(tài)丙烷. 介質(zhì)介質(zhì)50飽和蒸汽壓力高于丙烷飽和蒸汽壓力高于丙烷50的飽和蒸的飽和蒸汽壓力

23、時汽壓力時(如液態(tài)丙烯如液態(tài)丙烯（4）邊緣應力：）邊緣應力：1）邊緣應力的產(chǎn)生）邊緣應力的產(chǎn)生 GB鋼制壓力容器29當圓筒形殼與圓球形殼或橢圓形殼相連的零部件當圓筒形殼與圓球形殼或橢圓形殼相連的零部件受壓后，各自產(chǎn)生的變形是不一致的，稱為變形受壓后，各自產(chǎn)生的變形是不一致的，稱為變形不連續(xù)不連續(xù) ,相互產(chǎn)生約束這時相互產(chǎn)生約束這時, 除內(nèi)壓產(chǎn)生的膨脹外，還會產(chǎn)生附加的彎曲除內(nèi)壓產(chǎn)生的膨脹外，還會產(chǎn)生附加的彎曲變形。與彎曲相對應，殼壁內(nèi)將產(chǎn)生彎矩和變形。與彎曲相對應，殼壁內(nèi)將產(chǎn)生彎矩和剪力，對薄壁殼體來說，由此產(chǎn)生的彎曲應剪力，對薄壁殼體來說，由此產(chǎn)生的彎曲應力有時比薄膜應力大得多，兩連接件剛度

24、相力有時比薄膜應力大得多，兩連接件剛度相差越大，產(chǎn)生的應力也將越大差越大，產(chǎn)生的應力也將越大 在實際結(jié)構(gòu)中，成以圓筒與平蓋連接時的邊在實際結(jié)構(gòu)中，成以圓筒與平蓋連接時的邊緣應力為最大。該應力由于只發(fā)生在兩連接緣應力為最大。該應力由于只發(fā)生在兩連接件的邊界處，所以稱為邊緣效應力或稱為不件的邊界處，所以稱為邊緣效應力或稱為不連續(xù)應力連續(xù)應力。 GB鋼制壓力容器302) 邊緣應力的特點：邊緣應力的特點： 由邊緣力和邊緣力矩引起的邊緣力具有以下兩由邊緣力和邊緣力矩引起的邊緣力具有以下兩個特點：個特點：局限性局限性自限性自限性3）設計中對邊緣應力的考慮：）設計中對邊緣應力的考慮： 由于邊緣應力具有局限性

25、，設計中可以在結(jié)構(gòu)由于邊緣應力具有局限性，設計中可以在結(jié)構(gòu)上只作局部處理，例如改變連接處的結(jié)構(gòu)，保上只作局部處理，例如改變連接處的結(jié)構(gòu)，保證邊緣焊接的質(zhì)量，降低邊緣區(qū)的殘余應力，證邊緣焊接的質(zhì)量，降低邊緣區(qū)的殘余應力，避免邊緣區(qū)附加的局部應力集中（如應避免在避免邊緣區(qū)附加的局部應力集中（如應避免在邊緣區(qū)開孔。）邊緣區(qū)開孔。）GB鋼制壓力容器31只要是塑性材料，即使邊緣區(qū)應力超過材料的只要是塑性材料，即使邊緣區(qū)應力超過材料的屈服極限，鄰近尚未屈服的彈性區(qū)能夠限制塑屈服極限，鄰近尚未屈服的彈性區(qū)能夠限制塑性變形的發(fā)展，使容器仍處于安定狀態(tài)（安定性變形的發(fā)展，使容器仍處于安定狀態(tài)（安定性理論）。故大

