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GB150及压力容器设计基础 (1)解析

压力容器失效准则及设计理论基础

失效准则

强度失效准则
弹性失效准则：GB150，不允许材料进入塑性变形塑性失效准则：JB4732，全截面屈服进入塑性状态方为失效爆破失效准则：超高压容器设计，材料应变强化、断裂方为失效

刚性失效准则
刚性不足，屈曲、跨塌（外压失稳）
疲劳断裂失效准则
1）容器与外部管道连接焊缝连接第一道环向焊缝端面
法兰连接第一个法兰密封面
螺纹连接第一个螺纹接头端面专用连接件第一个密封面 2）接管、人孔、手孔等的封头、平盖及紧固件 3）非受压元件与受压元件焊接接头（如支座、垫板、吊耳等） 4）连接在容器上的超压泄放装置
1、总论
1.3 容器的失效准则与失效形式
薄膜无力矩理论：将整体部件视为厚度方向应力相同的薄膜，只能承
受拉、压应力，不能承受弯曲应力边缘区域总体上不考虑边缘应力的影响（锥壳除外）：封头与筒体分别计算，不考虑结构不协调而引起的应力

确定材料许用应力的安全系数
对于板材、锻件、管材和密封螺栓具有不同的确定许用应力的系数
螺栓因工作条件不明确无法预测，因此安全系数较大
4、开孔补强
5、法兰
6、低温压力容器（附录C）
7、超压泄放装置（附录B）
1、总论
1.1 GB150适用范围

压力容器设计思路及相关知识

压力容器是一种能够承受内部压力的设备，常常用于承载气体、液体

或气体与液体的混合物。它们广泛应用于化工、能源、石油和其他工业领

域中，用于储存或运输危险物质、提供对压缩气体的储存和释放、或作为

部分工艺装置的一部分。

1.压力容器设计标准：压力容器的设计必须符合一些国际和行业标准，如美国的ASME标准和欧洲的PED指令。这些标准规定了压力容器的设计

要求、材料选择、焊接、检验和试验等方面的内容。

2.材料选择：压力容器的材料选择对其性能和安全性非常重要。常见

的材料包括碳钢、不锈钢和合金钢等。根据所需的耐腐蚀性、耐高温性和

机械强度等特性，需要选择适当的材料。

3.设计压力：设计压力是指压力容器能够安全承受的最大内部压力。

在设计过程中，需要考虑正常操作压力、工艺变动时的压力波动以及临时

过载压力等因素。

4.壁厚计算：为了确保容器的稳定性和强度，需要对其壁厚进行计算。设计壁厚应满足内压力、外压力、温度、容器直径和材料强度等因素的要求。

5.焊接：焊接是连接压力容器部件的常用方法，但焊接质量对容器的

安全性有重要影响。焊接应符合标准规范，并进行非破坏性测试以确保焊

缝的质量。

6.热传导：压力容器中的热量传递是一个重要的问题，特别是在换热

器中。合理的换热器设计可以提高热能利用效率，减少能源损耗。

7.板式换热器设计：板式换热器通过一系列的平行板组成，热介质通

过板的两侧流动，实现热量传递。板式换热器的设计涉及到板的材料选择、板间距、板型和板的密封等方面。

8.管式换热器设计：管式换热器使用管道来传递热量，冷、热介质通

g压力容器设计及材料基本知识

螺纹连接第一个螺纹接头端面专用连接件第一个密封面 2）接管、人孔、手孔等的封头、平盖及紧固件 3）非受压元件与受压元件焊接接头（如支座、垫板、吊耳等） 4）连接在容器上的超压泄放装臵
1、总论
1.3 容器的失效形式
压力容器在载荷作用下丧失正常工作能力称之为失效。压力容器设计说到底是壁厚的计算，壁厚确定主要是对材料失效模式的判别 :
在内压作用下，长轴缩短，产生压应力，存在周向失稳可能，标准控制最小厚度来保证。（GB150 表7-1 下部说明）在外压作用下，短轴缩短，产生压应力，球面部分存在失稳可能，用图表法进行校核计算。
2、受压元件——封头
2.2 封头 2.2.3 锥形封头
1）定义锥形封头半顶角α≤60°，以大端直径为当量园筒直径(Di/cosα) 方法计算（即按当量园筒一次薄膜应力计算）。同一直径处周向应力等于轴向应力2倍；不同直径处，应力是不同的。半顶角α>60°，按园平板计算，此时应力以弯曲应力为主，与薄膜理论不适应的。大端α≤30°采用无折边结构； α>30°带折边小端α≤45°采用无折边结构； α>45°带折边
2、受压元件——封头
2、受压元件——封头
2.2.1 计算公式

