第二章 中低压容器的规则设计 第四节 法兰
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第二章 中低压容器的规则设计
第四节 法兰
能保证在操作温度和操作压力下的紧密不漏；
有足够的强度，不因可拆连接的存在而削弱了整个结构的强 度，并保证本身能抵抗所有外力的作用； 能迅速地并多次装卸； 成本低廉。
可拆连接的型式很多，如螺纹连接、承插式连接、钎焊连接和法 兰连接等。法兰连接的强度和紧密性比较好，装拆也较方便，因而在 大多数场合比其他型式的可拆连接显得优越，从而获得了广泛的应用。
密封计算 1. 螺栓载荷计算
预紧工况：螺栓拉力Wa应等于压紧垫片所需的最小载荷。
Wa bDG y
Wa: 螺栓的最小预紧载荷，N；b：垫片有效密封宽度； DG：垫片平均直径，取垫片反作用力处的直径； y：垫片的比压力，MPa。
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第二章 中低压容器的规则设计
第四节 法兰
密封计算 1. 螺栓载荷计算 注意：用以计算接触面积的垫片宽度不是垫片的实际宽度，而是它的
流体静压力 的轴向力 螺栓载荷
垫片反力
作用在法兰环内外周边上 的均布力W1组成的力偶
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第二章 中低压容器的规则设计
第四节 法兰
垫片密封机理 预紧螺栓时，螺栓力通过法兰压紧面作用到 垫片上，使垫片发生弹性或塑性变形，以填满法 兰压紧面上的不平间隙，从而阻止流体泄漏。 初始压紧力的大小受垫片材料和结构形式以及压紧面加工粗糙度 的影响。压紧力过小，垫片压不紧不能阻漏；压紧力过大，往往使垫 片挤出或损坏。当设备操作时，由于内压升起，在容器或管道端部轴 向力的作用下，螺栓被拉长，法兰压紧面趋向分开，垫片产生部分回 弹，这时压紧面上压紧力下降，如果垫片与压紧面之间没有残留足够 的压紧力，就不能封住流体，即密封失效。
一部分，称为密封基本宽度b0。，其大小与压紧面形状有关。
在b0的宽度范围内单位压紧载荷y视作均匀分布。当垫圈较宽时， 由于螺栓载荷和内压的作用使法兰发生偏转，因此垫片外侧比内 侧压得紧一些，为此实际计算中垫片宽度要比b0小一些，称为有 效密封宽度b。 b：垫片有效密封宽度； 当 b0 6.4 mm时， b b0 ；
兰连接的密封性远比强度复杂，更富有近似性和经验性。法兰
的计算方法仍以弹性强度分析或塑性极限分析为基础，借控制 法兰中的名义应力保证法兰的刚度和强度。
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第四节 法兰
(一)法兰的类型和标准 法兰可分为： 松式法兰 整体法兰
任意式法兰
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第四节 法兰
当 b0 6.4 mm时， b 6.4b0 2.53 b0 ；
b0：基本密封宽度;
当 b0 6.4 mm时， DG 垫片接触面的平均直径 ； 当 b0 6.4 mm时， DG 垫片接触面外径 - 2b；
垫片平均直径
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第四节 法兰
密封计算 1. 螺栓载荷计算
(一)法兰的类型和标准
国家标准（GB91112～9131-88）《钢制管法兰》 《管法兰》（HG5001～5028-58）
《压力容器法兰标准》（JB1157～1164-82）
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第四节 法兰
垫片断面的形式 法兰压紧面的形式
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第四节 法兰
垫片密封机理 流体在垫片处的泄漏以两种形式出现， 即“渗透泄漏”和“界面泄漏”， 渗透泄漏是流体通过垫片材料本体毛 细管的泄漏，故除了介质压力、温度、 黏度、分子结构等流体状态性质外，主 要与垫片的结构与材质有关。 界面泄漏是流体从垫片与法兰接触界 面泄漏，泄漏大小主要与界面间隙尺寸 有关。
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第二章 中低压容器的规则设计
第四节 法兰
法兰连接由一对法兰、垫片和螺栓组成，借助螺 栓把两部分设备连接在一起，并压紧垫片使连接处 紧密不漏 。
在压力容器应力分析中，法兰具有特殊性，不仅 法兰本身是一个承受外载荷的结构部件，而且法兰 连同螺栓和垫片成为承受初始预紧力的装配结构 (螺栓法兰连接系统)，它们的失效表现为泄漏，要 解决法兰连接的问题，需要对整个系统的特性进行 分析。 法兰连接的基本问题是在各种操作条件下，设备内的介质不会通过 法兰接头向外或向内(在真空或减压条件下)发生泄漏，即是法兰接头 紧密性问题。
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第四节 法兰
密封计算 1. 螺栓载荷计算 操作工况
在操作工况时，螺栓载荷W，应等于抵抗内压产生的轴向使法兰连接分开的载 荷和维持密封垫片表面必需的压紧载荷之和，即：
Wp
4
DG pc 2bDG mp c
2
式中 Wp——操作工况下的螺栓载荷，N； m——垫片系数，无因次； pc——计算压力，MPa。 等式右边后一项中，由于原始定义m时是取2倍垫片有效接触面积上的压紧载荷 等于计算压力m倍，故计算时m需乘以2。
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第四节 法兰
