压力容器设计（新教材）（全）

K修本量王泽军大津市特种设备监督检验技术研究院2024年3月 压力容器设计涉及材料、结构、载荷、强度、焊接、检测试验、损伤、失效材料及其性能、焊接方法及焊接工艺、无损检测技术及其应用、损伤模式及其识别有其它课程。本课程以压力容器设计中的强度问题为核心，向检验人员介绍与之相关的力学基础知识、强度理论和强度条件、(结构)及其承载特征、失效模式以及以此为基础的强度分析理念和标准设计计算方法等。(并少量涉及刚度、稳定性概念)有限元法概论全部取消)2025/3/6天津特检天津特检课程核心思路：应力水平设计准则(判据)、以强度为主，少量涉及刚度和稳定性。压力容器设计限制值天滤捻拾天滤捻拾压力容器设计1压力容器设计的力学基础2压力容器设计工作概要3压力容器的设计准则和设计方法4压力容器规则设计—典型部件的计算5压力容器分析设计：应力分类法6压力容器分析设计：疲劳评定天津特捻天津特捻压力容器设计1压力容器设计的力学基础2压力容器设计工作概要3压力容器的设计准则和设计方法4压力容器规则设计—典型部件的计算5压力容器分析设计：应力分类法6压力容器分析设计：疲劳评定天滤特拾天滤特拾1压力容器设计的力学基础(1)应力的概念单位面积的内力称为应力A为横截面面积；σ为法向应力、正应力，拉为正，压为负A₁为斜截面面积；t为剪应力，正、负与坐标轴相关法向应力和剪应力统称为应力，ISO单位为帕(Pa),定义为每平方米(m²)面积上承受1牛工程上常采用兆帕(MPa);换算关系为1MPa=10Pa=10⁶N/m²=1N/mm²≈100米水柱压力天津特捻1压力容器设计的力学基础(2)应变的概念(2)应变的概念线应变：单位长度的伸长量，用ε表示，△L/L在钢材线弹性阶段，对在钢材线弹性阶段，对一维问题，应力应变关系：切应变γE为弹性模量，也称杨氏模量，为材料参数，单位Pa或MPa;G为剪切模量，为材料参数，单位Pa或MPa;u为泊桑比，也称泊松比，又称横向变形系数，对常用钢材在0.3左右。钢材塑性变形时，存在塑性应变，与弹性应变组合在一起称为弹塑性应变当温度发生变化，由于热胀冷缩，会存在热应变当发生蠕变时，存在蠕变应变天沫待拾1压力容器设计的力学基础1压力容器设计的力学基础(3)一点应力状态的通用表达·主应力——剪应力为零的平面上的正应力称为主应力。用σ₁、σ₂、o₃表示。三个主应力存在如下关系(代数值):σ≥0₂≥03,为σ,叫做最大主应力。三个主应力的天津特检天津特检1压力容器设计的力学基础旋转壳体：压力容器常采用的筒体、凸形封头、同心锥形段(封头)、球壳等，均为围绕中心轴线的旋转壳体。旋转薄壳：中面是由一条平面曲线或直线绕同平面内的轴线旋转360°而成的薄壳，为旋转薄壳。天沫待拾天沫待拾1压力容器设计的力学基础旋转壳体应力计算方法：对旋转壳体进行力学分析，分为有矩理论和无矩理论。(2)壳体的边界处不受剪力、弯矩和扭矩等外载荷作旋转薄壳的应力均匀内压力作用下旋转薄壳的无矩理论一般解：承受介质内压的旋转薄壳，简化为二向应力状态，根据微元体平衡、区域平衡方程，可以推导无矩理论的薄膜解。经向应力环向应力均布内压力作用下典型旋转薄壳的应力旋转薄壁圆柱壳：经向应力(轴向应力)环向应力(周向应力)旋转薄壁球壳：经向应力(轴向应力)=环向应力(周向应力)旋转薄壁锥形壳体：经向应力环向应力天滤特拾1压力容器设计的力学基础均布内压力作用下典型旋转薄壳的应力旋转薄壁椭球壳：经向应力环向应力椭球顶点椭球赤道点天津特捻1压力容器设计的力学基础试题示例对于标准椭圆形封头，在承受内压力时，过渡转角区存在最大(A)A.周向压缩应力B.径向压缩应力C.周向拉伸应力B.径向拉伸应力天沫待拾1压力容器设计的力学基础在工程实际中，像合成氨、合成甲醇、合成尿素、油类加氢及压水反应堆等使用的高温高压容器及超高压容器，壁厚往往较大。当圆筒体的外径与内径之比K>1.2时，属于厚壁圆筒。内压作用下，厚壁圆筒的承载特征本质上与薄壁圆筒并无区别。薄壁圆筒采用无矩理论薄膜解，不考虑弯曲应力，由于内压力较小，也省略了半径方向的应力，而厚壁圆筒则均需要考虑。厚壁圆筒有单层式和多层式两大类。下面将介绍单层厚壁圆筒的弹性应力和弹塑性应力，对多层厚壁容器的应力分析，读者可参阅相关文献。天津特捻1压力容器设计的力学基础内压作用下厚壁圆筒中的弹性应力1.8时，内表面的环向应力高出外表面22%、48%、78%、112%。也就是说，随着壁厚增加，环向应力沿壁厚的不均匀性增加，如果以内表面进入屈服为设计准则的话，壁厚外层的应力会低于屈服强度很多，从而不能有效发挥材料的承载潜力。这样引出一个概念：自增强天沫待拾天沫待拾1压力容器设计的力学基础内压作用下厚壁圆筒中的弹塑性应力随着内压力增加，厚壁圆筒的内表面(或者部分厚度)会进入屈服，通过弹塑性力学方法显式表达应力分布(不详细给出)。通过一个有限元算例来展示其弹塑性承载特征，容器内半径200mm、厚度60mm的厚壁容器，K=1.3,采用半球形封头，材料屈服强度345MPa,设计压力获取环向应力、轴向应力和径向应力，来观察筒壁应 升压到82MPa时，内壁面开始出现屈服；升压至100MPa后，约60%厚度屈服；卸载到0后存在明显的残余应力，内表面残余环向应力和轴向应力均为负值，代表内表面残余受压；再次升压至45MPa,由于残余压应力的影响，内表面环向应力、轴向应力均明显小于首次加压到升压至45MPa升压至45MPa升压至100MPa降压至0MPa再升轴中经向.天沫待拾1压力容器设计的力学基础自增强后筒体内表面残余环向应变应不超过2%,以控制过2025/3/61压力容器设计的力学基础(6)结构不连续及其影响(6)结构不连续及其影响所谓所谓结构不连续，是指容器结构的几何特征发生突变的现象，但不是物理断开。结构不连续又分为总体结构不连续和局部结构不连续。总体结构不连续总体结构不连续：“部件级”的结构不连续，例如图示各部件连接部位，另外管板、法兰、不等厚连接、开孔接管部位、支承支座部位等均构成总体结构不连续。承受压力载荷后，总体结构不连续会在一定区域内形成较高的边缘应力，也称局部应力局部结构不连续：局部结构不连续：是指“很小区域”的局部结构突变形成的几何不连续，典型位置包括焊趾、焊缝咬边、错边、根部未焊透、焊缝余高、腐蚀孔洞、表面沟槽、缺口、尖锐拐角等。结构承受载荷时，在局部结构不连续位置，会产生应力局部急剧增高的现象，称为应力集中，其应力水平会随着与应力峰值点距离的增加而迅速衰减。若总体结构不连续和局部结构不连续两者重叠，则会出现局部应力和应力集中叠加现象。