压力容器--设计基础(二)
压力容器基础知识(二)
一、压力容器的分类：压力容器的使用极其普遍，型式也很多。
根据不同的需要，压力容器有若干种分类方法。
按容器的壁厚分为薄壁容器（壁厚不大于容器内径的十分之一）和厚壁容器。
按壳体承受压力的方式分内压容器（壳体内部受压）和外压容器。
按容器的工作壁温分为：高温容器、常温容器、低温容器。
按壳体的几何形状分为：球形容器、圆筒形容器、圆锥形容器、轮胎形容器等。
按容器的制造方法分为：焊接容器、铸造容器、锻造容器、铆接容器和组合式容器。
按容器的放置方式分为立式容器和卧式容器。
总之，各种不同的分类方法都是从各个不同需要的角度来考虑的。
但从使用的角度考虑，常把压力容器分为两大类，即固定式容器和移动式容器。
这两类容器由于使用情况不同，对它们的技术管理要求也不一样。
我国和其它许多国家对这两类容器都分别制订有不同的管理章程和技术标准、规范等。
为便于技术管理，每类容器还可以按它的压力或用途再予以细分。
固定式压力容器是指除了用作运输贮存气体的盛装容器以外的所有容器。
这类容器有固定的安装地点和使用地点，工艺条件和操作人员比较固定，容器一般是用管道与其它设备相连。
根据我国《压力容器安全技术监察规程》可将这类容器分为低压（设计压力为0.1MPa~1.6MPa，代号L）、中压（设计压力为1.6MPa~10MPa，代号M）、高压（设计压力为10MPa~100MPa，代号H）、超高压（设计压力大于100MPa，代号U）四个压力等级。
此外，按照压力容器的工艺用途可将固定式压力容器分为：反应压力容器（代号R）、换热压力容器（代号E）、分离压力容器（代号S）及储存压力容器（代号C）。
移动式压力容器的主要作用是贮装和运输有压力的气体或液化气体，容器在气体制造厂充装气体，然后运送到使用单位使用。
这类容器没有固定的使用地点，一般也没有专职的使用操作人员，使用环境经常更换，管理比较复杂，因而也比较容易发生事故。
按照容积的大小和结构形式，移动式压力容器以可分为气瓶和槽（罐）车两大类。
压力容器设计基础讲义
压力容器设计基础讲义第一部分、压力容器设计基础知识第一章压力容器失效模式压力容器在载荷作用下丧失了正常的工作能力称为失效。
压力容器所考虑的失效模式主要为断裂、泄漏、过度变形和失稳。
压力容器失效常以三种形式表现出来：强度、刚度、稳定性。
压力容器建造标准中主要考虑的失效模式：1）短期失效模式：（1）脆性断裂（2）韧性断裂（3）超量变形引起的接头泄漏（4）超量局部应变引起的裂纹形成或韧性剪切（5）弹性、塑性或弹塑性失稳2）长期失效模式：（1）蠕变断裂（2）蠕变超量变形（3）蠕变失稳（4）冲蚀、腐蚀（5）环境助长开裂，如：应力腐蚀开裂3）循环失效（1）扩展性塑性变形（2）交替塑性（3）弹性应变疲劳或弹-塑性应变疲劳（4）环境助长疲劳，如：腐蚀疲劳第二章 GB150适用范围（1）适用的设计压力①对于钢制容器不大于35MPa；②其它金属材料制容器的设计压力适用范围按相应引用标准确定。
（2）适用的设计温度范围①设计温度范围：－269℃～900℃。
②钢制容器不得超过按GB 150.2 中列入材料的允许使用温度范围。
③其他金属材料制容器按本部分相应引用标准中列入的材料允许使用温度确定。
（3）下列各类容器不在标准的适用范围内：①设计压力低于0.1MPa且真空度低于0.02MPa的容器；②《移动式压力容器安全监察规程》管辖的容器；③旋转或往复运动机械设备中自成整体或作为部件的受压器室（如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等）；④核能装置中存在中子辐射损伤失效风险的容器；⑤直接火焰加热的容器；⑥内直径（对非圆形截面，指截面内边界的最大几何尺寸，如：矩形为对角线，椭圆为长轴）小于150mm的容器；⑦搪玻璃容器和制冷空调行业中另有国家标准或行业标准的容器。
（4）对不能按 GB 150.3确定结构尺寸的容器或受压元件，允许采用以下方法进行设计:①按照附录C的规定，进行验证性实验分析（如实验应力分析、验证性液压试验）。
②按照附录D的规定，利用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计。
压力容器基础知识范本（二篇）
压力容器基础知识范本压力容器是一种主要用于储存和输送气体、液体和固体等物质的设备。
它具有经济高效、结构牢固、操作方便等特点，广泛应用于石油化工、电力、航空航天、医药、食品等行业。
一、压力容器的定义和分类压力容器是指能够容纳内部介质压力的设备。
根据国家标准GB150《钢制压力容器》的分类，压力容器可以分为以下几类：1. 液体容器：用于储存液体介质的容器，如储罐、储气罐等。
