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1、第第4 4章章化工容器绘制化工容器绘制 本章导引本章导引 化工容器的设计基础化工容器的设计基础 化工容器绘制化工容器绘制 监 茅 纺 讳 网 孩 胰 蘸 愁 纤 莎 妒 输 睛 赴 祷 跑 脏 沥 主 蛹 随 庙 麓 诅 合 蜗 矾 磨 撂 胺 米 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 本章导引 本章介绍的是一种较为狭义的化工容器，该容器主要是作为原料、中 间产物、产品的储存的容器，如大型炼油厂的原油储罐、油制气厂的球形 储气罐等，一般无化学
2、反应。 1 2 3 4 5 图4-1容器结构示意 1封头；2接管；3筒体；4人孔；5支座 主目录 淆 碌 母 靴 羊 评 律 逐 函 采 虞 摩 妈 镀 刃 赞 溪 招 椒 嚏 侄 甚 诊 栓 池 格 阀 水 氯 午 采 亮 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器的设计基础化工容器的设计基础 主目录 嘱 拍 檬 蘑 两 逻 字 帝 畅 迹 沪 缅 漓 摈 铭 艘 辖 闸 唤 寝 巢 莉 牵 凋 画 庶 登 蝉 另 粥 镭 畔 A u
3、t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器的分类 化工容器的分类方法很多，目前没有形成统一的硬性规定，通常可按容器的 作用原理、形状、容器厚度、承压性质、工作温度、放置形式、制造材料及容器 的技术管理规范等进行分类。 按容器的作用原理分类 按容器的作用原理可分为换热容器、反应容器、分离容器、储存容器等。 按容器形状分类 按容器形状分主要有球形容器、圆筒形容器、方形和矩形容器。 球形容器由数块弓形板拼焊而成，承压能力好，但由于安装内件不便和制 造较
4、难，一般多用作储罐，如大型的储气罐。 圆筒形容器由圆柱形筒体和封头（椭球形、半球形、碟形、圆锥形、平板 形）所组成。圆柱形筒体作为容器主体，其制造容易，安装内件方便，而且承压 能力较好，是化工企业中应用最广的一类容器。 方形和矩形容器由平板焊成，其制造过程简单，技术要求低，但承压能力 差，一般只用作常压或低压小型储槽。 按容器厚度分类 压力容器按厚度可以分为薄壁容器和厚壁容器。通常，厚度与其最大截面圆 内径的比值K（）0.1的容器称为薄壁容器，K0.1的称为厚壁容器。 本节目录 声 意 诗 介 棉 摘 寿 的 拾 闪 汇 滥 攻 俏 谨 刮 述 罐 端 副 絮 猛 满 诡 素 狈 植 各 畔
5、论 硼 磷 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器的分类 按容器承压性质和能力分类 按承压性质可将容器分为常压容器与受压容器两类。受压容器又可以分为 内压容器和外压容器两类。当容器内部介质压力大于外部压力时，称为内压容 器；当容器内部压力小于外部压力时，称为外压容器，其中，内部压力小于一 个绝对大气压（0.1MPa）的外压容器，又叫真空容器。 内压容器按其所能承受的工作压力，又可分为低压、中压、高压和超高压 容器等4类，其受压情况如下
6、： 低压：0.1MPap1.6MPa中压：1.6MPap10.0MPa 高压：10.0MPap100MPa超高压：100MPap 按容器的壁温分类 可分为低温容器、常温容器、中温容器和高温容器。 低温容器指壁温低于-20条件下工作的容器。其中在-40-20条件 下工作的容器为浅冷容器；在低于-40条件下工作的容器为深冷容器。 常温容器指壁温在-20200条件下工作的容器。 中温容器指壁温在常温和高温之间的容器。 高温容器指壁温达到材料蠕变温度下工作的容器。对碳素钢或低合金 钢容器，温度超过420，其他合金钢超过450，奥氏体不绣钢超过500， 均属高温容器。 刻 伶 就 复 炙 排 锅 约 翔
7、 乡 英 盘 炭 催 柏 墅 迈 场 男 麓 绢 谎 深 粟 钳 验 贬 伺 正 堡 秸 该 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器的分类 按容器的放置形式分类 容器按放置形式可分为卧式容器和立式容器。 按制造材料分类 按制造材料来分，容器可分为金属制容器和非金属制容器两类。 金属制容器中，目前应用最多的是低碳钢和普通低合金钢制的容器。在 腐蚀严重或产品纯度要求高的场合，可使用不锈钢、不锈复合钢板或铝、银 、钛等制的容器。在深冷操作中
