壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、主要內(nèi)容1 基于失效模式的設(shè)計(jì)理念2 壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則3 容器設(shè)計(jì)的基本概念4 常見(jiàn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法5 分析設(shè)計(jì)一應(yīng)力分類(lèi)法1 基于失效模式的設(shè)計(jì)理念1.1 容器的失效1.2 失效模式分類(lèi)1.3 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)考慮的失效模式1.4 失效模式1.5 失效判據(jù)1 基于失效模式的設(shè)計(jì)理念壓力容器的設(shè)計(jì)步驟針對(duì)失效模式的設(shè)計(jì)理念成為壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展方向。壓力容器的一般設(shè)計(jì)步驟為：·確定容器最有可能發(fā)生的失效模式；·選擇適當(dāng)?shù)氖袚?jù)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；·確定適用的設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；·按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核。1.1 容器的失效1）定義：壓力容器在規(guī)定的使用環(huán)境和時(shí)間內(nèi)

2、，因尺寸、形狀或材料性能發(fā)生改變而完全失去或不能達(dá)到包括功能和設(shè)計(jì)壽命等的現(xiàn)象，稱(chēng)為壓力容器失效。2）表現(xiàn)形式：破裂、過(guò)度變形、泄漏3）引起原因：工藝條件、載荷、介質(zhì) 1.2 失效模式分類(lèi)1）IS016528歸為三大類(lèi)、14種失效模式。第一大類(lèi)：短期失效模式：第二大類(lèi)：長(zhǎng)期失效模式：第三大類(lèi)：循環(huán)失效模式：2）承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別（GB/T305792014）第1類(lèi)：腐蝕減?。?5種）第2類(lèi)：環(huán)境開(kāi)裂（13種）第3類(lèi)：材質(zhì)劣化（15種）第4類(lèi)：機(jī)械損傷（11種）第5類(lèi)：其他損傷（9種）1.3 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)所考慮的失效模式1）GB 150 基于失效模式設(shè)計(jì)的考慮 脆性斷裂（Bri

3、ttle fracture）韌性斷裂（Ductile rupture）蠕變斷裂（Creep rupture）接頭泄露（Leakage at joints）彈性或塑性失穩(wěn)（Elastic or plastic instability）2）JB/T4732基于失效模式設(shè)計(jì)的考慮脆性斷裂（Brittle fracture）韌性斷裂（Ductile rupture）螺變斷裂（Creep rupture）疲勞（Patigue rupture）接頭泄漏（Leakage at joints）彈性或塑性失穩(wěn)（Elastic or plastic instability）1.4 失效模式1）過(guò)度變形容器的總體或

4、局部發(fā)生過(guò)度變形，包括過(guò)量的彈性變形，過(guò)量的塑性變形，塑性失穩(wěn)（增量垮坍），例如總體上大范圍鼓脹，或局部鼓脹，應(yīng)認(rèn)為容器已失效，不能保障使用安全。過(guò)度變形說(shuō)明容器在總體上或局部區(qū)域發(fā)生了塑性失效，處于十分危險(xiǎn)的狀態(tài)。例如法蘭的設(shè)計(jì)稍薄，強(qiáng)度上尚可滿(mǎn)足要求，但由于剛度不足產(chǎn)生永久變形，導(dǎo)致介質(zhì)泄漏，這是由于塑性失效的過(guò)度變形而導(dǎo)致的失效。2）韌性斷裂容器發(fā)生了塑性大變形的破裂失效，相當(dāng)于圖中曲線BCD階段情況下的破裂，這屬于超載下的爆破，一種可能是超壓，另一種可能是本身大面積的壁厚較薄。這是一種經(jīng)過(guò)塑性大變形的塑性失效之后再發(fā)展為爆破的失效，亦稱(chēng)為“塑性失穩(wěn)”（Plastic collapse）

5、，爆破后易引起災(zāi)難性的后果。3）脆性斷裂這是一種沒(méi)有經(jīng)過(guò)充分塑性大變形的容器破裂失效。材料的脆性和嚴(yán)重的超標(biāo)缺陷均會(huì)導(dǎo)致這種破裂，或者兩種原因兼有。脆性爆破時(shí)容器可能裂成碎片飛出，也可能僅沿縱向裂開(kāi)一條縫；材料愈脆，特別是總體上愈脆則愈易形成碎片。如果僅是焊縫或熱影響較脆，則易裂開(kāi)一條縫。形成碎片的脆性爆破特別容易引起災(zāi)難性后果。4）疲勞失效交變載荷容易使容器的應(yīng)力集中部位材料發(fā)生疲勞損傷，萌生疲勞裂紋并擴(kuò)展導(dǎo)致疲勞失效。疲勞失效包括材料的疲勞損傷（形成宏觀裂紋）并疲勞擴(kuò)展和結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂等情況。容器疲勞斷裂的最終失效方式一種是發(fā)生泄漏，稱(chēng)為“未爆先漏”（LBB，Leak Before Bre

6、ak），另一種是爆破，可稱(chēng)為“未漏先爆”。爆裂的方式取決于結(jié)構(gòu)的厚度、材料的韌性，并與缺陷的大小有關(guān)。疲勞裂紋的斷口上一般會(huì)留下肉眼可見(jiàn)的貝殼狀的疲勞條紋。5）蠕變失效容器長(zhǎng)期在高溫下運(yùn)行和受載，金屬材料會(huì)隨時(shí)間不斷發(fā)生蠕變損傷，逐步出現(xiàn)明顯的鼓脹與減薄，破裂而成事故。即使載荷恒定和應(yīng)力低于屈服點(diǎn)也會(huì)發(fā)生蠕變失效，不同材料在高溫下的蠕變行為有所不同。·材料高溫下的蠕變損傷是晶界的弱化和在應(yīng)力作用下的沿晶界的滑移，晶界上形成蠕變空洞。時(shí)間愈長(zhǎng)空洞則愈多愈大，宏觀上出現(xiàn)蠕變變形。·當(dāng)空洞連成片并擴(kuò)展時(shí)即形成蠕變裂紋，最終發(fā)生蠕變斷裂的事故。·材料經(jīng)受蠕變損傷后在性能上

7、表現(xiàn)出強(qiáng)度下降和韌性降低，即蠕變脆化。·蠕變失效的宏觀表現(xiàn)是過(guò)度變形（蠕脹），最終是由蠕變裂紋擴(kuò)展而斷裂（爆破或泄漏）。6）失穩(wěn)失效容器在外壓（包括真空）的壓應(yīng)力作用下喪失穩(wěn)定性而發(fā)生的皺折變形稱(chēng)為失穩(wěn)失效。皺折可以是局部的也可以是總體的。高塔在過(guò)大的軸向壓力（風(fēng)載、地震載荷）作用下也會(huì)皺折而引起倒塌。7）泄漏失效容器及管道可拆密封部位的密封系統(tǒng)中每一個(gè)零部件的失效都會(huì)引起泄漏失效。例如法蘭的剛性不足導(dǎo)致法蘭的過(guò)度變形而影響對(duì)墊片的壓緊，緊固螺栓因設(shè)計(jì)不當(dāng)或銹蝕而過(guò)度伸長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致泄漏，墊片的密封比壓不足、墊片老化缺少反彈能力都會(huì)引起泄漏失效。系統(tǒng)中每一零部件均會(huì)導(dǎo)致泄漏失效，所以密封

