化工设备基础之压力容器设计方案
压力容器方案
压力容器方案1. 引言压力容器是一种用于存储和传输高压气体或液体的设备，广泛应用于化工、石油、制药、食品等多个行业。
在设计和选择压力容器方案时，需要考虑多个因素，包括工作条件、安全性能、材料选择等。
本文将介绍压力容器方案的一般设计原则和注意事项。
2. 压力容器设计原则2.1 工作条件分析在设计压力容器方案之前，首先需要对工作条件进行充分的分析和了解。
这包括工作压力、工作温度、介质特性等因素。
根据工作条件的不同，可以选择不同材料、结构和制造工艺来满足需要。
2.2 安全性能考虑在设计压力容器方案时，安全性是一个非常重要的考虑因素。
设计师需要根据设计压力和材料的物理和力学性质，确定合适的壁厚和结构。
此外，还需要考虑压力容器在运行过程中的安全阀、泄压装置等安全措施，以保证压力容器在超过设计压力时能够安全排放压力。
2.3 材料选择材料选择是压力容器设计中的关键环节。
一般来说，常见的材料有碳钢、不锈钢、合金钢等。
在选择材料时，需要考虑材料的强度、耐腐蚀性、耐高温性等因素。
根据具体的工作条件和介质特性，选择合适的材料能够提高压力容器的使用寿命和安全性能。
3. 压力容器方案的设计步骤3.1 确定工作条件根据压力容器的用途和工作环境，确定工作压力、工作温度等工作条件。
这些条件将直接影响到压力容器的设计和材料选择。
3.2 选择适当的材料根据工作条件和介质特性，选择适当的材料。
考虑到强度、耐腐蚀性、耐高温性等因素，选择合适的材料能够增强压力容器的安全性能和使用寿命。
3.3 计算压力容器的壁厚根据工作压力、材料的物理和力学性质，计算压力容器的最小壁厚。
这一步骤非常重要，壁厚的选择不当可能导致压力容器的破裂和事故发生。
3.4 设计容器结构根据压力容器的用途和工作条件，设计容器的结构。
常见的结构包括圆筒形、球形、椭圆形等。
同时，还需要考虑容器的支撑结构、密封设计等因素。
3.5 安全措施设计设计并安装压力容器的安全措施，包括安全阀、泄压装置、压力表等。
化工设备设计基础第6章化工设备设计概述
外压容器 : 设计压力通常为低压
一、容器的结构与分类
• 4. 按壁温分类
• ⑴ 常温容器
– 指壁温高于-20℃至200℃条件下工作的容器；
• ⑵ 高温容器
– 指壁温达到材料蠕变温度下工作的容器。对碳家钢或低 合金钢容器，温度超过420℃，合金钢（如Cr-Mo钢）超 过450℃，奥氏体不锈钢超过550℃，均属高温容器；
• ⑶ 中温容器
– 指壁温在常温和高温之间的容器；
• ⑷ 低温容器
– 指壁温低于-20℃条件下工作的容器。其中低于-20℃至 -40℃者为浅冷容器，低于-40℃者为深冷容器。
一、容器的结构与分类
• 5. 按结构材料分类
– 金属容器：目前应用最多的是低碳钢和普通低合 金钢制的容器。在腐蚀严重或产品纯度要求高的 场合，使用不锈钢、不锈复合钢板或铝、银、钴 等制的容器，在深冷操作中，可用铜或铜合金。 而承压不大的塔节或容器，可用铸铁。
•无缝钢管做筒体的公称直径系列
159 219 273 325 377 426
三、压力容器的安全监察
• 1. 安全监察的必要性
– 应用广泛、特殊、事故率高、危害性大，一旦发生破坏会导致爆炸、 介质泄漏等灾难性事故，因此必须纳为特种设备进行管理。
• 2. 压力容器相关的法规和标准
– 法规性规定：具有强制性
• A.三类容器。符合下列情况之一者为三类容器： – (1)高压容器； – (2)中压容器(毒性程度为极度和高度危害介质)； – (3)中压贮存容器(易燃或毒性程度为中度危害介质，且设计压力与容积之积pV ≥ 10MPa·m3)； – (4)中压反应容器(易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV ≥0.5MPa·m3)； – (5)低压容器(毒性程度为极度和高度危害介质，且pV ≥0.2MPa·m3)； – (6)高压、中压管壳式余热锅炉； – (7)中压搪玻璃压力容器； – (8)使用强度级别较高(抗拉强度规定值下限≥540MPa)的材料制造的压力容器； – (9)移动式压力容器，包括铁路罐车（气体、低温液体或永久气体运输车）和罐 式集装箱（介质为液化气体、低温液体等）；
化工设备设计全部教案
第一章概述第一节绪言一、本课程的任务了解压力容器的基础知识；掌握压力容器的一般设计方法，重点掌握设计的基本原理与思路。
（说明： 由于工业生产中约10%~40%的设备为换热设备，而换热设备中最为常见、普遍的是管壳式换热器，故在本课程中我们将以管壳式换热器为例，学习压力容器的具体设计方法，包括选择材料、结构设计，受压元件的强度计算，以及设计、制造、检验中的相关要求等。
