压力容器基础知识和设计2014

1、压力容器设备压力容器设备河北工业大学河北工业大学 张少峰张少峰u涉及压力容器设计的基本法规和标准涉及压力容器设计的基本法规和标准v特种设备安全监察条例特种设备安全监察条例，国务院令，国务院令549549号，号，2009. 12009. 1v固定式压力容器安全技术监察规程固定式压力容器安全技术监察规程，国家质监总局，国家质监总局，2010.122010.12第二版，第二版，2010.12.12010.12.1施行施行vTSGR10012008 压力容器压力管道设计许可规则压力容器压力管道设计许可规则 ，2008.1.82008.1.8vGB150.1GB150.1150.42011压力容器压力容

2、器2012.3.12012.3.1vJB4732JB4732钢制压力容器钢制压力容器分析设计标准分析设计标准vNB/T 47003.12009NB/T 47003.12009钢制焊接常压容器钢制焊接常压容器vGB151-1999GB151-1999管壳式换热器管壳式换热器5.1压力容器基础知识压力容器基础知识一、压力容器的定义一、压力容器的定义v压力作用下盛装流体介质的密闭容器压力作用下盛装流体介质的密闭容器v尺寸容积形状，压力和温度条件，介质，制造材料尺寸容积形状，压力和温度条件，介质，制造材料GB150.1GB150.1150.42011压力容器压力容器2012.3.12012.3.1实施

3、，实施，总则：总则：适用设计压力：钢制容器不大于适用设计压力：钢制容器不大于35MPa35MPa；其他材料制容器；其他材料制容器按相应引用标准确定。不适用：设计压力低于按相应引用标准确定。不适用：设计压力低于0.1MPa0.1MPa且真且真空度低于空度低于0.02MPa0.02MPa的容器的容器（常压）（常压）。固定式压力容器： 固定式压力容器是指安装在固定位置使用的压力容器（以下简称压力容器）。 对于为了某一特定用途、仅在装置或者场区内部搬动、使用的压力容器，以及移动式空气压缩机的储气罐按照固定式压力容器进行监督理。固容规固容规：同时具备下列条件的压力容器（：同时具备下列条件的压力容器（适用

4、范围适用范围）：）： (1)(1)最高最高工作压力工作压力大于或者等于大于或者等于0.1MPa0.1MPa； (2)(2)工作压力工作压力与容积的乘积大于或者等于与容积的乘积大于或者等于2.5MPaL 2.5MPaL ； (3)(3)盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体于或者等于其标准沸点的液体 。 其中，超高压容器应当符合其中，超高压容器应当符合超高压容器安全技术监察规超高压容器安全技术监察规程程的规定，非金属压力容器应当符合的规定，非金属压力容器应当符合非金属压力容器安非金属压力容器安全技术监察规程全技术监察

5、规程的规定，简单压力容器应当符合的规定，简单压力容器应当符合简单压简单压力容器安全技术监察规程力容器安全技术监察规程的规定。的规定。只需要满足固容规总则、设计、制造要求的压力容器： 容规适用范围内，容积大于或者等于25L的下列压力容器，只需要满足第1、3、4章的规定： (1)简单压力容器安全技术监察规程不适用的移动式空气压缩机的储气罐； (2) 深冷装置中非独立的压力容器、直燃型吸收式制冷装置中的压力容器、铝制板翅式热交换器、空分装置中冷箱内的压力容器； (3) 无壳体的套管热交换器、螺旋板热交换器、钎焊板式热交换器； (4) 水力自动补气气压给水（无塔上水）装置中的气压罐，消防装置中的气体或

6、者气压给水（泡沫）压力罐； (5) 水处理设备中的离子交换或者过滤用压力容器、热水锅炉用膨胀水箱； (6) 电力行业专用的全封闭式组合电器（如电容压力容器）； (7) 橡胶行业使用的轮胎硫化机以及承压的橡胶模具； (8) 机器设备上附属的蓄能器。固容规适用范围的特殊规定固容规适用范围的特殊规定只需要满足固容规总则、设计和制造许可要求的压力容器： 容积大于1L并且小于25L，或者内直径（对非圆形截面，指截面内边界的最大几何尺寸，例如矩形为对角线，椭圆为长轴）小于150mm的压力容器，只需要满足本规程总则和3.1、4.1.1的规定，其设计、制造按照相应产品标准的要求。只需满足固容规总则和制造许可要

7、求的压力容器： 容积小于或者等于1 L的压力容器，只需要满足总则和4.1.1的规定，其设计、制造按相应产品标准的要求。不适用范围 固容规不适用于下列压力容器： (1)移动式压力容器、气瓶、氧舱； (2)锅炉安全技术监察规程适用范围内的余热锅炉； (3)正常运行工作压力小于0.1MPa的容器（包括在进料或者出料过程中需要瞬时承受压力大于或者等于0.1MPa的容器）； (4)旋转或者往复运动的机械设备中自成整体或者作为部件的受压器室（如泵壳压缩机外壳涡轮机外壳液压缸等）； (5)可拆卸垫片式板式热交换器（包括半焊式板式热交换器）、空冷式热交换器、冷却排管。 特种设备安全监察条例特种设备安全监察条例

8、（国务院令（国务院令549549号，号，2009. 12009. 1修订）：修订）： 特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施、场（厂）内机动车辆。(承压设备3类、机电类5类） 压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力容器，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：压力的密闭设备；其范围规定为：（1）最高工作压力大于或者等于）最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于，且压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPaL的气的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标

