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钢制焊接常压容器

一、钢制焊接常压容器

JB/T4735—1997

一、概述

本标准属推荐性行业标准，即非强制性标准。

而GB150，151均属于强制性标准。

1、适用范围——本标准适用于符合下表所列条件的容器

2、不适用范围

①直接受火焰加热的容器。

②受核辐射作用的容器。

③盛装毒性为极度或高度危害介质的容器。

④直接埋入地下的容器。

⑤可升降式气柜。

⑥经常搬运的容器。

⑦计算容积小于500L的容器。

说明：

JB/T4735规定不允许介质为高度或极度毒性介质，或者说：

容器的介质为高度或极度毒性将必须按GB150进行设计；即提高设计压力，提高制造和检测要求。

3、JB/T4735与GB150除适用与不适用范围不同外，还有许多方面存在差异，现举几个常见适用与不适用范围差别如下：

①材料方面

对于碳素钢，低合金钢不论板材、管材、锻件、紧固件等其安全系数取值不同，故许用应力值也不

同，其中GB150偏于安全。

如部分材料在常温状态下的许用应力。

②焊接接头系数

A.双面焊或相当于双面焊的单面焊

100%RT、UT取Φ=1局部RT、UT取Φ=0.85不探取Φ=0.7B.带垫板的单面焊

100%RT、UT取Φ=0.9局部RT、UT取Φ=0.8

不探取Φ=0.65C.单面焊

局部RT、UT取Φ=0.7不探取Φ=0.6D.JB/T4735中，立式大型储罐的纵向接头并经局部无损检测的全焊透结构，焊接接头系数取0.9。

E.此外双面搭接Φ=0.55双面角接Φ=0.55单面角接Φ=0.5

③压力试验及试漏方面

GB150——只有液压和气压试验及气密性试验。

JB/T4735——除液压（不小于0.1MPa、气压试验外，可根据具体情况作气密、盛水、煤油渗透、，皂液试漏，真空箱试漏等代替压力或检漏试验。

二、圆筒形容器

1.内压圆筒——适用于受内压和/或液柱静压力作用下圆筒厚度的计算A.圆筒计算式比较

JB/T4735GB150

δ=

圆筒计算应力

2σ⋅φ

Pc⋅D1

δ=

2σ⋅φ-Pc

Pc⋅D1

σt=

Pc⋅D1P⋅（D1+δet

σ=c2δc2δc

B.外压圆筒和外压球壳，以及各种凸形封头，无折边锥形封头同GB150。

说明：

常压容器由于压力很低，其破坏形式已不因强度不足而破坏，而是刚度不足发生失稳而塌陷。

设计的主要问题是结构的处理和用材的合理。

三、立式圆筒形储罐

1.JB/T4735—97中立式圆筒形储罐的范围：

①设计压力

PD=-500pa~2000pa

即PD=-50mmH2O~200mmH2O当设置呼吸阀时：

PD=1.2倍排放或吸入压力，且不超过以上规定。

②设计温度范围：

-20℃＜TD≤250℃③容积范围：

V=20~10000m32.立式储罐的种类和特点①固定顶储罐

A.锥顶储罐——罐顶为正圆锥体。

a.自支承式锥顶——常用于直径不大的场合，锥顶载荷靠锥顶板周边支承在罐壁上。

b.支承式锥顶——锥顶支承在中间立柱与其相连的支承梁上，梁的另一端与支承圈相连。

通常

也可将梁焊在锥顶上表面，以此增加锥顶刚度。

B.拱顶储罐——顶盖为一球面（球冠）与锥顶相

比用材量小，能承受较高的压力，但制造较难。

a.自支承式拱顶——载荷靠拱顶板周边支承在罐壁上。

b.支承式拱顶——载荷主要靠立柱或罐顶桁架支承在罐壁上。

C.伞形顶储罐——介于锥形顶与拱顶之间的一种结构形式，从水平断面看是一个多边形，是一种修

正后的拱顶，其强度接近丁拱顶。

D.悬链式无力矩罐顶储罐——根据悬链理论，用薄钢板制造的顶盖和中心柱组成。

顶盖一端支承在

中心柱顶部的伞形罩上，另一端支承在圆周装有包边角钢或刚性环上，形成一悬链曲线，顶盖不承受弯矩，仅在拉力下工作。

因此，较拱顶盖更节省材料。

②浮动顶储罐——浮顶是一个漂浮在贮液面上的浮动顶盖，并随着贮液面上，下浮动。

浮顶与罐壁之

间有一环形空间并有密封件，使得贮液与大气隔开，从而大大减少贮液的蒸发损失，减少污染。

由于无气相空间，减少了腐蚀和发生火灾的危险性。

