壓力容器壁厚計算完整指南 ASME 公式 × 材質選型 × 監測儀錶

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ASME Section VIII Division 1 ‧ 壓力容器設計工程指南

壓力容器壁厚計算完整指南
ASME 公式 × 材質選型 × 監測儀錶

從公式 t = PR / (SE − 0.6P) 到實際工廠案例，昶特 ATLANTIS 31 年工業儀錶製造專家，帶您一次看懂壓力容器壁厚計算的每一個細節。

ASME UG-27 圓柱殼體 ASME UG-32 封頭計算 材質許用應力表 焊接接頭效率 腐蝕裕量 台灣石化 / 製藥 / 食品 GMP
Engineering Background

壓力容器壁厚計算：工廠安全的第一條防線

壓力容器廣泛應用於石化、製藥、食品加工、半導體廠務、能源與化工等核心產業。一旦壁厚計算失誤，輕則設備洩漏、停產損失，重則爆炸傷亡。ASME Boiler and Pressure Vessel Code（BPVC）Section VIII Division 1 是全球最廣泛採用的壓力容器設計規範，本指南依據此規範完整解析壁厚計算流程。

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高壓破裂事故頻發

根據工業安全統計，全球每年因壓力容器壁厚不足或計算錯誤導致的事故超過數百起，直接經濟損失以億計。正確的壁厚設計是廠區安全的根本保障。

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ASME 設計安全係數

ASME Section VIII Div. 1 採用「依規則設計（Design by Rule）」方法，安全係數為 3.5（許用應力 = 極限強度 / 3.5），確保容器在超壓或材料退化下仍有足夠裕量。

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台灣法規要求

依勞動部《危險性機械及設備安全檢查規則》，符合 ASME 規範的壓力容器須申請主管機關竣工檢查，壁厚計算書為必備文件之一。

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過厚同樣是問題

壁厚設計過厚不僅增加材料成本（鋼材單價 NT$40,000～100,000/噸），也增加容器重量和基礎荷重，精確計算能在安全前提下最優化成本。

Core Formula — ASME UG-27

ASME 壓力容器壁厚計算公式完整解析

依據 ASME Section VIII Division 1 UG-27 條款，不同幾何形狀的壓力容器採用不同公式。以下逐一解析最常用的三種。

ASME UG-27(c)(1) — 圓柱形壓力容器（內壓）
t = PR / (SE − 0.6P)

適用條件：壁厚 t ≤ 0.5R（薄壁容器）且 P ≤ 0.385SE

符號名稱單位（公制/英制）說明
t最小設計壁厚mm / in計算結果，不含腐蝕裕量
P設計壓力（錶壓）MPa / psi取操作壓力 × 1.1 或 + 0.1 MPa，取較大值
R容器內半徑mm / in= 內徑 D / 2
S材質許用應力MPa / psi依 ASME Section II Part D 查表，隨溫度變化
E焊接接頭效率無因次（0.60～1.00）依射線檢測程度選取（見下表）

各型封頭（Head）壁厚公式

封頭型式壁厚公式ASME 條款特點
標準橢圓形 2:1（最常用）t = PD / (2SE − 0.2P)UG-32(d)材料省，製造容易，最普遍
球形（半球形）t = PR / (2SE − 0.2P)UG-32(f)材料最省，製造成本高，高壓容器用
碟形（Torispherical）t = 0.885PL / (SE − 0.1P)UG-32(e)L = 王冠半徑；低壓儲罐常見
錐形（Conical）t = PD / (2cos α (SE − 0.6P))UG-32(g)α = 半錐角，適合漏斗形底部
平板（Flat Head）t = d √(CP/SE)UG-34C 值依固定方式查表，壁厚最大

焊接接頭效率 E 值選取表（ASME UW-12）

接頭型式全 RT（E=1.0）局部 RT（E=0.85）無 RT（E=0.70）
Type 1：全熔透對接縱縫1.000.850.70
Type 2：帶支撐環對接縱縫0.900.800.65
Type 3：單面對接縱縫（不帶支撐）N/AN/A0.60
Type 6：角縫（Fillet Weld）N/AN/A依 UW-18 規定
RT = 射線檢測（Radiographic Test）；採用全 RT 時 E=1.0，可使容器設計壁厚最薄，節省材料。
Material Allowable Stress — ASME Section II Part D

常用壓力容器材質許用應力對照表

以下數據摘自 ASME Section II Part D 許用應力表（S 值），以 MPa 為單位。實際設計請以最新版規範為準，並確認材料規格（Grade）完全符合。