）二、本课程的要求通过这门课程的学习，要求同学们掌握如下的内容：1、掌握压力容器的类型与总体结构；2、了解管壳式换热器的形式与总体结构；3、掌握管壳式换热器的结构设计的相关知识；4、了解管壳式换热器各元件的强度设计（掌握筒体及封头的设计）；5、了解管壳式换热器中的振动与防振；6、了解管壳式换热器的设计以、制造、检验中的相关要求。
第二节化工容器概述一、压力容器的概念1．化工设备——工艺过程中静止设备的总称。
2．容器——化工设备外壳的总称。
3．压力容器——承受压力载荷作用的容器。
（由于化工容器几乎都承受压力载荷，通常直接称其为压力容器。
化工容器的特点：为高温、高压，介质易燃易爆、有毒。
）二、化工容器的结构组成化工容器一般由筒体、封头、支座（基本件）、接管、法兰（对外连接件）、人孔、手孔、液面计（附件）以及一些内构件等零部件组成。
1．筒体、封头：就如同房子四周的墙，它是构成容器空间的主要部件（属主要受压元件）。
壳体按形状的不同，可以分为圆筒壳体、圆锥壳体、球壳体、椭圆壳体、矩形壳体等等。
而封头有椭圆形封头、半球形封头、碟形封头、锥形封头及平板封头等。
2．接管：是介质进出容器的通道。
3．法兰：是容器及接管的可拆连接装置，分为设备法兰和管法兰（属主要受压元件）。
4．支座：是用于支承容器的部件。
5．人孔、手孔：是为便于制造、检验和维护管理而设置的部件（属主要受压元件）。
6．液面计：用于观察或监控液位的部件（属安全附件，此外还有安全阀、压力表等）。
压力容器设计
六、封头
按构造形状分为： 半球形封头
凸形封头 椭圆形封头 碟形封头
锥形封头 平盖封头：
1、凸形封头
（1）半球形封头
是半个球壳。 从受力来看，
球形封头是最理想旳构造。 但整体冲压困难，加工工作 量大。
其厚度计算公式：
p c
Di
4[ ]t
p
c
（2）碟形封头
由球面、过渡段及圆柱 直边段三段构成。成型加 工以便，但在三部分连接 处，因为经线曲率发生突 变，受力情况不佳。
2、锥形封头
有两种，一种是无折边锥 形封头，另一种是与筒体连接 处有一过圆弧和一圆柱直边段 旳折边锥形封头。在厚度较薄 时，制造比较以便。
3、平板封头
是最简朴，制造 最轻易旳一种封头。 但相同直径和压力旳 容器，平板封头厚度 过大，材料花费过多 而且十分笨重。
第四节 压力容器附件
设备旳壳体能够采用铸造、铸造或焊接成一种整体， 但大多数化工设备是做成可拆旳几种部件，然后把它们 连接起来。这一方面是设备旳工艺操作需要开多种孔， 并使之与工艺管道或其他附件相连接；另一方面也是为 了便于设备制造、安装和检修。化工设备中旳可拆连接 应该满足下列基本要求：
在设计或选用压力容器零部件时需要将操作温 度下旳最高操作压力（或设计压力）调整为所要 求旳公称压力等级，然后再根据DN与PN选定零 部件旳尺寸。
练一练: P27，1-2，1-3 拟定计算压力、许用应力 P61，6，7 P62，2-3 拟定计算压力、许用应力
四、压力容器旳校核： 1、圆筒容器旳校核
筒体旳强度计算公式：
pD t
2
公式旳应用： 拟定承压容器旳厚度 对压力容器进行校核计算 拟定设计温度下圆筒旳最大允许工作压力 在指定压力下旳计算应力
化工设备机械基础
二、钢铁牌号及表达措施：
3、特殊性能钢 主要指不锈耐酸钢 铬不锈钢，如1Cr13 铬镍不锈钢，如0Cr18Ni9 节镍不锈钢
表1-2 压力容器用碳素钢镇定钢板旳合用范围表
钢板 牌号
Q235-B
使用温 度℃
0~350
设计 壳体钢 压力 板厚度 MPa mm
≤1.6 ≤20
• 其他限 制
• 不得用 于毒性 程度为 高度或 极度危 害介质 旳压力 容器
Q235-C 0~400 ≤2.5 ≤30
二、钢铁牌号及表达措施（GB/T221-2023）
二、常见腐蚀类型 2. 晶间腐蚀
发生在晶界，晶粒之间结合力下降，与元素Cr旳含量有关。
奥氏体不锈钢晶粒——阴极 晶粒边界析出旳碳化铬 贫铬区——阳极 晶粒边界
图1-1 奥氏体不锈钢旳晶间腐蚀
二、常见腐蚀类型
3. 应力腐蚀
金属在腐蚀介质 和拉应力旳共同 作用下产生旳一 种破坏形式。腐 蚀与拉应力起相 互增进旳作用。
所体现旳行为，涉及变形和抗力，即在外力作用 下不产生超出允许旳变形或不被破坏旳能力。
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂旳特征。
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD
