压力容器设计基础知识-精
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安全系数根据操作工况、材料、制造质量、 和计算方法等多方面因素确定。标准规定： 对碳素钢及低合金钢：
nb 3.0, ny 1.6, nD 1.5, nn 1.0,
对奥氏体高合金钢： ny 1.5, nD 1.5, nC 1.0,
一般地，根据GB150-1998，直接查取材料的许用应力
4、焊接接头系数ψ ： 反映了焊缝区材料的削弱程度，与接头、检测有关。
σ1=pD/(4 δ)
σ2 =pD/(2 δ)
1、非圆形的人孔和手孔的长轴在 周向，短轴在径向。 2、纵向焊缝质量要求比环向高。
2、边缘应力的产生及特性 1) 回转薄壳的形成：母线旋转而成
2) 边缘应力的产生：由一组合曲线回转而成， 母线不连续，从而造成应力不连续——边缘 应力。
特性： 局限性：衰减快、影响范围小，仅在连接边缘边处。 自限性：对于塑性材料，不同变形会趋于协调。
3) 降低边缘应力的措施: 减少两连接件的刚度差
尽量采用圆弧过渡 局部区域补强 选择合适的开孔方位
二、内压球形容器： 按截面法进行分析。 πD2p/4 =πDδσ
计算公式σ =pD/(4 δ) 承载能力，制造要求高
例1-1：有一圆筒形和球形压力容器，它们 内部均盛有压力为2MPa气体介质，两容器 的内径均为1000mm,壁厚均为δ=20mm，试 分别计算两容器的径向应力和环向应力？
练一练: P27，1-2，1-3 确定计算压力、许用应力 P61，6，7 P62，2-3 确定计算压力、许用应力
四、压力容器的校核： 1、圆筒容器的校核
筒体的强度计算公式：
pD t
2
公式的应用： 确定承压容器的厚度 对压力容器进行校核计算 确定设计温度下圆筒的最大允许工作压力 在指定压力下的计算应力
三、压力容器参数的确定：
设计参数：设计压力、计算压力、设计温度、 厚度、壁厚附加量、焊接接头系数、许用应力
1、压力参数： 工作压力Pw：工作过程中容器顶部达到的最大
压力。 设计压力P ：压力容器的最高压力，与相应的
设计温度一起构成设计载荷条件，不得低于工作压 力。值的确定见表1-3
计算压力Pc：确定承压元件的厚度。 Pc=P+ P液
强度理论：
第一强度理论在容器设计历史上使用最早， 有成熟的实践经验，而且由于强度条件不同而引起 的误差已考虑在安全系数内，所以至今在容器常规 设计中仍采用第一强度理论。
即：
1
一、内压簿壁容器： 1、承压圆筒形簿壳的受力分析
图1-5 薄壁圆筒形壳体在内压作用下的应力状态和环向变形情况
σ1：轴向拉应力 σ2：周向拉应力
2、设计温度： 是设计中选择材料和确定许用应力时的一个
不可缺少的基本参数。 在生产铭牌上标记的设计温度是壳体金属的
最高或最低值。 设计温度的选取，见表1-5
3、许用应力 是压力容器壳体所用材料的许用强度，它是
根据材料各项强度性能指标分别除以标准中所规定 的安全系数来确定。
[σ] t =极限应力/安全系数
双面焊对接接头和相当于
单面焊的对接接头
双面焊的全焊透的对接接头
（沿焊缝根部全长有紧贴基本金属垫板）
表2-3 焊缝系数
焊缝类型与检测要求：
按照GB150-1998中“制造、检验与验收”的规定， 容器主要受压部分的焊接接头分为ABCD四类，分别 有不同的检验要求。
5、壁厚附加量： C=C1+C2
C1：钢板厚度负偏差，见表1-8，1-9，1-10 C2：腐蚀裕量 C2 =ka B
D
i
e
（5）设计温度下圆筒的计算应力：
强度计算：
内容包括选择容器的材料，确定主要尺寸，满 足强度、刚度和稳定性的要求，以确保容器安全可 靠地运行。
（二）设计方法
常规设计：又称规则设计，依据“GB150《钢制压 力容器》”国家标准进行设计。该标准采用弹性失效准 则，对壳体应力不作详细分析，只计算总体应力，并 限制壳体的基本（薄膜）应力不超过材料的许用应力 值。而由于总体结构不连续引起的附加应力，以应力 增强系数引入壁厚计算，或在结构上加以限制，或在 材料选择、制造工艺等给以不同要求的控制。
压力容器设计基础
