壓力容器結構與分類

1、8 、壓力容器設計8.1 壓力容器概述8.4 典型薄壁殼的應力分析8.5 內壓圓筒型薄壁殼的設計8.6 外壓圓筒型薄壁殼的設計8.7 壓力容器的使用與管理8.2 壓力容器典型零部件8.3 壓力容器結構與分類8.1 壓力容器概述壓力容器特點之一應用廣泛 壓力容器不僅被廣泛用于化學、石油化工、醫(yī)藥、冶金、機械、采礦、電力、航天航空、交通運輸等工業(yè)生產部門，在農業(yè)、民用和軍工部門也頗常見，其中尤以石油化學工業(yè)應用最為普遍，石油化工企業(yè)中的塔、釜、槽、罐無一不是貯器或作為設備的外殼，而且絕大多數是在一定的壓力溫度下運行。 如一個年產30萬噸的乙烯裝置，約有793臺設備，其中壓力容器281臺，占了35.

2、4%。蒸汽鍋爐也屬于壓力容器，但它是用直接火焰加熱的特種受壓容器，至于民用或工廠用的液化石油氣瓶，更是到處可見。壓力容器特點之二工況條件復雜 壓力容器的操作條件十分復雜，甚至近于苛刻。壓力從1210-5Pa的真空到高壓、超高壓，如石油加氫為10.521.0 MPa；高壓聚乙烯為100200 MPa；合成氨為10100 MPa；人造水晶高達140 MPa；溫度從-196低溫到超過1000的高溫；而處理介質則包羅爆、燃、毒、輻(照)、腐(蝕)、磨(損)等數千個品種。操作條件的復雜性使壓力容器從設計、制造、安裝到使用、維護都不同于一般機械設備，而成為一類特殊設備。壓力容器 特點之三數量巨大 2004

3、年的統計資料表明，國內在用固定式壓力容器多達145.66萬臺 ，移動式壓力容器中14645輛，在用氣瓶12215.65萬只；鍋爐總臺數也高達57.27萬臺 。此外全國持有壓力容器制造許可證的企業(yè)合計4380個，設計單位1380個。如此龐大且潛在隱患容器的存在，以及地域廣泛的制造設計部門，自然成為國內外政府部門特別重視其安全管理和監(jiān)察檢查的原因。壓力容器特點之四安全性要求高 壓力容器因其承受各種靜、動載荷或交變載荷，還有附加的機械或溫度載荷；其次，大多數容器容納壓縮氣體或飽和液體，若容器破裂，導致介質突然卸壓膨脹，瞬間釋放出來的破壞能量極大，加上壓力容器極大多數系焊接制造，容易產生各種焊接缺陷，

4、一旦檢驗、操作失誤容易發(fā)生爆炸破裂，器內易爆、易燃、有毒的介質將向外泄漏，勢必造成極具災難性的后果。因此，對壓力容器要求很高的安全可靠性。壓力容器的結構零部件的二個基本參數對于用鋼板卷制的容器筒體而言，其公稱直徑的數值等于筒體內徑。當容器筒體直徑較小時，可直接采用無縫鋼管制作時，這時容器的公稱直徑等于鋼管的外徑。管子的公稱直徑（通徑）既不是管子的內徑也不是管子的外徑，而是一個略小于外徑的數值。 公稱直徑（DN）零部件的二個基本參數 國家標準GB1048將管路元件的公稱壓力分為以下十個等級：0.25MPa、0.6MPa、1.0Ma、1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.30MPa、10.

5、0MPa、16.0MPa、25.0MPa 。公稱壓力（PN）8.2 典型零部件8.2.1 筒體和封頭筒體和封頭是構成壓力容器的兩個最基本元件，工程上絕大多數壓力容器的筒體均為圓筒形。筒體通常由鋼板卷焊而成或直接采用無縫鋼管。鋼板卷焊而成的壓力容器公稱直徑指的是內徑；直接采用無縫鋼管制作的容器公稱直徑指的是外徑。橢圓形封頭橢球形封頭碟形封頭錐形封頭平板封頭8.2.2 法蘭聯接法蘭聯接的特點：1、密封可靠：能保證緊密不漏；2、強度高：附加法蘭不削弱整體強度；3、適用面廣：設備和管道均可適用；4、可拆聯接：可多次重復裝拆；5、經濟合理：可批量生產。法蘭聯接的工作原理：平焊法蘭對焊法蘭按聯接型式分：法

