压力容器基础知识..
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压力容器基础知识
压力容器基础知识一、预备知识1、压力：垂直作用在物体表上的力。
2、压强：单位面积上承受的力。
在工程上，习惯称为压力。
式中：F 表示力，单位是牛顿（N ），S表示面积单位是平方米（m2），P 表示压强，单位是帕斯卡（Pa ）。
1）压强的单位① 法定单位：KPa ，MPa② 工程上有时会用到：公斤力（公斤）③ 其他加强单位：mmHg （毫米汞柱）mmH2O （毫米水柱）2）常见压强单位的换算① 标准大气压＝0.1MPa ＝760 mmHg② 工程大气压3、绝对压力、表压力、负压力1）绝对压力：容器内的实际压力。
2）表压力：压力表上的读数或液柱差H的压力值就是容器内介质压力超出大气压力的部分P绝=P表+P大气压3）负压力（真空度）：介质的压力低于大气压力的部分,称为负压力或真空,简称负压。
此时P表为负值，或表示为P负= P大气压-P绝。
4）几种压力的关系图P绝＝P大气压 P绝>P大气压 P绝<P大气压二、压力容器的定义1、容器：由曲面构成用于盛装物料的空间构件。
2、压力容器一般是指在工业生产中用来完成反应、传热、传质、分离、贮存等工艺过程，并承受0．1MPa表压以上压力的密闭容器。
3、《特种设备安全监察条例》中明确指出压力容器的定义为：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。
三、压力容器中的压力源1、来自容器外部：蒸汽锅炉或压缩机2、来自容器内部：受热、化学反应、聚集状态发生改变等四、压力容器的工艺参数1、压力1）工作压力：容器顶部在正常工艺操作时的压力。
压力容器基础知识
齐鲁石化公司设备管理部
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大规模培训
压力容器基础知识 • 四、压力容器的压力来源 1、工作介质 压力容器所盛装的或在压力容器内参加反应的物质称之为工作介 质。 2、压力容器所承受的压力 按其来源可以分为两类：一类是气体或液体介质在容器之外的设备 内通过加压或增压后送入压力容器中,使容器壳体承受来自于介质对容 器单位面积上产生的垂直方向的作用力； 另一类是介质送入压力容器之前没有压力,送入容器内后,由于它在 容器内介质聚集状态发生改变,介质的密度发生变化，介质温度升高或 介质在容器内发生体积增大的化学反应 等,使容器内产生或增大压力 。 3、容器外来压力 在器外产生或增大压力的压力源一般为气体压缩机,液体泵或蒸汽锅 炉 。 压缩机和液体泵通过机械方法提高气体或液体压力 。
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压 力 容 器 基 础 知 识
齐鲁石化公司设备管理部
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第一部分 压力容器基础知识
一、压力容器的含义 1. 容器，顾名思义就是用以盛装物质的器皿。 2. 从广义上来讲,压力容器是指盛装气体或者液体,具有一定压力的密闭设备 。 如化工 装臵中的塔,反应器,换热器等设备的外壳绝大部分属于压力容器 。 3. 压力容器的特点：容器中的介质大部分具有一定的压力和温度,甚至是高温高压,且介 质多数具有易燃,易爆和有毒 。 4.监察要求：在压力和温度的联合作用下,容器器壁的承载能力如何,能否发生容器的爆 破,容器上的各密封点是否可靠,能否发生泄漏而造成火灾,爆炸和人员中毒 。根据压力容 器对外界产生影响的不同,为了保证压力容器操作者的人身安全以及设备安全,根据不同容 器所具有的不同特点,给予不同的设计理论和不同的监察规定。 5. 《特种设备安全监察条例》对压力容器的定义：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。 根据这一定义，压力容器包括：固定式容器、气瓶、铁路罐车、汽车罐车、医用氧 仓、超高压（≥100MPa）容器、非金属压力容器、简单压力容器等。
压力容器基本知识
第一部复习提纲第一章压力容器基本知识一、基本概念（应知）1、压力：垂直作用于物体表面上的力。
单位是“帕斯卡”，简称“帕”，用“Pa”表示。
表压：压力表的读数；表示压力容器内介质压力高出大气压力的部分。
真空度：真空表的读数；表示压力容器内介质压力低出大气压力的部分。
绝对压力：以绝对零压为基础的压力。
P绝＝P表+P大气P绝＝P大气–P真空一、基本概念（应知）2、压力容器：所有承受压力的密闭容器。
3、工作压力：系指容器顶部在正常工艺操作时的压力。
4、设计压力：系指在相应设计温度下用以确定容器计算壁厚及其元件尺寸的压力。
一、基本概念（应知）5、强度：对于某种材料所能承受的压力有一定的限度，超过了这个限度，物体就会破坏，这一限度称为强度。
6、设计温度：系指压力容器在正常操作过程中，在相应设计压力下，表壁或元件金属可能达到的最高或最低温度。
（只有当元件金属的温度低于-20℃时，在按最低温度确定设计温度）二、基本知识（应知）1、压力容器的分类：压力容器分类主要考虑事故发生的可能性与事故危害性的大小两个方面。
（1）按最高工作压力分：低压容器L（0.1≤P W＜1.6MPa）、中压容器M（1.6≤P W＜10Ma）、高压H（10≤P W＜100MPa）容器、超高压容器U(P W≥100MPa)。
