第五章 容器零部件设计(2)
压力容器管理制度(优秀)
压力容器管理制度（优秀）第一章总则第一条压力容器是国家技术监督部门实行监察管理的设备之一，它的管理范围按国务院发布的《特种设备安全监察条例》、国家技术监督局《压力容器安全技术监察规程》规定执行，并遵守的关压力容器现行规程标准和制度，进行全过程、全方位、全天候的管理，各单位都应指定专人负责组织实施。
第二章设计第二条新到的压力容器都必须有相应资格单位设计，并在蓝图上加盖设计单位资格印章，否则不能办理压力容器使用证和使用。
第三章制造与安装第三条制造与安装：（一）所有压力容器都必须在有相应制造资格的单位进行制造，并在蓝图上加盖制造许可证的印章。
（二）现场组装的大型容器（如球罐），施工单位应按《压力容器安全技术监察规程》的规定，具有相应的制造许可证。
（三）制造单位必须进行全面质量管理。
设计总图上应有设计、校核、审核人员的签字，对于第三类中压容器的储存容器，高压容器和移动式压力容器应有压力容器设计技术负责人的批准签字。
（四）对移动式压力容器、高压容器、第三类中压反应容器和储存容器，设计单位应向使用单位提供强度计算书。
（五）制造单位应有严格的材料入（出）库管理制度和材料标记转移管理制度，施焊容器的焊工和无损探伤人员都必须有相应的资格，制造单位应有压力容器的设计、制造、检查、试验、材料质量证明书、无损探伤记录、水压、气密等完整资料。
（六）压力容器必须的完整的出厂资料，内容如下：（1）压力容器产品质量证明书（2）产品合格证（3）产品主要受压元件使用材料一览表（4）产品焊接试板力学和弯曲性能检验报告（5）压力容器外观及几何尺寸检验报告（6）焊缝射线检测报告（7）焊缝超声波检测报告（8）渗透检测报告（9）磁粉检测报告（10）热处理检验报告（11）压力试验检验报告（12）产品制造变更报告（13）钢板、锻件超声波检测报告（14）焊缝射线检测布片评定表（15）产品监检证书（16）产品竣工图（17）进口压力容器应经商检并出具商检证书第四章使用与维护第四条使用与维护在压力容器投用前，必须逐台登记，取得技术监督局的“压力容器使用登记证”。
第五章高压容器设计
周向应力
pi Ri2 po Ro2 Ro2 Ri2
pi po Ri2 Ro2 Ro2 Ri2
1
r
2
径向应力
r
pi Ri2 po Ro2 Ro2 Ri2
pi po Ri2 Ro2 Ro2 Ri2
1
r
2
轴向应力
z
pi Ri2 po Ro2 Ro2 Ri2
二、厚壁圆筒的弹性应力分析
（二）单层厚壁圆筒中的温差应力
1.温差应力方程
物理方程：
r
一、高压容器的应用 二、高压容器的结构特点 三、高压容器的材料
Байду номын сангаас
一、高压容器的应用
军事工业：炮筒、核动力装置 化学和石油化工：合成氨、合成甲醇、合成尿素、 油类加氢等合成反应的高压反器、高压缓冲与贮存 容器。 电力工业：核反应堆，水压机的蓄力器 发展现状：直径4.5米，壁厚280毫米，重约1000吨, 压力2000MPa
二、厚壁圆筒的弹性应力分析
厚壁容器承受压力载荷作用时产生的应力 具有如下特点： • 考虑作经向、周向和径向三向应力分析 • 沿壁厚出现应力梯度，薄膜假设不成立 • 不能忽视温差应力
二、厚壁圆筒的弹性应力分析
（一）受内压单层厚壁圆筒中的弹性应力
d
p1
p2
几何方程
厚壁圆筒的应力与变形分析
r dr
w +dw
一、结构设计及设计选型
四）绕带式
对原材料要求一般 材料利用率 也相当高 缠绕机简单 制造方便 成本低
一、结构设计及设计选型
（五）设计选型原则
需综合原材料来源，配套的焊条焊丝、制造厂 所具备的设备条件和工夹具条件，以及对特殊 材料焊接能力、热处理要求及工厂装备条件等 等，作充分调查论证后才能做到选型正确，确 有把握。
第5章_高压容器
一、单层整体式
1.整体锻造式圆筒
整体锻造式是高压容器制造中最早采用的
