壓力容器結(jié)構(gòu)與分類

1、8 、壓力容器設(shè)計(jì)8.1 壓力容器概述8.4 典型薄壁殼的應(yīng)力分析8.5 內(nèi)壓圓筒型薄壁殼的設(shè)計(jì)8.6 外壓圓筒型薄壁殼的設(shè)計(jì)8.7 壓力容器的使用與管理8.2 壓力容器典型零部件8.3 壓力容器結(jié)構(gòu)與分類8.1 壓力容器概述壓力容器特點(diǎn)之一應(yīng)用廣泛 壓力容器不僅被廣泛用于化學(xué)、石油化工、醫(yī)藥、冶金、機(jī)械、采礦、電力、航天航空、交通運(yùn)輸?shù)裙I(yè)生產(chǎn)部門，在農(nóng)業(yè)、民用和軍工部門也頗常見，其中尤以石油化學(xué)工業(yè)應(yīng)用最為普遍，石油化工企業(yè)中的塔、釜、槽、罐無一不是貯器或作為設(shè)備的外殼，而且絕大多數(shù)是在一定的壓力溫度下運(yùn)行。 如一個(gè)年產(chǎn)30萬噸的乙烯裝置，約有793臺(tái)設(shè)備，其中壓力容器281臺(tái)，占了35.

2、4%。蒸汽鍋爐也屬于壓力容器，但它是用直接火焰加熱的特種受壓容器，至于民用或工廠用的液化石油氣瓶，更是到處可見。壓力容器特點(diǎn)之二工況條件復(fù)雜 壓力容器的操作條件十分復(fù)雜，甚至近于苛刻。壓力從1210-5Pa的真空到高壓、超高壓，如石油加氫為10.521.0 MPa；高壓聚乙烯為100200 MPa；合成氨為10100 MPa；人造水晶高達(dá)140 MPa；溫度從-196低溫到超過1000的高溫；而處理介質(zhì)則包羅爆、燃、毒、輻(照)、腐(蝕)、磨(損)等數(shù)千個(gè)品種。操作條件的復(fù)雜性使壓力容器從設(shè)計(jì)、制造、安裝到使用、維護(hù)都不同于一般機(jī)械設(shè)備，而成為一類特殊設(shè)備。壓力容器 特點(diǎn)之三數(shù)量巨大 2004

3、年的統(tǒng)計(jì)資料表明，國內(nèi)在用固定式壓力容器多達(dá)145.66萬臺(tái) ，移動(dòng)式壓力容器中14645輛，在用氣瓶12215.65萬只；鍋爐總臺(tái)數(shù)也高達(dá)57.27萬臺(tái) 。此外全國持有壓力容器制造許可證的企業(yè)合計(jì)4380個(gè)，設(shè)計(jì)單位1380個(gè)。如此龐大且潛在隱患容器的存在，以及地域廣泛的制造設(shè)計(jì)部門，自然成為國內(nèi)外政府部門特別重視其安全管理和監(jiān)察檢查的原因。壓力容器特點(diǎn)之四安全性要求高 壓力容器因其承受各種靜、動(dòng)載荷或交變載荷，還有附加的機(jī)械或溫度載荷；其次，大多數(shù)容器容納壓縮氣體或飽和液體，若容器破裂，導(dǎo)致介質(zhì)突然卸壓膨脹，瞬間釋放出來的破壞能量極大，加上壓力容器極大多數(shù)系焊接制造，容易產(chǎn)生各種焊接缺陷，

4、一旦檢驗(yàn)、操作失誤容易發(fā)生爆炸破裂，器內(nèi)易爆、易燃、有毒的介質(zhì)將向外泄漏，勢(shì)必造成極具災(zāi)難性的后果。因此，對(duì)壓力容器要求很高的安全可靠性。壓力容器的結(jié)構(gòu)零部件的二個(gè)基本參數(shù)對(duì)于用鋼板卷制的容器筒體而言，其公稱直徑的數(shù)值等于筒體內(nèi)徑。當(dāng)容器筒體直徑較小時(shí)，可直接采用無縫鋼管制作時(shí)，這時(shí)容器的公稱直徑等于鋼管的外徑。管子的公稱直徑（通徑）既不是管子的內(nèi)徑也不是管子的外徑，而是一個(gè)略小于外徑的數(shù)值。 公稱直徑（DN）零部件的二個(gè)基本參數(shù) 國家標(biāo)準(zhǔn)GB1048將管路元件的公稱壓力分為以下十個(gè)等級(jí)：0.25MPa、0.6MPa、1.0Ma、1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.30MPa、10.

