高压容器筒体结构的类型与特点
2017年压力容器设计审批人员培训考核班图纸答辩试题(5)
2017年压力容器设计审批人员培训考核班图纸答辩试题前天参加了压力容器设计审批人员培训考核班图纸答辩，这次答辩改革需要自带图纸，答辩时间增加到了一个小时。
问设计人员的问题比往年要多，收集了一些老师问到的试题，给以后参加答辩的朋友一点参考。
1.换热器腐蚀前，腐蚀后对计算的影响。
为什么要进行计算腐蚀前的计算。
2.换热器固定管板计算什么时候需要加膨胀节。
3.换热器怎么划类，壳程和管程是不是都按照容器最高类别进行设计制造。
4.换热器的设计寿命怎么来的，是不是整台设备的每个元件都要满足设计寿命要求。
5.固定管板换热器管板计算模型与U形的有什么区别6.换热器如何考虑地震载荷。
7.U型管换热器筒体有什么特点。
8.U型管换热器的管壳法兰的计算和普通的法兰计算有什么不同。
9.各类换热器特点和水压试验注意事项。
10.简述换热器试压程序，为什么在壳程和管程试压后进行氨检漏。
11.塔式容器裙座校核哪种应力，需要考虑哪几种工况。
12.什么是高振型，什么时候需要考虑高振型。
高振型如何叠加。
13.地震的计算模型是什么。
14.塔器除了内压应力以外还要考虑哪些应力，如何控制？15.封头标注的40（min39.7）是怎么定的，最小成形厚度怎么计算。
16.塔器隔热圈怎么设置，为什么设置，具体位置。
17.塔器的阻尼系数0.01是怎么来的，为什么取这个值。
阻尼系数是大好还是小好。
18.为什么用锥形裙座。
19.塔器检修时水压注意事项。
20.满液位塔设计要注意什么问题。
21.卧式容器的扁塌现象设计中怎么解决。
22.卧式容器鞍座位置设置特点，固定端设置在哪端。
23.最小厚度，名义厚度，计算厚度，有效厚度的定义及其关系。
24.GB150对于低温冲击功的要求。
为何图纸上的冲击功比GB150要求的冲击功要求高。
（图纸上按照GB/T713给的冲击功）。
25.焊缝和焊接接头区别。
26.风险评估报告的作用是什么，风险评估报告有哪些内容，应该如何写。
27.GB150考虑的失效模式有哪些，标准是采取什么措施防范的。
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。
第5章_高压容器
一、单层整体式
1.整体锻造式圆筒
整体锻造式是高压容器制造中最早采用的
一种结构形式，其制造方法是：先铸钢锭，切去
钢锭两头品质不良的部分，将钢锭锻造成圆柱形， 再加热，用心轴锻造内壁，使内壁大致达到需要
尺寸，退火消除内应力并降低硬度，然后内外壁
进行切削加工，使其成形。如图所示
2.单层卷焊式圆筒 这种结构与中低容器的制造方法基本相同，是将厚钢钣（厚度达120mm）加热至 700～900℃后，在大型卷板机上卷成圆筒，然后焊接纵缝即得筒节。再通过焊接环缝将筒 节组对成需要长度的筒体。
第五章
高压容器
第一节 高压容器的总体结构与选材要求
一、高压容器的总体结构及特点 二、高压容器的选材要求
第二节 高压容器筒体的主要结构形式
一、单层整体式 二、多层组合式
第三节 高压容器的零部件
一、高压容器的封头 二、高压容器的筒体端部
第四节 高压容器的密封结构
一、高压容器的密封原理及类型 二、高压容器常用的密封结构
结构有锻制平盖和锻制紧缩口 封头，如图5-16和图5-17所示。
可拆卸平盖与筒体一般
采取螺栓和螺母连接，平盖 也兼作法兰盖与筒体端部连 接，高压容器多将开孔设置 在平盖上，结构如图5-18 所示。
二、高压容器的筒体端部
筒体端部结构如图5-19所示
第四节 高压容器的密封结构
一、高压容器的密封原Fra bibliotek及类型 二、高压容器常用的密封结构
6.螺旋绕板式圆筒
这种圆筒与扁平钢带式圆筒在 结构上无实质区别，只是缠绕在内筒 外的钢板比扁平钢带式的要宽许多。
各种结构的高压圆筒特点比较，见表5-1。
第三节 高压容器的零部件
压力容器设计之厚壁容器
2、组合式厚壁容器（即多层式）
10
（1）多层包扎式
1、结构：
深环焊缝
内层——12～25mm
筒体
筒节 外层——4～12mm
为避免裂纹沿壁厚 方向扩展，各层板 之间的纵焊缝应相 互错开75°。
筒节的长度视钢板的 宽度而定，层数则随 所需的厚度而定。