8、失效不是一個(gè)獨(dú)立的失效模式，而是綜合性的。8）多模式交互作用失效（1）腐蝕疲勞 在交變載荷和腐蝕介質(zhì)交互作用下形成裂紋并擴(kuò)展的交互失效。（2）蠕變疲勞這是指高溫容器既出現(xiàn)了蠕變變形又同時(shí)承受交變載荷作用而在應(yīng)力集中的局部區(qū)域出現(xiàn)過(guò)度膨脹以至形成裂紋直至破裂。1.5 失效判據(jù)失效判據(jù)一般不能直接用于壓力容器的設(shè)計(jì)計(jì)算。（因?yàn)閴毫θ萜髟诓牧稀⒅圃?、檢驗(yàn)、操作等環(huán)節(jié)中都存在許多不確定因素。這些不確定因素在失效判據(jù)中并未考慮進(jìn)去）在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，常在失效判據(jù)的基礎(chǔ)上引入安全系數(shù)以考慮上述不確定因素對(duì)實(shí)際失效的影響，從而得到與失效判據(jù)相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。2 壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則失效準(zhǔn)則（設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

9、）·一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)方面，采用何種設(shè)計(jì)準(zhǔn)則就是采用何種失效準(zhǔn)則的問(wèn)題。·一種設(shè)計(jì)上的共識(shí)，且經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的。·防止某一（幾）種失效模式發(fā)生，不意味著符合某種失效準(zhǔn)則時(shí)容器就破壞了。·針對(duì)具體的失效模式，選擇不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，是設(shè)計(jì)者應(yīng)該掌握的技能。2.1 彈性失效準(zhǔn)則為防止容器總體部位發(fā)生屈服變形，將總體部位的最大應(yīng)力限制在材料的屈服點(diǎn)以下，保證容器的總體部位始終處于彈性狀態(tài)而不會(huì)發(fā)生彈性失效。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，容器實(shí)際應(yīng)力處在彈性范圍內(nèi)。2）主要著眼于限制容器中的最大薄膜應(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）

10、應(yīng)用：常規(guī)設(shè)計(jì)方法準(zhǔn)則，如，GB150、ASME VI I 11：內(nèi)壓圓筒、凸形封頭等元件設(shè)計(jì)。2.2 塑性失效準(zhǔn)則容器某處（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。將容器總體部位進(jìn)入整體屈服時(shí)的狀態(tài)或局部區(qū)域沿整個(gè)壁厚進(jìn)入全屈服狀態(tài)稱(chēng)為塑性失效狀態(tài)，若材料符合理想塑性假設(shè)，載荷不需繼續(xù)增加，變形會(huì)無(wú)限制發(fā)展下去，稱(chēng)此載荷為極限載荷。Treaca屈服條件或Mises屈服條件1）外載荷極限載荷：結(jié)構(gòu)塑性變形是局部、可控的；2）將極限載荷作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的判據(jù)加以限制，防止總 體塑性變形，又稱(chēng)極限分析（設(shè)計(jì)）。如何求的極限載荷，是該準(zhǔn)則的基礎(chǔ)。3）準(zhǔn)則應(yīng)用：·JB 4732、A

11、SME Vffl2；·GB 150：平板、整體法蘭（含按整體法蘭設(shè)計(jì)的任意式 法蘭）連接的圓筒徑部等元件設(shè)計(jì)或應(yīng)力計(jì)算公式。4）適用范圍：材料，載荷5）極限載荷設(shè)計(jì)原理的保守性·用矩形截面梁極限狀態(tài)作為依據(jù)，梁只需要一個(gè)塑性鉸即到達(dá)極限狀態(tài)，而壓力容器可近似看作多個(gè)矩形截面梁拼合而 成，即需要多個(gè)塑性鉸才能塑性失效。是偏安全的。極限載荷設(shè)計(jì)原理將板、殼看作由若干受拉彎作用下的矩形截面梁，材料為理想彈塑性；當(dāng)拉伸為0時(shí)考察純彎梁應(yīng)力隨M的變化：1）彈性階段；2）當(dāng)上下表面（ReL或Rp0.2）時(shí)，對(duì)應(yīng)的最大彎矩：3）當(dāng)繼續(xù)增加載荷從彈性層減少，塑性層增加，直到整個(gè)截面屈服，此

12、時(shí)不增加載荷截面梁變形也無(wú)限増大，即形成“塑性鉸”，此時(shí)： “塑性鉸”：梁某截面全部進(jìn)入塑性狀態(tài)后，該處曲率可以任意増大，稱(chēng)該點(diǎn)出現(xiàn)了一個(gè)塑性鉸。此時(shí)M即為極限載荷，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力： 2.3 彈塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1）如果容器的某一局部區(qū)域，一部分材料發(fā)生了屈服，而其他大部分區(qū)域仍為彈性狀態(tài)，而彈性部分又能約束著塑性區(qū)的塑性流動(dòng)變形，結(jié)構(gòu)處于這種彈塑性狀態(tài)可以認(rèn)為并不一定意味著失效。2）只有當(dāng)容器某一局部彈塑性區(qū)域內(nèi)的塑性區(qū)中應(yīng)力超過(guò)了由“安定性原理”確定的許用值（安定載荷）時(shí)才認(rèn)為結(jié)構(gòu)喪失了 “安定性”而發(fā)生了彈塑性失效。3）安定性原理作為彈塑性失效的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，亦稱(chēng)安定性準(zhǔn)則。4

13、）概念：·安定性一結(jié)構(gòu)除在初始階段少數(shù)幾個(gè)載荷循環(huán)中產(chǎn)生一定的塑性變形外，在繼續(xù)施加的循環(huán)外載荷作用下不再發(fā)生新的塑性變形，或者說(shuō)不出現(xiàn)塑性疲勞或棘輪現(xiàn)象。此時(shí)結(jié)構(gòu)處于安定狀態(tài)。·棘輪現(xiàn)象：構(gòu)件受機(jī)械載荷、熱應(yīng)力或二者同時(shí)作用的循環(huán)作用，產(chǎn)生遞増的非彈性變形的現(xiàn)象。·安定載荷安定與不安定的臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的載荷變化范圍。5）與極限載荷的區(qū)別：載荷達(dá)到安定載荷時(shí)，只是損傷累積的開(kāi)始，到達(dá)破壞還有緩慢的過(guò)程，因此對(duì)“安定”不加安全系數(shù)，只要施加的載荷小于安定載荷。2.4 爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1）非理想塑性材料屈服后還有增強(qiáng)的能力，對(duì)于厚壁容器在整體屈服后仍有繼續(xù)增強(qiáng)的承載能力

