第9章-压力容器设计1(1)

1现代化企业的雄姿●9.1压力容器概述第9章压力容器设计2现代化企业的雄姿3现代化企业的雄姿4应用的广泛性51996年12月的统计资料表明，国内在用固定式压力容器多达122.22万台，移动式压力容器中罐车16910辆，在用气瓶5498.7571万只；锅炉总台数也高达51.57万台。此外全国持有压力容器制造许可证的企业合计2432个，设计单位1380个。如此庞大且潜在隐患容器的存在，以及地域广泛的制造设计部门，自然成为国内外政府部门特别重视其安全管理和监察检查的原因。量大面广6国内1998年共发生锅炉、压力容器、气瓶爆炸事故132起，严重事故274起，共死亡104人，受伤371人，直接经济损失2813.58万元。锅炉、压力容器、气瓶的爆炸事故率分别为1.07次/万台，0.28次/万台，0.65次/万台。事故率高7压力容器既影响到国民经济和人民的衣食住行，又涉及到国防建设和高科技的发展。因此，对压力容器的研究和学习具有重要的意义。可见:8对压力容器设计的基本要求确保容器从设计、选材、制造、投入运行到退出服役的整个过程安全地完成使用要求.原则：充分保证安全的前提下尽可能做到经济9•对于容器零部件机械设计，应满足如下要求：（1）强度强度就是容器抵抗外力破坏的能力。（2）刚度刚度是指构件抵抗外力使其发生变形的能力。（3）稳定性稳定性是指容器或构件在外力作用下维持原有形状的能力。（4）耐久性选择适当的材料，使其能耐所处理介质的腐蚀，或采用必要的防腐蚀措施以及正确的施工方法。（5）密封性（6）节省材料和便于制造（7）方便操作和便于运输（8）技术经济指标合理包括单位生产能力、消耗系数、设备价格、管理费用和产品总成本等五项。10世界各国规范对压力容器分类的方法各不相同，本节着重介绍我国《压力容器安全技术监察规程》中的分类方法按压力等级按容器在生产中的作用按安装方式按安全技术管理分类压力容器分类111.承压方式内压容器外压容器[当容器的内压力小于一个绝对大气压（约0.1MPa）时又称为真空容器]（按照设计压力p分）低压(L)容器0.1MPa≤p＜1.6MPa中压(M)容器1.6MPa≤p＜10.0MPa高压(H)容器10MPa≤p＜100MPa超高压(U)容器p≥100MPa122.生产过程中的作用反应压力容器(代号R)换热压力容器（代号E）分离压力容器（代号S）储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）133.安装方式固定式压力容器移动式压力容器（该安装方式的压力容器在结构、使用和安全方面均有其特殊的要求。）144.按安全技术管理分类分类原则:根据容器压力与容积乘积大小、介质危害程度以及容器的作用将压力容器分类。三类容器第一类压力容器第二类压力容器第三类压力容器15（1）第三类压力容器：具有下列情况之一的，为第三类压力容器:a．高压容器；b．中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；c．中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于10MPa·m3）；16d.中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于0.5MPa·m3）；e．低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且pV乘积大于等于0.2MPa·m3）；f．高压、中压管壳式余热锅炉；17g．中压搪玻璃压力容器；h．使用强度级别较高的材料制造的压力容器；（指相应标准中抗拉强度规定值下限≥540MPa）18i．移动式压力容器j．球形储罐（容积大于等于50m3）k．低温液体储存容器（容积大于5m3）铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）罐式汽车[液化气体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车]罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体等）包括19（2）第二类压力容器：具有下列情况之一的，为第二类压力容器:a.