1、压力容器强度、结构与应力分析,郑州大学化工学院： 王 三 保 电 话： 0371-63887306 13303820135 Email: ,压力容器一般是由筒体（又称壳体）、封头（又称端盖）、法兰、接管、人孔、支座、密封元件、安全附件等组成。它们统称为过程设备零部件，这些零部件大都有标准。压力容器的结构形状主要有圆筒形、球形、和组合形。圆筒形容器是由圆柱形筒体和各种成型封头（半球形、椭圆形、碟形、锥形）所组成。球形容器由数块球瓣板拼焊成。承压能力很好，但由于安置内件不便和制造稍难，故一般用作贮罐。压力容器的筒体、封头（端盖）、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
2、板；换热器的管板和换热管；M36以上的主螺栓及公称直径大于250mm的接管和管法兰均作为主要受压元件。,压力容器结构典型结构,压力容器结构典型结构,压力容器结构 典型结构,压力容器结构典型结构,压力容器结构典型结构,压力容器结构典型结构,压力容器结构 典型结构,压力容器结构零部件,筒体圆柱形筒体是压力容器主要形式，制造容易、安装内件方便、而且承压能力较好，因此应用最广。圆筒形容器又可以分为立式容器和卧式容器。由于容器的筒体不但存在与容器封头、法兰相配的问题，而且卧式容器的支座标准也是按照容器的公称直径系列制定的，所以不但管子有公称直径，筒体也制定了公称直径系列。对于用钢板卷焊的筒体，用筒体的内
3、径作为它的公称直径，其系列尺寸有300、400、500、600等，如果筒体是用无缝钢管制作的，用钢管的外径作为筒体的公称直径。,封头 （1）球形封头壁厚最薄，用材比较节省。 （2）椭圆形封头椭圆形封头纵剖面的曲线部分是半个椭圆形，直边段高度为h （3）碟形封头碟形封头是由三部分组成。第一部分是以半径为Ri的球面部分，第二部分是以半径为Di/2的圆筒形部分，第三部分是连接这两部分的过渡区，其曲率半径为r,Ri与r均以内表面为基准。,压力容器结构零部件,（4）球冠形封头由于封头为一球面且无过渡区，在连接边缘有较大边缘应力，要求封头与筒体联接处采用全焊透结构。 （5）锥形封头锥形封头有无折边锥形封头
4、和折边锥形封头。 （6）平盖弯曲应力较大，在等厚度、同直径条件下，平板内产生的最大弯曲应力是圆筒壁薄膜应力的2030倍。但结构简单，制造方便。,压力容器结构零部件,3. 支座支座是用来支承容器重量和用来固定容器的位置。支座一般分为立式容器支座、卧式容器支座。立式容器支座分为耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。卧式容器多使用鞍式支座。,压力容器结构零部件,4. 法兰法兰连接主要优点是密封可靠和足够的强度。缺点是不能快速拆卸、制造 成本较高。法兰分类主要有以下方法： （1）按其被连接的部件分为压力容器法兰和管法兰。 （2）按法兰接触面的宽窄可分为窄面法兰和宽面法兰。 （3）按整体性程度分为整
5、体法兰、松式法兰和任意式法兰。,压力容器结构零部件,压力容器结构零部件,5. 开孔与开孔补强通常所用的压力容器，由于各种工艺和结构的要求，需要在容器上开孔和安装接管，由于开孔去掉了部分承压金属，不但会削弱容器的器壁的强度，而且还会因结构连续性受到破坏在开孔附近造成较高的局部应力集中。这个局部应力峰值很高，达到基本薄膜应力的3倍，甚至5-6倍。再加上开孔接管处有时还会受到各种外载荷、温度等影响，并且由于材质不同，制造上的一些缺陷、检验上的不便等原因的综合作用，很多失效就会在开孔边缘处发生。主要表现为疲劳破坏和脆性裂纹，所以必须进行开孔补强设计。,压力容器结构零部件,压力容器为何有时可允许不另行补
