压力容器设计基础
压力容器设计基础
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
GB151－1999《管壳式换热器》设计压力P：0.1～35 MPa
真空度：≥0.02 MPa
公称压力PN≤35 MPa，公称直径DN≤2600mm
PN?DN≤1.75×104
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
GB12337－1998《钢制球形储罐》设计压力P≤4MPa,公称容积V≥50M3 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、
裙座等
4)连接在容器上的仪表等附件。直接连接在容器上的超压泄放装置。
5.定义
(1)压力除注明者外，压力均为表压力。
工作压力Pw
1)内压容器在正常工作情况下，容器顶部可能出现的最高压力。
2)真空容器在正常工作情况下，容器可能出现的最大真空度。
3)外压容器在正常工作情况下，容器可能出现的最大内外压力差。
设计压力Pd
设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷的条件，其值不低于工作压力。
计算压力Pc
计算压力指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当壳体各部位或元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。
最大允许工作压力[Pw]
在指定温度下，压力容器安装后顶部所允许的最大工作压力。该压力应是按容器各受压元件的有效厚度减去除压力外的其他载荷所需厚度后，计算得到的最大允许工作压力（且减去元件相应的液柱静压力）中的最小值。
最大允许工作压力可作为确定保护容器的安全泄放装置动作压力（安全阀开启压力或爆破片设计爆破压力）的依据。
安全阀的开启压力Pz
安全阀阀瓣开始离开阀座，介质呈连续排出状态时，在安全阀进口测得的压力。
爆破片的标定爆破压力Pb
爆破片铭牌上标的爆破压力。
(2)温度
金属温度容器元件沿截面厚度的温度平均值。
工作温度容器在正常工作情况下介质温度。
最高、最低工作温度
容器在正常工作情况下可能出现介质的最高、最低温度。
设计温度
容器在正常工作情况，在相应的设计压力下，设定的元件的金属温度。容器的设计温度是指壳体的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。
试验温度试验温度指压力试验时，壳体的金属温度。
(3)厚度
最小厚度δmin
容器壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度。
计算厚度δ按各章公式计算得到的厚度
容器受压元件为满足强度及稳定性要求，按相应公式计算得到的不包括厚度附加量的厚度。
厚度附加量C=C1+C2
设计容器受压元件时所必须考虑的附加厚度，包括钢板（或钢管）厚
度附加量的厚度。
设计厚度δd
计算厚度与腐蚀裕量之和
名义厚度（即图样厚度）δn
设计厚度加上钢材厚度负偏差后，向上圆整至钢材（钢板或钢管）标准规格的厚度。
有效厚度δe
名义厚度减去厚度附加量（腐蚀裕量与钢材厚度负偏差之和）。二.材料
(一)选材的基本原则
选择压力容器用材，须根据容器的使用条件（如温度、压力、介质腐蚀性、介质对材料的脆化作用及其是否易燃、易爆、有毒等）、制造工艺、材料的焊接性能及经济合理性选择具有适宜的机械性能、耐腐蚀性能、物理性能等的材料。注意在同一工程中应尽量注意用材统一,具体的选材过程中必须仔细考虑如下因素：
（二）材料的基本性能
1．机械性能
金属的机械性能是指金属材料在外力作用下表现出来的特性，如强度、弹性、硬度、韧性及塑性等。也可称为“力学性能”。金属材料就是用其在为同受力条件下所表现出来的不同特性指标，来衡量金属材料的机械性能。
（1）机械强度强度是材料抵抗外力作用不致破坏的性能特性。常用
的特性指标有屈服极限（ζt s）和强度极限（ζb）。数值由拉伸试验获得。高温时还要考虑蠕变极限（ζt n）和持久极限（ζt D）。
压力容器用材要求材料不仅具有高的屈服极限，而且具有一定的屈强比（ζs/ζb）。屈强比反映了材料承受外载能力的能力,屈强比愈小，结构零件的可靠性愈高，万一超载，由于塑性变形的产生而使金属材料的强度提高而不致立刻破坏。压力容器用材的屈强比一般为0.6~0.7。碳素钢的屈强比一般为0.6左右，低合金高强度钢为0.65~0.75，合金结构钢为0.85
(2)塑性材料的塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。材料的塑性是用延伸率（δ）及断面收缩率（ψ）来表示。它们的数值由拉伸试验获得。
一般情况下，塑性材料的延伸率和断面收缩率较大，而脆性材料则较小。金属材料的塑性指标在压力容器设计具有重要的意义。首先，塑性良好的材料可以顺利地进行某些成型工艺，如冷冲压、冷弯曲等。其次，良好的塑性使零件在使用时万一超载，也能由于塑性变形使用权材料强度提高而避免突然袭击断裂。压力容器的主要零部件都是承压的，无论从制造工艺的要求不是从使用安全的要求，都希望金属材料具有良好的塑性。一般碳
钢、碳锰钢δ≥16%,其它合金钢δ≥14%。
（3）硬度所谓硬度是指金属材料抵抗压入物压陷能力的大小，也可以说是材料对局部塑性的抗力。硬度可采用不同的方法在不同的仪器上测定，其所得的硬度指标也各不相同。最常用的硬度指标为布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）、和维氏硬度（HV），其数值可以互相换算。
硬度是金属材料的重要性能之一。一般情况下，材料的硬度高，其耐磨性也较好。材料的硬度与强度之间也有一定的关系（因为硬度是反映材料局部塑性变形的抗力），根据经验，硬度与抗拉强度有如下近似关系：轧制、正火或退火的低碳钢ζb =0.36HB;
轧制、正火或退火的中碳钢ζb =0.35HB;
硬度HB≤250经热处理的合金钢ζb =0.34HB;
硬度HB250~400，经热处理的合金钢ζb =0.33HB;
由于测定硬度方便，在生产中常用测定硬度的方法来估算钢材的强度。对焊接接头，也常用测定热影响区硬度的方法来确定其淬硬程度。
换热管与管板的连接采用胀接时，换热管材料的硬度值一般须低于管板材料的硬度值。
螺栓和螺母匹配使用，一般螺栓材料的硬度值须高于螺母３０HB。
（4）韧性韧性是指材料抵抗冲击载荷的性能指标, 材料韧性用冲击功A KV来衡量,冲击功A KV是指材料受到冲击负荷的作用下，产生断裂时所消耗能量大小的特性，即冲击试样所消耗的功，其单位为J。
由于冲击功A KV是金属材料各项机械性能标中对材料的化学成分、冶金质量、组织状态及内部缺陷等比较敏感的一个质量指标，而且也是衡量材
料脆性转变和断裂特性的重要指标，所以对压力容器用钢来说，尤其是低温压力容器冲击功是一项重要的性能指标。
（5）温度对材料机械性能的影响
材料的屈服极限、强度极限和弹性模量随温度的升高而降低。如果设备的操作温度较高，则必须选用在相应温度下能保持其强度指标的材料。
如果材料在高温下承受高的应力，则材料的抗蠕变性能是关键性的。材料蠕变极限指在某一温度下受恒定载荷作用时，在规定的持续时间内(10万小时)产生1%的变形时的应力;持久极限是材料在某一温度下受恒定载荷作用时，在规定的持续时间内(10万小时)引起断裂时的应力．在实际试验中，常常用较短时间的试验结果来外推长时间的性能，但一般限制外推时间不得大于试验时间的10倍。持久强度是高温元件设计选材的重要依据，是GB150中确定许用应力的强度指标之一．
低温情况下，通常塑性金属材料往往以脆性方式破坏。引起钢制焊接压力容器脆性破坏的因素非常复杂。它取决于材料的晶格结构，板材的厚度，加工后的残余应力、结构缺陷以及材料的使用温度。
目前各国标准规范均以夏比v型缺口冲击试验来检验材料对脆性破坏的敏感性。
2．耐腐蚀性能
耐腐蚀性能是金属材料抵抗介质腐蚀的能力。压力容器中处理的介质大多数具有腐蚀性的，在设计中必须根据操作介质来选择耐腐蚀材料。
引起材料腐蚀的因素多种多样，工程中常将常见的腐蚀情况分为：均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、氢脆、磨蚀等。
（1）均匀腐蚀
均匀腐蚀是在整个金属表面均匀地发生腐蚀，这种腐蚀相对其它形式的腐蚀其危害最小。GB150中C2只考虑均匀腐蚀 C2=KB
其中B—设计寿命(年) K—腐蚀速率(mm/ 年 )一般分为
不腐蚀轻微腐蚀腐蚀重腐蚀
B mm/年 <0.05 0.05~0.13 0.13~0.25 ≥0.25
C2 mm 0 ≥1 ≥2 ≥3 （2）应力腐蚀
应力腐蚀是指金属在持久拉应力和腐蚀性环境联合作用下产生腐蚀
裂纹,并使裂纹迅速扩展,从而可能出现的早期性破坏的腐蚀形式.
