压力容器的设计步骤

压力容器设计基础压力容器设计基础一、基本概念压力容器的设计，就是根据给定的性能要求、工艺参数和操作条件，确定容器的结构型式，选择合适的材料，计算容器主要受压元件的尺寸，最后给出容器及其零部件的图纸，并提出相应的技术条件。

正确完整的设计应达到保证完成工艺生产。

正确完整的设计应达到保证完成工艺生产，运行安全可靠，保证使用寿命、制造、检验、安装、操作及维修方便易行，经济合理等要求。

压力容器设计中的关键问题是力学问题，即强度、刚度及稳定性问题。

在本节中，主要讨论压力容器设计中的有关强度问题。

所谓强度，就是结构在外载荷作用下，会不会因应力过大而发生破裂或由于过度性变形而丧失其功用。

具体来讲，就是在外载荷作用下，容器结构内产生的应力不大于材料的许用应力值，即：ζ≤K〔ζ〕t （1）这个式子就是强度问题的基本表达式。

压力容器的设计计算就是围绕这一关系式而进行的。

公式（1）中的左端项是结构内的应力，它是人们最为关心的问题。

求解结构的应力状态，它们的大小，是一个十分复杂的问题，常用的方法有解法（如弹性力学法、弹型性分析法等）、试验法（如电阻应变计测量法、光弹法、云纹法等）及数值解法（如有限元法、边界元法等）。

应用这些方法可以精确或近似地求出结构的应力，然而，每一种结构的应力都有其特殊性，目前可求解的只是问题的绝大部分，仍有许多复杂结构的应力分析有等人们进一步探讨。

求出结构内任一点的应力后，所遇到的问题就是怎样处理这些应力。

一点的应力状态最多可含有6个应力分量，哪个应力起主要作用，这些应力对失效起什么作用，对它们如何控制才不致发生破坏，解决这一问题，就要选择相应的强度理论计算当量应力，以便与单向拉伸试验得到的许用应力相比较，将应力控制在许可的范围内。

公式（1）中的右端项是强度控制指标，即材料的许用应力。

它涉及到材料强度指标（如抗拉强度ζb、屈服强度ζs 等）的确定及安全系数的选用等问题。

当采用常规设计法，且只考虑静载问题时，系数K=1.0；如果考虑动载荷，或采用应力分析设计法，K≥1.0，此时设计计算将更加复杂。

文件编号：TP-AR-L7601In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives.（示范文本）编订：_______________审核：_______________单位：_______________压力容器的设计、制造和检验(正式版)压力容器的设计、制造和检验(正式版)使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。

材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。

一、压力容器概述1．压力容器规范化早在19世纪末就有了对锅炉和压力容器规范化的要求。

20世纪最初的十年，发生了近一万起锅炉爆炸，造成了约一万人的死亡和约一万五千人的伤残。

这些血的教训使人们对压力容器制造和安装的规范化有了更清醒的认识。

1907年，美国Massachusetts州继1905年和1906年两次灾难性的锅炉爆炸之后，提出了世界上第一部锅炉制造和安装的法规。

循着Massachusetts州的范例，美国其他州和城市也制定出了蒸气锅炉制造、安装和检验的不同形式的法规或条例。

不同州的技术规范缺乏一致性，使得制造者无法制造出其他州可以接受的标准锅炉。

制造出的锅炉不能运出州界，一个州的有资格的锅炉检验员也得不到其他州的承认。

要求订出蒸气锅炉和压力容器制造的标准规范的呼声越来越强烈，为解决这个问题，美国机械工程师协会于1911年成立了一个专门委员会，后来被称为锅炉规范委员会。

压力容器常见结构的设计计算方法一、静态强度计算方法：静态强度计算方法主要针对压力容器在正常工作状态下的静载荷进行计算，其主要目标是确保容器在最大工作压力下不发生破坏。

静态强度计算方法一般包括以下几个步骤：1.基本假设和假设条件：在进行静态强度计算时，需要基于一定的假设和假设条件来简化实际工作状态，如假设容器时刚体、内外压力均匀分布、材料具有均匀强度等。