6、强压力容器允许可不另行补强是鉴于以下因素：容器在设计制造中，由于用户要求，材料代用等原因，壳体厚度往往超过实际强度的需要。厚度的增加使最大应力有所降低，实际上容器已被整体补强了。例如：在选材时受钢板规格的限制，使壁厚有所增加；或在计算时因焊接系数壁厚增加，而实际开孔不在焊缝上；还有在设计时采用封头与筒体等厚或大一点，实际上封头已被补强了。在多数情况下，接管的壁厚多与实际需要，多余的金属起到了补强的作用。,压力容器结构零部件,3 开孔补强结构 所谓开孔补强设计，就是指采取适当增加壳体或接管壁厚的方法以降低应力集中系数。其所涉及的有补强形式、开孔处内、外圆角的大小以及补强金属量等。 (1) 加强圈
7、是最常见的补强结构，贴焊在壳体与接管连接处，如图a、b、c。该补强结构简单，制造方便，但加强圈与金属间存在一层静止的气隙，传热效果差。当两者存在温差时热膨胀差也较大，因而在局部区域内产生较大的热应力。另外，加强圈较难与壳体形成整体，因而抗疲劳性能较差。这种补强结构一般用于静压、常温及中、低压容器。 (2) 接管补强，即在壳壁与接管之间焊上一段厚壁加强管，如图d、e、f。它的特点是能使所有用来补强的金属材料都直接处在最大应力区域内，因而能有效地降低开孔周围的应力集中程度。低合金高强度钢制的压力容器与一般低碳钢相比有较高的缺口敏感性，采用接管补强为好。 (3) 整锻件补强结构如图g、h、I，此结构
8、的优点是补强金属集中于开孔应力最大的部位，补强后的应力集中系数小。由于焊接接头为对接焊，且焊接接头及热影响区可以远离最大应力点位置，所以抗疲劳性能好。但这种结构需要锻件，且机械加工量大，所以一般只用于要求严格的设备。,压力容器结构零部件,压力容器结构开孔与补强,图 补强结构,壳体厚度为，内半径为R，受气体压力P作用的壳体。如图所示：,圆筒内的应力,在圆筒中间沿径线平面切开为两段（如图） 在研究的壳体上作用有外力p（流体压力） 壳体厚度上存在内力，单位面积上为应力 在轴线方向作力的平衡,则可得：,圆筒内的应力,在圆筒中间沿轴线平面切开为两段（如图） 在研究的壳体上作用有外力p（流体压力） 壳体厚
9、度上存在内力，单位面积上为应力 在轴线方向作力的平衡,即可得周向应力：,圆筒内的应力,这样便得到了受内压的圆筒体的壳体中的轴向和周向应力：,可以看出周向应力时轴向应力的2倍,圆筒内的应力,如果控制周向应力 不超过许用应力，即：,则可得容器的强度尺寸为：,圆筒内的应力,如果控制周向应力 不超过许用应力，即：,则可得容器的强度尺寸为：,圆筒内的应力,根据第一强度理论，最大主应力（周向应力）小于等于许用应力，承压容器就是安全的：,但是该公式所计算出的最大应力值，与精确值相比相差较大（大约小23），将内径换为中径，计算值与精确值相差减小（约为3.8）。,圆筒内的应力,容器的中径 ，则有：,这样，按照第
10、一强度理论，用中径公式计算压力容器的壁厚为：,圆筒内的应力,基本概念 壳体：以两个曲面为界，且曲面间的距离远小于其他方向尺寸的物体 壳体厚度：两曲面间的距离 中面：平分壳体曲面的曲面 薄壳：壳体厚度与中面曲率半径R之比/R0.1的壳体 回转壳：中面由一根平面曲线绕一根在平面内的定轴旋转而成的壳体 轴对称问题：几何形状、承受载荷、边界支承均对旋转轴对称的力学问题 回转薄壳无力矩理论采用的坐标系：采用曲线坐标系并辅以局部直角坐标系,回转薄壳无力矩与有力矩理论概念,薄膜内力：引起薄壳结构中面的拉伸、压缩和剪切变形的内力，如：法向力N、N。（在轴对称情况下由于对称性，不存在剪切内力） 弯曲内力：引起薄
