压力容器教案

压力容器教案081124

1.1概述

压力容器广泛地应用于石油、化工、冶金、机械、航空等工业

生产（如换热器、塔设备）与人民生活（如液化气钢瓶）。由于压力

容器属于承压类特种设备（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。其中锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道为承

压类特种设备；电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施为机电类

特种设备。），内部压力要高于大气压许多，内部的介质又具有特殊性

（有毒、易燃易爆）一旦发生事故，就会造成人员的伤亡与财产的缺

失。

《特种设备作业人员监督管理办法》对压力容器操作人员的要求

《特种设备作业人员监督管理办法》要求包含压力容器操作人员在内

的特种作业人员，应有使用单位对其进行定期专业培训与安全教育，

参加由地、市级安全监察机构或者授权的使用单位的培训考核，在取

得资格证后持证上岗、按章操作。

1.2压力容器的定义

1广义上说：凡承受一定压力（大于一个标准大气压0.1MPa）的密

闭容器称之压力容器

GB150-1998《钢制压力容器》的规定：

设计压力低于0.IMPa的容器常压容器

设计压力高于0.IMPa的容器压力容器

2压力容器：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.IMPa,且压力与容积的乘积大

于或者等于2.5MPaL的气体或者液化气体与最高工作温度高于或者

等于标准沸点的液体的固定容器与移动容器；盛装公称工作压力大于

或者等于0.2MPa,且压力与容积的乘积大于或者等于LOMPaL的气

体，液化气体与标准沸点等于或者低于60℃的液体气瓶；医用氧仓

等。

3《压力容器安全技术监察规程》从安全管理角度出发，压力容器应

具备下列三条规定

1）最高工作压力大于或者等于0.IMPa

2）内直径大于或者等于0.15m,且容积大于或者等于0.025m3

3）盛装介质为气体，液化气体或者最高工作压力高于或者等于标准

沸点的液体

1.3压力容器分类

1按材质分类：钢制压力容器，铝制压力容器，钛制压力容器与非金

属容器等

2按制造方式分类：板焊式容器，锻焊式容器，铸造容器等

3按壳体承压方式分类：内压容器，外压容器

4按壁厚分类：薄壁容器（容器外径D。与内经Di之比小于等于1.2）,

厚壁容器（容器外径D。与内经D之比大于等于1.2）

5按压力容器设计压力分类

1）低压容器（L）0.lMPaWPV1.6MPa

2）中压容器（M）L6MPaWPV10MPa

3）高压容器（H）lOMPaWPVIOOMPa

4）超高压容器（U）P^lOOMPa

6按压力容器的作用原理分类

反应压力容器（R）要紧用于完成介质物理、化学反应的压力容器，

如反应器、合成塔等

换热压力容器（E）要紧用于完成介质的热量交换的压力容器，如冷

凝器、加热器等

分离压力容器（S）要紧用于完成介质的流体压力平衡缓冲与气体净

化分离的压力容器，如分离器、过滤器等

储存压力容器（C,其中球罐B）要紧用于存储、盛装气体、液体等

介质的压力容器，如储罐

7按《压力容器安全技术监察规程》的规定

1）第三类压力容器

高压容器

中压容器（极度或者高度危害介质）

中压储存容器（中度危害或者易燃介质，且PVeiOMPa-mD

中压反应容器（中度危害或者易燃介质，且PVeOKMPa-n?）

低压容器（极度或者高度危害介质，且PV20.2MPa・m3）

高压、中压管壳式余热锅炉

中压搪玻璃压力容器

使用强度级别较高（抗拉强度。b》540MPa）的材料制造的压力容器

移动式压力容器，铁路罐车、罐式汽车与罐式集装箱等

球形容器（大于50m：'）

低温液体储存容器（大于5n?）

2）第二类压力容器

中压容器

低压容器（极度或者高度危害介质）