A.单盘式浮顶贮罐——容器范围10000~50000m3。

B.双盘式浮顶贮罐——由于上，下顶板之间空气层的隔热作用，降低了蒸发损失，故常用于蒸发

量大的汽油罐或有毒液体介质，其容积范围一般在1000~5000m3。

C.浮子式浮顶储罐——由环形浮舱，单盘板及均匀分布在单盘板上的圆形浮子组成。

整个浮顶重

量由环形浮舱与浮子来支持。

浮顶又分成若干个隔舱，当单盘或相邻隔舱泄露时，仍能保持浮顶不沉。

3.立式储罐经济尺寸的选择①最省材料的经济尺寸

A.等壁厚储罐——罐壁厚度为一固定厚度，即壁厚不随高度的变化而变化。

在等壁厚储罐中，当罐顶和罐底的金属用量等于罐壁用量的一半时，储罐金属用量最省。

此时

储罐高度H如下：

V（S+S）S1+S2HS1+S212

=或H==R

D2SSπ⋅S2

其中：

S1——罐顶板厚V——罐容积

S2——罐底板厚R——罐内半径S——罐壁板厚

a.在敞口容器中，当罐底与罐壁等厚时，即S2=S，S1=0代入上式：

1HS1+S21

==∴H=D=R

2D2S2

即H=R时用料最省。

b.在闭口容器中，若：

S1=S2=S代入公式：

HS1+S2

==1D2S

即H=D时用料最省。

等壁厚贮罐，由于受到S的限制，只能用于一定容积范围内。

这个容积取决于钢板的厚度和强度，对于碳素钢V=1000m3。

当容积大于1000m3应采用不等壁厚储罐。

B.不等壁厚储罐——对于大型储罐，由于高度相对加大罐壁承受液体的静压，亦随高度的变化而

变化，罐壁厚度也应随静压的增加而增加。

a.当罐顶与罐底金属用量之和等于罐壁承受液体静压力所需金属用量时，金属用量最省；此时

的经济高度

σ⋅φ（S

+S2

其中：

S1——罐底板厚[σ]——材料许用应力S2——罐顶板厚r——罐体内半径

从上式可见储罐高度与容积无关。

贮罐时经济高度取决于罐顶，罐底的厚度和材料的许用应

力。

b.当储罐容积和高度确定后，储罐的直径如下：

πH

②最省费用的经济尺寸A.等壁厚的储罐

a.对于小型敞口储罐H=Rb.对于小型闭式储罐H=D

B.不等壁厚的储罐——大容量不等壁厚储罐的直径与罐壁费用成正比，与顶、底费用成反比。

罐

壁费用越高直径应当愈大。

当罐壁，罐顶费用为罐底费用的两倍时，储罐直径如下

83H或高度H=D38

说明：

a1储罐的储存系数（或称充装系数）中，对于原油和热油罐为0.85，化工原料罐和成品油罐为0.90。

浮顶和内浮顶可以比以上系数再大5%，即0.90和0.95。

公称容积实际容积操作容积VD=

D2⋅HV1=

D2（H-AVW=

D2（H-A-B

V1=φV（φ<1

b.储罐的设计尺寸经过初算的直径，高度尺寸应进行圆整或调整，比如直径D=10620可取：

D=11000、D=10500、

D=10000。

然后对高度H进行调整，高度的调整应和钢板宽度相适应。

使焊缝的总长及余料愈少愈好。

调整的另一原则是设计的总容积基本不变。

c.储罐的经济尺寸还应和储罐的基础一同考虑，特别是大型储罐，基础费用有时可达总价的40%。

只有对工程造价，材料消耗进行全盘考虑，才是最终的储罐经济尺寸。

4.立式储罐设计①罐顶设计A.一般规定

a.罐顶最小厚度δmin=4.5，且不含C。

b.顶板拼接可采用对接或搭接，搭接宽度不小于5S，且不小于25mm。

c.顶板与包边角钢的连接采用弱连接，外侧为连续焊，焊脚高度为0.75倍顶板板厚。

且不大

于4，内侧不得焊接。

B.自支承式锥顶——由于稳定性的限制，设计直径有一定限制，一般DN≤6.000mm，且锥顶坡

度范围1/6~3/4（即半锥角9.5°~37°）a.厚度计算

δ=

2.24D1sinQPC

+CtE

例：

D1=6000Q=15°

PC=2000paE=2×105MPa

δ=

2.24⨯60000.002

=5.19+C5

sin15︒2⨯10

2sinQ

b.锥顶材料的临界压应力和许用临界压应力σcr=0.6Er=σcr

6000

=11590mm（罐顶曲率半径）

2sin15︒

6mm

