壓力容器設(shè)計(jì)人員培訓(xùn)20101130上海長(zhǎng)寧課件

1、1 壓力容器設(shè)計(jì)人員培訓(xùn)壓力容器設(shè)計(jì)人員培訓(xùn) 2010-11-30 2010-11-30 上海上海 長(zhǎng)寧長(zhǎng)寧 BV工業(yè)部設(shè)計(jì)審核師工業(yè)部設(shè)計(jì)審核師 2 壓力容器設(shè)計(jì)人員培訓(xùn) 四個(gè)主題：四個(gè)主題： 一壓力容器設(shè)計(jì)制造的主要特點(diǎn)一壓力容器設(shè)計(jì)制造的主要特點(diǎn) 二二壓力容器的分類壓力容器的分類 三三. 壓力容器主要失效方式壓力容器主要失效方式 四四壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 3 一一壓力容器設(shè)計(jì)制造的主要特點(diǎn)壓力容器設(shè)計(jì)制造的主要特點(diǎn) 壓力容器設(shè)計(jì)人員培訓(xùn) 4 IBR Seminar 一、壓力容器設(shè)計(jì)制造的主要特點(diǎn) 壓力容器設(shè)計(jì)一般包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（選擇）、設(shè)計(jì)計(jì)算壓力容器設(shè)計(jì)一般包括結(jié)構(gòu)設(shè)

2、計(jì)（選擇）、設(shè)計(jì)計(jì)算 與材料選擇。其中結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)，即根據(jù)各與材料選擇。其中結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)，即根據(jù)各 類承壓零部件不同的結(jié)構(gòu)、形狀，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。類承壓零部件不同的結(jié)構(gòu)、形狀，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 5 壓力容器設(shè)計(jì)計(jì)算一般要解決三類問題：壓力容器設(shè)計(jì)計(jì)算一般要解決三類問題： 1. 強(qiáng)度強(qiáng)度在內(nèi)壓作用下不允許產(chǎn)生塑性（永久）變形，在內(nèi)壓作用下不允許產(chǎn)生塑性（永久）變形， 是涉及安全的主要問題，如筒體、封頭等；是涉及安全的主要問題，如筒體、封頭等； 2. 剛性剛性在外力作用（制造、運(yùn)輸、安裝與使用）下產(chǎn)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

3、板等；生不允許的彈性變形，如法蘭（密封）、管板等； 3. 穩(wěn)定性穩(wěn)定性在外壓作用下防止突然失去原有形狀的穩(wěn)定在外壓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。性，如外壓及真空容器。 一、壓力容器設(shè)計(jì)制造的主要特點(diǎn) 6 依各類承壓零部件不同的結(jié)構(gòu)、形狀，采用不同的加依各類承壓零部件不同的結(jié)構(gòu)、形狀，采用不同的加 工方法分別制造，然后通過多種方法（焊接、法蘭螺工方法分別制造，然后通過多種方法（焊接、法蘭螺 栓、螺紋）連接在一起，構(gòu)成一臺(tái)完整的容器，其中栓、螺紋）連接在一起，構(gòu)成一臺(tái)完整的容器，其中 焊接是主要方法。焊接是主要方法。 一、壓力容器設(shè)計(jì)制造的主要特點(diǎn) 7 IBR Semin

4、ar 壓力容器設(shè)計(jì)人員培訓(xùn) 二二壓力容器的分類壓力容器的分類 8 按壓力、品種、介質(zhì)毒性及易燃介質(zhì)分類按壓力、品種、介質(zhì)毒性及易燃介質(zhì)分類 l按壓力分為低、中、高及超高壓，前三種在材料、失按壓力分為低、中、高及超高壓，前三種在材料、失 效判據(jù)（準(zhǔn)則）、計(jì)算方法、制造要求上基本一致，效判據(jù)（準(zhǔn)則）、計(jì)算方法、制造要求上基本一致， 而超高壓則截然不同。而超高壓則截然不同。 l按介質(zhì)毒性及易燃性分類，主要基于安全考慮，即一按介質(zhì)毒性及易燃性分類，主要基于安全考慮，即一 旦發(fā)生事故（爆炸、泄漏等）的危害程度。旦發(fā)生事故（爆炸、泄漏等）的危害程度。 二、壓力容器的分類 9 按制造許可級(jí)別分類：按制造許可

5、級(jí)別分類： a) 安全性及制造難易程度的不同，這里涉及安全性及制造難易程度的不同，這里涉及P、PV、介質(zhì)、介質(zhì) 特性、材料強(qiáng)度級(jí)別等；特性、材料強(qiáng)度級(jí)別等； b) 工作（安放）位置分為固定與移動(dòng)，移動(dòng)的安全要求高于工作（安放）位置分為固定與移動(dòng)，移動(dòng)的安全要求高于 固定，且應(yīng)對(duì)減輕自重、防沖擊、各類儀表的裝設(shè)做特殊固定，且應(yīng)對(duì)減輕自重、防沖擊、各類儀表的裝設(shè)做特殊 考慮；考慮； c) 材料材料,金屬與非金屬制容器在制造與檢驗(yàn)方法上有很大不金屬與非金屬制容器在制造與檢驗(yàn)方法上有很大不 同；同； d) 考慮制造特點(diǎn)，利于專業(yè)化生產(chǎn)，如球罐。考慮制造特點(diǎn)，利于專業(yè)化生產(chǎn)，如球罐。 對(duì)不同制造許可級(jí)別

6、的企業(yè)，提出不同的資源條件與安全對(duì)不同制造許可級(jí)別的企業(yè)，提出不同的資源條件與安全 質(zhì)量要求質(zhì)量要求 二、壓力容器的分類 10 按生產(chǎn)工藝過程中作用原理分類：按生產(chǎn)工藝過程中作用原理分類： 分為反應(yīng)、換熱、分離、儲(chǔ)存四類，其中反應(yīng)容器安全分為反應(yīng)、換熱、分離、儲(chǔ)存四類，其中反應(yīng)容器安全 性要求最高，因其在進(jìn)行物理、化學(xué)反應(yīng)時(shí)，可能造成壓性要求最高，因其在進(jìn)行物理、化學(xué)反應(yīng)時(shí)，可能造成壓 力、溫度的變化。力、溫度的變化。 二、壓力容器的分類 11 其他常見的分類方法：其他常見的分類方法： l按形狀分類，如圓筒形、球形、組合型、方形、矩形等；按形狀分類，如圓筒形、球形、組合型、方形、矩形等； l按