26、多數(shù)塑性材料所制成的容器，性理論）。故大多數(shù)塑性材料所制成的容器，如低碳鋼、奧氏體不銹鋼。當受靜載荷時，除如低碳鋼、奧氏體不銹鋼。當受靜載荷時，除在結(jié)構(gòu)上需作某些處理外，一般并不對邊緣應在結(jié)構(gòu)上需作某些處理外，一般并不對邊緣應力作特殊考慮。力作特殊考慮。在下列情況下應考慮邊緣應力在下列情況下應考慮邊緣應力: a)塑性較差的高強度鋼制壓力容器塑性較差的高強度鋼制壓力容器 b)低溫下操作的鐵素體制的重要壓力容器低溫下操作的鐵素體制的重要壓力容器 c)受疲勞載荷作用的壓力容器受疲勞載荷作用的壓力容器 d)受核幅射作用的壓力容器受核幅射作用的壓力容器GB鋼制壓力容器32這些壓力容器，若不注意控制邊緣應

27、力，在邊緣這些壓力容器，若不注意控制邊緣應力，在邊緣高應力區(qū)有可能導致脆性破壞或疲勞。因此必須高應力區(qū)有可能導致脆性破壞或疲勞。因此必須正確計算邊緣應力并按正確計算邊緣應力并按JB4732-95鋼制壓力容鋼制壓力容器分析設計器分析設計進行設計進行設計 .（5）壓力容器的應力分析設計：）壓力容器的應力分析設計：1常規(guī)設計常規(guī)設計 ：壓力容器設計基本上是采用傳統(tǒng)：壓力容器設計基本上是采用傳統(tǒng)的設計方法的設計方法“常規(guī)設計常規(guī)設計”。常規(guī)設計是基于彈性。常規(guī)設計是基于彈性失效準則，認為容器內(nèi)某一最大應力點一旦達到失效準則，認為容器內(nèi)某一最大應力點一旦達到屈服限，進入塑性，喪失了純彈性狀態(tài)即為失效屈服

28、限，進入塑性，喪失了純彈性狀態(tài)即為失效 GB鋼制壓力容器332分析設計：分析設計：“分析設計分析設計”從設計思想上來說，從設計思想上來說，就是放棄了傳統(tǒng)的彈性失效準則，采用彈塑性或就是放棄了傳統(tǒng)的彈性失效準則，采用彈塑性或彈性失效準則，允許結(jié)構(gòu)出現(xiàn)可控制的局部塑性彈性失效準則，允許結(jié)構(gòu)出現(xiàn)可控制的局部塑性區(qū)，采用這個準則，可以合理地放松對計算應力區(qū)，采用這個準則，可以合理地放松對計算應力的過嚴限制，適當?shù)靥岣吡嗽S用應力值，但又嚴的過嚴限制，適當?shù)靥岣吡嗽S用應力值，但又嚴格地保證了結(jié)構(gòu)的安全性格地保證了結(jié)構(gòu)的安全性。3應力分類應力分類1）一次應力）一次應力P 一次應力分為一次應力分為一次總體薄膜

29、應力一次總體薄膜應力Pm 一次彎曲應力一次彎曲應力Pb一次局部薄膜應力一次局部薄膜應力PL2）二次應力）二次應力Q3）峰值應力）峰值應力FGB鋼制壓力容器344應力的限制條件應力的限制條件 Pmt PL1.5t (極限載荷設計法極限載荷設計法)Pb+ PL1.5t ； Pm+ PL1.5t Pb+ PL+ Q3t ； Pm+ PL+ Q3t （安（安定性準則）定性準則）P+Q+FSa （許用應力幅）（許用應力幅）極限載荷設計法是指：只有結(jié)構(gòu)整體屈服了，才極限載荷設計法是指：只有結(jié)構(gòu)整體屈服了，才是最終達到失效的狀態(tài)，即塑性失效觀點。是最終達到失效的狀態(tài)，即塑性失效觀點。GB鋼制壓力容器35安定

