压力容器设计准则
压力容器开孔补强设计
内径Di≤1500mm时，开孔最大直径d≤
，且d≤520mm；
内径Di＞1500mm时，开孔最大直径d≤
，且d≤1000mm。
*
中心处的锥壳内直径。
b. 凸形封头或球壳上开孔最大直径d≤
。
c. 锥壳（或锥形封头）上开孔最大直径d≤
，Di为开孔
d. 在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂直 于封头表面。
4.3.5 开孔和开孔补强设计
4.3.5 开孔和开孔补强设计
补强材料一般需与壳体材料相同，若补强材料许用应力小于壳体材料许用应力，则补强面积按壳体材料与补强材料许用应力之比而增加。若补强材料许用应力大于壳体材料许用应力，则所需补强面积不得减少。
要求：
孔周边会出现较大的局部应力，采用分析 设计标准中规定的方法和压力面积法等方 法进行分析计算。
表4-14 不另行补强的接管最小厚度 mm
6.0
5.0
4.0
3.5
89
76
65
57
48
45
38
32
25
接管公称外径
最小厚度
*
四、等面积补强计算
GB150对开孔最大直径的限制：
主要用于补强圈结构的补强计算。
基本原则：
使有效补强的金属面积，等于或大于开孔 所削弱的金属面积。
（1）允许开孔的范围
图4-37 （b）厚壁接管补强
高强度低合金钢制压力容器由于材料缺口敏感性较高，一般都采用该结构，但必须保证焊缝全熔透。
应用
4.3.5 开孔和开孔补强设计
*
过程设备设计
厚壁接管补强
开孔和开孔补强设计
过程设备设计
过程设备设计答案(简答题和计算题)
过程设备设计答案（简答题和计算题）1.压力容器导言思考题1.压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用?答：压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。
筒体的作用：用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。
封头的作用：与筒体直接焊在一起，起到构成完整容器压力空间的作用。
密封装置的作用：保证承压容器不泄漏。
开孔接管的作用：满足工艺要求和检修需要。
支座的作用：支承并把压力容器固定在基础上。
安全附件的作用：保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数，保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。
2.介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？答：介质毒性程度越高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。
如Q235-A或Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器制造时，碳素钢和低合金钢板应力逐张进行超声检测，整体必须进行焊后热处理，容器上的A、B类焊接接头还应进行100%射线或超声检测，且液压试验合格后还得进行气密性试验。
而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。
毒性程度对法兰的选用影响也甚大，主要体现在法兰的公称压力等级上，如内部介质为中度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.0MPa；内部介质为高度或极度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.6MPa，且还应尽量选用带颈对焊法兰等。
易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。
如Q235-A·F 不得用于易燃介质容器；Q235-A不得用于制造液化石油气容器；易燃介质压力容器的所有焊缝（包括角焊缝）均应采用全焊透结构等。
3.《压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类？答：因为pV乘积值越大，则容器破裂时爆炸能量愈大，危害性也愈大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。
压力容器规范标准.
1.3压力容器规范标准目的：确保压力容器在设计寿命内安全运行内容：材料、设计、制造、检验等性质：法规，必须遵守特点：定期补充、修改，用新规范1.3.1国外主要规范标准简介：美国A S M E规范、日本压力容器标准、欧盟压力容器标准1、美国A S M E规范目前A S M E规范共有十二卷包括锅炉、压力容器、核动力装置、焊接、材料、无损检测等内容。
A S M E规范每三年出版一个新的版本，每年有两次增补。
