情绪管理压力容器设计.docx
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情绪管理压力容器设计
压力容器设计的基本步骤:
以稳压罐的设计为例，对容器设计的全过程进行讲解。
首先，我们根据用户提出的、在压力容器规范范围内双方签署的具有法律约束力的设计技术协议书，该协议书也可以经双方同意共同修改、完善，以期达到产品使用最优化。
根据稳压罐的设计技术协议，我们知道了容器的最高工作压力为1.4MPa，工作温度为200℃，工作介质为压缩空气，容积为2m3，要求使用寿命为10年。
这些参数就是用户提供给我们的设计依据。
有了这些参数，我们就可以开始设计。
一.设计的第一步
就是要完成容器的技术特性表。
除换热器和塔类的容器外，一般容器的技术特性表包括
a容器类别
b设计压力
c设计温度
d介质
e几何容积
f腐蚀裕度
j焊缝系数
h主要受压元件材质等项。
一般我所图纸上没有做强行要求写上主要受压元件材质
一.确定容器类别
容器类别的划分在国家质量技术监督局所颁发的《压力容器安全技术监察规程》（以下简称容规）第一章第6条（p7）有详细的规定，主要是根据工作压力的大小（p75）、介质的危害性和容器破坏时的危害性来划分（p75）。
本例稳压罐为低压（<1.6MPa）且介质无毒不易燃，则应划为第Ⅰ类容器。
另：
具体压力容器划分类别见培训教材p41-11
何谓易燃介质见p21-6
介质的毒性程度分级见p31-7
划分压力容器等级见p31-9
二.确定设计压力
我们知道容器的最高工作压力为1.4MPa，设计压力一般取值为最高工作压力的1.05～1.10倍。
至于是取1.05还是取1.10，就取决于介质的危害性和容器所附带的安全装置。
介质无害或装有安全阀等就可以取下限1.05，否则就取上限1.10。
本例介质为无害的压缩空气，且系统管路中有泄压装置，符合取下限的条件，则得到设计压力为
Pc=1.05x1.4
=1.47MPa。
另：
什么叫设计压力？
计算压力？
如何确定？
见p113-1
液化石油气储罐设计中，是如何确定设计压力的？
三.确定设计温度
一般是在用户提供的工作温度的基础上，再考虑容器环境温度而得。
比如为华北油田设计的容器，且在工作状态无保温的情况下，其工作温度为30℃，其冬季环境温度最低可到－20℃，则设计温度就应该按容器可能达到的最恶劣的温度确定为－20℃。
《容规》附件二（p77）提供了一些设计所需的气象资料供参考。
本例取设计温度为200℃即可。
四.确定几何容积
按结构设计完成后的实际容积填写即可。
五.确定腐蚀裕量
由所选定受压元件的材质、工作介质对受压元件的腐蚀率、容器使用环境和用户期待的使用寿命来确定，实际上应先选定受压元件的材质，再确定腐蚀裕量。
《容规》第三章表3-3（p23）和GB150第3.5.5.2节（p5）对一些常见介质的腐蚀裕量进行了一些规定。
工作介质对受压元件的腐蚀率主要按实测数据和经验来确定，受使用环境影响很大，变数很多，目前无现成的数据。
一般介质无腐蚀的容器，其腐蚀裕量取1～2mm即可满足使用寿命的要求。
本例取腐蚀裕量为2mm。
另：
什么叫计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度？
何谓最小厚度？
如何确定？
见p123-53-6
六.确定焊缝系数
焊缝系数的标准叫法叫焊接接头系数，GB150的3.7节（p6）对其取值与焊缝检测百分比进行了规定。
具体取值，可以按《容规》第85条（p43）所规定的10种情况选择：
其焊缝系数取1，即焊接接头应进行100%的无损检测，其他情况一般选焊缝系数为0.85。
本例选焊缝系数为0.85。
七.主要受压元件材质的确定
材质的确定在满足安全和使用条件的前提下，还要考虑工艺性和经济性。
GB150第8页材料的使用有严格的规定，对这些规定的掌握是非常必要的。