ASME 材料規格對應材質20°C100°C200°C300°C400°C適用場合
SA-516 Gr.60碳鋼壓力容器用板115 MPa11511010389一般儲槽、低壓容器
SA-516 Gr.70（最常用）碳鋼壓力容器用板138 MPa138132125108石化、鍋爐、儲壓罐
SA-240 Type 304304 不鏽鋼板138 MPa127120113105食品、製藥、輕腐蝕性
SA-240 Type 316L316L 不鏽鋼板115 MPa1071009690含氯環境、強腐蝕性
SA-240 Type 321321 不鏽鋼（含 Ti）138 MPa129121114107高溫抗敏化、化工
SA-387 Gr.11 Cl.21.25Cr-0.5Mo 合金鋼板150 MPa150150148140高溫高壓，煉油廠
SB-443 N06625（Inconel 625）鎳基合金板199 MPa193185179172極腐蝕性、海水、氯化物
SB-265 Gr.2（純鈦）鈦板 Grade 2138 MPa121105——海水脫鹽、鹽酸介質
注意：以上數值為近似參考值，正式工程設計必須查閱 ASME Section II Part D 最新版本（2023年版）的官方數據表。許用應力依溫度線性或非線性變化。
工程師選材 Tips：SA-516 Grade 70 是台灣石化廠最常見的壓力容器板材，性價比最高。含氯介質優先考慮 SA-240 Type 316L 而非 304；若服務溫度超過 350°C 且需要抗氫脆，考慮 SA-387 合金鋼。高許用應力材料可減少壁厚，但需評估焊接性和成本。
Step-by-Step Calculation

ASME 壓力容器壁厚完整計算流程

依序完成以下七個步驟，可系統化地完成符合 ASME 規範的壁厚計算。每個步驟均需在計算書中完整記錄。

1

確認操作條件（Process Data Sheet）

收集：操作壓力（MPa）、操作溫度（°C）、介質種類（腐蝕性、毒性、易燃性）、設計壽命（年）。設計壓力 = max（操作壓力 × 1.1，操作壓力 + 0.1 MPa）。

2

選定容器幾何形狀與尺寸

確定：圓柱殼體內徑 D（mm）、封頭型式（橢圓形 / 球形 / 碟形）、操作基準（內壓 / 外壓）。設計內徑由製程需求（流量、停留時間）決定。

3

選定材質，查許用應力 S

依介質腐蝕性、操作溫度和成本選材，在 ASME Section II Part D 的 Table 1A（黑色金屬）或 Table 1B（非黑色金屬）查取對應溫度的許用應力 S 值（MPa）。

4

確定焊接接頭效率 E

依預計射線檢測程度選取 E 值：全射線檢測 E=1.0，局部 E=0.85，免射線 E=0.70。高壓或危險介質建議採用全 RT，取 E=1.0 以降低計算壁厚。

5

計算最小計算壁厚 tcalc

代入公式：t = PR / (SE − 0.6P)，其中 R = D/2（內半徑，mm）。例：P=1.0 MPa，R=500mm，S=138 MPa，E=1.0 → t = (1.0 × 500) / (138 × 1.0 − 0.6 × 1.0) = 500 / 137.4 = 3.64 mm

6

加腐蝕裕量（C.A.）與製造公差

最終壁厚 = tcalc + 腐蝕裕量（C.A.）÷ 製造負公差（1 − 0.125）。常見 C.A.：碳鋼一般工況 1.5～3mm；不鏽鋼 0～0.5mm。製造負公差（Mill Under-tolerance）通常為標稱厚度的 12.5%，需在選板時補足。

7

選取標準鋼板厚度並驗算 MAWP

選取大於計算值的最近標準鋼板厚度（如 6、8、10、12、14、16mm 等），再以實際選用厚度反推 MAWP，驗證 MAWP ≥ 設計壓力。MAWP = SE(t − C.A.) / (R + 0.6(t − C.A.))

⚠ 注意：此計算僅適用於薄壁壓力容器（t ≤ 0.5R）且 P ≤ 0.385SE 的條件。厚壁容器（高壓）需使用 Div. 1 UG-27 厚壁公式或改用 Division 2 的設計分析方法。計算書需由具備相關資格的工程師簽署。
Engineering Case Studies

壓力容器壁厚實際計算案例（已匿名）

以下案例均為台灣工業現場真實案例，已匿名處理。計算結果展示 ASME 公式的實際應用方式。

案例 A ‧ 石化廠

案例一：製程氣體分離容器（SA-516 Gr.70，碳鋼）

操作條件：操作壓力 2.5 MPa（錶壓）、操作溫度 120°C、介質為輕烴氣體（含少量 H₂S）。容器內徑 1,200mm，橢圓形封頭，全射線檢測（E=1.0）。設計壽命 20 年，腐蝕速率 0.15mm/year。

計算步驟：

參數數值來源/說明
設計壓力 P2.75 MPa操作壓力 × 1.1 = 2.5 × 1.1
內半徑 R600 mmD/2 = 1200/2
許用應力 S（120°C）138 MPaSA-516 Gr.70 @ 150°C ≈ 138 MPa
焊接效率 E1.0全射線檢測
腐蝕裕量 C.A.3.0 mm0.15 mm/yr × 20 yr

