压力容器设计基础讲义

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1、压力容器设计基础讲义第一部分、压力容器设计基础知识第一章压力容器失效模式压力容器在载荷作用下丧失了正常的工作能力称为失效。压力容器所考虑的失效模式主要为断裂、泄漏、过度变形和失稳。压力容器失效常以三种形式表现出来：强度、刚度、稳定性。压力容器建造标准中主要考虑的失效模式：1）短期失效模式：（1）脆性断裂（2）韧性断裂（3）超量变形引起的接头泄漏（4）超量局部应变引起的裂纹形成或韧性剪切（5）弹性、塑性或弹塑性失稳2）长期失效模式：（1）蠕变断裂（2）蠕变超量变形（3）蠕变失稳（4）冲蚀、腐蚀（5）环境助长开裂，如：应力腐蚀开裂

2、3）循环失效（1）扩展性塑性变形（2）交替塑性（3）弹性应变疲劳或弹-塑性应变疲劳（4）环境助长疲劳，如：腐蚀疲劳第二章GB150适用范围（1）适用的设计压力①对于钢制容器不大于35MPa；②其它金属材料制容器的设计压力适用范围按相应引用标准确定。（2）适用的设计温度范围①设计温度范围：－269℃～900℃。②钢制容器不得超过按GB150.2中列入材料的允许使用温度范围。③其他金属材料制容器按本部分相应引用标准中列入的材料允许使用温度确定。（3）下列各类容器不在标准的适用范围内：①设计压力低于0.1MPa且真空度低于0.02M

3、Pa的容器；②《移动式压力容器安全监察规程》管辖的容器；③旋转或往复运动机械设备中自成整体或作为部件的受压器室（如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等）；④核能装置中存在中子辐射损伤失效风险的容器；⑤直接火焰加热的容器；⑥内直径（对非圆形截面，指截面内边界的最大几何尺寸，如：矩形为对角线，椭圆为长轴）小于150mm的容器；⑦搪玻璃容器和制冷空调行业中另有国家标准或行业标准的容器。（4）对不能按GB150.3确定结构尺寸的容器或受压元件，允许采用以下方法进行设计:①按照附录C的规定，进行验证性实验分析（如实验应力分析、验证性液

4、压试验）。②按照附录D的规定，利用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计。③按照附录E的规定，采用包括有限元法在内的应力分析计算和评定。（5）容器界定范围①容器与外部管道连接：a）焊接连接的第一道环向接头坡口端面；b）螺纹连接的第一个螺纹接头端面；c）法兰连接的第一个法兰密封面；d）专用连接件或管件连接的第一个密封面。②接管、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件。③非受压元件与受压元件的连接焊缝。④直接连接在容器上的非受压元件如支座、裙座等。⑤容器的超压泄放装置。注：1、设计压力最高为35MPa，最低为0.1MPa。其中的最

5、高设计压力为35MPa系沿袭中国石油化工总公司和机械、化工两部《钢制石油化工压力容器设计规定》；最低设计压力0.1MPa系考虑与TSGR004《固定式压力容器安全技术监察规程》协调一致，并考虑与大多数国家的容器标准所划定的界限相同。当设计压力高于35MPa时，可采用JB/T4732《钢制压力容器—分析设计标准》，当设计压力低于0.1MPa时，可采用JB/T4735《钢制焊接常压容器》。真空度低于0.02MPa的容器时，采用JB/T4735《钢制焊接常压容器》，以考虑经济效用。2、不适用范围①设计压力低于0.1MPa且真空度低于

6、0.02MPa的容器：常压容器有自己的设计标准，但对于盛装极度和高度毒性介质的容器，可以参考GB150执行。②移动式压力容器：指工作状态经常变化、用于运输的压力容器。③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（如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等）：主要的原因是此类元件已有特殊的设计方法。④核能装置中直接接受中子辐射的容器：指核岛内的压力容器，核能装置中的其他压力容器可以参照执行。⑤直接火焰加热的容器：由于不能考虑材料直接接触火焰而可能发生的材料失效因素，因此不适用。⑥内直径（对非圆形截面，指截面内边界的最大

7、几何尺寸，如：矩形为对角线，椭圆为长轴）小于150mm的容器：由于GB150有最小厚度限制，对此类容器不经济，故不包含，但需要时，可以参考执行。3、超出GB150.3确定结构尺寸的容器或受压元件的设计问题一般超出GB150.3的设计问题集中在下述两个方面：①结构或几何尺寸超出标准规定的限制，如：大开孔、异形容器；②载荷类型为标准之外的情况，如：集中载荷、振动或冲击载荷。GB150.1中1.6条规定：对不能按GB150.3确定结构尺寸的容器或受压元件，允许采用以下方法进行设计:①按照附录C的规定，进行验证性实验分析（如实验应力分

8、析、验证性液压试验）。②按照附录D的规定，利用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计。③按照附录E的规定，采用包括有限元法在内的应力分析计算和评定。应该说明，验证性实验分析指实验应力分析（如应力测量、光弹实验）、验证性液压试验（如验证性爆破试验）。利用可比的已投入使用的结构进