比较常用的材料有Q235-B（Q235-C）16MnR和0Cr18Ni9这几种材料
1.0Cr18Ni9一般用于低于－20℃的低温容器和
对介质有洁净要求的容器，如低温分离器、氟利昂蒸发器等；
2.16MnR一般用于对安全性要求较高、使用Q235-B时壁厚较大的容器，如油、天然气等。
3.Q235-B使用最广也最经济，GB150第9页对其使用条件作了详细规定：
●规定设计压力≤1.6MPa；
●钢板使用温度0℃~350℃；
●用于壳体时厚度不得大于20mm，且不得用于高度危害的介质。
就本例来说，其使用压力、温度和介质都符合Q235-B的条件，唯有厚度还未知，若超过了20mm则只能使用16MnR，本例就暂定使用Q235-B。
当然啦，如果我们按以下：
●规定设计压力≤2.5MPa；
●钢板使用温度不得超过0℃~400℃；
●用于壳体时厚度不得大于30mm，且不得用于高度危害的介质。
Q235-B与Q235-C的主要区别也就是冲击试验温度不同，前者为在温度20℃下做V型冲击试验；后者为在0℃时做V型冲击试验
完成了技术特性表，下一步就是容器计算了。
◆确定容器直径
计算时首先要确定容器直径。
除非用户有要求，一般取长径比为2～5，很多情况下取2～3就可以了。
本例要求容器的几何容积为2m3。
我们只得先设定直径，再根据此直径和容积求出筒体高度，验算其长径比。
设定的直径应符合封头的规格。
我们设定为800mm，查标准JB/T4746《钢制压力容器用封头》附录B，得知此规格的封头容积为0.0796m3，
则：
筒体高度为3664mm，
长径比为3664/800=4.58
若加上封头的高度，可知其长径比太大，我们先前设定的直径太小。
再设定直径为1000mm，查得封头容积为0.1505立方。
得到：
筒体高度为2164mm
长径比为2164/1000=2.16
比较理想，则我们确定本例稳压罐的内直径为1000mm，筒体高度圆整为2200mm。
有了容器直径，即可按照GB150公式5-1（p26）计算出厚度为8.30mm。
此厚度即为计算厚度，其名义厚度为计算厚度与腐蚀裕量之和，再向上圆整到钢板的商品厚度。
本例腐蚀裕量为2mm，与计算厚度之和为10.30mm，与之最接近的钢板商品厚度为12mm，故确定容器厚度为12mm，并且此值符合Q235-B对厚度不超过20mm的要求。
另外本例若选择腐蚀裕量为1mm经济性会好得多，可以思考一下为什么
至此，我们已得到容器外形。
◆下一步该是按用户要求和《容规》的规定配置各管口的法兰和接管。
容器上开孔要符合GB150第8.2节（p75）的规定，一般都要进行补强计算，除非满足GB150第8.3节（p75）的条件，则可不必再计算补强。
选择接管时应尽量满足GB150第8.3节的条件，其安全性和经济性都最好，避免增加补强圈。
本例要求的管口直径都在GB150第8.3节的范围内，因此进气口和出气口接管选择φ57x5的无缝钢管，排污口选择φ25x3.5的无缝钢管。
法兰按HG20592选择1.6MPa的突面（RF）板式平焊法兰（PL）。
◆法兰及其密封面型式
法兰及其密封面型式是设计协议书中要求的，
1.压力等级必须高于设计压力；
2.其材质一般与筒体相同；
3.确定管口在壳体上的位置时，在空间较为紧张的情况下，一般也应保持焊缝与焊缝间的距离不小于50mm，以避免焊接热影响区的相互叠加。
本例选定进气口、出气口距上下封头环焊缝各300mm。
因本例稳压罐工作温度为200℃，故其工作状态下必定有保温层，考虑到保温层厚度以及螺栓安装的需要，选定法兰密封面到筒体表面的距离为150。
◆检查孔
除了用户要求的管口外，《容规》第45条（p26）还对检查孔的设置进行了规定。
本例直径为1000mm，按规定必须开设一个人孔。
查《回转盖平焊法兰人孔》标准JB580-79压力容器与化工设备实用手册p614，选择压力1.6MPa级、公称直径450的人孔，密封型式为A型，其接管为φ480x10。
