第八章 压力容器
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第八章压力容器简介与薄膜应力
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㈡、球壳上的薄膜应力
对于球壳，没有轴向和环向之分。
m
pD
4
直径与内压相同，球壳内应力仅是圆筒形 ， 壳体环向应力的一半，即球形壳体的厚度仅
需圆筒容器厚度的一半。 当容器容积相同时，球表面积最小，故大 型贮罐制成球形较为经济。
2019/11/1
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2 K D倍， 此值非常大。
2019/11/1
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第三节 边界区内的二次应力 一、边界应力产生的原因
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Qingdao University of Science and Technology
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应力为零。因此，一般在锥顶开孔。
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第二节 圆形平板承受均布载荷时的弯曲应力
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图1-5 球形容器群
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图1-6 催化汽油稳定塔的再沸器
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Qingdao University of Science and Technology
压力容器
其他介绍
压力容器内部或外部承受气体或液体压力，并对安全性有较高要求的密封容器。早期的化学工业，反应压力 多在10兆帕以下。但合成氨和高压聚乙烯等高压生产工艺出现后，要求压力容器的压力达100兆帕以上。随着化 工和石油化工等工业的发展，压力容器的工作温度范围越来越宽，容量不断增大，有些还要求耐介质腐蚀。20世 纪60年代开始，核电站的发展对反应堆压力容器提出了更高的安全和技术要求，从而促进了压力容器的进一步发 展，广泛应用于各工业部门。压力容器主要为圆柱形，也有球形或其他形状。根据结构形式，可分为多层式压力 容器，绕板式压力容器、型槽绕带式压力容器、热套式压力容器、锻焊式压力容器和厚板卷焊式压力容器等。大 多数压力容器由钢制成，也有的用铝、钛等有色金属和玻璃钢、预应力混凝土等非金属材料制成。压力容器在使 用中如发生爆炸，会造成灾难性事故。为了使压力容器在确保安全的前提下达到设计先进、结构合理、易于制造、 使用可靠和造价经济等目的，各国都根据本国具体情况制定了有关压力容器的标准、规范和技术条件，对压力容 器的设计、制造、检验和使用等提出具体和必须遵守的规定。
3）局部应力比较复杂。例如，在容器开孔周围及其他结构不连续处，常会因过高的局部应力和反复的加载卸 载而造成疲劳破裂。
4）常隐藏有严重缺陷。
反应釜
反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、 缩合等工艺过程的压力容器，例如反应器、反应锅、分解锅、聚合釜等；材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基 （哈氏、蒙乃尔、因康镍）合金及其它复合材料。
行业情况
维护
化工行业大量使用的压力容器，由于介质的腐蚀性、反应条件忽冷忽热、运输、使用、人为等问题，总会出 现这样那样的搪瓷层损坏，造成不必要的生产停止，如大面积脱落，建议只能返厂重新搪瓷。压力容器价格较高， 微小损坏时没有必要整台设备更新，这就需要选用合适的修补法，用（劲素成）JS916马上进行修补，否则，就 会使压力容器被容器里溶剂腐蚀，搪瓷面的损坏会迅速扩大，并由此造成停产、安全事故及环境污染等不可预计 的损失。
GB150-1998钢制压力容器
第八章 容器制造
一、总
则
根据GB/T19000—ISO9000族标准的理论、原则、方法，结 合压力容器安全法规、标准的要求建立一个文件化的质量 体系并有效实施。 压力容器
压力容器 压力容器 压力容器 压力容器 G B/T 1 9 0 0 — I S O 9000 质 量 管 理 和 质量保证 安全法规 标 准 质量手册 程序文件 记录报告
堆焊
δ s2
b.下列不等板厚对接无须削薄及对口错边量规定
当δs2≤10mm且δs1-δs2>3mm及δs2>10mm且δs1-δs2≤0.3δs2或≤5mm时 无须削薄，对口错边量b以较薄板厚度为基准确定，两板厚度的 差值不计入对口错边量。
对口处钢材厚度δ ≤ 12 12<δ 20<δ 40<δ
s≤ s≤ s≤ s（
A
S≥ 100
