第六章化工容器设计技术进展
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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。
压力容器设计技术进展.
环中均不断发生拉伸与压缩屈服。各种参 量的变化如下：
这说明s‟≥2sy 时，平均应力自行调整
为零，即可不计平均应力的影响了。
第六章 压力容器设计技术进展
18
第三节 容器的疲劳设计
三、疲劳设计曲线的平均应力影响修正 (一) 平均应力的调整过程
综上所述，相对于R＝-1的对称循环来说，平均应力的调整变化及对 疲劳寿命的影响为： (1) 当sa+sm<sy 时，平均应力不发生变化，此时随着平均应力 的增加，疲劳寿命将下降。 (2) 当sy<sa+sm < 2sy时，(实际上sa<sy)，平均应力调整后下降 为sm＝sy—sa，而且随着sa增加，越接近sy。平均应力就越小， 即平均应力对疲劳寿命的影响越趋减少。
第六章 压力容器设计技术进展 21
第三节 容器的疲劳设计
三、疲劳设计曲线的平均应力影响修正 (二) 平均应力影响的修正方法
在ED线以下可以不发生疲劳破坏，在AB线以下可以不屈服。现 讨论用该图求解平均应力不为零时当量交变应力seq的方法。 (1) sa+sm<sy 时，在AB线以下的任一点均符合此情况。如C点的 平均应力为smc，应力幅为sac，由于smc+sac<sy，平均应力不会 自行调整。按Langer提出的方法，smc不等于零时将交变循 环应力幅sac，放大到平均应力幅为零的当量应力幅seq (即OF)就可获得相当的疲劳寿命。由此按 几何相似关系：
第六章 压力容器设计技术进展
20
第三节 容器的疲劳设计
三、疲劳设计曲线的平均应力影响修正 (二) 平均应力影响的修正方法
下图是等寿命线图，以交变应力幅sa为纵坐标，以平均应力sm 为横坐标，在图中作ED及AB两条线。 ED线右端是材料的抗拉强度sb，左端为平均应力为0的 材料持久强度s-l。ED线表示随平均应力增加而疲劳持久 强度下降的近似关系，即高循环下的Goodman线。 AB线的两端均为sy值。当交变应力的两 个分量之和sm+sa等于屈服强度时就位于 AB线上(即sm+sa=sy)，故AB线 是可保持不屈服的上限线。
这说明s‟≥2sy 时，平均应力自行调整
为零，即可不计平均应力的影响了。
第六章 压力容器设计技术进展
18
第三节 容器的疲劳设计
三、疲劳设计曲线的平均应力影响修正 (一) 平均应力的调整过程
综上所述，相对于R＝-1的对称循环来说，平均应力的调整变化及对 疲劳寿命的影响为： (1) 当sa+sm<sy 时，平均应力不发生变化，此时随着平均应力 的增加，疲劳寿命将下降。 (2) 当sy<sa+sm < 2sy时，(实际上sa<sy)，平均应力调整后下降 为sm＝sy—sa，而且随着sa增加，越接近sy。平均应力就越小， 即平均应力对疲劳寿命的影响越趋减少。
第六章 压力容器设计技术进展 21
第三节 容器的疲劳设计
三、疲劳设计曲线的平均应力影响修正 (二) 平均应力影响的修正方法
在ED线以下可以不发生疲劳破坏，在AB线以下可以不屈服。现 讨论用该图求解平均应力不为零时当量交变应力seq的方法。 (1) sa+sm<sy 时，在AB线以下的任一点均符合此情况。如C点的 平均应力为smc，应力幅为sac，由于smc+sac<sy，平均应力不会 自行调整。按Langer提出的方法，smc不等于零时将交变循 环应力幅sac，放大到平均应力幅为零的当量应力幅seq (即OF)就可获得相当的疲劳寿命。由此按 几何相似关系：
第六章 压力容器设计技术进展
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第三节 容器的疲劳设计
三、疲劳设计曲线的平均应力影响修正 (二) 平均应力影响的修正方法
下图是等寿命线图，以交变应力幅sa为纵坐标，以平均应力sm 为横坐标，在图中作ED及AB两条线。 ED线右端是材料的抗拉强度sb，左端为平均应力为0的 材料持久强度s-l。ED线表示随平均应力增加而疲劳持久 强度下降的近似关系，即高循环下的Goodman线。 AB线的两端均为sy值。当交变应力的两 个分量之和sm+sa等于屈服强度时就位于 AB线上(即sm+sa=sy)，故AB线 是可保持不屈服的上限线。
《化工容器设计》课件
化工容器强度计算
总结词
强度计算是确保化工容器安全可靠的重 要手段，需根据容器的工作压力、温度 和盛放物质等因素进行计算。
VS
详细描述
化工容器强度计算的主要目的是确定容器 的壁厚和材料强度，以确保容器在使用过 程中能够承受各种压力、温度和腐蚀条件 。强度计算需依据相关标准和规范进行， 同时需要考虑容器的结构设计、材料属性 和制造工艺等因素。
详细描述
随着科技的发展，新型材料如高强度轻质材料、耐腐蚀材料、纳米材料等不断涌现，为化工容器设计提供了更多 的选择。这些新型材料具有更高的强度、耐腐蚀性和轻量化等特点，能够提高化工容器的性能和安全性，降低生 产成本，满足更严格的安全和环保要求。
智能化技术在化工容器设计中的应用
总结词
