压力容器课程设计(共45页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上邮电与信息工程学院课程设计说明书课题名称： 压力容器及过程设备课程设计 学生学号： 专业班级： 学生姓名： 涂程 学生成绩： 指导教师： 卢霞 课题工作时间： 2015/12/11 至 2015 /12/25 专心-专注-专业过程装备与控制工程过程装备设计课程设计任务书一、设计目的1、复习巩固过程装备设计中的理论内容；2、掌握设备设计的步骤、方法。熟悉常用设备设计的标准。二、设计题目及设计任书课程设计题目： （ 10 ）M3（ 1.65 ),(1800)mm液化石油气储罐设计每人一题，从表中依次选取。1、液化石油气储罐设计见卧罐参数表，每人一组数据2、设备简图见附件。

2、3、设计内容与要求（1）概述简述储罐的用途、特点、使用范围等主要设计内容设计中的体会（2）工艺计算根据安装地点的气象记录确定容器的操作温度；根据操作温度、介质特性确定操作压力；筒体、封头及零部件的材料选择；（3）结构设计与材料选择封头与筒体的厚度计算封头、法兰、接管的选型和结构尺寸拟定；根据容器的容积确定总体结构尺寸。支座选型和结构确定各工艺开孔的设置；各附件的选用；（4）容器强度的计算及校核水压试验应力校核卧式容器的应力校核开孔补强设计焊接接头设计（5）设计图纸总装配图一张A1一、课程设计的任务的基本要求：（1）概述简述储罐的用途、特点、使用范围等；主要设计内容；设计中的体会。（2）工艺计算

3、根据安装地点的气象记录确定容器的操作温度；根据操作温度、介质特性确定操作压力；筒体、封头及零部件的材料选择。（3）结构设计与材料选择封头与筒体的厚度计算；封头、法兰、接管的选型和结构尺寸拟定；根据容器的容积确定总体结构尺寸。支座选型和结构确定；各工艺开孔的设置；各附件的选用。（4）容器强度的计算及校核水压试验应力校核；卧式容器的应力校核；开孔补强设计；焊接接头设计。（5）设计图纸总装配图一张A1指导教师签字： 2015 年 12 月 25 日 二、进度安排：布置课程设计任务，查阅相关资料（1天）。完成储罐总体结构设计（1天）。完成储罐的强度设计、强度校核；撰写设计说明书（3天） 。完成塔设备总

4、装配图的绘制（3天）提交设计说明书和图纸，参加答辩（1天） 。3、 应收集资料及主要参考文献：压力容器安全技术监察规程2010 郑津洋、董其伍、桑芝富.过程设备设计.化学工业出版社.2010四、课程设计摘要（中文）：卧式液化石油气贮罐设计的特点：卧式液化石油气贮罐也是一个储存压力容器, 也应按GB150钢制压力容器进行制造、试验和验收; 并接受劳动部颁发压力容器安全技术监察规程(简称容规) 的监督。液化石油气贮罐, 不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。贮罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。贮罐上设有液相管、液相回液管、气相管、排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等。五、课程设

5、计摘要（英文）：Horizontal LPG Tank design features: Horizontal LPG storage tank is a pressure vessel, also should GB150 steel pressure vessel in the manufacture, testing and acceptance; and accept the Ministry of Labor issued a pressure vessel safety technical supervision (hereinafter referred to content r

6、egulation) supervision. Liquefied petroleum gas tank, whether horizontal or belong to a third tank pressure vessel. Tank main cylinder, head, manholes, bearings and various takeover components. With a liquid tube, liquid return tube, gas pipes, sewage pipes as well as the safety valve, pressure gaug

7、e, thermometer, level gauge on the tank and so on.六、成绩评定：指导教师评语： 指导教师签字： 2015 年 月 日项 目评价项 目评价调查论证工作量、工作态度实践能力分析、解决问题能力质 量创 新得 分七、答辩纪录：答辩意见及答辩成绩答辩小组教师（签字）： 2015 年 月 日 总评成绩：（教师评分75%+答辩成绩25%）课程设计评审标准（指导教师用）评价内容具 体 要 求权 重调查论证 能独立阅读文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。0.1实践能力 能正确选择研究（实验）方法，独立进行研

8、究工作。如装置安装、调试、操作。0.2分析解决问题能力 能运用所学知识和技能去发现和解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。0.2工作量、工作态度 按期圆满完成规定任务，工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。0.2质量 综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。0.2创新 工作中有创新意识；对前人工作有改造或独特见解。0.1目录摘要液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备, 由于该气体具有易燃易爆的特点