7、筒體結(jié)構(gòu)分為整體式、組合式。按筒體結(jié)構(gòu)分為整體式、組合式。 l按制造方法分為焊接、鍛造、鑄造。按制造方法分為焊接、鍛造、鑄造。 l按材料分為金屬與非金屬兩大類，其中：按材料分為金屬與非金屬兩大類，其中： l金屬中分為鋼、鑄鐵、有色金屬與合金。金屬中分為鋼、鑄鐵、有色金屬與合金。 l鋼中以其化學(xué)成份又分為碳素鋼、低合金鋼及高合金鋼鋼中以其化學(xué)成份又分為碳素鋼、低合金鋼及高合金鋼 二、壓力容器的分類 12 三三. 壓力容器主要失效方式壓力容器主要失效方式 13 壓力容器可能存在的八種失效方式：壓力容器可能存在的八種失效方式： 1. 過量的彈性變形，包括彈性不穩(wěn)定；過量的彈性變形，包括彈性不穩(wěn)定；2

8、. 過量的塑性變形；過量的塑性變形； 3. 脆性斷裂；脆性斷裂； 4. 由應(yīng)力引起破壞由應(yīng)力引起破壞/蠕變變形；蠕變變形； 5. 塑性不穩(wěn)定塑性不穩(wěn)定漸增的垮塌；漸增的垮塌； 6. 高應(yīng)變、低循環(huán)疲勞；高應(yīng)變、低循環(huán)疲勞； 7. 應(yīng)力腐蝕；應(yīng)力腐蝕； 8. 腐蝕疲勞。腐蝕疲勞。 壓力容器的常規(guī)設(shè)計(jì)方法是基于彈性失效準(zhǔn)則；壓力容器的常規(guī)設(shè)計(jì)方法是基于彈性失效準(zhǔn)則； 三、壓力容器主要失效方式 14 彈性失效準(zhǔn)則下的四個(gè)強(qiáng)度理論：彈性失效準(zhǔn)則下的四個(gè)強(qiáng)度理論： 第一強(qiáng)度理論（最大主應(yīng)力理論）第一強(qiáng)度理論（最大主應(yīng)力理論） 認(rèn)為材料的三個(gè)主應(yīng)力中只要最大的拉應(yīng)力認(rèn)為材料的三個(gè)主應(yīng)力中只要最大的拉應(yīng)力1

9、達(dá)到了極限應(yīng)力，材達(dá)到了極限應(yīng)力，材 料就發(fā)生破壞。料就發(fā)生破壞。 強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：1 t 第二強(qiáng)度理論（最大變形理論）第二強(qiáng)度理論（最大變形理論） 認(rèn)為材料的最大的應(yīng)變達(dá)到了極限狀態(tài)，材料就發(fā)生破壞。認(rèn)為材料的最大的應(yīng)變達(dá)到了極限狀態(tài)，材料就發(fā)生破壞。 強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件： max 第三強(qiáng)度理論（最大剪應(yīng)力理論）第三強(qiáng)度理論（最大剪應(yīng)力理論） 材料的最大剪應(yīng)力材料的最大剪應(yīng)力max達(dá)到了極限應(yīng)力，材料就發(fā)生破壞。達(dá)到了極限應(yīng)力，材料就發(fā)生破壞。 強(qiáng)強(qiáng) 度條件：度條件：max =（1-3） t 三、壓力容器主要失效方式 15 第四強(qiáng)度理論（剪切變形能理論）第四強(qiáng)度理論（剪切變形能理論） 材

10、料變形時(shí)，即內(nèi)部變形能量達(dá)到材料的極限值時(shí)，材料變形時(shí)，即內(nèi)部變形能量達(dá)到材料的極限值時(shí)， 材料破壞。強(qiáng)度條件：材料破壞。強(qiáng)度條件： e= (1-2)2+(2-3)2+(3-1)2 t 三、壓力容器主要失效方式 16 四四. 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 壓力容器設(shè)計(jì)人員培訓(xùn) 17 1. 壓力容器設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本法規(guī)和規(guī)程壓力容器設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本法規(guī)和規(guī)程 特種設(shè)備安全監(jiān)察條例特種設(shè)備安全監(jiān)察條例 TSG R0004-2009 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 TSG R0003-2007 簡(jiǎn)單壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程簡(jiǎn)單壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 TSG

11、 R1001-2008 壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)許可規(guī)則壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)許可規(guī)則 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 18 2. 標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)（規(guī)程）的關(guān)系。標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)（規(guī)程）的關(guān)系。 容規(guī)容規(guī)第第1.8條規(guī)定：本規(guī)程規(guī)定了壓力容器的基本安條規(guī)定：本規(guī)程規(guī)定了壓力容器的基本安 全要求，有關(guān)壓力容器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理制度等，不得全要求，有關(guān)壓力容器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理制度等，不得 低于本規(guī)程的要求。低于本規(guī)程的要求。 因此，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)或規(guī)程有不一致時(shí)，應(yīng)按法規(guī)因此，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)或規(guī)程有不一致時(shí)，應(yīng)按法規(guī) （或規(guī)程）的規(guī)定執(zhí)行。（或規(guī)程）的規(guī)定執(zhí)行。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 19 3. 壓力容器的含義（定義）壓

12、力容器的含義（定義） 特種設(shè)備安全監(jiān)察條例特種設(shè)備安全監(jiān)察條例的第八章的第八章“附則附則”中：中： 壓力容壓力容 器，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備，器，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備， 其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于01MPa（表（表 壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于25MPaL的氣的氣 體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液 體的固定式容器和移動(dòng)式容器；盛裝公稱工作壓力大于或體的固定式容器和移動(dòng)式容器；盛裝公稱工作壓力大

13、于或 者等于者等于02MPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者 等于等于10MPaL的氣體、液化氣體和標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)等于或者低的氣體、液化氣體和標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)等于或者低 于于60液體的氣瓶；氧艙等。液體的氣瓶；氧艙等。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 20 4. 壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)述壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)述 GB150-1998鋼制壓力容器鋼制壓力容器 JB/T4735-1997 鋼制焊接常壓容器鋼制焊接常壓容器 JB4731-2005鋼制臥式容器鋼制臥式容器 JB4710-2000鋼制塔式容器鋼制塔式容器 GB151-1999管殼式換熱器管殼式換熱器 HG20580HG205

