第9章压力容器通用零部件

第九章过程设备通用零部件化工设备机械基础目录概述1法兰连接2人孔、手孔、视镜和液面计检查孔3开孔和开孔补强4容器支座5安全泄放装置1设备及零部件标准的最基本参数为：公称直径DN和公称压力PN。压力容器的公称直径：通常指筒体的内径。当筒体直径较小时可直接采用无缝钢管制作，此时公称直径的数值等于钢管的外径。公称直径DN：指标准化以后的标准直径，以DN表示，单位mm，例如内径1200mm的容器的公称直径标记为DN1200。公称压力PN：容器及管道的操作压力经标准化以后的标准压力称为公称压力，以PN表示，单位MPa。§9-1概述

表9-1压力容器的公称直径DN注：红色的公称直径尽量不采用。封头的公称直径应与筒体保持一致。筒体由钢板卷制而成30035040045050055060065070080090010001100120013001400150016001700180019002000210022002300240026002800300032003400360038004000

筒体由无缝钢管制作159219273325377426

公称压力（PN)：常用的压力等级为0.25，0.6，1.0，1.6，2.5，4.0，6.4，10MPa等。§9-1概述管子的公称直径(公称通径)公称直径DN就是各种管子与管路附件的通用口径。同一公称直径的管子与管路附件均能相互连接，具有互换性.它不是实际意义上的管道外径或内径，虽然其数值跟管道内径较为接近或相等；(也称公称口径、公称通径)。例如焊接钢管(有缝管):化工厂用来输送水、煤气、空气、油以及取暖用蒸汽等流体管道。按厚度可分为薄壁钢管、普通钢管和加厚钢管。其公称直径不是外径，也不是内径，而是近似普通钢管内径的一个名义尺寸。每一公称直径，对应一个外径，其内径数值随厚度不同而不同。公称直径可用公制mm表示，也可用英制in表示。管路附件也用公称直径表示。无缝管：分热轧管和冷拔管两种。如输送流体用无缝钢管(GB8163-87)、石油裂化用无缝钢管(GB9948-88)、化肥设备用高压无缝钢管（GB647986)等。§9-1概述有缝管的公称直径：公称直径15mm或1/2英寸，外径21.3mm，壁厚2.75mm（普通）3.25mm（加厚）（公制）（英制）

外径

俗称

6

1/8

10

1分

8

1/4;

13.5

2分

10

3/8

17

3分

15

1/2

21.3

4分

20

3/4

26.8

6分

25

1

33.5

1吋321

1/4

42.2

401

1/248.3

502

60.3

652

1/2

73.0

803

88.9

1004

114.3

1255

139.8

150

6

168.3

2008219.1

§9-1概述无缝钢管的公称尺寸：分热轧管和冷拔管。无缝钢管不用公称直径而是以外径乘厚度表示。为公称外径与公称厚度。在管道工程中，管径超过57mm时，常采用热轧管。管径在57mm以内常选用冷拔管。冷拔管的最大外径为200mm；热轧管的最大外径为630mm。与法兰相连接的无缝钢管公称直径与外径的关系DN15-ф18mm，DN20-ф25mm，DN25-ф32mm，DN32-ф38mm

DN40-ф45mm，DN50-ф57mm，DN65-ф73mm，DN80-ф89mm

DN100-ф108mm，DN125-ф133mm，DN150-ф159mm，DN200-ф219mm

DN250-ф273mm，DN300-ф325mm，DN350-ф377mm，DN400-ф426mm

DN450-ф480mm，DN500-ф530mm，DN600-ф630m§9-1概述容器零部件的公称直径

法兰、支座等公称直径是相配的筒体、封头的公称直径。DN2000法兰，DN2000鞍座。还有一些零部件的公称直径是与它相配的管子公称直径DN200管法兰另有一些容器零部件公称直径是指结构中某一重要尺寸，DN80(Dg80)视镜是指窥视孔的直径为80mm。§9-1概述公称压力工作压力不同，相同公称直径的压力容器其筒体及其零部件的尺寸也不同。将承受的压力范围分为若干个标准压力等级，即公称压力。表13-3压力容器法兰与管法兰的公称压力压力容器法兰0.250.61.01.62.54.06.4管法兰0.250.61.01.62.54.06.3101625§9-1概述设计时如果选用标准零部件，必须将操作温度下的最高操作压力(或设计压力)调整为所规定的某一公称压力等级(调整方法见第五节)，然后根据DN与PN选定该零部件的尺寸。如果零件不选用标准零部件，而是自行设计，设计压力就不必符合规定的公称压力。§9-1概述生产工艺要求，或为制造、运输、安装、检修方便，常采用可拆卸的联接结构。常见的可拆卸结构有：法兰联接螺纹联接承插式联接。§9-2法兰连接可拆卸联接应确保接口密封的可靠性。法兰联接强度较好和紧密性，适用尺寸范围宽，设备和管道应用最普遍。法兰联接不能很快装配与拆卸，制造成本较高。设备法兰与管法兰均已制定出标准。根据公称直径和公称压力，可以从标准中查到，少量超出标准规定范围法兰，才需进行设计。§9-2法兰连接一、法兰联接结构与密封原理联接件强度破坏很少见，多是密封不好而泄漏。设计中要防止介质泄漏。组合件§9-2法兰连接通过垫片材料本体毛细管的渗透泄漏，除了受介质压力、温度、粘度、分子结构等流体状态性质影响外，主要与垫片的结构与材料性质有关，可通过对渗透性垫片材料添加某些填充剂进行改良，或与不透性材料组合成型来避免“渗透泄漏”；沿着垫片与压紧面之间的泄漏，泄漏量大小主要与界面间隙尺寸有关。压紧面就是指上、下法兰与垫片的接触面。加工时压紧面上凹凸不平的间隙及压紧力不足是造成“界面泄漏”的直接原因。“界面泄漏”是密封失效的主要途径。渗透泄漏界面泄漏泄漏§9-2法兰连接界面泄漏渗透泄漏§9-2法兰连接法兰密封的原理