中压容器；b.低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；c.低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；d.低压管壳式余热锅炉；e.低压搪玻璃压力容器。20（3）第一类压力容器：除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。21由于各国的经济政策、技术政策、工业基础和管理体系的差异，压力容器的分类方法也互不相同。采用国际标准或国外先进标准设计压力容器时，应采用相应的分类方法。22压力容器规范标准国外主要规范标准简介1、美国ASME规范2、日本压力容器标准3、欧盟压力容器标准23美国ASME规范规范增补（Addenda）AmericanSocietyofMechanicalEngineers目前ASME规范共有十二卷ASME规范每三年出版一个新的版本，每年有两次增补。在形式上，ASME规范分为4个层次规范（Code）规范案例（CodeCase）条款解释（Interpretation）◆◆◆包括锅炉、压力容器、核动力装置、焊接、材料、无损检测等内容。24简称ASMEⅧ-1、ASMEⅧ-2和ASMEⅧ-3ASME规范中与压力容器设计有关的主要是第Ⅷ篇《压力容器》、第Ⅶ篇《移动式容器建造和连续使用规则》和第Ⅹ篇《玻璃纤维增强塑料压力容器》。第Ⅷ篇分为3个册第1册《压力容器》第2册《压力容器—另一规则》第3册《高压容器另一规则》◆◆25ASMEⅧ-1◇ASMEⅧ-1为常规设计标准，适用压力小于等于20MPa；◇它以弹性失效设计准则为依据，根据经验确定材料的许用应力，并对零部件尺寸作出一些具体规定。由于它具有较强的经验性，故许用应力较低。◇ASMEⅧ-1不包括疲劳设计，但包括静载下进入高温蠕变范围的容器设计。◆26◇ASMEⅧ-2包括了疲劳设计，但设计温度限制在蠕变温度以内。ASMEⅧ-2◇ASMEⅧ-2为分析设计标准◇它要求对压力容器各区域的应力进行详细地分析，并根据应力对容器失效的危害程度进行应力分类，再按不同的安全准则分别予以限制。◇跟ASMEⅧ-1相比，ASMEⅧ-2对结构的规定更细，对材料、设计、制造、检验和验收的要求更高，允许采用较高的许用应力，所设计出的容器壁厚较薄。◆27ASMEⅧ-3◇ASMEⅧ-3主要适用于设计压力不小于70MPa的高压容器。◇它不仅要求对压力容器各区域的应力进行详细地分析和分类评定，而且要做疲劳分析或断裂力学评定，是目前为止要求最高的压力容器规范。◆28国内主要规范标准简介中国对特种设备的安全监察分四个层次法规行政规章安全技术规范标准29法规◇《锅炉压力容器安全监察暂行条例》—1982年国务院颁布。◇《特种设备安全监察条例》—2003年3月国务院颁布,6月起实施适用于同时具备下列条件的压力容器:a.最高工作压力大于等于0.1MPa(表压）b.压力与容积的乘积大于等于2.5MPa·Lc.盛装介质为气体、液化气体或者最高工作温度高于等于标准沸点的液体。30行政规章国家质量监督检验检疫总局局长“令”形式颁布的、行政管理性内容较突出的文件。31安全技术规范◇《压力容器安全技术监察规程》——1981年国家劳动总局颁布《压力容器安全监察规程》，1990年改名为《压力容器安全技术监察规程》。1999年由国家质量技术监督局进行修订。◇《超高压容器安全技术监察规程》——1993年12月劳动部颁布《超高压容器安全监察规程》。2004年由国家质量监察检疫总局进行修订，于2005年改名为《超高压容器安全技术监察规程》。32◆《容规》对压力容器的材料、设计、制造、使用、检验、修理、改造等七个环节中的主要问题提出了基本规定。◆压力容器标准是设计、制造压力容器产品的依据；《容规》是政府对压力容器实施安全技术监督和管理的依据，属技术法规范畴，二者的适用范围并不相同33标准◆我国制订压力容器标准历史◇“全国压力容器标准化技术委员会”——1984年7月成立◇GB150-89《钢制压力容器》——第一版的国家标准，于1989颁布◇GB150-1998《钢制压力容器》——第一次全面修订后的新版的国家标准，1998颁布。