压力容器设计要点
压力容器方案
压力容器方案1. 引言压力容器是一种用于存储和传输高压气体或液体的设备，广泛应用于化工、石油、制药、食品等多个行业。
在设计和选择压力容器方案时，需要考虑多个因素，包括工作条件、安全性能、材料选择等。
本文将介绍压力容器方案的一般设计原则和注意事项。
2. 压力容器设计原则2.1 工作条件分析在设计压力容器方案之前，首先需要对工作条件进行充分的分析和了解。
这包括工作压力、工作温度、介质特性等因素。
根据工作条件的不同，可以选择不同材料、结构和制造工艺来满足需要。
2.2 安全性能考虑在设计压力容器方案时，安全性是一个非常重要的考虑因素。
设计师需要根据设计压力和材料的物理和力学性质，确定合适的壁厚和结构。
此外，还需要考虑压力容器在运行过程中的安全阀、泄压装置等安全措施，以保证压力容器在超过设计压力时能够安全排放压力。
2.3 材料选择材料选择是压力容器设计中的关键环节。
一般来说，常见的材料有碳钢、不锈钢、合金钢等。
在选择材料时，需要考虑材料的强度、耐腐蚀性、耐高温性等因素。
根据具体的工作条件和介质特性，选择合适的材料能够提高压力容器的使用寿命和安全性能。
3. 压力容器方案的设计步骤3.1 确定工作条件根据压力容器的用途和工作环境，确定工作压力、工作温度等工作条件。
这些条件将直接影响到压力容器的设计和材料选择。
3.2 选择适当的材料根据工作条件和介质特性，选择适当的材料。
考虑到强度、耐腐蚀性、耐高温性等因素，选择合适的材料能够增强压力容器的安全性能和使用寿命。
3.3 计算压力容器的壁厚根据工作压力、材料的物理和力学性质，计算压力容器的最小壁厚。
这一步骤非常重要，壁厚的选择不当可能导致压力容器的破裂和事故发生。
3.4 设计容器结构根据压力容器的用途和工作条件，设计容器的结构。
常见的结构包括圆筒形、球形、椭圆形等。
同时，还需要考虑容器的支撑结构、密封设计等因素。
3.5 安全措施设计设计并安装压力容器的安全措施，包括安全阀、泄压装置、压力表等。
压力容器设计思路及相关知识
压力容器设计思路及相关知识压力容器是一种能够承受内部压力的设备，常常用于承载气体、液体或气体与液体的混合物。
它们广泛应用于化工、能源、石油和其他工业领域中，用于储存或运输危险物质、提供对压缩气体的储存和释放、或作为部分工艺装置的一部分。
1.压力容器设计标准：压力容器的设计必须符合一些国际和行业标准，如美国的ASME标准和欧洲的PED指令。
这些标准规定了压力容器的设计要求、材料选择、焊接、检验和试验等方面的内容。
2.材料选择：压力容器的材料选择对其性能和安全性非常重要。
常见的材料包括碳钢、不锈钢和合金钢等。
根据所需的耐腐蚀性、耐高温性和机械强度等特性，需要选择适当的材料。
3.设计压力：设计压力是指压力容器能够安全承受的最大内部压力。
在设计过程中，需要考虑正常操作压力、工艺变动时的压力波动以及临时过载压力等因素。
4.壁厚计算：为了确保容器的稳定性和强度，需要对其壁厚进行计算。
设计壁厚应满足内压力、外压力、温度、容器直径和材料强度等因素的要求。
5.焊接：焊接是连接压力容器部件的常用方法，但焊接质量对容器的安全性有重要影响。
焊接应符合标准规范，并进行非破坏性测试以确保焊缝的质量。
6.热传导：压力容器中的热量传递是一个重要的问题，特别是在换热器中。
合理的换热器设计可以提高热能利用效率，减少能源损耗。
7.板式换热器设计：板式换热器通过一系列的平行板组成，热介质通过板的两侧流动，实现热量传递。
板式换热器的设计涉及到板的材料选择、板间距、板型和板的密封等方面。
8.管式换热器设计：管式换热器使用管道来传递热量，冷、热介质通过管道内外流动，实现热量传递。
管式换热器的设计涉及到管子的材料选择、管道布局、管道尺寸和管道的密封等方面。
9.安全阀：为了保证压力容器在超出设计压力时能够安全释放压力，需要安装安全阀。
安全阀的设计应符合标准，并确保在超压时能够可靠启动和关闭。
10.检验和试验：在压力容器设计完成后，需要进行一系列的检验和试验，以确保容器满足设计要求和标准规范。
压力容器设计应注意的事项
