压力容器零部件的结构和计算
压力容器基本结构
压力容器开孔接管
(1)开孔目的：1)满足工艺要求
2)满足结构要求
(2)开孔类型：
人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管，以及安装 压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。
法兰
法兰是接管与接管之间相互连接的零件，简 称管法兰；也有用在设备进出口上的法兰，用于 两个设备之间的连接，简称设备法兰。
接管和法兰之间一般采用焊接结构。
1、平焊法兰
2、承插焊法兰
3、对焊法兰
4、螺纹法兰
支座
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容器靠支座支承在基础设备上，随着容器的 安装位置不同。
1、悬挂式支座
2、立式支座
3、裙式支座
4、卧式支座
1、凸形封头
球形
蝶形
椭圆形 球冠
2、锥形封头艺所需的承压空间，是 压力容器最主要的受压元件之一，其内直径和容 积往往需要由工艺计算确定。圆柱形筒体（即圆 筒）和球形筒体是工程中最常用的筒体结构。
压力容器筒体形式
1、圆柱筒体
压力容器筒体形式
2、球形筒体
开孔
压力容器是指盛装气体或者液体，承载一定压力的 密闭设备。
压力容器一般是由封头、筒体、接管、法兰、 支座、密封元件、安全附件等组成， 这些零部件 大都有国家或行业标准。
法兰 接管 开孔
封头 支座 筒体
压力容器封头一般是在压力容器的两端使用的、再 有就是在管道的末端做封堵之用的一种焊接管件产品。它 与筒体等部件形成封闭空间，常采用焊接结构。
压力容器支座计算公式
压力容器支座计算公式在工业生产中，压力容器是一种用于存储和输送气体或液体的重要设备。
为了确保压力容器的安全运行，其支座设计是至关重要的。
支座是指支撑压力容器的结构，其设计需要考虑到容器的重量、压力、温度等因素，以确保支座能够承受压力容器的重量和内部压力，同时保证容器的稳定性和安全性。
为了帮助工程师和设计师正确地设计压力容器支座，本文将介绍压力容器支座的计算公式和相关知识。
压力容器支座的设计需要考虑到多个因素，包括容器的重量、内部压力、温度、材料强度等。
在设计支座时，需根据容器的实际情况确定支座的类型、尺寸、材料等参数。
在进行支座设计时，需要使用一些基本的计算公式来确定支座的尺寸和材料，以确保支座能够满足容器的要求。
首先，我们需要计算压力容器的重量。
压力容器的重量可以通过容器的尺寸和材料密度来计算。
一般来说，压力容器的重量可以通过以下公式来计算：W = V ρ。
其中，W表示容器的重量，V表示容器的体积，ρ表示容器材料的密度。
通过这个公式，我们可以计算出容器的重量，从而确定支座需要承受的重量。
其次，我们需要计算压力容器的内部压力。
内部压力是支撑结构设计的重要参数，它直接影响支座的尺寸和材料。
一般来说，压力容器的内部压力可以通过以下公式来计算：P = F / A。
其中，P表示内部压力，F表示容器内部的力，A表示容器的横截面积。
通过这个公式，我们可以计算出容器的内部压力，从而确定支座需要承受的压力。
最后，我们需要根据支座的类型和材料来确定支座的尺寸和材料。
一般来说，支座可以分为固定支座、活动支座和滑动支座等不同类型。
根据支座的类型和材料强度，可以使用以下公式来确定支座的尺寸和材料：S = M / σ。
其中，S表示支座的截面积，M表示支座需要承受的力矩，σ表示支座材料的抗拉强度。
通过这个公式，我们可以确定支座的尺寸和材料，以确保支座能够承受容器的重量和内部压力。
综上所述，压力容器支座的设计是一个复杂的工程问题，需要考虑到多个因素。
压力容器常见结构的设计计算方法
压力容器常见结构的设计计算方法一、静态强度计算方法：静态强度计算方法主要针对压力容器在正常工作状态下的静载荷进行计算，其主要目标是确保容器在最大工作压力下不发生破坏。
