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1、1压力容器定义特种设备安全监察条例定义：压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa(表压)，且压力与容积的乘积大于或者等于L的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或者等于0.2MPa(表压)，且压力与容积的乘积大于或者等于L的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60液体的气瓶；氧舱等。第1页/共58页2 固定式容器、移动式容器：目前，固定式压力容器和移固定式容器、移动式容器：目前，固定式压力容器和移动式压力容器的参数界定与发达工业国家的规定基本动式压力容器的参数界定与发
2、达工业国家的规定基本一致。一致。第2页/共58页3 气瓶：气瓶不仅需要实施一般压力容器在设计、制气瓶：气瓶不仅需要实施一般压力容器在设计、制造、使用、检验等环节的安全监察，还需对充装过造、使用、检验等环节的安全监察，还需对充装过程实施安全监察，充装过程这个环节，是事故多发程实施安全监察，充装过程这个环节，是事故多发环节，直接伤害人身。环节，直接伤害人身。第3页/共58页4氧舱：是一种特殊的压力容器载人压力容器。条例中的氧舱主要指：承受内压或外压，以空气或氧气为主要加压介质，用于医疗、潜水和科学试验等活动载人的压力舱体。主要设备种类包括：潜水钟、再压舱、高气压舱、医用氧舱和高海拔试验舱等。第4页
3、/共58页5压力容器结构概述压力容器结构概述 压力容器一般是由筒体（又称壳体）、封头（又称端盖）、法兰、接管、人孔、支座、密封元件、安全附件等组成。它们统称为过程设备零部件，这些零部件大都有标准。其典型过程设备有换热器、反应器、分离容器、储存容器等。第5页/共58页6固定管板式换热器 第6页/共58页7浮头式换热器 1管箱 2垫圈 3螺栓 4螺母 5筒体 6管束 7法兰 8右管箱 9浮头盖 10垫圈孔 11鞍座 第7页/共58页8浮头式换热器 第8页/共58页9反应器结构示意 1内筒 2夹套 3盘管 4压出管 5支座 6搅拌轴 7封头 8轴 9传动装置 10人孔 11搅拌器 第9页/共58页1
4、0板式塔的结构示意图 1群座 2群座人孔 3防涡流挡板 4人孔 5蒸汽入口 6塔盘 7进料口 8液体出口第10页/共58页11球形容器结构示意图 1接地板 2拉杆 3下级管口 4支柱 5防火隔热层 6球壳 7耳板 8上级管口 9人孔第11页/共58页12储存容器结构示意图 1液位计 2封头 3接管 4法兰管 5筒体 6人孔 7补强圈 8支座第12页/共58页13压力容器的结构形状 压力容器的结构形状主要有圆筒形、球形、组合形。圆筒形容器是由圆柱形筒体和各种成型封头（半球形、椭圆形、碟形、锥形）所组成。球形容器由数块球瓣板拼焊成。承压能力很好，但由于安置内件不便和制造稍难，故一般用作贮罐。第13
5、页/共58页14主要受压元件压力容器的筒体、封头（端盖）、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、开孔补强圈、设备法兰；球罐的球壳板；换热器的管板和换热管；M36以上的主螺栓及公称直径大于250mm的接管和管法兰均作为主要受压元件。第14页/共58页15压力容器的典型结构和特点低、中压压力容器的筒体结构n、圆筒形的筒体结构形式n、球形容器高压超高压容器的筒体结构n1、整体结构:为满足强度、刚度和稳定性要求所需要的厚度（不包括为防腐而设置的衬层），由一整块连续钢制成的结构。主要形式a)整体锻造：锻造的筒和筒之间用法兰或螺纹连接。主要用于超高压设备。第15页/共58页16整体锻造水晶釜整体锻造水晶釜第
6、16页/共58页17b)单层卷焊：c)锻焊结构：总结了整体锻造和单层卷焊容器的优点，进行了有机的结合。质量 好，适用于重要场合，如核工业、加氢反应器等。第17页/共58页182、组合式结构 定义：为满足强度、刚度和稳定性要求所需要的厚度是由钢板对钢板、钢板对钢带、钢板对钢丝制成的结构。内筒是板式结构。主要形式a)多层包扎：最开始为美国专利，但现在已不存在专利了，南京大化机已研制成功。但此类设备制造工艺太复杂，生产工期长；第18页/共58页19n nb)b)热套结构：内筒和外筒的配合采用热套结构：内筒和外筒的配合采用过盈配合过盈配合。在安装。在安装时外筒加热冷却后很好地与内筒结合在一起。适用于超