扳紧螺栓、压紧垫片、填满缝隙、实现密封预紧力压紧垫片。压紧应力（垫片密封比压力）到一定数值使垫片变形，密封面上微隙被填满，形成初始密封条件。密封比压力主要决定于垫片材质。垫片材质确定后，垫片越宽，为保证比压力，预紧力越大，螺栓和法兰尺寸也越大，所以垫片不应过宽，更不应该把整个法兰面都铺满垫片。§9-2法兰连接法兰联接的工作原理：§9-2法兰连接工作状态：内压产生轴向拉伸力，降低了压紧应力。垫片有足够回弹，补偿变形，预紧密封比压值不小于某一值(工作密封比压)，保持良好密封。反之，回弹不足，则此密封失效。密封元件在操作压力作用下，仍然保持一定的残余压紧力。螺栓和法兰须有足够大的强度和刚度，不发生过大的变形。§9-2法兰连接螺栓法兰连接的整个工作过程：图13-3（a）尚未预紧工况、（b）预紧工况、（c）操作工况（a）尚未预紧工况将上、下法兰压紧面和垫片的接触处的微观尺寸放大，表面是凹凸不平的，这就是流体泄漏的通道。（a）尚未预紧工况图9-1密封机理图§9-2法兰连接（b）预紧工况（无内压）拧紧螺栓，螺栓力通过法兰压紧面作用到垫片上。垫片产生弹性或屈服变形，填满凹凸不平处，堵塞泄漏通道，形成初始密封条件。预紧(无内压)时，迫使垫片变形与压紧面密合，以形成初始密封条件，此时垫片单位面积上所需的最小压紧力，称为“垫片比压力”，用y表示，也称为最小压紧应力，单位为MPa。在预紧工况下，如垫片单位面积上所受的压紧力小于比压力y，介质即发生泄漏。引入概念1“预紧比压y”：（b）预紧工况图9-1密封机理图y值仅与垫片材料、结构与厚度有关。§9-2法兰连接通入介质压力上升A:内压引起的轴向力，使上下法兰压紧面分离，垫片压缩量减少，密封比压（即，压紧面上的压紧应力）下降导致B:垫片弹性压缩变形部分产生回弹，补偿因螺栓伸长所引起的压紧面分离，使压紧面上的密封比压力仍能维持一定值以保持密封性能。为保证在操作状态时法兰的密封性能而必须施加（维持）在垫片上的压应力，称为操作密封比压。操作密封比压往往用介质计算压力的m倍表示，这里m称为“垫片系数”，无因次。引入概念2“操作密封比压”：（c）操作工况（c）操作工况图9-1密封机理图§9-2法兰连接防止流体泄漏的基本方法当介质通过密封口的阻力大于密封口两侧的介质压力差时，介质就被密封。而介质通过密封口的阻力是借施加于压紧面上的比压力