静态强度计算方法一般包括以下几个步骤：1.基本假设和假设条件：在进行静态强度计算时，需要基于一定的假设和假设条件来简化实际工作状态，如假设容器时刚体、内外压力均匀分布、材料具有均匀强度等。
2.最大应力计算：通过应力分析计算出压力容器各部位的最大应力。
一般情况下，最大应力发生在容器支座、法兰连接处、沟槽和焊接缺陷等处。
3.材料强度计算：根据容器所使用的材料及其强度参数，计算出材料的强度。
根据所处环境不同，一般会对容器进行分析、判断和选择不同材料。
4.安全裕度计算：根据最大应力和材料强度的计算结果，计算出安全裕度。
安全裕度可以通过破坏条件下材料的强度与容器内外压力之比来衡量。
二、疲劳强度计算方法：疲劳强度计算方法主要用于疲劳载荷下的压力容器设计。
工作过程中，容器可能会受到频繁的循环应力作用，从而导致疲劳破坏。
疲劳强度计算方法的主要步骤如下：1.循环载荷分析：通过实测数据或估算，分析容器在工作循环过程中所受到的应力载荷情况。
考虑到载荷的方向、大小、频率和载荷历史等因素。
2.应力集中分析：针对容器中的主要应力集中部位进行应力集中分析，计算出特定位置的应力集中系数。
3.疲劳寿命计算：基于极限疲劳荷载下的循环应力进行计算。
通过应力循环次数和材料疲劳寿命曲线，计算出容器的疲劳寿命。
4.安全裕度计算：根据疲劳寿命与容器使用寿命的比值，得出安全裕度的计算结果。
三、稳定性计算方法：稳定性计算方法用于分析压力容器在压力作用下的稳定性问题，即容器是否会发生屈曲或侧翻。
稳定性计算方法的主要步骤如下：1.稳定性分析模型：根据压力容器的几何形状和支撑方式，构建相应的稳定性模型。
常见的模型有圆筒形、球形、圆锥形等。
2.屈曲载荷计算：通过对应力分析，计算出容器发生屈曲时的承载力。
2压力容器的主要零部件
6-12 锥形压紧面
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 椭圆或八角形截面的金属 垫圈配合。
6-13 梯形槽压紧面
因素3. 垫片性能
垫片密封面的塑性变形能力 ——实现初始密封；
垫片材料及结构的回弹能力 ——提高工作状态下的残余密封比压。
耐腐蚀能力。 力学性能，尤其抗高温蠕变能力。 工作温度下的变质硬化或软化性。
（a）尚未预紧工况
图6-3 密封机理图
（b）预紧工况（无内压） 拧紧螺栓，螺栓力通过法兰压
紧面作用到垫片上。垫片产生弹性 或屈服变形，填满凹凸不平处，堵 塞泄漏通道，形成初始密封条件。
引入概念1“预紧比压y”
形成初始密封条件时垫片单位面积 上所需的最小压紧力，称为“垫片 比压力” ，单位为MPa。在预紧工 况下，如垫片单位面积上所受的压 紧力小于比压力y，介质即发生泄漏。
在跨距中点：载荷——介质压力，弯矩。
1
pc Rm 2Se
M1
R
2 m
Se
膜应力 弯曲应力
（b）预紧工况 图6-3 密封机理图
y值仅与垫片材料、 结构与厚度有关。
（c）操作工况
密封比压下降
导致 通入介质 压力上升
垫片弹性压缩变形部分产生回弹，使压 紧面上的密封比压力仍能维持一定值以 保持密封性能。
引入概念2 “操作密封比压”
为保证在操作状态时法兰的密封性 能而必须施加在垫片上的压应力， 称为操作密封比压。 操作密封比压往往用介质计算压力 的m倍表示， m称为“垫片系数”。
6-10 凹凸型压紧面
榫槽型压紧面
一榫一槽密封面组成，优点 是对中性好，密封预紧压力 小，垫片不易挤出，不受介 质冲刷，用于易燃易爆密封 要求高处。缺点是更换较困 难，榫易损坏。
第二章、压力容器的基本结构及材料
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第二章 压力容器的基本结构及材料 第三节 压力容器的材料
二、对压力容器选材的主要要求
1. 2.
3.
4.