在形式上，A S M E规范分为4个层次：规范（C o d e）、规范案例（C o d e C a s e）、条款解释（I n t e r p r e t a t i o n）、规范增补（A d d e n d a）A S M E规范中与压力容器设计有关的主要是第Ⅷ篇《压力容器》、第Ⅶ篇《移动式容器建造和连续使用规则》和第Ⅹ篇《玻璃纤维增强塑料压力容器》。
第Ⅷ篇分为3个册：第1册《压力容器》第2册《压力容器——另一规则》第3册《高压容器另一规则》简称A S M EⅧ-1、A S M EⅧ-2和A S M EⅧ-3A S M EⅧ-1A S M EⅧ-1为常规设计标准，适用压力小于等于20M P a；它以弹性失效设计准则为依据，根据经验确定材料的许用应力，并对零部件尺寸作出一些具体规定。
由于它具有较强的经验性，故许用应力较低。
A S M EⅧ-1不包括疲劳设计，但包括静载下进入高温蠕变范围的容器设计。
A S M EⅧ-2A S M EⅧ-2为分析设计标准，它要求对压力容器各区域的应力进行详细地分析，并根据应力对容器失效的危害程度进行应力分类，再按不同的安全准则分别予以限制。
跟A S M EⅧ-1相比，A S M EⅧ-2对结构的规定更细，对材料、设计、制造、检验和验收的要求更高，允许采用较高的许用应力，所设计出的容器壁厚较薄。
A S M EⅧ-2包括了疲劳设计，但设计温度限制在蠕变温度以内。
A S M EⅧ-3A S M EⅧ-3主要适用于设计压力不小于70M P a的高压容器。
压力容器图样设计技术通用规定
精心整理1、范围本标准是针对技术部各级设计人员设计、绘制压力容器施工图过程中所作出的一般规定，也是技术部各级设计人员在设计、绘制施工图时所必须遵循的基本准则。
此外，在设计、绘图时，还应执行现行的有关最新发布的国家标准、规范及相关的行业标准。
2、2.12.22.32.42.52.62.72.82.92.102.112.12形状和位置公差应符合GB/T1182、GB/T1184、GB/T4249、GB/T16671的规定。
3、分述3.1图纸幅面3.1.1图纸幅面一般为Al；Al,A2,A3,A4加长加宽幅面尽量不用。
3.1.2 A3幅面不允许单独竖放；A4幅面不允许横放；A5幅面不允许单独存在。
3.2字体a、文字、汉字为仿宋体，拉丁字母(英文字母)为B型直体。
b、阿拉伯数字为B型直体1,2,3……。
c、放大图序号为B型直体罗马数字I,II,Ⅲ……。
d、焊缝序号为阿拉伯数字。
efgh标3.33.3.1abc3.3.2a.国家标准、专业标准等标准的零部件和外购件。
b.对结构简单，而尺寸、图形及其它资料已在部件图上表示清楚，不需机械加工(焊缝坡口及少量钻孔等加工除外)的铆焊件、浇铸件、胶合件等，可不单独绘制零件图。
c.几个铸件在制造过程中需要一起备模划线者，应按部件图绘制，不必单独绘制零件图(如分块铸造的蓖子板和分块焊接的蓖子板)。
此时在部件上必须表示出为制造零件所需的一切资料。
d.尺寸符合标准的螺栓、螺母、垫圈、法兰等连接零件，其材料虽与标准不同，也不单独绘制零件图。
但在明细栏中注明规格和材料，并在备注栏内注明“尺寸按xxxe.)对称”。
f.(a)注。
(b)3.3.3a.:带短不画部件图的简单部件，应在零件图中注明需组合后再进行机械加工。
如:“x面需在与件号x焊接后进行加工”等字样。
b.具有独立结构，必须画部件图才能清楚地表示其装配要求、机械性能和用途的可拆或不可拆部件。
如搅拌传动装置、对开轴承、联轴节等。
压力容器设计概述及准则
国家质量监督检验检疫总局特种设备局认证备案，
打印结果中 应有软件程序编号、输入数据和计算结果 等内容。
11
过程设备设计
设计图样
总图
零部件图
总图
包括压力容器名称、类别；设计条件；
必要时应注明压力容器使用年限；
主要受压元件材料牌号及材料要求； 主要特性参数（如容积、换热器换热面积与程数等）；
制造要求；热处理要求；防腐蚀要求；无损检测要求；
33
定因素，引入安全系数，
得到与失效判据相对应 的设计准则。
过程设备设计
压力容器设计时
先确定
最有可能的失效形式
选择
合适的失效叛据和设计准则
确定
适用的设计标准
再按照标准要求
进行设计、校核
34
过程设备设计
4.2.2 强度失效设计准则 强度失效的两种主要形式：
屈服 （在常温、静载作用下） 断裂 弹性失效设计准则 塑性失效设计准则 爆破失效设计准则
37
过程设备设计
（2）形状改变比能准则
形状改变比能失效判据：
1 2 [(σ 1 - σ 2 ) 2 (σ 2 - σ 3 ) 2 (σ 3 - σ 1 ) 2 ] s
第四强度理论：
任意应 力状态
1 2
[(σ1 - σ 2 ) 2 (σ 2 - σ 3 ) 2 (σ 3 - σ 1 ) 2 ] [σ]t
23
过程设备设计
脆性断 裂原因
材料脆性和缺陷。 a. 材料选用不当、焊接与热处理不当使材料 脆化；低温、长期在高温下运行、应变
时效等也会使材料脆化；
