K修本量王澤軍大津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院2024年3月 壓力容器設(shè)計(jì)涉及材料、結(jié)構(gòu)、載荷、強(qiáng)度、焊接、檢測(cè)試驗(yàn)、損傷、失效材料及其性能、焊接方法及焊接工藝、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用、損傷模式及其識(shí)別有其它課程。本課程以壓力容器設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度問題為核心，向檢驗(yàn)人員介紹與之相關(guān)的力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、強(qiáng)度理論和強(qiáng)度條件、(結(jié)構(gòu))及其承載特征、失效模式以及以此為基礎(chǔ)的強(qiáng)度分析理念和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)計(jì)算方法等。(并少量涉及剛度、穩(wěn)定性概念)有限元法概論全部取消)2025/3/6天津特檢天津特檢課程核心思路：應(yīng)力水平設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(判據(jù))、以強(qiáng)度為主，少量涉及剛度和穩(wěn)定性。壓力容器設(shè)計(jì)限制值天濾捻拾天濾捻拾壓力容器設(shè)計(jì)1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要3壓力容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)—典型部件的計(jì)算5壓力容器分析設(shè)計(jì)：應(yīng)力分類法6壓力容器分析設(shè)計(jì)：疲勞評(píng)定天津特捻天津特捻壓力容器設(shè)計(jì)1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要3壓力容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)—典型部件的計(jì)算5壓力容器分析設(shè)計(jì)：應(yīng)力分類法6壓力容器分析設(shè)計(jì)：疲勞評(píng)定天濾特拾天濾特拾1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)(1)應(yīng)力的概念單位面積的內(nèi)力稱為應(yīng)力A為橫截面面積；σ為法向應(yīng)力、正應(yīng)力，拉為正，壓為負(fù)A?為斜截面面積；t為剪應(yīng)力，正、負(fù)與坐標(biāo)軸相關(guān)法向應(yīng)力和剪應(yīng)力統(tǒng)稱為應(yīng)力，ISO單位為帕(Pa),定義為每平方米(m2)面積上承受1牛工程上常采用兆帕(MPa);換算關(guān)系為1MPa=10Pa=10?N/m2=1N/mm2≈100米水柱壓力天津特捻1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)(2)應(yīng)變的概念(2)應(yīng)變的概念線應(yīng)變：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量，用ε表示，△L/L在鋼材線彈性階段，對(duì)在鋼材線彈性階段，對(duì)一維問題，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：切應(yīng)變?chǔ)肊為彈性模量，也稱楊氏模量，為材料參數(shù)，單位Pa或MPa;G為剪切模量，為材料參數(shù)，單位Pa或MPa;u為泊桑比，也稱泊松比，又稱橫向變形系數(shù)，對(duì)常用鋼材在0.3左右。鋼材塑性變形時(shí)，存在塑性應(yīng)變，與彈性應(yīng)變組合在一起稱為彈塑性應(yīng)變當(dāng)溫度發(fā)生變化，由于熱脹冷縮，會(huì)存在熱應(yīng)變當(dāng)發(fā)生蠕變時(shí)，存在蠕變應(yīng)變天沫待拾1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)(3)一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的通用表達(dá)·主應(yīng)力——剪應(yīng)力為零的平面上的正應(yīng)力稱為主應(yīng)力。用σ?、σ?、o?表示。三個(gè)主應(yīng)力存在如下關(guān)系(代數(shù)值):σ≥0?≥03,為σ,叫做最大主應(yīng)力。三個(gè)主應(yīng)力的天津特檢天津特檢1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)旋轉(zhuǎn)殼體：壓力容器常采用的筒體、凸形封頭、同心錐形段(封頭)、球殼等，均為圍繞中心軸線的旋轉(zhuǎn)殼體。旋轉(zhuǎn)薄殼：中面是由一條平面曲線或直線繞同平面內(nèi)的軸線旋轉(zhuǎn)360°而成的薄殼，為旋轉(zhuǎn)薄殼。天沫待拾天沫待拾1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)旋轉(zhuǎn)殼體應(yīng)力計(jì)算方法：對(duì)旋轉(zhuǎn)殼體進(jìn)行力學(xué)分析，分為有矩理論和無(wú)矩理論。(2)殼體的邊界處不受剪力、彎矩和扭矩等外載荷作旋轉(zhuǎn)薄殼的應(yīng)力均勻內(nèi)壓力作用下旋轉(zhuǎn)薄殼的無(wú)矩理論一般解：承受介質(zhì)內(nèi)壓的旋轉(zhuǎn)薄殼，簡(jiǎn)化為二向應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)微元體平衡、區(qū)域平衡方程，可以推導(dǎo)無(wú)矩理論的薄膜解。經(jīng)向應(yīng)力環(huán)向應(yīng)力均布內(nèi)壓力作用下典型旋轉(zhuǎn)薄殼的應(yīng)力旋轉(zhuǎn)薄壁圓柱殼：經(jīng)向應(yīng)力(軸向應(yīng)力)環(huán)向應(yīng)力(周向應(yīng)力)旋轉(zhuǎn)薄壁球殼：經(jīng)向應(yīng)力(軸向應(yīng)力)=環(huán)向應(yīng)力(周向應(yīng)力)旋轉(zhuǎn)薄壁錐形殼體：經(jīng)向應(yīng)力環(huán)向應(yīng)力天濾特拾1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)均布內(nèi)壓力作用下典型旋轉(zhuǎn)薄殼的應(yīng)力旋轉(zhuǎn)薄壁橢球殼：經(jīng)向應(yīng)力環(huán)向應(yīng)力橢球頂點(diǎn)橢球赤道點(diǎn)天津特捻1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)試題示例對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，在承受內(nèi)壓力時(shí)，過渡轉(zhuǎn)角區(qū)存在最大(A)A.周向壓縮應(yīng)力B.徑向壓縮應(yīng)力C.周向拉伸應(yīng)力B.徑向拉伸應(yīng)力天沫待拾1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)在工程實(shí)際中，像合成氨、合成甲醇、合成尿素、油類加氫及壓水反應(yīng)堆等使用的高溫高壓容器及超高壓容器，壁厚往往較大。當(dāng)圓筒體的外徑與內(nèi)徑之比K>1.2時(shí)，屬于厚壁圓筒。內(nèi)壓作用下，厚壁圓筒的承載特征本質(zhì)上與薄壁圓筒并無(wú)區(qū)別。薄壁圓筒采用無(wú)矩理論薄膜解，不考慮彎曲應(yīng)力，由于內(nèi)壓力較小，也省略了半徑方向的應(yīng)力，而厚壁圓筒則均需要考慮。厚壁圓筒有單層式和多層式兩大類。下面將介紹單層厚壁圓筒的彈性應(yīng)力和彈塑性應(yīng)力，對(duì)多層厚壁容器的應(yīng)力分析，讀者可參閱相關(guān)文獻(xiàn)。天津特捻1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)壓作用下厚壁圓筒中的彈性應(yīng)力1.8時(shí)，內(nèi)表面的環(huán)向應(yīng)力高出外表面22%、48%、78%、112%。也就是說，隨著壁厚增加，環(huán)向應(yīng)力沿壁厚的不均勻性增加，如果以內(nèi)表面進(jìn)入屈服為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的話，壁厚外層的應(yīng)力會(huì)低于屈服強(qiáng)度很多，從而不能有效發(fā)揮材料的承載潛力。這樣引出一個(gè)概念：自增強(qiáng)天沫待拾天沫待拾1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)壓作用下厚壁圓筒中的彈塑性應(yīng)力隨著內(nèi)壓力增加，厚壁圓筒的內(nèi)表面(或者部分厚度)會(huì)進(jìn)入屈服，通過彈塑性力學(xué)方法顯式表達(dá)應(yīng)力分布(不詳細(xì)給出)。通過一個(gè)有限元算例來展示其彈塑性承載特征，容器內(nèi)半徑200mm、厚度60mm的厚壁容器，K=1.3,采用半球形封頭，材料屈服強(qiáng)度345MPa,設(shè)計(jì)壓力獲取環(huán)向應(yīng)力、軸向應(yīng)力和徑向應(yīng)力，來觀察筒壁應(yīng) 升壓到82MPa時(shí)，內(nèi)壁面開始出現(xiàn)屈服；升壓至100MPa后，約60%厚度屈服；卸載到0后存在明顯的殘余應(yīng)力，內(nèi)表面殘余環(huán)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力均為負(fù)值，代表內(nèi)表面殘余受壓；再次升壓至45MPa,由于殘余壓應(yīng)力的影響，內(nèi)表面環(huán)向應(yīng)力、軸向應(yīng)力均明顯小于首次加壓到升壓至45MPa升壓至45MPa升壓至100MPa降壓至0MPa再升軸中經(jīng)向.天沫待拾1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)自增強(qiáng)后筒體內(nèi)表面殘余環(huán)向應(yīng)變應(yīng)不超過2%,以控制過2025/3/61壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)(6)結(jié)構(gòu)不連續(xù)及其影響(6)結(jié)構(gòu)不連續(xù)及其影響所謂所謂結(jié)構(gòu)不連續(xù)，是指容器結(jié)構(gòu)的幾何特征發(fā)生突變的現(xiàn)象，但不是物理斷開。結(jié)構(gòu)不連續(xù)又分為總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)和局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)?？傮w結(jié)構(gòu)不連續(xù)總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)：“部件級(jí)”的結(jié)構(gòu)不連續(xù)，例如圖示各部件連接部位，另外管板、法蘭、不等厚連接、開孔接管部位、支承支座部位等均構(gòu)成總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)。