14、，直到容器達(dá)到爆破時(shí)的載荷才為最大載荷。2）以容器爆破作為失效狀態(tài)，以爆破壓力作為設(shè)計(jì)的判據(jù)加以限制，以防止發(fā)生爆破，這就是容器的爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。3）應(yīng)用：超高壓容器設(shè)計(jì)。 2.5 疲勞失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1）定義：為防止容器發(fā)生疲勞失效，將容器應(yīng)力集中部位的最大交變應(yīng)力的應(yīng)力幅限制在由低周疲勞設(shè)計(jì)曲線確定的許用應(yīng)力幅之內(nèi)時(shí)才能保證在規(guī)定的循環(huán)周次內(nèi)不發(fā)生疲勞失效。2）壓力容器的疲勞屬于高應(yīng)變（即在屈服點(diǎn)以上的）低周次（循 環(huán)次數(shù)小于105次）的疲勞失效，亦稱(chēng)“低周疲勞”。3）根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)研究和理論分析建立了安全應(yīng)力幅（Sa）與許用循環(huán)周次（N）的低周疲勞設(shè)計(jì)曲線，即SaN曲線。2.6 失

15、穩(wěn)失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1）外壓容器的失穩(wěn)皺折需按照穩(wěn)定性理論進(jìn)行穩(wěn)定性校核，這就是失穩(wěn)失效的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。2）大型直立設(shè)備（如塔設(shè)備）在風(fēng)載與地震載荷下的縱向穩(wěn)定性校核也屬此類(lèi)。3）應(yīng)用：GB 150、JB 4732外壓容器設(shè)計(jì)。2.7 其他失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則脆性斷裂失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1）即“防脆斷失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則”，按斷裂力學(xué)概念，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)的一種計(jì)算準(zhǔn)則。2）為防止缺陷導(dǎo)致低應(yīng)力脆斷，可按斷裂力學(xué)限制缺陷的尺寸 或?qū)Σ牧咸岢霰仨氝_(dá)到的韌性指標(biāo)，這是防脆斷設(shè)計(jì)。3）準(zhǔn)則應(yīng)用：安全評(píng)定；壽命評(píng)估；蠕變失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1）定義：將高溫容器筒體的蠕變變形量（或按蠕變方程計(jì)算出的相應(yīng)的應(yīng)力）限

16、制在某一允許的范圍之內(nèi)，以保證高溫容器在規(guī)定的使用期內(nèi)不發(fā)生蠕變失效。2）應(yīng)用：GB150JB 4732不適用。例：Q245R、Q345R剛度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1）為保證結(jié)構(gòu)有足夠的剛度，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的變形分析，將結(jié)構(gòu) 中特定點(diǎn)的線位移及角位移限制在允許的范圍內(nèi)。2）例：大型板式塔內(nèi)大直徑塔盤(pán)法蘭設(shè)計(jì)泄漏失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：通過(guò)法蘭設(shè)計(jì)方法和特殊密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)要求以及對(duì)密封墊片和螺柱、螺母的要求，防止接頭泄漏的發(fā)生。2.8 失效準(zhǔn)則的選擇1）我國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)涵蓋的失效準(zhǔn)則標(biāo)準(zhǔn)GB150，JB/T 4735JB4732設(shè)計(jì)準(zhǔn)則彈性、失穩(wěn)失效準(zhǔn)則彈性、塑性、彈塑性、失穩(wěn)、疲勞失效準(zhǔn)則應(yīng)力分析方法以材料

17、力學(xué)、板殼理論為基礎(chǔ)，引入應(yīng)力增大系數(shù)和形狀系數(shù)彈性力學(xué)、板殼理論公式；彈性有限元法；塑性分析；實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析2）其他失效準(zhǔn)則的應(yīng)用（設(shè)計(jì)者需要考慮）·選材；·結(jié)構(gòu)優(yōu)化；·制造要求；·使用控制；例如：低溫容器，“防脆斷失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則”高溫容器，“蠕變失效準(zhǔn)則”不銹鋼制壓力容器，“腐蝕失效準(zhǔn)則”壓力容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則發(fā)展 ·以上設(shè)計(jì)準(zhǔn)則都是近代化工容器中已被采用的，除彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和失穩(wěn)失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則在20世紀(jì)60年代以前就逐步成熟運(yùn)用于容器的工程設(shè)計(jì)之外，彈塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、疲勞失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、斷裂失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)

18、則以及蠕變失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則均是這個(gè)年代及以后逐步出現(xiàn)并成熟起來(lái)的，反映出設(shè)計(jì)理論的進(jìn)展與突破。·腐蝕失效所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則比較復(fù)雜，它所涉及的不是一個(gè)獨(dú)立的準(zhǔn)則。各種不同的腐蝕失效形態(tài)所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是多種多樣的，有些還沒(méi)有相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。3 壓力容器設(shè)計(jì)的基本概念3.1 壓力容器設(shè)計(jì)的強(qiáng)度理論 3.2 容器設(shè)計(jì)的基本參數(shù)3.3 GB1502011壓力容器 3.4 其他常用壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)3.1 壓力容器設(shè)計(jì)的強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論要解決的問(wèn)題：用單向應(yīng)力狀態(tài)的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料的破壞條件。強(qiáng)度理論：應(yīng)用于彈性失效準(zhǔn)則。如何將某個(gè)三個(gè)主應(yīng)力的組 合（當(dāng)

19、量應(yīng)力）用單向拉伸的應(yīng)力值來(lái)衡量。1）第一強(qiáng)度理論（最大正應(yīng)力理論）材料不論在什么復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下，只要三個(gè)主應(yīng)力中有一個(gè)達(dá)到軸向拉伸（或壓縮）中破壞應(yīng)力的數(shù)值時(shí)，材料就要發(fā)生破壞。當(dāng)量應(yīng)力當(dāng)1或|3|要求：1拉 或|3|壓沒(méi)有考慮其它兩個(gè)主應(yīng)力的影響，應(yīng)用于塑性材料時(shí)，偏差很大由于歷史的原因，壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)中一直采用2）第二強(qiáng)度理論（最大線應(yīng)變理論）當(dāng)1（23）及當(dāng)|3（12）|要求：當(dāng)拉 或當(dāng)壓·僅對(duì)脆性材料，理論預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果大致相符 ·壓力容器設(shè)計(jì)中不采用3）第三強(qiáng)度理論（最大剪應(yīng)力理論、Tresca屈服條件）max（1 3）/2 拉

20、/2當(dāng)1 3 要求：當(dāng)拉 與塑性材料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好·壓力容器分析設(shè)計(jì)JB4732中采用此理論·這里的當(dāng)量應(yīng)力又稱(chēng)為應(yīng)力強(qiáng)度S·根據(jù)實(shí)驗(yàn)，可以得到材料的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度Sm·分析設(shè)計(jì)中，將應(yīng)力分成不同的狀態(tài)，根據(jù)各狀態(tài)對(duì)應(yīng)的失效準(zhǔn)則確定許用極限KSm中的系數(shù)4）第四強(qiáng)度理論（最大變形能理論、Mises屈服條件）認(rèn)為材料破壞取決于變形比能。對(duì)金屬材料即是形狀改變比能。要求：當(dāng)拉 ·與塑性材料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好·但我國(guó)壓力容器分析設(shè)計(jì)中沒(méi)有采用此理論3.2 壓力容器設(shè)計(jì)的基本參數(shù) 1）壓力（除注明者外

21、，均為表壓力）設(shè)計(jì)壓力P：指設(shè)定的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，其值不低于工作壓力。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)）工作壓力Pw：在正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力。試驗(yàn)壓力PT：進(jìn)行耐壓試驗(yàn)或泄漏試驗(yàn)時(shí)，容器頂部的壓力。最大允許工作壓力（MAWP）：在指定的相應(yīng)溫度下，容器頂部所允許承受的最大壓力。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，且取最小值。動(dòng)作壓力：系指安全閥的開(kāi)啟壓力或爆破片的爆破壓力。安