智能化技术的应用使得化工容器设计更加智能化、自动化和远程化，提高了生产效率和 安全性。
化工容器工艺控制设计
总结词
通过控制系统的设计和优化，实现对容器工 艺参数的精确控制。
详细描述
根据生产工艺的要求和容器的特性，设计和 优化控制系统，实现对容器工艺参数的精确 控制，提高生产效率和产品质量。
04
化工容器设计实例分析
某化工厂反应釜设计案例
总结词
工艺流程与操作条件
详细描述
该化工厂反应釜设计案例主要考虑了工艺流 程和操作条件，包括反应物料的性质、反应 温度和压力、搅拌器的类型和转速等因素。 在设计过程中，需要综合考虑这些因素，以 确保反应釜能够满足生产要求并保证安全。
化工容器密封设计
总结词
密封设计是化工容器设计中不可或缺的一环，直接关系到容器的安全性能和使用寿命。
详细描述
化工容器密封设计需根据容器的使用环境和盛放物质的性质选择合适的密封材料和密封 方式。常见的密封材料包括橡胶、聚四氟乙烯和金属垫片等。密封方式包括接触式密封 和非接触式密封等。密封设计需保证容器的密封性能可靠，防止介质泄漏和外部杂质进
化工容器设计
例如公称直径15mm或1/2英寸，外 径21.3mm，壁厚2.75mm（普通） 3.25mm（加厚）
有缝管的公称直径：
❖每一公称直径对应一外径，其内径 数值随厚度不同而不同。
❖有缝管按厚度可分为薄壁钢管、普 通钢管和加厚钢管。
❖管路附件也用公称直径表示，意义 同上
无缝钢管的公称尺寸：
分热轧管和冷拔管。 无缝钢管不用公称直径而是以外径乘厚度
㈠ 国内标准
❖1989我国压力容 器标准化技术委员 会制订了GB150-89 《钢制压力容器》
❖1998年修订成 GB150-1998，使标 准更加完善。
㈠ 国内标准
❖GB150《钢制压力容器》内容包括： ✓压力容器板壳元件计算 ✓容器结构要素的确定 ✓密封设计 ✓超压泄放装置的设置 ✓容器的制造 ✓验收的要求
按材料
金属容器:钢制, 铸铁,有色金属容器
非金属材料：既可作为容器的衬里， 又可作为独立的构件。
按材料
应用最多是低碳钢和普通低合金钢， 腐蚀严重或产品纯度要求高用不锈 钢、不锈复合钢板、铝板及钛材。 在深冷操作中，可用铜或铜合金； 常用非金属材料的有：硬聚氯乙烯、 玻璃钢、不透性石墨、化工搪瓷、 化工陶瓷及砖、板、橡胶衬里等
一、容器的结构
壳体(筒体)、封头(端盖)、法兰、支座、接口管及人孔等 组成。常低压化工设备通用零部件标准直接选用。
二、容器的分类
压力容器分类
•按容器的形状 •按承压性质 •按管理
按容器壁温 •其它 按金属材料
按应用情况
按容器的形状
按容器形状分类
名称
特点
方形\矩 平板焊成，制造简便，但承压能 形容器 力差，只用作小型常压贮槽
压力容器设计
材料的韧性
有缝管的公称直径：
❖每一公称直径对应一外径，其内径 数值随厚度不同而不同。
❖有缝管按厚度可分为薄壁钢管、普 通钢管和加厚钢管。
❖管路附件也用公称直径表示，意义 同上
无缝钢管的公称尺寸：
分热轧管和冷拔管。 无缝钢管不用公称直径而是以外径乘厚度
㈠ 国内标准
❖1989我国压力容 器标准化技术委员 会制订了GB150-89 《钢制压力容器》
❖1998年修订成 GB150-1998，使标 准更加完善。
㈠ 国内标准
❖GB150《钢制压力容器》内容包括： ✓压力容器板壳元件计算 ✓容器结构要素的确定 ✓密封设计 ✓超压泄放装置的设置 ✓容器的制造 ✓验收的要求
按材料
金属容器:钢制, 铸铁,有色金属容器
非金属材料：既可作为容器的衬里， 又可作为独立的构件。
按材料
应用最多是低碳钢和普通低合金钢， 腐蚀严重或产品纯度要求高用不锈 钢、不锈复合钢板、铝板及钛材。 在深冷操作中，可用铜或铜合金； 常用非金属材料的有：硬聚氯乙烯、 玻璃钢、不透性石墨、化工搪瓷、 化工陶瓷及砖、板、橡胶衬里等
一、容器的结构
壳体(筒体)、封头(端盖)、法兰、支座、接口管及人孔等 组成。常低压化工设备通用零部件标准直接选用。
二、容器的分类
压力容器分类
•按容器的形状 •按承压性质 •按管理
按容器壁温 •其它 按金属材料
按应用情况
按容器的形状
按容器形状分类
名称
特点
方形\矩 平板焊成，制造简便，但承压能 形容器 力差，只用作小型常压贮槽
压力容器设计
材料的韧性
6.1压力容器设计技术进展-I 容器的失效模式
6.1近代化工容器设计技术进展概述-Ⅰ容器的失效模式 21
第一节 近代化工容器设计技术进展概述
一、容器的失效模式 1．容器常见的失效模式 (3) 脆性爆破 这是一种没有经过充分塑性 大变形的容器破裂失效。材料的脆性和严重的 超标缺陷均会导致这种破裂，或者两种原因兼
有。脆性爆破时容器可能裂成碎片飞出，也可
材料高温下的蠕变损伤是晶界的弱化和在应力作用下的沿晶界的滑移，晶
界上形成蠕变空洞。时间愈长空洞则愈多愈大，宏观上出现蠕变变形。
当空洞连成片并扩展时即形成蠕变裂纹，最终发生蠕变断裂的事故。
材料经受蠕变损伤后在性能上表现出强度下降和韧性降低，即蠕变脆化。 蠕变失效的宏观表现是过度变形(蠕胀)，最终是由蠕变裂纹扩展而断裂(爆破
2．容器的脆性爆破过程 现象：低应力，体积变形很小，无明 显塑性变形 危害：无征兆、很多产生碎片、带来 灾难性后果 原因：1）材料很脆，2）有严重缺陷
6.1近代化工容器设计技术进展概述-Ⅰ容器的失效模式
16
