a)典 型 卧 式 容 器 的 总 件 结 构(b)结 构 的 基 本 部 件 分 解 弹性失效设计准则弹性失效理论：容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下屈服点，容器即失效强度条件：将二向与三向应力状态转换成相当于单向拉伸应力状态的相当应力，建立强度条件 1PD/2S 1mPD/2S 1rPD/2S 一、强度计算公式 按第三强度理论：考虑焊缝系数 再考虑腐蚀裕量厚度设计参数按厚度设计参数按GBl50-1998GBl50-1998中规中规定取值设计压力、设计压力、设计温度、设计温度、许用应力、许用应力、焊接接头系数焊接接头系数 厚度附加量等参数的选取厚度附加量等参数的选取设计压力设计压力:相应设计温度下确定壳相应设计温度下确定壳壁厚度的压力，亦即标注在铭壁厚度的压力，亦即标注在铭牌上的容器设计压力其值稍牌上的容器设计压力其值稍高于最大工作压力高于最大工作压力最大工作压力：是指容器顶部在最大工作压力：是指容器顶部在工作过程中可能产生的最高压工作过程中可能产生的最高压力（表压）力（表压）v使用安全阀时设计压力不小于安全阀开启压使用安全阀时设计压力不小于安全阀开启压力或取最大工作压力倍；力或取最大工作压力倍；v使用爆破膜根据其型式，一般取最大工作压使用爆破膜根据其型式，一般取最大工作压力的倍作为设计压力。
力的倍作为设计压力容器内盛有液体，若其静压力不超过最大工作容器内盛有液体，若其静压力不超过最大工作压力的压力的5 5，则设计压力可不计入静压力，否，则设计压力可不计入静压力，否则，须在设计压力中计入液体静压力则，须在设计压力中计入液体静压力此外，某些容器有时还必须考虑重力、风力、此外，某些容器有时还必须考虑重力、风力、地震力等载荷及温度的影响，这些载荷不直接地震力等载荷及温度的影响，这些载荷不直接折算为设计压力，必须分别计算折算为设计压力，必须分别计算选择材料和许用应力的确定直接选择材料和许用应力的确定直接有关设计温度指容器正常工作中，在设计温度指容器正常工作中，在相应的设计条件下，金属器壁相应的设计条件下，金属器壁可能达到的最高或最低温度可能达到的最高或最低温度器壁温度通过换热计算器壁温度通过换热计算v不被加热或冷却，筒内介质最高不被加热或冷却，筒内介质最高或最低温度或最低温度v用蒸汽、热水或其它载热体加热用蒸汽、热水或其它载热体加热或冷却，载体最高温度或最低温度或冷却，载体最高温度或最低温度v不同部位出现不同温度分别计算不同部位出现不同温度分别计算 n0许用应力是以材料的各项强度数据许用应力是以材料的各项强度数据为依据，合理选择安全系数为依据，合理选择安全系数n得出得出的。
的抗拉强度、屈服强度，蠕变强度、抗拉强度、屈服强度，蠕变强度、疲劳强度取其中最低值疲劳强度取其中最低值当设计温度低于当设计温度低于0时，取时，取20时时的许用应力的许用应力焊接削弱而降低设计许用应力的系数焊接削弱而降低设计许用应力的系数根据接头型式及无损检测长度比例确定根据接头型式及无损检测长度比例确定焊接接头形式焊接接头形式无损检测的长度比例无损检测的长度比例100%100%局部局部双面焊对接接头或相当双面焊对接接头或相当于双面焊的对接接头于双面焊的对接接头1.01.00.850.85单面焊对接接头或相当单面焊对接接头或相当于单面焊的对接接头于单面焊的对接接头0.90.90.80.8符合符合压力容器安全技术检察规程压力容器安全技术检察规程才允许作局部无损探才允许作局部无损探伤抽验长度不应小于每条焊缝长度的伤抽验长度不应小于每条焊缝长度的20满足强度要求的计算厚度之外，额外增加的厚满足强度要求的计算厚度之外，额外增加的厚度量，包括由钢板负偏差度量，包括由钢板负偏差(或钢管负偏差或钢管负偏差)Cl、腐蚀裕量腐蚀裕量 C2，即，即 C Cl十十 C2厚度厚度22.22.52.83.03.23.53.84 4.55.5 负偏差负偏差 0.13 0.14 0.150.160.18 0.2 0.2 厚度厚度6782526303234 36404250 5260 负偏差负偏差0.60.8 0.91 1.11.21.3 腐蚀裕量腐蚀裕量C2应根据各种钢材在不同介质中的腐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。