Δ L
焊缝 A 向 180
o
焊缝
L
当 L 较 长 时 ，应 修 整 由 于 钢 丝 自 重 产 生 的 挠度而造成直线度测量的误差 S— 测 量 位 置 离 A 类 接 头 焊 缝 中 心 线 的 距 离
S≥ 100
（5）筒节最小长度和组装要求
相邻圆筒A类接头焊缝边缘的距离以及封头
A类接头焊缝的端点与相邻圆筒A类接头焊缝边缘
的距离按下图规定
A 类接头焊缝 封头 圆筒 筒 节 最 小 长 度 ≥ 300
S>3δ
s
且 ≥ 100
S>3δ
s
且 ≥ 100
A 类接头焊缝 焊缝端点
（6）法兰、接管的装配要求
法兰面应垂直于接管或圆筒的主轴中心线，
接管法兰应保证法兰面的水平或垂直，其偏差要
一、总
则
根据GB/T19000—ISO9000族标准的理论、原则、方法，结 合压力容器安全法规、标准的要求建立一个文件化的质量 体系并有效实施。 压力容器
压力容器 压力容器 压力容器 压力容器 G B/T 1 9 0 0 — I S O 9000 质 量 管 理 和 质量保证 安全法规 标 准 质量手册 程序文件 记录报告
堆焊
δ s2
b.下列不等板厚对接无须削薄及对口错边量规定
当δs2≤10mm且δs1-δs2>3mm及δs2>10mm且δs1-δs2≤0.3δs2或≤5mm时 无须削薄，对口错边量b以较薄板厚度为基准确定，两板厚度的 差值不计入对口错边量。
对口处钢材厚度δ ≤ 12 12<δ 20<δ 40<δ
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焊缝 A 向 180
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焊缝
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当 L 较 长 时 ，应 修 整 由 于 钢 丝 自 重 产 生 的 挠度而造成直线度测量的误差 S— 测 量 位 置 离 A 类 接 头 焊 缝 中 心 线 的 距 离
S≥ 100
（5）筒节最小长度和组装要求
相邻圆筒A类接头焊缝边缘的距离以及封头
A类接头焊缝的端点与相邻圆筒A类接头焊缝边缘
的距离按下图规定
A 类接头焊缝 封头 圆筒 筒 节 最 小 长 度 ≥ 300
S>3δ
s
且 ≥ 100
S>3δ
s
且 ≥ 100
A 类接头焊缝 焊缝端点
（6）法兰、接管的装配要求
法兰面应垂直于接管或圆筒的主轴中心线，
接管法兰应保证法兰面的水平或垂直，其偏差要
《压力容器》课件
包括清洗、防腐等，确保设备 外观、内部及传热元件的清洁 和正常。
压力容器的安全
1 压力容器的危险性
包括高压、高温、易爆等，一旦安全事故发生，会造成巨大的人员伤亡和物质损失。
2 安全保护措施
包括安装防护装置、使用安全阀、定期检查维护等，确保设备在运行过程中处于安全状 态。
3 紧急事故处理
在发生安全事故时要迅速采取紧急措施，并及时报告有关部门和领导，进行事故调查和 责任追究。
压力容器的尺寸选择
按照设计参数和使用要求确定 尺寸，对于大型压力容器还需 要考虑运输和安装问题。
压力容器制造
1
制造工艺
包括板材制作、卷制、组装、焊接等，
材料选择
2
需要精确的加工设备和技术。
常用材料有碳素钢、不锈钢、钛合金
和镍基合金等，根据介质、温度、压 力等选用合括工艺控制、检测和测试、质量证 书等环节，确保产品合格，符合相关 标准和规范要求。
压力容器安装
安装前检查
检查管道布局、配套设备等，确保设备安装位置合理，并进行检测和试运行。
安装的方法
分为就地安装、整体安装、分段拼装等，安装时要遵循设计要求，保证设备的稳定性和安全 性。
压力容器的操作
1
操作前准备
包括检查设备状态、介质物性、防爆安全等，确保设备处于安全状态。
2
启动和停机
在启停设备时要遵循操作规程，严格控制操作参数和各项指标。
《压力容器》PPT课件
本PPT课件介绍了压力容器的设计、制造、安装、维护和安全，重点讲解了 不同工况下压力容器的操作和怎样保证压力容器的安全。
简介
什么是压力容器
压力容器是一种用于储存和输送气体或液体的设备，不仅承受液体或气体的压力，而且还要 承受外界的重力和风压等载荷。
压力容器安全生产管理制度
压力容器安全生产管理制度第一章总则第一条为了加强对压力容器的安全生产管理，预防和减少压力容器事故，保障人员生命财产安全，制定本制度。
第二条本制度适用于所有使用压力容器的生产企业和单位。
第三条压力容器指使用液态或气态介质，在其内部产生过量压力，以及带外力作用的容器。
第四条压力容器安全生产管理应遵循“预防为主、综合治理、依法管理、全员参与”的原则。
第二章压力容器安全管理第五条压力容器的制造、安装、维修、改造、使用等单位应当遵守《压力容器安全技术监督管理规程》和其他相关法律法规的规定。
第六条压力容器使用单位应当建立和健全压力容器安全管理制度，明确各级责任及权限。
压力容器的制造、安装、改造、维修单位应当为用户单位提供相关技术支持。
第七条压力容器使用单位应当对压力容器进行定期检测和维护，确保其安全运行。