第一节 近代化工容器设计技术进展概述
2．容器的脆性爆破过程 容器的脆性爆破过程如图中OA’， (或OA”)曲线。这种爆破指容器在加 压过程中没有发生充分的塑性变形鼓 胀，甚至尚未达到屈服的时候就发生 爆破。爆破时容器尚在弹性变形阶段 至多是少量屈服变形阶段。
(A)弹性变形阶段(OA段) (B)屈服阶段(AB段) (C)强化阶段(BC段) (D)爆破阶段(CD段)
6.1近代化工容器设计技术进展概述-Ⅰ容器的失效模式
14
第一节 近代化工容器设计技术进展概述
(一) 容器的超压爆破过程 韧性破坏-照片
6.1近代化工容器设计技术进展概述-Ⅰ容器的失效模式
15
第一节 近代化工容器设计技术进展概述
一、容器的失效模式 1．容器常见的失效模式 (3) 脆性爆破 这是一种没有经过充分塑性 大变形的容器破裂失效。材料的脆性和严重的 超标缺陷均会导致这种破裂，或者两种原因兼
有。脆性爆破时容器可能裂成碎片飞出，也可
材料高温下的蠕变损伤是晶界的弱化和在应力作用下的沿晶界的滑移，晶
界上形成蠕变空洞。时间愈长空洞则愈多愈大，宏观上出现蠕变变形。
当空洞连成片并扩展时即形成蠕变裂纹，最终发生蠕变断裂的事故。
材料经受蠕变损伤后在性能上表现出强度下降和韧性降低，即蠕变脆化。 蠕变失效的宏观表现是过度变形(蠕胀)，最终是由蠕变裂纹扩展而断裂(爆破
2．容器的脆性爆破过程 现象：低应力，体积变形很小，无明 显塑性变形 危害：无征兆、很多产生碎片、带来 灾难性后果 原因：1）材料很脆，2）有严重缺陷
6.1近代化工容器设计技术进展概述-Ⅰ容器的失效模式
16
第一节 近代化工容器设计技术进展概述
2．容器的脆性爆破过程 容器的脆性爆破过程如图中OA’， (或OA”)曲线。这种爆破指容器在加 压过程中没有发生充分的塑性变形鼓 胀，甚至尚未达到屈服的时候就发生 爆破。爆破时容器尚在弹性变形阶段 至多是少量屈服变形阶段。
(A)弹性变形阶段(OA段) (B)屈服阶段(AB段) (C)强化阶段(BC段) (D)爆破阶段(CD段)
6.1近代化工容器设计技术进展概述-Ⅰ容器的失效模式
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第一节 近代化工容器设计技术进展概述
(一) 容器的超压爆破过程 韧性破坏-照片
6.1近代化工容器设计技术进展概述-Ⅰ容器的失效模式
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6.2压力容器设计技术进展-II压力容器设计准则的发展讲解
Treaca屈服条件或 Mises屈服条件
6.2近代化工容器设计技术进展概述-Ⅱ压力容器设计准则的发展
4
第一节 近代化工容器设计技术进展概述
二、化工容器的设计准则发展
(3) 爆破失效设计准则 非理想塑性材料在屈服后尚有增强的能力，对于容器(主要是厚壁的)在整
体屈服后仍有继续增强的承载能力，直到容器达到爆破时的载荷才为最大 载荷。 若以容器爆破作为失效状态，以爆破压力作为设计的依据并加以限制，以 防止发生爆破，这就是容器的爆破失效设计准则。高压容器章所介绍的 Faupel公式就是这一准则的体现。
6.2近代化工容器设计技术进展概述-Ⅱ压力容器设计准则的发展
7
第一节 近代化工容器设计技术进展概述
二、化工容器的设计准则发展
(6) 断裂失效设计准则 实际难于避免裂纹，包括制造裂纹(焊接裂纹)和使用中产生或扩展的裂纹
(疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹)，为防止缺陷导致低应力脆断，可按断裂力学 限制缺陷的尺寸或对材料提出必须达到的韧性指标，这是防脆断设计。 防脆断设计并不意味着允许新制造的容器可以存在裂纹，而是对容器使用 若干年后的一种安全性估计。 新制造的容器，设计时是假定容器内产生了可以检测到的裂纹，通过断裂 力学方法对材料的韧性(主要是指断裂韧性)提出必须保证达到的要求以使 容器不会发生低应力脆断。 在役容器检测出裂纹，可用断裂力学评价是否安全，即压力容器的缺陷评 定。这是基于断裂失效设计准则(或称防脆断失效设计准则)的方法。
得超过允许的泄漏率。 由于介质的泄漏率与结构设计、密封材料的性能和紧固件所施加的载荷密
切有关，非常复杂，所以泄漏失效设计准则很难建立。 大多数国家的设计规范中尚未采用。但欧盟承压设备规范中已在大量研究
与试验的基础上建立了泄漏失效的设计准则与方法。
化工包装容器的技术进展及市场开发
化工包装容器的技术进展及市场开发2.6201041984****082x摘要：化工包装容器产品行业发展过程中，根据化工聚乙包装容器的技术发展要求，从市场原始材料、生产工艺、设备产品加工流程等出发，结合市场开发的综合状况水平，评估原始材料的技术发展要求，分析阻隔树脂的应用方式，为更好的生产设备工艺发展提供必要的价值要求。
本文将在多工位中空塑料结构形式的成型机中，研究多层共挤塑料加工成型的发展结构方式，综合分析坏壁控制技术的发展要求，为后续的技术评估和技术规范提供各项化工行业可以认定的市场开发标准，更好的提升产品质量开发水平，提高产品竞争力，降低产品成本，为更好的市场服务提供开拓的市场。
