压力容器的安全与结构设计
压力容器设计标准
压力容器设计标准压力容器是一种用于承受内部压力的设备，广泛应用于化工、石油、制药、食品等领域。
为了确保压力容器的安全运行，各国都制定了相应的设计标准，以规范压力容器的设计、制造和使用。
本文将介绍压力容器设计标准的一般要求和常见标准。
首先，压力容器设计标准的一般要求包括材料选用、结构设计、制造工艺、检验和试验等方面。
在材料选用方面，应根据工作介质的性质和工作条件选择合适的材料，并符合相关的材料标准。
在结构设计方面，应考虑容器的受力情况，合理设计容器的结构形式和壁厚，确保容器在工作压力下不会发生破坏。
在制造工艺方面，应严格按照相关的制造标准进行制造，确保容器的质量和安全性。
在检验和试验方面，应进行严格的检验和试验，确保容器的质量符合要求。
其次，各国针对压力容器制定了相应的设计标准。
例如，美国制定了ASME压力容器设计标准，欧洲制定了PED压力设备指令，中国制定了GB150压力容器标准等。
这些标准包括了压力容器设计、制造、安装、验收和使用等方面的要求，对压力容器的安全性和可靠性起着重要的指导作用。
最后，压力容器设计标准的遵守对于保障压力容器的安全运行至关重要。
设计人员应严格按照相关的设计标准进行设计，制造单位应严格按照相关的制造标准进行制造，使用单位应严格按照相关的使用标准进行使用和维护。
只有这样，才能确保压力容器在工作中不会发生泄漏、爆炸等事故，保障人员和设备的安全。
综上所述，压力容器设计标准是确保压力容器安全运行的重要保障，设计人员、制造单位和使用单位都应严格遵守相关的标准要求，共同维护压力容器的安全性。
希望本文对压力容器设计标准有所帮助，谢谢阅读！。
试论压力容器的设计要求
试论压力容器的设计要求摘要：总之，压力容器设计的研究在于提高容器的安全性、生产效率以及资源利用，推动工业发展和可持续发展，适应不断变化的工业需求和技术进步。
这不仅对保障生产和工作环境的安全，也对工业领域的可靠性和经济效益具有重要意义。
关键词：压力容器，设计，设计要求，结构优化1研究背景和意义压力容器设计是工程领域中的一个重要课题。
随着工业的持续发展和应用领域的扩大，压力容器在各行各业中得以广泛应用，包括石化、电力、能源、冶金、航空航天等领域。
压力容器的设计对于安全运行、生产效率和资源利用的优化具有重要的影响。
首先，压力容器的设计直接关系到安全问题。
压力容器在承受高压载荷的同时，需要保证结构的强度和稳定性，以防止泄漏、爆炸等事故的发生。
因此，设计合理的压力容器，能够有效地保障工作人员和环境的安全。
其次，压力容器的设计也对生产效率和资源利用起着重要作用。
通过合理设计容器的结构，合理选择材料和工艺，可以提高生产的效率，减少能源消耗和资源浪费。
同时，优化压力容器的设计和制造过程，还可以减少废物和排放物的产生，降低对生态环境的影响，有利于我们国家经济和社会的可持续发展。
2压力容器的材料选择与应力分析2.1 压力容器材料的选择和特性在设计压力容器的过程中，材料的选择是至关重要的。
材料的选择应考虑以下几个方面的因素：（1）强度要求：所选择的材料必须具备足够的强度来承受容器内部的压力载荷，并保证容器的结构稳定性。
（2）耐腐蚀性：由于许多压力容器在特定工况下与腐蚀性介质接触，材料必须具备足够的抗腐蚀性能，以防止材料受到腐蚀和损坏。
（3）温度承受能力：材料需要在设计温度范围内具备足够的强度和稳定性，以防止材料发生脆化、软化等问题。
（4）可用性和成本：质量可靠、易于获得和加工的材料更具优势，并且具备合理的成本效益。
常见的压力容器材料包括以下几个：（1）碳钢：碳钢这类材料广泛应用于低压和中压的一般应用，具有良好的强度和可用性。
浅谈压力容器设计中的常见问题及对策
浅谈压力容器设计中的常见问题及对策1. 引言1.1 背景介绍压力容器是工业生产中常用的装置，用于存储、运输或处理各种气体、液体或固体物质。
在压力容器设计过程中，常常会遇到一些问题，如果不加以注意和解决，可能会带来安全隐患和经济损失。
因此，对于压力容器设计中的常见问题及对策的探讨变得尤为重要。
在压力容器设计中，材料选择不当是一个常见的问题。
如果选择的材料强度不足或者耐蚀性差，容器可能会在工作过程中出现断裂或腐蚀现象，从而导致事故发生。
另外，设计计算不准确也是容易被忽视的问题之一。
如果设计计算不够精确，容器的承载能力可能无法满足实际工作条件，导致容器失效。
此外，几何形状不合理和操作条件考虑不周也会影响压力容器的安全性和稳定性。
为了解决这些问题，需要严格控制材料选择，确保选用符合标准和要求的材料。
同时，进行精确的设计计算，确保容器在工作过程中能够承受各种力的作用。
优化几何形状也是提高容器稳定性的重要措施，可以减少应力集中和减轻负荷。
最后，充分考虑操作条件，包括温度、压力、介质性质等因素，确保容器在各种工况下都能够正常工作。
通过有效地解决压力容器设计中的常见问题，可以提高容器的安全性和可靠性，保障工业生产过程的顺利进行。
在面对不断增长的工业需求和严格的安全要求下，压力容器设计师需要不断总结经验，不断改进设计方法，以确保压力容器的质量和安全性。
2. 正文2.1 压力容器设计中的常见问题在压力容器设计中，常见问题包括材料选择不当、设计计算不准确、几何形状不合理、以及操作条件考虑不周等方面。
材料选择不当可能导致压力容器的强度不足或耐久性不足，从而造成安全隐患。
设计计算不准确可能导致压力容器在使用过程中出现失效或漏气等问题。
几何形状不合理可能导致应力集中、疲劳破坏等问题，影响压力容器的使用寿命。
操作条件考虑不周可能导致压力容器在实际操作中受到过大的压力或温度变化，从而影响其安全性和稳定性。
对策包括严格控制材料选择，确保选择符合压力容器设计要求的材料；精确进行设计计算，确保设计计算符合相应标准和规范；优化几何形状，避免应力集中和疲劳破坏；充分考虑操作条件，确保压力容器在不同操作条件下的安全性和稳定性。
压力容器安全技术
2．管壳式换热器下面以管壳式换热器的重要部件为例，介绍其结构设计的要点。
(1)管箱包括管箱短节和分程隔板(多程换热器)两部分。
管箱短节结构设计要保证“最小内侧深度”的要求。
①轴向开口的单程管箱，不得小于接管内直径的1／3。
②多程管箱，应保证两程间最小流通面积不小于1．3倍每程管子的流通面积。
此外，短节筒体厚度必须满足刚度要求。
分程隔板结构设计要点如下。
①保证强度要求(承受两侧流体压差)和刚度要求。
②水平分程隔板应开设φ6mm的排净孔。
③对于大直径和两侧流体温差很大时，宜设计为双层结构的分程隔板。
④分程隔板下缘应与管箱密封面齐平。
(2)圆筒固定管板式换热器最小厚度应不小于6mm(高合金钢筒体不小于4．5mm)，圆筒的最小厚度随公称直径增大而增厚。
