壓力容器檢驗員培訓課件

壓力容器審核員培訓壓力容器基礎知識

濟南市鍋爐壓力容器檢驗研究所毛文幫2009年12月壓力容器審核員培訓壓力容器基礎知識

濟南市鍋爐壓力容器檢驗研1壓力容器簡介一、廣義壓力容器的定義所謂容器，通常的說法是：由物體構成用于盛裝物料的空間構件。通俗地講，就是化工、煉油，醫(yī)藥，食品等生產(chǎn)所用的各種設備外部的殼體都屬于容器。不言而喻，所有承受壓力的密閉容器稱為壓力容器，或者稱為受壓容器。壓力容器簡介一、廣義壓力容器的定義2二、壓力容器的壓力源容器所盛裝的，或在容器內參加反應的物質，稱之為工作介質。常用壓力容器的工作介質是各種氣體、水蒸汽或液體，我們這里主要講氣體介質的壓力來源。壓力來源可以分為氣體壓力的產(chǎn)生或增大，它來自容器內或容器外二類。二、壓力容器的壓力源3

容器的氣體壓力產(chǎn)生于器外時，其壓力源一般是氣體壓縮機或蒸汽鍋爐。氣體壓縮機主要有容積型和速度型兩類。容積型氣體壓縮機是通過縮小氣體的體積，增加氣體的密度來提高氣體壓力的。而速度型氣體壓縮機則是通過增加氣體的流速，使氣體的動能轉變?yōu)閯菽軄硖岣邭怏w壓力的。工作介質為壓縮氣體的壓力容器，其可能達到的最高壓力為氣體壓縮機出口的氣體壓力.蒸汽鍋爐是利用燃料燃燒放出的熱量將水加熱蒸發(fā)而產(chǎn)生水蒸汽的一種設備。由于在相同壓力下水蒸汽的體積是飽和水的1000多倍.

容器的氣體壓力產(chǎn)生于器外時，其壓力源一般是氣體壓縮機或4

容器的氣體壓力產(chǎn)生于容器內時，其原因有：容器內介質的聚集狀態(tài)發(fā)生改變；氣體介質在容器內受熱，溫度急劇升高；介質在容器內發(fā)生體積增大的化學反應等。由于介質的聚集狀態(tài)發(fā)生改變而產(chǎn)生或增加壓力的，一般是由于液態(tài)或固態(tài)物質在容器內受熱(如周圍環(huán)境溫度升高，容器內其他物料發(fā)生放熱化學反應等)、蒸發(fā)或分解為氣體，體積劇烈膨脹，但因受到容器容積的限制，氣體密度大為增加，因而在器內產(chǎn)生壓力或使原有的氣體壓力增加。例如二氧化硫，當溫度低于—10.1℃(標準沸點)時，它在密閉容器內的蒸氣壓力低于大氣壓力，而當溫度升高至60℃時，呈液態(tài)的二氧化硫便大量蒸發(fā)，其蒸氣壓力即升高到11.25絕對大氣壓。又如高分子聚合物固態(tài)聚甲醛，受熱后“解聚’變?yōu)闅鈶B(tài)，體積約增大1065倍，在密閉容器內也會產(chǎn)生很高的氣體壓力。

容器的氣體壓力產(chǎn)生于容器內時，其原因有：容器內介質的聚5由于氣體介質在容器內受熱而產(chǎn)生或顯著增加壓力。例如有些貯裝易于發(fā)生聚合反應的氣體容器(如某些碳氫化合物貯罐)，在合適條件下單分子氣體可以局部發(fā)生聚合反應，產(chǎn)生大量的聚合熱，使容器內的氣體受熱，溫度大幅度上升，使壓力劇烈增高，有時還會因此而發(fā)生容器超壓爆破事故。由于介質在容器內發(fā)生體積增大的化學反應而壓力升高的例子較多，例如用碳化鈣加水經(jīng)化學反應生成乙炔氣體，體積大為增加，在密閉的容器內會產(chǎn)生較高的壓力。又如電解水制取氫和氧的反應，因為1米3的水可以分解成1240米3的氫氣和620米3的氧氣，體積約增大2000倍，在密閉的容器內也會產(chǎn)生很高的壓力。注意：常用的壓力容器中，氣體壓力在容器外增大的較多，在容器內增大的較少。但后者危險性較大，對壓力控制的要求也更嚴格。由于氣體介質在容器內受熱而產(chǎn)生或顯著增加壓力。例如有些貯裝易6三、壓力容器界限在此討論的壓力容器，主要是指那些容易發(fā)生事故。并按規(guī)定的技術管理規(guī)范進行制造和使用的壓力容器。也就是對壓力容器劃個界限，哪些按一般設備對待，哪些按特殊設備對待。因而所講得的系指按特殊設備對待的壓力容器。1．劃分壓力容器的界限應考慮的因素，主要是事故發(fā)生的可能性與事故危害性的大小兩個方面。目前國際上對壓力容器的界限范圍尚無完全統(tǒng)一的規(guī)定。一般說來，壓力容器發(fā)生爆炸事故時，其危害性大小與工作介質的狀態(tài)、工作壓力及容器的容積等因素有關。工作介質是液體的壓力容器，由于液體的壓縮性極小，容器爆破時其膨脹功，即所釋放的能量很小，危害性也小。而介質是氣體的容器，因氣體具有很大的壓縮性，容器爆破時瞬時所釋放的能量很大，危害性也就大。所以一般都不把介質為液體的容器列入作為特殊設備的壓力容器范圍內。值得注意的是，這里所說的液體，是指常溫下的液體，不包括最高工作溫度高于其標準沸點(即標準大氣壓下的沸點)。2、《特種設備安全監(jiān)察條例》、《容規(guī)》對壓力容器有相應的界定三、壓力容器界限7四、壓力容器的基本要求1．強度：金屬抵抗永久變形和斷裂的能力。常用的強度判據(jù)如屈服強度、抗拉強度。強度是是涉及安全的主要問題。2．剛度：剛性是在外力作用（制造、運輸、安裝與使用）下產(chǎn)生不允許的彈性變形，如法蘭（密封）、管板等；3．穩(wěn)定性：在外力作用下防止突然失去原有形狀的穩(wěn)定性，如外壓及真空容器。4．耐久性5．密封性四、壓力容器的基本要求8五、壓力容器的工藝參數(shù)

壓力容器的工藝參數(shù)是由生產(chǎn)的工藝要求確定的，是進行壓力容器設計和安全操作的主要依據(jù)。壓力容器的主要工藝參數(shù)為壓力和溫度。（一）壓力這里主要討論壓力容器工作介質的壓力，即壓力容器工作時所承受的主要載荷。壓力容器運行時的壓力是用壓力表來測量的，表上所顯示的壓力值為表壓力。在各種壓力容器的規(guī)范中，經(jīng)常出現(xiàn)工作壓力、最高工作壓力和設計壓力等概念，觀將其定義分述如下。1．工作壓力。工作壓力也稱操作壓力，系指容器頂部在正常工藝操作時的壓力(即不包括液體靜壓力)。2．最高工作壓力。系指容器頂部在工藝操作過程中可能產(chǎn)生的最大表壓力(即不包括液體靜壓力)。壓力超過此值時，容器上的安全裝置就要動作。容器最高工作壓力的確定與工作介質有關。五、壓力容器的工藝參數(shù)93．設計壓力指在相應設計溫度下用以確定容器計算壁厚及其元件尺寸的壓力。一般不小于最高工作壓力，由于考慮問題的角度不一樣，不同規(guī)范對設計壓力的選取原則可能會略有差異?！度菀?guī)》規(guī)定容器的設計壓力，應略高于容器在使用過程中的最高工作壓力。裝有安全裝置的容器，其設計壓力不得小于安全裝置的開啟壓力或爆破壓力。3．設計壓力10（二）溫度

1．介質溫度，系指容器內工作介質的溫度，可以用測溫儀表測得．2.設計溫度；壓力容器的設計溫度不同于其內部介質可能達到的溫度，系容器在正常工作過程中，在相應設計壓力下，表壁或元件金屬可能達到的最高或最低溫度。《設計規(guī)定》，對設計溫度的選取有如下規(guī)定：(1)當容器的各個部位在工作過程中可能產(chǎn)生不同溫度時，可取預計的不同溫度作為各相應部位的設計溫度。(2)對有內保溫的容器，應作壁溫計算或以工作條件相似容器的實測壁溫作為設計溫度。（二）溫度11六、壓力容器的分類