2. 气体容器：用于储存气体介质的容器，如气瓶、气柜等。
3. 混合介质容器：用于储存多种介质的容器，如储液气体容器、储液固体容器等。
4. 反应容器：用于进行化学反应的容器，如反应釜、反应器等。
5. 分离容器：用于进行物质分离的容器，如分离器、萃取塔等。
二、压力容器的基本要素1. 容器壁厚度：容器壁厚度是指容器壁的实际厚度，它直接影响容器的强度和耐压性能。
一般来说，容器的壁厚度应满足国家标准要求，并根据容器尺寸和内部介质的性质进行合理设计。
2. 材料选择：压力容器的材料选择要考虑介质的腐蚀性、温度、压力等因素。
常用的材料包括钢、不锈钢、铝合金等，选择合适的材料可以提高容器的耐蚀性和耐压性能。
3. 连接方式：压力容器的连接方式有焊接、螺纹连接、法兰连接等。
不同的连接方式适用于不同的工况条件，需要根据实际情况进行选择。
4. 容器尺寸：容器尺寸包括容器的直径、高度等，它们影响容器的容积和结构形式。
容器尺寸的选择要满足使用要求，并考虑制造成本和运输条件等因素。
5. 容器附件：容器附件包括阀门、传感器、安全装置等，它们用于控制介质的流动和保证容器的安全运行。
容器附件的选择要符合相关标准和规范，确保其性能可靠。
三、压力容器的设计与制造压力容器的设计与制造要遵守相关的法律法规和标准规范，包括国家标准GB150《钢制压力容器》、GB151《非金属压力容器》等。
一般来说，压力容器的设计与制造包括以下几个步骤：1. 设计计算：根据容器的使用要求和工况条件，进行结构设计和强度计算。
压力容器设计基础
3
设计基础
——概论
在压力容器建造的初期，产品建造的目的为满足本国相应工业的 需求，压力容器的生产技术也是以本国的基本生产条件为基础。
生产技术的总结和统一安全质量的要求，使得国家依据自己的生 产技术和管理要求制订出了适合于本国国情的相应安全法规和技 术标准体系。
安全法规和技术标准水平的先进性如何，应体现在安全法规和技 术标准是否能有效地保证压力容器产品的安全性和经济合理性， 是否体现了代表时代的技术手段的应用，是否能推动行业的技术 进步。
4
设计基础
——概论
随着全球经济一体化的逐步发展，承压设备法规和标准的国际化趋势已 经越来越明显。
欧洲议会于1997年5月正式批准了统一的压力设备指令（Pressure Equipment Directive）, 于2002年5月在欧盟内强制执行。
欧洲标准化委员会（CEN）现正在采取积极行动，试图将现有的欧洲标 准上升为国际标准。
-
0.50
无塞焊的单面满角搭接焊（L—3）
-
-
0.45
注: 1)有关系数所允许的应用场合和具体接头型式, 请参见文献[1]、[2]。
Байду номын сангаас
2）美国为射线检测程度。
23
一、压力容器技术进展 结构设计
现代的压力容器结构设计正在逐 步摆脱传统观念的束缚，体现真 正满足工艺要求的设计理念，追 求实效性、安全性和经济性的和 谐统一。
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一、压力容器技术进展
安全系数的降低
降低安全系数的前提条件是：
l 结构分析设计水平的提高； l 制造经验的积累和制造技术水平的提高； l 更严格的材料技术要求； l 更科学的质量保证体系。
第二章压力容器基本知识
第⼆章压⼒容器基本知识第⼆章压⼒容器基本知识第⼀节压⼒容器类别划分【学习⽬标】学习TSG R0004-2009《固定式压⼒容器安全技术监察规程》，掌握压⼒容器类别划分原则。
学习HG20660-2000《压⼒容器中化学介质毒性危害和爆炸危害程度分类》，了解常见的化学介质毒性危害和爆炸危害程度分类。
⼀、压⼒容器类别划分TSG R0004-2009《固定式压⼒容器安全技术监察规程》1.7条款规定：根据危险程度，本规程适⽤范围内的压⼒容器划分为三类，以利于进⾏分类监督管理。
压⼒容器类别划分与三个因素有关：介质特性（组别）、设计压⼒（MPa）、容积（L）。
压⼒容器类别划分的意义是有利于压⼒容器的分类监督和管理，如压⼒容器设计许可证、压⼒容器制造许可证等都与压⼒容器类别有关。
A1 压⼒容器类别划分A1.1 介质分组压⼒容器的介质分为以下两组：（1）第⼀组介质，毒性程度为极度危害、⾼度危害的化学介质，易爆介质，液化⽓体。
（2）第⼆组介质，除第⼀组以外的介质。
A1.2 介质危害性介质危害性指压⼒容器在⽣产过程中因事故致使介质与⼈体⼤量接触，发⽣爆炸或者因经常泄漏引起职业性慢性危害的严重程度，⽤介质毒性程度和爆炸危害程度表⽰。
A1.2.3 介质毒性危害程度和爆炸危害程度的确定按照HG20660-2000《压⼒容器中化学介质毒性危害和爆炸危害程度分类》确定。
