《容器设计基础》PPT课件
压力容器设计基础
压力容器设计基础压力容器设计基础一、基本概念压力容器的设计，就是根据给定的性能要求、工艺参数和操作条件，确定容器的结构型式，选择合适的材料，计算容器主要受压元件的尺寸，最后给出容器及其零部件的图纸，并提出相应的技术条件。
正确完整的设计应达到保证完成工艺生产。
正确完整的设计应达到保证完成工艺生产，运行安全可靠，保证使用寿命、制造、检验、安装、操作及维修方便易行，经济合理等要求。
压力容器设计中的关键问题是力学问题，即强度、刚度及稳定性问题。
在本节中，主要讨论压力容器设计中的有关强度问题。
所谓强度，就是结构在外载荷作用下，会不会因应力过大而发生破裂或由于过度性变形而丧失其功用。
具体来讲，就是在外载荷作用下，容器结构内产生的应力不大于材料的许用应力值，即：ζ≤K〔ζ〕t （1）这个式子就是强度问题的基本表达式。
压力容器的设计计算就是围绕这一关系式而进行的。
公式（1）中的左端项是结构内的应力，它是人们最为关心的问题。
求解结构的应力状态，它们的大小，是一个十分复杂的问题，常用的方法有解法（如弹性力学法、弹型性分析法等）、试验法（如电阻应变计测量法、光弹法、云纹法等）及数值解法（如有限元法、边界元法等）。
应用这些方法可以精确或近似地求出结构的应力，然而，每一种结构的应力都有其特殊性，目前可求解的只是问题的绝大部分，仍有许多复杂结构的应力分析有等人们进一步探讨。
求出结构内任一点的应力后，所遇到的问题就是怎样处理这些应力。
一点的应力状态最多可含有6个应力分量，哪个应力起主要作用，这些应力对失效起什么作用，对它们如何控制才不致发生破坏，解决这一问题，就要选择相应的强度理论计算当量应力，以便与单向拉伸试验得到的许用应力相比较，将应力控制在许可的范围内。
公式（1）中的右端项是强度控制指标，即材料的许用应力。
它涉及到材料强度指标（如抗拉强度ζb、屈服强度ζs 等）的确定及安全系数的选用等问题。
当采用常规设计法，且只考虑静载问题时，系数K=1.0；如果考虑动载荷，或采用应力分析设计法，K≥1.0，此时设计计算将更加复杂。
8 内压薄壁容器设计基础
储存液体的回转薄壳
圆筒形壳体 球形壳体
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8 内压薄壁容器设计基础（续）
1、 受内压的圆筒形壳体 已知圆筒平均直径为 D，厚度为δ，试求圆筒上
任一点 A 处的经向应力和环向应力。
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8 内压薄壁容器设计基础（续）
薄壁圆筒中各点的第一曲率半径和第二曲率半径
分别为 R1=∞；R2=R
将R1、R2代入薄膜应力理论计算公式得经向应力 与环向应力：
a/b＜2 时，σθ＞0 a/b ＝2 时，σθ＝0 a/b ＞2 时，σθ＜0 σθ<0，表明σθ为压应力；a/b值越大，即封头成型越浅，x=a 处的压应力越大。
31
8 内压薄壁容器设计基础（续）
32
8 内压薄壁容器设计基础（续）
（4）当a/b=2时，为标准型式的椭圆形封头。
在x=0处，
m
pa
椭圆曲线方程
x2 a2
y2 b2
1
27
8 内压薄壁容器设计基础（续）
推导思路：
椭圆曲线方程
式（8-1）（8-2）
R1和R2
, m
m
pR2
2
p
2
a4
x2 (a2
b2 )
1 2
b
（8-9）
（8-10）
p
2
a4
x2 (a2 b
b2 )
1 2
2
a4
a4 x2 (a2
b2
)
又称胡金伯格方程
② 壳体的边界处不受横向剪力、弯矩和转矩作用。
③ 壳体的边界处的约束沿经线的切线方向，不得限制边界处 的转角与挠度。
对很多实际问题：无力矩理论求解 ╬ 有力矩理论修正
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新GB150 压力容器设计基础、总论
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失效准则及设计理论基础
•压力容器设计理论基础
压力容器的结构部件应力状态的计算 GB150标准的计算方法 整体部件：薄膜无力矩理论；边缘区域总体上不考 虑（不排除个别区域的计及）。 JB4732标准的计算方法 整体部件：弹性力学的分析结果 ；局部区域采用应 力分析，或应力指数法。
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设计管理与标准、法规的选用
压力容器设计依据
• GB150标准范围内的压力容器： 应依据GB150进行设计，并符合以GB150为基础标 准的相关标准的规定。当设计温度小于以钢材蠕变 控制其许用应力的相应温度时，还可选用JB4732标 准进行设计（单位和个人应具备相应资格）。当设 计的压力容器在《固容规》范围内时还必须符合 《容规》的规定。