2 0.5Pc
t
KPc Di
K 其中：
max (封头上最大总应力）表示为封头形状系数，（园筒周向应力）

压力容器设计[1]

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；

02 压力容器设计第1章结构、分类与设计要求

1.1.1 压力容器及其构成构成：本体和附件圆筒形容器本体：筒体+封头封头：球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头、锥形封头和平盖封头等附件：支座、法兰、接管、人孔、手孔、视镜和安全附件等
厚基础、重能力、多实践、求创新
1.1.1 压力容器基本组成
图1-1压力容器的整体结构
1-法兰； 2-支座； 3-封头拼接焊缝； 4-封头； 5-环焊缝； 6-补强圈； 7-人孔；8-纵焊缝； 9-筒体； 10-压力表； 11-安全阀；12-液面计
甲烷、乙烷、乙烯、氢气、
丙烷、丁烷等
压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体和液化气体。易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求易燃介质容器全焊透结构
厚基础、重能力、多实践、求创新
采用
1.1.2 压力容器的分类
按《固定式压力容器安全技术监察规程》
（2015版）
介质危害性介质危害性指设备在生产过程中因事故致使介质与人体大量接触、发生爆炸或因泄漏引起职业性慢性危害的严重程度，用介质毒性危害程度和爆炸危害程度表示。毒性程度：综合考虑急性毒性和最高容许浓度。极度危害最高容许浓度小于0.1mg/m3；高度危害最高容许浓度0.1～ 1.0 mg/m3; 中度危害最高容许浓度1.0～10.0mg/m3; 轻度危害最高容许浓度大于等于10.0 mg/m3。易燃介质：指气体或液体的蒸汽、薄雾与空气混合形成的爆炸混合物，其爆炸下限小于10%，或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于等于20%。厚基础、重能力、多实践、求创新

压力容器设计基础1

S
C(B)
储存或盛装气体、储存或盛装气体、或盛装气体液氨储罐、液体、液体、液化气体液氨储罐、液化石油气储罐等等介质
6
3.2 压力容器分类
按安装方式分类
固定式压力容器：有固定安装和使用地点，固定式压力容器：有固定安装和使用地点，工艺条件和操作人员也较固定的压力容器。人员也较固定的压力容器。移动式压力容器：经常搬运的压力容器，主要用途是盛装或移动式压力容器：经常搬运的压力容器，运输压缩气体、液化气体和溶解气体。运输压缩气体、液化气体和溶解气体。
在选用零部件时，在选用零部件时，应选取设计压力相近且又稍高一级的公称压力当容器零部件设计温度且升高影响金属材料强度极限时，当容器零部件设计温度且升高影响金属材料强度极限时，则要按更高一级的公称压力选取标准零部件。要按更高一级的公称压力选取标准零部件。不选用标准零部件，而是自行设计，不选用标准零部件，而是自行设计，设计压力就不必符合规定的公称压力。定的公称压力。
12
3.3 压力容器的安全监察
3. 常用的压力容器安全监察法规与标准特种设备安全监察条例》《特种设备安全监察条例》该条例2003年2月19日经国务院第次常务会议通日经国务院第68次常务会议通该条例年月日经国务院第日起施行。过，自2003年6月1日起施行。年月日起施行《压力容器安全技术监察规程》压力容器安全技术监察规程》最新版本颁布于1999年，自2000年1月1日起实施。日起实施。最新版本颁布于年年月日起实施 GB150《钢制压力容器》《钢制压力容器》它是中国的第一部压力容器国家标准，它是中国的第一部压力容器国家标准，也是我国压力容器标准体系中的核心标准。容器标准体系中的核心标准。