几种常见的应力腐蚀环境:
a.碳钢及低合金钢焊制化工容器对介质NaOH的应力腐蚀与介质浓度、
温度有关。当NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积大于等于5%时，也应根据NaOH溶液的浓度符合该要求。NaOH溶液浓度小于等于1%或NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积小于5%时，不受此限制。
NaOH溶液
当超过以上范围的碳钢、低合金钢材料需焊后进行消除应力热处理。
b.湿H2S应力腐蚀
介质同时符合下列条件时，即为湿H2S应力腐蚀环境：
①温度小于等于（60+2P）℃；
P为压力，MPa
②H2S分压大于等于0.00035MPa即相当于常温在水中H2S溶解度大于等于10p.p.m；
③介质中含有液相水或处于水的露点温度以下；
④PH＜9或有氰化物(HCN)存在。
C.液氨应力腐蚀环境
当容器接触的液氨介质同时符合下列各项条件时，即为液氨应力腐蚀环境：
①介质为液态氨，含水量不高（≤0.2%）,且有可能受空气(O2或CO2)
污染的场合；
②使用温度高于－5℃。
对于应力腐蚀环境的容器除进行焊后消除应力热处理，在焊接要求、
焊接接头硬度等方面都要提出具体要求。
奥氏体不锈钢材料在氯化物溶液、高温水、高浓度NaOH等介质往往产生应力腐蚀。
（3）氢腐蚀环境
氢在常温常压下不会对铁碳合金引起氢蚀，当温度在200℃~300℃发生“氢脆”，金属在高温下与氢反应生成甲烷，甲烷气在晶界空隙内引起裂纹，使材料的塑性降低，引起这种腐蚀有合成氨、合成甲醇、石油加氢等工业生产，
设计温度大于等于200℃与氢气氛相接触的压力容器用钢应按纳尔逊曲线选材，并应留有20℃以上的温度安全裕度。满足于曲线的碳素钢和珠光体耐热钢在氢气氛中使用须经过焊后消除应力热处理。
奥氏体不锈钢在氢分压范围的氢气中使用都是满意的，焊后也无必要进行消除应力热处理。
（4）晶间腐蚀
可能引起晶间腐蚀环境必须是存在电解质的电化学腐蚀环境，奥氏体不锈钢晶间腐蚀的电解质主要是酸性介质。如：工业醋酸、甲酸、硝酸、草酸、盐酸、硫酸、磷酸等。
防晶间腐蚀的措施：1）固熔化处理2）降低钢中碳含量3）添加稳定碳化物的元素（Nb. Ti. Ni）
3．材料的物理性能
材料的主要物理性能包括：密度ρ、导热系数λ、比热c、熔点t m、线膨胀系数α等。在不同的使用场合，对材料的物理性能有不同的要求，
如用于传热表面的材料要求有较高的导热系数。
4．制造工艺性能
材料的工艺性能，选择不合适，会造成加工困难。压力容器应考虑的制造工艺性能有焊接性、锻造性、切削加工性、热处理性及冲压性等。对压力容器来说重要的是材料的焊接性,一般控制材料的含碳量小于0.25%。材料的含碳量越高，热影响区的硬化与脆化倾向越大，在焊接应力作用下容易产生裂纹。
奥氏体不锈钢的使用温度高于525℃时，钢中含碳量应不小于0.04%。因为奥氏体不锈钢的使用温度500~550℃时，钢中含碳量太低，强度和抗氧化性会显著下降。
（三）压力容器用钢
1．钢板
（1）碳钢
压力容器常用的是碳素结构钢，包括普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。
a.普通碳素结构钢
普通碳素结构钢的技术要求，按《碳素结构钢》规定。质量分A、B、C、D四级，以脱氧方法不同又分沸腾钢、半镇静钢、镇静钢。
镇静钢，是钢液在浇注前经过完全脱氧，凝固时不沸腾，故称镇静钢。这种钢锭内无气泡，钢材质量较高。钢牌号由代表屈服强度的字母，屈服强度值，质量等级符号等部分组成，如：
Q215-A Q215-B Q235-A Q235-B Q235-C Q235-D Q255-A 255-B
钢板使用范围
沸腾钢，是在钢的冶炼过程中加入弱脱氧剂（锰铁）脱氧，因此在钢液中还保留相当数量的FeO，在浇注与凝固时，由于碳和FeO反应，钢液中不断析出CO，产生沸腾，故称为沸腾钢，如牌号Q235-A·F 这种钢锭成材率高，但在钢锭内有许多小气泡（该气泡在锻轧时能排除），且偏析较严重，因此，不能确保容器安全运行，避免和减少事故的发生，在各国压力容器设计规范中都对其使用加以限制。
半镇静钢介于沸腾钢与镇静钢之间，用“b”来代替“F”。
b.优质碳素结构钢
优质碳素结构钢与普通碳素结构钢相比：硫、磷含量较少，机械强度较高。按GB699-88《优质碳素结构技术条件》规定。
压力容器用钢与锅炉用钢类同，首先要求保证足够的强度，还要有足够的塑性，质地均匀等。因此，必须用杂质和有害气体容量较低的碳镇静钢。对于专业用钢符号，只需在优质碳素钢后面加字母“R”、“g”，如：20R、20g。
(2)低合金钢
低合金钢是指钢中合金元素总含量在2~5%以下的钢种，与一般碳素钢相比，它的机械性能提高了，耐热性、耐腐蚀性、耐磨性都有所提高。因
此，它在压力容器制造业中得到广泛的应用。
压力容器用低合金高强度的钢的屈服强度范围为294~696MPa。
a.低合金钢中最常用的有：16MnR，它不仅硫、磷含量控制较严，更重要的是要求保证足够的冲击韧性，在钢材验收方面也比较严格。因此其使用压力不受限制。使用温度下限可达-20℃，是目前应用极广的好材料。
b.中温抗氢钢
氢在常温压下不会对铁碳合金引起显著的腐蚀，但当温度为200~300℃，压力高于30MPa则将产生极强的腐蚀作用，发生所谓“氢脆”现象。这种腐蚀常常是合成氢、合成甲醇、石油加氢等工业中设备破坏的主要原因。它们都在高温高压氢的环境中工作，会发生氢腐蚀破坏，氢渗入钢中与钢中渗碳体发生反应生成甲烷，使渗碳体脱碳变为铁素体。甲烷气集积于晶界的微空隙内，形成局部高度应力集中而引起裂纹甚至鼓泡，渗碳体还原为铁素体时体积缩小约7%，由此产生组织间的应力，更促进裂纹发展，这时裂纹的扩展又给氢与碳的结合提供了条件，使钢完全脱碳而产生裂纹，这就是氢腐蚀的实质。它既可能发生在金属表面也可发生在金属内部。因此，它是一种十分危险的晶间型破坏。
防止氢腐蚀的途径有:
一是降低降低钢中碳的含量，例如采用微碳纯铁，可以完全消除氢腐蚀产生的根源；二是采用抗氢钢，在钢中加入钼、铬、钨、铌、钛等元素，形成稳定的铬、钼等碳化物，使氢与碳不能结合。我国生产的中温抗氢钢有：15CrMoR、14Cr1MoR等。
c.低温用钢
压力容器的破坏通常都有是由于内压产生的机械应力达到容器材料的强度极限而发生的。但是，当温度降低到某一范围后，容器壁内的应力在没有达到屈服限，甚至低于许用应力的情况下也会发生破坏。相同的材料，相同规格的容器温度愈低，容器的爆破压力也愈低。这种现象称为低应力脆性破坏。
产生容器低应力破坏的主要原因之一是由于钢材在低温下的冲击功值明显下降，因此，低温用钢的质量在很大程度上取决于在使用温度下冲击功的大小。
低温容器受压元件用钢必须是镇静钢，碳素钢和低合金钢板使用温度低于或等于-20℃时，其使用状态及最低冲击试验温度应符合GB150中4.2.8节表4-2的要求。
在低温容器中的受压元件均必须进行低温夏比（V型缺口）冲击试验，钢材应按批进行冲击试验复验。??