圓柱殼體計算：
tcalc = (2.75 × 600) / (138 × 1.0 − 0.6 × 2.75) = 1650 / (138 − 1.65) = 1650 / 136.35 = 12.1 mm
加腐蝕裕量：tmin = 12.1 / (1 − 0.125) + 3.0 = 13.83 + 3.0 = 16.83 mm
選用標準板厚：18 mm（SA-516 Gr.70）

橢圓形封頭計算（2:1）：
thead = (2.75 × 1200) / (2 × 138 × 1.0 − 0.2 × 2.75) = 3300 / (276 − 0.55) = 3300 / 275.45 = 11.98 mm
加裕量後選用：16 mm

✅ 結果：殼體壁厚 18mm，封頭壁厚 16mm（SA-516 Gr.70），符合 ASME Section VIII Div. 1 要求，設計安全合格。容器需進行水壓試驗，試驗壓力 = 2.75 × 1.3 = 3.575 MPa。
案例 B ‧ 製藥廠 GMP

案例二：注射用水（WFI）儲存容器（SA-240 Type 316L，不鏽鋼）

操作條件：操作壓力 0.4 MPa（錶壓）、操作溫度 80°C（WFI 保溫循環）、介質為高純水（WFI）。容器內徑 800mm，橢圓形封頭，局部射線檢測（E=0.85），符合 FDA/GMP 衛生設計。設計壽命 15 年，腐蝕裕量 0mm（不鏽鋼）。

參數數值來源/說明
設計壓力 P0.50 MPa操作壓力 × 1.1 + 一些操作裕量
內半徑 R400 mmD/2 = 800/2
許用應力 S（80°C）111 MPaSA-240 316L @ 100°C ≈ 107 MPa（保守取 111）
焊接效率 E0.85局部 RT
腐蝕裕量 C.A.0 mm316L 不鏽鋼，WFI 介質不腐蝕

殼體計算：
tcalc = (0.50 × 400) / (111 × 0.85 − 0.6 × 0.50) = 200 / (94.35 − 0.30) = 200 / 94.05 = 2.13 mm
製造公差補足：2.13 / (1 − 0.125) = 2.43 mm，C.A.= 0mm
選用標準板厚：4 mm（SA-240 316L，符合 GMP 要求最小壁厚）

✅ 結果：殼體壁厚 4mm 316L，滿足 ASME 計算需求及製藥 GMP 最小壁厚要求。此容器的 ATLANTIS 壓力傳送器選型：PT-S101 系列，材質 316L，精度 ±0.1% FS，4-20mA 輸出，接 PLC 做自動監控。
案例 C ‧ 食品工廠

案例三：CIP 清洗罐（SA-240 Type 304，不鏽鋼）

操作條件：最大壓力 0.6 MPa（蒸氣加熱 CIP）、操作溫度 130°C（蒸氣滅菌）、介質為酸鹼清洗液。容器內徑 600mm，球形封頭（省材料），全射線檢測（E=1.0），食品衛生等級設計（Ra ≤ 0.8μm）。

殼體計算（130°C 許用應力 S≈118 MPa）：
t = (0.6 × 300) / (118 × 1.0 − 0.6 × 0.6) = 180 / (118 − 0.36) = 180 / 117.64 = 1.53 mm
選用：3 mm（SA-240 304，考量製造及衛生設計最小壁厚）

✅ 結果：壁厚 3mm SA-240 Type 304，滿足 ASME 計算及食品衛生設計需求。現場安裝 ATLANTIS MF-SUS 全不鏽鋼壓力錶監測操作壓力，量程選 0-1.6 MPa，搭配高溫型隔膜保護（耐 150°C 蒸氣）。
Performance Data