11、壳结构中面产生曲率、扭率改变的内力，如横向剪力Q、弯矩M和M（在轴对称情况下不存在扭矩和Q） 无力矩理论：壳体的应力状态仅由法向 内力N、N确定的薄壳应力理论 有力矩理论：壳体内的应力状态同时由 薄膜内力和弯曲内力确定的薄壳应力理论,回转薄壳无力矩与有力矩理论概念,回转壳的几何特性,图中：R1 第一曲率半径，经线在a点的曲率半径:,R2 第二曲率半径，与a点处的第一曲率半径同方向，长度为a点与旋转轴交点之间的距离。 平行圆半径r与R1、R2及坐标之间的关系：,dr,回转薄壳无力矩与有力矩理论概念,微体平衡方程式（拉普拉斯方程）,区域平衡方程式,取分离体：用一个垂直于回转壳中面的圆锥面切割承受内
12、压的壳体，取下部为分离体建立旋转轴方向的平衡方程： N在x轴向的合力投影为：2rkNsin dr=dlcos 压力在x轴向的合力投影为： 2rdlpzcos=2pzrdr 区域平衡方程为：,回转薄壳的薄膜应力,薄膜应力的分布形式： 薄膜内力作用于薄壳的中面，仅引起壳体的拉伸或压缩，由它们产生的应力应该是沿壳体厚度均匀分布 经向和周向应力与内力之间的关系： =N/ =N/ 应力分量表示的微体和区域平衡方程式：,无矩理论的应用,承受气体压力的壳体 球形壳体：R1=R2=R，pz=-p 圆筒壳体：R1=，R2=R，pz=-p，rk=R，=/2,承受气体压力的壳体 圆锥壳体：R1=，R2=r/cos（
13、半锥顶角），pz=-p，=/2-,无矩理论的应用,承受气体压力的壳体 椭圆形壳体 椭圆曲线方程（a为长半轴，b为短半轴）： 第一曲率半径R1： 第二曲率半径R2： 应力表达式：,无矩理论的应用,承受气体压力的壳体 椭圆形壳体应力分布的特点 和是坐标的位置函数，并且连续变化 和随a/b值增大，始终大于零，在x=0时取最大值。从x=0处单调减小到x=a，并随a/b大于、小于或等于 分别小于、大于或等于零。在x=0时，= a/b=2时，最大压应力和最大拉应力相等，GB150称这种椭圆形封头为标准椭圆形封头 a/b=1是球壳，应力分布均匀，冲压困难；a/b值越大，最大应力增大越快，分布变差，但冲压容易
14、,无矩理论的应用,在半径为R、厚度为t、承受轴对称横向载荷PZ的圆平板中，用半径为r和r+dr的两个圆柱以及夹角为d的两个径向截面，从圆板中截出一微圆体，见图，,圆平板问题,受轴对称均布载荷薄圆平板的应力有以下特点：(1)板内为二向应力r，平行于中面各层相互之间的正应力及剪力引起的切应力均可予以忽略；(2)正应力r、沿板厚度呈直线分布，在板的上下表面有最大值，是纯弯曲应力；(3)应力沿半径的分布与周边支承方式有关，在工程实际中的圆平板周边支承是介于固支和简支两者之间的形式；(4)薄板结构的最大弯曲应力max与(Rt)2成正比，而薄壳的最大拉(压)应力 与Rt成正比，故在相同R/t条件下，薄板所
15、需厚度比薄壳大。,圆平板问题,圆平板问题,对于周边简(铰)支情况来说，最大挠度和最大应力均发生在圆板中心处，而对于周边固支情况来说，最大挠度发生在中心处，最大应力发生在圆板周边处，如图所示。,圆平板问题,支承的影响：周边简(铰)支板的最大正应力大于周边固支板的应力，周边简(铰)支板的最大挠度远大于周边固支板的挠度。通常最大挠度和最大应力与圆平板的材料(E、)、半径、厚度有关。因此，若构成板的材料和载荷已确定，则减小半径或增加厚度都可减小挠度和降低最大正应力。欲提高平板的强度和刚度。多是采用改变其周边支承结构，使它更趋近于固支条件；增加圆平板厚度或用正交栅格、圆环肋加固平板等方法来实现。,薄壳压
16、力容器有力矩问题简述,受压薄壳部件独立变形情况如图左 受压薄壳整体实际变形情况如图右 等厚度薄壳产生变形不一致的原因 应力突变（如球壳的周向应力比圆筒壳的周向应力小，球壳的周向应变比圆筒壳的周向应变小，导致球壳的半径增大小于圆筒壳的半径的增大量） 曲率突变（球壳的曲率半径为有限定值，而圆筒的第一曲率半径无限大，力学分析证明曲率变化引起弯曲应力）,一般回转薄壳产生弯曲应力的原因 应力突变 几何曲率突变 刚度突变（如圆平板与圆筒壳的连接，平板在其面内的刚度比圆筒在同一面内的刚度大得多，平板的径向应变比圆筒小很多） 壳体厚度突变 载荷突变（如支承处）、载荷不对称、存在集中力和力偶、存在圆周方向的法向