垫片性能参数
ห้องสมุดไป่ตู้11
第二章 中低压容器的规则设计
第四节 法兰
法兰连接紧密不漏的两个条件：
y：垫片的比压力； m：垫片系数；
预紧时，螺栓力在压紧面与垫片之间建立起不低于y值的比压力。 工作时，螺栓力应能够抵抗内压作用，在垫片表面维持m倍内压 的比压力。 预紧工况
第二章 中低压容器的规则设计
第四节 法兰
设备的壳体可以采用铸造、锻造或焊接成一个整体，但大多
数化工设备是做成可拆的几个部件，然后把它们连接起来。这一 方面是设备的工艺操作需要开各种孔，并使之与工艺管道或其他
附件相连接；另一方面也是为了便于设备制造、安装和检修。化
工设备中的可拆连接应当满足下列基本要求：
(2)强度计算 即初定法兰的结构尺寸，根据(1)计算得到螺栓载荷，对 法兰进行上述两种工况下的受力分析和应力校核，以确定法兰的厚度等 尺寸。
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第二章 中低压容器的规则设计
第四节 法兰
法兰的设计必须考虑两个不同的问题：
法兰连接结构中的各个部件必须有足够的强度和刚度。 连接本身必须保证密封。结构强度的问题比较简单，但法
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第二章 中低压容器的规则设计
第四节 法兰
本节主要介绍法兰设计计算方法，包括以下两个基本问题：
1．法兰选用 法兰选用主要包括法兰标准及其应用；法兰、垫片和螺栓的选用。 2．法兰设计
(1)密封设计 按照操作条件，选取法兰型式、压紧面形状、垫片型式， 计算在安装工况和操作工况下，螺栓必需的预紧载荷和操作载荷，以达 到设计的密封要求。
压力容器的复习题
第一章化工容器设计概论知识点：1 了解压力容器常用的相关规范及标准如 TSG R0004-2009 《固定式压力容器安全监察规程》GB 150-2011 《压力容器》（所有部分）等等了解国际著名规范如ASME , EN 13445等2 压力容器分类（按照压力分类方法，按照类型分类方法，按照容规管理规定分类方法，）3 压力容器用钢的基本要求（强度、塑形、韧性、可焊性、与介质相容，应详细了解强度用哪些指标来衡量，塑性用哪些指标来衡量，韧性用哪些指标来衡量；常用的压力容器用钢的类型，常用压力容器用钢? 化学元素的作用或害处，如碳、铬、镍、锰、硫、磷、钼等；许用应力与材料哪些力学性能指标有关？）；4 压力、温度等的有关概念（掌握工作压力、设计压力、计算压力、试验压力、最高允许工作压力MAWP 等概念，工作温度、金属温度、设计温度、实验温度、最低设计金属温度等的概念；表压、绝压、真空度等关系）部分习题：1.我国压力容器设计规范标准名称是2.欧盟压力容器规范名称为3.美国压力容器设计规范中的常规设计在ASME锅炉与压力容器设计规范第卷，第分册。
名称为。
分析设计规范在第卷，第分册。
名称为。
4.我国《压力容器》GB150设计规范采用的强度理论为第强度理论。
其设计准则，将限制在许用应力以内。
5.我国《压力容器》GB150适用于设计压力不大于 MPa。
6. 按设计压力大小，容器分为四个等级：(1) 低压容器：≤P＜MPa；(2) 中压容器：≤P＜MPa；(3) 高压容器：≤P＜MPa；(4) 超高压容器：P≥MPa。
7. 对压力容器用钢的综合要求是足够的、良好的、优良的以及良好的。
8. 请说出几种常用压力容器钢板材料牌号：、、、。
9. 我国《固定式压力容器安全技术监察规程》把容器分为：、、。
10．设计P ≥10 MPa，几何容积V≥25 L的压容器划分为类容器。
第二章中低压容器的规则设计知识点：1 了解无力矩理论、有力矩理论及圆平板力学分析模型应了解其推导基本原理；应掌握容器中哪些部位应用了无力矩理论，哪些部位应用了有力矩理论；掌握第一及第二曲率半径的定义，能知道各类容器的第一及第二曲率半径；应掌握圆筒形容器、球行容器的薄膜应力表达式。
压力容器零部件设计2法兰设计
管法兰的密封面型式
平面型，凹凸型，榫槽型（同容器法兰） ，梯形槽和全平面型：
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确定法兰类型和密封面型式、管子材料和尺寸；
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再由工作温度，确定材料或由材料定公称压力；
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参照各尺寸绘法兰图。
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由型式和工作温度，确定匹配的垫片种类、材料和紧固件材料、尺寸；
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再由公称压力，确定法兰各部分尺寸；
管法兰连接的设计步骤
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由于操作压力不高，由表12－1（垫圈选用表）可采用平面型密封面，垫片材料选用石棉橡胶板，查JB4704-92定出尺寸。标注为：垫片1200－0.6 JB4704-92
选择标准法兰举例
法兰的各部分尺寸可从JB4701-92中查得，并可绘出法兰图。
联接螺栓为M20，共52个，材料由表12－5（法兰、螺栓、螺母、材料匹配表）查得为35 ，螺母材料为Q235－A。
包括：选择螺栓材料、确定螺栓尺寸和个数，螺栓载荷计算。
计算螺栓载荷：达到预紧密封比压和工作密封比压。