压力容器的设计是一项非常关键的工作,设计单 位必须取得国家颁发的相应资格,并遵守国家有关压 力容器的设计、制造和使用等方面的各项规定。
(一)设计内容：容器应根据工艺过程要求和条件，进行 结构设计和强度设计。
结构设计：
主要选择适用、合理、经济的结构形式，同时满 足制造、检测、装配、运输和维修的要求。
（1）厚度的计算：
由强度计算公式，引入内径、焊接接头
系数ψ，得到
厚度计算公式：
2[
p c
Di
]t p
c
在实际应用中还应同时考虑影响强度的因素， 如材料质量、制造因素、大气及介质的腐蚀等。 考虑腐蚀裕量，修正后得设计厚度：
d
p c
Di
2[ ]t
p
C2
c
考虑制造误差，经圆整到标准厚度，得 名义厚度：
n
d
C1
p c
Di
2[ ]t
p
C1 C2
c
（2）最小壁厚的确定：
按照GB150—1998《钢制压力容器》规定，对 碳素钢、低合金钢制容器，不得小于3mm，高合金 钢不得小于2mm
椭圆形封头的规定不小于0.15% Di
（3）设计中各类厚度的关系：
Hale Waihona Puke Baidu4）最大允许工作应力：
p w
2 e[ ]t
力、公称直径。
1）公称直径DN 筒体：钢板卷制——内径为公称直径 表1-12，13 无缝钢管——外径为公称直径 表1-14 接管：既不是内径也不是外径 表1-15
2）公称压力PN： 分为常压、0.25 、 0.6 、1.0、1.6、2.5 、4.0、 6.4
在设计或选用压力容器零部件时需要将操作温 度下的最高操作压力（或设计压力）调整为所规 定的公称压力等级，然后再根据DN与PN选定零 部件的尺寸。
Ka: 腐蚀速率，见相关手册 B：设计寿命，不低于15年。
腐蚀裕量的选取原则：
1） 根据腐蚀程度不同，可选取不同的腐蚀裕量。
2）介质为压缩空气、水蒸气或水的碳素钢或低合金钢容 器，腐蚀裕量不小于1mm。
3）对于不锈钢容器，当介质腐蚀性极微时，腐蚀裕量=0
4）难以确定时，按表1-11选取。
6、压力容器的公称压力、公称直径： 便于设计和成批生产 压力容器零部件标准化的基本参数是公称压
nb 3.0, ny 1.6, nD 1.5, nn 1.0,
对奥氏体高合金钢： ny 1.5, nD 1.5, nC 1.0,
一般地，根据GB150-1998，直接查取材料的许用应力
4、焊接接头系数ψ ： 反映了焊缝区材料的削弱程度，与接头、检测有关。
σ1=pD/(4 δ)
σ2 =pD/(2 δ)
1、非圆形的人孔和手孔的长轴在 周向，短轴在径向。 2、纵向焊缝质量要求比环向高。
2、边缘应力的产生及特性 1) 回转薄壳的形成：母线旋转而成
2) 边缘应力的产生：由一组合曲线回转而成， 母线不连续，从而造成应力不连续——边缘 应力。
特性： 局限性：衰减快、影响范围小，仅在连接边缘边处。 自限性：对于塑性材料，不同变形会趋于协调。
3) 降低边缘应力的措施: 减少两连接件的刚度差
尽量采用圆弧过渡 局部区域补强 选择合适的开孔方位
二、内压球形容器： 按截面法进行分析。 πD2p/4 =πDδσ
计算公式σ =pD/(4 δ) 承载能力，制造要求高
例1-1：有一圆筒形和球形压力容器，它们 内部均盛有压力为2MPa气体介质，两容器 的内径均为1000mm,壁厚均为δ=20mm，试 分别计算两容器的径向应力和环向应力？
练一练: P27，1-2，1-3 确定计算压力、许用应力 P61，6，7 P62，2-3 确定计算压力、许用应力
四、压力容器的校核： 1、圆筒容器的校核
筒体的强度计算公式：
pD t
2
公式的应用： 确定承压容器的厚度 对压力容器进行校核计算 确定设计温度下圆筒的最大允许工作压力 在指定压力下的计算应力
三、压力容器参数的确定：
设计参数：设计压力、计算压力、设计温度、 厚度、壁厚附加量、焊接接头系数、许用应力
1、压力参数： 工作压力Pw：工作过程中容器顶部达到的最大
压力。 设计压力P ：压力容器的最高压力，与相应的
设计温度一起构成设计载荷条件，不得低于工作压 力。值的确定见表1-3
计算压力Pc：确定承压元件的厚度。 Pc=P+ P液
强度理论：