金属材料承受载荷作用， 当载荷不再增长或缓慢 增长时，仍继续发生明 显旳塑性变形，这种现 象就称为屈服。
腐蚀性介质
原始裂纹 保护膜
应力方向 金属本身
裂纹尖端 裂纹将扩展旳区域
图1-2 应力腐蚀旳裂纹扩展
压力容器方案
压力容器方案压力容器是工业生产和科学实验中常用的设备，用于储存和输送高压气体、液体或混合物。
在设计和选择压力容器方案时，需考虑多种因素，包括使用环境、容器材料、安全性和经济性等。
本文将描述一种适用于储存高压气体的压力容器方案，并对其设计和选材进行详细说明。
1. 方案背景压力容器的主要目的是储存和输送高压气体。
在很多行业中，如化工、石油、矿业等，需要使用高压气体进行工艺过程。
因此，设计一个稳定、安全的压力容器方案非常重要。
2. 容器设计为满足高压气体储存的需求，我们选择某种合金钢作为容器材料。
该材料具有优异的机械性能和抗腐蚀性能，能够承受高压环境下的应力和变形。
为确保容器的安全性，我们采用球形设计，这种形状能够均匀分布内压力，并且能够减少应力集中现象的发生。
3. 容器选材在选择容器材料时，我们需要考虑多种因素：首先，材料必须具备足够的强度来承受高压环境下的内应力；其次，材料应具有较好的耐腐蚀性，以防止介质对容器材料的腐蚀；最后，材料的成本应合理，以满足经济性的要求。
综合考虑以上因素，我们选择了一种高强度合金钢作为容器材料。
该材料具有高强度和良好的耐腐蚀性，且成本相对较低，能够满足我们的设计需求。
4. 安全措施为确保容器的安全使用，我们采取了一系列的安全措施。
首先，容器安装有压力传感器和温度传感器，能够实时监测内部的压力和温度变化，一旦出现异常情况，将及时报警并采取相应的措施。
其次，容器配备了安全阀，当内部压力超过安全阀设定的压力范围时，安全阀会自动释放部分压力，以防止容器过载。
此外，容器安装了防爆门，当内部压力异常升高时，可自动开启，以释放过多的压力，保护容器的完整性。
5. 经济性分析在选择压力容器方案时，经济性也是一个重要的考虑因素。
我们需要综合考虑容器材料的成本、制造工艺的复杂度以及容器的使用寿命等。
通过成本效益分析，我们得出结论：选择合金钢作为容器材料既能够满足性能需求，又能够控制成本，是一种较为经济的选择。
《压力容器设计》课程标准
《压力容器设计》课程标准课程名称：压力容器设计总学时： 90学分：5.5开课单位：机械工程学院课程类别：必修课适用专业：化工装备技术专业一、课程的性质压力容器设计是化工装备技术专业的一门核心专业课程，是学生在具备了必要的数学、物理、工程制图、机械基础和化工原理等基础知识之后必修的技术专业课。
压力容器设计课程的任务是使学生获得常见化工设备的基本知识、基础理论和基本计算能力及研究和解决工程技术问题的能力，为学生学习后续专业课程和将来从事化工设备的安装和修理打下必要的基础。
二、课程的设计思路本课程总体设计思路是以化工设备设计与制造、维修钳工和设备管理员、工艺员等岗位相关工作任务和职业能力分析为依据确定课程目标，设计课程内容，以工作任务为主线构建的任务引领型课程。
本课程具体是以典型化工设备设计为线索进行课程内容的选取，共包括材料的选择、薄壁壳体及薄壁应力理论、薄壁壳体强度计算、外压容器筒体的失稳、标准附件的选用方法、典型设备结构等工作项目。
课程内容与要求的确定充分考虑了化工设备设计及维修钳工职业资格标准（中级工）的相关要求。
为了充分体现任务引领、项目导向的课程设计思想，本课程的教学内容共设计了9个学习情境，以工作任务为中心选取课程内容，充分考虑高等职业教育对理论知识学习、技能训练和素质培养的需要；通过理实一体化的教学模式，循序渐进地完成工作任务，学习理论知识、强化技能训练、培育职业素养，以满足岗位职业能力的要求。
三、课程培养目标通过课程学习，学生能够了解和掌握GB150等国家标准的基本内容、典型化工设备的强度计算和稳定性计算的原理和方法、理解典型设备的构造及结构设计的方法，为今后走向社会、入职工作打下基础。
1、知识目标：了解各单元操作及常见反应器的基本原理；了解化工过程设备的选型和初步的经济技术分析、掌握薄壁壳体的设计方法及其标准附件的选用方法、外压容器筒体失稳时临界压力的意义和当前化工设备状况及今后的发展方向。
4压力容器设计范文
4压力容器设计范文压力容器是用于存储或运输高压气体、液体或混合物的设备。
它们广泛应用于化工、石油、天然气、能源、制药等行业。
在设计压力容器时，必须考虑到各种因素，如安全、可靠性、耐用性和经济性。
本文将介绍压力容器的设计原理和关键要素。
