《压力容器审核人员培训班讲稿-压力容器设计基础2007(77页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压力容器审核人员培训班讲稿-压力容器设计基础2007(77页).doc（77页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、-压力容器审核人员培训班讲稿-压力容器设计基础2007-第 77 页一概述压力容器审核人员培训班讲稿压力容器设计基础 1、标准适用的压力范围 GB1501998钢制压力容器设计压力 P：0.135 MPa 真空度：0.02 MPa GB1511999管壳式换热器设计压力 P：0.135 MPa 真空度：0.02 MPa 公称压力 PN35 MPa，公称直径 DN2600mm PN DN1.75104 JB473295钢制压力容器-分析设计标准设计压力 P：0.1100 MPa 真空度：0.02 MPa JBT47351997钢制焊接常压容器设计压力 P： 圆筒形容器：-0.02 MPaP0.1
2、 MPa 立式圆筒形储罐、圆筒形料仓 -500PaP0.2000 Pa 矩形容器： 连通大气 GB123371998钢制球形储罐设计压力 P4MPa,公称容积 V50M3JB47102000钢制塔式容器设计压力 P：0.135MPa (对工作压力10m 且 h/D(直径)5 2.设计时应考虑的载荷 1) 内压、外压或最大压差；1 2) 液体静压力(5%P)；压力容器审核人员培训班讲稿需要时，还应考虑以下载荷3) 容器的自重（内件和填料），以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷；4) 附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷；5) 风载荷、地震力、雪载荷；6) 支座、
3、座底圈、支耳及其他形式支撑件的反作用力；7) 连接管道和其他部件的作用力；8) 温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力；9) 包括压力急剧波动的冲击载荷；10)冲击反力,如流体冲击引起的反力等；11)运输或吊装时的作用力。3、设计单位的职责 1)设计单位应对设计文件的正确性和完整性负责。 2) 压力容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。3) 压力容器的设计总图应盖有压力容器设计资格印章。 4容器范围 GB150 管辖的容器范围是指壳体及其连为整体的受压零部件 1)容器与外部管道连接 2) 接管、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件3) 非受压元件与受压元件的焊接接头。接头以外的元件，如加
4、强圈、支座、裙座等2 压力容器审核人员培训班讲稿4) 连接在容器上的仪表等附件。直接连接在容器上的超压泄放装置。 (1)压力 除注明者外，压力均为表压力。 工作压力 Pw 1)内压容器 在正常工作情况下，容器顶部可能出现的最高压力。 2)真空容器 在正常工作情况下，容器可能出现的最大真空度。 3)外压容器 在正常工作情况下，容器可能出现的最大内外压力差。 设计压力 Pd 设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷的条件，其值不低于工作压力。 计算压力 Pc 计算压力指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当壳体各部位或元件所承受的液柱静压力小于 5%设计