必须指出，圆筒的长度是在以换热管长度为标准长度的前提下按结构计算确定的，否则会造成换热管的不标准而带来材料的严重浪费。
(3)接管其结构设计应符合有关规定。
此外，接管应与壳体表面齐平；接管应尽量沿壳体的径向或轴向设置；接管与外部管线可采用焊接连接；设计温度不低于300℃时，必须采用整体法兰；必要时可设置温度计口、压力表接口及液面计接口；对于不能利用接管(或接口)进行放气和排液的换热器，应在管程和壳程的最高点设置放气口，最低点设置排液口，其DNmin＝20mm；立式换热器在需要时可设置溢流口。
(4)换热管U形弯管段的弯曲半径应不小于2倍管子外径。
如果需要，允许换热管拼接，但拼接焊缝不得超过1条(直管)或2条(U形管)，且最小管长不得小于300mm。
(5)管板结构设计时必须注意与螺栓、螺母、垫片、管箱的正确、合理和可靠的接合，而且还要考虑为了强化传热而进行分程等方面的要求。
①管板上管孔的布置必须符合换热管标准排列形式的要求，即正三角形排列、转角正三角形排列、正方形排列、转角正方形排列等四种形式。
②管孔中心距一般不得小于1．25倍的换热管外径，即t≥1．25d0。
压力容器安全技术
压力容器安全技术压力容器是一种广泛应用于各个行业的设备，同时也是一种具有一定危险性的设备。
为了确保工作场所的安全和人员的生命安全，必须采取适当的安全技术来控制和管理压力容器。
一、完善的设计和制造标准是确保压力容器安全的基础。
压力容器设计和制造必须符合国家和行业的相关标准，如GB150《钢制压力容器》、GB151《玻璃钢化学设备》等。
这些标准规定了压力容器的材料选用、结构设计、焊接工艺、非破坏性检测等要求，确保了压力容器具有足够的强度和耐久性。
二、压力容器必须定期进行严格的检验和维护。
定期检验可以发现和排除容器内部的缺陷和损伤，确保容器的安全运行。
检验的内容包括容器壁厚测量、焊缝检测、焊接质量评定等。
同时，对于一些长期使用或者有较高风险的压力容器，还应进行定期的非破坏性检测，如超声波检测、射线检测等，以进一步确保容器的安全性。
三、建立健全的压力容器管理制度是确保安全的重要措施。
企业应建立完善的压力容器管理制度，包括容器的登记、档案管理、安全操作规程等。
只有通过对压力容器的全面管理，才能及时发现和解决潜在的安全隐患，确保压力容器的正常运行。
四、加强员工的安全培训和意识提高是确保压力容器安全的关键。
企业应定期组织员工参加安全培训，提高员工对压力容器安全的认识和意识，培养员工正确的操作习惯和应急处理能力。
只有员工具备足够的安全知识和技能，才能有效地预防和控制压力容器事故的发生。
五、使用高效的安全监测和控制技术是确保压力容器安全的必要手段。
现代技术的不断发展，为压力容器安全提供了更多的手段。
如安全阀的自动监测和控制系统、温度、压力等参数的在线监测系统等，可以实时监测和控制压力容器的工作状态，一旦发现异常，可以及时采取措施避免事故的发生。
六、积极开展事故排查和分析，总结经验教训，及时修订和完善安全管理制度。
事故排查是对已发生的事故进行回顾和分析，找出事故的原因和教训，以避免类似事故再次发生。
通过对事故的分析和总结，可以及时修订和完善现有的安全管理制度，进一步提高压力容器的安全性。
压力容器安全设计要求
压力容器安全结构设计一、压力容器的结构从形状上看，压力容器主要为圆柱形，少数为球形或其他形状。
2．结构设计遵循的原则①结构不连续处应平滑过渡。
受压壳体存在几何形状突变或其他结构上的不连续，都会产生较高的不连续应力。
因此，设计时应尽量避免。
对于难以避免的结构不连续，应采用平滑过渡的形式，防止突变。
②引起应力集中或削弱强度的结构应相互错开，避免高应力叠加。
在压力容器中，不可避免地存在一些局部应力较高或对部件强度有所削弱的结构，如开孔、转角、焊缝等部位。
设计时应将这些结构相互错开，以防止局部应力叠加。
③避免采用刚性过大的焊接结构。
刚性大的焊接结构不仅使焊接构件因施焊时的膨胀和收缩受到约束而产生较大的焊接应力，而且使壳体在操作条件波动时的变形受到约束而产生附加的弯曲应力。
因此，设计时应采取措施予以避免。
④受热系统及部件的胀缩不要受限制。
受热部件的热膨胀如果受到外部或自身的限制，在部件内部就会产生热应力。
设计时应使受热部件不受外部约束，减小自身约束。
最理想的状态是容器的各部分在运行时，能按设计预定方向自由膨胀。
二、主要零部件的结构设计压力容器的结构比较简单，基本上都是由筒体、封头、接管、法兰、支座等零部件组成。
压力容器的结构设计除了容器的整体结构设计外，主要进行的就是零部件的结构设计，包括焊缝结构设计、容器各部位开孔设计等。
3．焊接接头焊接接头形式是由相焊的两焊件相对位置所决定的，主要有对接接头、搭接接头和角接接头等。
对接接头所形成的结构基本上是连续的，能承受较大的静载荷和动载荷，是焊接结构中最完善和最常用的结构形式。
搭接接头、角接接头所形成的焊缝都是角焊缝，承压后，角焊缝及其附近应力状态比较复杂。
所以，压力容器的主体焊接接头中不采用搭接接头和角接接头。
接头形式一般根据焊缝在结构中的受力状态及部位选择。
对压力容器上的焊接接头形式主要有以下要求。
①压力容器主要受压元件的主焊缝(纵向和环向焊缝，封头、管板的拼接焊缝等)应采用全焊透的对接接头形式。
压力容器的安全评估与设计
压力容器的安全评估与设计引言：压力容器是一种广泛应用于工业领域的设备，其主要用途是在储存和运输气体、液体及蒸汽等物质时承受内部压力的容器。
然而，由于压力容器在使用过程中承受着巨大的压力，如果设计不合理或者存在缺陷，就可能导致严重的事故事故发生。
因此，对压力容器进行安全评估与设计至关重要。
第一部分：压力容器的安全评估1. 压力容器的分类与特点压力容器主要分为球形、圆柱形和锥形等几种类型。
不同形状的压力容器具备各自的特点和应用场景。
例如，球形压力容器由于表面积小，可以承受更大的内部压力，因此适用于储存高压气体；而圆柱形压力容器则具备较大的容积，适用于存储大量液体。
2. 压力容器的材料选型在进行压力容器设计时，需考虑所选用材料的强度、抗腐蚀性和可塑性等因素。
常见的压力容器材料包括钢铁、铝合金和塑料等。
不同材料的性质不同，因此需根据实际应用情况选择适合的材料，以保证容器在工作条件下的安全性能。
3. 压力容器的设计原则压力容器的设计应符合一系列的设计原则，包括强度原则、防腐原则和可维修原则等。
强度原则是指压力容器在设计过程中需满足一定的强度要求，以保证其能够承受内部和外部的压力作用；防腐原则是指对压力容器进行防腐处理，以延长其使用寿命和减少维修次数；可维修原则是指压力容器设计时需考虑容器的可操作性和可维修性，以便在发生故障时能够及时维修。
第二部分：压力容器的安全性评估方法1. 压力容器的静态强度计算静态强度计算是压力容器安全评估的重要手段之一。
