【正文】 三 .壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 5. 安全系數(shù) 安全系數(shù)發(fā)展的歷史與趨向 ? 單一走向多元 nb(強(qiáng)度 )、 ns(屈服 )、 nst(設(shè)計(jì)溫度下屈服 )、 nD(持久 )、 nn(蠕變 )。 ? 設(shè)計(jì)誤差 。 腐蝕裕量 年腐蝕速率 設(shè)計(jì)壽命，指均勻腐蝕。 三 .壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 3. 失效判據(jù) (準(zhǔn)則 )的選擇 失效判據(jù) (準(zhǔn)則 )的分類(lèi)及選擇 ? 爆破失效判據(jù) 因材料屈服強(qiáng)化 ， 內(nèi) 、 外壁材料同時(shí)進(jìn)入塑性仍不會(huì)破壞 ， 應(yīng)力直至材料強(qiáng)度限前均可使用 ， 我國(guó)超高壓容器設(shè)計(jì)采用 。 ? 第四強(qiáng)度理論 （ 能量理論 ） ~均方根剪應(yīng)力 （ 考慮最大剪應(yīng)力的同時(shí) ， 兼顧其他剪應(yīng)力對(duì)安全的影響 ） 達(dá)到或超過(guò)材料屈服極限構(gòu)件即破壞 （ 塑性屈服 ） ， 最適用壓力容器 ， 但需試算使用不便 。 三 . 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 2. 強(qiáng)度理論的選擇 強(qiáng)度理論的作用 ——在外載引起的應(yīng)力與材料極限應(yīng)力間建立聯(lián)系 ， 以便計(jì)算壁厚 。 3．按制造方法有焊接容器、鍛造容器，鉚接容器、鑄造容器及各式組合制造容器之分。 （ 六） 《 容規(guī) 》 對(duì)壓力容器的分類(lèi) ? 為有利于安全技術(shù)管理和監(jiān)督檢查，根據(jù)容器的壓力高低，介質(zhì)的危害程度等， 《 容規(guī) 》 將其適用范圍的容器劃分為三類(lèi)。如分離器，過(guò)濾器、集油器，緩沖器，貯能器，洗滌器，吸收塔，銅洗塔，干燥塔等。如反應(yīng)器，反應(yīng)釜、發(fā)生器、分解鍋、分解塔、聚合釜，高壓釜，合成塔，變換爐，蒸煮鍋，蒸球等。其主要用途是裝運(yùn)有壓力的氣體。 （三）按設(shè)計(jì)溫度分類(lèi) 按設(shè)計(jì)溫度 (t)的高低，壓力容器可分為低溫容器 (t≤20℃ )，常溫容器 (—20℃ t450℃ )和高溫容器 (t ≥ 450℃ )． （四）從安全技術(shù)管理角度分類(lèi) 按安全技術(shù)管理分類(lèi)，壓力容器可分為固定式容器和移動(dòng)式容器兩大類(lèi)。 ? 4．超高壓容器： 100MPa。根據(jù)不同壓力容器可有許多分類(lèi)方法，常用的有以下幾種． （一）按壓力分類(lèi) 按所承受壓力 (P)的高低，壓力容器可分為低壓，中壓，高壓，超高壓四個(gè)等級(jí)。 （二）溫度 ? 1．介質(zhì)溫度，系指容器內(nèi)工作介質(zhì)的溫度，可以用測(cè)溫儀表測(cè)得． ? ；壓力容器的設(shè)計(jì)溫度不同于其內(nèi)部介質(zhì)可能達(dá)到的溫度，系容器在正常工作過(guò)程中，在相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力下，表壁或元件金屬可能達(dá)到的最高或最低溫度。 3． 設(shè)計(jì)壓力 指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下用以確定容器計(jì)算壁厚及其元件尺寸的壓力。 2．最高工作壓力。壓力容器運(yùn)行時(shí)的壓力是用壓力表來(lái)測(cè)量的，表上所顯示的壓力值為表壓力。 2．剛度：剛性是在外力作用（制造、運(yùn)輸、安裝與使用）下產(chǎn) 生不允許的彈性變形，如法蘭（密封）、管板等； 3．穩(wěn)定性：在外力作用下防止突然失去原有形狀的穩(wěn)定性，如外壓及真空容器。 值得注意的是，這里所說(shuō)的液體，是指常溫下的液體，不包括最高工作溫度高于其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn) (即標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn) )。 一般說(shuō)來(lái)，壓力容器發(fā)生爆炸事故時(shí)，其危害性大小與工作介質(zhì)的狀態(tài)、工作壓力及容器的容積等因素有關(guān)。也就是對(duì)壓力容器劃個(gè)界限，哪些按一般設(shè)備對(duì)待，哪些按特殊設(shè)備對(duì)待。 ? 注意： 常用的壓力容器中，氣體壓力在容器外增大的較多，在容器內(nèi)增大的較少。 ? 由于氣體介質(zhì)在容器內(nèi)受熱而產(chǎn)生或顯著增加壓力。