s按Biblioteka 四强度理论的强度条件为2 1
2 2
2 3
1 2
2 3
1 3
[ ]
试验结果表明第四强度理论比第三强度理论与试验结果符合得更好。
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失效准则及设计理论基础
•压力容器设计理论基础
压力容器的设计准则
GB150 常规设计： 弹性失效、第一强度理论；
JB4732 分析设计： 塑性或弹塑性失效、第三强度理论；
•压力容器相关法规体系构成 法律—行政法规—部门规章—安全技术规范—引用标准”五个层次。 第一层次：法律 根据宪法和立法法的规定，全国人民代表大会及其常委会制定法律。 如安全生产法、劳动法和已颁布的《特种设备安全法》。
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压力容器相关法规及标准体系构成
《中华人民共和国特种设备安全法》由中华人民共和国 第十二届全国人民代表大会常务委员会第3次会议于 2013年6月29日通过，2013年6月29日中华人民共和国主 席令第4号公布。《中华人民共和国特种设备安全法》 分总则，生产、经营、使用，检验、检测，监督管理， 事故应急救援与调查处理，法律责任，附则7章101条， 自2014年1月1日起施行。
压力容器设计基础讲义
压⼒容器设计基础讲义压⼒容器设计基础讲义第⼀部分、压⼒容器设计基础知识第⼀章压⼒容器失效模式压⼒容器在载荷作⽤下丧失了正常的⼯作能⼒称为失效。
压⼒容器所考虑的失效模式主要为断裂、泄漏、过度变形和失稳。
压⼒容器失效常以三种形式表现出来：强度、刚度、稳定性。
压⼒容器建造标准中主要考虑的失效模式：1）短期失效模式：（1）脆性断裂（2）韧性断裂（3）超量变形引起的接头泄漏（4）超量局部应变引起的裂纹形成或韧性剪切（5）弹性、塑性或弹塑性失稳2）长期失效模式：（1）蠕变断裂（2）蠕变超量变形（3）蠕变失稳（4）冲蚀、腐蚀（5）环境助长开裂，如：应⼒腐蚀开裂3）循环失效（1）扩展性塑性变形（2）交替塑性（3）弹性应变疲劳或弹-塑性应变疲劳（4）环境助长疲劳，如：腐蚀疲劳第⼆章 GB150适⽤范围（1）适⽤的设计压⼒①对于钢制容器不⼤于35MPa；②其它⾦属材料制容器的设计压⼒适⽤范围按相应引⽤标准确定。
（2）适⽤的设计温度范围①设计温度范围：－269℃～900℃。
②钢制容器不得超过按GB 150.2 中列⼊材料的允许使⽤温度范围。
③其他⾦属材料制容器按本部分相应引⽤标准中列⼊的材料允许使⽤温度确定。
（3）下列各类容器不在标准的适⽤范围内：①设计压⼒低于0.1MPa且真空度低于0.02MPa的容器；②《移动式压⼒容器安全监察规程》管辖的容器；③旋转或往复运动机械设备中⾃成整体或作为部件的受压器室（如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等）；④核能装置中存在中⼦辐射损伤失效风险的容器；⑤直接⽕焰加热的容器；⑥内直径（对⾮圆形截⾯，指截⾯内边界的最⼤⼏何尺⼨，如：矩形为对⾓线，椭圆为长轴）⼩于150mm的容器；⑦搪玻璃容器和制冷空调⾏业中另有国家标准或⾏业标准的容器。
（4）对不能按 GB 150.3确定结构尺⼨的容器或受压元件，允许采⽤以下⽅法进⾏设计:①按照附录C的规定，进⾏验证性实验分析（如实验应⼒分析、验证性液压试验）。
压力容器设计基础知识讲稿(120页)
压力容器设计基础知识讲稿（20140325）目录一．基本概念1．1 压力容器设计应遵循的法规和规程1．2 标准和法规（规程）的关系。
1．3 压力容器的含义（定义）1．4 压力容器设计标准简述1．5 D1级和D2级压力容器说明二．150-1998《钢制压力容器》1．范围2．标准3．总论3．1 设计单位的资格和职责3．3 150管辖的容器范围3．4 定义及含义3．5 设计参数选用的一般规定3．6 许用应力3．7 焊接接头系数3．8 压力试验和试验压力4．对材料的要求4．1 选择压力容器用钢应考虑的因素4. 2 D类压力容器受压元件用钢板4．3 钢管4．4 钢锻件4. 5 焊接材料4．6 采用国外钢材的要求4．7 钢材的代用规定4．8 特殊工作环境下的选材5．内压圆筒和内压球体的计算5. 1 内压圆筒和内压球体计算的理论基础5．2 内压圆筒计算5．3 球壳计算6．外压圆筒和外压球壳的设计6．1 受均匀外压的圆筒（和外压管子）6．2 外压球壳6．3 受外压圆筒和球壳计算图的来源简介6．4 外压圆筒加强圈的计算7．封头的设计和计算7．1 封头标准7．2 椭圆形封头7. 3 碟形封头7．4 球冠形封头7．5 锥壳8．开孔和开孔补强8．1 开孔的作用8．2 开检查孔的要求8．3 开孔的形状和尺寸限制8．4 补强要求8．5 有效补强范围及补强面积8．6 多个开孔的补强9 法兰连接9．1 简介9．2 法兰连接密封原理9. 3 法兰密封面的常用型式及优缺点9．4 法兰型式9．5 法兰连接计算要点9．6 管法兰连接10．压力容器的制造、检验和验收10．1 制造许可10．2 材料验收及加工成形10. 3 焊接10．4 D类压力容器热处理10．5 试板和试样10．8 无损检测10. 9 液压试验10．10 容器出厂证明文件。