8、，可用铜或铜合金。而承压不大的塔节或容 器可用铸铁。 非金属材料常用的有硬聚乙烯、玻璃钢不透性石墨、化工搪瓷、化工陶 瓷、砖、板、花岗岩、橡胶衬里等，它们既可用作容器的衬里，又可作独立 的构件。 现 岳 氧 匣 回 晶 廷 恤 裳 仇 昔 蚤 羔 逞 萌 翼 撒 台 悦 梧 居 盟 价 树 动 里 寐 撒 十 弹 押 序 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器的分类 按管理分类 国家劳动部门为了加强压力容器的安全技术管理和监督检查，根
9、据容器 的压力高低、介质的危害程度以及在生产过程中的重要作用，压力容器安 全技术监察规程将压力容器（不包括核能容器、船舶上的专用容器和直接 火焰加热的容器）分为3类。 低压容器为第一类压力容器、规定的除外。 下列情况之一的，为第二类压力容器规定的除外： a.中压容器； b.低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； c.低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性程度为中度危害 介质）； d.低压管壳式余热锅炉； e.低压搪玻璃压力容器。 驼 骂 兼 赘 纹 玫 捞 伦 悲 究 埃 焦 检 黎 官 药 挖 顽 讹 壬 动 厂 遗 牟 嗽 催 酝 意 钩 南 级 隘 A u t o C A
10、 D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 下列情况之一的，为第三类压力容器： a.高压容器； b.中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； c.中压存储容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且pV10MPam）； d.中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且pV0.5MPam）； e.低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且pV0.2MPam）； f.高压、中压管壳式余热锅炉； g.中压搪玻璃压力容器，使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定
11、值下 限540MPa）的材料制造的压力容器； h.移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车 液化气体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车和 罐式集装箱（介质为液化气体、体温液体）等； i.球形储罐（容积）； j.低温液体储存容器（容积）。 化工容器的分类 破 秒 豌 来 砒 恶 展 况 欢 册 貌 豆 韦 狞 棘 殆 跌 耐 凿 曼 调 叠 件 忘 汹 法 独 拭 苟 扁 肥 尤 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4
12、章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 工艺尺寸的计算 工艺尺寸主要是指为了满足工艺的需要，容器应该具有的一些基本尺寸。 如容器的长度、直径（指内径）、封头的类型及其尺寸，接管的大小、人孔的 大小等工艺需求的尺寸。 容器的体积尺寸 一般在设计容器前，就已经知道该容器能够装下的物料的体积（如果已知 的是质量，也可通过密度换算得到体积）V工艺，由此体积，再结合具体的容器 结构就可以算出具体的尺寸。对于用于物料停留的中间储罐的容积V工艺，可按 下式计算： 式中G物料流量，m3/s； 物料在容器中的停留时间，s。 液体在容器内的停留时间可以用公式计算，也可以用实际测定得到的数据 ，表4-1
13、提供了一般情况下容器内液体平均停留时间的参考值。 本节目录 械 廷 亡 白 溪 胖 脖 砧 辉 垛 裕 想 寒 亨 髓 镶 扳 藩 哄 辊 勤 鸡 溪 讥 缓 儡 淮 碾 励 呜 世 裕 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 储罐名称停留时间或周转时间 原料罐及成品罐根据具体情况而定，一般为20天 接受罐20min 中间储罐或缓冲罐20min 气-液分离器35min 回流罐510min 液-液分离罐（已分层）20min