2、制造： 用装置将层板逐层、同心 地包扎在内筒上； 借纵焊缝的焊接收缩力使 层板和内筒、层板与层板 之间互相贴紧，产生一定 的预紧力； 筒节上均开有安全孔 ——报警。
44
径向应变
r
AD AD AD
dr
u
u dr
du
dr
du dr
环向应变
D/C/ DC DC
r u d
dr
rd
u r
45
r
du dr
u r
A' u+du A
D' uD
②几何方程
B' B
C' dr C
r
θ
46
4、变形协调方程
d
dr
d
u r
dr
r
du u dr r2
1 du r dr
rd
dz
0
rzdr drzr 0
1
两端同乘： r rz
得
dr r
d r rz
0
lnrz = -ln r + ln c
c
τrz r
40
代入边界条件 rz rRi 0
c 0 rz 0
根据应力互等定理 rz zr
zr 0
（2）各力在过微元体中心的r轴上的平衡 Fr 0
r
d
压力容器结构特性分析与设计
压力容器结构特性分析与设计1. 引言压力容器作为一种用于储存或输送物质的设备，广泛应用于工业生产和民用领域。
设计和使用压力容器需要考虑其结构特性，确保其能够安全可靠地承受内外压力。
本文将对压力容器结构的特性进行分析与设计。
2. 压力容器结构特性压力容器的结构特性主要包括强度、刚度和稳定性。
在设计中，强度是最基本的要求，即容器在最大工作压力下不发生塑性变形或破坏。
刚度则确保容器在内外压力作用下不会产生过大的变形，从而保证其功能的正常发挥。
稳定性考虑容器在受到外力或其他扰动时的抗倾覆和抗滚动能力。
3. 强度分析与设计压力容器的强度分析与设计主要考虑容器壁的应力分布和薄弱点的强化。
采用有限元分析等方法可以得到应力分布情况，进而对壁厚进行选择和优化。
例如，对于圆筒形容器，应力最大的地方一般位于筒体与头部的交界处，因此可以适当增加这一区域的壁厚以提高强度。
4. 刚度分析与设计刚度分析与设计旨在确保容器在工作过程中不变形或过度变形。
一种常用的方法是通过增加支撑结构或加装支撑环使容器刚度增加。
另外，也可以通过优化容器的几何形状来增加其刚度。
例如，对于圆筒形容器，增加半径或者长度可以大幅提高刚度。
5. 稳定性分析与设计稳定性分析与设计主要考虑容器在受到外力或其他扰动时倾覆和滚动的问题。
通过合理的设计和选择支撑结构、引入抗滚环或抗倾覆支撑装置等手段，可以提高容器的稳定性。
此外，对于高压容器，还可以考虑采用多层壳体结构，增加容器的整体刚度和稳定性。
6. 材料选择与焊接技术材料选择对压力容器的结构特性至关重要。
通常选择具有良好的强度和耐蚀性的材料，如碳钢、不锈钢、合金钢等。
对于一些耐高温或特殊介质的容器，还可以选择高温合金材料。
此外，焊接技术在容器的制造过程中也起到重要的作用，高质量的焊接可以提高容器的强度和密封性。
7. 结语压力容器作为一种重要的储存和输送设备，在设计和使用中必须考虑其结构特性，确保其安全可靠。
本文对压力容器结构的特性进行了分析与设计，并介绍了强度、刚度和稳定性的考虑要点。
压力容器基本结构及制造过程 (2)
压力容器通常是由板、壳组合而成的焊接结构。
受压元件中，圆柱形筒体、球罐(或球形封头)、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头、锥形封头和膨胀节所对应的壳分别是圆柱壳、球壳、椭球壳、球冠+环壳、球冠、锥壳和环形板+环壳。
而平盖(或平封头)、环形板、法兰、管板等受压元件分别对应于圆平板、环形板(外半径与内半径之差大于10倍的板厚)、环(外半径与内半径之差小于10倍的板厚)以及弹性基础圆平板。
上述7种壳和4种板可以组合成各种压力容器结构形式，再加上密封元件、支座、安全附件等就构成了一台完整的压力容器。
图1-1为一台卧式压力容器的总体结构图，下面结合该图对压力容器的基本组成作简单介绍。
筒体筒体的作用是提供工艺所需的承压空间，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。
筒体直径较小(一般小于1000mm)时，圆筒可用无缝钢管制作，此时筒体上没有纵焊缝；直径较大时，可用钢板在卷板机上卷成圆筒或用钢板在水压机上压制成两个半圆筒，再用焊缝将两者焊接在一起，形成整圆筒。