压力容器的设计过程可以分为以下几个步骤：1.确定工作条件：包括工作介质、工作压力、工作温度等。
工作介质的化学性质、物理性质和工作压力及温度是确定容器材料的基础。
2.选择材料：根据工作条件选择合适的材料。
常用的压力容器材料包括碳钢、不锈钢、钛合金等。
选择材料时需要考虑其耐腐蚀性、强度、韧性、可焊性等性能。
3.确定容器结构：根据工作条件和容器用途确定容器的结构形式，包括圆柱形、球形、扁球形等。
同时还需要确定容器的尺寸和壁厚，以确保容器的强度和稳定性。
4.进行强度计算：根据容器的几何形状和材料特性进行强度计算。
强度计算包括静态强度计算和疲劳强度计算。
静态强度计算主要考虑压力和温度对容器的影响，疲劳强度计算主要考虑容器在循环载荷下的疲劳寿命。
5.进行热力计算：根据容器的工作介质和工作温度进行热力计算。
热力计算主要包括热膨胀计算和热应力计算。
热膨胀计算是为了确定容器在工作温度下的尺寸变化，热应力计算是为了确定容器在工作温度下的应力分布。
6.进行可靠性分析：对容器进行可靠性分析，评估容器的设计可靠性。
可靠性分析包括应力分析、疲劳分析、裂纹扩展分析等。
7.进行安全阀和压力表的选型：根据容器的工作压力确定安全阀和压力表的选型。
安全阀用于保护容器免受超压的损害，压力表用于监测容器的工作压力。
8.进行焊接和无损检测：对容器的焊缝进行焊接和无损检测。
焊接质量对容器的强度和稳定性至关重要，无损检测可以检测焊缝、材料中的缺陷，保证容器的安全使用。
9.编制压力容器设计报告：对容器设计过程进行总结和归纳，编制压力容器设计报告。
设计报告应包括容器的基本信息、工作条件、设计原理、强度计算结果、热力计算结果、可靠性分析结果等。
化工机械设备基础-第六章 压力容器与化工设备常用材料
五、其他性能 1．组织稳定性 ． 2．抗松弛性 ． 3．应变时效敏感性 ．
第五节 碳钢与铸铁
铁碳合金) 一、钢铁(铁碳合金 是由 ％以上的铁和 钢铁 铁碳合金 是由95％以上的铁和0.05％~4％的碳及 ％ ％ 1％的杂质元素所组成的台金。 ％的杂质元素所组成的台金。 钢——C%=0.02-2％ ％ 铸铁——C%>2％，碳以石墨存在 ％，碳以石墨存在 铸铁 ％， 纯铁(工业纯铁 工业纯铁)——C%<0.02％ 纯铁 工业纯铁 ％
5．按支承形式分类 ． 立式、 立式、卧式 6．按结构材料分类 ． 金属容器、 金属容器、非金属容器
第二节 容器机械设计的基本要求
容器的总体尺寸——工艺尺寸 工艺尺寸 容器的总体尺寸
(1)强度 强度 (2)刚度 刚度 (3)稳定性 稳定性 容器零部件的机械设计 (4)耐久性 使用年限为 年 耐久性 使用年限为10-15年。 (5)密封性 密封性 (5)节省材料，便于制造 节省材料， 节省材料 (5)方便操作，便于运输 方便操作， 方便操作
第三节 容器的标准化设计
一、标准化的意义 ——从产品的设计、制造、检验和维修等方面： 从产品的设计、制造、检验和维修等方面： 从产品的设计 1、 有利于成批生产，缩短生产周期，提高产品质量，降低成 、 有利于成批生产，缩短生产周期，提高产品质量， 从而提高产品的竞争能力； 本，从而提高产品的竞争能力； 2、增加零部件的互换性，有利于设计、制造、安装和维修， 、增加零部件的互换性，有利于设计、制造、安装和维修， 提高劳动生产率。 提高劳动生产率。 3、标准化为组织专业化生产提供 有利条件，有利于合理地利 有利条件， 、标准化为组织专业化生产提供f有利条件 用国家资源，节省原材料。 用国家资源，节省原材料。 4、能够有效地保障人民的安全与健康； 、能够有效地保障人民的安全与健康； 5、采用国际性的标准化，可以消除贸易障碍，提局竞争能力。 、采用国际性的标准化，可以消除贸易障碍，提局竞争能力。
化工机械第五章压力容器
即锥形壳体上环向应力是径向应力的两倍。由应力计算 公式可知，应力与α角成正比，α角增大，应力也随着增 加。两向应力随着r的增加而增加。在锥壳开口处，两向 应力有最大值，在锥顶端r=0处，两向应力为零。
第二十三页，编辑于星期六：十八点 二十五分。
第五章
压力容器
5.2.5边缘应力的概念
由应力分析及推导可知，当薄壁壳体的几何形状发生 突变，或载荷分布发生突变；或壳体厚度发生突变，材 料发生突变等，都会在突变处产生附加的局部应力，我 们称为边缘应力。这种局部应力有时会是薄膜应力的数 倍，甚至会导致容器失效，设计中应予以重视。
椭球形壳体上任一点的两向薄膜应力为：
P
2 b
a4 x2(a2 b2)
（5-4）
P
2 b
a
4
x2
(a2
b2
)[2
a
4
x
a4 2 (a2
b2
)