其主要依据压力容器的结构形式和受力情况，通过应力分析和强度计算，确定压力容器是否满足设计要求。
静态强度计算需要考虑容器壁板、支承结构和焊接接头等多个因素。
2. 压力容器的疲劳寿命评估在压力容器的正常工作过程中，由于内外压力的变化和温度的波动，容器壁会出现应力的循环加载，从而导致疲劳破坏。
因此，疲劳寿命评估是压力容器安全评估中的重要环节。
通过应力循环分析和疲劳寿命计算，可以评估容器的使用寿命，以避免由于疲劳破坏导致的事故发生。
压力容器结构设计要点分析及解读
压力容器结构设计要点分析及解读压力容器属于特种设备，为保障压力容器的安全使用，预防和减少事故，保护人民生命和财产安全，促进社会经济发展，压力容器结构设计工作十分重要。
由于压力容器的工作介质具有复杂多样性，操作压力、操作温度随不同的工艺单元更是不同，随着现在生产技术的飞速升级，高温、高压、低温、深冷各种工况频出，因此在结构设计中必须要注重安全性问题，需要设计者掌握压力容器结构设计要点，不断提高设计质量。
基于此，本文重点对压力容器结构设计要点进行分析。
标签：压力容器;结构设计;要点;分析0 引言压力容器设计中，合理的结构设计是设计工作的重中之重，必须要确保结构的设计质量，由于现有压力多在高温、高压、低温、疲劳及腐蚀介质等各种苛刻工况下工作，安全使用寿命要长达20年甚至更久，国家也加强了对压力容器各环节的管理特别是结构设计的管理工作，使得压力容器在制造、安装、使用、维修中的质量得到了保证。
现如今，压力容器结构设计也在逐渐摆脱传统思想的束缚，彰显了现代化工艺设计理念，以安全性、时效性、经济性和谐统一为基础，全面加强压力容器结构设计的合理性。
1 压力容器结构设计要求压力容器，特别是化工压力容器，其内部结构带有装配内件，设计工作十分繁琐、复杂，如果压力内部结构设计不当就会直接影响压力容器的性能，甚至会造成安全隐患，对设备及工艺单元的安全正常运行会造成极大的影响。
这就需要结合压力容器的具体使用条件：使用介质、工作压力、工作温度、连接管口、工作环境等，根据现行有效的压力容器的设计法规、标准进行系统风险评估后方可始设计工作，这样才能够充分考虑潜在的风险因素，在设计的过程予以规避，保障设计质量，满足日益苛刻的使用要求，使得压力容器在设计使用寿命期间，设备能够安全可靠的运行。
2 压力容器结构设計要点分析2.1 主体结构设计在进行压力容器的主体设计时，要根据设备使用条件，按规则设计或应力分析设计的方法，对设备进行综合风险评估，确定合理的设备长径比及焊接结构。
第二节 压力容器结构设计
过系数K来体现平盖周
边的支承情况，K值越 小,平盖周边越接近固支； 反之就越接近于简支。
形等。
焊接接头
一、焊接接头形式 对接接头 焊接接头形式 角接接头及 T字形接头 搭接接头
（a）对接接头； （b）角接接头； （c）搭接接头 图2-8 焊接接头的三种形式
1．对接接头
结构： 特点： 两个相互连接零件在接头处的中面处于同一平面或 同一弧面内进行焊接的接头。 受热均匀，受力对称，便于无损检测，焊接质量容 易得到保证。
之间的纵焊缝应相 互错开75°。 筒节的长度视钢板的
宽度而定，层数则随
所需的厚度而定。
一、多层包扎式(续)
图2-1 多层包扎筒节
一、多层包扎式(续)
3、优点： 制造工艺简单，不需大 型复杂加工设备； 安全可靠性高，层板间 隙具有阻止缺陷和裂纹 向厚度方向扩展的能力； 减少了脆性破坏的可能 性； 包扎预应力改善筒体的 应力分布； 对介质适应性强，可选 择合适的内筒材料。 4、缺点： 筒体制造工序多、周期长、效率 低、钢材利用率低（仅60%左 右）； 深环焊缝对制造质量和安全有显 著影响。 ①无损检测困难，环焊缝的两侧均 有层板，无法用超声检测，只能射 线检测；②焊缝部位存在很大的焊 接残余应力，且焊缝晶粒易变得粗 大而韧性下降；③环焊缝的坡口切 削工作量大，且焊接复杂。
五、锥形封头
无折边锥壳
轴对称锥壳
折边锥壳 特点：结构不连续，应力分布不理想
排放固体颗粒和悬浮或粘稠液体 应用 不同直径圆筒体的中间过渡段 中、低压 容器
（a）无折边锥壳； （b）大端折边锥壳； 图2-7 锥壳结构形式
（c）折边锥壳
平盖
理论分析： 以圆平板应力分析 为基础，分为周边 固支或简支； 几何形状： 圆形、椭圆形、长 圆形、矩形及正方 工程计算：采用圆平板理论 为基础的经验公式，通 实际上：介于 固支和简支之间；
压力容器的安全
压力容器的安全附件是为使容器安全运行而装设的一种附属装置。
通常不仅把能自动泄压的装置称为附属装置，如安全阀、防爆片等当作安全附件，而且也把一些显示设备中与安全有关的参数计量仪器，如压力表、液面计等也作为安全附件，因为这些装置可使操作人员及时了解设备运行情况，发现不安全因素，以便采取措施，预防事故发生。
压力容器常用的安全附件有压力表、液面计和安全泄压装置。
压力表是用来测量容器内介质压力的仪表。
在压力容器中，大部分使用弹簧管压力表，。
在高压气瓶上如氧气瓶和乙炔瓶应采用专用的压力表，而在一些工作介质具有腐蚀性的容器中，也有使用薄膜压力表的。
在低压容器上则用U 型压力计。
一、液面计液面计只在个别压力容器上应用，如盛装易燃或者剧毒、有毒介质的液化气体的容器上，装置板式玻璃液面计或者自动液面指示器。
液面计或者液面指示器上应有防止泄漏的装置和防护罩。
有的容器需要控制温度，必须装设温度测量或者自动控温仪表，防止超温。
以上这些是保证压力容器安全运行的安全附件，均应定期检查，保证其精确度和安全可靠性。
二、安全泄压装置(一) 安全泄压装置的作用及其设置原则压力容器是按预定的使用压力设计的，它的壁厚只能允许承受一定的压力，即所谓最高使用压力，在这个范围内容器可安全运行，超过这个压力，容器就可能遭到破坏。
由于种种原因，压力容器在运行过程中往往浮现超压。
如压力来自容器外的压力容器，输入气量大于输出气量时，使气体密度增大，压力升高；减压阀失灵或者操作失误，高压气体直接进入容器而造成超压；装液过量或者受热温度升高，器内液体膨胀，压力剧增；容器内介质的化学反应使压力增高等等。
1．安全泄压装置的作用安全泄压装置就是防止超压，保证压力容器安全运行的一种保险装置。
当容器在正常压力工作时，它保持密闭不漏，而当容器压力超过规定时，就能把器内的气体迅速排出，使容器内的压力始终保持在最高许用压力范围以内。
它不仅有这一主要功能，还有报警作业。
在开放排气时，气体流速较高，可发生较大的声响，成为超压的报警信号。
浅析压力容器结构设计的要求