承受壓力載荷后，總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)會(huì)在一定區(qū)域內(nèi)形成較高的邊緣應(yīng)力，也稱局部應(yīng)力局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)：局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)：是指“很小區(qū)域”的局部結(jié)構(gòu)突變形成的幾何不連續(xù)，典型位置包括焊趾、焊縫咬邊、錯(cuò)邊、根部未焊透、焊縫余高、腐蝕孔洞、表面溝槽、缺口、尖銳拐角等。結(jié)構(gòu)承受載荷時(shí)，在局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)位置，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力局部急劇增高的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力集中，其應(yīng)力水平會(huì)隨著與應(yīng)力峰值點(diǎn)距離的增加而迅速衰減。若總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)和局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)兩者重疊，則會(huì)出現(xiàn)局部應(yīng)力和應(yīng)力集中疊加現(xiàn)象。天濾特拾1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)為“不連續(xù)效應(yīng)”,更多地稱為“邊緣效應(yīng)”,引起的應(yīng)力稱為“邊緣應(yīng)邊緣應(yīng)力及其特征邊緣應(yīng)力及其特征碟形封頭碟形封頭碳形封頭與聞休等厚連接的豆力分布(2)√常規(guī)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度計(jì)算中大多不詳細(xì)計(jì)算邊緣應(yīng)力，按照沒有邊緣應(yīng)部增厚、限制結(jié)構(gòu)參數(shù)、限制使用壓力等來控制邊緣應(yīng)力的危害?！淘O(shè)計(jì)和在役檢驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)關(guān)注邊緣效應(yīng)或邊緣效應(yīng)與其它不利因素疊加帶來高局部應(yīng)常規(guī)設(shè)計(jì)中邊緣應(yīng)力區(qū)的局部增厚：示例球冠封頭與筒體連接的局部增厚結(jié)構(gòu)1壓力容器1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)開孔的碟形封頭：設(shè)計(jì)壓力0.6MPa,設(shè)計(jì)溫度40℃,介質(zhì)為壓縮空氣，材質(zhì)Q345R,容器類別：一類。給設(shè)計(jì)者的建議：(1)移動(dòng)接管位置；(2)增加接管/封頭厚度；(3)將接管變??；(4)接管頸內(nèi)伸.1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)邊緣應(yīng)力過大引起的開裂案例資料案例：某廠1000MW機(jī)組，P92主汽-高旁熱壓三通開裂。(ID337.72×135.15/238.26×60.74),8時(shí)，啟停47次。1)三通兩側(cè)肩部外壁過渡面曲率半徑超標(biāo)、兩側(cè)肩部?jī)?nèi)壁過渡面形狀不規(guī)則，按設(shè)計(jì)時(shí)的許用應(yīng)力校核未裂透?jìng)?cè)的開孔補(bǔ)強(qiáng)不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。2)裂透?jìng)?cè)肩部補(bǔ)焊區(qū)弧長(zhǎng)寬深=326×58×45mm天津特檢天津特檢1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)應(yīng)力集中及其特征概念：應(yīng)力集中指承載構(gòu)件中應(yīng)力局部急劇增高的現(xiàn)象，局部增高的應(yīng)力隨與應(yīng)力峰值點(diǎn)的間距的增加而迅速衰減。影響范圍通常不超過1/3壁厚。位置：一般出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)形狀急劇變化的地方(局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)),如缺口、孔洞、溝槽以及局部剛性約束處。危害性：對(duì)塑性材料，靜載條件下應(yīng)力集中對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并無(wú)影響，但循環(huán)載荷下會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋；對(duì)低溫容器，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制應(yīng)力集中(如修磨圓滑焊縫，減小余高),以防止脆性斷裂。影響因素：在應(yīng)力集中處，應(yīng)力的最大值(應(yīng)力峰值)與物體的幾何形狀和加載方式等因素有關(guān)。屈服現(xiàn)象：峰值應(yīng)力往往超過屈服極限而造成材料小范圍屈服，使應(yīng)力的重新分配。天沫待拾天沫待拾1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)(7)強(qiáng)度理論與強(qiáng)度條件條件。件表達(dá)為：σ:實(shí)際應(yīng)力水平標(biāo)準(zhǔn)中：o=Rmo?=Re、Rpo.2天津特檢天津特檢1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)蠕變現(xiàn)象：持久強(qiáng)度：蠕變現(xiàn)象：持久強(qiáng)度：(板、鍛件、管)R(注3-1)(注3-2)1000h蠕變率為一一一一一一以選用該值計(jì)算其許用應(yīng)力。注3-2:此安全系數(shù)為1.0×103h的持久強(qiáng)度極限值。關(guān)于許用應(yīng)力(GB/T4732-2024中將“設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度”改成了“許用應(yīng)力”)使用在下列疆度(CF的許用應(yīng)力強(qiáng)度理論別名適用適用于脆性材料，但由于簡(jiǎn)單，在常規(guī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。適用于脆性材料，但未見應(yīng)用。2025/3/6天沫待拾天沫待拾1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)b)圓筒的環(huán)向應(yīng)力按公式(5-3)或公式(5-4)計(jì)算：計(jì)算應(yīng)力?值應(yīng)滿足公式(5-5):1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)當(dāng)量應(yīng)力equivalentstress由強(qiáng)度理論定義的用作任意應(yīng)力狀態(tài)下強(qiáng)度判據(jù)的組合應(yīng)力。 及GB/T4732.5基于彈塑性應(yīng)力分析方法進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)采用第四強(qiáng)度理論。天沫待拾天沫待拾1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)度強(qiáng)度是一個(gè)常用概念，也是一個(gè)容易混淆的概念。強(qiáng)度分為材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。材料強(qiáng)度是指材料抵抗外力破壞的能力。標(biāo)準(zhǔn)的短時(shí)拉伸試驗(yàn)可以得到材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度；高溫拉伸試驗(yàn)?zāi)軌虻玫讲牧系某志脧?qiáng)度和蠕變強(qiáng)度；對(duì)含裂紋試樣進(jìn)行試驗(yàn)可以得到材料的斷裂韌性，代表材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力；對(duì)含V形、U形或無(wú)缺口的試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，得到?jīng)_擊吸收能量(沖擊功，常用KV?),其名義上是韌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是指結(jié)構(gòu)在承受特定載荷后抵抗屈服或者破裂的能力，它不僅取決于材料性能，也與結(jié)構(gòu)形式和尺寸相關(guān)。針對(duì)載荷是否變化，分為靜載強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。我們常說的強(qiáng)度計(jì)算、強(qiáng)度分析或評(píng)定，就是針對(duì)某臺(tái)容器和預(yù)期載荷，通過計(jì)算分析來判斷容器強(qiáng)度能否滿足要求的過程。天津待檢1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)(8)強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性剛度結(jié)構(gòu)抵抗彈性變形的能力，稱為結(jié)構(gòu)的剛度，它與材料彈性模量、結(jié)構(gòu)尺寸以及載荷種類、作用位置有關(guān)。在壓力容器法蘭設(shè)計(jì)中，不僅考慮法蘭強(qiáng)度問題，還需要材料剛度的概念并不常用，但彈性模量能夠在一定意義上表達(dá)材料抵抗彈性變形(8)強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性穩(wěn)定性壓力容器在承載時(shí)突然失去原有形狀的現(xiàn)象，稱為失穩(wěn)或者屈曲，而抵抗失穩(wěn)的能力稱為穩(wěn)定性。壓力容器的失穩(wěn)通常發(fā)生在承受外壓時(shí)，因此常稱為外壓失穩(wěn)。當(dāng)容器的局部區(qū)域承受壓應(yīng)力，可能會(huì)產(chǎn)生局部失穩(wěn)現(xiàn)象。