压力容器的选材应当考虑材料的力学性能、化学性能、物理性能和 工艺性能。 选择压力容器用钢应考虑容器的使用条件（如设计温度、设计压力、 介质特性和操作特点等）、材料的焊接性能、容器的制造工艺以及 经济合理性。 压力容器受压元件用钢应符合GB150中4.材料章的要求。非受压元件 用钢,当与受压元件用钢焊接时,也应是焊接性良好的钢材。 钢材的化学性能、力学性能应符合《固定容规》有关规定。选用碳 素钢和合金钢制造的压力容器应符合GB150-2011《压力容器》的有 关规定，Q235B钢板不得用于直接受火焰加热的压力容器。用于焊接 结构压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢，其碳含量不应大 于0.25%。钢制压力容器材料的力学性能、弯曲性能和冲击试验要求， 应符合GB150-2011《压力容器》中相关规定。 30
第一章 压力容器的基本结构及材料 第三节 压力容器的材料
一、压力容器材料性能 2. 工艺性能
良好的冷塑性变形能力：在加工时容易成形且不会产生裂 纹等缺陷。 具有较好的可焊性：以保证材料在规定的焊接工艺条件下 获得质量优良的焊接接头。第三，要求材料具有适宜的热 处理性能，容易消除加工过程中产生的残余应力，而且对 焊后热抗氧化性能处理裂纹不敏感。
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第二章 压力容器的基本结构及材料 第二节 常见压力容器结构
二、列管式换热器
3. U形管式换热器 其结构特点是只有一个管板，管子成U形，管子 两端固定在同一管板上。管束可以自由伸缩，当壳体与管子有温差时， 不会产生温差应力。U形管式换热器的优点是结构简单，只有一个管板， 密封面少，运行可靠，造价低，管间清洗较方便。其缺点是管内清洗较 困难，可排管子数目较少，管束最内层管间距大，壳程易短路。U形管式 换热器适用于管、壳程温差较大或壳程介质是易结垢而管程介质不易结 垢的场合。
压力容器设计说明书
目录1概述 (3)2设计计算 (5)2.1主要技术参数的确定 (5)2.2釜式换热器的结构设计 (5)2.2.1总体结构设计 (5)2.2.2换热器管程设计 (7)2.2.3 换热器壳程设计 (8)2.3元件的强度设计 (9)2.3.1 筒体 (9)2.3.2开孔补强设计计算 (11)3标准零部件的选用及主要零部件的设计 (15)3.1法兰的选用 (15)3.1.1容器法兰的选用 .... (15)3.1.2 管法兰的选取 (16)3.2封头 (17)3.3管板 (18)3.4堰板 (19)4鞍座的设计 (19)4.1 鞍座的选取 (19)4.2鞍座位置的设置 (19)4.2.1鞍座位置的相关标准的要求 (19)4.2.2设备总长的确定 (20)4.2.3 A值的确定 (20)4.3力的计算 (20)4.3.1重量产生的反力 (20)4.3.2地震产生的力 (21)433风载产生的力 (24)434热膨胀产生的力 (26)4.4总合力计算 (27)4.5应力校核 (29)4.5.1轴向应力 (30)4.5.2切向应力 (31)4.5.3周向应力 (31)4.6结论 (32)5三维实体造型设计 (32)5.1软件介绍 (32)5.2主要零部件的造型设计 (32)5.2.1 管箱封头的设计 (32)5.2.2鞍座的设计 (34)5.2.3螺母的设计 (35)5.3装配体的设计 (35)5.4工程图的生成 (38)设计总结 (41)注释 (43)参考文献 (44)谢辞 (45)附件 (46)1 概述换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备, 是在化工、石油、石油化工、冶金等领域普遍应用的一种工艺设备，在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40流右，占总投资的30%-45%近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。
目前在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器。
压力容器的结构
压力容器的结构化工压力容器由于其作用各不相同，结构也不一样。
但一般均有筒体、封头、支座、法兰（包括管法兰和设备法兰），有些容器则还有人孔、手孔、夹层、视镜、液面计、内部冷却（或加热）管、搅拌器等等。
此外，容器上还要安装必不可少的安全附件，常见的卧式容器的主要结构如图2.3.4所示：图 2.3.4 常见卧式容器的主要结构（1）筒体筒体是压力容器的最主要组成部分，储存物料或完成化学反应所需要的压力空间，大部分由它构成。
筒体的形状一般为圆柱形，随工作压力、温度、介质等条件不同而取不同的壁厚。
筒体除整体锻造式（用于高压）外，绝大多数都是由钢板卷焊而成。
因此焊接后的温度、气密性及焊缝质量指标要求十分严格，在制造或焊接修理时均需执行焊接规定和程序，并进行严格检验，不容许有任何疏忽大意，以保证筒体质量。
（2） 封头封头即容器的端盖。
根据几何形状的不同，封头可以分为半球形封 头、椭圆形封头、碟形和锥形封头等几种，如图2.3.5所示。
半球形封头是用数块弓形板成型压焊接而成的。
它不仅承受能力强，而成同样容积的各种封头以半球形封头最省材料。
