中低压压力容器设计.pptx
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压力容器设计培训课件PPT148页
增加，但因受到容器容积的限制，则使容器内气体压 力升高。例如液氨，在0℃ 时的饱和0.4244MPa（绝 压），温度40℃时压力升高至1.534MPa。 某些高分子
化合物本来为固体，如果受热“解聚”，变为气态的
单体分子，也会因体积膨胀而压力急剧升高。例如， 固态聚甲醛的比容约为0.7L/kg，当它解聚为气态甲醛 时，比容为746L/kg，即体积约增大1065倍。如果在一
• HG20660-2000《压力容器中化学介质毒性危害 和爆炸危险程度分类》；
• 没有规定的，由压力容器设计单位决定； 决定依据，参照《职业性接触毒物危害程度分 级》的原则
郑州大学化工设备设计研究所
第12页
类别的划分
• 基本的划分 划分依据：介质的特性，ＰＶ
• 方法 根据介质特性确定组别； 根据ＰＶ确定对应组别的坐标；
压力容器设计培训课件
怎样思想，就有怎样的生活
压力容器设计培训
郑州大学化工设备设计研究所
第2页
郑州大学化工设备设计研究所
第3页
郑州大学化工设备设计研究所
第4页
郑州大学化工设备设计研究所
第5页
郑州大学化工设备设计研究所
第6页
• １.６ 压力容器范围的界定 《规程》界定范围为压力容器的本体和安全附 件；
第17页
• 在容器外产生或增大压力的压力源一般为气体压缩机或蒸汽锅 炉。压缩机通过机械方法提高气体压力。容积式压缩机通过缩 小气体体积，增加气体密度来提高气体的压力，如，活塞式或 螺杆式压缩机即属于此类。速度型压缩机则通过增加气体的流 速，并将其动能转变为静压能来提高气体的压力，如，离心式 或轴流式压缩机等。因此工作介质为压缩气体的压力容器，其 最高工作压力一般不会超过压缩机出口压力。蒸汽锅炉将水加 热，并蒸发为水蒸气。蒸汽的比容要比水的比容大得多，如， 常压下的水转变为相同压力的饱和水蒸气时，体积约增大1700 倍。当水在密闭的锅筒内蒸发时，蒸汽压力将不断增大，直至 达到锅炉的排汽压力。因此，工作介质为水蒸气的压力容器， 其最高工作压力也只限于锅炉的排汽压力。如果压力容器所需 的蒸汽压力小于锅炉的排汽压力，则可通过蒸汽减压阀减压。 这种由容器外压力源产生的压力，一般不会突然增大。
化合物本来为固体，如果受热“解聚”，变为气态的
单体分子，也会因体积膨胀而压力急剧升高。例如， 固态聚甲醛的比容约为0.7L/kg，当它解聚为气态甲醛 时，比容为746L/kg，即体积约增大1065倍。如果在一
• HG20660-2000《压力容器中化学介质毒性危害 和爆炸危险程度分类》；
• 没有规定的，由压力容器设计单位决定； 决定依据，参照《职业性接触毒物危害程度分 级》的原则
郑州大学化工设备设计研究所
第12页
类别的划分
• 基本的划分 划分依据：介质的特性，ＰＶ
• 方法 根据介质特性确定组别； 根据ＰＶ确定对应组别的坐标；
压力容器设计培训课件
怎样思想，就有怎样的生活
压力容器设计培训
郑州大学化工设备设计研究所
第2页
郑州大学化工设备设计研究所
第3页
郑州大学化工设备设计研究所
第4页
郑州大学化工设备设计研究所
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• １.６ 压力容器范围的界定 《规程》界定范围为压力容器的本体和安全附 件；
第17页
• 在容器外产生或增大压力的压力源一般为气体压缩机或蒸汽锅 炉。压缩机通过机械方法提高气体压力。容积式压缩机通过缩 小气体体积，增加气体密度来提高气体的压力，如，活塞式或 螺杆式压缩机即属于此类。速度型压缩机则通过增加气体的流 速，并将其动能转变为静压能来提高气体的压力，如，离心式 或轴流式压缩机等。因此工作介质为压缩气体的压力容器，其 最高工作压力一般不会超过压缩机出口压力。蒸汽锅炉将水加 热，并蒸发为水蒸气。蒸汽的比容要比水的比容大得多，如， 常压下的水转变为相同压力的饱和水蒸气时，体积约增大1700 倍。当水在密闭的锅筒内蒸发时，蒸汽压力将不断增大，直至 达到锅炉的排汽压力。因此，工作介质为水蒸气的压力容器， 其最高工作压力也只限于锅炉的排汽压力。如果压力容器所需 的蒸汽压力小于锅炉的排汽压力，则可通过蒸汽减压阀减压。 这种由容器外压力源产生的压力，一般不会突然增大。
压力容器设计PPT课件
案例三：核反应堆压力壳设计
总结词
核反应堆压力壳设计案例展示了压力容器在核能领域的应用。
详细描述
该案例介绍了核反应堆压力壳的设计过程，包括结构设计、材料选择、焊接工艺、无损检测等方面的 内容。同时，该案例还强调了设计过程中需要考虑的核安全法规和标准，以确保压力壳在使用过程中 的可靠性和安全性。
THANK YOU
设计压力
根据容器的工作压力和设计压力，确 定容器的设计压力，确保容器在使用 过程中不会发生破裂或泄漏。
安全系数
为确保容器的安全性能，根据不同的 载荷和应力情况，选取适当的安全系 数进行强度设计。
疲劳强度设计
疲劳分析
对容器在交变压力作用下的疲劳寿命进行分析，考虑容器的使用周期和材料性 能等因素。