压力容 器中由于泄漏而导致事故发生 的情况较多 ． 而法 兰如果密 封不好 ， 则极易导致泄漏的发生 由于法兰是一种可拆卸的结构 ． 所以 １ ． １ 应力 的均 匀性 压力容 器在 使用过程 中需要承受较大 的应力变 在确保其 连接处 的紧密性 ，则需要对压 紧面形式 的合理性进行选择 。 化． 所以在设计时需要确保 其壳体结构 的连续 性 ． 避免导致突变 现象 通常较为常用的压 紧面有平面 、 凹凸面、 槽 面和梯形槽等。 由于平面型 的发生 ． 对于壳体结构实在 没办法连续 的地方 ． 要采用平滑过渡 的形 压紧面密封性较差 ， 结构简单 ， 所以在压力不 高的容器 中会采用 ， 对于 式来确保其应力 的均匀性。 清洗和防腐 都具有较大 的便利。 而在中压及 温度较高的地方则会 采用 １ ． ２ 应力集 中或削弱强度的结构相互错开 压力容器设计时 ． 当出现 凹凸形压紧面 ， 由于此种压 紧面垫片适中 、 具有 良 好 的密封 性 。 而且在 局 部强度 有所 削弱的结构或是应力较为集中的地方 ． 则需要将二者错 压 紧后垫后也不 易被 挤 出： 而利用槽形 压紧面是 ． 往往是应用 于用于 开来 ． 避免发 生应力又叠加 的情况发生。 易燃 、 易爆和有毒介 质的密封容器 ， 虽然其密封性能非常好 ， 但却有一 １ ． ３ 避免采用 刚性过大的焊接结构 。当焊接材料具有较大 刚性时 ， 其 个 弊端 ． 想进行垫片的更换具有较大 的难度 。 利用梯形糟压 紧面时 ， 通 在焊接过程中由于发生膨胀和收缩时会产生较大的焊接应力 ． 这样就 常会需要与椭圆垫和八 角垫相互配套使用 ． 这种压紧面使用时通常都 会约束壳体发生变形 ． 而导致附加弯 曲应力 的产生 ． 所 以在设 计时要 是在结构压力和温度都呈 现较高 的时候才会采用。 避免采取刚性过 大的焊接材料 ２ ． ２ 对压力容器用钢材的要求 １ ． ４ 减少对受热部件应力 的束缚 。当部件 受热后会 导致热膨胀 的发 ２ ． ２ ． １ 具有 良好的力学性 能 生． 这样就会使其 在内部或是外部产 生热应力 ． 对结构 的安全性带来 第一 ． 制造 、 压力容器的材料应具有适当的强度 （ 主要是指屈服强 较大的影响 ． 所 以在设计 时需要尽可以的减少受热部件 自 身所受到 的 度 和抗拉强度 ） ， 以防止在承受压力时发生塑性变形甚 至断裂 。 对 于和 约束 ， 使其避免受 到外部 的约束 ， 从而减少受热部位应力的束缚 。 中、 高温压力容器 ． 还应考虑材料 的抗蠕变性能 ， 测定材料 的高温性能 １ ． ５ 为 了保证水循环 的良好性 ．需要对受 热面进 行科 学 、合理 的布 指标 ， 即蠕变极限和持久强度。 置． 确保其冷却的可靠性 第二 。 制造、 压力容器 的材料必 须具有 良好 的塑性 ， 以防止 、 压力 １ ． ６ 对压力容器结构 的其他要求 ：压力 容器在运 行时发生膨胀要按 容器在使用过程 中因意外超载而导致破坏 照设计的预定方 向进行 ，而且在确保其受压部件要具有较好 的强度 ， 第三， 制造 、 压力容器 的材料应 具有较高 的韧性 ， 使、 压力容器能 而且在配备相应的安全保护扩 。同时在设计时 ， 要避免发生应力集 中 承受运行过程 中可能遇到的冲击 载荷 的作用 。 特别是操作温度 或环境 及复合应力的情况发生。炉膛 内要具有防爆措施 ， 确保其具有 良好 的 温度较 低的压力容器 ． 更应考虑材料的冲击韧性值 密封性 。由于压力容器在使用 过程 中需要进行清洗 ． 所 以在设计 时要 ２ ． ２ ． ２ 具有 良好 的工艺性能。 由于 、 压力容器 的承压部件 ， 大都是用钢 便 于安装 、 检修和清洗地 。在设计 时还要确保承重结构 的强度 、 刚度 、 板滚卷或冲压成形 的． 所 以要求 材料有 良好 的冷塑性变形能力 ． 在加 稳定性和防腐蚀性能够达到设计载荷 的要求 工时容易成形且不会产生裂纹等缺陷 制造 、 压 力容器 的材料 应具有 较好的可焊性 ， 以保证材料在规定的焊接 工艺条件 下获得质量 优 良的 ２ 压 力 容 器 设 计 时 的相 关 要 求 焊接接头 材料具有适宜的热处理性 能． 容 易消除加工 过程中产生的 ２ ． １ 对封头及法兰结构的要求 残余应力 ． 而且对焊后热处理裂纹不敏感 。 ２ ． １ ． １ 对 封 头 的 要 求 ２ ． ２ ． ３ 具有 良 好 的耐腐蚀性能和抗氧化性能。设计 压力容器时 ， 必须 （ １ ） 椭球形封头。由于椭球壳体环向应力为压应力． 为了使这部分壳 根据其使用条件 ， 选择适 当的耐腐蚀材料。 对于和高温压力容器 ． 所选 体不至于失稳 ． 对于标准椭球形封头． 规定其有效厚度应不小于封头内直 用的材料还应具有抗氧化性能 径的 ０ ． １ ５ ％， 其他椭球形封头的有效厚度应不小于封头 内直径的 ０ ． ３ ０ ％。 ２ － ３ 对焊接的要求 （ ２ ） 球形封头 。 理论上球形封头的壁厚 为圆筒形 的一半 即可 ， 但在 压力容器结构需要焊接 的地方较多 ． 但在焊接过程中必会存在着 实 际工作 中 。 往往所采用 的厚 度是一样 的． 这样 可以更便于焊接 的进 定 的应力 ． 所 以需要对 焊接应力尽可 能的进行消除 ． 从 而避 免发生 行。 但如果采用球形封头 ， 其成型较为困难 ． 而且在焊接过程 中会有较 焊接缺陷 对 于焊接 应力的消除可 以在 焊接过程 中采取各种 技术措 多的焊缝产生 ． 所 以在实际压力容器设计 中应用 的较少 施 ．同时还要在 焊接完成后进行一 定的应力热处理 和合 理的焊接规 （ ３ ） 碟形封头 由于碟形封头的球面部分 与过渡 区、 过渡区与直边 范 ． 这样在一定程度 上可 以提高焊缝的质量 焊接应力及焊接变形不 段 的曲率半径不 同． 造成结构不连续． 会 引起连接处 的局 部高应 力 ， 因 可能完全 消除 ． 而且在处理过程 中如果 采用的措施不科学 ． 则 还会导 此 规定 碟形封头球面部分 的半径一般不大 于简体 内径 ． 通 常取 ０ ． ９ 倍 致新 问题 的发 生 ． 所以在焊接过程 中需要从焊接材料 、 方法和工艺等 的封头内直径 ． 而封头转角 内半 径应 不小于简体 内直径的 １ ０ ％． 且不 多方面采取必要的措施 ． 在结构设计时 ， 尽量应用最合理的焊接结构 ， 得小 于 ３倍封头名义壁厚 从而确保焊接的质量 （ ４ ） 锥形封头 。锥形封头分为无折边锥形 封头和带折边锥形封头 两种。 对于锥体大端 ， 当锥壳半顶角 ａ ＜ ３ ０ ｏ 时． 可以来用无折边结构 ： 当 ３ 结束 语 ａ ＞ ３ ０ 。 时， 应采用带过渡段的折边结构。 大端折边 的过渡段转角半径应 压力容器的安全性与其结构设计 的合理性息息相关 ． 所 以需要在 不 小于封头大端 内直径 的 １ ０ ％． 且不小于该过渡段厚度的 ３ 倍 压力容器设计时要给予足够的重视 ． 确保压力容器运行 的平稳性 和可 （ ５ ） 平盖 。平盖封头具有较差的受力情况 ． 所以在设计时 。 受压条 性 。 ｅ 件相同下 ． 利用平盖封 头则需要壁厚增加不 少 ． 但 由于平盖封头结构 靠 及 制作上都较为简单 ． 所 以通常都会在压力 不高 ． 而直 径也不大的容 【 参考文献 】 器中进行使用 。 同时在高压容器 中． 由于利用凸型封头制作难度较 大． ［ １ ］ 朱庆典． 万守莉． 陈辉． 压力容器的优４ Ｌ ￣ ： ｉ ｔ ［ Ｊ ］ ． 机械制造， ２ ０ １ １ （ １ ２ ） ． 所以采用平板封 头的情况较多 ［ ２ ］ 胡 艳丽． 浅谈 压力容器 设计时材 料和壁 厚的选 取Ｉ Ｊ １ ． 中小企 业管 理与科技 （ ６ ） 凸形封头 的拼接 。均多块扇形板组拼的封头必须具有 中心 圆 ２ ０ １ ２ （ ０ １ ） ． 板． 中心圆板的直径应不小于封 头直径 的 １ ， ２ ［ ３ ３ Ｙ霄霞． 关 于压力容器设计 的几个 问题［ Ｊ ］ ． 技术与市场， ２ ０ １ ２ （ ０ ３ ） ．