9、准沸点体、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；的液体的固定式容器和移动式容器；（2）盛装公称工作压力大于或者等于）盛装公称工作压力大于或者等于0.2MPa（表（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于压），且压力与容积的乘积大于或者等于1.0MPaL的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60液液体的气瓶；体的气瓶；（3）氧舱。）氧舱。u压力容器范围的界定压力容器范围的界定v固容规固容规明确规定了压力容器的范围，包括明确规定了压力容器的范围，包括压力容器本压力容器本体和安全附件体和安全附件。v压力容器的本体界定在下述范围内

10、：压力容器的本体界定在下述范围内：(1)(1)压力容器与外部管道或者装置压力容器与外部管道或者装置焊接焊接连接的第一道环向接头的连接的第一道环向接头的坡口面、坡口面、螺纹螺纹连接的第一个螺纹接头端面、连接的第一个螺纹接头端面、法兰法兰连接的第一连接的第一个法兰密封面、个法兰密封面、专用连接件或者管件连接专用连接件或者管件连接的第一个密封面；的第一个密封面；(2)(2)压力容器开孔部分压力容器开孔部分（接管、人孔、手孔等）（接管、人孔、手孔等）的承压盖的承压盖（封头（封头、平盖）、平盖）及其紧固件；及其紧固件；(3)(3)非受压元件与压力容器的连接焊缝。非受压元件与压力容器的连接焊缝。（GB15

11、0GB150：非受压元件与受压元件的连接焊缝；还包括了：非受压元件与受压元件的连接焊缝；还包括了：直接连接在容器上的非受压元件如支座、裙座等；直接连接在容器上的非受压元件如支座、裙座等；容器的超压泄放装置容器的超压泄放装置（本条比固容规安全附件范围窄）（本条比固容规安全附件范围窄）v受压元件：容器中直接承受压力载荷（包括内压和外压）受压元件：容器中直接承受压力载荷（包括内压和外压）的零部件。的零部件。v压力容器本体中的主要受压元件压力容器本体中的主要受压元件，包括壳体、封头（端盖，包括壳体、封头（端盖）、膨胀节、设备法兰，球罐的球壳板，换热器的管板和）、膨胀节、设备法兰，球罐的球壳板，换热器的

12、管板和换热管，换热管，M36M36以上（含以上（含M36M36）的设备主螺柱以及公称直径大）的设备主螺柱以及公称直径大于或者等于于或者等于250mm250mm的接管和管法兰。的接管和管法兰。v非受压元件：为满足使用要求而与受压元件直接焊接成为非受压元件：为满足使用要求而与受压元件直接焊接成为整体，不承受压力载荷（只承受重力载荷）的零部件，如整体，不承受压力载荷（只承受重力载荷）的零部件，如支座、吊耳、垫板等。支座、吊耳、垫板等。v安全附件安全附件 压力容器的压力容器的安全附件安全附件，包括直接连接在压力容器上的安，包括直接连接在压力容器上的安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、安全联锁装置、压力全

13、阀、爆破片装置、紧急切断装置、安全联锁装置、压力表、液位计、测温仪表等。表、液位计、测温仪表等。二、压力容器的分类二、压力容器的分类l按材质：钢制压力容器、铝制焊接容器（按材质：钢制压力容器、铝制焊接容器（JB/T4734)JB/T4734)、钛制焊接容器（、钛制焊接容器（JB/T4745) JB/T4745) 、铜制焊接容器（、铜制焊接容器（JB/T4755) JB/T4755) 、镍及镍合金焊接容器（、镍及镍合金焊接容器（JB/T4756) JB/T4756) 、锆制压力容器（、锆制压力容器（NB/T47011)NB/T47011)l按制造方法：板焊、锻焊、铸造、包扎式、绕带式容器等按制造

14、方法：板焊、锻焊、铸造、包扎式、绕带式容器等l按承压方式：内压容器、外压容器按承压方式：内压容器、外压容器l按壁厚（按壁厚（k=Do/Di)k=Do/Di)：薄壁（：薄壁（k k1.21.2）、厚壁（）、厚壁（k k1.21.2）l根据设计压力根据设计压力p p等级：低压等级：低压(L):0.1MPap1.6MPa(L):0.1MPap1.6MPa，中压，中压(M):1.6MPap10MPa(M):1.6MPap10MPa，高压，高压(H):10MPap100MPa(H):10MPap100MPa ，超高压，超高压(U): (U): p100MPap100MPa。l根据生产过程作用原理：反应压

15、力容器（根据生产过程作用原理：反应压力容器（R R），），用于完成介质的物理、用于完成介质的物理、化学反应。化学反应。换热压力容器（换热压力容器（E E），），用于完成介质的热量交换。用于完成介质的热量交换。分离压力分离压力容器（容器（S S），），用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离。用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离。储存储存压力容器（压力容器（C C，其中球罐，其中球罐B B）用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质。在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按质。在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，

16、应按工艺过程中的主要作用来划分工艺过程中的主要作用来划分品种品种。l按按温度温度：常温容器（设计温度（常温容器（设计温度（壁温壁温）高于）高于-20至至200）、中温容器（）、中温容器（200 至材料蠕变温度至材料蠕变温度）、高温容器（壁温达到材料蠕变温度：对碳素钢）、高温容器（壁温达到材料蠕变温度：对碳素钢或低合金钢容器，温度超过或低合金钢容器，温度超过420，合金钢超过，合金钢超过450，奥氏体不锈钢超过，奥氏体不锈钢超过550，均属高温容器，均属高温容器；）和低温容器（设计温度低于；）和低温容器（设计温度低于-20的碳钢、低的碳钢、低合金钢、双相不锈钢、铁素体不锈钢制容器，以及合金钢、双