(3)高合金钢
高合金钢的合金元素总含量大于10%，其中奥氏体不锈钢在常温和低温下有很高的塑性和韧性，不具磁性。由于这种钢是单相的奥氏体组织，在许多介质中有很高的耐蚀性。其中铬是不锈耐酸钢抗氧化性耐蚀性的基本元素，合金中含碳量的增加将降低耐蚀性能，所以该含碳量0.08~`0.12%左右为高碳级不锈钢，钢号前以“1”表示。含碳量0.03 奥氏体铬镍不锈钢压力容器在加工和使用过程中，在400~450℃下重复 加热，并且持续时间较长时，就会产生晶间腐蚀而破坏。通常把上述温度称为危险温度。因此，在不锈钢焊接过程中，其焊缝热影响区产生晶间腐蚀危险特别大，这是由于在焊接后的冷却过程中，要通过危险温度的缘故。为此在不锈钢件焊接时，要求各连接件同时达到熔点。这对等厚板容易保证，而当两连接件相差较多时，就要注意将厚板削薄；容器壳体上的纵焊缝不允许与环焊缝十字交叉，必须将两条焊缝拉开一段距离该距离应大于名义厚度的三倍，且不小于100mm。 不锈钢的导热系数λ是碳钢的1/3~1/4，而它的线膨胀系数α却是碳钢的1.5倍。因此，在焊接时必须注意，否则会引起很大的残余应力。 压力容器常用的此类板材的钢号有：OCr18Ni9、OCr18Ni10Ti、OCr17Ni12Mo2； 2.钢管 选用钢管应根据容器的具体设计条件，尽量选用和容器相匹配的材料，和容器一样注意碳素钢、碳锰钢在高于425℃温度下长期使用，钢中碳化物相的石墨化倾向，奥氏体不锈钢在特定条件下的晶间腐蚀倾向对于较高压力的接管或以增加壁厚作为开孔补强时，根据需要选用标准中壁厚较大的无缝钢管。 换热管用钢管使用还应符合GB151的规定。 3.锻件 锻件按使用要求分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别，每个级别的检验要求及指标要求按JB4726~4728-94规定。用作圆筒和封头的筒形和碗形锻件及公称厚度大于300mm的低合金钢锻件应选用Ⅲ级或Ⅳ级。 a)筒形锻件（L>D）,t为公称厚度 b)环形锻件（L≤D）,L和t中的小者为公称厚度 c)饼形锻件（t≤D）,t为公称厚度 d)碗形锻件（H≤D），t1和t2中的小者为公称厚度 e)长颈法兰锻件（H≤D）t1和t2中的小者为公称厚度 f)条形锻件（L>D）,D为公称厚度 锻件的级别由设计单位确定，并应在图样上注明，如16MnRⅡ。 4．紧固件 紧固件的使用温度范围应符合GB150表4-10,螺栓的硬度应比螺母稍高（HB30），可通过选用不同钢材或不同热处理而获得。 表紧固件的使用温度范围 5.焊接材料 钢制压力容器的溶化焊接方法有手工电弧焊、埋弧自动焊、等离子弧焊、气体保护焊和电渣焊。焊接方法在条件允许的条件下首先选用自动焊。 手工焊焊条是由焊条芯和药皮两部分组成。焊条芯起导电和填充焊缝金属的作用，它的化学成分和非金属夹杂物的多少将直接影响焊缝质量。药皮则用于保证焊接顺利进行并使焊缝。 一定的化学成分和机械性能，是决定焊缝金属质量的主要因素之一。焊条药皮类型较多，但大致可分为酸性焊条和碱性焊条两大类。药皮中不采用强碱性氧化物而熔渣中含有较多强酸性氧化物的钛型、钛钙型、钛铁 矿型、氧化铁型以及锰型等类焊条称为酸性焊条。而不含铁或锰等氧化物的低氢型焊条称为碱性焊条。采用碱性焊条焊接时，大理石分解成CaO和大量的二氧化碳作为保护气体，与酸性焊条相比较，保护气体中氢很少，因此又称为低氢焊条。酸性焊条由于氧化性强，对合金元素损量大，脱氢、脱硫、脱磷能力弱，故其焊缝的综合机械性能较差，尤其塑性、韧性低，抗裂性差；但对铁锈、油污的敏感性小，不易产生气孔。碱性焊条则与此正相反，故对焊接二类、三类容器不宜用酸性焊条，应选用低氢碱性焊条。对焊后需热处理的容器还要求焊条含钒量不得大于0.05%。 焊材选用 相同钢号相焊，碳素钢、碳锰低合金钢的焊缝金属应保证力学性能，且不应超过母材标准规定的抗拉强度的上限。高合金钢的焊缝金属应保证力学和耐腐蚀性能。 不同钢号相焊，碳素钢、低合金钢的焊缝金属应保证力学，一般采用与强度级别较低的母材相匹配的焊接材料。碳素钢、低合金钢与奥氏体高合金钢的焊缝金属应保证抗裂性能和力学性能，一般采用铬镍含量较奥氏体高合金钢母材高的焊接材料。 三．内压圆筒体和内压球壳 1、失效准则 容器从承载到载荷的不断加大最后破坏经历弹性变形、塑性变形、 爆破，因此容器强度失效准则的三种观点： 弹性失效 弹性失效准则认为壳体内壁产生屈服即达到材料屈服限时该壳体即失 效，将应力限制在弹性范围，按照强度理论把筒体限制在弹性变形阶段。认为圆筒内壁面出现屈服时即为承载的最大极限。 塑性失效 它将容器的应力限制在塑性范围，认为圆筒内壁面出现屈服而外层金属仍处于弹性状态时，并不会导致容器发生破坏，只有当容器内外壁面全屈服时才为承载的最大极限。 爆破失效 它认为容器由韧性钢材制成，有明显的应变硬化现象，即便是容器整体屈服后仍有一定承载潜力，只有达到爆破时才是容器承载的最大极限。 2、弹性实效准则下的四个强度理论 第一强度理论（最大主应力理论） 认为材料的三个主应力中只要最大的拉应力ζ1达到了极限应力，材料就发生破坏。 强度条件： ζ1≤[ζ] t 第二强度理论（最大变形理论） 认为材料的最大的应变达到了极限状态，材料就发生破坏。 ε max ≤[ε] 第三强度理论（最大剪应力理论） 材料的最大剪应力ηmax 达到了极限应力，材料就发生破坏。 η max =2 1(ζ1-ζ3) ≤2 1 [ζ] t 第四强度理论（剪切变形能理论） 材料变形时，即内部变形能量达到材料的极限值时，材料破坏。 ζe =√2 1 [(ζ1-ζ3)2+(ζ1-ζ3)2+(ζ1-ζ3)2] ≤[ζ] t 3、应力计算 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 压力容器设计基础 压力容器设计基础 一、基本概念 压力容器的设计，就是根据给定的性能要求、工艺参数和操作条件，确定容器的结构型式，选择合适的材料，计算容器主要受压元件的尺寸，最后给出容器及其零部件的图纸，并提出相应的技术条件。正确完整的设计应达到保证完成工艺生产。正确完整的设计应达到保证完成工艺生产，运行安全可靠，保证使用寿命、制造、检验、安装、操作及维修方便易行，经济合理等要求。压力容器设计中的关键问题是力学问题，即强度、刚度及稳定性问题。在本节中，主要讨论压力容器设计中的有关强度问题。 所谓强度，就是结构在外载荷作用下，会不会因应力过大而发生破裂或由于过度性变形而丧失其功用。具体来讲，就是在外载荷作用下，容器结构内产生的应力不大于材料的许用 应力值，即： ζ≤K〔ζ〕t （1） 这个式子就是强度问题的基本表达式。压力容器的设计计算就是围绕这一关系式而进行 的。 公式（1）中的左端项是结构内的应力，它是人们最为关心的问题。