第八条压力容器使用单位应当及时处理压力容器的异常情况，如发现泄漏、漏气、异常噪音等，应当立即停机检修，并上报相关部门。
第九条压力容器在运行时应严格遵守操作规程，禁止超载、超压操作，严禁对压力容器进行非法改造。
第三章压力容器事故应急处理第十条压力容器使用单位应建立健全压力容器事故应急预案，明确各级责任及行动措施。
第十一条如果发生压力容器事故，应立即启动应急预案，采取措施避免事故扩大，并及时报警求助。
第十二条压力容器事故发生后，应立即停机检修，查明事故原因，做好事故记录，通报有关部门。
第四章压力容器安全教育培训第十三条压力容器使用单位应对压力容器操作人员进行安全教育培训，确保其具备必要的操作技能和安全意识。
第十四条在使用新设备、新工艺或换岗、调动人员时，应加强安全教育培训，确保人员安全操作。
第五章压力容器安全检查第十五条压力容器使用单位应定期组织对压力容器进行安全检查，检查内容包括压力容器的运行状况、安全阀的有效性、压力表的准确性等。
第十六条定期检查发现问题应及时整改，确保压力容器安全运行。
第六章压力容器管理记录第十七条压力容器使用单位应建立压力容器管理档案，记录压力容器的生产、安装、检验、维修、报废等情况。
《压力容器基本知识》课件
压力容器的安全性
压力容器的安全阀是如何工作的？如何计算压力容器的承载能力？又如何进 行日常维护，确保压力容器的安全性可靠？一起来探究压力容器的安全性要 素。
压力容器的监测
压力容器的非破坏检测技术有哪些？有何在线监测技术可供选择？为什么压 力容器的检测如此重要？让我们了解压力容器监测领域的最新技术。
压力容器的应用
压力容器在哪些领域得到广泛应用？压力容器的发展趋势如何？在企业中， 为何压力容器如此重要？让我们一起探索压力容器的应用价值。
结论
压力容器成功的关键要素有哪些？如何提升压力容器的安全意识？让我们展望压力容器的未来，探讨其在技术 和创新领域的潜力。
《压力容器基本知识》 PPT课件
这是一份关于压力容器基本知识的PPT课件。本课程将介绍压力容器的定义、 分类、结构、安全性、监测、应用以及未来展望。
简介
什么是压力容器？压力容器分类有哪些？压力容器在工业中的作用是什么？让我们器的结构
压力容器由哪些主要结构部件构成？如何制造压力容器的壳体？又有哪些常用的连接方式？让我们深入学习压 力容器的结构细节。
《压力容器基础知识》课件
《压力容器基础知识》 PPT课件
学习《压力容器基础知识》PPT课件，深入了解压力容器的定义、特点、分类 以及设计、制造、安全性评估、使用与维护等方面知识。
什么是压力容器
定义
压力容器是用于包含气体或液体，在内部施加过程中承受压力的设备。
特点
具有高强度、优良的密封性和耐腐蚀性。
分类
根据用途、结构形式、材料等不同，可分为储气容器、储液容器、反应容器等。
注重降低能耗、减少废弃物排放，符合可持续发展的 要求。
总结
1 压力容器的重要性
2 安全第一的原则
3 不断创新的前景
在工业生产中起着重要的作 用，保障生产安全。
确保压力容器的安全运行， 预防事故的发生。
新技术、新材料的应用将推 动压力容器行业的发展。
安全性评估的指标
主要包括容器应力、变形、疲劳寿命等指标。
压力容器的使用与维护
1 使用前的检查
确保容器密封良好、无损伤，并按照操作规程正确使用。
2 维护要求
定期进行检修、清洗、防腐等维护措施，延长容器的使用寿命。
3 常见问题与处理方法
如泄漏、裂纹等问题，应及时处理，确保容器安全稳定。
压力容器的标准与法规
国内外压力容器的标准
包括GB/T 150、ASME Boiler and Pressure Vessel Code等。
相关法律法规的规定
包括《压力容器安全技术监察条例》等相关法规。
压力容器的未来发展方向
新技术与新材料的应用
如复合材料、3D打印等技术的应用，提高容器的强度、 耐腐蚀性能。
环保与可持续发展的要求
压力容器的设计与制造
1制造工艺ຫໍສະໝຸດ 2包括切割、焊接、成型等工艺，要按照设计
学习《压力容器基础知识》PPT课件，深入了解压力容器的定义、特点、分类 以及设计、制造、安全性评估、使用与维护等方面知识。
什么是压力容器
定义
压力容器是用于包含气体或液体，在内部施加过程中承受压力的设备。
特点
具有高强度、优良的密封性和耐腐蚀性。
分类
根据用途、结构形式、材料等不同，可分为储气容器、储液容器、反应容器等。
注重降低能耗、减少废弃物排放，符合可持续发展的 要求。
总结
1 压力容器的重要性
2 安全第一的原则
3 不断创新的前景
在工业生产中起着重要的作 用，保障生产安全。
确保压力容器的安全运行， 预防事故的发生。
新技术、新材料的应用将推 动压力容器行业的发展。
安全性评估的指标
主要包括容器应力、变形、疲劳寿命等指标。
压力容器的使用与维护
1 使用前的检查
确保容器密封良好、无损伤，并按照操作规程正确使用。
2 维护要求
定期进行检修、清洗、防腐等维护措施，延长容器的使用寿命。
3 常见问题与处理方法
如泄漏、裂纹等问题，应及时处理，确保容器安全稳定。
压力容器的标准与法规
国内外压力容器的标准
包括GB/T 150、ASME Boiler and Pressure Vessel Code等。
相关法律法规的规定