天滤特拾1压力容器设计的力学基础为“不连续效应”,更多地称为“边缘效应”,引起的应力称为“边缘应边缘应力及其特征边缘应力及其特征碟形封头碟形封头碳形封头与闻休等厚连接的豆力分布(2)√常规设计的强度计算中大多不详细计算边缘应力，按照没有边缘应部增厚、限制结构参数、限制使用压力等来控制边缘应力的危害。√设计和在役检验中应当关注边缘效应或边缘效应与其它不利因素叠加带来高局部应常规设计中边缘应力区的局部增厚：示例球冠封头与筒体连接的局部增厚结构1压力容器1压力容器设计的力学基础开孔的碟形封头：设计压力0.6MPa,设计温度40℃,介质为压缩空气，材质Q345R,容器类别：一类。给设计者的建议：(1)移动接管位置；(2)增加接管/封头厚度；(3)将接管变小；(4)接管颈内伸.1压力容器设计的力学基础边缘应力过大引起的开裂案例资料案例：某厂1000MW机组，P92主汽-高旁热压三通开裂。(ID337.72×135.15/238.26×60.74),8时，启停47次。1)三通两侧肩部外壁过渡面曲率半径超标、两侧肩部内壁过渡面形状不规则，按设计时的许用应力校核未裂透侧的开孔补强不满足标准要求。2)裂透侧肩部补焊区弧长宽深=326×58×45mm天津特检天津特检1压力容器设计的力学基础应力集中及其特征概念：应力集中指承载构件中应力局部急剧增高的现象，局部增高的应力随与应力峰值点的间距的增加而迅速衰减。影响范围通常不超过1/3壁厚。位置：一般出现在结构形状急剧变化的地方(局部结构不连续),如缺口、孔洞、沟槽以及局部刚性约束处。危害性：对塑性材料，静载条件下应力集中对结构强度并无影响，但循环载荷下会产生疲劳裂纹；对低温容器，应当严格控制应力集中(如修磨圆滑焊缝，减小余高),以防止脆性断裂。影响因素：在应力集中处，应力的最大值(应力峰值)与物体的几何形状和加载方式等因素有关。屈服现象：峰值应力往往超过屈服极限而造成材料小范围屈服，使应力的重新分配。天沫待拾天沫待拾1压力容器设计的力学基础(7)强度理论与强度条件条件。件表达为：σ:实际应力水平标准中：o=Rmo₅=Re、Rpo.2天津特检天津特检1压力容器设计的力学基础蠕变现象：持久强度：蠕变现象：持久强度：(板、锻件、管)R(注3-1)(注3-2)1000h蠕变率为一一一一一一以选用该值计算其许用应力。注3-2:此安全系数为1.0×10³h的持久强度极限值。关于许用应力(GB/T4732-2024中将“设计应力强度”改成了“许用应力”)使用在下列疆度(CF的许用应力强度理论别名适用适用于脆性材料，但由于简单，在常规设计中应用广泛。适用于脆性材料，但未见应用。2025/3/6天沫待拾天沫待拾1压力容器设计的力学基础b)圆筒的环向应力按公式(5-3)或公式(5-4)计算：计算应力ø值应满足公式(5-5):1压力容器设计的力学基础当量应力equivalentstress由强度理论定义的用作任意应力状态下强度判据的组合应力。 及GB/T4732.5基于弹塑性应力分析方法进行强度设计采用第四强度理论。天沫待拾天沫待拾1压力容器设计的力学基础强度强度是一个常用概念，也是一个容易混淆的概念。强度分为材料强度和结构强度。材料强度是指材料抵抗外力破坏的能力。标准的短时拉伸试验可以得到材料的屈服强度和抗拉强度；高温拉伸试验能够得到材料的持久强度和蠕变强度；对含裂纹试样进行试验可以得到材料的断裂韧性，代表材料抵抗裂纹扩展的能力；对含V形、U形或无缺口的试样进行冲击试验，得到冲击吸收能量(冲击功，常用KV₂),其名义上是韧结构强度是指结构在承受特定载荷后抵抗屈服或者破裂的能力，它不仅取决于材料性能，也与结构形式和尺寸相关。针对载荷是否变化，分为静载强度和疲劳强度。我们常说的强度计算、强度分析或评定，就是针对某台容器和预期载荷，通过计算分析来判断容器强度能否满足要求的过程。天津待检1压力容器设计的力学基础(8)强度、刚度与稳定性刚度结构抵抗弹性变形的能力，称为结构的刚度，它与材料弹性模量、结构尺寸以及载荷种类、作用位置有关。在压力容器法兰设计中，不仅考虑法兰强度问题，还需要材料刚度的概念并不常用，但弹性模量能够在一定意义上表达材料抵抗弹性变形(8)强度、刚度与稳定性稳定性压力容器在承载时突然失去原有形状的现象，称为失稳或者屈曲，而抵抗失稳的能力称为稳定性。压力容器的失稳通常发生在承受外压时，因此常称为外压失稳。当容器的局部区域承受压应力，可能会产生局部失稳现象。天津特捻天津特捻压力容器设计1压力容器设计的力学基础1压力容器设计的力学基础2压力容器设计工作概要(1)设计常用标准规范(2)压力容器的载荷(3)压力容器设计常用参数(4)设计条件(5)设计过程(6)设计文件3压力容器的设计准则和设计方法4压力容器规则设计—典型部件的计算5压力容器分析设计：应力分类法6压力容器分析设计：疲劳评定 天沫待拾2压力容器设计工作概要(1)设计常用标准规范(1)设计常用标准规范TSG特种设备安全技术规范固定式压力容器安全技术监察规程(TSG21-2016)[2016-10-01]移动式压力容器安全技术监察规程(TSGR0005-2011)[2012-03-05]气瓶安全技术规程(TSG23-2021)[2021-06-01]氧舱安全技术监察规程(TSG24-2015)[2016-06-01]安全阀安全技术监察规程(TSGZF001-2006)[2007-02-12]特种设备安全技术规范的基本特征是具有强制性(除非专门声明)天津待检2压力容器设计工作概要设计常用标准(下划线的是新的标准，蓝色的为非TSG21协调标准)综合标准GB150.1~4-2024压力容器GB/T4732.1～6-2024压力容器分析设计GB/T34019-2017超高压容器专项标准GB/T151-2014热交换器GB12337-2014钢制球形储罐NB/T47041-2014塔式容器NB/T47042-2014卧式容器JB/T4734-2002铝制焊接容器NB/T11270-2023钛制压力容器JB/T4755-2006铜制压力容器JB/T4756-2006镍及镍合金压力容器NB/T47011-2022锆制压力容器GB25025-2010搪玻璃设备技术条件GB/T18442.1～7固定式真空绝热深冷压力容器(2017、2019)NB/T47012-2020制冷装置用压力容器GB/T19905-2017液化气体汽车罐车探伤标准NB47013.1~15-20**承压设备无损检测设计常用标准：国外标准EN13445:UnfiredpressurevePart2:MaterialsPart6:RequirementsforthedesignandfabricationofconstructedfromspPart7:GuidanceontheuseofconformityassessmentprocedurPart8:AdditionalrequirementsforpressurPart10:AdditionalrequirementsforpressurevessePart11:Additionalrequirementsforpressurevesselsoftitanium