来实现的，作用在压紧面上的密封比压力越大，则介质通过密封口的阻力越大，越有利于密封。在密封口增加流体流动的阻力泄漏时介质通过密封口的动力：密封口内外介质压力差泄漏时介质通过密封口的阻力：压紧面上的比压力§9-2法兰连接由以上分析，在确立法兰设计方法时，把预紧工况与操作工况分开处理，从而大大简化了法兰设计。为此，对两个不同的工况分别引进两个垫片性能参数，即“最小压紧应力”或“比压力”y以及“垫片系数”m。预紧比压y：定义为预紧(无内压)时，迫使垫片变形与压紧面密合，以形成初始密封条件，此时垫片所必需的最小压紧载荷，因以单位接触面积上的压紧载荷计，故也称最小压紧应力”，单位为MPa。y值仅与垫片材料、结构与厚度有关。垫片系数m：是指操作(有内压)时，达到紧密不漏，垫片所必须维持的比压与介质压力p的比值（无单位）。§9-2法兰连接不少生产实践和广泛的研究表明y和m值还与垫片尺寸，介质性质、压力、温度、压紧面粗糙度等许多因素有关，而且m与y之间也存在内在联系。§9-2法兰连接二、法兰的分类§9-2法兰连接图9-2法兰结构类型（整体法兰）将法兰与壳体锻或铸成一体或经全熔透的平焊法兰（一）整体法兰§9-2法兰连接整体法兰整体法兰整体法兰特点保证壳体与法兰同时受力，使法兰厚度可适当减薄；但会在壳体上产生较大应力。带颈法兰：提高法兰与壳体的连接刚度，适用于压力、温度较高的重要场合。§9-2法兰连接图9-3法兰结构类型（松式法兰）活套法兰螺纹法兰搭接法兰指法兰不直接固定在壳体上或者虽固定而不能保证与壳体作为一个整体承受螺栓载荷的结构。如：活套法兰、螺纹法兰、搭接法兰等。（二）松式法兰§9-2法兰连接活套法兰螺纹法兰搭接法兰松式法兰活套法兰但法兰刚度小，厚度较厚，一般只适用于压力较低的场合典型的松式法兰，其法兰的力矩完全由法兰环本身来承担，对设备或管道不产生附加弯曲应力适用于有色金属和不锈钢制设备或管道上，且法兰可采用碳素钢制作，以节约贵重金属§9-2法兰连接（三）任意式法兰整体性介于整体法兰和松式法兰之间，包括未焊透的焊接法兰。图9-3

法兰结构类型（任意式法兰）§9-2法兰连接任意式法兰任意式法兰任意式法兰圆形法兰最常见，方形法兰利于管子排列紧凑，椭圆形法兰常用于阀门和小直径的高压管子上。§9-2法兰连接三、影响法兰密封的因素影响法兰密封的因素主要有：螺栓预紧力；密封面型式；垫片性能；法兰刚度；操作条件。§9-2法兰连接㈠螺栓预紧力螺栓预紧力是影响密封一个重要因素。预紧力使垫片压紧并实现初始密封。预紧力过大则垫片被压坏或挤出。预紧力通过法兰密封面传递给垫片，良好的密封，必须使预紧力均匀地作用于垫片。当需要预紧力一定时，采取增加螺栓个数、减小螺栓直径对密封有利§9-2法兰连接㈡密封面法兰联接密封性能与密封面型式有关，密封面型式选择，主要考虑压力、温度、介质。§9-2法兰连接压力容器和管道中常用的法兰密封面型式和特点：1、突面（RF）光滑平面，可车制密纹水线。结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。接触面积大，预紧时垫片容易往两边挤，不易压紧。（a）突面§9-2法兰连接2、凹凸面（MFM）凸面和凹面相配合，凹面上放置垫片，防止垫片被挤出，适用于压力较高。（b）凹凸面§9-2法兰连接凹凸面法兰连接3、榫槽面(TG)槽中垫片不被挤动。螺栓力较小。获得良好的密封效果。结构较复杂，更换垫片较困难。榫面容易损坏，适于易燃、易爆、有毒介质及较高压力。压力不大时，即使直径较大，也能很好密封。（c）榫槽面§9-2法兰连接榫槽面法兰连接4、全平面（FF）与环连接面（RJ）全平面密封适合于压力较小的场合（PN≤1.6MPa）；环连接面主要用在带颈对焊法兰与整体法兰上，适用压力范围为（6.3MPa≤PN≤25.0MPa）。（d）全平面（e）环连接面（T型槽）§9-2法兰连接光滑面凹凸面榫槽面环密封面按密封面型式分：突面法兰凹凸面法兰榫槽面法兰环形密封面法兰§9-2法兰连接突面压紧面：简单，加工方便，装卸容易，易于防腐衬里。压紧面可以是平滑的，适用于PN≤2.5MPa场合，带沟槽的（2～4条、宽×深为0.8mm×0.4mm、截面为三角形周向沟槽），防止非金属垫片被挤出，适用更广。

容器法兰可用至6.4MPa，管法兰甚至可用至25～42MPa，但随着公称压力的提高，适用的公称直径相应减小。由榫面、槽面配合构成，垫片安放在槽内，不会被挤出压紧面，较少受介质的冲刷和腐蚀，所需螺栓力较小，但结构复杂，更换垫片较难，只适用于易燃、易爆和高度或极度毒性危害介质等重要场合。凹凸压紧面：榫槽压紧面：各压紧面结构简介安装易于对中，有效防止垫片被挤出，适用于PN≤6.4MPa的容器法兰和管法兰。§9-2法兰连接5、其他类型密封面高压容器和高压管道用球面（透镜）和椭圆或八角形截面金属垫片§9-2法兰连接高压管道的透镜式密封§9-2法兰连接图9-3