5、0MPa、16.0MPa、25.0MPa 。公稱壓力（PN）8.2 典型零部件8.2.1 筒體和封頭筒體和封頭是構(gòu)成壓力容器的兩個(gè)最基本元件，工程上絕大多數(shù)壓力容器的筒體均為圓筒形。筒體通常由鋼板卷焊而成或直接采用無縫鋼管。鋼板卷焊而成的壓力容器公稱直徑指的是內(nèi)徑；直接采用無縫鋼管制作的容器公稱直徑指的是外徑。橢圓形封頭橢球形封頭碟形封頭錐形封頭平板封頭8.2.2 法蘭聯(lián)接法蘭聯(lián)接的特點(diǎn)：1、密封可靠：能保證緊密不漏；2、強(qiáng)度高：附加法蘭不削弱整體強(qiáng)度；3、適用面廣：設(shè)備和管道均可適用；4、可拆聯(lián)接：可多次重復(fù)裝拆；5、經(jīng)濟(jì)合理：可批量生產(chǎn)。法蘭聯(lián)接的工作原理：平焊法蘭對(duì)焊法蘭按聯(lián)接型式分：法

6、蘭聯(lián)接的分類：活套法蘭螺紋法蘭光滑面凹凸面榫槽面環(huán)密封面按密封面型式分：壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn) JB470192甲型平焊法蘭乙型平焊法蘭對(duì)焊法蘭管法蘭標(biāo)準(zhǔn)HG20592HG法蘭按下列規(guī)定標(biāo)記：法蘭（法蘭蓋） b c d e f g h a 標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：按HG標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一號(hào)HG20592b 法蘭類型代號(hào)：按表812c 法蘭公稱通徑DN(mm)與適用鋼管外徑系列d 法蘭公稱壓力PN，MPae 密封面型式代號(hào)，突面法蘭如車制密紋線，則標(biāo)記為RF(A)f 應(yīng)由用戶提供的鋼管壁厚g 材料牌號(hào)h 其它（如表面粗糙度）HG 20592 法蘭PL12000.6 RF Q235-A8.2.3設(shè)備的支座1)、懸掛式支座懸掛式支

7、座通常由兩塊筋板和一塊底板焊接而成支座號(hào)型號(hào)A、AN、B、BN JB/T 472592，耳座 如A型、不帶墊板，3號(hào)耳式支座，支座材料為Q235A.F標(biāo)記為：JB/T4725-92，耳座AN3，Q235A.F JB/T4724標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了耳式支座的標(biāo)記：2)、支腿式支座（1）公稱直徑DN4001600；（2）圓筒長度L與公稱直徑DN之比L/DN5；（3）容器的總高H5000mm。 型號(hào)A、B支座號(hào)JB/TB472492，支座 支腿式支座的標(biāo)記為：如容器公稱直徑DN800，角鋼支柱支腿，不帶墊板，材料為Q235-A.F，支承高度H=800mm。標(biāo)記為：JB/T 471392，支腿AN38003)、

8、支承式支座（1）公稱直徑DN8004000；（2）圓筒長度L與公稱直徑DN之比L/DN5；（3）容器的總高H10m。 型號(hào)A、B支座號(hào)JB/TB472492，支座 支承式支座的標(biāo)記為：裙座的結(jié)構(gòu)4）裙式支座5）鞍式支座鞍式支座常用于臥式設(shè)備。鞍座由一塊底板、一塊豎板和若干塊肋板焊接而成。 臥式設(shè)備一般采用雙支座，一個(gè)型，一個(gè)型。其中型的螺栓孔為園孔，型的螺栓孔為長園孔。 鞍式支座的位置布置應(yīng)符合ARi/2和A L/2。 AL8.3.3 設(shè)備的開孔1)、設(shè)備開孔的裝置設(shè)備的管口與凸緣人孔手孔及檢查孔8.2.4 設(shè)備安全附件1)、安全閥作用：當(dāng)壓力超過正常工作壓力，能自動(dòng)打開，介迅速排放，使設(shè)備內(nèi)