低压储存容器与低压反应容器（中度危害或者易燃介质）

低压管壳式余热锅炉

低压搪玻璃压力容器

3）第一类压力容器

除上述规定以外的低压容器

例《压力容器安全技术监察规程》将压力容器划分为第三类压力容

器、第二类压力容器与第一类压力容器3类。下列正确选项是

A只要是高压容器就是第三类压力容器

B只要是中压容器就是第二类压力容器

C只要是低压容器就是第一类压力容器

D低温液体运输（半挂）罐式汽车是第三类压力容器

E盛装极度危害介质，且PV乘积为0.2MPa的低压容器是第三类压

力容器

1.4压力容器运行特性

压力容器是在特殊条件（介质的物理性质，如压力、温度，及介质

的化学性质）下运行的设备

1介质的物理特性

1）压力来源

a来自容器外部

工作介质为压缩气体的气体压缩机，泵供给的压力，

工作介质为水蒸气的蒸汽锅炉，沸热锅炉供给的压力，

b容器内部

气体介质，由于温度升高导致体积膨胀，产生压力

液体介质，工作温度高于标准沸点时，液体沸腾汽化，体积膨胀，压

力增加

液化气体介质，容器内的压力就是随温度变化的饱与蒸汽压，液体

在不一致温度下具有不一致的饱与蒸汽压

化学反应产生压力

2介质的化学特性

要紧是易燃易爆性质与毒性

按易燃易爆分类：可燃，易燃，惰性与助燃

按毒性分类：极度危害（I）<0.1mg/m3,高度危害（II）0.1-

1.0mg/m3,中度危害（III）1.0-10mg/m3,轻度危害（IV）>10mg

/m3

例生产工艺过程所涉及的压力容器工艺介质品种繁多，按它们对人

类毒害程度，可分为极度危害（I）、高度危害（H）、中度危害（III）、

轻度危害（IV）四级。当最高同意浓度为0.1~1.Omg/n?时，该介

质的毒性程度为

A极度危害B高度危害C中度危害D轻度危害

《压力容器安全技术监察规程》规定：关于介质的易燃，易爆，毒性

程度的分类执行HG20660-1991的规定，轻度危害未列入规定。

介质毒性的六项指标分别：急性毒性，急性中毒发病状况，慢性中毒

发病状况，慢性中毒后果，致癌性，最高同意浓度。

易燃介质（爆炸危险介质）：气体或者液体蒸汽、薄雾与空气混合形

成爆炸混合物，且爆炸下限小于10%,或者爆炸上限与下限的差值

大于、等于20%的介质）

1.5压力容器工艺参数

一压力

1工作压力

操作压力，容器顶部在正常工艺操作时的压力

2最高工作压力

内压容器，容器顶部在工艺操作过程中可能产生的最高压力；外压容

器，容器可能出现的最大内外压差

《压力容器安全技术监察规程》对最高工作压力的规定：

1）盛装临界温度高于50c的液体气体的容器，如有保冷措施，其

最高工作压力为所盛装气体在可能达到的最高温度下的饱与蒸汽

压；如无保冷措施，其作高工作压力不得低于50c的饱与蒸汽压

2）盛装临界温度低于50℃的液化气体的容器，如有保冷措施，其

最高工作压力不得低于试验的最高温度下的饱与蒸汽压；没有保

冷措施，其最高工作压力不得低于所装介质在规定的最大充装量

与50℃的气体压力

3）盛装混合液化石油气的容器，其50C时的饱与蒸汽压低于异丁

烷在50℃的饱与蒸汽压，取50c异丁烷的饱与蒸汽压为最高工作

压力；如高于50℃异丁烷的饱与蒸汽压，取50℃丙烷的饱与蒸汽

压为最高工作压力，如高于50℃丙烷饱与蒸汽压，取50℃丙烯的

饱与蒸汽压为最高工作压力

3设计压力

指在相应的设计温度下用以确定容器壁厚及其元件尺寸的压力，通常

等于或者略高于最高工作压力。

例容器的设计压力能够不大于使用过程中的最高工作压力。

4安全阀的开启压力

安全阀瓣开始离开阀座，介质呈连续排出状态时，在安全阀进口测得

的压力

5爆破片的标定爆破压力

爆破片铭牌上标明的爆破压力

《钢制压力容器》提出几种确定设计压力方法

1）有安全泄放装置，取安全泄放装置的开启压力

2）单个容器上无安全泄放装置，工艺系统中有安全泄放装置，取最

高工作压力的1.05—1.1倍

3）爆炸性介质，取最高工作压力的1.15-1.3