]
第二十一页，编辑于星期六：十八点 二十五分。
第五章
压力容器
由式（5-4）可知，椭球封头上的应力是随x的变化而变化 的。对于标准椭圆形封（a/b=2），封头顶点处的（x=0）， 两向应力有最大拉应力值，在封头边缘处（x=a），径向应 力为顶点处的1/2，环向应力为负应力，且其值与顶点处值 相等。
在工艺尺寸确定之后，为了满足安全和使用要求，还要 确定强度尺寸，零部件在机械设计时，应满足以下要求：
<1>强度———有足够的抵抗外力破坏的能力。
<2>刚度———有足够的抵抗外力变形的能力，以防 止变形过大。
<3>稳定性——有保持自身形状的能力，以防压瘪或
皱折。
第十二页，编辑于星期六：十八点 二十五分。
07_化工设备基础_内压薄壁壳体的应力分析
16
化工设备基础
第三篇 压力容器设计
如何开孔更合理？
17
化工设备基础
第三篇 压力容器设计
（3）圆锥形壳体
R1 =∞ R2 = r/cosα
pR2 pr 2 2 cos
pr 2 cos
18
化工设备基础
第三篇 压力容器设计
薄膜应力计算公式的说明
承受液压或同时承受气压、液 压的薄壁壳体应力分析，则各 点的应力值需考虑液体静压力 并利用微体平衡方程式和区域 平衡方程式确定。
25
化工设备基础
第三篇 压力容器设计
小结
（1）概念类 什么是薄壁圆筒？ 第一曲率半径、第二曲率半径； 无力矩理论、有力矩理论； 薄膜应力（周向应力、经向应力）； 无力矩理论的应用条件（几何、载荷、边界）； 边缘应力产生的原因； 边缘应力的特点（局部性、自限性）。
26
化工设备基础
第三篇 压力容器设计
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化工设备基础
第三篇 压力容器设计
无力矩理论应用条件 （1）几何轴对称、壳体的厚度、中间面曲率和载荷连 续，没有突变，且构成壳体的材料物理性能相同； （2）载荷分布轴对称且连续，无突变。 （3）壳体边界为自由支承。 （4）壳体的边界力应当在壳体平面的切平面内， 要切在边界上无横剪力和弯矩。 若以上任一条件不能满足，就不能应用无力矩理论 进行分析。
边缘应力应通过边缘连接 处的变形协调方程求解。 壳体中的真实应力可看作 是薄膜应力与边缘应力的 叠加。
22
化工设备基础
第三篇 压力容器设计
（3）边缘应力的特点
a. 局部性 不同性质的连接边缘产生 不同的边缘应力，但它们 都具有明显的衰减特性， 随着离开边缘处距离的增 大而迅速衰减至零。 （教材：图11-27）
化工设备设计基础-13
垫板
底板 腹板
筋板
（2）鞍式支座在同一直径下分为轻型（A型）、重型 （B型）两种，主要是考虑了在同一直径的容器，由于 内部结构、长径比及内部物料等因素使得容器的总重量 有很大的差别。 重型鞍座可满足卧式换热器，介质比重较大或L/D 较大卧式容器的要求；轻型鞍座则满足一般卧式容器的 使用要求。 但容器直径DN≤900mm,鞍座未设轻型结构，原因 容器直径太小其重量差别不大，此时轻型与重型的尺寸 及用途相差不大。
(3)鞍座间距.尽量使支座中心到封头切线的距离A小 于或等于0.5Ra,当无法满足A小于或等于0.5Ra时， A不宜大于0.2L。（JB/T4731-2005 6-1-1） (4)选用F、S型各一， S型鞍座的定位尺寸
5
5
4.鞍座标记
JB/T4712.1-2007,鞍座X X- X 固定鞍座F,滑动鞍座S 公称直径,mm 型号（A,BI,---BV)
2.碳素钢与低合金钢人孔、手孔 《碳素钢与低合金钢人孔、手孔》标准，其标淮号为 e ( ) HG21515~21535—2005) D L 1.17 D 2.2 E ( ) 2.6 E Do L D 详细标准号及相关说明见教材P353-,表11-2。 Do
2.5 e
cr
0
e
3.不锈钢人孔、手孔 (HG21594-21604) P373
⑥耳式支座标记
JB/T4712.3-2,007耳座 X X-X
3
=X
垫板厚度，标准可不标 筋板或底板材料代号
支座号（1，2，3---） 型号（A,AN,B,BN)
2.支承式支座（JB/T4712.2-2007）(p419)
Chap. 11 人孔、手孔、视镜和液面计 一、人孔和手孔 1、容器上开设人孔、手孔的规定 e ( ) e （1）最少数量与最小尺寸的规定 P P353表11-1 2.6 E Do P 2.2 E ( ) L Do
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。
化工设备设计基础第五章内压薄壁容器设计