压力容器设计
1概述设计的基本知识：•设计要求•设计文件•设计条件压力容器设计：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。
1.1设计要求安全性与经济性的统一•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。
安全性主要是指结构完整性和密封性。
•经济性包括高的效率、原材料的节省、经济的制造方法、低的操作和维修费用等。
1.2 设计文件设计文件包括:设计图样、技术条件、设计计算书，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设计计算书 :•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、计算结果等。
•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——包括总图和零件图总图•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。
1.3 设计条件工艺设计条件——原始数据、工艺要求（常用设计条件图表示）。
设计条件图包括简图、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。
压力容器常规设计
压力容器常规设计压力容器是一种用来储存或运输压力介质的装置，常见于化工、石油、制药等工业领域。
压力容器的设计需要考虑安全性、可靠性、经济性等因素，以下是压力容器常规设计的主要考虑因素。
首先，压力容器的设计需要根据工作环境和介质的特性确定操作压力和温度。
设计师必须根据介质的性质（如是否易燃、有毒、腐蚀等）、工作压力和温度的范围来选择材料，以确保容器具备足够的耐蚀性、耐热性和机械强度。
其次，压力容器的结构设计对于容器的安全性至关重要。
常见的压力容器结构包括圆柱形、球形和平面形等。
圆柱形容器是最常见的类型，其受力均匀，施加的应力分布比较合理。
而球形容器在同样体积下承受的压力要小于圆柱形容器，但制造成本较高。
平面形容器由于受力不均匀，往往需要较厚的壁厚，容易产生应力集中。
然后，压力容器的焊接设计是关键之一、焊接是制造压力容器中常用的连接方式，但焊接缺陷可能会导致容器破裂。
因此，在设计中需要考虑焊接接头的位置、数量和类型，以最大限度地减少焊接缺陷对容器性能的影响。
同时，焊接过程中的热影响区也需要被考虑进来，焊缝周围的材料性能可能会发生不可逆的变化，因此设计师需要在选择材料时充分考虑。
另外，压力容器的支撑和附着也是设计中需要考虑的因素之一、支撑结构的设计应考虑容器本身的重量、外部载荷和地震等因素，以确保容器能够稳定地放置在支撑结构上。
附着物的设计需要考虑容器与其他设备或建筑物的连接，以确保安全可靠。
此外，在压力容器设计中还需要考虑到容器上的辅助设备。
这些设备包括压力传感器、温度传感器、液位传感器等，用于监测容器的工作状态。
设计师需要将这些设备合理地安装在容器上，并考虑到维护和检修的便利性。
最后，压力容器设计需要符合相关的标准和法规要求。
例如，设计师需要参考国家标准或行业规范，确保容器设计满足强度、稳定性、安全性等方面的要求。
设计过程中还需要考虑到压力容器在储存、运输和使用过程中可能遇到的各种意外情况和外部环境的影响，以确保容器的安全性和可靠性。
压力容器的稳定性分析与设计优化
压力容器的稳定性分析与设计优化压力容器是一种能够储存和运输高压介质的设备，广泛应用于石化、化工、能源、医药等众多领域。
然而，由于高压环境下容器受力情况复杂，容器的稳定性问题一直是工程师们关注的焦点。
本文将从压力容器的稳定性分析和设计优化两个方面进行论述，探讨如何在容器设计中降低事故风险，提高运行安全性。
一、压力容器的稳定性分析1. 弯曲稳定性分析在高压环境下，容器会承受来自介质内部以及外部环境的力，容器壁的弯曲稳定性是保证容器不发生变形和破裂的重要因素。
因此，对容器的弯曲稳定性进行分析是容器设计的基础。
首先，需要计算容器在弯曲时的应力和应变分布情况，通过有限元分析等手段，确定容器壁的最大应力点和最大应力值。
然后，结合材料的力学性能，进行强度校核，确保容器能够满足正常使用条件下的强度需求。
2. 局部稳定性分析容器壁的局部几何缺陷或开口可能导致局部应力集中，引发容器的局部失稳或破裂。
因此，在容器设计中需要对局部稳定性进行充分考虑。
针对容器壁的几何缺陷或开口，可以采用应力集中系数和强度减少系数等方法进行评估。
通过计算得到的应力集中系数和强度减少系数，判断局部失稳的可能性，并进行优化设计，降低缺陷处的应力集中程度，提高容器的局部稳定性。
二、压力容器的设计优化1. 材料选择与工艺优化在压力容器的设计过程中，正确选择合适的材料对提高容器的稳定性至关重要。
材料的力学性能、耐腐蚀性能以及可焊接性等因素都应该被考虑。
同时，还需要优化焊接工艺，避免焊缝处的强度降低，以提高容器的整体稳定性。
2. 结构优化与加强设计容器的结构设计对其稳定性具有重要影响。
合理的结构设计可以提高容器的整体刚度，降低容器的应力集中程度，从而提高容器的稳定性。
在结构设计过程中，可以采用有限元分析等先进的计算方法，优化容器的结构，减少质量，提高容器的刚度，从而提高容器的整体稳定性。
3. 考虑温度和压力变化容器在运行过程中，温度和压力的变化会对容器的稳定性产生影响。
压力容器设计的概念及内容
压力容器设计的概念及内容压力容器是一种用于储藏和传输液体、气体和其他物质的设备。
它们广泛应用于化工、石油、医药、食品、能源等行业。
压力容器设计是确保容器在各种工作条件下安全运行的关键过程。
以下将详细介绍压力容器设计的概念和内容。