由于该焊缝的方向和圆筒的纵向(即轴向)平行，因此称为纵向焊缝，简称纵焊缝。
若容器的直径不是很大，一般只有一条纵焊缝；随着容器直径的增大，由于钢板幅面尺寸的限制，可能有两条或两条以上的纵焊缝。
另外，长度较短的容器可直接在一个圆筒的两端连接封头，构成一个封闭的压力空间，也就制成了一台压力容器外壳。
但当容器较长时，由于钢板幅面尺寸的限制，就需要先用钢板卷焊成若干段筒体(某一段筒体称为一个筒节)，再由两个或两个以上筒节组焊成所需长度的筒体。
筒节与筒节之间、筒体与端部封头之间的连接焊缝，由于其方向与筒体轴向垂直，因此称为环向焊缝，简称环焊缝。
圆筒按其结构可分为单层式和组合式两大类。
1、单层式筒体筒体的器壁在厚度方向是由一整体材料所构成，也就是器壁只有一层(为防止内部介质腐蚀,衬上的防腐层不包括在内)。
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。
01
02
03
04
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
绪论容器篇压力容器最初主要用于石油炼制、化学工业,如用于化工厂的各种储罐、合成炉、聚合釜、裂解炉、反应器等.如今,作为炼油化工中重要设备的压力容器,已经远远突破了原来的应用局限,被广泛用于现代的工业、民用及军工等部门,在科学研究的许多领域也起着重要的作用.压力容器在工业中使用最为广泛.它不仅大量地用于炼油化工行业,如炼油、化肥、医药、农药、无机化工和有机合成等,还大量用于航天、航空、航海、原子能、冶金、采掘、机械制造、交通、纺织和轻工等行业.压力容器还广泛用于农业,随着农业自动化进程地加快,各种蓄能器、动力机械的辅机、冷却器、油水分离器、储气罐、蒸煮釜、烘烤器及大型工程管道等被大量用于实际生产中.随着石油加工工业的发展,数以万计的液化石油气钢瓶更是深入到饮食业、旅游业和人们的日常生活中.而目前世界能源危机的出现,许多国家正加紧开发煤气和天然气,抓紧发展核能发电,甚至有的国家正在研究开发海洋的能源,各国军备上的竞争,火箭、导弹技术的发展,以及航天事业的飞跃进步,各种航天器相继升空,都需要大量能满足各种要求的压力容器.因此,压力容器在社会各行各业的生产、储存、运输等方面具有不可取代的地位,在发展国民经济、巩固国防、解决人们衣食住行等方面起着极为重要的作用.第一部份压力容器基本知识一、压力容器的基本概念容器按所承受的压力大小分为常压容器和压力容器两大类.压力容器和常压容器相比,不仅在结构上有较大的差别,而且在设计原理方面也不相同,应该指出的是,所谓压力容器和常压容器的划分是人为规定的.一般泛指最高工作压力P w≥0.1MPa(P w不包括液体静压力),用于完成反应、换热、吸取、萃取、分离和储存等生产工艺过程,并能承受一定压力的密闭容器称为压力容器.通俗的讲是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备就称为压力容器。
另外,受外压(或负压)的容器和真空容器也属于压力容器.由于压力容器是一种承压设备,是在各种介质和环境(有时十分苛刻)条件下工作,所有,一旦发生事故其破坏性往往是非常严重的.为安全生产起见,从20世纪80年代初国务院就制定和颁发了《锅炉压力容器安全监察暂行条例》(简称“条例”),1981年原国家劳动总局颁布了《压力容器安全监察规程》,并于1982年4月正式执行.为适应新形势发展需要,在总结经验的基础上,原劳动部于1989年对其进行修改后,1990年颁布了《压力容器安全技术监察规程》(简称“容规”),并于1991年1月正式执行.贯彻“容规”以来,对强化压力容器使用管理,提高压力容器制造质量水平,以及减少爆炸事故等方面起到了积极的作用,是压力容器安全监察和监督检验的重要依据之一.为进一步完善压力容器质量安全监察工作,国家质量技术监督局对“容规”再次进行修订,于1999年6月正式颁布,并于2000年1月正式执行.另外,1984年全国压力容器标准化技术委员会(简称“容委会”)成立后,在已实施了20多年的三部标准《钢制石油化工压力容器设计规定》和JB741-80《钢制焊接压力容器技术条件》等标准的基础上,经调查和实验验证,结合成功的使用经验并吸取国际上同类先进标准的内容,于1989年制定了国家标准GB150-89《钢制压力容器》,后于1998年重新修订出版.