【正文】 用，失穩(wěn)時圓筒截面壓癟成二波形，此時對臨界壓力有影響的只是外直徑D0和筒體的有效厚度δe，即δe/ D0，此時的臨界壓力Pcr為： Pcr=(δe/ D0)3 ① 式中：E材料的彈性模量，MPa；根據臨界壓力求臨界應力бcr的公式為бcr=PcrDo/2δe,該公式可改寫為 Pcr=2бcr(δe/ D0)2бcr(δe/ D0)= (δe/ D0)3 бcr/ E =(δe/ D0)2 ①1 在①式中，如采用穩(wěn)定系數(shù)m（即許用壓力為臨界壓力的1/m，并取計算壓力等于許用壓力,通常取m=3）即[P]=Pcr/m 則計算壓力為：令PC=[P]；；式中可解出有效厚度，相應的有效厚度為： ，如以m=3 代入，計算得的名義厚度為 。在某外壓力下，形狀突然發(fā)生改變而產生癟塌的失效形式，稱為失穩(wěn)，斷面由容器被壓癟失穩(wěn)時的最小外壓力，稱為臨界壓力。容器周向失穩(wěn)時，其橫截面由圓形變成波形，軸向失穩(wěn)時，原為直線的素線變?yōu)椴ㄐ尉€。實際上，通常使用的外壓圓筒形容器，當外壓產生的壓應力尚未達到材料的屈服點時，就會突然發(fā)生失去原形的壓扁或褶皺現(xiàn)象，這主要是彎曲應力引起的，使殼體喪失穩(wěn)定，這種現(xiàn)象，稱為失穩(wěn)。通過查圖表計算許用壓力，從而確定筒體的厚度。6．3 受外壓圓筒和球殼計算圖的來源簡介6．3．1 失穩(wěn)現(xiàn)象和臨界壓力1）在外壓圓筒壁厚計算中，GB15O采用圖表計算法，用簡單的計算程序，借助兩種圖(表)求出結果。直到[P]＞PC，且接近于PC為止。 6．1．2 Do/δe20的圓筒和管子a)，但對Do/δe 4的圓筒和管子的A值應按下式計算： ，當A，取A=； 由A值，并根據材料牌號，通過表62至表69中的相應曲線數(shù)據表查B值；b) [P]按下式計算： 式中：σo為應力，其值取　 或 或的較小值。通過B按下式求出許用外壓力[P]，MPa； 61若所得A值落在設計溫度下材料線的左方，則計算許用應力[P]為： 62 E是設計溫度下材料的彈性模量，MPa；5）算出的[P]應大于或等于PC，PC為計算外壓力，否則，應重新按上述步驟重算。4）按所用材料選用圖63～圖610，在圖下方找到系數(shù)A。若L/DO＜，；3）連此交點沿垂直方向下移，在圖的下方得到系數(shù)A。如圖61a中，L=L1+2hi/3 L1為圓筒部分的長度（含封頭的兩直邊）的總和；hi為封頭曲面深度。因失穩(wěn)往往在強度破壞之前發(fā)生，故穩(wěn)定性計算是外壓容器設計中的主要考慮的問題。 在滿足剛度要求的情況下，外壓容器的破壞有兩種形式，即強度不足引起的破壞和失穩(wěn)引起的破壞兩種。如外壓容器的失穩(wěn)破壞。如內壓容器的破壞； ②剛度失效：容器發(fā)生過量的彈性變形，導致喪失正常的承受能力。容器工作中失效的狀態(tài)有：強度失效，剛度失效和穩(wěn)定失效三種。當裝有真空泄放閥，以及相類似的安全控制裝置時，設計壓力=△P，△P為內外壓力差。 確定外壓容器的設計壓力時，應考慮在正常工作情況下可能出現(xiàn)的最大內外壓力差。 外壓容器的最高工作壓力是指容器在正常使用過程中可能出現(xiàn)的最大壓力差值。5）設計溫度下，筒體的最大允許工作壓力[Pw]為： 5．3 球殼計算1）設計溫度下的計算厚度公式：2）設計溫度下，球殼計算應力公式： 式中бt≤Ф[σ]t3）設計溫度下，球殼的最大允許工作壓力公式： ；6．