17、相不锈钢、铁素体不锈钢制容器，以及设计温度低于设计温度低于-196 的奥氏体不锈钢制容器）的奥氏体不锈钢制容器）l按形状：圆筒形、方形或矩形、球形；按形状：圆筒形、方形或矩形、球形； 固容规分类：固容规分类： 根据危险程度，容规适用范围内的压力容器划分为三类，以根据危险程度，容规适用范围内的压力容器划分为三类，以利于进行分类监督管理。利于进行分类监督管理。 由由设计压力、容积和介质危害性设计压力、容积和介质危害性三个因素决定压力容器三个因素决定压力容器类别类别, ,不再考虑容器在生产过程中的作用、材料强度等级、不再考虑容器在生产过程中的作用、材料强度等级、结构形式等因素结构形式等因素, ,简化

18、分类方法简化分类方法, ,强化危险性原则强化危险性原则, ,从单一理从单一理念上对压力容器进行分类监管念上对压力容器进行分类监管, ,突出本质安全思想。根据危突出本质安全思想。根据危险程度的不同险程度的不同, ,利用设计压力和容积在不同介质分组坐标图利用设计压力和容积在不同介质分组坐标图上查取相应的类别上查取相应的类别, ,简单易行、科学合理、准确唯一。简单易行、科学合理、准确唯一。1.1.压力容器分类时考虑的因素压力容器分类时考虑的因素(1)(1)设计压力设计压力 指设定的容器顶部的最高压力指设定的容器顶部的最高压力, ,与相应的设计温度一起与相应的设计温度一起作为设计载荷条件作为设计载荷条

19、件, ,其值不低于工作压力。其值不低于工作压力。(2)(2)容积容积 指压力容器的几何容积指压力容器的几何容积, ,即由设计图样标注的尺寸计算即由设计图样标注的尺寸计算( (不不考虑制造公差考虑制造公差) )并且圆整。应当扣除永久连接在容器内部的并且圆整。应当扣除永久连接在容器内部的内件的体积。内件的体积。 永久连接是指需要通过破坏方式分开的连接。永久连接是指需要通过破坏方式分开的连接。(3)介质分组介质分组压力容器的介质分为两组压力容器的介质分为两组,包括气体、液化气体或者包括气体、液化气体或者介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。体。 1)

20、第一组介质第一组介质:毒性程度为极度危害、高度危害的毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体。化学介质，易爆介质，液化气体。2)第二组介质第二组介质:由除第一组以外的介质组成由除第一组以外的介质组成,如毒性如毒性程度为中度危害以下的化学介质程度为中度危害以下的化学介质,包括水蒸气、氮包括水蒸气、氮气等。气等。 介质毒性危害强度和爆炸危险程度按介质毒性危害强度和爆炸危险程度按HG 20660HG 20660压力压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类规定，没规定，没有的按有的按 GB 5044GB 5044职业性接触毒物危害程度分级职

21、业性接触毒物危害程度分级确定。确定。2.2.基本分类基本分类 压力容器分类应当先按照介质特性压力容器分类应当先按照介质特性, ,按照以下要求选择分按照以下要求选择分类图类图, ,再根据设计压力再根据设计压力p p ( (单位单位MPa)MPa)和容积和容积V V ( (单位单位L) ,L) ,标标出坐标点出坐标点, ,确定容器类别。确定容器类别。3 3、同腔多种介质容器分类、同腔多种介质容器分类 一个压力腔内有多种介质时一个压力腔内有多种介质时, ,按组别高的介质分类。按组别高的介质分类。4 4、介质含量极小容器分类、介质含量极小容器分类 当某一危害性物质在介质中含量极小时当某一危害性物质在介

22、质中含量极小时, ,应当按其危害程度及其应当按其危害程度及其含量综合考虑含量综合考虑, ,由压力容器设计单位决定介质组别。由压力容器设计单位决定介质组别。5 5、特殊情况分类、特殊情况分类 (1) (1)坐标点位于图坐标点位于图1 1 或者图或者图2 2 的分类线上时的分类线上时, ,按较高的类别划分其类别。按较高的类别划分其类别。 (2) 1.4 (2) 1.4范围内特殊的压力容器统一划分为第范围内特殊的压力容器统一划分为第类压力容器。类压力容器。 6.6.对多腔压力容器对多腔压力容器( (换热器的管程和壳程、余热锅炉的汽包和换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

23、和夹套等热室、带夹套压力容器的内筒和夹套等) ) 类别划分等作出了类别划分等作出了规定规定: :a) a) 对各压力腔进行类别划定时对各压力腔进行类别划定时, ,设计压力取本压力腔的设计压设计压力取本压力腔的设计压力力, ,容积取本压力腔的几何容积容积取本压力腔的几何容积; ;b) b) 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管理; ;c) c) 按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。压力容器设计许可级别：压力容器设计许可级别： （TSGR10012008 压

24、力容器压力管道设计许可规压力容器压力管道设计许可规则则 ）uA1 A级级u(1)A1级，指超高压容器、高压容器级，指超高压容器、高压容器(注明单层、多层注明单层、多层)；u(2)A2级，指第三类低、中压容器；级，指第三类低、中压容器；u(3)A3级，指球形储罐；级，指球形储罐；u(4)A4级，指非金属压力容器。级，指非金属压力容器。uA2 C级级u(1)C 1级，指铁路罐车；级，指铁路罐车；u(2)C2级，指汽车罐车、级，指汽车罐车、（或）（或）长管拖车；长管拖车；u(3)C3级，指罐式集装箱。级，指罐式集装箱。uA3 D级级u(1)D1级，指第一类压力容器；级，指第一类压力容器；u(2)D2