4）液化气体根据充装系数与达到的最高温度

5）外压容器，大于或者等于最大内外压差

6）真空容器，有安全操纵装置时，取最大内外压差的1.25倍或者

0.IMPa两者中的较小值；未装安全操纵装置时，取0.IMPa

二温度

1介质温度

容器内工作介质的温度

2设计温度

容器在正常的工作过程中，在相应的设计压力下，器壁或者元件金属

可能达到的最高或者最低温度

《钢制压力容器》规定

1）容器的各个部位在工作过程中产生不一致的温度，可取不一致的

温度为设计温度

2）内保温的容器，壁温为设计温度

注意：只有当壳壁或者元件金属的温度低于一20C时，按最低温度设

计；此外按最高温度设计

例压力容器的工艺参数是由生产工艺要求确定的，是进行压力容器

设计与安全操作的要紧根据，压力容器的要紧工艺参数是与

A压力B液位C温度D介质

1.6对压力容器的基本要求

保证安全的前提下，有效运行，长期稳固。压力容器务必具备使

用性能：安全可靠，易制造安装，结构先进，维修方便，经济合理等

保证下列性能

1强度

指容器在限定的压力条件下抵抗破裂或者过量塑性变形的能力

2刚度

容器或者容器的承压部件在限定的载荷条件下抵抗弹性变形的能力。

3稳固性

容器在外载荷的作用下保持其几何形状不发生突然改变的性能

4耐久性

容器的使用寿命。通常来说容器设计使用年限为10年

5密封性

可拆连接处，母材与焊缝的致密度

1.7压力容器的失效

压力容器在规定的使用期内，因结构不合理，制造质量不良，使

用保护不当或者其他原因而失去按原设计参数正常工作的效能称之

压力容器失效（强度失效、刚度失效、失稳失效与泄漏失效）

1强度失效

1）韧性断裂（塑性断裂）

压力容器在载荷作用下，产生的应力达到或者接近所用材料的强度极

限，引发的断裂

a厚度未经设计或者强度计算错误

b制造时用材料错误

c使用过程中壁厚减薄

d操作失误

e液体受热膨胀，化学反应

2）脆性断裂

应力值低于材料的强度极限时发生的断裂，断裂时不发生明显的塑性

变形。

a材料选用不当

b焊接与热处理不当

c长期在高温下运行，引起材料的脆化

d存在严重的原始缺陷，制造缺陷，使用过程中产生缺陷等

3）疲劳断裂

在交变载荷的作用下，通过一定的循环次数后产生裂纹与突然发生断

裂失效的过程

a结构设计不良

b不正常操作

4）蠕变断裂

压力容器在高温下长期受载，随时间的增加持续发生蠕变变形，

造成厚度明显减薄与鼓胀变形，最终导致压力容器断裂的现象

5）腐蚀断裂

均匀腐蚀导致的厚度减薄，或者局部腐蚀造成的大面积凹坑，引起的

断裂

2其他形式的失效

1）刚度失效

构件弹性变形过渡引起的失效

2）失稳失效

在压应力作用下，压力容器突然失去原有的规则几何形状引起的失效

3）泄漏失效

由于泄漏而引起的失效

1.8压力容器的法规标准体系

一法律

由全国人民大表大会或者省人民代表大会通过与批准的，《安全生

产法》

二行政法规

国务院颁布，《特种设备安全监察条例》

三部门规章

国家质检总局局长令形式公布的《特种设备事故处理规定》

四安全技术规范

总局领导签署《压力容器安全技术监察规程》

五技术标准

行业提出的，由国家标准，行业标准与企业标准

例《特种设备安全监察条例》是由（）颁布实施的

A国务院B国家质量技术监督检验检疫总局C全国人大

《特种设备安全监察条例》是一部（）

A安全技术规范B法律C技术标准D部门规章E行政法

第二章压力容器的结构

压力容器通常由筒体（壳体）、封头（端盖）、法兰、接管、人孔、支

座、密封元件、安全附件等构成。

要紧承压（受压）元件：

筒体、封头、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、开孔补强圈、

设备法兰、球罐的球壳板，换热器的管板与换热管、M36以上的主螺

栓与公称直径大于250mm的接管与管法兰

1.1壳体

1圆筒壳体

1）筒体

a整体式：单层卷焊式整体锻造式锻焊式铸一锻一焊式电渣