2.最大应力计算：通过应力分析计算出压力容器各部位的最大应力。

一般情况下，最大应力发生在容器支座、法兰连接处、沟槽和焊接缺陷等处。

3.材料强度计算：根据容器所使用的材料及其强度参数，计算出材料的强度。

根据所处环境不同，一般会对容器进行分析、判断和选择不同材料。

4.安全裕度计算：根据最大应力和材料强度的计算结果，计算出安全裕度。

安全裕度可以通过破坏条件下材料的强度与容器内外压力之比来衡量。

二、疲劳强度计算方法：疲劳强度计算方法主要用于疲劳载荷下的压力容器设计。

工作过程中，容器可能会受到频繁的循环应力作用，从而导致疲劳破坏。

疲劳强度计算方法的主要步骤如下：1.循环载荷分析：通过实测数据或估算，分析容器在工作循环过程中所受到的应力载荷情况。

考虑到载荷的方向、大小、频率和载荷历史等因素。

2.应力集中分析：针对容器中的主要应力集中部位进行应力集中分析，计算出特定位置的应力集中系数。

3.疲劳寿命计算：基于极限疲劳荷载下的循环应力进行计算。

通过应力循环次数和材料疲劳寿命曲线，计算出容器的疲劳寿命。

4.安全裕度计算：根据疲劳寿命与容器使用寿命的比值，得出安全裕度的计算结果。

三、稳定性计算方法：稳定性计算方法用于分析压力容器在压力作用下的稳定性问题，即容器是否会发生屈曲或侧翻。

稳定性计算方法的主要步骤如下：1.稳定性分析模型：根据压力容器的几何形状和支撑方式，构建相应的稳定性模型。

常见的模型有圆筒形、球形、圆锥形等。

2.屈曲载荷计算：通过对应力分析，计算出容器发生屈曲时的承载力。

压力容器的设计、制造和检验一、压力容器概述1．压力容器规范化早在19世纪末就有了对锅炉和压力容器规范化的要求。

20世纪最初的十年，发生了近一万起锅炉爆炸，造成了约一万人的死亡和约一万五千人的伤残。

这些血的教训使人们对压力容器制造和安装的规范化有了更清醒的认识。

1907年，美国Massachusetts州继1905年和1906年两次灾难性的锅炉爆炸之后，提出了世界上第一部锅炉制造和安装的法规。

循着Massachusetts州的范例，美国其他州和城市也制定出了蒸气锅炉制造、安装和检验的不同形式的法规或条例。

不同州的技术规范缺乏一致性，使得制造者无法制造出其他州可以接受的标准锅炉。

制造出的锅炉不能运出州界，一个州的有资格的锅炉检验员也得不到其他州的承认。

要求订出蒸气锅炉和压力容器制造的标准规范的呼声越来越强烈，为解决这个问题，美国机械工程师协会于1911年成立了一个专门委员会，后来被称为锅炉规范委员会。

美国机械工程师协会非燃火压力容器规范对压力容器没有给出定义。

压力容器一般是指装有加压流体用于完成某项过程的封闭容器，例如贮罐、热交换器、蒸发器和反应器等。

规范规定压力容器的范围还包括容器外的管线，终止于管线端焊连接的第一条焊缝、螺栓连接的第一个法兰面、或类似连接的第一个有连接迹象的点或面。

美国非燃火压力容器规范的短评U-1列出了超出规范权限的一些例外。

这些例外是必须的还是已被解除，不同地区有很大的不同。

有关这方面的细节，需要查阅“锅炉和压力容器的法规和条例说明书”，或向有管辖权的地方管理机构咨询。

非规范压力容器是指不能满足设计、制造、检验和鉴定规范的最低要求的容器。

这些容器不打印规范代号，除非有特殊的裁定，不得在接受美国机械工程师协会规范的区域安装。

目前，许多国家都设置了压力容器规范的立法和管理机构，颁布了各自的压力容器规范。

在我国，原国家劳动总局1979年颁布了《气瓶安全监察规程》；1980年颁布了《蒸汽锅炉安全监察规程》；1981年颁布了《压力容器安全监察规程》。

压力容器制造工艺规程1. 引言压力容器是一种广泛应用于工业和军事领域的设备，用于存储和运输气体或液体。

由于其特殊用途和工作条件，压力容器的制造工艺必须符合严格的规范和标准，以确保其安全使用。

本规程旨在介绍压力容器的制造工艺，并提供制造商遵循的指导原则。

2. 材料选择压力容器的材料选择非常重要，必须根据容器的设计压力和温度、介质的性质和容器的尺寸等因素来确定。

常见的材料包括碳钢、不锈钢、合金钢和钛合金等。