关键词：化工包装；容器技术；市场开发引言聚乙烯塑料桶具有强耐应力、耐酸、耐腐蚀性优势特点，被市场认可并广泛的应用在化工产业中。
面对各类有机溶剂、阻隔性能的缺陷因素，化工产品应用受阻。
为了更好的提升容器生产工艺设备的综合管理水平，加强生产原始材料的技术配比和发展要求，需要提升密封技术操作工艺。
聚乙烯吹塑桶在化工产业发展应用范围中具有一定的价值扩展优势，其技术门槛低，生产厂家多，市场竞争优势强。
面对激烈的市场竞争，需要依靠产品价值寻求优势发展，加强客户优质方案的研究，解决原始材料的技术发展进程。
1 原材料的技术发展工艺1.1 聚乙烯材料的综合技术发展价值聚乙烯材料是具有高耐应力作用的，碱性效果强、耐酸性水平强。
依据聚合物的结构组成优势，需要分析其结构特点，分子量变化水平。
聚乙烯吹塑桶在强酸性环境中，不会破裂，而在一定浓度的硫酸中会发生颜色改变的情况。
依据石油化工技术水平中存在的欠缺性，需要结合聚乙烯分子量分布水平，分析分子量的实际操作结果方式。
从产品的性能评估分析入手，判断物理试验中存在的不合格因素，分析耐化学试剂的变化情况。
国内石油化工企业随着引领产业技术的发展，不断提升催化剂工艺水平，实现共聚改性配置，加强生产过程的认定管理。
化工容器设计复习
高压容器：10≤p < 100 MPa
超高压容器：100 MPa ≤p
按综合安全管理分类 I类容器－II类容器－III类容器
第四页，编辑于星期六：十八点 十六分。
第1章 绪论
2. 我国压力容器设计常用的法规和标准
《特种设备安全监察条例》2003年国务院颁布实施 《固定式压力容器安全技术检查规程》－TSG R0004-2009
m
pD
4
3.3 受气体内压的椭球壳
m
p
2 b
a4 - x2 a2 -b2
p
2 b
a4 - x2 a2 - b2 2-
a4
a4 - x2 a2 - b2
第十五页，编辑于星期六：十八点 十六分。
第2章 内压薄壁容器的应力分析
3. 薄膜理论的应用
3.4 受气体内压的锥形壳体
σm
第3章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
3. 设计参数的确定
3.3 许用应力[σ]
[ ]t
极限应力(σ 0 ) 安全系数(n)
极限应力：屈服点σs、抗拉强度σb 、蠕变强度、持久强度
安全系数
材料 nb
碳素钢、低合金钢
≥2.7
安全系数 ns ≥1.5
nD
nn
≥1.5 ≥1.0
高合金钢
≥2.7
≥1.5
第六页，编辑于星期六：十八点 十六分。
四. 压力容器第用1钢章材 绪论
碳素钢和低合金钢钢板新旧标准及牌号对照
第七页，编辑于星期六：十八点 十六分。
第1章 绪论
高合金钢钢板新、旧标准及牌号对照表
第八页，编辑于星期六：十八点 十六分。
第1章 绪论
压力容器用钢材的选择原则
超高压容器：100 MPa ≤p
按综合安全管理分类 I类容器－II类容器－III类容器
第四页，编辑于星期六：十八点 十六分。
第1章 绪论
2. 我国压力容器设计常用的法规和标准
《特种设备安全监察条例》2003年国务院颁布实施 《固定式压力容器安全技术检查规程》－TSG R0004-2009
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3.3 受气体内压的椭球壳
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2 b
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a4 - x2 a2 - b2 2-
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a4 - x2 a2 - b2
第十五页，编辑于星期六：十八点 十六分。
第2章 内压薄壁容器的应力分析
3. 薄膜理论的应用
3.4 受气体内压的锥形壳体
σm
第3章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
3. 设计参数的确定
3.3 许用应力[σ]
[ ]t
极限应力(σ 0 ) 安全系数(n)
极限应力：屈服点σs、抗拉强度σb 、蠕变强度、持久强度
安全系数
材料 nb
碳素钢、低合金钢
≥2.7
安全系数 ns ≥1.5
nD
nn
≥1.5 ≥1.0
高合金钢
≥2.7
≥1.5
第六页，编辑于星期六：十八点 十六分。
四. 压力容器第用1钢章材 绪论
碳素钢和低合金钢钢板新旧标准及牌号对照
第七页，编辑于星期六：十八点 十六分。
第1章 绪论
高合金钢钢板新、旧标准及牌号对照表
第八页，编辑于星期六：十八点 十六分。
第1章 绪论
压力容器用钢材的选择原则
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一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （3）疲劳破坏 由交变载荷导致容器应力集中部位产生疲劳损 伤,生疲劳裂纹并进一步扩展而发生破坏,这称为 疲劳破韧性好的材料其疲劳形可能是"未爆先漏" 而不是"未漏先爆",前者的破坏危险性较轻.破断 时无明显的整体变形,接近脆断形态,但主断口光 整有疲劳裂纹.