A1.3 压⼒容器类别划分⽅法A1.3.1 基本划分压⼒容器类别的划分应当根据介质特性，按照以下要求选择类别划分图，再根据设计压⼒p（单位MPa）和容积V（单位L），标出坐标点，确定压⼒容器类别：（1）第⼀组介质，压⼒容器类别的划分见图A-1；（2）第⼆组介质，压⼒容器类别的划分见图A-2。
A1.3.2 多腔压⼒容器类别划分按照类别⾼的压⼒腔作为该容器的类别并且按照该类别进⾏使⽤管理。
A1.3.3 同腔多种介质压⼒容器类别划分⼀个压⼒腔内有多种介质时，按照组别⾼的介质划分类别。
压力容器培训课件
压力容器安全监督管理方法
压力容器安全监督管理目标：
一杜绝 两不超 一稳定 三个化
杜绝特大、 重大压力容器 责任事故的发 生。
大型压力 容器责任事故 发生率不超过 0.1％；压力 容器故障停机 率不超过1.5％
压力容器完 好率始终保持 在94％以上。
压力容器操作 标准化；
压力容器本质安 全化；
压力容器运行合 理化。
注：无论是介质压力产生于器外还是压力产生在器内，操作 不当都有发生事故的可能，都存在着不同的危险性。
压力容器的基本知识
压力容器的 基本要求
最佳的结构形式 合理的结构材料 适宜的力学性能
压力容器的基本知识
最佳的结构形式：
球形 圆筒形（封头） 椭圆形截面的筒身
合理的结构材料：
工艺操作条件（设计温度、设计压力、介质特性等） 材料的机械性能 耐腐蚀性能 制造工艺性能（焊接性能、冷热加工性能等）
压力容器安全管理的重要性
重要性要从三个方面来看：
从法律的角度来看 从使用的环境来看 从压力容器本身来看
压力容器安全管理的重要性
压力容器定义：
是指盛装气体或者液体，具有一定压力密闭容器。
1999年国家质量技术监督局颁布的《压力容器安全技术监察 规程》规定：同时满足下列三个条件的承压设备即为压力容器
（一）未依照本条例规定设置特种设备安全管理机构或者 配备专职、兼职的安全管理人员的；
（二）从事特种设备作业的人员，未取得相应特种作业人 员证书，上岗作业的；
（三）未对特种设备作业人员进行特种设备安全教育和培 训的。
压力容器安全管理的重要性
第七十九条 特种设备作业人员违反特种设备的操作 规程和有关的安全规章制度操作，或者在作业过程中发现事 故隐患或者其他不安全因素，未立即向现场安全管理人员和 单位有关负责人报告的，由特种设备使用单位给予批评教育、 处分；触犯刑律的，依照刑法关于重大责任事故罪或者其他 罪的规定，依法追究刑事责任。
压力容器--设计基础(二)
压力容器的强度与设计（江苏省压力容器检验员培训考核班专题讲座）第三节强度理论一、压力容器的失效压力容器在设定的操作条件下，因尺寸、形状或材料性能发生改变而完全失去或不能达到原设计要求（包括功能和寿命等）的现象，称为压力容器失效。
尽管失效的原因多种多样，失效的最终表现形式均为泄漏、过度变形和断裂。
压力容器的失效形式大致可分为强度失效、刚度失效、稳定失效和泄漏失效等四大类。
1.强度失效因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，称为强度失效。
包括韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、腐蚀断裂等。
韧性断裂：是压力容器在载荷作用下，产生的应力达到或接近所用材料的强度极限而发生的断裂。
其特征是断后有肉眼可见的宏观变形，断口处厚度显著减薄；没有或偶尔有碎片。
厚度过薄和内压过高是引起压力容器韧性断裂的主要原因。
脆性断裂：是指变形量很小、且在壳壁中的应力值远低于所用材料的强度极限时所发生的断裂。
这种断裂是在较低应里状态下发生，故又称为低应力脆断。
其特征是断裂时容器没有鼓胀，即无明显的塑性变形；其断口齐平，并与最大应力方向垂直；断裂的速度极快，常使容器断裂成碎片。
材料脆性和缺陷两种原因都会引起压力容器发生脆性断裂。
疲劳断裂：压力容器在服役中，在交变载荷作用下，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生断裂失效的过程，称为疲劳断裂。
交变载荷是指大小和（或）方向都随时间周期性（或无规则）变化的载荷，它包括压力波动、热应力变化、开车停车等；原材料或制造过程中产生的裂纹，在交变载荷的反复作用下扩展也会导致压力容器的疲劳破坏。
由于疲劳源于局部应力较高的部位，如接管根部，往往在压力容器工作时发生，因而破坏时容器总体应力水平较低，没有明显的变形，是突发性破坏，危险性很大。
随着交变载荷反复作用次数的增加，疲劳裂纹不断扩展。
只有当疲劳裂纹扩展到一定值时，才回发生疲劳破坏。
因此，疲劳破坏需要有一定时间。
蠕变断裂：压力容器在高温下长期受载，随时间的增加材料不断发生蠕变变形，造成厚度明显减薄与鼓胀变形，最终导致压力容器断裂的现象，称为蠕变断裂。