求解结构的应力状态，它们的大小，是一个十分复杂的问题，常用的方法有解法（如弹性力学法、弹型性分析法等）、试验法（如电阻应变计测量法、光弹法、云纹法等）及数值解法（如有限元法、边界元法等）。应用这些方法可以精确或近似地求出结构的应力，然而，每一种结构的应力都有其特殊性，目前可求解的只是问题的绝大部分，仍有许多复杂结构的应力分析有等人们进一步探讨。求出结构内任一点的应力后，所遇到的问题就是怎样处理这些应力。一点的应力状态最多可含有6个应力分量，哪个应力起主要作用，这些应力对失效起什么作用，对它们如何控制才不致发生破坏，解决这一问题，就要选择相应的强度理论计算当量应力，以便与单向拉伸试验得到的许用应力相比较，将应力控制在许可的范围内。 公式（1）中的右端项是强度控制指标，即材料的许用应力。它涉及到材料强度指标（如抗拉强度ζb、屈服强度ζs 等）的确定及安全系数的选用等问题。当采用常规设计法，且只考虑静载问题时，系数K=1.0；如果考虑动载荷，或采用应力分析设计法，K≥1.0，此时 设计计算将更加复杂。 把强度理论（公式(1)）具体应用到压力容器专业，就称这为压力容器的强度理论，它又增加了一些具体的规定和特殊要求，由此产生了一系列容器的设计规定和标准等。 1、强度理论及其应用 在对结构进行强度分析时，要对危险点处于复杂应力状态的构件进行强度计算，首先要知道是什么因素使材料发生某一类型破坏的。长期以来，人们根据对材料破坏现象的分析，提出了各种各样的假说，认为材料的某一类型破坏现象是由哪些因素所引起的，这种假说通常就称为强度理论。一种类型的破坏是脆性断裂破坏，第Ⅰ、Ⅱ强度理论依据于它；一种类型的破坏是型性流动破坏，第Ⅲ、Ⅳ强度理论以此为依据。 建立强度理论的目的就是要找出一种材料处于复杂应力状态下强度条件，即使是什么样的条件材料不会破坏失效。根据不同的强度理论可以得到复杂应力状况下三个元应力的某种组合，这种组合应力ζxd和轴向拉伸时的单向拉应力在安全程度上是相当的，具有可比性，可以与单向屈服应力相比较而得出强度条件，因此，通常称ζxd为相当应力或当量应力。 低温压力容器 目前我国没有专门的低温压力容器标准，JB4732都不划分低温与常温的温度界限。 ★低温管壳式换热器见GB151-1999附录A ★低温压力容器见GB150.3-2011附录E(老版150为附录C) ●为什么低温压力容器需要关注： 温度低，材料的韧性降低，会产生低温脆性破坏，而低温脆性破坏前应力远未到达材料的屈服极限（或许用应力），破坏时没有明显的征兆，所以低温压力容器的设计、选材、制造和检验等各个环节要求都有不同程度的提高。 ●低温压力容器的定义 设计温度为＜－20℃(新标准GB150-2011第3.1.15条定义，老标准为≤－20℃)的碳素钢、低合金钢、双相不锈钢和铁素体不锈钢制容器，以及设计温度低于-196℃的奥氏体不锈钢制容器。 相关两个定义 ●最低设计金属温度（MDMT） GB150.1-2011第4.3.4d条：在确定最低设计金属温度时，应 当充分考虑在运行过程中，大气环境低温条件对容器金属温度的影响。大气环境低温条件系指历年来月平均最低气温（指当月各天的最低气温值之和除以当月天数）的最低值。 ●低温低应力工况 GB150.3-2011附录E第E1.4条：低温低应力工况系指壳体或其受压元件的设计温度虽然低于-20℃，但设计应力（在该设计条件下，容器元件实际承受的最大一次总体薄膜和弯曲应力）小于或等于钢材标准常温屈服强度的1/6，且不大于50Mpa时的工况。（注：一次应力为平衡压力与其他机械载荷所必须的法向应力或且应力） 这个定义与老标准有差别，设计应力与环向应力的区别，用设计应力更严谨。 新标准明确了在进行容器的“低温低应力工况”判定时，除了对壳体元件进行一次总体薄膜应力的核定外，还应对承受一次弯曲应力的容器元件进行考查，如平封头、管板、法兰等。 ●关于低温低应力工况下，选材按照设计温度加50℃（或者，加40℃）的规定 GB150.3-2011附录E第E2.2条：当壳体或受压元件使用在“低温低应力工况”下，可以按设计温度加50℃（对于不要求焊后热处理的设备，加40℃）后的温度值选择材料，但不适用于： 压力容器各级设计人员岗位职责 1、设计人员 1.1 按设计任务书和设计条件图要求，负责所承担产品图样的设计和设计文 件的编写，对设计质量负责。 1.2 正确贯彻压力容器有关规程、标准等技术规范，遵守压力容器设计的各 种规章制度。 1.3 正确应用压力容器设计的基础资料、数据、计算方法、计算公式，做好 受压元件的计算和应力分析。 1.4 属初次设计技术难度较大的压力容器，应提出包括容器的主要结构、材 质选用、技术要求等设计方案，并与校审人员研究确定后进行施工图设 计。 1.5 在设计图样和技术文件中，做到制图比例适当，视图投影正确、图面清 晰，尺寸、数字、符号、图例准确、文字叙述切题、通顺、字迹端正。 1.6 设计图样和技术文件全部完成后，在送校前，应全面自校，并负责对校 核和审核中提出的意见进行设计文件的修改，以及打印底图和打印文件 的复核。 1.7 按规定签署设计图样和技术文件，做好整理和归档工作。 1.8 认真处理制造、安装和使用中的有关设计问题，对需要修改的内容，应 连同归档的设计文件及时修改。 1.9 负责对复用设计图样和技术文件的复查和修改。 1.10 好设计产品的用户回访，填写用户回访记录，并按归定存档。 2、校核人员 2.1 会同设计人员商定压力容器设计方案，帮助设计人员解决设计中的一般技 术问题，并对所校核的设计图样和技术文件的质量负责。 2.2全面校核压力容器设计图样和技术文件，校核内容包括： a)设计是否符合设计任务书和设计条件图的规定，设计是否技术先进、 安全可靠、经济合理，是否符合制造、安装和使用要求； b)受压元件的强度计算书中采用的设计参数、基础数据、计算公式、 计算结果是否正确，是否与设计图样一致； c)技术条件选用的法规、标准、规范是否符合现行规定，内容是否完 整、恰当、文字叙述是否切题、简练、正确； 2013年压力容器设计人员综合考试题姓名：得分 一、填空（本题共20 分，每题2 分） 1 、当载荷作用时，在截面突变的附近某些局部小范围内，应力数值急剧增加，而离开这个区域稍远时应力即大为降低，趋于均匀，这种现象称为_应力集中。 点评：这是弹性力学的基本概念。常见于压力容器的受压元件。 2、在正常应力水平的情况下，Q245R 钢板的使用温度下限为-20℃。 点评：该题出自GB150.2，表4，考查设计人员对材料温度使用范围的掌握。 3、对于同时承受两个室压力作用的受压元件,其设计参数中的 计算压力应考虑两室间可能出现的最大压力差。 点评：考查设计压力与计算压力的概念，GB150 .1 4.3.3 规定。 