高压容器的设计
压力容器设计有哪些要求
压力容器设计有哪些要求安全可靠为保证过程设备安全可靠地运行，压力容器应具有足够的能力来承受设计寿命内可能遇到的各种载荷。
因此要求用于制作压力容器的材料强度高、韧性好，材料与介质相容，压力容器的结构有足够的刚度和抗失稳能力，密封性能好。
强度、刚度、韧性和密封性是影响过程设备安全可靠性的主要因素。
强度是压力容器在载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力。
压力容器设计时，一般根据不同的强度破坏方式，将应力或与应力有关的参量限制在许用值以内，以满足强度要求。
例如，气体储罐不应在介质压力下鼓胀变形或破裂。
屈服强度和抗拉强度是钢材常用的强度判据。
在相同设计条件下，提高材料强度，就可以增大许用应力，减薄过程设备的壁厚，减轻重量，简化制造、安装、运输和安装，从而降低成本，提高综合经济性。
对于大型压力容器，采用高强度材料的效果尤为显著。
但也不能过分强调材料的高强度，因为高强度材料往往制造加工困难。
刚度是压力容器在载荷作用下保持原有形状的能力。
刚度不足是压力容器过度变形、失稳和泄漏的主要原因之一。
例如，螺栓、法兰和垫片组成的连接结构，若法兰因刚度不足而发生过度变形，将导致密封失效而泄漏；在真空下工作和承受外压的容器，若壳体刚度不够，将引起失稳破坏。
因此，容器设备应有足够的刚度。
韧性是指材料断裂前吸收变形能量的能力。
由于原材料、制造（特别是焊接）和使用（如疲劳、应力腐蚀）等方面的原因，容器常带有各种各样的缺陷，如裂纹、气孔、夹渣等。
研究表明，并不是所有缺陷都会危及容器设备的安全运行，只有当缺陷尺寸达到某一临界尺寸时，才会发生快速扩展而导致容器破坏。
临界尺寸与缺陷所在处的应力水平、材料韧性以及缺陷的大小、形状和方向有关，它随着材料韧性的提高面增大。
材料韧性越好，临界尺寸越大，容器设备对缺陷就越不敏感；反之，在载荷作用下，很小的缺陷就有可能快速扩展而导致容器设备失效。
密封性是指压力容器防止介质泄漏的能力。
压力容器的泄漏可分为内泄漏和外泄漏。
第六章 高压厚壁容器
第六章高压厚壁容器第一节厚壁容器设计理论及结构【学习目标】掌握高压容器设计理论及壁厚计算公式，了解多层包扎压力容器、热套压力容器等多层厚壁圆筒结构。
一、厚壁容器设计理论高压容器（10MPa≤P＜100MPa）又称为厚壁容器，δ/D＞0.1或K=D0/D i＞1.2。
厚壁容器由于径向应力较大，不能忽略，因此筒壁处于三向应力状态。
在三向应力中，除经向应力仍可视为沿壁厚均匀分布外，径向应力和环向应力并不沿壁厚均匀分布，最大当量应力发生在容器的内壁上。
1、厚壁容器的失效准则（1）弹性失效准则这种观点认为，器壁上应力最大处（内壁）的应力达到屈服极限后，容器便失去正常的工作能力，亦即失效，这种失效称之为弹性失效。
厚壁容器内壁屈服后，可能会在局部应力较大处出现微裂纹，并且在各种因素作用之下，可能会使裂纹进一步扩展，最终导致破坏。
弹性失效准则被许多国家采用，我国的GB150《压力容器》标准也是依据了这一准则。
（2）塑性失效准则这种观点认为，器壁上应力最大处的材料进入屈服阶段，并不导致整个容器的破坏，因为容器都是用具有一定塑性及韧性的材料制成的，内壁处的材料虽然屈服了，但在它外面的材料仍处于弹性状态，故屈服了的材料想进一步发生塑性变形，便要受到仍处于弹性状态的外层材料的约束。
只有当压力逐渐增加，塑性区不断扩展，直至容器的整个截面从里到外都达到屈服，才失去正常的工作能力。
这种失效称之为塑性失效。
（3）爆破失效准则这种观点认为，厚壁容器的壁很厚，材料的塑性又较好，它不会一达到整体屈服就发生破坏，它有明显的应变硬化现象，只有当容器承受的压力继续增大时，器壁中的应力和应变才会继续增加，直至压力增大到爆破压力，容器发生爆破，才能算真正失效。
2、厚壁容器弹性设计理论弹性设计理论下厚壁容器三向应力计算公式见表6-1。
在材料力学中，三个主应力按一定的顺序排列，即σ1＞σ2＞σ3，对应厚壁圆筒的三向应力为σt＞σx＞σr。
在弹性失效准则下，有四个不同的弹性强度理论，见表6-2。
《压力容器设计》课程教学大纲
《压力容器设计》课程教学大纲课程名称：压力容器设计课程编号：1010540020 课程类别：必修英文名称：Pressure Vessel Design学分/学时：2学分/32学时开课学期：春季学期适用专业：过程装备与控制工程、安全工程及相关专业先修课程：理论力学、材料力学、机械工程材料后续课程：弹性力学与有限元、压力容器分析设计开课单位：化工机械与安全学院任课教师：王泽武一、课程说明《压力容器设计》是过程装备与控制工程专业一门重要的专业基础课，也是专业必修的核心主干课程。
《压力容器设计》是讲授压力容器薄壳结构应力分析与强度计算的课程，旨在让学生掌握失效形式、设计准则和规范设计方法，学会立足于材料的物理化学行为、过程与制造工艺、质量保证与安全等方面对压力容器进行强度、刚度、稳定性计算和结构设计，理解相关标准对压力容器不同部位结构设计的基本要求，具有综合运用所学知识解决复杂结构压力容器工程设计的能力。
二、课程目标1. 本课程支撑的毕业要求本课程主要支撑的毕业要求为：1.4利用过程装备、流体机械、控制工程等专业知识，掌握解决工程问题的基本思路和方法，具备综合应用所学知识解决复杂工程问题的能力。
2.3具备综合应用数学、自然科学和工程科学基本原理分析复杂工程问题，并获取有效结论的能力。
