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压力容器的优化设计

2011／12

机械制造49卷第568期

收稿日期：2011年6月

实际应用需要，设计的压力容器总是存在不连续区，通常分为两大类：总体不连续区与局部不连续区。前者是结构相当大的部分产生影响的应力或应变源，即容器的几何形状、材料或载荷的不连续。后者是结构相对较小的范围内产生影响的应力或应变源，如小的圆角半径、小的连接件等。在载荷作用下，不连续区由于变形不协调产生了附加弯矩，导致这些区域的应力要大于其它部位，使这些区域容易失效。但是确定不连续区理论解需要联立力平衡方程和变形协调方程来计算，具有相当难度，有限元的发展解决了这些问题，国内外的许多学者运用有限元方法对不连续区进行应力分析

［1，5，6］

。本文采用大型有限元分析软件

ANSYS 对容器的不连续区进行应力分析及优化设计。

1问题描述

某压力容器设计压力P =16MPa ，设计温度T =165

℃，材料16MnR ，筒体长度H =1150mm ，筒体内径R 1=775mm ，壁厚T 1=105mm ，封头内径R 2=815mm ，厚度T 2=50mm ，其它参数见表1。需对该容器的筒体与封头

的连接区进行有限元分析及优化设计。

2问题分析

不连续区成锥形过渡段结构，容易产生应力集中，

必须进行有限元分析，确定不连续区域的应力分布情况，保证压力容器的整体性能。由于主要讨论不连续区的应力情况，忽略封头上的其他结构，其中筒体长度应远大于边缘应力的衰减长度。

通过改变锥形过渡段的锥形段长度和边界的倾斜度，可使结构的形状发生变化，并直接影响不连续区域的应力集中状况。由于筒体和封头的厚度T 1和T 2通常由设计规范提供的计算公式确定，不能进行优化，而且锥度过渡段两边界的形状，一般要求为直线。因此，

不连续区结构的优化主要是在保持筒体和封头厚度不变的情况下，改变锥形过渡段的锥形段长度L 和斜边倾斜角α，是不连续区的应力集中系数最小。综上所述可得优化设计的数学模型为：

min K =S max （L ）/S 0≤α≤90°

3［（R 1+T 1）-（R 2+T 2）］≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤

（1）

式中：K 为应力集中系数；S max （L ）为筒体和封头通过线性变厚段连接结构的最大当量应力，S=PR 2/（2T 2）为筒体封头部分的当量膜应力。

3有限元分析

由于压力容器壳体的对称性，且容器内压强处处

相等，笔者取一半模型进行有限元分析，采用ANSYS 自底向上的建模方法，即先创建不连续区的关键节点，然后生成不连续区的相关面，生成的模型见图1。

采用ANSYS 提供的三边形和四边形相结合的网格划分方法对模型进行网格划分，即：在应力比较集中处采用三边形网格划分，其它地方使用四边形网格划分，同时采用8节点的SOLID82单元，获得了如图2所示的网格模型。在端面处施加X 方向约束和管孔处施加Y 方向约束，在线上施加面载荷P =15MPa ，获得结果如图3的载荷和约束分布图。

压力容器的优化设计

□

朱庆典1

□

万守莉1

□

陈

辉2

1.甘肃锦世化工有限责任公司甘肃张掖734500

2.兰州理工大学机电工程学院

兰州

730050

摘

要：应用有限元分析软件ANSYS 对压力容器的不连续区进行有限元分析及优化设计，获得较为精确的应力分

布和参数，得到压力容器设计的最佳方案，推动改设计方法在实际工程中的应用。

关键词：压力容器

ANSYS 有限元分析优化设计

中图分类号：TH123；TB472文献标识码：A

文章编号：1000－4998(2011)12－0018－02

表1

参数表

参数

参数意义参数

参数意义R 1=775mm 筒体内径E =200GPa 材料弹性模量R 2=840mm 封头内径n u =0.3材料泊松比T 1=105mm 筒体壁厚n t =5厚度方向剖分数T 2=50mm 封头壁厚n s =30封头径向剖分数H =1150mm 筒体长度n c =30筒体轴向剖分数L =102mm 筒体削边长度n 1=5过渡段剖分数P =16MPa 设计压力ra =0.6剖分比例T =165℃

设计温度

α=75.45°

斜边倾斜角

机械制造49卷第568期

2011／12

利用ANSYS 的后处理功能可导出等效应力云图，如图4所示。从图中可以看出，最大应力出现在过渡段与球壳连接处，最大应力为399.789MPa 。结构在内压作用下产生了一定的变形，迫使筒体段在X 向产生位移，球壳在Y 向有了一定的变形。

4优化设计

ANSYS 程序提供了零阶方法和一阶方法两种优

化方法，可以处理几乎所有的优化问题。零阶方法是一个很完善的处理方法，能有效处理大多数的工程问题。一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度，可以进行较大空间的设计

［2，3，4］

。

为了对压力容器不连续区域进行精确的优化设计，采用一阶方法。在进行优化设计时，以锥形段长度

L 为优化设计变量，斜边倾斜角α为状态变量，应力集

中系数K 为目标函数。采用ANSYS 提供的轴对称单元PLANE82进行优化设计，最大迭代次数为20次。

通过上述方法的优化设计，得到了相应的优化结果，其中锥形段长度L 随迭代次数的变化规律如图5（纵坐标为长度L ，横坐标为迭代次数）所示，斜边倾斜角α随迭代次数的变化规律如图6（纵坐标为斜边倾斜角α，横坐标为迭代次数）所示，应力集中系数K 随迭代次数的变化规律如图7（纵坐标为应力集中系数