由于在相同壓力下水蒸汽的體積是飽和水的 1000多倍 . 容器的氣體壓力產(chǎn)生于容器內(nèi)時(shí)，其原因有：容器內(nèi)介質(zhì)的聚集狀態(tài)發(fā)生改變；氣體介質(zhì)在容器內(nèi)受熱，溫度急劇升高；介質(zhì)在容器內(nèi)發(fā)生體積增大的化學(xué)反應(yīng)等。氣體壓縮機(jī)主要有容積型和速度型兩類(lèi)。 二、壓力容器的壓力源 容器所盛裝的，或在容器內(nèi)參加反應(yīng)的物質(zhì)，稱(chēng)之為工作介質(zhì)。壓力容器審核員培訓(xùn) 壓力容器基礎(chǔ)知識(shí) 濟(jì)南市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究所 毛文幫 2022年 12月 壓力容器簡(jiǎn)介 一、廣義壓力容器的定義 所謂容器，通常的說(shuō)法是：由物體構(gòu)成用于盛裝物料的空間構(gòu)件。 常用壓力容器的工作介質(zhì)是各種氣體、水蒸汽或液體，我們這里主要講氣體介質(zhì)的壓力來(lái)源。容積型氣體壓縮機(jī)是通過(guò)縮小氣體的體積，增加氣體的密度來(lái)提高氣體壓力的。由于介質(zhì)的聚集狀態(tài)發(fā)生改變而產(chǎn)生或增加壓力的，一般是由于液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)在容器內(nèi)受熱 (如周?chē)h(huán)境溫度升高，容器內(nèi)其他物料發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng)等 )、蒸發(fā)或分解為氣體，體積劇烈膨脹，但因受到容器容積的限制，氣體密度大為增加，因而在器內(nèi)產(chǎn)生壓力或使原有的氣體壓力增加。例如有些貯裝易于發(fā)生聚合反應(yīng)的氣體容器 (如某些碳?xì)浠衔镔A罐 )，在合適條件下單分子氣體可以局部發(fā)生聚合反應(yīng)，產(chǎn)生大量的聚合熱，使容器內(nèi)的氣體受熱，溫度大幅度上升，使壓力劇烈增高，有時(shí)還會(huì)因此而發(fā)生容器超壓爆破事故。但后者危險(xiǎn)性較大，對(duì)壓力控制的要求也更嚴(yán)格。因而所講得的系指按特殊設(shè)備對(duì)待的壓力容器。 ? 工作介質(zhì)是液體的壓力容器，由于液體的壓縮性極小，容器爆破時(shí)其膨脹功，即所釋放的能量很小，危害性也小。 ? 《 特種設(shè)備安全監(jiān)察條例 》 、 《 容規(guī) 》 對(duì)壓力容器有相應(yīng)的界定 四、壓力容器的基本要求 1．強(qiáng)度：金屬抵抗永久變形和斷裂的能力。 4．耐久性 5．密封性 五、壓力容器的工藝參數(shù) 壓力容器的工藝參數(shù)是由生產(chǎn)的工藝要求確定的，是進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)和安全操作的主要依據(jù)。在各種壓力容器的規(guī)范中，經(jīng)常出現(xiàn)工作壓力、最高工作壓力和設(shè)計(jì)壓力等概念，觀將其定義分述如下。系指容器頂部在工藝操作過(guò)程中可能產(chǎn)生的最大表壓力 (即不包括液體靜壓力 )。一般不小于最高工作壓力，由于考慮問(wèn)題的角度不一樣，不同規(guī)范對(duì)設(shè)計(jì)壓力的選取原則可能會(huì)略有差異。 ? 《 設(shè)計(jì)規(guī)定 》 ，對(duì)設(shè)計(jì)溫度的選取有如下規(guī)定： ? (1)當(dāng)容器的各個(gè)部位在工作過(guò)程中可能產(chǎn)生不同溫度時(shí)，可取預(yù)計(jì)的不同溫度作為各相應(yīng)部位的設(shè)計(jì)溫度。具體劃分如下： ? 1．低壓容器， 0.]≤P 。 （二）按殼體承壓方式分類(lèi) 按殼體承壓方式不同，壓力容器可分為內(nèi)壓 (殼體內(nèi)部承受介質(zhì)壓力 )容器和外壓 (殼體外部承受介質(zhì)壓力 )容器兩大類(lèi)。 1．固定式容器系指有固定的安裝和使用地點(diǎn)，工藝條件和使用操作人員也比較固定，是用管道與其他設(shè)備相連接的容器。這類(lèi)容器無(wú)固定使用地點(diǎn)，一般也沒(méi)有專(zhuān)職的使用操作人員，使用環(huán)境經(jīng)常變遷，管理比較復(fù)雜，較易發(fā)生事故。 2．換熱容器，系指主要用來(lái)完成介質(zhì)的熱量交換的容器。 4．貯運(yùn)容器，系指主要用來(lái)盛裝生產(chǎn)和生活用的原料氣體，液體、液化氣體等的容器。 （七）其他分類(lèi)方法 1．按容器的壁厚有薄壁容器和厚壁容器之分。 4．按結(jié)構(gòu)材料可有鋼制容器，鑄鐵容器，有色金屬容器和非金屬容器之分。 主要強(qiáng)度理論的分類(lèi)及選擇 ? 