3.1理解过程装备设计、制造、检验与监管领域国际和国内相关的技术规范、标准以及管理条例，具备依照标准与规范设计元件、系统或流程以满足需求的能力。
5.1利用CAD、CFD、CAE等现代工程工具和信息技术分析、模拟及设计元件、系统及流程，对过程装备与控制系统进行模拟和预测，并能够理解其局限性。
2. 本课程拟达到的特定教学目标(1)要求学生能够通过课程学习，具备综合应用所学的筒体、封头、法兰、开孔补强等计算方法，解决压力容器复杂结构的工程计算和设计问题；(2)要求学生能够辨识压力容器结构力学行为的核心特征，掌握薄膜应力基本理论和工程计算方法；(3)要求学生了解当前国内外压力容器发展状况、未来趋势和关键科学问题，具有国际化视野的竞争和合作能力；(4)要求学生熟悉国内外压力容器主流设计规范和关键标准，能够在法规和标准的框架下开展压力容器设计工作；(5)要求学生能够通过CAD、CAE及“资源共享课”、“慕课”等网络教学内容，进行计算机与信息技术学习，提升终身学习能力的培养。
超高压容器的密封设计
超高压容器的密封设计超高压容器的密封结构是超高压设备的一个重要组成部分，超高压容器能否正常运行在很大程度上取决于密封结构的完善性。
近年来，随着化工、石油化工、核能、电力等工业的飞速发展，对超高压容器的密封结构提出了更多、更新的要求，如超高压容器的大型化，要求密封直径越来越大；容器开启频繁，要求结构轻巧、装拆方便；容器内往往是易燃易爆介质，要求密封可靠等，这同时促进了超高压容器密封技术的发展。
大多数超高压容器的操作条件都很复杂，除了压力极高外，压力、温度的波动，都会给密封设计带来困难。
进行超高压密封设计时应考虑以下因素：①操作压力、温度的波动及其变化；②容器的几何尺寸及操作空间的限制；③容器接触介质对材质的要求。
超高压密封结构的优劣主要依据以下几方面来衡量：①在正常操作压力和温度波动的情况下都能保证良好的密封；②结构简单，加工制造以及装拆检修方便；③结构紧凑、轻巧，元件少，占有高压空间少；④能重复使用。
本章将介绍常用的超高压密封结构及其设计方法。
第一节“B”形环密封一、结构与特点[1]“B”形环密封是一种自紧径向密封，它依靠“B”形环波峰和筒体、顶盖上密封槽之间的径向过盈来产生初始密封比压，以达到密封，如图6.1所示。
当内压作用后，“B”形环向外扩张，工作密封比压增加。
128123图6.1 “B”形环密封的局部结构1.平盖或封头；2.“B”形环；3.筒体端部“B”形环密封的主要特点为：①因有径向自紧作用，故对连接结构的刚度要求较低，即使顶盖在内压作用下轴向有较大位移时，也能保证密封，因此能适用于温度和压力波动较大的场合；②压力越高、直径越大，密封性能越好；③结构简单，装拆方便；④加工精度和表面粗糙度要求高，“B”形环和筒体、顶盖上密封槽接触表面的粗糙度应控制在0.8μm以内；⑤装拆要求仔细谨慎，防止擦伤密封面而影响密封性能，故重复使用性能差。
对“B”形环的材料没有特殊的要求，常用材料为20、25号钢，当设计压力较高，筒体材质选用高强度钢时，也可选用35，45号钢。
浅谈高压容器设计
(2)所有受压元件焊接接头采用全截面焊透型式，焊缝表面 不得存在咬边，所有内伸接管断面应打磨圆角。
2.3 无损检测要求 (1)容器中的 A、B 类焊接接头应进行 100%射线检测，符合
文献[4]II 级合格。 (2)容器中的 B 类焊接接头应进行 20%超声检测复验，符合
T713-2014《锅炉和压力容器钢板》的规定和要求，锻件需符合 NB/T47008-2017《承压设备用碳素钢和低合金钢锻件》的规定 和要求。钢板和锻件应正火状态供货，接管锻件还有符合 III 级 要求。
(2)受压元件用钢板按照标准要求应逐张进行超声检测，方 法按 NB/T47013.2-2015 的中的具体要求规定执行，合格等级不 低于 II 级。 2.2 焊接要求
考虑： (1)所选材料应具有良好的机械性能，诸如塑韧性好，强度
高，能够具备良好的制造加工工艺性能。 (2)所选材料应具有优良的耐腐蚀性能，诸如材料能够承受
高的耐介质腐蚀的性能，除了不直接影响其使用寿命外，同时 也不影响设备质量。
(3)除此之外，所选材料还应考虑节约材料成本和易于采 购，以便降低总的设备投资，保证良好的材料的来源及供应。
文献[4]II 级合格。 (3)容器中 D 类焊接接头表面用进行 100%磁粉检测，符合
文献[4]I 级合格。 2.4 热处理要求
设备制造完毕并检测合格后应进行整体消除应力热处理，
热处理前应将所有与设备相焊的连接件（包括铭牌支架等）焊
于设备上，热处理后不得再在受压元件上进行施焊作业。
3 结语
设计和制造高压容器要考虑工艺性和经济性，为了设计出
设备管理
浅谈高压容器设计
第五章高压容器设计
周向应力
pi Ri2 po Ro2 Ro2 Ri2
pi po Ri2 Ro2 Ro2 Ri2
1
r
2
径向应力
r
pi Ri2 po Ro2 Ro2 Ri2
pi po Ri2 Ro2 Ro2 Ri2
1
r
2
轴向应力
z
pi Ri2 po Ro2 Ro2 Ri2
二、厚壁圆筒的弹性应力分析
（二）单层厚壁圆筒中的温差应力
1.温差应力方程
物理方程：
r
一、高压容器的应用 二、高压容器的结构特点 三、高压容器的材料
Байду номын сангаас
一、高压容器的应用
军事工业：炮筒、核动力装置 化学和石油化工：合成氨、合成甲醇、合成尿素、 油类加氢等合成反应的高压反器、高压缓冲与贮存 容器。 电力工业：核反应堆，水压机的蓄力器 发展现状：直径4.5米，壁厚280毫米，重约1000吨, 压力2000MPa