疲劳强度校核
案例二：加氢反应器设计
总结词
加氢反应器设计案例展示了压力容器在化工领域的应用。
详细描述
该案例介绍了加氢反应器的设计过程，包括工艺流程、反应原理、设备结构、材料选择等方面的内容。同时，该 案例还强调了设计过程中需要考虑的工艺参数、热力学和动力学等方面的因素，以确保反应器在使用过程中的高 效性和稳定性。
封头厚度
封头与筒体的连接
采用焊接或法兰连接方式，需考虑连 接处的强度和密封性能。
根据压力、温度、介质特性和封头类 型等因素确定封头厚度。
开孔与接管设计
开孔位置
根据工艺流程、操作要求和容器 结构等因素确定开孔位置。
接管类型
根据介质特性和工艺要求选择合适 的接管类型，如螺纹接管、焊接接 管和法兰接管等。
超压试验
03
模拟容器内部压力超过正常工作压力的情况，以检验容器的安
全性能。
压力试验的方法与步骤
09容器设计基础-2-中低压容器设计
2 ⎡ ⎛ Di ⎞ ⎤ 1 K = ⎢2 + ⎜ ⎟ ⎥ 6 ⎢ ⎝ 2hi ⎠ ⎥ ⎣ ⎦
Di/2hi K
2.6 1.46
2.5
2.4
2.3
2.2 1.14
2.1 1.07
2 1.00
… …
<=
第9章 容器设计基础
1.37 1.29 1.21
3. 设计计算公式—椭圆形封头
椭圆形封头的设计厚度为与其相连的圆筒计算 厚度 的K倍，即： Kp D
pc Di δn = + C2 + C1 t 2[σ ] ϕ − pc
考虑腐蚀裕量和钢板负偏差
δn为圆整后，按实际钢板的厚
度选取的厚度
第9章 容器设计基础
三、设计参数的选择
三. 参数选择
1. 压力
工作压力Pw：在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最 高工作压力 设计压力Pd ：设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计 温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力
C1按相应钢板或钢管标准选取，如下表
C2由介质的腐蚀性和容器的使用寿命确定，即 C2=KY；
对于碳素钢和低合金钢，C2不小于1mm 对于不锈钢，当介质的腐蚀性极少时，可取为零
小问题： C2能不能防止局部腐蚀，如应力腐蚀？
第9章 容器设计基础
5. 壁厚附加量
表2-4 热轧钢板厚度负偏差
表2-5 热轧无缝钢管厚度负偏差
Ri r Di
第9章 容器设计基础
2. 封头的结构特性
3）椭圆形封头：由半个椭 球面和一圆柱直边段组成。 由于椭圆部分经线曲率平滑 连续，故封头中的应力分布 比较均匀。结构特性介于半 球形和碟形封头之间。
Di/2hi K
2.6 1.46
2.5
2.4
2.3
2.2 1.14
2.1 1.07
2 1.00
… …
<=
第9章 容器设计基础
1.37 1.29 1.21
3. 设计计算公式—椭圆形封头
椭圆形封头的设计厚度为与其相连的圆筒计算 厚度 的K倍，即： Kp D
pc Di δn = + C2 + C1 t 2[σ ] ϕ − pc
考虑腐蚀裕量和钢板负偏差
δn为圆整后，按实际钢板的厚
度选取的厚度
第9章 容器设计基础
三、设计参数的选择
三. 参数选择
1. 压力
工作压力Pw：在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最 高工作压力 设计压力Pd ：设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计 温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力
C1按相应钢板或钢管标准选取，如下表
C2由介质的腐蚀性和容器的使用寿命确定，即 C2=KY；
对于碳素钢和低合金钢，C2不小于1mm 对于不锈钢，当介质的腐蚀性极少时，可取为零
小问题： C2能不能防止局部腐蚀，如应力腐蚀？
第9章 容器设计基础
5. 壁厚附加量
表2-4 热轧钢板厚度负偏差
表2-5 热轧无缝钢管厚度负偏差
Ri r Di
第9章 容器设计基础
2. 封头的结构特性
3）椭圆形封头：由半个椭 球面和一圆柱直边段组成。 由于椭圆部分经线曲率平滑 连续，故封头中的应力分布 比较均匀。结构特性介于半 球形和碟形封头之间。
第4章幻灯片1压力容器设计
即：p≥(p0-pi)max 注意：最大内外压差的取值
稳定性安全系数
圆筒：m = 3.0 球壳： m = 14.52
计算长度
加强圈设计
带加强圈的外压圆筒
两个条件
1、筒体不失稳 要求：LS≤ Lmax
2、加强圈不失稳 要求：IS≥I
1、筒体不失稳 要求：LS≤ Lmax
Lmax2.5m9 EcpD 0 (De0)2.5
③ 如果材料韧性较好，通过合理设计可实现 “未爆先漏”。
失效原因 ① 交变载荷。
② 疲劳裂纹。
返回
蠕变断裂
压力容器长时间在高温下受载，材料的蠕变变形会 随时间而增长，容器发生鼓胀变形，厚度明显减薄， 最终导致压力容器断裂。
特点 ① 在恒定载荷和低应力（应力低于屈服点）下