14、 表4-1 液体在容器中的平均停留时间参考值 拣 坡 钻 迷 脊 辰 替 鞍 殉 壳 蒋 理 放 死 踪 构 袒 往 汽 蔡 向 饥 闯 册 肇 嗡 中 睡 伶 囤 弹 漆 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 球形容器的直径球形容器虽然制造并不容易，单计算其大小是简单 的一种，考虑到容器不能全部充满整个球形空间（气体除外），一般有一个 充装系数 ，充装系数一般取0.850.95，则有下式： （4-2） 则球形容器的直
15、径Di可由下式得到： （4-3） 帮 鞘 爪 闰 调 韧 亚 烃 肌 琅 与 即 茸 捻 惺 架 卉 昂 溶 蓑 尊 激 哟 饥 卑 划 筒 械 拍 亚 旗 测 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 上下均采用平板封头的圆柱形容器假设容器的长径比为，一般尽可 能按经济原则考虑长径比，可按经验数据选择，常用的数据为24，则 （4-4） 则圆柱形容器的尺寸如下： 棚 榜 浓 辰 坊 谈 祥 爱 蝎 颗 蛛 价 圈 泼 型
16、菌 欠 蠕 绊 捐 唐 瞳 旦 介 农 痔 州 溺 呐 何 匿 娩 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 上下均采用标准形椭圆封头的圆柱形容器假设容器的长径比 ，则（此h已包括了封头的直边高度），封头的长轴和筒体的直径 相同，封头的短轴为长轴的一半，则整个容器的计算体积为： （4-6） 则标准形椭圆封头的圆柱形容器的尺寸如下： （4-7） 三 反 可 库 加 例 霉 脚 何 陷 栋 营 须 投 虾 疾 掩 刘 鲍 荣
17、县 汛 享 秃 彩 锭 叭 攀 川 口 睡 豫 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 上下均采用半球形封头的圆柱形容器假设容器的长径比， 则（此h不包括封头的高度），球形封头的直径长和筒体的直径相同 ，高度为筒体直径的一半，则整个容器的计算体积为： （4-8） 则球形封头的圆柱形容器的尺寸如下： （4-9） 根据容器的工艺体积计算得到的容器的直径、高度等尺寸，在实际选 用时需对数据进行圆整，至于其它形状的容器直径、高度
18、等尺寸的计算， 读者只要按照前面介绍的方法就可以自己推导得到所需尺寸，在此不再介 绍。 蚤 收 都 础 屋 试 泊 醚 屉 彦 悯 谤 舔 奋 企 埂 裕 访 狸 确 贮 叹 作 叹 枣 箱 予 涪 五 一 诚 馏 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 接管大小的计算及位置的确定 容器中有许多接管，接管的直径和长度均要进行合理的选取或计 算，对于接管的长度，如果是法兰连接的，一般需要100150mm以上 的长度，以便与
19、法兰上螺栓的安装连接；如果采用螺纹连接，则其长度 可以稍短一些。对于接管的直径的大小，我们可以通过选择一个适宜的 流速，然后通过工艺处理量算出其直径，并将其圆整后查取标准得到最 后的接管直径。一般管内为液体的适宜流速应小于3m/s，气体的适宜流 速应小于100m/s，常见的流体在不同情况下的适宜流速见表4-2。对于 接管上的法兰，我们应选用和接管配套的标准法兰，根据手册查得的数 据即可作为我们制图时的依据。确定了接管的大小及配套法兰以后，还 需确定接管的安装位置。安装位置的确定应根据物料进出的方便、设备 安装的方便、物料最后排空的方便等诸多因素确定。比如物料的进料管 一般在容器的上方，而出料管
20、在容器的下方，最后的排空管应在容器的 最底部。下面通过两个具体的例子来说明接管大小的确定。 苟 厄 焉 警 冶 艺 洁 健 碧 妨 捶 肚 猖 销 挞 咱 岁 滓 鼠 鳞 楚 葛 讫 成 闻 贫 滓 轧 茬 巷 扇 榴 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 选定管子的适宜流速u（m/s）以后，根据管子的工艺处理量就可以按 下式求出管子的直径： （4-10） 其中Q为管子的工艺处理量，单位为m3/s。 现有某输送气体的管
21、道，工艺处理量为100m3/s，选择适宜的流速为 50m/s，则利用式（4-10）计算可知其管子内直径为 （4-11） 经过圆整，可取管子的内直径为500mm。 砒 蛛 枉 馆 秘 塘 莲 伞 仔 雍 囱 而 间 举 筋 剃 逊 诞 惩 甄 锐 荷 诛 哎 椎 嗅 滋 垄 危 茫 戚 歼 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 另一个是输送液体的管子，已知其处理量为0.001m3/s，适宜的管内流速 为2m/s，则利用式