（2）按壳体承压方式分：内压容器、外压容器。
1、压力容器的分类（3）按设计温度分：低温容器（t≤－20℃）、常温容器（－20℃＜t＜450℃）、高温容器（t≥450℃）。
（4）按作用原理分：反应容器、换热器、分离器、贮运容器。
1、压力容器的分类（5）《容规》根据容器的压力高低、介质的危害程度及在生成过程中的重要作用将压容器分为三类：第一类容器：低压容器（非易燃、无毒、低压，属于第二、第三类的除外）；第二类容器：中圧（属于第三类除外）、低压锅炉、毒性低压容器等。
第三类容器：高压、超高圧、毒性中圧、移动式、球形等。
2、确定设计压力的方法（1）当容器装有安全泄放装置时，设计压力应不小于安全的开启压力。
压力容器基础知识
压力容器基础知识压力容器是用于存储各种气体、液体和气体-液体混合物的设备。
这些设备不仅需要承受不同介质的压力，还需要保证设备的密封性和耐腐蚀性能。
因此，压力容器的设计、制造、安装和维护都需要符合相关的标准和规范。
1. 压力容器的应用场景压力容器广泛应用于石油化工、核工业、制药、冶金、燃气等领域。
比如，在石油化工中，压力容器被用于储存石油、汽油等可燃液体。
在核工业中，压力容器被用于储存和运输放射性物质。
在制药中，压力容器被用于制造药品、医疗设备等。
2. 压力容器的设计原则压力容器的设计需要遵循以下原则：(1) 安全性和可靠性原则：设备应能承受其设计条件下的最大工作压力和温度，同时应考虑容器内介质的性质以及应力集中等因素。
(2) 容器材质选择原则：要根据介质的性质、使用条件和操作环境等因素来选择合适的材质。
(3) 规范性原则：设计要符合相关的标准和规范，如ASME、GB等标准。
(4) 可维护性原则：设计要考虑设备的可维护性和易检修性。
3. 压力容器的制造工艺压力容器通常需要使用高强度的钢材制造。
在制造过程中需要进行焊接、加工和检验等工艺。
压力容器的制造工艺需要注意以下问题：(1) 设备加工精度和工艺控制：保证制造误差在运行条件内范围并满足规定的偏差控制要求。
(2) 设备检验：确保制造设备的质量和设计要求一致，并符合相关标准和规范的要求。
(3) 设备安装：在安装过程中需要保证设备安装牢固，并且需遵守安全操作规范。
4. 常见的压力容器故障原因(1) 经常受到冲击或振动。
(2) 长期使用导致设备老化或疲劳。
(3) 腐蚀或受到化学侵蚀。
(4) 压力容器设计或制造过程存在缺陷。
(5) 不正常操作或使用不当。
总之，对于一些需要使用压力容器的行业和领域，人们必须要关注和遵守相关的标准和规范，才能确保设备的安全稳定运行。
压力容器的基础知识
压力容器的基础知识压力容器的基础知识一、压力容器：工农业生产及人民生活中广泛使用的承载一定压力载荷的密封容器。
承压容器很多，但易造成事故且危害性较大的只是一部分。
《条例》规定：压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力载荷的密闭设备，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、液化气体标准沸点等于或者低于60℃液体的气瓶、氧舱等。
《容规》规定：具有下列条件才能划入压力容器1.最高工作压力（PW）≥0.1Mpa(不含液体压力下同);2.内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于或等于0.15m，且容积（V）大于或等于0.025m3;3.盛装介质为气体、液化气体和最高工作温度高于或等于标准沸点的液体。
二、压力容器的特点1.由于压力容器的压力源具有动态性质，所以潜伏着超过额定压力而引起爆炸的可能性，有三种情况：(a)压缩机和蒸汽锅炉的超压引起爆炸；(b)伴有化学反应的压力容器反应中超压(c)一般压力容器受环境温度影响升温升压引起爆炸。
2.压力容器中介质复杂：一旦爆炸，社会影响面大，甚至严重的影响社会的安定。
3.压力容器运行状况是相对静止的，但内部储存有巨大能量，事故具有隐蔽性和突发性.三、压力容器的压力来源。
压力容器的压力来源可以来自两个方面，一是气体的压力在容器外产生（增大）的，另一种是气体的压力是在容器内产生（增大）的。
(1)气体的压力在容器外产生（增大）的压力源一般来自二个设备：a.压力产生于气体的压缩机。
工作介质为压缩气体的容器，压力由压缩机对气体的压缩而产生的，例如贮气罐、油分离器等，这些容器承受的压力取决于压缩机出口的压力。
b.压力产生于蒸汽锅炉。
工作介质为蒸汽的压力容器，如蒸汽加热器、蒸发器、夹套容器加热的夹套等，它们的压力来源于蒸汽锅炉，压力的大小取决于锅炉的出汽压力.有时候压力容器所需要的蒸汽压力小于锅炉的出汽压力，则在容器的进口管上装设减压阀，调整减压阀即可以得到容器所需要的蒸汽压力.(2)在容器内产生（增加）的气体压力，在压力容器内气体压力一般是二个原因形成的。
压力容器基础知识
第3部分承压类特种设备—压力容器1压力容器基础知识主要内容：1 压力容器的含义、参数、级别、介质2 压力容器的基本结构3 运行与维护保养及异常情况处理4 定期检查与定期检验3压力容器基础知识压力容器基础知识1 压力容器的含义、参数、级别、介质1.1压力容器的含义（种类）《特种设备目录》中所定义的压力容器，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）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、容积大于或者等于30L且内直径(非圆形截面指截面内边界最大几何尺寸)大于或者等于150mm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。