K ，横坐标为迭代次数）所示。

优化前后参数变化情况见表2。

从表2和图8可以看出，设计变量锥形段长度L 和状态变量斜边倾斜角α略有增加，但目标函数应力

集中系数K 下降了大约6.8％，且不连续区域所受最大应力下降了大约2.3％，优化效果较为明显。

5结束语

以ANSYS 软件为平台，通过对压力容器不连续区

的有限元分析，获得了较为精确的应力分布图，然后利用ANSYS 的优化功能对压力容器不连续区域进行结构优化，获得最佳参数，使结构不连续区最大应力值也有所下降，较大程度地满足了压力容器设计的需要。

参考文献

［1］于伟炜，高炳军.ANSYS 在机械与化工装备中的应用［M ］.北京：中国水利水电出版社，2007.

［2］董龙梅，杨涛，孙显.基于ANSYS 对压力容器的应力分析与结构优化［J ］.机械设计与制造，2008（6）：99-100.［3］李虎林，陈威，于安民，等.基于ANSYS 参数化语言的压力容器优化设计［J ］.机械工程与自动化，2007（2）：56-58.［4

］

张亚新

，石传美

.基于ANSYS 的压力容器壁厚优化设计［J ］.机械与电子，2009（8）：57-60.

［5］韩敏.利用ANSYS 软件对压力容器进行应力分析［J

］.

煤矿机械

，2008，29（1）：73-74.

［6］

丁昌，汪荣顺.ANSYS 在低温压力容器应力分析与优化设计中的应用［J ］.低温与超导，2007，35（6）：455-462.

葺（编辑凌

云）

▲图1几何模型

▲图2有限元网格模型▲图3均布载荷及边界设置图

▲图4应力云图

▲图5

目标函数随设计变量的变化规律

▲图6目标函数随状态变量

的变化规律

▲图7

目标函数的变化规律

▲图8

优化后的应力云图

20016012080400

2468101214161820

4032241680

2468101214161820

2.482.322.1621.841.68

迭代次数

迭代次数L /m m 斜边倾斜角α/°

应力集中系数K

表2

优化前后主要参数对照表

参数L /mm α/°K 优化前10275.45 1.8567优化后

115

76.45

1.7319

压力容器制造资质级别说明

中华人民共和国压力容器制造资质级别说明日期:2005-12-3 23:26:01 来源:来自网络查看:[ ] 作者：不详热度：1991 AR1：指第一、二、三类低、中压容器，高压容器 AR2：指第一、二、三类低、中压容器 AR3：指球形压力容器现场组焊 AR4：指超高压容器 AR5：指医用氧舱 CR1：指液化气体铁路罐车 CR2：指液化气体汽车罐车 DR1：指无缝气瓶 DR2：指焊接气瓶 DR3：指溶解乙炔气瓶 DR4：指特种气瓶 DR5：指液化石油气瓶 BR1：指第一、二类低、中压容器 BR2：指第一类压力容器注：QP：指球片压制压力容器制造许可级别划分级别 A 超高压容器、高压容器（A1）；第三类低、中压容器（A2）；球形储罐现场组焊或球壳板制造（A3）；

非金属压力容器（A4）；医用氧舱（A5） A1 应注明单层、锻焊、多层包扎、绕带、热套、绕板、无缝、锻造、管制等结构形式B 无缝气瓶（B1）；焊接气瓶（B2）；特种气瓶（B3） B2 注明含（限）溶解乙炔气瓶或液化石油气瓶。 B3 注明机动车用、缠绕、非重复充装、真空绝热低温气瓶等 C 铁路罐车（C1）；汽车罐车或长管拖车（C2）；罐式集装箱（C3） D 第一类压力容器（D1）；第二类低、中压容器（D2）注：1. 一、二、三类压力容器的划分按照《压力容器安全技术监察规程》确定； 2. 超高压容器：设计压力大于及等于100MPa 的压力容器；高压容器：设计压力大于及等于10MPa 且小于100MPa 的压力容器；中压容器：设计压力大于及等于且小于10MPa 的压力容器；低压容器：设计压力大于及等于且小于的压力容器。

卧式压力容器课程设计汇本

某理工大学课程设计（论文）任务书机械院（部）过控教研室 2012年6月

目录一．计划任务书--------------------------------------------------------------1二．目录-----------------------------------------------------------------------2三．概述-----------------------------------------------------------------------4 3.1容器的分类---------------------------------------------4 3.2压力容器的结构特点-------------------------------------5 3.3压力容器筒体的结构型式---------------------------------5 四．总体结构设计-----------------------------------------------------------9 4.1设计技术参数-------------------------------------------9 4.2容器材料的选择-----------------------------------------9 4.3筒体壁厚设计------------------------------------------10 4.4封头厚度设计------------------------------------------10 4.5鞍座结构设计------------------------------------------11 4.5.1容器总质量与支座反力计算---------------------------11 4.5.2鞍座的选型-----------------------------------------12 4.5.3确定鞍座安装位置-----------------------------------13 五．应力校核--------------------------------------------------------------13 5.1筒体的轴向应力验算------------------------------------13 5.1.1轴向弯矩-------------------------------------------13 5.1.2轴向应力-------------------------------------------14 5.1.3轴向应力校核---------------------------------------15 5.2鞍座处的切向剪应力------------------------------------15