4、焊接接头系数的取值取决于焊接接头型式_和无损检测长度比例。 点评：考查设计人员对焊接接头系数选取的理解。 5、整体补强的型式有：a. 增加壳体的厚度，b.厚壁管，c. 整体补强锻件__ 。 点评：GB150.3 6.3.2.2 的规定 6、椭圆封头在过渡区开孔时，所需补强面积A 的计算中，壳体的计算厚度是指椭圆封头的_ 计算_厚度。 点评：明确开孔部位不同，开孔补强计算所用的厚度不同，见公式5-1（P116），开孔位于。 7、奥氏体不锈钢制压力容器用水进行液压试验时，应严格控制水中的氯离子含量不超过 25mg/L 。试验合格后，应立即将水渍去除干净。 点评：见GB150.4 11.4.9.1 8、压力容器的对接焊接接头的无损检测比例，一般分为全部（100%）和局部（大于等20%）两 种。对碳钢和低合金钢制低温容器，局部无损检测的比例应大于等于50% 。 点评：《固容规》第4.5.3.2.1 条。 9、换热器设计中强度胀中开槽是为了增加管板与换热管之间的拉脱力而对管孔的粗糙度要求 是为了密封。 点评：考察设计者对标准的理解和结构设计要求的目的。 10、压力容器专用钢中的碳素钢和低合金钢钢材的P≤%、S ≤% 二、选择（本题共20 分，每题 2 分，以下答案中有一个或几个正确，少选按比例得分，选 错一个不得分） 1 、设计温度为600℃的压力容器，其壳体材料可选用的钢板牌号有a、b. a.S30408, b.S31608, c.S31603 点评：奥氏体不锈钢当温度超过525℃时，含碳量应不小于0.04%，超低碳不锈钢不能适用，因热强性下降，此题是考查此概念。 2 、外压球壳的许用外压力与下述参数有关b，d 。 a.腐蚀裕量 b.球壳外直径 c.材料抗拉强度 d.弹性模量 点评：本题为基本概念试题，考查影响许用外压力的的有关因素 3、外压计算图表中，系数A 是（a，c，d ）。 a. 无量纲参数 b. 应力 c. 应变 d 应力与弹性模量的比值 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 引言 《压力容器》“压力容器应力分析设计方法的进展和评述”中曾介绍和评述了压力容器分析设计的弹性应力分析方法（又称应力分类法）的最新进展。本文将进一步介绍和评述压力容器分析设计的塑性分析方法，包括ASME的极限载荷分析方法、弹塑性应力分析方法和欧盟的直接方法等。 压力容器设计是一个创新意识非常活跃的工程领域，它紧跟着科学技术的发展而不断地更新设计方法。随着弹性理论、板壳理论和线性有限元分析方法的成熟，20世纪60年代，压力容器界提出了基于弹性应力分析和塑性失效准则的“弹性应力分析设计方法”。进入21世纪后，由于塑性理论和非线性有限元分析方法的日趋成熟，欧盟标准和ASME规范又先后推出了压力容器的塑性分析设计方法。其中涉及许多新的基本概念和新的分析方法，需要我们及时学习领会和消化吸收，以提高我们的分析设计水平，并结合国情进一步修订我国的压力容器设计规范。 ASME和欧盟的新规范都是以失效模式为主线来编排的。ASME考虑了以下4种模式： （1）防止塑性垮塌。对应于欧盟的“总体塑性变形(GPD)”失效模式。 （2）防止局部失效。 （3）防止屈曲（失稳）垮塌。对应于欧盟的“失稳（I）”失效模式。 （4）防止循环加载失效。对应于欧盟的“疲劳（F）”和“渐增塑性变形（PD）”2种失效模式。 欧盟还考虑了“静力平衡（SE）”失效模式，即防止设备发生倾薄。 文中讨论的塑性分析设计方法主要应用于防止塑性垮塌和防止局部失效2种情况。 1、极限载荷分析法 在一次加载情况下，结构的失效是一个加载历史过程，即随着载荷的增加从纯弹性状态到局部塑性状态再到总体塑性流动的失效状态。对无硬化的理想塑性材料和小变形情况，结构进入总体塑性流动时的状态称为极限状态，相应的载荷称为极限载荷。此时，结构变成几何可变的垮塌机构，将发生不可限制的塑性变形，因而失去承载能力。 一般的弹塑性分析方法都要考虑上述复杂的加载历史过程，但极限载荷分析法（简称极限分析）则另辟蹊径，跳过加载历史，直接考虑在最终的极限状态下结构的平衡特性，由此求出结构的承载能力（即极限载荷）。它是塑性力学的一个 压力容器设计类别、级别的划分 第一章总则 第一条为了加强对压力容器压力管道设计单位的质量监督和安全监察，确保压力容器压力管道的设计质量，根据《锅炉压力容器安全监察暂行条例》及《压力管道安全管理与监察规定》的有关规定和国务院赋予国家质量监督检验检疫总局（以下简称国家质检总局）的职能，特制定本规则。 第二条从事压力容器压力管道设计的单位（以下简称设计单位），必须具有相应级别的设计资格，取得《压力容器压力管道设计许可证》（以下简称《设计许可证》，见附一）。 第三条设计类别、级别的划分: 一、压力容器设计类别、级别的划分： （一）A类： 1、A1级系指超高压容器、高压容器（结构形式主要包括单层、无缝、锻焊、多层包扎、绕带、热套、绕板等）； 2、A2级系指第三类低、中压容器； 3、A3级系指球形储罐； 4、A4级系指非金属压力容器。 （二）C类： 1、C1级系指铁路罐车； 2、C2级系指汽车罐车或长管拖车； 3、C3级系指罐式集装箱。 （三）D类: 1、D1级系指第一类压力容器； 2、D2级系指第二类低、中压容器。 （四）SAD类系指压力容器分析设计。 压力容器设计类别、级别、品种范围划分详见附二。 二、压力管道设计类别、级别的划分： （一）长输管道为GA类，级别划分为： 1、符合下列条件之一的长输管道为GA1级： （1）输送有毒、可燃、易爆气体介质，设计压力P 〉1.6Mpa的管道； （2）输送有毒、可燃、易爆液体介质，输送距离（指产地、储存库、用户间的用于输送商品介质管道的直接距离）≥200km且管道公称直径DN ≥300 mm 的管道； （3）输送桨体介质，输送距离≥50km且管道公称直径DN≥150mm的管道； 2、符合下列条件之一的长输管道为GA2级： （1）输送有毒、可燃、易爆气体介质，设计压力P≤1.6Mpa的管道； （2）GA1（2）范围以外的管道； （3）GA1（3）范围以外的管道。 （二）公用管道为GB类，级别划分为： 1、GB1：燃气管道； 2、GB2：热力管道。 （三）工业管道为GC类，级别划分为： 1、符合下列条件之一的工业管道为GC1级： （1）输送GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》中，毒性程度为极度危害介质的管道； （2）输送GB50160《石油化工企业设计防火规范》及GBJ16《建筑设计防火规范》中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃液体介质且设计压力P≥4.0MPa的管道； （3）输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力P≥4.0MPa且设计温度大于等于400℃的管道； （4）输送流体介质且设计压力P≥10.0Mpa的管道。 