压力容器资料

特种设备压力容器资料

一特种设备压力容器设计资料

1 装配图纸

2 零部件图纸

3 材料汇总表

4 设计变更资料

二制造厂家资料

1 产品质量证明书（产品合格证、监检报告、产品技术特性等资

料）

2 压力容器竣工图纸（原件）

三安装单位压力容器安装资料及监检证明

四使用单位资料

1 使用单位注册登记申请表

2 注册登记使用证

3 定期检验报告

常压容器资料一常压容器设计资料

1 装配图纸

2 零部件图纸

3 材料汇总表

4 设计变更资料

二制造厂家资料

1 产品质量证明书

2 压力容器竣工图纸（原件）

三安装单位压力容器安装资料及监检证明

四使用单位日常维护及定期检验记录

压力容器设计（一）：压力容器设计的原理及计算

钱为群

【期刊名称】《电站辅机》

【年(卷),期】1989(000)003

【摘要】在工业中采用的压力容器基本上是由几只形状简单的密封壳体构成,有球形、半球形、椭圆形、锥形封头或平盖的圆筒形。壳体各组成部分采用焊接、铆接的方法连接,有时也采用法兰螺栓连接。一般来说,壳体各组成部分是由一直线或一平面曲线旋转而形成的轴对称面。该直线或平面曲线称为相对于旋转轴的经线或母线,包含旋转轴的平面称为经面(或子午面)。这种壳体的几何形状由中间壁面形状决定的,一般有两个曲率半径和每点的壁厚组成。大多数压力容器是圆筒形的。【总页数】6页(P60-65)

【作者】钱为群

【作者单位】无

【正文语种】中文

【中图分类】TH49

【相关文献】

1.压力容器设计（二）：压力容器设计中的热应力及其计算 [J], 钱为群

2.压力容器设计计算的相关误区 [J], 李中

3.压力容器设计中安全阀选型的计算分析 [J], 鲁秉帜

4.人工智能与计算流体力学在压力容器设计中的应用 [J], 黎蓉;陈诚

5.《基于损伤模式的压力容器设计原理》近日由科学出版社出版 [J],

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压力容器设计

摘要

压力容器作为承受高压气体或液体的设备，在工业生产中扮演着重要的角色。本文将介绍压力容器的设计原理、材料选取、结构设计以及安全性考虑等内容，从而帮助读者更好地了解压力容器的设计过程。

引言

压力容器是用于存储和传输气体或液体的设备，常见于化工、石油、航空航天等领域。其设计涉及到材料力学、流体力学等多个学科，具有较高的技术要求。本文将围绕压力容器设计展开详细的介绍。

压力容器的设计原理

在设计压力容器时，需要考虑到承受的压力、温度、介质等因素。根据理想气体状态方程和安全系数要求等，可以确定压力容器的设计压力等参数。同时，还需考虑到容器的结构形式，如球形、圆柱形等，以及容器的连接方式等因素。

压力容器的材料选择

压力容器的材料选择至关重要，常见的材料包括碳钢、不锈钢、铝合金等。选择合适的材料可以提高容器的承压能力和耐腐蚀性能，从而确保容器的安全运行。

压力容器的结构设计

压力容器的结构设计需要考虑到容器的强度、刚度、稳定性等因素。通过有限元分析等方法，可以优化容器的结构形式，提高容器的整体性能。

压力容器的安全性考虑

在设计压力容器时，安全性是至关重要的考虑因素。除了满足设计要求外，还需要考虑到容器的泄漏、爆炸等安全问题。通过完善的安全防护装置和监控系统，可以提高压力容器的安全性。

结论

压力容器作为重要的工业设备，在设计时需要考虑到多个因素，如材料选择、结构设计、安全性等。通过本文对压力容器设计的介绍，希望读者能够更好地理解压力容器的设计原理和要求，为工程实践提供参考。

压力容器设计方案基础(一)

压力容器地强度与设计

（江苏省压力容器检验员培训考核班专题讲座）

董金善

南京工业大学过程装备研究所

第一节概述

一、容器地结构

在工厂中可以看到许多设备.在这些设备中,有地用来储存物料,如各种储罐、计量罐；有地进行热量交换,如各种换热器、蒸发器、冷凝器、结晶器等；有地用来进行化学反应,如反应釜、聚合釜、发酵罐、合成塔等.这些设备虽然尺寸大小不一,形状结构不同,内部构件地型式更是多种多样,但是它们都有一个外壳,这个外壳就叫作容器.