蚀速度和容器设计寿命确定塔类、反应器类容器设计寿命一般按塔类、反应器类容器设计寿命一般按20年考虑，年考虑，换热器壳体、管箱及一般容器按换热器壳体、管箱及一般容器按10年考虑腐蚀速度腐蚀速度a(a(包括大气腐蚀包括大气腐蚀)时：时：碳素钢和低合金钢单面腐蚀碳素钢和低合金钢单面腐蚀C C2 21mm1mm，双面腐蚀，双面腐蚀取取C C2 22mm2mm，当腐蚀速度当腐蚀速度a a时，单面腐蚀取时，单面腐蚀取C C2 22mm2mm，双，双面腐蚀取面腐蚀取C C2 24mm4mm不锈钢取不锈钢取C C2 20 0氢脆、碱脆、应力腐蚀及晶间腐蚀等，增氢脆、碱脆、应力腐蚀及晶间腐蚀等，增加腐蚀裕量不是有效办法，而应根据情况加腐蚀裕量不是有效办法，而应根据情况采用有效防腐措施采用有效防腐措施工艺减薄量，可由制造单位依据各自的加工艺减薄量，可由制造单位依据各自的加工工艺和加工能力自行选取，设计者在图工工艺和加工能力自行选取，设计者在图纸上注明的厚度不包括加工减薄量纸上注明的厚度不包括加工减薄量22CppDtid设计压力较低的容器计算厚度很薄设计压力较低的容器计算厚度很薄大型容器刚度不足，不满足运输、安装。
大型容器刚度不足，不满足运输、安装限定最小厚度以满足刚度和稳定性要求限定最小厚度以满足刚度和稳定性要求壳体加工成形后不包括腐蚀裕量最小厚度壳体加工成形后不包括腐蚀裕量最小厚度Smin：a.a.碳素钢和低合金钢制容器不小于碳素钢和低合金钢制容器不小于3mm 3mm b b对高合金钢制容器，不小于对高合金钢制容器，不小于2mm2mm 1.进行压力试验的原因：进行压力试验的原因：制造加工过程不完善，导致不安全，发生过制造加工过程不完善，导致不安全，发生过大变形或渗漏大变形或渗漏最常用的压力试验方法是液压试验最常用的压力试验方法是液压试验也可用不会发生危险的其它液体常温水也可用不会发生危险的其它液体 试验时液体的温度应低于其闪点或沸点试验时液体的温度应低于其闪点或沸点2.2.不适合作液压试验，不适合作液压试验，如装入贵重催化剂要求内部烘干，如装入贵重催化剂要求内部烘干，或容器内衬耐热混凝土不易烘干，或容器内衬耐热混凝土不易烘干，或由于结构原因不易充满液体的容或由于结构原因不易充满液体的容器以及容积很大的容器等，器以及容积很大的容器等，可用气压试验代替液压试验可用气压试验代替液压试验试试验验类类型型试验压力试验压力强度条件强度条件说明说明 备注备注液液压压试试验验 (4-15)（4-18)立式容器卧置进立式容器卧置进行水压试验时，行水压试验时，试验压力应取立试验压力应取立置试验压力加液置试验压力加液柱静压力。
柱静压力压力试验时，压力试验时，由于容器承由于容器承受的压力受的压力pT 高于设计压高于设计压力力p，故必，故必要时需进行要时需进行强度效核强度效核气气压压试试验验 (4-16）(4-19)pT-试验压力，试验压力，MPa；p-设计压力，设计压力，MPa；一试验温度下的材料许用应力，一试验温度下的材料许用应力，MPa；T 一设计温度下的材料许用应力，一设计温度下的材料许用应力，MPa 