22、全閥的 開(kāi)啟壓力Pz：安全閥閥瓣開(kāi)始離開(kāi)閥座，介質(zhì)呈連續(xù)排出狀態(tài)時(shí)，在安全閥進(jìn)口測(cè)得的壓力。爆破片的標(biāo)定爆破壓力Pb：爆破片銘牌上標(biāo)明的爆破壓力。1）壓力（關(guān)系）設(shè)計(jì)壓力的確定內(nèi)壓容器無(wú)安全泄放裝置1.01.10倍工作壓力；裝有安全閥安全閥開(kāi)啟壓力（取1.051.10倍工作壓力）；裝有爆破片爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力加制造范圍上限；容器位于泵進(jìn)口側(cè)，且無(wú)安全泄放裝置時(shí)取無(wú)安全泄放裝置時(shí)的設(shè)計(jì)壓力，且以0.1Mpa外壓進(jìn)行校核；續(xù)表真空容器無(wú)夾套有安全泄放裝置Min1.25倍最大內(nèi)外壓差，0.1Mpa無(wú)安全泄放裝置設(shè)計(jì)外壓力取0.1Mpa；夾套內(nèi)為內(nèi)壓容器（真空）設(shè)計(jì)外壓力按無(wú)夾套真空容器規(guī)定選取夾套（

23、內(nèi)壓）設(shè)計(jì)內(nèi)壓力按內(nèi)壓容器規(guī)定選??；外壓容器設(shè)計(jì)外壓力正常工作情況下可能產(chǎn)生的最大內(nèi)外壓差2）溫度設(shè)計(jì)溫度：指壓力容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值），與設(shè)計(jì)壓力一起作為設(shè)計(jì)載荷條件；工作溫度：容器在正常工作情況下，容器元件的金屬溫度。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，標(biāo)注在圖樣上的工作溫度一般指介質(zhì)溫度。試驗(yàn)溫度：進(jìn)行耐壓試驗(yàn)或泄漏試驗(yàn)時(shí)，容器殼體的金屬溫度。最低設(shè)計(jì)金屬溫度：在壓力容器設(shè)計(jì)中，預(yù)期該容器在運(yùn)行過(guò)程中各種可能條件下的金屬溫度的最低值。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)境溫度以及其他制冷

24、因素。注2：是設(shè)計(jì)選材依據(jù)之一，材料的選用除應(yīng)滿(mǎn)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。3）厚度計(jì)算厚度：按標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算得到的厚度。需要時(shí)，尚應(yīng)計(jì)入其他載荷所需厚度。對(duì)于外壓元件，指滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求的最小厚度。設(shè)計(jì)厚度：計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和。名義厚度：設(shè)計(jì)厚度加上鋼材負(fù)偏差后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度。（標(biāo)注在圖樣上的厚度）有效厚度：名義厚度減去腐蝕裕量和材料厚度負(fù)偏差。最小成形厚度：受壓元件成形后保證設(shè)計(jì)要求的最小厚度。厚度（關(guān)系）關(guān)系圖：4）確定許用應(yīng)力的系數(shù)（國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀）美國(guó)：常規(guī)3.5/1.5（分析2.4/1.5）；大的安全系數(shù)

25、，寬松的檢驗(yàn)要求歐洲：2.4/1.5；小的安全系數(shù)，嚴(yán)格的檢驗(yàn)要求。我國(guó)：美國(guó)的安全系數(shù)，歐洲的檢驗(yàn)要求針對(duì)存在問(wèn)題，研究調(diào)整方案：室溫下的抗拉強(qiáng)度Rm：nb2.7（分析設(shè)計(jì)nb2.4）設(shè)計(jì)溫度下的屈服強(qiáng)度（）nbs15（允許釆用）納入新容規(guī)安全系數(shù)（我國(guó)調(diào)整基于強(qiáng)度的安全系數(shù)研究及方案確定）5）焊接接頭系數(shù)·對(duì)接焊接接頭強(qiáng)度和母材強(qiáng)度的比值。·反映了由于焊接缺陷、殘余應(yīng)力、焊材等因素導(dǎo)致的強(qiáng)度的削弱。GB 150 規(guī)定：焊接接頭形式100%無(wú)損檢測(cè)局部無(wú)損檢測(cè)焊接工藝特點(diǎn)雙面焊相當(dāng)于雙面焊全熔透的對(duì)接接頭1.00.85有金屬墊板的單面焊對(duì)接焊縫0.90.8JB/T4730

26、合格級(jí)別射線檢測(cè)（技術(shù)等級(jí)不低于AB級(jí)）級(jí)級(jí)超聲檢測(cè)（技術(shù)等級(jí)不低于AB級(jí)）級(jí)級(jí)對(duì)接焊接接頭系數(shù)的選擇，值得強(qiáng)調(diào)的3點(diǎn)：當(dāng)縱向、環(huán)向焊接接頭不一致時(shí)？如：縱向雙面焊100%RT，環(huán)單面焊，且無(wú)法進(jìn)行RT。如何校核計(jì)算？取縱向封頭拼縫接頭系數(shù)如何選??？（GB150要求100%RT或UT）取容器筒體縱向整板制造的封頭，焊接接頭系數(shù)如何?。咳?6）載荷及其組合（1）內(nèi)壓、外壓或最大壓差；（2）液體靜壓力，當(dāng)液柱靜壓力小于設(shè)計(jì)壓力的5%時(shí)，可忽略不計(jì)；（3）容器的自重，以及正常工作條件下或試驗(yàn)狀態(tài)下內(nèi)裝物料的重力載荷；（4）附加載荷，如其它附屬設(shè)備、隔熱材料、襯里、管道、扶梯、平臺(tái)等的重力載荷；（5）

27、風(fēng)載荷、雪載荷及地震載荷；（6）支座、底座圈、支耳及其它型式底座的反作用力；（7）包括壓力急劇波動(dòng)的沖擊載荷；（8）由各種溫度條件引起的不均勻應(yīng)變載荷及由連接管道或其它部件的膨脹或收縮所引起的作用力。（9）運(yùn)輸或吊裝時(shí)的作用力。3.3 GB 1502011壓力容器適用范圍設(shè)計(jì)壓力：鋼制容器不大于35MPa。其他金屬材料制容器按相應(yīng)引用標(biāo)準(zhǔn)確定適用范圍設(shè)計(jì)溫度范圍：26990C鋼材允許的使用溫度范圍；上限標(biāo)準(zhǔn)許用應(yīng)力表給出的最高溫度（對(duì)外壓容器為計(jì)算圖表中給出的溫度）另外給出了不適用范圍：移動(dòng)式壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程管轄的容器；核能裝置中存在中子輻射損傷失效風(fēng)險(xiǎn)的容器：直接火焰加熱的容器：旋轉(zhuǎn)或往