压力容器设计基础知识-精
腐蚀裕量的选取原则：
1） 根据腐蚀程度不同，可选取不同的腐蚀裕量。
2）介质为压缩空气、水蒸气或水的碳素钢或低合金钢容 器，腐蚀裕量不小于1mm。
3）对于不锈钢容器，当介质腐蚀性极微时，腐蚀裕量=0
4）难以确定时，按表1-11选取。
6、压力容器的公称压力、公称直径： 便于设计和成批生产 压力容器零部件标准化的基本参数是公称压
强度计算：
内容包括选择容器的材料，确定主要尺寸，满 足强度、刚度和稳定性的要求，以确保容器安全可 靠地运行。
（二）设计方法
常规设计：又称规则设计，依据“GB150《钢制压 力容器》”国家标准进行设计。该标准采用弹性失效准 则，对壳体应力不作详细分析，只计算总体应力，并 限制壳体的基本（薄膜）应力不超过材料的许用应力 值。而由于总体结构不连续引起的附加应力，以应力 增强系数引入壁厚计算，或在结构上加以限制，或在 材料选择、制造工艺等给以不同要求的控制。
（1）厚度的计算：
由强度计算公式，引入内径、焊接接头
系数ψ，得到
厚度计算公式：
2[
p c
Di
]t p
c
在实际应用中还应同时考虑影响强度的因素， 如材料质量、制造因素、大气及介质的腐蚀等。 考虑腐蚀裕量，修正后得设计厚度：
d
p c
Di
2[ ]t
p
C2
c
考虑制造误差，经圆整到标准厚度，得 名义厚度：
n
d
C1
p c
Di
2[ ]t
p
C1 C2
c
（2）最小壁厚的确定：
按照GB150—1998《钢制压力容器》规定，对 碳素钢、低合金钢制容器，不得小于3mm，高合金 钢不得小于2mm
《压力容器设计基础》课件
压力容器的材料选择
压力容器的材料选择对容器的性能和寿命有重要影响。常用的材料有钢材、合金材料等，选材时需要考虑其力 学性能和腐蚀性。
压力容器设计的流程
压力容器设计通常包括需求分析、参数确定、结构设计、强度校核、材料选 择等多个步骤，每个步骤都需要严格符合相关标准和规范。
压力容器设计案例分析
通过实际案例的分析，了解不同类型压力容器的设计过程和关键要点，帮助 我们理解和应用所学的设计基础知识。
压力容器是一种能够承受内部压力的密封容器，根据其用途和结构特点可以 分为多种不同的类型，如储气罐、储液罐、反应器等。
压力容器设计的基本原理
压力容器的设计需要考虑到力学原理、材料力学、热力学等知识，确保容器 在工作条件下能够安全可靠地工作。
压力容器设计的考虑因素
在设计压力容器时，需要考虑多个因素，如工作压力、温度、容器形状、安 全性要求等，以确保容器能够满足工作条件。
《压力容器设计基础》 PPT课件
本课件旨在介绍压力容器的设计基础知识，涵盖了背景介绍、定义和分类、 基本原理、考虑因素、材料选择、设计流程和案例分析等内容。
背景介绍
压力容器是在工业领域中广泛应用的设备，承受着高压力下的气体或液体。了解背景信息有助于我们理解其重 要性和广泛应用。
压力容器的定义和分类
压力容器安全技术之二特种设备安全监察基础知识
20、特种设备检验检测的人员，应当具 备哪些条件？
• 凡从事监督检验、定期检验和型式试验的特种设备检验检测 人员应当经国务院特种设备安全监督管理部门组织考核合格， 取得检验检测人员证书，方可从事检验检测工作。（考核有 国家局和省局的分工） • 检验检测人员从事检验检测工作，必须在特种设备检验检测 机构执业，但不得同时在两个以上检验检测机构中执业。
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乘客电梯、观光电梯、自动扶梯、自动人行 道、载货电梯、汽车电梯、病床电梯等
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25、纳入特种设备安全监察的电梯部件 有哪些？
• 根据国家质检总局颁布的《特种设备目录》，纳入特种设 备安全监察的电梯部件有：绳头组合、导轨、耐火层门、 玻璃门、玻璃轿壁、液压泵站、杂物电梯驱动主机、自动 扶梯梯级、自动人行道踏板、梯级踏板链、自动扶梯自动 人行道驱动主机、自动扶梯自动人行道滚轮、自动扶梯自 动人行道扶手带、自动扶梯自动人行道控制屏。
2
特种设备在经济社会发展中的作用
1.特种设备是国民经济重要的基础设备 • 锅炉是工业生产的“心脏” • 压力容器和压力管道是石油化工产业的“命脉” • 起重机械是主要工业行业的“骨干”
3
特种设备在经济社会发展中的作用
• • • • • 电梯成为现代城市生活不可或缺的代步工具 气瓶是人们生活中最常用的压力容器 燃气压力管道成为城市的“生命线” 游乐设施已成为人们享受现代美好生活的载体 客运索道已经成为旅游观光、实现人与自然沟通 的桥梁
12
9、特种设备安全监督管理部门对涉嫌违反《特种设 备安全监察条例》规定的行为进行查处时，可以行使 哪些职权？