这是一部综合设计、制造、检验和验收等压力容器设计、制造过程必须遵循的基本技术法规.这里要强调的是, “容规”从安全监察和便于管理的角度出发,对压力容器的条件做出了一些规定,凡符合这些条件的压力容器,称为规程管辖的压力容器.至此,可以这样说,现在一般从设计、制造、使用管理角度出发所指的压力容器,实际上都是指规程管辖的压力容器,而不是指所有的压力容器.二、压力容器的分类压力容器的分类方法有多种.但归结起来,常用的分类方法有如下几种.1、按制造材料分根据制造材料的不同,压力容器可分为钢制容器,铸铁容器,有色金属容器,和非金属容器等.2、按承压方式分内压容器和外压容器.3、按设计压力(p)分a 低压容器(代号L):0.1MPa≤p＜1.6MPab 中压容器(代号M): 1.6MPa≤p＜10MPac 高压容器(代号H):10MPa≤p＜100MPad 超高压容器(代号U):p≥100MPa4、按使用方式分移动式容器和固定式容器.5、按外形分圆筒形(或称圆柱形)容器、球形容器、矩(方)形容器和组合式容器.6、按功能分反应容器（R）、储存容器（C）、换热容器（E）、分离容器（S）a 反应容器——主要用来完成介质化学反应的容器;例如:反应釜、搅拌反应器(釜) 、合成反应器、聚合釜等.b 储存容器——这类容器多用于气体、液体、液化气体介质的储存;例如:各种储气罐、储槽等.c换热容器——主要用于加热或冷却介质的目的;例如：热交换器、冷却器、硫化锅、消毒锅、染色器、蒸发器、废热锅炉等。
压力容器结构
压力容器零部件
称直径，其系列尺寸有 300 、 400 、 500 、 600… 等，如
果筒体是用无缝钢管制作的，用钢管的外径作为筒体 的公称直径。
24
2. 封头
压力容器零部件
压力容器封头，常见的形式有凸形封头（包括半球形封 头、椭圆形封头，碟形封头、球冠形封头）、锥形封头、变 径段、平盖等 。
25
为改善容器的受力情况，将支座垫板四角倒圆；并在垫 板中心开一通气孔，以利于焊接或热处理时气体的排放。
33
支承式支座
支承式支座是由数块钢板焊接成（A型），也可以用钢管制 作（B型）。 支承式支座适用于下列条件的钢制立式圆筒形容器： ① 公称直径DN800~4000mm； ② 圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN≤5； ③ 容器总高度H0≤10m。 支承式支座多用于距基础面较近的具有椭圆形或碟形封头的 立式容器。一般为3个或4个均布。 支座与筒体连接处是否加垫板，一般应根据容器材料与支座 连接处的强度或刚度决定
14
主要受压元件
压力容器的筒体、封头（端盖）、人孔盖、人孔法 兰、人孔接管、膨胀节、开孔补强圈、设备法兰； 球罐的球壳板；换热器的管板和换热管； M36 以 上的主螺栓及公称直径大于 250mm 的接管和管法 兰均作为主要受压元件。
15
压力容器的典型结构和特点
低、中压压力容器的筒体结构
１、圆筒形的筒体结构形式 ２、球形容器
（1）球形封头——半球形封头由球壳的一半作成。与 其他形状的封头相比，封头壳壁在压力作用下产生 的应力最小， 因此它所需要的壁厚最薄，用材节省。 但半球形封头深度大、制造比较困难，尤其对加工 设备条件较差的中小型设备制造厂困难更大。而对 于大直径（Di＞3m）的半球形封头可用数块钢板在 大型水压机成型后拼焊而成。半球形封头还用于高 压容器上代替平封头，以节省钢材。
多层包扎式结构在高压容器中应用的优势
多层包扎式结构在高压容器中应用的优势摘要：高压容器在实践运用中压力高，固所需筒体的厚度较厚。
若采用单层厚板式结构，则对材料的要求高，并且要求制造厂要拥有大型的加工设备，制造难度大，再则板材的价格却随厚度增加，若采用整体多层包扎式结构，不但不存在以上材料和大型加工设备问题，而且还能避免深焊缝对容器的危害，既提高了容器的安全性又降低了生产成本。
文章对单层厚板式结构和整体多层包扎式结构进行比较，阐述了多层包扎式结构在高压容器中运用的优势。
关键词：高压容器；单层厚板式；整体多层包扎式；比较；优势近年来随着设备的大型化，对于设备的安全性提出了较高的要求。