天津特捻天津特捻壓力容器設(shè)計(jì)1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要(1)設(shè)計(jì)常用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(2)壓力容器的載荷(3)壓力容器設(shè)計(jì)常用參數(shù)(4)設(shè)計(jì)條件(5)設(shè)計(jì)過程(6)設(shè)計(jì)文件3壓力容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)—典型部件的計(jì)算5壓力容器分析設(shè)計(jì)：應(yīng)力分類法6壓力容器分析設(shè)計(jì)：疲勞評(píng)定 天沫待拾2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要(1)設(shè)計(jì)常用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(1)設(shè)計(jì)常用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范TSG特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(TSG21-2016)[2016-10-01]移動(dòng)式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(TSGR0005-2011)[2012-03-05]氣瓶安全技術(shù)規(guī)程(TSG23-2021)[2021-06-01]氧艙安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(TSG24-2015)[2016-06-01]安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(TSGZF001-2006)[2007-02-12]特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范的基本特征是具有強(qiáng)制性(除非專門聲明)天津待檢2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要設(shè)計(jì)常用標(biāo)準(zhǔn)(下劃線的是新的標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)色的為非TSG21協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn))綜合標(biāo)準(zhǔn)GB150.1~4-2024壓力容器GB/T4732.1～6-2024壓力容器分析設(shè)計(jì)GB/T34019-2017超高壓容器專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T151-2014熱交換器GB12337-2014鋼制球形儲(chǔ)罐NB/T47041-2014塔式容器NB/T47042-2014臥式容器JB/T4734-2002鋁制焊接容器NB/T11270-2023鈦制壓力容器JB/T4755-2006銅制壓力容器JB/T4756-2006鎳及鎳合金壓力容器NB/T47011-2022鋯制壓力容器GB25025-2010搪玻璃設(shè)備技術(shù)條件GB/T18442.1～7固定式真空絕熱深冷壓力容器(2017、2019)NB/T47012-2020制冷裝置用壓力容器GB/T19905-2017液化氣體汽車罐車探傷標(biāo)準(zhǔn)NB47013.1~15-20**承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)設(shè)計(jì)常用標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)EN13445:UnfiredpressurevePart2:MaterialsPart6:RequirementsforthedesignandfabricationofconstructedfromspPart7:GuidanceontheuseofconformityassessmentprocedurPart8:AdditionalrequirementsforpressurPart10:AdditionalrequirementsforpressurevessePart11:Additionalrequirementsforpressurevesselsoftitanium TSG21-2016、GB/T150.1-2024關(guān)于載荷的規(guī)定：壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下第(1)、(2)項(xiàng)要求的載荷，需要時(shí)還應(yīng)考慮第(3)～(10)項(xiàng)要求的載荷：(2)液柱靜壓力，當(dāng)液柱靜壓力小于設(shè)計(jì)壓力的5%時(shí)，(3)壓力容器的自重，以及正常工作條件下或者耐壓試驗(yàn)狀態(tài)下內(nèi)裝介質(zhì)、觸媒、填料等的重力載荷；(4)附屬設(shè)備及隔熱材料、襯里、管道、扶梯、平臺(tái)等的重力載荷；(5)風(fēng)載荷、地震載荷、雪載荷；(6)支座、底座圈、支耳及其他型式支承件的反作用力；(7)連接管道和其他部件的作用力；(8)溫度梯度或者熱膨脹量不同引起的作用力；(9)沖擊載荷，包括壓力急劇波動(dòng)引起的沖擊載荷、流體沖擊引起的反力等；2025/3/6TSGTSGR0005-2011移動(dòng)式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程：關(guān)于載荷的規(guī)定：設(shè)計(jì)移動(dòng)式壓力容器時(shí)，應(yīng)當(dāng)能夠承受正常裝卸和運(yùn)行使用過程中可能出現(xiàn)慣性力載荷：按照縱向、側(cè)向、向上、向下分別(2)、1、2倍的靜載荷。GB/T4732沒有將移動(dòng)式壓力容器做例外處理，即適用 其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范關(guān)于載荷的規(guī)定：GB/T150.3的附錄G“夾套容器基本要TSG21的3.2.16快開門壓力容器的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮疲勞載荷的影響。>壓力容器設(shè)計(jì)中，需要按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，將兩種或多種載荷組合起來進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，稱為載荷組2025/3/6設(shè)計(jì)載荷與實(shí)際載荷設(shè)計(jì)載荷：為進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算/分析時(shí)考慮的載荷，設(shè)計(jì)人員/設(shè)計(jì)單位應(yīng)當(dāng)保證在這些作用下不會(huì)發(fā)生預(yù)期的失效，這是在設(shè)計(jì)壽命之內(nèi)的設(shè)計(jì)保證。實(shí)際載荷：實(shí)際載荷經(jīng)常與設(shè)計(jì)載荷不一致。當(dāng)發(fā)生趨于不安全的偏離時(shí)，設(shè)計(jì)保證將失效。如：超壓、超溫(過高或者過低);超過設(shè)計(jì)允許的壓力波動(dòng)；過大的螺栓預(yù)緊載荷；超過設(shè)計(jì)級(jí)別的地震；異常的管道外力或振動(dòng)；超過腐蝕裕量的過度減?。怀^設(shè)計(jì)級(jí)別的強(qiáng)風(fēng)/暴雪/結(jié)(掛)冰；出現(xiàn)設(shè)計(jì)沒考慮的載荷(撞車、車撞、隕石等)。在定期檢驗(yàn)時(shí)，若出現(xiàn)這些情況，應(yīng)評(píng)估帶來的損關(guān)于風(fēng)載荷(戶外高聳塔設(shè)備)向相同的作用力，造成彎矩(順風(fēng)向風(fēng)彎矩)和剪力，由塔頂至塔底逐漸增加。脈動(dòng)風(fēng)引起變化的順風(fēng)向風(fēng)載垂直風(fēng)向：風(fēng)力合適時(shí)(NB/T47041-2014給出了臨界風(fēng)速判據(jù))會(huì)在塔器背風(fēng)側(cè)形成穩(wěn)定的卡門渦街。當(dāng)渦流交替脫落的e)風(fēng)載背高聳的煙囪也會(huì)有誘導(dǎo)振動(dòng)，引起晃動(dòng)和損壞。在噪聲，與管板連接焊縫失效和微動(dòng)磨損。流致振動(dòng)(FluidInducedVibrat學(xué)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)，減振/避振目前仍是比較熱門的學(xué)術(shù)領(lǐng)域。天津特捻2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要 風(fēng)誘導(dǎo)振動(dòng)引起塔設(shè)備損壞的案例江蘇沿海某地，環(huán)氧乙烷精制塔，高80米，直徑3.4米，空塔在約4m/s風(fēng)時(shí)共振，造成塔體與裙座連接焊縫對(duì)稱開裂。1、2017年3月15日，對(duì)現(xiàn)C-401塔裙座與簡(jiǎn)體下封頭的環(huán)焊縫進(jìn)行了初步檢1)經(jīng)對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：西北方向裂紋長(zhǎng)度約2.6m,其中貫穿長(zhǎng)度3)經(jīng)對(duì)裙座與簡(jiǎn)體的焊縫進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)：焊縫高度在30~37mm之間，且壓力容器的設(shè)計(jì)往往先于配管設(shè)計(jì)，因此考慮與之連接的管道由于壓力、重力、熱伸縮帶來的推拉、彎扭、剪切、管系振動(dòng)時(shí)往往是基于假定，實(shí)際載荷種類多于或數(shù)值大于設(shè)計(jì)值時(shí)，會(huì)帶來額外的風(fēng)險(xiǎn)?！ざx：金屬構(gòu)件或構(gòu)件的某個(gè)部分在溫度發(fā)生變化時(shí)，由于熱膨脹或收縮受到來自外部或自身的限制而不能自由膨脹或收縮，造成的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。·按狀態(tài)：穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力和瞬態(tài)熱應(yīng)力按區(qū)域：總體熱應(yīng)力，局部熱應(yīng)力2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要關(guān)于熱應(yīng)力兩端完全固定的桿件，長(zhǎng)度為L(zhǎng),施加均勻?qū)235鋼材，屈服應(yīng)力：o,=235MPa;彈性模量：E=2×10?MPa;線膨脹系關(guān)于熱應(yīng)力，舉例天津特檢關(guān)于熱應(yīng)力，舉例天津特檢2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要工作溫度(℃)進(jìn)口3內(nèi)徑1600,厚度140,14Cr1Mo鍛件內(nèi)徑1500,厚度95,20MnMo鍛件/SA516Gi.70厚度390,14Cr1Mo鍛件+氣側(cè)6m關(guān)于熱應(yīng)力□關(guān)于殘余應(yīng)力(自平衡力系),這種應(yīng)力可能會(huì)誘發(fā)設(shè)備的應(yīng)力腐蝕裂紋、疲勞裂紋和變形。尤其以焊接殘余應(yīng)力為甚。補(bǔ)焊焊接殘余應(yīng)力(VonMises相當(dāng)應(yīng)力，最大436MPa)天沫待拾天沫待拾2壓力容器設(shè)計(jì)工作(3)壓力容器設(shè)計(jì)常用參數(shù)1)壓力工作壓力Pw:工作壓力是指在正常工作條件下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力(表壓力)。