（1）向特种设备生产、使用单位和检验检测机构的法定代表人、主要负责 人和其他有关人员调查、了解与涉嫌从事违反条例的生产、使用、检验 检测有关的情况； （2）查阅、复制特种设备生产、使用单位和检验检测机构的有关合同、发 票、账簿以及其他有关资料； （3）对有证据表明不符合安全技术规范要求的或者有其他严重事故隐患的 特种设备或者其主要部件，予以查封或者扣押。
压力容器基础知识（三篇）
压力容器基础知识(1)压力。
压力容器的压力可以来自两个方面，一是来自压力容器外，一是来自压力容器内。
压力容器的最高工作压力，对于承受内压的压力容器，是指压力容器在正常使用过程中，容器顶部可能出现的最高压力；对于承受外压的压力容器，是指压力容器在正常使用过程中，夹套顶部可能出现的最高压力。
压力容器的设计压力，是指在相应设计温度下用以确定容器壳体厚度的压力，亦即标注在铭牌上的容器设计压力，其值不得小于最大工作压力。
当容器各部位或受压元件所承受的液桂静压力达到5％设计压力时，则应取设计压力和液柱静压力之和进行该部位或元件的设计计算；装有安全泄放装置的压力容器，其设计压力不得低于安全泄放装置的开启压力或爆破压力。
容器的设计压力应按GB150的相应规定确定。
(2)温度。
金属温度，系指容器受压元件沿截面厚度的平均温度。
任何情况下，元件金属的表面温度不得超过钢材的允许使用温度。
设计温度，系指容器在正常操作情况下，在相应设计压力下设定的受压元件的金属温度，其值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度；对于0℃以下的金属温度，则设计温度不得高于元件金属可能达到的最低金属温度。
容器设计温度(即标注在容器铭牌上的设计介质温度)是指壳体的设计温度。
(3)介质。
生产工艺过程所涉及的工艺介质品种繁多，分类方法也有多种。
按物质状态分类，有气体、液体、液化气体、单质和混合物等；按化学特性分类，则有可燃、易燃、惰性和助燃四种；按它们对人类毒害程度，又可分为极度危害(Ⅰ)、高度危害(Ⅱ)、中度危害(Ⅲ)、轻度危害(Ⅳ)四级。
易燃介质：是指与空气混合的爆炸下限小于10％，或爆炸上限和下限之差值大于等于20％的气体，如一甲胺、乙烷、乙烯等。
毒性介质：《压力容器安全技术监察规程》(以下简称《容规》)对介质毒性程度的划分参照GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》分为四级。
其最高容许浓度分别为：极度危害(Ⅰ级)＜0．1mg／m3；高度危害(Ⅱ级)0．1～＜1．0mg／m3；中度危害(Ⅲ级)1．0～＜10mg ／m3；轻度危害(Ⅳ级)≥10mg／m3。
压力容器设计基础
态时，材料进入塑性流动而失效 工程上广泛应用
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❖ 歪曲应变能理论——第四强度理论
考虑了三个主应力对材料强度的共同影响
压力容器失效准则及设计理论基础
GB150压力容器常规设计
❖ 基于第一强度理论，弹性失效，不允许进入塑性变形 ❖ 结构部件的应力状态计算
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
压力容器的概念
正确使用法规、标准、规范
❖ 法规与标准、规范的关系 ❖ 正确使用标准规范（摘自ASME前言）
压力容器的建造包括选材、设计、制造、检验、试验等一系列工作内容 标准规范包括了对压力容器建造工作的如下三方面的基本内容：强制性要
求，特殊禁用规定，非强制性指南 标准规范不可能涉及容器建造的所有方面、细节，对于那些没有提及的内
（ 园筒周向应力）
可近似理解为，椭圆封头壁厚是园筒壁厚的K倍。
a/b越大，越扁平，长轴收缩多，变形越大，应力也大。 K与Di/2hi关系查表 7.1
2、受压元件——封头
3）稳定性
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——园筒和球壳
2.1园筒和球壳
园筒和球壳壁厚是根据弹性力学最大主应力理论中径公式导出：
H
4Di2Pc Di
DiPc
4
t
P 2cD · lilP 2cDi t
1
Pc Di
4 t
2
Pc Di
2 t
中径（Di+δ）替代Di
gb150压力容器设计基础
压力容器审核人员培训班讲稿
的特性指标有屈服极限（σ s）和强度极限（σb）。数值由拉伸试验获得。 高温时还要考虑蠕变极限（σ n）和持久极限（σ D）。
σ
t t
t
σb σs
ε