TSG21-2016、GB/T150.1-2024关于载荷的规定：压力容器设计时应考虑以下第(1)、(2)项要求的载荷，需要时还应考虑第(3)～(10)项要求的载荷：(2)液柱静压力，当液柱静压力小于设计压力的5%时，(3)压力容器的自重，以及正常工作条件下或者耐压试验状态下内装介质、触媒、填料等的重力载荷；(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、地震载荷、雪载荷；(6)支座、底座圈、支耳及其他型式支承件的反作用力；(7)连接管道和其他部件的作用力；(8)温度梯度或者热膨胀量不同引起的作用力；(9)冲击载荷，包括压力急剧波动引起的冲击载荷、流体冲击引起的反力等；2025/3/6TSGTSGR0005-2011移动式压力容器安全技术监察规程：关于载荷的规定：设计移动式压力容器时，应当能够承受正常装卸和运行使用过程中可能出现惯性力载荷：按照纵向、侧向、向上、向下分别(2)、1、2倍的静载荷。GB/T4732没有将移动式压力容器做例外处理，即适用 其他标准规范关于载荷的规定：GB/T150.3的附录G“夹套容器基本要TSG21的3.2.16快开门压力容器的设计应当考虑疲劳载荷的影响。>压力容器设计中，需要按照标准规定，将两种或多种载荷组合起来进行设计计算，称为载荷组2025/3/6设计载荷与实际载荷设计载荷：为进行设计计算/分析时考虑的载荷，设计人员/设计单位应当保证在这些作用下不会发生预期的失效，这是在设计寿命之内的设计保证。实际载荷：实际载荷经常与设计载荷不一致。当发生趋于不安全的偏离时，设计保证将失效。如：超压、超温(过高或者过低);超过设计允许的压力波动；过大的螺栓预紧载荷；超过设计级别的地震；异常的管道外力或振动；超过腐蚀裕量的过度减薄；超过设计级别的强风/暴雪/结(挂)冰；出现设计没考虑的载荷(撞车、车撞、陨石等)。在定期检验时，若出现这些情况，应评估带来的损关于风载荷(户外高耸塔设备)向相同的作用力，造成弯矩(顺风向风弯矩)和剪力，由塔顶至塔底逐渐增加。脉动风引起变化的顺风向风载垂直风向：风力合适时(NB/T47041-2014给出了临界风速判据)会在塔器背风侧形成稳定的卡门涡街。当涡流交替脱落的e)风载背高耸的烟囱也会有诱导振动，引起晃动和损坏。在噪声，与管板连接焊缝失效和微动磨损。流致振动(FluidInducedVibrat学和结构动力学，减振/避振目前仍是比较热门的学术领域。天津特捻2压力容器设计工作概要 风诱导振动引起塔设备损坏的案例江苏沿海某地，环氧乙烷精制塔，高80米，直径3.4米，空塔在约4m/s风时共振，造成塔体与裙座连接焊缝对称开裂。1、2017年3月15日，对现C-401塔裙座与简体下封头的环焊缝进行了初步检1)经对焊缝进行超声波检测发现：西北方向裂纹长度约2.6m,其中贯穿长度3)经对裙座与简体的焊缝进行现场检查发现：焊缝高度在30~37mm之间，且压力容器的设计往往先于配管设计，因此考虑与之连接的管道由于压力、重力、热伸缩带来的推拉、弯扭、剪切、管系振动时往往是基于假定，实际载荷种类多于或数值大于设计值时，会带来额外的风险。·定义：金属构件或构件的某个部分在温度发生变化时，由于热膨胀或收缩受到来自外部或自身的限制而不能自由膨胀或收缩，造成的应力称为热应力。·按状态：稳态热应力和瞬态热应力按区域：总体热应力，局部热应力2压力容器设计工作概要关于热应力两端完全固定的杆件，长度为L,施加均匀对Q235钢材，屈服应力：o,=235MPa;弹性模量：E=2×10⁵MPa;线膨胀系关于热应力，举例天津特检关于热应力，举例天津特检2压力容器设计工作概要工作温度(℃)进口3内径1600,厚度140,14Cr1Mo锻件内径1500,厚度95,20MnMo锻件/SA516Gi.70厚度390,14Cr1Mo锻件+气侧6m关于热应力□关于残余应力(自平衡力系),这种应力可能会诱发设备的应力腐蚀裂纹、疲劳裂纹和变形。尤其以焊接残余应力为甚。补焊焊接残余应力(VonMises相当应力，最大436MPa)天沫待拾天沫待拾2压力容器设计工作(3)压力容器设计常用参数1)压力工作压力Pw:工作压力是指在正常工作条件下，容器顶部可能达到的最高压力(表压力)。在成套装置设计 计算压力Pc:指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，并且应当考虑液柱静压力等附加载荷。当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。由两个或两个以上压力室组成的容器，如夹套容器、换热器等，确定计算压力时，应考虑各室之间的最大压力差。最高允许工作压力[pw]:最高允许工作大压力。该压力是根据容器各受压元件的有效厚度，考虑了该元件承受的所有载荷而计算得到的，且取各受压元件的最小值。当压出最高允许工作压力时，则可以认为该容器的设计压力即是最高允许工作压动作压力：动作压力是指安全阀的整定压力或爆破片的设计爆破压力。条件下开始开启的设定压力，是在阀门进口测量的表度下爆破片的爆破压力值。超压泄放装置的动作压力参照GB/T150.1-2024附录B确2025/3/6爆破片动作后爆破片动作后的最高压力爆破片动作后容器可能达到的最高压力超压限超压限容器相关压力安全阀动作后安全阀动作后的最高压力最大设计爆破压加爆破压力允差(容器最大允许爆破压力允差(容器最大允许容器设计压加容器设计压加湖造范围上限494允许爆破范围设计爆破压力设计爆破压力容器设计压加容器工作压力.容器设计压加容器工作压力.最低标定爆破压加最小设计爆破压加容器工作压加天津特捻天津特捻2压力容器设计工作概要是指在相应的设计温度下，用以确定元件厚度的压力，包括液柱静压力A.液压试验压力B.工作压力C.计算压力D.最高允许工作压力A.工作压力B.设计压力C.计算压力D.试验压力天津待捻天津待捻2压力容器设计工作概要设计温度：设计温度指压力容器在正常工作情况下，设定的容器设计选材的主要依据之一。在图样上的工作温度指工作介质的温度或工作温度范围。及设计图样的规定，重点是防止发生低温脆断。 