压力容器设计中若干问题探究

1、压力容器设计中若干问题探究摘要：压力容器在工业生产中应用广泛，笔者从 其设计方面问题进行探讨。对其选材、补强、几种压力容器 结构进行浅析。关键词：压力容器；设计问题1. 总体设计问题概述压力容器的设计一般有工艺条件中获得操作温度、操作 压力、介质成分及特性、容器的尺寸。根据已知条件选定初 步尺寸，考虑何时的材料和机构，然后依据规范进行强度计 算，确定筒体、风头及各个受压元件的壁厚。容器设计中应注意以下因素：储存介质的特性，包括介 质的毒性、腐蚀性、可燃性、密度、饱和蒸汽压力等；装量 系数，特质容器内有液体和气体时，在温度变化时存在压力 变化；温度，筒体在安装时与工作时存在较大的温差，需要 在设

2、计充分考虑温度补偿措施，否则易导致筒体不正常变 形，严重影响容器的性能；容器的长泾比，要考虑工艺要求, 不能单方面的扩大减小。1.1总体结构设计中局部应力问题当各个部件组合成为一个容器整体时，会出现以下状 况：1.1.1封头和筒体连接时，筒体的几何连续结构破坏, 会出现不连续应力。1. 1.2.容器接管开孔与容器筒体连接破坏了筒体内薄 膜应力分布，也会产生不连续应力和应力集中。1.1.3.容器在受到各种局部机械载荷时，容器筒体上产 生叠加局部应力，目前没有统一解决方法，但是设计中要予 以考虑。1.2. 容器设计中的结构设计问题，1.2.1. 常常是压力引起的应力，多数是局部弯曲应力， 严重时回

3、到石局部变形。但是局部应力的作用范围有限，一 般通过局部强度检核可以解决此类问题。1.2. 2.总体结构的几何不连续而产生的不连续性，由于 容器设计需要满足各种功能性，对原本结构有破坏，会产生 不连续应力，需要在设计上要通过常规设计规范对其进行补 偿。1.2. 3.应力集中，在机构中，会存在应力集中情况，要 分析应力集中部位，避免应力超过限值。在结构设计中通常通过强度计算合理完善结构设计，在 结构设计不能满足条件时对其进行适当的焊接结构设计补 偿。2. 设备材料选取压力容器材料的基本要求：要有较高的强度、刚度，良 好的制造性能，并且与压力容器介质有良好的相容性。2.1. 在选材时，不考虑实际需

4、求，直选最好的情况时有 发生。由于载荷和应力条件不同，以及受力状态下的工作环境 不同，对钢材的力学性能有要求，要满足一定强度、塑性、 韧性。这不仅涉及压力容器以后运行安全，还包还经济合理 性的问题。合理的选择满足条件的材料需要综合考虑。2. 2.设计上对制作工艺的忽略由于压力容器在制作中设计开孔焊接等等制造工艺，在 设计时要对材料的制造性能进行设计上的考量。譬如钢材， 铸铁类焊接性能差，脆性高，要对其减少焊接结构设计。3. 开孔及补强设计3.1开孔不合理，应力过于集中原本容器开孔接管后在应力分布和强度方面就会：破坏 原有应力分布，并导致应力集中；接管处容器壳体与接管结 构形成结构不连续应力；尤

5、其在容器与接管在拐角处，应力 集中明显。对于开孔应力集中程度要设计上考量，减少应力集中， 此外要在结构强度设计上，使因开孔削弱的结构性能得到补 偿。3. 2忽视开孔补强的作用当开孔并伴有接管时，若开孔开的很小，并且满足gb150 规定的不另行补强的最大开孔直径，可不必补偿处理。当孔 不满足条件时，必须做好补强措施，例如通过补强圈补强、 接管补强、整锻件补强等等。3. 3等面积补强计算实际问题有时是筒体上开单独的一个孔，有时是多个孔 局部集中。在按照钢制压力容器补强设计规范处理时， 要灵活处理，保证补强的质量和强度满足工艺要求。4. 卧式容器支座设计问题4. 1.卧式容器的鞍座结构设计和载荷分析

6、鞍座结构对卧式容器起到支撑作用，此外通过滚动支座 可以满足容器的一定膨胀变化。由于过多的支座的水平支撑 性能很难保证，因此一般多采用双支座方式。对于鞍座要做 好，鞍座对卧式容器所受外力有载荷和支座反力。通过对鞍 座的载荷分析可以保证卧式容器固定，即保证了安全生产。4.2. 对于筒体应力的计算与校核卧式容器除了考虑操作压力引起的薄膜应力外，还要考 虑容器质量导致的筒体横截面积上的纵向弯矩和剪切力。对 于危险易失效的截面要进行强度或稳定性校核。5. 容器设计中的结构设计问题压力容器结构设计涉及工艺、选材等等，对于承压容器, 结构设计中应力和强度的处理显得尤为重要，在设计中要针 对具体设计容器具体结

7、构设计。此外压力容器安全技术监 察规程将压力容器分为三类，并对其设计、选材、制造检验及使用管理提出不同要求。在此简述属于第三类压力容器 情况：5. 1.高压容器；5.2中压容器（极度、高度毒性危害介质）；5. 3中压储存容器（易燃、毒性程度为中度危害介质， 且pv乘积大于lompa m3）；5. 4中压反应容器（易燃、毒性程度为中度危害介质， 且pv乘各大于等于0. 5mpa m3）；5. 5低压容器（极度、髙度毒性危害介质，且pv乘积 大于等于0. 2mpa m3）；5.6.高压、中压管壳式余热锅炉；5. 7.中压玻璃压力容器；5. 8使用强度级别较高（指相应标准中搞拉强度规定值 下限大于等

8、于540mpa）的材料制造的压力容器；5. 9移动式压力容器；5. 10.球形储罐（容积大于等于50 m3）；5. 11.低温液体储存容器（容积大于5 m3）o对于具体容器类别要按其设计标准，不能混淆的套用其 他设计规范，避免设计失策。6. 检验检测压力容器的检验检测是按照国家规范和标准，以及行业 标准，对容器的设计选材和结构的合理性、可靠性等进行检 查，并提出结论意见和提出应采取的对策。如果容器设计选 材和结构不合理存在问题，可能造成事故。因此有必要对容 器设计过程进行全面检验。合理的检验方法能防止设计缺 陷，防止容器设计事故，保证其安全经济运行。7. 总结随着石油化工、能源等工业的发展，技术条件和材料性 能不断提高。压力容器的规格尺寸越来越大，工作压力越来 越高，结构和形状也越来越复杂，问题也变得复杂多样。因 此需要对其安全可靠性高标准严格要求，保证我们能正确的 设计不同复杂工作条件下安全使用的压力容器。设计工作还