2、符合下列条件之一的工业管道为GC2级： （1）输送GB50160《石油化工企业设计防火规范》及GBJ16《建筑设计防火规范》中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃液体介质且设计压力P<4.0Mpa的管道； （2）输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力P<4.0Mpa且设计温度大于等于400℃的管道； （3）输送非可燃流体介质，设计压力P<10.0Mpa且设计温度<400℃的管道。 第四条国家质检总局和省级质量技术监督部门（以下简称批准部门）负责《设计许可证》批准、颁发，并按分级管理的原则进行审批。 第五条对A类、C 类、SAD类压力容器和GA类、GC1级（含GA类+GB类，GC1 级+GB类，GA类+GC类，GA类+GB类+GC类等）压力管道设计单位的《设计许可证》，由国家质检总局批准、颁发。对D类压力容器和GB类、GC2级压力管道设计单位的《设计许可证》，由省级质量技术监督部门批准、颁发。 D类压力容器设计人员考试题库——上海市2016年 01GB150受压椭圆形封头计算厚度的公式是什么？对椭圆形封头的有效厚度有何限制？ 02对于夹套容器，在确定夹套耐压试验压力时，是否应对内筒进行稳定性校核？如内筒稳定性不清楚，如何处理？ 答：①需要进行稳定性校核。②一般要求夹套水压时，内筒保压，使整个水压试验过程（升压、保压和卸压）中任一时间内，各压力舱的压差不超过允许压差，并在图样上说明这一要求和允许压差值。 03压力试验的目的是什么？为什么要尽可能采用液压试验？ 答：压力容器耐压试验的目的是通过观察承压部件有无明显变形和破裂，检验承压部件的强度，来验证压力容器是否具有设计压力下安全运行必须的承压能力。同时通过观察焊缝、法兰等连接处有无泄漏，来检验锅炉压力容器的严密性或发现容器潜在的局部缺陷。 压力容器的耐压试验时，在一般情况下加压介质只能用水或其他适宜的液体，要求介质具有挥发性小、易流动、不燃和无毒等特性。而不用气体。因为耐压试验主要是检验强度，试验时应考虑容器在试验时有破裂的可能性，由于气体爆破时的能量比液体大数百倍甚至上万倍，故较少采用。 04设计压力0.3MPa，设计温度50摄氏度，容积5.5m3，充装系数0.9，介质为水的储罐。该设备如何分类？为什么？ 答：按介质，水属于第二类介质。按照《固容规》图A-2划分方法，属于I类压力容器。 05什么叫计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度？ 答：计算厚度指按有关公式计算得到的厚度。需要时，尚应计入其他载荷所需厚度。对于外压元件，系指满足稳定性要求的最小厚度。 设计厚度指计算厚度与腐蚀裕量之和。 名义厚度指设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至材料标准规格的厚度。 有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差。 06什么情况需下需要制备产品焊接试件？ 答：GB150.4-2011第9.1.1.1条，凡符合以下条件之一的、有A类纵向焊接接头的容器，应逐台制备产品焊接试件： a)盛装毒性为极度或高度危害介质的容器； b)材料标准抗拉强度Rm>=540MPa的低合金钢制容器； c)低温容器； d)制造过程中，通过热处理改善或者恢复材料性能的钢制容器； e)设计文件要求制备产品焊接试件的容器。 07压力容器设计时对焊接接头系数是如何规定的？ 《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。 （情绪管理）压力容器设计人员考试大纲 压力容器设计人员考核大纲 (2012) SummaryofCheckingContentforDesignerandApproverofPressu reVesselDesign 全国锅炉压力容器标准化技术委员会 2012年02月20日 目录 第壹章总则 (1) 第二章常规设计审批人员考试内容 (1) 第三章分析设计人员考试内容 (4) 第四章附则 (5) 压力容器设计人员资格考试大纲 第一章总则 第壹条为规范压力容器设计人员资格考试工作，依据为国家质量监督检验检疫总局锅炉压力容器安全监察局颁布的TSGR1001-2008《压力容器压力管道设计许可规则》（以下简称规则）及全国锅炉压力容器标准化技术委员会制定的《压力容器设计人员考试规则》（2012），制定本规则。 第二条本规则适用于A、C、D类压力容器设计（以下称常规设计）审批（含审核、审定人）人员及SAD类压力容器分析设计（以下称分析设计）设计人、审批人的考核工作。 第二章常规设计审批人员考试内容 第三条A、D类压力容器设计审批人考试内容： （壹）理论考试要求： 1．应熟悉压力容器设计关联的基本基础知识，包括材料、结构、力学基础、设计计算方法、热处理、腐蚀、焊接、无损检测等； 2．应熟练掌握压力容器设计关联的法规、安全技术规范、标准、文件；3．能够正确解决压力容器设计、制造中常见的实际工程问题； 4．熟悉且及时掌握压力容器行业关联的标准信息 （二）关联的安全技术规范文件： TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》 TSGR1001-2008《压力容器压力管道设计许可规则》等 （三）关联的标准规范： GB150.1~GB150.4《压力容器》 GB151《管壳式换热器》 GB12337《钢制球形储罐》 GB50009《建筑结构载荷规范》 GB50011《建筑抗震设计规范》 JB/T4710《钢制塔式容器》 龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/127376015.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。 压力容器设计基础知识讲稿(DOC 120页) 部门： xxx 时间： xxx 制作人：xxx 整理范文，仅供参考，勿作商业用途 压力容器设计基础知识讲稿 （20140325） 目录 一．基本概念 1．1 压力容器设计应遵循的法规和规程 1．2 标准和法规（规程）的关系。 1．3 压力容器的含义（定义） 1．4 压力容器设计标准简述 1．5 D1级和D2级压力容器说明 二．