压力容器基础知识压力容器的压力来源（1）来自容器外部①由各类气体、液化气体压缩机泵供给压力，工作压力取决于压缩机出口和泵出口的压力。
②由蒸汽锅炉、废热锅炉供给的压力。
工作压力取决于锅炉出口的蒸汽压力或经减压后的蒸汽压力。
（2）来自容器内部①气态介质由于温度升高，导致体积膨胀受限，产生压力或使压力增大。
②液体介质受热汽化，压力即为该温度下的饱和蒸汽压。
以水为例，当工作温度为120℃时，饱和蒸汽压约为0.20MPa，当工作温度为200℃时，饱和蒸汽压约为1.56MPa。
压力容器基础知识③液化气体介质，以气液两相共存，压力就是随温度变化的饱和蒸汽压。
各种不同液体在不同温度下有不同饱和蒸汽压，例如液氨20℃时的饱和蒸气压是0.75MPa,50℃时的饱和蒸气压是1.93MPa;丙烷50℃时的饱和蒸气压是1.704MPa。
④充满液态介质，由于温度升高导致液体体积膨胀，容器的压力取决于液体的体积膨胀系数。
例如液化石油气的体积膨胀系数是水的10～16倍，当液化石油气以液态充满整个容器时，压力随温度上升十分迅速。
压力容器基础知识
=735.6mmHg
4
表压力
绝压
表压 真空
大气压
绝压=表压+大气压
绝压 0Pa
绝压=大气压-真空
表压力：压力表上所指示的压力值是指容器内的压力与
容器周围大气压力的差值。压力容器的设计压力、工作
压力及计算压力等都是指表压力。
5
表压力
工作压力——指正常工艺操作情况下，容器顶部的 最高压力。 最高工作压力——正常使用过程中，顶部可能出现的最大表压 力（不包括液柱静压力）。 设计压力——指相应的设计温度下确定容器计算壁厚及其元件 尺寸的压力。设计压力不得低于工作压力。一般不得低于安全 阀的开启压力或爆破片的爆破压力。 计算压力——指相应设计温度下，用以确定压力容器元件 厚度的压力。 临界压力Pc——物质处于临界状态时的压力。
③介质为气体，液化气体或最高温度高于等于标准沸点的液体。
2
压力容器的主要工艺参数
1、压力：一般是指压力容器工作介质的压力，也是压力 容器工作时承受的主要载荷。
压力 单位：Pa（帕斯卡） N/m2
压力——均匀垂直作用在物体表面上的力（物理学），单位 是N。
压强——均匀垂直作用在物体表面上的单位面积的压力（工 程上压力就是压强）。
13
钢材的分类方法1
（2）合金钢——除碳、铁基本元素和残留元素外， 还含有添加元素的合金。
合金元素总含量 ≤5% 低合金钢 合金总含量 5~10% 中合金钢 合金总含量 >10% 高合金钢
特点和优点：具有优良的综合力学性能，其强度、韧度、 耐腐蚀性、低温和高温性能等均优于相同含碳量的碳素钢。 采用低合金钢，不仅可以减薄容器的壁厚，减轻重量，节 约钢材，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运输、 安装中因壁厚太厚所带来的各种困难。
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表压力
绝压
表压 真空
大气压
绝压=表压+大气压
绝压 0Pa
绝压=大气压-真空
表压力：压力表上所指示的压力值是指容器内的压力与
容器周围大气压力的差值。压力容器的设计压力、工作
压力及计算压力等都是指表压力。
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表压力
工作压力——指正常工艺操作情况下，容器顶部的 最高压力。 最高工作压力——正常使用过程中，顶部可能出现的最大表压 力（不包括液柱静压力）。 设计压力——指相应的设计温度下确定容器计算壁厚及其元件 尺寸的压力。设计压力不得低于工作压力。一般不得低于安全 阀的开启压力或爆破片的爆破压力。 计算压力——指相应设计温度下，用以确定压力容器元件 厚度的压力。 临界压力Pc——物质处于临界状态时的压力。
③介质为气体，液化气体或最高温度高于等于标准沸点的液体。
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压力容器的主要工艺参数
1、压力：一般是指压力容器工作介质的压力，也是压力 容器工作时承受的主要载荷。
压力 单位：Pa（帕斯卡） N/m2
压力——均匀垂直作用在物体表面上的力（物理学），单位 是N。
压强——均匀垂直作用在物体表面上的单位面积的压力（工 程上压力就是压强）。
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钢材的分类方法1
（2）合金钢——除碳、铁基本元素和残留元素外， 还含有添加元素的合金。
合金元素总含量 ≤5% 低合金钢 合金总含量 5~10% 中合金钢 合金总含量 >10% 高合金钢
特点和优点：具有优良的综合力学性能，其强度、韧度、 耐腐蚀性、低温和高温性能等均优于相同含碳量的碳素钢。 采用低合金钢，不仅可以减薄容器的壁厚，减轻重量，节 约钢材，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运输、 安装中因壁厚太厚所带来的各种困难。