壓力容器的型式繁多。根據(jù)不同壓力容器可有許多分類方法，常用的有以下幾種．（一）按壓力分類按所承受壓力(P)的高低，壓力容器可分為低壓，中壓，高壓，超高壓四個等級。具體劃分如下：1．低壓容器，0.]≤P<1.6MPa;2．中壓容器：1.6≤P<10MPa;3．高壓容器，10≤P<100MPa;4．超高壓容器：>100MPa。六、壓力容器的分類12（二）按殼體承壓方式分類按殼體承壓方式不同，壓力容器可分為內壓(殼體內部承受介質壓力)容器和外壓(殼體外部承受介質壓力)容器兩大類。這兩類容器是截然不同的，其差別首先反映在設計原理上，內壓容器的壁厚是根據(jù)強度計算確定的，而外壓容器的設計則主要考慮穩(wěn)定性問題。其次，反映在安全性上，外壓容器相對內壓容器安全。（三）按設計溫度分類按設計溫度(t)的高低，壓力容器可分為低溫容器(t≤20℃)，常溫容器(—20℃<t<450℃)和高溫容器(t≥450℃)．（二）按殼體承壓方式分類按殼體承壓方式不同，壓力容器可分13（四）從安全技術管理角度分類按安全技術管理分類，壓力容器可分為固定式容器和移動式容器兩大類。1．固定式容器系指有固定的安裝和使用地點，工藝條件和使用操作人員也比較固定，是用管道與其他設備相連接的容器。如合成塔、蒸球，管殼式余熱鍋爐，熱交換器，分離器等。2.移動式容器，系指一種貯裝容器，如氣瓶，汽車槽車，鐵路槽車等。其主要用途是裝運有壓力的氣體。這類容器無固定使用地點，一般也沒有專職的使用操作人員，使用環(huán)境經(jīng)常變遷，管理比較復雜，較易發(fā)生事故。（四）從安全技術管理角度分類14（五）按在生產(chǎn)工藝過程中的作用原理分類壓力容器可分為反應容器、換熱容器，分離容器和貯運容器。1．反應容器，系指主要用來完成介質的物理，化學反應的容器。如反應器，反應釜、發(fā)生器、分解鍋、分解塔、聚合釜，高壓釜，合成塔，變換爐，蒸煮鍋，蒸球等。2．換熱容器，系指主要用來完成介質的熱量交換的容器。如管殼式廢熱鍋爐、熱交換器、冷卻器，冷凝器，蒸發(fā)鍋、加熱器，硫化鍋，消毒鍋，蒸壓釜，蒸煮器，染色器等。3．分離容器，系指主要用來完成介質的流體壓力平衡和氣體凈化分離等的容器。如分離器，過濾器、集油器，緩沖器，貯能器，洗滌器，吸收塔，銅洗塔，干燥塔等。4．貯運容器，系指主要用來盛裝生產(chǎn)和生活用的原料氣體，液體、液化氣體等的容器。如各種型式的貯槽，槽車(鐵路槽車、公路槽車)。在一種容器中，如同時具有兩個以上的工藝作用原理時，應按工藝過程中的主要作用來劃分。（五）按在生產(chǎn)工藝過程中的作用原理分類壓力容器可分為反應15（六）《容規(guī)》對壓力容器的分類為有利于安全技術管理和監(jiān)督檢查，根據(jù)容器的壓力高低，介質的危害程度等，《容規(guī)》將其適用范圍的容器劃分為三類。（六）《容規(guī)》對壓力容器的分類16（七）其他分類方法1．按容器的壁厚有薄壁容器和厚壁容器之分。a.薄壁容器：K＝（Do／Di）≤1.2;厚壁容器：K＝（Do／Di）＞1.22．按殼體的幾何形狀有球形容器、圓筒形容器、圓錐形容器之分。3．按制造方法有焊接容器、鍛造容器，鉚接容器、鑄造容器及各式組合制造容器之分。4．按結構材料可有鋼制容器，鑄鐵容器，有色金屬容器和非金屬容器之分。5．按容器的安放形式則有立式容器，臥式容器等之分（七）其他分類方法17

壓力容器專業(yè)知識

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18一.壓力容器設計、制造的主要特點

1.壓力容器設計一般包括結構設計(選擇)、設計計算與材料選擇．其中結構是設計計算的基礎，即根據(jù)各類承壓零部件不同的結構、形狀,分別進行設計計算.一.壓力容器設計、制造的主要特點1.壓力容器設計一般包括19一.壓力容器設計、制造的主要特點2.壓力容器設計計算一般要解決如下三類問題:2.1強度-在外壓作用下不允許產(chǎn)生塑性(永久)變形,是涉及安全的主要問題,如筒體、封頭等；2.2

剛性-在外力作用（制造、運輸、安裝與使用）下產(chǎn)生不允許的彈性變形，如法蘭（密封）、管板等；2.3穩(wěn)定性-在外力作用下防止突然失去原有形狀的穩(wěn)定性，如外壓及真空容器。一.壓力容器設計、制造的主要特點2.壓力容器設計計算一般要解20一.壓力容器設計、制造的主要特點3.依各類承壓零部件不同的結構、形狀,采用不同的加工方法分別制造,然后通過多種方法(焊接、法蘭螺栓、螺紋)連接在一起,構成一臺完整的容器,焊接是主要方法.

一.壓力容器設計、制造的主要特點3.依各類承壓零部件不同21一.壓力容器設計、制造的主要特點

4.在制造的全過程中要采用多種冷、熱加工方法,其中熱加工(焊接、熱處理、熱成形)以其技術的復雜性、質量要求的多樣性以及質量檢驗的難度,成為影響產(chǎn)品安全運行的關鍵.

一.壓力容器設計、制造的主要特點4.在制造的全過程中要22一.壓力容器設計、制造的主要特點5.壓力容器產(chǎn)品的質量主要是安全要求,而非性能要求,因此采取嚴格的市場準入(單位、人員)制度,以及全過程(設計、制造、使用等)質量控制.一.壓力容器設計、制造的主要特點5.壓力容器產(chǎn)品的質量主23二.壓力容器設計基礎知識薄壁容器應力簡化

1.1應力合理簡化的主要內容將三向受力狀態(tài)簡化為兩向(切向、軸向）受力狀態(tài)將應力沿壁厚非均布視為均布將應力沿軸向非均布視為均布1.2簡化的目的——依據(jù)外載方便計算應力1.3薄壁容器的范疇（即簡化造成誤差的允許范圍）——D外/D內＜1.5（力學）；D外/D內＜1.2（工程），即高、中、低壓容器。

二.壓力容器設計基礎知識薄壁容器應力簡化24三.壓力容器設計基礎知識

2.強度理論的選擇2.1強度理論的作用——在外載引起的應力與材料極限應力間建立聯(lián)系，以便計算壁厚。2.2主要強度理論的分類及選擇第一強度理論（最大主應力理論）~是最大主應力達到或超過材料強度極限構件即破壞（脆斷）。適用于脆性材料破壞，但ASMEⅧ-1與GB150等仍采用，主要原因在于經(jīng)驗豐富、簡便，采用一定的限制條件（壓力、結構、元件系數(shù)）可保證安全。三.壓力容器設計基礎知識2.強度理論的選擇252.強度理論的選擇

2.2主要強度理論的分類及選擇第三強度理論（最大剪應力理論）~最大剪應力達到或超過材料屈服極限構件即破壞（塑性屈服），較適用于壓力容器，ASMEⅧ-2與JB4732采用。第四強度理論（能量理論）~均方根剪應力（考慮最大剪應力的同時，兼顧其他剪應力對安全的影響）達到或超過材料屈服極限構件即破壞（塑性屈服），最適用壓力容器，但需試算使用不便。2.強度理論的選擇2.2主要強度理論的分類及選擇26三.壓力容器設計基礎知識3.失效判據(jù)（準則）的選擇3.1失效判據(jù)的作用~設定整部標準規(guī)范（即產(chǎn)品）的安全底線3.2失效判據(jù)（準則）的分類及選擇彈性失效判據(jù)~容器在整個使用過程（含耐壓試驗）材料應處于彈性，不得屈服。偏安全、經(jīng)驗豐富，ASMEⅧ-1及GB150采用。塑性失效判據(jù)~內壁材料進入塑性但外壁材料仍為彈性，可提高材料利用率，ASMEⅧ-2及JB4732等采用。三.壓力容器設計基礎知識3.失效判據(jù)（準則）的選擇27三.壓力容器設計基礎知識

3.失效判據(jù)(準則)的選擇

3.2失效判據(jù)(準則)的分類及選擇爆破失效判據(jù)---因材料屈服強化，內、外壁材料同時進入塑性仍不會破壞，應力直至材料強度限前均可使用，我國超高壓容器設計采用。三.壓力容器設計基礎知識

3.失效判據(jù)(準則)的選擇 284.設計條件的確定

4.1設計條件的作用---設計依據(jù)4.2設計條件包含的內容---主要為壓力、溫度、介質、腐蝕裕量、焊縫系數(shù)，自然基礎條件等。4.3（最高）工作壓力---正常工況（安全責任界限）容器頂部（最小、唯一）可能（并非必然）出現(xiàn)的最大壓力，由用戶工藝人員提供。4.4設計壓力---設定的容器頂部的最高壓力，與相應設計溫度一起成為設計載荷條件（可能出現(xiàn)的最危險工況），由設計人員根據(jù)最高工作壓力設定（大于或大于等于）。4.5腐蝕裕量---年腐蝕速率×設計壽命，指均勻腐蝕。對應力腐蝕、晶間腐蝕及氫腐蝕等需采用其他（如選材）解決。4.設計條件的確定 4.1設計條件的作用---設計依據(jù)29三.壓力容器設計基礎知識

5.安全系數(shù)