包括《压力容器安全技术监察条例》等相关法规。
压力容器的未来发展方向
新技术与新材料的应用
如复合材料、3D打印等技术的应用，提高容器的强度、 耐腐蚀性能。
环保与可持续发展的要求
压力容器的设计与制造
1制造工艺ຫໍສະໝຸດ 2包括切割、焊接、成型等工艺，要按照设计
9第八章、压力容器安全管理
2020/8/2
桂林市压力容器作业人员培训 编制：达（ 版权所有，严禁传播） 16
第一节、安全管理体系及其工作职责（例题）
• 例：未定期检验或检验不合格的压力容器，应经使用单位 负责人同意，可短期运行。
• （X） • 例：压力容器如运行状况良好，经使用单位负责人同意可
延期检验。 • （X） • 例：压力容器内如果是易燃介质，不应采用空气置换。 • （X） • 例：易燃介质的压力容器在检验或检修前应先用空气进行
使用管理：
加强在用压力容器安全管理的意义主要有：A、 确保设备安全运行,减少或防止事故发生，保障生 命和财产安全；B、延长设备使用寿命；C、提高 企业经济效益
实线证明：压力容器使用环节是事故多发环节， 使用环节事故得到控制，整个压力容器的事故就 会得到有效控制。
压力容器的使用是设计、制造、安装、检验、修 理、改造环节的中心环节。
• 例：对存在严重事故隐患、无改造维修价值的压力容器应办理判废手 续。
• （X） • 例：压力容器均应由产权单位向登记机关办理使用登记证。 • （X） • 例：固定式压力容器的年度检查可由使用单位安全管理人员与操作人
员进行。 • （X） • 例：压力容器的维修、改造单位可由企业组织专业人员进行。 • （X） • 例：压力容器维修、改造只要改造、维修单位有许可证即可从事所有
2020/8/2
编制：达（ 版权所有，严禁传播）
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第二节、压力容器的安全操作（例题）
• 例：压力容器内部有压力时，不应进行任何维修。 • （X） • 例：进入压力容器内检验照明用电不超过24V。 • （V） • 例：进入压力容器内检验时，可以直接用220V以下照明电
源。 • （X） • 例：压力容器操作人员一般应做到持证操作压力容器。 • （X） • 例：液化石油气储罐在夏季高温时，应做好喷淋降温工作
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（1） 反应压力容器(代号R):用于完成介质的物理、化学反应。 （2）换热压力容器(代号E):用于完成介质的热量交换。 （3）分离压力容器（代号S):用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净 化分离。 （4）储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）：用于储存、盛装气体、 液体、液化气体等介质。 2013-7-25 16
因此，若用塑性好的材料制造筒体，可减少容器发生破坏的危险性。 正是由于边缘应力的局部性与自限性，设计中一般不按局部应力来确定 厚度，而是在结构上作局部处理。但对于脆性材料，必须考虑边缘应力 的影响。
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2013-7-25
第三节内压薄壁容器
容器设计一般按工艺条件和要求，选择使用材料，确定工艺参数，确定设计 参数并计算容体筒体和封头等原件的强度尺寸。压力容器的设计准则主要以 弹性失效为设计准则，主要是控制壳体主体的基本应力不超过材料的许用应 力值。对结构引起的边缘应力，主要以结构的局部处理为主，必要时，在设 计计算式上乘以应力增强系数。
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(a)典型卧式容器的总件结构
(b)结构的基本部件分解
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筒体
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封头
封 头
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半球形封头
结构特点：半球形封头是由半个球壳构成的。
半球形封头
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椭圆形封头
结构特点：椭圆形封头是由半个椭球面和高为的h短圆筒
线的弧长为dl1=R1dφ ,沿法截线的 弧长为dl2=R2dθ 。若薄壳所受的 压力为P。微体abcd面积上所受的 外力为Pdldl2，微体在四个截面上 产生的拉力分别为径向力σφδdl2， 为周向力为σθδdl1
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d d 2 dl2 sin 2 dl1 sin pdl1dl2 0 2 2 d d dl1 sin 2 2 2 d d dl2 sin 2 2 2