但由于半球形封头曲率较大，成型比较困难，故其主要应用在大型球形贮罐上。
椭圆形封头是压力容器中应用最广的一种。
它是由半个椭圆球（多采用长轴为短轴的两倍的椭圆球）和直边（一个与半椭球 3 - 图 2.3.5几种常用封头示意图联成一整体的短圆筒）组成。
直边使封头与筒体的联接形成两个筒体的对接，使焊缝离开边缘应力较大的椭球边缘区域。
虽然直径较大的椭圆形封头也需要用多块拼接，但其成型加工较半球形封头容易。
碟形封头是较椭圆形头趋于扁平似碟状的封头。
它是由一个球面过渡圆弧（即折边）和直边构成。
这种封头由于其深度较浅故成型较容易。
但用力学分析，这种封头有明显的缺陷，而且各种材质和规格的椭圆形封头很容易买到或定做，因此目前很少采用碟形封头，绝大部分已被椭圆形封关代替。
锥形封头应用于化工生产工艺特殊需要的容器上，例如沉降器、分离器等等。
压力容器常见结构的设计计算方法
压力容器常见结构的设计计算方法压力容器是一种常用的装置，用于存储和运输高压流体或气体。
压力容器的设计计算是确保容器在设计压力范围内安全运行的关键步骤。
常见压力容器的设计计算方法主要包括材料选择、壁厚计算、接缝焊缝设计和支撑设计等。
首先，在压力容器的设计计算中，材料选择是非常重要的一步。
根据工作环境和储存介质的性质，应当选择适合的材料，如碳钢、不锈钢、镍合金等。
材料的选择应考虑到其机械性能（强度、韧性）、抗腐蚀性能和焊接性能等。
其次，壁厚计算是压力容器设计计算中的关键步骤。
根据设计压力、储存介质的性质、容器尺寸和形状等因素，可以采用ASMEVIII-1或其他相关设计规范进行壁厚计算。
壁厚计算要确保容器在设计压力下不会发生永久性塑性变形或失稳。
接着，接缝焊缝设计是压力容器设计计算中的另一个关键步骤。
焊缝是容器的弱点，其设计要考虑焊接工艺、焊缝质量要求和应力分布等。
根据相关规范，例如ASMEIX，应对焊缝进行强度计算和疲劳分析，以确保焊缝的可靠性和耐久性。
最后，支撑设计是压力容器设计计算中的重要环节。
支撑结构的设计要考虑到容器的重量、形状和运行条件等因素。
一般常见的支撑结构包括支座、支撑脚和支撑环等。
在设计计算中，应根据容器的重量和载荷进行支撑结构的强度计算和稳定性分析。
需要注意的是，良好的压力容器设计计算不仅要遵循相关规范和标准，还应考虑实际运行条件和安全要求。
因此，在进行设计计算之前，应对工作环境、储存介质的特性、容器的运行周期和压力变化等进行充分的分析和评估。
总之，压力容器的设计计算涉及多个方面，包括材料选择、壁厚计算、接缝焊缝设计和支撑设计等。
在进行设计计算时，需要遵循相关规范和标准，并结合实际情况和安全要求进行综合考虑，以确保设计的压力容器安全可靠地运行。
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。
压力容器结构
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（2）椭圆形封头——椭圆形封头是个半椭球体。它的纵剖 面是条半椭圆曲线。曲线的曲率半径连续变化，没有形状 突变处。直边段高度为h。因而封头的应力分布比较匀称， 受力状况比碟形封头优越。我国规定的标准椭圆形封头， 长径与高度之比为2.0。这样，封头和与它相连接的圆筒体 就可以采用相同的材料和相等的壁厚，组焊比较方便。近 期制造的锅炉与压力容器，大部分都采用椭圆形封头。
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裙座上须开孔： ① 排气孔 裙座顶部须开设Φ80~Φ100的排气孔，以排放 可能聚结在裙座与封头死区的有害气体。对于有人孔的矮 裙座或者顶部在封头拼接焊缝处开有缺口的可以不开设排 气孔。 ② 排液孔 裙座底部须开设80~100的排液孔，一般孔径 Φ50，中心高50mm的长圆孔。 ③ 人孔 裙座上须开设人孔，以方便检修；人孔一般为圆 形，当截面削弱受到限制或为方便拆卸塔底附件（如接管 等），可开长圆孔。 ④ 引出管通道孔 考虑到管子热膨胀，在支承筋与引出管 之间应保留一定间隙。
压力容器结构
压力容器定义
《特种设备安全监察条例》定义：
压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的 密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于 0.1MPa(表压)，且压力与容积的乘积大于或者等于 2.5MPa· L的气体、液化气体和最高工作温度高于或者 等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛 装公称工作压力大于或者等于0.2MPa(表压)，且压力 与容积的乘积大于或者等于1.0Mpa· L的气体、液化气 体和标准沸点等于或者低于60℃液体的气瓶；氧舱等。
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压力容器零部件
