压力容器受压元件分析讲义——桑如苞资料
压力容器的受力分析
(一)压力容器的受力分析一、问题描述：如图所示为一台φ700的立式贮藏罐，其手孔的直径为φ88，材料为16MnR,设计压力13.5Mpa，工作压力为12.3Mpa,弹性模量为201Gpa，要求利用有限元方法对此压力容器进行压力分析设计。
在压力容器的应力分析中，压力容器部件设计关心的是应力沿壁厚的分布规律及其大小可采用沿壁厚方向的校核线代替校核截面，由于该压力容器为对称结构，所以可仅考虑贮藏罐上半部分的手孔、封头和筒体进行分析设计。
上端的结垢尺寸和在壁厚方向的校核线如图所示。
根据其结构特性，有限元分析模型如图，法兰上的螺栓力可以转化成一个集中力F，且F=82109N。
四.基本模型建造五.模型的网格划分具体步骤为：GUI操作：Mainmenu> preprocessor>meshing>mesh tool.弹出mesh tool 对话框，在size controls下global里点击按钮set，弹出对话框，在对话框中SIZE element edge length项中填5，点击按钮ok. 点击按钮mesh, 点击按钮pickall，点击按钮ok。
将模型分网。
六.施加载荷和约束施加的具体步骤为：（1）施加Y方向的约束GUI操作：Mainmenu>solution>define loads> apply> structural > displacement> on lines,弹出对话框，选择下面需要施加约束的一条线，点击按钮ok，弹出对话框，在对话框的dofs to be constrained中选择UY, 点击按钮OK。
（2）施加X方向上的节点约束GUI操作：Mainmenu>solution>define loads>apply> structural> displacement>on keypoint,弹出对话框，选择下面一条线中最右面的一个节点，点击ok，弹出对话框，在对话框的dofs to be constrained中选择UX, 点击按钮OK。
压力容器设计基础讲义
压⼒容器设计基础讲义压⼒容器设计基础讲义第⼀部分、压⼒容器设计基础知识第⼀章压⼒容器失效模式压⼒容器在载荷作⽤下丧失了正常的⼯作能⼒称为失效。
压⼒容器所考虑的失效模式主要为断裂、泄漏、过度变形和失稳。
压⼒容器失效常以三种形式表现出来：强度、刚度、稳定性。
压⼒容器建造标准中主要考虑的失效模式：1）短期失效模式：（1）脆性断裂（2）韧性断裂（3）超量变形引起的接头泄漏（4）超量局部应变引起的裂纹形成或韧性剪切（5）弹性、塑性或弹塑性失稳2）长期失效模式：（1）蠕变断裂（2）蠕变超量变形（3）蠕变失稳（4）冲蚀、腐蚀（5）环境助长开裂，如：应⼒腐蚀开裂3）循环失效（1）扩展性塑性变形（2）交替塑性（3）弹性应变疲劳或弹-塑性应变疲劳（4）环境助长疲劳，如：腐蚀疲劳第⼆章 GB150适⽤范围（1）适⽤的设计压⼒①对于钢制容器不⼤于35MPa；②其它⾦属材料制容器的设计压⼒适⽤范围按相应引⽤标准确定。
（2）适⽤的设计温度范围①设计温度范围：－269℃～900℃。
②钢制容器不得超过按GB 150.2 中列⼊材料的允许使⽤温度范围。
③其他⾦属材料制容器按本部分相应引⽤标准中列⼊的材料允许使⽤温度确定。
（3）下列各类容器不在标准的适⽤范围内：①设计压⼒低于0.1MPa且真空度低于0.02MPa的容器；②《移动式压⼒容器安全监察规程》管辖的容器；③旋转或往复运动机械设备中⾃成整体或作为部件的受压器室（如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等）；④核能装置中存在中⼦辐射损伤失效风险的容器；⑤直接⽕焰加热的容器；⑥内直径（对⾮圆形截⾯，指截⾯内边界的最⼤⼏何尺⼨，如：矩形为对⾓线，椭圆为长轴）⼩于150mm的容器；⑦搪玻璃容器和制冷空调⾏业中另有国家标准或⾏业标准的容器。
（4）对不能按 GB 150.3确定结构尺⼨的容器或受压元件，允许采⽤以下⽅法进⾏设计:①按照附录C的规定，进⾏验证性实验分析（如实验应⼒分析、验证性液压试验）。
压力容器应力分析与安全设计
钢制压力容器 用材料许用应 力的取值方法
碳素钢或低合金钢>420℃，铬钼合金钢>450℃， 奥氏体不锈钢>550℃时，同时考虑基于高温蠕变极限