7、时外筒加热冷却后很好地与内筒结合在一起。适用于超大容器，有时分大容器，有时分3 3层或更多层进行套合层或更多层进行套合n nc)c)绕板结构：是日本人发明的。自动化程度很高，先做绕板结构：是日本人发明的。自动化程度很高，先做内筒再用另一筒体搭接。虽然角焊缝受力不好、不好焊内筒再用另一筒体搭接。虽然角焊缝受力不好、不好焊接且不易检测，但进行承压爆破试验效果很好。目前我接且不易检测，但进行承压爆破试验效果很好。目前我国由于国由于冶金能力有限冶金能力有限，板长和宽度不太适合，所以采用，板长和宽度不太适合，所以采用较少较少第19页/共58页20n nd)d)钢板对钢带：中国人的发明，钢板对钢带：中国人
8、的发明，ASMEASME已承认其可靠性。已承认其可靠性。内筒单层卷焊，外层缠绕。钢带在缠绕时分左右两个方内筒单层卷焊，外层缠绕。钢带在缠绕时分左右两个方向，同时旋转方向相反。但缠绕后由于中间紧两端松，向，同时旋转方向相反。但缠绕后由于中间紧两端松，所以在承压能力上会低所以在承压能力上会低1010。在小化肥生产装置中有一。在小化肥生产装置中有一些应用些应用第20页/共58页21e)钢板对钢丝：内筒单层卷焊，外层用高强度的不锈钢丝缠绕，同时给内筒一定的压应力，承受的外压甚至等于设计压力，使设备在操作工况时压力趋于0。世界上设计压力最高的设备1000Mpa就是采用此种结构；第21页/共58页22压力
9、容器零部件 压力容器零部件是容器不可缺少的组成部分。作为受压元件的零部件，如同壳体一样，也纳入质量管理与保证的监控范围。压力容器常用的零部件有筒体、封头、法兰、支座、人孔、手孔、开孔补强等。为了便于设计、互换及批量生产，这些零部件都已经标准化、系列化，并在各种过程设备上通用。第22页/共58页23压力容器零部件1.筒体筒体 圆柱形筒体是压力容器主要形式，制造容易、安装内件方便、而且承压能力较好，因此应用最广。圆筒形容器又可以分为立式容器和卧式容器。由于容器的筒体不但存在与容器封头、法兰相配的问题，而且卧式容器的支座标准也是按照容器的公称直径系列制定的，所以不但管子有公称直径，筒体也制定了公称直
10、径系列。对于用钢板卷焊的筒体，用筒体的内径作为它的公称直径，其系列尺寸有300300、400400、500500、600600等，如果筒体是用无缝钢管制作的，用钢管的外径作为筒体的公称直径。第23页/共58页24压力容器零部件2.2.封头封头封头封头 压压压压力力力力容容容容器器器器封封封封头头头头，常常常常见见见见的的的的形形形形式式式式有有有有凸凸凸凸形形形形封封封封头头头头（包包包包括括括括半半半半球球球球形形形形封封封封头头头头、椭椭椭椭圆圆圆圆形形形形封封封封头头头头，碟碟碟碟形形形形封封封封头头头头、球球球球冠冠冠冠形形形形封封封封头头头头）、锥锥锥锥形封头、变径段、平盖等形封头、
11、变径段、平盖等形封头、变径段、平盖等形封头、变径段、平盖等 。第24页/共58页25（1）球形封头半球形封头由球壳的一半作成。与其他形状的封头相比，封头壳壁在压力作用下产生的应力最小，因此它所需要的壁厚最薄，用材节省。但半球形封头深度大、制造比较困难，尤其对加工设备条件较差的中小型设备制造厂困难更大。而对于大直径（Di3m）的半球形封头可用数块钢板在大型水压机成型后拼焊而成。半球形封头还用于高压容器上代替平封头，以节省钢材。第25页/共58页26（2）椭圆形封头椭圆形封头是个半椭球体。它的纵剖面是条半椭圆曲线。曲线的曲率半径连续变化，没有形状突变处。直边段高度为h。因而封头的应力分布比较匀称，
12、受力状况比碟形封头优越。我国规定的标准椭圆形封头，长径与高度之比为。这样，封头和与它相连接的圆筒体就可以采用相同的材料和相等的壁厚，组焊比较方便。近期制造的锅炉与压力容器，大部分都采用椭圆形封头。第26页/共58页27（3）碟形封头碟形封头又称带折边的球形封头。它由几何形状不同的三个部分组成：第一部分是以半径为Ri的球面部分，第二部分是以半径为Di/2的圆筒形部分，第三部分是连接这两部分的过渡区，其曲率半径为r。在碟形壳体边缘为周向压应力，为了使这部分壳体不致于失稳，GB150-1998中规定对于、的碟形封头（原标准碟形封头），其有效厚度应不小于封头内直径的0.15%。其他碟形封头的有效厚度应
13、不小于0.30%Di。第27页/共58页28压力容器零部件（4 4）球球冠冠形形封封头头球球冠冠形形封封头头可可用用作作端端封封头头，也也可可以以用用作作容容器器中中两两独独立立受受压压室室的的中中间间封封头头，由由于于封封头头为为一一球球面面且且无无过过渡渡区区，在在连连接接边边缘缘有有较较大大边边缘缘应应力力，要要求求封封头头与与筒筒体体联联接处的接处的T T形接头采用全焊透结构。形接头采用全焊透结构。任任何何情情况况下下，与与球球罐罐型型封封头头连连接接的的圆圆筒筒厚厚度度应应不不小小于于封封头头厚厚度度。否否则则，应应在在两两者者之之间间设设加加强强段段过过渡渡连接。加强段的厚度应与封
