压力容器学习讲义-压力容器专业知识

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1、压力容器专业知识一、压力容器设计、制造的主要特点1.压力容器设计一般包括结构设计（选择）、设计计算与材料选择。其屮结构是设计计算的基础，即根据各类承压零部件不同的结构、形状，分别进行设计计算。2.压力容器设计计算一般要解决如下三类问题：2.1强度~在外压作用下不允许产生塑性（永久）变形，是涉及安全的主要问题,如筒体、封头等；2.2刚性〜在外力作用（制造、运输、安装与使用）下产生不允许的弹性变形，如法兰（密封）、管板等;2.3稳定性〜在外压作用下防止突然失去原有形状的稳定性，如外压及真空容器。3.依各类承

2、压零部件不同的结构、形状，采用不同的加工方法分别制造，然后通过多种方法（焊接、法兰螺栓、螺纹）连接在一起，构成一台完整的容器，然后焊接是主要方法。4.在制造的全过程中要采用多种冷、热加工方法，其中热加工（焊接、热处理、热成形）以其技术的复杂性、质量要求的多样性以及质量检验的难度，成为影响产品安全运行的关键。5.压力容器产品的质量主要是安全要求，而非性能要求，因此采取严格的市场准入（单位、人员）制度，以及全过程（设计、制造、使用）质量控制。二、压力容器的分类分类方法很多，主要有如下几种：1.按压力、品种、

3、介质毒性及易燃介质分类1.1按压力分为低、中、高及超高压，前三种在材料、失效判据（准则）、计算方法、制造要求上基本一致，而超高压则截然不同。1.2按介质毒性及易燃性分类，主要岀自安全考虑，即一旦发生事故（爆炸、泄漏等）的危害程度。2.按制造许可级别分类2.1按制造许可级别分类，一般考虑如下一些因素：a）安全性及制造难易程度的不同，这里涉及P、P・V、介质特性、材料强度级别等；b）工作（安放）位置分为固定与移动，移动的安全要求高于固定，且应对减轻自重、防冲击、各类仪表的装设做特殊考虑；c）材料,金属与非金

4、属制容器在制造与检验方法上有很大不同；d）考虑制造特点，利于专业化生产，如球罐。2.2对不同制造许可级别的企业，提出不同的资源条件与安全质量要求1.按生产工艺过程中作用原理分类分为反应、换热、分离、储存四类，其中反应容器安全性要求最高，因其在进行物理、化学反应时，可能造成压力、温度的变化。3.此外，尚有如下一些常见的分类方法：4.1按形状分类，如圆筒形、球形、组合型（前者均为回转壳体）以及方形、矩形等；4.2按筒体结构分为整体式、组合式，详见后。4.3按制造方法分为焊接（最为普通）、锻造（主要用于超高压

5、）、铸造（主要优点是方便制造，但因其质量问题需加大安全系数，多用于小型、低压）。4.4按材料分为金属与非金属两大类，其中：a）金属中分为钢、铸铁、有色金属与合金。其中有色金属与合金主要用于腐蚀等特殊工况，在生产条件、生产装备、原材料验收与堆放、吊装、运输包装，尤其是焊接等环节有一系列特殊要求。b）钢中以其化学成份又分为碳素钢、低合金钢（前两者主要是强度钢）及高合金钢（主要用于腐蚀、低温、高温等特殊工况）。我国以标准抗拉强度下限〉540MPa作为高强钢分界的理由。三、压力容器设计基础知识1.薄壁容器应力简

6、化1.1应力合理简化的主要内容a）将三向受力状态简化为两向（切向、轴向）受力状态b）将应力沿壁厚菲均布视为均布c）将应力沿轴向非均布视为均布1.2简化的目的〜依据外载方便计算应力1.3薄壁容器的范畴（即简化造成误差的允许范围）〜D外/D内V1.5（力学）;D外/D内＜1.2（工程）；即高、中、低压容器。2•强度理论的选择2.1强度理论的作用~在外载引起的应力与材料极限应力间建立联系，以便计算壁厚2.2主要强度理论的分类及选择a）第一强度理论（最大主应力理论）〜最大主应力达到或超过材料强度极限构件即破坏（

7、脆断）。适用于脆性材料破坏，但ASMEVU1-1与GB150等仍采用，主要原因在于经验丰富、简便，采用一定的限制条件（压力、结构、元件系数）可保证安全。b）第三强度理论（最大剪应力理论）〜最大剪应力达到或超过材料屈服极限构件即破坏（塑性屈服），较适用于压力容器，ASMEV111-2与JB4732采用。c）第四强度理论（能量理论）〜均方根剪应力（考虑最大剪应力的同时，兼顾其他剪应力对安全的影响）达到或超过材料屈服极限构件即破坏（塑性屈服），最适用压力容器，但需试算使用不便。3.失效判据（准则）的选择3.1

8、失效判据的作用〜设定整部标准规范（即产品）的安全底线3.2失效判据（准则）的分类及选择a）弹性失效判据〜容器在整个使用过程（含耐压试骑）材料应处于弹性，不得屈服。偏安全、经验丰富，ASMEW-1与GB150等采用。b）塑性失效判据〜内壁材料进入塑性但外壁材料仍为弹性，可提高材料利用率，ASMEV111-2与JB4732等采用。c）爆破失效判据〜因材料屈服强化，内、外壁材料同时进入塑性仍不会破坏，应力直至材料强度限前均可使用，我国超高压容器设