25
三、近代设计方法的应用
（三）优化设计与专家系统 通常象压力容器领域中的许多现实问题要由拥 有这领域知识、熟知其规律和方法的专家才能解 决，如果建立起一计算机软件系统，使其拥有相 人类专家一样的分析、推理、综合判断与决策能 力，可以得到和专家相同的结论，起到专家的作 用，这就是人工智能技术中的专家系统。一般软 件只是用计算机直接搜索现成的答案，而专家系 统中贮存的是进行逻辑推理的能力与必要的知识。 容器的专家系统将可在设计决策、运行管理、故 障分析等方面发挥特殊的作用。
6
一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （4）蠕变破坏 化工容器长期在高温下受载,即使载荷是恒定的和 应力低于该温度下的屈服强度,材料也会随时间而 不断发生蠕变变形,造成明显减薄与鼓胀变形,甚至 破断,此即蠕变破坏.
7
一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （5）腐蚀破坏 由于介质的腐蚀性使容器的材料发生各种形式 的腐蚀,如点状腐蚀而产生密集凹坑;均匀腐蚀而 使容器壁过度减薄;晶间腐蚀致使晶粒间疏松而失 去承载能力;或在拉应力作用下介质使金属材料腐 蚀产生裂纹的应力腐蚀导致容器泄漏或破断.凡由 严重凹坑的过度减薄造成破断时也会有明显的塑 性变形,凡由晶间腐蚀和应力腐蚀造成破断时没有 明显的塑性变形,近于脆断形式.
11
一、容器设计准则的发展
（二）容器强度设计准则 （1）弹性失效设计准则 将容器总体部位的最大应力限制在材料屈服强 度以内以防止发生弹性失效，这是传统的强度设 计准则，仍然是现代容器设计首先应遵循的原则。
12
一、容器设计准则的发展
（二）容器强度设计准则 （2）塑性失效设计准则
弹性失效后并不意味着容器失去承载能力。将容 器总体部位进入整体屈服或局部沿整个壁厚进入 全域屈服而发生塑性失效时的极限载荷作为设计 的依据，这种“极限设计”的准则即为塑性失效 设计准则。
10
一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （8）蠕变疲劳 这是指容器既受到应力腐蚀而产生应力腐蚀裂 纹,同时又受到载荷交变作用加速了应力腐蚀裂纹 的萌生和疲劳扩展,使容器寿命大为降低.破坏时 整体变形有限,形态接近脆断,但主断口上有腐蚀 迹象.这是指容器既受到应力腐蚀而产生应力腐蚀 裂纹,同时又受到载荷交变作用加速了应力腐蚀裂 纹的萌生和疲劳扩展,使容器寿命大为降低.破坏 时整体变形有限,形态接近脆断,但主断口上有腐 蚀迹象.
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一、容器设计准则的发展
（二）容器强度设计准则 （3）弹塑性失效设计准则
如果容器一部分材料开始屈服，而其他大部分区 域仍为弹性状态，容器各部分之间又存在着变形 约束，塑性变形无疑会受到制约。只有当容器内 塑性区中的应力超过了由“ 安定性原理”确定的 许用值时才认为发生了弹塑性失效，因此安定性 原理是弹塑性失效的设计准则，亦称为安定性准 则。
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二、容器设计规范的主要进展
（二）疲劳设计规范的出现 在交变载荷的作用下容器应力集中区域特别容 易发生疲劳失效，压力容器的这种疲劳问题不同 于一般的疲劳问题，属于高应变（即在屈服点以 上的）低周次的疲劳失效问题，亦称“低周疲 劳”。根据大量实验研究和理论分析建立了安全 应力幅（Sa)与许用循环周次（N）的低周疲劳设 计曲线。该曲线成了压力容器疲劳设计的基础。 由于疲劳设计必须以应力分析和应力分类为基础， 所以疲劳设计也可以说是压力容器分析设计的重 要组成部分。目前各主要工业国家都先后吸收 ASMEVIII-2的方法制订了疲劳设计规范。
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二、容器的应力分类
（二）二次应力（Q） 由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的法 向应力或剪应力，具有自限性。二次应力是在受 载时在变形协调中产生的，应力和变形也受到结 构自身的抑制而不发展。
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二、容器设计规范的主要进展
（四）高温容器蠕变设计的发展
高温容器常规的设计方法仅体现在许用应力按高 温蠕变强度或持久强度选取，不足以体现高温容 器的寿命设计问题。高温蠕变失效问题的深入研 究，将高温下蠕变的变形速率及变形量作为高温 容器寿命设计的主要内容，形成了近代高温容器 设计的新准则，由于高温问题的复杂性，这一设 计方法目前尚未进入规范。
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二、容器设计规范的主要进展
（一）分析设计规范的出现
近代的大型、高参数及高强材料的化工容器如何 设计得更安全而又合理，一方面依靠详细的应力 分析，另一方面更为重要的是要正确估计各种应 力对容器失效的不同影响。为此ASME锅炉及压 力容器规范委员会在1965年专门设立了“ 评述 规范应力基准特别委员会”，专门负责对当时设 计规范的许用应力的基准进行研究。分析设计规 范的出现在国际上有很大影响，不但影响到各主 要工业国家的核容器的设计，也影响到化工容器 的设计。
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三、近代设计方法的应用
（一）数值分析法
现代压力容器的分析设计、疲劳设计等等，其中 必然要涉及到对容器各种特殊部位的详细应力分 析，现成的理论解毕竟是有限的，大部分情况将 必须依靠现代的数值计算方法并借助电子计算机 来完成。最常用的数值计算方法是有限元素法。 有限元素法是将连续的结构体离散为有限个单元， 单元与单元之间仅靠节点连接，以此种有限数量 的单元组合体来代替原有的连续体。然后对这种 单元组合体建立起在外载荷作用下的支配方程组， 可编成计算程序，由计算机完成计算。