5.1 安全系數(shù)的作用---安全性與經(jīng)濟性辯證統(tǒng)一，整部標準規(guī)范的核心。5.2為何有安全系數(shù)載荷誤差;設計誤差;材料誤差;制造與檢驗的誤差;使用中的問題;未可知因素三.壓力容器設計基礎知識5.安全系數(shù)30三.壓力容器設計基礎知識

5.安全系數(shù)5.3安全系數(shù)發(fā)展的歷史與趨向單一走向多元---nb(強度)、ns(屈服)、nst(設計溫度下屈服)、nD(持久)、nn(蠕變)。取五者中最小許用應力。從高到低，下降趨勢（技術進步，經(jīng)驗積累）。針對不同應力對安全的不同影響，取不同的安全系數(shù)。

三.壓力容器設計基礎知識5.安全系數(shù)31三.壓力容器設計基礎知識

5.安全系數(shù)5.4螺栓安全系數(shù)的特殊性---避免過度上緊一般只對屈服點取安全系數(shù)依材料而異依規(guī)格而異三.壓力容器設計基礎知識5.安全系數(shù)32三.壓力容器設計基礎知識6.焊縫(焊接接頭)系數(shù)6.1焊縫系數(shù)的作用---設計系數(shù)?？紤]焊縫對容器強度的削弱，用整個增加壁厚的方式補足.6.2焊縫系數(shù)的選取---依焊接接頭型式及無損檢測長度（比例）確定。三.壓力容器設計基礎知識6.焊縫(焊接接頭)系數(shù)33三.壓力容器設計基礎知識6.焊縫(焊接接頭)系數(shù)6.3幾個問題的解釋相當于雙面焊的全焊透對接接頭，可采用多種方法實現(xiàn)，最終由無損檢測判斷；一般均指縱縫，環(huán)縫焊接接頭系數(shù)僅在特定條件（如高塔風載）下采用;容規(guī)對無墊板單面焊環(huán)向接頭焊縫系數(shù)的規(guī)定，應理解為對無墊板單面焊使用的限制。三.壓力容器設計基礎知識6.焊縫(焊接接頭)系數(shù)34三.壓力容器設計基礎知識7.主要受壓元件設計計算書中應注意的幾個問題7.1多數(shù)元件（如筒體、封頭、球殼）可通過公式直接得出壁厚，部分元件（如法蘭、外壓）需先假定尺寸然后進行試算校核。7.2設計時因難以搞清開孔與焊縫的相對位置，故均按在焊縫上進行開孔補強的設計，制造時應盡量使開孔遠離焊縫。7.3GB150對開孔規(guī)格的限制，是等面積補強方法的限制，如需要開大孔可另尋補強設計方法，如極限分析、安定性分析。三.壓力容器設計基礎知識7.主要受壓元件設計計算書中應注意的35三.壓力容器設計基礎知識7.主要受壓元件設計計算中應注意的幾個問題7.4除十字焊縫外，對封頭拼板焊縫無限制，但均需100%探傷，合格級別與容器一致。大型封頭制造后，因運輸原因切開到現(xiàn)場再組焊，不屬拼板焊縫。7.5為減少計算工作量，避免錯誤，將常用規(guī)格的封頭、法蘭編制成標準封頭、標準法蘭，供設計者選用，并非限制設計者自行設計計算。7.6GB150中要求筒節(jié)長度不小于300mm屬懲罰條款，并非合理要求。三.壓力容器設計基礎知識7.主要受壓元件設計計算中應注意的幾36三.壓力容器設計基礎知識8.應力分析設計的一般概念8.1應力分析設計（JB4732）與規(guī)則設計（GB150）的主要區(qū)別

GB150將復雜（真實）應力狀態(tài)簡化，只考慮一次膜應力對安全的影響，其他應力的影響用結構限制、元件系數(shù)等方法簡單處理，可滿足多數(shù)一般產(chǎn)品安全，設計計算簡便，同一臺容器采用統(tǒng)一的安全系數(shù)；JB4732需進行詳細的應力計算與分類，可滿足高參數(shù)重要產(chǎn)品的安全，設計計算復雜必須采用計算機，根據(jù)不同應力的各種組合（應力強度）對安全的不同影響分別加以不同限制。三.壓力容器設計基礎知識8.應力分析設計的一般概念37三.壓力容器設計基礎知識8.應力分析設計的一般概念8.1應力分析設計（JB4732）與規(guī)則設計（GB150）的主要區(qū)別

GB150采用第一強度理論，彈性失效準則，不適用于疲勞容器，壓力適用上限35MPa，安全系數(shù)較高；JB4732采用第三強度理論，塑性失效準則，可用于疲勞容器，壓力適用上限100MPa，安全系數(shù)較低。二者的制造檢驗要求無本質差別，僅JB4732要求更嚴格，如不允許采用局部無損檢測、每臺容器均制備產(chǎn)品焊接試板、對接管開孔倒圓倒角有明確要求、疲勞容器不得保留焊縫余高等。三.壓力容器設計基礎知識8.應力分析設計的一般概念38三.壓力容器設計基礎知識8.應力分析設計的一般概念8.2應力分類的基本知識按各類應力對容器安全的不同影響,將其分為一次應力、二次應力與峰值應力.三.壓力容器設計基礎知識8.應力分析設計的一般概念39三.壓力容器設計基礎知識8.應力分析設計的一般概念8.2應力分類的基本知識一次應力即基本應力，它有二大特征：第一，是外載荷（壓力、重量、其他外載）引起的，外載消失一次應力亦不復存在；第二，作用范圍廣，與結構長度或容器半徑屬同一量級。由內壓在圓筒與封頭上引起的切向、軸（經(jīng)）向應力即屬一次應力。一次應力按其在壁厚方向分布的均勻程度，又可分為一次膜應力（均布部分）和一次彎曲應力（扣除一次膜應力后的線性分布部分）。一次膜應力對容器安全影響最大，應嚴格限制；對一次彎曲應力的限制可稍寬。三.壓力容器設計基礎知識8.應力分析設計的一般概念40三.壓力容器設計基礎知識8.應力分析設計的一般概念8.2應力分類的基本知識二次應力是由相鄰部件的約束或結構自身約束而產(chǎn)生的應力，其特點是：第一，分布局域較一次應力小，與屬同一量級；第二，二次應力達到材料屈服點時，僅引起局部屈服，大部分材料仍屬彈性，且二次應力有自限性。封頭與筒體連接處由附加彎矩引起的軸、切向應力屬二次應力。溫差應力一般亦屬二次應力。對二次應力的限制寬于一次應力。三.壓力容器設計基礎知識8.應力分析設計的一般概念41三.壓力容器設計基礎知識8.應力分析設計的一般概念8.2應力分類的基本知識峰值應力.扣除一次、二次應力后，沿壁厚非線性分布的部分即為峰值應力。峰值應力多在殼體與接管連接處產(chǎn)生，其分布區(qū)域極小，與t一個量級，僅對疲勞破壞產(chǎn)生影響。

三.壓力容器設計基礎知識8.應力分析設計的一般概念42四.結構設計的一般要求1.結構的重要性----設計計算的基礎，對安全與經(jīng)濟性影響極大。

結構設計的基本要求是安全、方便制造與檢驗。任何結構都不是萬能的，需合理設計與選擇。2.筒體結構2.1筒體結構分為整體式與組合式兩大類四.結構設計的一般要求1.結構的重要性----設計計算的43四.結構設計的一般要求2.筒體結構2.2整體式整體式結構即滿足強度、剛度與穩(wěn)定性需要的厚度（不含耐蝕層）是由一整塊連續(xù)鋼材構成。常見整體式結構有：單層焊接（應用最廣）、鍛造（主要用于超高壓）、鍛焊（用于大型重要工況）、無縫管（小容器）。四.結構設計的一般要求2.筒體結構44四.結構設計的一般要求2.筒體結構2.3組合式滿足強度、剛度與穩(wěn)定性需要的厚度（不含耐蝕層）由板-板、板-帶、板-絲組合而成，主要用于高壓容器。

板-板有多層包扎、整體包扎、熱套、繞板等板-帶有型槽繞帶、扁平綱帶

板-絲有繞絲（主要用于超高壓）四.結構設計的一般要求2.筒體結構45四.結構設計的一般要求2.筒體結構2.4整體式與組合式之比較在安全性方面組合式優(yōu)于整體式，理由如下：以薄攻厚，中厚板、薄板性能優(yōu)于厚板;缺陷只能在本層內擴展；危險的縱縫（整體包扎含環(huán)縫）化整為零，各層均布；安全泄放孔，利于報警；預應力增加安全裕度。組合式工藝復雜，生產(chǎn)周期長，且不適于做熱容器四.結構設計的一般要求2.筒體結構46四.結構設計的一般要求3.封頭結構3.1封頭分為凸形封頭、錐形封頭、平蓋等三大類

3.2凸形封頭依形狀（受力）分為半球、橢圓、碟形、球冠。受力前優(yōu)于后，制造方便后優(yōu)于前。制造方法主要為沖壓（適于批量）、旋壓（適于單件）。制造方式主要有整板成形（小封頭）；先拼板后成形（大、中型封頭）；分辨成形后組焊（特大型封頭）。四.結構設計的一般要求3.封頭結構47四.結構設計的一般要求3.封頭結構3.3錐形封頭主要用于變速或方便卸料；依半頂角分為30°（無折邊）、45°（大端折邊）、60°（大、小端折邊）；主要制造方法卷焊3.4平蓋包括平蓋和鍛造平底封頭等，與筒體連接分為可拆與固接。