=0.6⨯2⨯105MPa=62MPa

11590mm

[σcr]=

σcr

=5.17MPa=51.7Kgcm212

C.自支承式拱顶——与锥顶相比较，结构简单，刚性好，使用尺寸大于锥形顶盖，能承受较高的

压力。

因此材料消耗少，但气相空间较大使蒸发损失加大，制造上也难于锥形顶盖。

a.几点规定

拱顶的球半径R=0.8~1.2D1（Di—罐体内径）拱顶板的最少厚度不得小于4.5mm，且不含C。

b.拱顶厚度规定：

美国API650规定

δmin=0.42RS且不小于4.26mm。

δmin≥5mm

英国BS2654规定

日本JISB8501规定

δmin=0.42RS且不小于4.5mm。

c.拱顶厚度计算（RS=Di=10000mm材料Q235）d.拱顶验算

δ=RS

PC0.002

+C==3.2mm+C0.1E0.1⨯1.92⨯105

=6900pa10000

[Pcr]=0.1Et（δtc2=0.1⨯1.92⨯105（

∴[Pcr]>Pc=2000pa

②罐壁设计A.一般说明

a.罐壁承受贮液的静压，此静压按三角形

分布，由上至下逐渐增大，其壁厚也应由上至下逐渐增厚。

b.罐壁受罐底的约束，使紧靠罐底的罐壁环向应力趋近于零，使最大环向应力上移。

B.壁厚计算

δmin=

Di[P0+ρ（h-30]+C

2σ⋅φDiPc

2σ⋅φ

上式经简化

δmin=

其中：

Di——罐内径cm

P0——罐内保持的气相压力

Pc——计算压力=P0+ρ（H-300）ρ——介质比重，且不小于1

φ——接头系数取0.9（纵向接头为全焊透的对接结构）

h——最高液面到所计算圈板下端的距离。

（h-300）——计算液压高度。

对于高强钢制造的大型储罐（V≥50000m3）,罐底的弯曲应力和剪力增大，有可能超过许用应力，而造成破坏，此时应对罐体下边缘板应力进行计算。

D.罐壁顶部包边角钢（含承压圈）截面尺寸的确定

a.包边角钢的连接型式

b.包边角钢的截面积——包边角钢截面积加上与其相连的罐壁、罐顶板上各16倍板厚范

围内的截面积之和应满足下式要求

A≥

8σφtgQ

PDD1

mm2

说明——自支承式锥顶或拱顶，需要在罐顶及罐壁连接处设置包边角钢，以承受从罐顶传来的横

向力，此横向力是由罐内或罐外压力以及顶盖自重而产生的水平分力。

③罐底设计——罐底板上方承受罐内的液体压力及下方基础的支承力。

在罐底与壁厚连接周边存在

较大的边缘应力，所以储罐的边缘板比中幅板稍厚，当储罐较大，应计算边缘力矩并对其校核。

A.结构型式

筒体内径Di＜12.5m时宜采用条形排板组焊，当内径Di＞12.5m时宜采用弓形边缘板与中幅板组焊。

B.壁板与罐底板相连接的几点规定

a.罐底边缘板伸出壁厚外表面的宽度不小于

50mm

c.罐底板坡度

底板与基础接触，在长期液压作用下，罐底和基础中心部位挠度最大，当超过限度时，会造成底板焊缝开裂。

为消除因基础下沉而引起的中部凹陷，同时也为了便于排出残液，底板应具有和基础同样的坡度，如下图：

d.罐底边缘板的最小宽度和和底板最大应力

根据储罐应力实测，罐底最大径向应力在距离罐壁300~500mm处。

为此规定边缘板，径向

最小尺寸为700mm。

5.风载荷作用下罐壁稳定校核①罐壁许用临界压力

2.5

P5⎛⎫cr=5.06⨯10

⎪⎛⎪δ1⎫⎪⎝H⎭

⎝D1⎪⎭

其中：

Hn——罐壁当量高度Hn=∑HeiHei——第i层罐壁板的当量高度

Hei=hi（

δ12.δ5

2.5

H⎛6⎫

1=3000⎝12⎪

⎭

=3000⨯0.758=2273

2.5

H⎛6⎫

2=6000⎝10⎪

⎭=6000⨯0.815=4891

2.5

H⎛6⎫

3=9000⎝8⎪

⎭

=9000⨯0.891=8021

H12000⎛6⎫

2.5

4=⎝6⎪

⎭

=12000⨯1=12000

②稳定校核

2.5

P5⎛12000⎫⎛6⎫

er=5.06⨯10⎝27185⎪⎭⎝12000⎪

⎭=5.06⨯105⨯0.4414⨯5⨯10-9

=0.001116

MPa=1116pa