液压试验时水温不能过低液压试验时水温不能过低(碳素钢、碳素钢、16MnR不不低于低于5，其它低合金钢不低于，其它低合金钢不低于15)，外壳应，外壳应保持干燥保持干燥设备充满水后，待壁温大致相等时，缓慢升设备充满水后，待壁温大致相等时，缓慢升压到规定试验压力，稳压压到规定试验压力，稳压30min，然后将压力，然后将压力降低到设计压力，保持降低到设计压力，保持30min以检查有无损坏，以检查有无损坏，有无宏观变形，有无泄漏及微量渗透有无宏观变形，有无泄漏及微量渗透水压试验后及时排水，用压缩空气及其它惰水压试验后及时排水，用压缩空气及其它惰性气体，将容器内表面吹干性气体，将容器内表面吹干例题例题4-24-2：某化工厂欲设计一台石油气分离工程：某化工厂欲设计一台石油气分离工程中的乙烯精馏塔。
工艺要求为塔体内径中的乙烯精馏塔工艺要求为塔体内径D Di i=600mm=600mm；设计压力设计压力p p；工作温度；工作温度t t-3-3-20-20试选择塔体材料并确定塔体厚度塔体材料并确定塔体厚度解析：由于石油气对钢材腐蚀不大，温度在解析：由于石油气对钢材腐蚀不大，温度在-2020以上，承受一定的压力，故选用以上，承受一定的压力，故选用16MnR16MnR根根据式据式(4-12)(4-12)式中式中pMPa；Di=600mm；170MPa =0.8(表表4-9)；C2=1.0 mm 得：得：22CppDtidmmd89.50.12.28.017026002.2 水水压压试试验验时时的的应应力力16MnR16MnR的屈服限的屈服限 s s=345MPa=345MPa（附录表（附录表6 6）水压试验时满足强度要求水压试验时满足强度要求sT9.0封头又称端盖其分类封头又称端盖其分类受内压球形封头计算壁厚与球壳相同受内压球形封头计算壁厚与球壳相同球形封头壁厚可较圆筒壳减薄一半球形封头壁厚可较圆筒壳减薄一半但为焊接方便以及降低边缘压力，半但为焊接方便以及降低边缘压力，半球形封头常和筒体取相同的厚度。
球形封头常和筒体取相同的厚度半椭球和高度为半椭球和高度为h的短圆筒的短圆筒(通称直通称直边边)两部分构成，两部分构成，直边保证封头制造直边保证封头制造质量和避免边缘应质量和避免边缘应力作用计算厚度计算厚度K K-椭圆形封头形状系数，椭圆形封头形状系数，标准椭圆形封头标准椭圆形封头(长短长短轴之比值为轴之比值为2)2)，K=1K=1壁厚计算公式：壁厚计算公式：22261iihDK 忽略分母上微小差异，大多数椭圆封头壁厚与筒忽略分母上微小差异，大多数椭圆封头壁厚与筒体同，或比筒体稍厚体同，或比筒体稍厚国家标准规定：国家标准规定：K1的椭圆形封头的的椭圆形封头的Di，K1的椭圆形封头的的椭圆形封头的Di,但确定封头厚度时，已考虑但确定封头厚度时，已考虑了内压下的弹性失稳问题，可不受此限制了内压下的弹性失稳问题，可不受此限制标准椭圆形封头的直边高度由表标准椭圆形封头的直边高度由表4-15确定封头封头材料材料碳素钢、普低钢、碳素钢、普低钢、复合钢板复合钢板不锈钢、耐酸钢不锈钢、耐酸钢 封头封头壁厚壁厚48 101820 39101820 直边直边高度高度254050254050 当碟形封头的球面内半径Ri，过渡圆弧内半径时称标准碟形封头。
此时，壁厚计算式：封头与筒体可用法兰联结，也可用焊接联结降低凸形封头高度，将降低凸形封头高度，将碟形封头的直边及过圆碟形封头的直边及过圆弧部分去掉，只留下球弧部分去掉，只留下球面部分也称无折边球面部分也称无折边球形封头主要用作容器中两独立主要用作容器中两独立受压室的中间封头，也受压室的中间封头，也可作端封头可作端封头v广泛用于化工设备广泛用于化工设备(如蒸发器、喷如蒸发器、喷雾干燥器、结晶器及沉降器等雾干燥器、结晶器及沉降器等)的的底盖底盖v便于收集与卸除设备中的固体物便于收集与卸除设备中的固体物料v塔设备上、下部分的直径不等，塔设备上、下部分的直径不等，也常用锥形壳体连接，称为变径段也常用锥形壳体连接，称为变径段适用于锥壳半锥角适用于锥壳半锥角a a 30300 01 1、锥壳大端、锥壳大端 a.a.