14、851998 其它配套標(biāo)準(zhǔn)，如零部件：封頭、法蘭、支座、補(bǔ)強(qiáng)圈、其它配套標(biāo)準(zhǔn)，如零部件：封頭、法蘭、支座、補(bǔ)強(qiáng)圈、 吊耳等標(biāo)準(zhǔn)，材料標(biāo)準(zhǔn)、焊接標(biāo)準(zhǔn)等。吊耳等標(biāo)準(zhǔn)，材料標(biāo)準(zhǔn)、焊接標(biāo)準(zhǔn)等。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 21 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 5. 對(duì)設(shè)計(jì)單位資質(zhì)的要求對(duì)設(shè)計(jì)單位資質(zhì)的要求 容規(guī)容規(guī)中第中第3.2條對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)單位資質(zhì)規(guī)定：條對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)單位資質(zhì)規(guī)定： 壓力容器設(shè)計(jì)單位的許可資格、設(shè)計(jì)類別、品種和級(jí)別壓力容器設(shè)計(jì)單位的許可資格、設(shè)計(jì)類別、品種和級(jí)別 范圍應(yīng)當(dāng)符合范圍應(yīng)當(dāng)符合壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)許可規(guī)則壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)許可規(guī)則的規(guī)的規(guī) 定；定； 總體采用規(guī)則設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，

15、局部參照分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓總體采用規(guī)則設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，局部參照分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓 力容器受壓元件分析計(jì)算的單位，可以不取得應(yīng)力分析力容器受壓元件分析計(jì)算的單位，可以不取得應(yīng)力分析 設(shè)計(jì)許可項(xiàng)目資格；設(shè)計(jì)許可項(xiàng)目資格； 22 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 6. D1級(jí)和級(jí)和D2級(jí)壓力容器說明級(jí)壓力容器說明 根據(jù)根據(jù)TSG R1001-2008 壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)許可規(guī)壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)許可規(guī) 則則 中第三條規(guī)定，中第三條規(guī)定， 壓力容器設(shè)計(jì)類別和級(jí)別的劃分壓力容器設(shè)計(jì)類別和級(jí)別的劃分 是：（一）是：（一）A級(jí)、（二）級(jí)、（二）C級(jí)、（三）級(jí)、（三）D級(jí)、（四）級(jí)、（四）SAD 級(jí)。其中級(jí)。其中D級(jí)又分

16、：級(jí)又分：D1級(jí)和級(jí)和D2級(jí)。級(jí)。 1D1級(jí)級(jí) 系指第一類壓力容器系指第一類壓力容器 2D2級(jí)級(jí) 系指第二類壓力容器系指第二類壓力容器 23 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 7. 定義定義 設(shè)計(jì)壓力：指設(shè)定容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)壓力：指設(shè)定容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì) 溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不得低于工作壓力。溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不得低于工作壓力。 計(jì)算壓力：計(jì)算壓力： 指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚度的指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚度的 壓力，其中包括液柱靜壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓壓力，其中包括液柱靜壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓 力小于力小于5%設(shè)計(jì)壓

17、力時(shí)，可忽略不計(jì)。設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可忽略不計(jì)。 試驗(yàn)壓力：試驗(yàn)壓力： 指壓力試驗(yàn)時(shí)，容器頂部的壓力。指壓力試驗(yàn)時(shí)，容器頂部的壓力。 最大允許工作壓力最大允許工作壓力 ：設(shè)備所能承受的最大的工作壓力，：設(shè)備所能承受的最大的工作壓力， 不同于最高工作壓力。不同于最高工作壓力。 24 設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)溫度 指容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬指容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬 溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。設(shè)計(jì)溫度與設(shè)溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。設(shè)計(jì)溫度與設(shè) 計(jì)壓力一起作為設(shè)計(jì)載荷條件。計(jì)壓力一起作為設(shè)計(jì)載荷條件。 試驗(yàn)溫度試驗(yàn)溫度 指壓力試驗(yàn)時(shí)，殼體金屬的溫度。指壓力試驗(yàn)時(shí)，殼體金

18、屬的溫度。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 25 計(jì)算厚度：指按厚度計(jì)算公式計(jì)算得到的厚度。計(jì)算厚度：指按厚度計(jì)算公式計(jì)算得到的厚度。 設(shè)計(jì)厚度：計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和。設(shè)計(jì)厚度：計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和。 名義厚度：指設(shè)計(jì)厚度加上鋼材厚度負(fù)偏差后向上圓整名義厚度：指設(shè)計(jì)厚度加上鋼材厚度負(fù)偏差后向上圓整 至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度。即標(biāo)在圖樣上的厚度。至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度。即標(biāo)在圖樣上的厚度。 有效厚度：有效厚度： 指名義厚度減去腐蝕裕量和鋼材厚度負(fù)偏差。指名義厚度減去腐蝕裕量和鋼材厚度負(fù)偏差。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 26 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 27 厚度附加量：由鋼材厚度負(fù)偏差厚度附加量：由鋼材厚

19、度負(fù)偏差C1和腐蝕裕量和腐蝕裕量C2兩部?jī)刹?分組成。分組成。 鋼材厚度負(fù)偏差：按鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；當(dāng)鋼材厚度負(fù)偏鋼材厚度負(fù)偏差：按鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；當(dāng)鋼材厚度負(fù)偏 差不大于差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的，且不超過名義厚度的6%時(shí)，厚度負(fù)時(shí)，厚度負(fù) 偏差可忽略不計(jì)。偏差可忽略不計(jì)。 腐蝕裕量：腐蝕裕量： 為防止容器元件由于腐蝕、機(jī)械磨損而導(dǎo)至為防止容器元件由于腐蝕、機(jī)械磨損而導(dǎo)至 厚度的削弱減薄，應(yīng)考慮腐蝕裕量。對(duì)有腐蝕或磨損的厚度的削弱減薄，應(yīng)考慮腐蝕裕量。對(duì)有腐蝕或磨損的 零件，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的容器壽命和介質(zhì)對(duì)鋼材的腐蝕速率零件，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的容器壽命和介質(zhì)對(duì)鋼材的腐蝕速率 而定。腐蝕裕量

20、而定。腐蝕裕量= 腐蝕速率腐蝕速率 X 設(shè)計(jì)使用年限（毫米設(shè)計(jì)使用年限（毫米/年年 X 年年 = 毫米）毫米） 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 28 IBR Seminar 腐蝕分類：腐蝕分類： 均勻腐蝕均勻腐蝕 金屬表面出現(xiàn)各部分的腐蝕速度大致相同的連金屬表面出現(xiàn)各部分的腐蝕速度大致相同的連 續(xù)腐蝕；續(xù)腐蝕； 非均勻腐蝕非均勻腐蝕 金屬表面各部分具有不同速度的連續(xù)性破壞；金屬表面各部分具有不同速度的連續(xù)性破壞； 局部腐蝕局部腐蝕 局部發(fā)生腐蝕，如點(diǎn)蝕（呈一個(gè)個(gè)的點(diǎn)狀）和局部發(fā)生腐蝕，如點(diǎn)蝕（呈一個(gè)個(gè)的點(diǎn)狀）和 斑點(diǎn)腐蝕（呈一個(gè)個(gè)的斑點(diǎn)狀）；斑點(diǎn)腐蝕（呈一個(gè)個(gè)的斑點(diǎn)狀）； 應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕 由侵蝕介