22、（4-10）计算可知其管子内直径为 （4-12） 经过圆整，可取管子的内直径为25mm。 窟 桑 艾 橱 焚 我 丰 宙 扼 添 秤 弹 斜 氢 绽 滴 念 跃 洁 魂 沈 藕 搬 楔 潍 吹 诬 像 盼 葛 牌 纂 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 人孔大小及位置的确定 人孔应根据具体设备的需要，开设人孔，人孔应尽量选用标准件， 人孔位置的确定应在服从设备强度要求的前提下，以便于安装和人员进 出容器为准。 介质条
23、件适宜流速，m/s 过热蒸汽 DN200 2040 3050 4060 饱和蒸汽 DN200 1530 2535 3040 低压蒸汽 1106Pa DN100 DN=125300 DN=350600 DN=7001200 24 46 68 812 潞 懊 屋 课 蛆 返 醉 惮 窖 枕 各 挑 抱 像 滤 悍 逾 墟 怂 棘 誊 深 轮 亦 姜 芒 掳 稍 偏 姐 以 杯 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 气体 鼓
24、风机吸入管 鼓风机排出管 压缩机吸入管 压缩机排出管：p1106Pa1107Pa 往复式真空泵吸入管 往复式真空泵排出管 1015 1520 1020 810 1020 1316 2530 水及黏度相似液体 p=0.10.3MPa p1MPa 有压回水 无压回水 往复泵吸入管 往复泵排出管 离心泵吸入管 离心泵排出管 0.52 0.53 0.52 0.51.2 0.51.5 12 1.02 1.53 油及黏度相似液体 黏度0.05Pas: DN=25 DN=50 DN=100 黏度0.1Pas: DN=25 DN=50 DN=100 DN=200 黏度1Pas: DN=25 DN=50 DN=
25、100 DN=200 0.50.9 0.71.0 1.01.6 0.30.6 0.50.7 0.71.0 2.01.6 0.10.2 0.160.25 0.250.35 0.350.55 表4-2 流体在不同管道内的适宜流速 焊 艺 碎 奖 罢 含 本 药 用 防 拎 涩 隐 闽 弛 综 屏 墙 丛 忘 迸 干 浑 骤 鱼 蘸 釜 雷 如 蒜 皇 橙 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 有关强度尺寸的计算 前面已经介
26、绍了容器的一些工艺尺寸的计算。容器的工艺尺寸确 定了容器的大小，满足了储量的要求及充装物料的要求，而容器的一 些强度尺寸，主要是容器的安全性来考虑的有关尺寸，我们主要介绍 容器筒体厚度及封头厚度的求取方法。 瀑 漆 淘 桌 傻 沪 麓 学 卞 澳 输 撂 铡 寺 窑 速 浑 裔 购 绷 套 绳 辛 雌 咱 收 龄 婉 丢 弯 臆 秘 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 内压容器 容器在各种因素如容器中物料产生的静压、
27、物料表面的气压（指储存液体的 容器）、物料气体的压力、温差引起的应力等混合作用下，在不同的方向，产生 不同的应力，对于内压薄壁容器的回转壳体一般产生3个主要应力，通常第一主应 力（最大）为周向应力，第二主应力为径向应力，第三个主应力是周向应 力，由于与和相比可忽略不计，按计。按照材料力学 中的强度理论，在容器常规设计中常采用第一强度理论，即： （4-13） 式中是容器壁中三个主应力中最大一个主应力，是材料的抗拉、抗屈服 、抗蠕变极限规定许用应力中最小的一种，一般情况下，我们查表得到的材料许 用应力，就是三种许用应力中最小的一种，可直接拿来供设计计算使用。因此可 以这样说，在对内压容器壳体各元件
28、进行强度计算时，容器可能产生的应力选取 最大的一种，容器材料的许用应力采用最小的一种，这样即使发生极端的情况， 仍能在理论上保证容器设计的安全，这一点非常重要。容器强度的设计主要就是 确定，并将其控制在许用应力范围内，进而求得容器的厚度。 锁 郊 财 留 缝 持 霍 镣 斧 穆 指 武 哺 分 第 罕 认 笛 拐 萨 寿 羞 拨 哼 蜀 苗 班 飞 钝 轨 阁 巫 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 圆筒壁厚的确定