GB150-1998《钢制压力容器》 1．范围 2．标准 3．总论 3．1 设计单位的资格和职责 3．3 GB150管辖的容器范围 3．4 定义及含义 3．5 设计参数选用的一般规定 3．6 许用应力 3．7 焊接接头系数 3．8 压力试验和试验压力 4．对材料的要求 4．1 选择压力容器用钢应考虑的因素 4. 2 D类压力容器受压元件用钢板 4．3 钢管 4．4 钢锻件 4. 5 焊接材料 4．6 采用国外钢材的要求 4．7 钢材的代用规定 4．8 特殊工作环境下的选材 5．内压圆筒和内压球体的计算 5. 1 内压圆筒和内压球体计算的理论基础5．2 内压圆筒计算 5．3 球壳计算 6．外压圆筒和外压球壳的设计 6．1 受均匀外压的圆筒（和外压管子）6．2 外压球壳 6．3 受外压圆筒和球壳计算图的来源简介6．4 外压圆筒加强圈的计算 7．封头的设计和计算 7．1 封头标准 7．2 椭圆形封头 7. 3 碟形封头 7．4 球冠形封头 7．5 锥壳 8．开孔和开孔补强 8．1 开孔的作用 8．2 开检查孔的要求 8．3 开孔的形状和尺寸限制 8．4 补强要求 8．5 有效补强范围及补强面积 8．6 多个开孔的补强 9 法兰连接 9．1 简介 9．2 法兰连接密封原理 9. 3 法兰密封面的常用型式及优缺点9．4 法兰型式 9．5 法兰连接计算要点 9．6 管法兰连接 10．压力容器的制造、检验和验收 10．1 制造许可 10．2 材料验收及加工成形 10. 3 焊接 特种设备安全技术规范TSGR1001—2008 压力容器压力管道设计许可规则 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局颁布 2008年1月8日 2004年3月，国家质量监督检验检疫总局(以下简称国家质检总局)特种设备安全监察局(以下简称特种设备局)向中国特种设备检测研究院(以下简称中国特检院)下达起草任务书。2004年4月、6月，中国特检院成立起草组，分别在无锡、北京召开《压力管道设计许可规则》和《压力容器设计许可规则》首次会议。2004年7月、10月，起草组在北京召开第二次工作会议，就起草工作中的主要问题进行了研讨。2004年8月、2005年1月，起草组在北京召开末次工作会议，经讨论修改，形成了《压力管道设计许可规则》和《压力容器设计许可规则》草案，同时邀请部分设计院专家对草案进行了讨论。2004年11月、2005年2月，中国特检院向特种设备局上报了《压力管道设计资格许可规则》和《压力容器设计许可规则》的征求意见稿。2005年2月、1 2月，特种设备局分别以质检特函[2005]5号文、[2005]65号文征求基层部门、有关单位和专家以及公民的意见。2005年4月、2006年7月，根据征求到的意见进行修改形成送审稿，分别向质检总局特种设备安全技术委员会专家征求意见。2005年9月、2006年11月，分别将《压力管道设计许可规则》和《压力容器设计许可规则》报批稿上报特种设备局，特种设备局经研究决定将两规则进行合并。2007年4月，经《压力管道设计许可规则》和《压力容器设计许可规则》主要起草人员的讨论与修改，最终形成了《压力容器压力管道设计许可规则》报批稿。2008年1月8日，由国家质检总局批准颁布。 本规则修订的主要依据是《特种设备安全监察条例》(以下简称《条例》)、《国务院对确需保留的行政审批项目设定行政许可的决定》，在充分考虑我国压力容器、压力管道设计单位现状及其特点的前提下，以确保压力容器、压力管道设计质量为目的，在原《压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则》基础上进行的修订。 2012年压力容器设计人员综合考试题姓名：得分 一、填空（本题共20 分，每题2 分） 1 、结构具有抵抗外力作用的能力，外力除去后，能恢复其原有形状和尺寸的这种性质称为弹 性。 2 、压力容器失效常以三种形式表现出来：①强度；②刚度；③稳定性。 3 、厚度16mm 的Q235—B 钢板，其屈服强度ReL 的下限值为235MPa 。 4 、Q345R 在热轧状态下的金相组织为铁素体加珠光体。 5 、用于壳体的厚度大于3 6 mm 的Q245R 钢板，应在正火状态下使用。 点评：该题出自GB150，4.1.4 条款，考查对常用压力容器材料订货技术条件掌握的熟练程 6、GB150 规定的圆筒外压周向稳定安全系数是 3.0 ,球壳及成形封头的外压稳定安全系数是1.5 。 点评：GB150 释义P41。考查设计人的基础知识和标准的理解掌握。 7、对于盛装液化气体的容器，设计压力除应满足GB150 中其值不得低于工作压力的规定外， 还应满足《固容规》中的相应规定。 点评：对于盛装液化气体的容器，《固容规》第 3.9.3 条有明确的规定。 8、周边简支的圆平板，在内压作用下最大应力发生于_中心_。周边固支的圆平板，最大应力发 生于__边缘_ 。 点评：考查在平封头与筒体连接的几种情况下，边界条件对平封头应力分布的影响。 9、垫片系数m 是针对法兰在操作状态下，为确保密封面具有足够大的流体阻力，而需作用在 垫片单位_密封面积上的压紧力与流体_压力的比值，垫片愈硬，m愈_大____。 10、压力容器无损检测的方法包括射线、超声、磁粉、渗透和电磁检测等。 二、选择（本题20 分，每题2 分，以下答案中有一个或几个正确，少选按比例得分，选错一 个不得分） 1 、设计温度为350℃的压力容器，其壳体材料可选用的钢板牌号有b、c. a.Q235-B b.Q245R c.Q345R 点评：见GB150.2表2 及附录D, 压力容器最常用的碳钢和低合金钢材料，对其适用的基本2 、按钢板标准，16mm 厚的Q345R 钢板，在0℃时的一组冲击功（J）数值为___d___的是合 格产品。. a. 22，35，38； b. 25, 38, 38, c. 22, 45, 45, d. 25, 39, 39. 点评：见GB713-2008,本题考查设计人对冲击功结果评定的基本概念，前两组数据中因为有“22” 的数据，小于合格指标的70%，不可能是合格的产品,另一组的三个试样算术平均值低于合格指标。 3 、一台外压容器直径φ1200mm，圆筒壳长2000mm，两端为半球形封头，其外压计算长度为 b a. 2000mm b.2400mm c.2600mm 点评：本题为基本概念试题，考查设计者对外压容器中基本参数的掌握 4、分布力是表面力的一种，下面哪些力属于表面力__a___b__。 a.雪载荷 b.风载荷 c.容器自重 5、椭圆封头计算式中的K 称为形状系数，其意义是封头上的__c___应力与对接圆筒的 2016年度压力容器设计人员考核试卷 部门：姓名：岗位：成绩： 一、填空题（每题2分，共30分） 1、对于压力容器，GB150.1-2011适用的设计压力范围是（不大于35MPa）。 