压力容器设计-零部件及分析设计

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压力容器的常规设计和分析设计

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科技圈向导
２１年第２期０２ｌ
压力容器的常规设计和分析设计
高峰ｆ矿煤化工程有限公司山东兖
【摘
兖州
２２Ｏ）７１０
要】当前，分析设计目前已成为压力容器的重要设计方法。文首先阐述了压力容器分析设计与常规设计的不同。本然后分析设计中应
形而破坏。一次应力又分总体薄膜应力、一次弯曲应力和局部薄膜应力例如承受内压圆筒的器壁中的环向应力即为总体薄膜应力：平封头或顶盖中央部分在内压作用下产生的应力即为一次弯曲应力：壳体在固定支座或接管处由外载荷和力矩产生的应力为局部薄膜应力：二是二次应力。二次应力是由于容器部件的自身约束或相邻部件的约束而产生的正应力或剪应力。它的基本特点具有 “ 自限性 ” ，即局部屈服和小量变形就会使约束缓和、变形协调．只要不反复加载，二次应力不会引起容器结构破坏：三是峰值应力峰值应力是因局部结构不连续１常规设计与分析设计．它具有最高的应力值它的基本特过去压力容器及其部件的设计基本上属于常规设计．我国现在执或形状突变引起的局部应力集中。自限性” 局部性”峰值应力不会引起容器明显的变形和“ ，行的相应的设计规范是《钢制压力容器）ｉＳ — ９１常规设计的特点具有“ ）ｎ０（Ｇ８。３常规设计和分析设计比较．点是：简体及其部件的应力不允许超过弹性范围内的某一许用值如果达到这一要求．为筒体或部件就是比较可靠的这样做比较简即认常规设计是一种简单易行的传统设计方法．而分析设计则不同．它单．以现成的设计公式及曲线为依据．多年来一直按这样的方法进行需要详尽的应力分析报告为依据需要近代的分析计算工具和实验技设计。然而，这种方法比较粗糙．许多重要因素都未考虑进去。以内压术为手段，因而提供了充分的强度数据对新工艺、新材料、新结构和新圆筒为例，常规设计时只考虑薄膜应力，在至于温差应力、边缘应力以工况更具科学性和可靠性分析设计提高了许用应力．降低了安全系及交变应力引起的疲劳等问题均未考虑所以在规范中．为了保证容数３多年来的实际运行表明：Ｏ采用分析设计的容器安全可靠．且具有器的安全可靠在设计中就采用了较高的安全系数。最早的安全系数经济胜；与常规设计相比，可节省材料２％～０在一定程度上有效减０３％．ｎ５４年代末改为ｎ４这样做实际上是企图以高的安全系数来包罗少制造加工量、：．０＝。降低运输费用但对于选材、制造、检验和验收规定了各种因素的影响．存在一些问题比常规设计更为严格的要求下面是常规设计与分析设计的对比近年来，由于锅炉、石油、化工等行业的发展，压力容器设计参数 ① 比较项目：设计准则。常规设计：弹性失效：只允许存在弹性变提高．使用条件也越来越苛刻．如果单纯依靠提高安全系数的办法来分析设计：弹性失效＇塑性失效；ｊ单允许出现局部的、可控制的塑性变保证强度．导致设计变得不合理。会为了防止这种现象的发生．我们在形（．１极限载荷（一次加载２安定载荷反复加载）．。结构型式与材料方面采取相应措施外．还必须从设计观点和设计方法 ② 比较项目：载荷。常规设计：静载荷。分析设计：静载荷、交变载上加以改进和发展目前世界上一些先进的国家都在运用应力分析方荷。法．国也于１９年颁布了ｆ我９５钢制压力容器一一分析设计标准）Ｂ７（４Ｊ ③ 比较项目：分析方法。常规设计：薄膜理论、材料力学方法、简化犯一９）要求把零部件中的应力较为准确地设计出来或用应力测试公式加经验系数。分析设计：５．弹性或塑性力学分析ｆ理论方法、数值方法测定出来。其次是引入了极限分析与安定性分析的概念，对求得的法、实验方法）板壳理论。、应力加以分类和加以限制 ④ 比较项目：应力评定。常规设计：应力不分类、同一的许用应力、分析设计和常规设计的主要区别如下：用第一强度理论、基本安全系数较大。分析设计：力分类、应用应力强用第基本安全系数较小。 ①分析设计比常规设计在选材、结构、设计、制造、检脸和使用等度对各类应力进行评定、三强度理论、方面都提出了较高的要求和较多的限击峰件。 ⑤ 比较项目：材料。常规要求。分析设计：质、优延性好、性能稳定 ②分析设计考虑容器低循环疲劳失效。而常规设计并未包括疲劳 ⑥ 比较项目：制造、检验。常规设计：常规要求。分析设计：整体陛、连续性、相贯处光滑过渡、全焊透、０％１０探伤。分析。 ③分析设计考虑疲劳分析时要求详细计算温差应力．而常规设计分析设计方法虽然合理而先进－却需要进行大量复杂的分析计ｆ旦除个别元件外一般无此要求算．需要计算机才能完成，因而提高了设计费用和时间，以。所只有当设 ④ 分析设计采用最大剪应力理论．而常规设计．最大主应力计高参数、采用重要的容器时才采用这种方法。但有些容器必须采用分析理论。设计而无其它选择对一般的常规容器．长期的实践证明采用传统的 ⑤ 分析设计原则上要求对容器元件各个部位的应力进行详细计常规设计方法完全可以满足容器的安全性。如采用分析设计方法．虽然算．根据各种应力对元件失效所起不同的作用予以分类．并然后对不节省部分钢材，却提高了设计、制造费用，实际上是不合算的。因而美国同类别的应力采用不同的应力校核条件加以限制。而常规设甘一般不ＡＭＳＥ规范同时规定了上述两种设计准则 ’ 我国也颁布了Ｇ１０１９Ｂ５— ９８计算某些局部应力．针对具体结构引人不同的结构系数．仅也不对应《钢制压力容器》Ｊ４３ — ５钢制压力容器—— 分析设计标准》和Ｂ７２９《，根力进行分类。据不同情况进行不同选择分析设计是一个整体。计准则的不同．设要求与之配套的一系列规范和措施也不同，包括材料选用、制造工艺、检２分析设计中应力分类及其应用．分析设计涉及了各种可能失效模式中一些主要的失效模式，计验要求、程序、制造资格等方面；常规设计方法简单易行，设计算设计而具但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有丰富的使用经验，有时却无法解释压力容器出现的一些事故所设计者应根据实践经验，经济通过力．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以常规设计和分析设计不能混用，并