25、级，指第二类压力容器。级，指第二类压力容器。uA4 SAD级级u 指压力容器应力分析设计。指压力容器应力分析设计。u不属于不属于固定式压力容器安全技术监察规程固定式压力容器安全技术监察规程、超高压容器安全技术监察规超高压容器安全技术监察规程程范围的压力容器，其设计单位至少应当取得压力容器范围的压力容器，其设计单位至少应当取得压力容器A级、级、C级或级或D级中任级中任一级别的许可。一级别的许可。 三、压力容器术语（含参数）三、压力容器术语（含参数）1、压力（、压力（5个压力）个压力）（1）设计压力：是指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；（2）工作

26、压力：正常工况下，容器顶部可能达到的最高压力。正常工况下，容器顶部可能达到的最高压力。（3）计算压力：是指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，包括液柱静压力等附加载荷。（4）试验压力PT：耐压试验或泄漏试验时，容器顶部的压力。耐压试验或泄漏试验时，容器顶部的压力。（5）最高允许工作压力：最高允许工作压力（最高允许工作压力（MAWPMAWP）：在指定）：在指定的相应温度下，容器顶部所能承受最高压力。的相应温度下，容器顶部所能承受最高压力。 对于需安装安全泄放装置且需进行气密性试验的容器，为使安全泄放对于需安装安全泄放装置且需进行气密性试验的容器，为使安全泄放装置的整定压力高于气密性试验压力

27、装置的整定压力高于气密性试验压力(一般为设计压力一般为设计压力)，应确定设备的最高，应确定设备的最高允许工作压力允许工作压力(MAWP)；一台设备的最高允许工作压力一台设备的最高允许工作压力(MAWP) (MAWP) 是客观存在是客观存在的，在工程设计中一般可不要求得到其精确值；的，在工程设计中一般可不要求得到其精确值；当设计文件没有给出当设计文件没有给出MAWPMAWP时，可认为设计压力为该容器的最高允许工作压力；时，可认为设计压力为该容器的最高允许工作压力；如在图纸上标注了设如在图纸上标注了设备的备的MAWPMAWP，则应以该值来确定压力试验的最低值。，则应以该值来确定压力试验的最低值。

28、MAWP MAWP由各受压元件有效厚度，考虑了该元件承受的所有载荷计算得到由各受压元件有效厚度，考虑了该元件承受的所有载荷计算得到的，且取最小值。的，且取最小值。 确定确定MAWP的一般方法的一般方法 1)利用关于壳体利用关于壳体( (包括筒体和封头包括筒体和封头) )的最高允许工作压力计算公式求得该设备壳体的最高允许工作压力计算公式求得该设备壳体的的 pmax； 2)以该以该 pmax 对设备上所有其他的受压元件进行校核；对设备上所有其他的受压元件进行校核； 3)如所有的校核计算结果都合格，则就取该如所有的校核计算结果都合格，则就取该 pmax 为设备的为设备的MAWP；如有一个或多；如有一

29、个或多个受压元件校核不合格，则应适当降低该个受压元件校核不合格，则应适当降低该 pmax 值后对不合格的元件重新校核，直到值后对不合格的元件重新校核，直到所有受压元件都校核合格。所有受压元件都校核合格。2 2、温度（、温度（4 4个温度）个温度）（1 1）设计温度）设计温度t t：在正常工况下，设定的元件的金属温度（：在正常工况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度与设计压力一起沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。作为设计载荷条件。（2 2）工作温度：即）工作温度：即操作温度，是指在正常操作下容器内物操作温度，是指在正常操作下容器内物

30、料的温度，它是用以控制操作的条件之一。料的温度，它是用以控制操作的条件之一。（3 3）试验温度：进行耐压试验或泄漏试验时容器壳体的金）试验温度：进行耐压试验或泄漏试验时容器壳体的金属温度。（属温度。（工程中往往以试验介质温度来表示试验温度。）工程中往往以试验介质温度来表示试验温度。）（4 4）最低设计金属温度（）最低设计金属温度（MDMTMDMT）：设计时，容器在运行过）：设计时，容器在运行过程中预期的各种可能条件下各元件金属温度的最低值。程中预期的各种可能条件下各元件金属温度的最低值。（设计常温储存压力容器时，应当充分考虑在正常工作状态下大气环境温度条件对容器壳体金属温度的影响，其最低设计金

31、属温度不得高于历年来月平均最低气温（是指当月各天的最低气温值相加后除以当月的天数）的最低值。 ）3 3、壁厚（壁厚（5 5个厚度）个厚度） （1 1）计算厚度）计算厚度，由计算公式得到，保证容器强度，刚度和稳定的厚度，由计算公式得到，保证容器强度，刚度和稳定的厚度（2 2） 设计厚度设计厚度d d，d d = +C = +C2 2（腐蚀裕量）腐蚀裕量）（3 3） 名义厚度名义厚度n n，n n = =d d +C +C1 1（钢材负偏差）钢材负偏差）+ +（圆整量）（圆整量）（4 4）有效厚度）有效厚度e e ，e e=n n-C-C1 1-C-C2 2=+=+（5 5）最小成形厚度）最小成形

32、厚度minmin，受压元件成形后保证设计要求的最小厚度，受压元件成形后保证设计要求的最小厚度，minminn n-C-C1 1 （GB150GB150壳体加工成形后最小厚度是为了满足安装、运输中刚度而定；壳体加工成形后最小厚度是为了满足安装、运输中刚度而定；而而minmin是保证正常工况下强度、刚度、寿命要求而定。）是保证正常工况下强度、刚度、寿命要求而定。）坯坯 坯料厚度坯料厚度坯坯= =d d +C +C1 1+ +C+C3 3（其中：其中：C C3 3 制造减薄量，主要考虑材料（黑色，有色）、工艺（模压制造减薄量，主要考虑材料（黑色，有色）、工艺（模压，旋压；冷压，热压），所以，旋压；冷