最低设计金属温度：最低设计金属温度指在设计时，容器各种可能条件下各元件金属温度的最低值。新版GB/T150取消了这个概念，规定：设计温度的上限值称为最高设计温度，设计温度的下限值称为最低设计温度。在GB/T150.3-2024附录F“压力容器防止低温脆断校力容器最低允许使用温度”等概念。注1:“各种可能条件”不但包括正常工作情况，还应考虑可能出现的最低工作温度、工作中的不正常、自动制冷、大气环境温度以注2:是设计选材依据之一，材料的选用除应满足容器各设计工况条件下的使用要求外，还应确保在最低设计金属温度下对材料及其焊接接头的冲击功要求。2025/3/63)厚度：厚度是压力容器最主要的结构参数，是在规定的载荷条件下，保证结构强度、刚度、稳定性以及使用寿命的基本条件之一。计算厚度：考虑计算压力，按标准给定的公式(或计算方法)计算得到时，尚应计入其他载荷所需厚度。对于外压元件，指满足稳定性要求的最小厚度。计算厚度是保证压力容器安全所必须的厚度，小于此厚度，则不能保证在规定载荷下的安全，因此可以认为是容器寿命终了时的安和稳定性的同时，保证规定的设计寿命的厚度，是新制造容器必须保证的厚度(新容器交付前实测壁厚不能小于设计壁厚)。 有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕量和材料厚度负偏差。是决定容器在设计寿命承载能力的厚度，一般用来校核容器的强度和稳定性，也是确定最高允许工作压力的参数。钢材厚度：压力容器的钢材厚度是指实际用于制造壳体元件的材料厚度(钢或锻件),是决定容器制造技术条件的厚度。一般由制造企业确定，如果设计中已经考虑了加工(减薄)裕量，需要在图样上特别标明。最小厚度：考虑制造、运输、安装等因素，壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度。小厚度，对碳素钢和低合金钢制容器不宜小于3mm,对高合金钢容器不宜小于2mm。TSG21-2016一号修改单中规定“壳体成形后的实际最小厚度应当满足制造、运输、安装、使用等要求”,实际上将“最小厚度”和前述“最小成形厚度”两个概念结合在了一起，而逐步淡化了“最小厚度”的绝对值。2025/3/6厚度关系图δ计算厚度设计厚度整名义厚度有效厚度δ厚度附加量厚度负偏差C₁加工裕量(制造厂考虑) 天津待捻2压力容器设计工作概要试题示例以下关于压力容器厚度的表述，正确的是(A)A.最小成形厚度应当不小于设计厚度B.最小成形厚度应当为有效厚度C.设计厚度加上材料厚度负偏差后为名义厚度D.计算厚度包括腐蚀裕量天沫待拾2压力容器设计工作概要4)腐蚀裕量为防止容器受压元件在运行过程中由于腐蚀、度不足，在设计阶段预先考虑的附加厚度，称为腐蚀裕量。对均匀腐蚀的元件，应根据设计使用年限和介质对金属材料腐蚀速率确定腐蚀裕量。腐蚀速率不明时，需要通过试验测得。容器各元件受到的腐蚀程度不同时，可以采用不同的腐蚀裕量。对于介质为压缩空气、水蒸气或水的碳素钢或低合金钢容器，腐蚀裕量不小于1mm。冲刷腐蚀、微动磨损导致的局部减薄往往发生于局部天津待捻2压力容器设计工作概要5)材料厚度负偏差及允许偏差》中的C类偏差，其它钢板(不含复合钢板)应符合B类偏差，该标准规定B类厚度允许下偏差为0.3mm,C类厚度允许下偏差为0mm。6)设计寿命设计寿命指压力容器设计总图上注明的“设计使用年限(疲劳容器标明循环次数)”,TSG21-2016中称“预期使用年限”。设计者通常依据设计条件提供的“预期使用年限”及设计结果给出设计寿命预期值。事实上，压力容器设计寿命一直是许多设计单位避免涉及的问题，但由于如下原因，设(1)材料力学性能(如高温蠕变、珠光体球化等)的时间相关性；(2)腐蚀裕量计算；(3)疲劳载荷的时间相关性等。应当指出，压力容器的设计寿命不一定等于实际使用寿命，它仅仅是设计者根据预期的使用条件给出的估计，而由于受各种复杂因素的影响从法律责任角度，在设计寿命内，设计单位和制造单位应当提供设计质量和制造质量保证，而超按照术语在线(),焊接接头系数是指焊接接头强度与母材强度之比值。用以反映焊接材料、焊接缺陷和焊接残余应力等因素使焊接接头强度被削弱的程度。GB/T150未给出定义。钢制压力容器的焊接接头系数规定如下。a)双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊1)全部无损检测，取φ=1.0;2)局部无损检测，取φ=0.85。b)单面焊对接接头(沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板):1)全部无损检测，取φ=0.9;2)局部无损检测，取φ=0.8。射线、超声系列。8)其它参数8)其它参数设计参数DESIGNDATA标准：TSG21-2016操作温度℃操作压力MPa93.66(塔项/3.76(塔底)Ⅱ/第二组设计温度℃B设计压力MPa(g)-介质水压试验压力MPa(g)中度、易爆沧漏试验压力MPa(g)4.3(气性)3天津待检2压力容器设计工作概要4.1.1接受用户或委托方提出的设计条件并核对其完整性、规范性和可行性。4.1.2确定主要失效模式和相应的失效准则，必要时应进行风险评估。4.1.3确定设计所依据的主要标准、规范和计算方法。4.1.4确定或确认介质特性(爆炸危险性和毒性危害程度、腐蚀性等)及介质分组、量、设计使用年限。货状态，必要时还应提出元件材料的复验要求以及低温和高温性能指标，当压力容器的设计温度低于4.1.7确定或确认受压元件连接形式，容器的支撑形式等。4.1.8确定所需考虑的载荷、载荷的组合原则等。等要求。2025/3/6(4)压力容器设计条件(4)压力容器设计条件(设计任务书)设计任务书是指由用户提供的或是工艺专业提出的设计技术条件、设计数据表或设计规格书(user'sdesignrequirements,datasheet,designspecification),并应当尽可能完整，以判明需求方的真正意图和愿望。按照按照TSG21-2016的规定，压力容器的设计委托方应当以正式书面形式向设计单位提出压力容器设计条件。设计条件至少包含以下内容：①操作参数(包括工作压力、工作温度范围、液位高度、接管载荷等);②压力容器使用地及其自然条件(包括环境温度、抗震设防烈度、风和雪载荷等);③介质组分与特性；④预期使用年限；⑤几何参数和管口方位；⑥设计需要的其他必要条件。完整的设计条件要比《固容规》所述基本要求更加详尽，其完整性、规范性、准确性和可行性均极为重要。李世玉等编著的《压力容器设计工程师培训教程》中给出的设计条件包括：1.