第一强度理论在容器设计历史上使用最早， 有成熟的实践经验，而且由于强度条件不同而引起 的误差已考虑在安全系数内，所以至今在容器常规 设计中仍采用第一强度理论。
即：
1
一、内压簿壁容器： 1、承压圆筒形簿壳的受力分析
图1-5 薄壁圆筒形壳体在内压作用下的应力状态和环向变形情况
σ1：轴向拉应力 σ2：周向拉应力
2、设计温度： 是设计中选择材料和确定许用应力时的一个
不可缺少的基本参数。 在生产铭牌上标记的设计温度是壳体金属的
最高或最低值。 设计温度的选取，见表1-5
3、许用应力 是压力容器壳体所用材料的许用强度，它是
根据材料各项强度性能指标分别除以标准中所规定 的安全系数来确定。
[σ] t =极限应力/安全系数
双面焊对接接头和相当于
单面焊的对接接头
双面焊的全焊透的对接接头
（沿焊缝根部全长有紧贴基本金属垫板）
表2-3 焊缝系数
焊缝类型与检测要求：
按照GB150-1998中“制造、检验与验收”的规定， 容器主要受压部分的焊接接头分为ABCD四类，分别 有不同的检验要求。
5、壁厚附加量： C=C1+C2
C1：钢板厚度负偏差，见表1-8，1-9，1-10 C2：腐蚀裕量 C2 =ka B
D
i
e
（5）设计温度下圆筒的计算应力：
强度计算：
内容包括选择容器的材料，确定主要尺寸，满 足强度、刚度和稳定性的要求，以确保容器安全可 靠地运行。
（二）设计方法
常规设计：又称规则设计，依据“GB150《钢制压 力容器》”国家标准进行设计。该标准采用弹性失效准 则，对壳体应力不作详细分析，只计算总体应力，并 限制壳体的基本（薄膜）应力不超过材料的许用应力 值。而由于总体结构不连续引起的附加应力，以应力 增强系数引入壁厚计算，或在结构上加以限制，或在 材料选择、制造工艺等给以不同要求的控制。
压力容器设计基础
压力容器的设计是一项非常关键的工作,设计单 位必须取得国家颁发的相应资格,并遵守国家有关压 力容器的设计、制造和使用等方面的各项规定。
(一)设计内容：容器应根据工艺过程要求和条件，进行 结构设计和强度设计。
结构设计：
主要选择适用、合理、经济的结构形式，同时满 足制造、检测、装配、运输和维修的要求。
（1）厚度的计算：
由强度计算公式，引入内径、焊接接头
系数ψ，得到
厚度计算公式：
2[
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在实际应用中还应同时考虑影响强度的因素， 如材料质量、制造因素、大气及介质的腐蚀等。 考虑腐蚀裕量，修正后得设计厚度：
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考虑制造误差，经圆整到标准厚度，得 名义厚度：
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（2）最小壁厚的确定：
按照GB150—1998《钢制压力容器》规定，对 碳素钢、低合金钢制容器，不得小于3mm，高合金 钢不得小于2mm
椭圆形封头的规定不小于0.15% Di
（3）设计中各类厚度的关系：
Hale Waihona Puke Baidu4）最大允许工作应力：
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力、公称直径。
1）公称直径DN 筒体：钢板卷制——内径为公称直径 表1-12，13 无缝钢管——外径为公称直径 表1-14 接管：既不是内径也不是外径 表1-15
2）公称压力PN： 分为常压、0.25 、 0.6 、1.0、1.6、2.5 、4.0、 6.4
在设计或选用压力容器零部件时需要将操作温 度下的最高操作压力（或设计压力）调整为所规 定的公称压力等级，然后再根据DN与PN选定零 部件的尺寸。
Ka: 腐蚀速率，见相关手册 B：设计寿命，不低于15年。
腐蚀裕量的选取原则：
1） 根据腐蚀程度不同，可选取不同的腐蚀裕量。
2）介质为压缩空气、水蒸气或水的碳素钢或低合金钢容 器，腐蚀裕量不小于1mm。
3）对于不锈钢容器，当介质腐蚀性极微时，腐蚀裕量=0
4）难以确定时，按表1-11选取。
6、压力容器的公称压力、公称直径： 便于设计和成批生产 压力容器零部件标准化的基本参数是公称压