制造方法多為鍛造四.結構設計的一般要求3.封頭結構48四.結構設計的一般要求4.開孔補強結構4.1補強圈.加工方便,但補強效果有限,使用范圍有一定限制4.2厚壁管補強4.3另加補強元件(鍛件)補強,受力好,將角度改為對接易保證焊接質量,但加工復雜.四.結構設計的一般要求4.開孔補強結構49四.結構設計的一般要求5.法蘭5.1法蘭與密封墊、緊固件合為一個結構整體，屬可拆結構，其基本功能是連接與密封，法蘭結構與設計計算應三位一體綜合考慮。5.2法蘭按其整體性程度分為三種:整體法蘭--法蘭、法蘭頸與容器（或接管）合為一整體，強度與剛性好，連接與密封效果好，但加工困難；松式法蘭--法蘭未能與容器（或接管）有效合為一整體，連接與密封效果較差，但加工方便；任意式法蘭—介于二者之間。四.結構設計的一般要求5.法蘭50四.結構設計的一般要求5.法蘭5.3以密封壓緊面型式分為:平面密封—密封效果差，但加工方便凹凸面密封--單面限制墊片流動，密封效果較好，但加工較難椎槽密封—雙面限制墊片流動，密封性好，但加工復雜四.結構設計的一般要求5.法蘭51四.結構設計的一般要求6.焊接結構6.1焊接結構的主要作用為方便施焊，從結構上保證焊透，且盡量減少焊接工作量。6.2焊接結構與工藝因素（工人技能、習慣、方法、裝備等）關系密切，設計者可提要求，具體結構與尺寸原則上應由制造方確定，標準（GB150附錄J）為提示性，非強制。7.其他結構設計的注意事項7.1盡量避免外形突變,關注倒角、倒圓。7.2

開孔（尤其是大孔）盡量開在強度裕量大的部位，如平蓋、筒體端部，它們的厚度是由剛性及螺栓個數(shù)、排列與上緊空間決定的。四.結構設計的一般要求6.焊接結構52四.結構設計的一般要求7.其他結構設計的注意事項7.3應盡量避免靜不定結構（如臥式容器只允許雙鞍座），對靜不定結構（如球罐支承）應做特殊考慮。7.4應注意防止過大的溫差應力，如膨脹節(jié)的設置，支承中的活動支承。7.5支承設計中除考慮承重能力外，還應考慮支座反力對殼體的影響，決定是否加墊板。7.6對法蘭螺栓通孔、地腳螺栓通孔跨中均布的考慮。四.結構設計的一般要求7.其他結構設計的注意事項53五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識

1.產(chǎn)品焊接試板1.1產(chǎn)品焊接試板的作用

產(chǎn)品施焊后，用檢驗試板焊縫力學性能的辦法，來考核產(chǎn)品焊縫的力學性能是否合格。它不能替代無損檢測與外觀檢查。

五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識1.產(chǎn)品焊接試54五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識

2.焊后(消除應力)熱處理2.1目的

消除過大焊接應力,細化晶粒2.2焊接應力產(chǎn)生的原因、特點及危害焊接應力因焊接過程中變形協(xié)調產(chǎn)生焊接應力的特點:量值高,可能≥屈服極限；一直存在；屬二次應力有“自限性”；測量困難（x光衍射、小孔）。對容器的主要危害為應力腐蝕。五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識2.焊后(消除55五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識

2.焊后(消除應力)熱處理2.3需進行焊后熱處理的條件通用條件---依據(jù)材質、厚度、預熱溫度的不同組合判定；必需條件---圖樣注明應力腐蝕、盛裝極度、高度危害介質；免做條件---奧氏體不銹鋼；關注應力腐蝕的復雜性（介質、溫度、酸堿度、材質、殘余應力等）五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識2.焊后(消除56五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識

2.焊后(消除應力)熱處理2.4焊后熱處理整體進爐、分段進爐、局部、現(xiàn)場熱處理2.5熱處理工藝要求進、出爐爐溫；升、降溫速度；保溫時溫差；爐內氣氛。目的在于熱透；避免過大溫差應力造成的損害.五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識2.焊后(消除57五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識

3.耐壓試驗與氣密性試驗3.1耐壓試驗的目的內壓—竣工后出廠前全面考核(驗證)強度;檢漏3.2液壓試驗試驗壓力的確定--試驗壓力計算公式中的系數(shù)（1.25）與安全系數(shù)有關，試驗前的應力校核是基于彈性失效準則。液壓試驗的危險性主要來自能量觀點（P·V）和金屬碎片。

五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識3.耐壓試驗58五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識

3.耐壓試驗與氣密性試驗3.3氣壓試驗氣壓試驗的危險性遠高于液壓，除P·V和碎片外，氣體會高速恢復被壓縮的體積形成沖擊波；允許氣壓試驗的條件：因承重等原因無法液壓；液體無法吹干排凈生產(chǎn)中不允許殘留液體。五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識3.耐壓試驗59五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識

3.耐壓試驗與氣密性試驗3.4氣密試驗目的---檢漏條件---極度高度危害介質;生產(chǎn)工藝過程中不允許泄漏；試驗介質---空氣氨、惰性氣體等，氣壓試驗后是否再做氣密與介質有關試驗合格指標與檢漏方法五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識3.耐壓試驗60五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識

4.壓力容器的改造與維修4.1應充分關注改造與維修的難度和質量

在使用現(xiàn)場對在役容器進行維修、改造,尤其是動火(焊接)維修、改造在技術上是件十分困難的事,主要難點在于:缺陷的去除、坡口加工、開孔等由于位置、工具等原因，難度大于制造廠；焊接修復由于位置、施焊環(huán)境、預熱條件、拘束度等原因，難度大于制造廠。

在役產(chǎn)品的材料可能早被淘汰，在長期使用過程中因老化、腐蝕等原因可能造成材料性能質量的改變，均會加大維修、改造的難度。五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識4.壓力容器61五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識

5.管子與管板的脹接5.1脹接的分類貼脹。貼脹在管板孔內表面可不開槽。貼脹一定要與強度焊聯(lián)合使用，其目的在于減少管子與管板間的間隙，防止震動。強度脹。強度脹管板孔內表面應開矩形槽，并應達到全厚度脹接。強度脹可單獨使用，亦可與密封焊聯(lián)合使用，對重要場合亦可與強度焊聯(lián)合使用。五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識5.管子與管62五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識

5.管子與管板的脹接5.2脹接方法一般分為柔性脹（如液壓脹、橡膠脹、液袋式液脹等）和機械脹。5.3脹接質量控制要求嚴格檢查管端與管板孔內表面的尺寸精度、清潔度、硬度、粗糙度，尤其不應有縱向或螺旋狀刻痕。脹接前應計算脹接壓力并進行試脹，測試脹接接頭的拉脫力.脹后應進行耐壓試驗，檢查脹口嚴密性。

五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識5.管子與管63八、壓力容器主要失效方式

1．人們對失效方式的認識過程1.1對壓力容器失效方式的最初認識只是防止爆炸，并為此而制訂相應的建造規(guī)范（如ASME）。1.2

ASMEⅧ-1所采用的設計準則主要僅計及防止壓力容器產(chǎn)生過大的彈性變形，包括彈性不穩(wěn)定，并未考慮其他可能發(fā)生的失效方式。為防止多種失效方式，ASMEⅧ-1在材料、結構、安全系數(shù)以及制造檢驗等方面進行了限制，組成了一套比較完整但不夠嚴密科學的設計方法，使其能在未對各受壓元件進行詳細應力分析的條件下保證多數(shù)壓力容器的安全使用。

八、壓力容器主要失效方式

1．人們對失效方式的認識過程64八、壓力容器主要失效方式1．人們對失效方式的認識過程1.3隨著需要（首先是核容器）與可能（近代計算方法與技術），并通過對壓力容器性能、結構特點與載荷特性的深入研究，以ASMEⅢ和ASMEⅧ-2為標志，較全面認識了壓力容器可能存在的多種失效方式。八、壓力容器主要失效方式1．人們對失效方式的認識過程65八、壓力容器主要失效方式2．壓力容器可能存在的八種失效方式：2.1過量的彈性變形，包括彈性不穩(wěn)定2.2過量的塑性變形2.3脆性斷裂2.4由應力引起的破壞/蠕變變形2.5塑性不穩(wěn)定—漸增的垮塌2.6高應變、低循環(huán)疲勞2.7應力腐蝕2.8腐蝕疲勞八、壓力容器主要失效方式2．壓力容器可能存在的八種失效方式：66

壓力容器一般結構

壓力容器一般結構

67壓力容器一般結構一、壓力容器結構概述1、壓力容器一般是由筒體（又稱殼體）、封頭（又稱端蓋）、法蘭、接管、人孔、支座、密封元件、安全附件等組成。它們統(tǒng)稱為過程設備零部件，這些零部件大都有標準。其典型過程設備有換熱器、反應器、塔式容器、儲存容器等。壓力容器一般結構一、壓力容器結構概述68浮頭式換熱器