容器标识(1)名称、位号、台数；(2)所在装置或者工段名称。2.结构形状(1)外形简图；(2)公称尺寸：直径、长度或容积；(3)结构型式：截面形状，立式或卧式；(4)支承方式，支座位置，必要时包括基础条件；(5)由制造厂供货的容器划定范围；(6)由安装施工单位或业主提供的内容，如保温层、隔热、耐腐等保护性衬里、填料、催化剂等。3.物料介质的性质(1)相态(液、气或混相);(2)密度，必要的热力学性质；(3)进出口介质温度；(4)流率；(5)介质中腐蚀性介质浓度；(6)关于介质的易燃、毒性等危险情况的说明。4.管口表及其示意图(1)公称压力及尺寸；(2)连接标准和密封面型式；(3)数量和用途；(4)位置：标高和方向。定预期存在的载荷条件或组合载荷条件。例如：(1)要求在容器设计中考虑接管载荷作用时局部应力的校核，从而确保容器应具有足够的承载(2)要求设计考虑容器分别在吊装、就位后、荷进行校核。凡可能影响该容器建造(包括设计、制造、检验)的特殊要求都应该在设计要求中提出，例如：对材料的成分、性能、检验的附加要求；特殊的结构结点；更严格的检验方法和验收标准；装运中要特别考虑的问题等。(1)工作压力；(2)工作温度；(4)不同的工作压力、工作温度组合；(5)非正常操作条件；(2)最低金属温度(3)沿壁厚的温度梯度。 单台压力容器设计始于设计条件，进行设计条件评审后，确立设计参数、判断失效和损伤模式，选定设计标准，然后进行选材、结构设计、强度刚度稳定性计算以及必要的应力分析评定，绘制总图、零部件图等设计图样，汇总、签署、提交设设计提交后的设计变更也属于设计工作的一部分，设计变更文件属于设计文件。压力容器更新时的设计工作，可能需要现场勘验，比如管道利旧，需要依据现 告和疲劳分析报告；对于装设安全阀、爆破片的容器还包括泄放量计算书；2.设计图样：包括总图、部件图、零件图、表格图、管口方位图等；及其他必须说明的文件，对没有特别要求的设备，通常没有设计说明书；4.风险评估报告：对第Ⅲ类压力容器或者用户要具包括主要失效模式和风险控制等内容的风险评估所有的设计文件均应当编号，便于参考、归档和调用。压力容器设计单位技术负责人或其授权人员批准(四级签署)。并件上加盖设计单位压力容器设计资格印章。压力容器设计总图是设计输出的核心文件之一。总图至少应当注明以下内容：(1)压力容器名称、分类，设计、制造所依据的主要法规、产品标准；(2)工作条件，包括工作压力、工作温度、介质特性(毒性和爆炸危害程度等);(3)设计条件，包括设计温度、设计载荷(包含压力在内的所有应当考虑的载荷)、介质(组分)、腐蚀器还应当注明腐蚀介质的限定含量；(4)主要受压元件材料(含焊接材料)的牌号与材料标准；(5)主要特性参数(如压力容器容积、热交换器换热面积与程数等);(6)压力容器设计使用年限(疲劳容器标明循环次数、循环频率);(7)特殊制造要求；(8)热处理要求；(9)无损检测要求；(10)耐压试验和泄漏试验要求；(11)预防腐蚀的要求(介质的腐蚀速率以及应力腐蚀倾向等);(12)安全附件及仪表的规格和订购特殊要求(工艺系统已考虑的除外);(13)压力容器铭牌的位置；天津待捻2压力容器设计工作概要设计总图需表达的内容(1)多腔压力容器分别注明各腔的试验压力，有特殊要求时注明共用元件两侧允许的压力差2025/3/6I吞滤愆捻2压力容器设计工作概要某卧式储罐的设计总图(示意图)。在图区，主要表达了本体的正面图和侧视图、鞍座详图、主要焊接节点图，(管口方位图)等。告信息栏自上而下分别为：管口表零部件表图纸修订记载表，签字栏标题栏天津特捻天津特捻2压力容器设计工作概要根据TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》,对于压力容器设计总图要求的表述，错误的是(D)1压力容器设计的力学基础2压力容器设计工作概要3压力容器的设计准则和设计方法(1)压力容器的失效模式4压力容器规则设计—典型部件的计算5压力容器分析设计：应力分类法6压力容器分析设计：疲劳评定2025/3/6天滤特槍3压力容器的设计准则和设计方法2)失效模式failuremodes失效模式：所谓失效模式(failuremode)是指容器丧失其规定功能或者危及安全的事件及其本质原因，因此研究失效模式对于建立、理解和有效使用压力3类：天津特检天津特检3压力容器的设计准则和设计方法non-cyclicloads;immediatefailure容器构件未经明显的塑性变形而发生的断裂。材料选用不当、温度过低、材质韧性不够或脆化、存在严重缺陷会导致脆性断裂失效。脆性断裂-沿晶脆断(如氢脆、杂质元素在晶界偏聚等)包括开裂、局部超量应变引起的韧性撕裂、总体塑性变形、塑性失稳破裂。韧性材料结构承载能力不足、载荷过大、局部结构不合理造成应变过大均会引起韧性失效。塑性失稳破裂也称为塑性跨塌。韧性失效也称为塑性失效。Leaksatjointsduetoexcessivedeformationorotherlossoffunction法兰刚度不足或产生塑性变形引起垫片泄漏即属此类。4.弹性、塑性或弹塑性失稳(屈曲)Instability(buckling)---elast外压容器的屈曲、内压椭圆封头的局部环向屈曲、塔式容器背风侧屈曲即属此类。当厚度很薄时的屈曲为弹性屈曲，而有一定厚度时，屈曲过程会伴随着弯曲应力和弹塑性过程，称为弹塑性屈曲。 类2:长期失效模式longtermfailuremodes由于施加了非循环载荷导致的延迟失效模式如下：non-cyclicloads;delayedfailure6.蠕变过量变形Excessivecreepdeformation蠕变变形过大引起的功能失效7.蠕变失稳Creepinstability由于蠕变变形和压应力引起的屈曲破坏显微图类2:长期失效模式longtermfailuremodes9.环境助长开裂，如应力腐蚀开裂，氢致开裂Environmentallyassistedcrackinge.g.stresscorrosioncracking,hydrogeninducedcracking碳钢湿硫化氢应力腐蚀裂纹类3:循环失效模式cyclicfailuremodescyclicloads;delayedfailure即棘轮现象。每经历一个循环，棘轮塑性应变都会增加，造成宏观逐载荷循环中产生交替性塑性应变，并相互抵消，使得应力-应变滞环在原地不动。有文献将交替塑性称为“塑性安定”。类3:循环失效模式类3:循环失效模式cyclicfailuremodes由于施加了循环载荷导致的延迟失效模式如下：cyclicloads;delayedfailure12.