b. 压力容器用钢一般韧性较好，但若存在
严重的原始缺陷（如原材料的夹渣、
压力容器设计准则简介
压力容器设计准则简介弹性失效设计准则这是为防止容器总体部位发生屈服变形，将总体部位的最大设计应力限制在材料的屈服点以下，保证容器的总体部位始终处于弹性状态而不会发生弹性失效。
这是最传统的设计方法，也是现今容器设计首先应遵循的准则。
塑性失效设计准则容器某处(如厚壁筒的内壁)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时的状态或局部区域沿整个壁厚进入全屈服状态称为塑性失效状态，若材料符合理想塑性假设，载荷不需继续增加，变形会无限制发展下去，称此载荷为极限载荷。
将极限载荷作为设计依据加以限制，防止总体塑性变形，称极限设计。
"极限设计"准则即塑性失效设计准则。
用塑性力学方法求解结构的极限载荷是这种设计准则的基础。
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。
弹塑性失效设计准则如果容器的某一局部区域，一部分材料发生了屈服，而其他大部分区域仍为弹性状态，而弹性部分又能约束着塑性区的塑性流动变形，结构处于这种弹塑性状态可以认为并不一定意味着失效。
只有当容器某一局部弹塑性区域内的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结构丧失了“安定”而发生了弹塑性失效。
安定性原理作为弹塑性失效的设计准则，亦称为安定性准则。
疲劳失效设计准则为防止容器发生疲劳失效，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曲线确定的许用应力幅之内时才能保证在规定的循环周次内不发生疲劳失效，这就是疲劳失效设计准则。
这是20世纪60年代由美国发展起来的。
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。
压力容器图样设计技术通用规定
1、 范围本标准是针对技术部各级设计人员设计、绘制压力容器施工图过程中所作出的一般规定，也是技术部各级设计人员在设计、绘制施工图时所必须遵循的基本准则。
此外，在设计、绘图时，还应执行现行的有关最新发布的国家标准、标准及相关的行业标准。
2、 总则施工图图面表示方法必须遵循下述标准：图纸幅面及格式应符合GB/T14689的规定。
图样的比例应符合GB/T14690规定。
字体应符合GB/T14691规定。
2.4图线应符合GB4规定。
2.5剖面符号应符合GB4规定。
2.6外表粗糙度符号、代号及其标注应符合GB/T131的规定。
2.7焊缝符号的尺寸、比例及简化表示法应符合GB12212的规定2.8螺纹及螺纹紧固件的标注应符合G的规定。
2.9图样的画法应符合的规定。
2.10尺寸标注方法应符合GB4458.5的规定。
2.11公差与配合的标注方法应符合GB4458.5的规定。
2.12形状和位置公差应符合GB/T1182、GB/T1184、GB/T4249、GB/T16671的规定。
3、分述图纸幅面一般为Al；Al,A2,A3,A4加长加宽幅面尽量不用。
3. A3幅面不允许单独竖放；A4幅面不允许横放；A5幅面不允许单独存在。
字体a、文字、汉字为仿宋体，拉丁字母(英文字母)为B型直体。
b、阿拉伯数字为B型直体1,2,3……。
c、放大图序号为B型直体罗马数字I,II,Ⅲ……。
d、焊缝序号为阿拉伯数字。
e、焊缝符号及代号按国标或行业标准。
f、标题放大图用汉字表示。
g、剖视图、向视图符号以大写英文字母表示：如A向、A一A,B 一B等。
h、管口符号以小写的英文字母a,b,c……表示。
同一用途、规格的管口，数量以下标1,2,3表示。
视图选择的原则:a、在明确表示物体的前提下，使视图(包括向视图、剖视图等)的数量应为最少。
b、尽量防止使用虚线表示物体的轮廓及棱线。
c、防止不必要的重复。
不需单独绘制图样的原则:每一个设备、部件或零件，一般均应单独绘制图样，但符合以下情况时可不单独绘制：a .国家标准、专业标准等标准的零部件和外购件。
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
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材料脆性和缺陷。 脆性断 裂原因
材料选用不当、焊接与热处理不当 使材料脆化；低温、长期在高温下 运行、应变时效等也会使材料脆化； 压力容器用钢一般韧性较好，但若 存在严重的原始缺陷（如原材料的 夹渣、分层、折叠等）、制造缺陷 （如焊接引起的未熔透、裂纹等） 或使用中产生的缺陷，也会导致脆 性断裂发生。
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d.蠕变断裂——压力容器在高温下长期受载， 随时间的增加材料不断发生 蠕变变形，造成厚度明显减 薄与鼓胀变形，最终导致压 力容器断裂。