一种结构形式，其制造方法是：先铸钢锭，切去
钢锭两头品质不良的部分，将钢锭锻造成圆柱形， 再加热，用心轴锻造内壁，使内壁大致达到需要
尺寸，退火消除内应力并降低硬度，然后内外壁
进行切削加工，使其成形。如图所示
2.单层卷焊式圆筒 这种结构与中低容器的制造方法基本相同，是将厚钢钣（厚度达120mm）加热至 700～900℃后，在大型卷板机上卷成圆筒，然后焊接纵缝即得筒节。再通过焊接环缝将筒 节组对成需要长度的筒体。
第五章
高压容器
第一节 高压容器的总体结构与选材要求
一、高压容器的总体结构及特点 二、高压容器的选材要求
第二节 高压容器筒体的主要结构形式
一、单层整体式 二、多层组合式
第三节 高压容器的零部件
一、高压容器的封头 二、高压容器的筒体端部
第四节 高压容器的密封结构
一、高压容器的密封原理及类型 二、高压容器常用的密封结构
结构有锻制平盖和锻制紧缩口 封头，如图5-16和图5-17所示。
可拆卸平盖与筒体一般
采取螺栓和螺母连接，平盖 也兼作法兰盖与筒体端部连 接，高压容器多将开孔设置 在平盖上，结构如图5-18 所示。
二、高压容器的筒体端部
筒体端部结构如图5-19所示
第四节 高压容器的密封结构
一、高压容器的密封原Fra bibliotek及类型 二、高压容器常用的密封结构
6.螺旋绕板式圆筒
这种圆筒与扁平钢带式圆筒在 结构上无实质区别，只是缠绕在内筒 外的钢板比扁平钢带式的要宽许多。
各种结构的高压圆筒特点比较，见表5-1。
第三节 高压容器的零部件
容器设计基础PPT课件
2、按承压性质分类
（1）压力方向 真空容器与外压容器的区别
内压容真器空容器指外部压力来源于大气的压 外力压（容外器压（为真1个空大容气器压:外，Ｐ即=00..11MMpPaa,）内，P<即0.1Mpa） 将设备内空气抽掉，内部压力小于大气压 （2）力压。力大小（设计压力大小） 压力外不压限大容小器低指。压外容部器压：力0来.1≤源P＜于1介.6质M压Pa力， 内压容器 中压容器：1.6≤P＜10 MPa
二类容器
高度、极度毒性 ≥0.2
三类 容器
4、按容器壁温或材料分类
低温容器：≤-20℃ 常温容器：-20～200℃ 中温容器：200～420 ℃ 高温容器：达到材料蠕变温度
蠕变碳：素在钢应或力低不合变金的钢条＞件4下20，℃应变随时间延长 而增合加金的钢现＞象4。50它℃与屈服现象不同，屈服现象 通常奥在氏应体力不超锈过钢弹＞性5极50限℃之后才出现，而蠕变 只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹 性极限时也能出现。
10.2 内压薄壁容器设计
一、薄壁容器设计的理论基础
1、薄壁容器 容器
厚壁容器 K＞1.2 薄壁容器 K ≤1.2
δ/Di≤0.1
根据容器的外径D0和内径Di的比值K来判断。
K D0 Di 2 1 2
Di
Di
Di
石油、化工中使用的压力容器大多为薄壁容器。
2、圆筒薄壁容器承受内压时的应力
2
1 2 p R1 R2
pr
1 2 cos
pr
2 cos
pr
1 2 cos
pr
2 cos
锥形壳的环向应力是经向 应力的2倍，并且应力随着 半锥角α的增大而增大。
一般α≤45°，不宜太大。
第五章--压力容器的应力分析
2021/3/11
2
压力容器概述
2021/3/11
3
薄壁壳体
化工生产中常用的中低压容器属于回转薄壁壳体结
构
薄壁：(R)max
110或K1.2KR R0i ，其中内径D
i 、中径
D
、
外径 D 0 ；
厚壳： 1 ,K 1.2
壳体是一种以两个曲面为
界，且曲R面之10 间的距离（壁厚）远比其它方向尺寸
不挤压假设：各层纤维变形前后互不挤压。
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5.2.1.2无力矩理论基本方程式：