压力容器设计的概念：压力容器设计旨在满足容器内压力、温度和介质等工作条件下的安全性能要求。
其设计目标是确保容器能够承受预期的压力负荷，并在设计寿命内不出现破损或泄漏。
压力容器设计必须遵循相关的标准和规范，如ASME（美国机械工程师协会）标准等。
压力容器设计的内容：1. 材料选择：压力容器的材料选择至关重要，它必须具备足够的强度、耐腐蚀能力和耐高温性能。
常见的材料包括碳钢、不锈钢、合金钢等。
2. 结构设计：结构设计是指确定容器的几何形状、支撑结构和连接方式。
一般包括容器的形状（圆柱形、球形、圆锥形等）、底部设计（平底、圆顶、封头等）以及支承和固定结构。
3. 强度计算：强度计算是压力容器设计中最关键的内容之一。
它涉及到静态和动态载荷下容器的强度分析和计算。
常用的计算方法包括有限元分析、弹性力学理论和裂纹力学等。
4. 泄漏检测和防护：泄漏是压力容器的一个重要安全问题，容器设计必须考虑泄漏的预防和检测。
常见的防护措施包括安全阀、压力表、泄漏传感器等。
5. 热力学计算：热力学计算是指根据容器内压力、温度和介质等参数，计算容器在不同工况下的热力学性能。
热力学计算可以帮助确定容器的工作温度、蒸发蒸发能力以及热力膨胀等。
6. 应力分析：应力分析是指计算容器在工作过程中各个部位的应力分布情况，以及设计材料的安全裕度。
应力分析可以帮助确定容器的局部强化区域和材料厚度。
7. 焊接设计：压力容器的焊接连接在容器强度和密封性方面起着重要作用。
焊接设计包括焊缝类型、焊接连接方式以及焊接质量控制等。
8. 衬里材料选择：对于储存腐蚀性介质的压力容器，常常需要在内部设置一层衬里材料以保护容器壁面。
衬里材料选择需要考虑介质的腐蚀性质和温度要求等因素。
压力容器原理
压力容器原理
压力容器是一种专门设计和制造的设备，用于储存和运输高压气体或液体。
它能够承受内部压力的作用，同时防止液体或气体泄漏。
压力容器的原理是基于材料的强度和结构的设计。
下面介绍一下压力容器的工作原理：
1. 材料强度：为了承受高压力作用，压力容器通常采用高强度金属材料，如钢材。
这些材料具有良好的抗压性能和强度，能够有效地抵抗内部压力的作用。
2. 结构设计：压力容器的结构设计必须经过精确计算和合理布局。
常见的压力容器结构包括圆筒形、球形和圆锥形等。
这些结构具有均匀承载压力的特点，能够减少应力集中，提高整个容器的抗压性能。
3. 安全阀：为了防止压力容器内部压力超过安全范围，一般会在容器上安装安全阀。
安全阀的作用是在内部压力超过设定值时自动打开，释放部分压力，确保容器内部压力稳定在安全范围内，防止容器破裂或爆炸。
4. 检测和监控：压力容器在使用过程中需要进行定期检测和监控，以确保其安全性能。
常见的检测手段包括超声波探伤、放射性检测和压力测试等。
通过这些手段可以及时发现容器内部的缺陷或故障，并采取相应措施修复或更换。
总体而言，压力容器通过合理的材料选择、结构设计和安全阀的设置，以及定期的检测和监控，保证容器在高压力作用下的
安全运行。
它在工业生产和运输过程中起到至关重要的作用，但也需要严格遵守相关的安全规范和操作规程，以防止潜在的危险和事故发生。
《压力容器安全》PPT课件
第三十六页，共56页。
第三十七页，共56页。
技术特性表
名称 设计压力 工作温度 物料名称
容积
指标 1.6MPa ≤40℃
液氨 30.52m3
3. 压力容器设计举例
第二十二页，共56页。
设计一液氨贮罐。工艺尺寸：贮罐内径Di=2600mm，贮罐(不包括封头) 长度L＝4800mm。 解：1.罐体壁厚设计
根据材料性质(xìngzhì)及价格等因素，本贮罐选用16MnR制作罐体
和封头。
设计壁厚δd根据下式计算：
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设计压力(yālì):夏季最高温度可达40℃，氨饱和蒸气压1.555MPa（绝
第十七页，共56页。
(三)为便于管理，将压力容器按其压力等级、介质及所起的作用等分为三类
l.第一类压力容器
2.第二类压力容器
3.第三类压力容器
符合下列情况之一的为第三类压力容器： (1)毒性程度为极度或高度危害介质的中压容器和P.V≥0.2MPa·m3低压容器； (2)易燃或毒性程度为中度危害介质且P.V≥0.2MPa·m3中压反应容器和 P.V≥10MPa·m3的中压储存容器； (3)高压、中压管壳式余热(yú rè)锅炉； (4)高压容器。 例如，氨合成塔的设计压力为32MPa，介质为氢气、氮气及氨，该合成塔属于三类高压 反应容器。 氯气分配器的设计压力0.6MPa(低压)，介质为氯气(极毒)，该容器属于三类低压分离压 力容器。
2．封头壁厚设计(shèjì) 采用(cǎiyòng)标准椭圆形封头。
椭圆形封头壁厚δd计算式：
其中，焊缝系数ф＝1.0 考虑钢板(gāngbǎn)厚度负偏差及冲压减薄量，圆整后取dn＝16mm厚16MnR钢
压力容器设计方案
压力容器设计方案
压力容器设计方案
压力容器是一种用于存储压缩气体或液体的设备，广泛应用于工业、化工、石油、冶金等领域。
在设计压力容器时，需要注重容器的安全、可靠性、耐用性和经济性。
以下是一个针对压力容器设计的方案，包括材料选择、结构设计和安全措施。
材料选择：
压力容器的材料选择至关重要，必须具有高强度、良好的耐压性、耐蚀性和耐磨性。
常见的材料有碳钢、不锈钢、合金钢等。
根据容器的用途和工作环境的要求，选择适当的材料进行制造。
结构设计：
压力容器的结构设计应考虑容器的强度和刚度，以承受内部的压力和外部的负荷。
一般可采用球形、圆筒形或椭圆形结构。
设计时必须合理计算容器壁的厚度，以保证容器的安全运行。
安全措施：
为确保压力容器的安全运行，需要采取一系列安全措施。
首先是安装压力传感器和温度传感器，实时监测容器内的压力和温度，并及时采取措施调整运行状态。
其次是设置安全阀和爆破片，当容器内压力超过安全值时，安全阀会自动打开，释放过压气体，保护容器不会因过高压力而爆炸。
同时，还应定期进行容器的检测和维护，确保其正常运行。
此外，对于高压容器，可以考虑使用双壳结构，即在容器外再
加一层外壳，以增加容器的安全性和耐久性。
另外，可在容器内部加装隔热层，避免外界温度影响容器内液体或气体的温度。
总之，压力容器的设计方案需要综合考虑材料选择、结构设计和安全措施等多个因素。
只有在科学合理设计的基础上，才能保证压力容器的安全可靠运行。
压力容器安全管理标准
压力容器安全管理标准
主要是为了确保压力容器在运行过程中的安全性，防止压力容器发生泄漏、爆炸等事故。
下面是一个常见的压力容器安全管理标准的内容：
1. 压力容器的设计和制造必须符合国家相关标准和规定，包括材料选用、结构设计等方面的要求。
2. 压力容器必须获得合法的设计和制造许可，并且需要进行定期的检查和维护。