或持久强度
的许用应力
即
或
压力容器应力分析与安全设计
表9-2 钢制压力容器用材料许用应力的取值方法
材料
许用应力 取下列各值中的最小值/MPa
压力容器应力分析与安全设计
3. 对边缘应力的处理
若用塑性好的材料制造筒体，可减少容器发生破坏的危险 性。 正是由于边缘应力的局部性与自限性，设计中一般不 按局部应力来确定厚度，而是在结构上作局部处理。但对 于脆性材料，必须考虑边缘应力的影响。
压力容器应力分析与安全设计
第二节 压力容器的安全设计
压力容器设计是保障压力容器安全的首要环 节。压力容器设计从安全角度包括强度安全设计和 结构安全设计，两者都离不开正确选材，不同材料 的容器的承载能力与结构可靠程度是不同的。
碳素钢、低合金 钢、铁素体高合
金钢
奥氏体高合金钢
压力容器应力分析与安全设计
4、焊接接头系数——焊缝金属与母材强度的比值，反映容器 强度受削弱的程度。
焊缝缺陷
夹渣、未熔透、 裂纹、气孔等
焊缝热影响区晶粒粗大
薄弱环节
母材强度或塑性降低
影响因素
接头形式 无损检测要求及长度比例
压力容器应力分析与安全设计
焊缝系数的大小与材料的焊接性能、被焊母材的厚度、焊接 结构、坡 口型式、焊接方法、焊缝无损检测长度比例以及焊前 预热处理及焊后热处理等因素有关。目前我国《钢制压力容器》 中的焊缝系数主要依据焊缝结构、坡口型式、无损检测的要求等 确定。焊缝系数的选择见下表。
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
压力容器培训PPT幻灯片课件
18
第二讲 压力容器安全装置
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常见的压力容器安全装置：
泄压装置、警报装置、计量装置、联锁装置和其他 安全保护等装置。
压力容器超压的原因：
操作失误或零件破损 充装过量液体受热膨胀 器内燃烧爆炸生成高温高压气体 器内化学反应失控 器内液化气体以外受热饱和蒸气压增大
请分析安全阀安装使用的有关安全要求规定。安全阀的安 全要求：
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⑵ 爆破片的安装：
爆破片与容器的连接管线应为直管，泄放管线应尽可能 垂直安装，管线通道横截面积不得小于爆破元件的泄放面积。
若流体为易燃、有毒或剧毒介质时，则应引至安全地点作 妥善处理。
爆破片应与容器液面以上的气相空间相连。 爆破片的安装要可靠，夹紧装置和密封垫圈表面不得由 油污，夹持螺栓要上紧，以防爆破元件受压后滑脱。
注：焊接的圆筒形容器，公 称直径是指它的内径；无缝钢管 制作的圆筒形容器，公称直径是 指它的外径。
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压力容器设计、制造、安装安全管理
1、压力容器的安全设计包括：
合理选用材料
结构便于制造
选择合适的结构形式
结构便于无损检验
满足强度的要求
尽量减少构件上作用的局部
结构安 全可靠 的基础
附加应力和应力集中 缺陷与应
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1、压力容器安全管理“三零”理念： 压力容器安全管理的追求目标： 零缺陷、零故障、零事故 零缺陷：大量的缺陷是隐蔽的、潜在的、尚未
形成的功能故障。
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压力容器操作标准化；
即：操作人员持证上岗率达到100％； 操作规程制定率达到100％； 压力容器应知应会抽查考试合格 率达到100％。
2024版压力容器安全操作培训ppt课件
2023REPORTING 压力容器安全操作培训ppt课件•压力容器基本概念与分类•压力容器安全法规与标准•压力容器安全操作要点•常见事故类型及原因分析•应急处理措施与救援方法•总结回顾与拓展延伸目录20232023REPORTINGPART01压力容器基本概念与分类压力容器定义及作用压力容器定义指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。