（4）球冠形封头——球冠形封头可用作 端封头，也可以用作容器中两独立受 压室的中间封头，由于封头为一球面 且无过渡区，在连接边缘有较大边缘 应力，要求封头与筒体联接处的T形 接头采用全焊透结构。 任何情况下，与球罐型封头连接 的圆筒厚度应不小于封头厚度。否则， 应在两者之间设加强段过渡连接。加 强段的厚度应与封头等厚。 （5）平盖——弯曲应力较大，在等厚度、同直径条件下， 平板内产生的最大弯曲应力是圆筒壁薄膜应力的20～30倍。 但结构简单，制造方便。压力容器上的人孔 、手孔，或者直 径较小的高压容器，一般采用平盖。
压力容器常见结构的设计计算方法
第三章 压力容器常见结构的设计计算方法常见结构的设计计算方法4.1 圆筒4.2 球壳 4.3 封头4.4 开孔与开孔补强 4.5 法兰4.6 检验中的强度校核4.1.1 内压圆筒 1）GB150中关于内压壳体的强度计算考虑的失效模式是结 构在一次加载下的塑性破坏，即弹性失效设计准则。
2）壁厚设计釆用材料力学解（中径公式）计算应力，利用第一强度理论作为控制。
轴向应力：环向应力：（取单位轴向长度的半个圆环）校核：σ1＝σθ，σ2＝σz ，σ1＝0 σθ≤[σ]t ·φ对应的极限压力：2）弹性力学解（拉美公式）讨论：1）主应力方向？应力分布规律？径向、环向应力非线形分布（内壁应力绝对值最大），轴向应力均布； 2）K 对应力分布的影响？越大分布越不均匀，说明材料的利用不充分； 例如，k ＝1.1时，R ＝1.1内外壁应力相差10%； K ＝1.3时，R ＝1.35内外壁应力相差35%； 4 常见结构的设计计算方法 962）弹性力学解（拉美公式）主应力：σ1＝σθ，σ2＝σz ，σ3＝σr 屈服条件：σⅠ＝σ1＝σθ＝σⅡ＝σ1－μ（σ2＋σ3）＝σⅢ＝σ1－σ3＝σⅣ＝3）GB150规定圆筒计算公式（中径公式）的使用范围为：p/[σ]·φ≤0.4（即≤1.5）4.1.2 外压圆筒1）GB150中关于外压壳体的计算所考虑的失效模式：弹性失效准则和失稳失效准则（结构在横向外压作用下的横向端面失去原来的圆形，或轴向载荷下的轴向截面规则变化）2）失稳临界压力的计算长圆筒的失稳临界压力（按Bresse公式）：长圆筒的失稳临界压力（按简化的Misse公式）：失稳临界压力可按以下通用公式表示：圆筒失稳时的环向应力和应变：定义——外压应变系数于是取稳定系数m＝3，有·应变系数A的物理意义－系数A是受外压筒体刚失稳时的环向应变，该系数仅与筒体的几何参数L、D。
、δe 有关，与材料性能无关·应力系数B的物理意义：与系数A之间反映了材料的应力和应变关系（应力），可将材料的δ－ε曲线沿σ轴乘以2/3而得到B－A曲线。
第二节 压力容器零部件 1.2.1 筒体和封头
管子的公称直径（通径）既不是管子的内径也不 是管子的外径，而是一个略小于外径的数值。
零部件的二个基本参数
公称压力（PN）
国家标准GB1048将管路元件的公称压力分为以 下十个等级：0.25MPa、0.6MPa、1.0Ma、 1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.30MPa、10.0MPa、 16.0MPa、25.0MPa 。
(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— —八角垫、椭圆垫
（a）全平面
（b）突面
（c）凹凸面
（d）榫槽面
（e）环连接面（梯形槽）
突出平面型压紧面
凹凸面法兰连接
榫槽面法兰连接
榫槽型密封面
梯形槽密封面
金属与金属的接触（Metal to metal）
中华人民共和国机械电子工业部 中华人民共和国化学工业部 中华人民共和国劳动部 中国石油化工总公司
JB4700－92 压力容器法兰分类与技术条件
适用范围：公称压力0.25~6.4MPa，工作温度-20~450℃ 分类：甲型平焊法兰，乙型平焊法兰，长颈对焊法兰 法兰、垫片、螺柱、螺母材料的匹配
容器法兰公称直径：指与法兰相配的筒体或封头的公称直径。
压力容器的公 称直径DN：
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
公称压力pN：一定温度和材料的法兰的最高工作压力。
容器法兰的公称压力是以16Mn在200℃时的最高操作压 力为依据制订的。
3）法兰的类型
压力容器常用重量计算
压力容器常用重量计算压力容器是一种能够承受压力的封闭结构，主要用于储存和运输液体或气体。
压力容器的设计和制造必须符合相关的国家或地区的标准和指南，以确保其安全可靠。
重量计算是压力容器设计和制造过程中的重要环节之一，下面将介绍压力容器常用重量计算的相关知识。
一、压力容器的组成部分和重量计算方法1.壳体：压力容器的壳体是由钢板焊接而成的圆筒形结构。
壳体的重量计算可以通过计算表面积和密度来进行。
一般情况下，壳体的厚度和直径会对其重量产生较大的影响。
2.封头：压力容器的封头是安装在容器两端的用于封闭容器的部分，常见的有球形封头、锥形封头和平面封头等。
封头的重量计算通常可以通过计算表面积和密度来进行。
3.支座：压力容器的支座用于支撑容器的重量，并将其传递给地面或基础。
支座的数量、形式和材料对容器的重量产生较大的影响。
4.泄压装置：压力容器通常需要安装泄压装置，以确保容器内部的压力不会超过预设值。
泄压装置的重量计算可以根据其材料和尺寸进行估算。
5.配件和附件：压力容器还需要安装一些配件和附件，如进出口管道、法兰、阀门、仪表等。
这些配件和附件的重量计算通常可以通过查阅相关的产品手册或标准来进行。