33、压，热压），所以C C3 3值一般由制造厂定。）值一般由制造厂定。）C2CdC11neC毛坯厚度C33上述厚度之间的关系上述厚度之间的关系4、介质、介质（物料）：容器使用过程中的内部盛装物。（物料）：容器使用过程中的内部盛装物。压力容器的介质由用途和生产工艺决定。关注：压力容器的介质由用途和生产工艺决定。关注：（1）与压力温度相关的物理特性；）与压力温度相关的物理特性；（2）对材料的腐蚀性；）对材料的腐蚀性；（3）化学特性（易燃易爆性质和毒性）化学特性（易燃易爆性质和毒性）5、载荷：、载荷： 使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素。恒定载使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素。恒定载荷

34、、可变载荷、偶然载荷；荷、可变载荷、偶然载荷； u液位（装量系数）液位（装量系数） 储存液化气体的压力容器应当规定设计储存量，储存液化气体的压力容器应当规定设计储存量，装量系数不得大于装量系数不得大于0.95。u几何尺寸：容器的几何尺寸包括结构尺寸、形状尺几何尺寸：容器的几何尺寸包括结构尺寸、形状尺寸、缺陷尺寸、厚度尺寸等。寸、缺陷尺寸、厚度尺寸等。四、型号表示方法四、型号表示方法以换热设备为例：以换热设备为例：5.2压力容器部件知识压力容器部件知识一、封头一、封头(压力容器封头压力容器封头GB/T25198-2010）1、压力容器常用封头的形式、压力容器常用封头的形式n根据几何形状的不同：根

35、据几何形状的不同：u凸封头：球形、球冠形、椭圆形、蝶形凸封头：球形、球冠形、椭圆形、蝶形u锥壳锥壳u平底形平底形封头的结构形式封头的结构形式椭圆形封头应保证封头的有效壁椭圆形封头应保证封头的有效壁厚厚e满足一定条件，以免封头满足一定条件，以免封头赤道区域由于承受环向压缩应力赤道区域由于承受环向压缩应力而被压瘪，对标准椭圆形封头不而被压瘪，对标准椭圆形封头不小于封头内直径的小于封头内直径的0.15。碟形封头球面部分的半径一般不碟形封头球面部分的半径一般不大于筒体内径，而折边内半径大于筒体内径，而折边内半径r在在任何情况下均不得小于筒体内径任何情况下均不得小于筒体内径的的10，且应不小于，且应不小

36、于3倍封头名义倍封头名义壁厚。壁厚。 Ri=0.9Di、r=0.17Di的碟的碟形封头为标准碟形封头，其有效形封头为标准碟形封头，其有效厚度应不小于封头内直径的厚度应不小于封头内直径的0.15%。 2 2、封头的特点：、封头的特点：（1 1）椭圆形封头）椭圆形封头 标准椭圆形封头（标准椭圆形封头（a/b=2a/b=2）应力分布：）应力分布： par2parpapa 径向应力径向应力r r为拉伸应力，封头中心最大，沿径线向封头底边逐渐为拉伸应力，封头中心最大，沿径线向封头底边逐渐减小。减小。 周向应力周向应力封头中心拉伸应力，并沿径线向封头底边逐渐减小，封头中心拉伸应力，并沿径线向封头底边逐渐减

37、小，由拉伸应力变为压缩应力，至底边压应力最大。且由拉伸应力变为压缩应力，至底边压应力最大。且a/ba/b越大，底部压应越大，底部压应力愈大。出于上述考虑，力愈大。出于上述考虑，GB150GB150规定规定a/b2.6a/b2.6。 所以在内压作用下，封头短轴要伸长，长轴要缩短称之为趋园现象所以在内压作用下，封头短轴要伸长，长轴要缩短称之为趋园现象，在曲面与直边相连部分，封头底边径向收缩，园筒径向胀大，在边界，在曲面与直边相连部分，封头底边径向收缩，园筒径向胀大，在边界力作用下产生附加弯距（弯曲应力），封头上最大应力为薄膜应力和弯力作用下产生附加弯距（弯曲应力），封头上最大应力为薄膜应力和弯曲应

38、力之和。曲应力之和。 （2 2）碟形封头）碟形封头应力分布应力分布 碟形封头由球面、环壳和园筒碟形封头由球面、环壳和园筒组成，应力分布与椭圆封头相似。组成，应力分布与椭圆封头相似。 径向应力径向应力 r r为拉伸应力，在为拉伸应力，在球面部分均匀分布，至环壳应力逐球面部分均匀分布，至环壳应力逐渐减小，到底边应力降至一半。渐减小，到底边应力降至一半。 周向应力周向应力 在球面部分为均在球面部分为均匀分布拉伸应力，环壳上为压缩应匀分布拉伸应力，环壳上为压缩应力，在连接点到底边逐渐减小，而力，在连接点到底边逐渐减小，而在球面与环壳连接处最大。在球面与环壳连接处最大。r002rRi20rh 碟形封头与

39、椭圆封头形状相似，不同点是应力与变形都是碟形封头与椭圆封头形状相似，不同点是应力与变形都是不连续的，而且有两个拐点（球面与环壳、环壳与园筒）在不连续的，而且有两个拐点（球面与环壳、环壳与园筒）在两个边界上产生附加力矩（弯曲应力）两个边界上产生附加力矩（弯曲应力） 在内压作用下，球面外凸，环壳内缩，园筒外胀。当在内压作用下，球面外凸，环壳内缩，园筒外胀。当r/Rr/R越小，球面与环壳处产生应力最大；越小，球面与环壳处产生应力最大；r/R1r/R1趋于球壳，弯距趋于球壳，弯距0 0；所以蝶形封头最大应力在球面与环壳过度区。；所以蝶形封头最大应力在球面与环壳过度区。 封头设计标记封头设计标记封头成品