从变形看— 具有韧性断裂 特征
从应力看— 具有脆性断裂 特征
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e.腐蚀断裂——韧性断裂特征／脆性断裂特征。
均匀腐蚀的减薄和 局部腐蚀的凹坑 引起的断裂
晶间腐蚀和应力腐蚀 引起的断裂
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（2）刚度失效—— 由于压力容器的变形大到 足以影响其正常工作而引 起的失效。如塔受风载 荷，产生过大弯曲变形。 （3）失稳失效 ——在压应力作用下，压力容 器突然失去其原有的规则 几何形状引起的失效。 其特征？ （4）泄漏失效——泄漏而引起的失效。 危害——可能引起中毒、 燃烧和爆炸等事故，造成 环境污染等。
刚度失效设计准则 分类
失稳失效设计准则 泄漏失效设计准则
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定因素，引入安全系数，
得到与失效判据相对应 的设计准则。
压力容器设计时
先确定
最可能的失效形式
选择
合适的失效叛据和设计准则
确定
适用的设计标准
再按照标准要求
进行设计、校核
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4.2.2 强度失效设计准则
屈服 强度失效的两种主要形式 断裂 （在常温、静载
（1）强度失效
失效形式
（2）刚度失效 （3）失稳失效 （4）泄漏失效
4
（1）强度失效——因材料屈服或断裂引起的
压力容器失效，称为强度 失效，包括： （a）韧性断裂；（b）脆性断裂 （c）疲劳断裂；（d）蠕变断裂 （e）腐蚀断裂等。 a.韧性断裂——是压力容器在载荷作用下，产 生的应力达到或接近所用材料 的强度极限而发生的断裂。
6
严格按照规范设计、选材， 配备相应的安全附件，且 运输、安装、使用、检修 遵循有关的规定
韧性断裂可以避免
7
b.脆性断裂——是指变形量很小、且在壳壁 中的应力值远低于材料的强 度极限时发生的断裂。这种 断裂是在较低应力状态下发 生，故又称为低应力脆断。
脆性断 断裂时容器没有膨胀，即无明显的塑性 变形； 裂 特征 其断口齐平，并与最大应力方向垂直； 断裂的速度极快，常使容器断裂成碎片。 由于脆性断裂时容器的实际应力值往往 课本第1 页彩图2 很低，爆破片、安全阀等安全附件不会 动作，其后果要比韧性断裂严重得多。 8
作用下）
弹性失效设计准则 塑性失效设计准则 爆破失效设计准则 常用的强度失效设计准则 弹塑性失效设计准则
疲劳失效设计准则
蠕变失效设计准则 脆性断裂失效设计准则
17
常规设计和分析设计结果比较
18
19
20
失效
4.2设计 准则 （选择） 失效
判据
形式
（相应） 设计
准则 （判别） 设定义—— 压力容器在规定的 使用环境和时间内， 因尺寸、形状或者材
失效原因多种多样
失效表现形式——
料性能变化而危及安
全或者丧失正常功能
过度变形
断裂 泄漏
2
的现象，称为压力容
器失效。
3
一、压力容器失效形式
交互失效—— 实际中可能同时发生多种形式的失效。
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二、失效判据与设计准则
设计思路
求得压力容器在稳态或 瞬态工况下的力学响应 （如应力、应变、固有频率等）
（根据） 压力容器最可能发生的失效形式 确定力学响应的限制值以 判断压力容器能否安全使用 是否获得满意的使用效果
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(1)失效判据——将力学分析 结果与简单实验测量结果 相比较，判别压力容器是 否会失效。这种判据，称 为失效判据。 （2）设计准则——根据失效 判据，再考虑各种不确 强度失效设计准则
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韧性断裂 断后有肉眼可见的宏观变形，如整体鼓胀， 特征 周长伸长率可达10～20%，断口处厚度显著
课本第1页 彩图3
减薄；没有碎片，或偶尔有碎片；按实测厚 度计算的爆破压力与实际爆破压力相当接近。
原因
壁厚过薄和内压过高
壁厚未经设计 计算和壁厚因
腐蚀而减薄
操作失误、液 体受热膨胀、 化学反应失控。
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c.疲劳断裂——压力容器在交变载荷作用 下，经过一定周期后发生的断裂。 交变载荷—— 指大小和（或） 方向都随时间周 期性（或无规则） 变化的载荷。
包括压力波动、开车停车； 加热或冷却时温度变 化引起的热应力变化； 振动或容器接管引起 的附加载荷的交变而 形成的交变载荷。
需要指出，原材料或制造过程 中产生的裂纹，也会在交变载荷 的反复作用下扩展而导致压力容 器疲劳。