二、压力容器常用重量计算公式1.壳体重量计算公式：壳体重量=壳体表面积×单位表面积重量2.封头重量计算公式：封头重量=封头表面积×单位表面积重量3.支座重量计算公式：支座重量=支座数量×单个支座重量4.泄压装置重量计算公式：泄压装置重量=泄压装置重量系数×泄压装置材料重量5.配件和附件重量计算公式：配件和附件重量=配件和附件重量系数×配件和附件材料重量三、压力容器重量计算的注意事项1.在进行重量计算时，需要准确地测量容器的尺寸和厚度，以及配件和附件的尺寸和数量。
2.对于不同材料的容器部件，需要根据其材料密度来计算其重量。
3.重量计算中使用的公式和系数应符合相关的国家或地区标准和指南，以确保计算结果的准确性和可靠性。
第六讲压力容器常见结构型式及组成
第六讲压力容器常见结构型式及组成一、压力容器按其结构分类：有整体式和组合式两大类；整体形式又分为：整体煅造式、锻焊、单层卷焊、铸—煅—焊及电渣重熔等五种。
二、压力容器结构常见结构形式1、壳体式压力容器壳体式压力容器主要由筒体、封头、(或人孔)和进出口阀兰及安全附件组成。
常见的有各种储罐、缓冲罐、蒸煮锅等。
图1-3是某储罐示图。
图1-3是某储罐示意图1—封头2—筒体3、4—阀兰：6—支座 5—接管这种储罐的压力容器的主要受压部件有：封头、筒体、管口、阀兰、接管注意：支座不是受压部件；2、夹套式压力容器夹套式压力容器主要由筒体、封头、(或人孔)夹层和进出口阀兰及安全附件组成。
主要用于热源(或制冷)不能直接接触物料，而需要在一定的温度下密闭反应的场合。
在夹层中，主要通以蒸汽或热水加热，或通以冷水降温，达到工艺要求。
常见的有敞口式夹层蒸煮锅、搪瓷反应锅、提取罐等。
2、夹套式压力容器夹套式压力容器主要由筒体、封头、(或人孔)夹层和进出口阀兰及安全附件组成。
主要用于热源(或制冷)不能直接接触物料，而需要在一定的温度下密闭反应的场合。
在夹层中，主要通以蒸汽或热水加热，或通以冷水降温，达到工艺要求。
常见的有敞口式夹层蒸煮锅、搪瓷反应锅、提取罐等。
图1-4夹套式压力容器1—电机减速器、2—机座、3—主螺栓、4—主螺母、5—容器法兰 6—支座、7—转轴、8—搅拌浆、9—锥底、10—锥形夹套3、管式压力容器管式压力容器主要是在筒体内布置很多的并排的管子，再用管板连接起来，以达到管内物料不直接接触管外容器内的物料，而这两种物料的热量相互传递的目的。
这种交换热源的方式比夹层容器的传热效率高，但结构复杂、制造困难、造价较高。
图1—5某U型管换热器这种压力容器的受压部件为：封头、筒体、管口、阀兰、管板、热交换管。
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。
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。
压力容器常用1
MPa 1.4℃197mm 484Mpa 94.48mm 6mm 100mm 106Mpa 1.88Mpa
235mm 22mm 12mm 0.8mm 1有效厚度δe=δn-C=20.2mm
当筋板厚度δ1与高度h之比为1/5时，筋板的计算厚度
筋板有效厚度δ1e=δ1n-C=9.2
mm 3.571749mm 191.1912mm 3
3.筋板厚度的估算
设作用于平盖上的载荷由筋板承受其一半，则筋板的截面系数计算厚度9.819473mm 2.径向筋板加强的圆形平板盖厚度计算
图20-3中当量圆直径161.3333mm 1.当量圆的计算计算筋板名义厚度 δ1n
钢板负偏差 C1
腐蚀裕量 C2
二、平盖计算
中心轴直径 D1=
试验压力 Pt=
试验温度下的屈服强度бs 平盖名义厚度 δn
径向筋板加强的圆形平板盖结构及厚度计算
以下各部分计算内容系根据HG20582-98《钢制化工容器强度计算规定》进行设计计算。
一、数据输入
设计压力 P c
设计温度 T c
壳体内径 D i
许用应力 [б]t =
筋板数 n=
筋板高 h=
=+=
)
/sin(1)/sin(n n Di d ππ==t P d ]
[5.0σδ==t n Pc D W ][065.0310σ=
=30162.0W δ。
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压力容器零部件的结构和计算
•球壳的厚度计算
•1、球壳中径公式适用范围
• 当内压和内直径相同 时，球壳的壁厚约为圆筒
的一半，消耗钢材最少。
•另外球形容器占地面积
•2、球壳的应力校核公式为
小，其表面积也最小，相 应带来的保温等费用也少，
因此球形容器在石油、化
工、冶金、国防等工业中
•3、圆筒的应力校核公式为
• 分析设计可应用于承受各 种载荷、任意结形式的压 力容器设计，克服了常规设 计的不足
压力容器零部件的结构和计算
•2． 压力容器失效形式
•1、失效的概念
• 压力容器因机械载荷或温度载荷过高而
丧失正常工作能力。
•2、压力容器及过程设备的失效形式
•强度失效
•失稳失效
•刚度失效
•泄漏失效
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压力容器零部件的结构和计算
•例2 一个内压球壳，设计压力p＝0.86MPa，设计温度t＝70 ℃，球壳内径Di＝12300mm，焊缝采用双面对焊，100%无 损探伤；C2=1.5mm,球壳材料20R 设计球壳厚度.