重熔筒体

b组合式：

多层板式：多层包扎式多层热套式多层绕板式螺旋包扎式

绕制式：型槽绕带式扁平钢带式

2）封头与端盖

与筒体焊接连接不可拆的为封头

半球形

图2-13半球形封头

1.球冠2.梯形球面板3.筒体

椭圆形

碟形：碟形封头球面部分的内半径小于封头的内直径

碟形封头过渡区的半径大于内直径的10%与封头厚度的3倍

封头的壁厚大于封头内直径的0.30%

图2-15碟形封头图2-16椭圆形封头

锥形：

无折边锥形封头

适用于锥体的半顶角aW30°

无折边锥形封头连接处的对接焊缝务必使用圈焊透结构

折边锥形封头

rrt--------n

（b）折边锥形封头

图2-19锥形封头

2球形壳体

球罐

球形壳体受力最小，相同壁厚下，承载能力最高；相同内压下，壁厚

最薄；相同容积下表面积最小。

例在相同的壁厚条件下，球形容器的承载能力最高；在相同的内压

下，圆筒形壳体所需要的壁厚最薄；在相同的容积下，球形壳体的表

面积最小。

1.2连接件

法兰螺栓连接结构

1用于管道连接与密封的法兰为管法兰

2用于容器端盖与筒体连接后的密封法兰为容器法兰

法兰连接结构

连接型式：整体法兰活套法兰任意式法兰

活套法兰任意式法兰

连接的紧固型式：

螺栓紧固带钱链的螺栓紧固快开式法兰紧固等

1.3密封

1密封面

凹凸形密封：用于易燃、易爆、有毒介质及压力较高的场合

梯槽形密封：高压容器高压管道及介质为易燃、易爆且剧毒的场合

平面形密封：压力不高、介质危害程度不高的场合

2密封结构

平垫密封卡扎里密封双锥密封五德密封。形环密封

平垫密封卡扎里密封

双锥密封五德密封

3密封元件

可拆结构中起密封作用的元件

金属、非金属、金属与非金属混合密封元件

1.4接管开孔及其补强结构

1接管

压力容器与介质输送管道或者仪表，安全附件管道等进行连接的构件

螺纹短管式，法兰短管式，平法兰式

2开孔

通常手孔的直径不小于150mm

关于内经大于1000mm的容器，应开设人孔

开孔的最大直径

圆筒容器

1）当内径Di500mm时，开孔最大直径dWl/2Di且dW500mm

2）当内径Di>1500mm时，开孔最大直径dWl/3Di且dWlOOOmm

凸形封头或者球壳开孔的最大直径dWl/2Di,Di为开孔中心处锥体

的内直径

锥形封头开孔的最大直径dWl/3Di

3开孔补强结构

1）补强圈补强

2）厚壁短管补强

3）整体锻造补强

1.5支座

1立式容器支座

悬挂式支承式裙式

（（）无加强窿板＜（＞）借馆通型板

图2S9悬挂式支座

图24）支承式支座

2卧式容器支座

鞍式圈式

图2-42限式支座结构示意图

3球形容器支座

赤道正切柱式支撑V形柱式钢筋混凝土基础支撑

图245球形容B支座

第三章压力容器应力分析及强度校核

3.1常用设计规范及适用的压力范围

1、GB150-1998《钢制压力容器》

设计压力P：0.1-35MPa

真空度：20.02MPa

2、GB151-1999《管壳式换热器》

设计压力P：0.1-35MPa

真空度：N0.02MPa

公称压力PNW35MPa

公称直径DNW2600mm

PN•DWL75X10'

3、JB4732-95《钢制压力容器一分析设计标准》

设计压力P：0.1-100MPa

真空度：20.02MPa

4、JB/T4732-1997《钢制焊接常压容器》

设计压力P：圆筒形容器一0.02MPaWPWO.1MPa；立式圆筒形储

罐、圆筒形料仓一500MPaWPWO.1MPa；矩形容器连同大气

真空度：20.02MPa

5、GB12337-1998《钢制球形储罐》

设计压力PW4MPa

公称容积V250m3

6、JB4710-2000《钢制塔式容器》

设计压力P：0.1-35MPa（关于工作压力VO.IMPa内压塔，P取

0.IMPa）

高度范围h>10m且h/D>5

3.2失效准则

1第一强度理论（最大拉应力理论）

巧<[cr]