Per≥2.25Kz⋅qo+Pi

KZ=1.38q0=400N/m2=400paPi=1.2⨯200H2O=20pa

Per=2.25⨯1.38⨯400pa+20pa=1242pa+20pa=1262pa

③加强圈的设置

A.当Per不满足校核要求时，罐壁上应设置加强圈，数量如下式n=

2.25Kz⋅q0+Pi

Pcr

B.加强圈的最小尺寸

Di≤20000用L100×63×8Di≤32000用L125×80×86.储罐的抗震校核

在地震设防地区建罐，需进行抗震校核，详见附录C。

7.立式圆筒形储罐检验请参照GBJ128—90

四.矩形容器

1.范围——用于直接与大气连通，或敞开式，且仅承受液体静压力的矩形容器。

其支承方式一般置于

平面基础上，或支承在基础上的型钢上表面。

2.矩形容器加固型式和部位

①顶边加固——加固件应设置于壁板顶边四周。

②垂直加固——加固件应垂直地面并与壁板连接。

③横向加固——加固件应平行地面并与壁板连接。

④拉杆加固——加固拉杆应设置于二平行壁板之间。

⑤垂直和横向的组合加固——加固件垂直，水平交叉设置在壁板上。

⑥带双向水平联杆的垂直加固——P8内部加固结构在垂直加固柱上设置1~2排水平交叉

向的联杆。

而顶部水平联杆，可作为支承盖板的杆件。

①顶边加固——加固件设置在壁板顶部四周

A.壁板厚度计算按下式：

α∙ρ∙g∙H

δ=2.45Lmm=2.45⨯t

σ0.019⨯1kg

-6

mm3⨯9.8mm

1500mm

150N

=.86⨯10-6mm=3675⨯0.001365mm=5.01mm

其中：

α——查图13—3当H=L时，α=0.019ρ——液体密度≥1×10-6kg/mm3g——重力加速度9.8m/s2H——容器内侧高度。

[σ]t——查表4—1（注意该值不同于GB150中的许用值，如Q235A，[σ]=150MPa。

）B.顶边加固件所需的最小惯性矩——加固件常采用角钢。

其规格不小于L50×50×5。

I=0.217

ρ∙g∙H2∙L3

mm4

其中：

Et——材料设计温度下的弹性模量（1.92×105MPa）。

②垂直加固

A.加固柱的最大间距L3=0.408（δn-c

σt

α∙ρ∙g∙H

其中：

δn——壁板的名义厚度。

c——板材负偏差+腐蚀裕量。

B.加固柱的截面系数

Z=L⎡0.0642ρ∙g∙H3（δn-c2⎤3

3⎢⎣σt

-6⎥mm⎦

C.当有拉杆时，顶边加固件所需的惯性矩I=0.217

ρ∙g∙H2∙L3

3Et

mm4

D.当无拉杆时，顶边加固件所需的惯性矩按下式：

I=0.217

ρ∙g∙H2∙L3

mm4

E.圆钢拉杆截面积计算

a.拉杆长度L2≥363d2/3，拉杆直径16~24mm时，拉杆直径如下：

d=0.553H

∙g∙L3

σ+C2mm

kgmm2⨯9.8m/s2⨯3000mm

d=0.55⨯6

155MPa

+C2=1375⨯0.0138+C

=19+3=22

其中[σ]bt——拉杆材料的许用应力，材料为Q235—A时，取[σ]bt=155MPa。

b.拉杆长度L2＜363d2/3的应力校核（a拉杆重力引起的拉应力：

.864Et

σt1=0L2MPa

（b拉杆自重引起的弯曲应力：

σn=ν∙g2d

MPa

其中ρ——液体的密度kg/mm3ν——拉杆材料的密度kg/mm3（c液体静压对拉杆引起的拉应力

σ∙g∙H2∙L3

t2=0.306

ρd2

MPa

（d拉杆最大应力及校核

δmax=σt1+σn+σt2≤[σ]bMPa

③横向加固——加固件及壁板计算

A.横向加固件所需的惯性矩

I=0.217

ρ∙g∙h21∙L3

4Et

B.加固圈的数量与段距见下表

加固圈数量

加固圈段距

C.第一道横向加固圈单位长度上的载荷计算

ρ∙g∙h2（h1+h2D.第一道横向加固圈所需的惯性矩

IL3

1=1.3F1

mm4E

tE.第一段壁板计算厚度

δ1=L

3a1ρ∙g∙h1

σt

其中a1由H1/L按图13—3查得。