3. 压力容器必须按照规定的压力等级进行使用，不得超过其设计压力。
4. 压力容器必须安装压力表和安全阀等安全装置，以监测和控制其压力。
5. 压力容器必须安装合适的仪表和设备，以监测和记录其运行状态。
6. 压力容器必须有完善的防护措施，避免受到外界环境和人为因素的破坏。
7. 压力容器在停用和维修期间，必须采取必要的安全措施，防止意外发生。
8. 对于老化、损坏或失效的压力容器，必须及时进行修理或更换。
9. 压力容器操作人员必须经过相关培训，具备相应的工作技能和安全意识。
10. 压力容器管理部门必须制定相应的管理制度，并进行定期的检查和评估。
以上是一个常见的压力容器安全管理标准的内容，不同行业和地区可能会有一些细微的差异。
压力容器的安全管理是一项重要的工作，需要各方共同努力来确保工作场所的安全和防范压力容器事故的发生。
压力容器结构设计要点分析及解读
压力容器结构设计要点分析及解读摘要：随着现代化工企业的发展，压力容器越来越广泛地使用在石油、化工、制药、食品等各个领域。
压力容器作为承受压力等较高载荷的设备，若设计不合理，可能会导致容器变形甚至爆炸，给人员和环境带来严重危害。
为此，笔者结合多年的工作实践经验，对现代压力容器结构设计的要点进行了分析和总结。
关键词:压力容器;结构设计;要点引言随着工业化进程的不断推进，各类化工制品的需求量也与日俱增，压力容器作为一种安全系数较高的特种设备，在生产中承担了越来越重要的作用。
压力容器是一种封闭结构，通常用于储存或运输气体、液体或其他物质。
它们必须承受高压和高温等特殊工作状态，同时还必须防止泄漏和爆炸等危险。
这些要求使压力容器的设计变得至关重要，这不仅涉及容器中包含的介质，还涉及压力的大小、温度以及容器的结构、尺寸等方面。
因此，压力容器结构设计是至关重要的。
注重立足于安全、及时、经济和谐的原则，全面优化压力容器结构设计，会使其设计更加科学合理。
1压力容器结构设计要求压力容器广泛应用于精细化工、石化、医药行业、石化电子和机械电器等行业，特别是化工压力容器，其内部采用的材料大多为装配式的内件，设计过程复杂繁琐，如果产品设计有问题，将对压力容器的稳定性造成威胁，甚至可能形成重大安全隐患，影响设备的正常运行。
在压力容器的设计过程中，应根据其工况、介质特性、环境温度、工作气压、连接管口等使用条件，结合当前压力容器的相关设计法规和标准，进行系统风险评估，以确保产品在设计过程中不会出现风险问题，确保容器质量达到使用最高要求。
2压力容器结构设计的原则2.1 应力的均匀性在设计压力容器时，应该特别注意壳体结构的连续性，以确保它能够承受较大的应力变化，避免突变情况的发生。
如壳体结构有难于连续之处，为保证应力的均匀分布，应采用圆滑过渡的办法。
2.2应力集中或削弱强度的结构相互错开在设计压力容器时，应该尽量避开在结构强度较弱或应力集中的部位进行设计，以防止应力的叠加情况发生。
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第34卷第12期2005年12月应 用 化 工App lied Che m ical I ndustryVol .34No .12Dec .2005收稿日期:2005209221作者简介:吴润庆(1953-),男,广东佛山人,广东省石油化工设计院工程师,主要从事化工设备设计研究,国家一、二、三类压力容器和压力罐设计审核资格。
电话:(020)81217669,E 2mail:wrq200508@压力容器的安全与结构设计吴润庆(广东省石油化工设计院,广东广州 510130)摘 要:根据过去的压力容器破坏事故分析,有相当一部分是由于结构设计不合理引起的,认为设计合理可靠的结构和强度设计同样重要。
就压力容器结构设计的一般原则和结构设计常遇到的问题,如壳体接管开孔、开孔补强和焊接结构的设计实例予以阐述。
关键词:压力容器安全;结构设计原则;结构设计应用中图分类号:T Q 050 文献标识码:A 文章编号:1671-3206(2005)12-0781-04Study on s afety and structural desi gn of pressure vesselsWU R un 2qing(Guangdong Pr ovincial Design I nstitute of Petr oleu m and Chem ical I ndustry,Guangzhou 510130,China )Abstract:Fr om our analysis,s o many accidents of p ressure vesselswere due t o the unreas onable structur 2al design,which is as i m portant as strength design .Structural design p rinci p les of p ressure vessels,p r ob 2le m s of structural design,such as nozzles subjected t o shells,opening reinf orce ment and illustrati ons of welded structure design,are described in this article .Key words:safety of p ressure vessels;p rinci p les of structural design;app licati on of structural design 在压力容器的破坏事故中,有相当一部分是由于结构设计不合理引起的。
结构设计不合理,往往使得压力容器在制造或使用过程中容易产生应力集中。
合理的结构设计,首先要求其结构便于制造,有利于保证质量和避免或减少制造缺陷。
其次是要求其结构便于无损探伤,使制造和使用中产生的缺陷能及时并准确地检查出来。
结构设计还要考虑尽量降低局部附加应力和应力集中,因为局部的高应力区会成为断裂破坏之源。
因此,设计合理可靠的结构是和强度设计同样重要的。
1 压力容器破坏事故原因分析1.1 角焊缝结构未焊透某化肥厂合成工段一级卧式氨冷器发生爆炸事故。
该设备管程设计压力为20MPa,壳程设计压力1.6MPa,工作温度-25～50℃,封头与管板的材料都是20G 。
爆炸断口都发生在管板与封头连接的环焊处,从断口上看到焊缝根部未焊透严重,多者占周长的80%,深2～4mm ,最深处达6mm ,断口中部表面平滑平坦,从电镜观察有明显的疲劳断裂特征。
封头和管板连接处的单面坡口角接环缝(见图1),正处在结构不连续处,焊缝根部应力值很高。