21、質(zhì)和應(yīng)力同時(shí)作用下所導(dǎo)致的腐蝕；由侵蝕介質(zhì)和應(yīng)力同時(shí)作用下所導(dǎo)致的腐蝕； 應(yīng)力腐蝕破裂是金屬在持久拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作應(yīng)力腐蝕破裂是金屬在持久拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作 用下，出現(xiàn)的脆性破裂。用下，出現(xiàn)的脆性破裂。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 29 應(yīng)力腐蝕過程是金屬材料、腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力三個(gè)因素共同作用，應(yīng)力腐蝕過程是金屬材料、腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力三個(gè)因素共同作用， 使金屬電化學(xué)腐蝕加劇并產(chǎn)生破裂的過程。使金屬電化學(xué)腐蝕加劇并產(chǎn)生破裂的過程。 典型的應(yīng)力腐蝕有：典型的應(yīng)力腐蝕有： （a）液氨容器的應(yīng)力腐蝕開裂；）液氨容器的應(yīng)力腐蝕開裂； （b）含濕）含濕H2S容器的應(yīng)力腐蝕開裂；容器的應(yīng)力腐

22、蝕開裂； （c）含苛性堿介質(zhì)的應(yīng)力腐蝕開裂；）含苛性堿介質(zhì)的應(yīng)力腐蝕開裂； （d）NO3-引起的低碳和低合金鋼容器的應(yīng)力腐蝕開裂；引起的低碳和低合金鋼容器的應(yīng)力腐蝕開裂； （e）氯離子引起的不銹鋼容器的應(yīng)力腐蝕。（奧氏體不銹鋼制壓力）氯離子引起的不銹鋼容器的應(yīng)力腐蝕。（奧氏體不銹鋼制壓力 容器用水進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制水中的氯離子含量不超過容器用水進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制水中的氯離子含量不超過 25mg/L 。試驗(yàn)合格后，應(yīng)立即將水漬去除干凈。）。試驗(yàn)合格后，應(yīng)立即將水漬去除干凈。） 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 30 晶間腐蝕：在腐蝕介質(zhì)的作用下起源于金屬表面并沿晶晶間腐蝕：在腐蝕介質(zhì)的作

23、用下起源于金屬表面并沿晶 界深入內(nèi)部，使晶粒間結(jié)合力損傷，嚴(yán)重時(shí)材料強(qiáng)度幾界深入內(nèi)部，使晶粒間結(jié)合力損傷，嚴(yán)重時(shí)材料強(qiáng)度幾 乎消失，這種現(xiàn)象稱為晶間腐蝕。不銹鋼的晶間腐蝕，乎消失，這種現(xiàn)象稱為晶間腐蝕。不銹鋼的晶間腐蝕， 通常用通常用“貧鉻貧鉻” 理論解釋理論解釋 。 目前提高奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕能力的措施大致有：目前提高奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕能力的措施大致有： 固溶處理固溶處理1010-1120加熱后適當(dāng)快冷，使（加熱后適當(dāng)快冷，使（Cr、 Fe)23C6(碳化鉻碳化鉻)固溶于奧氏體。固溶于奧氏體。 降低鋼中含碳量降低鋼中含碳量采用超低碳（采用超低碳（C003%或更低）。或更低）。 添加穩(wěn)

24、定碳化物元素添加穩(wěn)定碳化物元素添加添加Ti或或Nb等穩(wěn)定化元素，并等穩(wěn)定化元素，并 經(jīng)經(jīng)850-900穩(wěn)定化處理，形成固定碳的穩(wěn)定化處理，形成固定碳的TiC或或NbC 。 31 標(biāo)準(zhǔn)中的材料的腐蝕速率，是對(duì)于均勻腐蝕而言，亦即鋼標(biāo)準(zhǔn)中的材料的腐蝕速率，是對(duì)于均勻腐蝕而言，亦即鋼 材表面的腐蝕速率（毫米材表面的腐蝕速率（毫米/年）各處基本相同。年）各處基本相同。 此外，由于金屬所處的介質(zhì)情況（如介質(zhì)的腐蝕性、濃度此外，由于金屬所處的介質(zhì)情況（如介質(zhì)的腐蝕性、濃度 和溫度）不同，腐蝕程度不同，因此，采用不同的腐蝕裕和溫度）不同，腐蝕程度不同，因此，采用不同的腐蝕裕 量。量。 載荷：載荷： 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)

25、考慮的載荷有設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的載荷有內(nèi)壓、外壓或最大壓內(nèi)壓、外壓或最大壓 力差；液體靜壓力；根據(jù)容器的具況，還可能考慮自重，力差；液體靜壓力；根據(jù)容器的具況，還可能考慮自重， 內(nèi)件重和附屬設(shè)備等等的影響。內(nèi)件重和附屬設(shè)備等等的影響。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 32 最小厚度：容器在較低內(nèi)壓力作用下，按厚度計(jì)算方法最小厚度：容器在較低內(nèi)壓力作用下，按厚度計(jì)算方法 得到的厚度很小，雖然能滿足容器的強(qiáng)度要求，但剛度不得到的厚度很小，雖然能滿足容器的強(qiáng)度要求，但剛度不 夠。為解決剛度問題，規(guī)定了殼體加工成形后不包括腐蝕夠。為解決剛度問題，規(guī)定了殼體加工成形后不包括腐蝕 裕量和加工減薄量的最小厚度：裕量和加

26、工減薄量的最小厚度： a)對(duì)碳素鋼、低合金鋼制容器，不小于對(duì)碳素鋼、低合金鋼制容器，不小于3 mm； b)對(duì)高合金鋼制容器，不小于對(duì)高合金鋼制容器，不小于2 mm。 因此，碳素鋼和低合金鋼制的容器的最小名義厚度應(yīng)因此，碳素鋼和低合金鋼制的容器的最小名義厚度應(yīng) 不小于不小于4 mm。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 33 許用應(yīng)力：將鋼材的抗拉強(qiáng)度許用應(yīng)力：將鋼材的抗拉強(qiáng)度b和屈服點(diǎn)和屈服點(diǎn)s分別除以各分別除以各 自的設(shè)計(jì)安全系數(shù)后，取二值的小者作為材料的許用應(yīng)力。自的設(shè)計(jì)安全系數(shù)后，取二值的小者作為材料的許用應(yīng)力。 容器使用鋼材常用指標(biāo)是力學(xué)性能，在容器使用鋼材常用指標(biāo)是力學(xué)性能，在D類容器中，主要