环向应力 MPa
pD 15 212 .5 s2 245 .2 2 2 6.5
四、 筒体强度计算
筒体内较大的环向应力不 pD t [s ] 应高于在设计温度下材料 2 的许用应力，即
[s]t-设计温度t℃下材料许用应力， MPa。 实际设计中须考虑三个因素： （1）焊接接头系数 （2）容器内径 （3） 壁厚
2． 基本假设
(2)直线法假设 变形前垂直于中面直线段，变形后 仍是直线并垂直于变形后的中面。变 形前后法向线段长度不变。沿厚度各 点法向位移相同，厚度不变。 (3)不挤压假设 各层纤维变形前后互不挤压。
㈡ 无力矩理论基本方程式
无力矩理论是在旋转薄壳的受 力分析中忽略了弯矩的作用。 此时应力状态和承受内压的薄 膜相似。又称薄膜理论
㈣ 焊接接头系数
焊接接头形式 无损检测的长度比例 100% 局部
焊接削弱而降低设计许用应力的系数。 根据接头型式及无损检测长度比例确定。
双面焊对接接头或相当 1.0 0.85 于双面焊的对接接头 单面焊对接接头或相当 0.9 0.8 于单面焊的对接接头 符合《压力容器安全技术检察规程》才允许作局部 无损探伤。抽验长度不应小于每条焊缝长度的20％。
e-圆筒有效厚度 e
n C
C-厚度附加量。
C C1 C2
设计温度下圆筒的计算应力
pc Di e t s s f 2 e
t
五、球壳强度计算
设计温度下球壳的计算厚度：
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设计温度下球壳的计算应力
（2） 轴对称
壳体的几何形状、约束条件和 所受外力都是对称于某一轴。 化工用的压力容器通常是轴对 称问题。
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筒体由
无缝钢
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化工设备基础
10.3 压力容器的分类
（1）按承受压力方式分 内压容器、外压容器。
（2）按设计压力分 低压容器0.1MPa≤P＜1.6MPa 中压容器1.6MPa≤P＜10MPa 高压容器10MPa≤P＜100MPa 超高压容器P≥100MPa
第三篇 压力容器设计
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第三篇 压力容器设计
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弄虚作假要不得，踏实肯干第一名。 05:23: 2405: 23:24 05:231 1/17/2020 5:23:24 AM
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20 .11.17 05:23 :2405 :23No v-201 7-Nov -20
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重于泰山，轻于鸿毛。05:23:2405: 23:24 05:23T uesda y, November 17, 2020
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例如：PN0.60的压力容器法兰，是指该法兰用 Q345R材料制作、在200°C时所允许的最高工作压 力为0.60MPa。
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第三篇 压力容器设计
管道元件的公称压力 根据GB/T 1048的规定，是指管道系统元件的力学 性能和尺寸特性相关、用于参考的字母和数字组 合的标识，由字母PN和后跟无因次的数字组成。
对各压力腔进行类别划分时，设计压力取本压力腔的 设计压力，容积取本压力腔几何容积。
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第三篇 压力容器设计
坐标点位于分类线上时： 按照较高的类别划分其类别；
小容积： 容积大于1L并且小于25L，或者内直径(对非圆形截面 ，指截面内边界的最大几何尺寸，例如矩形为对角线 、椭圆为长轴)小于150mm的压力容器，特别是容积小 于或者等于1L的压力容器，这类小容积容器统一划分 为第Ⅰ类压力容器。
（4）泄漏失效 指压力容器由于介质泄漏而引起的失效。
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第三篇 压力容器设计