30、性準則：安定性準則是指：結(jié)構(gòu)在載荷、溫安定性準則：安定性準則是指：結(jié)構(gòu)在載荷、溫度等反復變化中，不會導致塑性的連續(xù)循環(huán)，即度等反復變化中，不會導致塑性的連續(xù)循環(huán)，即只有在笫一次加載過程中出現(xiàn)一定量的塑性變形，只有在笫一次加載過程中出現(xiàn)一定量的塑性變形，以后循環(huán)中（反復加載）不再出現(xiàn)塑性，仍處于以后循環(huán)中（反復加載）不再出現(xiàn)塑性，仍處于彈性循環(huán)中，即稱彈性循環(huán)中，即稱“安定安定”。如果，仍出現(xiàn)塑性，。如果，仍出現(xiàn)塑性，并有塑性循環(huán)出現(xiàn)，稱為并有塑性循環(huán)出現(xiàn)，稱為“不安定不安定”。（假定材。（假定材料為理想的彈料為理想的彈-塑性體塑性體 )GB鋼制壓力容器36三三.外壓園筒及外壓球殼：外壓園筒及外

31、壓球殼：1概述：概述：承受外壓的圓筒，其失效方式有二種：一是因強承受外壓的圓筒，其失效方式有二種：一是因強度不足而導致破壞，另一是因為剛度不足而引起度不足而導致破壞，另一是因為剛度不足而引起失穩(wěn)失穩(wěn) 所謂失穩(wěn)，是指容器所受的外壓達到某種極限時，所謂失穩(wěn)，是指容器所受的外壓達到某種極限時，（即：達到臨界壓力（即：達到臨界壓力PCr時）容器突然失去原來的時）容器突然失去原來的形狀，而出現(xiàn)有規(guī)則的波形，在卸去外壓后，仍形狀，而出現(xiàn)有規(guī)則的波形，在卸去外壓后，仍不能恢復原來的形狀。不能恢復原來的形狀。外壓圓筒失穩(wěn)可分為：周向失穩(wěn)和軸向失穩(wěn)二種外壓圓筒失穩(wěn)可分為：周向失穩(wěn)和軸向失穩(wěn)二種形式。形式。GB鋼

32、制壓力容器37對軸向失穩(wěn)，主要表現(xiàn)在臥式容器與直立設備，對軸向失穩(wěn)，主要表現(xiàn)在臥式容器與直立設備，失穩(wěn)時的臨界壓力與園筒長度無關(guān)。失穩(wěn)時的臨界壓力與園筒長度無關(guān)。對周向失穩(wěn)，失穩(wěn)時，如出現(xiàn)三個以上的波形對周向失穩(wěn)，失穩(wěn)時，如出現(xiàn)三個以上的波形（n3）謂之）謂之“短園筒短園筒”，如出現(xiàn)二個波形（，如出現(xiàn)二個波形（n=2）謂之謂之“長園筒長園筒”。 既然外壓圓筒有周向失穩(wěn)和強度破壞二種可能，既然外壓圓筒有周向失穩(wěn)和強度破壞二種可能，究竟哪個在先？與圓筒的究竟哪個在先？與圓筒的“厚厚”“”“薄薄”有關(guān)：有關(guān)：a當為薄壁圓筒時，（當為薄壁圓筒時，（e/DO即即DO/e10；GB150-1998改為改為

33、20）總是失穩(wěn)在先，所以，從）總是失穩(wěn)在先，所以，從設計角度，只需進行穩(wěn)定性設計，而不必進行強設計角度，只需進行穩(wěn)定性設計，而不必進行強度設計。度設計。 GB鋼制壓力容器38 b當為厚壁圓筒時，（當為厚壁圓筒時，（e/DO即即DO/e10；GB150-1998改為改為20）則周向失穩(wěn)和強度失效，）則周向失穩(wěn)和強度失效，哪個在先并無定論，所以，從設計角度，則同時哪個在先并無定論，所以，從設計角度，則同時考慮穩(wěn)定性和強度二個方面?？紤]穩(wěn)定性和強度二個方面。 c外壓球殼也是如此，但通常球殼外壓球殼也是如此，但通常球殼e/DO，所，所以，從設計角度，只需考慮其穩(wěn)定性以，從設計角度，只需考慮其穩(wěn)定性。穩(wěn)