完整的压力容器设计(储罐液氨) 2

设计任务书设计题目：液氨储罐设计设计任务：试设计一液氨储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计。包括筒体、封头、零部件的材料的选择及结构的设计；罐的制造施工及焊接形式等；设计计算及相关校核；各设计的参考标准；附CAD图。已知工艺参数如下：最高使用温度：T=50℃；公称直径：DN=3000㎜；筒体长度（不含封头）：Lo=5900㎜。目录设计任务书 1 前言 .................................................................................................................................... I I 2 设计选材及结构 .............................................................................................................. I II 2.1 工艺参数的设定 ..................................................................................................... I II 2.1.1设计压力...................................................................................................... I II 2.1.2筒体的选材及结构...................................................................................... I II 2.1.3封头的结构及选材...................................................................................... I II 3 设计计算 ............................................................................................................................ I V 3.1 筒体壁厚计算 ......................................................................................................... I V 3.2封头壁厚计算.......................................................................................................... I V 3.3压力试验................................................................................................................... V 4 附件的选择 .......................................................................................................................... V 4.1人孔的选择 .............................................................................................................. V 4.2人孔补强的计算 ..................................................................................................... V I 4.3进出料接管的选择 .............................................................................................. VIII 4.4液面计的设计 ......................................................................................................... I X 4.5安全阀的选择........................................................................................................... X 4.6排污管的选择 .......................................................................................................... X 4.7 鞍座的选择 .............................................................................................................. X 4.7.1鞍座结构和材料的选取............................................................................... X 4.7.2容器载荷计算.............................................................................................. X I 4.7.3鞍座选取标准.............................................................................................. X I

压力容器设计文件编制规定

目录 1、总则 2、设计文件的分类及组成 2.1设计文件的分类 2.2各种设计文件的说明 2.3设计文件的组成 3、图样） 3.1 制图 3.2 图纸幅面 3.3 图样在图纸上的安排原则 3.4 图样上的文字、符号及代号 3.5 不需单独绘制图样的原则 3.6 需单独绘制部件图的原则 3.7 图样的比例 3.8 图样上尺寸标注的补充规定 3.9 零件、部件的件号 3.10 技术特性表 3.11 管口表 3.12 明细栏 3.13 标题栏 3.14 大、小主标题栏 3.15 简单标题栏 3.16 附注 3.17 设备净重 3.18 技术要求和技术条件 3.19底图的描、校签字栏及选用表 3.20 图样的简化画法 4、技术文件 4.1 幅面 4.2 文字、符合及代号 4.3 章、条、款、项的划分、编号和排列格式 4.4 “注”及脚注 4.5 图及表的编排方法 4.6 文件号的编排方法 4.7 编写方法及内容 5 设计文件的修改 5.1 修改原则 5.2 修改方法

1 总则 1.0.1本规定适用于压力容器产品（以下称设备）设计文件的编制。 1.0.2设计文件应按每个设备、通用部件和标准部件单独成套。 1.0.3使用本规定时，必须同时遵守现行国家标准的有关规定及各级标准的管理办法。 1.0.4 与国外发生联系的设备设计文件的编制办法，除参照本规定执行外，可另行规定。 2 设计文件的分类及组成 2.1 设计文件的分类初步设计文件按设计阶段分工程图施工图设计文件通用图标准图总图装配图设部件图计零件图文图样表格图件特殊工具图的管口方位图分预焊件图类按文件内容分图纸目录技术文件技术条件计算书说明书原图及原稿按使用目的和性质分底图复印图（蓝图）

压力容器设计方法分析对比.docx

压力容器设计方法分析对比目前我国压力容器设计所采用的标准规范有两大类：一类是常规设计标准，以GB150-2011《压力容器》标准为代表；另一类是分析设计,以JB4732-1995《钢制压力容器--分析设计标准》为代表。两类标准是相互独立的、自成体系的、平行的压力容器规范, 绝对不能混用, 只能依据实际的工程情况而选其一。设计准则比较常规设计主要依据是第一强度理论，认为结构中主要破坏应力为拉应力，限定最大薄膜应力强度不超过规定许用应力值，当结构中某最大应力点一旦进入塑性, 结构就丧失了纯弹性状态即为失效。常规设计是基于弹性失效准则,以壳体的薄膜理论或材料力学方法导出容器及其部件的设计计算公式。一般情况它仅考虑壁厚中均布的薄膜应力，对于边缘应力及峰值应力等局部应力一般不作定量计算，如对弯曲应力。分析设计的主要依据是第三强度理论，认为结构中主要破坏应力为剪切力。采用以极限载荷、安定载荷和疲劳寿命为界限的“塑性失效”与“弹塑性失效”的设计准则，对容器的各种应力进行精确计算和分类。对不同性质的应力, 如：总体薄膜应力、边缘应力、峰值应力等；同时还考虑了循环载荷下的疲劳分析, 在设计上更合理。标准适用范围对比常规设计标准GB150-2011适用于设计压力大于或等于且小于35MPa，及真空度高于。对于设计温度，GB150-2011规定为-269℃-900℃，是按钢材允许的使用温度确定设计温度范围, 可高于材料的蠕变温度范围。 " 分析设计标准JB4732-1995适用于设计压力大于或等于且小于100MPa，及真空度高于。对于设计温度，JB4732-1995 将最高的设计许用温度限制在受钢材蠕变极限约束的温度。应力评定对比常规设计标准GB150-2011，采用统一的许用应力，如容器筒体，是采用“中径公式”进行应力校核，最大应力满足许用应力即可。分析设计标准JB4732-1995的核心是将压力容器中的各种应力加以分类，根据所考虑的失效模式比较详细地计算了容器及受压元件的各种应力。根据各种应力本身的性质及对失效模式所起的不同作用予以分类如下：一次应力