9、, 因此在设计这种贮罐时, 要注意与一般气体贮罐的不同点, 尤其是安全与防火, 还要注意在制造、安装等方面的特点。 目前我国普遍采用常温压力贮罐, 常温贮罐一般有两种形式: 球形贮罐和圆筒形贮罐。球形贮罐和圆筒形贮罐相比: 前者具有投资少, 金属耗量少, 占地面积少等优点, 但加工制造及安装复杂, 焊接工作量大, 故安装费用较高。一般贮存总量大于500或单罐容积大于200时选用球形贮罐比较经济; 而圆筒形贮罐具有加工制造安装简单, 安装费用少等优点, 但金属耗量大占地面积大, 所以在总贮量小于500, 单罐容积小于100时选用卧式贮罐比较经济。圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。在一般中

10、、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形贮罐, 只有某些特殊情况下(站内地方受限制等) 才选用立式。本文主要讨论卧式圆筒形液化石油气贮罐的设计。 液化石油气呈液态时的特点。(1) 容积膨胀系数比汽油、煤油以及水等都大, 约为水的16倍, 因此, 往槽车、贮罐以及钢瓶充灌时要严格控制灌装量, 以确保安全;(2) 容重约为水的一半。因为液化石油气是由多种碳氢化合物组成的, 所以液化石油气的液态比重即为各组成成份的平均比重, 如在常温20时, 液态丙烷的比重为0. 50, 液态丁烷的比重为0. 56 0. 58, 因此, 液化石油气的液态比重大体可认为在0. 51左右, 即为水的一半。 卧式液化石油气

11、贮罐设计的特点：卧式液化石油气贮罐也是一个储存压力容器, 也应按GB150钢制压力容器进行制造、试验和验收; 并接受劳动部颁发压力容器安全技术监察规程(简称容规) 的监督。液化石油气贮罐, 不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。贮罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。贮罐上设有液相管、液相回液管、气相管、排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等。关键词：液化石油气，压力容器，卧式储罐，设计AbstractLPG storage tanks containing liquefied petroleum gas is commonly used equipment, since the

12、 gas has explosive characteristics, therefore the design of this tank, pay attention to the gas tank and the general difference, especially security and fire protection Also note that the characteristics in terms of manufacturing, installation and the like. Now widely used in China normal pressure t

13、ank, room temperature storage tanks are generally two forms: spherical tank and cylindrical tank. Spherical tank and cylindrical tank compared: the former with less investment, less metal consumption, small footprint, etc., but the manufacturing and installation of complex welding heavy workload, so

14、 the higher installation costs. When the choice is generally greater than the total storage tank volume is greater than 500 or 200 single spherical tank more economical; and a cylindrical tank with a manufacturing installation is simple, less installation costs, etc., but a large area of large metal

15、 consumption, so Total storage is less than 500, a single tank volume more economical choice of horizontal tank is less than 100. Cylindrical tank according to the installation can be divided into horizontal and vertical. In general, the most use of liquefied petroleum gas station within small horiz

16、ontal cylindrical tank, only under certain special circumstances (restricted local station, etc.) was chosen vertical. This article focuses on horizontal cylindrical LPG tank design. LPG was characteristic of liquid when. (1) The volume expansion coefficient than that of gasoline, kerosene and water

17、 are all big, about 16 times the water, therefore, to when tankers, tank and cylinder filling to strictly control the filling volume, to ensure safety; (2) Bulk density is about half water. Because LPG is composed by a variety of hydrocarbons, so the proportion of liquid LPG is the average proportio

18、n of each component ingredients, such as at room temperature 20 , the proportion was 0.50 liquid propane, liquid butane 0.58 specific gravity of 0.56, therefore, the proportion of LPG liquid generally believed about 0.51, that is half full of water. Horizontal LPG tank design features. Horizontal LP

19、G storage tank is a pressure vessel, also should GB150 steel pressure vessel in the manufacture, testing and acceptance; and accept the Ministry of Labor issued Pressure Vessel Safety Technology Supervision (referred to content regulation) supervision . Liquefied petroleum gas tank, whether horizont

20、al or belong to a third tank pressure vessel. Tank main cylinder, head, manholes, bearings and various takeover components. With a liquid tube, liquid return tube, gas pipes, sewage pipes as well as the safety valve, pressure gauge, thermometer, level gauge on the tank, etc.Keywords: Liquefied petro