也会发生蠕变断裂。 ② 蠕变断裂前材料会由于蠕变变形而导致蠕变 损伤，使材料在性能上产生蠕变脆化。 ③ 断裂前发生较大的塑性变形，具有韧性断裂 的特征；断裂时又具有脆性断裂的特征。
返回
外压圆筒设计
解析法 图解法
短圆筒的临界压力
( e )2.5
pcr 2.59 E
D0 (L)
D0
长圆筒的临界压力
pcr
2.2E
e
D0
3
几 何 参 数 计 算 图
壁 厚 计 算 图
外压圆筒设计设计步骤：
薄壁圆筒 ( D0 20 )
e
假设δn
计算δe
计算（D0/δe)和（L / D0)
单层式圆筒的优点：不存在层间 松动等薄弱环节，能较好地保证 筒体的强度。
单层式圆筒的缺点：
1、单层厚壁圆筒对制造设备的要 求高。
2、材料的浪费大。
稳定性安全系数
圆筒：m = 3.0 球壳： m = 14.52
计算长度
加强圈设计
带加强圈的外压圆筒
两个条件
1、筒体不失稳 要求：LS≤ Lmax
2、加强圈不失稳 要求：IS≥I
1、筒体不失稳 要求：LS≤ Lmax
Lmax2.5m9 EcpD 0 (De0)2.5
③ 如果材料韧性较好，通过合理设计可实现 “未爆先漏”。
失效原因 ① 交变载荷。
② 疲劳裂纹。
返回
蠕变断裂
压力容器长时间在高温下受载，材料的蠕变变形会 随时间而增长，容器发生鼓胀变形，厚度明显减薄， 最终导致压力容器断裂。
特点 ① 在恒定载荷和低应力（应力低于屈服点）下
也会发生蠕变断裂。 ② 蠕变断裂前材料会由于蠕变变形而导致蠕变 损伤，使材料在性能上产生蠕变脆化。 ③ 断裂前发生较大的塑性变形，具有韧性断裂 的特征；断裂时又具有脆性断裂的特征。
返回
外压圆筒设计
解析法 图解法
短圆筒的临界压力
( e )2.5
pcr 2.59 E
D0 (L)
D0
长圆筒的临界压力
pcr
2.2E
e
D0
3
几 何 参 数 计 算 图
壁 厚 计 算 图
外压圆筒设计设计步骤：
薄壁圆筒 ( D0 20 )
e
假设δn
计算δe
计算（D0/δe)和（L / D0)
单层式圆筒的优点：不存在层间 松动等薄弱环节，能较好地保证 筒体的强度。
单层式圆筒的缺点：
1、单层厚壁圆筒对制造设备的要 求高。
2、材料的浪费大。
最新压力容器设计幻灯片
或饱和液体，若容器破裂，导致介质突然卸压膨胀，瞬间
释放出来的破坏能量极大，加上压力容器极大多数系焊接
制造，容易产生各种焊接缺陷，一旦检验、操作失误容易
发生爆炸破裂，器内易爆、易燃、有毒的介质将向外泄漏，
势必造成极具灾难性的后果。因此，对压力容器要求很高
的安全可靠性。
9
1.概述
1.2 压力容器的特点 安全的高要求
118起是各种制造裂纹所引起。
14
1.概述 1.3 压力容器的事故实例
1979年9月7日国内某电化厂415升液氯 钢瓶爆炸，击穿5个，爆炸5个，10200公斤液 氯外泄，波及7公里范围，59人死亡，779人 严重中毒。
1979年12月18日国内某液化气站400M3储 罐爆炸，引发3个球罐和一个卧罐爆炸，5000 只气瓶爆炸，600吨液化气燃烧，32人死亡， 54 人伤。
13
1.概述 1.3 压力容器的安全特征 危害性大
a.灾难性事故指灾难性破坏事故或无法修复的容器； b.损伤事故指有潜在危险的事故； c.事故发生率＝发生事故数/（设备台数×运行年）
表中的数字表明10000台容器中发生损坏事故每年
12.5次，达到破坏事故0.7次，事故几率为1.32‰ ，而且
这132起使用中的容器事故，按其原因分类，89.3%，即
用气瓶5498.7571万只；锅炉总台数也高达51.57万台 。
此外全国持有压力容器制造许可证的企业合计2432个，设
计单位1380个。如此庞大且潜在隐患容器的存在，以及地
域广泛的制造设计部门，自然成为国内外政府部门特别重
视其安全管理和监察检查的原因。
11
1.概述 1.3 压力容器的安全特征 事故率高
15
第二章 中低压容器设计(平板理论)
2.3 圆平板中的应力2.3.1 概述1、应用：平封头：常压容器、高压容器；贮槽底板可以是各种形状贮槽底板：可以是各种形状；2、平板的几何特征及平板分类几何特征中面是一平面厚度小于其它方向的尺寸分类厚板与薄板大挠度板和小挠度板3、载荷与内力载荷平行于中面复合载荷垂直于中面薄膜力——中面内的拉、压力和面内剪力，内力并产生面内变形◆本课程仅讨论圆平板在垂直于中面的轴对称载荷时，弹性薄板的小挠度理论，即w 远小于板厚。
这时可认为弹性曲面内任一线段长度无变化。
（相当于梁弯曲理论中的中性层）弹性薄板的小挠度理论建立基本假设---克希霍夫克希霍夫Kirchhoff Kirchhoff ①板弯曲时其中面保持中性，即板中面内各点无伸缩和剪切变形，只有沿中面法线的挠度。
w 只有横向力载荷②变形前中面的法线变形后仍为直线且垂直于变形后的弹变形前中面的法线，变形后仍为直线，且垂直于变形后的弹2.3.2 2.3.2 圆平板对称弯曲微分方程圆平板对称弯曲微分方程t/2t/2d θtrQ r +P M θM r M θp z rdQ rdr drdr M r +dM rdr 微元体用半径为r 和r+dr 的圆柱面和夹角为d θ的两个半径方向截面截取板上一微元体。