5、压力时，可忽略不计。 最大允许工作压力Pw 在指定温度下，压力容器安装后顶部所允许的最大工作压力。该压力应是按容器各受压元件的有效厚度减去除压力外的其他载荷所需厚度后，计算得到的最大允许工作压力（且减去元件相应的液柱静压力）中的最小值。 最大允许工作压力可作为确定保护容器的安全泄放装置动作压力（安全阀开启压力或爆破片设计爆破压力）的依据。 安全阀的开启压力 Pz 3 压力容器审核人员培训班讲稿安全阀阀瓣开始离开阀座，介质呈连续排出状态时，在安全阀进口测得的压力。 爆破片的标定爆破压力 Pb 爆破片铭牌上标的爆破压力。 (2)温 度 金属温度容器元件沿截面厚度的温度平均值。 工作温度 容器在正常
6、工作情况下介质温度。 最高、最低工作温度 容器在正常工作情况下可能出现介质的最高、最低温度。 设计温度 容器在正常工作情况，在相应的设计压力下，设定的元件的金属温度。容器的设计温度是指壳体的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。 试验温度 试验温度指压力试验时，壳体的金属温度。 (3)厚度 最小厚度min容器壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度。 计算厚度 按各章公式计算得到的厚度 容器受压元件为满足强度及稳定性要求，按相应公式计算得到的不包括厚度附加量的厚度。 厚度附加量 C=C1+C2设计容器受压元件时所必须考虑的附加厚度，包括钢板（或钢管）厚4 度附加量的厚度。设计厚度d压力容器审核
7、人员培训班讲稿计算厚度与腐蚀裕量之和 名义厚度（即图样厚度）n 设计厚度加上钢材厚度负偏差后，向上圆整至钢材（钢板或钢管）标准规格的厚度。 有效厚度e 名义厚度减去厚度附加量（腐蚀裕量与钢材厚度负偏差之和）。二.材料 (一)选材的基本原则 选择压力容器用材，须根据容器的使用条件（如温度、压力、介质腐蚀性、介质对材料的脆化作用及其是否易燃、易爆、有毒等）、制造工艺、材料的焊接性能及经济合理性选择具有适宜的机械性能、耐腐蚀性能、物理性能等的材料。注意在同一工程中应尽量注意用材统一,具体的选材过程中必须仔细考虑如下因素： （二）材料的基本性能材料的基本性1 机械性能 金属的机械性能是指金属材料在外力
8、作用下表现出来的特性，如强度、弹性、硬度、韧性及塑性等。也可称为“力学性能”。金属材料就是用其在为同受力条件下所表现出来的不同特性指标，来衡量金属材料的机械性能。 （1） 机械强度 强度是材料抵抗外力作用不致破坏的性能特性。常用5 压力容器审核人员培训班讲稿的特性指标有屈服极限（ts）和强度极限（b）。数值由拉伸试验获得。高温时还要考虑蠕变极限（tn）和持久极限（tD）。 b s 压力容器用材要求材料不仅具有高的屈服极限，而且具有一定的屈强比（s/b）。屈强比反映了材料承受外载能力的能力,屈强比愈小，结构零件的可靠性愈高，万一超载，由于塑性变形的产生而使金属材料的强度提高0.7。碳素钢的屈强比
9、0.75，合金结构钢为 0.85 (2)塑性 材料的塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。材料的塑性是用延伸率（）及断面收缩率（）来表示。它们的数值由拉伸试验获得。 一般情况下，塑性材料的延伸率和断面收缩率较大，而脆性材料则较小。金属材料的塑性指标在压力容器设计具有重要的意义。首先，塑性良好的材料可以顺利地进行某些成型工艺，如冷冲压、冷弯曲等。其次，良好的塑性使零件在使用时万一超载，也能由于塑性变形使用权材料强度提高而避免突然袭击断裂。压力容器的主要零部件都是承压的，无论从制造工艺的要求不是从使用安全的要求，都希望金属材料具有良好的塑性。一般碳6 压力容器审核人员培训班讲稿钢