40、标记封头成品标记3、封头的制造成形方法、封头的制造成形方法（1）坯料制备：毛坯厚度考虑工艺减薄量，避免材料表面的机械损伤；）坯料制备：毛坯厚度考虑工艺减薄量，避免材料表面的机械损伤；尖锐伤痕以及材料防腐表面的局部伤痕、刻痕等缺陷应修磨，修磨范尖锐伤痕以及材料防腐表面的局部伤痕、刻痕等缺陷应修磨，修磨范围的斜度至少为围的斜度至少为1:3；钢材坡口表面不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷；钢材坡口表面不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷；先拼板后成形的，拼板的对口错边量不应大于材料厚度的；先拼板后成形的，拼板的对口错边量不应大于材料厚度的10%，且，且不大于不大于1.5mm。（2）依据封头的类型、规格、材质，可采

41、用整板或拼板经冷冲压、热冲）依据封头的类型、规格、材质，可采用整板或拼板经冷冲压、热冲压、冷旋压、热旋压、冷卷、热卷等方法成形，也可分瓣成形后再组压、冷旋压、热旋压、冷卷、热卷等方法成形，也可分瓣成形后再组焊成封头。封头加热炉的炉内气氛应呈中性或弱氧化性，加热的火焰焊成封头。封头加热炉的炉内气氛应呈中性或弱氧化性，加热的火焰不宜与工件直接接触；由成形的瓣片和顶圆板拼接制成的封头，以及不宜与工件直接接触；由成形的瓣片和顶圆板拼接制成的封头，以及先拼板后成形的封头，封头上各种不相交的拼接焊缝中心线间的距离先拼板后成形的封头，封头上各种不相交的拼接焊缝中心线间的距离，至少应为材料厚度的，至少应为材料

42、厚度的3倍，且不小于倍，且不小于100mm。 4、封头的质量要求、封头的质量要求（1）直边倾斜度：）直边倾斜度：椭圆、蝶形、平底形、锥形椭圆、蝶形、平底形、锥形(mm)(2)外圆周长或内直径公差外圆周长或内直径公差（部分）（部分）（3）封头的圆度）封头的圆度 封头的圆度应不大于封头的圆度应不大于0.5%DN，且不大于，且不大于25mm；当；当s/DN0.005,且且s2000mm，h=40mm；直边高度公差为；直边高度公差为（-5%10%）h。（7）根据制造工艺确定投料的厚度，以确保成品最小厚度）根据制造工艺确定投料的厚度，以确保成品最小厚度min不小于设计要求的最小成形厚度不小于设计要求的最

43、小成形厚度min。（8）无损检测符合相应级别要求。）无损检测符合相应级别要求。二、支座（二、支座（JB/T4712.14712.4-2007)1、分为鞍式、腿式、耳式、支承式四种形式、分为鞍式、腿式、耳式、支承式四种形式2、鞍式支座、鞍式支座JB/T4712.1（1）适用：双支点支承的钢制卧式容器。多支点支承的结）适用：双支点支承的钢制卧式容器。多支点支承的结构形式、结构尺寸亦可参照使用。构形式、结构尺寸亦可参照使用。（2）设计条件：设计温度）设计条件：设计温度200；地震设防烈度；地震设防烈度8度（度（类类场地土）场地土）（3）型式特征：分为轻型（代号）型式特征：分为轻型（代号A）和重型（代

44、号）和重型（代号B），轻），轻型为焊制、包角型为焊制、包角120、有垫板；重型支座按制作方式、有垫板；重型支座按制作方式、包角及附带垫板情况分为五种型号：焊制（包角及附带垫板情况分为五种型号：焊制（B120有有、B150有、有、B120无）；弯制（无）；弯制（B120有、有、B120无）。分为固定式（无）。分为固定式（F）、滑动式（）、滑动式（S）两种安）两种安装形式。装形式。（4）材料）材料（5）标记）标记（6）、质量要求：）、质量要求：3、腿式支座、腿式支座JB/T4712.2（1）适用于直接安装在刚性地基上，且符合下列条件的容器：）适用于直接安装在刚性地基上，且符合下列条件的容器：不适用

45、于通过管线直接与产生脉动载荷的机器设备刚性连接的容器。不适用于通过管线直接与产生脉动载荷的机器设备刚性连接的容器。（2）型式特征：）型式特征：（3）材料：）材料：（4）标记：）标记：（5）质量要求：）质量要求：3、耳式支座、耳式支座JB/T4712.3（1）适用：）适用：DN不大于不大于4000mm的立式圆筒形容器。的立式圆筒形容器。（2）型式特征：）型式特征：（3）材料：垫板材料一般与容器相同；筋板和底板材料分为）材料：垫板材料一般与容器相同；筋板和底板材料分为4种：种：（4）标记）标记（5）质量要求）质量要求4、支承式支座、支承式支座JB/T4712.4（1）适用：下列条件的钢制立式容器）

46、适用：下列条件的钢制立式容器a)DN800mm-4000mm；b)圆筒长度与公称直径之比圆筒长度与公称直径之比L/DN5；c)容器总高度容器总高度Ho10。（2）型式特征：）型式特征：（3）材料）材料（4）标记）标记（5）质量要求）质量要求三、锻件三、锻件承压设备用碳素钢和合金钢锻件承压设备用碳素钢和合金钢锻件（NB/T 470082010）(设设计温度不低于计温度不低于-20，p100MPa)、低温承压设备用低合金钢锻件低温承压设备用低合金钢锻件（NB/T 470092010） (设计设计温度低于温度低于0，p100MPa ）、）、承压设备用不锈钢和耐热钢承压设备用不锈钢和耐热钢锻件锻件（N