二、厚壁圆筒的弹性应力分析
厚壁容器承受压力载荷作用时产生的应力 具有如下特点： • 考虑作经向、周向和径向三向应力分析 • 沿壁厚出现应力梯度，薄膜假设不成立 • 不能忽视温差应力
二、厚壁圆筒的弹性应力分析
（一）受内压单层厚壁圆筒中的弹性应力
d
p1
p2
几何方程
厚壁圆筒的应力与变形分析
r dr
w +dw
一、结构设计及设计选型
四）绕带式
对原材料要求一般 材料利用率 也相当高 缠绕机简单 制造方便 成本低
一、结构设计及设计选型
（五）设计选型原则
需综合原材料来源，配套的焊条焊丝、制造厂 所具备的设备条件和工夹具条件，以及对特殊 材料焊接能力、热处理要求及工厂装备条件等 等，作充分调查论证后才能做到选型正确，确 有把握。
高压容器的结构设计与安全分析
高压容器的结构设计与安全分析概述：高压容器在现代工业中被广泛应用，它是将气体或液体储存和输送的重要设备。
但是，由于高压容器内部压力极高，一旦设计不合理或使用不当，可能导致严重事故和人身伤害。
因此，高压容器的结构设计和安全分析至关重要。
一、高压容器的结构设计1. 材料选择：高压容器的材料选择是关键因素之一。
通常，常见的材料有碳钢、不锈钢、铝合金等。
选择合适的材料应考虑容器的工作压力、工作温度以及媒体的性质。
2. 结构设计：高压容器的结构设计需要考虑容器的稳定性和可靠性。
一般来说，容器应具备足够的强度和刚度，以抵抗内部压力的作用。
此外，需要考虑容器的气密性和密封性，以防止泄漏事故的发生。
3. 强度计算：在高压容器的结构设计中，强度计算是至关重要的一步。
通过材料的力学性能和所受载荷的预估，可以计算容器的最大工作压力和最大受力区域，从而保证容器在工作过程中不会发生破裂或变形。
二、高压容器的安全分析1. 压力测试：在高压容器的设计后，需要进行压力测试来验证容器的安全性。
通过加压到一定水平，观察容器是否存在泄漏现象以及容器结构是否有异常，从而检测容器的强度和密封性。
2. 安全阀的设置：安全阀是高压容器的重要安全装置。
它能在容器内部压力超过设定值时自动开启，释放压力并确保容器不会超负荷工作。
安全阀的设置需要根据容器的工作条件和压力范围进行科学计算，确保安全阀能在危险情况下正常工作。
3. 容器材料的耐腐蚀性：容器所存储的介质可能具有腐蚀性，因此容器材料的耐腐蚀性是安全分析的重要考虑因素之一。
选择耐腐蚀材料或在容器内壁进行特殊涂层处理，能够有效延长高压容器的使用寿命并降低事故风险。
4. 温度控制：高压容器在使用过程中，会因内部介质的温度变化而发生热胀冷缩。
因此，在安全分析中需要考虑容器的温度控制和热膨胀补偿。
合理的温度控制能够避免容器热胀冷缩过程中产生的应力过大，从而保证容器安全可靠地运行。
结论：高压容器的结构设计和安全分析是确保工业生产安全的重要环节。
高压容器的设计
高压容器的设计高压容器（High-Pressure Vessel）是一种用于储存和携带高压气体、液体或混合物的装置。
其设计必须考虑各种因素，以确保其安全可靠地承受高压环境。
首先，在高压容器的设计中需要考虑其材质的选择。
常见的高压容器材料包括碳钢、不锈钢、合金钢等。
材料的选择应根据所需承受压力、储存介质的性质、温度等因素，以确保材料的硬度、耐腐蚀性能以及承受能力。
其次，在高压容器设计中，需要考虑到容器的结构和形状。
一般常见的高压容器形状有球形、圆柱形、圆锥形等。
结构设计中应考虑到容器壁厚度的合理选择，以及容器的保温和防护措施，以避免外界环境对容器的影响。
第三，对于高压容器的密封性要求非常严格。
容器的密封设计应确保高压容器内部介质不泄漏到外部环境中，同时也要防止外界空气、水分等进入到容器内部。
常见的密封方式有螺纹连接、焊接、橡胶密封等。
密封结构的设计应与容器材质和形状相适应，以确保高压容器的可靠密封。
最后，高压容器的安全阀和压力传感器等安全装置也是必不可少的。
安全阀可以在内压超过其预设值时自动释放压力，以保护容器不会超过其耐受能力。
而压力传感器可以实时监测容器内部压力，提供相关警示信息，以及保持容器内压力在安全范围内。
综上所述，高压容器的设计需要综合考虑材质选择、结构形状、密封性要求以及安全装置等多个因素。
只有在这些方面都得到合理的设计和实施时，高压容器才能安全可靠地储存和携带高压介质，确保生产和生活环境的安全。
高压容器作为储存和携带高压气体、液体或混合物的装置，其设计和制造必须经过严格的考虑和测试，以确保其安全可靠性。
下面将进一步探讨高压容器设计的相关内容。
首先，高压容器的设计必须满足所需承受的压力。
容器内部的压力是设计过程中最重要的考虑因素之一。
为了确定所需的容器尺寸和结构，需要考虑受力分析、应力分析和挠度分析等。
这些分析可以帮助确定合适的材料、壁厚和结构形式，以确保容器能够承受预期的压力。
其次，在设计高压容器时还需要考虑储存介质的性质。
压力容器-高压容器设计课件
热处理过程中应严格控制加热速度、保温时间、冷却速度等参数，以确保热处理效果和效率。
热处理工艺
无损检测工艺是高压容器制造中的必要环节，用于检测容器的缺陷和损伤。
无损检测前应对容器进行预处理，如清洁、干燥等，以确保检测质量和效率。
焊接前应对材料进行预处理，如清洁、除锈、切割等，以确保焊接质量。
焊接过程中应严格控制焊接参数，如电流、电压、焊接速度等，以确保焊接质量和效率。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