制造商应根据设计要求选择合适的材料，并确保其符合相关标准和规范。

3. 设计和制图在制造压力容器之前，制造商必须进行详细的设计和制图。

设计阶段包括确定容器的尺寸、形状、壁厚和支撑结构等。

制造商应使用计算软件和模型进行力学分析，以确保容器在工作条件下具有足够的强度和刚度。

制图阶段包括制作详细的图纸和说明，包括容器的各个部分、连接方式和焊接工艺等。

4. 板材切割和成形制造压力容器的第一步是根据图纸的要求切割和成形板材。

常用的切割方法包括火焰切割、等离子切割和激光切割等。

成形板材的方法包括冷弯、热弯和卷边等。

制造商必须确保切割和成形过程的精度和质量，以避免材料剪裁不准确和形状变形等问题。

5. 焊接焊接是制造压力容器的关键步骤，要求焊缝具有足够的强度和密封性。

焊接方法包括手工电弧焊、氩弧焊、埋弧焊和激光焊等。

制造商应根据设计要求选择合适的焊接方法，并确保焊工具有相关的资质和经验。

焊接后，焊缝必须进行无损检测，以确保其质量和完整性。

6. 表面处理制造压力容器后，表面处理是必要的步骤，以提高其耐腐蚀性和耐磨性。

常用的表面处理包括喷砂、酸洗和热浸镀等。

制造商在选择和执行表面处理方法时，必须遵循相关标准和规范，并确保处理后的表面平整、清洁和耐用。

7. 压力测试制造完成后，压力容器必须进行压力测试，以确保其能够承受设计压力而不泄漏。

压力测试应根据容器的尺寸和设计压力来确定，常用的方法包括水压试验和气压试验等。

制造商必须记录并报告测试结果，并在通过测试后提供合格证书。

压力容器的设计问题及优化策略研究摘要：本文结合当前压力容器的设计要求，对压力容器设计中容易忽视的问题及优化策略进行分析与探讨。

关键词：压力容器；设计要求；忽视问题；优化策略一、前言压力容器是盛装气体或者液体，承受一定压力的密闭设备。

随着我国工业科技的快速发展，压力容器逐步走向杂乱、大、高参数发展的趋势，并呈现了多种类型。

依据压力容器的压力水平，压力容器可分为低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器。

压力容器的设计主要包括结构、强度、刚度及密封设计等内容。

压力容器设计的基本步骤为：根据客户提出的使用需求，掌握容器的工作条件，从而确定设计参数；再进行容器结构分析、初步选材和选择合适的规范和标准，同时进行应力分析和强度计算，以确定构件尺寸和材料；最后绘制图纸，提供设计计算书和其它技术文件。

在压力容器投入使用之前，要经过设计、制造、检验、安装、运行监督和维修等多个环节，设计是其中一个非常关键的环节，要满足固定的设计准则，对于安全方面的考虑，压力容器要经过强度、刚度、失稳、泄露等的失效的检验，通过由力学分析得到力学分析结果和实验测得失效数值判断压力容器是否失效，同时也要遵照某一实用的规范和标准，像国标、行标、地标和企标等，并要结合实际情况，实时做出修正和改进。

二、当前压力容器的设计要求国家监督部门对压力容器的安全监督，也是从设计环节开始的，《固容规》要求第Ⅲ类压力容器应出具风险评估报告以确保第Ⅲ类压力容器的安全。

因此，设计一台压力容器，一般需符合下述三方面的要求。

（1）安全性能的要求。

压力容器的工作环境与其他的应用设备有些许不同，压力容器作为特种设备，其工作的场所往往是一些高温，高压以及一些低温，低压的特殊场所，而且一些特殊的液体与气体会用到压力容器以便输送，但在众多高危环境下，一旦发生意外事故或者设备的故障，在造成巨大的经济损失的同时甚至会造成一些生命的危险。

这就显得压力容器在设计制造的时候，应该严格按照标准质量进行生产，遵守相关的法律法规，不偷工减料，不进行流水线似的批量生产，一切严格按照标准路线进行，确保压力容器的安全可靠性能。

第三章 压力容器常见结构的设计计算方法常见结构的设计计算方法4.1 圆筒4.2 球壳 4.3 封头4.4 开孔与开孔补强 4.5 法兰4.6 检验中的强度校核4.1.1 内压圆筒 1）GB150中关于内压壳体的强度计算考虑的失效模式是结 构在一次加载下的塑性破坏，即弹性失效设计准则。