压力容器用材要求材料不仅具有高的屈服极限， 而且具有一定的屈强比 （σs/σb）。屈强比反映了材料承受外载能力的能力,屈强比愈小，结构零 件的可靠性愈高， 万一超载， 由于塑性变形的产生而使金属材料的强度提高 而不致立刻破坏。压力容器用材的屈强比一般为 0.6~0.7。碳素钢的屈强比 一般为 0.6 左右，低合金高强度钢为 0.65~0.75，合金结构钢为 0.85 (2)塑性 材料的塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破
3
GB12337－1998《钢制球形储罐》设计压力 P≤4MPa,公称容积 V≥50M 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；
1
压力容器审核人员培训班讲稿
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； 10) 11) 冲击反力,如流体冲击引起的反力等； 运输或吊装时的作用力。
压力容器设计基础
压力容器设计基础一、基本概念压力容器的设计，就是根据给定的性能要求、工艺参数和操作条件，确定容器的结构型式，选择合适的材料，计算容器主要受压元件的尺寸，最后给出容器及其零部件的图纸，并提出相应的技术条件。
正确完整的设计应达到保证完成工艺生产。
正确完整的设计应达到保证完成工艺生产，运行安全可靠，保证使用寿命、制造、检验、安装、操作及维修方便易行，经济合理等要求。
压力容器设计中的关键问题是力学问题，即强度、刚度及稳定性问题。
在本节中，主要讨论压力容器设计中的有关强度问题。
所谓强度，就是结构在外载荷作用下，会不会因应力过大而发生破裂或由于过度性变形而丧失其功用。
具体来讲，就是在外载荷作用下，容器结构内产生的应力不大于材料的许用应力值，即：ζ≤K〔ζ〕t （1）这个式子就是强度问题的基本表达式。
压力容器的设计计算就是围绕这一关系式而进行的。
公式（1）中的左端项是结构内的应力，它是人们最为关心的问题。
求解结构的应力状态，它们的大小，是一个十分复杂的问题，常用的方法有解法（如弹性力学法、弹型性分析法等）、试验法（如电阻应变计测量法、光弹法、云纹法等）及数值解法（如有限元法、边界元法等）。
应用这些方法可以精确或近似地求出结构的应力，然而，每一种结构的应力都有其特殊性，目前可求解的只是问题的绝大部分，仍有许多复杂结构的应力分析有等人们进一步探讨。
求出结构内任一点的应力后，所遇到的问题就是怎样处理这些应力。
一点的应力状态最多可含有6个应力分量，哪个应力起主要作用，这些应力对失效起什么作用，对它们如何控制才不致发生破坏，解决这一问题，就要选择相应的强度理论计算当量应力，以便与单向拉伸试验得到的许用应力相比较，将应力控制在许可的范围内。
公式（1）中的右端项是强度控制指标，即材料的许用应力。
它涉及到材料强度指标（如抗拉强度ζb、屈服强度ζs 等）的确定及安全系数的选用等问题。
当采用常规设计法，且只考虑静载问题时，系数K=1.0；如果考虑动载荷，或采用应力分析设计法，K≥1.0，此时设计计算将更加复杂。
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压力容器的强度与设计（江苏省压力容器检验员培训考核班专题讲座）第三节强度理论一、压力容器的失效压力容器在设定的操作条件下，因尺寸、形状或材料性能发生改变而完全失去或不能达到原设计要求（包括功能和寿命等）的现象，称为压力容器失效。
尽管失效的原因多种多样，失效的最终表现形式均为泄漏、过度变形和断裂。
压力容器的失效形式大致可分为强度失效、刚度失效、稳定失效和泄漏失效等四大类。
1.强度失效因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，称为强度失效。
包括韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、腐蚀断裂等。
韧性断裂：是压力容器在载荷作用下，产生的应力达到或接近所用材料的强度极限而发生的断裂。
其特征是断后有肉眼可见的宏观变形，断口处厚度显著减薄；没有或偶尔有碎片。
厚度过薄和内压过高是引起压力容器韧性断裂的主要原因。
脆性断裂：是指变形量很小、且在壳壁中的应力值远低于所用材料的强度极限时所发生的断裂。
这种断裂是在较低应里状态下发生，故又称为低应力脆断。
其特征是断裂时容器没有鼓胀，即无明显的塑性变形；其断口齐平，并与最大应力方向垂直；断裂的速度极快，常使容器断裂成碎片。
材料脆性和缺陷两种原因都会引起压力容器发生脆性断裂。
疲劳断裂：压力容器在服役中，在交变载荷作用下，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生断裂失效的过程，称为疲劳断裂。