双锥密封结构1-主螺母；2-垫圈；3-主螺栓；4-平盖；5-双锥环；6-软金属垫片；7-筒体端部；8-螺栓；9-托环

§9-2法兰连接㈢垫片性能垫片适当变形和回弹能力是形成密封的必要条件。最常用垫片分为非金属、金属、非金属与金属混合制的垫片§9-2法兰连接非金属垫片：橡胶石棉板、聚四氟乙烯等。柔软耐温度和压力性能较金属垫片差。只适用于常、中温和中、低压设备和管道的法兰密封。§9-2法兰连接金属与非金属混合制垫片：金属包垫片及缠绕垫片等。金属包垫片用薄金属板（镀锌薄钢板、0Cr18Ni9等）将非金属包起来；金属缠绕垫片是薄低碳钢带(或合金钢带)与石棉带一起绕制而成。不带定位圈和带定位圈。§9-2法兰连接金属包垫片及缠绕垫片较单纯的金属垫片有较好的性能，适应的温度与压力范围较高一些。

§9-2法兰连接金属垫片：材料一般并不要求强度高，而是要求软韧。常用是软铝、紫铜、铁(软钢)、蒙耐尔合金(含Ni67％，Cu30％，Cr4～5％)钢等。主要用于中、高温和中、高压法兰联接密封。§9-2法兰连接垫片材料的选择：根据温度、压力以及介质腐蚀决定，同时考虑密封面形式、螺栓力的大小以及装卸要求等。查表4-15§9-2法兰连接§9-2法兰连接四、法兰标准及选用石油、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§9-2法兰连接㈠压力容器法兰标准

§9-2法兰连接1．平焊法兰：§9-2法兰连接压力容器法兰标准JB4701－92平焊法兰对焊法兰§9-2法兰连接§9-2法兰连接§9-2法兰连接2．对焊法兰

长颈对焊法兰有厚度更大的颈，刚性大。更高压力范围(PN0.6MPa～6.4MPa)和直径范围(DN300mm～2000mm)，适用温度范围为-20℃～450℃。§9-2法兰连接平焊与对焊法兰都有带衬环的与不带衬环的两种。当设备是由不锈钢制作时，采用碳钢法兰加不锈钢衬环，可以节省不锈钢。§9-2法兰连接3、公称直径与公称压力根据公称直径与公称压力由法兰标准确定法兰尺寸压力容器法兰公称直径同压力容器例如DN1000mm的压力容器，应当配用DN1000mm的压力容器法兰。§9-2法兰连接法兰公称压力：与最大操作压力、操作温度以及材料有关。定义：以16MnR在200℃时的机械性能为基准确定法兰尺寸，在200℃时，它的最大允许操作压力就认为是具有该尺寸法兰的公称压力。§9-2法兰连接公称压力PNO.6MPa法兰，用16MnR制造的，在200℃时，最大允许操作压力0.6MPa。高于200℃的最大操作压力将低于它的公称压力0.6MPa。低于200℃仍按200℃确定其最高工作压力。§9-2法兰连接材料改为Q235-A，机械性能比16MnR差，公称压力PN0.6MPa的法兰，200℃操作，最大允许操作压力也低于公称压力。材料由16MnR改为15MnVR，机械性能优于16MnR，公称压力PN0.6MPa的法兰，在200℃操作时，最大允许操作压力将高于它的公称压力。只要法兰的公称直径、公称压力确定了，法兰的尺寸也就确定了。§9-2法兰连接最大允许工作压力的确定：§9-2法兰连接为操作温度300℃，设计压力0.6MPa的容器选配法兰。材料15MnVR按公称压力0.6MPa查取。材料20R按公称压力1.0MPa查取尺寸。§9-2法兰连接㈡管法兰标准同样公称直径的容器法兰和管法兰的尺寸不相同，不能互相代用。管法兰的型式除平焊、对焊法兰外，还有铸钢法兰、铸铁法兰、活套法兰、螺纹法兰等。管法兰标准查选方法、步骤与压力容器法兰同。§9-2法兰连接GB9119.7-88外，常用标准还有：化工部标准HG20592～HG20602-97；中石化标准SH3406-96等。其中化工部标准中分为欧洲体系、美洲体系等，我国常用的为欧洲体系。§9-2法兰连接例10-1：塔身与封头的法兰。塔内径1000mm，操作温度280℃，设计压力0.2MPa。Q235-A。根据操作温度、设计压力和所用材料，应按公称压力为0.6MPa查选尺寸。压力不高，直径不大，用甲型平焊法兰、平面密封面，垫片用石棉橡胶板。法兰的各部尺寸从附录表9中查，联接螺栓材料Q235-A，M20共36个。§9-2法兰连接思考题：1.法兰垫片密封的原理是什么？影响密封的因素有哪些？2.法兰的型式有哪些？各有什么特点？3.法兰密封面型式有哪些？各适用什么场合？4.常用的垫片材料有哪些？§9-2法兰连接目的检查容器在使用过程中是否有裂纹、变形、腐蚀等缺陷产生。包括人孔、手孔等，其位置应便于观察或清理容器内部。规定检查孔最少数量与最小尺寸应符合有关规范的要求。不必开设检查孔：（符合下列条件之一）筒体内径小于等于300mm的压力容器；容器上设有可拆卸的封头、盖板或其它能够开关的盖子，其封头、盖板或盖子的尺寸不小于所规定检查孔的尺寸；§9-3人孔、手孔、视镜和液面计检查孔换热器。无腐蚀或轻微腐蚀，无需做内部检查和清理的压力容器；制冷装置用压力容器；应在设计时采取相关措施，如对所有对接焊缝进行100%的射线或超声检测；在设计图样上注明计算厚度，且在压力容器在用期间或检验时重点进行测厚检查；相应缩短检验周期。不能开设检查孔时：§9-3人孔、手孔、视镜和液面计检查孔手孔与人孔检查设备内部空间以及安装和拆卸内部构件。手孔直径150mm～250mm，标准手孔公称直径有DN150和DN250两种。手孔结构：容器上接一短管，其上盖一盲板。§9-3人孔、手孔、视镜和液面计检查孔人孔：设备直径超过900mm，有手孔也设人孔。人孔的形状有圆形和椭圆形。椭圆形人孔短轴与筒身轴线平行。圆形人孔直径400mm～600mm，容器压力不高或有特殊需要时，直径可以大一些。椭圆形人孔(或称长圆形人孔)的最小尺寸为400mm×300mm。§9-3人孔、手孔、视镜和液面计检查孔人孔：筒节、法兰、盖板和手柄。使用中常打开，可用快开式结构人孔。§9-3人孔、手孔、视镜和液面计检查孔手孔（HG21515～21527-95）和人孔（HG21528～21535-95）已有标准，设计时根据设备的公称压力，工作温度以及所用材料等按标准直接选用。