34、定安全系數(shù)穩(wěn)定安全系數(shù)m為保證安全，必須使許用外壓力低于臨界外壓力，為保證安全，必須使許用外壓力低于臨界外壓力，即即P=Pcr/mGB鋼制壓力容器39式中穩(wěn)定安全系數(shù)式中穩(wěn)定安全系數(shù)m=3（圓筒體）（圓筒體）2圓筒的臨界壓力及其計算圓筒的臨界壓力及其計算容器失穩(wěn)時的壓力稱臨界壓力，以容器失穩(wěn)時的壓力稱臨界壓力，以Pcr表示。表示。 圓筒體臨界壓力的計算圓筒體臨界壓力的計算 長圓筒臨界壓力長圓筒臨界壓力 (3)Doe 短圓筒臨界壓力短圓筒臨界壓力GB鋼制壓力容器40Pcr=2.59E DoLDoe5.2)(圓筒的臨界長度圓筒的臨界長度:3)DoeDoLDoe5 . 2)(2.2E( 得得 ： L

35、cr=1.17D D/e 臨界長度是長、短圓筒的分界線，也是計算臨界長度是長、短圓筒的分界線，也是計算臨界壓力選擇公式的的依據(jù)。當實際圓筒計臨界壓力選擇公式的的依據(jù)。當實際圓筒計算長度算長度LLcr屬長圓筒，若屬長圓筒，若LLcr則屬短圓則屬短圓筒。筒。GB鋼制壓力容器41L：計算長度（計算長度（GB150-1998 P.28 圖圖6-1）薄壁外壓球殼的臨界壓力式：薄壁外壓球殼的臨界壓力式：從薄壁殼體的穩(wěn)定性理論可以導得：從薄壁殼體的穩(wěn)定性理論可以導得： （/R）2 從設計角度，從設計角度，RiR e 并并取球殼的穩(wěn)定系數(shù)取球殼的穩(wěn)定系數(shù)所以所以,許用外壓力許用外壓力 P= Pcr/m=1.2

36、1(e/ Ri)2/14.52=0.0833E(e/ Ri)2的設計方法：的設計方法：GB鋼制壓力容器421)外壓園筒外壓管子：（節(jié)）外壓園筒外壓管子：（節(jié)）a）D0/e20的園筒和管子；是薄壁圓筒，周的園筒和管子；是薄壁圓筒，周向失穩(wěn)在先，所以只校核周向失穩(wěn)。向失穩(wěn)在先，所以只校核周向失穩(wěn)。b）D0/e20的園筒和管子；是厚壁圓筒，周的園筒和管子；是厚壁圓筒，周向失穩(wěn)與強度失效都要算，在向失穩(wěn)與強度失效都要算，在GB150-1998 P.29 （6-4）式前一項是考慮周向失穩(wěn)時，）式前一項是考慮周向失穩(wěn)時，其許用外壓力；后一項是考慮到壓縮強度失效其許用外壓力；后一項是考慮到壓縮強度失效其許用

37、外壓力；二者取其小值。其許用外壓力；二者取其小值。 2）外壓球殼的計算：半球形封頭；橢圓）外壓球殼的計算：半球形封頭；橢圓封頭（節(jié)）封頭（節(jié)）GB鋼制壓力容器43四四.封頭：封頭：1.橢圓封頭的設計：（節(jié)）橢圓封頭的設計：（節(jié)） 從承受內(nèi)壓橢圓殼體的應力分析可知從承受內(nèi)壓橢圓殼體的應力分析可知,橢圓封橢圓封頭上各點的應力是不等的頭上各點的應力是不等的(因為各點的曲率半徑不因為各點的曲率半徑不一樣一樣),它與各點的座標它與各點的座標(X,Y)有關(guān)有關(guān),并與封頭長短并與封頭長短軸之比軸之比a/b有關(guān)有關(guān). 對標準橢圓封頭對標準橢圓封頭a/b=2 , 在封頭頂點在封頭頂點: t =Z =Pa/ 在封