外壓圓筒和外壓球殼的設計 許多化工石油用的容器，由于工藝原因需要在外壓或真空下操作，如真空罐和真空蒸餾塔，有的容器帶有夾套，夾套內是帶壓蒸汽，使內筒受到外部壓力。3) 公式推導： 設直徑D筒體受內壓力為P的作用，圓筒上的任一小單元上受三個主應力環(huán)向應力σ1 、軸向應力σ2和徑向應力σ3的作用，求應力時，可通過中心軸線沿縱向將圓筒切成兩部分，去除一部分以應力代替，根據力平衡理論，在縱向截面厚度產生內應力σ1，其合力與外部作用的壓力作用平衡，設圓筒直徑為D，長度為L，厚度為δ，按平衡關系則有：2 Lδσ1 = P D Lσ1 = P D/2δ 沿垂直主軸線的截面將圓筒體切開，在圓形橫截面上的應力為σ2，產生平衡的條件為：．πDσ2δ =1/4 πD2 P；σ2= P D/4δ徑向應力σ3= P ，可見σ1=2σ2，并遠大于σ3 ，故采用σ1 = P D/2δ，即：δ= P D/2σ1 ，令D=Di+δ， P = pc代入，σ1以Ф[σ]t代入，則得到 ： 。2）公式來源：用第一強度理論，以圓筒平均直徑為基準計算的環(huán)向應力，考慮了圓筒內壁上最大主應力與平均拉應力的差值進行了修正，并考慮了縱向焊縫（A類焊接接頭）在強度方面相對于母材的削弱。如果考慮第三向的應力，則是第三強度理論。亦即不論材料處于何種應力狀態(tài)，只要其內部積累的變形能達到材料單向拉伸屈服時的應變能，材料即發(fā)生屈服破壞，其當量應力強度為：2）GB1501998標準中計算公式主要以第一強度理論為基礎（結果比較接近）。亦即不論材料處于何種應力狀態(tài)，只要最大剪應力達到材料屈服時的最大剪應力值，材料則發(fā)生屈服破壞，其當量應力強度為S = б1б3 。亦即不論材料處于何種應力狀態(tài)，只要最大主應力達到材料單向拉伸斷裂時的最大應力值，材料則發(fā)生斷裂破壞，其當量應力強度為S = б1 。5．內壓圓筒和內壓球體的計算 1）強度理論：內壓容器的破壞有四種強度理論，比較為人們接受的有第一、第三和第四強度理論。4）鋼管代用：GB308782《低中壓鍋爐用無縫鋼管》中的10和20鋼管，可代用 GB81631999 《輸送流體用無縫鋼管》中相應的鋼管。2）代用圖樣規(guī)定的鋼材時，應取得原設計單位的同意。YB/T50911993《惰性氣體保護焊用不銹鋼棒及鋼絲》；YB/T50921996《焊接用不銹鋼絲》；GB/T52931999《埋弧焊用碳素鋼焊絲和焊劑》；GB/T124701999《埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑》；4．6 采用國外鋼材的要求采用國外的鋼材，應是國外相應壓力容器最新標準所允許使用的鋼材；其使用范圍不應超出該標準的規(guī)定，同時也不應超過GB150第4章材料相近鋼材的規(guī)定。壓力容器用焊條定貨時，應按JB/T 47472002《壓力容器用焊條訂貨技術條件》。壓力容器受壓元件焊接選用的焊條（焊接材料）的參考原則是：①滿足力學性能的要求，保持等強度，考慮滿足沖擊韌性和伸長率的要求；②化學成分相當；③根據工程重要性、危險性、焊接位置、剛性大小、施焊條件、焊接經驗選擇焊條；④考慮經濟性和容易獲得；碳鋼和低合金鋼之間焊接，一般要求所選用的焊材焊成的焊接接頭，其強度不低于強度較低的一側母材標準抗拉強度下限值，而接頭的韌性和塑性應不低于強度較高而塑性韌性較差的母材。