C3 工艺减薄量 即 C＝ C1 十 C2 十 C3
n
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2 p
t
pDi
C2 C1 C3
31
最小厚度 min
当设计压力较低时，容器计算厚度很薄。大型容器刚度不
足，不满足运输、安装的要求。 限定最小厚度以满足刚度和稳定性要求。 壳体加工成形后不包括腐蚀裕量在内的最小厚度： a. 碳素钢和低合金钢制容器不小于3mm b．对高合金钢制容器，不小于2mm
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4、焊接接头系数 焊缝区的强度主要取决于熔焊金属、焊缝结构和施焊质量。 焊接接头系数的大小决定于焊接接头的型式和无损检测的长 度比率。 焊接接头系数 是焊接削弱而降低设计许用应力的系数。
焊接接头系数
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压力试验
目的：对容器进行强度和密封性的综合检验。
1.试验介质 2.试验压力 3.试验温度 4.试验方法及试验程序
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37
15
二压力容器分类
1.按压力等级分类：压力容器可分为内压容器与外压容器。 （1）外压容器：容器的内部压力低于外部压力。（溴化锂空 调机组中的发生器） （2）内压容器：容器的内部压力高于外部压力。（制冷空调 装置中）
内压容器又可按设计压力（p）大小分为四个压力等级，具体划分如下 ：
低压(代号L)容器 0.1 MPa≤p＜1.6 MPa; 中压(代号M)容器 1.6 MPa≤p＜10.0 MPa; 高压(代号H)容器 10 MPa≤p＜100 MPa; 超高压(代号U)容器 p≥100MPa。 2按容器在生产中的作用分类:
理论与实验均已证明，发生在连接边缘处的边缘应力具有局部性和 自限性两个基本特性： 1．局部性—— 不同性质的联接,边缘产生不同的边缘应力，但它们
大多数都有明显的衰减波特性，随着离开边缘的距离增大，边缘应力迅 速衰减。 2．自限性—— 由于边缘应力是两联接件弹性变形不一致，相互制约 而产生的，一旦材料产生了塑性变形，弹性变形的约束就会缓解，边缘 应力自动受到限制，这就是边缘应力的自限性。
常用的公称压力如下表所示（单位：102Pa）
公称压力 Pc
1 64
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2.5 6 10 16 25 100 160 200 250 320
40
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2、设计温度
指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设 定的元件的金属温度。
压力容器的设计温度和其内部介质可能达 到的温度不一样。
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R1 R2 R
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pR 2
pR
讨论： 周向应力是经（轴）向应 力的2倍，所以周向承受应力 更大，周向上就要少削弱面积 ，故开设椭圆孔时，椭圆孔之 短轴平行于筒体轴线，如右图 所示。
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=2
2受气体内压的球形壳体
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一
圆筒的计算
pD 4
壁厚的计算：圆筒安全承压所需的最小理论计算壁厚
pD 2
pD t 2 p Di 2
t
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2
pDi
t
p
30
厚度附加量C
2 p
t
pDi
满足强度要求的计算厚度之外，额外增加的厚度，包括： C1 C2 钢板厚度负偏差 腐蚀裕量
（直边段）构成的。
椭圆形封头
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碟形封头
1、结构特点：
以Ri 为半径的球面； 以 r 为半径的过渡圆弧(即折边)； 高度为h0 的直边。
碟形封头
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2013-7-25
12
法兰
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密封件
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人孔
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图2-2 回转壳中面的几何参数