2第二强度理论（最大伸长线应变理论）

CT1—//（cr2+cr3）<[cr]

3第三强度理论（最大剪切力理论）

4第四强度理论（形状改变比能理论）

2

（O-2-O-3）+（a3-（jy]<[a]

3.3压力容器应力分析

1圆筒容器

在内压P的作用下，筒壁承受经向应力6.与周向应力3作用

PD

经向应力—43

_PD

周向应力区25

2球形壳体

在内压P的作用下，筒壁承受经向应力。.与周向应力3作用

PD

经向应力=­TT

PD

周向应力巴=-

nDO+D

D—圆筒或者球壳的中径D=-2一

3圆锥形容器

在内压P的作用下，筒壁承受经向应力⑦与周向应力6作用

经向应力分=5M

Pr

周向应力t‘cos。

4椭圆形封头

Pa

经向应力册=3

_Paa2

周向应力丐二7（i一次）

3.4圆筒与封头的设计计算

1圆筒

1）厚度的设计

在内压P的作用下，筒壁承受经向应力⑦与周向应力6作用

PD

经向应力5〃=益

PD

周向应力区二彳3

按照第一强度理论

PD「1

D=Di+S代到（a）中

P（。+5）/「1

%=一大一《㈤（b）

实际上圆筒形容器有焊缝，焊缝的强度通常低于母材，因此上式

P^）^w

'23°」

计算的压力容器的壁厚（容器受压满足强度及稳固性要求时，按相

应的公示式计算得到的不包含厚度附加量的厚度）

2西-匕（c）

设计壁厚增加腐蚀裕度c2

6-__5121__+c

0m+J（d）

设计温度下材料的许用应力MPa；

Pc一计算的内压力MPa；（设计压力P+容器内液柱静压力P'）

Di—圆筒的内直径mm；

td—设计厚度；

C2-腐蚀裕度mm

。一焊缝系数

名义厚度323+C；（设计厚度加上钢板厚度负偏差后，向上

圆整到钢材的标准规格尺寸）

C2—钢板的负偏差mm

设计厚度（计算厚度与腐蚀余量的与）

有效厚度4=&一02-C（名义厚度减去厚度附加量）

2）已经圆筒的尺寸Di、8n,校核在应力P作用下的应力

e(o,+a)

CJ-

2a(e)

d一校核温度下圆筒器壁的计算应力

2球壳

1）厚度的设计

在内压P的作用下，筒壁承受经向应力优与周向应力6作用

_PD

经向应力5〃一丐=—

按照第一强度理论

PD51

6=4团⑸

4。

D=Di+8代到（a）中

P（。+3）,「1

6=—⑹

实际上圆筒形容器有焊缝，焊缝的强度通常低于母材，因此上式

'43L"

计算的压力容器的壁厚（容器受压满足强度及稳固性要求时，按相

应的公示式计算得到的不包含厚度附加量的厚度）

b一PR

设计壁厚增加腐蚀裕度c2

B_+c

"一4同夕丑十J⑹

［扪J设计温度下材料的许用应力MPa；

Pc一计算内压力MPa；（设计压力P+容器内液柱静压力P'）

Di—圆筒的内直径mm；

td—设计厚度；

C2一腐蚀余度mm

6—焊缝系数（双面焊接接头，100%无损检测6=1.00,局部无损

检测6=0.85；单面焊接接头，100%无损检测6=0.9,局部无损

检测6=0.8）

名义厚度2Nb”十0i（设计厚度加上钢板厚度负偏差后，向上

圆整到钢材的标准规格尺寸）

C2—钢板的负偏差mm

设计厚度2/=日+02（计算厚度与腐蚀余量的与）

有效厚度2=不一。2一6（名义厚度减去厚度附加量）

2）已经圆筒的尺寸Di、8n,校核在应力P作用下的应力

45L」"）

©一校核温度下圆筒器壁的计算应力

3半球形封头

3=PR

4［a］（p-Pc

4椭圆形封头

6二—空—

2口］"-0".