§9-3人孔、手孔、视镜和液面计检查孔㈠视镜

观察内部，也可用作物料液面指示镜。分为不带颈视镜和带颈视镜。不带颈视镜——凸缘构成，结构简单，不易结料，有比较宽阔的视察范围。§9-3人孔、手孔、视镜和液面计检查孔当视镜需要斜装或设备直径较小时，则需采用带颈视镜。§9-3人孔、手孔、视镜和液面计检查孔视镜已经标准化，化工生产中常用的还有压力容器视镜、带灯视镜、带灯有冲洗孔的视镜、组合视镜等。§9-3人孔、手孔、视镜和液面计检查孔㈡液面计

公称压力不超过0.7MPa，开长条孔，矩形凸缘或法兰把玻璃固定在设备上。承压容器，一般都是将液面计通过法兰、活接头或螺纹接头与设备联接在一起§9-3人孔、手孔、视镜和液面计检查孔设备直径大，可同时用几组液面计接管。现有标准中有反射式玻璃板液面计、反射式防霜液面计、透光式板式液面计和磁性液面计。§9-3人孔、手孔、视镜和液面计检查孔用于装置测量、控制仪表，或连接其他设备和介质的输送管道。㈠接口管

焊接设备的接口管长度§9-3人孔、手孔、视镜和液面计检查孔铸造设备接管可与筒体一并铸出。螺纹管主要用来接温度计、压力表或液面计等，阴螺纹或阳螺纹

§9-3人孔、手孔、视镜和液面计检查孔㈡凸缘接管长度必须很短时可用凸缘代替(又叫突出接口)凸缘本身有加强作用，不需另外补强。当螺柱折断在螺栓孔中，取出较困难。凸缘与管道法兰配用，联接尺寸应根据所选用的管法兰来确定。§9-3人孔、手孔、视镜和液面计检查孔容器为什么要开孔？工艺、安装、检修的要求。开孔后，为什么要补强？削弱器壁的强度，出现不连续，形成高应力集中区。峰值应力通常较高，达到甚至超过材料屈服极限。局部应力较大，加之材质和制造缺陷等,为降低峰值应力，需要对结构开孔部位进行补强，以保证容器安全运行。§9-4开孔和开孔补强开孔的形状：应力集中和开孔形状有关，圆孔的应力集中程度最低。平板在两向拉力作用下，开大孔时孔边受力情况§9-4开孔和开孔补强一、补强结构补强结构局部补强整体补强补强圈补强厚壁接管补强整锻件补强§9-4开孔和开孔补强（1）补强圈补强结构补强圈贴焊在壳体与接管连接处，见（a）图优点结构简单，制造方便，使用经验丰富图9-5（a）补强圈补强缺点1）与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以上使用时，存在较大热膨胀差，在补强局部区域产生较大的热应力；2）与壳体采用搭接连接，难以与壳体形成整体，抗疲劳性能差。§9-4开孔和开孔补强补强圈补强§9-4开孔和开孔补强补强圈补强补强圈补强补强圈中低压容器应用最多的补强结构，一般使用在静载、常温、中低压、材料的标准抗拉强度低于540MPa、补强圈厚度小于或等于1.5δn、壳体名义厚度δn不大于38mm的场合。应用HG21506-92《补强圈》，JB/T4736-95《补强圈》标准§9-4开孔和开孔补强（2）厚壁接管补强结构在开孔处焊上一段厚壁接管，见（b）图。特点补强处于最大应力区域，能更有效地降低应力集中系数。接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易检验，补强效果较好。图9-5（b）厚壁接管补强高强度低合金钢制压力容器由于材料缺口敏感性较高，一般都采用该结构，但必须保证焊缝全熔透。应用§9-4开孔和开孔补强厚壁接管补强厚壁接管补强图9-5（c）整锻件补强