压力容器的基础知识
压力容器的基础知识压力容器是用于存放或输送高压气体、液体或混合物的设备。
它们经常被使用在工业、化工、制药、能源等行业。
由于它们涉及到高压和高温，因此非常重要的一点就是安全性。
在使用压力容器时，必须严格遵守相关的安全规程，并确保容器的质量和稳定性。
以下为压力容器的基础知识的详细介绍。
1. 压力容器的分类压力容器可以按照它们的用途、形状、尺寸、使用压力、储存介质和制造材料等因素进行分类。
- 按照用途：压力容器可以分为存储压力气体的储气罐、用于加热或热处理的锅炉和用于储存液体或气体的贮槽。
- 按照形状：压力容器可以分为圆形、方形、球形、柱形等形状。
- 按照尺寸：按照容器的体积或者形状大小可以分为大型、中型和小型压力容器。
- 按照使用压力：根据压力容器所能承受的压力可以分为低压容器、中压容器和高压容器。
- 按照储存介质：根据储存的流体介质的不同，压力容器可以分为储气罐、储液罐等。
- 按照制造材料：压力容器可以使用不同的材料制造，包括钢、铝、铜、玻璃钢等。
2. 压力容器的物理特性在设计压力容器之前，了解压力容器的物理特性是非常重要的。
主要物理特性如下：- 压力：压力容器通过承受和淋压来保持容器内部的高压状态。
缺乏妥善的维护或设计不佳可能导致容器内部气体或液体泄漏并爆炸。
- 温度：温度是压力容器的另一个重要特性，因为过高或过低的温度可能导致容器失去其结构完整性和稳定性。
- 物理强度：压力容器需要足够的物理强度来承受容器内部的压力。
这也涉及到材料选择和制造方法的选择。
- 密封性：压力容器需要可靠性高的密封系统，以防止存储在容器内的物质泄漏。
3. 压力容器的安全检查在使用压力容器之前，应该进行安全检查和维护。
以下是一些重要的检查项目：- 监测压力：设备操作人员应该动态监控容器内部的压力，并使用相关的压力监测设备检测压力释放或泄漏的风险。
- 注意温度：设备操作人员还应该动态监测容器内部的温度，并确保其在正常范围内。
压力容器基础知识
三、强度及其它名词的定义
金属材料在不同条件下抵抗外力对其破坏的能力统 称为材料的强度。我们常见常用的是以下两种： 称为材料的强度。我们常见常用的是以下两种： 1、屈服强度σs（σ0.2）：表示材料抵抗发生塑性变 屈服强度σ 形的能力； 2、强度极限σb：表示材料抵抗断裂的能力 强度极限σ
（一）圆柱形筒体的内、 外压计算
1、计算涉及的有关设计参数： （1） 容器（筒体）直径（钢板卷焊的筒体， 容器（筒体）直径（钢板卷焊的筒体， 内径为公称直径；无缝钢管作筒体，外径为公 称直径）
（2）工作压力Pw和设计压力P： ）工作压力P 和设计压力P 工作压力是指正常操作情况下可能出现的最高 工作压力是指正常操作情况下可能出现的最高 压力； 设计压力根据不同的情形，取 设计压力根据不同的情形，取 P=(1.05～ P=(1.05～1.75)Pw（一般取1.25Pw） （一般取1.25P （3）设计温度t：取直接或间接传热介质的最高可 设计温度t 能温度 （4）计算压力Pc：（要加上液体静压力）与设计压 计算压力P 力P的区别 （5）许用应力[σ]t： 许用应力[σ] （6）焊接接头系数φ： 焊接接头系数φ
二、压力容器的分类
按照容器的承压、介质、用途、蓄能四方面 特性都有分类。我们常接触的有： 1、按设计压力P分为： 、按设计压力P 低压 0.1MPa≤P＜ 0.1MPa≤P＜1.6MPa 中压 1.6MPa≤P＜ 1.6MPa≤P＜10MPa 高压 10MPa≤P＜ 10MPa≤P＜100MPa 超高压 P≥100MPa
四、压力容器主要受压元件
压力容器上的主要受压元件有： 1、圆柱形筒体； 2、各种封头（椭圆形、蝶形、球冠形、锥形、 平板形等）； 3、外压筒体上的加强圈； 4、管壳式换热器里的换热管、管板（花板）、 膨胀节等； 5、容器上的人手孔、接管、试镜、法兰等
金属材料在不同条件下抵抗外力对其破坏的能力统 称为材料的强度。我们常见常用的是以下两种： 称为材料的强度。我们常见常用的是以下两种： 1、屈服强度σs（σ0.2）：表示材料抵抗发生塑性变 屈服强度σ 形的能力； 2、强度极限σb：表示材料抵抗断裂的能力 强度极限σ
（一）圆柱形筒体的内、 外压计算
1、计算涉及的有关设计参数： （1） 容器（筒体）直径（钢板卷焊的筒体， 容器（筒体）直径（钢板卷焊的筒体， 内径为公称直径；无缝钢管作筒体，外径为公 称直径）
（2）工作压力Pw和设计压力P： ）工作压力P 和设计压力P 工作压力是指正常操作情况下可能出现的最高 工作压力是指正常操作情况下可能出现的最高 压力； 设计压力根据不同的情形，取 设计压力根据不同的情形，取 P=(1.05～ P=(1.05～1.75)Pw（一般取1.25Pw） （一般取1.25P （3）设计温度t：取直接或间接传热介质的最高可 设计温度t 能温度 （4）计算压力Pc：（要加上液体静压力）与设计压 计算压力P 力P的区别 （5）许用应力[σ]t： 许用应力[σ] （6）焊接接头系数φ： 焊接接头系数φ
二、压力容器的分类
按照容器的承压、介质、用途、蓄能四方面 特性都有分类。我们常接触的有： 1、按设计压力P分为： 、按设计压力P 低压 0.1MPa≤P＜ 0.1MPa≤P＜1.6MPa 中压 1.6MPa≤P＜ 1.6MPa≤P＜10MPa 高压 10MPa≤P＜ 10MPa≤P＜100MPa 超高压 P≥100MPa