作用广泛应用于化工、石油、机械、动力、冶金、核能、航空、航天等部门，是生产过程中必不可少的重要设备之一。
按压力等级分类按用途分类按形状分类可分为反应容器、换热容器、分离容器和储运容器。
可分为球形、圆筒形、箱形、锥形等。
0302 01压力容器结构类型可分为低压、中压、高压和超高压容器。
常见压力容器举例用于储存压缩空气或其他气体的压力容器。
用于进行化学反应的压力容器，通常配有搅拌装置和加热/冷却系统。
用于两种或多种流体之间进行热量交换的压力容器。
用于气体或液体分离的压力容器，如精馏塔、吸收塔等。
储气罐反应釜换热器塔器2023REPORTINGPART02压力容器安全法规与标准国家法律法规及标准概述《特种设备安全法》01对压力容器的设计、制造、安装、使用、检验、维修等环节进行明确规定，确保特种设备安全运行。
《压力容器安全技术监察规程》02规定了压力容器的安全技术要求、安全管理、安全操作等内容，是压力容器安全监察的重要依据。
其他相关标准03如GB150《钢制压力容器》、JB4732《钢制压力容器——分析设计标准》等，对压力容器的设计、制造、检验等方面进行详细规定。
企业内部安全管理制度压力容器安全管理制度企业应建立压力容器安全管理制度，明确各级管理人员和操作人员的职责和权限，确保压力容器的安全运行。
压力容器安全技术档案企业应建立压力容器安全技术档案，记录压力容器的设计、制造、安装、使用、检验、维修等信息，方便管理和追溯。
压力容器安全操作规程企业应制定压力容器安全操作规程，规范操作人员的操作行为，确保压力容器的安全运行。
《压力容器应力分析》课件
未来的发展趋势与展望
智能化和自动化技术的应用
随着人工智能、大数据和云计算等技术的发展，压力容器应力分析将 更加智能化和自动化，能够提高分析的精度和效率。
多物理场耦合分析的深入研究
未来将进一步加强对多物理场耦合效应的研究，以更准确地预测压力 容器的复杂行为。
实验法能够提供实际工况下的应力数据，但实验条件难 以完全模拟实际运行环境，成本较高。
有限元法适用于复杂形状和边界条件的压力容器分析， 计算精度较高，应用广泛。
根据实际需求和条件选择合适的分析方法，综合运用多 种方法进行压力容器应力分析是发展趋势。
03
压力容器应力分析的步骤
确定分析目的
确定压力容器应力分析的目的，是为 了评估容器的强度、刚度和稳定性， 还是为了优化设计或解决特定问题。
案例三：某压力容器优化设计
案例概述
某压力容器在设计阶段，需要进行优化设计 以提高其性能和安全性。
结果展示
通过图表和数据，展示优化后的压力容器在 性能和安全性方面的提升情况。
分析方法
采用优化设计方法，对压力容器的结构、材 料和工艺进行多目标优化。
结论
根据分析结果，评估优化设计的可行性和效 果，并提出相应的改进建议。
案例一：某压力容器应力分析
案例概述
某压力容器在正常工作条件下，需要进行全 面的应力分析以确保其安全运行。
分析方法
采用有限元分析方法，对压力容器的各个部 件进行详细的应力分布计算。
结果展示
通过图表和数据，展示压力容器在正常工作 条件下各部件的应力分布情况。
结论
根据分析结果，评估压力容器的安全性能， 并提出相应的优化建议。
压力容器材料基本知识讲义
1 材料基础知识--压力容器用钢要求
2、机械性能：足够高的强度、良好的韧性和塑性、足
够的断裂韧性、低的无塑性转变温度（NDT）。
3、制造工艺性能：良好的塑性、可焊性（C、Ceq、Pcm 、焊接接头硬度）。
4、特殊性能：耐高温、耐低温和耐腐蚀性。
1 材料基础知识--压力容器用钢要求
3、制造工艺性能：良好的塑性、可焊性（C、Ceq、
2.2 GB 150.1∽4-2011《压力容器》
①P≮0.1MPa，且≯35MPa，或者真空度（外压）不低于 0.02MPa ； ②设计温度：－269℃～900℃； ③内直径：不小于 150mm
3 压力容器的分类
3.1 按作用原理分类 反应、换热、分离、储存 图例说明
1）储存容器
储存容器-卧式容器结构示意图 1－液位计2－封头 3－接管 4－法兰5－筒体 6－人孔 7－补强圈 8－支座
B GB151-1999 《管壳式换热器》（ GB/T151-2014 《热交换器》 (20150401实施）
C JB 4732-1995 《钢制压力容器－分析设计标准》 应力分析设计--弹塑性失效