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化工设备基础
第三篇 压力容器设计
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化工设备基础
第三篇 压力容器设计
10.5 压力容器设计条件及常见规范
10.5.1 压力容器设计条件 （1）设计时应考虑的载荷
基本载荷：
a. 内压、外压或最大压差； b. 液体静压力，当液体静压力小于设计压 力的5%时，可忽略不计。
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化工设备基础
第一组介质，类别划分见下图:
第三篇 压力容器设计
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化工设备基础
第三篇 压力容器设计
c. 相关说明 对于多腔压力容器： 如换热器的管程和壳程、夹套容器等，按照类别高的 压力腔类别作为该容器的类别并且按照该类别进行使 用管理。
但是应按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制 造技术要求。
压力容器的公称直径DN
/mm
300 350 400 450
500
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600
650
700
750
800 850 900 950 1000 1100 1200
1300
1400
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筒 体 由 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200
2300
2400
2500
钢 板 卷 2600 2700 2800 2900 3000 3100 3200
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第三篇 压力容器设计
b. 选择类别划分图，标出坐标点。
压力容器分类的划分应当先按照介质特性，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。
第一组介质
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第二组介质
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第一组介质，类别划分见下图:
第三篇 压力容器设计
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第三篇 压力容器设计
a. 介质分组：按其毒性、危害程度和爆炸危险程度 分为以下两组： 第一组介质：毒性危害程度为极度危害、高度危害 的化学介质，易爆介质，液化气体。 第二组介质：除第一组介质以外的介质。
分组依据： 具体介质毒性危害程度和爆炸危险程度按照HG20660 《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分 类》确定；HG20660没有规定的，由压力容器设计单 位参照GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》的 原则，决定介质组别。
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化工设备基础
第三篇 压力容器设计
（2）公称压力 公称压力就是标准零部件在一定的温度和采用一
定的材料时所能承受的最高压力。
a. 表示方法： 压力容器的零部件 如压力容器法兰，其公称压力是指在规定的螺栓 材料和垫片的基础上，用Q345R材料制造的法兰在 200°C时所允许的最高工作压力，用PN表示，单 位为MPa。
a. 压力容器筒体： 钢板卷制，内径； 无缝钢管，外径；
b. 管子： 既不是内直径也不是外直径。 而是一系列标准化的尺寸。 HG/T 20592～20635使用两套配管的钢管 外径尺寸系列
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第三篇 压力容器设计
c. 其他零部件：
与压力容器筒体或钢管相配的零部件，如压力容 器法兰、容器支座、封头和管法兰等，其公称尺 寸就是相配筒体或钢管的公称尺寸。