压力容器的常规设计和分析设计

劳分析。（３）分析设计考虑疲劳分析时要求详细计算温差应力，而常规设计除个别元件外一般无此要求
弹性失效．弹塑性失效设计准则
弹性析设计
应力；平封头或顶盖中央部分在内压作用下产生的应力即为一次弯曲应力；壳体在固定支座或接管处由外载荷和力矩产生的应力为局部薄膜应力。２．２二次应力
过去压力容器及其部件的设计基本上属于常规设计．我国现在执二次应力是由于容器部件的自身约束或相邻部件的约束而产生自限性 ” ，即局部屈服和小量行的相应的设计规范是《钢制压力容￣）（ｃｍ５ｏ一９８）。常规设计的特点的正应力或剪应力。它的基本特点具有 “ 变形协调，只要不反复加载，二次应力不会引起是：筒体及其部件的应力不允许超过弹性范围内的某一许用值。如果变形就会使约束缓和、达到这一要求。即认为筒体或部件就是比较可靠的。这样做比较简单，容器结构破坏２．３峰值应力以现成的设计公式及曲线为依据．多年来一直按这样的方法进行设峰值应力是因局部结构不连续或形状突变引起的局部应力集中．计。然而。这种方法比较粗糙，许多重要因素都未考虑进去。以内压圆自限性” 和“ 局部性 ” ，峰值筒为例．在常规设计时只考虑薄膜应力，至于温差应力、边缘应力以及它具有最高的应力值。它的基本特点具有“ 交变应力引起的疲劳等问题均未考虑。所以在规范中．为了保证容器应力不会引起容器明显的变形的安全可靠在设计中就采用了较高的安全系数最早的安全系数ｎ＝３．常规设计和分析设计比较５．４０年代末改为ｎ＝４。这样做实际上是企图以高的安全系数来包罗各常规设计是一种简单易行的传统设计方法，而分析设计则不同。它种因素的影响，存在一些问题。需要详尽的应力分析报告为依据．需要近代的分析计算工具和实验技近年来。由于锅炉、石油、化工等行业的发展，压力容器设计参数术为手段，因而提供了充分的强度数据，对新工艺、新材料、新结构和提高．使用条件也越来越苛刻．如果单纯依靠提高安全系数的办法来新工况更具科学性和可靠性。分析设计提高了许用应力，降低了安全保证强度．会导致设计变得不合理。为了防止这种现象的发生，我们在系数。３Ｏ多年来的实际运行表明：采用分析设计的容器安全可靠，且结构型式与材料方面采取相应措施外．还必须从设计观点和设计方法具有经济性；与常规设计相比，可节省材料２０％～３０％，在一定程度上上加以改进和发展。目前世界上一些先进的国家都在运用应力分析方有效减少制造加工量、降低运输费用。但对于选材、制造、检验和验法．我国也于１９９５年颁布了ｆ钢制压力容器一一分析设计标准）０Ｂ４７收规定了比常规设计更为严格的要求常规设计与分析设计的对比．犯一９５）．要求把零部件中的应力较为准确地设计出来或用应力测试法见表１测定出来。其次是引入了极限分析与安定性分析的概念．对求得的应表１常规设计与分析设计力加以分类和加以限制比较项目常规设计分析设计分析设计和常规设计的主要区别如下：（１）分析设计比常规设计在选材、结构、设计、制造、检脸和使用等方面都提出了较高的要求和较多的限击峰件（２）分析设计考虑容器低循环疲劳失效，而常规设计并未包括疲

压力容器零部件设计(一)