27、類容器中，主要 指標(biāo)是材料的抗拉強(qiáng)度指標(biāo)是材料的抗拉強(qiáng)度b和屈服點(diǎn)和屈服點(diǎn)s（或（或0.2）。）。 容器使用中達(dá)到屈服或斷裂時(shí)即為破壞，在實(shí)際應(yīng)用中必容器使用中達(dá)到屈服或斷裂時(shí)即為破壞，在實(shí)際應(yīng)用中必 須控制容器的材料受力處在安全范圍內(nèi)，即除以系數(shù)須控制容器的材料受力處在安全范圍內(nèi)，即除以系數(shù)n，n 稱為材料許用應(yīng)力系數(shù)（即是設(shè)計(jì)安全系數(shù)）。稱為材料許用應(yīng)力系數(shù)（即是設(shè)計(jì)安全系數(shù)）。 從鋼常溫抗拉強(qiáng)度考慮，設(shè)計(jì)安全系數(shù)取從鋼常溫抗拉強(qiáng)度考慮，設(shè)計(jì)安全系數(shù)取3（現(xiàn)為（現(xiàn)為2.7）；）； 按鋼的設(shè)計(jì)溫度下的屈服強(qiáng)度考慮選用的設(shè)計(jì)安全系數(shù)：按鋼的設(shè)計(jì)溫度下的屈服強(qiáng)度考慮選用的設(shè)計(jì)安全系數(shù)： 對(duì)碳素鋼

28、和低合金鋼取對(duì)碳素鋼和低合金鋼取1.6（現(xiàn)為（現(xiàn)為1.5）；對(duì)高合金鋼?。?；對(duì)高合金鋼取1.5。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 34 說明：考慮安全系數(shù)是基于如下因素：說明：考慮安全系數(shù)是基于如下因素： 材料的性能穩(wěn)定性存在偏差；材料的性能穩(wěn)定性存在偏差； 估算載荷狀態(tài)及數(shù)值偏差；估算載荷狀態(tài)及數(shù)值偏差； 計(jì)算方法的精確程度；計(jì)算方法的精確程度； 制造工藝及允許偏差；制造工藝及允許偏差； 檢驗(yàn)手段及嚴(yán)格程度；檢驗(yàn)手段及嚴(yán)格程度； 使用中的操作經(jīng)驗(yàn)等六個(gè)方面。使用中的操作經(jīng)驗(yàn)等六個(gè)方面。 在確定具體材料的許用應(yīng)力時(shí)，還要結(jié)合材料的質(zhì)量因在確定具體材料的許用應(yīng)力時(shí)，還要結(jié)合材料的質(zhì)量因 素。素。 四、

29、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 35 焊接接頭形式及分類焊接接頭形式及分類 分類目的分類目的: 確定焊縫結(jié)構(gòu)，探傷程度，焊接接頭系數(shù)確定焊縫結(jié)構(gòu)，探傷程度，焊接接頭系數(shù) 容器主要受壓部分的焊接接頭分為容器主要受壓部分的焊接接頭分為A、B、C、D 四類，具體規(guī)定是：四類，具體規(guī)定是： a）A類焊接接頭類焊接接頭 圓筒部分的縱向接頭，半球形封頭與圓筒連接的圓筒部分的縱向接頭，半球形封頭與圓筒連接的 環(huán)向接頭，各種凸形封頭的所有拼焊接頭，嵌環(huán)向接頭，各種凸形封頭的所有拼焊接頭，嵌(qian)入式接管與殼入式接管與殼 體對(duì)接的接頭。體對(duì)接的接頭。 b）B類焊接接頭類焊接接頭 殼體部分的環(huán)向接頭，錐形封頭小端、長(zhǎng)

30、頸法蘭殼體部分的環(huán)向接頭，錐形封頭小端、長(zhǎng)頸法蘭 等與接管連接的接頭。等與接管連接的接頭。 c）C類焊接接頭類焊接接頭 平蓋、管板與圓筒非對(duì)接連接的接頭，法蘭與殼平蓋、管板與圓筒非對(duì)接連接的接頭，法蘭與殼 體、接管連接的接頭，內(nèi)封頭與圓筒連接的搭接接頭。體、接管連接的接頭，內(nèi)封頭與圓筒連接的搭接接頭。 d）D類焊接接頭類焊接接頭 接管、人孔、凸緣、補(bǔ)強(qiáng)圈等與殼體連接的接頭。接管、人孔、凸緣、補(bǔ)強(qiáng)圈等與殼體連接的接頭。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 36 下列情況的壓力容器的下列情況的壓力容器的A類及類及B類焊接接頭應(yīng)進(jìn)行類焊接接頭應(yīng)進(jìn)行100%射線或超聲射線或超聲 檢測(cè)（材料厚度檢測(cè)（材料厚度38

31、mm時(shí)，應(yīng)采用射線檢測(cè)）：容規(guī)時(shí)，應(yīng)采用射線檢測(cè)）：容規(guī)4.5.3.2.2 (1)設(shè)計(jì)壓力大于或者等于設(shè)計(jì)壓力大于或者等于1.6MPa的第的第類壓力容器；類壓力容器； (2)按照分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制造的壓力容器；按照分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制造的壓力容器； (3)采用氣壓試驗(yàn)或者氣液組合壓力試驗(yàn)的壓力容器；采用氣壓試驗(yàn)或者氣液組合壓力試驗(yàn)的壓力容器； (4)焊接接頭系數(shù)取焊接接頭系數(shù)取1.0的壓力容器以及使用后無法進(jìn)行內(nèi)部檢驗(yàn)的壓的壓力容器以及使用后無法進(jìn)行內(nèi)部檢驗(yàn)的壓 力容器；力容器； (5)標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值大于或者等于標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值大于或者等于540MPa的低合金鋼制壓力容器，的低合金鋼制壓力容器，

32、厚度大于厚度大于20mm時(shí)，其對(duì)接接頭還應(yīng)當(dāng)采用本規(guī)程時(shí)，其對(duì)接接頭還應(yīng)當(dāng)采用本規(guī)程4.5.3.1第第(1)項(xiàng)所項(xiàng)所 規(guī)定的與原無損檢測(cè)方法不同的檢測(cè)方法進(jìn)行局部檢測(cè)，該局部檢規(guī)定的與原無損檢測(cè)方法不同的檢測(cè)方法進(jìn)行局部檢測(cè)，該局部檢 測(cè)應(yīng)當(dāng)包括所有的焊縫交叉部位；測(cè)應(yīng)當(dāng)包括所有的焊縫交叉部位； (6)設(shè)計(jì)圖樣和本規(guī)程引用標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)。設(shè)計(jì)圖樣和本規(guī)程引用標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 37 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 焊接接頭系數(shù)焊接接頭系數(shù) ：焊縫強(qiáng)度消弱系數(shù)，應(yīng)根據(jù)受壓元件的焊接接頭：焊縫強(qiáng)度消弱系數(shù)，應(yīng)根據(jù)受壓元件的焊接接頭 型式及無損檢測(cè)的長(zhǎng)度比例確定。即是焊縫的強(qiáng)度與母材強(qiáng)度之