17、线性分布载荷 材料性能突变 均匀应力引起曲壳的拉伸，使其曲率发生变化，产生弯曲应力。由于变形限制在弹性范围内，这一弯曲应力相对薄膜应力是微量。,薄壳压力容器有力矩问题简述,边缘应力的概念 不连续部位：壳体连接处和支承处 不连续部位的力学分析法（力法）：把壳体的解分解为薄膜解和有矩解。薄膜解用无力矩理论求解。有矩解采用如图计算模型，求解保证不连续部位的变形协调而产生的边缘力P0和边缘弯矩M0。分别建立在P0和M0以及介质压力作用下，使不连续部位的两壳体的径向位移和转角保持相等的两个方程，可求出P0和M0。然后把它们代入有力矩解方程中，求出它们产生的应力。 边缘应力：由边缘力和边缘弯矩引起的应力,
18、薄壳压力容器有力矩问题简述,边缘应力的特点 边缘应力的类型：使不连续部位发生转角变化的是弯曲应力，沿壳体厚度线性变化；使平行圆胀缩的主要是沿壁厚均匀分布的应力，属薄膜应力 边缘应力的局部性：边缘应力仅局限在不连续部位附近，称为边缘应力的局部性。其作用范围与（R）1/2同一量级。理论分析表明，边缘应力在边缘附近区域较大，很快衰减到零 边缘应力的自限性：当壳体材料具有良好的塑性，在边缘附近边缘应力值很高时，会使材料发生屈服，自动使边缘应力限制在一定范围。又因边缘应力的局部性，屈服区被广大弹性区包围，从而不致使塑性区发生整体性塑性流动，造成壳体破裂。 边缘应力的性质：保持边缘区的连续协调性，壳体内的
19、自平衡力系产生的应力。,薄壳压力容器有力矩问题简述,回转薄壳无力矩理论的适用条件,壳体的几何：壳体厚度、曲率半径不得有突变 壳体的材料：壳体材料的物理性能相同 受力情况：不能有集中力、不能有垂直于壳面法向的力和力矩、分布面力必须轴对称 边界支承情况：只可有沿切线方向的约束，而且边界处转角与挠度不应受到约束,“规则设计”对边缘应力的处理方法,壳体连接处采用挠性结构：如圆弧过渡、不等厚板削薄连接 局部加强措施：如锥壳的加厚段 减少外界引起的附加应力：如焊接残余应力、支座处的集中应力、开孔接管处的应力集中,压力容器应力分类简述,应力分类的原因： 应力产生的原因不同：如薄膜应力是由于与外力平衡而产生的
20、；边缘应力是由于保持不连续处的变形协调而产生的 应力沿壳体壁厚的分布规律不同：如薄膜应力是均匀分布；边缘弯曲应力是线性分布 对壳体失效的贡献不同：与外力平衡产生的应力无自限性，对失效的贡献大；有自限性的应力对失效的贡献小 应力分类的原则： 按应力产生的原因 按应力的分布 按对失效的影响,压力容器应力分类简述,应力分类： 一次应力（P）：平衡压力与其它机械载荷的应力。它是维持结构各部分平衡直接需要的应力，无自限性，随外载荷增加而增加，直至容器破坏 按沿壳体壁厚分布的情况可分为： 一次总体薄膜应力（Pm）：如回转壳中薄膜应力 一次弯曲应力（Pb）：如平板封头中的线性分布弯曲应力 局部薄膜应力（PL
21、）：由内压和其它机械载荷引起的薄膜应力及边缘应力中的薄膜应力部分的统称，即局部应力区中薄膜应力的总量,压力容器应力分类简述,应力分类： 二次应力（Q）：为满足相邻元件间的约束或结构自身变形的连续性要求的应力，具有局部性和自限性。即满足变形协调要求的附加应力。如边缘应力、温差引起的应力。 峰值应力（F）：附加在一次加二次应力之上的应力增量。此增量源于局部不连续或局部热应力的影响。沿壳体厚度方向非线性分布，影响到1/4厚度范围内，数值很大。具有局部性和自限性。是疲劳裂纹产生的根源或可能断裂的原因，危险程度较低。如在接管根部的应力存在峰值应力,压力容器应力分类简述,压力容器分析设计规范对各类应力强度