10、、碳锰钢16%,其它合金钢14%。 （3）硬度 所谓硬度是指金属材料抵抗压入物压陷能力的大小，也可以说是材料对局部塑性的抗力。硬度可采用不同的方法在不同的仪器上测定，其所得的硬度指标也各不相同。最常用的硬度指标为布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）、和维氏硬度（HV），其数值可以互相换算。 硬度是金属材料的重要性能之一。一般情况下，材料的硬度高，其耐磨性也较好。材料的硬度与强度之间也有一定的关系（因为硬度是反映材料局部塑性变形的抗力），根据经验，硬度与抗拉强度有如下近似关系： 轧制、正火或退火的低碳钢 b =0.36HB; 轧制、正火或退火的中碳钢 b =0.35HB; 硬度 HB250 经热
11、处理的合金钢 b =0.34HB; 硬度 HB250400，经热处理的合金钢 b =0.33HB; 由于测定硬度方便，在生产中常用测定硬度的方法来估算钢材的强度。对焊接接头，也常用测定热影响区硬度的方法来确定其淬硬程度。 换热管与管板的连接采用胀接时，换热管材料的硬度值一般须低于管板材料的硬度值。 螺栓和螺母匹配使用，一般螺栓材料的硬度值须高于螺母HB。 （4）韧性 韧性是指材料抵抗冲击载荷的性能指标, 材料韧性用冲击功 AKV来衡量,冲击功 AKV是指材料受到冲击负荷的作用下，产生断裂时所消耗能量大小的特性，即冲击试样所消耗的功，其单位为 J。 由于冲击功 AKV是金属材料各项机械性能标中对
12、材料的化学成分、冶金质量、组织状态及内部缺陷等比较敏感的一个质量指标，而且也是衡量材7 压力容器审核人员培训班讲稿料脆性转变和断裂特性的重要指标，所以对压力容器用钢来说，尤其是低温压力容器冲击功是一项重要的性能指标。 （5）温度对材料机械性能的影响 材料的屈服极限、强度极限和弹性模量随温度的升高而降低。如果设备的操作温度较高，则必须选用在相应温度下能保持其强度指标的材料。 如果材料在高温下承受高的应力，则材料的抗蠕变性能是关键性的。材料蠕变极限指在某一温度下受恒定载荷作用时，在规定的持续时间内(10万小时)产生 1%的变形时的应力;持久极限是材料在某一温度下受恒定载荷作用时，在规定的持续时间内
13、(10 万小时)引起断裂时的应力在实际试验中，常常用较短时间的试验结果来外推长时间的性能，但一般限制外推时间不得大于试验时间的 10 倍。持久强度是高温元件设计选材的重要依据，是 GB150 中确定许用应力的强度指标之一 8 压力容器审核人员培训班讲稿 低温情况下，通常塑性金属材料往往以脆性方式破坏。引起钢制焊接压力容器脆性破坏的因素非常复杂。它取决于材料的晶格结构，板材的厚度，加工后的残余应力、结构缺陷以及材料的使用温度。 目前各国标准规范均以夏比 v 型缺口冲击试验来检验材料对脆性破坏的敏感性。 2 耐腐蚀性能耐腐蚀性能是金属材料抵抗介质腐蚀的能力。压力容器中处理的介质大多数具有腐蚀性的，
14、在设计中必须根据操作介质来选择耐腐蚀材料。 引起材料腐蚀的因素多种多样，工程中常将常见的腐蚀情况分为：均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、氢脆、磨蚀等。 （1） 均匀腐蚀 均匀腐蚀是在整个金属表面均匀地发生腐蚀，这种腐蚀相对其它形式 的腐蚀其危害最小。GB150 中 C2只考虑均匀腐蚀 C2=KB 其中 B设计寿命(年) K腐蚀速率(mm/ 年 )一般分为 不腐蚀 轻微腐蚀 腐蚀 重腐蚀 0.25 0.25 C2 mm 0 1 2 3 （2） 应力腐蚀 应力腐蚀是指金属在持久拉应力和腐蚀性环境联合作用下产生腐蚀 裂纹,并使裂纹迅速扩展,从而可能出现的早期性破坏的腐蚀形式. 几种常见的应力腐蚀环