焊接工艺
热处理工艺是高压容器制造中的重要环节，涉及到材料的性能和容器的稳定性。
热处理前应对材料进行预处理，如切割、矫形等，以确保热处理质量和效率。
04
一旦发生高压容器事故，应迅速启动应急预案，采取有效措施控制事故扩大，并按照相关规定及时报告。
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案例分析
某化工厂高压容器在生产过程中发生爆炸，造成严重的人员伤亡和财产损失。
事故描述
容器超压运行，安全阀失效；设备维护不当，存在严重腐蚀和损伤；操作人员失误，未及时发现异常。
原因分析
加强设备维护和检查，确保安全附件完好；严格控制工艺参数，防止超压；加强员工培训，提高操作技能和安全意识。
要点一
要点二
详细描述
压力容器是一种用于存储液体或气体的密闭设备，其设计必须能够承受内部压力，并保证安全可靠地运行。根据不同的压力和用途，压力容器有多种分类方式。按照压力等级，可以分为低压容器（0.1MPa≤p<1.6MPa）、中压容器（1.6MPa≤p<10MPa）、高压容器（10MPa≤p<100MPa）和超高压容器（p≥100MPa）等。此外，根据用途和结构特点，压力容器还可以分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器和储存压力容器等。
压力容器设计规范
压力容器的安全附件
06
安全附件的种类和作用
压力表：用于监测容器内的 压力，保证容器在正常压力 范围内运行
安全阀：用于控制容器内的 压力，防止容器超压
温度计：用于监测容器内的 温度，保证容器内的温度在
规定范围内
安全泄放装置：用于在容器 超压时自动泄放压力，保护
安全附件的种类： 包括安全阀、爆破 片、压力表等
安装要求：按照设 计规范进行安装， 确保附件与容器连 接牢固、密封良好
使用要求：定期检 查附件的工作状态 ，确保其正常工作 ；在使用过程中应 避免超压操作
维护保养：按照规 定进行维护保养， 及时更换损坏的附 件
压力容器的制造和检验
07
制造工艺要求和质量控制
按使用介质分： 液化气体类、易 燃易爆气体类、 毒性介质类、腐 蚀性介质类等
按用途分：反应 压力容器、换热 压力容器、分离 压力容器、储存 压力容器等
按结构分：立式 、卧式、球形等
压力容器的使用条件
工作压力：容 器在正常工作
时的压力
工作温度：容 器在正常工作 时所承受的温
度
介质：容器内 所盛装的物质
材料的焊接性能和热处理要求
焊接性能：压力容器材料应具有良好的焊接性能，以确保容器的 制造质量和安全性。
热处理要求：对于某些特殊材料，需要进行热处理以改善其力学 性能和焊接性能，进一步提高压力容器的可靠性和安全性。
压力容器的设计计算
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强度计算的基本原理和方法
强度计算的目的： 确定压力容器能够 承受的压力和保证 安全运行
安全附件设计要求
安全阀：能够自动泄压，防止容器超压 压力表：能够实时显示容器内压力，便于操作人员监控 爆破片：能够在容器超压时破裂，泄放压力，保护容器安全 紧急切断装置：能够在紧急情况下迅速切断气源，防止事故扩大
高压容器的结构特点及设计制造问题研究
高压容器的结构特点及设计制造问题研究黄婧包世成冯超孙晓超徐丰郭永胜摘要：随着我国经济的发展，对石油的需求越来越多。
高压容器设备在石油行业的生产中占有十分重要的地位，在很多石油石化企业中被广泛使用。
高压容器的主要特点是其能够承受巨大压力，同时也能够在恶劣的环境中使用。
同时，高压容器能适用于高温、易爆且环境中具有强腐蚀性的介质中。
基于此，文章针对高压容器的结构特点与设计特点，对其参数化模型与数据进行分析，同时对其制造要点进行归纳总结，从而为高压容器在实际工程中的应用提供一定的参考。
关键词：高压容器;结构特点;设计要点;模型;制造要点TQ051.3 文献标志码：A ：2095-2945（2019）15-0091-02Abstract： With the development of China's economy， there is more and more demand for oil. High pressure vessel equipment plays a very important role inthe production of petroleum industry and is widely used in many petroleum and petrochemical enterprises. The main characteristic of high pressure vessel isthat it can withstand great pressure， but also can be used in harsh environment. At the same time， high pressure vessels can be applied to high temperature，explosive and highly corrosive media in the environment. based on this，according to the structural and design characteristics of