压力容器设计应注意的事项［摘要］在设计压力容器时，都应该参照有关的国家规范和标准的最新版本。
设计得正确、合理与否，不仅涉及到制造、检验等环节的难易程度，影响到压力容器产品的制造成本和运转费用，而且直接关系到产品运行的可靠性。
［关键词］压力容器；设计一、压力容器设计1压力容器的设计要求石油、化学产业的生产过程非常复杂，设备生产工艺过程中任何设备出了事故都会影响产品质，或使生产无法继续进行甚至会危及设备和人身的安全。
因此石油化工用压力容器一般需要满足以下几个方面的要求：1）保证完成工艺生产。
石油化工压力容器必须能承担工艺过程所要求的压力、温度及具备工艺生产所要求的规格（直径、厚度、容积）和结构（开孔接管、密封等）。
2）运行交全可靠。
化工生产的物料往往具有强烈的腐蚀性、毒性，容易燃烧引起火灾，甚至发生爆炸等恶性事故压力容器工作时内部储存着一定的能量，一旦发生破坏，容器内部储存的能量将在极短的时间释放出来，具有极大的摧毁力。
3）预定的使用寿命。
影响石油化工用压力容器使用寿命的主要因素是化工物料对壳体结构材料的腐蚀，它会使容器器壁减薄甚至烂穿，因此在设计容器时必须考虑附加腐蚀裕量来保证满足使用年限的要求。
4）制造、检验、交装、操作和维修方便。
提出这一要求的目的，一方面是基于安全性的考虑，因为结构简单、易于制造和探伤的设备，其质量就容易得到保证，即使存在某些超标缺陷也能够准确地发现，便于及时予以消除；其次，这样做的目的也是为了满足某些特殊的使用要求，如对于顶盖需要经常装拆的试验容器，要尽量采用快拆的密封结构，避免使用笨重的主螺栓连接；又如对于有清洗、维修内件要求的容器，需设置必要的人孔或手孔；再是，这样做自然会带来经济上的好处，可以降低容器的制造成本。
5）经济性。
压力容器的设计，要尽量结构简单、制造方便、重量:轻、节约贵重材料以降低制造成本和维修费用。
2压力容器的设计方法1）常规设计。
常规设计的理论基础是弹性失效准则，认为容器内某一最大应力点达到屈服极限，进入塑性，丧失了纯弹性状态即为失效。
低温压力容器的设计分析
低温压力容器的设计分析低温压力容器是指在低于零度的环境中工作的容器，通常用于存储和运输液态气体，液氮、液氧、液氩等均为常见的低温液体。
由于低温环境下物质的特性会发生变化，因此低温压力容器的设计必须考虑到这些因素，以确保容器在安全可靠地工作。
本文将对低温压力容器的设计要点和分析进行探讨。
一、设计要点1.材料选用2.结构设计3.绝热设计由于低温液体的蒸发潜热较高，容器内的温度会迅速下降，导致容器表面结霜。
为了减少热量的散失，提高容器的绝热性能是必要的。
可以采取增加绝热层厚度、使用保温材料等措施来提高容器的绝热性能。
4.安全阀设计低温液体具有较大的蒸气压，一旦容器内压力过高，就会导致容器爆炸。
因此，在设计中必须考虑安全阀的设置，确保在容器内压力超过设定值时能够及时安全地排放压力。
5.排水设计由于低温液体的存在，容器内部会有凝露水和结冰现象。
这些水汽会降低容器的强度和耐腐蚀性，因此必须设计合理的排水系统，定期排除容器内的凝露水和结冰。
6.储罐涂层为了保护容器免受腐蚀和低温影响，可以在容器表面涂上特殊的防腐涂层。
这些涂层能够增强容器的抗腐蚀性能，延长容器的使用寿命。
二、设计分析针对低温压力容器的设计，需要进行结构分析和性能测试，以验证容器的强度和安全性。
1.结构分析在设计初期，需要进行有限元分析等结构分析，评估容器的受力和变形情况。
通过模拟不同工况下的受力情况，确定容器的最大受力位置和最大应力值，以确保容器在工作过程中不会发生结构破坏。
2.强度测试设计完成后，需要进行强度测试，验证容器的最大承载能力是否符合设计要求。
常见的测试方法包括液压试验、氢氦试验、抗冲击测试等。
通过这些测试，可以验证容器的强度和安全性，确保容器在工作中不会发生泄漏或爆炸等情况。
3.低温性能测试设计完成后，还需要进行低温性能测试，评估容器在低温环境下的工作性能。
通过模拟低温环境下的工作情况，测试容器在不同温度下的性能表现，验证容器的低温抗裂性能和绝热性能。
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