zdra. d.d θtrQ r +P M θM r M θdQ rdr drdr M r +dM rdr分析模型在r 、θ、z 圆柱坐标系中半径R ，厚度t 的圆平板，受轴对称载荷P z 。
内力：M 、M 、r 三个Q r drr θQ r 挠度微分方程的建立：基于平衡、几何和物理方程微元体内力径向：M r 、M r +（dM r /dr ）dr周向：M θ、M θPd θP TM θM θQ r o rM r dM rM r +dr drdr Q r +dQ rdr1、平衡方程微体内力与外力对圆柱面切线y的力矩代数和为零，即ΣM y =0(x)yd.PM θdr Q r +dQr dr))((0=++−+=∑θθθd dr r dQ Q rdrd p rd Q F r r z r z r Q d r )(r rp dr z =平衡方程2、几何协调方程ϕr dr r n 1n z A B m m 1z a.取径向截面上与中面相距为z ，半径为r 与drr +dr AB =W ~εϕd 两点A 与B 构成的微段板变形后：微段的径向应变为()drd z dr z d zr ϕϕϕϕε=−+=过A 点的周向应变为()rz r rz r ϕππϕπεθ=−+=222dw−=ϕ作为小挠度，代入以上两式，3、物理方程根据第3个假设，圆平板弯曲后，其上任意一点均处于两向应力状态。
压力容器设计常用标准介绍ppt课件
Ø 内直径≤150mm的压力容器
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
二、特种设备安全技术规范
二、适用范围的特殊规定
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
l 奥氏体-铁素体双相钢钢板； l 设计温度低于20度的低温钢板； l 设计温度低于20度的低温钢锻件；
炉外冶炼工艺：将初练的钢液在真空、惰性气体或环还氧性气氛中进行脱 气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和进行成分微调，提高钢的质量。
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
二、特种设备安全技术规范
6.多腔压力容器(换热器的管程和壳程、余热锅炉的汽包 和换热室、带夹套压力容器的内筒和夹套等) 类别划分: 对各自压力腔进行类别划定,设计压力取本压力腔的 设计压力,容积取本压力腔的几何容积; 按照类别高的压力腔作为该容器的类别并按该类别 进行使用管理; 按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技 术要求。
二、特种设备安全技术规范
2.压力容器专用钢中的碳素钢和低合金钢钢材（钢板、钢管和钢锻 件），其S、p 含量应符合以下要求：
1.用于焊接的碳素钢和低合金钢: 碳素钢和低合金钢钢材C、P、S的含量，C≤0.25%,P≤0.035%、S≤0.035%； 2.压力容器专用钢中的碳素钢和低合金钢(钢板、钢管和钢锻件)，其磷、 硫含量应当符合以下要求:
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
二、特种设备安全技术规范
二、适用范围的特殊规定
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
l 奥氏体-铁素体双相钢钢板； l 设计温度低于20度的低温钢板； l 设计温度低于20度的低温钢锻件；
炉外冶炼工艺：将初练的钢液在真空、惰性气体或环还氧性气氛中进行脱 气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和进行成分微调，提高钢的质量。
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
二、特种设备安全技术规范
6.多腔压力容器(换热器的管程和壳程、余热锅炉的汽包 和换热室、带夹套压力容器的内筒和夹套等) 类别划分: 对各自压力腔进行类别划定,设计压力取本压力腔的 设计压力,容积取本压力腔的几何容积; 按照类别高的压力腔作为该容器的类别并按该类别 进行使用管理; 按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技 术要求。
二、特种设备安全技术规范
2.压力容器专用钢中的碳素钢和低合金钢钢材（钢板、钢管和钢锻 件），其S、p 含量应符合以下要求：
1.用于焊接的碳素钢和低合金钢: 碳素钢和低合金钢钢材C、P、S的含量，C≤0.25%,P≤0.035%、S≤0.035%； 2.压力容器专用钢中的碳素钢和低合金钢(钢板、钢管和钢锻件)，其磷、 硫含量应当符合以下要求:
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
化工容器设计讲义 中低压容器设计
圆形薄平板
面内的点无伸缩和剪切变形，只有沿中面的挠度w；