22、的限制 PmSm（许用应力强度） PL1.5Sm Pm或PL+Pb1.5Sm (Pm或PL+Pb)+Q3Sm (Pm或PL+Pb)+Q+FSa(许用应力幅),压力容器应力分类简述,压力容器设计,规则设计标准、方法和强度准则： GB150等等 各部件单独设计，总体结构不连续的附加应力，以应力增强系数和形状系数的形式引入壁厚计算式，并将这些局部应力控制在许用范围内 GB150采用弹性失效准则的最大主应力理论 分析设计标准、方法和强度准则： JB4732 各部件单独设计厚度，然后再详细考虑需要进行应力分析的部位，准确计算容器内重要部位的应力分布情况，然后根据产生应力的原因不同，对应力进行分类 对不同
23、类别的应力采用不同的强度准则进行限制,压力容器设计的内容 GB150按承压性质压力容器设计分： 内压容器设计 外压容器设计 内压容器按强度设计，采用薄壳理论。对总体结构不连续部位，在壁厚计算式中，考虑边缘处应力增强系数或形状系数进行修正 外压容器的失效属稳定性破坏，GB150采用图解法迭代计算 开孔接管、支座处的局部应力，采用局部处理或整体简化模型处理。如开孔补强；对立式容器校核支座处局部应力，对于卧式容器除校核支座处应力外，采用Zick的简化模型对筒体进行校核 法兰密封和强度设计 支座设计,压力容器设计,内压球壳的强度计算： 壁厚计算式的推导： 校核计算式： 设计温度下最大允许工作压力：,压
24、力容器设计,内压圆筒强度计算 壁厚计算式推导（最大应力为周向应力）： 校核计算式： 设计温度下最大允许工作压力：,压力容器设计,内压椭圆形封头（凹面受压）： 壁厚计算式： 设计温度下最大允许工作压力：,压力容器设计,内压碟形封头（凹面受压）： 壁厚计算式： 设计温度下最大允许工作压力：,压力容器设计,GB150其它受内压封头 球冠形封头(凹面受压)（用增强系数修正筒体壁厚计算式）： 直接作封头 分隔两独立受压室的中间封头,压力容器设计,GB150其它受内压封头 锥壳封头（半锥角60时按平盖计算）： 无折边锥壳 当半锥角30时可采用（大小端如需增强，用增强系数修正筒体壁厚计算式） 大端折边锥壳当
25、半锥角3045时采用，过渡段转角半径r应不小于封头大端内直径Di的10%，且不小于该过渡段厚度的3倍（小端如需增强，用增强系数修正筒体壁厚计算式）；当45时小端也采用过渡段，用增强系数修正筒体壁厚计算式计算过渡段壁厚，小端过渡段转角半径rs应不小于封头小端内直径Dis的5%，且不小于该过渡段厚度的3倍,压力容器设计,GB150其它受内压封头 变径段 平盖,压力容器设计,外压圆筒和外压管子设计 D0/e20的圆筒和管子 假定n，令e=n-C，定出L/D0和D0/e； 在外压圆筒和管子的几何参数计算图的左方找到L/D0值，过此点沿水平方向右移与D0/e线相交（遇中间值用内插法），若L/D0值大于5
26、0，则用L/D0=50查图，若L/D0值小于0.05，则用L/D0=0.05查图； 过此交点沿垂直方向下移，在图的下方得到系数A；,压力容器设计,按所用材料选用适当的材料计算图，在图的下方找到系数A； 若A值落在设计温度下材料的右方，则过此点垂直上移，与设计温度下的材料线相交（遇中间温度值用内插法），再过此交点水平方向右移，在图的右方得到系数B，并按下式计算许用外压力p： 若所得A值落在设计温度下材料线的左方，则用下式计算许用外压力p： p应大于或等于pc，否则须再假设n，重复上述计算，直到p大于且接近pc为止,压力容器设计,外压圆筒和外压管子设计 D0/e20的圆筒和管子 用与上面相同的步骤