11．安全附件和超压泄放装置11．1 安全附件11．2 超压泄放装置11．3 压力容器的安全泄放量11．4 安全阀三、151-1999《管壳式换热器》01 简述02 标准与150-1998《钢制压力容器》的关系。
压力容器--设计基础(一)
压力容器的强度与设计（江苏省压力容器检验员培训考核班专题讲座）董金善南京工业大学过程装备研究所第一节概述一、容器的结构在工厂中可以看到许多设备。
在这些设备中，有的用来储存物料，如各种储罐、计量罐；有的进行热量交换，如各种换热器、蒸发器、冷凝器、结晶器等；有的用来进行化学反应，如反应釜、聚合釜、发酵罐、合成塔等。
这些设备虽然尺寸大小不一，形状结构不同，内部构件的型式更是多种多样，但是它们都有一个外壳，这个外壳就叫作容器。
容器一般是由筒体（圆筒）、封头（端盖）、法兰、支座、接管、人孔（手孔）、视镜、安全附件等组成（图1）。
它们统称为压力容器通用零部件，常、低压压力容器通用零部件大都已有标准，设计时可直接选用。
图-1 容器的结构二、压力容器常用标准1.国务院《特种设备安全监察条例》(2003)2.国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》 (1999)3.国家质量监督检验检疫总局《特种设备行政许可工作程序》 (2003)4.国家质量监督检验检疫总局《特种设备行政许可实施办法》 (2003)5.国家质量监督检验检疫总局《特种设备行政许可分级实施范围》(2003)6.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器制造监督管理办法》(2003)7.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器制造许可工作程序》(2003)8.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器制造许可条件》 (2003)9.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器产品安全性能监督检验规则》 (2003)10.国家质量监督检验检疫总局《压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则》 (2002)11.G B150－1998《钢制压力容器》12.G B151－1999《管壳式换热器》13.J B/T4735－1997《钢制焊接常压容器》14.J B4710－1992《钢制塔式容器》15.J B4731－XXXX《钢制卧式容器》16.H G/T20569-1994《机械搅拌设备》17.G B12337－1998《钢制球形储罐》18.G B16749－1997《压力容器波形膨胀节》19.J B4732－1994《钢制压力容器－分析设计标准》20.H G20580－1998《钢制化工容器设计基础规定》21.H G20581－1998《钢制化工容器材料选用规定》22.H G20582－1998《钢制化工容器强度计算规定》23.H G20583－1998《钢制化工容器结构设计规定》24.H G20584－1998《钢制化工容器制造技术要求》25.H G20585－1998《钢制低温压力容器技术规定》26.H G20531－1993《铸钢、铸铁容器》27.J B/T4734－2002《铝制焊接容器》28.J B/T4745－2002《钛制焊接容器》29.G B/T15386－1994《空冷式换热器》30.G B16409－1996《板式换热器》31.H G/T2650－1995《钢制管式换热器》32.G B5842－1996《液化石油气钢瓶》33.J B/T4750－2003《制冷装置用压力容器》34.J B/T6539-1992《微型空气压缩机用钢制压力容器》35.J B8701－1998《制冷用板式换热器》36.J B/T4751－2003《螺旋板式换热器》37.G B18442－2001《低温绝热压力容器》38.G B12130－1995《医用高压氧舱》39.G