1、压力容器安全基础知识压力容器安全基础知识制剂科 王英浩提纲提纲压力容器定义压力容器定义压力容器术语压力容器术语压力容器的分类压力容器的分类压力容器结构压力容器结构压力容器设计压力容器设计压力容器制造压力容器制造压力容器的安全附件压力容器的安全附件压力容器的检验压力容器的检验2器器人要安人要安全可靠全可靠系统安系统安全可靠全可靠设备安设备安全可靠全可靠管理安管理安全可靠全可靠压力容器安全相关要素压力容器安全相关要素3本质安全本质安全 狭义的本质安全：一般是指机器、设备本身具有的安全性狭义的本质安全：一般是指机器、设备本身具有的安全性能，是指机器设备等物的方面和物质条件能够自动防止操能，是指机器设
2、备等物的方面和物质条件能够自动防止操作失误或引发事故。在这种条件下，即使一般水平的操作作失误或引发事故。在这种条件下，即使一般水平的操作人员发生人为的失误或操作不当等不安全行为，也能够保人员发生人为的失误或操作不当等不安全行为，也能够保障人、设备和财产的安全。障人、设备和财产的安全。广义的本质安全：指包括广义的本质安全：指包括“人人-机环境机环境-管理管理”这一系统表这一系统表现出的安全性能，通过优化资源配置和提高其完整性，使现出的安全性能，通过优化资源配置和提高其完整性，使整个系统安全可靠。基于这一系统和安全管理体系的本质整个系统安全可靠。基于这一系统和安全管理体系的本质安全理念认为，所有事
3、故安全理念认为，所有事故 都是可以预防和避免的。都是可以预防和避免的。本质安全具有如下特征：一是人的安全可靠。二是物的安本质安全具有如下特征：一是人的安全可靠。二是物的安全可靠。三是系统的安全可靠性。四是管理规范和持续改全可靠。三是系统的安全可靠性。四是管理规范和持续改进。进。压力容器的定义压力容器的定义广义的压力容器的定义：广义的压力容器的定义：压力容器，是指盛装气体或液体，承载一定压力的密被压力容器，是指盛装气体或液体，承载一定压力的密被设备。设备。特殊设备安全监察条例特殊设备安全监察条例中压力容器的定义：中压力容器的定义：压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密压力容器，是指盛装
4、气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，其范围定位闭设备，其范围定位最高工作压力最高工作压力大于或者等于大于或者等于0.1MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa的的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器。的液体的固定式容器和移动式容器。注：注：固定容规固定容规监察范围已经完全符合监察范围已经完全符合条例条例的规的规定，但不包括移动式压力容器。定，但不包括移动式压力容器。5条例条例中压力容器检测的范围中压力容器检测的范围同时具备以下条件的压力容器：同时
5、具备以下条件的压力容器：1、最高工作压力、最高工作压力P0.1MPa2、压力与容积的乘积值、压力与容积的乘积值PV2.5MPa3、介质：气体、液化气体、气体与液体的混合体。、介质：气体、液化气体、气体与液体的混合体。表压：以大气压为基准的流体指示压力，可用压力计表压：以大气压为基准的流体指示压力，可用压力计测得，称为表压。测得，称为表压。即：绝对压力即：绝对压力-大气压力大气压力=表压力。表压力。6各类容规适用范围各类容规适用范围 固定容规固定容规适用于同时具备下列条件的压力容器：适用于同时具备下列条件的压力容器：（1）工作压力大于或者等于）工作压力大于或者等于0.1MPa（2）工作压力与容积
6、的乘积大于或者等于）工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa；（3）盛装介质为气体、液化体以及介质最高工作温度高）盛装介质为气体、液化体以及介质最高工作温度高于或等于其标准沸点的液体。于或等于其标准沸点的液体。超高压容器应当符合超高压容器应当符合超高压容器安全技术监察规程超高压容器安全技术监察规程的的规定；规定；非金属压力容器应当符合非金属压力容器应当符合非金属压力容器安全技术监察非金属压力容器安全技术监察规程规程的规定；的规定；简单压力容器应当符合简单压力容器应当符合简单压力容器安全技术监察规程简单压力容器安全技术监察规程的规定。的规定。压力容器术语压力容器术语1、压力（物体单位面积上所
