压力容器设计PressureVesselDesign
《压力容器设计》课程教学大纲

《压力容器设计》课程教学大纲课程名称:压力容器设计课程编号:1010540020 课程类别:必修英文名称:Pressure Vessel Design学分/学时:2学分/32学时开课学期:春季学期适用专业:过程装备与控制工程、安全工程及相关专业先修课程:理论力学、材料力学、机械工程材料后续课程:弹性力学与有限元、压力容器分析设计开课单位:化工机械与安全学院任课教师:王泽武一、课程说明《压力容器设计》是过程装备与控制工程专业一门重要的专业基础课,也是专业必修的核心主干课程。
《压力容器设计》是讲授压力容器薄壳结构应力分析与强度计算的课程,旨在让学生掌握失效形式、设计准则和规范设计方法,学会立足于材料的物理化学行为、过程与制造工艺、质量保证与安全等方面对压力容器进行强度、刚度、稳定性计算和结构设计,理解相关标准对压力容器不同部位结构设计的基本要求,具有综合运用所学知识解决复杂结构压力容器工程设计的能力。
二、课程目标1. 本课程支撑的毕业要求本课程主要支撑的毕业要求为:1.4利用过程装备、流体机械、控制工程等专业知识,掌握解决工程问题的基本思路和方法,具备综合应用所学知识解决复杂工程问题的能力。
2.3具备综合应用数学、自然科学和工程科学基本原理分析复杂工程问题,并获取有效结论的能力。
3.1理解过程装备设计、制造、检验与监管领域国际和国内相关的技术规范、标准以及管理条例,具备依照标准与规范设计元件、系统或流程以满足需求的能力。
5.1利用CAD、CFD、CAE等现代工程工具和信息技术分析、模拟及设计元件、系统及流程,对过程装备与控制系统进行模拟和预测,并能够理解其局限性。
2. 本课程拟达到的特定教学目标(1)要求学生能够通过课程学习,具备综合应用所学的筒体、封头、法兰、开孔补强等计算方法,解决压力容器复杂结构的工程计算和设计问题;(2)要求学生能够辨识压力容器结构力学行为的核心特征,掌握薄膜应力基本理论和工程计算方法;(3)要求学生了解当前国内外压力容器发展状况、未来趋势和关键科学问题,具有国际化视野的竞争和合作能力;(4)要求学生熟悉国内外压力容器主流设计规范和关键标准,能够在法规和标准的框架下开展压力容器设计工作;(5)要求学生能够通过CAD、CAE及“资源共享课”、“慕课”等网络教学内容,进行计算机与信息技术学习,提升终身学习能力的培养。
pressure vessel design problem 中的约束条件

压力容器设计中的约束条件可以包括以下方面:
1. 强度约束:压力容器必须能够承受内部和外部的压力,因此需要有一定的强度要求。
强度约束通常包括材料强度、厚度和结构设计等方面的限制。
2. 刚度约束:压力容器需要具有一定的刚度,以避免在压力作用下发生变形或振动。
刚度约束通常包括容器壁厚的限制、结构设计和支撑系统的要求等。
3. 稳定性约束:压力容器必须具有足够的稳定性,以避免在压力变化或外部干扰下发生失稳或破裂。
稳定性约束通常包括容器形状、结构设计、支撑系统和操作条件等方面的要求。
4. 热力学约束:对于高温或低温环境下使用的压力容器,需要考虑热力学因素的影响,如材料热膨胀、温度对容器壁厚和结构设计的影响等。
5. 制造工艺约束:压力容器的设计还需要考虑制造工艺的限制,如材料的可加工性、制造精度和成本等方面的要求。
6. 法规标准约束:压力容器的设计必须符合相关的法规和标准要求,如压力容器安全规范、材料标准和环保要求等。
这些约束条件需要在设计过程中综合考虑,以确保压力容器的安全性和可靠性。
压力容器设计PPT课件