四、压力容器主要受压元件
压力容器上的主要受压元件有： 1、圆柱形筒体； 2、各种封头（椭圆形、蝶形、球冠形、锥形、 平板形等）； 3、外压筒体上的加强圈； 4、管壳式换热器里的换热管、管板（花板）、 膨胀节等； 5、容器上的人手孔、接管、试镜、法兰等
压力容器基础必学知识点
压力容器基础必学知识点
1. 压力容器的定义：压力容器是指用于贮存、运输和处理气体、液体
及其混合物的设备，其内部压力超过标准大气压。
2. 压力容器的分类：按照用途和结构形式可分为储罐、锅炉和反应器等。
3. 压力容器的材料：常见的压力容器材料有钢材、合金材料和复合材
料等。
4. 压力容器的设计：压力容器的设计应满足相关的设计规范和标准，
如ASME Boiler and Pressure Vessel Code等。
5. 压力容器的制造：压力容器的制造应符合相关的制造规范和标准，
如ASME B31.3和GB150等。
6. 压力容器的检验：压力容器在制造过程中应进行各项检验，包括材
料检验、焊接检验、无损检测和压力试验等。
7. 压力容器的安全：压力容器应定期进行安全评估和维护，包括定期
检查、维修和更换。
8. 压力容器的应用：压力容器广泛应用于石油化工、核电、航空航天、食品加工和制药等行业。
以上是压力容器基础必学的一些知识点，希望对你有帮助。
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对于用钢板卷焊的筒体，用筒体的内径作为它的公称直径，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。
压力容器结构——零部件
2. 封头
（ 1 ）球形封头 —— 壁厚最薄，用材比较节省。 但封头深度大、制造比较困难。 （ 2 ）椭圆形封头 —— 椭圆形封头纵剖面的曲 线部分是半个椭圆形，直边段高度为 h ， 因此椭圆形封头是由半个椭球和一个高度 为 h 的圆筒形筒节构成。椭圆壳体周边的 周向应力为压应力，应保证不失稳。 （ 3 ）碟形封头 —— 碟形封头是由三部分组成。 第一部分是以半径为 Ri 的球面部分，第二 部分是以半径为 Di/2 的圆筒形部分，第三 部分是连接这两部分的过渡区，其曲率半 径为 r,Ri 与 r 均以内表面为基准。不连续过 渡导致边缘应力。
（1）按其被连接的部件分为压力容器法兰和管法兰。 （2）按法兰接触面的宽窄可分为窄面法兰和宽面法兰。 （3）按整体性程度分为整体法兰、松式法兰和任意式法兰。
5. 人孔与手孔
压力容器结构——开孔与补强
1 为何要进行开孔补强
通常所用的压力容器，由于各种工艺和结构的要求，需要在容器上开孔和安装接 管，由于开孔去掉了部分承压金属，不但会削弱容器的器壁的强度，而且还会因 结构连续性受到破坏在开孔附近造成较高的局部应力集中。这个局部应力峰值很 高，达到基本薄膜应力的 3 倍，甚至5-6倍。再加上开孔接管处有时还会受到各种 外载荷、温度等影响，并且由于材质不同，制造上的一些缺陷、检验上的不便等 原因的综合作用，很多失效就会在开孔边缘处发生。主要表现不疲劳破坏和脆性 裂纹，所以必须进行开孔补强设计。 2 压力容器为何有时可允许不另行补强 压力容器允许可不另行补强是鉴于以下因素： 容器在设计制造中，由于用户要求，材料代用等原因，壳体厚度往往超过实际 强度的需要。厚度的增加使最大应力有所降低，实际上容器已被整体补强了。例 如：在选材时受钢板规格的限制，使壁厚有所增加；或在计算时因焊接系数壁厚 增加，而实际开孔不在焊缝上；还有在设计时采用封头与筒体等厚或大一点，实 际上封头已被补强了。在多数情况下，接管的壁厚多与实际需要，多余的.失效准则:容器从承载到载荷的不断加大最后破坏经历弹性变形、塑性变形、爆
破，因此容器强度失效准则有三种观点： （1）弹性失效——常规设计（GB150等） 弹性失效准则认为壳体内壁产生屈服即达到材料屈服限时该壳体即失效，将 应力限制在弹性范围，按照强度理论把筒体限制在弹性变形阶段。认为圆筒内壁 面出现屈服时即为承载的最大极限。 （2）塑性失效——分析设计（JB4732） 塑性失效准则将容器的应力限制在塑性范围，认为圆筒内壁面出现屈服而外 层金属仍处于弹性状态时，并不会导致容器发生破坏，只有当容器内外壁面全屈 服时才为承载的最大极限。 （3）爆破失效——高压、超高压设计 爆破失效准则认为容器由韧性钢材制成，有明显的应变硬化现象，即便是容 器整体屈服后仍有一定承载潜力，只有达到爆破时才是容器承载的最大极限。
压力容器结构
上海市松江区特种设备监督检验所
余卫国
压力容器结构
压力容器一般是由筒体（又称壳体）、封头（又称端盖）、法兰、 接管、人孔、支座、密封元件、安全附件等组成。 它们统称为过程设备零部件，这些零部件大都有标准。 其典型过程设备有换热器、反应器、塔式容器、储存容器等。 压力容器的结构形状主要有圆筒形、球形、锥形、非圆形截 面和组合形。
压力容器结构——开孔与补强