15、境: a.碳钢及低合金钢焊制化工容器对介质 NaOH 的应力腐蚀与介质浓度、9 压力容器审核人员培训班讲稿温度有关。当 NaOH 溶液在其与烃类的混合物中体积大于等于 5%时，也应根据 NaOH 溶液的浓度符合该要求。NaOH 溶液浓度小于等于 1%或 NaOH 溶液在其与烃类的混合物中体积小于 5%时，不受此限制。 NaOH 溶液 NaOH 溶液 重量% 温度上限 2 3 5 10 15 20 30 40 50 60 70 90 88 85 76 70 65 54 48 43 40 38 当超过以上范围的碳钢、低合金钢材料需焊后进行消除应力热处理。 b.湿 H2S 应力腐蚀 介质同时符合下列
16、条件时，即为湿 H2S 应力腐蚀环境： 温度小于等于（60+2P）； P 为压力，MPa H2S 分压大于等于 0.00035MPa 即相当于常温在水中 H2S 溶解度大于等于 10p.p.m； 介质中含有液相水或处于水的露点温度以下； PH9 或有氰化物(HCN)存在。 C.液氨应力腐蚀环境 当容器接触的液氨介质同时符合下列各项条件时，即为液氨应力腐蚀环境： 介质为液态氨，含水量不高（0.2%）,且有可能受空气(O2或 CO2)污染的场合； 使用温度高于5。 对于应力腐蚀环境的容器除进行焊后消除应力热处理，在焊接要求、10 压力容器审核人员培训班讲稿焊接接头硬度等方面都要提出具体要求。 奥氏
17、体不锈钢材料在氯化物溶液、高温水、高浓度 NaOH 等介质往往产生应力腐蚀。 （3）氢腐蚀环境 氢在常温常压下不会对铁碳合金引起氢蚀，当温度在 200300发生“氢脆”，金属在高温下与氢反应生成甲烷，甲烷气在晶界空隙内引起裂纹，使材料的塑性降低，引起这种腐蚀有合成氨、合成甲醇、石油加氢等工业生产， 设计温度大于等于 200与氢气氛相接触的压力容器用钢应按纳尔逊曲线选材，并应留有 20以上的温度安全裕度。满足于曲线的碳素钢和珠光体耐热钢在氢气氛中使用须经过焊后消除应力热处理。 奥氏体不锈钢在氢分压范围的氢气中使用都是满意的，焊后也无必要进行消除应力热处理。 （4）晶间腐蚀 可能引起晶间腐蚀环境必
18、须是存在电解质的电化学腐蚀环境，奥氏体不锈钢晶间腐蚀的电解质主要是酸性介质。如：工业醋酸、甲酸、硝酸、草酸、盐酸、硫酸、磷酸等。 防晶间腐蚀的措施：1）固熔化处理 2）降低钢中碳含量 3）添加稳定碳化物的元素 （Nb. Ti. Ni） 3 材料的物理性能 材料的主要物理性能包括：密度、导热系数、比热 c、熔点 tm、线膨胀系数等。在不同的使用场合，对材料的物理性能有不同的要求，11 压力容器审核人员培训班讲稿如用于传热表面的材料要求有较高的导热系数。 4制造工艺性能 材料的工艺性能，选择不合适，会造成加工困难。压力容器应考虑的制造工艺性能有焊接性、锻造性、切削加工性、热处理性及冲压性等。对压力
19、容器来说重要的是材料的焊接性,一般控制材料的含碳量小于 0.25%。 材料的含碳量越高，热影响区的硬化与脆化倾向越大，在焊接应力作用下容易产生裂纹。 奥氏体不锈钢的使用温度高于 525时，钢中含碳量应不小于 0.04%。因为奥氏体不锈钢的使用温度 500550时，钢中含碳量太低，强度和抗氧化性会显著下降。 （三）压力容器用钢压力容器1钢板 （1）碳钢 压力容器常用的是碳素结构钢，包括普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。 a.普通碳素结构钢 普通碳素结构钢的技术要求，按碳素结构钢规定。质量分 A、B、C、D 四级，以脱氧方法不同又分沸腾钢、半镇静钢、镇静钢。 镇静钢，是钢液在浇注前经过完全脱氧，凝固