壓力容器壁厚計算關鍵數據整理

以下整理各項壁厚計算的關鍵影響因素量化分析，供工程師快速決策參考。

影響因素變化條件壁厚影響成本影響備注
焊接效率 E從 0.70 升至 1.00（加全 RT）壁厚減少 ~30%材料省 30%，RT 費用增加高壓容器幾乎必選全 RT
材質升級SA-516 Gr.60 → Gr.70壁厚減少 ~17%材料成本差異小，建議優先選 Gr.70相同加工性，強度更高
操作溫度影響SA-516 Gr.70：20°C → 400°C許用應力降 22%，壁厚增 28%材料用量增加相應比例高溫設計需特別注意
腐蝕裕量C.A. 從 0mm 增至 3mm絕對壁厚增加 3mm對薄壁容器影響比例大設計壽命越長，C.A. 越大
壓力翻倍1.0 MPa → 2.0 MPa（同直徑）壁厚近似翻倍材料成本翻倍，製造複雜度上升高壓容器考慮 Div. 2
直徑加大內徑 1000mm → 2000mm（同壓力）壁厚翻倍材料用量 × 4（面積加大）大型儲槽重量激增
封頭型式平板 → 橢圓形 → 球形壁厚：平板最厚，球形最薄球形節省材料但製造最貴橢圓形最常用，兼顧效益
Division 升級Div. 1 → Div. 2（設計分析法）壁厚可減少 15～30%材料省，設計工程費較高適合高壓（>100 bar）容器
壓力（MPa）內徑 D（mm）SA-516 Gr.70 E=1.0 計算 t（mm）+ C.A. 3mm 後選板（mm）建議監測儀錶量程
0.56001.160～1.6 MPa
1.08002.980～1.6 MPa
1.610005.9100～2.5 MPa
2.5120011.0160～4.0 MPa
4.0100014.8200～6.0 MPa
6.380018.8240～10 MPa
10.060023.1280～16 MPa
以上為初估值，計算採 S=138 MPa（室溫）、E=1.0（全 RT），腐蝕裕量 3mm，製造負公差 12.5%。正式設計需全面複核。
ASME Standard Comparison

ASME Division 1 vs Division 2完整對比

選擇 ASME Section VIII Division 1 或 Division 2 對壁厚、成本和工程複雜度都有直接影響。以下是關鍵差異比較。

比較項目Division 1（Div. 1）Division 2（Div. 2）
設計方法設計依規則（Design by Rule）設計分析（Design by Analysis / FEA）
安全係數（抗拉強度）3.5（保守設計）2.4（較準確分析）
許用應力相對較低最高可較 Div.1 高 45%
計算壁厚較厚（保守）較薄（省材料 15～30%）
適用壓力範圍15 psi（1.03 bar）以上，一般 <3,000 psi中高壓，尤其 >3,000 psi 優勢明顯
設計工程費低高（需有限元素分析）
檢驗要求標準更嚴格（NDE、RT 要求更高）
台灣應用絕大多數石化、製藥、食品容器高壓特殊設備，相對少見
昶特工程師建議：台灣大多數產業（石化、製藥、食品）使用 ASME Division 1 即已足夠，且審查機關熟悉度高。只有超高壓（> 200 bar）或需要大幅節省材料成本的特殊場合，才考慮 Division 2。Division 3 則適用於 10,000 psi（約 690 bar）以上的超高壓應用。
ATLANTIS Product Recommendation

壓力容器監測儀錶昶特 ATLANTIS 完整方案

壁厚設計完成只是第一步。壓力容器在整個服役期間都需要精確的壓力監測儀錶確保安全運行。昶特 ATLANTIS 31年製造經驗，提供以下完整監測解決方案。

ATLANTIS DPS-2.5SPD3 多功能數位壓力開關
DPS-2.5SPD3

多功能數位壓力開關

整合即時顯示、超壓警報、4-20mA 遠傳於一身，是壓力容器安全監測的全方位解決方案。精度 ±0.5%，LED 螢幕在 3 公尺外清晰可視。

  • 精度：±0.5% FS
  • 輸出：4-20mA + RS-485
  • 防護等級：IP65
  • 壓力範圍：多量程可選
  • 顯示：彩色 LED，超壓變紅警示

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ATLANTIS MF-SUS 全不鏽鋼壓力錶
MF-SUS 系列

全不鏽鋼直立式壓力錶

多種牙規可選，適合不鏽鋼兼容的微腐蝕性介質，廣泛應用於化工、石油化工、食品工業、生物化學等產業的壓力容器就地顯示。

  • 材質：全 SUS316 不鏽鋼
  • 精度：±1.0% FS
  • 防護等級：IP65
  • 接液部：SUS316
  • 適用溫度：-40°C ～ +150°C

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ATLANTIS PT-S101 高精度壓力傳送器
PT-S101 系列

高精度壓力傳送器

內建高精度傳感器，4-20mA 標準輸出，適合接入 PLC/DCS/SCADA 進行壓力容器遠端監控與趨勢記錄，是工業 4.0 製程監控的核心設備。

  • 精度：±0.1% FS
  • 輸出：4-20mA（兩線制）
  • 材質：316L 不鏽鋼
  • 防護等級：IP67
  • 量程：多種可選（0.1～40 MPa）

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ATLANTIS 隔膜壓力錶
隔膜壓力錶系列

隔膜式壓力錶（腐蝕性介質專用）

介質不直接進入錶體，透過不鏽鋼或 PTFE 隔膜傳壓，專為含高腐蝕性、高黏度或有衛生要求的壓力容器設計，有衛生型（Tri-Clamp 接頭）可選。

  • 隔膜材質：SUS316L / Hastelloy / PTFE
  • 連接型式：牙口型 / 法蘭型 / 衛生型
  • 填充液：甘油或矽油
  • 適用：含氯、酸鹼、高黏度介質
  • 食品 GMP / 製藥衛生型可選