通过计算表明,该焊缝内表面轴向弯曲应力已超过材料的屈服强度,又因未焊透引起了应力集中,故在焊缝根部产生裂纹并扩展。
此外,由于焊缝根部管板一侧有一半径R =5mm 的环形槽,它将干扰超声波探伤,因此焊缝质量难以保证。
图1 难焊透的单面焊结构Fig .1 Hard comp lete penetrati on of single welded j oint从以上分析可知,其爆炸主要是由于结构设计上采用了单面焊坡口形式,在焊接过程中产生了严重的根部来焊透等缺陷;同时,在实际运行中频繁开停,使压力温度波动,形成疲劳循环的工作环境,最终导致疲劳裂纹扩展而引起的。
应用化工第34卷1.2 不合理开孔和制造缺陷某厂饱和塔规格为ф1200×8200mm ,设计压力为1.6MPa,为了防止腐蚀,塔上部二段筒体(约5m 长)选用了10mm 厚的12Cr N i3板材,其余部分均为10mm 的A3钢板,在操作压力为0.88MPa 时发生爆炸,距塔顶部2m 处第三道环焊缝及该处纵焊缝全部炸裂。
现场分析看,塔体焊接质量太差,对该炸裂口焊缝所作的X 射线探伤检查结果表明,全部环焊缝有极其明显的母材未熔合,连续点状夹渣,气孔及细小裂纹;纵焊缝除有上述致命缺陷外,还有严重的焊接咬边现象,咬边深度达2～3mm 。
此外,在纵焊缝上还极不合理地开有一个DN450的入孔,在应力集中区造成局部的高应力状态。
加之,焊缝中的裂纹及未溶合部分在长期生产中被腐蚀,有些地方仅剩有3mm 多,难以承受操作压力。
2 结构设计的一般原则2.1 截面突变的不连续处应圆滑过渡在压力容器各受压元件的连接处,常有几何形状突变或其它结构上的不连续。
在这些部位都会产生较高的不连续应力(或称边缘应力)。
不同的连接边缘,有不同程度的边缘效应,有的边缘效应显著,应力可达到很大的数值。
但是,边缘应力有其特点,即影响范围小。
这些应力只存在可连接处附近的局部区域,离开连接处稍远一些,它们就沿着圆筒的轴线方向呈波形的迅速衰减,并趋于零。
例如平盖与圆筒的连接边缘,圆筒的轴线方向X 2.5RS处,可视边缘应力衰减趋于零(见图2)[2,4]。
图2 简体边缘应力示意图Fig .2 Free hand dr owing for edge stress of shell 由于边缘应力具有局限性,因此在压力容器结构设计中,一般采用圆弧过渡或斜坡过渡的方法来降低局部的不连续应力水平。
如对椭圆形封头和蝶形封头按JB /T4746设置足够大的过渡圆弧,且留有直边,使压力容器强度较薄弱的焊接接缝离开边缘应力的影响区。
对边缘强度不足的无折边锥形封头作局部加强,以及避免采用容器筒体与端盖连接的平板角焊结构。
2.2 焊缝错开并尽量远离应力集中区从前述事故分析可知,事故大多数是由于裂纹和尖锐的缺陷所造成的。
而他们往往起源于焊缝及其热影响区,特别在焊缝交叉处和未焊透的角焊缝处产生这类缺陷的概率较大。
容器焊接时,热源对焊接构件形成不均匀的温度场,产生不均匀的残余应力。
所以实际焊接容器中的残余应力,随焊接构件的形状、尺寸、焊缝布置、焊接工艺不同而变化,焊接容器存在的残余应力是复杂的。
在结构设计中,不仅要尽量减少焊接结构本身的应力集中,而且还要使焊缝尽可能的远离接管、支座等其他应力集中区,以避免互相重叠造成局部的高应力状态。
2.3 避免采用刚性过大的焊接结构和静不定结构刚性过大的焊接件,不仅因施焊时的膨胀和收缩受到约束而产生较大的焊接应力,而且在操作条件波动时,还会因变形受限制而产生附加弯曲应力。
卧式容器应尽量采用静定的双支座结构。
3 结构设计原则的应用3.1 壳体接管开孔工艺接管与容器壳体及开孔补强圈连接的接头处拘束度大,存在较大的应力集中,加之焊缝金属通常比母材塑性低,焊缝根部及焊接热影响,在疲劳载荷(如循环压力和温度、振动等)作用下,易成为裂纹的起源。
从焊接施工操作看,这类焊缝是容器上所有焊缝中最难控制,也是最易产生问题的地方(如事故二)。
因为目前壳体上的马鞍形开孔仍大量采用气割、气刨等手工开孔方法,不易保证坡口角度及钝边尺寸;坡口表面的氧化皮较难去除,施焊接管的操作位置又往往不利于焊工控制成型等,所以极易产生裂纹、未焊透、夹渣、未溶合等缺陷。
可以说,开孔接管等几何不连续部位是压力容器的真正薄弱环节。
这些部位的完整性,很大程度上决定了压力容器的安全使用寿命。
疲劳断裂失效约占金属失效结构的40%,AS ME 认为,接管的设计应考虑最大限度地降低应力集中。
最安全的容器是在容器上所有部分都具有最低的总应力(一次应力及应力集中等),而不是在一次膜应力上取最大的安全系数,而不管局部应力集中。
所以,有效的降低应力集中,是设计容器与接管焊接接头时应给予足够重视的问题。
3.2 开孔补强结构补强圈补强是最常见的补强结构,但这种结构存在以下缺点:①搭接结构容易产生较大的局部应287第12期吴润庆:压力容器的安全与结构设计力并导致焊接裂纹,对淬硬性强、缺口敏感性高的低合金钢就更为不利;②搭接的补强圈结构没有和壳体接管形成整体,其抗疲劳性能差。
据介绍,带补强圈结构的筒体,其疲劳寿命比未开孔时降低30%左右。
因此,这种结构一般用于静压、常温的中低压容器。
G B150限制其使用范围为,钢材的标准抗拉强度下限值σb ≤540MPa;补强圈厚度小于或等于1.5δn (δn 为壳体开孔处名义厚度);壳体名义厚度δn ≤38mm [1]。
此外,补强圈结构还有补强区分散及补强效率不高的缺点。
所以在可能的条件下,应该用厚壁管补强来代替。
内伸式厚壁管补强结构,能使所有用来补强的金属材料都直接处在最大应力的区域内,因而能更有效地降低开孔周围的应力集中程度,其应力集中系数比开平齐接管下降40%。
图3 整体锻件补强Fig .3 Reinf orce ment by integral forging p iece最好的补强结构是整体锻件补强(见图3)[3],其补强材料集中于应力最大的部位,补强效率高,焊缝为对接,抗疲劳性好,疲劳寿命比不开孔的筒体仅降低10%～15%,主要用于承受高压、高温、低温或反复载荷的设备开孔。
目前对于圆筒体开孔,此结构还不常用,因为加工较困难,要有专用机床。
球形容器补强采用此结构较多,因结构形状规则,容易制造加工。
3.3 焊接结构设计3.3.1 合理的焊接接头 焊接是容器制造的重要环节,在保证质量的前提下,焊接接头设计一般有如下要求,①焊缝填充金属应尽量少;②合理选择坡口角度、钝边高、根部间壁等结构尺寸,使之有利于坡口加工及焊透,以减少各种焊接缺陷产生的可能性;③按等强度要求,焊条或焊丝强度,应不低于母材强度;④焊缝外形应尽量连续、圆滑、减少应力集中。
3.3.2 尽量采用对接接头 一般认为,焊缝质量主要取决于焊接材料、焊接工艺和焊工操作水平,但与焊接结构设计也有很大关系。
G B150就明确规定,压力容器A 类及B 类焊缝必须全焊透[1]。