材料：根据螺栓载荷、工作温度等。一般螺栓材料比螺母材料的硬度高30HB以上。
直径和个数：连接螺栓DN≥ M12，先由标准定个数，一般为4的倍数，然后由螺栓载荷、材料的许用应力计算螺栓根径，再由此定DN。最后校核螺栓中心距。
垫圈的选择
垫圈的结构形式、材料和尺寸，标准化。 选择依据：介质的腐蚀性、操作温度和压力， 考虑价格低廉、制造容易和更换方便。 高温高压：金属垫圈 中温中压：金属与非金属组合式或非金属 中、低压：多用非金属 高真空或深冷：金属垫圈
压力容器法兰：连接筒体与封头、筒体与筒体、法兰与管板。
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密封原理分为：
自紧密封（高压）：依靠容器内介质的压力压紧密封元件，使密封面获得很大的压紧力，在密封口产生较大的密封比压，达到密封目的。
中、低压法兰密封计算
中、低压法兰密封计算世界各国在有关压力容器的技术规范中，密封计算都归属于法兰设计或法兰螺栓连接部分，而且都以法兰、螺栓的受力分析和计算为主要内容。
这里不重复有关法兰的计算，重点介绍垫片计算与密封性能的校核。
一、华特斯计算法目前，我国的《钢制石油化工压力容器设计规定》与英国、日本有关压力容器规范一样，基本是沿用美国《ASME》规范，法兰和密封的设计采用华斯特法。
这种方法在密封性能的计算方面强调螺栓的强度，华斯特认为：在各种情况下，只要螺栓强度足够，作用在垫片上的螺栓力不小于设计值，即能保证垫片和密封面的紧密连接。
1.在操作情况下所需的最小螺栓载荷Fm1(N)和在预紧螺栓时所需的最小螺栓载荷Fm2(N) 2.垫片计算密封宽度垫片计算密封宽度b可如下确定：当bo≤0.0064m时，b=bo，从表3-5可见，垫片的有效密封宽度bo不等于垫片与压紧面的实际接触宽度N。
此因垫圈置于螺栓孔内侧时，螺栓力使法兰产生一定程度的偏转。
内压建立后，介质压力产生的轴向力加剧偏转。
因此，压紧力并不是均匀分布在整个接触面上，二是外缘紧、内缘松，介质可能渗透到垫圈的某一宽度，而且垫片宽度愈大，这种现象愈严重，所以计算宽度b≤bo，DG的计算方法也随bo变化。
3.螺栓总截面积的计算二、西德DIN2505法西德标准DIN2505“法兰连接计算”中，垫片计算部分与我国现行规范有所不同，其步骤分为下列几个：(9)计算结束后，还需作受力图。
将升压升温过程中法兰、螺栓、垫片变形量算出并反映在一张图上，以便了解在操作情况下，是否因过度松弛，需要在预紧时采用更高的螺栓力或另选垫片。
三、系数法国内有关单位在探讨垫片密封性能设计方法时曾作过大量工作。
现将该计算方法作一简介。
四、对三种计算方法的讨论(1)《ASME规范》作为美国的国家标准，在世界上影响很大。
其垫片密封性能计算部分的核心是预紧比压y 与垫片系数m值的确定。
尽管《ASME 规范》每隔3年修订一次，但四十多年来，y、m值的变化并不大。
外压容器设计11
三、加强圈的设计计算
二、加强圈尺寸
参数A、B
cr
A
Pcr Do 2Ete
(4 - 26)
式中te为圆筒在设置加强圈后的等效壁厚
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三、加强圈图算法的基本步骤
(1)设定加强圈个数n,计算加强圈间距Ls=L/(n-1)
(2)选定加强圈（扁钢、角钢或工字钢）， 计算B，
(3)由B查A，若交不到，计算A
▪ 有一个圆筒容器，材料为20R，E 2105 MPa ▪ 圆筒内径D2=1000mm,壁厚S=10mm，长度
为20m，常温操作，承受均匀气体外压力， 求： ▪ 1、当圆筒椭圆度为0.2%时的临界压力； ▪ 2、当圆筒长度改为2m时重新计算。
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三、外压法兰的计算
外压法兰仍利用Water 对内压法兰建立的 应力公式进行计算。
在预紧情况下，外压法兰与内压法兰的力 矩计算相同；
在操作状态下，因流体轴向静压力的方向 与内压时相反，升压时螺栓力降低，垫片反 力反而增加，故可以假定W＝0，P3＝P1＋P2
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三、外压法兰的计算
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三、外压法兰的计算
m
“ 设计规定”稳定性系数m＝3，此时要求了圆筒的 不圆度e
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第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算
一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力 二、受均布侧向外压短圆筒的临界压力 三、轴向受压圆筒的临界应力
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一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力
基本概念：长圆筒与短圆筒 当圆筒的长度与直径之比较大时，其中间部
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第三节 外压圆筒的设计计算
一、解析法 二、图算法
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第三节 外压圆筒的设计计算
一、解析法 基本原则：
压力容器设计
六、封头