（3）整锻件补强整体锻件§9-4开孔和开孔补强整锻件补强整锻件补强补强金属集中于开孔应力最大部位，能最有效地降低应力集中系数；可采用对接焊缝，并使焊缝及其热影响区离开最大应力点，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降低10～15%。重要压力容器，如核容器、材料屈服点在500MPa以上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大直径开孔容器等。结构将接管和部分壳体连同补强部分做成整体锻件，再与壳体和接管焊接，见（c）图。优点缺点锻件供应困难，制造成本较高。应用§9-4开孔和开孔补强二、开孔补强设计准则指采取适当增加壳体或接管厚度的方法将应力集中系数减小到某一允许数值。开孔补强设计：开孔补强设计准则弹性失效设计准则——等面积补强法塑性失效准则—极限分析法§9-4开孔和开孔补强（1）等面积补强定义：壳体因开孔被削弱的承载面积，须有补强材料在离孔边一定距离范围内予以等面积补偿。原理：以双向受拉伸的无限大平板上开有小孔时孔边的应力集中作为理论基础的，即仅考虑壳体中存在的拉伸薄膜应力，且以补强壳体的一次应力强度作为设计准则。故对小直径的开孔安全可靠。问题：没有考虑开孔处应力集中的影响，没有计入容器直径变化的影响，补强后对不同接管会得到不同的应力集中系数，即安全裕量不同，因此有时显得富裕，有时显得不足。优点：长期实践经验，简单易行，当开孔较大时，只要对其开孔尺寸和形状等予以一定的配套限制，在一般压力容器使用条件下能够保证安全，因此不少国家的容器设计规范主要采用该方法，如ASMEⅧ-1和GB150等。§9-4开孔和开孔补强该法要求带有某种补强结构的接管与壳体发生塑性失效时的极限压力和无接管时的壳体极限压力基本相同。（2）极限分析补强定义：§9-4开孔和开孔补强三、允许不另行补强的最大开孔直径焊接接头系数小于1但开孔位置不在焊缝上等等强度裕量接管和壳体实际厚度大于强度需要的厚度接管根部有填角焊缝上述因素相当于对壳体进行了局部加强，降低了薄膜应力从而也降低了开孔处的最大应力。因此，对于满足一定条件的开孔接管，可以不予补强。§9-4开孔和开孔补强GB150规定：在设计压力≤2.5MPa的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）大于两孔直径之和的2倍，接管公称外径≤89mm，只要接管最小厚度满足表9-2要求。表9-2

不另行补强的接管最小厚度mm6.05.04.03.5897665574845383225接管公称外径最小厚度不另行补强的条件§9-4开孔和开孔补强GB150对开孔最大直径的限制：四、等面积补强计算主要用于补强圈结构的补强计算。基本原则：使有效补强的金属面积，等于或大于开孔所削弱的金属面积。（1）允许开孔的范围a.圆筒上开孔的限制：内径Di≤1500mm时，开孔最大直径d≤，且d≤520mm；内径Di＞1500mm时，开孔最大直径d≤，且d≤1000mm。§9-4开孔和开孔补强b.凸形封头或球壳上开孔最大直径d≤。c.锥壳（或锥形封头）上开孔最大直径d≤，Di为开孔中心处的锥壳内直径。d.在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂直于封头表面。§9-4开孔和开孔补强a、内压圆筒或球壳：式中A—开孔削弱所需要的补强面积，mm2；

d—开孔直径，●圆形孔：d=dit+2Cdit—接管内直径；●椭圆形或长圆形孔：取所考虑平面上的尺寸（弦长，包括厚度附加量），mm；（2）所需最小补强面积A§9-4开孔和开孔补强

δ—壳体开孔处的计算厚度，mm；

δet—接管有效厚度，δet=δnt-C，mm；

fr—强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比，当该值大于1.0时，取fr=1.0。§9-4开孔和开孔补强外压圆筒或球壳：平盖开孔直径d≤0.5Di：式中δp—平盖计算厚度，mm。开孔造成的削弱是抗弯截面模量而不是指承载截面积。按照等面积补强的基本出发点，由于开孔引起的抗弯截面模量的削弱必须在有效补强范围内得到补强，所需补强的截面积仅为因开孔而引起削弱截面积的一半。b、外压容器或平盖：§9-4开孔和开孔补强图9-6有效补强范围示意图（a）在一定范围内能起补强作用，除了此范围，则起不到补强作用。有效补强区：矩形WXYZ，见图9-6。（3）有效补强范围§9-4开孔和开孔补强有效宽度B：按下式计算，取二者中较大值B=2dB=d+2δn+2δnt式中B—补强有效宽度，mm；