奧氏體不銹鋼焊接鋼管的使用范圍規(guī)定如下：容器使用溫度定為0Cr18Ni 00Cr19Ni10 和0Cr18Ni10Ti等鋼號的相應允許使用溫度；；管壁厚不大于8mm；不得用于毒性程度為極度危害的介質；。具體要求是：壁厚允許偏差為177。常用的不銹鋼管0Cr18Ni 00Cr19Ni10 和0Cr18Ni10Ti依據標準為：GB1329691《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》 GB/T1479694 《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》4．3．2 關于不銹鋼焊接鋼管在壓力容器中的使用問題：。D類壓力容器常用的碳素鋼和低合金鋼鋼管牌號有：10 20 20G 16Mn 。晶間腐蝕的傾向，主要決定于鋼的含碳量，其原因是：當鋼加熱到不太高的溫度（6008000C）時，由于富鉻的碳化物在晶界上析出，使固溶體晶界上貧鉻，結果，晶界未能鈍化，使其耐腐蝕性變差，解決的辦法是：a)采用鋼在108011500C的固溶處理，使碳重新溶入奧氏體固溶體；b)將鋼中碳含量降低至≤%；c)加入形成穩(wěn)定碳化物的元素鈦或鈮到鋼中，加鈦量應≥5C%，但含鈦的不銹鋼的加熱溫度不應超過11000C，以免碳化鈦重新溶入固溶體中，重新產生碳化鉻而發(fā)生貧鉻現(xiàn)象。這種腐蝕沿著晶界快速傳播到金屬內部。拋光表面、經磨光和酸洗的表面，可加速氧化膜的形成，提高抗腐蝕性。鈍化膜的生成與不銹鋼的表面的質量有關，機械損傷破壞的氧化膜會重新生成，但很緩慢，清潔表面后可再度產生氧化膜。說明：①抗腐蝕原理：鉻鎳奧氏體不銹鋼是指上述鋼號經固熔熱處理而具有均一的奧氏體鋼，這種鋼在氧化性介質中具有良好的抗腐蝕性，高的塑性和韌性。 0Cr19Ni13Mo3。對于有經驗的設計單位，也可選用GB6654中的15MnNbR和，15CrMoR；GB3531 中的15MnNbDR 和09MnNiDR。使用溫度低于00C時，建議使用厚度小于35mm；使用溫度低于100C時，建議使用厚度小于20mm，以避免增加試驗項目。用于殼體時，鋼板厚度不大于30mm20R鋼板（GB6654）的應用：用作殼體時，適宜厚度不超過30mm；使用溫度建議為19～4750C；為避免增加試驗項目，當使用溫度低于00C時，建議使用厚度小于25mm；使用溫度低于100C時，建議使用厚度小于12mm。在表41中所列許用應力值。4．2 D類壓力容器受壓元件用鋼板在D類壓力容器中，主要使用GB150的表41“鋼板許用應力”列入的下列鋼板： 1）碳素鋼板：使用Q235B 、Q235C 和 20R鋼板。Ceq = C + Si∕24 + Mn∕6 + Ni∕40 + Cr∕5 + Mo∕4 + V∕14沸騰鋼不允許用于制造壓力容器的受壓元件。由于磷和硫是礦石中帶來的，隨著冶煉技術的進長和壓力容器質量要求的提高，磷、硫含量將逐步降低，要求的磷、硫含量為：P≤%；S≤%. 3）GB150中對材料的修改情況是：2002年起，；《制造許可》中規(guī)定，對用于焊接接構的壓力容器用鋼磷、硫含量：磷P≤%，硫S≤%。目前，由于平爐冶煉時間長，占地面積大，生產效率低，此法逐步被淘汰。因為沸騰鋼中含有FeO,脫氧情況差，成材率雖高，但質量差。 說明：可焊性方面，應靠慮控制鋼的含碳量或碳當量，含碳量大的，焊接性能下降，容易產生裂紋，且塑性下降，不利于冷熱成形，壓力容器焊接用鋼的碳含量應為C≤%。而非受壓元件與受壓元件焊接者，也應選用焊接性能良好的鋼材。