因人孔开孔较大，所以人孔一定要使用补强圈补强，查《补强圈》标准JB/T4736，补强圈外径为760，厚度一般等同于筒体。
人孔的位置以方便出入人孔为原则，应尽量靠近下封头。
本例选定人孔中心距下封头环焊缝500。
立式容器的支座一般选用支承式支座JB/T4724（压力容器与化工设备实用手册第599页），
另：
锻件的级别如何确定？
对于公称厚度大于300mm的碳素钢和低合金钢锻件应选用何级别？
◆管口表的填写
◆技术要求的书写
1本设备按GB150-1998《钢制制压力容器》进行制造、试验和验收，并接受国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监察规程》的监督。
2焊接采用电弧焊，焊条牌号：
焊接采用J422。
3焊接接头型式和尺寸除图中注明外，按HG20583的规定进行施焊：
A类和B类焊接接头型式为DU3；接管与筒体、封头的焊接接头型式见接管表；未注角焊缝的焊角尺寸为较薄件的厚度；法兰的焊接按相应法兰标准的规定。
4容器上的A类和B类焊接接头应进行射线探伤检查，探伤长度不小于每条焊缝长度的20%，其结果应以符合JB4730规定中的Ⅲ级为合格。
5设备制造完毕应进行水压试验，试验压力为MPa。
6管口、支座及铭牌架方位按本图。
7设备检验合格后，外表面涂C06-1铁红醇酸底漆两道，再涂C04-42灰色醇酸磁漆一道。
8设备检验合格后，内部清理干净，各管口用盲板封严。
10设备筒体的计算厚度为mm，封头计算厚度为mm。
建议使用年限为10年。
交个朋友,刚好我也要用,我是过程装备与控制的.先给你
问：
怎样确定压力容器的壁厚。
根据150公式算出的很小，加上腐蚀余量厚度还是不够，请问一下怎么回事啊？
答：
150算出的是最小壁厚,一般生产中经常使用的压力容器壁厚要高于它很多.
你是不是考虑过安全系数的影响?
如果取1.5或2的安全系数,壁厚的问题应该能理解.
问：
压力容器的腐蚀余量是怎么确定的？
在怎么样的情况下是0.5或者1呢？
答：
腐蚀裕量应根据预期的容器寿命B和介质对金属材料的腐蚀速率K来确定，即：
C2=K*B。
一般容器寿命按10年考虑，塔、反应器等按20年考虑。
腐蚀速率可从腐蚀手册、化工物性手册及国外有关资料等查取或者实际运行"挂片"试验确定。
也可参考以下参数确定：
1、腐蚀程度：
无腐蚀，腐蚀速率小于0.05mm/年，腐蚀裕量为0mm；
2、腐蚀程度：
轻微腐蚀，腐蚀速率0.05～0.13mm/年，腐蚀裕量为大于等于1mm；
3、腐蚀程度：
有腐蚀，腐蚀速率0.13～0.25mm/年，腐蚀裕量为大于等于2mm；
4、腐蚀程度：
严重腐蚀，腐蚀速率大于0.25/年，腐蚀裕量为大于等于3mm。
问：
怎样确定压力容器的壁厚。
根据150公式算出的很小，加上腐蚀余量厚度还是不够，请问一下怎么回事啊？
答：
150算出的是最小壁厚,一般生产中经常使用的压力容器壁厚要高于它很多.
你是不是考虑过安全系数的影响?
如果取1.5或2的安全系数,壁厚的问题应该能理解.
问：
铝合金小型压力容器已知直径和压力如何计算厚度。
形状是圆柱体的,谢谢您的回答式中:
P=2ST/D或者T=PD/2/S;
T=PD/2/S?
是否应该是:
T=PD/2S?
?
另外式中的单位用的是什么?
P=Mpa?
还是Kg/m?
T的单位是厘米还是毫米？
麻烦您帮我查查，深表谢意
答：
我不知道你说得是什么形状的,但我想应该是锅炉形状
如果是这样,这样计算,按照极限应力原理得来,最后,其公式为
P=2ST/D或者T=PD/2/S
注:
P:
压强
T:
壁厚
D:
直径
S:
铝的屈服强度
这个公式适应于钢铁等金属材料.
问：
请问抗压为20兆帕压力容器,选用304不锈钢其厚度应该如何选择?
厚度和抗压能力有何关系?
谢谢!
!
我现在想用304不锈钢做一个可抗压为20兆帕的压力容器,容器在保压一定的时候后通过阀门突然泄压,请问容器的壁厚应该为多少?
容器压力和壁厚的选择是不是存在一定的关系?