2）壁厚设计釆用材料力学解（中径公式）计算应力，利用第一强度理论作为控制。

轴向应力：环向应力：（取单位轴向长度的半个圆环）校核：σ1＝σθ，σ2＝σz ，σ1＝0 σθ≤[σ]t ·φ对应的极限压力：2）弹性力学解（拉美公式）讨论：1）主应力方向？应力分布规律？径向、环向应力非线形分布（内壁应力绝对值最大），轴向应力均布； 2）K 对应力分布的影响？越大分布越不均匀，说明材料的利用不充分； 例如，k ＝1.1时，R ＝1.1内外壁应力相差10%； K ＝1.3时，R ＝1.35内外壁应力相差35%； 4 常见结构的设计计算方法 962）弹性力学解（拉美公式）主应力：σ1＝σθ，σ2＝σz ，σ3＝σr 屈服条件：σⅠ＝σ1＝σθ＝σⅡ＝σ1－μ（σ2＋σ3）＝σⅢ＝σ1－σ3＝σⅣ＝3）GB150规定圆筒计算公式（中径公式）的使用范围为：p/[σ]·φ≤0.4（即≤1.5）4.1.2 外压圆筒1）GB150中关于外压壳体的计算所考虑的失效模式：弹性失效准则和失稳失效准则（结构在横向外压作用下的横向端面失去原来的圆形，或轴向载荷下的轴向截面规则变化）2）失稳临界压力的计算长圆筒的失稳临界压力（按Bresse公式）：长圆筒的失稳临界压力（按简化的Misse公式）：失稳临界压力可按以下通用公式表示：圆筒失稳时的环向应力和应变：定义——外压应变系数于是取稳定系数m＝3，有·应变系数A的物理意义－系数A是受外压筒体刚失稳时的环向应变，该系数仅与筒体的几何参数L、D。