F.矩形容器从顶端算起，第i（i=2、3、4……）道横向加固圈单位长度上的载荷按下式：

F1=

ρ∙g（hi+1-hi-1（hi+1-hi-hi-16

G.第i道横向加固圈所需的惯性矩Ii=1.3Fi

mm4tE

H.第i道壁板计算厚度按下式计算

δi=L

6ai∙ρ∙g（hi+hi-1

σt

④拉杆加固的壁板计算

对于尺寸较大的矩形容器，宜采用内部拉杆结构。

A.壁板计算厚度按下式

其中拉杆间距a=h时（即等距排列）

ρ∙g∙hi

δ=hmmt

2σ∙h∙ρ∙g∙hi

+C2mm

σbt

B.拉杆直径按下式计算，且不小于6mmdi=1.13

C.顶边加固件所需惯性矩同前I=0.217

ρ∙g∙h12∙L3

mm4

⑤垂直和横向组合加固的壁板计算

在矩形容器高度超过2200时，通常在壁板垂直加固的型式上，再加横向加固圈，以增加壁板的

刚度。

这种型式的容器按5中相关公式计算，且将L换成L3

如：

A.加固圈的数量和段距——按5中②选取.

B.加固圈所需惯性矩——按5中①计算，其中L换成L3：

I=0.217

ρ∙g∙h12∙L33

mm4

C.壁板厚度：

δi=L

6ai∙ρ∙g（hi+1+hi

σt

此外，应按4中相关公司确定垂直加固柱和拉杆的规格尺寸。

⑥带双向水平联杆（拉杆垂直加固的壁板计算

该型式为内部加固的矩形容器,通常在垂直加固柱中间再设置一排或两排不等距联杆。

顶部联杆

作为支承盖板的杆件。

A.设置一层联杆（拉杆）的矩形容器a.加固柱连接的一层联杆H1=0.6H加固柱所需的截面系数

Z=L⎡0.015ρ∙g∙H3（δn-c2⎤3

3⎢-⎣σt

6⎥mm⎦

b.扁钢联杆（拉杆）。

中间联杆：

（a联杆自重引起的拉应力按下式

例：

扁钢尺寸：

FB60×6L2=2600

自重引起的拉应力如下

2σt1=0.8E

bL2

MPa=0.8⨯1.92⨯10MPa

（60mm2

（2600mm2

=1.54⨯105⨯5.33⨯10-4=82MPa

（b联杆自重引起的弯曲应力

σn=0.75

ν∙g∙L2b

MPa

=0.750.75kg/106mm3⨯9.8m/s2⨯（2600mm2

60mm

=0.75⨯8.66MPa=6.5MPa

（c液体静压作用于中间联连引起的拉应力

σ=0.27

ρ∙g∙H2∙L3

（δnb-2C（b-2C

=0.271kg/106mm3⨯9.8m/s2⨯（2200mm2⨯800mm

（60-2（6-2mm

=0.27⨯164=44.2MPa

（d中间联杆最大应力

δmax=σt1+σn+σt2≤[σ]t

=（σt1+6.5+44.2MPa

=50.7MPa+σt

t1<[σ]

验算合格。

B.放置两层联杆的矩形容器

a.加固柱连接的两层联杆。

取总高H=3000mm，各分段高度如下：

H1=0.45HH2=0.3HH3=0.25H

加固柱所需的截面系数（惯性矩）

⎡0.0054ρ∙g∙H3（δn-2c2⎤3

Z=L3⎢-mm⎥

6σt⎣⎦

⎡0.0054⨯10-6kg/mm3⨯9.8m/s2⨯（3000mm3（8-2mm2⎤

Z=1200mm⎢-⎥

150MPa6⎣⎦

=1200mm⎡⎢1428.8[

⎣150N/mm2-366mm2⎤⎥⎦=12009.53mm2

-6mm2]

=4236mm2

N（牛=kg∙m/s2N/m2=pa=N/106mm2

1MPa=N/mm2=0.1kg/mm2

b.角钢联杆

（a第一层联杆

σt1，σn——同前

液体静压作用于第一层联杆上引起的拉应力按下式

σρ∙g∙H2∙L3

t2=0.15（δ2C（b-2C

MPa

nb-联杆最大拉应力

δmax=σt1+σn+σt2≤[σ]t

（b第二层联杆

σt1，σn——同前

σ=0.202ρ∙g∙H2∙L3

（δMPa

nb-2C（b-2C

σ10-6kg/mm3⨯9.8m/s2（3000mm2∙800mm

t2=0.2

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