压力容器零部件设计(一)压力容器零部件设计压力容器是一种存储、运输和加工液体、气体或固体的设备。

压力容器不仅需要能够耐受压力、温度等因素的影响，还需要具备高度的安全保障。

零部件是构成压力容器的基础，好的压力容器零部件设计可保障压力容器的安全、寿命和性能。

缺陷分析压力容器零部件设计需要避免以下缺陷：1. 结构强度不足：压力容器工作环境的压力、温度等因素对容器本身的材质和结构有很高的要求。

设计时若结构强度不足会导致容器的爆炸等严重后果。

2. 材料选择不当：材料的选择不当可能导致零件在高压、高温等复杂环境下出现失效，进而对容器的整体安全性造成影响。

3. 缺乏必要的松弛缝：由于容器的变形，需要把材料和结构上的缺陷转化为必要的松弛缝，以避免材料和结构的锁死和破裂，也避免了过多的应力集中。

关键设计指标压力容器零部件设计需要符合以下关键设计指标：1. 固定力：压力容器需要通过零部件的固定力将所有部件固定在一起。

2. 尺寸和形状：零部件的尺寸和形状要和容器本身的尺寸和形状相匹配，保证不会出现空隙或者松动的情况。

3. 材质选取：针对不同的工作环境，压力容器零部件的选择需要合理，确保零部件的耐久性能、超压时的性能以及高温环境下的性能等都能满足要求。

4. 强度和稳定性：设计时需要遵循国家标准，零部件的强度和稳定性能够贯穿整个容器的运作寿命。

设计原则对于压力容器零部件设计，有以下几个原则：1. 材料要优先选择纯度高、强度和韧性较好的材料。

2. 控制整体重量，减小材料成本。

3. 尽可能地减少零部件数量，从而减少加工成本和组装成本。

4. 优先考虑贴近整个容器的结构，避免孤立的点，整体性较强可以提高体积利用率。

5. 通过分阶段设计来避免未来的改进成本和时间成本。

压力容器是关系到人们生命和财产安全的装备，所以对于设计要求非常高，本文阐述压力容器零部件设计的缺陷分析、关键设计指标和原则，以期为日益重要的压力容器行业提供帮助。

压力容器零部件设计---2法兰设计-53页文档资料

密封性设计（压紧面、垫片、螺栓）法兰标准简介法兰强度计算方法简介
压紧面形式
密封面型式
④环连接面(梯形槽)：
与椭圆型或八角型金属垫圈配用。
特点：槽的锥面与垫圈成线（或窄面）接触密封。
适用：温度、压力有波动，介质渗透性
垫片形状
垫片
平面形、O形、波形、齿形、八角形、椭圆形等
垫片选用表（表4-10）
螺栓材料
螺栓是法兰密封连接中的重要元件，对其基本要求是强度要高、韧性要好。
① 螺母更换比螺栓容易，且螺母价廉，所以要求螺栓材料的强度比螺母高。
② 为避免螺栓和螺母咬死或胶合，要求螺栓材料的硬度比螺母高HB30以上。
③ 对于t≤-20℃的螺栓，要求选用低合金钢，并进行夏比V形缺口低温冲击试验。
2、法兰连接筒节问题
3、最高允许工作温度和压力问题
法兰当量设计压力Pe(HG20582-9) 外载荷作用下：包括轴向力F和外力矩M Pe=16M/（πDG3）+4F/（πDG2）+P
4、焊缝检验问题
5、螺栓螺母垫片搭配问题
6、选用计算问题需要重点考虑以上问题
END
垫片类型
① 非金属垫片常用材料：石棉橡胶板、橡胶板、聚四氟乙烯、合成纤维、石墨等。 ② 金属垫片常用材料：铜、铝、低碳钢、不锈钢、合金等。 ③ 组合式垫片包括：金属包垫片；缠绕式垫片；带骨架的非金属垫片等。
垫片选择原则 ① 要有全面的观念，综合考虑温度、压力、介质、压紧面形式等方面要求，其中温度和压力是影响密封的主要因素，也是选择垫片的主要依据。 ② 在保证密封的前提下，尽量选用结构简单、价格便宜、便于安装和更换的垫片。 ③
END

压力容器分析设计标准

压力容器分析设计标准
压力容器是工业生产中常见的设备，用于储存或加工压缩气体、液体或蒸汽。

由于其特殊的工作环境和功能，压力容器的设计、制造和使用需要严格遵守一系列的标准和规定，以确保其安全可靠地运行。

首先，压力容器的设计必须符合国家相关标准和规范，如《压力容器设计规范》GB150、《钢制压力容器》GB151等。

这些标准规定了压力容器的设计参数、结构要求、材料选用、焊接工艺、安全阀选型等方面的内容，确保了压力容器在设计阶段就具备了安全可靠的基础。

其次，压力容器的制造需要严格按照《压力容器制造规范》GB151中的要求进行。

制造过程中需要严格控制材料的质量、焊接工艺的可靠性、表面处理的完整性等，以确保制造出的压力容器符合设计要求，并且能够在实际工作中承受所需的压力和温度。

除了设计和制造阶段的标准要求，压力容器的安装、使用和维护也需要遵守相
应的标准和规范。

例如，在安装过程中需要保证容器的支撑结构稳固可靠，管道连接紧密无泄漏，安全阀和压力表的选型和安装符合要求。

在使用过程中需要定期进行压力测试和安全阀的调整，确保容器在正常工作范围内运行。

在维护过程中需要按照规定的周期进行检查和维护，及时发现并处理潜在的安全隐患。

总的来说，压力容器的分析设计标准涵盖了从设计、制造到使用和维护的全过程，这些标准的遵守是保证压力容器安全运行的基础。

只有严格按照标准要求进行设计、制造和使用，才能确保压力容器在工业生产中发挥应有的作用，避免因为安全隐患而导致事故发生。

因此，对于从事压力容器相关工作的人员来说，熟悉并遵守相关标准和规范是至关重要的。

压力容器的设计_ 压力容器零部件(支座及开孔)