3
第二节
圆平板中的应力
一、概述 图 2-27 圆板中的内力分量
轴对称，板内无转矩。 剪力仅在同心圆截面上。
圆形薄平板
4
圆形薄平板
第二节
圆平板中的应力
二、基本方程
(1)圆平板中的内力： 在微元的侧边上只有弯矩Mr，Mθ和Qr，且与θ无关。 (2)力平衡方程： ， Fｘ 0,Ｆ ｙ＝０ Ｆ ｚ＝０
2 - 83
图2-28 圆板对称弯曲的变形关系
2 - 84
7
第二节
圆平板中的应力
二、基本方程
(3)几何方程：
z ( d)- z d z dr dr 2(r z)- 2r z 2r r r
w 仅取决于坐标r， 与 无关。
2 - 83
对于小挠度：
整理得：
d (rM r ) - M Qr r dr
2-56 2 - 82
含有Mr、M、Qr三个未知数，需要补充方程。
6
第二节
圆平板中的应力
二、基本方程
建立几何方程的变形 关系图
z ( d)- z d z dr dr 2(r z)- 2r z 2r r r
第二章 中低压容器的规则设计
第二节 圆平板中的应力
一、概述
二、基本方程
三、受均布载荷的圆平板中的应力 四、轴对称载荷下环形板中的应力 五、带平封头圆筒的不连续性分析
10
第二节
圆平板中的应力
三、受均布载荷的圆平板中的应力
对于横向均布载荷，pz=p=常数，则方程（2-62）的 一般解为： pr 4 2 2 w C1r ln r C2 r C3 ln r C4 64 D
《中低压容器设计》课件
培训员工：对员工进行安全培训，提高其安全意识和操作技能，确保员工能够正确、安全地操作容器
应急预案：制定应急预案，明确应对突发事件的措施，确保在紧急情况下能够迅速、有效地处理问题
定期检查和维护：对容器进行定期检查，确保其正常运转，及时发现并处理潜在的安全隐患
容器破裂事故的应急处理
容器燃烧事故的应急处理
校核内容：包括筒体、封头、法兰等部件的应力校核，以及开孔补强等特殊结构的校核
注意事项：注意考虑各种载荷工况下的应力分布和大小，确材料准备
切割与成形
焊接与组装
检验与试压
检验阶段：对容器进行全面的检验，确保符合设计要求和安全标准
准备阶段：选择合适的材料，进行切割、打磨等预处理
容器的制造工艺和检验标准
容器的结构设计要点和安全要求
容器的材料选择和制造标准
ANSYS软件：用于中低压容器的有限元分析和优化设计
压力容器专用设计软件：如ASME、GB等，用于中低压容器的专业设计
AutoCAD软件：用于绘制中低压容器的二维图纸
SolidWorks软件：用于中低压容器的三维建模和应力分析
容器设计是工业生产中的重要环节
容器设计需要考虑多种因素，如压力、温度、腐蚀等
容器设计需要遵循相关法规和标准
容器设计需要注重安全性和经济性
PART FOUR
满足工艺要求
保证容器安全
考虑经济性
符合规范标准
确定设计目标
确定设计参数
选择设计方法
进行设计计算
绘制设计图纸
审核设计结果
容器设计的基本原则和要求
容器泄漏事故的应急处理
容器爆炸事故的应急处理
事故案例介绍：某化工厂发生的中低压容器爆炸事故
事故原因分析：容器设计缺陷、制造质量不过关、操作不当等
应急预案：制定应急预案，明确应对突发事件的措施，确保在紧急情况下能够迅速、有效地处理问题
定期检查和维护：对容器进行定期检查，确保其正常运转，及时发现并处理潜在的安全隐患
容器破裂事故的应急处理
容器燃烧事故的应急处理
校核内容：包括筒体、封头、法兰等部件的应力校核，以及开孔补强等特殊结构的校核
注意事项：注意考虑各种载荷工况下的应力分布和大小，确材料准备
切割与成形
焊接与组装
检验与试压
检验阶段：对容器进行全面的检验，确保符合设计要求和安全标准
准备阶段：选择合适的材料，进行切割、打磨等预处理
容器的制造工艺和检验标准
容器的结构设计要点和安全要求
容器的材料选择和制造标准
ANSYS软件：用于中低压容器的有限元分析和优化设计
压力容器专用设计软件：如ASME、GB等，用于中低压容器的专业设计
AutoCAD软件：用于绘制中低压容器的二维图纸
SolidWorks软件：用于中低压容器的三维建模和应力分析
容器设计是工业生产中的重要环节
容器设计需要考虑多种因素，如压力、温度、腐蚀等
容器设计需要遵循相关法规和标准
容器设计需要注重安全性和经济性
PART FOUR
满足工艺要求
保证容器安全
考虑经济性
符合规范标准
确定设计目标
确定设计参数
选择设计方法
进行设计计算
绘制设计图纸
审核设计结果
容器设计的基本原则和要求
容器泄漏事故的应急处理
容器爆炸事故的应急处理
事故案例介绍：某化工厂发生的中低压容器爆炸事故
事故原因分析：容器设计缺陷、制造质量不过关、操作不当等
《中低压容器设计》课件
03
支座与支承结构设计要点
确保容器稳定、减少对基础的影响、便于安装和维修
01
支座类型
立式容器的支座、卧式容器的支座、球形容器的支座等
02
支承结构
采用固定支承、活动支承、悬挂支承等
05
中低压容器设计的强度计算
根据容器的工作压力、设计温度、介质特性等参数，选择合适的材料和厚度。
根据容器承受的静压力、内压、外压等，计算容器的壁厚和加强圈。
02