容器一般是由筒体（圆筒）、封头（端盖）、法兰、支座、接管、人孔（手孔）、视镜、安全附件等组成（图1）.它们统称为压力容器通用零部件,常、低压压力容器通用零部件大都已有标准,设计时可直接选用.

图-1 容器地结构

二、压力容器常用标准

1.国务院《特种设备安全监察条例》(2003)

2.国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》 (1999)

3.国家质量监督检验检疫总局《特种设备行政许可工作程序》 (2003)

4.国家质量监督检验检疫总局《特种设备行政许可实施办法》 (2003)

5.国家质量监督检验检疫总局《特种设备行政许可分级实施范围》

(2003)

6.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器制造监督管理办法》

(2003)

7.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器制造许可工作程序》

(2003)

8.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器制造许可条件》 (2003)

9.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器产品安全性能监督检验

规则》 (2003)

10.国家质量监督检验检疫总局《压力容器压力管道设计单位资格许可与

压力容器设计文件

压力容器的正确设计是保证容器安全运行的基本环节。在国内外，由于设计不当而发生破坏事故是屡见不鲜的。美国某公司，由于设计方面的原因而导致的事故，占事故总数的18.3%。国内，由于设计不当，或者没经过认真的设计计算而造成容器在运行中发生事故也是比较多的。可见，压力容器的设计在保证其安全运行方面的重大作用。

压力容器设计就是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。结构设计主要是确定合理、经济的结构形式，并满足制造、检验、装配、运输和维修等要求；强（刚）度设计的内容主要是确定结构尺寸，满足强度或刚度及稳定性要求；密封设计主要是选择合适的密封结构和材料，保证密封性能良好。

一、压力容器设计的基本要求

压力容器的设计要求在石油、化工产业的生产过程非常复杂，设备生产过程中任何设备出了事故都会影响产品质，或使生产无法继续进行，甚至会危及设备和人身的安全，造成事故和财产损失，因此石油化工使用的压力容器一般需要满足以下几个方面的要求: 1）保证完成工艺生产。石油化工使用的压力容器必须能承担工艺过程所要求的压力、温度及具备工艺生产所要求的规格(直径、厚度、容积)和结构(开孔接管、密封等)。

2)运行完全可靠。化工生产的物料往往具有强烈的腐蚀性、毒性，容易燃烧一起火灾，甚至发生爆炸等恶行事故。压力容器工作时内部储存着一定的能量，一旦发生破坏，容器内部储存的能量将在极短的时间释放出来，具有极大的摧毁力。

3)预订的使用寿命。影响石油化工用压力容器使用寿命的主要因素是化工物料对壳体结构材料的腐蚀，它会使容器壁厚减薄甚至烂穿，因此在设计容器时必须考虑附加腐蚀裕量来保证满足使用年限的要求。

1压力容器设计综合知识要点

压力容器设计综合知识要点

第一部分总论

填空

8压力容器检验孔的最少数量：《容规》表3-6

300mm＜Di≤500mm ：2个手孔;

500mm＜Di≤1000mm ：1个人孔或 2个手孔（不能开设手孔）;