K—应力增强系数（形状系数）

关于标准椭圆（a/b=2）,K=1

”—改—

2同9-0.5Q

5锥形封头

、底」

无热边2\a］（p-Pccosa

S=_K£D1__L_

折边2口］'（p~Pccosa

K—应力增强系数（形状系数）

6碟形封头

3二M*

2同…5c

M一碟形封头形状系数

3.5压力试验

压力试验分为液压试验与气压试验

1试验压力PT

1）内压容器

液压试验PT"25。身

气压试验Pr=L25P昌

P—设计压力，MPa

-试验温度下材料的许用应力，MPa

［。丁-设计温度下材料的许用应力，MPa

2）外压容器与真空容器

液压试验Pr=L25P

气压试验PT=1.25P

2应力校核

1）圆筒形容器

_耳3+用）

液压试验时，—<0.9b@

气压试验时，?=吗”。

2）球形容器

_PT{Di+3e）

液压试验时，0丁~石-0-9区/

=rr^HAn.|-/=）<0.9（7

气压试验时，1'C2§'

3.6容器开孔补强

1）开孔削弱面积A。

内压圆筒与球壳

4=热+23屹-。）（1-力）

d—开孔直径或者接管的内径加上壁厚附加量以后的直径

5nt-接管的名义厚度

C一壁厚附加量

日-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比

值

6—壳体开孔处计算厚度

2）有效补强范围

补强区域宽度

B=2d

B=d+26n+23m两者较大值

补强区外伸高度

4=7^

%=接管实际外伸长度两者中较小值

补强区内侧高度

他二7^

力2=接管实际内伸长度两者中较小值

3）补强区补强金属面积A

补强面积

A1一承受内压或者外压时容器设计厚度之外的多余金属面积

A=（B--2%0-3）（1-力）

A2一接管承受内压或者外压需要设计厚度之外的多余金属的面积

=24（或-g力+（%-）力

A3一补强区内焊缝面积

A4一补强区内另加的补强面积

假如A1+A2+A32A开孔不需要补强

假如A1+A2+A3VA开孔需要补强

补强面积A42A—（Al+A2+A3）

3.7强度校核

_,pD'

1圆筒形壁厚校核：源=b+2a=2\cr］（p-P+2c2＜编

—+%—2QlT

应力校核：2（%—2C；）一讨‘

_,pD，

2球壳壁厚校核：源=3+2G二洞:夕［P+2GG%

/，（〃+%—20rb丫

应力校核：4（%—2C；）一到「

2C/一到下一个检验周期两倍的腐蚀余量

5测一2c2,有效剩余壁厚8e/

例有一台在用的液化石油气球形储罐，开罐检查时发现球壳的最小

壁厚为19.2mm。根据下述条件校核球形壁厚是否满足继续使用的要

求及液压试验是否满足要求。

已知条件：设计压力为1.68MPa,最高工作压力为L2MPa,设计温度

50℃,名义厚度20mm,容积为200n实测的最大内直径6800mm,材

料为16MnR,设计温度下的许用应力165MPa,屈服强度。s为326MPa,

焊接接头为双面焊，射线检测比例100%,到下一个检验周期为6年。

液柱静压为0.0035MPa,充装系数为0.9。

解：(1)壁厚校核

设计的压力P=l.68MPa

液柱静压P'=0.0035MPa

计算压力PC=P+P'=1.68+0.0035=1.6835MPa

焊接接头系数6=1

下一周期均匀腐蚀量C2=0.13X6=0.78mm

PcDi

壁厚校核式：5校=3+2。2=+2C<8测

4同0-Pc2

£1.6835x6800.八cM

得.§校=----------------F2x0.78=119.00mm

设4x165x1-1.6835

6校W6测

球壳最小厚度满足要求，能够继续使用

(2)液压试验应力校核

―上<0.9CF"

1.25x1.6835(6800+19.2-0.78x2)“°仆…

得.cr...=---------------------------------------------=203.42MPa

付.4(19.2-0.78x2)