案例三:核反应堆压力壳设计
总结词
核反应堆压力壳设计案例展示了压力容器在核能领域的应用。
详细描述
该案例介绍了核反应堆压力壳的设计过程,包括结构设计、材料选择、焊接工艺、无损检测等方面的 内容。同时,该案例还强调了设计过程中需要考虑的核安全法规和标准,以确保压力壳在使用过程中 的可靠性和安全性。
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设计压力
根据容器的工作压力和设计压力,确 定容器的设计压力,确保容器在使用 过程中不会发生破裂或泄漏。
安全系数
为确保容器的安全性能,根据不同的 载荷和应力情况,选取适当的安全系 数进行强度设计。
疲劳强度设计
疲劳分析
对容器在交变压力作用下的疲劳寿命进行分析,考虑容器的使用周期和材料性 能等因素。
疲劳强度校核
案例二:加氢反应器设计
总结词
加氢反应器设计案例展示了压力容器在化工领域的应用。
详细描述
该案例介绍了加氢反应器的设计过程,包括工艺流程、反应原理、设备结构、材料选择等方面的内容。同时,该 案例还强调了设计过程中需要考虑的工艺参数、热力学和动力学等方面的因素,以确保反应器在使用过程中的高 效性和稳定性。
封头厚度
封头与筒体的连接
采用焊接或法兰连接方式,需考虑连 接处的强度和密封性能。
根据压力、温度、介质特性和封头类 型等因素确定封头厚度。
开孔与接管设计
开孔位置
根据工艺流程、操作要求和容器 结构等因素确定开孔位置。
接管类型
根据介质特性和工艺要求选择合适 的接管类型,如螺纹接管、焊接接 管和法兰接管等。
超压试验
03
模拟容器内部压力超过正常工作压力的情况,以检验容器的安
全性能。
压力试验的方法与步骤
Pressure Vessel(压力容器)

移动式容器 气瓶和槽车
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压力容器
槽车
反应容器 高压容器
气瓶
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管理与安全监察权限划分
1、三类压力容器
一类容器
a) b)
非易燃或无毒介质的低压容器; 易燃或有毒介质的低压分离容器和换热容器。 中压容器; 剧毒介质的低压容器; 易燃或有毒介质的低压反应容器和贮运容器; 内径小于1m的低压废热锅炉。 高压、超高压容器; 剧毒介质且压力与容积的乘积等于或大于200L· MPa的低压容器或剧毒介质的中压容器; 易燃或有毒介质且压力与容积的乘积等于或大于5000L· MPa的中压反应容器,或压力与容积的乘 积等于或大于5000L· MPa的中压贮运容器; 中压废热锅炉或内径大于1m的低压废热锅炉。
二类容器
a) b) c) d) a) b) c) d)
三类容器
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管理与安全监察权限划分
2、剧毒、有毒、易燃介质
剧毒介质是指进入人体量小于50克 即会引起肌体严重损伤或致死的介 质; 有毒介质是指进入人体量大于或等 于50克即会引起人体正常功能损伤 的介质; 易燃介质是指与空气混合的爆炸下 限小于10%,或爆炸上限与下限之 差大于20%的介质。
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主要技术参数
3、公称直径
定义:压力容器的公称直径是按容器零部件标准化系列而选定的壳体直径,
用符号DN及数字表示,单位为mm。
标 记 示 例:圆筒内径12 00m m的压力容器公称直径: 公 称 直 径 DN 1 2 0 0 G B/ T 9019-2001 标记示例:外径159 mm的管子做筒体的压力容器公称直径: 公 称 直 径 DN 1 59G B/T 9019-2001
压力容器常规设计课件

端部法兰
底封头
图4-3 整体多层包扎式厚壁容器筒体 16
4.3.2.1 圆筒结构
五、绕带式 以钢带缠绕在内筒外面获得所需厚度的圆筒的方法。 型槽绕带式 两种结构 扁平钢带倾角错绕式
(1) 型槽绕带式—— 用特制的型槽钢带螺旋缠绕在特制的内 (2) 筒上
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4.3.2.2 内压圆筒的强度设计
三、多层厚壁筒体(续)
2 、厚度计算式:(热套式、多层包扎式、绕板式、 扁平钢带倾角错绕式)
计算压力不超过0.4[σ]t φ时,按式(4-13)计算 不同之处:许用应力用组合许用应力代替;
多层圆筒的组合许用应力
(4-13)
试算过程
(4-18)
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4.3.2.2 内压圆筒的强度设计
4.3.2.2 内压圆筒的强度设计
三、多层厚壁筒体 多层厚壁筒体在制造中——施加预应力。
1、预应力(内压) ——筒体内壁应力 降低,外壁应力 增加, 壁厚方向应力分布趋向于均匀,从而提高筒体的弹性 承载能力。
但由于结构和制造上的原因,定量地控制预应力的大小是困难的。
多层包扎式
例如: 绕带式筒体
设计计算: 不考虑预应力,作强度储备用。 只有压力很高时,才考虑预应力。
优点——简单
单层式
筒体结构
缺点——
组合式
①深环、纵焊缝,焊接缺 陷检测和消除困难;且结 构本身缺乏阻止裂纹快速 扩展的能力; ②大型锻件、厚钢板性能 比薄钢板差,不同方向力 学性能差异大,韧脆转变 温度较高,发生低应力脆 性破坏的可能性也较大; ③加工设备要求高。
9
4.3.2.1 圆筒结构
压力容器的分析设计