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壓力容器監測儀錶選型決策矩陣

應用需求指針式壓力錶數位壓力錶 / 開關壓力傳送器隔膜壓力錶
就地目視確認✔ 最佳✔✘✔
無需電源運行✔ 最佳✘✘✔
遠端監控 / PLC 整合✘✔ 選配✔ 最佳✘
超壓自動報警✘✔ 最佳✔✘
腐蝕性介質✘ 需慎選材質✘✔ 選含隔膜型✔ 最佳
食品 / GMP 衛生設計✘✘✔ 衛生型✔ 衛生型
高振動環境✔ 充油型✔✔✔ 充油型
高精度量測（±0.1%）✘✔ 部分型號✔ 最佳✘
昶特 ATLANTIS 強烈建議：安全關鍵的壓力容器（高壓、毒性介質、GMP 廠）應採用「雙重配置」——就地安裝指針式壓力錶（有電源中斷也能讀數）+ 壓力傳送器（4-20mA 接 DCS/SCADA 自動監控）+ 壓力開關（超壓跳機聯鎖）。三者互補，構成完整的壓力保護體系。
Design Process

壓力容器壁厚設計完整決策流程

從工程需求到完工試驗，以下流程圖涵蓋 ASME Section VIII Division 1 的完整壁厚設計決策路徑。

  ┌─────────────────────────────────────────────┐
  │     確認操作壓力 P_op、溫度 T、介質種類         │
  └────────────────────┬────────────────────────┘
                       ↓
  ┌─────────────────────────────────────────────┐
  │  設計壓力 P = max(P_op × 1.1, P_op + 0.1MPa)│
  └────────────────────┬────────────────────────┘
                       ↓
  ┌──────────┐   ┌─────────────────┐   ┌────────────────┐
  │ 選材料    │→  │查 ASME Sec.II   │→  │確定許用應力 S   │
  │ (材質類型) │   │Part D 許用應力表 │   │(MPa, 依溫度)   │
  └──────────┘   └─────────────────┘   └──────┬─────────┘
                                               ↓
  ┌──────────────────────────────────────────────┐
  │   確定焊接接頭效率 E                           │
  │   全 RT → E=1.0  局部 RT → E=0.85  免 RT → 0.70│
  └────────────────────┬─────────────────────────┘
                       ↓
  ┌─────────────────────────────────────────────┐
  │  圓柱殼體：t_calc = P×R / (S×E - 0.6×P)     │
  │  橢圓封頭：t_calc = P×D / (2SE - 0.2P)      │
  └────────────────────┬────────────────────────┘
                       ↓
  ┌─────────────────────────────────────────────┐
  │  加腐蝕裕量 C.A. 和製造負公差補足 (÷0.875)    │
  │  t_final = (t_calc + C.A.) / (1-0.125)     │
  └────────────────────┬────────────────────────┘
                       ↓
  ┌─────────────────────────────────────────────┐
  │  選標準鋼板厚度 t_nom（大於 t_final 的最近規格）│
  └────────────────────┬────────────────────────┘
                       ↓
  ┌─────────────────────────────────────────────┐
  │  驗算 MAWP = SE(t-CA) / (R + 0.6(t-CA))    │
  │  確認 MAWP ≥ 設計壓力 P                      │
  └────────────────────┬────────────────────────┘
                       ↓
  ┌─────────────────────────────────────────────┐
  │  完工水壓試驗：試驗壓力 = 1.3 × P × 溫度係數   │
  │  ✓ 通過 → 取得 ASME U 印記                   │
  └─────────────────────────────────────────────┘

E-E-A-T 權威參考文獻與資料來源

來源文獻名稱相關章節
ASME InternationalBPVC Section VIII Division 1 – Rules for Construction of Pressure Vessels（2023版）UG-27, UG-28, UG-32, UG-34, UW-12
ASME InternationalBPVC Section II Part D – Material Properties（2023版）Table 1A (黑色金屬許用應力), Table 1B
勞動部職業安全衛生署危險性機械及設備安全檢查規則（2024修正）第二章 壓力容器
API (美國石油學會)API 579-1/ASME FFS-1 – Fitness-For-Service（2021版）Part 4 壁厚評估，Part 5 局部金屬損失
NACE InternationalNACE MR0175 / ISO 15156 – 含 H₂S 環境材料選擇碳鋼、低合金鋼、不鏽鋼限制
昶特有限公司 ATLANTIS31年台灣工業儀錶製造工程實務壓力容器監測選型、客戶案例分析
Frequently Asked Questions

壓力容器壁厚計算20 大 FAQ

收錄台灣工廠工程師最常提問的壓力容器壁厚計算問題，由昶特 ATLANTIS 31年工業儀錶製造專家解答。

ASME 壓力容器壁厚計算公式是什麼？
依據 ASME Section VIII Division 1 UG-27 條款，圓柱形壓力容器的最小壁厚公式為：

t = PR / (SE − 0.6P)