焊接结构课程设计—压力容器分解

前言１第1部分储罐设计分析2第1章储罐总体分析2 1.1 储罐基本设计要求2 1.2 储罐材料2 1.３储罐用钢板3 1.4 配用锻件5 1.5 配用螺栓、螺母5第2章储罐罐底设计6 2.1 储罐罐底板尺寸6 2.2 罐底结构7第3章罐壁结构设计10 3.1 罐壁的排板与连接10 3.2 罐壁厚度11 3.3 罐壁加强圈12第4章罐顶结构设计13第2部分储罐的焊接工艺分析14第5章压力容器的焊接接头14 5.1 压力容器焊接接头的分类14 5.2 圆筒形容器焊接接头的设计15第6章压力容器的焊接方法17 6.1 熔化极氩弧焊17

CO气体保护焊17 6.2 2 6.3埋弧焊19第7章压力容器的焊接工艺21第3部分储罐的组装与检验22第8章储罐的安装施工顺序22 8.1储罐底板的焊接顺序22 8.2储罐壁板的焊接顺序22 8.3储罐固定顶的焊接顺序23第9章储罐焊缝的检验与修补24 9.1焊缝检测24 9.2焊缝修补25设计体会26参考文献27

前言大型油气储罐是油气产品储存运输最方便、廉价的方式之一。储罐的形式可跟据盖顶的样式不同分为浮顶式储罐（包括气柜）和固定顶式储罐（包括内浮顶式储罐），而固定顶式储罐又包括锥顶式储罐和拱顶式储罐两种。目前原油的储罐使用中浮顶式储罐在不断减少，液化气储运主要是球罐和立式筒形低压储罐。常用的几种灌顶形式为双子午线网客机构拱顶、辐射网壳结构拱顶、短程线网壳结构拱顶和梁柱支撑结构拱顶，见图1。本次课程设计主要讨论立式固定顶筒形钢制焊接储罐的施工工艺。其中包括储罐的材料选择、加工工艺路线选择、相关组件形式选择、机械加工装配、施焊成型、焊后检测调试等相关生产内容。

压力容器设计全套表格

XXXXXXXX有限公司XXXXXXXX 压力容器制造记录表卡压力容器设计任务书编号名称任务来源设计依据设计内容设计人计划工作量要求完成日期备注编制：年月日审核：年月日批准：年月日

XXXXXXXX有限公司XXXXXXXX 压力容器制造记录表卡压力容器设计条件修改书编号名称图号修改标记修改内容修改人日期接受修改代表（签字盖章）年月日

压力容器设计文件标准化审查记录表图号/文件号名称类别/级别设计人校核人设计日期施工图总数采用标准图张数通用图张数审查内容审查结果存在问题修改情况一、贯彻执行法规、标准的正确性(包括执行本单位的制度) 1、设计任务书或设计条件图 2、计算书选用计算软件参数输入 3、总图技术要求 4、总图图样 5、零部件图 6、标题栏签署 7、材料表(含选材的标准) 二、标准化率(按用标准图数/图纸总数) 三、通用化率(按用通用图数/图纸总数) 标准化审查人日期修改人日期

压力容器设计文件更改通知单图(代)号和名称更改原因编号更改实施日期共页第页发至处理意见需同改文件备注会签签署日期签署编制校核审核批准日期

压力容器设计文件校审记录表图号名称设计文件档案号设计人共页第页序号校审意见修改情况校审人：年月日修改人：年月日审核人：年月日修改人：年月日校审人：年月日修改人：年月日注：1、修改情况栏由设计人填写。

压力容器设计质量评定卡图号名称设计文件代号名称档案号起止日期设计人实耗工时设计校核审核完成成品新图张新表张标准图张通用图张校、审核发现错误数个/张设计错误统计错误性质校核标准化审查审核累计图面错误一般错误技术错误质量评定意见审核人签字日期设计责任工程师/ 批准人签字日期单位技术职能机构对质量抽查的意见签字日期设计人意见校核人意见签字日期备注说明：1、图纸张数以折合1号图计算，表格以折合4号图计算。 2、由部门保存作为业务考核的参考。

(整理)锅炉压力容器课程设计

锅炉压力容器课程设计设计题目压力容器设计能源与安全工程学院安全工程专业（二）班设计者学号指导老师田兆君课程设计时间 2011 年5月29日起至2011年 6月 12日

一、课程设计题目：压力容器设计二、课程设计工作自 2011 年5月29日起2011年 6月 12 日止三、课程设计的内容及要求：一）基本工艺参数主要设计参数二）学生完成的工作 1．总装备图一张（1号图纸）要求：图面布局合理，表达清晰，字迹工整，有标题栏、技术要求、技术特性表、管口表 2．由指导老师指定零件图一张（要求同上） 3．设计说明书一份（1）根据工艺参数选定容器及夹套尺寸（包括直径、厚度、夹套与容器间距及连接尺

2．筒体形状 i i D H =1.2， 3．设计压力 P 设计=1.25P 操作五、参考资料 1、《压力容器与化工设备实用手册》 2、《化工机械基础课程设计指导书》 3、《钢制石油化工压力容器设计规定》 4、《压力容器标准规范汇编》指导教师：田兆君负责教师：田兆君学生签名：程锋附注：任务书应该附在已完成的课程设计说明书首页