浮頭式換熱器 69浮頭式換熱器

浮頭式換熱器 70反應器結構示意

反應器結構示意71板式塔的結構示意圖

板式塔的結構示意圖72球形容器結構示意圖

球形容器結構示意圖73儲存容器結構示意圖

儲存容器結構示意圖74固定管板式換熱器

固定管板式換熱器 75U形管式換熱器U形管式換熱器762.填料函雙殼程換熱器2.填料函雙殼程換熱器77釜式重沸器釜式重沸器78壓力容器零部件

1、壓力容器常用的零部件有筒體、封頭、法蘭、支座、人孔、手孔、開孔補強等。為了便于設計、互換及批量生產(chǎn)，這些零部件都已經(jīng)標準化、系列化，并在各種過程設備上通用。壓力容器零部件是容器不可缺少的組成部分。壓力容器特定的操作條件不僅要求其主體必須滿足要求，而且零部件也應符合結構、材料、性能、強度等方面的要求。作為受壓元件的零部件，如同殼體一樣，也納入質量管理與保證的監(jiān)控范圍。這對壓力容器的整體質量和確保安全使用有著十分重要的意義。壓力容器零部件1、壓力容器常用的零部件有筒體、封頭、法蘭、792、為了便于組織生產(chǎn)，降低成本，利于互換，我國各有關部門對壓力容器零部件進行了標準化和系列化工作，并制定了國家標準和滿足行業(yè)特點的行業(yè)標準。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生產(chǎn)技術的不斷提高曾多次修定，目前已日臻完善。3、壓力容器的設計應包括結構設計(選擇)并不僅包括設計計算與材料選擇．其中結構是設計計算的基礎，即根據(jù)各類承壓零部件不同的結構、形狀,分別進行設計計算.2、為了便于組織生產(chǎn)，降低成本，利于互換，我國各有關部門對壓80筒體圓柱形筒體是壓力容器主要形式，制造容易、安裝內件方便、而且承壓能力較好，因此應用最廣。圓筒形容器又可以分為立式容器和臥式容器。由于容器的筒體不但存在與容器封頭、法蘭相配的問題，而且臥式容器的支座標準也是按照容器的公稱直徑系列制定的，所以不但管子有公稱直徑，筒體也制定了公稱直徑系列。對于用鋼板卷焊的筒體，用筒體的內徑作為它的公稱直徑，其系列尺寸有300、400、500、600…等，如果筒體是用無縫鋼管制作的，用鋼管的外徑作為筒體的公稱直徑。筒體81封頭

壓力容器封頭，常見的形式有凸形封頭（包括半球形封頭、橢圓形封頭，碟形封頭、球冠形封頭）、錐形封頭、變徑段、平蓋等。1.半球形封頭:半球形封頭由球殼的一半作成。與其他形狀的封頭相比，封頭殼壁在壓力作用下產(chǎn)生的應力最小，因此它所需要的壁厚最薄，用材比較節(jié)省。但半球形封頭深度大、制造比較困難，尤其對加工設備條件較差的中小型設備制造廠困難更大。而對于大直徑（Di＞3m）的半球形封頭可用數(shù)塊鋼板在大型水壓機成型后拼焊而成。半球形封頭還用于高壓容器上代替平封頭，以節(jié)省鋼材。封頭822.橢圓形封頭:橢圓形封頭縱剖面的曲線部分是半個橢圓形，直邊段高度為h，因此橢圓形封頭是由半個橢球和一個高度為h的圓筒形筒節(jié)構成，橢圓形的曲率是連續(xù)的，其應力也是連續(xù)的，封頭各部分的薄膜應力θ隨著坐標軸的變化而變化，而且與長短軸的比值DN/2（H-h）有關。DN/2（H-h）=2為標準橢圓形封頭。直邊段是為了使焊縫避開邊緣應力區(qū)。封頭的標準為JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》。3.碟形封頭是由三部分組成。第一部分是以半徑為Ri的球面部分，第二部分是以半徑為Di/2的圓筒形部分，第三部分是連接這兩部分的過渡區(qū)，其曲率半徑為r,Ri與r均以內表面為基準。由于第一部分與第三部分是兩個不同的曲面，故在交點ｂ處曲率半徑有一個突然的變化，在b點處不僅由內壓引起的拉應力，還有邊緣力矩引起的邊緣彎曲應力，在過渡區(qū)和圓筒部分交界點a處也有緣應力存在，其邊緣應力的大小與Di/r有關。當r/Di之比值愈小，即曲率變化愈厲害，則邊緣應力愈大。

2.橢圓形封頭:橢圓形封頭縱剖面的曲線部分是半個橢圓833.碟形封頭:碟形封頭同樣在碟形殼體邊緣為周向壓應力，為了使這部分殼體不致于失穩(wěn)，具有足夠穩(wěn)定性，GB150-1998中規(guī)定對于Ri=0.9Di、r=0.17Di的碟形封頭（原標準碟形封頭），其有效厚度應不小于封頭內直徑的0.15%。其他碟形封頭的有效厚度應不小于0.30%Di。JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》中分DHA和DHB兩種類型，DHA型封頭Ri=1.0Di、r=0.15Di,DHA型封頭Ri=1.0Di、r=0.15Di。3.碟形封頭:碟形封頭同樣在碟形殼體邊緣為周向壓應力，為了使844.球冠形封頭:球冠形封頭可用作端封頭，也可以用作容器中兩獨立受壓室的中間封頭，由于封頭為一球面且無過渡區(qū)，在連接邊緣有較大邊緣應力，要求封頭與筒體聯(lián)接處的T形接頭采用全焊透結構。在任何情況下，與球冠形封頭連接的圓筒厚度應不小于封頭厚度。否則，應在封頭與圓筒間設置加強段過渡連接。圓筒加強段的厚度應與封頭等厚.5.錐形封頭:錐形封頭有無折邊錐形封頭和折邊錐形封頭。帶折邊的錐形封頭由三部分組成，即錐形部分、半徑為r的圓弧過渡部分和圓筒部分。過渡部分是為了降低邊緣應力，而直邊部分是為了避免邊緣應力疊加在封頭和筒體的連接焊縫上。4.球冠形封頭:球冠形封頭可用作端封頭，也可以用作容器中兩獨856.錐形封頭:對于軸對稱的錐形封頭大端，當錐殼半頂角α≤30℃時，可以采用無折邊結構；α＞30℃時，應采用帶過渡段的折邊結構。對于錐形封頭小端，當錐殼半頂角α≤45℃時，可以采用無折邊結構；α＞45℃時，應采用帶過渡段的折邊結構。JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》中規(guī)定了封頭型式。7.平蓋作為封頭承受介質的壓力時所產(chǎn)生的彎曲應力較大，在等厚度、同直徑條件下，平板內產(chǎn)生的最大彎曲應力是圓筒壁薄膜應力的20～30倍。所以平蓋封頭的壁厚比同直徑的筒體壁厚大的多。而且平蓋封頭還會對筒體造成較大的邊緣應力，因此，它的結構簡單，制造方便但承壓容器的封頭一般都不采用平蓋。只是壓力容器上的人孔、手孔采用平蓋，或直徑較小的高壓容器及小直徑的常壓容器，一般也采用平蓋。6.錐形封頭:對于軸對稱的錐形封頭大端，當錐殼半頂角α≤3086常見封頭型式及參數(shù)常見封頭型式及參數(shù)87碟形封頭

碟形封頭88折邊錐形封頭

折邊錐形封頭89折邊錐形封頭

折邊錐形封頭90球冠形封頭

球冠形封頭916.支座是用來支承容器重量和用來固定容器的位置。支座一般分為立式容器支座、臥式容器支座。立式容器支座分為耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。臥式容器多使用鞍式支座。耳式支座，一般由兩塊筋板及一塊底板焊接而成。耳座的優(yōu)點是簡單、輕便；缺點是對器壁易產(chǎn)生較大的局部應力。耳座適用于公稱直徑不大于4000mm的立式圓筒形容器。支座數(shù)量一般應采用四個均布，容器直徑小于等于700mm時,支座數(shù)量允許采用2個。6.支座是用來支承容器重量和用來固定容器的位置。支座一般分為92耳式支座（JB/T4725-92）

圖2.2-2耳式支座耳式支座（JB/T4725-92）圖2.2-2耳式支座93耳式支座支座與筒體連接處是否加墊板，應根據(jù)容器材料與支座連接處的強度或剛度決定。對低溫容器的支座，一般要加墊板。對于不銹鋼制設備，當用碳鋼制作支座時，也需在支座與筒連接處加墊板。若容器殼體有熱處理要求時，支座墊板應在熱處理前焊接在器壁上。為改善容器的受力情況，將支座墊板四角倒圓；并在墊板中心開一通氣孔，以利于焊接或熱處理時氣體的排放。耳式支座支座與筒體連接處是否加墊板，應根據(jù)容器材料與支座連接94支承式支座（JB/T4724-92）

支承式支座是由數(shù)塊鋼板焊接成（A型，圖2.2-3）也可以用鋼管制作（B型）。支承式支座適用于下列條件的鋼制立式圓筒形容器：①公稱直徑DN800~4000mm；②圓筒長度L與公稱直徑DN之比L/DN≤5；③容器總高度HO≤10m。支承式支座型式分為A、B型兩類。