7、承受的力）、压力（物体单位面积上所承受的力）（1）工作压力）工作压力Pw：在正常工作情况下，容器顶部可能达到：在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。的最高压力。（2）设计压力）设计压力P：指设定的容器顶部的最高压力，与相应的：指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。（3）计算压力）计算压力Pc：指在相应设计温度下，用以确定元件厚：指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于压力小于5%设计压力时
8、，可忽略不计。设计压力时，可忽略不计。（4）试验压力）试验压力PT:在压力试验时，容器顶部的压力。在压力试验时，容器顶部的压力。压力容器术语压力容器术语（5）最大允许工作压力）最大允许工作压力【Pw】：指在设计温度下，容器顶：指在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大表压力。该压力时根据容器壳体的有部所允许承受的最大表压力。该压力时根据容器壳体的有效厚度计算所得，且取最小值。效厚度计算所得，且取最小值。（6）安全阀的开启压力）安全阀的开启压力Pz：安全阀阀瓣开始离开阀座，介：安全阀阀瓣开始离开阀座，介质呈连续排出状态时，在安全阀进口测得的压力。质呈连续排出状态时，在安全阀进口测得的压力。（7）爆
9、破片的标定爆破压力）爆破片的标定爆破压力Pb：爆破片铭牌上标明的爆破：爆破片铭牌上标明的爆破压力。压力。压力容器术语压力容器术语2、温度、温度（1）温度）温度 金属温度：容器元件沿截面厚度的温度平均值。金属温度：容器元件沿截面厚度的温度平均值。工作温度：容器在正常工作情况下介质温度。工作温度：容器在正常工作情况下介质温度。（2)最高、最低工作温度：容器在正常情况下可能出现最高、最低工作温度：容器在正常情况下可能出现介质最高最低温度。介质最高最低温度。（3）设计温度：压力容器在正常工作情况，设定的元件）设计温度：压力容器在正常工作情况，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计的金
10、属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度与设计压力一起作为压力容器的设计载荷条件。温度与设计压力一起作为压力容器的设计载荷条件。（4）试验温度：系指压力试验时容器壳体的金属温度。）试验温度：系指压力试验时容器壳体的金属温度。设计常温储存压力容器时，应当充分考虑在正常工作设计常温储存压力容器时，应当充分考虑在正常工作状态下大气环境温度条件对容器壳体金属温度的影响，状态下大气环境温度条件对容器壳体金属温度的影响，其最低设计金属温度不得高于历年来月平均最低气温其最低设计金属温度不得高于历年来月平均最低气温的最低值。的最低值。压力容器术语压力容器术语3、厚度、厚度（1）计算厚度）计算厚度：容器受
11、压元件为满足强度及稳定性要：容器受压元件为满足强度及稳定性要求，按相应公式计算得到的不包括厚度附加量的厚度。求，按相应公式计算得到的不包括厚度附加量的厚度。（2）计算厚度）计算厚度 d：计算厚度与腐蚀裕量之和。：计算厚度与腐蚀裕量之和。（3）名义厚度）名义厚度 n（即图样标注厚度）：设计厚度加上（即图样标注厚度）：设计厚度加上刚才厚度负偏差后，向上圆整至钢材标准规格的厚度刚才厚度负偏差后，向上圆整至钢材标准规格的厚度（4）有效厚度）有效厚度 e：名义厚度减去厚度附加量。：名义厚度减去厚度附加量。（5）最小实测厚度：实际测量的容器壳厚度的最小值。）最小实测厚度：实际测量的容器壳厚度的最小值。（6
12、）厚度附加量：设计容器受到压元件时所必须考虑的）厚度附加量：设计容器受到压元件时所必须考虑的附加厚度，包括钢板厚度负偏差及腐蚀裕量。附加厚度，包括钢板厚度负偏差及腐蚀裕量。介质对容器带来的危害1、压力：爆炸、开裂、泄露、失稳等。、压力：爆炸、开裂、泄露、失稳等。2、温度：高温强度下降、蠕动，低温脆、温度：高温强度下降、蠕动，低温脆断等。断等。3、腐蚀：壁厚减薄、材料劣化等。、腐蚀：壁厚减薄、材料劣化等。4、冲击：增加冲击载荷。、冲击：增加冲击载荷。5、磨损：壁厚减薄。、磨损：壁厚减薄。6、振动：附加应力，疲劳。、振动：附加应力，疲劳。常见压力容器介质常见压力容器介质 压力气体：空气、氮气、氧气