按构造形状分为： 半球形封头
凸形封头 椭圆形封头 碟形封头
锥形封头 平盖封头：
1、凸形封头
（1）半球形封头
是半个球壳。 从受力来看，
球形封头是最理想旳构造。 但整体冲压困难，加工工作 量大。
其厚度计算公式：
p c
Di
4[ ]t
p
c
（2）碟形封头
由球面、过渡段及圆柱 直边段三段构成。成型加 工以便，但在三部分连接 处，因为经线曲率发生突 变，受力情况不佳。
2、锥形封头
有两种，一种是无折边锥 形封头，另一种是与筒体连接 处有一过圆弧和一圆柱直边段 旳折边锥形封头。在厚度较薄 时，制造比较以便。
3、平板封头
是最简朴，制造 最轻易旳一种封头。 但相同直径和压力旳 容器，平板封头厚度 过大，材料花费过多 而且十分笨重。
第四节 压力容器附件
设备旳壳体能够采用铸造、铸造或焊接成一种整体， 但大多数化工设备是做成可拆旳几种部件，然后把它们 连接起来。这一方面是设备旳工艺操作需要开多种孔， 并使之与工艺管道或其他附件相连接；另一方面也是为 了便于设备制造、安装和检修。化工设备中旳可拆连接 应该满足下列基本要求：
在设计或选用压力容器零部件时需要将操作温 度下旳最高操作压力（或设计压力）调整为所要 求旳公称压力等级，然后再根据DN与PN选定零 部件旳尺寸。
练一练: P27，1-2，1-3 拟定计算压力、许用应力 P61，6，7 P62，2-3 拟定计算压力、许用应力
四、压力容器旳校核： 1、圆筒容器旳校核
筒体旳强度计算公式：
pD t
2
公式旳应用： 拟定承压容器旳厚度 对压力容器进行校核计算 拟定设计温度下圆筒旳最大允许工作压力 在指定压力下旳计算应力
压力容器设计复习
压力容器设计复习知识点及基本概念潘家祯华东理工大学机械与动力工程学院第一章化工容器设计概论1.我国压力容器设计规范名称是GB150-1998钢制压力容器。
2.欧盟压力容器规范名称为EN13445-2002非直接着火压力容器。
3.美国压力容器设计规范中的常规设计在ASME锅炉与压力容器设计规范第VIII卷，第1分册。
名称为按规则设计Design by Rule。
分析设计规范在第VIII卷，第2分册。
名称为按分析设计Design by Analysis。
4.我国钢制压力容器设计规范《GB150-98》采用的强度理论为：（A）（A）Ⅰ；（B）Ⅱ；（C）Ⅲ；（D）Ⅳ。
GB压力容器标准中以第一强度理论为设计准则，将最大主应力限制在许用应力以内。
p18 5.我国钢制压力容器设计规范《GB150-89》适用于设计压力不大于_______MPa:（C）（A）100；（B）64；（C）35；（D）16。
GB-150压力容器标准适用于设计压力不大于35MPa的钢制压力容器的设计、制造、检验与验收。
p176.按设计压力大小，容器分为四个等级：（1）低压容器：0.1≤p＜ 1.6MPa;（2）中压容器：1.6≤p＜10.0MPa;（3）高压容器：10.0≤p＜100MPa;（4）超高压容器：p≥100MPa;p197．对压力容器用钢的综合要求是足够的强度、良好的塑性、优良的韧性、以及良好的可焊性。
综上所述，保证强度又要有良好的塑性、韧性和可焊性，以致低温韧性，这是对压力容器用钢的基本要求。
p78.空气贮罐，操作压力为0.6MPa，操作温度为常温，若设计厚度超过10毫米，则下列碳素钢材中不能够使用的为：（A）(A)Q235AF(A3F)；(B)Q235B；(C)Q235C；(D)20R。
Q235类钢是屈服强度为235MPa的碳素结构钢，强度不高。
通常不作为压力容器标准中的容器专用钢，但Q235-B和Q235-C两种钢号被GB150标准允许制造低参数的压力容器。
压力容器安全技术监察规程
压力容器安全技术监察规程目 录第一章 总 则第二章 材 料第三章 设 计第四章 安装使用管理与修理改造第五章 定 期 检 验第六章 安全附件第一章 总 则第1条 为了保证压力容顺的安人运行保护人民生命和财产的安全促进国民经济的发展根据锅炉压力容器安全监察暂行条例的有关规定制定本规程第2条 本规程适用范围如下1本规程适用于同具备下列条件的压力容器1最高工作压力Pw注1大于等于0.1Mpa(不含液体静压力,下同);2内直径(非贺形截面指其最大尺寸)大于等于0.15m,且容积(V)(注2)大于等于0.25m3;3盛装介质为气体液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点液体..(注3)2本规程第三章第四章和第五章适用于下列压力容器1与移动压缩机一本的非独立的容积小于等于0.15m3的储罐\锅炉房内的分气缸;2容积小于0.25m3的高压容器;3深冷装置中非独立的压力容器直燃型吸收式制冷装置中的压力容器空分设备中的冷箱4螺旋板换热器5水力自动补气气压给水无塔上水装置中的气压罐消防装置中的气体或气压给水泡汗沫压力罐6水处理设备中的离子交换或过泸用压力容器热水锅炉用膨胀水箱7电力行业专用的全封闭式纵组合电器电容压力容器8橡胶待业使用的轮胎硫化机及承压橡胶模具3本规程适用于上述压力容器所用的安全阀爆破片装置紧急切断装置安全联锁装置压力表液面计测温仪表等安全附件4本规程适用的压力容器除本体外还应包括1压力容器与外部管道或装置焊接连接的第一首环向焊缝的焊接坡口螺纹连接的第一个螺纹接头法兰连接的第一个法兰密封面专用连接件或管件连接的第一个密封面2压力容器开孔部分的承压盖及其紧固件3非受压元件与压力容器本体连接的焊接接头第3条 本规程不适用于下列压力容器1超高压容器2各类气瓶3非金属材料制造的压力容器4核压力容器般舶和铁路机车上的附属压力容器国防或军事装备爱莫能助和的压力容器真空下工作的压力容器不含夹套压力 