注：根據《容規(guī)》第25條規(guī)定，壓力容器的主要受壓元件是：壓力容器的筒體、封頭（端蓋）、人孔蓋、人孔法蘭、人孔接管、膨脹節(jié)、開孔補強圈、設備法蘭、球罐的球殼板、換熱器的管板和換熱管、M36以上的設備主螺栓及公稱直徑大于等于250mm的接管和管法蘭。在這些章節(jié)中，主要是對受壓元件用材料的規(guī)定。 夾套容器壓力試驗的試驗壓力和方法，應在圖樣中注明。3．8，3 氣密性試驗：壓力容器的氣密性試驗要求，見《容規(guī)》第101條和第102條的規(guī)定。試驗所用氣體應為干燥潔凈的空氣、氮氣或其他惰性氣體，碳素鋼和低合金鋼壓力容器氣壓試驗用氣體的溫度不得低于150C。2 氣壓試驗對于不適合作液壓試驗的容器，例如容器內不允許有微量殘留液體，或由于結構原因不能充滿液體的容器，可采用氣壓試驗。如果名義厚度遠大于計算厚度，為達到試驗的目的，也可適當?shù)奶岣咴囼瀴毫?，但確定新的試驗壓力值時，應進行應力校核，用試驗壓力值計算的換算應力σΤ應符合如下規(guī)定： бs()—圓筒材料在試驗溫度下的屈服點（%時的屈服強度）， MPa3．8．1．2 外壓和真空容器，以內壓進行液壓試驗： PT= P容器液壓試驗合格的條件是：①無滲漏；②無可見的變形；③試驗過程中無異常的響聲。對奧氏體不銹鋼制造的容器水壓試驗應控制水的氯離子含量不超過25mg/L3．8．1．1內壓容器液壓試驗 PT = [σ]/[σ]t式中P 設計壓力 MPa ； PT 試驗壓力 MPa[σ] 容器元件材料在試驗溫度下的許用應力， MPa[σ]t 容器元件材料在設計溫度下的許用應力。1 液壓試驗液壓試驗是壓力容器常用耐壓試驗方法。壓力試驗的種類、試驗壓力值和要求，應在圖樣中注明。它主要檢查容器的強度、剛度和焊接接頭及可拆的密封連接處的密封質量。墊板如何才算密貼，看法并不一致，一般以焊接工藝評定為準。 雙面焊對接接頭和相當于雙面焊的全焊透的對接接頭： 100%無損檢測 ф = 局部無損檢測 ф = 說明：相當于雙面焊的全焊透的對接焊縫，是指單面焊雙面成型的焊縫，按雙面焊評定（含焊接試板的評定），如氬弧焊打底的焊縫或帶陶瓷、銅襯墊的焊縫等。3．7．2 焊接接頭系數(shù) 焊接接頭系數(shù)ф應根據受壓元件的焊接接頭型式及無損檢測的長度比例確定。設計用的焊接結構可參見GB150的附錄J。合格級別按容器要求。 （無縫鋼管制的筒體和壓力容器本體最后焊接的一條環(huán)焊縫除外，但應提供保證其焊接質量的相應焊接工藝）；圖樣規(guī)定進行局部無損檢測A類和B類焊接接頭，局部無損檢測的檢測長度為不少于每條焊縫長度的20%，且不小于250mm。 耐壓試驗為氣壓試驗的壓力容器；⑥ 筒體厚度大于30mm的碳素鋼和厚度大于25mm的低合金鋼或奧氏體不銹耐酸鋼制壓力容器；④ 第二類壓力容器中，易燃介質的反應容器或儲存容器；② 壓力容器的所有A、B類焊接接頭均需按GB150標準和設計圖樣的規(guī)定進行無損檢測（RT或UT）。 c）C類焊接接頭 平蓋、管板與圓筒非對接連接的接頭，法蘭與殼體、接管連接的接頭，內封頭與圓筒連接的搭接接頭。 容器主要受壓部分的焊接接頭分為A、B、C、D 四類，具體規(guī)定是： a）A類焊接接頭 圓筒部分的縱向接頭，半球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭，各種凸形封頭的所有拼焊接頭，嵌(qian)入式接管與殼體對接的接頭。3． 7 焊接接頭和焊接接頭系數(shù)3．7．1 焊接接頭分類和要求壓力容器筒體與筒體