壳体开孔满足全部条件，可不另行补强：
(1) 设计压力小于或等于2.5MPa； (2) 两相邻开孔中心的间距(对曲面间距以弧长计算)应不小于两孔直径之和的两倍； (3) 壳体名义壁厚大于12mm，接管公称外径小于或等于80mm；壳体名义壁厚小于或等于12mm ，接管公称外径小于或等于50mm (4) 接管最小壁厚满足表4-19的要求。
设备直径大，可同时用几组液面计接管。
现有标准中有反射式玻璃板液面计、反射式防霜液面计、透光式板式液面计和磁性液面计。
第二节容器支座
概述：
容器支座，支承容器重量、固定容器位置并使容器在操作中保持稳定。结构型式由容器自身的型式决定，分卧式容器支座立式容器支座球形容器支座
一、立式容器支座
立式容器的支座主要有耳式支座支承式支座裙式支座中、小型直立容器常采用前二种，高大的塔设备则广泛采用裙式支座。
3. 不需补强的最大开孔直径
计算壁厚考虑了焊缝系数，钢板规格，壳体壁厚超过实际强度，最大应力值降低，相当于容器已被整体加强。且容器开孔总有接管相连，其接管多于实际需要的壁厚也起补强作用。容器材料有一定塑性储备，允许承受不是十分过大的局部应力，所以当孔径不超过一定数值时，可不进行补强。
第三节容器的开孔补强
一. 容器开孔应力集中现象及其原因
容器为什么要开孔？工艺、安装、检修的要求。开孔后，为什么要补强？削弱器壁的强度，出现不连续，形成高应力集中区。
峰值应力通常较高，达到甚至超过材料屈服极限。局部应力较大，加之材质和制造缺陷等, 为降低峰值应力，需要对结构开孔部位进行补强，以保证容器安全运行。
㈠耳式支座
• 简称耳座，筋板和支脚板。广泛用在反应釜及立式换热器等直立设备上。简单、轻便，但局部应力较大。当设备较大或器壁较薄应加垫板。不锈钢制设备，用碳钢作支座，防止合金元素流失，也需加一个不锈钢垫板。

压力容器---零部件

江2 特点： 1.考虑支座弯矩对容器圆筒所产生的局部应力，避免筒体由于局部应力过大有可能引起失效。局部径向弯矩包括设备自重、水平载荷（风载荷或地震载荷）及偏心载荷所产生的弯矩。 2.提出了支座的制造要求，以保证支座的制造质量。若容器壳体有热处理要求时，支座垫板应在热处理前焊接在器壁上。 3.改进了垫板结构。为改善容器的受力情况，JB/T4725-92 将垫板四角倒圆；并在垫板中心开一通气孔，以利于焊接或热处理时气体的排放。 ●耳式支座设计计算：支座处容器圆筒内存在以下几种应力：（1）内压引起的一次总体薄膜应力 Pm；（ 2）支座弯矩引起的一次局部薄膜应力 Pl；（3）支座弯矩引起的一次弯曲应力 Pb；根据应力分析的方法按照下列原则计算： Pm≤[σ ] Pm+Pl≤1.5[σ ] Pm+Pl+Pb≤1.5[σ ] 至于组合应力，按照第三强度理论进行计算。
容器外径，有保温层时取保温层外径； f1-风压高度变化系数； q0-10 米高度处的基本风压值；H0-容器总高度；h-水平力作用点至底板距离；Se-偏心距；D-螺栓分布圆直径。（2）按 Q Q，选取相应的支座。（3）校核 M M ，若不符合则应选取大一号的支座或增加支座数量。由于支反力 Q 对容器器壁作用一外力矩 M，M=Q（l2-s1）
2．
支承式支座（JB/T4724-92）
● 支承式支座适用于下列条件的钢制立式圆筒形容器： a.公称直径 DN800~4000mm； b.圆筒长度 L 与公称直径 DN 之比 L/DN≤5; c.容器总高度 HO≤10m。 ●支承式支座多用于安装在距地坪或基础面较近的具有椭圆形或碟形封头立式容器。 ● 支承式支座数量一般应采用三个或四个均布。 ●支承式支座型式分类：型 A B 式支座号适用公称直径结构特征（mm） 1~6 DN800~3000 钢板焊制，带垫板 1~8 DN800~4000 钢管制作，带垫板