13、、氩气、压力气体：空气、氮气、氧气、氩气、氢气、一氧化碳、甲烷等氢气、一氧化碳、甲烷等 液化气体：液化石油气、丙烷、丁烷、液化气体：液化石油气、丙烷、丁烷、丙烯、液氨、液氯、二氧化碳等。丙烯、液氨、液氯、二氧化碳等。超低温液化气体：液氧、液氮、液氩、超低温液化气体：液氧、液氮、液氩、液化天然气等。液化天然气等。超过标准沸点的液体：高温水等。超过标准沸点的液体：高温水等。相关参数对容器安全的影响相关参数对容器安全的影响 超压会导致承载容器发生开裂或者爆炸超压会导致承载容器发生开裂或者爆炸而失效，负压会导致大容积薄壁容器失而失效，负压会导致大容积薄壁容器失稳。稳。高温会导致材料强度下降，失去承载能
14、高温会导致材料强度下降，失去承载能力；低温会使材料失去延性，产生无预力；低温会使材料失去延性，产生无预变的破坏。变的破坏。壁厚不足或者减少会使容器承载能力下壁厚不足或者减少会使容器承载能力下降可能导致失效。过厚导致浪费。降可能导致失效。过厚导致浪费。压力容器的分类压力容器的分类1、按压力为四级：、按压力为四级：低压、中压、高压、超高压；低压、中压、高压、超高压；2、按工艺中的作用即品种分为四种：、按工艺中的作用即品种分为四种：储存容器、换热容器、分离容器、反应储存容器、换热容器、分离容器、反应容器。容器。3、按照危险程度分为三类：、按照危险程度分为三类：I 类类II类类 III类容器。类容器。
15、分类目的分类目的 划分类别、品种目的：划分类别、品种目的：便于分级进行安全技术管理和监察，便于分级进行安全技术管理和监察，实施有目的的性的分类监管实施有目的的性的分类监管 按不同类别对压力容器材料选用、设按不同类别对压力容器材料选用、设计、制造、使用管理分别提出不同要计、制造、使用管理分别提出不同要求；求；便于上报统计。便于上报统计。压力容器品种划分压力容器品种划分 压力容器按照在生产过程中的作用原理，划分为反应压力压力容器按照在生产过程中的作用原理，划分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器、储存压力容器。具容器、换热压力容器、分离压力容器、储存压力容器。具体划分如下：体划分如下：（1）
16、反应压力容器，主要是用于完成介质的物理、化学）反应压力容器，主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器，例如各种反应器、反应釜、聚合釜、合反应的压力容器，例如各种反应器、反应釜、聚合釜、合成塔、变化鹿、煤气发生炉等；成塔、变化鹿、煤气发生炉等；（2）换热压力容器，主要是用于完成介质的热量交换的）换热压力容器，主要是用于完成介质的热量交换的压力容器，例如各种交换器、冷却器、冷凝器等。压力容器，例如各种交换器、冷却器、冷凝器等。（3）分离压力容器，主要是用于完成介质的流体压力平）分离压力容器，主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器，例如分离器过滤器等衡缓冲和气体净化分离的压
17、力容器，例如分离器过滤器等（4）储存压力容器，主要是用于储存盛装气体、液体、）储存压力容器，主要是用于储存盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器，如消毒锅、蒸锅等。液化气体等介质的压力容器，如消毒锅、蒸锅等。在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应当按照工艺过程中的主要作用来划分品种。时，应当按照工艺过程中的主要作用来划分品种。介质分组介质分组 压力容器的介质分为以下两组，包括气压力容器的介质分为以下两组，包括气体液化气体以及最高工作温度高于或者体液化气体以及最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体：等于标准沸点的液体：（1）第
18、一组介质，毒性程度为极度危）第一组介质，毒性程度为极度危险、高度危险的化学介质，易爆介质液险、高度危险的化学介质，易爆介质液化气体。化气体。（2）第二组介质，除第一组以外的介）第二组介质，除第一组以外的介质。质。常见气体属性表常见气体属性表气体名称气体名称毒性程度毒性程度易爆属性易爆属性爆炸范围爆炸范围V%液化石油液化石油低低易爆易爆2.3-55氨气氨气中中易爆易爆16-25氯气氯气高高二氧化碳二氧化碳中中天然气天然气易爆易爆5-15乙炔乙炔易爆易爆2.3-80.7一氧化碳一氧化碳中中12.5-74.0氢气氢气易爆易爆4.0-75.0丙烷丙烷易爆易爆2.2-9.5压力容器的分类压力容器的分类