在行业的激烈竞争中，必须认清高压容器的哪种结构既安全成本又低。
本文以我公司某项目制造的20万t/a合成甲醇中的甲醇合成塔为例，分析比较高压容器的两种基本结构单层板式和多层包扎的优劣性和经济性，为高压容器结构的运用选择提供参考。
1 甲醇合成塔的设计1.1 甲醇合成塔设计参数甲醇合成塔设计参数如表1所示。
1.2 材料选择甲醇合成塔的材料选择主要考虑容器的工况条件，材料的使用性能，材料的焊接性能和冷热加工性能以及经济合理性，具体分析如下：①甲醇合成塔的工况条件主要包括设计压力、设计温度和介质特性。
这是我们设计选材的基本参数和主要根据。
本设备设计压力为高压，决定了材料应选择力学性能较好的材料；设计温度较高决定了材料应选择耐高温的材料；介质为易燃介质决定了材料不得选用沸腾钢且含碳量不应过高。
除此之外，材料还应有良好的耐腐蚀性。
②材料的使用性能包括力学性能、物理性能和化学性能。
根据上述甲醇合成塔的工况条件，该设备材料的力学性能应选择较高强度的材料，不仅能承受较高的压力，而其能减薄壳体厚度，减轻设备重量。
在考虑强度较好的情况下，还应考虑材料要有足够的韧性和塑性。
③材料在具备以上两点的基础上还应有良好的加工工艺性能和焊接性能，良好的焊接性能是保证压力容器组焊焊缝有较高可靠性的前提条件，所以对压力容器来说材料有良好的焊接性能是十分重要的，一般来说，降低钢中的含碳量并控制碳锰含量的比例，对获得良好的焊接性能有利。
压力容器的结构及其分类
第一节 压力容器的结构 及其分类
复习
• 1、什么是压力容器？ • 2、什么是薄壁容器？ • 3、工作温度为250度的是什么容器？ • 4、无毒的无害的低压容器、中压容器、高压容器分别属于第几类压力容器？ • 5、易燃介质或毒性程度中度危害介质的低压反应容器和储存容器属于第几类
压力容器？
（6）平板形 结构简单，制造容易。受力差，厚度要大。
一般用于常压或直径较小的高压容器上。
法兰连接
左上一图为连接塔节与塔节的容器法兰 左上二图为连接接管的管法兰
右下一图为连接封头与筒体、管箱与筒体的容器法兰 右下二图为管法兰
法兰连接
2、法兰连接 法兰连接和螺纹连接是常见的可拆连接 结构。
（1）法兰连接的组成 一对法兰、数个螺栓、螺母和一个垫 片组成。 判断法兰连接是否失效的准则： 能否防止泄露.
组合式垫片
增加了回弹性，提高了耐蚀性、耐热性和密封性能，适用于较高压力和温度的 场合。常用的组合垫片有金属包垫片、金属缠绕垫片和带骨架的非金属垫片。 缠绕式垫片由金属薄带、石棉带、聚四氟乙烯带、柔性石棉带相间缠绕而成。
• (4)法兰标准 石油、化工上用的法兰标准有两类，
一类是压力容器法兰标准 一类是管法兰标准
四、压力容器的主要零部件
压力容器由壳体（筒体）、封头（又称端盖）、法兰、 支座、接口管及人孔、手孔、视镜等组成。
1、封头 封头是压力容器上的端盖，是压力容器的一个主要承 压部件。所起的作用是密封作用。
• 封头的分类：
• 主要有：凸形、锥形、平板形
• 凸形封头有：半球形封头、椭圆形封头、蝶形封头、 无折边形球面型封头
合成橡胶垫：适用温度可达220～260°C；
石棉橡胶垫片：使用最广泛，主要用于温度低于350°C、 压力低于4.0MPa的水、油、蒸汽等介质。
高压容器几种密封结构的比较
高压容器几种密封结构的比较作者：王丹超荀玉伟来源：《中国科技博览》2017年第10期[摘要]本文介绍了高压容器密封结构的重要性以及其密封结构的分类、特点、适用场合，并对强制密封、自紧密封以及半自紧密封进行比较，为高压容器密封结构的选择和设计提供依据。
[关键词]高压容器；密封结构；设计；中图分类号：TM871 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0281-011.密封结构的重要性压力容器必须具有良好的密封性能。
特别是用于易燃、易爆、有毒介质的压力容器，如果密封不良，易燃易爆、有毒介质泄漏出来，不仅生产会受到影响，而且操作人员的人身安全也会受到威胁，环境将会受到污染。
高压密封是高压容器设计的一个重要方面，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程度。