21、leum gas, pressure vessels, horizontal tank design第一章 绪论1.1液化石油气储罐的用途与分类液化石油气储罐有压缩气体或液化气体储罐等，液化石油气储罐按容器的容积变化与否可分为固定容积储罐和活动容积储罐两类，大型固定容积液化石油气储罐制成球形，小型的则制成圆筒形。活动容积储罐又称低压储气罐，俗称气柜，其几何容积可以改变，密闭严密，不致漏气，并有平衡气压和调节供气量的作用，压力一般不超过60MPa。目前我国普遍采用常温压力储罐, 常温储罐一般有两种形式: 球形储罐和圆筒形储罐。球形储罐和圆筒形储罐相比: 前者具有投资少, 金属耗量少, 占地面积少

22、等优点, 但加工制造及安装复杂, 焊接工作量大, 故安装费用较高。一般贮存总量大于500立方米或单罐容积大于200立方米时选用球形储罐比较经济；而圆筒形储罐具有加工制造安装简单, 安装费用少等优点, 但金属耗量大、占地面积大。圆筒形储罐按安装方式可分为卧式和立式两种。在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形储罐, 只有某些特殊情况下(站内地方受限制等) 才选用立式。所以在总贮量小于500立方米, 单罐容积小于100立方米时选用卧式储罐比较经济。1.2液化石油气特点液化石油气是无色气体或黄棕色油状液体有特殊臭味。液化石油气是从石油的开采、裂解、炼制等生产过程中得到的石油尾气副产品，通过一定

23、程序，对石油尾气加以回收利用，采取加压的措施，使其变成液体，装在受压容器内，液化气的名称即由此而来。它在气瓶内呈液态状，一旦流出会汽化成比原体积大约二百五十倍的可燃气体，并极易扩散，遇到明火就会燃烧或爆炸。气态的液化石油比空气重约1.5倍，该气体的空气混合物爆炸范围是1.7%9.7%，遇明火即发生爆炸。所以使用时一定要防止泄漏，不可麻痹大意，以免造成危害。因此，往槽车、贮罐以及钢瓶充灌时要严格控制灌装量，以确保安全。因为液化石油气是由多种碳氢化合物组成的，所以液化石油气的液态比重即为各组成成份的平均比重，如在常温20时，液态丙烷的比重为0.50，液态丁烷的比重为0.560.58，因此，液化石油

24、气的液态比重大体可认为在0.51左右，即为水的一半。1.3液化石油气储罐的设计特点卧式液化石油气储罐也是一个储存压力容器, 也应按GB150钢制压力容器进行制造、试验和验收，并接受劳动部颁发压力容器安全技术监察规程(简称容规) 的监督。液化石油气储罐, 不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。储罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。储罐上设有液相管、液相回液管、气相管、排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等。第二章 工艺计算2.1设计题目16,0.79Mpa液化石油气储罐的设计2.2 设计数据表2-1 设计数据序号项目数值单位1名称16液化石油气储罐2用途液化石油气储配站3最大工作

25、压力1.774工作温度505公称直径1800mm6容积107装量系数0.98工作介质液化石油气（易燃）9其他要求100%无损检测2.3 设计压力、温度2.3.1 设计压力取最大工作压力的1.1倍，2.3.2 工作温度为50，设计温度取502.4主要元件材料的选择2.4.1 筒体、封头材料的选择根据GB150.2-2010表2，选用筒体、封头材料为低合金钢Q345R（钢材标准为GB713）。Q345R适用范围：用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性,壁厚较大（）的压力容器。 表2-2 石油化工设备的腐蚀裕腐蚀程度极轻微腐蚀轻微腐蚀腐蚀重腐蚀腐蚀速率腐蚀裕量通过表2-2，取腐蚀余量，钢板负偏差0.

26、30mm。表2-3 Q345R在16-36mm范围下的许用应力Q345R在下列温度（）下的许用应力（）100150200250185185153143130许用应力：假设钢板厚度在1636mm之间，查表2-3，得，并查GB 150得Q345R的常温屈服极限。焊缝系数：根据压力容器安全技术监察规程规定，液化石油气储罐应视为第三类压力容器，筒体纵焊缝应采用全焊透双面焊缝，且100%无损探伤，所以。2.4.2 鞍座材料的选择根据JB/T4731,鞍座选用材料为Q235-B，其许用应力。2.4.3地脚螺栓的材料选择地脚螺栓选用符合GB/T 700规定的Q235-B，Q235的许用应力。第三章 结构设计

27、与材料选择3.1筒体与封头的壁厚计算3.1.1筒体和封头的结构设计计算压力：查的液化石油气的密度为580，公称直径h=1800mm=1.8m，则液柱静压力：。% 5%故液柱静压力可以忽略，。圆筒的厚度在1636mm范围内，查GB150.2-2010固定式压力容器第二部分中表4-1，可得：在设计温度50下，屈服极限强度， 许用应力,利用中径公式，计算厚度：查标准HG20580-HG20585-2010钢制化工容器相关标准表A-1知，钢板厚度负偏差为0.30mm。查表2-2取：钢材的腐蚀裕量取,则筒体的设计厚度：按GB713， 则筒体的名义厚度：考虑钢板常用规格厚度，向上圆整可取筒体名义厚度。筒体