在成套裝置設(shè)計(jì) 計(jì)算壓力Pc:指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚度的壓力，并且應(yīng)當(dāng)考慮液柱靜壓力等附加載荷。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可忽略不計(jì)。由兩個(gè)或兩個(gè)以上壓力室組成的容器，如夾套容器、換熱器等，確定計(jì)算壓力時(shí)，應(yīng)考慮各室之間的最大壓力差。最高允許工作壓力[pw]:最高允許工作大壓力。該壓力是根據(jù)容器各受壓元件的有效厚度，考慮了該元件承受的所有載荷而計(jì)算得到的，且取各受壓元件的最小值。當(dāng)壓出最高允許工作壓力時(shí)，則可以認(rèn)為該容器的設(shè)計(jì)壓力即是最高允許工作壓動(dòng)作壓力：動(dòng)作壓力是指安全閥的整定壓力或爆破片的設(shè)計(jì)爆破壓力。條件下開始開啟的設(shè)定壓力，是在閥門進(jìn)口測(cè)量的表度下爆破片的爆破壓力值。超壓泄放裝置的動(dòng)作壓力參照GB/T150.1-2024附錄B確2025/3/6爆破片動(dòng)作后爆破片動(dòng)作后的最高壓力爆破片動(dòng)作后容器可能達(dá)到的最高壓力超壓限超壓限容器相關(guān)壓力安全閥動(dòng)作后安全閥動(dòng)作后的最高壓力最大設(shè)計(jì)爆破壓加爆破壓力允差(容器最大允許爆破壓力允差(容器最大允許容器設(shè)計(jì)壓加容器設(shè)計(jì)壓加湖造范圍上限494允許爆破范圍設(shè)計(jì)爆破壓力設(shè)計(jì)爆破壓力容器設(shè)計(jì)壓加容器工作壓力.容器設(shè)計(jì)壓加容器工作壓力.最低標(biāo)定爆破壓加最小設(shè)計(jì)爆破壓加容器工作壓加天津特捻天津特捻2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要是指在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚度的壓力，包括液柱靜壓力A.液壓試驗(yàn)壓力B.工作壓力C.計(jì)算壓力D.最高允許工作壓力A.工作壓力B.設(shè)計(jì)壓力C.計(jì)算壓力D.試驗(yàn)壓力天津待捻天津待捻2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要設(shè)計(jì)溫度：設(shè)計(jì)溫度指壓力容器在正常工作情況下，設(shè)定的容器設(shè)計(jì)選材的主要依據(jù)之一。在圖樣上的工作溫度指工作介質(zhì)的溫度或工作溫度范圍。及設(shè)計(jì)圖樣的規(guī)定，重點(diǎn)是防止發(fā)生低溫脆斷。 最低設(shè)計(jì)金屬溫度：最低設(shè)計(jì)金屬溫度指在設(shè)計(jì)時(shí)，容器各種可能條件下各元件金屬溫度的最低值。新版GB/T150取消了這個(gè)概念，規(guī)定：設(shè)計(jì)溫度的上限值稱為最高設(shè)計(jì)溫度，設(shè)計(jì)溫度的下限值稱為最低設(shè)計(jì)溫度。在GB/T150.3-2024附錄F“壓力容器防止低溫脆斷校力容器最低允許使用溫度”等概念。注1:“各種可能條件”不但包括正常工作情況，還應(yīng)考慮可能出現(xiàn)的最低工作溫度、工作中的不正常、自動(dòng)制冷、大氣環(huán)境溫度以注2:是設(shè)計(jì)選材依據(jù)之一，材料的選用除應(yīng)滿足容器各設(shè)計(jì)工況條件下的使用要求外，還應(yīng)確保在最低設(shè)計(jì)金屬溫度下對(duì)材料及其焊接接頭的沖擊功要求。2025/3/63)厚度：厚度是壓力容器最主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，是在規(guī)定的載荷條件下，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性以及使用壽命的基本條件之一。計(jì)算厚度：考慮計(jì)算壓力，按標(biāo)準(zhǔn)給定的公式(或計(jì)算方法)計(jì)算得到時(shí)，尚應(yīng)計(jì)入其他載荷所需厚度。對(duì)于外壓元件，指滿足穩(wěn)定性要求的最小厚度。計(jì)算厚度是保證壓力容器安全所必須的厚度，小于此厚度，則不能保證在規(guī)定載荷下的安全，因此可以認(rèn)為是容器壽命終了時(shí)的安和穩(wěn)定性的同時(shí)，保證規(guī)定的設(shè)計(jì)壽命的厚度，是新制造容器必須保證的厚度(新容器交付前實(shí)測(cè)壁厚不能小于設(shè)計(jì)壁厚)。 有效厚度：名義厚度減去腐蝕裕量和材料厚度負(fù)偏差。是決定容器在設(shè)計(jì)壽命承載能力的厚度，一般用來校核容器的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，也是確定最高允許工作壓力的參數(shù)。鋼材厚度：壓力容器的鋼材厚度是指實(shí)際用于制造殼體元件的材料厚度(鋼或鍛件),是決定容器制造技術(shù)條件的厚度。一般由制造企業(yè)確定，如果設(shè)計(jì)中已經(jīng)考慮了加工(減薄)裕量，需要在圖樣上特別標(biāo)明。最小厚度：考慮制造、運(yùn)輸、安裝等因素，殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度。小厚度，對(duì)碳素鋼和低合金鋼制容器不宜小于3mm,對(duì)高合金鋼容器不宜小于2mm。TSG21-2016一號(hào)修改單中規(guī)定“殼體成形后的實(shí)際最小厚度應(yīng)當(dāng)滿足制造、運(yùn)輸、安裝、使用等要求”,實(shí)際上將“最小厚度”和前述“最小成形厚度”兩個(gè)概念結(jié)合在了一起，而逐步淡化了“最小厚度”的絕對(duì)值。2025/3/6厚度關(guān)系圖δ計(jì)算厚度設(shè)計(jì)厚度整名義厚度有效厚度δ厚度附加量厚度負(fù)偏差C?加工裕量(制造廠考慮) 天津待捻2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要試題示例以下關(guān)于壓力容器厚度的表述，正確的是(A)A.最小成形厚度應(yīng)當(dāng)不小于設(shè)計(jì)厚度B.最小成形厚度應(yīng)當(dāng)為有效厚度C.設(shè)計(jì)厚度加上材料厚度負(fù)偏差后為名義厚度D.計(jì)算厚度包括腐蝕裕量天沫待拾2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要4)腐蝕裕量為防止容器受壓元件在運(yùn)行過程中由于腐蝕、度不足，在設(shè)計(jì)階段預(yù)先考慮的附加厚度，稱為腐蝕裕量。對(duì)均勻腐蝕的元件，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)使用年限和介質(zhì)對(duì)金屬材料腐蝕速率確定腐蝕裕量。腐蝕速率不明時(shí)，需要通過試驗(yàn)測(cè)得。容器各元件受到的腐蝕程度不同時(shí)，可以采用不同的腐蝕裕量。對(duì)于介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸氣或水的碳素鋼或低合金鋼容器，腐蝕裕量不小于1mm。沖刷腐蝕、微動(dòng)磨損導(dǎo)致的局部減薄往往發(fā)生于局部天津待捻2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要5)材料厚度負(fù)偏差及允許偏差》中的C類偏差，其它鋼板(不含復(fù)合鋼板)應(yīng)符合B類偏差，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定B類厚度允許下偏差為0.3mm,C類厚度允許下偏差為0mm。6)設(shè)計(jì)壽命設(shè)計(jì)壽命指壓力容器設(shè)計(jì)總圖上注明的“設(shè)計(jì)使用年限(疲勞容器標(biāo)明循環(huán)次數(shù))”,TSG21-2016中稱“預(yù)期使用年限”。設(shè)計(jì)者通常依據(jù)設(shè)計(jì)條件提供的“預(yù)期使用年限”及設(shè)計(jì)結(jié)果給出設(shè)計(jì)壽命預(yù)期值。事實(shí)上，壓力容器設(shè)計(jì)壽命一直是許多設(shè)計(jì)單位避免涉及的問題，但由于如下原因，設(shè)(1)材料力學(xué)性能(如高溫蠕變、珠光體球化等)的時(shí)間相關(guān)性；(2)腐蝕裕量計(jì)算；(3)疲勞載荷的時(shí)間相關(guān)性等。應(yīng)當(dāng)指出，壓力容器的設(shè)計(jì)壽命不一定等于實(shí)際使用壽命，它僅僅是設(shè)計(jì)者根據(jù)預(yù)期的使用條件給出的估計(jì)，而由于受各種復(fù)雜因素的影響從法律責(zé)任角度，在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)，設(shè)計(jì)單位和制造單位應(yīng)當(dāng)提供設(shè)計(jì)質(zhì)量和制造質(zhì)量保證，而超按照術(shù)語(yǔ)在線(),焊接接頭系數(shù)是指焊接接頭強(qiáng)度與母材強(qiáng)度之比值。用以反映焊接材料、焊接缺陷和焊接殘余應(yīng)力等因素使焊接接頭強(qiáng)度被削弱的程度。GB/T150未給出定義。鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù)規(guī)定如下。a)雙面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全焊1)全部無(wú)損檢測(cè)，取φ=1.0;2)局部無(wú)損檢測(cè)，取φ=0.85。b)單面焊對(duì)接接頭(沿焊縫根部全長(zhǎng)有緊貼基本金屬的墊板):1)全部無(wú)損檢測(cè)，取φ=0.9;2)局部無(wú)損檢測(cè)，取φ=0.8。射線、超聲系列。8)其它參數(shù)8)其它參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)DESIGNDATA標(biāo)準(zhǔn)：TSG21-2016操作溫度℃操作壓力MPa93.66(塔項(xiàng)/3.76(塔底)Ⅱ/第二組設(shè)計(jì)溫度℃B設(shè)計(jì)壓力MPa(g)-介質(zhì)水壓試驗(yàn)壓力MPa(g)中度、易爆滄漏試驗(yàn)壓力MPa(g)4.3(氣性)3天津待檢2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要4.1.1接受用戶或委托方提出的設(shè)計(jì)條件并核對(duì)其完整性、規(guī)范性和可行性。4.1.2確定主要失效模式和相應(yīng)的失效準(zhǔn)則，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。4.1.3確定設(shè)計(jì)所依據(jù)的主要標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和計(jì)算方法。4.1.4確定或確認(rèn)介質(zhì)特性(爆炸危險(xiǎn)性和毒性危害程度、腐蝕性等)及介質(zhì)分組、量、設(shè)計(jì)使用年限。