33、比。型式及無損檢測(cè)的長(zhǎng)度比例確定。即是焊縫的強(qiáng)度與母材強(qiáng)度之比。 雙面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全焊透的對(duì)接接頭：雙面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全焊透的對(duì)接接頭： = 1.00 100%無損檢測(cè)無損檢測(cè) 射線檢測(cè)技術(shù)等級(jí)不低于射線檢測(cè)技術(shù)等級(jí)不低于AB級(jí)，合格級(jí)別級(jí)，合格級(jí)別 不低于不低于II級(jí)。級(jí)。 = 0.85 局部無損檢測(cè)局部無損檢測(cè) 射線檢測(cè)技術(shù)等級(jí)不低于射線檢測(cè)技術(shù)等級(jí)不低于AB級(jí)，合格級(jí)別級(jí)，合格級(jí)別 不低于不低于III級(jí)。級(jí)。 注意：當(dāng)容器的殼體注意：當(dāng)容器的殼體A類焊接接頭為雙面焊對(duì)接接頭，要求類焊接接頭為雙面焊對(duì)接接頭，要求20%射線射線 檢測(cè)，此時(shí)盡管橢圓封頭上的拼接焊接接

34、頭進(jìn)行檢測(cè)，此時(shí)盡管橢圓封頭上的拼接焊接接頭進(jìn)行100%檢測(cè)，但封頭檢測(cè)，但封頭 厚度計(jì)算公式中的接頭系數(shù)應(yīng)取值厚度計(jì)算公式中的接頭系數(shù)應(yīng)取值0.85，因該接頭的無損檢測(cè)合格級(jí)，因該接頭的無損檢測(cè)合格級(jí) 別與殼體一致，為別與殼體一致，為III級(jí)，不符合取值級(jí)，不符合取值1.0的要求。的要求。 38 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）：板）： = 0.9 100%無損檢測(cè)無損檢測(cè) 射線檢測(cè)技術(shù)等級(jí)不低于射線檢測(cè)技術(shù)等級(jí)不低于AB級(jí)，級(jí)， 合格級(jí)別不低于合格級(jí)別不低于II級(jí)。級(jí)。 = 0.8 局部無損檢測(cè)局部無損檢測(cè) 射線檢測(cè)技術(shù)

35、等級(jí)不低于射線檢測(cè)技術(shù)等級(jí)不低于AB級(jí)，級(jí)， 合格級(jí)別不低于合格級(jí)別不低于III級(jí)。級(jí)。 注意：注意：1）是對(duì)接接頭；）是對(duì)接接頭；2）全焊透結(jié)構(gòu)；）全焊透結(jié)構(gòu)；3）沿焊縫根部）沿焊縫根部 全長(zhǎng)有緊貼基本金屬的墊板。全長(zhǎng)有緊貼基本金屬的墊板。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 39 壓力試驗(yàn)：容器制造中檢查容器質(zhì)量的必需工序。主要檢壓力試驗(yàn)：容器制造中檢查容器質(zhì)量的必需工序。主要檢 查容器的強(qiáng)度、剛度和焊接接頭及可拆的密封連接處的密查容器的強(qiáng)度、剛度和焊接接頭及可拆的密封連接處的密 封質(zhì)量。壓力試驗(yàn)方法有液壓試驗(yàn)、氣壓試驗(yàn)和氣液混合封質(zhì)量。壓力試驗(yàn)方法有液壓試驗(yàn)、氣壓試驗(yàn)和氣液混合 試驗(yàn)。試驗(yàn)。 四、

36、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 40 8. 壓力容器用材料：壓力容器用材料： 選擇壓力容器用鋼應(yīng)考慮容器的使用條件（如設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、選擇壓力容器用鋼應(yīng)考慮容器的使用條件（如設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、 介質(zhì)特性和操作特點(diǎn)等）、材料的焊接性能、容器的制造工藝以及介質(zhì)特性和操作特點(diǎn)等）、材料的焊接性能、容器的制造工藝以及 經(jīng)濟(jì)合理性。經(jīng)濟(jì)合理性。 鋼材的使用溫度上限應(yīng)按鋼材的使用溫度上限應(yīng)按GB150中各材料許用應(yīng)力表中各鋼號(hào)所對(duì)中各材料許用應(yīng)力表中各鋼號(hào)所對(duì) 應(yīng)的上限溫度。碳素鋼和碳錳鋼在高于應(yīng)的上限溫度。碳素鋼和碳錳鋼在高于425下長(zhǎng)期使用時(shí)，應(yīng)考慮下長(zhǎng)期使用時(shí)，應(yīng)考慮 鋼中碳化物相的石墨化傾向。奧氏體鋼

37、的使用溫度高于鋼中碳化物相的石墨化傾向。奧氏體鋼的使用溫度高于525時(shí)，鋼時(shí)，鋼 中含碳量應(yīng)不小于中含碳量應(yīng)不小于0.04%。 鋼材的使用溫度下限，除奧氏體鋼及本章有關(guān)條文另行規(guī)定者外，鋼材的使用溫度下限，除奧氏體鋼及本章有關(guān)條文另行規(guī)定者外， 均高于均高于-20。鋼材的使用溫度低于或等于。鋼材的使用溫度低于或等于-20時(shí)，應(yīng)按附錄時(shí)，應(yīng)按附錄C的規(guī)的規(guī) 定進(jìn)行夏比（定進(jìn)行夏比（V型缺口）低溫沖擊試驗(yàn)。奧氏體鋼的使用溫度高于或型缺口）低溫沖擊試驗(yàn)。奧氏體鋼的使用溫度高于或 等于等于-196，可免做沖擊試驗(yàn)。，可免做沖擊試驗(yàn)。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 41 碳素鋼鋼板：碳素鋼鋼板： 四、壓力容

38、器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 鋼板鋼板 牌號(hào)牌號(hào) 允許設(shè)計(jì)壓力允許設(shè)計(jì)壓力 MPa 鋼板使用溫度鋼板使用溫度 用于容器殼體用于容器殼體 材料時(shí)鋼板厚材料時(shí)鋼板厚 度限制度限制mm 不允許盛裝不允許盛裝 的介質(zhì)的介質(zhì) Q235- B 1.6 035020不得用于盛不得用于盛 裝毒性程度裝毒性程度 為高度和極為高度和極 度危害介質(zhì)度危害介質(zhì) Q235- C 2.5 0400 30 42 二、設(shè)計(jì)計(jì)算中的問題 鍛件標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)級(jí)別：鍛件標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)級(jí)別： JB4726-2000 JB4727-2000 JB4728-2000 43 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 8. 內(nèi)壓圓筒計(jì)算內(nèi)壓圓筒計(jì)算 設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算厚度按下式計(jì)