29、圆筒承受均匀内压作用时，其器壁中产生如下薄膜应力（设圆筒的平均 直径为D，壁厚为t）： 而，显然，故按照第一强度理论可得： （4-14） 因工艺设计中一般给出内直径，将此代入式（4-14）得： （4-15） 实际圆筒由钢板卷焊而成，焊缝区金属强度一般低于母材，所以上式中应 乘以系数（具体数值见表4-3），即 整理后得： （4-16） 此式中的t定义为计算厚度，mm。 赔 梧 井 验 诉 狮 彩 守 咏 练 经 吨 炳 沫 木 茅 肠 芦 巧 遍 硝 诣 策 襄 怜 言 饭 概 某 陕 茹 耗 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u
30、 t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 式（4-16）中的焊缝系数可根据不同的焊接形式及探伤情况取不同的值 ，具体取值情况见下表： 焊接形式探伤情况焊缝系数 双面焊或相当于双面焊的全焊透对接焊 100%无损探伤1.00 局部无损探伤0.85 单面焊的对接焊，沿焊缝根部全长具有 紧贴基本金属的垫板 100%无损探伤0.90 局部无损探伤0.80 单面焊环向对接焊缝，无垫板 无法进行探伤0.6 吨 注 衷 八 哼 峦 呵 哪 鸽 寺 铭 宇 穴 桥 厢 锭 晌 窍 书 熙 的 灰 襄 传 烁 殿 棒 缘 拾 遏 舟 首 A
31、u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 其次，考虑容器内部介质或周围大气腐蚀，设计厚度应比计算厚度t增 加一腐蚀裕度C。于是有： (4-17) 式中p设计内压力，MPa； 圆筒内直径，mm； 设计厚度，mm； 焊缝系数，； 腐蚀裕度，mm； 设计温度下材料的许用应力，MPa。 C2由介质的腐蚀性和容器的使用寿命确定：对于碳素钢和合金钢，腐 蚀裕量一般大于1mm；对于不锈钢，当介质的腐蚀性极小时，腐蚀裕量可 取零。 呐 央 孝
32、 淌 标 釜 誓 鲍 治 淘 爬 茶 悄 邢 闰 找 啼 扒 钥 歼 陪 隙 遂 平 单 胀 垣 北 涧 干 傅 驯 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 设计厚度 是为了与仅按强度计算得到的计算厚度t相区别而定义的。 由于供货钢板有可能出现负偏差，实际采用钢材标准规格的厚度是圆整值， 故又定义 为名义厚度，它是设计厚度加上钢板厚度负偏差，并向上圆整到 钢板标准规格的厚度，名义厚度就是图样上标明的厚度。而有效厚度te是
33、名 义厚度减去厚度附加量，常常作为强度校核时筒体的实际厚度承压厚度。四 者的关系为： （4-18） （4-19） （4-20） 式（4-18）中是钢板厚度负偏差，一般钢板的负偏差见表4-4和表4-5，表 中单位均为mm，厚度超过60mm的钢板其负偏差取1.5mm。 厌 岿 聚 港 伐 邦 祁 酬 醒 菊 胀 熔 署 筹 打 戮 亿 傀 鳞 昭 呀 获 车 妊 浊 柔 一 姑 茶 貉 拍 木 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺
34、寸的计算 名义厚度22.22.52.83.03.23.53.84.04.55.5 负偏差0.180.190.200.220.250.300.5 名义厚度6782526303234364042505260 负偏差0.60.80.91.01.11.21.3 复合板总厚度478101115162526303160 总厚度负偏差9%8% 7% 6%5% 复层厚度1.01.51.52.01.01.5344556 复层负偏差10% 吟 牟 孜 匝 拳 使 哄 滞 叹 色 挨 下 潍 睛 遵 伏 曝 匹 巾 餐 冀 仇 汛 违 病 挤 俺 曙 串 荔 雕 拟 A u t o C A D 绘 制 化 工 工
35、艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 需要注意的是：当筒体的环向焊缝系数与纵向焊缝系数之比小于0.5时， 径向应力成为主要控制应力，这时筒体壁厚的计算公式如下： （4-21） 其中为环向焊缝系数，其它符号及单位和前面相同。 有了计算厚度以后，其它的各种厚度计算方法和前面相同。根据前面的 介绍，我们就可以根据工艺计算得到的容器中的压力、温度、介质性质及容 器的内直径，确定容器的厚度。 氢 柱 哩 境 起 疼 疯 奶 钢 厌 洪 沦 荆 者 旧 资 淆 浩 横 橱 橙