压力容器设计综合知识要点
压力容器设计综合知识要点第一部分总论填空：1 《特种设备安全监察条例》是一部行政法规。
2 《压力容器安全技术监察规程》中规定，压力容器设计总图上必须压力容器设计资格印章（复印章无效），该总图是指蓝图。
3 极限载荷是相对一次加载而言；安定载荷是相对反复加载而言。
4 低循环和低频是不同的概念，低循环是指循环次数 102～105间，而低频是循环频率均为300 ～600次/分。
5 容器计算中所用的弹性名义应力是指材料进入塑性后，假定应力与应变关系仍服从虎克定律。
6 GB150规定，超压泄放装置不适用于操作过程中可能产生压力剧增，反应速度达到爆轰时的压力容器。
7 有一只压力容器，其最高工作压力为真空度670mmHg，设计压力为0.15Mpa，其容器类别为无类别。
按《容规》第2 条8压力容器检验孔的最少数量：《容规》表3-6300mm＜Di≤500mm ：2个手孔;500mm＜Di≤1000mm ：1个人孔或 2个手孔（不能开设手孔）;Di>1000mm ：1个人孔或 2个手孔（不能开设手孔）。
9符合下列条件之一的压力容器可不开设检查孔：《容规》第46 条1) 筒体内径小于等于 300 mm 的压力容器。
2) 压力容器上设有可以拆卸的封头、盖板或其他能够开关的盖子，它的尺寸不小于所规定的检查孔尺寸。
3) 无腐蚀或轻微腐蚀，检查和清理的。
4) 制冷装置用压力容器。
5) 换热器。
10常温下盛装混合液化石油气的压力容器(储存容器或移动式压力容器罐体)应进行炉内整体热处理。
《容规》第73 条11按《容规》规定，压力容器安全附件包括：安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、压力表、液面计、测温仪表和快开门式压力容器的安全联锁装置。
《容规》第2 条12 《钢制压力容器》GB150-1998 不适用于设计压力低于 0.1MPa ；真空度低于 0.02MPa 的容器；要求作疲劳分析的容器。
GB150 1.3 条选择1 《压力容器安全技术监察规程规定》规定：压力容器介质为混合物质时，应按《压力容器安全技术监察规程规定》毒性程度或易燃介质的划分原则，由（d）提供介质毒性程度或是否属于易燃介质的依据。
压力容器设计(注意事项)
极度、高度危害：板材超探；全焊透结构；管法兰、紧固件选用；泄漏试验（气密性试验——最高允许工作）；热处理；100%探伤；焊接试件；焊缝返修需进行热处理；不得使用GB/T8163、GB/T12771、GB/T24593、GB/T21832及Q235B、Q235C）；液化石油气：热处理（有应力腐蚀的——焊缝返修需进行热处理）；板材超探（含SH2、液氨使用介质的限制，见HG/T20581-2011的第7.8条规定（P65）NaOH、SH2低温容器：冲击试验；全焊透结构；焊缝返修需进行热处理；试件；圆滑过度，需垫板；需100%检测低温容器的A、B、C、D、E类焊接接头需表面检测；定义：设计温度低于-20℃的碳素钢、低合金钢、双相不锈钢和铁素体不锈钢制容器，以及设计温度低于-196℃的奥氏体不锈钢制容器。
（除低温低应力工况）低温换热器：压力容器法兰和管法兰使用对焊法兰（1.设计压力≥1.6MPa用于极度、高度危害、易燃易爆介质；2.设计压力≥2.5MPa；3.设计温度低于-40℃时）换热器：设计温度≥300℃，采用对焊；厚度大于60mm管板用锻件；U型管不宜热弯，当有耐应力腐蚀要求时，冷弯U型管的弯管段及至少包括150mm的直管段应进行热处理。
（碳钢、低合金钢进行消应力热处理）Q245R和Q345R用于壳体厚度＞36mm，用于其他受压元件厚度＞50mm，需正火状态Q235B用于壳体厚度≤16mm，用于其他受压元件厚度≤30mm；使用温度：20℃—300℃；设计压力＜1.6MPa；厚度＞6mm进行冲击试验GB/T8163（不得用于高度危害和极度危害的介质，压力不大于4.0MPa）、GB/T14976不得用于换热管用作容器筒体和封头的筒形、环形、碗形锻件应选用Ⅲ级或Ⅳ级。