无力矩理论是在旋转薄壳的受力分析中忽略 了弯矩的作用，此时应力状态和承受内压的
薄膜相似，又称薄膜理论。
平衡方程： 区域平衡方程
m p R1 R2
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按应用情况
反应压力容器（Ｒ）完成物理、化学反应，如反应 器、反应釜、分解锅、聚合釜、变换炉等；
换热压力容器（Ｅ）热量交换，如热交换器、管壳 式余热锅炉、冷却器、冷凝器、蒸发器等；
分离压力容器（Ｓ）流体压力平衡缓冲和气体净化 分离，如分离器、过滤器、缓冲器、吸收塔、干燥 塔等；
5
压力容器特点之二：工况条件复杂
压力容器的操作条件十分复杂，甚至近于苛刻。 压力从1～2×10-5Pa的真空到高压、超高压，如石 油加氢为10.5～21.0 MPa；高压聚乙烯为100～ 200 MPa；合成氨为10～100 MPa；人造水晶高达 140 MPa；温度从-196℃低温到超过1000℃的高 温；而处理介质则包罗爆、燃、毒、辐(照)、腐(蚀)、 磨(损)等数千个品种。操作条件的复杂性使压力容 器从设计、制造、安裝到使用、维护都不同于一般 机械设备，而成为一类特殊设备。
压力容器零部件设计2法兰设计ppt课件
法兰的标准
❖ 1〕压力容器法兰标准：JB4700～4707-92 ❖ 包括法兰、垫片、螺栓等8个标准
❖ 2〕管法兰〔管道之间连接〕规范： ❖ 与“英制管〞配管系列对应的管法兰标准有
GB9119.5 ~ 9119.14-88 国家标准。英制管管法兰 有14种。
❖ 与“公制管〞配管系列对应的管法兰标准是 ❖ 化工行业标准 HG20592～20635-97<钢制管法兰、
垫圈〔垫片）
❖ 垫圈是法兰连接的核心，密封效果的好坏主 要取决于垫圈的密封性能。
❖ 垫圈材料的要求： ❖ 耐介质腐蚀、不与操作介质发生化学反应， ❖ 不污染产品和环境， ❖ 具有良好的弹性， ❖ 有一定的机械强度和适当的柔软性， ❖ 在工作温度和压力下不易变质〔硬化、老化、
软化）。
垫圈的类型
❖压力容器法兰及管法兰采用的密封 垫圈，根据所用材料有哪几种类型？
垫片、紧固件>规范。公制管管法兰有6种。
容器法兰类型
❖1〕平焊法兰： ❖ ①甲型平焊法兰， JB4701-92 ❖ ②乙型平焊法兰， JB4702-92
❖2〕对焊法兰： ❖ ③ 长颈对焊法兰， JB4703-92
容器法兰类型
❖ 甲型和乙型平焊法兰的区别： ❖ 乙型平焊法兰本身配带了一个比容器壁厚更厚的圆
法兰材料取与塔体、封头材料相同，为Q235－A， 查表12－3〔甲型、乙型平焊法兰的最大允许工作压 力，JB4700-92），应按公称压力0.6MPa来查选它 的尺寸。
由于操作压力不高，由表12－1〔垫圈选用表〕可采 用平面型密封面，垫片材料选用石棉橡胶板，查
选择标准法兰举例
法兰的各部分尺寸可从JB4701-92中查得， 并可绘出法兰图。
(陶瓷科学与工艺学)第五章2浆料制备工艺+浆料成型
一般来说，聚合度为50的聚合物电解质，具有稀释能力，即 使料浆的粘度下降；聚合度为5000的聚合物电解质，具有稠化能 力，即使料浆的粘度上升；而聚合度为500000的聚合物电解质则 使颗粒聚沉。
用于注浆成型料浆的是具有稀释能力的聚合物电解质。 用于注浆成型料浆的聚合物电解质应为线性高分子。 常用的聚合物电解质有：聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素和木质 素磺酸盐等。
注浆成型 产品举例
5.5.2 工艺流程
第五章 浆料成型法-----注浆成型
5.5.3浆料的性能
一、对浆料性能的主要要求
（1）良好的流动性:以便流动充模。
固相的含量、颗粒大小和形状的影响 泥浆温度的影响 粘土及泥浆处理方法的影响 泥浆的pH值的影响
（2）良好的悬浮性或叫稳定性
即浆料储存一定的时间后不分层,以可以保证在大批使用时，前后的浆料性能一 致.