查图查图4-154-15，大端是否须加强，大端是否须加强c.需加强，以降低联接需加强，以降低联接处的局部应力锥壳处的局部应力锥壳加强段和圆筒加强段加强段和圆筒加强段厚度相同厚度相同 Q为锥壳与圆筒联接处为锥壳与圆筒联接处的应力增值系数，查的应力增值系数，查图图4-18 pQpDtir2acos5.021riDLriDL5.02 acos12ppDtis pQpDtisr2acos1risDL Q为锥壳为锥壳与圆筒与圆筒联接处联接处的应力的应力增值系增值系数，查数，查图图4-18risDL图图418 锥体小端与圆筒体连接处的锥体小端与圆筒体连接处的Q值图值图 锥壳厚度锥壳厚度（4-27）（4-28）（4-29）（4-30）统一厚度统一厚度 acosppDti12 acos12ppDtis pQpDtir2 pQpDtisr21 1、锥壳大端、锥壳大端 a.a.过渡段的计算壁厚过渡段的计算壁厚 pKpDti5.02 pfpDti5.02 2、锥壳小端、锥壳小端a.a.半锥角半锥角a a 45450 0，小，小端无折边计算同前端无折边计算同前b.b.小端有折边，过渡小端有折边，过渡段厚度按（段厚度按（4-294-29）确定，确定，值查图值查图4-4-1919。
c.c.半锥角半锥角a a45450 0，小，小端过渡段厚度仍按端过渡段厚度仍按（4-14-1）确定，）确定，值值查图查图4-184-18acos1risDLrisDL锥形封头的小端与锥形封头的小端与接口管相连，一般接口管相连，一般不加过渡弧，但接不加过渡弧，但接口管应增厚，厚度口管应增厚，厚度取锥体厚度，加厚取锥体厚度，加厚的长度：的长度：isD.l50v化工设备常用的一种封头化工设备常用的一种封头v圆形、椭圆形、长圆形、矩形和方形等，圆形、椭圆形、长圆形、矩形和方形等，v相同相同(R RS)和受载下，薄板应力比薄壳大得和受载下，薄板应力比薄壳大得多，即平板封头比凸形封头厚得多多，即平板封头比凸形封头厚得多v平板封头结构简单，制造方便，在压平板封头结构简单，制造方便，在压力不高，直径较小的容器中采用承力不高，直径较小的容器中采用承压设备人孔、手孔以及在操作时需要压设备人孔、手孔以及在操作时需要用盲板封闭的地方，才用平板盖用盲板封闭的地方，才用平板盖v高压容器平板封头用得较为普遍高压容器平板封头用得较为普遍平板封头壁厚计算平板封头壁厚计算 平盖系数平盖系数K查表查表4-19 tcPKpD 工艺操作对封头形状无特殊要求。
工艺操作对封头形状无特殊要求球冠形封头、平板封头边缘应力较大，平球冠形封头、平板封头边缘应力较大，平板封头厚度较大，故不宜采用板封头厚度较大，故不宜采用理论上对凸形封头计算后，再确定封头型理论上对凸形封头计算后，再确定封头型式式 半球形封头受力最好，壁厚最薄、重量轻，半球形封头受力最好，壁厚最薄、重量轻，但深度大制造难，中、低压小设备不宜采但深度大制造难，中、低压小设备不宜采用；用；碟形封头深度可调节，适合于加工，但曲碟形封头深度可调节，适合于加工，但曲率不连续，局部应力，故受力不如椭圆形率不连续，局部应力，故受力不如椭圆形封头；封头；标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况比碟形封头好，故可采用标准椭圆形封头比碟形封头好，故可采用标准椭圆形封头p；Di=600mm；s20=170MPa；，；，C2=1.0mm 考虑钢板厚度负偏差，考虑钢板厚度负偏差，取取C（估计壁厚（估计壁厚6mm）代入并经圆整后用代入并经圆整后用dn=6mm钢板25.02CppDtid。