设计温度是容器材料选择和结构设计的关键因素，需要考虑环境温度、工作介质温度和工艺要求。
03
容器材料应具有足够的耐温性能，以承受设计温度下的热应力和变形。
设计寿命是指容器在正常工作条件下，能够安全使用的预期时间。
设计寿命的确定需要考虑容器的工作环境、材料性能、损伤累积和维修计划等因素。
容器到达设计寿命后，应进行全面检查和评估，以确定是否能够继续安全使用。
考虑腐蚀裕量、焊接接头系数等因素，对壁厚进行修正。
校核容器在正常工作状态下的强度、刚度和稳定性。
校核容器在异常工作状态下的安全性和可靠性。
校核容器的疲劳寿命和安定性，确保容器能够安全运行。
06
中低压其性能和安全性。
总结词：可靠性设计旨在提高压力容器的可靠性和稳定性，确保其在各种工况下的安全运行。
规范要求
设计标准
02
中低压容器设计的基本原则
设计压力是容器设计时的重要参数，直接关系到容器的强度、稳定性和安全性。
根据容器的工作压力和工艺要求，设计压力应不低于工作压力，同时要考虑温度变化对压力的影响。
压力容器的设计压力是指在正常工作条件下，容器顶部可能出现的最高压力。
01
设计温度是指容器在正常工作条件下，各部件所承受的最高或最低温度。
中低压容器设计
F为 F 2rpZ R cos d
2rR3[1 1 cos2 (1 2 cos )] (2-27)
62
3
图2-17 球形储液罐
球形储液罐
二、回转薄壳的薄膜应力
例6、球形贮液罐
rR 2 6t
(1
2 cos2 ) 1 cos
rR 2 6t
二、回转薄壳的薄膜应力
（1）回转薄壁壳体基本概念
c.轴对称问题： i.几何轴对称 常见容器壳体的一个重要几何 特征就是其中面由一条平面曲线或 直线绕同平面内的轴线回转而成， 这种壳体称为“回转壳”。 ii.载荷轴对称 载荷轴对称就是指壳体任意横截面上的载荷对称于 回转轴，但是沿轴向方向的载荷可以按任意规化。
整理得：
N
dN d
d r
dr d
dd cos d
Nrd
2
N
sin
d 2
R1d
cos
0
d
d
Nr
NR1 cos 0
以上两式是回转薄壳无力矩理论的轴对称问题的两个基本方程。
二、回转薄壳的薄膜应力
封头，因压缩应力过大，可能发
生弹性或塑性内压失稳（沿径向
出现周向皱纹）或塑性压溃。在
`
容器的液压试验中，要提防发生
这类失效。
图2-13 a/b=3的椭球壳中的应力
二、回转薄壳的薄膜应力
例4、椭圆形容器 结论(续) ：化工容器常用a/b=2
的标准椭圆形封头，此时的 数值 在顶点和赤道处大小相等但符号相 反。即顶点处为pa/t，赤道上为 -pa/t，而 一定是拉伸应力，在 顶点处到达最大值，为pa/t。
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称为“薄膜应力”。
◆ 无力矩理论的基本方程
微体平衡方程 区域平衡方程
p r1 r2
rK prdr
0
rK
sin
当壳体只受气体压力作用时，由于气体密度很小、其
静压力随壳体位置的变化很小，所以可近似认为 与p
无关r 。可得
pr2
2
◆ 受气体压力作用典型壳体的薄膜应力
● 圆筒形壳体
pD
4
◆ 边缘问题
● 边缘及边缘应力
在壳体上不满足无力矩理论应用条件的部位称为连 接边缘，在边缘处壳体相互之间产生的约束力称为边缘 应力。
● 常见的连接边缘
壳体与封头的连接处。 直径和材料相同但壁厚不同两壳体的连接处。 壳体上有法兰、接管等部位。 壳体上有集中载荷、或边界法向有约束的部位。
不同材料制造的同直径和同壁厚圆筒的连接处等。
选用加强圈等。
＊ 对受脉动载荷或循环载荷作用的壳体，当边
缘应力可能超过材料的屈服极限时，容易引起材 料的应变硬化现象。如果在同样载荷继续作用下， 还可能在该处出现裂纹并形成裂纹源，因此，对 承受这类载荷的连接边缘结构，应采取适当措施
以降低边缘应力的影响。
第二节 内压薄壁容器的强度计算
一、容器的设计计算
转轴垂直的平面，其切割中间面形成的曲线就是
平行圆，所以 r2= r= R。
● 球形壳体
设壳体中间面半径为R，
由于经线为半圆曲线，与经 线垂直的平面就是半径所在 的平面，故第一、第二曲率 中心重合，第一、第二曲率 半径都等于球壳中间面半径
为R，K点的几何参数为： r1= r2 =R ； r= r2sinφ= R sinφ。
为第二曲率中心。
● 平行圆及其半径
用垂直旋转轴的平面过K点切割中间面，所得交线为
一个圆，此圆称为旋转壳体在该点的平行圆。该圆的
半径称为旋转壳体在该点的平行圆半径，用r表示。
r=KO= r2sinφ。
◆ 典型壳体的第一、第二曲率半径及平行圆半径
● 圆筒形壳体
设壳体中间面半径为R，由于经线为直线，故 r1=∞；与经线的切线垂直的平面、也就是与旋
◆ 圆筒型容器
设内压薄壁圆筒的中间面直径为D，壁厚为δ，内部 受到介质压力p的作用。
径向（轴向）应力： 环向应力：
PR
2
PR
● 圆筒的强度计算
对内压薄圆筒而言，其环向应力远大于轴向 应力，故按环向应力建立强度条件：
eq1
max
PR
PD
2
[ ]t
式中：[σ]t ---筒体材料在设计温度下的的许用应力.