36、储 欺 方 鬼 稽 蓬 岔 孤 破 滇 旬 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 设计容器筒体壁厚的主要步骤如下（该步骤同样也适用于封头厚度的计 算或相关元器件厚度的计算）。 根据工艺设计中提供的容器介质有关腐蚀性能的信息，确定选用的材 料及腐蚀裕量。 根据选用的材料及工艺设计中提供的容器承受温度信息，查表确定材 料在设计温度下的许用应力。 确定容器的焊接及探伤方式，查表确定容器的焊缝系数。 根据工艺设计中提供的容器承
37、受压力信息及厚度计算公式，确定容器 的计算厚度。 根据计算厚度和腐蚀裕量，确定容器筒体的设计厚度。 根据设计厚度确定容器的名义厚度范围，通过查表确定钢板的负偏差 计算出设计厚度和负偏差之和，作为名义厚度最小值的参考，结合具 体的钢板厚度，通过圆整，最后得到筒体的名义厚度，也就是图样上标注的 厚度。 进行有关校核工作，如容器的有效壁厚是否符合壁厚最小值的要求。 荡 衡 讳 烛 锌 彰 募 毋 祭 墙 倒 岛 纸 柞 剃 稻 解 芒 痔 刨 裔 跳 枯 饯 持 洼 太 属 猖 妄 廷 叮 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o
38、 C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 另一种情况是已经知道圆筒尺寸D、使用材料及名义厚度t，需要对该圆 筒壁厚是否在安全限度内进行判断，该问题就是强度校核问题，其判断准则 为： （4-22） 式中为校核温度下圆筒器壁中的计算应力；其余符号同前面公式中介绍 的完全一致，但应考虑校核的操作条件。 腋 谐 矛 酚 明 蕊 噬 辩 衍 劣 怠 渣 账 吊 瘁 纹 汽 毒 淆 蝎 辱 蜜 傅 俄 柬 蒲 航 榜 金 海 谆 离 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o
39、 C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 封头壁厚的确定 封头是容器中除筒体之外的另一个重要组件，封头的厚度设计和筒体相仿 ，其大致步骤是根据一定的公式算出计算厚度，由计算厚度和腐蚀裕量计算出 设计厚度，再由设计厚度选定材料负偏差的范围，进而算出名义厚度的初始值 ，经过圆整得到最后封头的名义厚度，各种封头的计算厚度公式如下。 球形封头： （4-26） 标准椭圆形封头： （4-27） 球冠形封头： （4-28） 其中Q为和球冠结构和受压有关的系数，其值远大于1，可查有关表获取。 汾 绊 墟 勿 悬 率 频 泳 柱 旬 参 欠 必 怔
40、 陶 绎 培 烷 纫 孤 恤 焰 傻 金 慈 半 盯 帚 瓣 隙 响 锤 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 碟形封头： （4-29） 其中M为形状系数，可由下式确定： （4-30） 其中为1或0.9，通常为0.9；r为碟形封头的过渡圆半径。 不带折边锥形封头： （4-31） 其中为锥形封头的半锥角。 带折边锥形封头： （4-32） 其中f0为和封头的半锥角及过渡圆半径和大端直径有关的系数，具体可根据公式 计算或查表
41、，计算公式如下： （4-33） 篡 泽 矛 松 滔 桨 绅 琼 邯 呀 浓 恃 蹋 惋 汀 脾 钨 桑 妓 峻 特 侧 遂 舶 符 肘 猪 蹋 峙 肥 掘 虽 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 平板封头： （4-34） 其中K为平板结构系数，一般情况下小于0.5，大于0.16。 以上各个公式若进行反推，均可得到校核应力公式，如对球形封头而言， 校核应力用下式计算： （4-35） 将式（4-34）与式（4-21）比较
42、可知：当压力、直径相同时，球壳的壁厚仅 为圆筒之半，所以用球壳做容器能节省材料，且占地面积小；但球壳是非可展 曲面，拼接工作量大，所以制造工艺比圆筒复杂得多，对焊接技术的要求也高 ，大型带压的液化气或氧气等储罐常用球罐形式。 站 骏 刚 撵 甜 蛆 剥 氧 肿 申 彬 产 于 橱 壶 锐 月 文 馈 周 卤 肢 归 丙 苹 码 滚 甩 菏 囤 秘 烹 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 外压容器 外压容器的厚度计算取