弹性应变疲劳(中高周疲劳)或弹塑性应变疲劳(低周疲劳)Fatigueunderelasticstrains(mediumandhighcyclefatigue)orunderelastic-plasticstrains(lowcyclefatigue)应力处于弹性状态且比较低时，为中、高周疲劳；应力较高但处于弹性安定状态的为低周疲劳。13.环境助长疲劳，如应力腐蚀开裂，氢致开裂Environmentallyassistedfatigue:e.g.stresscorrosioncrackingorhydrogeninduced拉应力压应力在弹性或弹性安应力循环路径CDEB棘轮疲劳示例：15CrMoR的单轴棘轮效应定范围某高强螺栓疲劳断口Mag=2.00KXwD=32.8mmSiona4失效模式通常容器建造中考虑的主要失效模式如下。a)短期失效模式：脆性断裂(brittlefracture)、韧性断裂(ductilefracture)(如塑性垮塌、局部过度b)长期失效模式：蠕变破裂(creeprupture)、蠕变过量变形(creepexcessivedeformation)、蠕变失稳(bucklinginstability)、腐蚀和磨蚀(corrosionanderosion)、环境助长断裂(environmentallyassistec)循环失效模式：棘轮或称渐增塑性变形(ratchetingorprogressiveplasticdeformation)、交替塑性(alternatingplasticity)、疲劳(fatigue)、腐蚀疲劳(envi容器设计单位(设计人员)应严格依据用户或设计委托方所提供的容器设计条件进行容器设和稳定性计算按GB/T150.3、GB/T151、GB/T12337、NB/T47041、NB/T47042、JB/T4734、JB/T4755、JB/T4756、NB/T11270或NB/T470计，并按GB/T4732(所有部分)附录C补充疲劳分析和评定，同时满足其相关制造要并按GB/T4732.4或GB/T4732.5天津待检3压力容器的设计准则和设计方法GB/T4732.1考虑的失效模式4.2GB/T4732涵盖的基本失效模式GB/T4732涵盖的基本失效模式如下：a)塑性垮塌——GB/T4732.3、GB/T4732.4、GB/T4732.5中考虑了该失效模式；b)局部过度应变——GB/T4732.3、GB/T4732.4、GB/T4732.5中考虑了该失效模式；c)屈曲——GB/T4732.3、GB/T4732.5中考虑了该失效模式；d)疲劳——GB/T4732.4、GB/T4732.5中考虑了该失效模式；e)棘轮——GB/T4732.4、GB/T4732.5中考虑了该失效模式；f)脆性断裂——GB/T4732.2、GB/T4732.6中考虑了该失效模式；h)均匀腐蚀和磨蚀——受压元件设计计算中确定设计厚度时考虑了该失效模式；损伤模式DamageModesGB/T30579-2022“承压设备损伤模式识别”给出了锅炉、压力容器、压力管道的已知的损伤模式(82种)(与2014版相比+9):①腐蚀减薄：25种②环境开裂：16种③材质劣化：16种④机械损伤：11种⑤其它损伤：10种 压力容器设计准则大致分为：强度失效设计准则刚度失效设计准则屈曲失效设计准则泄漏失效设计准则包含了强度、刚度、稳定性判据。本节重点讲述压力容器强度失效设计准则，分为弹性、塑性、爆破、弹塑性、疲劳、蠕变、弹性、塑性、爆破、弹塑性设计准则针对的均是短期失效模式中的韧性失效，但具有不同的疲劳设计准则对应的是循环失效模式，蠕变失效设计准则对应的是1)弹性(强度)失效设计准则概念：以防止容器整体发生屈服，将压力容器总体或部件的最大应力(或者宏观名义应力)限制在材料的屈服点以下，保证容器在设计条件下总体上“始要点：1)规定屈服极限是容器失效的应力，考虑安全系数后，容器应力水平小于等于许用应力，即在弹性范围内。2)主要着眼于限制容器中的内压力引起的最大薄膜应力或其他由机械载荷直接产生的弯曲应力及剪应力等。3)传统的设计准则，目前应用仍然最为广泛。大多时候比较保守。1)弹性(强度)失效设计准则(续)示例1:薄壁内压圆筒，控制名义环向应力(当设计温度低于蠕变门槛温度时)示例2:标准椭圆封头，K=1,控制最大薄膜应力(当设计温度低于蠕变门槛温度时)2)塑性(强度)失效设计准则概念：容器某处(如厚壁筒的内壁)弹性失效后并不意味着容器失去承载能力；继续增加载荷，应力较高区域进入屈3)密封位置需要兼顾刚性条件，防止泄漏。3)与弹性设计准则相比，更节省材料。但求得塑性失效载荷，需要高级设计手段(如有限元法)。5)塑性失效载荷仍具有保守性。吞滤愆搶3压力容器的设计准则和设计方法2)塑性(强度)失效设计准则(续)法兰颈轴向应力法兰环径向应力法兰环的环向应力组合应力切应力2)塑性(强度)失效设计准则(续)等效薄膜应力nv——取2.6;√nπ取1.5时在接管肩部形成了塑性铰。但沿马鞍形方向仍具有广大的弹性/弹塑性区域。√S、S₁v为虚拟弹性应力。天津待拾3压力容器的设计准则和设计方法3)爆破(强度)失效设计准则概念：压力容器用钢通常具有应变强化现象，因此按照理想弹塑性材料模型得到塑性失效载荷仍具有保守性。若考虑材料的应变强化特征，则可以得到容器的爆破压力，以此为基准除以爆破安全系数，可作为容器的设计压力，此为爆破失效设计准则。应用示例1:GB150.1-2024附录C(规范性附录)以验证性爆破试验确定容器设计压力。φ:焊接接头系数加载直到发散，得到爆破压力。(安全系数取2.4)安定性的概念：结构除在初始几次加载中高应力区产生一定的塑性变形外，在继续性设计准则。控制原则：(2)对疲劳压力容器，满足(1)可以保证不出现棘轮现象和塑性疲劳，但还应对总应天沫待拾3压力容器的设计准则和设计方法概念：将应力限制在由蠕变强度和持久极限确定的许用应力以内，便可以防止容器在设计寿命内发生蠕变失效，这就是蠕变失效设计准则。例如，对于内压作用下的薄壁圆筒，当设计温度高于蠕变门槛温度时，将最大的拉应力(环向应力)限制在许用应力(乘以焊接接头系数)以下，就是基于蠕变失效设计当对材料的蠕变性能和高温拉伸性能把握得好，且使用条件下蠕变不可避免时，按照高温力学性能设计并控制服役时间，也可以认为是符合蠕变失效设计准则。研究表明，压力容器是否发生脆性断裂主要取决于材料韧性、缺陷处的应力水平和缺陷的几何参数。