38、頭底邊在封頭底邊: t =-Pa/; Z= Pa/2GB鋼制壓力容器44可以這樣理解可以這樣理解:橢圓封頭最大應力在封頭頂部橢圓封頭最大應力在封頭頂部t = Pa/其值相當于直徑其值相當于直徑D=2a的球形封頭應力的二的球形封頭應力的二倍倍,但從設計角度講但從設計角度講,要考慮到封頭和筒體連接處要考慮到封頭和筒體連接處的邊緣應力的邊緣應力,這個包括邊緣應力在內(nèi)的總應力為封這個包括邊緣應力在內(nèi)的總應力為封頭頂部薄膜應力的頭頂部薄膜應力的K倍倍.所以所以,橢圓封頭最大總應力橢圓封頭最大總應力即為球殼的即為球殼的2K倍倍 所以所以= CticPDKP5 . 02為了使這部分殼體不致于失穩(wěn)，對于為了使

39、這部分殼體不致于失穩(wěn)，對于K1的橢圓形的橢圓形封頭，其有效厚度應不小于封頭內(nèi)直徑的封頭，其有效厚度應不小于封頭內(nèi)直徑的0.15%。K1的橢圓形封頭的有效厚度應不小于的橢圓形封頭的有效厚度應不小于0.30%Di。GB鋼制壓力容器452.碟形封頭的設計：（節(jié)碟形封頭的設計：（節(jié)） 碟形封頭是由三部分組成。第一部分是以半徑碟形封頭是由三部分組成。第一部分是以半徑為為Ri的球面部分，第二部分是以半徑為的球面部分，第二部分是以半徑為Di/2的的圓形部分，第三部分是連接這兩部分的過渡區(qū)，圓形部分，第三部分是連接這兩部分的過渡區(qū)，其曲率半徑為其曲率半徑為r。Ri與與r均以內(nèi)表面為基準。均以內(nèi)表面為基準。 由

40、于第一部分與第三部分是兩個不同的曲由于第一部分與第三部分是兩個不同的曲面，故在交點處曲率半徑有一個突然的面，故在交點處曲率半徑有一個突然的變化，在變化，在b點處不僅由內(nèi)壓引起的拉應力，點處不僅由內(nèi)壓引起的拉應力，還有邊緣力矩引起的邊緣彎曲應力；在過還有邊緣力矩引起的邊緣彎曲應力；在過渡區(qū)和圓筒部分交界點渡區(qū)和圓筒部分交界點a處也有緣應力存在，處也有緣應力存在，其邊緣應力的大小與其邊緣應力的大小與Di/r有關(guān)。當有關(guān)。當r/Di之比之比值愈小，即曲率變化愈厲害，則邊緣應力值愈小，即曲率變化愈厲害，則邊緣應力愈大。愈大。 GB鋼制壓力容器46標準規(guī)定碟形封頭球面部分的半徑應不大于封頭標準規(guī)定碟形封

41、頭球面部分的半徑應不大于封頭的內(nèi)直徑。通常取的內(nèi)直徑。通常取Ri=（或（或1）Di，這樣碟形封頭，這樣碟形封頭球面部分的應力與圓筒切向應力球面部分的應力與圓筒切向應力t相近。即球面相近。即球面部分的厚度與圓筒厚度相近，便于制造部分的厚度與圓筒厚度相近，便于制造 .同時還規(guī)同時還規(guī)定碟形封頭過渡區(qū)半徑定碟形封頭過渡區(qū)半徑r不小于封頭內(nèi)直徑的不小于封頭內(nèi)直徑的10%，這樣就控制這樣就控制r/Di的大小，也就控制了邊緣應力大的大小，也就控制了邊緣應力大小。為了計算方便以球頂部分應力為基礎，乘以小。為了計算方便以球頂部分應力為基礎，乘以折邊部分的形狀系數(shù)折邊部分的形狀系數(shù)M，得出碟形封頭的強度計，得出