28、復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備中自成整體或作為部件的受壓器室 （如泵殼、壓縮機(jī)外殼、渦輪機(jī)外殼、液壓缸等）：內(nèi)直徑（對(duì)非圓形截面，指截面內(nèi)邊界的最大幾何尺寸，如：矩形為對(duì)角線，橢圓為長(zhǎng)軸）小于150mm的容器；搪玻璃容器和制冷空調(diào)行業(yè)中另有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的容器。（一）失效準(zhǔn)則壓力容器規(guī)則設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB150）主要采用彈性失效準(zhǔn)則。部分復(fù)雜結(jié)構(gòu)中引入塑性失效準(zhǔn)則，使結(jié)構(gòu)更加合理。（二）強(qiáng)度理論第一強(qiáng)度理論，即最大主應(yīng)力理論。對(duì)錐殼過(guò)渡段、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)以及平封頭等復(fù)雜結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行修證。3.4 其他壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1）JB 47321995鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)適用范圍設(shè)計(jì)壓力：0.1 Mpap100 Mpa從標(biāo)

29、準(zhǔn)的基本準(zhǔn)則、理論基礎(chǔ)而論，可以不限設(shè)計(jì)壓力。但若用于更高的壓力范圍，則在材料品種及檢驗(yàn)要求、結(jié)構(gòu)形式、制造檢驗(yàn)、螺紋精度、密封形式，以及計(jì)算方法（如自增強(qiáng)理論的應(yīng)用）等方面，都要加以補(bǔ)充。本標(biāo)準(zhǔn)限定適用在100MPa以下，除考慮上述諸因素外，還結(jié)合了當(dāng)前國(guó)內(nèi)實(shí)際情況和國(guó)外同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。適用范圍設(shè)計(jì)溫度：蠕變溫度以低于鋼材蠕變極限（經(jīng)10萬(wàn)小時(shí)蠕變率為1%的蠕變極限）控制其應(yīng)力強(qiáng)度許用極限的相應(yīng)溫度。如：碳素鋼375；碳錳鋼375；錳鉬鈮鋼400；鉻鉬鋼475；奧氏體不銹鋼425超出此溫度，其分析所依據(jù)的基礎(chǔ)理論已不能適應(yīng)?？紤]的失效準(zhǔn)則：彈性失效準(zhǔn)則：失穩(wěn)失效準(zhǔn)則：彈塑性失效準(zhǔn)則：塑性失效

30、準(zhǔn)則：疲勞失效準(zhǔn)則2）GB/T 1512014熱交換器1.適用材料增加鎳、鋯及其合金；2.擴(kuò)大了管殼式熱交換器的適用參數(shù)范圍，公稱(chēng)直徑不大于4000mm，設(shè)計(jì)壓力（Mpa）與公稱(chēng)直徑（mm）的乘積不大于27000；3.補(bǔ)充了固定管板式熱交換器管板計(jì)算方法，增加了管殼式熱交換器的受壓元件型式，包括雙管板結(jié)構(gòu)、拉撐管板結(jié)構(gòu)、撓性管板等結(jié)構(gòu)；4.增加了采用高效換熱管的內(nèi)容。標(biāo)準(zhǔn)適用范圍設(shè)計(jì)壓力1.管殼式熱交換器的設(shè)計(jì)壓力不大于35MPa；2.其他結(jié)構(gòu)型式熱交換器的設(shè)計(jì)壓力按相應(yīng)引用標(biāo)準(zhǔn)確定。標(biāo)準(zhǔn)適用范圍設(shè)計(jì)溫度1.鋼材不得超過(guò)GB150.2列入材料的允許使用溫度范圍；2.其他金屬材料按相應(yīng)引用標(biāo)準(zhǔn)中

31、列入材料的允許使用溫度確定。3）GB123372014鋼制球形儲(chǔ)罐適用范圍設(shè)計(jì)壓力：p6.4Mpa；設(shè)計(jì)溫度：材料允許的使用溫度范圍；結(jié)構(gòu)參數(shù)：V50m3；考慮的失效準(zhǔn)則：彈性失效準(zhǔn)則、失穩(wěn)失效準(zhǔn)則4）其他常用標(biāo)準(zhǔn)·JB/T 4731臥式容器；·JB/T 4710塔式容器；·JB/T 4734鋁制焊接容器；·JB/T 4745鈦制焊接容器；·JB/T 4755銅制焊接容器；·JB/T 4756鎳及鎳合金焊接容器；·NB/T 47011鋯制壓力容器。4 常見(jiàn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法4.1 圓筒4.2 球殼4.3 封頭4.4 開(kāi)孔與開(kāi)

32、孔補(bǔ)強(qiáng)4.5 法蘭4.6 檢驗(yàn)中的強(qiáng)度校核4.1.1 內(nèi)壓圓筒1）GB150中關(guān)于內(nèi)壓殼體的強(qiáng)度計(jì)算考慮的失效模式是結(jié) 構(gòu)在一次加載下的塑性破壞，即彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。2）壁厚設(shè)計(jì)釆用材料力學(xué)解（中徑公式）計(jì)算應(yīng)力，利用第一強(qiáng)度理論作為控制。軸向應(yīng)力：環(huán)向應(yīng)力：（取單位軸向長(zhǎng)度的半個(gè)圓環(huán)）  校核：1，2z，10t· 對(duì)應(yīng)的極限壓力：2）彈性力學(xué)解（拉美公式）討論：1）主應(yīng)力方向？應(yīng)力分布規(guī)律？徑向、環(huán)向應(yīng)力非線形分布（內(nèi)壁應(yīng)力絕對(duì)值最大），軸向應(yīng)力均布；2）K對(duì)應(yīng)力分布的影響？越大分布越不均勻，說(shuō)明材料的利用不充分；例如，k1.1時(shí)，R1.1內(nèi)外壁應(yīng)力相

33、差10%；K1.3時(shí)，R1.35內(nèi)外壁應(yīng)力相差35%；4 常見(jiàn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法962）彈性力學(xué)解（拉美公式）主應(yīng)力：1，2z，3r屈服條件：11（23）133）GB150規(guī)定圓筒計(jì)算公式（中徑公式）的使用范圍為：p/·0.4（即1.5）4.1.2 外壓圓筒1）GB150中關(guān)于外壓殼體的計(jì)算所考慮的失效模式：彈性失 效準(zhǔn)則和失穩(wěn)失效準(zhǔn)則（結(jié)構(gòu)在橫向外壓作用下的橫向端面失去原來(lái)的圓形，或軸向載荷下的軸向截面規(guī)則變化）2）失穩(wěn)臨界壓力的計(jì)算長(zhǎng)圓筒的失穩(wěn)臨界壓力（按Bresse公式）：長(zhǎng)圓筒的失穩(wěn)臨界壓力（按簡(jiǎn)化的Misse公式）：失穩(wěn)臨界壓力可按以下通用公式表示：圓筒失穩(wěn)時(shí)的環(huán)向應(yīng)力和應(yīng)