高压容器（≥10MPa）：锻件Ⅲ级以上（Ⅳ级以上需要复验）；壳体厚度＞60mm碳素钢和低合金刚板，应每张热处理钢板进行拉伸和V型缺口冲击试验（GB150—P46—4.1.5）；板材超探；热处理及焊接试件(改善或者恢复材料力学性能—制作产品焊接试板和母材热处理试板)；全焊透结构；100%探伤；JB/T4703-2000长颈法兰，当工作压力≥0.8倍本标准中规定的最大允许工作压力时，法兰与圆筒的对接焊缝必须进行100%RT或UT 1.钢板超声检测要求厚度大于或者等于12mm的碳素钢和低合金钢钢板（不包括多层压力容器的层板）用于制造压力容器壳体时，凡符合下列条件之一的，应当逐张进行超声检测：（1）盛装介质毒性程度为极度、高度危害的；（2）在湿S腐蚀环境中使用的；H2（3）设计压力大于或者等于10MPa的；（4）本规程引用标准中要求逐张进行超声检测的。
关于ASME压力容器的几个设计要点
关于ASME压力容器的几个设计要点VIII-1卷的设计方法VIII-1卷的设计要求根据：所采用的制造方法；所使用的材料。
使用条件的要求用户必须说明使用条件的类型、以及其它有关情况，否则，可能造成制造厂不能满足规范对特定使用条件提出的有关要求。
设计公式如果规范公式适合于具体一个元件的计算，那么，该公式的运用是强制性的。
使用条件的类型VIII-1卷提到使用条件有以下5个：1.有毒介质2.低温3.非受火蒸汽锅炉4.直接受火容器5.其它（UW-2中未提到的容器）设计载荷VIII-1卷列出了以下几类载荷，在设计时都必须考虑到：●压力●温度梯度●容器和介质的重量●叠加载荷（如：静压头）●局部应力*●循环和动载荷（如：疲劳考虑）●风载*●地震载荷**如果存在的话。
注：VIII-1提供的设计法则仅适合于压力载荷的计算，对于其它载荷，任何适用的工程方法都可使用。
确定设计参数的责任在“ASME体系”里涉及到的几个单位之间存在着接口，为每个单位规定了职责或要做的工作。
每个单位负责进行他们自己的工作，ASME持证单位仅负责确保符合ASME规范的所有相关要求。
用户的责任用户应向制造厂提供以下数据，以便使所设计的容器满足预期的使用条件：●设计压力和温度●载荷●腐蚀余量●使用要求●附加的PWHT或RTVIII-1卷容器的设计可以由用户或其设计代理、ASME持证单位或其分供方进行，但是，给容器打钢印的ASME持证单位必须对设计符合ASME规范的要求负责。
VIII-1卷对设计人员的资格没有要求。
接头形式及限制接头类别（Joint Category）接头类别是按接头在容器上的位置定义的。
注：D类接头可以是角接接头，也可以是对接接头。
平封头上拼接焊缝为A类接头。
焊接接头除类别外，规范还用类型（Type）来描述接头。
Type是焊接接头结构的定义。
Type 1 Type 2 Type 3Type 4 Type 5 Type 6UW-2(a) 有毒介质当容器按有毒介质设计时，所有的焊接接头必须100%RT。
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压力容器设计要点
第十章压力容器设计参数的选取
10.1 设计压力
在压力容器的设计中，除注明者外压力均值表压力。
设计压力为压力容器的设计载荷之一，其值不低于正常工况下容器顶部最高工作压力。
设计压力与相应的设计温度一起作为设计载荷。
各种厚度的关系示意图2-10-1
10.2 设计温度
对于0℃以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属在工作状态可能达到的最高温度。
在任何情况下金属温度不得超过钢材的允许使用温度。
安装在室外无保温的容器，按以下规定选取：
（1）盛装压缩气体的贮罐，最低设计温度取环境温度减3℃。
（2）盛装液体体积占容器1/4以上的贮罐，最低设计温度取环境温度。
10.4 设计中应考虑的载荷
不同的工艺条件和工况时，设计中还应考虑以下载荷：
（1）内压、外压或最大压差；
（2）液体静压力；
（3）容器的自重，以及正常工作下或压力试验状态下内装填料的重力载荷；
（4）附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷；