按照标准规定的材料使用温度下限值进行选材和验收，通过冲击试验等方法确定材料和焊接接头的冲击吸收能量(吸收功)不低于标准要求值，通过无损检测方法检查焊接接头等位置是否存在超标缺陷，都是防止发生脆性断裂的措设计上，根据容器的使用条件正确选材(如低温专用材料),对制造、检验检测、试验等提出合理要求，是防脆断设计的基本要求。另外，按断裂力学概念，可以将脆性失效设计准则理解为：以造成容器低应力脆断的应力或裂纹尺寸作为临界状态的设计计算准则。为防止缺陷陷的尺寸或对材料提出必须达到的韧性指标，达到防脆断设计目的。目前尚未见设计应用。包括三部分内容：1)低合金钢制低温容器：钢材及焊材要求、结构设计要求、加工成型及焊接、检测2)设计温度低于-70℃的铬镍奥氏体不锈钢制容器E.2.2.1元件结构设计满足下列基本要求：a)宜避免结构形状的突然变化，以减小局部应力；结构宜简单，减少约束，同时温度梯度；b)接管与壳体连接部位应圆滑过渡，插入式接管端部内壁边角处应倒圆；c)接管补强宜采用整体补强，若采用补强圈，补强圈与接管和壳体的焊缝焊缝应圆滑过渡；d)容器的附件，如支座、吊耳、管道支架、梯子平台支架等，如其材料与壳焊在壳体上，需设置垫板，容器用裙座应设置与壳体材料相同的过渡段；减小：局部应力应力集中的光杆直径不大于0.95倍螺纹根径的双E.3.2.2受压元件的焊接接头焊缝表面不应有咬边。E.2.3.6受压元件的焊缝表面不应有咬边。天津特槍3压力容器的设计准则和设计方法E.4低温低应力工况E.4.1一般规定低温低应力工况指受压元件的设计温度虽然低于-20℃,但满足下列条件a)或b)的应力状况。a)对元件厚度由一次总体薄膜拉应力确定的元件，如圆筒、球壳和锥壳，在该温度下元件实际承受的最大一次总体薄膜拉应力不大于50MPa且其与元件材料在室温下许用应力之比不大于0.25。计算最大一次总体薄膜拉应力时，还应计入由弯矩等外载荷引起的轴向总体薄膜拉应b)对元件厚度不由一次总体薄膜拉应力确定的元件，如平盖、管板和法兰等，元件设计温度下的最大计算压力与设计温度下的最大允许工作压力之比值不超过0.25。压力容器最低允许使用温度：压力容器各组成元件最低允许使用温度控制厚度：确定元件最低允许使用温度时所采用的厚度。采用名度下限时，可依照本附录进行,按照表F.1确定。部等件#7天沫待槍3压力容器的设计准则和设计方法GB150.3-2024附件F(规范性)《压力容器防止低温脆断校核方法》续确定元件最低允许使用温度的流程：P.一计算压力，MPa;[P.]—最大允许工作压力，MPa;R。—由F.6定义的应力比；o—一次总体薄膜应力，MPa;2025/3/6—焊接接头7)疲劳(强度)失效设计准则压力容器在循环载荷条件下会产生疲劳损伤，并可能导致疲劳失效。根据试验研究和理论分析结果，可以得到虚拟弹性应力幅与许用循环次数之间的关系曲线，即设计疲劳曲线。压力容器预期的疲劳循环次数不多于许用循环次数，设计上认为容器不会发生疲劳失效，这就是疲劳设计准则。当产生疲劳裂纹后，按照断裂力学理论，建立应力幅与裂纹扩展速率之间的关系，并用于预测裂纹扩展至疲劳断裂的许用循环次数，称为含缺陷体的安全评定，也可以归类为疲劳失效设计准则。后面将专题讲述。(3)压力容器的设计方法概述设计方法主要为规则设计方法和分析设计方法。所谓规则设计方法，通常又称为常规设计方法，英文中早期称为“designbyrules”,现大多称为“designbyformula”。因此，凡是采用显式表达的设计计算公式进行容器设计的，均可以称为“规则设计”,而不能采用公式直接表达，需要采用诸如有限元法进行分析和评定的，称为分析设计方法。然而，两种迥然不同的设计方法需要包括材料、设计、制造、检验与验收的体系化支持，因此现实情况就演变为按照GB/T150系列标准进行设计和按照JB4732(GB/T4732系列标准)进行设计，并分别称为规则设计和分析设计。天津特捻3压力容器的设计准则和设计规则设计中的强度、刚度、稳定性设计公式采用经典材料力学和弹性力学理论，通过简化、修正得到，应用简单方便可靠，对诸如筒体、封头、开孔接管等结构总体不连续位置局部应力的控制，采用局部增厚、限定结构特征参数、限定使用压力等手段来解决，通常不进行应力分析，因此设计成本较低。缺点为设计相对粗糙，大多比较保守，大型重要压力容器综合成本高，无法考虑诸如热应力、疲劳问题。度条件进行评定(如应力分类法),使得设计更加合理。特别是面对容器大型化、轻量化(精殊结构的设计。需要对设计单位和设计人员进行分析设计资质许可；对所涉及局部部位的强度评定、制造、吞滤愆搶吞滤愆搶压力容器设计1压力容器设计的力学基础2压力容器设计工作概要3压力容器的设计准则和设计方法4压力容器规则设计—典型部件的计算(3)凹面承压的凸形封头(4)平盖(平封头)(5)开孔与开孔补强(6)法兰5压力容器分析设计：应力分类法6压力容器分析设计：疲劳评定天津特拾天津特拾4压力容器规则设计—典型部件的计算(1)内压圆筒薄壁圆筒：K=Do/Di≤1.2两端封闭的薄壁圆筒，在内压作用下，筒体曲率变化引起的弯曲应力可以忽略，这样承受轴向/环向双向拉伸作用。通常采用中径公式计算应力大小，环向应力为轴向应力的2倍。厚壁圆筒：K=Do/Di>1.2在内压作用下，筒体曲率变化引起的弯曲应力不再忽略，将承受轴向/环向/径向三向应力作用。应力大小与径向位置相关。拉美公式：4压力容器规则设计—典型部件的计算计算壁厚最高允许工作压力计算应力Pe计算压力，MPaσ′设计温度下的计算应力，MPa[o]设计温度下的许用应力，MPaD。外直径，mm算例(早期考题):某400m³氮气球罐的基本参数见下表。标准规范GB12337-1998,GB150-2011,TSGR000工作压力MPa2.9工作温度℃内径mm9200主体材质Q345R腐蚀裕量mm1制造日期2012年12月式中，δ为球壳的有效厚度，δ=48-1-0.力。(钢板负偏差取0.3mm,许用应力为φ为焊接接头系数，φ=1.0[□}为设计温度下的许用应力，[o}=181MPa(3)凹面承压的凸形封头(3)凹面承压的凸形封头(GB/T150.3-2024)凹侧承载的封头即为凸形封头：半球形封头(球冠形封头)、椭圆封头和碟形封头。半球形封头承载特征和设计公式与内压球壳冠形封头。图7-1椭圆形封头图7-2碟形封头图7-3球冠形封头为基于强度：基于屈曲：为基于强度：基于屈曲：■标准椭圆封头承受内压时：经向应力衡为正值(拉最大值点，长轴端点为最小值点；周向应力可能出现负值，在短轴顶点最大拉应力，长轴端点为最小拉应力或最大压应力。■GB150中内压椭圆封头厚度计算：采用第一强度理论，控制椭圆封头的工作压力工作压力基于强度：基于屈曲：形状系数：4压力容器规则设计—典型部件的计算碟形封头：母线由半径为R的圆弧和半径为r的过渡圆环段组成。