锅炉压力容器课程设计 1 前言锅炉、压力容器广发应用于电力、机械、化工、轻工、交通等运输部门及日常生活中，与我们的日常生活息息相关。且随着社会经济的发展，对锅炉、压力容器的需求数量也日益增加。通过对锅炉压力容器的分析，运用锅炉压力容器应力分析、强度设计、制造质量控制及安全装置相关的知识，了解其工作原理与各个部分的相关作用及其工作原理，并分析锅炉中可能出现的相关问题和缺陷并作出预防，从而加强对锅炉的认识。 2 相关计算一、筒体及封头的几何尺寸确定: （1）筒体及封头的形式：选择圆柱筒体及标准椭球形封头。（2）确定筒体及封头直径：由P 设计 =1.25P 操作知 P 设计=1.25*0.4=0.5MPa 筒体直径确定: i i D H =1.2 D i =2r 得出 D=1.168m 封头直径确定：由上可知 D=1.168m （3）选定封头的尺寸：封头内直径为1168mm 选取D N =1200mm 通过查询《压力容器与化工设备实用手册》第258页选取直边高度为40mm （41m D V V H i i 089.131 .1271 .05.14 /2 封头 =-= -= π 取公称直径尺度为1H =1000mm （5）选取夹套直径：D=1400mm 。

压力容器设计.

第四章压力容器设计 CHAPTER ⅣDesign of Pressure Vessel 概述设计准则常规设计分析设计疲劳分析 & 压力容器设计技术进展压力容器发展趋势：①高参数 ②大型化 ③选用高强度材料。本章着重介绍：①压力容器的设计思想 ②常规设计方法——弹性失效 ③分析设计方法——不同失效形式 / 第一节概述设计要求、设计文件、设计条件是设计的基本知识。什么是压力容器设计应综合考虑哪些因素压力容器设计：根据给定的工艺设计条件，遵循现行的规范标准规定，在确保安全的前提下，经济、正确地选择材料，并进行结构、强（刚）度和密封设计。结构设计——确定合理、经济的结构形式，满足制造、检验、装配、运输和维修等要求。强（刚）度设计——确定结构尺寸，满足强度或刚度及稳定性要求，以确保容器安全可靠地运行。密封设计——选择合适的密封结构和材料，保证密封性能良好。 ] 设计要求：安全性与经济性的统一安全性指结构完整性和密封性。安全是前提，经济是目标，在充分保证安全的前提下尽可能做到经济。经济性包括材料的节约，高的效率，经济的制造过程,低的操作和维修费用等。设计文件

设计文件包括：设计图样、技术条件、强度计算书，必要时还应包括设计或安装、使用说明书。若按分析设计标准设计，还应提供应力分析报告。设计的表现形式，是设计者的劳动体现强度计算书：包括设计条件、所用规范和标准、材料、腐蚀裕量、计算厚度、名义厚度、计算应力等。 , 装设安全泄放装置的压力容器，还应计算压力容器安全泄放量、安全阀排量和爆破片泄放面积。当采用计算机软件进行计算时，软件必须经“全国锅炉压力容器标准化技术委员会”评审鉴定，并在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。设计图样：①总图②零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；耐压试验和气密性试验要求；安全附件的规格；压力容器铭牌的位置；包装、运输、现场组焊和安装要求；以及其它特殊要求。设计条件工艺设计条件（原始数据、工艺要求）→→设计设计条件——设计的已知条件：简图、用户要求、接管表等简图——示意性地画出容器本体、主要内件部分结构尺寸、接管位置、支座形式及其它需要表达的内容。、用户要求包括：（1）工作介质：介质学名或分子式、主要组分、比重及危害性等；（2）压力和温度：工作压力、工作温度、环境温度等；（3）操作方式与要求：注明连续操作或间隙操作，以及压力、温度是否稳定；对压力、温度有波动时，应注明变动频率及变化范围；对开、停车频繁的容器应注明每年的开车、停车次数；（4）其它：还应注明容积、材料、腐蚀速率、设计寿命、是否带安全装置、是否保温等。设计条件图： ①一般容器条件图 ②换热器条件图：应注明换热管规格、管长及根数、排列形式、换热面积与程数等； . ③塔器条件图：应注明塔型（浮阀塔、筛板塔或填料塔）、塔板数量及间距、基本风压和地震设计烈度和场地土类别等；