③ 阻挡颗粒靠近的机构第二种模式为空间位阻。
浆料中含有水溶性的长链聚合物，陶瓷颗粒吸附长链聚合物在其表面，颗 粒间由于聚合物的空间位阻而产生斥力。
有机胶 以阿拉伯树胶为例。 阿拉伯树胶是一种高分子化合物，呈卷曲链状，长度为0.4—0.8mm。若将其加
入到氧化铝料浆中，分散在水中的氧化铝颗粒会附着在树胶的某些链节上。 当阿拉伯树胶用量较少时，一个树胶上会附着很多氧化铝颗粒，由于重力作用
在酸性介质中 ： MOH M++OH离解的 M+离子吸附在氧化物颗粒上，使颗粒带正电。
在碱性介质中 ： MOH MO-+H+ 离解的 MO-离子吸附在氧化物颗粒上，使颗粒带负电。
改变溶液的PH值，可以改变MOH在水中的离解程度，进而改变ζ电位。
标 准 规 范 欧盟标准 EN13445 简介 及其与我国压力
标 准 规 范 欧盟标准EN13445简介及其与我国压力容器标准的比较郑津洋1,开方明1,陈西南1,石 平2(11浙江大学,浙江杭州310027;21浙江省特种设备检验中心,浙江杭州310020)摘 要:2002年5月颁布的EN13445欧盟《非直接接触火焰压力容器》标准满足承压设备法规的要求。
该标准引入了许多新的设计理念和方法。
本文简要介绍EN13445的主要内容及其与我国压力容器标准在设计方面的主要区别。
关键词:EN13445;压力容器;设计方法中图分类号:T65;TH49 文献标识码:A 文章编号:1001-4837(2003)05-0006-06DifferenceBetweenEuropeanStandardEN13445withPressureVesselStandardsInChinaZHENGJin-yang1,KAIFang-ming1,CHENXi-nan1,SHIPing2(11ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China;21ZhejiangInspectionCenterofSpecialEquipment,Hangzhou310020,China)Abstract:TheEuropeanharmonizedstandardEN13445”UnfiredPressureVessels”,whichwasreleasedin May2002,providesthemeansbywhichamanufacturecanclaimpresumptionofconformitytotheessentialsafetyrequirementsofthePressureEquipmentDirective.Newconceptsanddesignmethodswerepresentedinthisstandard.ThemaincontentsofEN13445wereillustratedandthemaindifferencesindesignmethodbe2 tweenEN13445withpressurevesselstandardsinChinawerehighlighted.Keywords:EN13445;pressurevessels;designmethods 随着欧洲统一市场的建立和欧元的使用,为促进承压设备在欧盟成员国内的自由贸易,尽可能在最广泛的工业领域内实施统一的产品技术法规,欧盟于1997年通过了97/23/EC《承压设备法规》(以下简称PED)。
容器零部件设计资料
非金属垫片：
橡胶石棉板、聚四氟乙烯等。 柔软 耐温度和压力性能较金属垫片差。 只适用于常、中温和中、低压设 备和管道的法兰密封。
金属垫片：
材料一般并不要求强度高，而是要求软韧。
常用是软铝、紫铜、铁(软钢)、 蒙耐尔合金(含Ni67％，Cu30％， Cr4～5％)钢等。 主要用于中、高温和中、高压法 兰联接密封。
说明：①密封比压力主要决定于垫片材质。 ②垫片材质确定后，垫片越宽，为保证比压力， 预紧力越大，螺栓和法兰尺寸也越大，所以垫 片不应过宽，更不应该把整个法兰面都铺满垫 片。 ③为了实现法兰联接处的密封，必须使密封元件 在操作压力作用下，仍然保持一定的残余压紧 力。因此螺栓和法兰须有足够大的强度和刚度， 不发生过大的变形。
四、法兰标准及选用
石油、化工上用的法兰标准有两类，