3
一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （1）韧性破坏
(a)弹性变形阶段(OA段) (b)屈服阶段(AB段) (c)强化阶段(BC段) (d)爆破阶段(CD段)
图6.1 容器的爆破曲线
4
一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （2）脆性破坏 凡破断时容器无明显塑性变形的均属脆性破坏.这 由材料脆性或存在严重缺陷两种原因所致.其爆破 线如图6.1中的OA'所示.因严重缺陷致使脆断时, 材料并非很脆,在未发生塑性失效时就发生低应力 断失效.它因破坏时无明显整体变形犹如脆性材料 生破坏那样才被称为“ 脆断”.高强度钢材焊接时易 生焊接裂纹,如上材料韧性偏低,易发生这种低应 脆断.
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一、分析设计法概述
（三）以应力分析为基础的设计方法
指导思想：科学地将应力进行分类，并按不同的 失效形式和设计准则进行强度校核。 分析设计法：先进行详细的应力分析，将各种外 载荷或变形约束产生的应力分别计算出来，然后 进行应力分类，再按不同的设计准则来限制，保 证容器在使用期内不发生各种形式的失效。
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三、近代设计方法的应用
（一）数值分析法
采用数值分析方法可以用来解决杆系、板、壳、 轴对称与非轴对称结构的节点位移、应变与应力 的计算。除有限元法还有边界元和体积力法等更 为有效的数值分析方法。
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三、近代设计方法的应用
（二）计算机辅助设计
将容器设计的标准计算方法编成计算程序代替人 工设计并用计算机完成绘图，这就是现代的计算 机辅助设计（CAD）。如果将容器计算规范的全 部内容编制成一个大型程序储存在光盘中，这个 软件便可成为包罗容器设计计算全部内容的“软 件包”。设计时只需输入必要的信息和指令，便 可自动调用软件包中的任意一章或数章，由计算 机完成该容器的全部计算工作，计算结果也可全 部打印出来。高一级的软件包还可由计算机完成 全部绘图工作。大大提高工作效率。
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一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （6）失稳破坏 容器在压应力作用下丧失稳定性而发生皱折变 形,皱折可以是局部的也可以是总体的.这在以前 的章节中已讨论过.
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一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （7）腐蚀疲劳
这是指容器既受到应力腐蚀而产生应力腐蚀裂纹, 同时又受到载荷交变作用加速了应力腐蚀裂纹的 萌生和疲劳扩展,使容器寿命大为降低.破坏时整体 变形有限,形态接近脆断,但主断口上有腐蚀迹象.
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一、容器设计准则的发展
（二）容器强度设计准则 （4）疲劳失效设计准则 为防止容器发生疲劳失效，只有将容器应力集中 部位的最大交变应力的应力幅限制在由低周疲劳 设计的曲线确定的许用应力幅之内时才能保证在 规定的循环周期内不发生疲劳失效，这就是疲劳 失效设计准则。
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一、容器设计准则的发展
（二）容器强度设计准则 （5）裂断失效计准则 为防止因严重缺陷而发生低应力脆断，可按断裂 力 原理来限制缺陷的尺寸或对材料提出必须达到 的韧性指标，这便是防脆断设计准则。
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二、容器的应力分类
分类原则：产生原因；分布规律；对失效的影响
三大类：①一次应力； ②二次应力； ③峰值应力
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二、容器的应力分类
（一）一次应力（P）— 基本应力，由外加载荷在容器中产 生的正应力或剪应力 1.一次总体薄膜应力Pm ：容器总体范围内存在 的一次薄膜应力 2.一次弯曲应力Pb：由内压或其他机械载荷作用 产生的沿壁厚成线性分布的应力 3.一次局部薄膜应力PL：由内压或或其他机械载 荷在结构不连续区产生的薄膜应力（一次的） 和结构不连续效应产生的薄膜应力（二次的） 的统称
第六章 化工容器设计技术进展
第一节 引言 第二节 分析设计方法导论 第三节 疲劳设计方法简介
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第一节 引言
一、容器设计准则的发展 二、容器设计规范的主要进展 三、近代设计方法的应用
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一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （1）韧性破坏 容器因超压而发生显著塑性变形后破坏的称 韧性破坏。破坏前明显发生鼓胀直至破裂爆 炸是其主要特征。该破坏过程可以用下图的 爆破曲线来说明。
一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （3）疲劳破坏 由交变载荷导致容器应力集中部位产生疲劳损 伤,生疲劳裂纹并进一步扩展而发生破坏,这称为 疲劳破韧性好的材料其疲劳形可能是"未爆先漏" 而不是"未漏先爆",前者的破坏危险性较轻.破断 时无明显的整体变形,接近脆断形态,但主断口光 整有疲劳裂纹.