其中：
t = 最小設計壁厚（mm 或 in）
P = 設計壓力（MPa 或 psi）
R = 容器內半徑（mm 或 in）
S = 材質許用應力（MPa 或 psi），依溫度查 ASME Section II Part D
E = 焊接接頭效率（0.60 至 1.00）

此公式適用條件：壁厚 t ≤ 0.5R（薄壁容器），且 P ≤ 0.385SE。
壓力容器壁厚計算中的焊接效率 E 值如何選取？

ASME Section VIII Division 1 UW-12 規定，E 值依射線檢測程度選取：

 

射線檢測程度Type 1 接頭 E 值說明
全射線檢測（RT-1）1.0所有縱縫全部 RT，設計壁厚最薄
局部射線檢測（RT-3）0.85部分 RT，壁厚比全 RT 多約 18%
免射線檢測0.70不做 RT，壁厚最厚，許多廠選避免 RT 費用


建議高壓容器（P>1.6 MPa）或含危險介質，優先採用全 RT（E=1.0），雖然 RT 費用較高，但材料節省和安全性更好。

SA-516 Grade 70 的許用應力是多少？

SA-516 Grade 70 是台灣最常用的壓力容器碳鋼板材，ASME Section II Part D 的許用應力（近似值）如下：

 

溫度許用應力 S（MPa）
20°C（室溫）138
100°C138
200°C132
300°C125
400°C108
450°C90


正式工程設計請查閱 ASME Section II Part D 最新版本的完整數據表，以上數值僅供初步估算參考。

壓力容器設計壓力需要加多少裕量？
ASME 規範建議設計壓力（Design Pressure）的選取：

設計壓力 P_design = max（操作壓力 × 1.1，操作壓力 + 0.1 MPa）

這是一般原則。具體裕量還需考量：
• 管線水壓衝擊（Water Hammer）
• 液體靜頭壓力（Hydrostatic Head）
• 安全閥設定壓力（需低於設計壓力）
• 啟動/停車時的暫態超壓

MAWP（最大允許工作壓力）則由完工後的實際壁厚反算，通常等於或略高於設計壓力。
壓力容器完工後需要哪些測試？
ASME Section VIII Division 1 UG-99/UG-100 規定：

水壓試驗（Hydrostatic Test）— 最常用
試驗壓力 = 設計壓力 × 1.3 × （室溫許用應力 S_room / 設計溫度許用應力 S_design）
例：P=1.0 MPa，SA-516 Gr.70 室溫 S=138 MPa，設計溫度 200°C S=132 MPa
水壓試驗壓力 = 1.0 × 1.3 × (138/132) = 1.36 MPa

氣壓試驗（Pneumatic Test）— 特殊情況使用
試驗壓力 = 設計壓力 × 1.1
需要特殊安全預防措施，因氣體儲能遠大於液體。

試驗合格後取得 ASME U 印記（U Stamp）認證，台灣勞動部竣工檢查認可此認證。
腐蝕裕量 C.A. 如何決定？

腐蝕裕量（Corrosion Allowance, C.A.）= 腐蝕速率（mm/year）× 設計壽命（年）

常見參考值：
 

介質腐蝕性碳鋼（SA-516）不鏽鋼（304/316）
非腐蝕性（水、空氣）1.5 mm0 mm
輕微腐蝕性1.5～3.0 mm0～0.5 mm
中等腐蝕性3.0 mm改用隔膜保護
強腐蝕性建議改選不鏽鋼/鈦/哈氏合金—


若不確定腐蝕速率，可參考 NACE 腐蝕手冊或委託材料試驗確認。

壓力容器內壓和外壓計算方法有何不同？
內壓計算（ASME UG-27）：使用公式 t = PR/(SE-0.6P)，計算在內壓下的環向應力（Hoop Stress），方法簡單直接。

外壓計算（ASME UG-28）：需防止容器「挫曲（Buckling）」，計算更複雜：
步驟 1：計算比值 L/Do 和 Do/t
步驟 2：查 ASME Section II Part D 的 Fig. G 幾何圖，取得係數 A
步驟 3：查材料圖（Material Chart）取得係數 B
步驟 4：計算允許外壓 P_a = 4B/(3×Do/t)
步驟 5：確認 P_a ≥ 設計外壓

外壓容器（真空容器、蒸汽夾套）通常需加加強環（Stiffening Ring）來提高抗挫曲能力。
橢圓形封頭（Ellipsoidal Head）的壁厚公式是什麼？
依 ASME UG-32(d)，標準 2:1 橢圓形封頭壁厚公式：

t = PD / (2SE − 0.2P)