• 解:C2=1.5mm.Φ=1.00
• 筒体材料 20R 插GB150
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压力容器零部件的结构和计算
•圆筒的厚度计算
•圆筒中径公式适用范围
•K≤1.5，等价于Pc≤0.4[σ]tφ
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压力容器零部件的结构和计算
圆筒的设计
1）应力状况：两向薄膜应力、环向应力为轴向应力的两 倍。
2）壁厚计算公式：
符号说明见GB 150。称中径公式：适用范围，K≤1.5，等 价于Pc≤0.4[σ]tφ
椭圆形封头
•K =
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压力容器零部件的结构和计算
•碟形封头
•1、强度计算
•M为应力增强系数
•2、理论依据
•受力、变形特征，应力分布，稳定，控制条件与椭封相 似，
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压力容器零部件的结构和计算
•锥形封头
•无折边锥形封头和折边锥形封头
•在导出基本公式时利 用内压薄膜应力作为 强度判据中的基本应 力，而把因不连续效 应产生的应力增强影 响以应力增强系数的 形式引入厚度计算公 式。应力增强系数由 有力矩理论解析导出， 并辅以实验修正。
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压力容器零部件的结构和计算
• 解:工作介质对碳钢、低合金钢有轻微腐
蚀,C2=0.1x20=2mm. • 焊缝采用双面对焊，局部无损探伤 Φ=0.85 • 筒体材料 Q235-B 插GB150 =113MPa • 计算厚度按
• 设计
厚度
• 钢材厚度负偏
• 差名义
• 检厚度 查:
• 没变化,故名义厚 度
• 常规设计：
• 它以薄膜应力分析和弹性 失效设计准则为基础进行压 力容器的强度设计，在开孔 接管等局部应力较复杂的部 位采用经验设计的方法进行 处理。
• 只考虑单一载荷，不考虑 交变载荷、容器的疲劳寿命。
• 目前各国压力容器设计中 仍大量采用常规设计的方法
•
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• 分析设计：
• 必须先进行详细的应力 分析，即通过解析法或数值 方法，将各种外载荷或变形 约束产生的应力分别计算出 来，然后进行应力分类，再 按不同的设计准则来限制， 保证容器在使用期内不发生 各种形式的失效。
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压力容器零部件的结构和计算
•无折边锥形封头
•当锥壳半顶角
时，可以采用无折边结构
•最大薄膜应力发生在大 端
•，
•由第一强度理论，并取 •用 •取代，则其计算厚度表达式如下
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压力容器零部件的结构和计算
•无折边锥形封头
•，
•非圆滑过 渡，产生 边缘剪力 和边缘弯
•三 向 应 力 状 态
•二向应力状态
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压力容器零部件的结构和计算
•截面法
•
s
•
j
•薄壳圆筒的应力
•轴向外力
t
•y
sq
•Di
•p
•p
•x
sj
s
q
•轴向内力 •(a)
•(b)
•图 薄壁圆筒在压力作用下的力平衡
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压力容器零部件的结构和计算
•2.2.1 薄壳圆筒的应力（续）
压力容器零部件的结构 和计算
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2020/11/14
压力容器零部件的结构和计算
本次课程主要内容
1、压力容器设计方法 2、压力容器失效形式 3、强度判据和强度理论 4、圆筒的厚度计算 5、封头的厚度计算 6、压力容器开孔及补强设计
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压力容器零部件的结构和计算
•1.压力容器设计方法
3）公式来由：内压圆筒壁厚计算公式是从圆筒与内压的 静力平衡条件得出的。
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压力容器零部件的结构和计算
•几个厚度之间关 系•1、计算厚度
•2、设计厚度 •3、名义厚度 •4、有效厚度
•圆整量， •(C1为钢材厚度负偏差)
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压力容器零部件的结构和计算
•例题1