34、變：定義外壓應(yīng)變系數(shù)于是取穩(wěn)定系數(shù)m3，有·應(yīng)變系數(shù)A的物理意義系數(shù)A是受外壓筒體剛失穩(wěn)時(shí)的環(huán)向應(yīng)變，該系數(shù)僅與筒體的幾何參數(shù)L、D。、e有關(guān)，與材料性能無(wú)關(guān)·應(yīng)力系數(shù)B的物理意義：與系數(shù)A之間反映了材料的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系（應(yīng)力），可將材料的曲線沿軸乘以2/3而得到BA曲線。各種材料將對(duì)應(yīng)有各自的BA曲線3）圓筒失穩(wěn)設(shè)計(jì)穩(wěn)定系數(shù)（m3）的確定因素·計(jì)算公式的可靠性·制造中能夠達(dá)到的形狀的精確度圓度控制C1、C2由試驗(yàn)確定，如考慮失穩(wěn)壓力20%裕量，可取：C10.018、C20.0154.2 球殼4.2.1 內(nèi)壓球殼1）GB150中關(guān)于內(nèi)壓殼體的強(qiáng)度計(jì)算考慮

35、的失效模式是結(jié)構(gòu)在一次加載下的塑性破壞，即彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。壁厚設(shè)計(jì)采用材料力學(xué)解（中徑公式）計(jì)算應(yīng)力，利用第一強(qiáng)度理論作為控制。適用范圍：p/·0.6 即K1.35（相對(duì)誤差為0.7%）4.2.2 外壓球殼由彈性失穩(wěn)理論分析，受均勻外壓的球殼臨界壓力計(jì)算：，取0.3，得到消除計(jì)算方法誤差，取20%，得到：GB150取穩(wěn)定安全系數(shù)m3，得到：注意：GB150球殼總的穩(wěn)定安全系數(shù)為15。4.3 封頭·幾何上，軸對(duì)稱(chēng)回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)（不計(jì)接管），沿母線（或任一經(jīng)線）第一曲率半徑為恒定值或連續(xù)變化；·載荷軸對(duì)稱(chēng)（內(nèi)外壓作用），根據(jù)作用于回轉(zhuǎn)殼微元體的力的平衡關(guān)系，得到基于薄殼

36、理論的微體平衡方程、區(qū)域平衡方程。·封頭一般與筒體連接，由于連接處一般存在壁厚差、曲率半徑突變等幾何不連續(xù)，因此連接處應(yīng)力可分為一次局部薄膜應(yīng)力和二次應(yīng)力。4.3.1 凸形封頭1）橢圓封頭第一、第二曲率半徑R1、R2：由無(wú)力矩理論：內(nèi)壓引起的經(jīng)向應(yīng)力、周向應(yīng)力：特點(diǎn)：1）經(jīng)向應(yīng)力衡為正值（拉應(yīng)力），短軸頂點(diǎn)為最大值點(diǎn)，長(zhǎng)軸端點(diǎn)為最小值點(diǎn)；2）周向應(yīng)力可能出現(xiàn)負(fù)值，在短軸頂點(diǎn)為最大拉應(yīng)力，長(zhǎng)軸端點(diǎn)為最小拉應(yīng)力或最大壓應(yīng)力。·邊緣應(yīng)力的影響考慮封頭筒體連接處的幾何不連續(xù)：內(nèi)壓下在封頭邊界上產(chǎn)生橫剪力Q和彎矩M，在封頭與圓筒連接附近的封頭上產(chǎn)生局部薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。·

37、內(nèi)壓和邊緣應(yīng)力疊加，形成封頭的總應(yīng)力。·實(shí)驗(yàn)得到封頭上最大應(yīng)力發(fā)生部位、方向、及大小隨a/b的變化：三個(gè)階段：1a/b1.21.2a/b2.52.5a/b·內(nèi)壓橢圓封頭厚度計(jì)算：采用第一強(qiáng)度理論，控制橢圓封頭的最大應(yīng)力不超過(guò)材料的許用應(yīng)力：適用范圍：2）碟形封頭·內(nèi)壓碟形封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算·外壓碟形封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算只需考慮碟形封頭的球冠部分，作為一當(dāng)量半球形封頭進(jìn)行計(jì)算，該半球形封頭的半徑為碟形封頭球冠部分的半徑。3）球冠形封頭·球冠形封頭設(shè)計(jì)計(jì)算GB1501998GB1502011球面部分內(nèi)壓按球殼壁厚計(jì)算外壓取外壓球殼計(jì)算結(jié)果與上式中的大值按外壓

38、球殼計(jì)算加強(qiáng)段無(wú)rQ；凸面受壓時(shí)，加強(qiáng)段厚度不小于受外壓球殼的厚度球冠形封頭設(shè)計(jì)計(jì)算思想端封頭：封頭和圓筒殼體組合結(jié)構(gòu)，考慮連接處力和彎矩的平衡變形協(xié)調(diào)條件：柱殼體邊緣徑向位移球冠形封頭邊緣徑向位移柱殼體邊緣轉(zhuǎn)角球冠形封頭邊緣轉(zhuǎn)角4.3.2 錐型封頭1）結(jié)構(gòu)形式2）結(jié)構(gòu)要求錐封頭半 頂角30°45°60°60°錐殼大端允許無(wú)折邊應(yīng)有折邊（r10%DiL且3r）按平蓋（或應(yīng)力分析）錐殼小端允許無(wú)折邊應(yīng)有折邊（rS5%DiS且3r）3）內(nèi)壓錐形封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算·按薄殼理論解，錐體部分的經(jīng)向應(yīng)力、周向應(yīng)力：按第一強(qiáng)度理論，得到壁厚計(jì)算公式有折邊錐殼壁厚

39、計(jì)算公式：有折邊錐殼壁厚計(jì)算公式：式中：（f·DiDc/2）·無(wú)折邊錐殼大端無(wú)折邊錐殼結(jié)構(gòu)的適用條件：30°小端無(wú)折邊錐殼結(jié)構(gòu)的適用條件：45°應(yīng)考慮錐殼與圓筒連接處的邊緣應(yīng)力，在一定條件下，連接 處的壁厚需進(jìn)行加強(qiáng)，如錐殼大端與筒體連接處的加強(qiáng)厚度：注：a）當(dāng)時(shí)，該比值取0.002進(jìn)行查圖和計(jì)算。b）該公式?jīng)]有考慮除壓力外的其他軸向載荷。·有折邊錐殼適用范圍：60°（當(dāng)60°，應(yīng)按平蓋進(jìn)行設(shè)計(jì)）大端國(guó)度段厚度：其中Kf·M注：相當(dāng)于將過(guò)渡段與錐殼的連接看成是蝶形封頭過(guò)渡段與球冠部分的連接小端過(guò)渡段厚度：4.3 封

40、頭4.3.3 平蓋 1）按板殼理論，圓平板在均布載荷下的最大應(yīng)力：其中，K為結(jié)構(gòu)特征系數(shù)，反映了板邊緣對(duì)板最大應(yīng)力的影響。2）平蓋厚度計(jì)算平蓋與筒體焊接，或與法蘭焊接通過(guò)螺栓與圓筒連接，即結(jié)構(gòu)介于簡(jiǎn)支和固支之間，因此結(jié)構(gòu)特征系數(shù)：0.188K0.309。對(duì)圓平蓋的最大應(yīng)力max以1倍的許用應(yīng)力進(jìn)行限制，并考慮平板可能拼接而計(jì)及焊接接頭系數(shù)，則得到標(biāo)準(zhǔn)中的平蓋厚度計(jì)算公式：4.4 開(kāi)孔與開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)4.4.1開(kāi)孔1）開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)原因（目的）：·彌補(bǔ)因開(kāi)孔造成的殼體強(qiáng)度削弱；·由于開(kāi)孔引起的結(jié)構(gòu)不連續(xù)，降低局部應(yīng)力水平。2）GB150中關(guān)于開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算所考慮的失效模式是開(kāi)孔接