3 开孔补强结构 所谓开孔补强设计，就是指采取适当增加壳体或接管壁厚的方法以降低应力集中系数。 其所涉及的有补强形式、开孔处内、外圆角的大小以及补强金属量等。 (1) 加强圈是最常见的补强结构，贴焊在壳体与接管连接处，如图a、b、c。该补强结 构简单，制造方便，但加强圈与金属间存在一层静止的气隙，传热效果差。当两 者存在温差时热膨胀差也较大，因而在局部区域内产生较大的热应力。另外，加 强圈较难与壳体形成整体，因而抗疲劳性能较差。这种补强结构一般用于静压、 常温及中、低压容器。 (2) 接管补强，即在壳壁与接管之间焊上一段厚壁加强管，如图d、e、f。它的特点是 能使所有用来补强的金属材料都直接处在最大应力区域内，因而能有效地降低开 孔周围的应力集中程度。低合金高强度钢制的压力容器与一般低碳钢相比有较高 的缺口敏感性，采用接管补强为好。 (3) 整锻件补强结构如图g、h、I，此结构的优点是补强金属集中于开孔应力最大的部 位，补强后的应力集中系数小。由于焊接接头为对接焊，且焊接接头及热影响区 可以远离最大应力点位置，所以抗疲劳性能好。但这种结构需要锻件，且机械加 工量大，所以一般只用于要求严格的设备。
6. 焊缝(焊接接头)系数
6.3 几个问题的解释 相当于双面焊的全焊透对接接头，可采用多种方法实 现，最终由无损检测判断； 一般均指纵缝，环缝焊接接头系数仅在特定条件（如 高塔风载）下采用; 容规对无垫板单面焊环向接头焊缝系数的规定，应理 解为对无垫板单面焊使用的限制。
压力容器设计
7.应力分析设计的一般概念
GB151－1999《管壳式换热器》 设计压力P：0.1～35 MPa ；真空度：≥0.02 MPa GB12337－1998《钢制球形储罐》 设计压力：P≤4MPa；公称容积：V≥50M3
压力容器设计
2. 设计时应考虑的载荷 GB150－1998《钢制压力容器》：
（1）内压、外压或最大压差； （2）液体静压力(≥5%P)； 需要时，还应考虑以下载荷 （3）容器的自重（内件和填料），以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料 的重力载荷； （4）附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷； （5）风载荷、地震力、雪载荷； （6）支座、座底圈、支耳及其他形式支撑件的反作用力； （7）连接管道和其他部件的作用力； （8）温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力； （9）包括压力急剧波动的冲击载荷； （10）冲击反力,如流体冲击引起的反力等； （11）运输或吊装时的作用力。
压力容器结构——零部件
3. 支座
支座是用来支承容器重量和用来固定容器的位置。支座一般分为立式 容器支座、卧式容器支座。 立式容器支座分为耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。卧 式容器多使用鞍式支座。 4. 法兰 法兰连接主要优点是密封可靠和足够的强度。缺点是不能快速拆卸、 制造 成本较高。
法兰分类主要有以下方法：
计算不准确，难以发现危险点，也不经济：常规设计以材料力学及板壳薄膜简化 模型的简化计算公式为基础，确定筒体中平均应力的大小，只要此值限制在以弹 性失效设计准则所确定的许用应力范围之内，则认为筒体是安全的。而对容器上 结构不连续区域和一些部件，只能通过经验公式或经验系数计算，同时限制结构 尺寸、形状、工作条件来保证安全。显然，这种方法是粗略的，具有局限性。 结构限制：常规设计规范中规定了具体的容器结构形式，但规范中未作规定或限 制应用的一些结构和载荷形式就无法采用，因此，常规设计不利于新型设备和结 构的开发和使用。
压力容器结构——典型结构
压力容器结构——典型结构
压力容器结构——典型结构
压力容器结构——典型结构
压力容器结构——典型结构
压力容器结构——零部件
1. 筒体 圆柱形筒体是压力容器主要形式，制造容易、安装内件方便、 而且承压能力较好，因此应用最广。圆筒形容器又可以分为立式 容器和卧式容器。 由于容器的筒体不但存在与容器封头、法兰相配的问题，而且 卧式容器的支座标准也是按照容器的公称直径系列制定的，所以 不但管子有公称直径，筒体也制定了公称直径系列。
压力容器结构——零部件
（4）球冠形封头 ——球冠形封头可用作 端封头，也可以用作容器中两独立受 压室的中间封头，由于封头为一球面 且无过渡区，在连接边缘有较大边缘 应力，要求封头与筒体联接处的 T 形 接头采用全焊透结构。 （5）锥形封头——锥形封头有无折边锥 形封头和折边锥形封头。 （6）平盖——弯曲应力较大，在等厚度、 同直径条件下，平板内产生的最大弯 曲应力是圆筒壁薄膜应力的20～30倍。 但结构简单，制造方便。
*****用途：设计的理论基础，指标限制，什么时候算失效，不能用。
压力容器设计
4.弹性实效准则下的四个强度理论：
第一强度理论（最大主应力理论）——常规设计（GB150等） 这个理论也叫做“最大正应力理论”，该理论假定材料的破坏只取决于绝对值最大的 正应力，就是说，材料不论在什么复杂的应力状态下，只要三个主应力中有一个 达到轴向拉伸或压缩中破坏应力的数值时，材料就要发生破坏。 第二强度理论（最大变形理论） 这个理论也称为“最大线应变理论”，它认为材料的破坏取决于最大线应变，即最大 相对伸长或缩短。 第三强度理论（最大剪应力理论）——分析设计（JB4732） 此即“最大剪应力理论”。该理论认为，无论材料在什么应力状态下，只要最大剪应 力达到在轴向拉伸中破坏时的数值，材料就发生破坏。 第四强度理论（剪切变形能理论） 该理论也称作“形状改变比能理论”认为材料的破坏取决于变形比能，把材料的破 坏归结为应力与变形的综合。 *****用途：将复杂应力状态进行等效简化，以便建立强度条件关系式。
压力容器结构——典型结构
圆形截面容器