20、时不沸腾，故称镇静钢。这种钢锭内无气泡，钢材质量较高。钢牌号由代表屈服强度的字母，屈服强度值，质量等级符号等部分组成，如： Q215-A Q215-B Q235-A Q235-B Q235-C Q235-D Q255-A 255-B 12 钢板使用范围 GB700-88 压力容器审核人员培训班讲稿P T 介质限制 (MPa) () (mm) Q235-B（做常温冲击试验） 1.6 0350 20 不 得 用 于 毒 性 为 高度、极度危害介质 Q235-C（做 0冲击试验） 2.5 0350 30 Q235-D（做-10冲击试验）沸腾钢，是在钢的冶炼过程中加入弱脱氧剂（锰铁）脱氧，因此在钢液中
21、还保留相当数量的 FeO，在浇注与凝固时，由于碳和 FeO 反应，钢液中不断析出 CO，产生沸腾，故称为沸腾钢，如牌号 Q235-AF 这种钢锭成材率高，但在钢锭内有许多小气泡（该气泡在锻轧时能排除），且偏析较严重，因此，不能确保容器安全运行，避免和减少事故的发生，在各国压力容器设计规范中都对其使用加以限制。 半镇静钢介于沸腾钢与镇静钢之间，用“b”来代替“F”。 b.优质碳素结构钢 优质碳素结构钢与普通碳素结构钢相比：硫、磷含量较少，机械强度较高。按 GB699-88优质碳素结构技术条件规定。 压力容器用钢与锅炉用钢类同，首先要求保证足够的强度，还要有足够的塑性，质地均匀等。因此，必须用杂质
22、和有害气体容量较低的碳镇静钢。对于专业用钢符号，只需在优质碳素钢后面加字母“R”、“g”，如：20R、20g。 (2)低合金钢 低合金钢是指钢中合金元素总含量在 25%以下的钢种，与一般碳素钢相比，它的机械性能提高了，耐热性、耐腐蚀性、耐磨性都有所提高。因13 压力容器审核人员培训班讲稿此，它在压力容器制造业中得到广泛的应用。 压力容器用低合金高强度的钢的屈服强度范围为 294696MPa。 a.低合金钢中最常用的有：16MnR，它不仅硫、磷含量控制较严，更重要的是要求保证足够的冲击韧性，在钢材验收方面也比较严格。因此其使用压力不受限制。使用温度下限可达-20，是目前应用极广的好材料。 b.中
23、温抗氢钢 氢在常温压下不会对铁碳合金引起显著的腐蚀，但当温度为 200300，压力高于 30MPa 则将产生极强的腐蚀作用，发生所谓“氢脆”现象。这种腐蚀常常是合成氢、合成甲醇、石油加氢等工业中设备破坏的主要原因。它们都在高温高压氢的环境中工作，会发生氢腐蚀破坏，氢渗入钢中与钢中渗碳体发生以应生成甲烷，使渗碳体脱碳变为铁素体。甲烷气集积于晶界的微空隙内，形成局部高度应力集中而引起裂纹甚至鼓泡，渗碳体还原为铁素体时体积缩小约 7%，由此产生组织间的应力，更促进裂纹发展，这时裂纹的扩展又给氢与碳的结合提供了条件，使钢完全脱碳而产生裂纹，这就是氢腐蚀的实质。它既可能发生在金属表面也可发生在金属内部。
24、因此，它是一种十分危险的晶间型破坏。 防止氢腐蚀的途径有: 一是降低降低钢中碳的含量，例如采用微碳纯铁，可以完全消除氢腐蚀产生的根源；二是采用抗氢钢，在钢中加入钼、铬、钨、铌、钛等元素，形成稳定的铬、钼等碳化物，使氢与碳不能结合。我国生产的中温抗氢钢有：15CrMoR、14Cr1MoR 等。 c.低温用钢 14 压力容器审核人员培训班讲稿 压力容器的破坏通常都有是由于内压产生的机械应力达到容器材料的强度极限而发生的。但是，当温度降低到某一范围后，容器壁内的应力在没有达到屈服限，甚至低于许用应力的情况下也会发生破坏。相同的材料，相同规格的容器温度愈低，容器的爆破压力也愈低。这种现象称为低应力脆性