（5）风载荷、地震载荷、雪载荷。
（6）支座、底座圈、支耳及其他形式支撑件的反作用力；
（7）连接管道和其他部件的作用力；
（8）温度梯度或膨胀量不同引起的作用力；
（9）包括压力急剧波动的冲击载荷；
（10）冲击反力；
（11）运输或吊装时的作用力。
10.6 焊接接头分类和焊接接头系数
为弥补焊缝对容器整体强度的消弱，在强度计算中引入焊接接头系数。
第十一章压力容器零部件的结构和计算
11.1 圆筒和球壳
1、概述
圆筒和球壳是压力容器最基本的组成部分，也是压力容器主要受压元件。
2 内压计算
（1）圆筒厚度计算
1）圆筒中径公式[1]
2）圆筒中径公式适用范围。
K《1.5。
3）多层圆筒的计算
4）焊接接头系数
（2）球壳的厚度计算
1）球壳中径公式[1]
2）球壳中径公式的适用范围
3 外压计算
容器承受内压时，壳壁内为拉应力；而容器承受外压时，壳壁内为外压力。
内压容器失效时强度问题，而外压容器往往其压应力尚未达到屈服时就会出现扁塌现象，这就是外压容器的弹性失稳。
4 外压圆筒加强圈设计
当原有结构不能满足要求时，需要外设加强圈。
11.2 封头
1 封头型式及选用
2 凸形封头设计
1 椭圆形封头
1）应力状况
2）内压作用下厚度计算
3）外压作用下计算
2 蝶形封头
1）应力状况
2）内压和外压作用下厚度计算
（3）球罐形封头
（4）带法兰的凸形封头
GB150-1998中7.6规定了带法兰的凸形封头的设计计算方式。
（5）内壁薄凸形封头
GB150或HG20582《钢制化工容器强度计算规定》 3 锥壳
（1）概述 锥形封头有无折边锥形封头和有折边锥形封头。
（2）锥壳及加强段计算 1)锥壳计算 2)加强段计算 （3）折边锥壳 （4）外压锥壳 （5）变径段 （6）斜锥壳 4 平盖
（1）圆形平盖受力分析 （2）圆平盖厚度计算 （3）中心开孔的圆平盖 （4）非圆平盖 （5）锻制紧缩口封头 （6）带加强筋的圆形平盖
圆平板在相同压力作用下，周边简支的最大应力和最大绕度比比周边固支的大。
最大应力固支比简支小40%，最大扰度固支比简支小75%。
11.3 开孔和开孔补强
4 开孔补强计算
（1）公式中δd 为壳体开孔削弱需补强的面积。
（2）公式右边项是表示接管材料m δδ2作为壳体材料面积使用。
11.5 焊接结构设计
1 对接接头
为了便于焊接操纵，保证对接接头焊缝质量，焊接前，对接接头要加工成一
定型式的坡口。
第十二章 容器设计 12.2 卧式容器
2 卧式容器的设计计算
由于鞍座位置的变化，对43σσ、的影响是很大的。
一般来说，在A>R/2且在支座处无加强时，由支座处圆筒轴向弯矩所引起的靠近水平中心线处的应力会增大约8倍，而鞍座平面横截面最低处的圆筒轴向弯曲应力增大4倍。
所以在设计中应尽可能考虑封头对圆筒的加强作用。
12.4 立式容器
1 支座
（3）耳式支座
耳式支座会给壳体造成一定的局部应力，过大时致使壳体凹陷，因此当器壁较薄时，即壁厚小于或等于3mm 时，应在支座与器壁之间加一垫板，改善壳体局部应力情况。
12.6 制造和检验中的有关问题
2 制造成形要求 （2）错边量
在外呀作用下，由于错边而构成的原始形状缺陷而导致临街压力的大为降低。
这就是规范中对允许错边量严格控制的原因。
这对低温容器及受交变载荷的容器尤为重要。
第十三章 机械搅拌设备设计 13.3 搅拌容器的结构设计与计算
2 容器顶盖及其上凸缘法兰的设计与计算
对于直径较小的搅拌容器由于安装在封头上的搅拌机占去了较大的空间，加上封头上密集的接管，常无法对单个接管进行补强，因此都采用将封头壁厚全部加厚的整体补强方法。
第十四章塔器设计
14.4 内部结构设计
1 填料塔
任何情况的壁流都会降低塔效率。
因此，在靠近塔壁的10%塔径区域内，所分布的液量不应超过总液量的10%。
此外，填料支撑板承受的载荷较大。
除须承受填料本身的重量外，尚须承受液泛时填料空隙中的液体重量，以及偶然的冲击力等，再设计中应予以充分的考虑。
虽然填料与塔壁的摩擦和相互之间的架桥会减小填料支撑板的负荷，但是对于这些不确定因素在设计中一般不计。
第十五章管壳式换热器设计
第十七章球形储罐设计。