容器各项锅炉安全技术监察规程适用范围内的直接受火焰加热的设备如烟道式余热锅炉等5正常运行最高工作压力小于0.1Mpa的压力容器包括在进料或料过程中需要瞬时承受压力大于等到于0.1Mpa的压力容器不包括消毒冷却等工艺过程中需要短时承受压力大于等于0.1Mpa 的压力容器6机器上非独立的承压部件包括压缩机发是机泵柴油机的气缸或承压壳体等不包括造纸纺织机械的烘缸压缩机的辅助压力容器7无壳体的套管换热器波纹板换热器空冷式换热器冷却排管第4条 压力容器的设计制造组焊安装使用检验修理和改造均应严格执行本规程的规定各级锅炉压力容器安全监察机构以下简称安全监察机构负责压力容器安全监察工作监督本规程的执行第5条 本规程是压力容器质量监督和安全监察的基本要求有关压力容器的技术标准部门规章企事业单位规定等如果与本规程的规定相抵触时应以本规程为准第6条 本规程第2条适用范围内的压力容器划分为三类压力容器的压力等级品种介质毒性程度和易燃介质的划分见附件一1下列情况之一的为第三类压力容器1高压容器2中压容器仅限毒性程度为极度和高度危害介质3中压储存容器仅限易燃或毒性程度为中度危害介质且PV乘积大于10Mpa.m3;4中压反应容器仅限易燃或毒性程度为中度危害介质且PV乘各大于等于0 5Mpa.m3;5低压容器公限毒性程度为极度和高度危害介质且PV乘积大于等于0.2Mpam36高压中压管壳式余热锅炉注47中压搪玻璃压力容器8使用强度级别较高指相应标准中搞拉强度规定值下限大于等于540Mpa的材料制造的压力容器9移动式压力容器包括铁路罐车介质为液化气体低温液体罐式汽车[液化气体运输半挂车低温液体运输半挂车水久气体运输半挂车]和罐式集装箱介质为液化气体低温液体等10球形储罐容积大于等于50m311低温液体储存容顺容积大于5m32下列情况之一的为第二类压力容器本条第1款规定的除外1中压容器2低压容器公限毒性程度为极度和高度危害介质3低压反应容器和低压储存容器公限易燃介质或毒性程度为中度危害介质4低压管壳式余热锅炉5低压搪玻璃压力6压力容器3低压容器为第一类压力容器本条第1款第2款规定的除外第7条 设计制造压力容器其技术要求和使用条件不符合本规程规定定时应在学习借鉴和实验研究的基础上将所做试验的依据条件数据结果和第三方的检测报告及其他有关的技术资料报省级安全监察机构审核国家安全监察机构批准方可进行试制试用通过一定周期的试用验证进行型式试验或技术鉴定报国家安全监察机构备案第8条 压力容器产品设计制造含组焊下同应符合相应国家标准待业标准或企业标准的要求直接采用国际标准或国外先进标准应先将其转化为企业标准并应符合本规程第7条的规定无相应标准的不得进行压力容器产品的设计和制造第9条 进口压力容器的国外制造企业必须取得国家质量技术监督局颁发的安全质量许可证书进口压力容顺应按进出口锅炉压力容器安全性能监督管理办法进行安全性能的监督检验并按照本规程要求进行使用登记和定期检验进口压力容器或国内生产企业含外商投资企业引进国外技术标准制造在国内使用的压力容器其技术要求和使用条件不符合本规程规定时参照本规程第7条办理注1承受内压的压力容器其最高工作压力是指在正常使用过程中顶部可能出现的最高压力 承受外压的压力容器其最高工作压力是指压力容器在正常作用过程中可能出现的最高压力差值对夹套容器指夹套顶部可能出现的最高压力差值注2P代表设计压力PW代表最高工作压力V代表容积容积是指压力容器的几何容积即由设计图样标注的尺寸计算不考虑制造公差并贺整且不扣除内件体积的容积多腔压力容器如换热器的管程和壳程余热锅炉的汽包和换热室夹套容器等按照类虽高的压力腔作为该容器的类别并按该类别进行使用管理但应按照每个压力腔进行类别划定时设计压力取本压力容积取本压力腔的几何容积注3容器内主要介质为最高工作温度低于标准沸点的液体时如气相空间非瞬时大于等于0.025m3且最高工作压力大于等于0.1Mpa时,也属于规程的适用范围.注4包括用途属于压力容器并主要按压力容器标准规范进行设计和制造的直接受火焰加热的压力容器返 回第二章 材 料第10条 压力容器用材料的质量及规格应符合相应的国家标准待业标准的规定压力容器材料的生产经国家安全监察机构认可批准材料生产单位应按相应标准的规定向用户提供质量证明书原件并在材料上的明显示部位作也清晰牢固的钢印标志或其他标志或其他标志至少包括材料制造标准代号材料牌号及规格炉批号国家安全监察机构认可标志材料生产单位名称及检验印鉴标志或其他标志材料质量证明书的内容必须齐全清晰并加盖材料生产单位质量检验章压力容器制造单位从非材料生产单位获得压力容器用材料时应同时取得材料质量证明书原件或加盖供材单位检验公章和经办人章的有效复印件压力容器制造单位应对所获得的压力容器用材料及材料质量证明书的真实性与一致性负责第11条 压力容器选材除应考虑力学性能和弯曲性能外还应考虑与介质的相容性压力容器专用钢材的磷含量熔炼分析下同不应大于0.030%硫含量不应大于0.020%如选用碳素钢沸腾钢板和碳素钢镇静钢板制造压力容器搪玻璃压力容器除外应符合GB150钢制压力容器的规定碳素钢沸腾钢板和Q235A钢板不得用于制造直接受火焰加热的压力容量第12条 用于焊接结构压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢其含碳量不应大于0.25%在特殊条件下如选用含碳量超过0.25%的钢材应限定碳当量不大于0.45%由制造单位征得用户同意并经制造单位压力容器技术总负责人批准提供材料搞裂性试验报告和焊接工艺评定报告按照本规程第7条规定办理批准手续第13条 钢制压力容器用材料钢板锻件钢管螺柱等的力学性能弯曲性能和冲击试验要求应符合GB150的有关规定第14条 用于制造压力容器壳体的碳素钢和低合金钢钢板凡符合下列条件之一的应逐张进行超声检测1盛装介质毒性程度为极度高度危害的压力容器2盛半夜介质为液化石油气且硫人氢含量大于100mg/l.