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
第六章化工容器设计技术进展ppt课件
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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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第二节 分析设计方法导论
一、分析设计法概述 二、容器的应力分类 三、分析设计法对各应力强度的 限制 四、应力分析设计的程序及应用
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一、分析设计法概述
（一）容器的载荷与应力
1）由压力载荷引起的应力：内外介质均布压力载 荷在回转客体中产生的应力
2）由机械载荷引起的应力：压力以为的其他机械载荷直接 产生的压力
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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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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
压力容器分析设计国家标准技术进展
压力容器分析设计国家标准技术进展摘要：随着压力设备的扩展和复杂性，应力分类暴露问题在工程应用中尚未得到解决，需要对设计方法进行深入分析和比较，以找到满足设计要求的高度可靠的计算方法。
关键词：压力容器；分析设计；国家标准；技术进展；引言随着当今社会压力容器的不断扩大和应用领域的扩大，该装置趋于大规模发展。
对重型设备、大型储罐等的需求很强壮。
这导致设备厚度增加，许多设备的制造成本增加，需要专门材料。
使用分析和设计方法对安全性和经济性同样重要。
同时，应用分析设计方法有助于降低材料的安全系数。
近年来，压力贮器的分析和设计方法发生了很大变化。
现在，解释设计过程中设计方法分析的价值。
1压力容器应力分类约束分类原则主要是约束导致设备故障的程度，以便确定不同的极限值范围。
在设计标准分析中，约束条件和限制各不相同。
为了确保在约束值较高时不会降低设备的安全公差，需要根据明确的定义合理地对约束进行分类。
因此，约束分类对于分析设计至关重要。
如今，电子计算技术被广泛用于应力分析，设计者可以通过模拟接近现实的工作条件来分析压力贮器不同部分的强度和变形，从而提供相对精确的应力解决方案，然后结合物理实验因此，为了更合理地使用贮器钢，特别是昂贵的材料，必须对各种应力进行分类和优先排序，根据应力的实际影响选择各种允许应力和安全系数，并确保贮器处于压力之下最常用的约束类别包括主要约束、次要约束和最大约束。
2压力容器分析设计法运用2.1加强对压力容器图样的审查在压力容器制造质量管理控制的过程中，图样审查是一项十分重要的环节。
因此，为了能够确保压力容器制造质量管控达到规范的标准，需要相关人员严格按照施工图纸的要求来审查压力容器图样，确保压力容器的检验操作都具备设计资格印章，对于印章失效的压力容器是不允许将其投入实际生产中。
在压力容器图样审查的过程中，需要相关人员结合压力容器的种类来制定出对应的分配管理方案，选择适合的材料，确保压力容器材料质量和基本属性能够满足工业生产需要。
压力容器设计：技术策略与方案深度分析
压力容器设计：技术策略与方案深度分析压力容器（Pressure Vessel）是一种普遍应用于工业领域的设备，它可以承受高压、高温等极端条件下的工作环境。
随着科技的不断发展，人们对压力容器的要求也越来越高，需要设计出更加稳定、可靠、安全的压力容器。
本文将就压力容器设计的技术策略与方案进行深入分析，并通过2023年的前瞻展望，展望未来压力容器领域的发展趋势。
一、压力容器设计中需要考虑的因素压力容器设计需要考虑的因素有很多，包括但不限于以下内容：1.材料选择压力容器的材料选择直接关系到容器的牢固程度和承载能力。
一般来说，压力容器可以采用不锈钢、合金钢、钛合金等材料。
2.结构设计良好的结构设计可以提高压力容器的抗压性能。
设计包括容器壳体结构形式、截面形状和尺寸、孔口的设置和布局等方面。
3.制造工艺制造工艺是保证压力容器制造质量和使用寿命的重要因素。
制造工艺包括热处理、造型、焊接、压力测试等过程。
4.使用环境压力容器的使用环境是影响容器使用寿命的关键因素，需要考虑温度、压力骤变等外界因素。
二、大规模工业制造对压力容器设计的影响随着制造业的不断发展，越来越多的企业开始使用大规模工业制造方法来生产压力容器。
大规模工业制造在提高生产效率的同时也加大了压力容器的制造难度。
这就需要在设计压力容器时更加注重规范标准和精细化技术。
为了保证生产效率和质量，压力容器制造需要遵循相关标准规范，例如ASME BPVC、EN 13445、GB 150等。
在设计过程中，应遵循相关标准规范，保证压力容器在材料选择、结构设计、制造工艺、压力测试等方面的安全性和可靠性，从而保障使用过程中的安全。
在大规模工业制造下，压力容器制造除了考虑工艺上的难点，还需要更高的自动化技术和专业化生产设备。
尤其在焊接技术方面，自动化水平提高将有利于提高生产效率，减少制造误差。
三、未来的压力容器设计趋势未来压力容器设计趋势主要表现在以下几个方面：1.轻量化设计轻量化设计是未来压力容器设计的一个重要趋势。
压力容器设计技术进展.