19、其他分类方法：其他分类方法：（1）按形状分类，如圆筒形、球形、组）按形状分类，如圆筒形、球形、组合型以及方形、矩形等；合型以及方形、矩形等；（2）按筒体结构分为整体式、组合式。）按筒体结构分为整体式、组合式。（3）按制造方法分为焊接、锻焊、锻造、）按制造方法分为焊接、锻焊、锻造、铸造，但因其质量问题需加大安全系数，铸造，但因其质量问题需加大安全系数，多用于小型、低压。多用于小型、低压。（4）固定式、移动式）固定式、移动式（5）立式、卧式）立式、卧式压力容器的分类压力容器的分类（6）按材料分为金属与非金属两大类，其）按材料分为金属与非金属两大类，其中：中：金属中分为刚、铸铁、有色金属与合金。其金
20、属中分为刚、铸铁、有色金属与合金。其中有色金属与合金主要用于腐蚀等特殊工况，中有色金属与合金主要用于腐蚀等特殊工况，在生产条件、生产装备、原材验收与堆放、在生产条件、生产装备、原材验收与堆放、吊装吊装、运输包装，尤其是焊接等环节有一、运输包装，尤其是焊接等环节有一系列特殊要求。系列特殊要求。钢中以其化学成分又分为碳素钢、低合金钢钢中以其化学成分又分为碳素钢、低合金钢及高合金钢。及高合金钢。压力容器结构压力容器结构 压力容器一般是由筒体、封头、法兰、接管、人孔、支座、压力容器一般是由筒体、封头、法兰、接管、人孔、支座、密封元件、安全附件等组成。他们统称为过程设备零部件，密封元件、安全附件等组成。
21、他们统称为过程设备零部件，这些零部件大都有标准。其典型过程设备有换热器、反应这些零部件大都有标准。其典型过程设备有换热器、反应器、塔式容器、储存容器等。器、塔式容器、储存容器等。压力容器的结构形状主要有圆筒形、球形、和组合形。圆压力容器的结构形状主要有圆筒形、球形、和组合形。圆筒形容器是由圆柱形筒体和各种成型封头（半球形、椭圆筒形容器是由圆柱形筒体和各种成型封头（半球形、椭圆形、碟形、锥形）所组成。球形容器由数块球瓣板拼焊成。形、碟形、锥形）所组成。球形容器由数块球瓣板拼焊成。承压能力很好，但由于安置内件不便和制造稍难，故一般承压能力很好，但由于安置内件不便和制造稍难，故一般用作贮罐。压力容器
22、的筒体、封头、人孔盖、人孔法兰、用作贮罐。压力容器的筒体、封头、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、开孔补强圈、设备法兰；球罐的球壳人孔接管、膨胀节、开孔补强圈、设备法兰；球罐的球壳板；换热器的管板和换热管；板；换热器的管板和换热管；M36以上的主螺栓及公称以上的主螺栓及公称直径大于直径大于250MM的接管和管法兰均作为主要受压元件。的接管和管法兰均作为主要受压元件。压力容器结构压力容器结构零部件零部件 1、筒体、筒体 圆柱形筒体是压力容器主要形式，制造容易、安圆柱形筒体是压力容器主要形式，制造容易、安装内件方便、而且承压能力较好，因此应用最广。装内件方便、而且承压能力较好，因此应用最广。圆筒
23、形容器又可以分为立式容器和卧式容器。圆筒形容器又可以分为立式容器和卧式容器。由于容器的筒体不但存在与容器封头、法兰相配由于容器的筒体不但存在与容器封头、法兰相配的问题，而且卧式容器的支座标准也是按照容器的问题，而且卧式容器的支座标准也是按照容器的公称直径系列制定的所以不但管子有公称直径，的公称直径系列制定的所以不但管子有公称直径，筒体也制定了公称直径系列。筒体也制定了公称直径系列。对于用钢板卷焊的筒体，用筒体的内径作为它的对于用钢板卷焊的筒体，用筒体的内径作为它的公称直径，其系列尺寸有公称直径，其系列尺寸有300、400、500、600等，如果筒体是用无缝钢管制作的，用钢管等，如果筒体是用无缝
24、钢管制作的，用钢管的外径作为筒体的公称直径。的外径作为筒体的公称直径。压力容器结构压力容器结构零部件零部件 2、封头：、封头：（1）球形封头）球形封头壁厚最薄，用材料比较节省。壁厚最薄，用材料比较节省。但封头深度大、制造比较困难。但封头深度大、制造比较困难。（2）椭圆形封头）椭圆形封头椭圆形封头纵剖面的曲线椭圆形封头纵剖面的曲线部分是半个椭圆形，直边段高度部分是半个椭圆形，直边段高度,因此椭圆形封头因此椭圆形封头是由半个椭球和一个高度的圆筒形筒节构成。椭是由半个椭球和一个高度的圆筒形筒节构成。椭圆壳体周边的周向应力为压应力，应保证不失稳。圆壳体周边的周向应力为压应力，应保证不失稳。（3）碟形封
25、头）碟形封头碟形封头是由三部分组成。碟形封头是由三部分组成。（4）球冠形封头）球冠形封头球冠形封头可用作端封头，球冠形封头可用作端封头，也可以用作容器中两独立受压室的中间封头，由也可以用作容器中两独立受压室的中间封头，由于封头为一球面且无过渡区，在连接边缘有较大于封头为一球面且无过渡区，在连接边缘有较大边缘应力，要求封头与筒体联接处的边缘应力，要求封头与筒体联接处的T形接头采用形接头采用全焊透结构。全焊透结构。压力容器结构压力容器结构零部件零部件（5）锥形封头）锥形封头锥形封头有无折边锥形锥形封头有无折边锥形封头和折边锥形封头。封头和折边锥形封头。（6）平盖）平盖弯曲应力较大，在等厚度、弯曲应