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三、近代设计方法的应用
（三）优化设计与专家系统 通常象压力容器领域中的许多现实问题要由拥 有这领域知识、熟知其规律和方法的专家才能解 决，如果建立起一计算机软件系统，使其拥有相 人类专家一样的分析、推理、综合判断与决策能 力，可以得到和专家相同的结论，起到专家的作 用，这就是人工智能技术中的专家系统。一般软 件只是用计算机直接搜索现成的答案，而专家系 统中贮存的是进行逻辑推理的能力与必要的知识。 容器的专家系统将可在设计决策、运行管理、故 障分析等方面发挥特殊的作用。
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一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （4）蠕变破坏 化工容器长期在高温下受载,即使载荷是恒定的和 应力低于该温度下的屈服强度,材料也会随时间而 不断发生蠕变变形,造成明显减薄与鼓胀变形,甚至 破断,此即蠕变破坏.
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一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （5）腐蚀破坏 由于介质的腐蚀性使容器的材料发生各种形式 的腐蚀,如点状腐蚀而产生密集凹坑;均匀腐蚀而 使容器壁过度减薄;晶间腐蚀致使晶粒间疏松而失 去承载能力;或在拉应力作用下介质使金属材料腐 蚀产生裂纹的应力腐蚀导致容器泄漏或破断.凡由 严重凹坑的过度减薄造成破断时也会有明显的塑 性变形,凡由晶间腐蚀和应力腐蚀造成破断时没有 明显的塑性变形,近于脆断形式.
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一、容器设计准则的发展
（二）容器强度设计准则 （1）弹性失效设计准则 将容器总体部位的最大应力限制在材料屈服强 度以内以防止发生弹性失效，这是传统的强度设 计准则，仍然是现代容器设计首先应遵循的原则。
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一、容器设计准则的发展
（二）容器强度设计准则 （2）塑性失效设计准则
弹性失效后并不意味着容器失去承载能力。将容 器总体部位进入整体屈服或局部沿整个壁厚进入 全域屈服而发生塑性失效时的极限载荷作为设计 的依据，这种“极限设计”的准则即为塑性失效 设计准则。
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一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （8）蠕变疲劳 这是指容器既受到应力腐蚀而产生应力腐蚀裂 纹,同时又受到载荷交变作用加速了应力腐蚀裂纹 的萌生和疲劳扩展,使容器寿命大为降低.破坏时 整体变形有限,形态接近脆断,但主断口上有腐蚀 迹象.这是指容器既受到应力腐蚀而产生应力腐蚀 裂纹,同时又受到载荷交变作用加速了应力腐蚀裂 纹的萌生和疲劳扩展,使容器寿命大为降低.破坏 时整体变形有限,形态接近脆断,但主断口上有腐 蚀迹象.
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一、容器设计准则的发展
（二）容器强度设计准则 （3）弹塑性失效设计准则
如果容器一部分材料开始屈服，而其他大部分区 域仍为弹性状态，容器各部分之间又存在着变形 约束，塑性变形无疑会受到制约。只有当容器内 塑性区中的应力超过了由“ 安定性原理”确定的 许用值时才认为发生了弹塑性失效，因此安定性 原理是弹塑性失效的设计准则，亦称为安定性准 则。
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二、容器设计规范的主要进展
（二）疲劳设计规范的出现 在交变载荷的作用下容器应力集中区域特别容 易发生疲劳失效，压力容器的这种疲劳问题不同 于一般的疲劳问题，属于高应变（即在屈服点以 上的）低周次的疲劳失效问题，亦称“低周疲 劳”。根据大量实验研究和理论分析建立了安全 应力幅（Sa)与许用循环周次（N）的低周疲劳设 计曲线。该曲线成了压力容器疲劳设计的基础。 由于疲劳设计必须以应力分析和应力分类为基础， 所以疲劳设计也可以说是压力容器分析设计的重 要组成部分。目前各主要工业国家都先后吸收 ASMEVIII-2的方法制订了疲劳设计规范。
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二、容器的应力分类
（二）二次应力（Q） 由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的法 向应力或剪应力，具有自限性。二次应力是在受 载时在变形协调中产生的，应力和变形也受到结 构自身的抑制而不发展。
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二、容器设计规范的主要进展
（四）高温容器蠕变设计的发展
高温容器常规的设计方法仅体现在许用应力按高 温蠕变强度或持久强度选取，不足以体现高温容 器的寿命设计问题。高温蠕变失效问题的深入研 究，将高温下蠕变的变形速率及变形量作为高温 容器寿命设计的主要内容，形成了近代高温容器 设计的新准则，由于高温问题的复杂性，这一设 计方法目前尚未进入规范。
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二、容器设计规范的主要进展
（一）分析设计规范的出现
近代的大型、高参数及高强材料的化工容器如何 设计得更安全而又合理，一方面依靠详细的应力 分析，另一方面更为重要的是要正确估计各种应 力对容器失效的不同影响。为此ASME锅炉及压 力容器规范委员会在1965年专门设立了“ 评述 规范应力基准特别委员会”，专门负责对当时设 计规范的许用应力的基准进行研究。分析设计规 范的出现在国际上有很大影响，不但影响到各主 要工业国家的核容器的设计，也影响到化工容器 的设计。
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三、近代设计方法的应用