B9019-1988《压力容器公称直径》40.J B/T4700～4707－2000《压力容器法兰》41.H G20592～20635－2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》42.G B/T9112～9124－2000《钢制管法兰》43.J B/T74～90－1994《管路法兰及垫片》44.J B/T4746－2002《钢制压力容器用封头》45.J B/T4736－2002《补强圈》46.H GJ527－1990《补强管》47.J B/T4712－1992《鞍式支座》48.J B/T4713－2007《腿式支座》49.J B/T4724－1992《支承式支座》50.J B/T4725－1992《耳式支座》51.G B16749－1997《波形膨胀节》52.H G501～502－1986《压力容器视镜》53.H G21588～21591－1995《玻璃板液面计》54.H G21592－95《玻璃管液面计》55.H G/T21584－95《磁性液面计》56.H G21514～21527－1995《碳钢、低合金钢人孔》57.H G21528～21535－1995《碳钢、低合金钢人孔》58.H GJ504～509－1986《不锈钢人孔》59.H GJ510～513－1986《不锈钢手孔》60.H G21537－1992《填料箱》61.H G21571～21572－1995《机械密封》62.H G21563～21569－1995《搅拌传动装置》63.H G5－220～222－1965《搅拌器》64.H G/T21574－1994《设备吊耳》65.G B41－1986《I型六角螺母－C级》66.G B6170－1986《I型六角螺母－A和B级》67.G B5780－1986《六角头螺栓－C级》68.G B5782－1986《六角头螺栓－A和B级》69.J B/T4714－1992《浮头式换热器和冷凝器型式与基本参数》70.J B/T4715－1992《固定管板式换热器型式与基本参数》71.J B/T4716－1992《立式热虹吸式重沸器型式与基本参数》72.J B/T4717－1992《U型管式换热器型式与基本参数》73.H G21503－1992《钢制固定式薄管板列管换热器》74.G B567－1989《拱形金属爆破片形式与参数》75.G B/T14566－93《正形金属爆破片形式与参数》76.G B/T14567-93《反形金属爆破片形式与参数》77.G B/T14568－93《开缝形金属爆破片形式与参数》78.H G/T20668－2000《化工设备设计文件编制规定》79.T CED41002-2000《化工设备图样技术要求》80.G B6654－1996《压力容器用钢板》81.G B713－1986《锅炉用碳素钢和低合金钢板》82.G B3531－1996《低温压力容器用低合金钢钢板》83.G B4237－1992《不锈钢热轧钢板》84.G B8165－1987《不锈钢复合钢板》85.G B8163－1999《输送流体用无缝钢管》86.G B9948－1988《石油裂化用无缝钢管》87.G B6479－1986《化肥设备用高压无缝钢管》88.G B5310－1995《高压锅炉用无缝钢管》89.G B/T14976－94《流体输送不锈钢无缝钢管》90.G B13296－91《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》91.J B4726－2000《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》92.J B4727－2000《低温压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》93.J B4728－2000《压力容器不锈钢锻件》94.G B/T983－1995《不锈钢焊条》95.G B/T5117－1995《碳钢焊条》96.G B/T5118－1995《低合金钢焊条》97.G B5293－1985《碳素钢埋弧焊用焊剂》98.G B12470－1990《低合金钢埋弧焊用焊剂》99.G B/T14957－1994《熔化焊用钢丝》100.GB/T14958－1994《气体保护焊用钢丝》101.GB/T8110－1995《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》102.JB/T2835－1979《低温钢焊条》103.JB4708－2000《钢制压力容器焊接工艺评定》104.JB/T4709－2000《钢制压力容器焊接规程》105.JB4730-1994《压力容器无损检测》106.JB/T4711－2003《压力容器涂敷与运输包装》107.JB/T613－1993《锅炉受压元件焊接技术条件》108.HG20660－2000《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》109.GB/T18182－2000《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》三、压力容器许可证1. 