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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，mm δd——圆筒设计厚度，mm pc——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≤1.0 C2——腐蚀裕量，mm 2.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??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。该类型封头的应力分布均匀，且同等条件下封头壁厚与圆筒体壁厚大致相等，便于焊接，经济合理，因此GB150—2011推荐采用标准椭圆形封头。 厚度设计计算式： 校核计算式： 式中 K——椭圆形封头形状系数。对于标准椭圆形封头，取K=1 δe——椭圆形封头的有效厚度，mm 封头设计参数的确定方法与圆筒体确定方法相同。 三、设计参数的确定 根据给定的工艺条件，确定式中各参数。 （1）设计压力p 指设定的容器顶部的最高工作压力，设计压力应标在容器的铭牌上。 （2）工作压力pw 指正常操作情况下容器顶部可能出现的最高压力。 （3）计算压力pc 即在相应的设计温度下，用以确定容器元件厚度的压力，计算压力pc等于设计压力加上容器工作时所承受的液柱静压力，当元件各部位的液柱静压力小于5%的设计压力时，也可忽略不计。 容器的设计压力可参照以下方法确定。 ①当容器上装有安全阀时，设计压力应大于等于安全阀的开启压力，取开启压力为1.05～1.1倍的工作压力；当容器上装有爆破片装置时，容器的设计压力与爆破片的形式、载荷的性质及爆破片的制造精度等因素有关，具体数值可按GB150—2011的有关规定进行确定。 ②当容器系统中装有安全控制装置，而单个容器上无安全控制装置且各个容器之间的压力难以确定时，其设计压力可按表1-8确定。 表1-8 设计压力 单位：MPa ③盛装液化气体或混合液化石油气的容器，设计压力可按表1-9确定。 表1-9 常见盛装液化气体或混合液化石油气容器的设计压力 注：p50为混合液化石油气50℃时的饱和蒸气压，表中的1.94、1.62、0.58分别为丙烯、丙烷、己丁烷50℃时的饱和蒸气压。 （4）设计温度 指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面温度的平均值），用T表示。容器的设计温度可参照以下原则确定： ①容器内介质被热载体或冷载体直接加热时，设计温度按表1-10确定。 表1-10 设计温度 ②容器内壁与介质直接接触且有外保温时，设计温度按表1-11确定。 表1-11 设计温度 单位：℃ ③容器内介质用蒸气直接加热或被内置加热元件（如加热盘管、电热元件等）间接加热时，其设计温度取被加热介质的最高工作温度。 ④液化气用压力容器当设计压力确定后，其设计温度就是与其对应的饱和蒸气的温度。 ⑤储存用压力容器（包括液化气储罐）当壳体温度仅由大气环境条件确定时，其设计温度可取该地区历年来月平均气温的最低值，或据实计算。 （5）许用应力[σ] 容器壳体、封头等受压元件所用材料的许用强度，是由材料的各极限应力除以相应的安全系数来确定的。各国标准规范中所规定的安全系数均