的压力容器3最高工作压力大于等于10Mpa的压力容器4GB150第2章和附录C GB151管壳式换热器GB12337钢制球形储罐及其他国家标准和行业标准中规定应逐进行超声检测的钢板5移动式压力容器钢板的超声检测应按JB4730压力容器无损检测的规定进行用于本条第1第2第5款所述容器的钢板的合格等级应不低于级用于本条第3款所述容器的钢板的合格等级应不低于级用于本条第4款所述容器的钢模式板合格等级应符合GB150GB151或GB12337的规定 移动式压力容器罐体应每批抽2张钢板进行夏比V形缺口低温冲击试验试验温度为零下20或按图样规定试件取样方向为横向低温冲击功指标应符合GB150附录C的规定第15条 压力容器用铸铁的要求如下1必须在相应的国家标准范围内选用并应在产品质量证明书注明铸造选用的材料牌号2设计压力和设计温度应符合下列规定1灰铸铁制压力容器的设计压力不得大于0.8Mpa设计温度为0~2502可锻铸铁和球墨铸铁制压力容器的设计压力不得大于 1.6Mpa设计温度为零下10~3503不得用于盛装毒性程度为极度高度或中度危害介质以及设计压力大于等于05Mpa的易燃介质压力容器的受压元件也不得用于管壳式余热锅炉的受压元件和移动式压力 容器的受压元件第16条 压力容器受压元件用铸钢材料应在相应的国家标准或行业标准中选用并应在产品质量证明书中注明铸造选用的材料牌号压力容器筒体封前沿不宜选用铸钢材料压力容器制造单位已有使用经验并经省级或国家安全监察机构批准的除外第17条 对压力容器用有色金属指铝钛铜镍及其合金的要求如下1用于制造压力容器的有色金属应在相应的国家标准或行业标准范围内选用对有色金属有特殊要求时应在设计图样或相应的技术条件上注明2制造单位必须建立严格的保管制度并设专门场所存放3有色金属制压力容器用材料的冲击试验要求应符合相应标准的规定4有色金属制压力容器焊接接头的坡口应采用机械方法加工其表面不得有裂纹分层和夹渣等缺陷第18条 铝和铝合金用于压力容器受压元件应符合下列要求1设计压力不应大于8Mpa设计温度范围为零下269~2002设计温度大于65时一般不选用含镁量大于等于3%的铝合金第19条 钢及铜合金用于压力容器受压元件时一般应为退火状态第20条 钛材指工业纯钛钛合金及其复合材料下同制造压力容器受压元件应符合下列要求1设计温度工业纯钛不应高于230钛合金不应高于300钛复合板不应高于3502用于制造压力容器壳体的钛材应在退火状态下使用3钛材压力容器封头成形应采用热成形或冷成形后热校形对成形的的钛钢复合板封头应做超声检测4钛材压力容器一般不要求进行热处理对在应力腐蚀环境中使用的钛容器或使用中厚板制造的钛容器焊后或热加工后应进行消除应力退火钛钢复合板爆炸复合后应做消除应力退火处理5钛材压力容器的下列焊缝应进行渗透检测1接管法兰补强圈与壳体或封头连接的角焊缝2换热器管板与管子连接的焊缝3钛钢复合板的复层焊缝及镶条盖板与复合板复层的搭接焊缝第21条 镍材指镍和镍基合金及其复合材料下同制造压力容器受压元件应符合下列要求1设计温度退火状态的纯镍材料不应高于650镍铜合金不应高于480镍-铬-铁合金不应高于650镍-铁-铬合金不应高于9002用于制造压力容器主要受压元件的镍村应在退火状态下使用换热器用线性镍管应在消除应力退火状态下使用3镍村压力容器封头采用热成形时应严桥控制加热温度对成形的镍钢复合板封应做超声检测4镍村热成形的加热温度及加热度及加热炉气氛应严格控制防止硫脆污染推荐的热加工温度范围是1工业纯镍N6-2.5-1,5为2803502蒙乃尔NCU28-2.5-1.5为3505003Inconel(NS312)为4705504Hastelloy(NS334)为93012005镍村压力容器的下列焊缝应进行磁粉或渗透检测1接管法兰补强圈与壳体或封头连接的角焊缝2换热器管板与管子连接的焊缝3镍钢复合板的复层焊接接头第22条 压力容顺受压元件采用国外材料应符合下列要求1应选用国外压力容器规范允许作用且国外已有使用实例的材料其使用范围应符合材料生产国相应规范和标准的规定并有该材料的质量证明书2制造单位首次使用前应进行焊接工艺评定和焊工考试并对化学成分力学性能进行复验满足作用要求后才能投料制造3技术要求一般不得低于国内相应材料的技术指标4国内首次使用且标准中抗拉强度规定值下限大于等于540Mpa的材料应按本规程第7条规定办理批准手续国内材料生产单位生产国外牌号的材料时应完全按照该牌号的国外标准规定的冶炼方法进行生产力学性能和弯曲性能试验的试样型式尺寸加工要求试验方法等验收要求出应执行国外标准批量生产前应通过产品鉴定并经国家安全监察机构批准可按本条规定的国外钢材对待第23条 压力容器主要受压元件采用新研制的材料包括国内外没有应用实例的进口材料或未列入GB150等标准的材料试制压力容器材料的研制生产单位应将试验证资料和第三方的检测报告提交全国压力容器标准化技术委员会进行技术评审并获得该委员会出具的准许试用的证明文件应注明使用条件并按本规程第7条规定办理批准手续第24条 压力容器制造单位应通过对材料进行复验或对材料供货单位进行考察评审追踪等方法确保所用的压力容器材料符合相应标准在投用前应检查有效的材料质量证明文件并核对本规程第10条规定的材料上的有效标志材料标志与质量证明书应完全一致否则不得使用用于制造受压元件的材料在切割或加工前应进行标记移植第25条 