交变载荷是指大小和（或）方向都随时间周期性（或无规则）变化的载荷，它包括压力波动、热应力变化、开车停车等；原材料或制造过程中产生的裂纹，在交变载荷的反复作用下扩展也会导致压力容器的疲劳破坏。
由于疲劳源于局部应力较高的部位，如接管根部，往往在压力容器工作时发生，因而破坏时容器总体应力水平较低，没有明显的变形，是突发性破坏，危险性很大。
随着交变载荷反复作用次数的增加，疲劳裂纹不断扩展。
只有当疲劳裂纹扩展到一定值时，才回发生疲劳破坏。
因此，疲劳破坏需要有一定时间。
蠕变断裂：压力容器在高温下长期受载，随时间的增加材料不断发生蠕变变形，造成厚度明显减薄与鼓胀变形，最终导致压力容器断裂的现象，称为蠕变断裂。
按断裂前的变形来划分，蠕变断裂具有韧性断裂的特征；按断裂时的应力来划分，蠕变断裂又有脆性断裂的特征。
腐蚀断裂：压力容器在腐蚀环境下长期受载而导致的断裂，称为腐蚀断裂。
因均匀腐蚀导致的厚度减薄，或局部腐蚀造成的凹坑，所引起的断裂一般有明显的塑性变形，具有韧性断裂的特征；因晶间腐蚀、应力腐蚀等引起的断裂没有明显的塑性变形，具有脆性断裂的特征。
2．刚度失效由于构件的过量弹性变形引起的失效，称为刚度失效。
如制造、运输和吊装过程中，若发生过量弹性变形，易引起刚度失效。
3. 稳定失效在压应力作用下，压力容器突然失去其原有的规则形状而坍塌所引起的失效称为稳定失效。
容器弹性失稳的一个重要特征是弹性挠度与载荷不成比例，且临界压力与材料的强度无关，主要取决于容器的尺寸和材料的弹性性质。
但当容器中的应力水平超过材料的屈服点而发生非弹性失稳时，临界压力还与材料的强度有关。
4. 泄漏失效由于泄漏而引起的失效,称为泄漏失效。
泄漏不仅有可能引起中毒、燃烧和爆炸等事故，而且会造成环境污染。
设计压力容器时，应重视各可拆式接头和不同压力腔之间连接接头（如换热管和管板的连接）的密封性能。
压力容器的失效主要是强度失效，包括静载强度不足引起的静载强度失效及交变载荷长期反复作用引起的疲劳强度失效。
承受外压的压力容器部件及元件，既可能产生强度失效，也可能产生失稳失效。
在多种因素作用下，压力容器有可能同时发生多种形式的失效，即交互失效。
如腐蚀介质和交变应力同时作用是引发的腐蚀疲劳、高温和交变应力同时作用时引发的蠕变疲劳等。
二、强度设计的任务绝大多数锅炉压力容器设计时仍采用常规强度设计的方法。
常规强度设计的主要任务，是限制锅炉压力容器受压元件中的一次应力，避免锅炉压力容器的静载强度失效。
同时也避免外压元件的失稳失效，防范疲劳失效及其他失效。
具体来说，锅炉压力容器常规强度设计的任务是：1.根据受压元件的载荷和工作条件，选用合适的材料；2.基于对受压元件一次应力的限制，通过计算确定受压元件的壁厚；3.根据结构各处等强度的原则，进行结构强度设计，包括焊缝布置及焊接接头结构设计，开孔布置及接管结构设计，筒体与封头、管板、法兰连接结构设计，支承结构设计等。
4.对设备制造质量及运行条件作出必要的规定。
强度设计通常也叫强度计算，因计算条件与目的不同，强度计算分为设计计算与校核计算两种。
设计计算是在已知材料、元件外形尺寸、元件工作温度及载荷的情况下，决定元件壁厚；校核计算是在已知材料、元件外形尺寸、元件壁厚及使用温度的情况下，核算元件所能承受的压力载荷。
两种计算在本质上没有什么不同。
三、强度理论及强度条件强度理论也叫失效判据，是研究构件在不同应力状态下产生强度失效的共同原因的理论。
材料力学介绍过四种强度理论，锅炉压力容器强度设计中经常涉及的，是第一、第三及第四强度理论。
强度条件是依据一定的强度理论建立的强度设计准则或失效控制条件，强度条件通常表达为：[]i S σ≤式中i S 为依据一定的强度理论得出的当量应力或应力强度；下角标i 表示相应的强度理论，如1S 表示依据第一强度理论得出的当量应力，余类推；[]σ为材料的许用应力。
（一）第一强度理论也叫最大主应力强度理论。
该理论认为，无论材料处于什么应力状态，只要发生脆性断裂，其共同原因都是由于构件内的最大拉应力1σ达到了极限值。
相应的强度条件式为：11[]S σσ=≤压力容器通常都由塑性材料制成；一般不会发生脆性断裂，故不适合用第一强度理论进行失效控制。
但第一强度理论是出现最早的强度理论，由于历史原因和使用习惯，美国、日本等国在对压力容器强度设计时，仍采用第一强度理论。
我国及世界上多数国家对压力容器进行常规强度设计时，均采用第一强度理论。
（二）第二强度理论也叫最大主应变理论。
该理论认为，无论材料处于什么应力状态，只要构件内的最大主应变max ε达到简单拉伸时发生破坏的应变值s ε时即发生破坏。
相应的强度条件式为：2123()[]S σμσσσ=-+≤第二强度理论适用于脆性塑性材料，与实验结果比较吻合。