41、管結(jié) 構(gòu)在壓力載荷作用下的高應(yīng)力水平而引起的開(kāi)裂（沒(méi)有考慮循環(huán)載荷引起的疲勞破壞）。3）GB150適用的開(kāi)孔形狀：·圓形、長(zhǎng)短徑比小于2的橢圓形和長(zhǎng)圓形；4）GB150適用的開(kāi)孔范圍：·當(dāng)圓筒內(nèi)徑Di1500mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑dopDi/2，且dopDi/520mm；當(dāng)圓筒內(nèi)徑Di1500mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑dopDi/3，且dop1000mm；·凸形封頭或球殼開(kāi)孔的最大允許直徑dopDi/2；·錐形封頭開(kāi)孔的最大直徑dopDi/3（Di為開(kāi)孔中心處錐殼內(nèi)直徑）注：開(kāi)孔最大直徑dop對(duì)橢圓形或長(zhǎng)圓形開(kāi)孔指長(zhǎng)軸尺寸。4.4.2 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)型式及適用條

42、件1）開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)型式1補(bǔ)強(qiáng)圏補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)遵循的條件 ·低合金鋼的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值Rm540Mpa·補(bǔ)強(qiáng)圈厚度小于或等于1.5n·殼體名義厚度n38mm若條件許可，推薦以厚壁接管代替補(bǔ)強(qiáng)圈進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。2）開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)型式1整體補(bǔ)強(qiáng)。采用整體補(bǔ)強(qiáng)的條件（之一）：·設(shè)計(jì)壓力大于4Mpa；設(shè)計(jì)溫度大于350；疲勞容器；承裝極度高度危害的容器；補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)不能滿(mǎn)足。4.4.3 開(kāi)孔邊緣的應(yīng)力及其補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則 1）開(kāi)孔邊緣的應(yīng)力 2）補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則局部薄膜應(yīng)力  保障開(kāi)孔局部截面的靜力強(qiáng)度或防止失穩(wěn)彎曲應(yīng)力 安定性原理出發(fā)，防止結(jié)構(gòu)

43、垮塌峰值應(yīng)力  防止疲勞破壞3）等面積法的補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則補(bǔ)強(qiáng)開(kāi)孔局部截面的拉伸強(qiáng)度 ·只涉及靜力強(qiáng)度，不考慮峰值應(yīng)力問(wèn)題（不適用疲勞容器）對(duì)二次應(yīng)力的安定性問(wèn)題，通過(guò)限制開(kāi)孔范圍進(jìn)行控制4.4.4 等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)1）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(kāi)孔處結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。2）內(nèi)壓殼體開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：式中dop為開(kāi)孔直徑，其值為接管直徑d加2倍接管壁厚附加量，d的取值：圓筒開(kāi)孔，徑向a取d；斜向b取d1；切向c取d。錐殼開(kāi)孔同圓筒；凸形封頭開(kāi)孔，一律取長(zhǎng)徑。3）外壓殼體開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積為內(nèi)壓的0.5倍。4）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍及補(bǔ)強(qiáng)面積按圖中矩形W

44、XYZ范圍確定4.4.5 圓筒徑向接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的分析法a）適用范圍1）適用于內(nèi)壓作用下具有單個(gè)徑向接管的圓筒，當(dāng)圓筒具有兩個(gè)或兩個(gè)以上開(kāi)孔時(shí)，相鄰兩開(kāi)孔邊緣的間距不得小于2；2）圓筒、接管或補(bǔ)強(qiáng)件的材料，其標(biāo)準(zhǔn)室溫屈服強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值之比ReL/Rm0.8；3）接管或補(bǔ)強(qiáng)件與殼體應(yīng)采用截面全熔透焊縫，從而確保補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性；4）對(duì)圓筒或接管進(jìn)行整體補(bǔ)強(qiáng)，應(yīng)滿(mǎn)足補(bǔ)強(qiáng)范圍尺寸（自接管、圓筒交線至補(bǔ)強(qiáng)區(qū)邊緣的距離：對(duì)于圓筒l ，對(duì)于接管lt，或整體加厚圓筒體；補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)的A、B類(lèi)嬙鯈接頭不得有任鑌陷，必要時(shí)應(yīng)對(duì)此提出無(wú)損檢測(cè)要求；5）圓筒與接管之間角焊縫的焊腳尺寸應(yīng)分別不小于

45、n/2和nt/2 ，接管內(nèi)壁與圓筒內(nèi)壁交線處圓角半徑在n/8和n/2之間；6）本設(shè)計(jì)方法適用下列參數(shù)范圍：4.5 法蘭4.5.1 法蘭的分類(lèi)及標(biāo)準(zhǔn)法蘭的選用1）法蘭設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要失效模式是整個(gè)法蘭接頭的泄漏，還需顧及螺栓、墊片和法蘭的強(qiáng)度2）法蘭的分類(lèi)3）標(biāo)準(zhǔn)法蘭的選用·法蘭標(biāo)準(zhǔn)主要是按工程使用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行編制，當(dāng)選用標(biāo)準(zhǔn)法蘭時(shí)，不必按Waters法進(jìn)行強(qiáng)度校核；·標(biāo)準(zhǔn)容器法蘭的公稱(chēng)壓力是以板材16MnR在常溫下的強(qiáng)度為依 據(jù)而制定；·標(biāo)準(zhǔn)容器法蘭的最大允許工作壓力應(yīng)按JB/T 4700的表6和表7確定。4.5.2 基于Waters法的法蘭設(shè)計(jì)方法1）法蘭密封的影響

46、因素：螺栓預(yù)緊力、墊片性能、法蘭密封面的特征、法蘭剛度、螺栓剛度、操作工況。2）螺栓法蘭的設(shè)計(jì)內(nèi)容·確定墊片材料、型式、尺寸；·確定螺栓材料、規(guī)格、數(shù)量；·確定法蘭材料、密封面型式、結(jié)構(gòu)尺寸；·進(jìn)行應(yīng)力校核；針對(duì)防止密封失效所提出的限定各種泄漏率的密封設(shè)計(jì)方法是非常有特色的。以致在世界壓力容器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面形成了美國(guó)ASME和歐盟13445兩大體系的新格局。這些都非常值得重視和深入研究。4.6 檢驗(yàn)中的強(qiáng)度校核1）例：內(nèi)壓圓筒體按壁厚校核按壓力校核1.原設(shè)計(jì)已明確所用強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的，可按該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)度校核；2.原設(shè)計(jì)沒(méi)有注明所依據(jù)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或無(wú)強(qiáng)度計(jì)算