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
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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 (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。
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
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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
压力容器设计技术进展2共112页文档
第六章 压力容器设计技术进展
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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 能仅沿纵向裂开一条缝；材料愈脆，特别是总 体上愈脆则愈易形成碎片。如果仅是焊缝或热 影响较脆，则易裂开一条缝。形成碎片的脆性 爆破特别容易引起灾难性后果。
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第一节 近代化工容器设计技术进展概述
一、容器的失效模式
1．容器常见的失效模式
(1) 过度变形 容器的总体或局部发生过度变形，
包括过量的弹性变形，过量的塑性变形，塑性失稳
(增量垮坍)，例如总体上大范围鼓胀，或局部鼓胀，
应认为容器已失效，不能保障使用安全。过度变形
说明容器在总体上或局部区域发生了塑性失效，处
(7) 失稳失效 容器在外压(包括真空)的压应力作用下丧失稳定性而发生 的皱折变形称为失稳失效。皱折可以是局部的也可以是总体的。高塔在过大的 轴向压力(风载、地震载荷)作用下也会皱折而引起倒塌。
(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)
第六章 压力容器设计技术进展
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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
(3)变形强化阶段 BC段，材料
发生塑性变形不断强化，容器承
载能力不断提高。但体积膨胀使 壁厚减薄，承载能力下降。两者 中强化影响大于减薄影响，强化 提高承载能力的行为变成主要因
(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)
压力容器技术进展第四章
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压力容器技术进展
容器的交变载荷来自压力的波 动、开停工的压力交流；温度的交 变形成温差应力的交变；外加载荷
现代设计技术
的交变以及强迫振动等。另一方面
容器结构上存在局部结构不连续引 起应力集中，尤其当形成局部塑性
区时，往往是萌生疲劳裂纹和引起
容器疲劳破坏的源区。
局部塑性区内的高应变，在交变 载荷下将发生交变的塑性应变， 因此容器疲劳破坏时的循环周次 都很低。循环数在102～105次发 生破坏的称为低循环疲劳，105 次以上的则称为高循环疲劳。
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压力容器技术进展
二、容器的应力分类
化工容器中的应力进行分类的基本原则是：
现代设计技术
①应力产生的原因，是外载荷直接产生的还是在变形 协调过程中产生的； ②应力的分布，是总体范围还是局部范围的，沿壁厚 的分布是均匀的还是线性的或非线性的； ③对失效的影响，即是否会造成结构过度的变形，及 是否导致疲劳、韧性失效。 应力分类法将容器中的应力分为三大类：①一次应力； ②二次应力；③峰值应力。
叠加。
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压力容器技术进展
(3)
现代设计技术
应力分类
各部位在各种载荷作用下的应力分析后可将应力按
P (Pm、PL、Pb)、Q及F进行分类。注意，这里的P、Q、F所代表的 是应力分类的类别符号，不只表示一个量，每类应力各有6个应力分
量(其中有的应力分量亦可以为零)，每一校核点的应力均应为三个
法向应力(x、、z )和三个切应力(x、z、zx)为一组的6个应 力分量。而叠加是指同种应力分量的向量叠加。应力分类是针对每 组应力分量的，同种应力进行叠加。按容器的r、 、z取向，可将 剪应力忽略不计，剩下的三个法向应力即为主应力。
试论化工设备压力容器规范设计及发展
试论化工设备压力容器规范设计及发展摘要：压力容器是化工行业生产过程中储存介质的重要设备之一。
它们通常用于储存各种介质，如气体、液体和气体液体混合物等。
压力容器一般是由金属材料制成，如钢铁、铝合金等。