26、力较大，在等厚度、同直径条件下，平板内产生的最大弯曲应力同直径条件下，平板内产生的最大弯曲应力是圆筒壁薄膜应力的是圆筒壁薄膜应力的20-30倍。但结构简倍。但结构简单，制造方便。单，制造方便。压力容器结构压力容器结构零部件零部件 3、支座、支座 支座是用来支承容器重量和用来固定容器的位置。支座一支座是用来支承容器重量和用来固定容器的位置。支座一般分为立式容器支座、卧式容器支座。般分为立式容器支座、卧式容器支座。立式容器支座分为耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙立式容器支座分为耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。卧式容器多使用鞍式支座。式支座。卧式容器多使用鞍式支座。4、法兰、法兰 法兰连
27、接主要优点是密封可靠和足够的强度。缺点是不能法兰连接主要优点是密封可靠和足够的强度。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。快速拆卸、制造成本较高。法兰分类主要有以下方法：法兰分类主要有以下方法：（1）按其被连接的部件分为压力容器法兰和管法兰）按其被连接的部件分为压力容器法兰和管法兰（2）按法兰接触面的宽窄可分为窄面法兰和宽面法兰）按法兰接触面的宽窄可分为窄面法兰和宽面法兰（3）按整体性程度分为整体法兰、松式法兰和任意式法兰。）按整体性程度分为整体法兰、松式法兰和任意式法兰。5、人孔和手孔、人孔和手孔压力容器结构压力容器结构开孔与补强开孔与补强1、为何要进行开孔补强为何要进行开孔补强 通常所用的压力
28、容器，由于各种工艺和结构的要求，需通常所用的压力容器，由于各种工艺和结构的要求，需要在容器上开孔和安装接管，由于开孔去掉了部分承压金要在容器上开孔和安装接管，由于开孔去掉了部分承压金属，不但会削弱容器的器壁的强度，而且还会因结构连续属，不但会削弱容器的器壁的强度，而且还会因结构连续性受到破坏在开孔附近造成较高的局部应力集中。这个局性受到破坏在开孔附近造成较高的局部应力集中。这个局部应力峰值很高，达到基本薄膜应力的部应力峰值很高，达到基本薄膜应力的3倍，甚至倍，甚至5-6倍。倍。在加上开孔接管处有时还会受到各种外载荷、温度等影响，在加上开孔接管处有时还会受到各种外载荷、温度等影响，并且由于材质不
29、同，制造上的一些缺陷、检验上的不便等并且由于材质不同，制造上的一些缺陷、检验上的不便等原因的综合作用，很多失效就会在开孔边缘处发生。主要原因的综合作用，很多失效就会在开孔边缘处发生。主要表现不疲劳破坏和脆性裂纹，所以必须进行开孔补强设计。表现不疲劳破坏和脆性裂纹，所以必须进行开孔补强设计。压力容器结构压力容器结构开孔与补强开孔与补强2、压力容器为何有时可允许不另行补强、压力容器为何有时可允许不另行补强 压力容器允许可不另行补强是鉴于以下因素：压力容器允许可不另行补强是鉴于以下因素：容器在设计制造中，由于用户要求，材料代用等容器在设计制造中，由于用户要求，材料代用等原因，壳体厚度往往超过实际强度
30、的需要。厚度原因，壳体厚度往往超过实际强度的需要。厚度的增加使最大应力有所降低，实际上容器已被整的增加使最大应力有所降低，实际上容器已被整体补强了。例如：在选材时受钢板规格的限制，体补强了。例如：在选材时受钢板规格的限制，使壁厚有所增加；或在计算时因焊接系数壁厚增使壁厚有所增加；或在计算时因焊接系数壁厚增加，而实际开孔不在焊缝上；还有在设计时采用加，而实际开孔不在焊缝上；还有在设计时采用封头与筒体等厚或大一点，实际上封头已被补强封头与筒体等厚或大一点，实际上封头已被补强了。在多数情况下，接管的壁厚多与实际需要，了。在多数情况下，接管的壁厚多与实际需要，多余的金属起到了补强的作用。多余的金属起到
31、了补强的作用。压力容器结构压力容器结构开孔与补强开孔与补强3、开孔补强结构开孔补强结构 所谓开孔补强设计，就是指采取适当增加所谓开孔补强设计，就是指采取适当增加壳体或接管壁厚的方法以降低应力集中系数。其壳体或接管壁厚的方法以降低应力集中系数。其所涉及的由补强形式、开孔处内、外圆角的大小所涉及的由补强形式、开孔处内、外圆角的大小以及补强金属量等。以及补强金属量等。（1）加强圈是最常见的补强结构，贴焊在壳体与）加强圈是最常见的补强结构，贴焊在壳体与接管连接处。该补强机构简单制造方便，但加强接管连接处。该补强机构简单制造方便，但加强圈与金属间存在一层静止的气隙，传热效果差。圈与金属间存在一层静止的气