high-pressurevessels， this paper analyzes its parametric model and data， and summarizes the key points of its manufacture， so as to provide a certain reference for the application of high-pressure vessels in practical engineering.Keywords： high pressure vessel; structural characteristics; key points of design; model; key points of manufacture引言随着我国石油化工的高速发展，生产石油过程中用到的装置逐渐大型化，在恶劣环境中对高压容器装置的使用频率越来越高，对高压容器的设计也提出了新的要求。
压力容器设计类别、级别划分
压力容器设计类别、级别的划分第一章总则第一条为了加强对压力容器压力管道设计单位的质量监督和安全监察，确保压力容器压力管道的设计质量，根据《锅炉压力容器安全监察暂行条例》及《压力管道安全管理与监察规定》的有关规定和国务院赋予国家质量监督检验检疫总局（以下简称国家质检总局）的职能，特制定本规则。
第二条从事压力容器压力管道设计的单位（以下简称设计单位），必须具有相应级别的设计资格，取得《压力容器压力管道设计许可证》（以下简称《设计许可证》，见附一）。
第三条设计类别、级别的划分:一、压力容器设计类别、级别的划分：（一） A 类：1、A1 级系指超高压容器、高压容器（结构形式主要包括单层、无缝、锻焊、多层包扎、绕带、热套、绕板等）；2、A2 级系指第三类低、中压容器；3、A3 级系指球形储罐；4、A4 级系指非金属压力容器。
（二） C 类：1、C1 级系指铁路罐车；2、C2 级系指汽车罐车或长管拖车；3、C3 级系指罐式集装箱。
（三）D 类:1、D1 级系指第一类压力容器；2、D2 级系指第二类低、中压容器。
（四）SAD 类系指压力容器分析设计。
压力容器设计类别、级别、品种范围划分详见附二。
二、压力管道设计类别、级别的划分：（一）长输管道为GA 类，级别划分为：(1)输送有毒、可燃、易爆气体介质，设计压力P 〉1.6Mpa 的管道；(2)输送有毒、可燃、易爆液体介质，输送距离(指产地、储存库、用户间的用于输送商品介质管道的直接距离) >200km且管道公称直径DN >300mm的管道；(3)输送桨体介质，输送距离 > 50km且管道公称直径DN> 150mm的管道；2、符合下列条件之一的长输管道为GA2 级：(1)输送有毒、可燃、易爆气体介质，设计压力PW 1.6Mpa的管道；( 2) GA1 ( 2)范围以外的管道；( 3) GA1 ( 3)范围以外的管道。
(二)公用管道为GB 类，级别划分为：1 、GB1 ：燃气管道；2、GB2 :热力管道。
压力容器的设计—压力容器零部件
·板卷筒体，与相联接筒体的公称直径相 同； ·无缝钢管作筒体，与相联接无缝管的公 称直径相同。
50
公称压力
公称压力——是以16Mn在200℃时的最高工作压力为依据 制定的，因此当法兰材料和工作温度不同时，最大工作压
力将降低或升高。
法兰公称压力与法兰的最大操作压力和操作温度以及法 兰材料三个因素有关。
公称压力 PN 法兰材质
Q235-A
0.6
16MnR
15MnVR
最大允许工作压力 (MPa)
-20~200℃ 300℃ 350℃
0.4
0.33 0.30
0.6
0.51 0.49
0.65
0.63 0.651
3、压力容器法兰的标记
52
压力容器法兰设计步骤：
（1）确定DN; （2）根据法兰材质、工作温度和最高工作压力，确
有一个圈座是滑动支承的。
77
㈢ 腿式支
座
简称支腿
连接处造成严重的局部应力， 只适用于小型设备
难，榫易损坏。
注意：应使固定在设备上的 法兰为槽面,可拆下部分的法
兰为榫面。
榫槽型压紧面
29
锥形压紧面
通常用于高压密封，其缺 点是需要的尺寸精度和表 面粗糙度要求高。须与透 镜垫片配合,常用于高压管
道。
锥形压紧面
30
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
凝土制的基础上。
66
㈡ 支承式支座
用钢管、角钢、 槽钢制作，或 用数块钢板焊 成，
型式、结构、 尺寸及材料 JB/T 4724-92 《支承式支 座》。
超高压容器设计C0.2
在0.8～0.9的范围内，有时甚至要降低强度的要求，来满
足塑性、韧性的要求，或者选用屈服强度较低一些的材料， 通过自增强处理采提高其屈服极限，使有足够的韧性储备， 以便于吸收局部的峰值应力和抵抗冲击载荷。
四、失效准则及设计规范
进行超高压容器的设计计算以决定筒壁厚度时，需 要根据容器的失效准则来作决定，超高压容器应该根据 哪一个失效准则来计算呢?试用高压容器的三个失效准则， 结合超高压容器筒壁应力的特性进行分析比较。
架支承端盖，全部轴向拉力由框架承受，筒体上不存在 轴向应力，再在圆筒外面设压力夹套，引入高压液体(液 体支承)，利用压应力消除部分拉应力，径向应力也大大 降低。这样筒壁上的三个主应力便被分离、分开承受， 内壁表面也不存在最大应力，筒壁上的应力水平大大降 低，具体结构型式将在第一章论述。
三、超高压容器材料选用原则
2.施加外压