压力容器分析设计基础

一、应力性质
1.薄壁容器
pr2 2T
pr2 2T
(2
r2 ) r1
应力特点：
➢ 沿壁厚均布；
➢ 平衡外载，无自限性；
➢ 外压时为压应力，需考虑失稳。
一、应力性质
2. 厚壁容器
K
p 2
1
(1
R02 r2
)
r
K
p 2
1
(1
R02 r2
)
z
K
p 2 1
K R0 Ri
一、应力性质
2. 厚壁容器
为了分析应力的性质，将非线性分布的应力视为均匀分布、线性分布和非线性分布的三部分的叠加。
许用应力分类 GB150-98,约27种
JB4732-95,约27种
15 制造与检验
按压力容器常规要求比前者要求严格
制造资格 16 综合经济性
要有压力容器制造许可证
一般结构的容器综合经济性好
必须有相应的许可证，例如第三类压力容器许可证
大型、复杂结构的容器综合经济性好（用户需提供详细的设计任务书）
16MnR正火，6-100mm -20 ℃ 16MnDR正火，6-32mm, -40 ℃ 09Mn2VDR正火,6-20mm,-50 ℃ 09MnNiDR正火,6-60mm,-70 ℃
5 钢板的韧性要 20R
≥18J
求(以冲击功Akv 16MnR,15MnVR
≥20J
表示)
15MnVNR,18MnMoNbR,
2、分析设计
设计准则
塑性失效准则——只有当结构沿厚度方向全部屈服时，结构才失效。
疲劳失效准则——一定许循环应力幅作用下的构件，只有其循环次数超过允许的最大循环次数后，才会发生疲劳破坏。

压力容器的设计—压力容器零部件

同； • ◎压力容器法兰—
·板卷筒体，与相联接筒体的公称直径相同； ·无缝钢管作筒体，与相联接无缝管的公称直径相同。
50
公称压力
公称压力——是以16Mn在200℃时的最高工作压力为依据制定的，因此当法兰材料和工作温度不同时，最大工作压
力将降低或升高。
法兰公称压力与法兰的最大操作压力和操作温度以及法兰材料三个因素有关。
公称压力 PN 法兰材质
Q235-A
0.6
16MnR
15MnVR
最大允许工作压力 (MPa)
-20~200℃ 300℃ 350℃
0.4
0.33 0.30
0.6
0.51 0.49
0.65
0.63 0.651
3、压力容器法兰的标记
52
压力容器法兰设计步骤：
（1）确定DN; （2）根据法兰材质、工作温度和最高工作压力，确
有一个圈座是滑动支承的。
77
㈢腿式支
座
简称支腿
连接处造成严重的局部应力，只适用于小型设备
难，榫易损坏。
注意：应使固定在设备上的法兰为槽面,可拆下部分的法
兰为榫面。
榫槽型压紧面
29
锥形压紧面
通常用于高压密封，其缺点是需要的尺寸精度和表面粗糙度要求高。须与透镜垫片配合,常用于高压管
道。
锥形压紧面
30
梯形槽压紧面
槽底不起密封作用，是槽的内外锥面与垫片接触成梯形, 形成密封的，与椭圆或八角
凝土制的基础上。
66
㈡支承式支座
用钢管、角钢、槽钢制作，或用数块钢板焊成，
型式、结构、尺寸及材料 JB/T 4724-92 《支承式支座》。