支承式支座（JB/T4724-92）支承式支座是由數(shù)塊鋼板95A型支承式支座圖2.2-3A型承式支座A型支承式支座圖2.2-3A型承式支座96腿式支座（JB/T4713-92）腿式支座是將角鋼或鋼管直接焊在筒體上或筒體的加強板上。圖2.2-4是焊在加強板上的支腿（A型）。腿式支座適用于安裝在剛性基礎，且符合下列條件的容器：①公稱直徑DN400~1600mm；②圓筒長度L與公稱直徑DN之比L/DN≤5;③容器總高度H1≤5000m。腿式支座（JB/T4713-92）腿式支座是將角鋼或鋼管直97腿式支座（JB/T4713-92）腿式支座不適用于通過管線直接與產(chǎn)生脈動載荷的機器設備剛性連接的容器，對此類容器應選用裙座等支承型式，以避免振動，如經(jīng)計算，確認無問題時，可不受此限制。支座數(shù)量一般應采用三個或四個均布。A、AN型支座具有易與容器圓筒相吻合、焊接安裝較為容易的優(yōu)點；B、BN型支座具有在所有方向上都具有相同截面系數(shù)，具有較高抗壓失穩(wěn)能力的優(yōu)點。標準考慮了支腿與圓筒連接處局部應力問題,故分為帶墊板和不帶墊板。符合下列情況之一，應設置墊板：①用合金制的容器殼體；②容器殼體有熱處理要求；③與支腿連接處的圓筒有效厚度小于JB/T4712-92表4給出的最小厚度；墊板材料一般與容器殼體材料相同。腿式支座（JB/T4713-92）腿式支座不適用于通過管線98腿式支座（JB/T4713-92）

圖2.2-4A型腿式支座腿式支座（JB/T4713-92）圖2.2-4A型腿99裙式支座:適用于高大型或重型立式容器的支承。裙式支座型式有圓筒形和圓錐形兩種形式，通常采用圓筒型裙座。圓錐形裙座一般用于以下情況：①塔徑D>1000m，且H/D≥30或D≤1000m，且H/D≥25；②基本風壓q≥0.5KN/m2或地震烈度≥8度時。圓錐形裙座的半錐角≤15°。裙座上須開孔：①排氣孔裙座頂部須開設Φ80~Φ100的排氣孔，以排放可能聚結在裙座與封頭死區(qū)的有害氣體。對于有人孔的矮裙座或者頂部在封頭拼接焊縫處開有缺口的可以不開設排氣孔。②排液孔裙座底部須開設80~100的排液孔，一般孔徑Φ50，中心高50mm的長圓孔。③人孔裙座上須開設人孔，以方便檢修；人孔一般為圓形，當截面削弱受到限制或為方便拆卸塔底附件（如接管等），可開長圓孔。④引出管通道孔裙式支座:適用于高大型或重型立式容器的支承。裙式支座型式有圓100

裙式支座

考慮到管子熱膨脹，在支承筋與引出管之間應保留一定間隙。裙座與塔體封頭連接裙座直接焊接在塔底封頭上，可采用對接焊縫或搭接焊縫。在沒有風載荷或地震載荷時，對接焊縫承受容器重量產(chǎn)生的壓縮載荷，搭接焊縫則承受剪切載荷。相比而言，搭接焊縫受力情況較差，在一些小塔或受力較小的情況下采用。裙座與塔殼體過渡段塔殼設計溫度低于-20℃或高于250℃時，裙座殼頂部分的材料應與塔下封頭材料相同，裙座殼體過渡段長度取4倍保溫層厚度，但不小于500mm；對奧氏不銹鋼塔，其裙座殼體過渡段高度不小于300mm，材料同底封頭。裙座保護層當塔內或周圍容器內有易燃、易爆介質時，一旦發(fā)生火災，裙式支座型式會因溫度升高而喪失強度，故裙座應設防火層。當裙座D≤1500mm時，僅外面敷設防火層；當裙座D>1500mm時，兩側均敷設50mm石棉水泥層。當塔內操作溫度很高，塔體與裙座的溫度差引起不均勻熱膨脹，會使裙座與塔底封頭連接焊縫受力情況惡化，此時須對裙座加以保溫。裙式支座考慮到管子熱膨脹，在支承筋與引出管之間應保留一定101鞍式支座鞍式支座是由底板、腹板、筋板和墊板組焊而成。它適用于雙支點支承的鋼制臥式容器的支座。鞍式支座型式：按鞍座實際承載的大小分為輕型（A）、重型（B）兩種。鞍座分固定式（F）和滑動式（S）兩種安裝形式。

鞍式支座102鞍式支座

圖2.2-5鞍式支座鞍式支座圖2.2-5鞍式支座103鞍式支座

鞍式支座型式選擇：①重型鞍座可滿足臥式換熱器，介質比重較大或L/D較大臥式容器的要求；輕型鞍座則滿足一般臥式容器的使用要求。②容器因溫度變化，固定側應采用固定鞍座；滑動側采用滑動鞍座。固定鞍座一般設在接管較多的一側。采用三個鞍座時，中間鞍座宜選固定鞍座，兩側鞍座可選滑動鞍座。③為改善容器的受力情況，將墊板四角倒圓；并在墊板中心開一通氣孔，以利于焊接或熱處理時氣體的排放；為使墊板按實際需要設置或與容器等厚，標準中墊板厚度允許改變。④對于DN≤900mm容器，鞍座分為帶墊板和不帶墊板兩種⑤考慮到封頭的加強作用，鞍座應盡可能靠近封頭，即A應小于或等于D0/4，從受力情況考慮，A不宜大于0.2L。當需要時，A最大不得大于0.25L。⑥當容器基礎是鋼筋混凝土時，滑動鞍座底板下面必須安裝基礎墊板?；A墊板必須保持平整光滑。鞍式支座鞍式支座型式選擇：104法蘭法蘭連接主要優(yōu)點是密封可靠和足夠的強度。缺點是不能快速拆卸、制造成本較高。法蘭分類主要有以下方法：（1）按其被連接的部件分為壓力容器法蘭和管法蘭。（2）按法蘭接觸面的寬窄可分為窄面法蘭和寬面法蘭。①寬面法蘭是指墊片接觸面分布于法蘭螺栓中心圓內外兩側的法蘭連接，一般用于壓力很低場合。②窄面法蘭是指墊片接觸面位于法蘭螺栓孔包圍的圓周內的法蘭連接。(3)按整體性程度分為整體法蘭、松式法蘭和任意式法蘭。①整體法蘭：指法蘭環(huán)、頸部及圓筒三者有效地連接成一整體的法蘭，共同承受法蘭力矩的作用。②松式法蘭：指法蘭與圓筒未能有效地連接成一整體的法蘭，計算中認為法蘭力矩完全由法蘭環(huán)本身來承擔。典型松式法蘭有活套法蘭。③任意式法蘭：指整體性程度介于上述二者間的法蘭。其圓筒與法蘭環(huán)雖未形成一整體結構，但可作為一個接構元件，共同承受法蘭力矩。法蘭105法蘭密封面:法蘭密封面分為平面密封面、凹凸面密封面、榫槽面密封面。平面法蘭密封面具有結構簡單，加工方便，且便于進行防腐襯里等的優(yōu)點，由于這種密封面和墊片的接觸面積較大，如預緊不當，墊片易被擠出密封面。也不宜壓緊，密封性能較差，適用于壓力不高的場合，一般使用在PN≤2.5MPa的壓力下。凹凸面法蘭密封面相配的兩個法蘭結合面是一個凹面和一個凸面。安裝時易于對中，能有效地防止墊片被擠出密封面，密封效果優(yōu)于平面密封。榫槽面法蘭密封面相配的兩個法蘭結合面是一個榫面和一個槽面。密封面更窄。由于受槽面的阻擋，墊片不會被擠出壓緊面，且少受介質的沖刷和腐蝕。安裝時易于對中，墊片受力均勻，密封可靠，適用于易燃、易爆和有毒介質的運用。只是由于墊片很窄，更換時較為困難。法蘭密封面:法蘭密封面分為平面密封面、凹凸面密封面、106壓力容器法蘭