47、B/T 470102010）（）（p5的裙座自支承塔式容器。的裙座自支承塔式容器。塔器是重要的单元操作设备，实现气（汽）塔器是重要的单元操作设备，实现气（汽）液相或液相或液液液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的。质及传热的目的。u基本要求基本要求 1. 气液两相充分接触，相际间传热面积大。气液两相充分接触，相际间传热面积大。2. 生产能力大，即气液处理量大。生产能力大，即气液处理量大。3. 操作稳定，操作弹性大。操作稳定，操作弹性大。4. 阻力小。阻力小。5. 结构简单，制造、安装、维修方便，设备的投资及操结构简单，制造、安装、维修方便

48、，设备的投资及操作费用低。作费用低。6. 耐腐蚀，不易堵塞。耐腐蚀，不易堵塞。u下列情况优先选用下列情况优先选用填料塔填料塔（结构简单，压力降小，传质效率高，便于结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造。气、液两相是微分接触，气、液的组成则发生采用耐腐蚀材料制造。气、液两相是微分接触，气、液的组成则发生连续变化连续变化） 1）在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有高的传质效率，）在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有高的传质效率，故可采用新型填料以为降低高度；故可采用新型填料以为降低高度；2）对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，）对于热敏性物料的

49、蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可有限选择真空操作下的填料塔；故可有限选择真空操作下的填料塔；3）具有腐蚀性的物料，可选择填料塔；）具有腐蚀性的物料，可选择填料塔；4）容易发泡的物料，宜选用填料塔；）容易发泡的物料，宜选用填料塔；u下列情况优先选用下列情况优先选用板式塔板式塔：（板式塔是逐级接触，混合物浓度发生阶：（板式塔是逐级接触，混合物浓度发生阶跃式变化）跃式变化） 1）塔内液体持液量较大，要求塔的负荷变化范围较宽，对进料浓度变）塔内液体持液量较大，要求塔的负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，要求操作易于稳定；化要求不敏感，要求操作易于稳定；2）塔内负荷较小；）塔内负荷

50、较小；3）含固体颗粒、容易结垢、有结晶的物料；）含固体颗粒、容易结垢、有结晶的物料；u塔设备由塔体、裙座（圆筒形、圆锥形：半顶角不宜超过塔设备由塔体、裙座（圆筒形、圆锥形：半顶角不宜超过15）、）、内件（塔盘、降液管、填料、填料支承装置、液体分布装置、其他附内件（塔盘、降液管、填料、填料支承装置、液体分布装置、其他附件（塔顶吊柱、梯子平台、除沫器等）组成。件（塔顶吊柱、梯子平台、除沫器等）组成。u计算时除压力外，还需要考虑质量载荷、风载荷、地震载荷、偏心载计算时除压力外，还需要考虑质量载荷、风载荷、地震载荷、偏心载荷等。荷等。板式塔的气、液相流程：板式塔的气、液相流程： 再沸器加热釜液产生气相

51、在塔内逐级上升，上升再沸器加热釜液产生气相在塔内逐级上升，上升到塔顶由塔顶冷凝器冷凝，部分凝液返回塔顶作回流到塔顶由塔顶冷凝器冷凝，部分凝液返回塔顶作回流液。液体在逐级下降中与上升气相进行接触传质。具液。液体在逐级下降中与上升气相进行接触传质。具体接触过程如右图所示。液体横向流过塔板，经溢流体接触过程如右图所示。液体横向流过塔板，经溢流堰溢流进入降液管，液体在降液管内释放夹带的气体堰溢流进入降液管，液体在降液管内释放夹带的气体，从降液管底隙流至下一层塔板。塔板下方的气体穿，从降液管底隙流至下一层塔板。塔板下方的气体穿过塔板上气相通道，如筛孔、浮阀等，进入塔板上的过塔板上气相通道，如筛孔、浮阀等

52、，进入塔板上的液层鼓泡，气、液接触进行传质。气相离开液层而奔液层鼓泡，气、液接触进行传质。气相离开液层而奔向上一层塔板，进行多级的接触传质。向上一层塔板，进行多级的接触传质。 3、换热器、换热器固定管板式、浮头式、固定管板式、浮头式、U型管式、釜式重沸器、填料函式型管式、釜式重沸器、填料函式固定管板式：固定管板式：结构简单、紧凑，没有壳程的密封问题，往往管板兼做法兰。适用于：结构简单、紧凑，没有壳程的密封问题，往往管板兼做法兰。适用于：a) 管、壳程温差较大，但压力不高的场合管、壳程温差较大，但压力不高的场合(因为温差大，要加膨胀节，而膨胀节耐压能因为温差大，要加膨胀节，而膨胀节耐压能力差；）

53、力差；）b) 管、壳程温差不大，而压力较高的场合；管、壳程温差不大，而压力较高的场合；c) 壳程无法机械清洗，故要求壳程介质干净；或虽会结垢，但通过化学清而能去除的壳程无法机械清洗，故要求壳程介质干净；或虽会结垢，但通过化学清而能去除的场合；场合；d) 布管多，锻件少，一次性投资低；但不可更换管束，整台设备往往由换热管损坏而布管多，锻件少，一次性投资低；但不可更换管束，整台设备往往由换热管损坏而更换，故设备运行周期短。更换，故设备运行周期短。浮头式：浮头式：a)可抽式管束，当换热管为正方形或转角正方形排列时，管束可抽出进可抽式管束，当换热管为正方形或转角正方形排列时，管束可抽出进行管间机械清洗