答：
和公称直径（一般为内径），压力，温度，盛装介质，等等都有关系。
你现在给出的条件，我不能给你具体厚度。
你可以看看GB150-1998。
问：
不锈钢板厚度标准
请问各位专家，十吨水的无压力卧式圆柱体容器（直径为1400mm）的不锈钢板厚度应该是多少，怎样计算？
而且是否有国家标准可查？
在那里查到？
谢谢
答：
根据JBT4735-1997<钢制焊接常压容器>的第四页和第二十页的规定和计算公式，楼主这个工况最低取3mm壁厚，考虑储罐整体刚度，个人建议可选用5mm壁厚。
问：
材质为304,温度400,压力35mpa,容积0.15L,内径58mm,如何知道厚度
答：
用ASMECode,SectionVIII,Division1计算，不考虑腐蚀余量。
12mm就够了，要求100%射线探伤！
为了安全可加厚，400度用304好象不太保险！
InternalPressureCalculationResults:
ASMECode,SectionVIII,Division1,2004A-06
EllipticalHeadFrom10To20SA-240304at400C
ThicknessDuetoInternalPressure[Tr]:
=（P*（D+2*CA）*K）/（2*S*E-0.2*P）Appendix1-4（c）
=（35000.000*（58.0000+2*0.0000）*1.00）/（2*106.79*1.00-0.2*35000.000）
=9.8271+0.0000=9.8271mm.
Max.All.WorkingPressureatGivenThickness[MAWP]:
=（2*S*E*（T-Ca））/（K*（D+2*Ca）+0.2*（T-Ca））perAppendix1-4（c）
=（2*106.79*1.00*（12.0000））/（1.00*（58.0000+2*0.0000）+0.2*（12.0000））
=42431.543KPa.
MaximumAllowablePressure,NewandCold[MAPNC]:
=（2*Sa*E*T）/（K*D+0.2*T）perAppendix1-4（c）
=（2*137.90*1.00*12.0000）/（1.00*58.0000+0.2*12.0000）
=54791.520KPa.
Actualstressatgivenpressureandthickness[Sact]:
=（P*（K*（D+2*CA）+0.2*（T-CA）））/（2*E*（T-CA））
=（35000.000*（1.00*（58.0000+2*0.0000）+0.2*（12.0000）））/（2*1.00*（12.0000））
=88.088N./mm?
RequiredThicknessofStraightFlange=11.832mm.
PercentElongationperUHA-44（75*tnom/Rf）*（1-Rf/Ro）75.630%
CylindricalShellFrom20To30SA-240304at400C
ThicknessDuetoInternalPressure[Tr]:
=（P*（D/2+Ca））/（S*E-0.6*P）perUG-27（c）
（1）
=（35000.000*（58.0000/2+0.0000））/（106.79*1.00-0.6*35000.000）
=11.8318+0.0000=11.8318mm.
Max.All.WorkingPressureatGivenThickness[MAWP]:
=（S*E*（T-Ca））/（（D/2+Ca）+0.6*（T-Ca））perUG-27（c）
（1）
=（106.79*1.00*（12.0000））/（（58.0000/2+0.0000）+0.6*12.0000）
=35398.691KPa.
MaximumAllowablePressure,NewandCold[MAPNC]:
=（SA*E*T）/（D/2+0.6*T）perUG-27（c）
（1）
=（137.90*1.00*12.0000）/（58.0000/2+0.6*12.0000）
=45710.055KPa.
Actualstressatgivenpressureandthickness[Sact]:
=（P*（（D/2+CA）+0.6*（T-CA）））/（E*（T-CA））
=（35000.000*（（58.0000/2+0.0000）+0.6*（12.0000）））/（1.00*（12.0000））
=105.589N./mm?
PercentElongationperUHA-44（50*tnom/Rf）*（1-Rf/Ro）17.143%
EllipticalHeadFrom30To40SA-240304at400C
ThicknessDuetoInternalPressure[Tr]:
=（P*（D+2*CA）*K）/（2*S*E-0.2*P）Appendix1-4（c）
=（35000.000*（58.0000+2*0.0000）*1.00）/（2*106.79*1.00-0.2*35000.000）
=9.8271+0.0000=9.8271mm.
Max.All.WorkingPressureatGivenThickness[MAWP]:
=（2*S*E*（T-Ca））/（K*（D+2*Ca）+0.2*（T-Ca））perAppendix1-4（c）
=（2*106.79*1.00*（12.0000））/（1.00*（58.0000+2*0.0000）+0.2*（12.0000））
=42431.543KPa.
MaximumAllowablePressure,NewandCold[MAPNC]:
=（2*Sa*E*T）/（K*D+0.2*T）perAppendix1-4（c）
=（2*137.90*1.00*12.0000）/（1.00*58.0000+0.2*12.0000）
=54791.520KPa.