δn—壳体开孔处的名义厚度，mm；

δnt—接管名义厚度，mm。§9-4开孔和开孔补强内外侧有效高度：按式（a）和式（b）计算，分别取式中较小值（a）（b）外侧高度h1=接管实际外伸高度

h2=接管实际内伸高度内侧高度§9-4开孔和开孔补强

有效补强区WXYZ范围内，可作为有效补强的金属面积有以下几部分：(4)补强范围内补强金属面积Ae①A1—壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积。

②A2—接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积。④A4—有效补强区内另外再增加的补强元件的金属截面积。③A3—有效补强区内焊缝金属的截面积。§9-4开孔和开孔补强图9-6有效补强范围示意图（b）§9-4开孔和开孔补强式中Ae—有效补强范围内另加的补强面积，mm2；（也可以说是强度裕量）

δe—壳体开孔处的有效厚度，mm；

δt—接管计算厚度，mm。若Ae=A1+A2+A3≥A则开孔后不需要另行补强。

若Ae=A1+A2+A3＜A则开孔需要另外补强，所增加的补强金属截面积A4应满足

A4≥A-Ae

§9-4开孔和开孔补强补强材料一般需与壳体材料相同，若补强材料许用应力小于壳体材料许用应力，则补强面积按壳体材料与补强材料许用应力之比而增加。若补强材料许用应力大于壳体材料许用应力，则所需补强面积不得减少。要求：孔周边会出现较大的局部应力，采用分析设计标准中规定的方法和压力面积法等方法进行分析计算。大开孔补强：GB150-1998《钢制压力容器》第78页至第81页多个开孔补强：§9-4开孔和开孔补强开孔所需最小补强面积主要由dδ确定，当在内压椭圆形封头或内压碟形封头上开孔时，则应区分不同的开孔位置取不同的计算厚度。五、接管方位§9-4开孔和开孔补强在80%以外开孔：δ按椭圆形封头的厚度计算式（13-45）计算：开孔在椭圆形封头上式中，K1为椭圆形长短轴比值决定的系数，由表4-5查得标准椭圆封头：K1＝0.9开孔位于以椭圆形封头中心为中心，80%封头内直径的范围内：中心部位可视为当量半径Ri=K1Di的球壳，若为标准椭圆封头，K=1§9-4开孔和开孔补强开孔位于封头球面部分内：取式中的碟形封头形状系数M=1，开孔在碟形封头上此范围之外：δ按碟形封头的厚度计算式计算，§9-4开孔和开孔补强若椭圆孔的长轴和短轴之比不超过2.5，一般仍采用等面积补强法。非径向接管：尽可能采用径向接管。原因：圆筒或封头上须开椭圆形孔，应力集中系数增大，抗疲劳失效的能力降低。非径向接管的开孔补强计算：§9-4开孔和开孔补强支座是用来支承容器及设备重量，并使其固定在某一位置的压力容器附件。在某些场合还受到风载荷、地震载荷等动载荷的作用。一、支座支座耳式支座支撑式支座腿式支座裙式支座立式支座鞍式支座圈式支座支腿支座卧式支座§9-5容器支座1.立式容器支座

（1）耳式支座（悬挂式支座）结构：由筋板和支脚板组成，广泛用于反应釜及立式换热器等直立设备上。特点：简单、轻便，但对器壁会产生较大的局部应力。因此，当容器较大或器壁较薄时，应在支座与器壁间加一垫板，垫板的材料最好与筒体材料相同。例如：不锈钢容器用碳素钢作支座时，为防止器壁与支座在焊接过程中合金元素的流失，应在支座与器壁间加一不锈钢垫板。标准：

JB/T4725《耳式支座》，它将耳式支座分为A型（短臂）和B型（长臂）两类，每类又有带垫板和不带垫板两种，不带垫板的分别以AN和BN表示。B型耳式支座有较大的安装尺寸，当容器外面包有保温层，或者将容器直接放置在楼板上时，宜选用B型。§9-5容器支座1-垫板；2-筋板；3-支脚板图9-7

耳式支座§9-5容器支座带垫板的耳式支座§9-5容器支座（2）支承式支座结构：在容器封头底部焊上数根支柱，直接支承在基础地面上。应用：高度不大、安装位置距基础面较近且具有凸形封头的立式容器。特点：简单方便，但它对容器封头会产生较大的局部应力，因此当容器较大或壳体较薄时，必须在支座和封头间加垫板，以改善壳体局部受力情况。标准：

JB/T4724《支承式座》。它将支承式支座分为A型和B型，A型支座由钢板焊制而成；B型支座采用钢管作支柱。支座与封头连接处是否加垫板，应根据容器材料和容器与支座焊接部位的强度及稳定性决定。§9-5容器支座图9-8