＊由于边缘应力具有局部性，在设计中可以进行
局部处理。
＊ 用高强度、低塑性的低合金钢材料制造容器壳
体时，在连接焊缝处及其热影响区，材料容易变脆， 并使该局部区域产生很高的局部应力。因此，在焊 缝区域要采取焊后热处理以消除热应力；另外，在 结构上也可进行一些处理，使其更加合理，例如， 采用等厚度连接；尽量使焊缝远离连接边缘；正确
第二章 中低压容器设计
目录
1 旋转壳体的应力分析 2 内压薄壁容器的强度计算 3 设计参数的确定
4 内压封头的结构及强度计算 5 容器的压力试验
第一节 旋转壳体的应力分析
一、旋转壳体的基本概念
◆ 旋转壳体的形成及几何特征
● 旋转曲面
任意平面曲线绕同平面内某已知的直线旋转而成 的曲面称为旋转曲面。这一已知的直线称为旋转轴， 绕其旋转的平面曲线称为母线。
● 旋转壳体
以旋转曲面为中间面的壳体称为旋转壳体。
● 中间面
与旋转壳体内外表面等距的曲面称为中间面。
● 第一曲率半径
经线上任一点的曲率半径就是旋转壳体在该点的第一
曲率半径，用r1表示。r1 =K01，O2为第一曲率中心。
● 第二曲率半径
用过K点并与经线在K点的切线垂直的平面切割中间面， 所得交线为一曲线，此曲线在K点的曲率半径称为旋转 壳体在该点的第二曲率半径，用r2表示。r2=KO2，O2
● 边缘应力的特点
局部性 自限性
● 边缘应力在工程设计中的考虑
＊ 对于塑性较好的低碳钢、奥氏体不锈钢，以及铜、
铝等有色金属材料制成的壳体，当承受静载荷时，一般 可以不对边缘应力特殊考虑或具体计算。
对于塑性很差的脆性材料制造的容器壳体，必须充 分考虑边缘应力的影响，正确计算边缘应力并按应力分 类的设计规范进行验算，否则，将在边缘高应力区导致 脆性或疲劳破坏。
● 锥形壳体
设锥壳的半顶角为。则经线是与旋转轴夹角为的直线，
K点的几何参数为：r1=∞；r2=xtanα； r= r2cosα.
二、无力矩理论及应用
◆ 无力矩理论的概念
旋转壳体在内压力作用下发生变形，在壳壁中产生拉
应力和弯曲应力，当壳体的径比K=Do/Di≤1.2时，为
了简化计算，常忽略弯曲应力而只考虑拉应力的影响， 这对一般的工程设计有足够的精度。这种分析问题的方 法称为“无力矩理论”，由此求得的旋转壳体中的应力
壳体边界处只有沿经线切线方向的约束，而经线的转 动和法向位移均不受约束。
以上只要有一条不满足，就不能应用无力矩理论，而应按有力矩理 论进行分析。
◆ 有力矩理论的概念
考察受力平衡、几何变形、应力应变关系等方面， 建立各量之间的关系式，再结合边界和变形协调条件， 求出各种应力，这种方法称为有力矩理论。
pD
2
● 球形壳体
pD
4
● 锥形壳体
pDK
1
4 cos
pDK
1
2 cos
三、有力矩理论及边缘问题 ◆ 无力矩理论的适用范围
壳体曲率半径的变化是连续的、无突变，壳体的厚度 也无突变；
构成同一壳体材料的物理性能（E、μ等）是一致的；
作用在壳体上的外载荷是连续的，没有突变或集中载 荷作用；
● 工程应用中，还需考虑以下因素 ：
＊ 焊缝接头系数 :由于焊缝的存在会使筒体强度乘以一个小于1 的数值Φ，称为焊缝接头系数。引入焊缝接头系数后的强
度条件为：
σt=pD/2δ≤ [σ]t φ＊ 内径：因圆筒的内直径是由工
艺计算决定的，则中间面直径可表示为为：D = Di+ δ
＊ 计算压力PC : 以计算压力取代上式中的 p
可得：
t
Pc (Di e ) [ ]t 2 e
(MPa)
● 圆筒的计算厚度
δ=pcDi/(2[σ]t Φ-pc) 式中：δ----圆筒的计算厚度；
pc----圆筒的计算压力； [σ]t----圆筒材料在设计温度下的许用应力； Φ----圆筒的焊缝接头系数。
◆ 无力矩理论的基本方程
微体平衡方程 区域平衡方程
p r1 r2
rK prdr
0
rK
sin
当壳体只受气体压力作用时，由于气体密度很小、其
静压力随壳体位置的变化很小，所以可近似认为 与p
无关r 。可得
pr2
2
◆ 受气体压力作用典型壳体的薄膜应力
● 圆筒形壳体
pD
4
◆ 边缘问题
● 边缘及边缘应力
在壳体上不满足无力矩理论应用条件的部位称为连 接边缘，在边缘处壳体相互之间产生的约束力称为边缘 应力。
● 常见的连接边缘
壳体与封头的连接处。 直径和材料相同但壁厚不同两壳体的连接处。 壳体上有法兰、接管等部位。 壳体上有集中载荷、或边界法向有约束的部位。
不同材料制造的同直径和同壁厚圆筒的连接处等。
选用加强圈等。
＊ 对受脉动载荷或循环载荷作用的壳体，当边
缘应力可能超过材料的屈服极限时，容易引起材 料的应变硬化现象。如果在同样载荷继续作用下， 还可能在该处出现裂纹并形成裂纹源，因此，对 承受这类载荷的连接边缘结构，应采取适当措施
以降低边缘应力的影响。
第二节 内压薄壁容器的强度计算
一、容器的设计计算
转轴垂直的平面，其切割中间面形成的曲线就是
平行圆，所以 r2= r= R。
● 球形壳体
设壳体中间面半径为R，
由于经线为半圆曲线，与经 线垂直的平面就是半径所在 的平面，故第一、第二曲率 中心重合，第一、第二曲率 半径都等于球壳中间面半径
为R，K点的几何参数为： r1= r2 =R ； r= r2sinφ= R sinφ。
为第二曲率中心。
● 平行圆及其半径
用垂直旋转轴的平面过K点切割中间面，所得交线为
一个圆，此圆称为旋转壳体在该点的平行圆。该圆的
半径称为旋转壳体在该点的平行圆半径，用r表示。
r=KO= r2sinφ。
◆ 典型壳体的第一、第二曲率半径及平行圆半径
● 圆筒形壳体
设壳体中间面半径为R，由于经线为直线，故 r1=∞；与经线的切线垂直的平面、也就是与旋
◆ 圆筒型容器
设内压薄壁圆筒的中间面直径为D，壁厚为δ，内部 受到介质压力p的作用。
径向（轴向）应力： 环向应力：
PR
2
PR
● 圆筒的强度计算
对内压薄圆筒而言，其环向应力远大于轴向 应力，故按环向应力建立强度条件：
eq1
max
PR
PD
2
[ ]t
式中：[σ]t ---筒体材料在设计温度下的的许用应力.