42、碟形封頭的強度計算公式。算公式。 =MPR/2考慮焊接接頭系數(shù)考慮焊接接頭系數(shù)，并用，并用R=Ri+代入上式，簡化代入上式，簡化后得后得:GB鋼制壓力容器47 = CticPRMP5 . 023.球冠形封頭的設計：（球冠形封頭的設計：（7.1 .4節(jié)）節(jié)）由于無過渡區(qū)，在連接邊緣有較大邊緣應力，由于無過渡區(qū)，在連接邊緣有較大邊緣應力，要求封頭與筒體聯(lián)接處采用全焊頭結(jié)構(gòu)，計要求封頭與筒體聯(lián)接處采用全焊頭結(jié)構(gòu)，計算公式以圓筒公式為基礎，計入球殼與筒體算公式以圓筒公式為基礎，計入球殼與筒體聯(lián)接處的局部應力。聯(lián)接處的局部應力。 = CticPDQP2系數(shù)系數(shù)Q根據(jù)根據(jù)Ri/Di Pc/t來查取來查取G

43、B鋼制壓力容器484.錐殼：（節(jié)）錐殼：（節(jié)） 錐形封頭有軸對稱的無折邊錐封頭和折邊錐形錐形封頭有軸對稱的無折邊錐封頭和折邊錐形封頭以及非軸對稱的無折邊斜形封頭。封頭以及非軸對稱的無折邊斜形封頭。帶折邊的錐形封頭由三部分組成，即錐形部分、帶折邊的錐形封頭由三部分組成，即錐形部分、半徑為半徑為r或或rs的圓弧過渡部分和圓筒部分的圓弧過渡部分和圓筒部分過渡部分是為了降低邊緣應力過渡部分是為了降低邊緣應力GB鋼制壓力容器49對于軸對稱的錐形封頭大端對于軸對稱的錐形封頭大端當錐殼半頂角當錐殼半頂角30時，可以采用無折邊結(jié)構(gòu)；時，可以采用無折邊結(jié)構(gòu)；當當30時，應采用帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu)時，應采用帶過渡段

44、的折邊結(jié)構(gòu);當當60時，按平蓋計算時，按平蓋計算.軸對稱內(nèi)壓無折邊錐形封頭軸對稱內(nèi)壓無折邊錐形封頭根據(jù)第一強度理論得根據(jù)第一強度理論得 1=t t=t2PDcos1將將D=Di+代入上式，并考慮焊縫系數(shù)代入上式，并考慮焊縫系數(shù) 得出錐形封頭的厚度計算公式得出錐形封頭的厚度計算公式 GB鋼制壓力容器50= CticPDP2cos1上式無折邊封頭適用于上式無折邊封頭適用于30時時 當無折邊封頭當無折邊封頭30時，邊緣彎曲應力較大，時，邊緣彎曲應力較大，錐體與筒體連接處應考慮另行加強或采用有折錐體與筒體連接處應考慮另行加強或采用有折邊錐形封頭。邊錐形封頭。2.軸對稱內(nèi)壓折邊錐形封頭。軸對稱內(nèi)壓折邊錐

45、形封頭。大端折邊錐形封頭厚度計算應包括兩部分大端折邊錐形封頭厚度計算應包括兩部分(1)過渡段壁厚過渡段壁厚GB鋼制壓力容器51 = CticPDKP5 . 02(2)與過渡段相接處的錐殼厚度與過渡段相接處的錐殼厚度 = CticPDfP5 . 02mm mm 與過渡相接的錐殼和圓筒的加強段厚度應與過與過渡相接的錐殼和圓筒的加強段厚度應與過渡段厚度渡段厚度相同。相同。 錐殼加強段的長度應不小于錐殼加強段的長度應不小于 cos/2rDis圓筒加強段的長度應不小于圓筒加強段的長度應不小于 rDis2GB鋼制壓力容器52受壓斜錐殼的強度計算見化工部頒發(fā)的受壓斜錐殼的強度計算見化工部頒發(fā)的HG20582