32、隙，传热效果差。当两者存在温差时热膨胀差也较大，因而在局部当两者存在温差时热膨胀差也较大，因而在局部区域内产生较大的热应力。另外，加强圈较难与区域内产生较大的热应力。另外，加强圈较难与壳体形成整体，因而抗疲劳性能较差。这种补强壳体形成整体，因而抗疲劳性能较差。这种补强结构一般用于静压、常温及中、低压容器。结构一般用于静压、常温及中、低压容器。压力容器结构压力容器结构开孔与补强开孔与补强（2）接管补强，即在壳壁与接管之间焊上一段厚）接管补强，即在壳壁与接管之间焊上一段厚壁加强管。它的特点是能使所有用来补强的金属壁加强管。它的特点是能使所有用来补强的金属材料都直接处在最大应力区域内，因而能有效地材
33、料都直接处在最大应力区域内，因而能有效地降低开孔周围的应力集中程度。低合金高强度钢降低开孔周围的应力集中程度。低合金高强度钢制的压力容器与一般低碳钢相比有较高的缺口敏制的压力容器与一般低碳钢相比有较高的缺口敏感性，采用接管补强为好。感性，采用接管补强为好。（3）整锻件补强结构的优点是补强金属集中于开）整锻件补强结构的优点是补强金属集中于开孔应力最大的部位，补强后的应力集中系数小。孔应力最大的部位，补强后的应力集中系数小。由于焊接接头为对接焊，且焊接接头及热影响区由于焊接接头为对接焊，且焊接接头及热影响区可以远离最大应力点位置，所以抗疲劳性能好。可以远离最大应力点位置，所以抗疲劳性能好。但这种结
34、构需要锻件，且机械加工量大，所以一但这种结构需要锻件，且机械加工量大，所以一般只用于要求严格的设备。般只用于要求严格的设备。压力容器设计压力容器设计1、常用设计规范及适用的压力范围、常用设计规范及适用的压力范围GB-1501998钢制压力容器钢制压力容器设计压力设计压力P:0.135MPa；真空度：；真空度：0.02MPaJB473295钢制压力容器钢制压力容器-分析设计标准分析设计标准设计压力设计压力P：0.1100MPa；真空度：；真空度：0.02MPa疲劳载荷；高温蠕变疲劳载荷；高温蠕变GB1511999管壳式换热器管壳式换热器设计压力设计压力P：P:0.135MPa；真空度：；真空度：
35、0.02MPaGB123371998钢制球形储罐钢制球形储罐设计压力：设计压力：P4MPa；公称容积：；公称容积：v50M3压力容器设计压力容器设计2、设计时应考虑的载荷、设计时应考虑的载荷GB1501998钢制压力容器：钢制压力容器：（1）压力、外压或最大压差）压力、外压或最大压差（2)液体静压力液体静压力（3）容器自重，以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的）容器自重，以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷；重力载荷；（4）附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷；）附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷；（5）风载荷、地震力、雪载荷；）风
36、载荷、地震力、雪载荷；（6）支座、座底圈、支耳及其他形式支撑件的反作用力；）支座、座底圈、支耳及其他形式支撑件的反作用力；（7）连接管道和其他部件的作用力；）连接管道和其他部件的作用力；（8）温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力；）温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力；（9）包括压力急剧波动的冲击载荷；）包括压力急剧波动的冲击载荷；（10）冲击反力，如流体冲击引起的反力等；）冲击反力，如流体冲击引起的反力等；（11）运输或吊装时的作用力。）运输或吊装时的作用力。压力容器设计压力容器设计3、失效准则：、失效准则：容器从承载到载荷的不断加大最后破坏经历弹性变容器从承载到载荷的不断加大最后破坏经历弹性变
37、形、塑性变形、爆破，因此容器强度失效准则有三种观点：形、塑性变形、爆破，因此容器强度失效准则有三种观点：（1）弹性失效）弹性失效常规设计常规设计 弹性失效准则认为壳体内壁产生屈服即达到材料屈服限时该壳弹性失效准则认为壳体内壁产生屈服即达到材料屈服限时该壳体即失效，将应力限制在弹性范围，按照强度理论把筒体限制在体即失效，将应力限制在弹性范围，按照强度理论把筒体限制在弹性变形阶段。认为圆筒内壁面出现屈服时即为承载的最大极限。弹性变形阶段。认为圆筒内壁面出现屈服时即为承载的最大极限。（2）塑性失效）塑性失效分析设计分析设计 塑性失效准则将容器的应力限制在塑性范围，认为圆筒内壁面出塑性失效准则将容器的