在容器的外面加设一个直径稍大于内筒的外罩容器， 构成一个截面很小的夹套。在工作时，随着内筒的升压， 夹套也注入低于内容器压力某一定值的压力介质，使内筒
在受很高内压的同时，也承受一定的外压，这样，筒壁由
外压产生的压应力便可抵消一部分工作内压产生的很高的 拉应力，筒壁的应力水平便可降低，液压支承容器便是根 据这个原理设计的。
s
3
时，根据第四强度理论，则径比K
p
变为无限大，这是不合理的，若
s
s
，则内壁不可避免出现
3
屈服，这是弹性失效准则所不允许的。因此，弹性失效准则只有
工作压力不很高时，才可以应用。该准则安全可靠性好，但材料 得不到充分利用。
C0 绪论 C0.2 超高压容器的设计准则
2.塑性失效准则
高压容器的结构特点及设计制造注意事项
- 57 -第3期高压容器的结构特点及设计制造注意事项薛显坤1，韩岁平1，韩宝虎1，张学刚2，刘晓丽2，马文斗3，王影4（1.大连全德重工装备有限公司， 辽宁 大连 116045）（2.神华神东煤炭集团布尔台洗煤厂， 内蒙古 鄂尔多斯 017200）（3.华创重工工业（大连）有限公司， 辽宁 大连 116000）（4.嘉兴市美克斯机械制造有限公司， 浙江 嘉兴 314312）[摘 要] 本文介绍了高压容器的结构特点，高压密封的分类及特点，高压容器的设计和制造的注意事项，及标准和法规对高压容器的要求。
[关键词] 高压容器结构特点；密封；设计注意事项；制造注意事项作者简介：薛显坤（1982—），男，内蒙古赤峰人，学士，工程师，从事压力容器质保、设计、工艺工作。
随着现代化学工业的飞速发展及装置的大型化和国产化的趋势，高温、高压和各种介质腐蚀等工况的高压容器逐渐增多。
例如合成氨装置中，高压设备压力为15~60MPa ；合成甲醇15~30MPa ；合成尿素：20MPa ；石油加氢装置：8~70MPa ，都是利用高压条件下化学平衡向有利于合成产品的方向进行这一原理进行的，它可提高化学反应速度并大大缩小反应设备的容积。
1 高压容器的结构特点压力容器压力等级划分中将10MPa ＜P 设计压力＜100MPa 划分为高压（代号H ），一般属于第Ⅲ类容器，也可以按照内外径之比K 来划分，通常K ＞1.1，操作压力超过10MPa 时，称为高压容器，对K ＞1.1的又称为厚壁容器。
高压容器承受高压，应力水平较高，考虑到轴对称受力情况好以及制造的方便，一般设计为圆筒形壳体，其结构有如下特点：1.1 结构细长。
由于应力水平高，容器直径越大，壁厚也越大。
这就需要大型的机加工设备，同时还给焊接缺陷的控制、残余应力的消除、热处理等方面带来了困难，增加了制造成本。
另外直径越大密封越困难，但工艺要求有一定的容积，所以其长度往往较大，长径比可达12～15，甚至高达28。
容器设计规定
容器设计规定1. 范围本标准规定了石油化工压力容器（反应器、塔器、换热器及其它容器）设计的一般要求以及材料、结构等方面的要求。
本标准适用于石油化工压力容器的设计。
本标准是国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》、GB150《钢制压力容器》、GB151《管壳式换热器》等标准的补充规定。
2. 引用文件下列标准所包含的条文，通过在本标准中构成为本标准的条文。
本标准出版时，所示版本均为有效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
3. 一般规定3.1 压力容器类别划分按《压力容器安全技术监察规程》第6条规定。
3.2 设计压力3.2.1 容器的设计压力容器的设计压力应略高于最高工作压力。
对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。
3.2.2 内压容器内压容器的设计压力一般按表1确定。
表1 内压容器的设计压力MPa最高工作压力Pw 设计压力PPw≤1.81.8＜Pw≤4.04.0＜Pw≤8.0Pw＞8.0 P＝Pw+0.18P＝1.1PwP＝Pw +0.4P＝1.05Pw注：1.正常操作工况为正压，但开停工时或事故停工时有真空工况的容器应进行真空工况校核。
2.当工作压力向上波动的可能性很小时压力裕度可适当减小。
3. Pw＜0.1 MPa的塔式容器，设计压力取P≥0.1 MPa。
3.2.3 常压容器工作压力小于0.1MPa且不与大气直接相通（通过呼吸阀与大气相接的容器视为与大气直接相通）的常压容器其设计压力取工作压力加0.18MPa，否则按常压设计。
3.2.4 外压容器外压容器应考虑在正常工况下可能出现的最大内外压力差，再参考表1确定设计外压力。
3.2.5 真空容器3.2.5.1 设有安全控制装置时设计压力取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa两者中较小值。
3.2.5.2 未设有安全控制装置时设计压力取0.1MPa。
3.2.6 夹套容器3.2.6.1 夹套为内压的带夹套的真空容器的设计压力按下列要求确定：1）容器壁：按外压容器设计，取无夹套真空容器规定的设计压力值加夹套的设计压力，必须校核在夹套试验压力下的稳定性。
压力容器分析设计
2 应力特性
2.4 壳体不连续区
2 应力特性
2.4 壳体不连续区
边缘应力的特点： （Ⅰ）边缘局部范围，并非遍及整个容器； （Ⅱ）具有自限性； （Ⅲ）边缘应力中，内力引起均匀分布的正应力，内力 矩引起线性分布的弯曲应力，均匀分布应力的危害大于 线性分布应力的。
2 应力特性
2.5 容器支座区