（一）数值分析法
现代压力容器的分析设计、疲劳设计等等，其中 必然要涉及到对容器各种特殊部位的详细应力分 析，现成的理论解毕竟是有限的，大部分情况将 必须依靠现代的数值计算方法并借助电子计算机 来完成。最常用的数值计算方法是有限元素法。 有限元素法是将连续的结构体离散为有限个单元， 单元与单元之间仅靠节点连接，以此种有限数量 的单元组合体来代替原有的连续体。然后对这种 单元组合体建立起在外载荷作用下的支配方程组， 可编成计算程序，由计算机完成计算。
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一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （1）韧性破坏
(a)弹性变形阶段(OA段) (b)屈服阶段(AB段) (c)强化阶段(BC段) (d)爆破阶段(CD段)
图6.1 容器的爆破曲线
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一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （2）脆性破坏 凡破断时容器无明显塑性变形的均属脆性破坏.这 由材料脆性或存在严重缺陷两种原因所致.其爆破 线如图6.1中的OA'所示.因严重缺陷致使脆断时, 材料并非很脆,在未发生塑性失效时就发生低应力 断失效.它因破坏时无明显整体变形犹如脆性材料 生破坏那样才被称为“ 脆断”.高强度钢材焊接时易 生焊接裂纹,如上材料韧性偏低,易发生这种低应 脆断.
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一、分析设计法概述
（三）以应力分析为基础的设计方法
指导思想：科学地将应力进行分类，并按不同的 失效形式和设计准则进行强度校核。 分析设计法：先进行详细的应力分析，将各种外 载荷或变形约束产生的应力分别计算出来，然后 进行应力分类，再按不同的设计准则来限制，保 证容器在使用期内不发生各种形式的失效。
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三、近代设计方法的应用
（一）数值分析法
采用数值分析方法可以用来解决杆系、板、壳、 轴对称与非轴对称结构的节点位移、应变与应力 的计算。除有限元法还有边界元和体积力法等更 为有效的数值分析方法。
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三、近代设计方法的应用
（二）计算机辅助设计
将容器设计的标准计算方法编成计算程序代替人 工设计并用计算机完成绘图，这就是现代的计算 机辅助设计（CAD）。如果将容器计算规范的全 部内容编制成一个大型程序储存在光盘中，这个 软件便可成为包罗容器设计计算全部内容的“软 件包”。设计时只需输入必要的信息和指令，便 可自动调用软件包中的任意一章或数章，由计算 机完成该容器的全部计算工作，计算结果也可全 部打印出来。高一级的软件包还可由计算机完成 全部绘图工作。大大提高工作效率。
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一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （6）失稳破坏 容器在压应力作用下丧失稳定性而发生皱折变 形,皱折可以是局部的也可以是总体的.这在以前 的章节中已讨论过.
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一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （7）腐蚀疲劳
这是指容器既受到应力腐蚀而产生应力腐蚀裂纹, 同时又受到载荷交变作用加速了应力腐蚀裂纹的 萌生和疲劳扩展,使容器寿命大为降低.破坏时整体 变形有限,形态接近脆断,但主断口上有腐蚀迹象.
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一、容器设计准则的发展
（二）容器强度设计准则 （4）疲劳失效设计准则 为防止容器发生疲劳失效，只有将容器应力集中 部位的最大交变应力的应力幅限制在由低周疲劳 设计的曲线确定的许用应力幅之内时才能保证在 规定的循环周期内不发生疲劳失效，这就是疲劳 失效设计准则。
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一、容器设计准则的发展
（二）容器强度设计准则 （5）裂断失效计准则 为防止因严重缺陷而发生低应力脆断，可按断裂 力 原理来限制缺陷的尺寸或对材料提出必须达到 的韧性指标，这便是防脆断设计准则。
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二、容器的应力分类
分类原则：产生原因；分布规律；对失效的影响
三大类：①一次应力； ②二次应力； ③峰值应力
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二、容器的应力分类
（一）一次应力（P）— 基本应力，由外加载荷在容器中产 生的正应力或剪应力 1.一次总体薄膜应力Pm ：容器总体范围内存在 的一次薄膜应力 2.一次弯曲应力Pb：由内压或其他机械载荷作用 产生的沿壁厚成线性分布的应力 3.一次局部薄膜应力PL：由内压或或其他机械载 荷在结构不连续区产生的薄膜应力（一次的） 和结构不连续效应产生的薄膜应力（二次的） 的统称
第六章 化工容器设计技术进展
第一节 引言 第二节 分析设计方法导论 第三节 疲劳设计方法简介
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第一节 引言
一、容器设计准则的发展 二、容器设计规范的主要进展 三、近代设计方法的应用
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一、容器设计准则的发展
（一）容器的失效形式 （1）韧性破坏 容器因超压而发生显著塑性变形后破坏的称 韧性破坏。破坏前明显发生鼓胀直至破裂爆 炸是其主要特征。该破坏过程可以用下图的 爆破曲线来说明。