支承式支座A型B型§9-5容器支座带垫板的支承式支座§9-5容器支座（3）腿式支座（支腿）特点：结构简单、轻巧、安装方便，在容器下面有较大的操作维修空间。但当容器上的管线直接与产生脉动载荷的机器设备刚性连接时，不宜选用腿式支座。选用：1）根据容器公称直径DN和总质量选取相应的支座号和支座数量，2）计算支座承受的实际载荷，使其不大于支座允许载荷。除容器总质量外，实际载荷还应综合考虑风载荷、地震载荷和偏心载荷。图9-9腿式支座§9-5容器支座标准：JB/T4713《腿式支座》。A型：角钢支柱，易与容器圆筒相吻合、焊接安装较为容易；B型：钢管支柱，所有方向上具有相同截面系数、较高抗受压失稳能力，又有带垫板与不带垫板。应用：多用于高度较小的中小型立式容器中。与支承式支座的区别：腿式支座是支承在容器的圆柱体部分，而支承式支座是支承在容器的底封头上。选用：1）根据容器公称直径DN和总质量选取相应的支座号和支座数量，2）计算支座承受的实际载荷，使其不大于支座允许载荷。除容器总质量外，实际载荷还应综合考虑风载荷、地震载荷和偏心载荷。§9-5容器支座（4）裙式支座应用：高大的立式容器，特别是塔器。形式：圆筒形裙座和圆锥形裙座。第7章详细介绍。§9-5容器支座裙座的结构1—塔体;2—保温支承圈;3—无保温时排气孔;4—裙座筒体;5—人孔;6—螺栓座;7—基础环;8—有保温时排气孔;9—引出管通道;10—排液孔§9-5容器支座裙座结构§9-5容器支座裙座结构2．卧式容器支座形式：鞍座、圈座及支腿三种其它：圈座：用于大直径薄壁容器和真空容器，增加局部刚度。支腿：重量较轻的小型容器。详见第5章。应用：常见的大型卧式储罐、换热器等多采用鞍座。是应用最为广泛的一种卧式容器支座。§9-5容器支座封头筒体支座（鞍座）鞍式支座§9-5容器支座鞍式支座§9-5容器支座鞍式支座§9-5容器支座应用最广泛的卧式容器支座。已有标准JB/T4712-92《鞍式支座》，根据容器公称直径和重量选用。由横向筋板、若干轴向筋板和底板焊接而成。在与设备连接处，有带加强垫板和不带加强垫板两种结构。§9-5容器支座鞍座包角120°或150°，安放稳定。高度200、300、400和500mm。宽度b根据容器公称直径查出。§9-5容器支座鞍座的种类与安装：鞍座分为A型（轻型）和B型（重型），重型又分为BⅠ～BⅤ五种型号。A型和B型的筋板和底板、垫板等尺寸不同或数量不同。§9-5容器支座

每种型式鞍座又分为:

固定式支座（代号F)：底板上开圆形螺栓孔滑动式支座（S)：底座开长圆形螺栓孔（安装）§9-5容器支座鞍座与筒体端部距离A确定：当L/D较大，且无加强圈，应尽量利用封头对支座处筒体的加强作用，取A≤0.25D；当筒体的L/D较小，d/D较大，或有加强圈时，取A≤0.2L。§9-5容器支座圈座圈座§9-5容器支座保证压力容器安全运行，超压时能自动卸压，防止发生超压爆炸的附属机构。包括安全阀、爆破片，以及两者的组合装置。目的：一、安全泄放原理

2.自动报警作用。因为排放气体时，介质是以高速喷出，常常发出较大的响声，相当于报警音响讯号。作用：1.正常工作压力下运行时，保持严密不漏；超过限定值时，能自动、迅速地排泄出容器内介质，使容器内的压力始终保持在许用压力范围以内。§9-6安全泄放装置1.安全泄放装置的额定泄放量应不小于容器的安全泄放量。2.有超压可能的容器，才单独配备安全泄放装置，并非每台容器都必须直接配置。要求：安全泄放装置的额定泄放量：指容器超压时为保证它的压力不会再升高而在单位时间内所必须泄放的气量。容器的安全泄放量：对于不同的压力容器应按不同的方法取其值指它在全开状态时，在排放压力下单位时间内所能排出的气量。§9-6安全泄放装置二、安全阀

作用通过阀的自动开启排出气体来降低容器内过高的压力。优点：仅排放容器内高于规定值的部分压力，当容器内的压力降至稍低于正常操作压力时，能自动关闭，避免一旦容器超压就把全部气体排出而造成浪费和中断生产；可重复使用多次，安装调整也比较容易。缺点：密封性能较差，阀的开启有滞后现象，泄压反应较慢。§9-6安全泄放装置1.结构与类型

结构：主要由阀座、阀瓣和加载机构组成。阀瓣与阀座紧扣在一起，形成一密封面，阀瓣上面是加载机构。工作原理：（1）安全阀通过作用在阀瓣上的两个力的不平衡作用，使其关闭或开启，达到自动控制压力容器超压的目的。（2）正常工作压力时，容器内介质作用于阀瓣上的力小于加载机构施加在它上面的力，两力之差在阀瓣与阀座之间构成密封比压，使阀瓣紧压着阀座，容器内的气体无法排出。§9-6安全泄放装置（3）容器内压力超过额定的压力并达到安全阀的开