一类是压力容器法兰标准 一类是管法兰标准
㈠ 压力容器法兰标准
1．平焊法兰：
2．对焊法兰
长颈对焊法兰有厚度更大的颈，刚 性大。 更高压力范围(PN 0.6MPa～ 6.4MPa)和直径范围 (DN300mm～2000mm)，适用 温度范围为-20℃～450℃。
思考题：
1.法兰垫片密封的原理是什么？影响 密封的因素有哪些？ 2.法兰的型式有哪些？各有什么特 点？ 3.法兰密封面型式有哪些？各适用 什么场合？ 4.常用的垫片材料有哪些？
金属与非金属混合制垫片：
金属包垫片用薄金属板（镀锌薄钢板、 0Cr18Ni9等）将非金属包起来； 金属缠绕垫片是薄低碳钢带(或合金钢 带)与石棉带一起绕制而成。不带定 位圈和带定位圈。
金属包垫片及缠绕垫片较单纯的金属 垫片有较好的性能，适应的温度与 压力范围较高一些。
垫片材料的选择：
根据温度、压力以及介质腐蚀决定， 同时考虑密封面形式、螺栓力的 大小以及装卸要求等。 查表
化工机械第五章压力容器
即锥形壳体上环向应力是径向应力的两倍。由应力计算 公式可知，应力与α角成正比，α角增大，应力也随着增 加。两向应力随着r的增加而增加。在锥壳开口处，两向 应力有最大值，在锥顶端r=0处，两向应力为零。
第二十三页，编辑于星期六：十八点 二十五分。
第五章
压力容器
5.2.5边缘应力的概念
由应力分析及推导可知，当薄壁壳体的几何形状发生 突变，或载荷分布发生突变；或壳体厚度发生突变，材 料发生突变等，都会在突变处产生附加的局部应力，我 们称为边缘应力。这种局部应力有时会是薄膜应力的数 倍，甚至会导致容器失效，设计中应予以重视。
椭球形壳体上任一点的两向薄膜应力为：
P
2 b
a4 x2(a2 b2)
（5-4）
P
2 b
a
4
x2
(a2
b2
)[2
a
4
x
a4 2 (a2
b2
)
]
第二十一页，编辑于星期六：十八点 二十五分。
第五章
压力容器
由式（5-4）可知，椭球封头上的应力是随x的变化而变化 的。对于标准椭圆形封（a/b=2），封头顶点处的（x=0）， 两向应力有最大拉应力值，在封头边缘处（x=a），径向应 力为顶点处的1/2，环向应力为负应力，且其值与顶点处值 相等。
在工艺尺寸确定之后，为了满足安全和使用要求，还要 确定强度尺寸，零部件在机械设计时，应满足以下要求：
<1>强度———有足够的抵抗外力破坏的能力。
<2>刚度———有足够的抵抗外力变形的能力，以防 止变形过大。
<3>稳定性——有保持自身形状的能力，以防压瘪或
皱折。
第十二页，编辑于星期六：十八点 二十五分。
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6.1.4 法兰标准及选用 2）确定公称压力
根据p=0.2MPa，t=280℃，查表10-10 用20R时，若取PN=0.25MPa，300℃的 [p]=0.15MPa<0.2MPa，定PN=0.6MPa
用16MnR时，若取PN=0.25MPa，300℃的 [p]=0.21MPa>0.2MPa，因此定PN=0.6MPa 2015-6-4
第五章
容器零部件
5.1 法兰联接
5.2 容器的开孔补强
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6.1.4 法兰标准及选用
1、压力容器法兰标 准
压力容器法兰分为 平焊法兰和对焊法兰。 其中平焊法兰又分甲、 乙两种形式。
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6.1.4 法兰标准及选用
1）平焊法兰 a 乙型法兰带有一个短筒 体，因此刚性较甲型法兰 好，可用于压力较高，直 径较大的场合； b 焊缝形式：甲型为V型 坡口，乙型为U型坡口，因 此乙型更易焊透，故其强 度和刚度更高。
6.1.4 法兰标准及选用 3）确定法兰尺寸 20R：DN=1000mm，PN=0.6MPa，查表10-3 确定尺寸
16MnR ：DN=1000mm，PN=0.25MPa，查 表10-2确定尺寸
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6.1.4 法兰标准及选用 3．法兰标记 法兰类型分为一般法兰和衬环法兰，一般 法兰代号为“法兰”，衬环法兰的代号为 “法兰C”。 法兰密封面型式代号见表6－5。