39、算：設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算厚度按下式計(jì)算： 公式適用范圍：公式適用范圍：Pc0.4t 或或 Do/Di1.5 公式中應(yīng)力的推導(dǎo)是根據(jù)薄膜應(yīng)力理論。用第一強(qiáng)度理論，公式中應(yīng)力的推導(dǎo)是根據(jù)薄膜應(yīng)力理論。用第一強(qiáng)度理論， 以圓筒平均直徑為基準(zhǔn)計(jì)算的環(huán)向應(yīng)力，考慮了圓筒內(nèi)壁以圓筒平均直徑為基準(zhǔn)計(jì)算的環(huán)向應(yīng)力，考慮了圓筒內(nèi)壁 上最大主應(yīng)力與平均拉應(yīng)力的差值進(jìn)行了修正，并考慮了上最大主應(yīng)力與平均拉應(yīng)力的差值進(jìn)行了修正，并考慮了 縱向焊縫（縱向焊縫（A類焊接接頭）在強(qiáng)度方面相對(duì)于母材的削弱。類焊接接頭）在強(qiáng)度方面相對(duì)于母材的削弱。 44 薄壁圓筒容器在工程中采用無力矩理論來進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，薄壁圓筒容器在工程中采用無

40、力矩理論來進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算， 在內(nèi)壓在內(nèi)壓P作用下，筒壁承受軸向應(yīng)力和切向應(yīng)力（薄膜應(yīng)力）作用下，筒壁承受軸向應(yīng)力和切向應(yīng)力（薄膜應(yīng)力） 作用。由于殼體壁厚較薄，且不考慮殼體與其它連接處的作用。由于殼體壁厚較薄，且不考慮殼體與其它連接處的 局部應(yīng)力，忽略了彎曲應(yīng)力，局部應(yīng)力，忽略了彎曲應(yīng)力， 這種應(yīng)力稱為薄膜應(yīng)力。這種應(yīng)力稱為薄膜應(yīng)力。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 45 邊緣應(yīng)力：邊緣應(yīng)力： 1）邊緣應(yīng)力的產(chǎn)生：當(dāng)圓筒形殼與圓球形殼或橢圓形殼相）邊緣應(yīng)力的產(chǎn)生：當(dāng)圓筒形殼與圓球形殼或橢圓形殼相 連的零部件受壓后，各自產(chǎn)生的變形是不一致的，稱為變連的零部件受壓后，各自產(chǎn)生的變形是不一致的，稱為變 形不

41、連續(xù)，相互產(chǎn)生約束形不連續(xù)，相互產(chǎn)生約束 。這時(shí)，除內(nèi)壓產(chǎn)生的膨脹外，。這時(shí)，除內(nèi)壓產(chǎn)生的膨脹外， 還會(huì)產(chǎn)生附加的彎曲變形。與彎曲相對(duì)應(yīng)，殼壁內(nèi)將產(chǎn)生還會(huì)產(chǎn)生附加的彎曲變形。與彎曲相對(duì)應(yīng)，殼壁內(nèi)將產(chǎn)生 彎矩和剪力，對(duì)薄壁殼體來說，由此產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力有時(shí)彎矩和剪力，對(duì)薄壁殼體來說，由此產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力有時(shí) 比薄膜應(yīng)力大得多，兩連接件剛度相差越大，產(chǎn)生的應(yīng)力比薄膜應(yīng)力大得多，兩連接件剛度相差越大，產(chǎn)生的應(yīng)力 也將越大也將越大 。 在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，以圓筒與平蓋連接時(shí)的邊緣應(yīng)力為最在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，以圓筒與平蓋連接時(shí)的邊緣應(yīng)力為最 大。該應(yīng)力由于只發(fā)生在兩連接件的邊界處，所以稱為邊大。該應(yīng)力由于只發(fā)生在兩連接

42、件的邊界處，所以稱為邊 緣效應(yīng)力或稱為不連續(xù)應(yīng)力。緣效應(yīng)力或稱為不連續(xù)應(yīng)力。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 46 2) 邊緣應(yīng)力的特點(diǎn)：邊緣應(yīng)力的特點(diǎn)： 由邊緣力和邊緣力矩引起的邊緣應(yīng)力具有以下兩個(gè)特由邊緣力和邊緣力矩引起的邊緣應(yīng)力具有以下兩個(gè)特 點(diǎn)：點(diǎn)：局限性、自限性局限性、自限性 3）設(shè)計(jì)中對(duì)邊緣應(yīng)力的考慮：）設(shè)計(jì)中對(duì)邊緣應(yīng)力的考慮： 由于邊緣應(yīng)力具有局限性，設(shè)計(jì)中可以在結(jié)構(gòu)上只作由于邊緣應(yīng)力具有局限性，設(shè)計(jì)中可以在結(jié)構(gòu)上只作 局部處理，例如改變連接處的結(jié)構(gòu)，保證邊緣焊接的質(zhì)局部處理，例如改變連接處的結(jié)構(gòu)，保證邊緣焊接的質(zhì) 量，降低邊緣區(qū)的殘余應(yīng)力，避免邊緣區(qū)附加的局部應(yīng)量，降低邊緣區(qū)的殘余應(yīng)

43、力，避免邊緣區(qū)附加的局部應(yīng) 力集中（如應(yīng)避免在邊緣區(qū)開孔）。力集中（如應(yīng)避免在邊緣區(qū)開孔）。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 47 9.外壓圓筒及外壓球殼：外壓圓筒及外壓球殼： 承受外壓的圓筒，其失效方式有二種：一是因強(qiáng)度不足而承受外壓的圓筒，其失效方式有二種：一是因強(qiáng)度不足而 導(dǎo)致破壞，另一是因?yàn)閯偠炔蛔愣鹗Х€(wěn)導(dǎo)致破壞，另一是因?yàn)閯偠炔蛔愣鹗Х€(wěn) 。 失穩(wěn)：是指容器所受的外壓達(dá)到某種極限時(shí)，（即：達(dá)到失穩(wěn)：是指容器所受的外壓達(dá)到某種極限時(shí)，（即：達(dá)到 臨界壓力臨界壓力PCr時(shí)）容器突然失去原來的形狀，而出現(xiàn)有規(guī)則時(shí)）容器突然失去原來的形狀，而出現(xiàn)有規(guī)則 的波形，在卸去外壓后，仍不能恢復(fù)原來的