特点： 轴对称结构 受力分布比较均匀（受力 条件虽不如球形容器，但比其 他结构形式好得多。此种结构 没有形状突变，不会因形状产 生较大的附加应力）。 制造工艺较简单 便于内部工艺附件的安装 和工作介质的流动 圆形截面容器是最常用的 一种压力容器，因而广泛用作 反应、换热和分离容器。
一般只对屈服点取安全系数 依材料而异
依规格而异
压力容器设计
6. 焊缝(焊接接头)系数（容规表3-5，GB150 3.7)
6.1 焊缝系数的作用---设计系数。考虑焊缝对容器强度的 削弱，用整个增加壁厚的方式补足. 6.2 焊缝系数的选取---依焊接接头型式及无损检测长度（ 比例）确定。
压力容器设计
压力容器设计
7.应力分析设计的一般概念
7.2 应力分析设计（JB4732）与规则设计（GB150）的主 要区别
压力容器结构——零部件
2. 封头
（ 1 ）球形封头 —— 壁厚最薄，用材比较节省。 但封头深度大、制造比较困难。 （ 2 ）椭圆形封头 —— 椭圆形封头纵剖面的曲 线部分是半个椭圆形，直边段高度为 h ， 因此椭圆形封头是由半个椭球和一个高度 为 h 的圆筒形筒节构成。椭圆壳体周边的 周向应力为压应力，应保证不失稳。 （ 3 ）碟形封头 —— 碟形封头是由三部分组成。 第一部分是以半径为 Ri 的球面部分，第二 部分是以半径为 Di/2 的圆筒形部分，第三 部分是连接这两部分的过渡区，其曲率半 径为 r,Ri 与 r 均以内表面为基准。不连续过 渡导致边缘应力。
（1）按其被连接的部件分为压力容器法兰和管法兰。 （2）按法兰接触面的宽窄可分为窄面法兰和宽面法兰。 （3）按整体性程度分为整体法兰、松式法兰和任意式法兰。
5. 人孔与手孔
压力容器结构——开孔与补强
1 为何要进行开孔补强
通常所用的压力容器，由于各种工艺和结构的要求，需要在容器上开孔和安装接 管，由于开孔去掉了部分承压金属，不但会削弱容器的器壁的强度，而且还会因 结构连续性受到破坏在开孔附近造成较高的局部应力集中。这个局部应力峰值很 高，达到基本薄膜应力的 3 倍，甚至5-6倍。再加上开孔接管处有时还会受到各种 外载荷、温度等影响，并且由于材质不同，制造上的一些缺陷、检验上的不便等 原因的综合作用，很多失效就会在开孔边缘处发生。主要表现不疲劳破坏和脆性 裂纹，所以必须进行开孔补强设计。 2 压力容器为何有时可允许不另行补强 压力容器允许可不另行补强是鉴于以下因素： 容器在设计制造中，由于用户要求，材料代用等原因，壳体厚度往往超过实际 强度的需要。厚度的增加使最大应力有所降低，实际上容器已被整体补强了。例 如：在选材时受钢板规格的限制，使壁厚有所增加；或在计算时因焊接系数壁厚 增加，而实际开孔不在焊缝上；还有在设计时采用封头与筒体等厚或大一点，实 际上封头已被补强了。在多数情况下，接管的壁厚多与实际需要，多余的.失效准则:容器从承载到载荷的不断加大最后破坏经历弹性变形、塑性变形、爆
破，因此容器强度失效准则有三种观点： （1）弹性失效——常规设计（GB150等） 弹性失效准则认为壳体内壁产生屈服即达到材料屈服限时该壳体即失效，将 应力限制在弹性范围，按照强度理论把筒体限制在弹性变形阶段。认为圆筒内壁 面出现屈服时即为承载的最大极限。 （2）塑性失效——分析设计（JB4732） 塑性失效准则将容器的应力限制在塑性范围，认为圆筒内壁面出现屈服而外 层金属仍处于弹性状态时，并不会导致容器发生破坏，只有当容器内外壁面全屈 服时才为承载的最大极限。 （3）爆破失效——高压、超高压设计 爆破失效准则认为容器由韧性钢材制成，有明显的应变硬化现象，即便是容 器整体屈服后仍有一定承载潜力，只有达到爆破时才是容器承载的最大极限。
压力容器结构
上海市松江区特种设备监督检验所
余卫国
压力容器结构
压力容器一般是由筒体（又称壳体）、封头（又称端盖）、法兰、 接管、人孔、支座、密封元件、安全附件等组成。 它们统称为过程设备零部件，这些零部件大都有标准。 其典型过程设备有换热器、反应器、塔式容器、储存容器等。 压力容器的结构形状主要有圆筒形、球形、锥形、非圆形截 面和组合形。
压力容器结构——开孔与补强
3 开孔补强结构 所谓开孔补强设计，就是指采取适当增加壳体或接管壁厚的方法以降低应力集中系数。 其所涉及的有补强形式、开孔处内、外圆角的大小以及补强金属量等。 (1) 加强圈是最常见的补强结构，贴焊在壳体与接管连接处，如图a、b、c。该补强结 构简单，制造方便，但加强圈与金属间存在一层静止的气隙，传热效果差。当两 者存在温差时热膨胀差也较大，因而在局部区域内产生较大的热应力。另外，加 强圈较难与壳体形成整体，因而抗疲劳性能较差。这种补强结构一般用于静压、 常温及中、低压容器。 (2) 接管补强，即在壳壁与接管之间焊上一段厚壁加强管，如图d、e、f。它的特点是 能使所有用来补强的金属材料都直接处在最大应力区域内，因而能有效地降低开 孔周围的应力集中程度。低合金高强度钢制的压力容器与一般低碳钢相比有较高 的缺口敏感性，采用接管补强为好。 (3) 整锻件补强结构如图g、h、I，此结构的优点是补强金属集中于开孔应力最大的部 位，补强后的应力集中系数小。由于焊接接头为对接焊，且焊接接头及热影响区 可以远离最大应力点位置，所以抗疲劳性能好。但这种结构需要锻件，且机械加 工量大，所以一般只用于要求严格的设备。
6. 焊缝(焊接接头)系数