貨狀態(tài)，必要時(shí)還應(yīng)提出元件材料的復(fù)驗(yàn)要求以及低溫和高溫性能指標(biāo)，當(dāng)壓力容器的設(shè)計(jì)溫度低于4.1.7確定或確認(rèn)受壓元件連接形式，容器的支撐形式等。4.1.8確定所需考慮的載荷、載荷的組合原則等。等要求。2025/3/6(4)壓力容器設(shè)計(jì)條件(4)壓力容器設(shè)計(jì)條件(設(shè)計(jì)任務(wù)書)設(shè)計(jì)任務(wù)書是指由用戶提供的或是工藝專業(yè)提出的設(shè)計(jì)技術(shù)條件、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表或設(shè)計(jì)規(guī)格書(user'sdesignrequirements,datasheet,designspecification),并應(yīng)當(dāng)盡可能完整，以判明需求方的真正意圖和愿望。按照按照TSG21-2016的規(guī)定，壓力容器的設(shè)計(jì)委托方應(yīng)當(dāng)以正式書面形式向設(shè)計(jì)單位提出壓力容器設(shè)計(jì)條件。設(shè)計(jì)條件至少包含以下內(nèi)容：①操作參數(shù)(包括工作壓力、工作溫度范圍、液位高度、接管載荷等);②壓力容器使用地及其自然條件(包括環(huán)境溫度、抗震設(shè)防烈度、風(fēng)和雪載荷等);③介質(zhì)組分與特性；④預(yù)期使用年限；⑤幾何參數(shù)和管口方位；⑥設(shè)計(jì)需要的其他必要條件。完整的設(shè)計(jì)條件要比《固容規(guī)》所述基本要求更加詳盡，其完整性、規(guī)范性、準(zhǔn)確性和可行性均極為重要。李世玉等編著的《壓力容器設(shè)計(jì)工程師培訓(xùn)教程》中給出的設(shè)計(jì)條件包括：1.容器標(biāo)識(shí)(1)名稱、位號(hào)、臺(tái)數(shù)；(2)所在裝置或者工段名稱。2.結(jié)構(gòu)形狀(1)外形簡(jiǎn)圖；(2)公稱尺寸：直徑、長(zhǎng)度或容積；(3)結(jié)構(gòu)型式：截面形狀，立式或臥式；(4)支承方式，支座位置，必要時(shí)包括基礎(chǔ)條件；(5)由制造廠供貨的容器劃定范圍；(6)由安裝施工單位或業(yè)主提供的內(nèi)容，如保溫層、隔熱、耐腐等保護(hù)性襯里、填料、催化劑等。3.物料介質(zhì)的性質(zhì)(1)相態(tài)(液、氣或混相);(2)密度，必要的熱力學(xué)性質(zhì)；(3)進(jìn)出口介質(zhì)溫度；(4)流率；(5)介質(zhì)中腐蝕性介質(zhì)濃度；(6)關(guān)于介質(zhì)的易燃、毒性等危險(xiǎn)情況的說明。4.管口表及其示意圖(1)公稱壓力及尺寸；(2)連接標(biāo)準(zhǔn)和密封面型式；(3)數(shù)量和用途；(4)位置：標(biāo)高和方向。定預(yù)期存在的載荷條件或組合載荷條件。例如：(1)要求在容器設(shè)計(jì)中考慮接管載荷作用時(shí)局部應(yīng)力的校核，從而確保容器應(yīng)具有足夠的承載(2)要求設(shè)計(jì)考慮容器分別在吊裝、就位后、荷進(jìn)行校核。凡可能影響該容器建造(包括設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn))的特殊要求都應(yīng)該在設(shè)計(jì)要求中提出，例如：對(duì)材料的成分、性能、檢驗(yàn)的附加要求；特殊的結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)；更嚴(yán)格的檢驗(yàn)方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；裝運(yùn)中要特別考慮的問題等。(1)工作壓力；(2)工作溫度；(4)不同的工作壓力、工作溫度組合；(5)非正常操作條件；(2)最低金屬溫度(3)沿壁厚的溫度梯度。 單臺(tái)壓力容器設(shè)計(jì)始于設(shè)計(jì)條件，進(jìn)行設(shè)計(jì)條件評(píng)審后，確立設(shè)計(jì)參數(shù)、判斷失效和損傷模式，選定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，然后進(jìn)行選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度剛度穩(wěn)定性計(jì)算以及必要的應(yīng)力分析評(píng)定，繪制總圖、零部件圖等設(shè)計(jì)圖樣，匯總、簽署、提交設(shè)設(shè)計(jì)提交后的設(shè)計(jì)變更也屬于設(shè)計(jì)工作的一部分，設(shè)計(jì)變更文件屬于設(shè)計(jì)文件。壓力容器更新時(shí)的設(shè)計(jì)工作，可能需要現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)，比如管道利舊，需要依據(jù)現(xiàn) 告和疲勞分析報(bào)告；對(duì)于裝設(shè)安全閥、爆破片的容器還包括泄放量計(jì)算書；2.設(shè)計(jì)圖樣：包括總圖、部件圖、零件圖、表格圖、管口方位圖等；及其他必須說明的文件，對(duì)沒有特別要求的設(shè)備，通常沒有設(shè)計(jì)說明書；4.風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告：對(duì)第Ⅲ類壓力容器或者用戶要具包括主要失效模式和風(fēng)險(xiǎn)控制等內(nèi)容的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估所有的設(shè)計(jì)文件均應(yīng)當(dāng)編號(hào)，便于參考、歸檔和調(diào)用。壓力容器設(shè)計(jì)單位技術(shù)負(fù)責(zé)人或其授權(quán)人員批準(zhǔn)(四級(jí)簽署)。并件上加蓋設(shè)計(jì)單位壓力容器設(shè)計(jì)資格印章。壓力容器設(shè)計(jì)總圖是設(shè)計(jì)輸出的核心文件之一。總圖至少應(yīng)當(dāng)注明以下內(nèi)容：(1)壓力容器名稱、分類，設(shè)計(jì)、制造所依據(jù)的主要法規(guī)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)；(2)工作條件，包括工作壓力、工作溫度、介質(zhì)特性(毒性和爆炸危害程度等);(3)設(shè)計(jì)條件，包括設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)載荷(包含壓力在內(nèi)的所有應(yīng)當(dāng)考慮的載荷)、介質(zhì)(組分)、腐蝕器還應(yīng)當(dāng)注明腐蝕介質(zhì)的限定含量；(4)主要受壓元件材料(含焊接材料)的牌號(hào)與材料標(biāo)準(zhǔn)；(5)主要特性參數(shù)(如壓力容器容積、熱交換器換熱面積與程數(shù)等);(6)壓力容器設(shè)計(jì)使用年限(疲勞容器標(biāo)明循環(huán)次數(shù)、循環(huán)頻率);(7)特殊制造要求；(8)熱處理要求；(9)無(wú)損檢測(cè)要求；(10)耐壓試驗(yàn)和泄漏試驗(yàn)要求；(11)預(yù)防腐蝕的要求(介質(zhì)的腐蝕速率以及應(yīng)力腐蝕傾向等);(12)安全附件及儀表的規(guī)格和訂購(gòu)特殊要求(工藝系統(tǒng)已考慮的除外);(13)壓力容器銘牌的位置；天津待捻2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要設(shè)計(jì)總圖需表達(dá)的內(nèi)容(1)多腔壓力容器分別注明各腔的試驗(yàn)壓力，有特殊要求時(shí)注明共用元件兩側(cè)允許的壓力差2025/3/6I吞濾愆捻2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要某臥式儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)總圖(示意圖)。在圖區(qū)，主要表達(dá)了本體的正面圖和側(cè)視圖、鞍座詳圖、主要焊接節(jié)點(diǎn)圖，(管口方位圖)等。告信息欄自上而下分別為：管口表零部件表圖紙修訂記載表，簽字欄標(biāo)題欄天津特捻天津特捻2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要根據(jù)TSG21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》,對(duì)于壓力容器設(shè)計(jì)總圖要求的表述，錯(cuò)誤的是(D)1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要3壓力容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法(1)壓力容器的失效模式4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)—典型部件的計(jì)算5壓力容器分析設(shè)計(jì)：應(yīng)力分類法6壓力容器分析設(shè)計(jì)：疲勞評(píng)定2025/3/6天濾特槍3壓力容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法2)失效模式failuremodes失效模式：所謂失效模式(failuremode)是指容器喪失其規(guī)定功能或者危及安全的事件及其本質(zhì)原因，因此研究失效模式對(duì)于建立、理解和有效使用壓力3類：天津特檢天津特檢3壓力容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法non-cyclicloads;immediatefailure容器構(gòu)件未經(jīng)明顯的塑性變形而發(fā)生的斷裂。材料選用不當(dāng)、溫度過低、材質(zhì)韌性不夠或脆化、存在嚴(yán)重缺陷會(huì)導(dǎo)致脆性斷裂失效。脆性斷裂-沿晶脆斷(如氫脆、雜質(zhì)元素在晶界偏聚等)包括開裂、局部超量應(yīng)變引起的韌性撕裂、總體塑性變形、塑性失穩(wěn)破裂。韌性材料結(jié)構(gòu)承載能力不足、載荷過大、局部結(jié)構(gòu)不合理造成應(yīng)變過大均會(huì)引起韌性失效。塑性失穩(wěn)破裂也稱為塑性跨塌。韌性失效也稱為塑性失效。Leaksatjointsduetoexcessivedeformationorotherlossoffunction法蘭剛度不足或產(chǎn)生塑性變形引起墊片泄漏即屬此類。4.彈性、塑性或彈塑性失穩(wěn)(屈曲)Instability(buckling)---elast外壓容器的屈曲、內(nèi)壓橢圓封頭的局部環(huán)向屈曲、塔式容器背風(fēng)側(cè)屈曲即屬此類。當(dāng)厚度很薄時(shí)的屈曲為彈性屈曲，而有一定厚度時(shí)，屈曲過程會(huì)伴隨著彎曲應(yīng)力和彈塑性過程，稱為彈塑性屈曲。 類2:長(zhǎng)期失效模式longtermfailuremodes由于施加了非循環(huán)載荷導(dǎo)致的延遲失效模式如下：non-cyclicloads;delayedfailure6.蠕變過量變形Excessivecreepdeformation蠕變變形過大引起的功能失效7.蠕變失穩(wěn)Creepinstability由于蠕變變形和壓應(yīng)力引起的屈曲破壞顯微圖類2:長(zhǎng)期失效模式longtermfailuremodes9.