Actualstressatgivenpressureandthickness[Sact]:
=（P*（K*（D+2*CA）+0.2*（T-CA）））/（2*E*（T-CA））
=（35000.000*（1.00*（58.0000+2*0.0000）+0.2*（12.0000）））/（2*1.00*（12.0000））
=88.088N./mm?
RequiredThicknessofStraightFlange=11.832mm.
PercentElongationperUHA-44（75*tnom/Rf）*（1-Rf/Ro）75.630%
压力容器设计时厚度计算
关键词：
压力容器；设计；厚度；强度；标准
1前言
目前，我国压力容器设计依据GB150-98《钢制压力容器》，是国内普遍遵循的原则。
一般情况下，板厚增加，元件强度会提高，但有时板厚增加强度反而降低。
如何按照该标准进行厚度的恰当选取，更好地满足强度需求，对压力容器设计具有重要意义。
GB150-98规定，计算厚度是指按各章公式计算得到的厚度；设计厚度是指计算厚度与腐蚀裕量之和；名义厚度指设计厚度加上钢板厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格厚度，即标注在图样上的厚度；有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差。
我们这里讨论的厚度是名义厚度。
从定义中可以看出，名义厚度不包括加工减薄量，元件的加工减薄量由制造单位根据各自的加工工艺和加工能力自行选取，只要保证产品的实际厚度不小于名义厚度减去钢材厚度负偏差就可以。
这样可以使制造单位根据自身条件调节加工减薄量，从而更能主动地保证产品强度所要求的厚度，更切合实际地符合制造要求。
按照GB150-98等国家标准的原则，制造工艺人员要根据图样厚度考虑加工减薄量而增加制造元件的毛坯厚度。
在我国材料标准中，钢板厚度范围变化，钢板的σb、σs也有变化，一般是板厚增加，σb、σs有所降低。
我国压力容器用钢板许用应力随板厚厚度范围增厚而有所降低，因而可能出现虽然有时板厚增加，强度反而降低的现象，尤其是封头，这种现象更明显。
2实例
为了证明上述现象存在，举例如下：
首先我们给出常用钢板在不同状态下的强度指标，如下表所示：
常用钢板在不同状态下的强度指标表
2.1例1
某台储气罐，其封头为标准椭圆形，材质15MnVR，设计内径Di=2000mm，腐蚀裕度C2=1mm，焊缝系数φ=1，设计压力P=2.6MPa，设计温度t=20℃，标准椭圆封头形状系数K=1，侧十图样上封头名义厚度δn=16mm.制造厂选用18mm厚度钢板压制封头，该制造厂压制封头时最大成型减薄量为δx10%，即18x10%=1.8（包含钢板厚度负偏差在内）。
（1）选用18mm厚度钢板压制封头，满足GB150-98设计要求。
15MnVR钢板厚度负偏差C1=0.25mm，封头成型后最小厚度δmin=18-1.8=16.2mm，图样厚度一钢板厚度负偏差=16-0.25=15.75mm，即满足GB150-98的要求。
（2）16mm图样厚度满足设计强度要求。
对图样封头厚度16mm进行强度校核，由GB150-98（7-1）椭圆封头厚度计算公式（标准椭圆K=1）：
式中，由GB150-98表4-1，16mm厚度的15MnVR[σ]=177MPa，则封头计算厚度：
考虑腐蚀裕量C2=1MM，封头设计厚度δa=δ+C2=14.74+1=15.74mm，再考虑钢板厚度负偏差C1=0.25mm，δa+C1=15.74+0.25=15.99mm，现图样厚度B.=16mm>15.99rmn，即满足设计强度要求。
（3）板厚增加，强度反而不符合要求。
虽然制造时考虑加工成型减薄量，增加了压制封头钢板厚度，满足GB150-98封头最小厚度≧图样厚度-钢板厚度负偏差的要求，但由GB150-98表2-1查18mm厚度的15MnVR封头材料的许用应力[δ]=170MPa，此时，封头计算厚度：
考虑腐蚀裕度C2=1mm，则封头设计厚度δb=15.35+1=16.35mm，现封头成型后最小厚度（包含钢板厚度负偏差在内）为：
18-1.8=16.2mm<封头设计厚度16.35mm，即不满足设计强度要求。
2.2例2
某低温反应容器（t=25℃）的球形封头材质为15MnNiDR，图样厚度20mm，设计压力P=7.65MPa，设计内径Di=1500mm，腐蚀裕度C2=1mm。
制造厂选用22mm钢板压制球形封头，该制造厂
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