38、应力限制在塑性范围，认为圆筒内壁面出现屈服而外层金属仍处于弹性状态时，并不会导致容器发生破坏，现屈服而外层金属仍处于弹性状态时，并不会导致容器发生破坏，只有当容器内外壁面全屈服时才为承载的最大极限。只有当容器内外壁面全屈服时才为承载的最大极限。（3）爆破失效）爆破失效高压、超高压设计高压、超高压设计 爆破失效准则认为容器由韧性钢材制成，有明显的应变硬化现象，爆破失效准则认为容器由韧性钢材制成，有明显的应变硬化现象，即便是容器整体屈服后仍有一定承载潜力，只有达到爆破时才是即便是容器整体屈服后仍有一定承载潜力，只有达到爆破时才是容器承载的最大极限。容器承载的最大极限。压力容器设计压力容器设计4、弹
39、性实小准则下的四个强度理论：、弹性实小准则下的四个强度理论：第一强度理论第一强度理论常规设计常规设计 这个理论也叫做这个理论也叫做“最大正应力理论最大正应力理论”，该理论假定材料的破，该理论假定材料的破坏只取决于绝对值最大的正应力，就是说，材料不论在什么复杂坏只取决于绝对值最大的正应力，就是说，材料不论在什么复杂的应力状态下，只要三个主应力中有一个达到轴向拉伸或压缩中的应力状态下，只要三个主应力中有一个达到轴向拉伸或压缩中破坏应力的数值时，材料就要发生破坏。破坏应力的数值时，材料就要发生破坏。第二强度理论第二强度理论 这个理论也称为这个理论也称为“最大线应变理论最大线应变理论”，它认为材料的破
40、坏取，它认为材料的破坏取决于最大线应变，即最大相对伸长或缩短。决于最大线应变，即最大相对伸长或缩短。第三强度理论第三强度理论分析设计分析设计 此即此即“最大剪应力理论最大剪应力理论”。该理论认为，无论材料在什么应。该理论认为，无论材料在什么应力状态下，只要最大剪应力达到在轴向拉伸中破坏时的数值，材力状态下，只要最大剪应力达到在轴向拉伸中破坏时的数值，材料就发生破坏。料就发生破坏。第四强度理论第四强度理论 该理论也称为该理论也称为“形状改变比能理论形状改变比能理论”认为材料的破坏取决认为材料的破坏取决于变形比能，把材料的破坏归结为应力与变形的综合于变形比能，把材料的破坏归结为应力与变形的综合压力
41、容器设计压力容器设计5、安全系数、安全系数（1）安全系数的作用）安全系数的作用安全性与经济性辩证安全性与经济性辩证统一，整部标准规范的核心。统一，整部标准规范的核心。（2）为何有安全系数）为何有安全系数（1）载荷误差；）载荷误差；设计误差；设计误差；材料误差；材料误差；制造与检验的误差；制造与检验的误差；使用中的问题使用中的问题 未可知因素未可知因素压力容器设计压力容器设计（3）安全系数发展的历史与趋向）安全系数发展的历史与趋向 单一走向多元单一走向多元强度、屈服、设计温度下强度、屈服、设计温度下屈服、持久、蠕变。取五者中最小许用应力。屈服、持久、蠕变。取五者中最小许用应力。从高到低，下降趋势
42、（技术进步，经验累积）。从高到低，下降趋势（技术进步，经验累积）。针对不同应力对安全的不同影响，取不同的安针对不同应力对安全的不同影响，取不同的安全系数。全系数。（4）螺栓安全系数的特殊性）螺栓安全系数的特殊性避免过度上紧避免过度上紧 依材料而异依材料而异 依规格而异依规格而异压力容器设计压力容器设计6、焊缝（焊接接头）系数、焊缝（焊接接头）系数（1）焊缝系数的作用）焊缝系数的作用设计系数。考虑焊缝对容器强设计系数。考虑焊缝对容器强度的削弱，用整个增加壁厚的方式补足。度的削弱，用整个增加壁厚的方式补足。（2）焊缝系数的选取）焊缝系数的选取依焊接接头型式及无损检测长依焊接接头型式及无损检测长度（
43、比例）确定。度（比例）确定。（3）几个问题的解释）几个问题的解释 相当于双面焊的全焊透对接接头，可采用多种方法实现，相当于双面焊的全焊透对接接头，可采用多种方法实现，最终由无损检测判断；最终由无损检测判断；一般均指纵缝，环缝焊接接头系数仅在特定条件（如高一般均指纵缝，环缝焊接接头系数仅在特定条件（如高塔风载）下采用；塔风载）下采用；常规对无垫板单面焊环向接头焊缝系数的规定，应理解常规对无垫板单面焊环向接头焊缝系数的规定，应理解为对无垫板单面焊使用的限制。为对无垫板单面焊使用的限制。压力容器设计压力容器设计7、应力分析设计的一般概念、应力分析设计的一般概念（1）常规设计的局限性）常规设计的局限性