環(huán)境助長(zhǎng)開裂，如應(yīng)力腐蝕開裂，氫致開裂Environmentallyassistedcrackinge.g.stresscorrosioncracking,hydrogeninducedcracking碳鋼濕硫化氫應(yīng)力腐蝕裂紋類3:循環(huán)失效模式cyclicfailuremodescyclicloads;delayedfailure即棘輪現(xiàn)象。每經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)，棘輪塑性應(yīng)變都會(huì)增加，造成宏觀逐載荷循環(huán)中產(chǎn)生交替性塑性應(yīng)變，并相互抵消，使得應(yīng)力-應(yīng)變滯環(huán)在原地不動(dòng)。有文獻(xiàn)將交替塑性稱為“塑性安定”。類3:循環(huán)失效模式類3:循環(huán)失效模式cyclicfailuremodes由于施加了循環(huán)載荷導(dǎo)致的延遲失效模式如下：cyclicloads;delayedfailure12.彈性應(yīng)變疲勞(中高周疲勞)或彈塑性應(yīng)變疲勞(低周疲勞)Fatigueunderelasticstrains(mediumandhighcyclefatigue)orunderelastic-plasticstrains(lowcyclefatigue)應(yīng)力處于彈性狀態(tài)且比較低時(shí)，為中、高周疲勞；應(yīng)力較高但處于彈性安定狀態(tài)的為低周疲勞。13.環(huán)境助長(zhǎng)疲勞，如應(yīng)力腐蝕開裂，氫致開裂Environmentallyassistedfatigue:e.g.stresscorrosioncrackingorhydrogeninduced拉應(yīng)力壓應(yīng)力在彈性或彈性安應(yīng)力循環(huán)路徑CDEB棘輪疲勞示例：15CrMoR的單軸棘輪效應(yīng)定范圍某高強(qiáng)螺栓疲勞斷口Mag=2.00KXwD=32.8mmSiona4失效模式通常容器建造中考慮的主要失效模式如下。a)短期失效模式：脆性斷裂(brittlefracture)、韌性斷裂(ductilefracture)(如塑性垮塌、局部過度b)長(zhǎng)期失效模式：蠕變破裂(creeprupture)、蠕變過量變形(creepexcessivedeformation)、蠕變失穩(wěn)(bucklinginstability)、腐蝕和磨蝕(corrosionanderosion)、環(huán)境助長(zhǎng)斷裂(environmentallyassistec)循環(huán)失效模式：棘輪或稱漸增塑性變形(ratchetingorprogressiveplasticdeformation)、交替塑性(alternatingplasticity)、疲勞(fatigue)、腐蝕疲勞(envi容器設(shè)計(jì)單位(設(shè)計(jì)人員)應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)用戶或設(shè)計(jì)委托方所提供的容器設(shè)計(jì)條件進(jìn)行容器設(shè)和穩(wěn)定性計(jì)算按GB/T150.3、GB/T151、GB/T12337、NB/T47041、NB/T47042、JB/T4734、JB/T4755、JB/T4756、NB/T11270或NB/T470計(jì)，并按GB/T4732(所有部分)附錄C補(bǔ)充疲勞分析和評(píng)定，同時(shí)滿足其相關(guān)制造要并按GB/T4732.4或GB/T4732.5天津待檢3壓力容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法GB/T4732.1考慮的失效模式4.2GB/T4732涵蓋的基本失效模式GB/T4732涵蓋的基本失效模式如下：a)塑性垮塌——GB/T4732.3、GB/T4732.4、GB/T4732.5中考慮了該失效模式；b)局部過度應(yīng)變——GB/T4732.3、GB/T4732.4、GB/T4732.5中考慮了該失效模式；c)屈曲——GB/T4732.3、GB/T4732.5中考慮了該失效模式；d)疲勞——GB/T4732.4、GB/T4732.5中考慮了該失效模式；e)棘輪——GB/T4732.4、GB/T4732.5中考慮了該失效模式；f)脆性斷裂——GB/T4732.2、GB/T4732.6中考慮了該失效模式；h)均勻腐蝕和磨蝕——受壓元件設(shè)計(jì)計(jì)算中確定設(shè)計(jì)厚度時(shí)考慮了該失效模式；損傷模式DamageModesGB/T30579-2022“承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別”給出了鍋爐、壓力容器、壓力管道的已知的損傷模式(82種)(與2014版相比+9):①腐蝕減?。?5種②環(huán)境開裂：16種③材質(zhì)劣化：16種④機(jī)械損傷：11種⑤其它損傷：10種 壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則大致分為：強(qiáng)度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則剛度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則屈曲失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則泄漏失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則包含了強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性判據(jù)。本節(jié)重點(diǎn)講述壓力容器強(qiáng)度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，分為彈性、塑性、爆破、彈塑性、疲勞、蠕變、彈性、塑性、爆破、彈塑性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則針對(duì)的均是短期失效模式中的韌性失效，但具有不同的疲勞設(shè)計(jì)準(zhǔn)則對(duì)應(yīng)的是循環(huán)失效模式，蠕變失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則對(duì)應(yīng)的是1)彈性(強(qiáng)度)失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則概念：以防止容器整體發(fā)生屈服，將壓力容器總體或部件的最大應(yīng)力(或者宏觀名義應(yīng)力)限制在材料的屈服點(diǎn)以下，保證容器在設(shè)計(jì)條件下總體上“始要點(diǎn)：1)規(guī)定屈服極限是容器失效的應(yīng)力，考慮安全系數(shù)后，容器應(yīng)力水平小于等于許用應(yīng)力，即在彈性范圍內(nèi)。2)主要著眼于限制容器中的內(nèi)壓力引起的最大薄膜應(yīng)力或其他由機(jī)械載荷直接產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力及剪應(yīng)力等。3)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，目前應(yīng)用仍然最為廣泛。大多時(shí)候比較保守。1)彈性(強(qiáng)度)失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(續(xù))示例1:薄壁內(nèi)壓圓筒，控制名義環(huán)向應(yīng)力(當(dāng)設(shè)計(jì)溫度低于蠕變門檻溫度時(shí))示例2:標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，K=1,控制最大薄膜應(yīng)力(當(dāng)設(shè)計(jì)溫度低于蠕變門檻溫度時(shí))2)塑性(強(qiáng)度)失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則概念：容器某處(如厚壁筒的內(nèi)壁)彈性失效后并不意味著容器失去承載能力；繼續(xù)增加載荷，應(yīng)力較高區(qū)域進(jìn)入屈3)密封位置需要兼顧剛性條件，防止泄漏。3)與彈性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則相比，更節(jié)省材料。但求得塑性失效載荷，需要高級(jí)設(shè)計(jì)手段(如有限元法)。5)塑性失效載荷仍具有保守性。吞濾愆搶3壓力容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法2)塑性(強(qiáng)度)失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(續(xù))法蘭頸軸向應(yīng)力法蘭環(huán)徑向應(yīng)力法蘭環(huán)的環(huán)向應(yīng)力組合應(yīng)力切應(yīng)力2)塑性(強(qiáng)度)失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(續(xù))等效薄膜應(yīng)力nv——取2.6;√nπ取1.5時(shí)在接管肩部形成了塑性鉸。但沿馬鞍形方向仍具有廣大的彈性/彈塑性區(qū)域?！蘏、S?v為虛擬彈性應(yīng)力。天津待拾3壓力容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法3)爆破(強(qiáng)度)失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則概念：壓力容器用鋼通常具有應(yīng)變強(qiáng)化現(xiàn)象，因此按照理想彈塑性材料模型得到塑性失效載荷仍具有保守性。若考慮材料的應(yīng)變強(qiáng)化特征，則可以得到容器的爆破壓力，以此為基準(zhǔn)除以爆破安全系數(shù)，可作為容器的設(shè)計(jì)壓力，此為爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。應(yīng)用示例1:GB150.1-2024附錄C(規(guī)范性附錄)以驗(yàn)證性爆破試驗(yàn)確定容器設(shè)計(jì)壓力。φ:焊接接頭系數(shù)加載直到發(fā)散，得到爆破壓力。(安全系數(shù)取2.4)安定性的概念：結(jié)構(gòu)除在初始幾次加載中高應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生一定的塑性變形外，在繼續(xù)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。控制原則：(2)對(duì)疲勞壓力容器，滿足(1)可以保證不出現(xiàn)棘輪現(xiàn)象和塑性疲勞，但還應(yīng)對(duì)總應(yīng)天沫待拾3壓力容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法概念：將應(yīng)力限制在由蠕變強(qiáng)度和持久極限確定的許用應(yīng)力以內(nèi)，便可以防止容器在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)發(fā)生蠕變失效，這就是蠕變失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。