第一強(qiáng)度理論 （ 最大主應(yīng)力理論 ） ~是最大主應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)材料強(qiáng)度極限構(gòu)件即破壞 （ 脆斷 ） 。 三 . 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 3. 失效判據(jù) （ 準(zhǔn)則 ） 的選擇 失效判據(jù)的作用 ~設(shè)定整部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 （ 即產(chǎn)品 ） 的安全底線 失效判據(jù) （ 準(zhǔn)則 ） 的分類(lèi)及選擇 ? 彈性失效判據(jù) ~容器在整個(gè)使用過(guò)程 （ 含耐壓試驗(yàn) ） 材料應(yīng)處于彈性 ， 不得屈服 。 4. 設(shè)計(jì)條件的確定 設(shè)計(jì)條件的作用 設(shè)計(jì)依據(jù) 設(shè)計(jì)條件包含的內(nèi)容 主要為壓力、溫度、介質(zhì)、腐蝕裕量、焊縫系數(shù)，自然基礎(chǔ)條件等。對(duì)應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕及氫腐蝕等需采用其他（如選材）解決。 ? 材料誤差 。 取五者中最小許用應(yīng)力 ?？紤]焊縫對(duì)容器強(qiáng)度的削弱，用整個(gè)增加壁厚的方式補(bǔ)足 . 焊縫系數(shù)的選取 依焊接接頭型式及無(wú)損檢測(cè)長(zhǎng)度（比例）確定。 設(shè)計(jì)時(shí)因難以搞清開(kāi)孔與焊縫的相對(duì)位置 ， 故均按在焊 縫上進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì) ， 制造時(shí)應(yīng)盡量使開(kāi)孔遠(yuǎn)離焊 縫 。 為減少計(jì)算工作量，避免錯(cuò)誤，將常用規(guī)格的封頭、 法蘭編制成標(biāo)準(zhǔn)封頭、標(biāo)準(zhǔn)法蘭，供設(shè)計(jì)者選用，并 非限制設(shè)計(jì)者自行設(shè)計(jì)計(jì)算。 ? 二者的制造檢驗(yàn)要求無(wú)本質(zhì)差別，僅 JB4732要求更嚴(yán)格，如不允許采用局部無(wú)損檢測(cè)、每臺(tái)容器均制備產(chǎn)品焊接試板、對(duì)接管開(kāi)孔倒圓倒角有明確要求、疲勞容器不得保留焊縫余高等。 一次膜應(yīng)力對(duì)容器安全影響最大，應(yīng)嚴(yán)格限制；對(duì)一次彎曲應(yīng)力的限制可稍寬。 對(duì)二次應(yīng)力的限制寬于一次應(yīng)力。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求是安全、方便制造與檢驗(yàn)。 四 . 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求 2. 筒體結(jié)構(gòu) 組合式 ?滿(mǎn)足 強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性需要的厚度（不含耐蝕層）由板 板、板 帶、板 絲組合而成，主要用于高壓容器。受力前優(yōu)于后，制造方便后優(yōu)于前。 （無(wú)折邊）、 45176。 法蘭按其整體性程度分為三種 : ?整體法蘭 法蘭、法蘭頸與容器（或接管）合為一整體，強(qiáng)度與剛性好，連接與密封效果好，但加工困難； ?松式法蘭 法蘭未能與容器（或接管）有效合為一整體，連接與密封效果較差，但加工方便； ?任意式法蘭 — 介于二者之間。 開(kāi)孔（尤其是大孔）盡量開(kāi)在強(qiáng)度裕量大的部位，如平蓋、筒體端部，它們的厚度是由剛性及螺栓個(gè)數(shù)、排列與上緊空 間決定的。 對(duì)法蘭螺栓通孔、地腳螺栓通孔跨中均布的考慮。 ? 對(duì)容器的主要危害為應(yīng)力腐蝕。 ? 液壓試驗(yàn)的危險(xiǎn)性主要來(lái)自能量觀點(diǎn)（ P 五 .壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 3. 耐壓試驗(yàn)與氣密性試驗(yàn) 氣密試驗(yàn) ? 目的 檢漏 ? 條件 極度高度危害介質(zhì) 。貼脹在管板孔內(nèi)表面可不開(kāi)槽。強(qiáng)度脹可單獨(dú)使用，亦可與密封焊聯(lián)合使用，對(duì)重要場(chǎng)合亦可與強(qiáng)度焊聯(lián)合使用。 八、壓力容器主要失效方式 1． 人們對(duì)失效方式的認(rèn)識(shí)過(guò)程 對(duì)壓力容器失效方式的最初認(rèn)識(shí)只是防止爆炸 ， 并為此而制訂相應(yīng)的建造規(guī)范 （ 如 ASME） 。 八、壓力容器主要失效方式 2． 壓力容器可能存在的八種失效方式： 過(guò)量的彈性變形 ， 包括彈性不穩(wěn)定 過(guò)量的塑性變形 脆性斷裂