2 应力特性
1分析设计概述 1.3 与常规设计的规范比较
2 应力特性
2.1 中低压容器
薄膜应力特点：
（Ⅰ）应力值决定于第一曲率半径与第二曲率半径；
（Ⅱ）存在整个壳体，沿壁厚均匀分布； （Ⅲ）与外载平衡，增大载荷，应力增大，无自限； （Ⅳ）承受外压，为薄膜压应力，失稳的临界应力。
1分析设计概述 1.2 分析设计的基本思想 分析设计的主要特点
（Ⅰ）采用塑性失效设计准则； （Ⅱ）进行详细应力分析； （Ⅲ）对不同性质的应力区别对待； （Ⅳ）引入虚拟应力概念。
分析设计的三大环节
（Ⅰ）应力分析：对容器各部位的各种应力进行详细计 算，或对模拟容器的应力进行实验测试； （Ⅱ）应力分类：根据不同应力引起失效的危害程度不 同，进行应力分类； （Ⅲ）应力评定：对不同类型的应力进行分析、组合，形 成当量应力，采用不同的失效准则给予限定。
（3）一次弯曲应力(代号
)
作用于整体结构，由机械载荷引起，沿截面线性分布
3 应力分类
3.2 二次应力（代号 ）
特点：由变形不连续引起，自限性，总体结
构不连续引起的弯曲应力
3.3 峰值应力（代号 ）
特点：由局部结构变形不连续引起，有自限 性，不引起结构明显变形，导致疲劳
4 应力评定
1 应力强度 应力强度：按一定强度理论对复杂应力状态组合为与 单向应力可以比较的当量应力。 具体内涵：按一定标准（强度理论），确定一个与应 力状态无关的应力值（当量应力），认为 一旦达到该应力值，材料就发生破坏。 应力强度 =2×最大剪应力 或
压力容器-高压容器设计课件
无损检测质量控制
对无损检测过程进行严格监控，确保 检测质量稳定可控。
05 压力容器设计的优化与创 新
压力容器设计的轻量化优化
总结词
在压力容器设计中，轻量化优化是一种重要的趋势，旨在降低容器的重量，提高运输和 操作的便利性。
详细描述
轻量化优化主要通过采用先进的材料和结构优化设计来实现。例如，使用高强度钢、铝 合金等轻质材料替代传统钢材，采用先进的焊接技术提高结构强度，同时减少不必要的
压力容器设计的新材料应用
要点一
总结词
要点二
详细描述
新材料的应用是压力容器设计创新的重要方向之一，能够 提高容器的性能和寿命，满足更广泛的应用需求。
新材料如钛合金、镍基合金、陶瓷等具有优良的耐腐蚀、 耐高温、耐高压等性能，能够提高容器的使用范围和寿命 。同时，新材料的引入也需要考虑其加工难度、成本等因 素，并进行充分的技术和经济评估。
高压容器的焊接工艺
01
02
03
04
焊接材料选择
根据容器材料和设计要求，选 择合适的焊接材料，确保焊接
质量和容器的耐压性能。
焊接工艺评定
进行焊接工艺评定，确保焊接 工艺的可靠性和可行性，保证
焊接接头的质量和性能。
焊接操作要求Βιβλιοθήκη 制定焊接操作规程，规范焊接 操作过程，确保焊接质量稳定
可控。
焊接检验与验收
对焊接接头进行无损检测和压 力试验，确保焊接接头无缺陷
高压容器的结构设计
总结词
高压容器的结构设计需遵循一定的原 则和规范，以确保其结构稳定性和安 全性。
详细描述
高压容器的结构设计需要考虑压力分 布、受力分析、结构优化等多个因素。 同时，还需考虑容器的制造工艺和维 修保养要求，以确保其在使用过程中 的可靠性和经济性。
高压容器设计的结构选型
许用应力 ： ４ Ｍ ａ 焊接接头系数 ＝ ． １８ Ｐ ， １ 。根据 ０ Ｇ １０ １９ 钢制压力容器 》公式 （ — ）： Ｂ ５— ９８《 ５１
此单层厚板式筒体壁厚可以取 １８ ｍ 由此得到单 ２ｍ 。
层 厚壁 结构 形式 如 图 １ 所示 。
图 １ 氨 塔结构 图
直径 Ｄ ２０ Ｎ ４０氨合成 立式 塔为立 置 内件 型式 ，
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高压 容器 设 计 的结构 选 型
东方 锅 炉 应永茂 黄 国昌 余 瑜
炉 、 电站 辅 机等 高温 高 压 单 层厚 板 设 备 的 设 计 制 造 ，在单 层厚板 高压 容器方 面 的设 计 制造能 力毋庸 置 疑 ，在 国 内外 也 享 有 盛 誉 。 但 随 着 东 方 锅 炉 “ １１ ３２ ”工 程的推 进 ，仅 能生产 单层 高压容 器 已不
２２ 材料 选择 ．
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就需要材料要有足够的韧性 ； ③还必须有 良 的加 好 工工艺性能 ； 良好的耐腐蚀性能。满足上述条件 ④
的材 料有 ＤＷＡ ５ 、 Ａ ０ ＧＢ Ａ ８Ｇ ｌＣ２等 ， Ｉ ３３ Ｓ ３２ ｒ 、Ｓ ３７ ｒ１１
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设计压力 （ ａ ＭＰ ） 设计 温度 （Ｃ） ｏ
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高压容器的设计
【摘要】以我单位承接的一台高压容器为例，对高压容器设计过程中的材料选择、结构设计及对制造检验的要求进行了阐述，供设计人员参考。
【关键词】高压容器设计材料结构技术要求
高压容器在化工设备中占有十分重要的地位，随着化学工业的迅猛发展，高压容器的应用越来越广。
化工设备中的高压容器不仅承受高压，往往还伴随着高温或低温，许多高压容器还盛装易燃易爆的危险介质，条件非常苛刻。