2 压力容器的管辖(适用)范围
2.1 TSGR0004-2009《固容规》）
(★ ★ ★监检) ①PW5≥0.1MPa； ②PV ≥ ； ③盛装介质为气体、液化气体以和最高工作温度高于或者 等于其标准沸点的液体。
Ni 细化铁素体提高塑性和韧性；改善耐蚀性；提高热强性。
Mo 提高淬透性；增加热强性；增强耐蚀性(有机酸和还原性介质)。
Ti 固溶强化；增加回火稳定性；提高抗晶间和应力腐蚀能力。
V 增加回火稳定性；细化晶粒提高韧性；提高σn和σD；抗氢腐蚀。 Nb 增加回火稳定性；细化晶粒提高韧性；改善焊接性。 Al 固溶强化；细化晶粒；改善抗高温氧化性和对H2S气体耐蚀性。
压力容器设计的力学基础学习资料ppt课件
基本假设
1、连续性假设 以为物体旳一切物理量，如应力、应变、位移等 都是物体所占空间点旳连续函数。基于这一假设 我们就能够用数学工具来分析线弹性力学问题。
2、均匀性假设 以为物体是由同一类型旳均匀固体材料构成，其 各部分旳物理性质是相同旳。基于这一假设我们 就能够从研究体中取出任一单元来分析。
基本假设
x xy xz I3 xy y yz
xz yz z
强度理论
VAS: sp3 ANSYS: sint
VAS: sp4 ANSYS: seqv
多种强度理论旳合用范围及其应用
脆性断裂 选用第一、第二强度理论
屈服失效 选用第三、第四强度理论
1.在三向几乎等拉旳应力状态下(1230)，不论是塑性材料还是脆性 材料均不会发生屈服破坏。宜用第一强度理论。
Y P
N
x
内力与应力
对于单轴拉伸
max
N A
弯曲
max
M max Wz
剪切
扭转
max
mmax W
内压薄壁圆筒
pDi 2t
pDi 2t
pDi 4t
基于弹性力学旳板壳理论能够处理 旳问题
筒体
球壳 锥形封头
回转壳体旳无力矩理论－－薄膜应力
凸形封头
平板封头-----圆平板理论
4.第三和第四强度理论都是以屈 服失效为破坏标志旳强度理论， 从试验成果来看第四强度理论更 接近试验成果，但第三强度理论 以其形式简朴，而且偏于安全旳 特点，与第四强度理论平分秋色。
气体压力，液柱静压力
内力与应力
内力
• 弹性体受外力作用时，其内部因外力而引起旳力，称为内力， 该内力总是试图抵抗外力，并不外力相平衡。在弹性范围内， 内力随外力增大而增大。
压力容器培训(全套课件) PPT
《条例》中对压力容器的定义：
最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压），且压力与 容积的乘积大于或者等于2.5MPa· L的气体、液化气体和最高工
作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容
器；盛装公称工作压力大于或者等于0.2MPa（表压），且压力 与容积的乘积大于或者等于1.0MPa· L的气体、液化气体和标准 沸点等于或者低于60℃液体的气瓶；氧舱等均属于压力容器。
原因： （1）容器上存在局部地区的应力状态复杂而恶劣的状况。 （2）压力容器内部所容纳的是压缩气体或饱和液体。
（3）压力容器从设计到改造七个环节中存在潜在的不安 全因素。
案例一： 1984.1.1凌晨5时23分，A公司催化车间气体分馏 装置发生一起重大爆炸火灾伤亡事故，燃烧面积达5760㎡， 爆炸冲击波波及距厂10Km以外的重型机械厂、纺织厂，使
压力容器定义：
是指盛装气体或者液体，具有一定压力密闭容器。 1999年国家质量技术监督局颁布的《压力容器安全技术 监察规程》规定：同时满足下列三个条件的承压设备即为压 力容器 2、内直径（非圆形截 3、盛装介质为气体、 1、最高工作压力（表压） 面指其最大尺寸）大于 液化气体或最高工作温 大于等于0.1MPa等于 （不含液体 0.15m,且容积大于 度高于或等于标准沸点 静压力）。 等于0.025m3 的液体。
物的不安全状态：
容器上缺少安全装置，或有缺陷； 容器在设计、制造、施工及安装方面有缺陷；
维护不经常，检修不及时；
原材料或产品的性质带有不安全因素; 工艺过程，操作方法上的缺陷； 防护用品缺乏或有缺陷
人的不安全行为:
主要表现为人与物的异常接触。
原因:
缺乏安全意识， 技术素质差， 劳动中异常的心理或生理状态，