6、蘭聯接的分類：活套法蘭螺紋法蘭光滑面凹凸面榫槽面環(huán)密封面按密封面型式分：壓力容器法蘭標準 JB470192甲型平焊法蘭乙型平焊法蘭對焊法蘭管法蘭標準HG20592HG法蘭按下列規(guī)定標記：法蘭（法蘭蓋） b c d e f g h a 標準號：按HG標準統一號HG20592b 法蘭類型代號：按表812c 法蘭公稱通徑DN(mm)與適用鋼管外徑系列d 法蘭公稱壓力PN，MPae 密封面型式代號，突面法蘭如車制密紋線，則標記為RF(A)f 應由用戶提供的鋼管壁厚g 材料牌號h 其它（如表面粗糙度）HG 20592 法蘭PL12000.6 RF Q235-A8.2.3設備的支座1)、懸掛式支座懸掛式支

7、座通常由兩塊筋板和一塊底板焊接而成支座號型號A、AN、B、BN JB/T 472592，耳座 如A型、不帶墊板，3號耳式支座，支座材料為Q235A.F標記為：JB/T4725-92，耳座AN3，Q235A.F JB/T4724標準規(guī)定了耳式支座的標記：2)、支腿式支座（1）公稱直徑DN4001600；（2）圓筒長度L與公稱直徑DN之比L/DN5；（3）容器的總高H5000mm。 型號A、B支座號JB/TB472492，支座 支腿式支座的標記為：如容器公稱直徑DN800，角鋼支柱支腿，不帶墊板，材料為Q235-A.F，支承高度H=800mm。標記為：JB/T 471392，支腿AN38003)、

8、支承式支座（1）公稱直徑DN8004000；（2）圓筒長度L與公稱直徑DN之比L/DN5；（3）容器的總高H10m。 型號A、B支座號JB/TB472492，支座 支承式支座的標記為：裙座的結構4）裙式支座5）鞍式支座鞍式支座常用于臥式設備。鞍座由一塊底板、一塊豎板和若干塊肋板焊接而成。 臥式設備一般采用雙支座，一個型，一個型。其中型的螺栓孔為園孔，型的螺栓孔為長園孔。 鞍式支座的位置布置應符合ARi/2和A L/2。 AL8.3.3 設備的開孔1)、設備開孔的裝置設備的管口與凸緣人孔手孔及檢查孔8.2.4 設備安全附件1)、安全閥作用：當壓力超過正常工作壓力，能自動打開，介迅速排放，使設備內

9、的壓力保持在最高許用壓力范圍內，保證其處于安全狀態(tài)。2)、爆破片使用場合容器內的介質易于結晶或聚合，或帶有較多的粘性物質，容易堵塞安全閥，或使安全閥的閥芯和閥座粘在一起；容器的內壓由化學反應或其他原因會迅速上升，安全閥難以及時排出所產生的大量氣體，且無法及時降壓。但不適用于壓力劇增，反應速度達到爆轟時的壓力容器；容器內的介質為劇毒或極為昂貴的氣體，使用安全閥難以達到防漏要求。 3)、壓力表、液面計和測溫儀表 壓力表選用要求所選壓力表必須與壓力容器內的介質相適應；低壓容器使用的壓力精度不低于2.5級；中、高壓容器使用的壓力表精度不應低于1.5級；壓力表盤刻度極限值為最高工作壓力的1.53.0倍，

10、最好選用2倍，表盤直徑不應小于100mm。 壓力表安裝要求裝設位置應便于操作人員觀察和清洗，且應避免受到輻射熱、凍結或震動的不利影響；壓力表與壓力容器之間，應裝設三通旋塞或針形閥，三通旋塞或針形閥上應有開啟標記和鎖緊裝置，壓力表和壓力容器之間不得連接其他用途的任何配件或接管；用于水蒸汽介質的壓力表，在壓力表與壓力容器之間應裝有存水彎管；用于具有腐蝕性或高粘度介質的壓力表，在壓力表與壓力容器之間應裝設能隔離介質的緩沖裝置。液位計選用要求應根據壓力容器的介質、最高工作壓力和溫度選用；在安裝使用前，低、中壓容器用的液面計，應進行1.5倍液面計公稱壓力的水壓試驗，高壓容器用的液面計，應進行1.25倍液

11、面計公稱壓力的水壓試驗；盛裝0以下介質的壓力容器，應選用防霜液面計；寒冷地區(qū)室外使用的液面計，應選用夾套型或保溫型結構的液面計；易燃、毒性程度為極度、高度危害介質的液化氣體壓力容器，應采用板式或自動液面指示計，并應有防止泄漏的保護裝置；要求液面指示平穩(wěn)時不應采用浮子式液面計。 8.3 壓力容器分類1)、 按承壓性質分2)、 按監(jiān)察規(guī)程分1、 最高工作壓力Pw0.1MPa2、 內直徑Di0.15m，且V0.025m33、 盛裝介質為氣體、液化氣體或最高工作高于等于標準沸點的液體。監(jiān)察規(guī)程的管轄范圍GB5044職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(1)極度危害10mg/m3,氫氧化鈉、丙酮等一類容器1.非易