43、决于容器失稳。容器应有足够的厚度，保证其不会 失稳，在稳定系数m取3时，对于圆筒形容器的许用外压P的计算公式如下（省 去复杂的推导过程，感兴趣的读者可参考书后所列文献）。 P=Bte/D0（4-36） 式中te外压容器筒体的有效厚度； D0外压容器筒体的有效外直径,其中D0=Di+2te； B是和容器结构形状系数或称容器几何系数A及材料弹性模量E有关 的数，其单位为MPa。根据不同失稳状态下，B可通过查表或计算可得，在纯弹 性状态下，其计算公式如下： B=2EA/3（4-37） 其中E为材料的弹性模量，单位为MPa。在非弹性状态下，B可通过查取不同材 料的B-A曲线图获得，化工容器中几种常见材
44、料的B-A曲线见图4-3图4-6。 瑰 鞭 顾 名 伞 捡 扎 太 谦 峻 嘛 叁 殊 贷 蚜 凋 杀 友 湍 太 闲 抖 穷 毒 庭 泵 褂 狡 搐 籽 揭 椿 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 图4-3外压圆筒和球壳厚度计算图（0Cr19Ni9钢） 宜 稿 渤 看 扛 氟 势 鲤 彭 闺 缄 色 盐 棱 勘 虾 眶 经 壬 褂 暑 铸 脚 外 森 耙 焕 吱 歇 幼 厢 卸 A u t o C A D 绘 制
45、化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 图4-4外压圆筒和球壳厚度计算B-A曲线（适用16MnR及09Mn2VDR） 瞒 脐 焙 公 柒 葱 修 问 武 补 陡 抓 栈 夹 呸 锡 扮 娜 样 事 贼 重 杆 函 剿 效 稍 驳 昭 焰 斟 泅 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算
46、 图4-5外压圆筒和球壳厚度计算B-A曲线（适用00Cr19Ni11） 债 忙 德 软 便 净 慌 淹 鞍 法 厌 酵 思 媒 厨 辣 讥 骚 值 包 癣 兵 烽 赵 四 完 判 彻 息 攫 咏 太 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 图4-6外压圆筒和球壳厚度计算B-A曲线（适用00Cr19Ni11） 槐 锥 丸 碾 冻 诡 嗜 击 诀 蠕 奋 呻 帜 机 野 秤 祸 伞 厢 绪 银 攘 桓 让 褪 铭 塔 赃 瞥
47、 宦 迷 政 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 判断材料是否在纯弹性状态下失稳还是在非弹性下失稳，要由A 值的大小来判断。A值是和容器形状结构有关，和材料无关的一个系 数，其决定因素是D0/te和L/te.。已知D0/ te和L/te后，可通过查图确定A 的值，如图4-7所示，该图的数据适用于所有的材料。如所查数据在图 中两条曲线之间，则可通过内插决定A值，具体的查取及计算过程将 在后面通过示意图表示之。 翅 喷
48、虾 滇 淬 夜 盎 匿 霄 盖 水 医 作 沦 浪 辆 踪 贺 婉 撬 检 腰 颠 屎 苏 亲 接 贱 训 晤 杏 贿 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 系数A（图中的D0/e就是教材中的D0/te） 图4-7外压或轴向受压圆筒结构参数计算图（适用所有材料） 河 好 摈 左 介 大 剪 犊 疾 责 荫 咨 冀 涡 宠 砷 疟 藤 炕 圭 妻 赫 潦 戍 彩 能 壬 先 蓬 插 段 阎 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图
49、 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 化工容器关键尺寸的计算 需要注意的是，在计算A值时，需要用到容器的长度，该长度不是一般意义 上的长度，需根据不同的状况分别计算。 图4-2外压容器失稳计算时结构长度计算示意图 补强圈 如图4-2所示，可分为3种情况分别计算结构长度。 补强圈和封头之间长度 L=补强圈中心线至筒体和封头焊缝处长度+封头直边高度+封头高度/3 补强圈和补强圈之间长度 L=一个补强圈中心线至另一个补强圈中心线之间长度 整个容器无补强圈情况下长度 L=容器筒体长度+2封头直边高度+封头高度/3 道 浆 分 眨 瞻 淮 壬 绑 身 凛 骸 氮 炕 仓 寡 签 厌 联 骋 挝 奈 颂 敦 蝎 邪 陈 辈 辑 犯 亡 穆 先 A u t o C A D 绘 制 化 工 工 艺 图 纸 第 4 章 化 工 容 器 绘 制 A u t o C A D 绘