Di>1000mm ：1个人孔或 2个手孔（不能开设手孔）。

9符合下列条件之一的压力容器可不开设检查孔：《容规》第46 条

1) 筒体内径小于等于 300 mm 的压力容器。

2) 压力容器上设有可以拆卸的封头、盖板或其他能够开关的盖子，它的尺寸不小于所规定的检查孔尺寸。

3) 无腐蚀或轻微腐蚀，检查和清理的。

4) 制冷装置用压力容器。 5) 换热器。

11按《容规》规定，压力容器安全附件包括：安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、压力

表、液面计、测温仪表和快开门式压力容器的安全联锁装置。《容规》第2 条

选择

2 《压力容器安全技术监察规程规定》规定下列容器中，

（a）是反应容器；（b）是换热容器；（c）是分离容器；（d）是储存容器。

a）聚合釜b）烘缸c）干燥塔d）液化石油气储罐

7 对充装LPG的球罐，计算物料质量m3时所用的物料密度ρ3应采用（d）下的液体密度。

a）常温b）操作温度c）最高设计温度d）最低设计温度

说明：

（！）介质为液化气体（含液化石油气）固定式压力容器ρ为设计温度下的密度；

（2）介质为液化气体移动式压力容器为按介质为50℃时罐内留有8％气相空间及该设计温度下介质的密度确定。

8 容器内的压力若有可能小于大气压力，该容器又不能承受此负压条件时，容器上应装设（c）

a）拱形防爆片b）正拱形防爆片c）防负压的泄放装置d）非直接式安全阀9无保冷设施的盛装液化气体的固定式压力容器设计压力应不低于( c )。

压力容器设计复习知识点及基本概念

GB压力容器标准中以第一强度理论为设计准则，将最大主应力限制在许用应力以内。
p18 4
第一章化工容器设计概论
5．我国钢制压力容器设计规范GB150-1998《钢制压力
容器》适用于设计压力不大于_______MPa:（C ）
（A）100；（B）64；（C）35；（D）16。
GB-150压力容器标准适用于设计压力不大于35MPa的钢制压力容器的设计、制造、检验与验收。
36．液压试验时的应力不得超过该试验温度下材料屈服强度的__9_0_%___；气压试验，不得超过屈服强度的__8_0_%__。
对液压试验，此应力值不得超过该试验温度下材料屈服强度的90%，对气压试验，则不得超过屈服强度的80%。
p68 33
第二章中低压容器的规则设计
37．按照我国压力容器标准，最小壁厚，对于碳钢和低合金钢容器不小于_3__mm，对高合金钢容器不小于_2__mm。
在椭圆形封头的长短轴之比大于2时，在封头的转角处和赤
道处的周向应力成为负值，会产生局部失稳。
20
p30
❖ 横截面（即垂直于轴线的截面）为椭圆形的容器可以用薄膜理论分析应力。（）
由于结构不连续，组合壳在连接处附近的局部区域出现衰减很快的应力增大现象，称为“不连续效应” 或“边缘效应”。
22. 由边缘力和弯矩产生的边缘应力具有 __局__部__性_、_自__限__性___等基本特性。

压力容器设计培训(1)

⑵ 总图或装配图的技术特性表及产品铭牌上标示的设计温度是壳体设计温度的最高值或最低值，可以视为与设计压力对应的整台容器的设计载荷条件。工作温度、设计温度的表达工作温度、设计温度分别为介质温度和设定的元件金属温度。应当以具体数值标示。
（3）载荷：经常性载荷；选择性载荷；（3.5.4节）
（4）厚度：厚度的定义：计算厚度；设计厚度；名义厚度；有效厚度等；（3.4.8节）
4
4. 引用标准； 5.总论：（1）GB150管辖范围：（3.3.1节～3.3.4节容器壳体及与其连为整体的受压零部件 1）容器与外部管道连接焊缝连接第一道环向焊缝端面法兰连接第一个法兰密封面
螺纹连接第一个螺纹接头端面
专用连接件第一个密封面
5
2）接管、人孔、手孔等的封头、平盖及紧固件
3）非受压元件与受压元件焊接接头（如支座、垫板、吊耳等）

☆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ζ 1达到了极限应力，材料就发生破坏。强度条件： б 1 ≤[б ]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。强度条件： ε max≤[ε ] 第三强度理论（最大剪应力理论）材料的最大剪应力η max达到了极限应力，材料就发生破坏。强度条件：η max =1/2（ζ 1-ζ 3） ≤ [ζ ]

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GB150及压力容器设计基础 (1)解析

压力容器设计思路及相关知识

g压力容器设计及材料基本知识

压力容器设计[1]

02 压力容器设计 第1章 结构、分类与设计要求

压力容器设计基础1

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压力容器设计 （一）：压力容器设计的原理及计算

压力容器设计

压力容器设计方案基础(一)

压力容器设计文件

1压力容器设计综合知识要点

压力容器设计复习知识点及基本概念

压力容器设计培训(1)

02 压力容器设计第1章结构、分类与设计要求

压力容器设计（一）：压力容器设计的原理及计算