12、燃或低毒的低壓反應容器和儲存容器;2 .有毒和有危害的低壓容器1、一般中壓容器；二類容器2、 介質為易燃或毒性程度為中度危害的低壓反應容器和儲存容器；3、 毒性程度為極度和高度危害介質的低壓容器；4 、低壓管殼式余熱鍋爐；5、搪玻璃壓力容器。三類容器1、 高壓容器；2 、低壓容器(毒性為極度或高度危害介質的中壓和PV大于0.2MPam3)；3、 中壓反應容器(易燃或毒性程度為中度危害介質且PV0.5MPam3)；4、 中壓儲存容器(易燃或毒性程度為中度危害介質且PV10MPam3)；5、 高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；6、 中壓搪玻璃壓力容器；7 、球形（V50m3)和低溫儲存容器(V5m3)；8

13、、移動式壓力容器。8.4 典型薄壁容器應力分析按容器的外徑Do和內徑Di的比值K不同，可將容器分為：1、 厚壁容器：K1.22 、薄壁容器：K1.21)、 受氣壓圓筒殼體靜力平衡方程：環(huán)向應力為:環(huán)向應力靜力平衡方程：經向應力為經向應力薄壁圓筒形壓力容器環(huán)向應力為經向應力的二倍2)、承受內壓的球形殼體3)、承受內壓的橢球形殼體在頂點：在赤道：橢圓形封頭的應力分布4)、承受內壓的錐形殼體8.5 內壓圓筒形薄壁殼體設計8.5.1. 強度設計公式強度條件：設計公式：設計參數確定1)、 設計壓力(P)通常：P(1.01.1)PW有安全閥：P= (1.051.1)PW 且不低于安 全閥開啟壓力。有爆破片

14、：爆破壓力制造偏差介質為液化氣：液化氣的飽和蒸汽壓。介質為液體：當液柱靜壓大于0.05P時， 應計入液體靜壓力。指容器正常工作時，在相應的設計壓力下，器壁金屬可能達到的最高和最低溫度（低于或等于-20)2) 設計溫度3) 、許用應力影響許用應力的因素：1 使用溫度2 鋼板厚度許用應力由材料的力學性能除以相應的安全系數而得。4 )焊接接頭系數焊縫系數決定于二個因素：1）焊縫的結構形式2） 無損探傷水平5) .厚度(t)a. 壁厚附加量 CC1C2 C1：鋼板負偏差 C2：腐蝕裕量b. 最小壁厚保證設備在運輸和安裝過程中的安全。壓力試驗1 、水壓試驗試驗壓力：強度條件：2 、氣壓試驗試驗壓力：強度

15、條件：3、 氣密性試驗試驗壓力：8.6 外壓薄壁圓筒的設計外壓容器的定義：內壓大于外壓的容器。失效的主要形式為失穩(wěn)。其后果是造成容器幾何形狀偏離原形狀。8.6.1 外壓容器失穩(wěn)的概念長園筒短園筒容器失穩(wěn)與壓桿失穩(wěn)類似，取決于：1) 圓筒外徑與有效壁厚之比 Do/te；2) 圓筒長度與外徑的比值 L/Do3) 材料的力學性能 （E，)壓桿失穩(wěn)的主要因素：1、外載大小2、壓桿柔度(細長比)3、材料的力學性能。8.6.2 外壓薄壁圓筒厚度設計外壓設計的總體思路：保證工作壓力P小于許用外壓P而P=Pcr/mm 決定于Pcr的準確程度、制造技術、焊縫結構形式等因素。我國規(guī)定 m=3一、解析法2) 求Pc

16、r，確定P3) 如PP且較為接近，則所假定的 tn符合要求，否則重算，直到符合要求。1) 假設設計名義厚度tn，則有te=tn-C二、 圖解法器壁上的應變：器壁上的應力：K為特征系數臨界壓力：圖解法來源外壓圓筒幾何參數計算圖圓筒的許用外壓力：令則而此即為BA圖的由來外壓圓筒計算圖 (BA圖)設計方法和計算步驟1 假設2 確定比值：L/Do和D/te3 查圖8-21，確定A值4 根據不同材料查圖8-22,8-23,8-24確定B值，求得許用外壓PA在溫度線的右方5 比較P與P ,以P小于且接近于P為原則A在溫度線的左方，屬彈性失穩(wěn) 8.6.3. 軸向受壓圓筒的設計在彈性階段：在彈塑性階段用BA圖確定cr8.7 壓力容器的安全使用與管理8.7.1