例如，對(duì)于內(nèi)壓作用下的薄壁圓筒，當(dāng)設(shè)計(jì)溫度高于蠕變門檻溫度時(shí)，將最大的拉應(yīng)力(環(huán)向應(yīng)力)限制在許用應(yīng)力(乘以焊接接頭系數(shù))以下，就是基于蠕變失效設(shè)計(jì)當(dāng)對(duì)材料的蠕變性能和高溫拉伸性能把握得好，且使用條件下蠕變不可避免時(shí)，按照高溫力學(xué)性能設(shè)計(jì)并控制服役時(shí)間，也可以認(rèn)為是符合蠕變失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。研究表明，壓力容器是否發(fā)生脆性斷裂主要取決于材料韌性、缺陷處的應(yīng)力水平和缺陷的幾何參數(shù)。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的材料使用溫度下限值進(jìn)行選材和驗(yàn)收，通過沖擊試驗(yàn)等方法確定材料和焊接接頭的沖擊吸收能量(吸收功)不低于標(biāo)準(zhǔn)要求值，通過無(wú)損檢測(cè)方法檢查焊接接頭等位置是否存在超標(biāo)缺陷，都是防止發(fā)生脆性斷裂的措設(shè)計(jì)上，根據(jù)容器的使用條件正確選材(如低溫專用材料),對(duì)制造、檢驗(yàn)檢測(cè)、試驗(yàn)等提出合理要求，是防脆斷設(shè)計(jì)的基本要求。另外，按斷裂力學(xué)概念，可以將脆性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則理解為：以造成容器低應(yīng)力脆斷的應(yīng)力或裂紋尺寸作為臨界狀態(tài)的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則。為防止缺陷陷的尺寸或?qū)Σ牧咸岢霰仨氝_(dá)到的韌性指標(biāo)，達(dá)到防脆斷設(shè)計(jì)目的。目前尚未見設(shè)計(jì)應(yīng)用。包括三部分內(nèi)容：1)低合金鋼制低溫容器：鋼材及焊材要求、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求、加工成型及焊接、檢測(cè)2)設(shè)計(jì)溫度低于-70℃的鉻鎳奧氏體不銹鋼制容器E.2.2.1元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足下列基本要求：a)宜避免結(jié)構(gòu)形狀的突然變化，以減小局部應(yīng)力；結(jié)構(gòu)宜簡(jiǎn)單，減少約束，同時(shí)溫度梯度；b)接管與殼體連接部位應(yīng)圓滑過渡，插入式接管端部?jī)?nèi)壁邊角處應(yīng)倒圓；c)接管補(bǔ)強(qiáng)宜采用整體補(bǔ)強(qiáng)，若采用補(bǔ)強(qiáng)圈，補(bǔ)強(qiáng)圈與接管和殼體的焊縫焊縫應(yīng)圓滑過渡；d)容器的附件，如支座、吊耳、管道支架、梯子平臺(tái)支架等，如其材料與殼焊在殼體上，需設(shè)置墊板，容器用裙座應(yīng)設(shè)置與殼體材料相同的過渡段；減?。壕植繎?yīng)力應(yīng)力集中的光桿直徑不大于0.95倍螺紋根徑的雙E.3.2.2受壓元件的焊接接頭焊縫表面不應(yīng)有咬邊。E.2.3.6受壓元件的焊縫表面不應(yīng)有咬邊。天津特槍3壓力容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法E.4低溫低應(yīng)力工況E.4.1一般規(guī)定低溫低應(yīng)力工況指受壓元件的設(shè)計(jì)溫度雖然低于-20℃,但滿足下列條件a)或b)的應(yīng)力狀況。a)對(duì)元件厚度由一次總體薄膜拉應(yīng)力確定的元件，如圓筒、球殼和錐殼，在該溫度下元件實(shí)際承受的最大一次總體薄膜拉應(yīng)力不大于50MPa且其與元件材料在室溫下許用應(yīng)力之比不大于0.25。計(jì)算最大一次總體薄膜拉應(yīng)力時(shí)，還應(yīng)計(jì)入由彎矩等外載荷引起的軸向總體薄膜拉應(yīng)b)對(duì)元件厚度不由一次總體薄膜拉應(yīng)力確定的元件，如平蓋、管板和法蘭等，元件設(shè)計(jì)溫度下的最大計(jì)算壓力與設(shè)計(jì)溫度下的最大允許工作壓力之比值不超過0.25。壓力容器最低允許使用溫度：壓力容器各組成元件最低允許使用溫度控制厚度：確定元件最低允許使用溫度時(shí)所采用的厚度。采用名度下限時(shí)，可依照本附錄進(jìn)行,按照表F.1確定。部等件#7天沫待槍3壓力容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法GB150.3-2024附件F(規(guī)范性)《壓力容器防止低溫脆斷校核方法》續(xù)確定元件最低允許使用溫度的流程：P.一計(jì)算壓力，MPa;[P.]—最大允許工作壓力，MPa;R?！蒄.6定義的應(yīng)力比；o—一次總體薄膜應(yīng)力，MPa;2025/3/6—焊接接頭7)疲勞(強(qiáng)度)失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則壓力容器在循環(huán)載荷條件下會(huì)產(chǎn)生疲勞損傷，并可能導(dǎo)致疲勞失效。根據(jù)試驗(yàn)研究和理論分析結(jié)果，可以得到虛擬彈性應(yīng)力幅與許用循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系曲線，即設(shè)計(jì)疲勞曲線。壓力容器預(yù)期的疲勞循環(huán)次數(shù)不多于許用循環(huán)次數(shù)，設(shè)計(jì)上認(rèn)為容器不會(huì)發(fā)生疲勞失效，這就是疲勞設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。當(dāng)產(chǎn)生疲勞裂紋后，按照斷裂力學(xué)理論，建立應(yīng)力幅與裂紋擴(kuò)展速率之間的關(guān)系，并用于預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展至疲勞斷裂的許用循環(huán)次數(shù)，稱為含缺陷體的安全評(píng)定，也可以歸類為疲勞失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。后面將專題講述。(3)壓力容器的設(shè)計(jì)方法概述設(shè)計(jì)方法主要為規(guī)則設(shè)計(jì)方法和分析設(shè)計(jì)方法。所謂規(guī)則設(shè)計(jì)方法，通常又稱為常規(guī)設(shè)計(jì)方法，英文中早期稱為“designbyrules”,現(xiàn)大多稱為“designbyformula”。因此，凡是采用顯式表達(dá)的設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行容器設(shè)計(jì)的，均可以稱為“規(guī)則設(shè)計(jì)”,而不能采用公式直接表達(dá)，需要采用諸如有限元法進(jìn)行分析和評(píng)定的，稱為分析設(shè)計(jì)方法。然而，兩種迥然不同的設(shè)計(jì)方法需要包括材料、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收的體系化支持，因此現(xiàn)實(shí)情況就演變?yōu)榘凑誈B/T150系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和按照J(rèn)B4732(GB/T4732系列標(biāo)準(zhǔn))進(jìn)行設(shè)計(jì)，并分別稱為規(guī)則設(shè)計(jì)和分析設(shè)計(jì)。天津特捻3壓力容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)公式采用經(jīng)典材料力學(xué)和彈性力學(xué)理論，通過簡(jiǎn)化、修正得到，應(yīng)用簡(jiǎn)單方便可靠，對(duì)諸如筒體、封頭、開孔接管等結(jié)構(gòu)總體不連續(xù)位置局部應(yīng)力的控制，采用局部增厚、限定結(jié)構(gòu)特征參數(shù)、限定使用壓力等手段來解決，通常不進(jìn)行應(yīng)力分析，因此設(shè)計(jì)成本較低。缺點(diǎn)為設(shè)計(jì)相對(duì)粗糙，大多比較保守，大型重要壓力容器綜合成本高，無(wú)法考慮諸如熱應(yīng)力、疲勞問題。度條件進(jìn)行評(píng)定(如應(yīng)力分類法),使得設(shè)計(jì)更加合理。特別是面對(duì)容器大型化、輕量化(精殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。需要對(duì)設(shè)計(jì)單位和設(shè)計(jì)人員進(jìn)行分析設(shè)計(jì)資質(zhì)許可；對(duì)所涉及局部部位的強(qiáng)度評(píng)定、制造、吞濾愆搶吞濾愆搶壓力容器設(shè)計(jì)1壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)2壓力容器設(shè)計(jì)工作概要3壓力容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)—典型部件的計(jì)算(3)凹面承壓的凸形封頭(4)平蓋(平封頭)(5)開孔與開孔補(bǔ)強(qiáng)(6)法蘭5壓力容器分析設(shè)計(jì)：應(yīng)力分類法6壓力容器分析設(shè)計(jì)：疲勞評(píng)定天津特拾天津特拾4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)—典型部件的計(jì)算(1)內(nèi)壓圓筒薄壁圓筒：K=Do/Di≤1.2兩端封閉的薄壁圓筒，在內(nèi)壓作用下，筒體曲率變化引起的彎曲應(yīng)力可以忽略，這樣承受軸向/環(huán)向雙向拉伸作用。通常采用中徑公式計(jì)算應(yīng)力大小，環(huán)向應(yīng)力為軸向應(yīng)力的2倍。厚壁圓筒：K=Do/Di>1.2在內(nèi)壓作用下，筒體曲率變化引起的彎曲應(yīng)力不再忽略，將承受軸向/環(huán)向/徑向三向應(yīng)力作用。應(yīng)力大小與徑向位置相關(guān)。拉美公式：4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)—典型部件的計(jì)算計(jì)算壁厚最高允許工作壓力計(jì)算應(yīng)力Pe計(jì)算壓力，MPaσ′設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算應(yīng)力，MPa[o]設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPaD。外直徑，mm算例(早期考題):某400m3氮?dú)馇蚬薜幕緟?shù)見下表。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范GB12337-1998,GB150-2011,TSGR000工作壓力MPa2.9工作溫度℃內(nèi)徑mm9200主體材質(zhì)Q345R腐蝕裕量mm1制造日期2012年12月式中，δ為球殼的有效厚度，δ=48-1-0.力。(鋼板負(fù)偏差取0.3mm,許用應(yīng)力為φ為焊接接頭系數(shù)，φ=1.0[□}為設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，[o}=181MPa(3)凹面承壓的凸形封頭(3)凹面承壓的凸形封頭(GB/T150.3-2024)凹側(cè)承載的封頭即為凸形封頭：半球形封頭(球冠形封頭)、橢圓封頭和碟形封頭。