过渡区或 与筒体连 接处 平 盖 中 心 区
內
压
內
压
与 筒 体 连 接 处
內
压
局部薄膜应力一次应力 弯曲应力二次应力
PL Q
表4-15 压力容器典型部位的应力分类
接 管 接 管 壁 內 压 一次总体薄膜应力 局部薄膜应力一次应力 弯曲应力二次应力 峰值应力 薄膜应力二次应力 弯曲应力二次应力 峰值应力 Pm PL Q F Q Q F Q F
4.4.2.1 应力分类
一次应力P (3)一次局部薄膜应力PL 在结构不连续区由内压或其它机械载荷产生的薄膜应力和 结构不连续效应产生的薄膜应力统称为一次局部薄膜应力。 作用范围是局部区域 。 具有一些自限性,表现出二次应力的一些特征,从保守 角度考虑,仍将它划为一次应力。
实例:壳体和封头连接处的薄膜应力; 在容器的支座或接管处由外部的力或力矩引起的薄膜应力。
一次总体薄膜应力强度SⅠ;
一次局部薄膜应力强度SⅡ; 一次薄膜(总体或局部)加一次弯曲应力(PL+Pb)强度SⅢ; 一次加二次应力(PL+Pb+Q)强度SⅣ; 峰值应力强度SⅤ(由PL+Pb+Q+F算得)。
4.4.3 应力强度计算
应力强度计算步骤 除峰值应力强度外 ,其余四类应力强度计算步骤为: (1)在所考虑的点上,选取一正交坐标系, 如经向、环向与法向分别用下标x 、q 、z表示, 用x、q和z表示该坐标系中的正应力, txq、txz、tzq表示该坐标系中的剪应力。 (2)计算各种载荷作用下的各应力分量,并根据定义将各 组应力分量分别归入以下的类别:一次总体薄膜应力 Pm;一次局部薄膜应力PL;一次弯曲应力Pb;二次应 力Q;峰值应力F。
4.4.3 应力强度计算
压力容器工程常用英语中英文对照