压力容器的筒体封头端盖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板换热器的管板和换热管M36以上的设备主螺栓及公称直径大于等于250mm的接管和管法兰均作为主要受压元件对其用村的复验要求如下1用于制造第三类压力容器的钢板必须复验复验内容至少包括逐张检查钢板表面质量和材料标志按炉复验钢板的化学成分按批复验钢板的力学性能冷弯性能当钢厂未提供钢板超声检测保证书时应按本规程第14条的要求进行超声检测复验2用于制造第一第二类压力容器的钢板有下列情况之一的应复验1设计图样要求复验的2用户要求复验的3制造单位不能确定材料真实性或对材料的性能和化学成分有怀疑的4钢材质量证明书注明复印件无效或不等效的3用于制造第三类压力容器的锻件复验要求如下1应按压力容器锻件国家标准或行业标准规定的项目进行复验2对制造单位经常使用且已有信誉保证的外协锻件如质量证明书原件项目齐全可只进行硬度和化学成分复验复验结果出现异常时则应进行力学性能复验3压力容器制造单位锻制且供本单位使用的锻件可免做复验4取得国家安全监察机构产品安全质量认证并有免除复验标志的材料可免做复验第26条 用于制造压力容器受压元件的焊接材料应按相应标准制造检验和选用焊接材料必须有质量证明书和清晰牢固的标志压力容器制造单位应建立并严格执行焊接材料验收复验保管烘干发放和回收制度第27条 压力容器制造或现场组焊单位对主要受压元件的材料代用原则上应事先取得设计单位出具的设计更改批准文件对改动部位应在竣工图上做详细记载对制造单位有使用经验且代用材料性能优于被代用材料时仅限16MnR20R Q235系列钢板16Mn 10﹟20#锻件或钢管的相互代用如制造单位有相应责任同时须向原设计单位备案原设计单位有异议时应及时向制造单位反馈意见返 回第三章 设 计第28条 压力容器的设计单位资格设计类别和品种范围的划分应符合压力容器设计单位资格管理与监督规则的规定设计单位应对设计质量负责压力容器设计单位不准在外单位设计的图样上加盖压力容器设计资格印章经压力容器设计单位批准机构指定的图样除外第29条 压力容器的设计总图蓝图上必须加盖压力容器设计资格印章复印章无效设计资格印章失效的图样和已加盖竣工图章的图样不得用于制造压力容器设计总图上应有设计校核审核定人员的签字对于第三类中压反应容器和储存容器高压容器和移动压力容器应有压力容器设计技术负责人的批准签字第30条 压力容器的设计总图上至少应注明下列内容1压力容器名称类别2设计条件[包括温度压力介质组分腐蚀裕量焊缝系数自然基础条件等]对储液化石油气的储罐应增加装量系数对有应力腐蚀倾向的材料应注明腐蚀介质的限定含量对有时效性的材料应考虑工作介质的相容性还应注明压力容器使用年限3主要受压元件材料牌号及材料要求4主要特性参数如压力容器窖换热器换热面积与程数等5制造要求6热处理要求7防腐蚀处理要求8无损检测要求9耐压试验和气密性试验要求10安全附件的规格和订购特殊要求11压力容器铬牌的位置12包装运输现场组焊和安装要求13下列情况下的特殊要求1夹套压力容器应分别注明壳体和夹套的试验压力允许的内外差值以及试验步骤和试验的要求2装有触媒的反应容器和装有充填物的大型压力容器应注明使用过程中定期检验的技术要求3由于结构原因不能进行内部检验的应注明计算厚度使用中定期检验和耐压试验和气密性试验的应注明计算厚度和制造及使用的特殊要求4对不能进行耐压试验和气密性试验的应注明计算厚度和制及使用的特殊要求并应与使用单位协商提出推荐的使用年限和保证安全的措施5对有耐热衬里的反应容器应注明防止受压元件超温的技术措施6为防止介质造成的腐蚀应力腐蚀应注明对介质纯净度的要求7亚铵法造纸蒸球应注明防腐技术要求8有色金属制压力容器制造检验的特殊要求9压力容器的设计压力不得低于最高工作压力装有安全泄放装置的压力容器其设计压力不得低于安全阀的开启压力或爆破片的爆破压力第31条 设计压力容器时应有足够的腐蚀裕量腐蚀裕量应根据预期的压力容器使用寿命和介质对材料的腐蚀速率确定还应考虑介质流动时对压力容器或受压元件的冲蚀量和磨损量在进行结构设计时还应考虑局部腐蚀的影响以满足压力容器安全运行要求为防止压力容器超寿命运行引发安全问题设计单位一般应在设计图样上注明压力容器设计使用寿命第32条 压力容器的设计文件包括设计图样技术条件强度计算书必要时还应包括设计或安装使用说明书1压力容器的设计单位应向压力容器的使用单位或压力容器制造单位提供设计说明书设计图样和技术条件2用户需要时压力容器设计或制造单位还应向压力容器的使用单位提供安装使用说明书3对移动式压力容器高压容器第三类中压反应容器和储存容器设计单位应向使用单位提供强度计算书4按JB4732设计时设计单位应向使用单位提供应力分析报告强度计算书的内容至少应包括设计条件所有规范和标准材料腐蚀裕量计算厚度名义厚度计算应力等装设安全阀爆破片装置的压力容器设计单位应向使用单位提供压力容器安全泄放量安全阀排量和爆破片泄放面积的计算书无法计算时应征求使用单位意见协商选用安全泄放装置在工艺参数所材料制造技术热处理检验等方面有特殊要求的应在合同中注明第34条 盛装液化气体的固定式压力容器的设计压力规定如下1固定式液化气体压力容器设计压力应不低于表3-1的规定2固定式液化石油气储罐的设计压力应按不低于50时混合液化石油气组分的实际饱和蒸气压来确定设计单位应在图样上注明限定的组分和对应的压力若无实际组分数据或不做组分分析其设计压力则应不低于表3-2规定的压力第35条 设计储存容器当壳体的金属温度受大气环境气温条件所影响时其最低设计温度可按该地区气象资料取历年来月平均最低气温的最低值月平均最低气温是指当月各天的最低气温值相加后除以当月的天数月平均最低气温的最低值是气象局实测的10年逐月平均最低气温资料中的最小值全国月平均最低气温低于等于零下20和零下10的地区见附件二第36条 盛装液化气体的压力容器设计储存量应符合下列规定。
压力容器结构设计要点分析及解读
压力容器结构设计要点分析及解读摘要：随着现代化工企业的发展，压力容器越来越广泛地使用在石油、化工、制药、食品等各个领域。
压力容器作为承受压力等较高载荷的设备，若设计不合理，可能会导致容器变形甚至爆炸，给人员和环境带来严重危害。