46、-1998鋼制化工容器強度計算規(guī)定鋼制化工容器強度計算規(guī)定。5平蓋：（節(jié)）平蓋：（節(jié)） max =0.309P(D/)2 最大應力在中心最大應力在中心(簡支簡支) max =0.188P(D/)2 最大應力在周邊最大應力在周邊(固支固支)； GB鋼制壓力容器53max =KPD2/2 tp= tKPcDc五開孔補強：五開孔補強： 1開孔補強的理論基礎：開孔補強的理論基礎：1.在容器上或封頭上開孔會引起如下三方面問題：在容器上或封頭上開孔會引起如下三方面問題： a）由于開孔而引起殼體承載面積的削弱；）由于開孔而引起殼體承載面積的削弱； b）由于開孔而在孔邊引起應力集中；）由于開孔而在孔邊引起應力

47、集中； c）由于開孔，殼體和接管分別引起不不連）由于開孔，殼體和接管分別引起不不連續(xù)應力。續(xù)應力。 GB鋼制壓力容器542）等面積補強的基本出發(fā)點：）等面積補強的基本出發(fā)點： a）對于內(nèi)壓殼體，因開孔而引起殼體所削弱的）對于內(nèi)壓殼體，因開孔而引起殼體所削弱的承載面積，要求在承載面積，要求在“補強有效區(qū)補強有效區(qū)”內(nèi)，補充以同內(nèi)，補充以同樣數(shù)量的補截面積；樣數(shù)量的補截面積； b）對于外壓殼體或平封頭，因開孔而引起殼體）對于外壓殼體或平封頭，因開孔而引起殼體或平封頭所削弱的承載抗彎斷面模量或平封頭所削弱的承載抗彎斷面模量EJ，要求在，要求在“補強有效區(qū)補強有效區(qū)”內(nèi)，補充以同樣數(shù)量的抗彎斷面內(nèi)，補

48、充以同樣數(shù)量的抗彎斷面模量，但為了計計算方便與統(tǒng)一，均換算成截面模量，但為了計計算方便與統(tǒng)一，均換算成截面積的形式進行。積的形式進行。2等面積補強設等面積補強設 計：計：GB鋼制壓力容器551.開孔削弱面積開孔削弱面積A 內(nèi)壓圓筒體與球殼內(nèi)壓圓筒體與球殼 A=d+2et(1-fr) 式中式中d考慮腐蝕后的開孔直徑考慮腐蝕后的開孔直徑d=di+2Cet接管名義厚度接管名義厚度C壁厚附加量壁厚附加量fr強度削弱系數(shù)，等于設計溫度下接管材強度削弱系數(shù)，等于設計溫度下接管材料與殼體材料許用應力之比，當該比值大于時，料與殼體材料許用應力之比，當該比值大于時，取取fr。殼體開孔處計算厚度殼體開孔處計算厚度

49、GB鋼制壓力容器56對于橢圓形封頭，開孔位于以封頭極點為中心的對于橢圓形封頭，開孔位于以封頭極點為中心的80%封頭內(nèi)直徑范圍內(nèi)封頭內(nèi)直徑范圍內(nèi)=PK1Di/2t，K1折算折算系數(shù)，查表系數(shù)，查表7-2錐殼錐殼計算是以殼體開孔處內(nèi)直徑代替錐殼計算厚計算是以殼體開孔處內(nèi)直徑代替錐殼計算厚度中的度中的Dc外壓圓筒體與球殼開孔削弱面積外壓圓筒體與球殼開孔削弱面積A是外壓圓筒體是外壓圓筒體與球殼與球殼1/2平板蓋開孔補強平板蓋開孔補強:平蓋開孔直徑平蓋開孔直徑p GB鋼制壓力容器571.補強范圍補強范圍2.補強金屬面積補強金屬面積采用補強圈結(jié)構(gòu)補強時，應遵循以下規(guī)定：采用補強圈結(jié)構(gòu)補強時，應遵循以下規(guī)定：鋼材的標準抗拉強度鋼材的標準抗拉強度b540MPa；2.補強圈厚度應小于或等于補強圈厚度應小于或等于n 3.殼體名義厚