28、的有效厚度为：3.1.2封头壁厚的设计查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表1，得公称直径，选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA，其形状系数K=1根据GB150.3-2010中椭圆形封头计算中式5-1计算：同上，取，。则，封头的设计厚度同上，取，则封头名义厚度为：考虑钢板常用规格厚度，向上圆整可取筒体名义厚度。封头的有效厚度为：。封头型记做 ： /T47463.2筒体和封头的结构设计3.2.1 封头的结构尺寸根据JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中EHA椭圆形封头内表面积、容积。如表3-1表3-1 ：EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN /mm总深度H /mm内

29、表面积A/容积/20005254.49301.1257 由，得如下图3.1图3.1椭圆形封头简图3.2.2 筒体的长度计算根据 ，充装系数为0.9。即可求得，计算得,取。3.3鞍座选型和结构设计 3.3.1 鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-A。估算鞍座的负荷： 储罐总质量，圆筒质量：；圆筒容积为：总容积V:单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头EHA椭圆形封头质量，可知，充液质量：附件质量：人孔质量为302kg，其他接管质量总和估计为400kg；所以综上所述：则有： 每个鞍座承受的重量为。由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为

30、A,包角为120，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座结构尺寸如下表3-2：表3-2：鞍式支座结构尺寸公称直径DN2000腹板10垫板430允许载荷300 筋板33010鞍座高度h250190e80底板1420260螺栓间距12602208螺孔/孔长24/4012弧长2330重量kg1603.3.2 鞍座位置的确定因为当外伸长度A=0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸A不超过0.2L值，为此中

31、国现行标准JB 4731钢制卧式容器规定A0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。由标准椭圆封头由，得故 鞍座的安装位置如图3.2所示： 图3.2 鞍座示意图此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此，JB4731还规定当满足A0.2L时，最好使，即， ，取，综上有：(A为封头切线至鞍座中心线的距离，L为两封头切线间的距离)。3.4接管，法兰，垫片和螺栓的选择3.4.1接管和法兰液化石油气储罐应设置排污口，气相平衡口，

32、气相口，出液口，进液口，人孔，液位计口，温度计口，压力表口，安全阀口，排空口。法兰简图如图3.3所示,接管和法兰布置如图3.4所示：图3.3 法兰结构简图图3.4储罐各管口示意图查HG/T 20592-2009钢制管法兰中PN10带颈对焊钢制管法兰(除人孔法兰外)，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸、质量，法兰密封面均采用FM型式。表3-3：接管和法兰尺寸序号名称公称直径(DN)钢管外径法兰焊端外径（B）法兰外径(D)螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径(L)螺栓孔数量n（个）螺栓Th法兰厚度(C)法兰颈法兰高度H法兰质量NSRa进气口8089200160188M16201053.2106504b人

33、孔5005306706202620M24285627.116129039.5c出气口8089200160188M16201053.2106504d温度计口202510575144M1218402.364401e压力表口202510575144M1218402.364401f安全阀口100108220180188M16201313.6128524.5k1-2液位计口3238140100184M1618562.666422g排空口5057165125184M1618742.985452.5h排污口8089200160188M16201053.2106504m进液口8089200160188M162

34、01053.2106504S出液口8089200160188M16201053.21065043.4.2 垫片查HG/T 20592-20635钢制管法兰、垫片、紧固件凹凸面法兰用MFM型垫片尺寸表4.0.2-3得：表3-4 垫片尺寸表符号管口名称公称直径内径D1外径D2a进气口8089120b人孔500530575c出气口8089120d温度计口202750e压力表口202750f安全阀口100115149k1-2液位计口324365g排空口506187h排污口8089120m进液口8089120S出液口8089120注：1：垫片型式为石棉橡胶板。2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。3：人孔

35、法兰垫片厚度为3mm，其他法兰垫片厚度为1.5mm3.4.3 螺栓（螺柱）的选择查HG/T 20592-20635钢制管法兰、垫片、紧固件,PN10带颈对焊钢制管法兰螺柱的长度和平垫圈尺寸如表3-5:表3-5 螺栓及垫片符号六角头螺栓和螺柱公称直径DN螺纹数量N（个）质量（kg）质量（kg）a80M1686514990144b500M242090482125450c80M1686514990144d20M12455647560e20M16455647560f100M1686514990144k1-232M1646014185136g50M1646014185136h80M16865149901