2、GB150.1-2011适用的设计温度范围是（-269℃～900℃）。 3、GB150标准直接或间接考虑了如下失效模式（脆性断裂）（韧性断 裂）（接头泄漏）（弹性或塑性失稳）（蠕变断裂）（腐蚀破坏）。 17、GB/T151—2014使用的换热器型式是（固定管板式换热器）、（浮头 式换热器）、（U形管式换热器）、（釜式重沸器）、（填料函式换热器）和（高压管壳式换热器）；换热管与管板连接的型式有（胀接）、（焊接）、（胀焊并用）和（内孔焊）。 4、泄漏试验包括（气密性试验）、（氨检漏试验）、（卤素检漏试验 ）和（氦检漏试验）。 5、焊接接头由（焊缝）、（熔合区）（热影响区）三部分组成。 6、GB/T17616规定S1表示（铁素体型）钢，S2表示（奥氏体-铁素体型 ）钢，S3表示（奥氏体型）钢，S4表示（马氏体型）钢。 7、壳体开孔处引起的应力可分为三种：（局部薄膜应力）（弯曲应力）和（峰值应力）。 8、对于（第III类）压力容器，设计时应当出具包括（主要失效模式） 和（风险控制）等内容的风险评估报告。 9、低温容器受压元件禁用硬印标记是为了降低（脆断）风险，而有耐 腐蚀要求的不锈钢以及复合钢板的耐腐蚀面则是为了降低（腐蚀失效）风险。 10、PWHT的意思是（焊后热处理）。 11、封头各种不相交的拼接焊缝中心线间距离至少为封头的钢材厚度的 （ 3）倍，且不小于（ 100mm）。 12、TSG 21-2016规定判断规程的适用范围用的是（工作）压力，在附录 A压力容器类别划分时采用的是（设计）压力。 13、压力容器的选材应当考虑材料的（力学性能）、（化学性能）、 （物理性能）和（工艺性能）。 14、当采用SA-516Gr70作为-40℃用钢时，P，S含量应作严格控制， （P≤0.020%）、（S≤0.010）。 15、容器需要进行泄露试验时，（试验压力）、（试验介质）和（相应 的检验要求）应在图样和设计文件中注明、。 、判断题（每小题1分，共20分） 1、（√）TSG 21-2016《大容规》于2016年2月22日颁布，2016年10月1 日起施行。 2、（×）设计压力在低于0.1MPa且真空度低于0.02MPa的容器适用于GB150.1-2011。 3、（√）GB/T151-2014中管板与换热管的内孔焊一般用于载荷交变、需要 防止缝隙腐蚀的场合。 4、（×）低温容器是设计温度低于-20℃的钢制容器。 5、（√）容器设计单位进行容器设计时应考虑容器在使用中可能出现的 失效模式。 6、（√）管壳式热交换器圆筒的最小厚度主要考虑管束抽装的需要，管箱 圆筒厚度无需考虑装入管束的要求。 7、（√）GB150—2011中：厚度附加量：C=C1+C2式中C1为钢材厚度负偏 差，C2为腐蚀裕量。 8、（√）第Ⅲ类压力容器或者用户要求的其它压力容器，设计单位应当出 具包括主要失效模式和风险控制等内容的风险评估报告。 9、（√）容器元件的最小厚度可以不标注在设计图样上。 10、（×）泄露试验可以在耐压试验之前完成。 11、（√）GB150.2-2011的设计温度适用范围中的-253℃是对应于液氢的 武汉大学 2015-2016学年第1学期 科研训练论文 题目：深冷压力容器的设计规范与方法 姓名： 学号： 学院：机械工程学院 专业： 指导老师： 2015年 12 月 目录 0、引言 (3) 1、深冷压力容器的基本构造 (3) 2、固定式真空绝热深冷压力容器的选材 (4) 2.1筒体的选材 (4) 2.2绝热材料的选材 (4) 2.3支撑构件的选材 (5) 2.4管路系统 (5) 3、深冷压力压力容器设计规范与要点 (5) 3.1、深冷压力容器所遵循的设计规范 (5) 3.2、内容器的结构设计要点 (6) 3.3外壳的结构设计要点 (8) 3.4、内容器与外壳、支撑连接的设计要点 (9) 3.5、管路系统的特殊要求 (11) 3.6、真空寿命及吸附剂的添加量 (11) 4、压力容器制造要求 (12) 5、深冷压力容器的检验 (13) 5.1 图样及制造工艺 (13) 5.2 材料 (13) 5.3 焊接 (13) 5.4 外观和几何尺寸 (14) 5.5 无损检测 (14) 5.6 热处理 (14) 5.7 耐压试验 (14) 5.8 安全附件 (14) 5.9 泄漏性试验（气密性试验） (14) 5.10 出厂技术资料 (15) 页1 6、国内外深冷压力容器设计比较 (15) 6.1国内设计标准的缺乏与现状 (15) 6.2低温界定比较 (15) 7、结语 (16) 参考文献 (17) 页2 深冷压力容器的设计规范与方法 李小云 武汉轻工大学机械工程学院 摘要：深冷压力容器主要包含固定式深冷压力容器和移动式压力容器两大类，结构型式多种多样，深冷容器的设计和制造，以及安全运行，需要多项关键技术，包括结构设计技术、低温绝热技术和标准化技术。本文介绍了钢制真空绝热深冷压力容器设计时可以参考的设计规范，并针对该类容器的设计、选材、制造、检验等几方面的要求进行了论述。 关键词：深冷压力容器、真空绝热 0、引言 近几年，真空绝热深冷压力容器市场需求旺盛，生产厂家越来越多，用于贮运的真空绝热深冷压力容器也越来越多，尽管不同的厂家对于该类容器的设计制造有所不同，但其基本结构大致一样。本文将简单介绍真空绝热深冷压力容器的基本结构及设计制造的工艺要点，以帮助更多的人了解真空绝热深冷压力容器。 1、深冷压力容器的基本构造 深冷容器按照不同的标准分成很多类型，为了满足实际使用的需要，不同类型的深冷压力容器的结构会有差异，但是深冷压力容器的一些基本结构还是相同的，深冷压力容器的基本结构主要包括以下一些部分： 1) 容器主题：包括内容器、绝热组织、外壳体、以及相关的支撑结构等 2) 检测设施：包括压力表、温度计、用于测量内容器充装量的液面计等。 3) 低温液体和气体的注入、排除管道与阀门以及回收系统。 4) 安全附件：如容器的爆破片、安全网、紧急排液阀等。 5) 其他附件：如吸附盘、支座、抽气口以及运输式容器中的消晃板等。 页3压力容器设计方法分析对比.docx
压力容器设计基础
低温压力容器设计要点
压力容器各级设计岗位职责
压力容器设计人员综合考试题及答案(二)
压力容器标准全解
浅析压力容器分析设计的塑性措施
压力容器设计类别、级别划分
D类压力容器设计人员考试题库_部分答案
压力容器设计
2020年压力容器设计人员考试大纲
浅谈压力容器的两种设计方法
压力容器设计基础知识讲稿(DOC 120页)
TSGR1001-2008_压力容器压力管道设计许可规则
压力容器设计人员综合考试题及答案(一)
2016压力容器设计人员考试试 题及答案
深冷压力容器设计规范与方法