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6.1.4 法兰标准及选用
确定法兰结构步骤
1、确定法兰结构，表6-2，根据PN、DN确定法兰结构； 2、确定PN，表6-4，附录12，根据【P】、T、材料确定PN ； 3、确定法兰尺寸，附录14，根据PN、DN、法兰结构确定法 兰尺寸、螺栓尺寸、个数； 4、法兰、垫片、螺栓、螺母材料匹配表，表6-6、附录13 ，根据法兰结构、材料、T确定垫片材料、螺栓、螺母材料 ； 5、垫片尺寸，表6-3，根据PN、DN、材料确定垫片尺寸。
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6.1.4 法兰标准及选用
2) 对焊法兰 由于有长颈，并采用对焊，故刚 性更好，用于压力更高处。更高压 力范围(PN 0.6MPa～6.4MPa)和直 径范围(DN300mm～2000mm)，适用 温度范围为-20℃～450℃。 P157表6-2，压力容器法兰分类和规 格范围 法兰类型的选择 PN、DN
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6.1.4 法兰标准及选用
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6.1.4 法兰标准及选用
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6.1.4 法兰标准及选用
为操作温度300℃，设计压力0.6MPa的容器选配法兰。 材料15MnVR按公称压力0.6MPa查取。
材料20R按公称压力1.0MPa查取尺寸。
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6.1.4 法兰标准及选用
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6.1.4 法兰标准及选用
2、法兰尺寸的确定 压力容器法兰的公称直径与压力容器的公称直径取同一系 列数值。
DN 法兰尺寸 工艺条件 最大允许操作压力
PN
操作温度
材料
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6.1.4 法兰标准及选用
法兰尺寸系列表（P在200℃时的机械性能为 基础制订的。以此基准所确定的法兰尺寸，在200℃时它 的最大允许操作压力就认为是具有该尺寸法兰的公称压 力。 公称压力PN0.6Mpa的法兰，指：用材料16MnR在200℃ 时，该法兰的最大操作压力为0.6Mpa。 PN与【P】之间的换算，见P160表6-4。
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6.1.4 法兰标准及选用
例1 为一台精馏塔塔节选配法兰。该塔内径Di=1000mm， dn=4mm，操作温度280℃，设计压力p=0.2MPa，法兰材 料可用20R，也可用16MnR，试分别确定使用这两种材料 时，法兰的类型和尺寸。
1）确定法兰类型
DN= 1000mm
p=0.2MPa，根据表10-1选甲型平焊法兰（估计 PN<0.6MPa）
（3）根据所确定的法兰PN与DN再查看表10-1，验证一下 初步确定的法兰类型是否覆盖了所确定的PN、DN。如果覆 盖，则可按所确定的PN和DN确定法兰尺寸，否则需变更所 选法兰类型或变更材料，调整PN。 （4）根据PN和DN，从表10-2至表10-8中查取法兰尺寸。 P263
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内径为Di，设计压力为p，设计温度为t的容器筒体或 封头选配法兰步骤： （1）根据容器的公称直径和设计压力p，参照表10-1初 步确定法兰的结构类型。 （2）根据容器的设计压力p，设计温度t及准备采用的法 兰材料，按表10-9或表10-10确定所选用法兰的PN。
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6.1.4 法兰标准及选用