36、44m80M1686514990144S80M16865149901443.5人孔的选择根据HG/T 21518-2005，选用公称压力,公称直径=500mm的回转盖带颈对焊法兰人孔，密封面为凹凸面（MPM），接管为20号钢，其明细尺寸见下表3-6：表3-6 人孔尺寸表（单位：mm）密封面型式凹凸面D7555230公称压力(Mpa)4.067057螺柱数量20公称直径500280A430螺母数量40132螺柱尺寸d498b57总质量kg3993.6安全阀的设计3.6.1安全阀最大泄放量的计算一般造成设备超压的原因主要有三种：一是操作故障；二是火灾三是动力故障。根据资料，对于易燃液化气体如液化石

37、油气，在发生火灾时，安全阀的泄放量最大。在火灾情况下，设备吸热，液相迅速汽化，引起设备的压力升高，这种情况下液相的汽化量即为安全阀的泄放量。泄放量决定于火灾时单位时间内传人设备的热量和液体的气化潜热。一般情况下，液化石油气储罐不保温，储罐安全泄放量可按式计算：式中： 液化石油气储罐的安全泄放量，； q液相液化石油气的蒸发潜热，；容器安装在地面上查有关手册得：液化石油气的汽化潜热 q=427.1(KJ/kg)( 50)F系数 储罐在地面上，取F=1储罐的受热面积，。对椭圆形封头的卧式储罐，。以上计算Ar的公式中：为储罐外径；L为卧式储罐的总长，从上面计算中可知，。则3.6.2安全阀喷嘴面积的计算

38、液化石油气储罐安全阀起跳排放出的是气体，其喷嘴面积可按一般气体安全阀喷嘴面积通用公式计算，安全阀的排气能力决定于安全阀的喷嘴面积。即根据安全阀出口压力(背压)的大小不同，安全阀的排气能力应按临界条件和亚临界条件两种状况进行计算：临界条件下，亚临界条件下 。式中：安全阀的出口侧压力(绝压)，；安全阀的定压，；安全阀的排放压力(绝压)，；取绝热系数，对于液化石油气， 液化石油气储罐安全阀放空气体一般排入火炬系统或直接高空排放，其出口侧压力(背压)很小，即0.5744，因此安全阀的排气能力可按临界条件计算，即： 式中： 安全阀的排放能力，kg/h; K安全阀的排放系数，与安全阀的结构型式有关，应根据

39、试验数据确定，无参考数据时，可按下述规定选取：对全启式安全阀， K=0607；对带调节圈的微启式安全阀， K=0405；对不带调节圈的微启式安全阀， K=025035； 液化石油气储罐设置的安全阀，需要有较大的排气能力，应选用全启式安全阀，取K=065； A安全阀的喷嘴面积，； C气体的特性系数，仅与气体的绝热系数k有关，可按下式算： 对于液化石油气，绝热指数k1.15，计算得C=332； Z安全阀进口处气体的压缩系数，液化石油气的压缩系数Z0.7； T安全阀进口处介质的热力学温度 M气体的摩尔质量， 查液化石油气储罐安全阀的工艺计算得：安全阀排放温度T=323343 K,取摩尔质量 M50

40、,从上面计算得：，。则安全阀的喷嘴面积为： 得出安全阀喷嘴面积为最后得出安全阀的内径：3.6.3安全阀的选型 查化工管路手册上册444页，（九）安全阀，各种安全阀的产品名称、型号、技术数据，根据介质为石油气，发现无公称压力为2.5MPa的安全阀，所以选用公称压力为4.0MPa的安全阀,公称直径DN=100mm，型号为A40Y-40 A40Y-40I，其尺寸参数如下表：公称通径mm主要外形尺寸（mm） 重量 LDbH1001701501952210021518015512120318505888 65kg第四章 设计强度的校核4.1水压试验应力校核试验压力： ，合格。图4.1 双鞍座卧式储罐载荷、支座反力、剪力及弯矩图4.2筒体轴向弯矩计算工作时支座反力：,，。圆筒中间处截面上的弯矩：支座处横截面弯矩：4.3筒体轴向应力计算及校核4.3.1圆筒中间横截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力： 最高点处： 最低点处： 4.3.2压力及轴向弯矩引起的轴向应力因鞍座平面上，即筒体被封头加强，查压力容器与过程装备表5-1可得，。鞍座横截面最高处点轴向应力： 鞍座横截面最低点处轴向应力： 4.3.3筒体轴向应力校核因轴向许用临界应力由：根据圆筒材料查压力容器与过程装备图4-9得：