9、的壓力保持在最高許用壓力范圍內(nèi)，保證其處于安全狀態(tài)。2)、爆破片使用場合容器內(nèi)的介質(zhì)易于結(jié)晶或聚合，或帶有較多的粘性物質(zhì)，容易堵塞安全閥，或使安全閥的閥芯和閥座粘在一起；容器的內(nèi)壓由化學(xué)反應(yīng)或其他原因會(huì)迅速上升，安全閥難以及時(shí)排出所產(chǎn)生的大量氣體，且無法及時(shí)降壓。但不適用于壓力劇增，反應(yīng)速度達(dá)到爆轟時(shí)的壓力容器；容器內(nèi)的介質(zhì)為劇毒或極為昂貴的氣體，使用安全閥難以達(dá)到防漏要求。 3)、壓力表、液面計(jì)和測溫儀表 壓力表選用要求所選壓力表必須與壓力容器內(nèi)的介質(zhì)相適應(yīng)；低壓容器使用的壓力精度不低于2.5級(jí)；中、高壓容器使用的壓力表精度不應(yīng)低于1.5級(jí)；壓力表盤刻度極限值為最高工作壓力的1.53.0倍，

10、最好選用2倍，表盤直徑不應(yīng)小于100mm。 壓力表安裝要求裝設(shè)位置應(yīng)便于操作人員觀察和清洗，且應(yīng)避免受到輻射熱、凍結(jié)或震動(dòng)的不利影響；壓力表與壓力容器之間，應(yīng)裝設(shè)三通旋塞或針形閥，三通旋塞或針形閥上應(yīng)有開啟標(biāo)記和鎖緊裝置，壓力表和壓力容器之間不得連接其他用途的任何配件或接管；用于水蒸汽介質(zhì)的壓力表，在壓力表與壓力容器之間應(yīng)裝有存水彎管；用于具有腐蝕性或高粘度介質(zhì)的壓力表，在壓力表與壓力容器之間應(yīng)裝設(shè)能隔離介質(zhì)的緩沖裝置。液位計(jì)選用要求應(yīng)根據(jù)壓力容器的介質(zhì)、最高工作壓力和溫度選用；在安裝使用前，低、中壓容器用的液面計(jì)，應(yīng)進(jìn)行1.5倍液面計(jì)公稱壓力的水壓試驗(yàn)，高壓容器用的液面計(jì)，應(yīng)進(jìn)行1.25倍液

11、面計(jì)公稱壓力的水壓試驗(yàn)；盛裝0以下介質(zhì)的壓力容器，應(yīng)選用防霜液面計(jì)；寒冷地區(qū)室外使用的液面計(jì)，應(yīng)選用夾套型或保溫型結(jié)構(gòu)的液面計(jì)；易燃、毒性程度為極度、高度危害介質(zhì)的液化氣體壓力容器，應(yīng)采用板式或自動(dòng)液面指示計(jì)，并應(yīng)有防止泄漏的保護(hù)裝置；要求液面指示平穩(wěn)時(shí)不應(yīng)采用浮子式液面計(jì)。 8.3 壓力容器分類1)、 按承壓性質(zhì)分2)、 按監(jiān)察規(guī)程分1、 最高工作壓力Pw0.1MPa2、 內(nèi)直徑Di0.15m，且V0.025m33、 盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。監(jiān)察規(guī)程的管轄范圍GB5044職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)(1)極度危害10mg/m3,氫氧化鈉、丙酮等一類容器1.非易

12、燃或低毒的低壓反應(yīng)容器和儲(chǔ)存容器;2 .有毒和有危害的低壓容器1、一般中壓容器；二類容器2、 介質(zhì)為易燃或毒性程度為中度危害的低壓反應(yīng)容器和儲(chǔ)存容器；3、 毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)的低壓容器；4 、低壓管殼式余熱鍋爐；5、搪玻璃壓力容器。三類容器1、 高壓容器；2 、低壓容器(毒性為極度或高度危害介質(zhì)的中壓和PV大于0.2MPam3)；3、 中壓反應(yīng)容器(易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)且PV0.5MPam3)；4、 中壓儲(chǔ)存容器(易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)且PV10MPam3)；5、 高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；6、 中壓搪玻璃壓力容器；7 、球形（V50m3)和低溫儲(chǔ)存容器(V5m3)；8