＊由于边缘应力具有局部性，在设计中可以进行
局部处理。
＊ 用高强度、低塑性的低合金钢材料制造容器壳
体时，在连接焊缝处及其热影响区，材料容易变脆， 并使该局部区域产生很高的局部应力。因此，在焊 缝区域要采取焊后热处理以消除热应力；另外，在 结构上也可进行一些处理，使其更加合理，例如， 采用等厚度连接；尽量使焊缝远离连接边缘；正确
第二章 中低压容器设计
目录
1 旋转壳体的应力分析 2 内压薄壁容器的强度计算 3 设计参数的确定
4 内压封头的结构及强度计算 5 容器的压力试验
第一节 旋转壳体的应力分析
一、旋转壳体的基本概念
◆ 旋转壳体的形成及几何特征
● 旋转曲面
任意平面曲线绕同平面内某已知的直线旋转而成 的曲面称为旋转曲面。这一已知的直线称为旋转轴， 绕其旋转的平面曲线称为母线。
● 旋转壳体
以旋转曲面为中间面的壳体称为旋转壳体。
● 中间面
与旋转壳体内外表面等距的曲面称为中间面。
● 第一曲率半径
经线上任一点的曲率半径就是旋转壳体在该点的第一
曲率半径，用r1表示。r1 =K01，O2为第一曲率中心。
● 第二曲率半径
用过K点并与经线在K点的切线垂直的平面切割中间面， 所得交线为一曲线，此曲线在K点的曲率半径称为旋转 壳体在该点的第二曲率半径，用r2表示。r2=KO2，O2
● 边缘应力的特点
局部性 自限性
● 边缘应力在工程设计中的考虑
＊ 对于塑性较好的低碳钢、奥氏体不锈钢，以及铜、
铝等有色金属材料制成的壳体，当承受静载荷时，一般 可以不对边缘应力特殊考虑或具体计算。
对于塑性很差的脆性材料制造的容器壳体，必须充 分考虑边缘应力的影响，正确计算边缘应力并按应力分 类的设计规范进行验算，否则，将在边缘高应力区导致 脆性或疲劳破坏。
● 锥形壳体
设锥壳的半顶角为。则经线是与旋转轴夹角为的直线，
K点的几何参数为：r1=∞；r2=xtanα； r= r2cosα.
二、无力矩理论及应用
◆ 无力矩理论的概念
旋转壳体在内压力作用下发生变形，在壳壁中产生拉
应力和弯曲应力，当壳体的径比K=Do/Di≤1.2时，为
了简化计算，常忽略弯曲应力而只考虑拉应力的影响， 这对一般的工程设计有足够的精度。这种分析问题的方 法称为“无力矩理论”，由此求得的旋转壳体中的应力
壳体边界处只有沿经线切线方向的约束，而经线的转 动和法向位移均不受约束。
以上只要有一条不满足，就不能应用无力矩理论，而应按有力矩理 论进行分析。
◆ 有力矩理论的概念
考察受力平衡、几何变形、应力应变关系等方面， 建立各量之间的关系式，再结合边界和变形协调条件， 求出各种应力，这种方法称为有力矩理论。
pD
2
● 球形壳体
pD
4
● 锥形壳体
pDK
1
4 cos
pDK
1
2 cos
三、有力矩理论及边缘问题 ◆ 无力矩理论的适用范围
壳体曲率半径的变化是连续的、无突变，壳体的厚度 也无突变；
构成同一壳体材料的物理性能（E、μ等）是一致的；
作用在壳体上的外载荷是连续的，没有突变或集中载 荷作用；
● 工程应用中，还需考虑以下因素 ：
＊ 焊缝接头系数 :由于焊缝的存在会使筒体强度乘以一个小于1 的数值Φ，称为焊缝接头系数。引入焊缝接头系数后的强
度条件为：
σt=pD/2δ≤ [σ]t φ＊ 内径：因圆筒的内直径是由工
艺计算决定的，则中间面直径可表示为为：D = Di+ δ
＊ 计算压力PC : 以计算压力取代上式中的 p
可得：
t
Pc (Di e ) [ ]t 2 e
(MPa)
● 圆筒的计算厚度
δ=pcDi/(2[σ]t Φ-pc) 式中：δ----圆筒的计算厚度；
pc----圆筒的计算压力； [σ]t----圆筒材料在设计温度下的许用应力； Φ----圆筒的焊缝接头系数。