压力容器专业知识(李景辰)

压力容器培训用材料,李景辰编写

压力容器专业知识合肥通用机械研究所 2005年09月13日1

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一.压力容器设计、制造的主要特点1. 压力容器设计一般包括结构设计(选择)、设计计 算与材料选择.其中结构是设计计算的基础，即 根据各类承压零部件不同的结构、形状,分别进

行设计计算.

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一.压力容器设计、制造的主要特点2.压力容器设计计算一般要解决如下三类问题:2.1 强度-在外压作用下不允许产生塑性(永久)变形,是 涉及安全的主要问题,如筒体、封头等； 2.2 刚性-在外力作用(制造、运输、安装与使用)下产 生不允许的弹性变形，如法兰(密封)、管板等； 2.3 稳定性-在外力作用下防止突然失去原有形状的稳 定性，如外压及真空容器。

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一. 压力容器设计、制造的主要特点3. 依各类承压零部件不同的结构、形状,采用不同的 加工方法分别制造,然后通过多种方法(焊接、法 兰螺栓、螺纹)连接在一起,构成一台完整的容器, 然后焊接是主要方法.

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一. 压力容器设计、制造的主要特点4. 在制造的全过程中要采用多种冷、热加工方法, 其中热加工(焊接、热处理、热成形)以其技术的

复杂性、质量要求的多样性以及质量检验的难度,成为影响产品安全运行的关键.

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一. 压力容器设计、制造的主要特点5. 压力容器产品的质量主要是安全要求,而非性能 要求,因此采取严格的市场准入(单位、人员)制度, 以及全过程 (设计、制造、使用)质量控制区.

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二. 压力容器的分类分类方法很多,主要有如下几种: 1.按压力、品种、介质及易燃介质分类1.1 按压力分为低、中、高及超高压，前三种在材料、失 效判据(准则)、计算方法、制造要求上基本一致， 而超高压则截然不同。 1.2 按介质毒性及易燃性分类，主要出自安全考虑，即一 旦发生事故(爆炸、泄漏等)的危害程度。

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二. 压力容器的分类2. 按制造许可级别分类2.1 按制造许可级别分类,一般考虑如下一些因素 安全性及制造难易程度的不同,这里涉及P、P· V、介质特性、 材料强度级别等;

工作(安放)位臵分为固定与移动,移动的安全要求高于固定,且应 对减轻自重、防冲击、各类仪表的装设做特殊考虑;材料, 金属与非金属制容器在制造与检验方法上有很大不同; 考虑制造特点,利于专业化生产,如球罐.

2.2 对不同制造许可级别的企业,提出不同的资源条件与安全 质量要求.9

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二. 压力容器的分类3. 按生产工艺过程中作用原理分类分为反应、换热、分离、储存四类,其中反应容器安全性

要求最高,因其在进行物理、化学反应时,可能造成压力、 温度的变化.

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二. 压力容器的分类4. 此外,尚有如下一些常见的分类方

法：4.1 按形状分类,如圆筒形、球形、组合型(前者均为回转壳 体)以及方形、矩形等; 4.2 按筒体结构分为整体式、组合式,详见后. 4.3 按制造方法分为焊接(最为普通)、锻造(主要用于超高压)、 铸造(主要优点是方便制造),但因其质量问题需加大安全 系数,多用于小型、低压.

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二. 压力容器的分类4. 此外,尚有如下一些常见的分类方法：4.4 按材料分为金属与非金属两大类,其中: 金属中分为钢、铸铁、有色金属与合金.其中有色金 属与合金主要用于腐蚀等特殊工况,在生产条件、生 产装备、原材料验收与堆放、吊装、运输包装，尤其 是焊接等环节有一系列特殊要求。

钢中以其化学成份又分为碳素钢、低合金钢(前两者 主要是强度钢)及高合金钢(主要用于腐蚀、低温、 高温等特殊工况)。我国以标准抗拉强度下限> 540MPa 作为高强度钢分界的理由。12

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三. 压力容器设计基础知识1. 薄壁容器应力简化1.1 应力合理简化的主要内容 将三向受力状态简化为两向(切向、轴向)受力状态 将应力沿壁厚非均布视为均布 将应力沿轴向非均布视为均布 1.2 简化的目的——依据外载方便计算应力 1.3 薄壁容器的范畴(即简化造成误差的允许范围)——D外 /D内<1.5(力学);D外/D内<1.2(工程),即高、中、 低压容器。 13

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三. 压力容器设计基础知识2. 强度理论的选择2.1 强度理论的作用——在外载引起的应力与材料极限应力 间建立联系，以便计算壁厚。 2.2 主要强度理论的分类及选择 第一强度理论(最大主应力理论)~是最大主应力达到 或超过材料强度极限构件即破坏(脆断)。适用于脆 性材料破坏，但ASMEⅧ-1与GB150等仍采用，主要原 因在于经验丰富、简便，采用一定的限制条件(压力、 结构、元件系数)可保证安全。14

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2. 强度理论的选择2.2 主要强度理论的分类及选择

第三强度理论(最大剪应力理论)~ 最大剪应力达到 或超过材料屈服极限构件即破坏(塑性屈服),较适 用于压力容器，ASMEⅧ-2与JB4732采用。 第四强度理论(能量理论)~均方根剪应力(考虑最大 剪应力的同时，兼顾其他剪应力对安全的影响)达到 或超过材料屈服极限构件即破坏(塑性屈服),最适 用压力容器，但需试算使用不便。

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三. 压力容器设计基础知识3. 失效判据(准则)的选择3.1 失效判据的作用~设定整部标准规范(即产品)的安全 底线 3.2 失效判据(准则)的分类及选择 弹性失效判据~容器在整个使用过程(含耐压试验)材 料应处于弹性，不得屈服。偏安全、经验丰富， ASMEⅧ-1及GB150采用。 塑性失效判据~内壁材料进入塑性但外壁

材料仍为弹性， 可提高材料利用率，ASMEⅧ-2及JB4732等采用。16