13、、移動(dòng)式壓力容器。8.4 典型薄壁容器應(yīng)力分析按容器的外徑Do和內(nèi)徑Di的比值K不同，可將容器分為：1、 厚壁容器：K1.22 、薄壁容器：K1.21)、 受氣壓圓筒殼體靜力平衡方程：環(huán)向應(yīng)力為:環(huán)向應(yīng)力靜力平衡方程：經(jīng)向應(yīng)力為經(jīng)向應(yīng)力薄壁圓筒形壓力容器環(huán)向應(yīng)力為經(jīng)向應(yīng)力的二倍2)、承受內(nèi)壓的球形殼體3)、承受內(nèi)壓的橢球形殼體在頂點(diǎn)：在赤道：橢圓形封頭的應(yīng)力分布4)、承受內(nèi)壓的錐形殼體8.5 內(nèi)壓圓筒形薄壁殼體設(shè)計(jì)8.5.1. 強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式強(qiáng)度條件：設(shè)計(jì)公式：設(shè)計(jì)參數(shù)確定1)、 設(shè)計(jì)壓力(P)通常：P(1.01.1)PW有安全閥：P= (1.051.1)PW 且不低于安 全閥開啟壓力。有爆破片

14、：爆破壓力制造偏差介質(zhì)為液化氣：液化氣的飽和蒸汽壓。介質(zhì)為液體：當(dāng)液柱靜壓大于0.05P時(shí)， 應(yīng)計(jì)入液體靜壓力。指容器正常工作時(shí)，在相應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力下，器壁金屬可能達(dá)到的最高和最低溫度（低于或等于-20)2) 設(shè)計(jì)溫度3) 、許用應(yīng)力影響許用應(yīng)力的因素：1 使用溫度2 鋼板厚度許用應(yīng)力由材料的力學(xué)性能除以相應(yīng)的安全系數(shù)而得。4 )焊接接頭系數(shù)焊縫系數(shù)決定于二個(gè)因素：1）焊縫的結(jié)構(gòu)形式2） 無損探傷水平5) .厚度(t)a. 壁厚附加量 CC1C2 C1：鋼板負(fù)偏差 C2：腐蝕裕量b. 最小壁厚保證設(shè)備在運(yùn)輸和安裝過程中的安全。壓力試驗(yàn)1 、水壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力：強(qiáng)度條件：2 、氣壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力：強(qiáng)度

15、條件：3、 氣密性試驗(yàn)試驗(yàn)壓力：8.6 外壓薄壁圓筒的設(shè)計(jì)外壓容器的定義：內(nèi)壓大于外壓的容器。失效的主要形式為失穩(wěn)。其后果是造成容器幾何形狀偏離原形狀。8.6.1 外壓容器失穩(wěn)的概念長園筒短園筒容器失穩(wěn)與壓桿失穩(wěn)類似，取決于：1) 圓筒外徑與有效壁厚之比 Do/te；2) 圓筒長度與外徑的比值 L/Do3) 材料的力學(xué)性能 （E，)壓桿失穩(wěn)的主要因素：1、外載大小2、壓桿柔度(細(xì)長比)3、材料的力學(xué)性能。8.6.2 外壓薄壁圓筒厚度設(shè)計(jì)外壓設(shè)計(jì)的總體思路：保證工作壓力P小于許用外壓P而P=Pcr/mm 決定于Pcr的準(zhǔn)確程度、制造技術(shù)、焊縫結(jié)構(gòu)形式等因素。我國規(guī)定 m=3一、解析法2) 求Pc

16、r，確定P3) 如PP且較為接近，則所假定的 tn符合要求，否則重算，直到符合要求。1) 假設(shè)設(shè)計(jì)名義厚度tn，則有te=tn-C二、 圖解法器壁上的應(yīng)變：器壁上的應(yīng)力：K為特征系數(shù)臨界壓力：圖解法來源外壓圓筒幾何參數(shù)計(jì)算圖圓筒的許用外壓力：令則而此即為BA圖的由來外壓圓筒計(jì)算圖 (BA圖)設(shè)計(jì)方法和計(jì)算步驟1 假設(shè)2 確定比值：L/Do和D/te3 查圖8-21，確定A值4 根據(jù)不同材料查圖8-22,8-23,8-24確定B值，求得許用外壓PA在溫度線的右方5 比較P與P ,以P小于且接近于P為原則A在溫度線的左方，屬彈性失穩(wěn) 8.6.3. 軸向受壓圓筒的設(shè)計(jì)在彈性階段：在彈塑性階段用BA圖確定cr8.7 壓力容器的安全使用與管理8.7.1