压力容器工程规定Engineering Specification for Pressure VesselsC O N T E N T S目录1. GENERAL 概述1.1 Scope 范围1.2 Codes, Standards and Regulations 规范、标准及规章1.3 Units 单位1.4 Purchaser’s Drawing and Documents 买方图纸及文件1.5 Vendor’s Drawings and Documents 卖方图纸及文件1.6 Site Condition 现场条件2. DESIGN 设计2.1 Design Pressure 设计压力2.2 Design Temperature 设计温度2.3 Corrosion Allowances 腐蚀余度2.4 Materials 材料2.5 Loading Conditions and Strength Calculation 负荷条件及强度计算2.6 Tolerances 允许偏差3. DETAIL DESIGN 详细设计3.1 Shells and Heads 容器壁及顶3.2 Internals 内件3.3 Nozzles and Manholes 设备口及人孔3.4 Bolts, Nuts and Gaskets 螺栓、螺母及垫片3.5 Supports 支架3.6 Miscellaneous 其它4. FABRICATION 制作4.1 Plate Layout 排板4.2 Forming 成型4.3 Welding 焊接4.4 Heat Treatment 热处理5. INSPECTION AND TESTS 检测及试验6. NAMEPLATE, PAINTING AND MARKING 铭牌、刷漆及标识6.1 Nameplate 铭牌6.2 Painting 刷漆6.3 Marking 标识7. PACKING AND SHIPPING 包装和运输7.1 General 概述7.2 Packing and Preparation for Shipping 包装与运输准备7.3 Shipping 运输Appendix A: Tolerance for Pressure Vessels 附A:压力容器允许偏差1. GENERAL1.1 Scope1.1.1 This specification together with the engineering drawings covers the requirements for the materials, design, fabrication, inspection, testing and supply of pressure vessels used for CIBA SBR 3rd line project inZhenjiang, the People’s Republic of China.本规范及工程图纸包含对中国镇江CIBA SBR第3条线工程中使用的压力容器的材料、设计、制作、检测、试验及供应的要求。
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
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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
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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。
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教育部办公厅文件(教高厅[2003]3号)
教育部办公厅关于印发《国家精品课程建
设工作实施办法》的通知
2
精品课程建设的示范性
一流教师队伍 一流教学内容 一流教学方法 一流教材 一流教学管理
3
精品课程建设的示范性
制订科学的建设规划 切实加强教学队伍建设 重视教学内容和课程体系改革 注重使用先进的教学方法和手段 重视教材建设 理论教学与实践教学并重 建立切实有效的激励和评价机制
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我们的专业背景:
什么叫“过程装备与控制工程”? 有哪些过程与我们相关? 六个过程与我们的专业相关:
2. Heat transfer process: (热量传递过程)
It deals with heat transfer equipment. (它涉及热量交换过 程及设备,即:换热器,热交换器等)。
4
建设精品课程的教师团队
潘家祯 教授 博士生导师
安源胜 副教授 博士
王学生 副教授 博士
惠 虎 副教授 博士
石 岩 讲师 在读博士
周先桃 博士后
陈理清 实验室工程师
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为什么要有团队:
最好的教师,最好的团队 ── 把我们最好的教师充实教学第一线, 更好地完成这项教学任务。 教学团队 ── 可以进行教学研究,改进我们的教学质量。 教师中可以进行教学研讨,相互取长补短。 我们的目的 ── 与同学们一起合作,圆满地完成这项教学任务。 让同学们学到更多的知识,让同学们主动地学习,取得成功。
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我们的专业背景:
什么叫“过程装备与控制工程”? 有哪些过程与我们相关? 六个过程与我们的专业相关:
3. Mass transfer process: (质量传递过程)
It deals with dry, distillation, condense, extraction process and equipment. (它涉及有关干燥, 蒸馏, 浓缩, 萃取 等过程及装备)。
精品课程建设: 申报上海市及全国精品课程
压力容器设计 ─ Pressure Vessel Design
Introduction
华东理工大学机械与动力工程学院
2005年4月30日
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精品课程建设的背景与实施
教育部文件(教高[2003]1号)
教育部关于启动高等学校教学质量与教学 改革工程精品课程建设工作的通知
精品课程建设需要同学的参与
教学需要教师与同学的互动,共同研讨如何进行教与学。 教学需要同学的评价,评价教学的效果。 教学需要同学的反馈,了解同学的想法。 教学需要同学的参与,共同完成教与学的任务。
欢迎同学参加编制试题库。
欢迎同学参加编制教学动画。
欢迎同学提出积极的建议。
16
教师联系电话及办公室地址
─ 这一任务必须由教师和同学共同努力来完成。
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我们鼓励:
每一位同学选择你所喜爱的教师;Every student chooses your favorite teachers.
每一位教师选择你所喜爱的同学;Every teacher chooses your favorite students.
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我们的专业背景:
教育部几次专业调整,合并和削减了许多专业,戴
帽的机械专业全部取消,如:食品机械、轻工机械、
纺织机械等,均统称为“机械设计与制造”专业。只
有化工机械专业由于其不可替代的重要性而予以保留,
但是更名为“过程装备与控制工程”专业。它体现了
拓宽专业面的要求,它的培养对象就不仅仅是化学工
业,而是适用于所有的过程工业。
7
我们的专业背景:
什么叫“过程装备与控制工程”? 有哪些过程与我们相关? 六个过程与我们的专业相关:
1. Fluid dynamical process: (流体动力过程)
It deals with pump(泵), compressor(压缩机), ventilator(风机), pipes and valves(管道和阀门等)。
接受你所喜爱的同学到教师的研究室团队里来,Accept favorite students to teacher’s research team.
鼓励你所喜爱的同学考研,追求更高的学历。 Encourage favorite students to pursue higher degree.
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潘家祯 安源胜 王学生 惠虎 石岩 周先桃 陈理清
教授 机械大楼 521室,64252469
副教授 博士 613室,64253510
副教授 博士 529室,64253810
副教授 博士 529室,64252847
讲师 在读博士 521室,64252469
Байду номын сангаас
博士后
521室,64252469
实验室工程师 521室,64253182
10
我们的专业背景:
什么叫“过程装备与控制工程”? 有哪些过程与我们相关? 六个过程与我们的专业相关:
4. Momentum transfer process: (动量传递过程)
It deals with size reduction and size enlargement process and equipment. (它涉及固体物料的粉碎、造粒等过 程及设备)。
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我们的专业背景:
什么叫“过程装备与控制工程”? 有哪些过程与我们相关? 六个过程与我们的专业相关:
6. Chemical process: (化学过程)
It deals with synthesize, decomposition process and equipment. (它涉及化学反应,如:合成、分解等过程及设 备)。
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希望教学中进行“三个转变”:
从被动学习转为主动学习;From passive study to active study.
从灌输式教育转为启发式教育;From forced-feeding method of teaching to heuristic education.
从单纯书本教育转为素质教育、创新人才教育。From merely book learning to quality education including various comprehensive studying.
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我们的专业背景:
什么叫“过程装备与控制工程”? 有哪些过程与我们相关? 六个过程与我们的专业相关:
5. Thermodynamics process: (热力学过程)
It deals with refrigeration, cryogenic refrigeration, and air separation etc. (它涉及冷冻, 深度冷冻, 空气分离等过 程及设备)。
17
教师联系电话及办公室地址
潘家祯 教授 机械大楼 521室,64252469
jzpan@
18
Thank you for listening
完
19
谢谢!
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