压力容器零部件的结构和计算

压力容器零部件的结构和计算压力容器是一种用于储存或输送压力介质的设备，常见于化工、石油、能源等行业。

其零部件的结构和计算对于保证容器的安全性至关重要。

以下将详细介绍压力容器零部件的结构和计算。

一、压力容器零部件的结构压力容器主要由以下几个零部件构成：1.容器壳体：容器壳体是压力容器的主要结构部件，其承受着内外压力的作用。

常见的容器壳体有圆筒形、球形、圆锥形等，其材料一般选用常见的钢材，如碳钢、不锈钢等。

2.端头：端头位于容器壳体的两端，主要用于封闭容器。

常见的端头形式有平头、球头、封头等，其选用材料需满足与容器壳体相同的强度和耐压性。

3.支撑和支承部件：为了保证容器的稳定性和安全性，常常需要为压力容器配置相应的支撑和支承部件，如支撑脚、支座、支撑架等。

这些部件需要具备足够的强度和稳定性，以承受容器自身的重量和外界荷载。

4.进出口连接件：压力容器通常需要进行介质的进出，因此需要配置进出口连接件。

这些连接件包括法兰、焊接接头、螺纹接头等。

其连接方式和材料的选择需要根据介质的性质和工艺要求来确定，以保证连接的可靠性和密封性。

5.安全附件：为了保证压力容器的安全运行，常常需要配置相应的安全附件，如安全阀、压力表、液位计等。

这些附件能够监测和调节容器内部的压力和液位，一旦超出规定的范围，能够及时发出警报或采取相应的措施。

二、压力容器零部件的计算为了确保压力容器的安全性和符合设计要求，需要进行相应的计算和验证。

以下是几个常见的压力容器零部件计算方法：1.容器壳体厚度的计算：容器壳体的厚度需要满足强度和稳定性的需求。

常见的计算方法有：应力平衡法、弯曲试验法、有限元分析法等。

这些方法能够计算得出合理的壳体厚度，以保证容器在内外压力作用下不发生失稳或破裂。

2.端头厚度的计算：端头的厚度计算方法与壳体类似，需要考虑内压和外压的作用。

根据不同的端头类型和几何形状，可以采用不同的计算公式和方法计算出合理的端头厚度。

3.进出口连接件的计算：进出口连接件的计算需要考虑连接件与容器壁的强度和密封性。

过程设备设计-压力容器零部件设计

第五章压力容器零部件设计
一、密封机理及其分类
1.密封机理
2 密封分类
3.影响法兰密封的主要因素
（1）螺栓预紧力
（2）垫片性能
(3) 压紧面的质量
(4) 法兰刚度
(5) 操作条件
二、螺栓法兰连接设计 1. 螺栓法兰连接的密封设计
四、开孔和开孔补强设计
五、支座和检查孔
支座

1、补强结构
（2）、开孔补强的设计准则
（3）容许不另行补强的最大开孔直径
（4) 等面积补强计算
（5）接管的方位
例题：
某容器DN=1200，设计压力2.5Mpa，设计温
度100℃，在非标准椭圆端盖（DN1200X12，形状系数，16MnR）中心接一个 108X6的平齐式接管（10号无缝钢管），开孔不在焊缝上。试确定此开孔是否需要补强，补强圈厚度若干？（端盖的壁厚附加量 C=3mm, 钢管的壁厚附加量C=2mm）

压力容器零部件设计

压⼒容器零部件设计压⼒容器零部件设计⼀、压⼒容器的封头设计平板形封头带折边锥形封头⽆折边锥形封头锥形封头⽆折边球形封头头带折边球形（碟形）封半椭球（椭圆形）封头半球形封头凸形封头封头椭圆形封头的最⼩厚度标准椭圆形封头：δe≥0.15%Di ⾮标准椭圆形封头：δe≥0.30%Di内压碟形封头e i e t W C t i C MR P P R MP δφδσφσδ5.0][2][5.0][2+=-=最⼤允许⼯作压⼒：壁厚：碟形封头的最⼩厚度标准碟形封头：δe≥0.15%Di ⾮标准碟形封头：δe≥0.30%Di（1）受内压(凹⾯受压)球冠形端封头封头的计算厚度按式(7-6)计算：式中：Q ——系数，由GB150图7—5查取。

（2）受外压(凸⾯受压)球冠形端封头封头的计算厚度按下列两种⽅法确定，取其较⼤值：a) 按球形封头计算公式确定的外压球壳厚度；b) 按式(7-6)计算得到的厚度。

（3）两侧受压的球冠形中间封头（3.1）当不能保证在任何情况下封头两侧的压⼒都同时作⽤时，封头计算厚度应分别按下列两种情况计算，取较⼤值：（3.2）当能够保证在任何情况下封头两侧的压⼒同时作⽤时，可以按封头两侧的压⼒差进⾏计算：在任何情况下，与球冠形封头连接的圆筒厚度应不⼩于封头厚度。

否则，应在封头与圆筒间设置加强段过渡连接。

圆筒加强段的厚度应与封头等厚；端封头⼀侧或中间封头两侧的加强段长度L 均应不⼩于2c t i c p D P -=φσδ][2Q δ0.5DiGB/T25198-2010压⼒容器封头⼏点变化⼆、法兰设计螺栓法兰连接结构及密封设计垫⽚选择原则①要有全⾯的观念，综合考虑温度、压⼒、介质、压紧⾯形式等⽅⾯要求，其中温度和压⼒是影响密封的主要因素，也是选择垫⽚的主要依据。

②在保证密封的前提下，尽量选⽤结构简单、价格便宜、便于安装和更换的垫⽚。

螺栓是法兰密封连接中的重要元件，对其基本要求是强度要⾼、韧性要好。

压力容器零部件

容器(róngqì)法兰公称直径：指与法兰相配的筒体或封头的公称直径。
压力容器的公称
无钢缝板钢卷管焊作点筒筒体体：：外内径径D1i5390，201，590，302，850，40， 216000，1600，3000等
(gōngchēng)
直径公D称N：压力pN：一定温度和材料的法兰的最高工作压力。
少受冲刷和腐蚀。但是结构复杂，更换垫片困难（有小技巧：安装时在密封垫上涂石墨），适用于易燃易爆和高度或极度危害等重要场合。 (e) 梯形压紧面（Trapezium face）：适用于高温，压力较高场合，O形圈、金属垫圈— — 八角(bājiǎo)垫、椭圆垫
第二十一页，共78页。
（a）全平面 (píngmiàn)
密封面类型
全平面、突面、大凹凸面（车削）榫槽面、小凹凸面环连接面、O形凹面和槽面
Ra /μm
min
max
3.2
12.5
0.8
3.2
0.4
1.6
(b) 法兰密封表面加工纹路：同心圆线或螺旋线前者(qián zhě)更好，但不易做到，绝不允许有径向划痕。检修时一定要注意清理密封面残留物时不能有径向划痕。
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3）法兰的类型(lèixíng) 分类方法用途：容器法兰和管法兰；密封面宽窄(kuānzhǎi)：宽面法兰和窄面法兰；材料：金属和非金属，前者又分钢制、铸铁和有色金属；形状：圆形、矩形和椭圆形；制造：整体法兰和焊接法兰
法兰的种类很多，主要用钢制圆形窄面法兰
国际标准(biāozhǔn)化组织颁布标准(biāozhǔn)： ISO7005－1：1992 “金属法兰—钢法兰”，法兰类型11种。
第七页，共78页。