•例1 一个内压圆筒，设计压力p＝0.8MPa，设计温度t＝100 ℃， •圆筒内径Di＝1000mm，焊缝采用双面对焊，局部无损探伤； •工作介质对碳钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率为 •Ka＜0.1mm／y，设计受命B＝20y，试在Q235-B、16MnR两种 •料中选用两种作筒体材料，并分别确定两种材料下简体壁厚各 •为多少，由计算结果讨论选择哪种材料更省料。
• 以壳体主体的基本薄膜应力不超过材料的许用应
力值；而对于因总体结构不连续的附加应力，以应力 增强系数的形式引入壁厚计算公式。
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压力容器零部件的结构和计算
•3.第一强度理论（最大主应力理论）
• 材料无论在什么状态下，当三个主应力中 •有一个在简单拉伸或压缩时发生的破坏的数值 •时，材料便认为是已经破坏了。
•=
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•周向应力或环向应力
•经向应力或轴向应力
压力容器零部件的结构和计算
•圆筒的厚度计算
• 容器圆筒承受均匀内压 作用时，其器壁中产 生如下薄膜应力(设圆筒的平均直径为D,壁厚为 )
•第一强度理论
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压力容器零部件的结构和计算
•圆筒的厚度计算
•圆筒中径公式适用范围
•K≤1.5，等价于Pc≤0.4[σ]tφ
•典型的 •薄壁圆筒
•图 薄壁圆筒在内压作用下的应力
•周向应力或环向应力σθ
•经向应力或轴向应力σφ
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压力容器零部件的结构和计算
•薄壳圆筒的应力（续）
•B点受力分析
•B点
•内 压 P
•轴向：经向应力或轴向应力σφ •圆周的切线方向：周向应力或环向应力σθ •壁厚方向：径向应力σr
•σθ 、σφ ＞＞σr
•2、刚度失效
• 由于构件过度的弹性变形引起的失效，称为刚度失效。
•例如，露天立置的塔在风载荷作用下，若发生过大的
•弯曲变形，会破坏塔的正常工作或塔体受到过大的弯
•曲应力。 PPT文档演模板
压力容器零部件的结构和计算
•2． 压力容器失效形式
•3、失稳失效
• 在压应力作用下，压力容器突然失去其原 有的规则几何形状引起的失效称为失稳失效
平板封头
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压力容器零部件的结构和计算
•封头的设 •计1、受均匀内压封头的强度计算需要考虑因素
• 由于封头和圆筒形器身相连接，所以不仅需 要考虑封头本身因内压引起的薄膜应力，还要考 虑与筒身连接处的不连续应力。
•2、受均匀内压封头的强度计算需要考虑因素
• 连接处总应力的大小与封头的几何形状和尺 寸，封头与筒身壁厚的比值大小有关。
•轴 向 平
•=
•=
衡
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压力容器零部件的结构和计算
•2.2.1 薄壳圆筒的应力（续）
•截面法
•
s
•
j
•作用y截面x方向内力 •y
t
sq
•Di
•p
•p
•x
sj
s
q
•(a)
•(b)
•半圆环上外力
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压力容器零部件的结构和计算
•2.2.1 薄壳圆筒的应力（续）
•周 向 平 衡
•设置直变边段的目的是避免在封头和圆筒形壳 体相交的这以结构不连续处出现焊缝，从而避免 焊缝边缘应力的问题。
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压力容器零部件的结构和计算
椭圆形封头
•最大拉应力在顶点
•赤道
•经向应力：最大应力在顶点。
•环向应力：最大拉应力在顶点， •变形特征：趋圆
•
最大压应力在底边
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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
•2． 压力容器失效形式
•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。容器中某最大应力点超过屈服 点后就会出现不可恢复的变形。随着载荷的增 大，容器的朔性区不断扩大，当载荷大到某一 极限时，朔性区就会扩展到一定的一定范围， 容器便会失去了承载能力。
得以广泛应用，如用以储 存乙烯、液氢、氧气、液
化石油气、天然气等。
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压力容器零部件的结构和计算
受压元件球壳设计
1）应力状况：各向薄膜应力相等 2）厚度计算式：
称中径公式，适用范围pc≤0.6[σ]等价于K≤1.353
3）公式来由：同圆筒轴向应力作用情况 4）计算应力的意义： 一次总体、薄膜应力（环向、经向）控制值：[σ] 。