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如图所示：一承受内压的回转 薄壁壳体，厚度为δ，截面法分 析壳体上任一点的应力状态， 任一壳体中以两相邻的经线截 面，和两个相邻的旋转法截面 ad和bc，截出一微体abcd，由 于壳体内压的作用，在微体的 四个截面上都将承受拉应力。 垂直于ad和bc边的应力称为径向 应力σ φ ，垂直于ab和cd边的应 力称为周向应力于σ θ 。微体沿
FN r2 p r R2 sin
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径向应力在σφ在oz轴的分力为
,
FN 2 r sin FN FN ,
pR2 2
R1
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R2
p
24
二典型的薄壁壳体的应力 1 圆筒形壳体的应力
R1 R1
max{ 2 Di 4mm} c.碳素钢、低合金钢制塔式容器 min ≥ ； 1000 , 2 d.不锈钢制塔式容器 min≥max{ Di 3mm}. 1000 ,
2013-7-25 32
设计参数的确定
1.压力 最高工作压力 Pw 设计压力 P 指在正常工作情况下，容器顶部可能达 到的最高压力。 指在相应设计温度下用以确定容器壳壁，计 算壁厚及其元件尺寸的压力，和设计温度一 起作为设计载荷条件。 一种经标准化后的压力数值，即把众多的压 力数值按等级归纳成一定数目的系列，该系 列中的各压力值称为公称压力。
34
3、许用应力和安全系数
1)、许用应力
许用应力就是材料受单向拉伸
至失效时的应力值（极限应力）
除以相应的安全系数。
t
0
n
极限应力 0 可以是
t t t b、 s ( 0.2 )、 st ( 0.2 )、 D、 n
2）安全系数 安全系数是一个不断发展变化的参数。 随着科技发展，安全系数将逐渐变小。
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，应按工艺 过程中的主要作用来划分品种。 按安装方式分类 ： （1） 固定式压力容器：有固定安装和使用地点，工艺条件和操作人员 也较固定的压力容器。 （2）移动式压力容器：使用时不仅承受内压或外压载荷，搬运过程中 还会受到由于内部介质晃动引起的冲击力，以及运输过程带来的外部撞 击和振动载荷，因而在结构、使用和安全方面均有其特殊的要求。 3 按容器的壁厚分类 （1）薄壁容器所谓厚壁与薄壁并不是按容器厚度的大小来划分，而是一种 相对概念，通常根据容器外径DO与内径Di的比值K来判断，K≤1.2为薄 壁容器，K＞1.2为厚壁容器。工程实际中的压力容器大多为薄壁容器。 （2）厚壁容器
第八章
压力容器
2013-7-25
2
燃油（气）蒸汽锅炉
2013-7-25
3
第一节 压力容器的结构与分类 一 容器结构
压力容器：是内部或外部承受气体或液体压
力、并对安全性有较高要求的密封容器。 压力容器主要为圆柱形，少数为球形或其他 形状。 圆柱形压力容器通常由筒体、封头、接管、 支座、法兰、液位计等零件和部件组成，压 力容器工作压力越高，筒体的壁就应越厚。
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三 边缘应力
在采用无力矩理论进行内压容器受力分析时，忽略了剪力与弯矩的 影响，这样的简化是可以满足工程设计精度的要求。 以筒体与封头联接为例，若平板盖具有足够的刚度，受内压作用 时变形很小。而壳壁较薄，变形量较大，两者连接在一起，在联接处 (即边缘部分)筒体的变形受到平板盖的约束，因此产生了附加的局部应 力(即边缘应力)。
R1
R2
p
因此，若用塑性好的材料制造筒体，可减少容器发生破坏的危险性。 正是由于边缘应力的局部性与自限性，设计中一般不按局部应力来确定 厚度，而是在结构上作局部处理。但对于脆性材料，必须考虑边缘应力 的影响。
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第三节内压薄壁容器
容器设计一般按工艺条件和要求，选择使用材料，确定工艺参数，确定设计 参数并计算容体筒体和封头等原件的强度尺寸。压力容器的设计准则主要以 弹性失效为设计准则，主要是控制壳体主体的基本应力不超过材料的许用应 力值。对结构引起的边缘应力，主要以结构的局部处理为主，必要时，在设 计计算式上乘以应力增强系数。
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(a)典型卧式容器的总件结构
(b)结构的基本部件分解
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筒体
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封头
封 头
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半球形封头
结构特点：半球形封头是由半个球壳构成的。
半球形封头