25、破坏。 产生容器低应力破坏的主要原因之一是由于钢材在低温下的冲击功值明显下降，因此，低温用钢的质量在很大程度上取决于在使用温度下冲击功的大小。 低温容器受压元件用钢必须是镇静钢，碳素钢和低合金钢板使用温度低于或等于-20时，其使用状态及最低冲击试验温度应符合 GB150 中4.2.8 节 表 4-2 的要求。 在低温容器中的受压元件均必须进行低温夏比（V 型缺口）冲击试验，钢材应按批进行冲击试验复验。 (3)高合金钢 高合金钢的合金元素总含量大于 10%，其中奥氏体不锈钢在常温和低温下有很高的塑性和韧性，不具磁性。由于这种钢是单相的奥氏体组织，在许多介质中有很高的耐蚀性。其中铬是不锈耐酸钢抗氧
26、化性耐蚀性的基本0.12%左右为高碳级不锈钢，钢号前以“1”表示。含碳量 0.03CD）,t 为公称厚度 b)环形锻件（LD）,L 和 t 中的小者为公称厚度 c)饼形锻件（tD）,t 为公称厚度 d)碗形锻件（HD），t1 和 t2 中的小者为公称厚度 e)长颈法兰锻件（HD）t1 和 t2 中的小者为公称厚度 f)条形锻件（LD）,D 为公称厚度 锻件的级别由设计单位确定，并应在图样上注明，如 16MnR。 4紧固件紧固件的使用温度范围应符合 GB150 表 4-10,螺栓的硬度应比螺母稍高（HB30），可通过选用不同钢材或不同热处理而获得。 17 压力容器审核人员培训班讲稿表 紧固件的使
27、用温度范围 螺母用钢 螺柱 钢号 钢号 Q235-A Q215-A 35 Q235-A 40MnB、 35 40MnVB 40Mn 40Cr 35 30CrMoA 40Mn 钢材 标准 GB700 ( 使 用 状态,热轧) GB699 (正火) GB699 使用温度范围（）-19300 -19400 其 它 限 制 封要求高时,使用温度宜小于等于 200 适用于 P2.5Mpa 容器及密封要求高时,使用温度宜小于等于 400 适用于 P2.5Mpa 容器及密35CrMoA 45 25Cr2Mo30CrMoA VA 35CrMoA GB3077 -19400 GB3077 (调质) -19500
28、 封要求高时,使用温度宜小于等于 400 适用于 P2.5Mpa 容器及密封要求高时,使用温度宜小于等于 500 1Cr5Mo 1Cr5Mo GB1221 0Cr18NiGB1220 -19600 适用于高温密封 9 0Cr17Ni12Mo2 0Cr18Ni9 0Cr17Ni12Mo2 (固溶) -253700 GB1220 (固溶) -253700 钢制压力容器的溶化焊接方法有手工电弧焊、埋弧自动焊、等离子弧焊、气体保护焊和电渣焊。焊接方法在条件允许的条件下首先选用自动焊。 手工焊焊条是由焊条芯和药皮两部分组成。焊条芯起导电和填充焊缝金属的作用，它的化学成分和非金属夹杂物的多少将直接影响焊缝
29、质量。药皮则用于保证焊接顺利进行并使焊缝。 一定的化学成分和机械性能，是决定焊缝金属质量的主要因素之一。焊条药皮类型较多，但大致可分为酸性焊条和碱性焊条两大类。药皮中不采用强碱性氧化物而熔渣中含有较多强酸性氧化物的钛型、钛钙型、钛铁18 压力容器审核人员培训班讲稿矿型 、氧化铁型以及锰型等类焊条称为酸性焊条。而不含铁或锰等氧化物的低氢型焊条称为碱性焊条。采用碱性焊条焊接时，大理石分解成 CaO 和大量的二氧化碳作为保护气体，与酸性焊条相比较，保护气体中氢很少，因此又称为低氢焊条。酸性焊条由于氧化性强，对合金元素损量大，脱氢、脱硫、脱磷能力弱，故其焊缝的综合机械性能较差，尤其塑性、韧性低，抗裂性