为此，笔者结合多年的工作实践经验，对现代压力容器结构设计的要点进行了分析和总结。
关键词:压力容器;结构设计;要点引言随着工业化进程的不断推进，各类化工制品的需求量也与日俱增，压力容器作为一种安全系数较高的特种设备，在生产中承担了越来越重要的作用。
压力容器是一种封闭结构，通常用于储存或运输气体、液体或其他物质。
它们必须承受高压和高温等特殊工作状态，同时还必须防止泄漏和爆炸等危险。
这些要求使压力容器的设计变得至关重要，这不仅涉及容器中包含的介质，还涉及压力的大小、温度以及容器的结构、尺寸等方面。
因此，压力容器结构设计是至关重要的。
注重立足于安全、及时、经济和谐的原则，全面优化压力容器结构设计，会使其设计更加科学合理。
1压力容器结构设计要求压力容器广泛应用于精细化工、石化、医药行业、石化电子和机械电器等行业，特别是化工压力容器，其内部采用的材料大多为装配式的内件，设计过程复杂繁琐，如果产品设计有问题，将对压力容器的稳定性造成威胁，甚至可能形成重大安全隐患，影响设备的正常运行。
在压力容器的设计过程中，应根据其工况、介质特性、环境温度、工作气压、连接管口等使用条件，结合当前压力容器的相关设计法规和标准，进行系统风险评估，以确保产品在设计过程中不会出现风险问题，确保容器质量达到使用最高要求。
2压力容器结构设计的原则2.1 应力的均匀性在设计压力容器时，应该特别注意壳体结构的连续性，以确保它能够承受较大的应力变化，避免突变情况的发生。
如壳体结构有难于连续之处，为保证应力的均匀分布，应采用圆滑过渡的办法。
2.2应力集中或削弱强度的结构相互错开在设计压力容器时，应该尽量避开在结构强度较弱或应力集中的部位进行设计，以防止应力的叠加情况发生。
第二篇化工容器设计
第二节 压力容器设计的基本法规（依据） 与常用标准
一、受监察的压力容器的条件
1. 最高工作压力 Pw≥ 0.1 MPa （不含液体静压力）； 2. 内直径Di（非圆形截面制其最大尺寸） ≥ 0.15m，
且容积 V ≥ 0.025 m3 ； 3. 盛装介质为气体、液化气体，
或最高工作温度 t ≥ 标准沸点的液体。
Do 14 18 25 32 38 45 57 76
壁厚 3 3 3 3.5 3.5 3.5 3.5 4
(4) 法兰的公称直径
与其相配的筒体、封头和接管的公称直径相一致。 即： 法兰的 DN = 筒体的 DN
封头的DN 接管的DN
2. 公称压力—— PN （Pg） 规定的标准压力等级 如：压力容器法兰的公称压力（MPa）
二.基本内容
1. 选材 根据工艺参数 t、p、介质，以及选材原则，选择设备材料。 2. 结构设计 3. 强度计算，确定壁厚。（包括筒体和封头） 4. 水压试验的强度校核 5. 密封设计，选择或设计法兰。 6. 支座的选择，以及强度与稳定性校核。 7. 开孔补强设计计算 8. 其他零部件、附件的选用。 9. 其他特殊设计 10. 绘制设备图纸 11. 编写设计说明书
二. 基本法规与常用标准
1. 《压力容器安全技术监察规程》1999版 2. GB 150 — 1998 《钢制压力容器》
3. GB 151 — 1999 《管壳式换热器》
4. JB 4710 — 2000 《钢制塔式容器》
第三节 容器零部件的标准化
一. 标准化的意义 1. 标准化使整个社会生产、生活等各项活动，保
代入（3-3）、（3-4）式后，得：
m
pD 4S
pD 4S
y
容器设计一般原则
容器设计一般原则一、筒体1、用钢板制，以内径为标准；2、用钢管制，以外径为标准。
二、封头1、椭圆形封头JB/T4737-95，JB/T4729-94；2、折边锥形封头JB/T4738-95，JB/T4739-95。
三、容器法兰1、常压容器无密封要求的，可采用角钢法兰，按JB/T4735-97中规定，角钢法兰上的螺栓个数一般取4的倍数；2、压力容器按JB/T4701～4703-2000；3、容器法兰采用凹凸面或榫槽面法兰时，立式容器法兰的槽面或凹面必须向上，法兰连接的卧式容器槽面或凹面应位于筒体上；4、真空系统容器法兰选用的公称压力一般不小于0.6Mpa。
四、容器法兰用垫片1、非金属软垫片按JB/T4704-2000；2、缠绕包垫片按JB/T4705-2000；3、金属垫片按JB/T4706-2000。
五、容器法兰用等长螺柱按JB/T4707-2000。
六、人孔、手孔1、碳素钢、低合金钢人孔按HG21514～21527-95；2、碳素钢、低合金钢手孔按HG21528～21535-95；3、不锈钢人孔按HG21595～21600-98；4、不锈钢手孔按HG21601～21604-98。
七、人孔、手孔、检查孔尺寸选择原则1、人孔：容器直径大于等于1000～1600时选择DN450人孔；容器直径大于等于1600～3000时选择DN500人孔；容器直径大于3000时选择DN600人孔；寒冷地区人孔不应小于DN500。
真空、毒性为高度、极度危害介质或设计压力大于2.5MPa的容器人孔直径选小者。
2、手孔：直径一般不小于DN150。
3、检查孔：直径一般不小于DN80。
八、管口1、管法兰（盖）按HG20592～20602-97；2、管法兰用垫片按HG20606～20612-97；3、真空容器真空度小于600mmhg时，管法兰的公称压力不低于0.6 MPa；真空度600～760 mmhg时，管法兰的公称压力不低于1 Mpa；4、对易爆或毒性为中度危害的介质，管法兰的公称压力不低于1 MPa，对毒性为高度和极度或强渗透介质，管法兰的公称压力不低1.6 Mpa；5、高度、极度毒性介质和Ⅲ类容器应尽量采用带颈对焊法兰；6、采用凹凸面或榫槽面的管法兰，容器顶部和侧面的管口配置凹面或槽面法兰。