半球形封頭承載特征和設(shè)計(jì)公式與內(nèi)壓球殼冠形封頭。圖7-1橢圓形封頭圖7-2碟形封頭圖7-3球冠形封頭為基于強(qiáng)度：基于屈曲：為基于強(qiáng)度：基于屈曲：■標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭承受內(nèi)壓時(shí)：經(jīng)向應(yīng)力衡為正值(拉最大值點(diǎn)，長(zhǎng)軸端點(diǎn)為最小值點(diǎn)；周向應(yīng)力可能出現(xiàn)負(fù)值，在短軸頂點(diǎn)最大拉應(yīng)力，長(zhǎng)軸端點(diǎn)為最小拉應(yīng)力或最大壓應(yīng)力?！鯣B150中內(nèi)壓橢圓封頭厚度計(jì)算：采用第一強(qiáng)度理論，控制橢圓封頭的工作壓力工作壓力基于強(qiáng)度：基于屈曲：形狀系數(shù)：4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)—典型部件的計(jì)算碟形封頭：母線由半徑為R的圓弧和半徑為r的過渡圓環(huán)段組成。由于母線曲率的突變，在大小圓弧交界位置出現(xiàn)很大的彎曲應(yīng)力，使其承載能力受到限制，一般用在低壓容器由于存在壓應(yīng)力區(qū)域，需要同時(shí)滿足強(qiáng)度、屈曲條件。計(jì)算壁厚取兩者較大值最高允許工作壓力取兩者較小值基于強(qiáng)度：表7表7-9平蓋系數(shù)K選擇表固定筒一12818。),且不小于0.3;3圓形平蓋：0.4m(m-8/18,),且不小于0.3;天津特捻4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)—典型部件的計(jì)算球冠封頭：母線為半徑為R的圓弧(圓心角小于90°)?？捎米鞫朔忸^，也可用于容器中兩個(gè)獨(dú)立受壓室的中間封頭?！鯣B150中球冠形封頭按球殼計(jì)■GB150中球冠形封頭按球殼計(jì)4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)—典型部件的計(jì)算(4)平蓋(平封頭)GB150設(shè)計(jì)圓平蓋時(shí)，將最大應(yīng)力σmax限制在許用應(yīng)力之下，平蓋厚度計(jì)算公式：左圖是圓柱殼徑向開孔的經(jīng)典“應(yīng)力集中”左圖是圓柱殼徑向開孔的經(jīng)典“應(yīng)力集中”2)應(yīng)力分析結(jié)果舉例2)應(yīng)力分析結(jié)果舉例筒體內(nèi)徑1200mm,壁厚52mm2.Elementarydata基本數(shù)據(jù)DesigmPressure設(shè)計(jì)壓力：10.8DesignTemperature設(shè)計(jì)溫度：50℃OperatingPressure操作壓力：5~10MPa,12cyclesperdayOperatingTemperature操作溫度：5DesignLifetime設(shè)計(jì)壽命：40years,175200cyclesCorrosionAllowance腐蝕裕量：1.5Fluid工作介質(zhì)：compressedMaximumHorizontalAceleration最大水平地震加速度：0.17g(1g-9.813m/s2)ExtermalloadonnozzlesA1,A2接管A1200daNeach,loadedve500mm處。天濾待拾4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)—典型部件的計(jì)算最大的接管：筒體名義的應(yīng)力(MISES):最小的接管：接管D:Dn3/4”安全閥接口筒體名義的應(yīng)力(MISES):接管最大應(yīng)力(MISES):DsSTGNCCHDITION,Dovaterin3)小結(jié)盡管這個(gè)例子的計(jì)算結(jié)果顯示，靜強(qiáng)度和疲勞壽命能夠滿足要求，但無(wú)論接管大小，接管位置存在很高的應(yīng)力水平，高應(yīng)力水平出現(xiàn)在肩部?jī)?nèi)側(cè)。開孔部位強(qiáng)度得到削弱，局部應(yīng)力水平大幅提升。就需要“補(bǔ)強(qiáng)”來降低局部應(yīng)力，防止開裂。GB150中的開孔補(bǔ)強(qiáng)有兩種：一種是傳統(tǒng)的等面積補(bǔ)強(qiáng)法，一種是“新”的分析法。歐標(biāo)中有“壓力面積法”,化工標(biāo)準(zhǔn)中也有引用，但GB150沒有認(rèn)可。等面積補(bǔ)強(qiáng)的思路是：在有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域內(nèi)，實(shí)際結(jié)構(gòu)能夠起到補(bǔ)強(qiáng)作用的金屬面積大于因?yàn)殚_孔被“挖掉”的需要補(bǔ)強(qiáng)的面積。本質(zhì)上是一種經(jīng)驗(yàn)方法，無(wú)法在理論上證明其必然能保證開孔處結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。分析法實(shí)際上基于應(yīng)力分類控制原則，是在大量數(shù)值分析和試驗(yàn)基礎(chǔ)上提出的工程比對(duì)方法，是常規(guī)設(shè)計(jì)和分析設(shè)計(jì)的綜合。天津待檢4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)一典型部件的計(jì)算適用范圍與限制：√適用于圓筒體、錐殼本體、凸形封頭和平蓋圓形、長(zhǎng)短徑比小于等于2的橢圓形和長(zhǎng)圓形開√當(dāng)圓筒內(nèi)徑D≤1500mm時(shí)，開孔最大直徑dmax≤D/2,且dmax≤520mm;當(dāng)圓筒內(nèi)徑D?>1500mm時(shí)，開孔最大直徑dmax≤Di/3,且dmax≤1000mm;√凸形封頭或球殼開孔的最大允許直徑dmax≤Di/2;√錐形封頭開孔的最大直徑dma≤D/3(D;為開孔中心處錐殼內(nèi)直徑)。補(bǔ)強(qiáng)方式：整體增厚補(bǔ)強(qiáng)：整體補(bǔ)強(qiáng)值Rm<540MPa補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)(貼板補(bǔ)強(qiáng)-----------局部增厚補(bǔ)強(qiáng)：嵌入式鍛件補(bǔ)強(qiáng)，厚壁管補(bǔ)強(qiáng)等聯(lián)合補(bǔ)強(qiáng)(補(bǔ)強(qiáng)范圍交疊的兩個(gè)或多個(gè)開孔)A=dδ+288。(1-f.)df.=[σ]/σ]且0.8≤f≤1為開孔直徑，其值為接管直徑d加2倍接?;切向(c)取d。凸形封頭開孔，一律取長(zhǎng)徑。厚度之外的多余面積厚度之外的多余面積思考：補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)盡量靠近削弱區(qū)域。ⅢIAn:(B-dop(G-5)-26AAC旦2 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍及補(bǔ)強(qiáng)面積：按圖中矩形WXYZ范圍確定有效補(bǔ)強(qiáng)范圍應(yīng)按下列步驟進(jìn)行計(jì)算：a)有效寬度B按公式(8-6)計(jì)算，取二者中較大值。b)有效高度按公式(8-7)和公式(8-8)計(jì)算，分別取式中較小值。天津待捻4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)—典型部件的計(jì)算天津待捻4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)—典型部件的計(jì)算5)圓筒徑向接管開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的分析法適用范圍與限制：1)適用于內(nèi)壓作用下具有單個(gè)徑向接管的圓筒適用范圍與限制：(續(xù))6)圓筒與接管之間角焊縫的焊腳尺寸應(yīng)分別不小于δ/2和δ交線處圓角半徑在δ/8和8/2之間； 8.6.3等效應(yīng)力校核等效應(yīng)力校核應(yīng)按下列步驟進(jìn)行計(jì)算：a)按公式(8-36)和公式(8-37)計(jì)算圓簡(jiǎn)與接管中面直徑D,d:D=D?+8.+2C.…………(8-3d=d。一8.………b)令開孔參數(shù)λ=p√D/8.-d/√DG,,計(jì)算p,X,./8.;d)按公式(8-38)和公式(8-39)計(jì)算等效薄膜應(yīng)力S?和等效總應(yīng)力Sw:)校核，按公式(8-10)和公式(8-41)計(jì)算。s:≤n:[o]…………Sn≤n,[]n:——校核系數(shù)，取2.2(對(duì)于特殊要求的壓力容器，可取1.5~2.2);"——校核系數(shù)，取2.6;[o]——設(shè)計(jì)溫度下材料許用應(yīng)力，單位為兆帕(MPa),圓筒，接管和補(bǔ)強(qiáng)件的材料不同時(shí)，取其中較小者：[ol:——設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料許用應(yīng)力，單位為兆帕(MPa);[o]——設(shè)計(jì)溫度下接管材料許用應(yīng)力，單位為兆帕(MPa)。天津待拾4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)—典型部件的計(jì)算100020007)等面積法示例(早期考題)(1)求取筒體計(jì)算厚度：內(nèi)徑D?=1800mm,計(jì)算壓力p。取設(shè)計(jì)壓力2.5MPa,焊接接頭系數(shù)φ取1設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力[σ]通過GB150.2-2011表2線性插值得到，154.2MPa,接管頸材質(zhì)與筒體相同，許用應(yīng)力亦相同，因此強(qiáng)度削弱系數(shù)取f,=1開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積A=dδ=(500+2×2)×14.7=7408.8mm2①法蘭是可拆密封連接的常用部件，分為接管法蘭和設(shè)備法②工作條件下，法蘭主要承受內(nèi)壓力和螺栓拉力_--③法蘭失效表現(xiàn)為強(qiáng)度失效和密封失效。④當(dāng)選用標(biāo)準(zhǔn)(如NB/T47020~NB/T47023、HG/T20592、HG/T20615、HG/T20623)a)確定墊片材料、型式及尺寸；b)確定螺栓材料、規(guī)格及數(shù)量；c)確定法蘭材料、密封面型式及法蘭結(jié)構(gòu)尺寸；d)進(jìn)行應(yīng)力校核，計(jì)算中所有尺寸均不包括腐蝕裕量；天津特捻4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)—典型部件的計(jì)算3)整體法蘭強(qiáng)度與剛度校核天津待拾4壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)—典型部件的計(jì)算3)整體法蘭強(qiáng)度與剛度校核法蘭頸軸向應(yīng)力法蘭環(huán)徑向應(yīng)力法蘭環(huán)的環(huán)向應(yīng)力組合應(yīng)力切應(yīng)力剛度指數(shù) (7)外壓圓筒料特性兩方面