30、差；但对铁锈、油污的敏感性小，不易产生气孔。碱性焊条则与此正相反，故对焊接二类、三类容器不宜用酸性焊条，应选用低氢碱性焊条。对焊后需热处理的容器还要求焊条含钒量不得大于 0.05%。 焊材选用 相同钢号相焊，碳素钢、碳锰低合金钢的焊缝金属应保证力学性能，且不应超过母材标准规定的抗拉强度的上限。高合金钢的焊缝金属应保证力学和耐腐蚀性能。 不同钢号相焊，碳素钢、低合金钢的焊缝金属应保证力学，一般采用与强度级别较低的母材相匹配的焊接材料。碳素钢、低合金钢与奥氏体高合金钢的焊缝金属应保证抗裂性能和力学性能，一般采用铬镍含量较奥氏体高合金钢母材高的焊接材料。三内压圆筒体和内压球壳 1、失效准则容器从承载
31、到载荷的不断加大最后破坏经历弹性变形、塑性变形、 爆破，因此容器强度失效准则的三种观点： 弹性失效 弹性失效准则认为壳体内壁产生屈服即达到材料屈服限时该壳体即失19 压力容器审核人员培训班讲稿效，将应力限制在弹性范围，按照强度理论把筒体限制在弹性变形阶段。认为圆筒内壁面出现屈服时即为承载的最大极限。 塑性失效 它将容器的应力限制在塑性范围，认为圆筒内壁面出现屈服而外层金属仍处于弹性状态时，并不会导致容器发生破坏，只有当容器内外壁面全屈服时才为承载的最大极限。 爆破失效 它认为容器由韧性钢材制成，有明显的应变硬化现象，即便是容器整体屈服后仍有一定承载潜力，只有达到爆破时才是容器承载的最大极限。
32、2、弹性实效准则下的四个强度理论 第一强度理论（最大主应力理论） 认为材料的三个主应力中只要最大的拉应力1达到了极限应力，材料就发生破坏。 强度条件： 1 t 第二强度理论（最大变形理论） 认为材料的最大的应变达到了极限状态，材料就发生破坏。 max 第三强度理论（最大剪应力理论） 材料的最大剪应力max达到了极限应力，材料就发生破坏。 max =1(1-3) 1 t22第四强度理论（剪切变形能理论） 材料变形时，即内部变形能量达到材料的极限值时，材料破坏。 e=1 (1-3)2+(1-3)2+(1-3)2 t23、应力计算20 （1）圆筒容器圆筒容压力容器审核人员培训班讲稿薄壁圆筒容器在工程
33、中采用无力矩理论来进行应力计算，在内压P 作用下，筒壁承受径向应力和环向应力（薄膜应力）作用。由于壳体壁厚较薄，且不考虑壳体与其它连接处的局部应力，忽略了弯曲应力， 这种应力称为薄膜应力。 PD经向应力 m=4PD 周向应力 t=2式中 P设计压力，MPa； D圆筒的中间直径或称中径，mm；D=Do+Di= Di + 2 D0圆筒的外直径，mm； Di圆筒的内直径，mm； 圆筒的计算厚度，mm； 由上述公式可以得出以下结论： a、圆筒体上周向应力t是经向应力m的两倍，而周向应力作用于纵向截面 ，环向应力所作用与环纵向截面（见下图）。 21 压力容器审核人员培训班讲稿b、由于周向应力t是经向应力
34、m的两倍，由此可知，周向应力所作用的纵向截面是危险截面。这里可以说明为什么在焊接接头分类里，圆筒体的纵焊缝为 A 类焊接接头，环焊缝为 B 类焊接接头；在筒体上开椭圆形人孔时使长轴垂直与筒体轴线。 C、应力与 D/成正比。 (2)球形壳体 球形容器在均匀内压作用下，球形壳体经向应力和周向应力相等。即 PD t =m=t =4式中 P设计压力，MPa； D球壳的中间直径或称中径，mm；D=Do+Di= Di + 2 D0球壳的外直径，mm； Di球壳的内直径，mm； 球壳的计算厚度，mm； 从以上可以看出球形壳体的最大应力是圆筒体最大应力的两倍。 22 3、强度计算压力容器审核人员培训班讲稿 圆