锅炉制造许可证3. 压力容器设计许可证注：①锅炉设计图纸由省级交由被核准的检验检测机构鉴定；②气瓶（B类）、氧舱设计图纸由总局核准的检验检测机构鉴定；③客运索道、大型友游乐设施设计图纸由总局核准的检验检测机构鉴定。
第10章-容器设计基本知识
㈡ 公称压力
工作压力不同，相同公称直径的压力容器其筒 体及其零部件的尺寸也不同。
将承受的压力范围分为若干个标准压力等级， 即公称压力。
压力容器法兰与管法兰的公称压力MPa
压力容器 法兰
0.25 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.4
管法兰 0.25 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.4 10 15 25
压力容器标准是全面总结压力容器 生产、设计、安全等方面的经验，不 断纳入新科技成果而产生的。它是压 力容器设计、制造、验收等必须遵循 的准则。压力容器标准涉及设计方法、 选材及制造、检验方法等。
2020年4月4日星期六
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》
s
pD
2
2020年4月4日星期六
分析：
s m pD / 4
s pD / 2
（1）薄壁圆筒受内压环向应力是轴向应
力两倍。
问题a：筒体上开椭圆孔，如何开？
应使其短轴与筒体的轴 线平行，以尽量减少开 孔对纵截面的削弱程度， 使环向应力不致增加很 多。
2020年4月4日星期六
分析：
问题b：钢板卷制圆
制造容易安装内件方便承压较好应用最mpa01p1616p1010p100p1002019年1月21日星期一最高工作压力p01mpa不包括液体静压内径di容积vdi015m且v0025m介质气体液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体2019年1月21日星期一2019年1月21日星期一毒性危害程度分级轻度危害急性中吸入200mgm200mgm2000mgm20000mgm100100500250025255005000急性中毒易中毒后果严重可中毒愈后良好偶可中毒无中毒但有影慢性中毒患病率高较高偶有发生有影响慢性中毒后果继续进展不能治愈可基本治愈可恢复无严重后果可恢复无不良后果致癌性人体致癌可疑致癌动物致癌无致癌性最高容许浓度01011010常见化学介质光气汞氰化氢甲醛苯胺氟化氢二氧化硫硫化氢氨2019年1月21日星期一pv10mpampv05mpampv02mpam10502019年1月21日星期一1中压容器
压力容器设计基础
3
设计基础
——概论
在压力容器建造的初期，产品建造的目的为满足本国相应工业的 需求，压力容器的生产技术也是以本国的基本生产条件为基础。
生产技术的总结和统一安全质量的要求，使得国家依据自己的生 产技术和管理要求制订出了适合于本国国情的相应安全法规和技 术标准体系。
安全法规和技术标准水平的先进性如何，应体现在安全法规和技 术标准是否能有效地保证压力容器产品的安全性和经济合理性， 是否体现了代表时代的技术手段的应用，是否能推动行业的技术 进步。
4
设计基础
——概论
随着全球经济一体化的逐步发展，承压设备法规和标准的国际化趋势已 经越来越明显。
欧洲议会于1997年5月正式批准了统一的压力设备指令（Pressure Equipment Directive）, 于2002年5月在欧盟内强制执行。
欧洲标准化委员会（CEN）现正在采取积极行动，试图将现有的欧洲标 准上升为国际标准。
-
0.50
无塞焊的单面满角搭接焊（L—3）
-
-
0.45
注: 1)有关系数所允许的应用场合和具体接头型式, 请参见文献[1]、[2]。
Байду номын сангаас
2）美国为射线检测程度。
23
一、压力容器技术进展 结构设计
现代的压力容器结构设计正在逐 步摆脱传统观念的束缚，体现真 正满足工艺要求的设计理念，追 求实效性、安全性和经济性的和 谐统一。
28
一、压力容器技术进展
安全系数的降低
降低安全系数的前提条件是：
l 结构分析设计水平的提高； l 制造经验的积累和制造技术水平的提高； l 更严格的材料技术要求； l 更科学的质量保证体系。