其中 D = 封頭內徑（mm）。

與圓柱殼體公式比較：相同直徑下，橢圓形封頭計算出的壁厚通常比圓柱殼體略薄，因此是最常見的封頭選擇，兼顧材料效率和製造可行性。

注意：半長軸 a 和半短軸 b 之比 = 2:1 是標準設計，若採用非標準比例需另行計算。
壓力容器壁厚計算後還需要加多少設計裕量？
計算出的 t_calc 只是理論最小值，實際選板還需考量：

1. 腐蝕裕量（C.A.）：依介質和設計壽命加 1.5～3mm
2. 製造負公差（Mill Under-tolerance）：鋼廠出廠鋼板容許負誤差，ASTM 標準通常為 −12.5%，需補足
公式：t_nominal ≥ (t_calc + C.A.) / (1 − 0.125) = (t_calc + C.A.) / 0.875

3. 選取標準規格：從標準鋼板厚度（6、8、10、12、14、16、18、20、22、25mm…）中選取不小於計算值的最近規格。

ASME Division 1 整體安全係數為 3.5（=抗拉強度/許用應力），這已內含在 S 值中。
如何選擇壓力容器的材質？
材質選擇的六大考量因素：

① 設計溫度：碳鋼（SA-516）適用至約 425°C；不鏽鋼 304/316 適用 -200°C 至 +750°C；需低溫韌性時選 SA-516 Gr.70 並指定 PWHT。

② 介質腐蝕性：含 H₂S 選 NACE MR0175 認證的材料（硬度限制）；含氯離子選 316L；強酸考慮 Inconel 或鈦板。

③ 許用應力：SA-387 合金鋼許用應力比 SA-516 高，高壓容器更省壁厚。

④ 衝擊試驗：低溫服務（<-29°C）需 Charpy 衝擊試驗，選取有韌脆轉變測試的材料。

⑤ 焊接性：高碳當量材料需預熱和 PWHT，增加製造成本。

⑥ 成本：SA-516 Gr.70 性價比最高；不鏽鋼約貴 4～8 倍；Inconel 可達 40 倍以上。
球形封頭（Hemispherical Head）的壁厚公式是什麼？

依 ASME UG-32(f)，球形封頭壁厚公式：

t = PR / (2SE − 0.2P)

比較三種封頭的材料效率（相同 D=1000mm, P=2MPa, SA-516 Gr.70 E=1.0 為例）：
 

封頭型式計算壁厚 t材料說明
球形封頭7.3 mm材料最省，製造最難（熱壓成型）
2:1 橢圓形7.3 mm（約相同）最常用，製造容易
碟形（Torispherical）~10 mm較省空間，低壓儲槽常用
平板封頭60+ mm壁厚最大，僅用於小口徑高壓
壓力容器壁厚計算是否需要考慮溫度影響？
必須考慮！這是壓力容器設計最常被忽略的關鍵點。

溫度影響體現在兩個層面：

1. 許用應力隨溫度降低：金屬在高溫下強度和許用應力降低，設計溫度越高，計算出的壁厚越大。

2. 低溫韌性問題：碳鋼在低溫下發生韌脆轉變，需依 ASME UCS-66 的衝擊試驗曲線確認是否需要 Charpy 衝擊試驗。

設計原則：使用設計溫度（不是操作溫度）對應的材質許用應力 S 代入計算，確保在最苛刻溫度下仍然安全。
如何判斷壓力容器是否需要 PWHT（焊後熱處理）？

ASME UCS-56 規定碳鋼壓力容器需要 PWHT 的情況：

 

條件PWHT 要求
壁厚 > 38mm（一般碳鋼）必須
壁厚 > 32mm（P1 Group 1 以外）視情況
設計溫度 < -29°C通常必須（配合衝擊試驗）
P3/P4 組合金鋼（Cr-Mo 鋼）必須（獨立於厚度）
含 HF 酸或鹼性介質（NACE 要求）必須


PWHT 主要目的：消除焊接殘餘應力、降低應力腐蝕開裂（SCC）風險、改善碳鋼韌性。溫度通常 600～650°C，保溫 1hr/25mm 壁厚。

壓力容器的設計壽命一般是多少年？
石化行業標準：20～25 年

設計壽命直接影響腐蝕裕量的選取：
腐蝕裕量 C.A. = 腐蝕速率（mm/year）× 設計壽命（年）

例：設計壽命 20 年，碳鋼腐蝕速率 0.15mm/year → C.A. = 3.0mm

壽命評估：運行超過設計壽命的容器不一定要報廢，可依 API 579-1/ASME FFS-1 進行「適用性評估（Fitness-For-Service）」，通過剩餘厚度測量、FFS 計算和風險評估，確定是否可繼續安全使用及延壽年限。

台灣法規要求：壓力容器達設計壽命或發現重大異常時，需申請主管機關「定期檢查」。
壓力容器壁厚計算公式中，用內徑還是外徑？
ASME Div. 1 標準公式使用內半徑 R（內徑 D 的一半）。

若設計以外徑為基準（如配管外徑選型），可用外徑公式：
t = PD_o / (2SE + 0.4P)