44、压力容器的常规设计经过了长期的实践考验，简便可靠，目前仍为压力容器的常规设计经过了长期的实践考验，简便可靠，目前仍为各国压力容器设计规范所采用。然而，常规设计也有其局限性，主各国压力容器设计规范所采用。然而，常规设计也有其局限性，主要表现在以下几方面。要表现在以下几方面。载荷限制：常规设计将容器承受的载荷限制：常规设计将容器承受的“最大载荷最大载荷”按一次施加的静载按一次施加的静载荷处理，不涉及容器的疲劳寿命问题，不考虑热压力。荷处理，不涉及容器的疲劳寿命问题，不考虑热压力。计算不准确，难以发现危险点，也不经济：常规设计以材料力学及计算不准确，难以发现危险点，也不经济：常规设计以材料力学及板壳
45、薄膜简化模型的简化计算公式为基础，确定筒体中平均应力的板壳薄膜简化模型的简化计算公式为基础，确定筒体中平均应力的大小，只要此值限制在以弹性失效设计准则所确定的许用应力范围大小，只要此值限制在以弹性失效设计准则所确定的许用应力范围之内，则认为筒体是安全的。而对容器上结构不连续区域和一些部之内，则认为筒体是安全的。而对容器上结构不连续区域和一些部件，只能通过经验公式或经验系数计算，同时限制结构尺寸、形状、件，只能通过经验公式或经验系数计算，同时限制结构尺寸、形状、工作条件来保证安全。显然，这种方法是粗略的，具有局限性。工作条件来保证安全。显然，这种方法是粗略的，具有局限性。结构限制：常规设计规范中
46、规定了具体的容器结构形式，但规范中结构限制：常规设计规范中规定了具体的容器结构形式，但规范中未作规定或限制应用的一些结构和载荷形式就无法采用，因此常规未作规定或限制应用的一些结构和载荷形式就无法采用，因此常规设计不利于新型设备和结构的开发和使用。设计不利于新型设备和结构的开发和使用。压力容器的设计压力容器的设计（2）应力分析设计与规则设计的主要区别）应力分析设计与规则设计的主要区别 GB150采用第一强度理论，弹性失效准则，不适用于采用第一强度理论，弹性失效准则，不适用于疲劳容器，压力适用上限疲劳容器，压力适用上限35MPa，安全系数较高；，安全系数较高；JB4732采用第三强度理论，塑性失效
47、准则，可用于疲采用第三强度理论，塑性失效准则，可用于疲劳容器，压力适用上限劳容器，压力适用上限100MPa，安全系数较低。，安全系数较低。二者制造检验要求无本质差别，仅二者制造检验要求无本质差别，仅JB4732要求更严格，要求更严格，如不允许采用局部无损检测、每台容器均制备产品焊接如不允许采用局部无损检测、每台容器均制备产品焊接试板、对接管开孔倒圆倒角有明确要求、疲劳容器不得试板、对接管开孔倒圆倒角有明确要求、疲劳容器不得保留焊缝余高等。保留焊缝余高等。（3）应力分类的基础知识）应力分类的基础知识 按各类应力对容器安全的不同影响，将其分为一次应力、按各类应力对容器安全的不同影响，将其分为一次应
48、力、二次应力与峰值应力。二次应力与峰值应力。压力容器设计压力容器设计 许用应力的获得许用应力的获得 许用应力许用应力=材料某种强度材料某种强度对对应安全系数应安全系数 取最小数值为许用应力。取最小数值为许用应力。一般可以在相应设计标准查到。一般可以在相应设计标准查到。金属材料的强度金属材料的强度1、室温下的抗拉强度、室温下的抗拉强度Rm，屈服强度，屈服强度2、设计温度下的屈服强度、设计温度下的屈服强度RteL；3、设计温度下持久强度极限平均值、设计温度下持久强度极限平均值RtD；4、设计温度下蠕变极限平均值（每、设计温度下蠕变极限平均值（每1000小时蠕变率为小时蠕变率为0.01%的）的）Rt
49、n压力容器制造压力容器制造1、锅炉压力容器制造监督管理办法锅炉压力容器制造监督管理办法2、锅炉压力容器制造许可证锅炉压力容器制造许可证3、锅炉压力容器产品安全性能监督锅炉压力容器产品安全性能监督检验规定检验规定4、GB150、GB151、JB/T4732、GB713-2008。压力容器的制造压力容器的制造级别级别制造压力容器范围制造压力容器范围代表产品代表产品A超高压容器、高压容器（超高压容器、高压容器（A1)；第三类；第三类低、中压容器低、中压容器(A2)；球形储罐现场组焊；球形储罐现场组焊或球壳板制造或球壳板制造(A3)；非金属压力容器；非金属压力容器(A4);医用氧气舱医用氧气舱(A5)
50、A1应注明单层、锻焊、多层应注明单层、锻焊、多层包扎、绕带、热套、绕板、包扎、绕带、热套、绕板、无缝、锻造管制等结构形式无缝、锻造管制等结构形式B无缝气瓶无缝气瓶(B1)；焊接气瓶；焊接气瓶(B2)；特；特种气瓶种气瓶(B3)B2注明含（限）溶解乙注明含（限）溶解乙炔气瓶或液化石油气瓶。炔气瓶或液化石油气瓶。B3注明机动车用、缠绕、注明机动车用、缠绕、非重复充装、真空绝热低非重复充装、真空绝热低温气瓶等温气瓶等C铁路罐车（铁路罐车（C1）；汽车罐车或长管）；汽车罐车或长管拖车（拖车（C2）；罐式集装箱（）；罐式集装箱（C3)D第一类压力容器（第一类压力容器（D1)第二类低、中压容器（第二类低、