压力容器标准全解

压力容器法规、标准介绍一、压力容器法.规、标准体系我国的特种设备法规体系主要分以下五个层次法律—行政法规—部门规章—安全技术规范—引用标准”。第一层次：法律根据宪法和立法法的规定，由全国人民代表大会及其常委会制定法律。如《安全生产法》、《劳动法》、《产品质量法》、《计量法》、《标准化法》、《行政许可法》等； 2012年8月，十一届全国人大常委会第二十八次会议初次审议了《中华人民共和国特种设备安全法（草案）》。第二层次：行政法规由国家最高行政机关—由国务院制定的行政法规《特种设备安全监察条例》（第373号国务院令）,2003年3月公布，自2003年6月1日起施行。 2009年1月14日《国务院关于修改(特种设备安监察条例)的决定》（第549号国务院令）公布。第三层次：行政规章由国务院各部门制定的部门规章，如：《锅炉压力容器制造监督管理办法》(总局令第22号)自2003年1月1日起施行；《特种设备作业人员监督管理办法》（总局令第140号）自2011年7月1日起施行；第四层次：安全技术规范(规范性文件) 是政府对特种设备的安全性能和相应的设计、制造、安装、改造、维修、使用和检验检测等所作出的一系列规定，是必须强制执行的文件，安全技术规范是特种设备法规标准体系的主体，是在世界经济一体化中各国贸易性保护措施在安全方面的体现形式，其作用是把法律、法规和行政规章的原则规定具体化。 TSG Z0004-2007特种设备制造、安装、改造、维修质量保证体系基本要求 TSG Z0004-2007特种设备制造、安装、改造、维修许可鉴定评审细则 TSG R1001-2008压力容器压力管道设计许可规则 TSG R0004-2009 固定式压力容器安全技术监察规程 TSG R0002-2005 超高压容器安全技术监察规程 TSG R7001-2004 压力容器定期检验规则 TSG R6001-2008压力容器安全管理人员和操作人员考核大纲 TSG R3001-2006压力容器安装改造维修许可规则

浅谈压力容器的两种设计方法

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/0817769063.html, 浅谈压力容器的两种设计方法作者：王艳来源：《价值工程》2010年第15期摘要:本文介绍了压力容器的两种设计方法,指出分析设计方法虽然相对复杂,但较常规设计方法更安全更经济,且随着计算机技术的发展、有限元方法的应用及各种功能软件的使用它将会得到更广泛的应用。 Abstract: This paper introduces two kinds of pressure vessel design methods and points that analysis and design methods are relatively complex and more economical,but safer than the conventional design method,and with the development of computer technology,finite element method and software applications will be more widely used. 关键词:压力容器;常规设计;分析设计 Key words: pressure vessel;conventional design;analysis and design 中图分类号:TH49 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)15-0166-01 压力容器是化工、冶金、轻工、纺织、机械以及航空航天工业中广泛使用的承压设备。尽管各类压力容器设备功能各异、结构复杂程度不一,但一般可将其分解为筒体、封头、法兰、开孔、接管、支座等部件。压力容器及其部件的两种设计方法分别是常规设计和分析设计。常规设计是以弹性设计准则为基础,以壳体的薄膜理论或材料力学方法导出容器及其部件的设计计算公式,这些公式均以显式表达,给出了压力、许用应力、容器主要尺寸之间的关系。它包含了设计三要素:设计方法、设计载荷及许用应力,但这些并不是建立在对容器及其部件进行详尽的应力分析基础之上。如容器筒体,是采用“中径公式”(根据内压与筒壁上均匀分布的薄膜应力整体平衡推导而得),一般情况它仅考虑壁厚中均布的薄膜应力,不考虑其它类型的应力,如对弯曲应力,只有当它特别显著、起主导作用时才予以考虑。实际上,当容器承载以后器壁上会出现多种应力,其中包括由于结构不连续所产生的局部高应力,常规设计对此只是结合经典力学理论和经验公式对压力容器部件设计做一些规定,在结构、选材、制造等方面提出要求,把局部应力粗略地控制在一个安全水平上,在考虑许用应力时选取相对高的安全系数,留有足够的安全裕度。因此,常规设计从本质上讲,可以说是基于经验的设计方法。工程实际中我们用常规设计的观点和方法解决了很多问题,但也有一些问题无法解释,因为常规设计只考虑弹性失效,没有去深究隐含在许用应力值后面的多种失效模式。

完整的压力容器设计储罐液氨

完整的压力容器设计储罐液氨 The following text is amended on 12 November 2020.

1 前言本设计是针对《化工设备机械基础》这门课程所安排的一次课程设计，是对这门课程的一次总结，要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。本设计的液料为液氨，它是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料，应用，分子量，相对密度L，熔点℃，沸点℃，自燃点℃，蒸汽压广泛。分子式NH 3 (25.7℃)。蒸汽与空气混合物爆炸极限16～25%(最易引燃浓度17%)。氨在20℃水中溶解度34%,25℃时,在无水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂。水溶液呈碱性。液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。遇热、明火,难以点燃而危险性较低; 但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,则危险性更高。设计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。

压力容器设计说明书(储罐液氨)

武汉工程大学课程设计题目：液氨储罐设计院系：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：姓名：指导教师：完成日期：2010年12月25日

目录设计任务书 1 前言 (1) 2 设计选材及结构 (2) 2.1 工艺参数的设定 (2) 2.1.1设计压力 (2) 2.1.2筒体的选材及结构 (2) 2.1.3封头的结构及选材 (2) 3 设计计算 (4) 3.1 筒体壁厚计算 (4) 3.2封头壁厚计算 (4) 3.3压力试验 (5) 4 附件的选择 (6) 4.1人孔的选择 (6) 4.2人孔补强的计算 (7) 4.3进出料接管的选择 (9) 4.4液面计的设计 (10) 4.5安全阀的选择 (10) 4.6排污管的选择 (10) 4.7 鞍座的选择 (11) 4.7.1鞍座结构和材料的选取 (11) 4.7.2容器载荷计算 (12) 4.7.3鞍座选取标准 (12) 4.7.4鞍座强度校核 (13) 5 容器焊缝标准 (14) 5.1压力容器焊接结构设计要求 (14) 5.2筒体与椭圆封头的焊接接头 (14) 5.3管法兰与接管的焊接接头 (14) 5.4接管与壳体的焊接接头 (14)