因此，在设计高压容器时，必须从操作条件出发，对安全、材料、制造、检验等方面进行综合分析和比较，对设备做出一个操作安全、经济合理、技术先进的设计，在高压容器的设计过程中，一般应考虑以下几个问题：材料的选择、结构设计、制造和检验中必须遵守的技术条件。
下面，就我单位承接设计的一台高压设备为例，对上述问题进行阐述。
1 高压容器设计条件
这是一台内直径为400mm的滤芯式排液分离器（见图1），高压气体从n1进口，通过设备内部滤芯，进入设备内部，然后从n2出口，用户提供的设计参数（见表1）。
图1 滤芯式排液分离器
2 合理选材
高压容器所选材料应具有良好的综合机械性能，即强度高，塑性和韧性好，并应有良好的加工和制造工艺性能，同时，还应注意经
济节约和符合国情，这样才能降低设备成本，保证材料的来源和供应。
q345r钢板和16mn锻件是常用的压力容器材料，其化学成份（见表2），属于低合金钢，具有较好的综合机械性能和焊接性、冷热加工性，其材料来源广，价格适中。
35crmoa和30crmoa属于优质合金结构钢，在高温下具有高的持久强度和蠕变强度，低温冲击韧性也好。
这台设备底封头选用q345r（正火）钢板，筒体、筒体端部、平盖、管法兰及双锥环选用16mn（正火）锻件，设备主螺柱选用35crmoa棒材，主螺母选用30crmoa。
3 结构设计
3.1 高压容器的结构要求
高压容器的结构必须保证强度的可靠性和密封的严密性。
由于在一定压力下，容器的壁厚随着直径的加大而增加，而直径和壁厚的增加又对材料、密封、制造带来许多困难。
因此，一般高压容器的结构，在满足操作条件的前提下采用较大的长径比来满足设计容积，取得较小的壁厚。
这台设备的设计容积为0.308m ，设备内直径取400mm较合适。
3.2 筒体和封头的结构
高压容器的筒体结构有许多形式，以筒体组成结构分类，可分为单层式和组合式两类，单层式筒体常用有整体锻造式、锻焊式、单层卷焊式等，组合式筒体可分为多层式和缠绕式。
对于小直径的高压容器的筒节单层卷焊式和锻造式是常用的形式，单层卷焊式技术
成熟，制作工艺简单，缺点是如果筒体壁厚很厚，在压延方向和垂直方向的延性和韧性存在较大的差值，厚度方向的机械性能更差，断面内部材质不均匀，成为焊接剥离裂纹的原因。
另外，由于厚板的转变温度高，脆性破坏的可能性大。
锻造式筒体制造成本虽比单层卷焊式筒体高，但它机械性能稳定，没有纵向焊缝，不存在纵向焊缝泄漏的问题。
这台设备的介质为氢气，属于易燃易爆的介质，一旦发生事故，爆炸燃烧即刻产生，导致重大损失。
综合考虑，这台设备的筒身采用整体锻造。
对于封头结构的考虑，半球形封头与椭圆形封头相比，在同样的设计条件下，达到强度要求所需要的壁厚较薄。
这台设备选用球缺体球形封头，它结构简单，制造容易，这样的球缺体减少了压制封头的深度和便于脱模。
3.3 密封结构的设计
高压容器是否能够正常运转，很大程度取决于密封结构的完善程度，为了保证设备在操作时介质不泄漏，必须保证密封的严密性，根据密封作用力的不同，高压密封可分为三类：
（1）强制密封，如金属平垫密封，卡扎里密封，透镜垫密封等。
（2）半自紧密封：如双锥环密封。
（3）自紧密封：如c形环密封，o形环密封，八角垫密封，三角垫密封，楔形垫密封，伍德密封等。
这台设备选用的是双锥环密封，它的结构如下图2：
双锥环的结构尺寸也可在文献[1]表c.6查得。
4 制造和检验中需要执行的技术条件
高压容器在制造过程中应执行严格的检查和检验制度，这样可及早发现缺陷，保证制造质量，确保容器使用时的安全。
因此，在设计中必须对制造和检验提出要求。
4.1 对材料的要求
（1）封头用钢板的化学成份，力学性能应符合gb713-2008《锅炉和压力容器用钢板》的规定，锻件符合nb/t47008-2010《承压设备用碳素钢和低合金钢锻件》的规定，正火状态供货，筒体、筒体平盖、筒体端面的锻件符合iv级要求，法兰、双锥环的锻件符合ⅲ级要求。
（2）封头用钢板必须逐张超声波检测，超声波检测按文献[4]的规定，不低于ii级为合格，设备主螺柱钢棒按文献[4]进行超声波检测，不低于iii级为合格。
（3）q345r受压钢板、16mn锻件应进行-20℃夏比v型缺口冲击试验，冲击功akv≥34j。
4.2 焊接要求
（1）焊接采用焊条电弧焊，焊接规程
按文献[3]。
（2）b、d类焊接接头全焊透，角焊接接头外形凹形圆滑过渡。
4.3 无损检测要求
（1）容器上的b类焊接接头应进行100%射线检测，符合文献[4]ii 级合格。
（2）接管与壳体的d类焊接接头应进行100%磁粉检测，符合文
献[4]i级合格。
（3）设备主螺柱、主螺母精加工后进行磁粉检测，符合文献[4]i 级合格。
4.4 热处理要求
（1）主螺柱毛坯应进行调质处理（回火温度>502℃），热处理后的机械性能符合文献[1]的规定，热处理后每个螺柱应进行硬度检测，hb234～285合格。
（2）封头成形后应进行正火热处理，并制备母材热处理试件。
（3）为了消除组焊后的残余应力，组焊后对设备整体消除应力热处理，整体热处理后，焊缝、热影响区和母材的硬度不超过
200bhn。
5 结语
这台高压设备选材恰当，结构合理，在制造过程中，对制造质量进行了严格的控制，安装顺利，目前已投入重庆驰源化工装置使用。
参考文献
[1] gb 150.1～150.4-2011.压力容器
[2] tsg r0004-2009.固定式压力容器安全技术监察规程
[3] nb/ t47015-2011.压力容器焊接规程
[4] jb/t 4730.1～4730.6.承压设备无损检测.高压容器设计，上海科学技术出版社，1986。