27、得到系数B值，但对D0/e4.0的圆筒和管子按下式计算系数A值: 系数A0.1时，取A=0.1； 按下式计算许用外压力p： 0应力，取以下两值中的较小值 0=2t 0=0.9st或0.90.2t p应大于或等于pc,否则须再假设n,重复上述计算,直到p大于且接近pc为止,压力容器设计,GB150其它外压壳体 球壳 外压椭圆形封头（凸面受压） 外压碟形封头（凸面受压） 球冠形封头（凸面受压） 外压锥壳封头 加强圈设计,压力容器设计,各种壳体厚度的定义 计算厚度 ：按强度计算得到的厚度 设计厚度d：计算厚度与腐蚀裕量C2之和。d=+C2 名义厚度n：设计厚度加上钢板负偏差C1向上圆整至钢材标准规格
28、的厚度，即图样上注明的厚度，其值不小于设计厚度 有效厚度e：e=n-C1-C2 毛坯厚度：名义厚度加上加工减薄量,压力容器设计,设计参数确定 设计压力p：设定的容器顶部的最高压力，与之相应的设计温度一起作为设计载荷，其值不低于工作压力 设计压力的确定按GB150第3.5.1节规定具体的可参照HG20581的规定（见下页） 计算压力pc：在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。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 工作压力：在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力,压力容器设计,设计温度：容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度 设计温度的确定按GB
29、150第3.5.2节规定 金属温度：容器受压元件沿截面厚度的平均温度 焊接接头系数：表示焊缝区金属强度与母材金属强度的比值。对钢制容器（对非钢制容器按容规表3-5规定）： 双面焊或相当于双面焊的全焊透对接接头： 100%无损探伤 =1.00 局部无损探伤 =0.85 单面焊的对接接头(沿焊缝根部全长具有紧贴基本金属的垫板)： 100%无损探伤 =0.90 局部无损探伤 =0.80,压力容器设计,钢材厚度负偏差C1：按钢材标准的规定选取。GB708（24mm）、GB709（4.560mm）、GB6654规定厚度大于60至100mm钢材厚度负偏差为1.5mm。GB150的3.5.5.1规定，当钢材
30、的厚度负偏差不大于0.25mm且不超过名义厚度的6%时，可取C1=0 腐蚀裕量C2：GB150的3.5.5.2规定，为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损而导致厚度减薄，应考虑腐蚀裕量。 对有腐蚀或磨损的元件，应根据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量 容器各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量 介质为压缩空气、水蒸汽或水的碳素钢或低合金钢制容器，腐蚀裕量不小于1mm,压力容器设计,壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度： 圆筒的最小厚度： 对碳素钢、低合金钢制容器，不小于3mm 对高合金钢制容器，不小于2mm 椭圆形封头、碟形封头的有效厚度： 对于标准椭圆形封头和Ri=0