54、，适用于壳程易结焦及堵塞的工况；行管间机械清洗，适用于壳程易结焦及堵塞的工况；b)一端管板夹持，一端内浮头型式可自由浮动，故无需考虑温差应力，一端管板夹持，一端内浮头型式可自由浮动，故无需考虑温差应力，可用于大温差的场合；可用于大温差的场合；c)浮头结构复杂，影响排管数，加之处于壳程介质内的浮头密封面操作浮头结构复杂，影响排管数，加之处于壳程介质内的浮头密封面操作中发生泄漏时很难采取措施；中发生泄漏时很难采取措施；d)压力试验时的试压胎具复杂。压力试验时的试压胎具复杂。U型管式：型管式：填料函式：填料函式：u另一种浮头式换热器，它的浮动端采用填料密封浮动管板（裙）可在填另一种浮头式换热器，它的

55、浮动端采用填料密封浮动管板（裙）可在填料函内填料的压力下，自由滑动，以补偿换热管与壳体的膨胀差量。料函内填料的压力下，自由滑动，以补偿换热管与壳体的膨胀差量。u这类结构直径不能太大，压力一般不高于这类结构直径不能太大，压力一般不高于2.5 MPa，且不能用于贵重介，且不能用于贵重介质及危害介质，当介质危害不是太大时，也可以采用双填函密封加以弥质及危害介质，当介质危害不是太大时，也可以采用双填函密封加以弥补，之所以有使用是因其解决温差应力的成本较低。补，之所以有使用是因其解决温差应力的成本较低。釜式重沸器：釜式重沸器： 釜式重沸器的管程采用釜式重沸器的管程采用U 形或浮头管束（管头试压时，要另配

56、试压壳形或浮头管束（管头试压时，要另配试压壳体），壳程为单（或双）斜锥具有蒸发空间的壳体，一般为管程介质加体），壳程为单（或双）斜锥具有蒸发空间的壳体，一般为管程介质加热壳程介质，故管程的温度和压力比壳体的高，适用于：热壳程介质，故管程的温度和压力比壳体的高，适用于：a) 管、壳程温差大的场合；管、壳程温差大的场合；b) 一般管程压力比壳程高，可采用一般管程压力比壳程高，可采用T 翅或表面多孔强化传热管；翅或表面多孔强化传热管；c) 塔底空间较小的场合；塔底空间较小的场合；d) 汽化率较高的场合汽化率较高的场合(3080%)；e) 重沸工艺介质的液相作为产品或分离要求高的场合；重沸工艺介质的液

57、相作为产品或分离要求高的场合；f) 用作蒸汽发生器，对蒸汽品质要求不高安装空间受限制的场合。用作蒸汽发生器，对蒸汽品质要求不高安装空间受限制的场合。4、球罐：、球罐： GB12337-1998 钢制球形储罐钢制球形储罐球壳板最小宽度不小于球壳板最小宽度不小于500mm分类：分类：a.桔瓣式；桔瓣式；b.混合式。支撑方式：支柱式支座。混合式。支撑方式：支柱式支座。u罐体作用：储罐主体，储存物料、承受物料工作压力和液柱静压力。罐体作用：储罐主体，储存物料、承受物料工作压力和液柱静压力。按其组合方式分：桔瓣式（三带按其组合方式分：桔瓣式（三带七带）（公称容积七带）（公称容积501000立方米）、混合

58、立方米）、混合式（三带式（三带五带）（公称容积五带）（公称容积100010000立方米）。立方米）。组合组合方式方式壳片分割成型壳片分割成型形形 式式优优 点点缺缺 点点应用应用桔桔瓣瓣式式球壳全部按桔球壳全部按桔瓣片形状进行瓣片形状进行分割成型后再分割成型后再组合。组合。球壳拼装焊缝较规则，施球壳拼装焊缝较规则，施焊组装容易，实施自动焊；焊组装容易，实施自动焊；便于布置支座，焊接接头便于布置支座，焊接接头受力均匀，质量较可靠。受力均匀，质量较可靠。球瓣在不同带位置尺球瓣在不同带位置尺寸大小不一，互换有寸大小不一，互换有限；下料成型复杂，限；下料成型复杂，板材利用率低；球极板材利用率低；球极板

59、尺寸往往较小，人板尺寸往往较小，人孔、接管等容易拥挤，孔、接管等容易拥挤，有时焊缝不易错开。有时焊缝不易错开。适用于各适用于各种容量的种容量的球罐。球罐。混混合合式式材料利用率高材料利用率高赤 道 带 和 温赤 道 带 和 温带带桔瓣式；桔瓣式；极板极板足球瓣足球瓣式。式。焊缝长度缩短，壳板数量焊缝长度缩短，壳板数量少，极板尺寸大，易布置少，极板尺寸大，易布置人孔及接管避免球罐支座人孔及接管避免球罐支座与球壳板焊接接头搭在一与球壳板焊接接头搭在一起，球壳应力分布均匀。起，球壳应力分布均匀。5、夹套容器、夹套容器筒体夹管搅拌容器换热元件内盘管内构件搅拌反应器搅拌器搅拌轴搅拌机密封装置传动装置:/

60、筒体圆筒封头椭封应用最广搅拌容器 接管进出料/排气/控制点接管/传感器换热元件夹管/内盘管小型:悬挂式支座考虑容器大小和安装位置大型 裙式 支承式搅拌容器作用搅拌容器作用: 为物料反应提供合适的空间为物料反应提供合适的空间.结构结构:/筒体圆筒封头椭封应用最广搅拌容器 接管进出料/排气/控制点接管/传感器换热元件夹管/内盘管小型:悬挂式支座考虑容器大小和安装位置大型 裙式 支承式装料系数装料系数: 一般取一般取0.6 0.85 如物料在反应过程中呈泡沫或沸腾状态如物料在反应过程中呈泡沫或沸腾状态取取0.6 0.7 如物料在反应过程中比较平稳如物料在反应过程中比较平稳取取0.8 0.85容积容积