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椭圆形封头
结构特点：椭圆形封头是由半个椭球面和高为的h短圆筒
线的弧长为dl1=R1dφ ,沿法截线的 弧长为dl2=R2dθ 。若薄壳所受的 压力为P。微体abcd面积上所受的 外力为Pdldl2，微体在四个截面上 产生的拉力分别为径向力σφδdl2， 为周向力为σθδdl1
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d d 2 dl2 sin 2 dl1 sin pdl1dl2 0 2 2 d d dl1 sin 2 2 2 d d dl2 sin 2 2 2
C3 工艺减薄量 即 C＝ C1 十 C2 十 C3
n
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2 p
t
pDi
C2 C1 C3
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最小厚度 min
当设计压力较低时，容器计算厚度很薄。大型容器刚度不
足，不满足运输、安装的要求。 限定最小厚度以满足刚度和稳定性要求。 壳体加工成形后不包括腐蚀裕量在内的最小厚度： a. 碳素钢和低合金钢制容器不小于3mm b．对高合金钢制容器，不小于2mm
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4、焊接接头系数 焊缝区的强度主要取决于熔焊金属、焊缝结构和施焊质量。 焊接接头系数的大小决定于焊接接头的型式和无损检测的长 度比率。 焊接接头系数 是焊接削弱而降低设计许用应力的系数。
焊接接头系数
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压力试验
目的：对容器进行强度和密封性的综合检验。
1.试验介质 2.试验压力 3.试验温度 4.试验方法及试验程序
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二压力容器分类
1.按压力等级分类：压力容器可分为内压容器与外压容器。 （1）外压容器：容器的内部压力低于外部压力。（溴化锂空 调机组中的发生器） （2）内压容器：容器的内部压力高于外部压力。（制冷空调 装置中）
内压容器又可按设计压力（p）大小分为四个压力等级，具体划分如下 ：
低压(代号L)容器 0.1 MPa≤p＜1.6 MPa; 中压(代号M)容器 1.6 MPa≤p＜10.0 MPa; 高压(代号H)容器 10 MPa≤p＜100 MPa; 超高压(代号U)容器 p≥100MPa。 2按容器在生产中的作用分类:
理论与实验均已证明，发生在连接边缘处的边缘应力具有局部性和 自限性两个基本特性： 1．局部性—— 不同性质的联接,边缘产生不同的边缘应力，但它们
大多数都有明显的衰减波特性，随着离开边缘的距离增大，边缘应力迅 速衰减。 2．自限性—— 由于边缘应力是两联接件弹性变形不一致，相互制约 而产生的，一旦材料产生了塑性变形，弹性变形的约束就会缓解，边缘 应力自动受到限制，这就是边缘应力的自限性。
常用的公称压力如下表所示（单位：102Pa）
公称压力 Pc
1 64
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2.5 6 10 16 25 100 160 200 250 320
40
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2、设计温度
指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设 定的元件的金属温度。
压力容器的设计温度和其内部介质可能达 到的温度不一样。
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R1 R2 R
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pR 2
pR
讨论： 周向应力是经（轴）向应 力的2倍，所以周向承受应力 更大，周向上就要少削弱面积 ，故开设椭圆孔时，椭圆孔之 短轴平行于筒体轴线，如右图 所示。
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=2
2受气体内压的球形壳体
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一
圆筒的计算
pD 4
壁厚的计算：圆筒安全承压所需的最小理论计算壁厚
pD 2
pD t 2 p Di 2
t
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2
pDi
t
p
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厚度附加量C
2 p
t
pDi
满足强度要求的计算厚度之外，额外增加的厚度，包括： C1 C2 钢板厚度负偏差 腐蚀裕量