（三）第三强度理论也叫最大剪应力强度理论。
该理论认为，无论材料处于什么应力状态，只要发生屈服失效，其共同原因都是由于构件内的最大剪应力max τ达到了极限值。
相应的强度条件式为：313[]S σσσ=-≤第三强度理论适用于塑性材料，与实验结果比较吻合。
我国及世界上除美、日之外的多数国家，在对锅炉进行强度设计时，均采用第三强度理论。
（三）第四强度理论也叫歪形能强度理论。
该理论认为，无论材料处于什么应力状态，只要发生屈服失效，其共同原因都是因为构件内的歪形能（形状变形比能）达到了极限值。
相应的强度条件式为：4[]S σ=≤ 与第三强度理论相似，第四强度理论适用于塑性材料，与实验结果吻合较好。
但由于计 算较为复杂，概念不够直观，所以在锅炉压力容器强度设计中使用较少，仅用于某些高压厚 壁容器的设计。
四、强度控制原则在锅炉压力容器常规强度设计中，为避免材料屈服失效，在控制应力及载荷水平时，通常有下列两种控制原则：（一）弹性失效准则该准则也常称做极限应力法，它认为构件上应力最大点的当量应力达到材料的屈服点时，整个构件即丧失正常工作能力（失效）。
这种一点处失效即是构件失效的观点，是大多数和结构强度设计所采用的观点。
我国锅炉强度控制采用塑性失效准则，一般压力容器强度控制采用弹性失效准则。
依据上述四个强度理论。
（二）塑性失效准则该准则也常称做极限载荷法。
它认为，当应力沿截面分布不均匀时，一点的当量应力达到屈服点，整个结构并不失效，只有当整个截面上各点的当量应力均达到屈服点时，结构才算失效。
对于拉伸杆件和承压薄壁圆筒来说，由于结构内的应力沿壁厚均布，一点失效与整个截面失效基本相同，对其采用弹性失效准则与塑性失效准则并无不同结果。
但对于承压厚壁圆筒与承压平板，由于沿壁厚存在应力分布，对其采用不同的强度控制原则将会导致不同的结果，很明显，采用弹性失效准则偏干安全与保守。
但不论采用何种强度控制原则，都要取用安全系数，给出必要的安全裕度，所以采用不同的强度控制原则也可以得出大体相近的结果。
按照米赛斯屈服条件，容器受内压其整体屈服时的压力P S 为：lnS S P K = 引入安全系数，塑性失效准则的强度条件为：]lnP K σ=（三）爆破失效准则爆破失效准则认为，实际工程应用的材料，都具有明显的应变硬化现象，容器进入屈服后，由于应变硬化现象的存在，材料进一步塑性流动，则需要施加更大的外力。
因此，只有当压力超过屈服压力升至一定水平后，容器才会因发生爆破而失效。
容器所承受的最高压力，称为“爆破压力”，用P b表示。
计算爆破压力的公式很多，最常用的是福佩尔公式：(2)lnSb SbP Kσσ=-要求： P≤bbPn五、安全系数由材料力学已知，材料的许用应力[]σ，由材料的强度性能指标bσ，sσ除以相应的安全系数bn，s n得出。
当材料在高温下工作时，还需考虑材料高温强度性能指标——持久强度Dσ，蠕变极限nσ，并除以相应的安全系数Dn及n n。
由于上述材料性能指标是随温度变化的，温度为t的强度性能指标分别表示为，tbσ，tsσ，tDσ，tnσ。
而常温下的强度性能指标表示为bσ，sσ。
强度条件中的[]σ，取用下列四值中的最小值：bbnσ；tssnσ；tDDnσ；tnnnσ安全系数是反映构件安全裕度的系数。
选定安全系数的基本原则是：保证安全的前提下尽量经济。
安全系数与材料性能的稳定、估算的载荷状态、计算方法的精确度、制造工艺、检验手段、使用操作的经验等因素有关。
随着科学技术的发展，人们对压力容器的设计、制造、检验、和使用的认识日益全面、深刻，因而安全系数就可以逐步降低。
不同国家、不同机械设备、不同材质，所用安全系数不同。
安全系数一般由国家有关部门确定，并体现在强度设计法规中。
我国锅炉庄力容器强度设计采用的安全系数如表3-1所示。
表3-1 锅炉压力容器决定许用应力的安全系数六、强度计算标准锅炉压力容器的强度设计计算必须依照国家颁布的标准规范进行。
锅炉压力容器强度设计计算标准既是技术性的，也是法律性的，必须强制执行。
我国锅炉压力容器常规强度设计标准主要有以下三项：第一项，GB/T 16508—1996《锅壳锅炉受压元件强度计算》；第二项，GB 9222—1988《水管锅炉受压元件强度计算》；第三项，GB 150—1998《钢制压力容器》。
第四项， HG20582－1998《钢制化工容器强度计算规定》。
第五项，JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》。
第四节内压圆筒和球壳强度计算一、承受内压薄壳的强度计算原则由应力分析可知，承受内压回转薄壳呈双向应力状态，其1θσσ=，2ϕσσ=，3r σσ=＝0，因而按第三强度理论得出的当量应力与按第一强度理论得出的当量应力在形式上没有不同。