近年来，随着高压容器越来越广泛的应用，对密封结构也提出了更多的新要求，对其密封的可靠性要求也越来越高[1，2]。
2.高压密封结构的分类及特点高压密封大致可分为三类：强制式密封，自紧式密封，半自紧式密封。
2.1 强制密封强制密封依靠螺栓的拉紧来保证顶盖、密封元件和筒体端部之间有一定的接触压力，已达到密封效果。
由于压力增大后螺栓变形、顶盖上升等减小了接触压力，这就要求强制密封必须有很大的螺栓预紧力才能保证密封效果。
若压力很高时，强制密封很难达到密封效果，顾不建议强制密封应用于高压容器的密封。
2.2 自紧式密封当压力升高后，由于自紧式密封的结构特点，密封元件与顶盖、筒体端部之间的接触力加大，密封效果更好，压力越高，密封效果越好。
螺栓仅须保证初始密封所需的预紧力。
因此，自紧式密封为简化容器顶部结构，减小几何尺寸提供了可能性，是容器向大直径、高压力发展的必然趋势[2，3，4]。
1）伍德密封伍德密封是一种最早使用的自紧式高压密封结构，伍德密封的最大特点是：全自紧式，压力和温度的波动不会影响密封的可靠性；取消了主螺栓，使筒体与端部锻件尺寸可大大减小，而拆装时的劳动强度比有主螺栓的密封结构，特别是比平垫密封的低得多。
压力容器操作人员培训内容
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通常所说的压力均指表压力。
压力容器的定义 《特种设备安全监察条例》2009版，第九十九条第（二）款：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。
圆筒形壳体
特点：轴对称，圆筒体是一个平滑的曲面，应力分布比较均匀，承载能力较高，且易于制造，便于内件的设置和拆装，因而应用广泛。
筒体：筒体直径较小可以用无缝钢管（<500mm）；较大时用钢板卷焊。
封头与端盖：凡与筒体焊接连接而不可拆卸的，称为封头；与筒体以法兰等连接而可拆的，称为端盖。
第一节 压力容器的基本构成
接管、开孔及其补强结构 接管 压力容器与介质输送管道或仪表、安全附件管道等进行连接的附件。 形式：螺纹短管式、法兰短管式与平法兰式。 螺纹短管式：一段带有内螺纹或外螺纹的短管，插入并焊接在容器的器壁上，螺纹用来与外部件连接。主要用于连接测量仪表，直径较小。 法兰短管：一端焊有管法兰，一端插入并焊接在容器器壁上，短管长度一般不小于100mm。当外面有保温时，短管要求更长。多用于直径稍大的接管。 平法兰式接管：法兰短管式接管除掉了短管的一种特殊型式。直接焊接在容器开孔上的一个管法兰。螺孔是一种带有内螺纹的不穿透孔。
压力容器的压力源
来自外部，其压力源一般是气体压缩机或蒸汽锅炉。
容积型压缩机，通过压缩气体体积，增加气体密度来提高提起压力。
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。
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。
第二章 高压容器
（三）多层式：层板包扎式、热套式和绕板式
（四）绕带式：中国独创（浙大）
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第二节 高压容器筒体的结构
一、高压筒体的结构型式及设计选型
（一）整体锻造式
最早采用的筒体型式,筒体和法兰可整 段而出或用螺纹连接，锻造容器的质量较 好,特别是和与焊接性能较差的高强钢所 制作的超高压容器,受锻造条件限制,一般 直径为100-800mm,长度不超过12米。
介质压力引起的轴向力由螺纹套筒承担， 预紧螺栓的直径比平垫密封的主螺栓小。 预紧方便是卡扎里密封最大的优点。
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第四节 高压容器的密封结构与设计计算
一、高压密封的结构形式
(二) 改进的卡扎里密封
改进卡扎里密封(见右图)是为改善套筒螺 纹锈蚀给拆卸增加困难的情况，仍采用主 螺栓，但预紧仍依靠预紧螺栓，主螺栓不 需拧得很紧，从而装拆较为省力。 卡扎里密封中的压环材料一般应采用强度 较高硬度也较高的35CrMo钢或优质钢45、 35钢。密封垫圈材料与金属平垫相同。 卡扎里密封适宜平垫密封不适用的较大直 径，如直径在1m以上、压力在30MPa以上的 情况，但设计温度在350 Co以下较合适。