例 如 ： 如 PN2.5 的 管 法 兰 ， 其 公 称 压 力 为 2.5bar(1bar=0.1MPa)，其允许压力取决于管法兰 的PN数值、材料和设计以及允许工作温度等，允 许压力值在相应标准的压力-温度等级表中查取。
注意区分容器法兰和管法兰！
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化工设备基础
第三篇 压力容器设计
b. 公称压力等级大小： 公称压力等级有欧洲体系和美洲体系。
（5）TSG R5002《压力容器使用管理规则》 （6）TSG R7001《压力容器按期检验规则》
（7）GB 150 《压力容器》 （8）JB/T 4732 《钢制压力容器——分析设计标准》
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第三篇 压力容器设计
10.6 压力容器设计常见基本参数
两个基本参数：公称直径与公称压力 （1）公称直径，DN，mm
（1）《中华人民共和国特种设备安全法》 《特种设备安全监察条例》
（2）TSG R1001《压力容器压力管道设计许可规则》
（3）TSG 21《固定式压力容器安全技术监察规程 》和TSG R0005《移动式压力容器安全技术监察规 程》
（4）《锅炉压力容器使用登记管理办法》
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第三篇 压力容器设计
公称直径，DN，mm（筒体、管） 公称压力，PN，Class（容器、管）
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（2）图形类 压力容器的总体结构（掌握） 压力容器判类（掌握）
第三篇 压力容器设计
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第三篇 压力容器设计
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踏实，奋斗，坚持，专业，努力成就 未来。 20.11. 17Байду номын сангаас0. 11.17 Tuesd ay, November 17, 2020
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第三篇 压力容器设计
（2）载荷工况
压力容器在正常操作、耐压试验、开停工及检 修等过程中，其载荷工况是不同的，也即所承 受的载荷是不同的。
因此，压力容器设计时，应根据不同的载荷工 况分别计算相应的载荷，从而确定设计载荷条 件。
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第三篇 压力容器设计
10.5.2 压力容器设计常见规范
（3）按容器在生产工艺中的作用分 反应容器（R）、换热容器（E）、 分离容器（S）、储存容器（C/球罐B）。
（4）按容器使用方式分 固定式和移动式容器。
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化工设备基础
第三篇 压力容器设计
（5）固定式压力容器的类别划分
根据TSG 21 《固定式压力容器安全技术监察规程 》，基于设计压力、容积和介质危害性三个因素 对压力容器进行分类，将所适用范围内的压力容 器划分为第Ⅰ类压力容器、第Ⅱ类压力容器和第 Ⅲ类压力容器。
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化工设备基础
第10章 容器设计的基本知识
第三篇 压力容器设计
什么是压力容器? 压力容器总体结构 压力容器的分类 压力的失效形式 压力容器设计条件及常见规范 压力容器常见基本参数
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第三篇 压力容器设计
10.1 什么是压力容器
压力容器包括所有承受流体压力的密闭容器和壳 体，是过程装备的基本组成部分。
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第三篇 压力容器设计
10.4 压力容器的失效形式
（1）强度失效 指压力容器在确定的压力或其他载荷的作用下， 因材料发生屈服或断裂而引起的失效。
（2）刚度失效 指压力容器的变形大到足以影响其正常工作而引起 的失效。
（3）失稳失效 指压力容器在压应力作用下，突然失去其原有几何 形状而引起的失效。