兩種公式在薄壁條件下（t << D）結果幾乎相同。但在厚壁情況（t/D > 0.1）會有差異，應依 ASME Appendix 1 的厚壁公式處理。

實務建議：
• 容器設計：多用內徑公式（製程決定有效容積）
• 管道設計：多用外徑公式（管材以 OD 規格為準）
昶特 ATLANTIS 提供哪些壓力容器監測產品？

昶特 ATLANTIS（re-atlantis.tw）提供完整的壓力容器監測解決方案，覆蓋從就地顯示到遠端監控的完整需求：

 

產品類別代表型號適用場合
全不鏽鋼壓力錶MF-SUS 系列化工、食品、石化就地顯示
數位壓力開關DPS-2.5SPD3超壓報警、4-20mA 遠傳
高精度壓力傳送器PT-S101 系列DCS/SCADA 自動監控
隔膜壓力錶多種型式腐蝕性、高黏度介質
衛生型壓力傳送器特訂型食品 GMP、製藥


聯絡方式：台北市北投區致遠一路二段 109 號，電話 02-2820-3405，Email: ian@atlantis.com.tw。昶特提供 TAF 認可校正服務，可開立合法稽核報告。

壓力容器使用的壓力錶量程應如何選取？
量程選取黃金法則：選最大工作壓力（MAWP）的 1.5 至 2 倍

例：MAWP = 1.0 MPa → 選 1.6 MPa 量程的壓力錶

為什麼不能選剛好等於 MAWP？
• 長期指針停在 90% 以上會加速機芯磨損
• 壓力突波（Surge）可能瞬間超過滿量程
• 精度降低（指針靠近滿量程時非線性增加）

為什麼不選太大的量程？
• 正常操作壓力在 20%～30% 量程時，讀值誤差是標稱精度的 3～5 倍

昶特建議：對壓力容器這類安全關鍵設備，採用指針式壓力錶（就地確認）+ 壓力傳送器（自動監控）雙重配置，量程獨立選取，互為備援。
如何安裝壓力容器的壓力監測儀錶？
壓力容器監測儀錶安裝要點：

① 取壓位置：避免死角、氣泡積聚處；含固體介質需加導流管；高溫蒸汽需加虹吸管（Siphon Pipe）冷卻。

② 截止閥：壓力錶前必須加截止閥，便於維修更換而不需停車。

③ 隔膜：腐蝕性或高黏度介質，壓力錶前加隔膜（Diaphragm Seal）保護，填充矽油傳壓。

④ 緩衝器（Snubber）：高脈衝或水擊環境，加裝緩衝球保護壓力錶免受衝擊損壞。

⑤ 排洩閥：高壓取壓時建議加洩壓排洩閥，方便校正和安全排壓。

昶特工程師可提供現場安裝諮詢，協助選定最適合的儀錶配置方案。
什麼是 MAWP（最大允許工作壓力）？與設計壓力有何差異？
項目設計壓力（Design Pressure）MAWP
定義設計計算基準壓力完工後依實際尺寸計算的承壓上限
決定時間設計階段（製造前）製造完成後（依實際壁厚）
與操作壓力關係通常 = 操作壓力 × 1.1通常 ≥ 設計壓力
安全閥設定參考依據安全閥設定壓力 ≤ MAWP


MAWP 計算公式（以圓柱殼體為例）：
MAWP = SE(t − C.A.) / (R + 0.6(t − C.A.))

若選用的鋼板比計算壁厚厚（如計算需 14mm 但選 16mm），MAWP 會高於設計壓力，代表容器有更大的安全裕量。

SA-240 304 不鏽鋼的許用應力是多少？

SA-240 Type 304 不鏽鋼在各溫度下的許用應力（近似值）：

 

溫度304 許用應力（MPa）316L 許用應力（MPa）
20°C（室溫）138115
100°C127107
200°C120100
300°C11396
400°C10590
500°C8775


316L 許用應力略低於 304，但 316L 添加鉬（Mo 2.0～3.0%）大幅提升抗氯離子腐蝕能力。台灣食品、製藥廠含氯介質（消毒劑、鹽水）建議優先選 316L，不建議選 304 以避免點蝕。

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31 年（1992 年創立）
認證資格
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免責聲明：本文所有壓力容器壁厚計算公式、材質許用應力數據及計算案例均依據 ASME BPVC 相關規範整理，僅供工程教育與初步估算參考。實際壓力容器設計必須由具備專業資格的壓力容器工程師執行，並依最新版 ASME 規範和台灣主管機關相關法規完整計算、審查和認證。昶特有限公司不承擔因直接引用本文數據進行工程設計所導致的任何責任。

資料來源：ASME BPVC Section VIII Division 1（2023版）、ASME Section II Part D（2023版）、勞動部《危險性機械及設備安全檢查規則》、昶特有限公司工程實務資料庫。

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