压力容器设计-零部件及分析设计

2、焊接接头应尽量避开高应力区
3、尽量降低焊件刚度
焊接结构设计原则
1、尽量采用对接接头 2、尽量采用全焊透结构 3、尽量减小焊缝处的应力集中 4、便于进行无损检验
§4-4
分析设计
一、分析设计和常规设计的比较
常规设计的局限性
（1）常规设计将容器承受的“最大载荷”按一次施加的静载荷处理，不涉及容器的疲劳寿命问题，不考虑热应力。
（2）一次局部薄膜应力强度SⅡ 限制条件：SⅡ ≤1.5KSm
（3）一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应力强度SⅢ 限制条件：S Ⅲ ≤1.5KSm
（4）一次加二次应力强度SⅣ 限制条件：S Ⅳ ≤3Sm
（5）峰值应力强度SⅤ 限制条件：S Ⅴ ≤Sa
Sa----由疲劳设计曲线得到的应力幅
应力强度限制条件汇总
举例：圆筒边缘处的应力及应力强度
注意：〈1〉设计载荷与工作载荷不相同时，计算SⅣ和S Ⅴ 时应采用工作载荷。〈2〉 τxθ 、 τx z 、τ zθ 与主应力相比为小量可略去，
σx、 σθ和 σz 即为三个主应力。
四、应力强度限制
一次应力的许用值由极限分析确定
——防止韧性断裂或塑性失稳
二次应力的许用值由安定性分析确定
③将各类应力按同种分量分别叠加，得到Pm 、PL 、PL + Pb和 PL+ Pb十Q共四组应力分量，每组一般有6个。
④由每组6个应力分量，计算各自的主应力σ1 、σ2和σ3 ，取 σ1 > σ2 > σ3 。
⑤计算每组的最大主应力差： σ13= σ1 - σ3 各组的 σ13即为与Pm 、PL 、PL + Pb和PL+ Pb十Q相对应的应力强度SⅠ、SⅡ 、SⅢ和 SⅣ。

压力容器零部件设计2法兰设计

管法兰的密封面型式
平面型，凹凸型，榫槽型（同容器法兰），梯形槽和全平面型：
1
确定法兰类型和密封面型式、管子材料和尺寸；
2
再由工作温度，确定材料或由材料定公称压力；
5
参照各尺寸绘法兰图。
4
由型式和工作温度，确定匹配的垫片种类、材料和紧固件材料、尺寸；
3
再由公称压力，确定法兰各部分尺寸；
管法兰连接的设计步骤
3
由于操作压力不高，由表12－1（垫圈选用表）可采用平面型密封面，垫片材料选用石棉橡胶板，查JB4704-92定出尺寸。标注为：垫片1200－0.6 JB4704-92
选择标准法兰举例
法兰的各部分尺寸可从JB4701-92中查得，并可绘出法兰图。
联接螺栓为M20，共52个，材料由表12－5（法兰、螺栓、螺母、材料匹配表）查得为35 ，螺母材料为Q235－A。
包括：选择螺栓材料、确定螺栓尺寸和个数，螺栓载荷计算。
计算螺栓载荷：达到预紧密封比压和工作密封比压。
材料：根据螺栓载荷、工作温度等。一般螺栓材料比螺母材料的硬度高30HB以上。
直径和个数：连接螺栓DN≥ M12，先由标准定个数，一般为4的倍数，然后由螺栓载荷、材料的许用应力计算螺栓根径，再由此定DN。最后校核螺栓中心距。
垫圈的选择
垫圈的结构形式、材料和尺寸，标准化。选择依据：介质的腐蚀性、操作温度和压力，考虑价格低廉、制造容易和更换方便。高温高压：金属垫圈中温中压：金属与非金属组合式或非金属中、低压：多用非金属高真空或深冷：金属垫圈
压力容器法兰：连接筒体与封头、筒体与筒体、法兰与管板。
01
密封原理分为：