0啊°=0.9x326x1=293AMPa

crT<0.9CT〃

液压试验满足要求。

3.8压力容器的应力分类

从应力作用与应力分析的角度，压力容器的应力分为三大类

1一次应力P

指为平衡外加机械载荷所务必的应力

1）一次总体薄膜应力Pm

2）一次弯曲应力Pb

3）一次局部薄膜应力PL

2二次应力Q

指由相邻部件的约束或者结构的自身约束所引起的正应力或者切应

力

3峰值应力F

由于局部不连续与局部若盈利的影响而叠加到一次加二次应力之上

的应力增量

例《在用含缺陷压力容器安全评定》中规定：应根据应力的作用区

域与性质，将其划分为一次应力、二次应力。由错边、角变形、局部

厚度差所引起的局部应力，按考虑。

A一次应力B二次应力C三次应力

第四章压力容器材料

4.1金属材料力学性能

金属材料的力学性能指表征金属抵抗各类损伤作用的能力大小

性能：常温下的强度、塑性、韧性、抗拉强度、屈服强度、断面收缩

率、伸长率与冲击韧性等

试验：拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验、疲劳试验等

1金属材料强度指标

1）屈服强度

材料在拉伸过程中，当载荷不变而试样长度继续伸长的现象为屈服

as

2）抗拉强度

试样拉伸时一，拉断前承受的最大载荷与试样原始截面之比ob

3）持久强度

材料在规定的温度下，达到规定时间而不断的最大应力反黑00,表示

700℃时,持久时间为lOOOh的应力

4）蠕变极限

在规定温度下，引起试样在一定时间内蠕变总伸长率或者恒定蠕变速

度不超过规定值的最大应力b黑-5,表示在600℃时，蠕变速度1

义10一5灿的蠕变极限

2金属材料塑性

1）延伸率8

试验拉断后标距总长AL与原标距长L。的比值

片空xlOO%

2）断面收缩率6

试样断裂后，缩颈处横截面积与原横截面积的比值

A4

—xlOO%

4

3）冷弯性能

金属材料在常温下承受弯曲而不破坏的能力

3金属材料的韧性指标

1）冲击韧性aK

评定金属在动载荷下承受冲击抗力的机械性能指标

2）断裂韧性Kc

反应材料抵抗裂纹临界扩展的一种能力

4.2压力容器常用钢材

压力容器常用钢材的要求

1）为保证安全性与经济性，所用材料应有足够的强度（屈服强度与

抗拉强度）

2）为保证在承受外加载荷时不发生脆性破坏，所用材料应有良好韧

性

3）所用材料应有良好的加工性

4）所用的材料应有良好的低倍组织与表面质量

5）用于制造高温受压元件的材料应具有良好的高温性能

6）与腐蚀介质接触的材料应具有优良的抗腐蚀性

1压力容器常用碳素钢

碳是碳素钢中要紧的合金元素，含碳量不超过0.25%

碳素钢中含有少量

镒：在钢中增加强度，细化组织，提高韧性

硅：提高强度，硬度，塑性与韧性降低

硫：有害元素“热脆”（钢材长时间停留在400—500℃后再冷却到室

温时，冲击韧性值有明显的下降的现象）

磷：有害元素“冷脆”（金属材料在低温下呈现韧性降低，脆性增大

的现象）

氮：形成气泡与疏松

氧：强度、塑性降低，疲劳强度下降

氢：引起钢的氢脆，产生白点缺陷（氢使得材料的力学性能下降）

1）碳素钢板

Q235

设计压力使用温度钢板厚度

适用环境

PMPat℃8mm

不得用于易燃或者极度、高度与中度危

Q235-A•F<0.60-235〈12

害的介质压力容器

不得用于液化石油介质与高度、极度危

Q235-A<1.00-350W16

害介质的压力容器

不得用于极度或者高度危害介质的压

Q235-BWL60-350W20

力容器

Q235-CW2.50-400W30

20R

6—16mm钢板，ob为400—520MPa,os》245MPa,8s^25%

2压力容器用低合金高强度钢

抗拉强度使用温度

适用环境

XobMPat℃

制造一20—450℃的中、低压石油化工设备与

16MnR450-640—20—450

球罐

15MnVR490-665-20-450制造一20—450C承受高压的大型储罐

15MnVNR530-710-20-450制造一20—450℃石油化工的中压设备

18MnMoNbR570-740-20-450高压容器

常温或者中高

13MnNiMoNbR570-720高压容器

温

3压力容器用低合金耐热钢

抗拉强度使用温度

适用环境

obMPat℃

0.5Cr-0.5Mo

1.0Cr-0.5Mo450-5900-500中低压石油化工设备

(15CrMoR)

1.25Cr—0.5Mo-20-450加氢装置

2.25Cr-lMo515-690—20—450石油加氢裂化容器用钢

4压力容器低温用钢

低温用钢要紧用于（一40—196C）一些工程结构与低温设备

使