由于母线曲率的突变，在大小圆弧交界位置出现很大的弯曲应力，使其承载能力受到限制，一般用在低压容器由于存在压应力区域，需要同时满足强度、屈曲条件。计算壁厚取两者较大值最高允许工作压力取两者较小值基于强度：表7表7-9平盖系数K选择表固定筒一12818。),且不小于0.3;3圆形平盖：0.4m(m-8/18,),且不小于0.3;天津特捻4压力容器规则设计—典型部件的计算球冠封头：母线为半径为R的圆弧(圆心角小于90°)。可用作端封头，也可用于容器中两个独立受压室的中间封头。■GB150中球冠形封头按球壳计■GB150中球冠形封头按球壳计4压力容器规则设计—典型部件的计算(4)平盖(平封头)GB150设计圆平盖时，将最大应力σmax限制在许用应力之下，平盖厚度计算公式：左图是圆柱壳径向开孔的经典“应力集中”左图是圆柱壳径向开孔的经典“应力集中”2)应力分析结果举例2)应力分析结果举例筒体内径1200mm,壁厚52mm2.Elementarydata基本数据DesigmPressure设计压力：10.8DesignTemperature设计温度：50℃OperatingPressure操作压力：5~10MPa,12cyclesperdayOperatingTemperature操作温度：5DesignLifetime设计寿命：40years,175200cyclesCorrosionAllowance腐蚀裕量：1.5Fluid工作介质：compressedMaximumHorizontalAceleration最大水平地震加速度：0.17g(1g-9.813m/s²)ExtermalloadonnozzlesA1,A2接管A1200daNeach,loadedve500mm处。天滤待拾4压力容器规则设计—典型部件的计算最大的接管：筒体名义的应力(MISES):最小的接管：接管D:Dn3/4”安全阀接口筒体名义的应力(MISES):接管最大应力(MISES):DsSTGNCCHDITION,Dovaterin3)小结尽管这个例子的计算结果显示，静强度和疲劳寿命能够满足要求，但无论接管大小，接管位置存在很高的应力水平，高应力水平出现在肩部内侧。开孔部位强度得到削弱，局部应力水平大幅提升。就需要“补强”来降低局部应力，防止开裂。GB150中的开孔补强有两种：一种是传统的等面积补强法，一种是“新”的分析法。欧标中有“压力面积法”,化工标准中也有引用，但GB150没有认可。等面积补强的思路是：在有效补强区域内，实际结构能够起到补强作用的金属面积大于因为开孔被“挖掉”的需要补强的面积。本质上是一种经验方法，无法在理论上证明其必然能保证开孔处结构满足强度要求。分析法实际上基于应力分类控制原则，是在大量数值分析和试验基础上提出的工程比对方法，是常规设计和分析设计的综合。天津待检4压力容器规则设计一典型部件的计算适用范围与限制：√适用于圆筒体、锥壳本体、凸形封头和平盖圆形、长短径比小于等于2的椭圆形和长圆形开√当圆筒内径D≤1500mm时，开孔最大直径dmax≤D/2,且dmax≤520mm;当圆筒内径D₁>1500mm时，开孔最大直径dmax≤Di/3,且dmax≤1000mm;√凸形封头或球壳开孔的最大允许直径dmax≤Di/2;√锥形封头开孔的最大直径dma≤D/3(D;为开孔中心处锥壳内直径)。补强方式：整体增厚补强：整体补强值Rm<540MPa补强圈补强(贴板补强-----------局部增厚补强：嵌入式锻件补强，厚壁管补强等联合补强(补强范围交叠的两个或多个开孔)A=dδ+288。(1-f.)df.=[σ]/σ]且0.8≤f≤1为开孔直径，其值为接管直径d加2倍接₁;切向(c)取d。凸形封头开孔，一律取长径。厚度之外的多余面积厚度之外的多余面积思考：补强应尽量靠近削弱区域。ⅢIAn:(B-dop(G-5)-26AAC旦2 有效补强范围及补强面积：按图中矩形WXYZ范围确定有效补强范围应按下列步骤进行计算：a)有效宽度B按公式(8-6)计算，取二者中较大值。b)有效高度按公式(8-7)和公式(8-8)计算，分别取式中较小值。天津待捻4压力容器规则设计—典型部件的计算天津待捻4压力容器规则设计—典型部件的计算5)圆筒径向接管开孔补强设计的分析法适用范围与限制：1)适用于内压作用下具有单个径向接管的圆筒适用范围与限制：(续)6)圆筒与接管之间角焊缝的焊脚尺寸应分别不小于δ/2和δ交线处圆角半径在δ/8和8/2之间； 8.6.3等效应力校核等效应力校核应按下列步骤进行计算：a)按公式(8-36)和公式(8-37)计算圆简与接管中面直径D,d:D=D₁+8.+2C.…………(8-3d=d。一8.………b)令开孔参数λ=p√D/8.-d/√DG,,计算p,X,./8.;d)按公式(8-38)和公式(8-39)计算等效薄膜应力S₁和等效总应力Sw:)校核，按公式(8-10)和公式(8-41)计算。s:≤n:[o]…………Sn≤n,[]n:——校核系数，取2.2(对于特殊要求的压力容器，可取1.5~2.2);"——校核系数，取2.6;[o]——设计温度下材料许用应力，单位为兆帕(MPa),圆筒，接管和补强件的材料不同时，取其中较小者：[ol:——设计温度下圆筒材料许用应力，单位为兆帕(MPa);[o]——设计温度下接管材料许用应力，单位为兆帕(MPa)。天津待拾4压力容器规则设计—典型部件的计算100020007)等面积法示例(早期考题)(1)求取筒体计算厚度：内径D₁=1800mm,计算压力p。取设计压力2.5MPa,焊接接头系数φ取1设计温度下的许用应力[σ]通过GB150.2-2011表2线性插值得到，154.2MPa,接管颈材质与筒体相同，许用应力亦相同，因此强度削弱系数取f,=1开孔所需补强面积A=dδ=(500+2×2)×14.7=7408.8mm²①法兰是可拆密封连接的常用部件，分为接管法兰和设备法②工作条件下，法兰主要承受内压力和螺栓拉力_--③法兰失效表现为强度失效和密封失效。④当选用标准(如NB/T47020~NB/T47023、HG/T20592、HG/T20615、HG/T20623)a)确定垫片材料、型式及尺寸；b)确定螺栓材料、规格及数量；c)确定法兰材料、密封面型式及法兰结构尺寸；d)进行应力校核，计算中所有尺寸均不包括腐蚀裕量；天津特捻4压力容器规则设计—典型部件的计算3)整体法兰强度与刚度校核天津待拾4压力容器规则设计—典型部件的计算3)整体法兰强度与刚度校核法兰颈轴向应力法兰环径向应力法兰环的环向应力组合应力切应力刚度指数 (7)外压圆筒料特性两方面