压力容器设计

《过程设备设计基础》教案 4—压力容器设计课程名称：过程设备设计基础专业：过程装备与控制工程任课教师：

第4章压力容器设计本章主要介绍压力容器设计准则、常规设计方法和分析设计方法，重点是常规设计的基本原理和设计方法。 §4-1 概述 4.1概述教学重点:压力容器设计的基本概念、设计要求教学难点：无压力容器发展趋势越来越大型化、高参数、选用高强度材料，本章着重介绍压力容器设计思想、常规设计方法和分析设计方法。什么是压力容器的设计？压力容器设计是指根据给定的工艺设计条件，遵循现行规范标准的规定，在确保安全的前提下，经济正确地选取材料，并进行结构、强（刚）度和密封设计。结构设计--------确定合理、经济的结构形式，满足制造、检验、装配和维修等要求。强（刚）度设计--------- 确定结构尺寸，满足强度、刚度和稳定性要求，以确保容器安全、可靠地运行。密封设计--------选择合适的密封结构和材料保证密封性能良好。 4.1.1设计要求设计的基本要求是安全性和经济性的统一，安全是前提，经济是目标，在充分保证安全的前提下尽可能做到经济，经济性包括材料的节约、经济的制造过程和经济的安装维修。 4.1.2设计文件

压力容器的设计文件包括：设计图样技术条件设计计算书必要时包括设计或安装使用说明书. 分析设计还应提供应力分析报告强度计算书包括： ★设计条件、所用的规范和标准、材料、腐蚀裕量、计算厚度、名义厚度、计算应力等。 ★装设安全泄放装置的压力容器，还应计算压力容器安全泄放量安全阀排量和爆破片泄放面积。 ★当采用计算机软件进行计算时，软件必须经“压力容器标准化技术委员会”评审鉴定，并在国家质量技术监督局认证备案，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。设计图样包括：总图和零部件图总图包括压力容器名称、类别、设计条件；主要受压元件设计材料牌号及材料要求；主要受压元件材料牌号及材料要求；主要特性参数（如容积、换热器换热面积和程数）制造要求；热处理要求；防腐蚀要求；无损检测要求；耐压试验和气密性试验要求；安全附件的规格；压力容器铭牌位置；包装、运输、现场组焊和安装要求；以及其他特殊要求。 4.1.3设计条件设计条件可用设计条件图表示(设计任务所提供的原始数据和工艺要求) 设计条件图包含设计要求、简图、接管表等简图------- 示意性的画出容器本体、主要内件部分结构尺寸、接管位置、支座形式及其他需要表达的内容。设计要求-------工作介质、压力和温度、操作方式与要求和其他。为便于填写，设计条件图又分为一般设计条件图换热器条件图：应注明换热管规格、管长及根数、排列形式、换热面积与程数等塔器条件图：应注明塔型、塔板数量及间距、基本风压和地震设计烈度和场地土类别搅拌容器条件图：应注明搅拌器形式及转向、轴功率等。

压力容器讲解

GB150-1998《钢制压力容器》讲解一、概述 1 、标准适用的压力范围 GB150- 1998《钢制压力容器》设计压力P: 0.1?35 MPa ;真空度：》0.02 MPa JB4732- 95《钢制压力容器-分析设计标准》设计压力P：0.1 ?100 MPa 真空度：> 0.02 MPa JB／T4735- 1997《钢制焊接常压容器》设计压力P：圆筒形容器：-0.02 MPa< P< 0.1 MPa 立式圆筒形储罐、圆筒形料仓-500Pa< P< 0.2000 Pa 矩形容器：连通大气 JB4710-2000 《钢制塔式容器》设计压力P：0.1 ?35MPa （对工作压力<0.1MPa内压塔器,P取0.1MPa）高度范围h>10m 且h/D（直径）>5 2. 设计时应考虑的载荷 1）内压、外压或最大压差; 2) 液体静压力（> 5%P）

需要时，还应考虑以下载荷 3)容器的自重(内件和填料)，以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷； 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、地震力、雪载荷； 6)支座、座底圈、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)温度梯度或热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, 如流体冲击引起的反力等； 11)运输或吊装时的作用力。 3、设计单位的职责 1)设计单位应对设计文件的正确性和完整性负责。 2)压力容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。 3)压力容器的设计总图应盖有压力容器设计资格印章。 4．容器范围 GB150管辖的容器范围是指壳体及其连为整体的受压零部件 1) 容器与外部管道连接 2)接管、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件 3)非受压元件与受压元件的焊接接头。接头以外的元件，如加强圈、支座、裙座

压力容器设计说明书(储罐液氨)液态二氧化碳储罐设计

焊接结构课程设计任务书

目录第一章．设计选材及结构 (3) 1.设计压力 (3) 2.筒体的选材及结构 (3) 3.封头的结构及选材 (3) 第二章．设计计算 (4) 1. 筒体壁厚及长度计算 (4) 2．封头壁厚计算 (5) 3.压力试验 (5) 第三章．人孔补强设计方法判别 (6) 第四章．接管、法兰、垫片和螺栓的选择 (7) 第五章．鞍座选型和结构设计 (10) 第六章．容器焊缝标准 (12) 第七章．筒体和封头的校核 (12) 1. 筒体轴向应力校核 (15) （1）由弯矩引起的轴向应力 (14) （2）设计压力引起的轴向应力 (14) （3）轴向应力组合与校核 (14) 2.筒体和封头切向应力校核 (15) 第八章．焊缝接头的布置 (15) 第九章．外层绝热材料 (16) 7 总结 ................................................. 错误！未定义书签。参考文献 . (19)