3.机械化程度高，绕板机上一次完成。 缺点：探伤困难，焊接残余应力大，坡口量大。
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第二节 高压容器筒体的结构
一、高压筒体的结构型式及设 计选型
四）扁平钢带缠绕式 对原材料要求一般 材料利用率相当高 缠绕机简单 制造方便 成本低
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第二节 高压容器筒体的结构
一、高压筒体的结构型式及设计选型
（五）设计选型原则
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第二节 高压容器筒体的结构
一、高压筒体的结构型式及设计选型
（三）多层式 1）层板包扎式 特点：1.只需薄板，原材料供应方便(4-12mm)
压力容器的基本类型及结构
压力容器的基本类型及结构1. 压力容器的分类压力容器有多种分类方式，这里仅介绍按其安全的重要程度进行分类。
根据安全的重要程度(安全的重要程度是由其压力高低、介质的危害程度以及在生产中的重要作用来决定的)，将压力容器划分为三类，即第一类容器，第二类容器和第三类容器，其中的第三类容器最为重要，要求也最为严格。
其具体划分如下：(1) 低压容器(另行规定的除外) 为第一类压力容器。
(2) 下列情况之一为第二类压力容器：1) 中压容器(规定为第三类的除外) ；2) 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器；3) 毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；4) 低压管壳式余热锅炉；5) 搪瓷玻璃压力容器。
(3) 下列情况之一为第三类压力容器：1) 毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器或设计压力与容积的乘积大于等于0.2MPa•m3的低压容器；2) 易燃或毒性程度为中度危害介质的中压容器或设计压力与容积的乘积大干等于0.SMPa•m3的中压反应容器或设计压力与容积的乘积大于等于10MPa•m3的中压储存容器；3) 高压、中压管壳式余热锅炉；4) 高压容器。
根据《压力容器安全技术监察规程》的注明，易燃介质是指与空气混合的爆炸下限小于10%，或爆炸上、下限之差值大于等于20%的气体。
介质的毒性程度则参照GB－5044职业性接触毒物危害程度分级的规定，按其最高容许浓度的大小分为下列四级：最高容许浓度<0.1mg／m3，为极度危害(Ⅰ级) ；容许浓度为0.1～<1.0mg／m3的，为高度危害(Ⅱ级) ；容许浓度为1.0～<10mg／m3，为中度危害(Ⅲ级) ；容许浓度为>10mg／m3的为轻度危害(Ⅳ级) 。
又根据《锅炉压力容器安全监察暂行条例》及其《实施细则》的规定，除液化石油气气瓶划入第二类庆力容器外，其它气瓶(包括有缝和无缝的) 均划入第三类压力容器，液化气体槽车、超高压容器、特种材料容器、特殊用途容器也属第三类压力容器。
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高压容器筒体结构的类型与特点
摘要：最大限度地承受内压作用和实现安全可靠的密封是化工压力容器的两个最基本的功能。
常用的化工压力容器绝大多数为圆筒形容器，其主要结构型式有：单层厚壁筒体、多层厚壁筒体、绕丝式筒体、剖分块式筒体和层间充压式筒体等。
本文重点介绍了单层厚壁筒体和多层厚壁筒体的结构类型与特点。
关键词：预应力钢丝缠绕结构化工压力容器
一、高压容器筒体的结构要求
最大限度地承受内压作用和实现安全可靠的密封是化工压力容器的两个最基本的功能。
压力容器是由构成容器的壁厚来承力的，其环向应力大于轴向应力，约为轴向应力的2倍，而内壁的应力值为最大。
由于用途及工作条件等的不同，对化工压力容器也提出了不同的要求。
为了改善容器器壁的应力分布，提高容器的承载能力，保证容器使用的安全性，降低制造成本等目的，在充分保证超高压容器安全运行的前提下，研制了多种型式的筒体结构。