壓力容器法蘭標準為JB4701~4707-2000《壓力容器法蘭》。它包括法蘭、墊片及等長雙頭螺柱等8個標準。其中法蘭分三種：甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭及長頸法蘭。其中長頸法蘭受力情況最好，甲型平焊法蘭受力最差，故長頸法蘭使用范圍最寬。甲型平焊法蘭一般采用鋼板制作，由于其最大厚度有限，所以只能適用于低壓情況，為此只宜配用軟墊片，如石棉橡膠板，匹配螺柱、螺母材料可選用Q235-A。對于乙型平焊法蘭和長頸對焊法蘭，對PN<1MPa的情況下，采用軟墊片所需螺栓載荷較小，因此配置螺柱材料為35鋼等；對PN≥1MPa的情況下，由于螺栓載荷逐步變成受操作壓力控制。壓緊墊片所需螺栓載荷相對為平衡內壓軸向力所需的螺栓載荷為小（尤其在大規(guī)格直徑螺栓規(guī)格時），因此采用不同墊片時，它們螺栓載荷相差不很大，標準中允許采用相同的螺柱配置并以要求較大螺栓載荷的墊片進行考慮，螺柱材料為40MnB或40Cr等，可供匹配墊片包括非金屬墊圈、纏繞墊和金屬包墊。壓力容器法蘭107壓力容器法蘭對于高應力和較大直徑規(guī)格的法蘭，由于所需螺栓載荷很大，因此采用了高強度的螺柱材料，如40MnVB和35CrMoA等，以保證法蘭有較緊湊的結構尺寸，受力合理。法蘭的拼接焊縫須經(jīng)百分之百射線或超聲檢測。對長頸法蘭，當工作壓力大于或等于0.8倍本標準中規(guī)定的最大允許工作壓力時，法蘭與圓筒的對接焊縫必須進行100%射線或超聲檢測，檢測方法按JB4730。射線檢測II級合格，超聲波檢測I級合格。當法蘭所在容器圖樣對容器殼體的檢測要求未能滿足上述要求時，則該要求應在圖樣中標明。對甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭與圓筒或短節(jié)間的連接焊縫應進行磁粉或滲透檢測，檢測方法按JB4730，I級合格。壓力容器法蘭108容器法蘭墊片

容器法蘭墊片有《非金屬軟墊片》（JB/T4704-2000）、《纏繞墊片》（JB/T4705-2000）、《金屬包墊片》（JB/T4706-2000）。纏繞墊分為四種形式：A型（基本型）不帶加強環(huán)，用于榫槽密封面；B型帶內加強環(huán)，用于凹凸密封面；C型帶外加強環(huán)，用于平面密封面；D內外均有加強環(huán)，用于光滑密封面

容器法蘭墊片容器法蘭墊片有《非金屬軟墊片》（JB/109管法蘭國際管法蘭標準主要有兩個體系，即以德國DIN（包括原蘇聯(lián)）為代表的歐洲管法蘭體系和以美國ANSI管法蘭為代表的美洲管法蘭體系。除此之外，還有日本JIS管法蘭。標準HG20592-20635-97《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》中HG20592-20614屬于歐洲體系，HG20615~20635-97屬于美洲體系。HG管法蘭（歐洲體系）的公稱壓力等級按DIN標準，公稱壓力范圍：0.25，0.6，1.0，1.6，2.5，4.0，6.3，10.0，16.0，25.0MPa等10個壓力等級。公稱直徑范圍：10~2000mm。法蘭型式有板式平焊、帶頸平焊、帶頸對焊、整體、承插焊、螺紋、對焊環(huán)松套、平焊環(huán)松套、法蘭蓋、襯里法蘭等10種。密封面型式有突面、凹凸面、榫槽面、環(huán)連接面、全平面等5種。管法蘭110人孔與手孔壓力容器檢查孔包括人孔與手孔，開設檢查孔的目的是為了檢查容器在使用過程中是否產(chǎn)生裂紋、變形、腐蝕等缺陷。對壓力容器檢查孔的要求見《容規(guī)》不開設檢查孔壓力容器的條件。人孔和手孔均巳標準化，可根據(jù)設計需要和操作條件直接選用。選用時應綜合考慮公稱壓力、公稱直徑、設計溫度以及人、手孔的結構和材料等諸方面的因素。

人、手孔的類型很多，選擇使用上有較大的靈活性。通?？梢愿鶕?jù)操作需要、壓力、重量大小、安裝位置以及開啟頻繁程度等方面確定人、手孔的類型。具體有以下考慮：（1）工作壓力較高時宜選用對焊法蘭人、手孔，反之多用平焊法蘭人、手孔（2）安裝位置較高，檢修不便的容器上宜選用回轉蓋或吊蓋型式的人、手孔；（3）若選擇吊蓋人孔時，當人孔筒節(jié)軸線水平安裝，應選垂直吊蓋人孔；當人孔筒節(jié)軸線垂直安裝，應選水平吊蓋人孔；（4）人、手孔需經(jīng)常打開時，可選用快開式的人、手孔結構。人孔與手孔111開孔與開孔補強

為了使壓力容器能正常操作，在筒體和封頭上常設置如進、出料口，壓力表、溫度計等接口及視鏡、液面計等附件。為了安全以及維修方便，因此，在容器上開孔是不可避免的，主要是要考慮開孔的位置，大小、連接結構和開孔補強問題。壓力容器開孔后，不但削弱器壁強度，而且，在開孔附近形成應力集中。（1）應力集中系數(shù):容器的開孔集中程度是用應力集中系數(shù)K來表征的，“K”的定義是開孔處的最大應力值與開孔時最大薄膜應力之比。開孔接管處的應力集中系數(shù)主要受下列因素影響：①容器的形狀和應力狀態(tài)由于孔周邊的最大應力是隨薄膜應力的增加而上升的，圓殼的薄膜應力是球殼的兩倍，所以圓筒殼的應力集中系數(shù)大于球殼。同理，圓錐殼的集中系數(shù)則高于圓筒殼。②開孔的形狀、大小及接管壁厚開方孔時應力集中系數(shù)最大，橢圓孔次之，開圓孔最小。接管軸線與殼體法線不一致時，開孔將變?yōu)殡S圓形而使應力集中系數(shù)增大。開孔直徑越大，接管壁厚越小，應力集中系數(shù)越大，故減小孔徑或增加接管壁厚均可降低應力集中系數(shù)。插入式接管的應力集中系數(shù)小于平齊接管。開孔與開孔補強112容器開孔接管處應力集中的特點

在實際上生產(chǎn)中，容器殼體開孔后均需焊上接管或凸緣，而接管處的應力集中與殼體開小圓孔時的應力集中并不相同。在操作壓力作用下，殼體與開孔接管在連接處各自的位移不相等，而最終的位移卻必須協(xié)調一致。因此，在連接點處將產(chǎn)生相互約束力和彎矩。故開孔接管處不僅存在孔邊集中應力和薄膜應力，還有邊緣應力和焊接應力。另外，壓力容器的結構形狀、承載狀態(tài)及工作環(huán)境等，對接管處的應力集中的影響均較開孔復雜。所以，容器接管處的應力集中較小孔嚴重得多，應力集中系數(shù)可達3-6。但其衰減迅速，具有明顯的局部性，不會使殼體引起任何顯著變形，故可允許應力峰值超過材料的平均屈服應力。開孔補強的目的的在于使孔邊的應力峰值降低至允許值。容器開孔接管處應力集中的特點在實際上生產(chǎn)中，113容器大開孔與小開孔的區(qū)別

不論大開孔還是小開孔，其孔邊的應力集中都是存在的。但容器孔邊應力集中的理論分析是借助于無限大平板上開小圓孔為基礎的。但大開孔時，除有拉（壓）應力外，還有很大的彎曲應力，且其應力集中范圍超出了開小孔時的局部范圍，在較大范圍內破壞了殼體的應力狀態(tài)。因此，小開孔的理論分析就不適用了。當殼體上開孔直徑大于GB150中的規(guī)定時，其補強結構和計算需作特殊考慮，須提出特殊制造要求。容器大開孔與小開孔的區(qū)別不論大開孔還是小開孔，114謝謝各位謝謝各位115壓力容器審核員培訓壓力容器基礎知識

濟南市鍋爐壓力容器檢驗研究所毛文幫2009年12月壓力容器審核員培訓壓力容器基礎知識

濟南市鍋爐壓力容器檢驗研116壓力容器簡介一、廣義壓力容器的定義所謂容器，通常的說法是：由物體構成用于盛裝物料的空間構件。通俗地講，就是化工、煉油，醫(yī)藥，食品等生產(chǎn)所用的各種設備外部的殼體都屬于容器。不言而喻，所有承受壓力的密閉容器稱為壓力容器，或者稱為受壓容器。壓力容器簡介一、廣義壓力容器的定義117二、壓力容器的壓力源容器所盛裝的，或在容器內參加反應的物質，稱之為工作介質。常用壓力容器的工作介質是各種氣體、水蒸汽或液體，我們這里主要講氣體介質的壓力來源。壓力來源可以分為氣體壓力的產(chǎn)生或增大，它來自容器內或容器外二類。二、壓力容器的壓力源118

容器的氣體壓力產(chǎn)生于器外時，其壓力源一般是氣體壓縮機或蒸汽鍋爐。氣體壓縮機主要有容積型和速度型兩類。容積型氣體壓縮機是通過縮小氣體的體積，增加氣體的密度來提高氣體壓力的。而速度型氣體壓縮機則是通過增加氣體的流速，使氣體的動能轉變?yōu)閯菽軄硖岣邭怏w壓力的。工作介質為壓縮氣體的壓力容器，其可能達到的最高壓力為氣體壓縮機出口的氣體壓力.蒸汽鍋爐是利用燃料燃燒放出的熱量將水加熱蒸發(fā)而產(chǎn)生水蒸汽的一種設備。由于在相同壓力下水蒸汽的體積是飽和水的1000多倍.