第一章．设计选材及结构 1.设计压力设计压力：2.16 MPa 的压力合适。0.6MP p 10a a MP ≤<属于中压容器[5]。设计温度：为-40℃～40℃条件下工作属于低温容器。 2.筒体的选材及结构 16MnDR 3.封头的结构及选材筒体的公称直径Di 有标准选择，而它的长度L 可以根据容积要求来决定。设计L/D=4 V ＝123 m 公式计算出Di ＝1.589mm 圆整后Di ＝1600mm 采用EHA 椭圆形封头表2.1 椭圆封头标准公称直径 DN/mm 总熔深H/mm 容积V/3 m 质量Kg 1600 425 0.5864 323.4 封头取与筒体相同材料。 %) 51(m 124 32+＝πL Di

压力容器应力分析设计方法的进展和评述优选稿

压力容器应力分析设计方法的进展和评述集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-

压力容器应力分析设计方法的进展和评述压力容器的使用范围非常的广泛，在此基础上，我们一定更加重视其使用的效果。其中，压力容器应力分析是重要的工作，所以，讨论压力容器应力分析设计工作很有必要。压力容器概述 1.1.概念所谓的压力容器是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。贮运容器、反应容器、换热器和分离器均属压力容器。 1.2.用途压力容器的用途十分广泛。它是在石油化工学、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完全不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。

分析设计方法在ASME老版中分析设计方法的全称是“以应力分析方法为基础的设计”,简称“应力分析设计”,再简称为“分析设计”。它的特点是: 2.1.要求对压力容器及其部件进行详细的弹性应力分析。可以采用理论分析、数值计算或试验测定来进行弹性应力分析。 2.2.强度校核时采用塑性失效准则。包括用极限载荷控制一次应力,以防止整体塑性垮塌失效。用安定载荷控制一次加二次应力以及用疲劳寿命控制最大总应力,以防止循环失效等。 2.3.根据塑性失效准则对弹性应力进行分类。 2.4.根据等安全裕度原则确定危险性不同的各类应力的许用极限值。综合起来可以说,“应力分析设计”是一种以弹性应力分析和塑性失效准则为基础的应力分类设计方法。近年来被简称为“应力分类法”。早期(老版中)的“分析设计”只包含这一种方法。随着先进的力学分析方法和手段的不断成熟(即其有效性和可靠性达到实际工程应用的水平),ASME 新版和欧盟标准都及时地扩充了“分析设计”采用的方法,同时对“分析设计”的含义也有所调整。最突出的表现为:

压力容器设计必须掌握的知识问答

第一章法规与标准 1--1压力容器设计必须哪些主要法规和规程？答：1.《特种设备安全监察条例》国务院 2003.6.1 2.《压力容器安全技术监察规程》质检局 2000.1.1 3.《压力容器、压力管道设计单位资格许可与管理规则》质检局 2003.1.1 4.《锅炉压力容器制造监督管理办法》质检局 2003.1.1 5.GB150《钢制压力容器》 6.JB4732《钢制压力容器-分析设计标准》 7.JB/T4735《钢制焊接常压容器》 8.GB151《管壳式换热器》。 1—2 压力容器设计单位的职责是什么？答：1.应对设计文件的准确性和完整性负责。 2.容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。 3.容器设计总图应盖有压力容器设计单位批准书标志。 1—3 GB150-1998《钢制压力容器》的适用和不适用范围是什么？答：适用范围： 1.设计压力不大于35Mpa的钢制压力容器。 2.设计温度范围根据钢材允需的使用温度确定。不适用范围： 1.直接火焰加热的容器。 2.核能装置中的容器。 3.经常搬运的容器。 4.诸如泵、压缩机、涡轮机或液压缸等旋转式或往复式机械设备中自成整体或作为组成部件的受压容器。 5.设计压力低于0.1Mpa的容器。 6.真空度低于0.02Mpa的容器。 7.内直径小于150mm的容器。 8.要求做疲劳分析的容器。 9.已有其它行业标准管辖的压力容器，如制冷、制糖、造纸、饮料等行业中的某些专用压力容器和搪玻璃容器。 1—4 《压力容器安全技术监察规程》的适用与不适用范围是什么？答：使用范围：（同时具备以下条件） 1.最高工件压力（P W）大于等于0.1Mpa（不含液体压力）的容器。 2.内直径（非圆形截面指断面最大尺寸）大于0.15m,且容积V大于等于0.25m3的容器； 3.盛装介质为气体、液化气体、或最高工作温度高于等于标准沸点的液体的容器。不适用范围： 1.超高压容器。 2.各类气瓶。 3.非金属材料制造的压力容器。 4.核压力容器、船舶和铁路机车上的附属压力容器、国防或军事装备用的压力容器、锅炉安全技术监察适用范围内的直接受火焰加热的设备（如烟道式余热锅炉等）。 5.正常运行最高工件压力小于0.1Mpa的压力容器（包括在进料或出料过程中需瞬时承受压力大于等于0.1Mpa的压力容器，不包括消毒、冷却等工艺过程中需要短时承受压力大于等于 0.1 Mpa的压力容器）。 6.机器上非独立的承压部件（如压缩机、发电机、泵、柴油机的承压壳或气缸，但不含造纸、纺织机械的烘缸、压缩机的辅助压力容器）。 7.无壳体的套管换热器、波纹管换热器、空冷换热器、冷却排管。