44、形狀。的波形，在卸去外壓后，仍不能恢復(fù)原來的形狀。 容器失穩(wěn)時(shí)的壓力稱臨界壓力，以容器失穩(wěn)時(shí)的壓力稱臨界壓力，以Pcr表示。容器在表示。容器在Pcr作作 用下容器壁內(nèi)應(yīng)力稱臨界應(yīng)力。用下容器壁內(nèi)應(yīng)力稱臨界應(yīng)力。 承受外壓的圓筒形殼體，按不同的幾何尺寸失穩(wěn)時(shí)的不同承受外壓的圓筒形殼體，按不同的幾何尺寸失穩(wěn)時(shí)的不同 形式（波形數(shù)不同），將圓筒分為長(zhǎng)圓筒、短圓筒及剛性形式（波形數(shù)不同），將圓筒分為長(zhǎng)圓筒、短圓筒及剛性 圓筒等三種。圓筒等三種。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 48 為提高外壓圓筒承載能力，通常采用的方法是設(shè)為提高外壓圓筒承載能力，通常采用的方法是設(shè) 置外壓加強(qiáng)圈，圓筒的置外壓加強(qiáng)圈，圓筒的

45、 外壓計(jì)算長(zhǎng)度外壓計(jì)算長(zhǎng)度 ，以提高，以提高 圓筒承受外壓的能力。圓筒承受外壓的能力。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 49 10. 10. 橢圓形封頭橢圓形封頭: :標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的應(yīng)力 分布見圖分布見圖5-15-1 從圖從圖5-1可以看出，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭可以看出，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 上最大拉應(yīng)力發(fā)生于封頭頂點(diǎn)，該上最大拉應(yīng)力發(fā)生于封頭頂點(diǎn)，該 處的經(jīng)向應(yīng)力與周向應(yīng)力相等，即，處的經(jīng)向應(yīng)力與周向應(yīng)力相等，即， 封頭上最大壓應(yīng)力發(fā)生于封頭底邊，封頭上最大壓應(yīng)力發(fā)生于封頭底邊， 該處的周向壓應(yīng)力絕對(duì)值與頂點(diǎn)應(yīng)該處的周向壓應(yīng)力絕對(duì)值與頂點(diǎn)應(yīng) 力相等。力相等。 橢圓形封頭在內(nèi)壓作用下，在底邊橢

46、圓形封頭在內(nèi)壓作用下，在底邊 會(huì)產(chǎn)生周向壓應(yīng)力，可能引起封頭會(huì)產(chǎn)生周向壓應(yīng)力，可能引起封頭 的周向失穩(wěn)，因此，封頭在設(shè)計(jì)上的周向失穩(wěn)，因此，封頭在設(shè)計(jì)上 必須考慮壓應(yīng)力區(qū)的失穩(wěn)問題。必須考慮壓應(yīng)力區(qū)的失穩(wěn)問題。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 50 典型封頭型式：典型封頭型式： 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 51 11. 錐殼：錐殼與圓筒的連接應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu)錐殼：錐殼與圓筒的連接應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu) 對(duì)于軸對(duì)稱的錐形封頭大端對(duì)于軸對(duì)稱的錐形封頭大端 當(dāng)錐殼半頂角當(dāng)錐殼半頂角30時(shí)，可以采用無折邊結(jié)構(gòu)；時(shí)，可以采用無折邊結(jié)構(gòu)； 當(dāng)當(dāng)30時(shí)，應(yīng)采用帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu)，時(shí)，應(yīng)采用帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu)， 否則應(yīng)按應(yīng)

47、力分析法進(jìn)行設(shè)計(jì)。否則應(yīng)按應(yīng)力分析法進(jìn)行設(shè)計(jì)。 當(dāng)當(dāng)60時(shí)，按平蓋計(jì)算。時(shí)，按平蓋計(jì)算。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 52 12. 開孔補(bǔ)強(qiáng)開孔補(bǔ)強(qiáng) 不另行補(bǔ)強(qiáng)的條件（不另行補(bǔ)強(qiáng)的條件（GB150-1998中中8.3節(jié)）節(jié)） 設(shè)計(jì)壓力小于或等于設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5Mpa; 兩相鄰開孔中心間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）應(yīng)不小兩相鄰開孔中心間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）應(yīng)不小 于兩孔直徑之和的兩倍；于兩孔直徑之和的兩倍； 接管公稱外徑小于或等于接管公稱外徑小于或等于89 mm； 接管最小壁厚滿足接管最小壁厚滿足150表表8-1。注意。注意:表表8-1下面的注解下面的注解 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 5

48、3 兩種開孔補(bǔ)強(qiáng)型式兩種開孔補(bǔ)強(qiáng)型式整體補(bǔ)強(qiáng)和局部補(bǔ)強(qiáng)（補(bǔ)強(qiáng)圈）整體補(bǔ)強(qiáng)和局部補(bǔ)強(qiáng)（補(bǔ)強(qiáng)圈） 整體補(bǔ)強(qiáng)整體補(bǔ)強(qiáng) 增加殼體厚度（經(jīng)濟(jì)性差）增加殼體厚度（經(jīng)濟(jì)性差） 厚壁管（推薦）厚壁管（推薦） 整體補(bǔ)強(qiáng)鍛件與殼體焊接（嵌入式接管）整體補(bǔ)強(qiáng)鍛件與殼體焊接（嵌入式接管） 局部補(bǔ)強(qiáng)局部補(bǔ)強(qiáng) 補(bǔ)強(qiáng)圈（推薦）補(bǔ)強(qiáng)圈（推薦） 采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，應(yīng)遵循下列規(guī)定：采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，應(yīng)遵循下列規(guī)定： a. a. 鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值540MPa 540MPa ； b. b. 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度小于或等于補(bǔ)強(qiáng)圈厚度小于或等于1.5n 1.5n ；c. c. 殼體名義厚度殼體名義厚度 n38mm n38mm 。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 54 13.法蘭設(shè)計(jì)包括下列內(nèi)容：法蘭設(shè)計(jì)包括下列內(nèi)容： 1)墊片壓緊力：計(jì)算在預(yù)緊和操作狀態(tài)下需要的最小墊片墊片壓緊力：計(jì)算在預(yù)緊和操作狀態(tài)下需要的最小墊片 壓緊力壓緊力; 2)螺栓：螺栓載荷；螺栓面積；在預(yù)緊和操作狀態(tài)下螺栓螺栓：螺栓載荷；螺栓面積；在預(yù)緊和操作狀態(tài)下螺栓 設(shè)計(jì)載荷的計(jì)算設(shè)計(jì)載荷的計(jì)算 3)法蘭：在預(yù)緊和操作狀態(tài)下法蘭力矩的計(jì)算；法蘭的應(yīng)法蘭：在預(yù)緊和操作狀態(tài)下法蘭力矩的計(jì)算；法蘭的應(yīng) 力及其校核。力及其校核。 四、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 55