容器的氣體壓力產(chǎn)生于器外時，其壓力源一般是氣體壓縮機或119

容器的氣體壓力產(chǎn)生于容器內時，其原因有：容器內介質的聚集狀態(tài)發(fā)生改變；氣體介質在容器內受熱，溫度急劇升高；介質在容器內發(fā)生體積增大的化學反應等。由于介質的聚集狀態(tài)發(fā)生改變而產(chǎn)生或增加壓力的，一般是由于液態(tài)或固態(tài)物質在容器內受熱(如周圍環(huán)境溫度升高，容器內其他物料發(fā)生放熱化學反應等)、蒸發(fā)或分解為氣體，體積劇烈膨脹，但因受到容器容積的限制，氣體密度大為增加，因而在器內產(chǎn)生壓力或使原有的氣體壓力增加。例如二氧化硫，當溫度低于—10.1℃(標準沸點)時，它在密閉容器內的蒸氣壓力低于大氣壓力，而當溫度升高至60℃時，呈液態(tài)的二氧化硫便大量蒸發(fā)，其蒸氣壓力即升高到11.25絕對大氣壓。又如高分子聚合物固態(tài)聚甲醛，受熱后“解聚’變?yōu)闅鈶B(tài)，體積約增大1065倍，在密閉容器內也會產(chǎn)生很高的氣體壓力。

容器的氣體壓力產(chǎn)生于容器內時，其原因有：容器內介質的聚120由于氣體介質在容器內受熱而產(chǎn)生或顯著增加壓力。例如有些貯裝易于發(fā)生聚合反應的氣體容器(如某些碳氫化合物貯罐)，在合適條件下單分子氣體可以局部發(fā)生聚合反應，產(chǎn)生大量的聚合熱，使容器內的氣體受熱，溫度大幅度上升，使壓力劇烈增高，有時還會因此而發(fā)生容器超壓爆破事故。由于介質在容器內發(fā)生體積增大的化學反應而壓力升高的例子較多，例如用碳化鈣加水經(jīng)化學反應生成乙炔氣體，體積大為增加，在密閉的容器內會產(chǎn)生較高的壓力。又如電解水制取氫和氧的反應，因為1米3的水可以分解成1240米3的氫氣和620米3的氧氣，體積約增大2000倍，在密閉的容器內也會產(chǎn)生很高的壓力。注意：常用的壓力容器中，氣體壓力在容器外增大的較多，在容器內增大的較少。但后者危險性較大，對壓力控制的要求也更嚴格。由于氣體介質在容器內受熱而產(chǎn)生或顯著增加壓力。例如有些貯裝易121三、壓力容器界限在此討論的壓力容器，主要是指那些容易發(fā)生事故。并按規(guī)定的技術管理規(guī)范進行制造和使用的壓力容器。也就是對壓力容器劃個界限，哪些按一般設備對待，哪些按特殊設備對待。因而所講得的系指按特殊設備對待的壓力容器。1．劃分壓力容器的界限應考慮的因素，主要是事故發(fā)生的可能性與事故危害性的大小兩個方面。目前國際上對壓力容器的界限范圍尚無完全統(tǒng)一的規(guī)定。一般說來，壓力容器發(fā)生爆炸事故時，其危害性大小與工作介質的狀態(tài)、工作壓力及容器的容積等因素有關。工作介質是液體的壓力容器，由于液體的壓縮性極小，容器爆破時其膨脹功，即所釋放的能量很小，危害性也小。而介質是氣體的容器，因氣體具有很大的壓縮性，容器爆破時瞬時所釋放的能量很大，危害性也就大。所以一般都不把介質為液體的容器列入作為特殊設備的壓力容器范圍內。值得注意的是，這里所說的液體，是指常溫下的液體，不包括最高工作溫度高于其標準沸點(即標準大氣壓下的沸點)。2、《特種設備安全監(jiān)察條例》、《容規(guī)》對壓力容器有相應的界定三、壓力容器界限122四、壓力容器的基本要求1．強度：金屬抵抗永久變形和斷裂的能力。常用的強度判據(jù)如屈服強度、抗拉強度。強度是是涉及安全的主要問題。2．剛度：剛性是在外力作用（制造、運輸、安裝與使用）下產(chǎn)生不允許的彈性變形，如法蘭（密封）、管板等；3．穩(wěn)定性：在外力作用下防止突然失去原有形狀的穩(wěn)定性，如外壓及真空容器。4．耐久性5．密封性四、壓力容器的基本要求123五、壓力容器的工藝參數(shù)

壓力容器的工藝參數(shù)是由生產(chǎn)的工藝要求確定的，是進行壓力容器設計和安全操作的主要依據(jù)。壓力容器的主要工藝參數(shù)為壓力和溫度。（一）壓力這里主要討論壓力容器工作介質的壓力，即壓力容器工作時所承受的主要載荷。壓力容器運行時的壓力是用壓力表來測量的，表上所顯示的壓力值為表壓力。在各種壓力容器的規(guī)范中，經(jīng)常出現(xiàn)工作壓力、最高工作壓力和設計壓力等概念，觀將其定義分述如下。1．工作壓力。工作壓力也稱操作壓力，系指容器頂部在正常工藝操作時的壓力(即不包括液體靜壓力)。2．最高工作壓力。系指容器頂部在工藝操作過程中可能產(chǎn)生的最大表壓力(即不包括液體靜壓力)。壓力超過此值時，容器上的安全裝置就要動作。容器最高工作壓力的確定與工作介質有關。五、壓力容器的工藝參數(shù)1243．設計壓力指在相應設計溫度下用以確定容器計算壁厚及其元件尺寸的壓力。一般不小于最高工作壓力，由于考慮問題的角度不一樣，不同規(guī)范對設計壓力的選取原則可能會略有差異?！度菀?guī)》規(guī)定容器的設計壓力，應略高于容器在使用過程中的最高工作壓力。裝有安全裝置的容器，其設計壓力不得小于安全裝置的開啟壓力或爆破壓力。3．設計壓力125（二）溫度

1．介質溫度，系指容器內工作介質的溫度，可以用測溫儀表測得．2.設計溫度；壓力容器的設計溫度不同于其內部介質可能達到的溫度，系容器在正常工作過程中，在相應設計壓力下，表壁或元件金屬可能達到的最高或最低溫度。《設計規(guī)定》，對設計溫度的選取有如下規(guī)定：(1)當容器的各個部位在工作過程中可能產(chǎn)生不同溫度時，可取預計的不同溫度作為各相應部位的設計溫度。(2)對有內保溫的容器，應作壁溫計算或以工作條件相似容器的實測壁溫作為設計溫度。（二）溫度126六、壓力容器的分類

壓力容器的型式繁多。根據(jù)不同壓力容器可有許多分類方法，常用的有以下幾種．（一）按壓力分類按所承受壓力(P)的高低，壓力容器可分為低壓，中壓，高壓，超高壓四個等級。具體劃分如下：1．低壓容器，0.]≤P<1.6MPa;2．中壓容器：1.6≤P<10MPa;3．高壓容器，10≤P<100MPa;4．超高壓容器：>100MPa。六、壓力容器的分類127（二）按殼體承壓方式分類按殼體承壓方式不同，壓力容器可分為內壓(殼體內部承受介質壓力)容器和外壓(殼體外部承受介質壓力)容器兩大類。這兩類容器是截然不同的，其差別首先反映在設計原理上，內壓容器的壁厚是根據(jù)強度計算確定的，而外壓容器的設計則主要考慮穩(wěn)定性問題。其次，反映在安全性上，外壓容器相對內壓容器安全。（三）按設計溫度分類按設計溫度(t)的高低，壓力容器可分為低溫容器(t≤20℃)，常溫容器(—20℃<t<450℃)和高溫容器(t≥450℃)．（二）按殼體承壓方式分類按殼體承壓方式不同，壓力容器可分128（四）從安全技術管理角度分類按安全技術管理分類，壓力容器可分為固定式容器和移動式容器兩大類。1．固定式容器系指有固定的安裝和使用地點，工藝條件和使用操作人員也比較固定，是用管道與其他設備相連接的容器。如合成塔、蒸球，管殼式余熱鍋爐，熱交換器，分離器等。2.移動式容器，系指一種貯裝容器，如氣瓶，汽車槽車，鐵路槽車等。其主要用途是裝運有壓力的氣體。這類容器無固定使用地點，一般也沒有專職的使用操作人員，使用環(huán)境經(jīng)常變遷，管理比較復雜，較易發(fā)生事故。（四）從安全技術管理角度分類129（五）按在生產(chǎn)工藝過程中的作用原理分類壓力容器可分為反應容器、換熱容器，分離容器和貯運容器。1．反應容器，系指主要用來完成介質的物理，化學反應的容器。如反應器，反應釜、發(fā)生器、分解鍋、分解塔、聚合釜，高壓釜，合成塔，變換爐，蒸煮鍋，蒸球等。2．換熱容器，系指主要用來完成介質的熱量交換的容器。如管殼式廢熱鍋爐、熱交換器、冷卻器，冷凝器，蒸發(fā)鍋、加熱器，硫化鍋，消毒鍋，蒸壓釜，蒸煮器，染色器等。3．分離容器，系指主要用來完成介質的流體壓力平衡和氣體凈化分離等的容器。如分離器，過濾器、集油器，緩沖