由于化工产品的生产过程通常需要高温、高压等特殊条件，因此压力容器的使用必不可少。
然而，企业在选择压力容器时，需要平衡安全生产与经济效益。
为了确保压力容器的安全运行，企业需要考虑压力容器的设计、制造、安装、维护和管理等方面。
关键词：化工设备；压力容器；规范设计；发展在化学工业中，要求将液体作为液体贮存于特定的压力下，一般是处于密封的条件下；这为化学制品的制造创造了有利的环境。
要使企业获得较大的经济效益，确保企业的安全，就必须正确处理好企业的安全与经济效益的关系。
1化工设备中压力容器设计的基本原理在化学装置中，压力容器的设计是一项非常复杂和关键的工程，它要求设计者重视多方面的因素。
根据最大主应力基础强度原理，采用了弹性破坏准则。
在应力法中，按一般法进行，只需对单个最大荷载条件进行全面的分析，而不考虑交替荷载；根据材料力学的简化公式和板壳理论中的无矩法计算公式，对其进行了分析。
通过对各构件的受力分析，确定各构件的允许应力，并选取相应的安全系数，以改善其安全性。
但在新情况下，基于最大剪应力的分析方法进行分析研究；基于弹性力学和弹塑性失效判据，在保证结构稳定与安全性的前提下，兼顾多种荷载作用下的联合作用问题。
为保证化工装备的安全性和稳定性，必须采用多种准则，如弹性失效、弹塑性失效和爆炸失效准则等。
在此基础上提出了一种新的改进方法，即在一定程度上解决了现有的问题，并提出了相应的改进措施。
总体而言，设计人员必须综合考量各个方面的影响，才能保证装置的安全与稳定。
2化工设备压力容器规范设计的注意事项2.1合理选择材料化学工业中，由于特殊的性质，与劣质产品接触很容易导致腐蚀、易燃、易爆等事故，甚至会产生有毒物质。
这些事故不仅会对人员造成伤害，还会对环境造成污染。
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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。
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
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
(1) 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，也正是本书前面各 章所介绍的方法，这仍然是现今容器设计首先应遵循的准则。
厚薄不一而引起穿过塔盘气体分布不均和降低板效率。 又如法兰设计时除应保证强度外还应采用刚度校核法以限制法兰的偏转变
形。
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
(10) 泄漏失效设计准则 法兰的密封设计及转轴密封设计中合理的设计方法应限制介质的泄漏率不
慕课课程：Massive Open Online Course Pressure Vessel Design 压力容器设计
第6章 压力容器设计技术进展
6.1 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
主讲教师：潘家祯 华东理工大学机械与动力工程学院
第六章 压力容器设计技术进展
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 二、化工容器设计准则的发展 三、容器设计规范的主要进展 四、近代设计方法的应用
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
(2) 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。
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
(4) 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。本章第二节 将具体介绍这一准则。
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
(5) 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。
6.2近代化工容器设计技术进展概述-Ⅱ压力容计技术进展概述
二、化工容器的设计准则发展
(7) 蠕变失效设计准则 将高温容器筒体的蠕变变形量(或按蠕变方程计算出的相应的应力)限制在
某一允许的范围之内，便可保证高温容器在规定的使用期内不发生蠕变失 效，这就是蠕变失效设计准则。 (8) 失稳失效设计准则 外压容器的失稳皱折需按照稳定性理论进行稳定性校核，这就是失稳失效 的设计准则。大型直立设备(如塔设备)在风载与地震载荷下的纵向稳定性 校核也属此类。
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
(9) 刚度失效设计准则 通过对结构的变形分析，将结构中特定点的线位移及角位移限制在允许的
范围内，即保证结构有足够的刚度。 例如大型板式塔内大直径塔盘很薄，就应限制塔盘板的挠度，不致使液层