（直边段）构成的。
椭圆形封头
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碟形封头
1、结构特点：
以Ri 为半径的球面； 以 r 为半径的过渡圆弧(即折边)； 高度为h0 的直边。
碟形封头
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12
法兰
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密封件
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人孔
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图2-2 回转壳中面的几何参数
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如图所示：一承受内压的回转 薄壁壳体，厚度为δ，截面法分 析壳体上任一点的应力状态， 任一壳体中以两相邻的经线截 面，和两个相邻的旋转法截面 ad和bc，截出一微体abcd，由 于壳体内压的作用，在微体的 四个截面上都将承受拉应力。 垂直于ad和bc边的应力称为径向 应力σ φ ，垂直于ab和cd边的应 力称为周向应力于σ θ 。微体沿
FN r2 p r R2 sin
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径向应力在σφ在oz轴的分力为
,
FN 2 r sin FN FN ,
pR2 2
R1
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R2
p
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二典型的薄壁壳体的应力 1 圆筒形壳体的应力
R1 R1
max{ 2 Di 4mm} c.碳素钢、低合金钢制塔式容器 min ≥ ； 1000 , 2 d.不锈钢制塔式容器 min≥max{ Di 3mm}. 1000 ,
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设计参数的确定
1.压力 最高工作压力 Pw 设计压力 P 指在正常工作情况下，容器顶部可能达 到的最高压力。 指在相应设计温度下用以确定容器壳壁，计 算壁厚及其元件尺寸的压力，和设计温度一 起作为设计载荷条件。 一种经标准化后的压力数值，即把众多的压 力数值按等级归纳成一定数目的系列，该系 列中的各压力值称为公称压力。
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3、许用应力和安全系数
1)、许用应力
许用应力就是材料受单向拉伸
至失效时的应力值（极限应力）
除以相应的安全系数。
t
0
n
极限应力 0 可以是
t t t b、 s ( 0.2 )、 st ( 0.2 )、 D、 n
2）安全系数 安全系数是一个不断发展变化的参数。 随着科技发展，安全系数将逐渐变小。
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，应按工艺 过程中的主要作用来划分品种。 按安装方式分类 ： （1） 固定式压力容器：有固定安装和使用地点，工艺条件和操作人员 也较固定的压力容器。 （2）移动式压力容器：使用时不仅承受内压或外压载荷，搬运过程中 还会受到由于内部介质晃动引起的冲击力，以及运输过程带来的外部撞 击和振动载荷，因而在结构、使用和安全方面均有其特殊的要求。 3 按容器的壁厚分类 （1）薄壁容器所谓厚壁与薄壁并不是按容器厚度的大小来划分，而是一种 相对概念，通常根据容器外径DO与内径Di的比值K来判断，K≤1.2为薄 壁容器，K＞1.2为厚壁容器。工程实际中的压力容器大多为薄壁容器。 （2）厚壁容器
第八章
压力容器
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燃油（气）蒸汽锅炉
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第一节 压力容器的结构与分类 一 容器结构
压力容器：是内部或外部承受气体或液体压
力、并对安全性有较高要求的密封容器。 压力容器主要为圆柱形，少数为球形或其他 形状。 圆柱形压力容器通常由筒体、封头、接管、 支座、法兰、液位计等零件和部件组成，压 力容器工作压力越高，筒体的壁就应越厚。
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三 边缘应力
在采用无力矩理论进行内压容器受力分析时，忽略了剪力与弯矩的 影响，这样的简化是可以满足工程设计精度的要求。 以筒体与封头联接为例，若平板盖具有足够的刚度，受内压作用 时变形很小。而壳壁较薄，变形量较大，两者连接在一起，在联接处 (即边缘部分)筒体的变形受到平板盖的约束，因此产生了附加的局部应 力(即边缘应力)。
R1
R2
p