6.3 几个问题的解释 相当于双面焊的全焊透对接接头，可采用多种方法实 现，最终由无损检测判断； 一般均指纵缝，环缝焊接接头系数仅在特定条件（如 高塔风载）下采用; 容规对无垫板单面焊环向接头焊缝系数的规定，应理 解为对无垫板单面焊使用的限制。
压力容器设计
7.应力分析设计的一般概念
GB151－1999《管壳式换热器》 设计压力P：0.1～35 MPa ；真空度：≥0.02 MPa GB12337－1998《钢制球形储罐》 设计压力：P≤4MPa；公称容积：V≥50M3
压力容器设计
2. 设计时应考虑的载荷 GB150－1998《钢制压力容器》：
（1）内压、外压或最大压差； （2）液体静压力(≥5%P)； 需要时，还应考虑以下载荷 （3）容器的自重（内件和填料），以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料 的重力载荷； （4）附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷； （5）风载荷、地震力、雪载荷； （6）支座、座底圈、支耳及其他形式支撑件的反作用力； （7）连接管道和其他部件的作用力； （8）温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力； （9）包括压力急剧波动的冲击载荷； （10）冲击反力,如流体冲击引起的反力等； （11）运输或吊装时的作用力。
压力容器结构——零部件
3. 支座
支座是用来支承容器重量和用来固定容器的位置。支座一般分为立式 容器支座、卧式容器支座。 立式容器支座分为耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。卧 式容器多使用鞍式支座。 4. 法兰 法兰连接主要优点是密封可靠和足够的强度。缺点是不能快速拆卸、 制造 成本较高。
法兰分类主要有以下方法：
计算不准确，难以发现危险点，也不经济：常规设计以材料力学及板壳薄膜简化 模型的简化计算公式为基础，确定筒体中平均应力的大小，只要此值限制在以弹 性失效设计准则所确定的许用应力范围之内，则认为筒体是安全的。而对容器上 结构不连续区域和一些部件，只能通过经验公式或经验系数计算，同时限制结构 尺寸、形状、工作条件来保证安全。显然，这种方法是粗略的，具有局限性。 结构限制：常规设计规范中规定了具体的容器结构形式，但规范中未作规定或限 制应用的一些结构和载荷形式就无法采用，因此，常规设计不利于新型设备和结 构的开发和使用。
压力容器结构——典型结构
压力容器结构——典型结构
压力容器结构——典型结构
压力容器结构——典型结构
压力容器结构——典型结构
压力容器结构——零部件
1. 筒体 圆柱形筒体是压力容器主要形式，制造容易、安装内件方便、 而且承压能力较好，因此应用最广。圆筒形容器又可以分为立式 容器和卧式容器。 由于容器的筒体不但存在与容器封头、法兰相配的问题，而且 卧式容器的支座标准也是按照容器的公称直径系列制定的，所以 不但管子有公称直径，筒体也制定了公称直径系列。
压力容器结构——零部件
（4）球冠形封头 ——球冠形封头可用作 端封头，也可以用作容器中两独立受 压室的中间封头，由于封头为一球面 且无过渡区，在连接边缘有较大边缘 应力，要求封头与筒体联接处的 T 形 接头采用全焊透结构。 （5）锥形封头——锥形封头有无折边锥 形封头和折边锥形封头。 （6）平盖——弯曲应力较大，在等厚度、 同直径条件下，平板内产生的最大弯 曲应力是圆筒壁薄膜应力的20～30倍。 但结构简单，制造方便。
*****用途：设计的理论基础，指标限制，什么时候算失效，不能用。
压力容器设计
4.弹性实效准则下的四个强度理论：
第一强度理论（最大主应力理论）——常规设计（GB150等） 这个理论也叫做“最大正应力理论”，该理论假定材料的破坏只取决于绝对值最大的 正应力，就是说，材料不论在什么复杂的应力状态下，只要三个主应力中有一个 达到轴向拉伸或压缩中破坏应力的数值时，材料就要发生破坏。 第二强度理论（最大变形理论） 这个理论也称为“最大线应变理论”，它认为材料的破坏取决于最大线应变，即最大 相对伸长或缩短。 第三强度理论（最大剪应力理论）——分析设计（JB4732） 此即“最大剪应力理论”。该理论认为，无论材料在什么应力状态下，只要最大剪应 力达到在轴向拉伸中破坏时的数值，材料就发生破坏。 第四强度理论（剪切变形能理论） 该理论也称作“形状改变比能理论”认为材料的破坏取决于变形比能，把材料的破 坏归结为应力与变形的综合。 *****用途：将复杂应力状态进行等效简化，以便建立强度条件关系式。
压力容器结构——典型结构
圆形截面容器
特点： 轴对称结构 受力分布比较均匀（受力 条件虽不如球形容器，但比其 他结构形式好得多。此种结构 没有形状突变，不会因形状产 生较大的附加应力）。 制造工艺较简单 便于内部工艺附件的安装 和工作介质的流动 圆形截面容器是最常用的 一种压力容器，因而广泛用作 反应、换热和分离容器。
一般只对屈服点取安全系数 依材料而异
依规格而异
压力容器设计
6. 焊缝(焊接接头)系数（容规表3-5，GB150 3.7)
6.1 焊缝系数的作用---设计系数。考虑焊缝对容器强度的 削弱，用整个增加壁厚的方式补足. 6.2 焊缝系数的选取---依焊接接头型式及无损检测长度（ 比例）确定。
压力容器设计
压力容器设计
7.应力分析设计的一般概念
7.2 应力分析设计（JB4732）与规则设计（GB150）的主 要区别