各种简体结构型式的出现，都是围绕着如何简便、经济地获得足够的壁厚，合理解决轴向承载能力，降低筒体内壁面的应力水平这一关键问题进行的，这大大促进了化工压力容器的发展，它们都在不同程度、不同方面解决了一些问题，这些不同结构型式的出现，决定了容器受力状态、制造难易程度的不同。
化工压力容器因制造方法和使用环境的不同，目前是多种结构并存的局面。
常用的化工压力容器绝大多数为圆筒形容器，其主要结构型式有：单层厚壁筒体、多层厚壁筒体、绕丝式筒体、剖分块式筒体和层间充压式筒体等。
二、高压容器筒体的结构类型
1.单层厚壁简体结构及其特点
单层整体锻造是厚壁容器中最为常见，也是最早采用的一种结构型式，在国内外应用最为广泛。
常用的制造方法是：首先在钢坯中穿孔，加热后在孔心穿一心轴，然后在水压机上锻造成所需尺寸的圆筒体，最后再进行机械加工。
单层厚壁容器的应用虽然很多，但它的使用范围却有很大的局限性。
具体表现为如下几个方面
1.1容器受力不均匀，缺乏防爆措施，不具备自保护能力，安全性能不足：这是因为厚壁圆筒在内压力的作用下，圆筒内壁所产生的应力很大。
除了轴向应力以外，应力的分布沿着整个器壁的厚度方向是极不均匀的，内壁应力很大，外壁(应该说离开内壁稍远的位置)应力就降低很快，应力变得很低。
所以在较高压力作用下，圆筒内壁受有很高的应力，以至有可能发生屈服或者塑性流动，而外壁应力仍然很低。
厚壁圆筒在非弹性范围内工作，会使容器的寿命大大受到影响。
其次，在高应力内壁部位，很容易出现应力腐蚀和疲劳破坏的可能，容易形成裂纹源，对于单层厚壁圆筒而言，一旦形成裂纹，在高应力的作用下，裂纹会不断扩展，无法在层壁内抑制，直至穿透筒体壁厚，导致失效破坏。
因此单层厚壁容器除了依靠材料本身的抗断裂性能外，没有其它可靠的保护措施，存在潜在的危险。
1.2材料方面：为了保证简体在弹性范围内工作，需用高强度的材料来制造筒体，但是材料随着强度的提高，其塑性、韧性就下降，有脆性断裂的危险，反而显得不安全，而且若整个筒体都用高强度钢制造就很不经济。
为了提高单层厚
壁容器的承载能力，可用增加筒体壁厚的办法，但仅在一定的范围内(筒体的外径与内径之比K在3以内)是可取的。
如果无限增加筒体壁厚，则往往无济于事。
比较合理而有效的办法是采用整体锻造自增强简体，使器壁产生预应力，利用结构本身的预应力去抵消一部分工作应力，以提高弹性工作范围。
自增强技术就是使厚壁圆筒产生预应力的方法之一，即先在圆筒内壁施加一个内压，使内壁发生屈服，屈服层材料产生径向扩大的残余变形，然后卸除压力。
由于外层材料的弹性收缩，从而使已经塑性变形的屈服层材料在弹性恢复后受到外层的弹性压缩而产生压缩应力，外层材料产生拉伸应力，这样会改善壁中应力分布状态，在一定程度上增加了安全性，提高了使用寿命。
2.多层厚壁筒体结构及其特点
在内压作用下，单层厚壁简体沿壁厚方向的应力分布很不均匀，简体内壁面应力值远远大于外壁面应力值，且随着简体外直径与内直径之比的增大，这种不均匀性更为突出。
提高厚壁筒体承载能力的另一个方法是预应力法，即在内壁面上产生预压缩应力，抵消一部分工作应力，以达到应力沿壁厚均布的目的。
使厚壁简体产生预应力的方法是采用缩套结构。
即用二个或二个以上的同心圆筒，加热外层，套入内层后冷却或深冷内层把外层套入内层，使之紧缩在一起，使内筒产生压缩预应力，达到加强的目的。
在化工压力容器的设计时，不但希望筒体缩套后产生的预应力去抵消一部分工作应力，从而实现筒体壁中应力均匀分布，而且更希望在设计允许的情况下，尽量加大其预应力，并要求在整个筒体上能均布的存在。
为达此目的，在双层容器缩套之前，必须对套合面进行精确的机械加工，并精心地控制套合工艺，以确保理论的套合应力。
经机械加工后再作缩套有下列优点：
2.1保证筒体的几何形状比较精确；
2.2保证设计的过盈量；
2.3筒体贴合比较紧密，有利于改善传热，降低筒壁温差；
2.4使筒壁的应力分布比较均匀，保证容器的强度；
2.5有效消除以前各道工序造成的误差及缺陷。
参考文献
[1]郑津洋、陈志平特殊压力容器北京：化学工业出版社1997
[2]刑慧明、黄兴仁陈卫东化工设备优化设计广朋：华南理工大学出版社1995。