31、.9Di，r=0.17Di的碟形封头，其有效厚度应不小于封头内直径的0.15% 对于其它椭圆形封头和碟形封头，其有效厚度不小于封头内直径的0.30% 确定封头厚度时，考虑了内压下的弹性失稳，或按分析法设计时，可不受上述限制 许用应力：按GB150第四章选取,压力容器设计,GB150第四章材料的许用应力是依据表31的相应应 力强度和安全系数确定的：,压力容器设计,压力试验 压力试验的目的：检查容器在超工作压力下的宏观强度，包括材料的缺陷、容器各部分的变形、焊接接管的强度和容器法兰连接的泄露检查等 压力试验的种类：液压、气压 一般性规定： 试验用液体温度：应低于其闪点或沸点。为了避免试验时发生低温
32、脆性破坏，对于碳素钢、16MnR和正火15MnVR钢制容器液压试验时，液体温度不得低于5；其他低合金钢制容器，液压试验时液体温度不得低于15。 奥氏体不锈钢制容器用水进行液压试验后应将水渍去干净。当无法达到这一要求时，应控制水的氯离子含量不超过25mg/L,压力容器设计,压力试验 一般性规定： 一般采用液压试验。对于不适合作液压试验的容器，例如容器内不允许有微量残留液体，或由于结构原因不能充满液体的容器，可采用气压试验，作气压试验的容器必须满足GB150的10.9.5的要求 外压容器和真空容器以内压进行压力试验 对于由两个（或两个以上）压力室组成的容器，应在图样上分别注明各个压力室的试验压力，
33、并校核相邻壳壁在试验压力下的稳定性。如果不能满足稳定要求，则应规定在作压力试验时，相邻压力室内必须保持一定压力，以使整个试验过程（包括升压、保压和卸压）中的任一时间内，各压力室的压力差不超过允许压差，图样上应注明这一要求和允许压差值,压力容器的压力试验,压力试验 试验压力的最低值按下述规定： 内压容器 液压试验： 气压试验： 容器各元件（圆筒、封头、接管、法兰及紧固件等）所用材料不同时，应取各元件材料的/t比值中最小者,压力容器的压力试验,压力试验 试验压力的最低值按下述规定： 外压容器 液压试验： 气压试验：,压力容器的压力试验,压力试验 压力试验前的应力校核 圆筒试验压力下的应力： 限制条
34、件： 液压试验时：T0.9s(0.2) 气压试验时：T0.8s(0.2),压力容器的压力试验,气密性试验 介质毒性程度为极度或高度危害的容器，应在压力试验合格后进行气密性试验。需作气密性试验时，试验压力、试验介质和检验要求应在图样上注明 HG20584规定应作气密性试验的压力容器为： 介质为易燃易爆的 介质毒性程度为极度或高度危害的 较高真空度要求的 有微量泄漏危机容器安全的（衬里容器）,压力容器的压力试验,关于压力容器材料代用问题 1 关于压力容器材料“以厚代薄”问题 对于原设计中筒体与封头之间为等厚度焊接的容器，制造单位对容器壳体个别部件进行“以厚代薄”(如仅增加封头厚度而筒体厚度不变)时
35、，势必增加容器壳体的几何不连续程度，从而引起应力集中，使封头与筒体连接部位的局部应力增大。这种不利影响对有应力腐蚀倾向的容器、受交变载荷的容器等都有很大危害。例如：某液化石油气储罐(详见中国锅炉压力容器安全杂志1993第4期刊载的液化石油气储罐高应力裂纹的产生和修复一文)，该 容器封头与筒体环缝内壁热影响区处的3条裂纹的产生就与制造单位对封头材料的“以厚代薄”有关。对于受交变载荷的容器，几何不连续引起的应力集中，则有可能引起疲劳裂纹甚至疲劳断裂。,关于压力容器材料代用问题,压力试验 压力试验的免除问题。GB150(见第1号修改单)中3.9规定：“对不能按3.8的规 定做压力试验的容器，设计单位
36、应提出确保容器安全运行的 措施，经设计单位技术负责人批准，并在图样上注明。”对 此条的理解存在两个问题：什么情况下压力试验可以免除？ 需要采取哪些措施？压力试验的免除是仅仅针对那些不可能进行压力试验的 现场组焊的大型压力容器，如催化裂化装置中的有隔热层大 型反应器和再生器，基础不能承受试验液体重量的压力容器 等，不能作为一般在制造厂内生产的压力容器不进行压力试 验的依据。,压力容器的压力试验,压力试验 压力试验的免除问题。压力试验免除相当于减少了压力容器制造过程中的一个 检验环节，当然应当采取相应的措施以保证压力容器的安全 质量。所采取的措施取决于使用者和设计者对容器的要求，一 般性的措施如下