35、筒强度计算公式中，是根据第一强度理论推导而得。若用第三强度理论推导，其强度条件形成结果是一样的。 按第一强度理论条件得 1=t=2PD t式中 t设计温度下圆筒材料的许用应力，MPa。 焊缝部位可能存在着夹渣、气孔、未焊透、未熔合、裂纹等缺陷，同时由于焊接加热过程中，对焊缝两侧的热影响产生许多不利因素，如焊接热影响区被淬硬，塑性下降、焊接内应力的产生等，都会使焊缝金属或母材的机械性能降低。因此在设计时应将设计温度下圆筒材料的许用应力 t 乘以一个焊接接头系数，于是上述公式变成： PD t 2P(Di+) t 2D由上式 计算厚度 =2 Pcit PC式中 Pc计算压力，MPa； Di圆筒的内直
36、径，mm； t设计温度下材料的许用应力，MPa； 焊接接头系数。 上式适用于设计压力 P0.4t的范围。（D0/Di=1.5） 设计厚度 d=+C2 23 压力容器审核人员培训班讲稿名义厚度 n=+C2+C1+ 且nmin+ C2 式中：C厚度附加量 C=C1+C2 mm C1钢板或钢管的厚度负偏差，mm； C2腐蚀裕量，mm 钢板圆整量； min筒体最小厚度。如果已知圆筒尺寸，可校核在设计压力作用下圆筒壁厚的应力 应力校核式 t= Pc(Die2ee =n- C mm C= C1+C2，mm +) MPa 计算所得的应力值，必须满足t t。 最大允许工作压力 Pw=2et Mpa 球形壳体D
37、ie 由于球形容器经向应力和周向应力相等，因此其最大应力 PD 1=t=m=4上述公式中，如将 D=Di+代入并考虑了焊接接头系数，如采用第一强度理论时，即得出 P(Die4e所以可求出计算厚度 +) t 24 =压力容器审核人员培训班讲稿PcDi4 t Pc如果已知球壳尺寸，可校核在设计压力 P 作用下球壳壁的计算应力 应力校核式 t= Pc(Die4e最大允许工作压力 +) t MPa Pw= 4et MPa 3设计参数的1）设计压力 Die容器设计时，必须考虑在工作情况下可能达到的工作压力和对应的工作温度两者组合中的各种工况，并以最苛刻工况下的工作压力来确定设计压力。 表 设计压力选取
38、设 计 压 力 内压容器 无安全泄放装置 装有安全阀 装有爆破片 容器位于泵进口侧，且无安全泄放装置时 1.10 倍工作压力； 不低于(等于或稍大于)安全阀开启压力1.10 倍工作压力)； 取爆破片设计爆破压力加制造范围上限； 取 无 安 全 泄 放 装 置 时 的 设 计 压 力 , 且 以0.1Mpa 外压进行校核； 真空容无 夹 套真 空 容器 有安全泄放装置 设计外压力取 1.25 倍最大内外压力差或0.1MPa 两者中的小值； 无安全泄放装置 设计外压力取 0.1Mpa； 25 器 夹 套 内为内压 压力容器审核人员培训班讲稿容器(真空) 设计外压力按无夹套真空容器规定选取1夹套(内
39、压) 设计内压力按内压容器规定选取； 外 压 容 器 设计外压力取不小于在正常工作情况下可能产生的最大内外压力差 注：1.容器的计算外压力应为设计外压力加上夹套内的设计内压力,且必须校核在 夹套试验压力.外压下的稳定性。 盛装液化石油气或混合液化石油气的容器 介质 50饱和蒸汽压力低于异丁烷 50的饱和蒸汽0.79MPa 压力时(如丁烷、丁烯、丁二烯) 介质 50饱和蒸汽压力高于异丁烷 50的饱和蒸汽压力时(如液态丙烷) 介质 50饱和蒸汽压力高于丙烷 50的饱和蒸汽压力时(如液态丙烯) 1.77Mpa 2.1MPa 对装有安全阀的压力容器，容器的设计压力、工作压力、试验压力与安全阀的排放压力、开启压力之间的关系示意如下： 压力容器 安全阀 试验压力 排放