34GB151《管壳式换热器》GB12337《钢制球形储罐》JB4732《钢制压力容器—分析设计标准》JB4710《钢制塔式容器》等一系列国家标准和行业标准。◆容标委在GB150的基础上，又先后制订了：35(1)GB150《钢制压力容器》◆适用的设计温度范围根据钢材允许的使用温度确定，从-196℃到钢材的蠕变限用温度。◆这是中国的第一部压力容器国家标准，其基本思路与ASMEⅧ—1相同，属常规设计标准。◆该标准适用于设计压力不大于35MPa的钢制压力容器的设计、制造、检验及验收。36◆GB150只适用于固定的承受恒定载荷的压力容器◆不适用于以下8种压力容器：◇直接用火焰加热的容器◇核能装置中的容器◇旋转或往复运动的机械设备中自成整体或作为部件的受压器室◇经常搬运的容器◇设计压力低于0.1MPa的容器◇真空度低于0.02MPa的容器◇内直径小于150mm的容器◇要求作疲劳分析的容器等37◆GB150管辖的范围除壳体本体外，还包括：◇容器与外部管道焊接连接的第一道环向接头坡口端面、螺纹连接的第一个螺纹接头端面、法兰连接的第一个法兰密封面，以及专用连接件或管件连接的第一个密封面。◇其它如接管、人孔、手孔等承压封头、平盖及其紧固件，以及非受压元件与受压元件的焊接接头，直接连在容器上的超压泄放装置均应符合GB150的有关规定。38GB150的技术内容圆柱形筒体和球壳的设计计算零部件结构和尺寸的具体规定密封设计超压泄放装置的设置容器的制造、检验与验收要求等在中国具有法律效用，是强制性的压力容器标准。◆39(2)JB4732《钢制压力容器—分析设计标准》◆这是中国的第一部压力容器分析设计的行业标准，其基本思路与ASMEⅧ—2相同。◆该标准与GB150同时实施，在满足各自要求的前提下，可选择其中之一使用，但不能混用。◆该标准与GB150相比，允许采用较高的设计应力强度，相同设计条件下,容器的厚度可以减薄、重量可以减轻；但由于设计计算工作量大，选材、制造、检验及验收等要求较严，有时综合经济效益不一定高。所以，此法一般用于重量大、结构复杂、操作参数较大的压力容器。需做疲劳分析的压力容器，必须用分析设计。40小结压力容器设计正确选材正确设计正确制造严格检验按照规范要求减少内应力减少不连续应力无损探伤保证焊缝质量材料的韧性41测验题42一、问答题1按照设计压力的高低将内压容器分为哪几种？2按照在生产过程中的作用将压力容器分为哪几种？3《容规》中考虑哪些因素将压力容器分为三类？中压容器都属于第二类吗？420R和20有什么区别？说明20R的特点和应用场合。43二、判断对错题1GB150《钢制压力容器》是中国的第一部压力容器国家标准，其基本思路与ASMEⅧ—1相同，属常规设计标准。该标准适用于设计压力不大于35MPa的钢制压力容器的设计、制造、检验及验收。（）2Q235-A,Q235-B,Q235-C均可以用来制造压力容器。（）449.2内压容器设计理论基础45基本概念壳体：以两个曲面为界，且曲面之间的距离远比其它方向尺寸小得多的构件。壳体中面：与壳体两个曲面等距离的点所组成的曲面。薄壳：壳体厚度t与其中面曲率半径R的比值（t/R）max≤1/10。薄壁圆筒：外直径与内直径的比值Do/Di≤1.2。厚壁圆筒：外直径与内直径的比值Do/Di≥1.2。46图1一般旋转壳体47回转薄壳：中面是由一条平面曲线或直线绕同平面内的轴线回转而成。母线：绕轴线（回转轴）回转形成中面的平面曲线,如OA极点：中面与回转轴的交点。经线平面：通过回转轴的平面。经线：经线平面与中面的交线,即OA＇平行圆：垂直于回转轴的平面与中面的交线称为平行圆。48中面法线：过中面上的点且垂直于中面的直线，法线必与回转轴相交。第一主曲率半径R1：经线上点的曲率半径(K1B)。第二主曲率半径R2：等于考察点B到该点法线与回转轴交点K2之间长度（K2B）平行圆半径r：等于R2在垂直于轴平面上的投影同一点的第一与第二主曲率半径都在该点的法线上。曲率半径的符号判别：曲率半径指向回转轴时，其值为正，反之为负。r与R1、R2的关系：r=