37、： (1)提高对压力容器材料的要求：化学成分、力学性能和检验要求。 (2)提高结构设计要求：尽量采用全焊透接头，避免严重的几何不连续。 (3)提高无损检测的比例和级别。 (4)提高容器的超压泄放的能力。,压力容器的压力试验,气密性试验 介质毒性程度为极度或高度危害的容器，应在压力试验合格后进行气密性试验。需作气密性试验时，试验压力、试验介质和检验要求应在图样上注明 HG20584规定应作气密性试验的压力容器为： 介质为易燃易爆的 介质毒性程度为极度或高度危害的 较高真空度要求的 有微量泄漏危机容器安全的（衬里容器）,压力容器的压力试验,谢谢大家,相关复习思考题,填空题 薄壳的厚度与中面曲率半径
38、R之比/R0.1。 设计厚度d是：计算厚度加上腐蚀裕量C2（或+C2）。 设计压力和设计温度一起作为设计载荷。 标准椭圆形封头的有效厚度不应小于封头内直径的0.15%。 压力试验的种类有：液压试验和气压试验两种。,选择题 回转薄壳的轴对称力学问题要求几何形状、承受载荷、边界支承均对旋转轴对称。 A 承受载荷 B 坐标轴 C 旋转轴 D 面力载荷 回转薄壳有矩理论的内力有：横向剪力Q、弯矩M和弯矩M。 A 横向剪力Q B 扭矩MT C 弯矩M D 横向剪力Q 下列哪些是一般回转薄壳产生弯曲应力的原因：壳体厚度突变、壳体几何曲率突变、材料性能突变、存在圆周方向的法线性分布载荷。 A 存在圆周方向的
39、法线性分布载荷 B 壳体几何曲率突变 C 沿对称轴方向分布面力载荷连续变化 D 材料性能突变,相关复习思考题,选择题 一次应力包括：一次总体薄膜应力、一次弯曲应力、局部薄膜应力。 A 一次总体薄膜应力 B 一次弯曲应力 C 局部薄膜应力 D 保持壳体变形连续性的应力 GB150中压力试验的压力，规定的是：最低值。在内压容器的试验压力计算式中，容器各元件所用材料不同时，应取各元件材料/t比值中的最小者。 A 最高值 B 最低值 C 最大者 D 最小者,相关复习思考题,是非判断题 薄膜应力沿壳体厚度均匀分布。 () 承受气体压力的圆锥壳体内，经向应力是周向应力的1/2。 () 承受气体压力的椭圆形
40、壳体周向应力在任何a/b值下均为拉应力。 () 在任何a/b值下，作用内压的椭圆形壳体的失效形式均是强度破坏。 () 名义厚度包含加工减薄量。 (),相关复习思考题,简答题 写出用应力分量表示的微体和区域平衡方程式。 一般情况下，内压容器的失效属哪种失效形式？外压容器的失效又属哪种失效形式？ 答：内压容器属强度失效。外压容器属稳定性失效。 GB150的强度计算采用的是哪种失效准则和强度理论？ 答：采用的是弹性失效准则，最大主应力理论。 什么情况下应作气密性试验？ 答：介质毒性程度为极度或高度危害的容器，应在压力试验合格后进行气密性试验。,相关复习思考题,简答题 什麽是容器的计算厚度？ 答：满足容器强度、刚度和稳定性的厚度为计算厚度。,相关复习思考题,五、计算题.已知一台圆筒形容器的内径D3800mm.设计压为 0.4Mpa（不计液体静压力）设计温度为20, 盛装轻度 危害介质，采用符合JB/T47462002的椭圆封头,材料 为GB6654-1996中的钢板，b=345Mpa,s=510Mpa 腐蚀裕度1mm，封头拼接接头系数为1，根据GB150- 1998钢制压力容器规定试计算该封头的计算厚 度，设计厚度和名义厚度？（应写出计算过程）。,相关复习思考题,谢谢大家,