自紧密封（高压）：依靠容器内介质的压力压紧密封元件，使密封面获得很大的压紧力，在密封口产生较大的密封比压，达到密封目的。

压力容器零部件的设计1封头的设计38页文档

51、天下之事常成于困约，而败于奢靡。——陆游 52、生命不等于是呼吸，生命是活动。——卢梭
53、伟大的事业，需要决心，能力，组织和责任感。 ——易卜生 54、唯书籍不朽。——乔特
55、为中华之崛起而读书。 ——周恩来
压力容器零部件设计
郑州大学化工设备设计研究所岳希明 13838097838 3887306（办）
椭圆形封头的最小厚度
标准椭圆形封头：δe≥0.15%Di 非标准椭圆形封头：δe≥0.30%Di
内压碟形封头
壁厚：
MP C R i
2[ ]t 0 .5 PC
最大允许工作压力：
[ PW
]
2[ ]t e MR i 0 .5 Байду номын сангаасe
M 1 [3 Ri ]
4
r
r — 过渡区半径
标准碟形封头：M 1.325
碟形封头的最小厚度
标准碟形封头：δe≥0.15%Di 非标准碟形封头：δe≥0.30%Di
总结
假 1、设 n 半球e 形A封0.头12(D 5e0) 壁厚计非弹算弹性图[P 性阶 []P ]0 阶段 .0B(8段： E e3)(D 3e0： )2
D0
P[P]? 调整 n直到满足要求
2、椭圆形封头
按半球形封头计算壁厚 R0=K1D0
3、碟形封头
按半球形封头计算壁厚，R0取球面部分外半径。
4、无折边球形封头
按半球形封头计算壁厚
外压凸形封头
五、锥形封头
外压锥形封头
等效圆筒
与外压圆筒的壁厚计算方法相同
六、圆形平盖

压力容器零部件设计---1封头设计

平板形封头
α＜30º
30º＜α＜60º
设计问题： 1球形封头与圆筒连接
椭圆形封头的最小厚度
标准椭圆形封头：δe≥0.15%Di
非标准椭圆形封头：δe≥0.30%Di
设计问题： 1椭圆形封头与法兰连接（GB150 7.6）
内压碟形封头
壁厚：
MPC Ri 2[ ]t 0.5PC
3、冷成形封头热处理的问题
GB150中10.4.2.2规定冷成形封头应进行热处理，当制造单位确保成形后的材料性能符合设计使用要求时，不受此限。除图样另有规定，冷成形的奥氏体不锈钢封头可不进行热处理。
关于凸形封头的几个问题
4、封头成形的主要质量问题（1）形状偏差要求（间隙样板弦长和外凸内凹问题）
按半球形封头计算壁厚，R0取球面部分外半径。
4、无折边球形封头
按半球形封头计算壁厚
关于凸形封头的几个问题
1、封头成形时壁厚减薄量的问题
JB/T4746规定：按照GB150设计的封头，图样上标注了最小厚度（设计厚度），则封头成形后实测厚度不得小于该最小厚度；如未标最小厚度，则成形后实测厚度不小于名义厚度减去钢板负偏差。
关于凸形封头的几个问题
2、关于拼接封头拼接接头系数φ的选取
GB150中10.8.2.2只规定了封头拼接接头应进行100%UT或者RT检测，但未规定拼接接头系数φ是如何选取？
结论：拼接封头拼接接头系数φ的选取等同于该容器的纵向焊接接头系数。 Φ=0.85时，RT Ⅲ级合格
Φ=1.0时， RT Ⅱ级合格
GB150中10.2.3.2规定用弦长等于封头内径3/4Di的内样板检查，其最大间隙不得大于封头内径Di的1.25%

压力容器零部件设计

压力容器零部件设计什么是压力容器？压力容器是指用来贮存或运输气体、液体及其混合物的容器，在使用时内部压力可高达几百兆帕，因此具有高度危险性和技术性。

常见的压力容器有储气瓶、锅炉、压缩空气储存罐等。

压力容器在工业生产中起着非常重要的作用，但由于其压力和温度较高，所以零部件的设计十分关键。

在设计压力容器零部件时，需要考虑各种因素，如材料、结构、强度等。

压力容器零部件的种类压力容器零部件是指组成压力容器的各个零件，包括隔离元件、连接元件、支撑元件、附属设施及安全附件等。

根据其在压力容器中的功能，可以将压力容器零部件分为以下几类：•隔离元件：主要由容器壳体、管道、泵、阀门等部件组成，用于存放和输送介质或压缩气体。

•连接元件：主要由焊接、螺栓紧固、法兰连接等部件组成，用于连接压力容器零件。

•支撑元件：主要由支架、支柱、衬垫等部件组成，对容器内部结构进行支撑和固定，保证其稳定性。

•附属设施：包括排液管、补偿器、冷却器、加热器等，用于对压力容器环境进行控制。

•安全附件：包括安全阀、减压器、检测仪表等，用于对压力容器进行安全控制。

压力容器零部件是由不同的部件组成的复杂系统，这些部件的功能、结构、材料均需要经过严格的计算和测试，只有这样才可以确保整个系统的稳定性和安全性。

压力容器零部件的设计要求在设计压力容器零部件时，需要考虑许多因素，包括材料、结构、强度等。

以下列举了压力容器零部件设计的一些基本要求：1.材料的选择：在设计压力容器零部件时，需要考虑所用材料的特性。

在选择材料时需要考虑到其机械性能、耐热性、耐腐蚀性，同时还需要考虑到铸造、锻造、焊接等工艺条件。

常用的材料有不锈钢、碳钢、铝合金等。

2.结构设计：压力容器零部件的结构必须合理，才能保证系统的正常运行。

在设计结构时，需要考虑到不同力的作用、容器的密封性以及容器与其他零部件的连接方式等。

3.强度计算：强度计算是设计压力容器零部件的一项基本工作，其目的是确保零部件在正常使用过程中不会发生松动、变形、破裂等失效现象。