47、的，原則上可根據(jù)用途（如石油、化工、冶金、輕工、制冷等）或類(lèi)型（如球罐、廢熱鍋爐、搪玻璃設(shè)備、換熱器、高壓容器等），按當(dāng)時(shí)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校核；3.進(jìn)口的或按國(guó)外規(guī)范設(shè)計(jì)的，原則上仍按原設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行強(qiáng)度校核。如設(shè)計(jì)規(guī)范不明，可參照我國(guó)相應(yīng)的規(guī)范；4.材料牌號(hào)不明并且無(wú)特殊要求的壓力容器，按照同類(lèi)材料的最低強(qiáng)度值進(jìn)行強(qiáng)度校核；5.焊接接頭系數(shù)應(yīng)根據(jù)焊接接頭的實(shí)際結(jié)構(gòu)型式和檢驗(yàn)結(jié)果，參照原設(shè)計(jì)規(guī)定選??；6.剩余壁厚按實(shí)測(cè)最小值減去至下次檢驗(yàn)期的腐蝕量，作為強(qiáng)度校核的壁厚；7.校核用壓力應(yīng)當(dāng)不小于壓力容器允許（監(jiān)控）使用壓力；8.強(qiáng)度校核時(shí)的壁溫取設(shè)計(jì)溫度或者操作溫度，低溫壓力容器取常溫；9.殼體直徑

48、按實(shí)測(cè)最大值選取；10、塔、球罐等設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)，還應(yīng)當(dāng)考慮風(fēng)載荷、地震載荷等附加載荷。對(duì)不能以常規(guī)方法進(jìn)行強(qiáng)度校核的，可以采用應(yīng)力分析或者實(shí)驗(yàn)應(yīng)力測(cè)試等方法校核。5 分析設(shè)計(jì)應(yīng)力分類(lèi)法5.1 基本思想 5.2 基本概念 5.3 應(yīng)力分類(lèi)的依據(jù) 5.4 應(yīng)力分類(lèi) 5.5 應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算5.6 應(yīng)力強(qiáng)度許用極限 5.7 分析設(shè)計(jì)的直接法5.1 基本思想1）規(guī)則設(shè)計(jì)方法 以上所述的容器設(shè)計(jì)方法都基于彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，將容器中最大應(yīng)力限制在彈性范圍內(nèi)可保證安全。這種“規(guī)則設(shè)計(jì)”方法對(duì)設(shè)計(jì)的容器基本上是安全的，主要著眼于限制容器中的最大薄膜

49、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。這種方法仍是現(xiàn)今設(shè)計(jì)規(guī)范的主流。特點(diǎn)：應(yīng)用廣泛，設(shè)計(jì)的絕大多數(shù)容器都是安全可靠的；設(shè)計(jì)、計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，容易掌握；2）規(guī)則設(shè)計(jì)方法的局限性 但應(yīng)當(dāng)看到，這種設(shè)計(jì)方法對(duì)容器中的某些應(yīng)力，例如結(jié)構(gòu)不連續(xù)應(yīng)力，開(kāi)孔接管部位的集中應(yīng)力等并不逐一進(jìn)行強(qiáng)度校核，特別是當(dāng)載荷（壓力或溫度）有交變可能引起結(jié)構(gòu)的疲勞失效時(shí)也未對(duì)這些應(yīng)力進(jìn)行安全性校核。·結(jié)構(gòu)的不確定性：·彈性失效準(zhǔn)則的保守性和不確定性；·所考慮載荷的不完整性：周期性載荷、熱載荷、局部載荷 ·經(jīng)濟(jì)性：競(jìng)爭(zhēng)性、安全性3）分析設(shè)計(jì)方法 

50、;隨著技術(shù)的發(fā)展，核容器和大型化的高參數(shù)化工容器的廣泛使用，工程師們逐步認(rèn)識(shí)到各種不同的應(yīng)力對(duì)容器的失效有不同的影響。應(yīng)從產(chǎn)生應(yīng)力的原因、作用的部位及對(duì)失效的影響幾方面將容器中的應(yīng)力進(jìn)行合理的分類(lèi)，形成了“應(yīng)力分類(lèi)”的概念和相應(yīng)的工程設(shè)計(jì)方法。按不同類(lèi)別的應(yīng)力可能引起的失效模式建立起彈性失效、塑性失效、彈塑性失效及疲勞失效的設(shè)計(jì)與校核方法，并給出不同的應(yīng)力限制條件。這就是應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的總體思想。這套方法的基礎(chǔ)首先要對(duì)容器中關(guān)鍵部位逐一進(jìn)行應(yīng)力分析，然后才能進(jìn)行應(yīng)力分類(lèi)。1968年ASME規(guī)范第卷“壓力容器”正式分為兩冊(cè)，第一冊(cè)（ASME1）為傳統(tǒng)的規(guī)則設(shè)計(jì)（Design by Rules）規(guī)范

51、，第二冊(cè)（ASME2）即為“分析設(shè)計(jì)”規(guī)范（Design by Analysis）。英國(guó)從1976年開(kāi)始在BS 5500規(guī)范中列入了壓力容器分析設(shè)計(jì)的內(nèi)容。日本的JIS 8250規(guī)范（即“壓力容器構(gòu)造另一標(biāo)準(zhǔn)”）在1983年生效。1993年調(diào)整為JIS 8281即“壓力容器的應(yīng)力分析和疲勞分析”。中國(guó)的容器分析設(shè)計(jì)規(guī)范于1995年以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的形式正式公布，稱(chēng)為“JB 4732鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”。分析設(shè)計(jì)定義：對(duì)容器的危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力分析，根據(jù)原因和性質(zhì)對(duì)應(yīng)力進(jìn)行分類(lèi)，按各類(lèi)應(yīng)力對(duì)容器失效的危害性的差異采用不同的準(zhǔn)則加以限制。即“以應(yīng)力分析為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)”，簡(jiǎn)稱(chēng)“分析設(shè)計(jì)”（Desig

52、n by Analysis）。·內(nèi)壓產(chǎn)生的應(yīng)力使容器在總體范圍內(nèi)發(fā)生彈性失效或塑性失效，即膜應(yīng)力可使筒體屈服變形，以致爆破。外壓引起總體剛性失穩(wěn)，即形狀失穩(wěn)。·其他機(jī)械載荷產(chǎn)生的局部應(yīng)力使容器發(fā)生局部范圍彈性失效或塑性失效。·總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)應(yīng)力，由于相鄰部位存在相互約束，可能使部分材料屈服進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，可造成彈塑性失效。·總體熱應(yīng)力也會(huì)造成容器的彈塑性失效。·應(yīng)力集中（局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)）及局部熱應(yīng)力使局部材料屈服，雖然可以造成彈塑性失效，·但只涉及范圍極小的局部，不會(huì)造成容器過(guò)度變形。·在交變載荷作用下，這種應(yīng)力再疊加上壓力載荷的應(yīng)力及不連續(xù)應(yīng)力會(huì)使容器出現(xiàn)疲勞裂紋，主要危害是導(dǎo)致疲勞失效。應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想容器上存在不同載荷及不同的應(yīng)力，而且對(duì)容器失效的影響又各不相同，因此就應(yīng)當(dāng)更為科學(xué)地將應(yīng)力進(jìn)行分類(lèi)，并按不同的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度校核。分析設(shè)計(jì)法按這種設(shè)計(jì)思想進(jìn)行容器設(shè)計(jì)時(shí)必先進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力分析，將各種外載荷或變形約束產(chǎn)生的應(yīng)力分別計(jì)算出來(lái)，然后進(jìn)行應(yīng)力分類(lèi)，再按不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)限制，保證容器在使用期內(nèi)不發(fā)生各種形式的失效，這就是以應(yīng)力分析為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法。 5.2 基本概念1