、δe 有关，与材料性能无关·应力系数B的物理意义：与系数A之间反映了材料的应力和应变关系（应力），可将材料的δ－ε曲线沿σ轴乘以2/3而得到B－A曲线。

压力容器的设计、制造和检验1. 压力容器的概念和种类1.1 压力容器的概念压力容器是指在设计压力范围内运用了容器和管道保持压力的装置。

它们是用于存储、运输或处理具有压力的气体或液体的设备，包括储槽、反应器、蒸馏塔、换热器等。

由于它们需要在高压下工作，因此安全性是它们设计和制造的重要方面。

1.2 压力容器的种类根据容器的结构，压力容器可以分为两类：•垂直压力容器：根据其结构，这些容器可为圆形、方形或矩形，通常用于储存、运输或加热流体。

•水平压力容器：水平压力容器也成为卧式压力容器，其结构通常为圆柱形，可以存储大量气体或液体。

根据容器的用途，压力容器可以分为以下几类：•贮气容器：用于储存压缩空气或其他气体，以便在需要时进行释放。

•蒸发器：通常用于提取液体中的蒸汽。

•冷凝器：可以将蒸气或气体冷凝为液体。

•反应器：用于进行特定反应的容器。

在设计压力容器时，需要考虑到以下几个方面：2.1 材料的选择正确的材料可以保证压力容器的安全性和耐用性。

材料必须能够承受容器内的压力和使用条件。

通常使用高强度钢和合金材料，如不锈钢、铝合金等。

2.2 压力的计算在设计压力容器时，需要了解要容器承受的压力范围。

根据所需的压力精度，可以使用不同的压力计算方法，如ASME VIII和PD 5500。

2.3 容器的结构设计压力容器必须具有足够的强度来承受内部压力和外部重量。

在设计容器结构时，需要考虑到容器受力情况、材料的物理和化学特性以及使用条件，以确保容器的安全性。

2.4 容器的强度测试为确保容器的强度，在完成设计之后，必须进行容器强度测试。

测试过程通常包括水压试验和气压试验。

3.1 制造工艺压力容器的制造包括原材料采购、制备、切割、成型、焊接、表面处理等一系列工艺。

为确保制造质量，工人必须在压力容器制造过程中遵守相关的标准和安全规定，以确保容器的耐用性和安全性。

3.2 制造标准制造压力容器的标准也因地区和用途而异。

制造压力容器的标准通常由国家和地区的标准化组织或压力容器协会制定。

压力容器设计的概念及内容压力容器是一种用于储藏和传输液体、气体和其他物质的设备。

它们广泛应用于化工、石油、医药、食品、能源等行业。

压力容器设计是确保容器在各种工作条件下安全运行的关键过程。

以下将详细介绍压力容器设计的概念和内容。

压力容器设计的概念：压力容器设计旨在满足容器内压力、温度和介质等工作条件下的安全性能要求。

其设计目标是确保容器能够承受预期的压力负荷，并在设计寿命内不出现破损或泄漏。

压力容器设计必须遵循相关的标准和规范，如ASME（美国机械工程师协会）标准等。

压力容器设计的内容：1. 材料选择：压力容器的材料选择至关重要，它必须具备足够的强度、耐腐蚀能力和耐高温性能。

常见的材料包括碳钢、不锈钢、合金钢等。

2. 结构设计：结构设计是指确定容器的几何形状、支撑结构和连接方式。

一般包括容器的形状（圆柱形、球形、圆锥形等）、底部设计（平底、圆顶、封头等）以及支承和固定结构。

3. 强度计算：强度计算是压力容器设计中最关键的内容之一。

它涉及到静态和动态载荷下容器的强度分析和计算。

常用的计算方法包括有限元分析、弹性力学理论和裂纹力学等。

4. 泄漏检测和防护：泄漏是压力容器的一个重要安全问题，容器设计必须考虑泄漏的预防和检测。

常见的防护措施包括安全阀、压力表、泄漏传感器等。

5. 热力学计算：热力学计算是指根据容器内压力、温度和介质等参数，计算容器在不同工况下的热力学性能。

热力学计算可以帮助确定容器的工作温度、蒸发蒸发能力以及热力膨胀等。

6. 应力分析：应力分析是指计算容器在工作过程中各个部位的应力分布情况，以及设计材料的安全裕度。

应力分析可以帮助确定容器的局部强化区域和材料厚度。

7. 焊接设计：压力容器的焊接连接在容器强度和密封性方面起着重要作用。

焊接设计包括焊缝类型、焊接连接方式以及焊接质量控制等。

8. 衬里材料选择：对于储存腐蚀性介质的压力容器，常常需要在内部设置一层衬里材料以保护容器壁面。

衬里材料选择需要考虑介质的腐蚀性质和温度要求等因素。

压力容器装置的工作原理与设计要点压力容器装置是一种用于储存和输送高压气体、液体或气体液体混合物的设备。

它在工业生产中扮演着重要的角色，广泛应用于石油化工、能源、冶金、医药等领域。

本文将介绍压力容器装置的工作原理以及设计要点。

一、工作原理压力容器装置的工作原理基于两个基本原理：Boyle定律和Charles定律。

Boyle定律指出，在恒定温度下，气体的压力与其体积成反比。

这意味着，当容器内的气体体积减小时，气体的压力将增加。

压力容器装置利用这一原理，通过改变容器内部的体积，来控制气体的压力。

Charles定律指出，在恒定压力下，气体的体积与其温度成正比。

这意味着，当气体的温度升高时，其体积也会增加。

压力容器装置在设计过程中需要考虑到气体的温度变化，以保证容器能够承受温度的影响。

二、设计要点1. 材料选择压力容器装置的材料选择至关重要。

常见的材料包括碳钢、不锈钢、合金钢等。

在选择材料时，需要考虑到容器所承受的压力、温度以及介质的性质。

材料的强度、耐腐蚀性和可焊性都是设计时需要考虑的因素。

2. 结构设计压力容器装置的结构设计需要满足一定的强度和刚度要求。

常见的结构形式包括圆筒形、球形、圆锥形等。

在设计过程中，需要考虑容器的受力情况，合理选择结构形式，并进行强度计算和模拟分析。

3. 安全装置为了保证压力容器装置的安全运行，需要配置相应的安全装置。

常见的安全装置包括安全阀、爆破片、压力表等。

这些安全装置能够在容器内部压力超过安全限制时，及时释放压力，保护容器不会发生爆炸或破裂。

4. 检测和监测压力容器装置的检测和监测是确保其安全运行的重要环节。

常见的检测手段包括超声波检测、射线检测、压力测试等。

这些检测手段能够及时发现容器内部的缺陷和故障，以便进行及时修复和维护。

5. 维护和保养压力容器装置的维护和保养对于延长其使用寿命至关重要。

定期检查容器的密封性、防腐性和安全装置的工作情况，及时清理和更换损坏的部件，保证容器的正常运行。