14、头等厚。连接。加强段的厚度应与封头等厚。（5 5）平盖）平盖弯曲应力较大，在等厚度、同直径条件下，弯曲应力较大，在等厚度、同直径条件下，平板内产生的最大弯曲应力是圆筒壁薄膜应力的平板内产生的最大弯曲应力是圆筒壁薄膜应力的20203030倍。倍。但结构简单，制造方便。压力容器上的人孔但结构简单，制造方便。压力容器上的人孔 、手孔，或者、手孔，或者直径较小的高压容器，一般采用平盖。直径较小的高压容器，一般采用平盖。第28页/共58页29（5）锥形封头锥形封头实际上是一段锥形圆筒体。锥形封头可以与容器的圆筒体直接焊接，称为无折边的锥形封头；也可以用过渡圆弧部分（俗称折边）与圆筒体焊接连接。称带折边锥
15、形封头。对于轴对称的锥形封头大端，当锥壳半顶角30时，可以采用无折边结构；30时，应采用带过渡段的折边结构。对于锥形封头小端，当锥壳半顶角45时，可以采用无折边结构；45时，应采用带过渡段的折边结构。第29页/共58页30压力容器零部件3.支座支座 支座是用来支承容器重量和用来固定容器的位置。支座一般分为立式容器支座、卧式容器支座。立式容器支座分为耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。卧式容器多使用鞍式支座。第30页/共58页31耳式支座（JB/T4725-92）耳式支座，一般由两块筋板及一块底板焊接而成。耳座的优点是简单、轻便；缺点是对器壁易产生较大的局部应力。耳座适用于公称直径不大于4
16、000mm的立式圆筒形容器。支座数量一般应采用四个均布，容器直径小于等于700mm时,支座数量允许采用2个。第31页/共58页32耳式支座耳式支座分为不带垫板式和带垫板式，前者用于一般立式设备，后者用于带保温的立式设备。支座与筒体连接处是否加垫板，一般应根据容器材料与支座连接处的强度或刚度决定。对低温容器的支座，一般要加垫板。对于不锈钢制设备，当用碳钢制作支座时，也需在支座与筒连接处加垫板。若容器壳体有热处理要求时，支座垫板应在热处理前焊接在器壁上。为改善容器的受力情况，将支座垫板四角倒圆；并在垫板中心开一通气孔，以利于焊接或热处理时气体的排放。第32页/共58页33支承式支座支承式支座是由数
17、块钢板焊接成（A型），也可以用钢管制作（B型）。支承式支座适用于下列条件的钢制立式圆筒形容器：公称直径DN8004000mm；圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN5；容器总高度H010m。支承式支座多用于距基础面较近的具有椭圆形或碟形封头的立式容器。一般为3个或4个均布。支座与筒体连接处是否加垫板，一般应根据容器材料与支座连接处的强度或刚度决定第33页/共58页34A型支承式支座A型承式支座第34页/共58页35腿式支座腿式支座是将角钢或钢管直接焊在筒体上或筒体的加强板上。腿式支座适用于安装在刚性基础，且符合下列条件的容器：公称直径DN4001600mm；圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN5
18、;容器总高度H15000m。腿式支座不适用于通过管线直接与产生脉动载荷的机器设备刚性连接的容器，对此类容器应选用裙座等支承型式，以避免振动，如经计算，确认无问题时，可不受此限制。第35页/共58页36腿式支座 支座数量一般应采用三个或四个均布。标准考虑了支腿与圆筒连接处局部应力问题,分为带垫板和不带垫板。符合下列情况之一，应设置垫板：用合金制的容器壳体；容器壳体有热处理要求；与支腿连接处的圆筒有效厚度小于JB/T4712-92表4给出的最小厚度；垫板材料一般与容器壳体材料相同。第36页/共58页37腿式支座A型腿式支座第37页/共58页38n n裙式支座裙式支座:适用于高大型或重型立式容器的支
19、承。裙式支适用于高大型或重型立式容器的支承。裙式支座型式有圆筒形和圆锥形两种形式，通常采用圆筒型裙座型式有圆筒形和圆锥形两种形式，通常采用圆筒型裙座。圆锥形裙座一般用于以下情况：座。圆锥形裙座一般用于以下情况：n n 塔径塔径D1000mD1000m，且，且H/D30H/D30或或D1000mD1000m，且，且H/D25H/D25；n n 基本风压或地震烈度基本风压或地震烈度 8 8度时。圆锥形裙座的半锥角度时。圆锥形裙座的半锥角 1515。裙式支座第38页/共58页39裙座上须开孔：排气孔 裙座顶部须开设80100的排气孔，以排放可能聚结在裙座与封头死区的有害气体。对于有人孔的矮裙座或者顶
20、部在封头拼接焊缝处开有缺口的可以不开设排气孔。排液孔 裙座底部须开设80100的排液孔，一般孔径50，中心高50mm的长圆孔。人孔 裙座上须开设人孔，以方便检修；人孔一般为圆形，当截面削弱受到限制或为方便拆卸塔底附件（如接管等），可开长圆孔。引出管通道孔 考虑到管子热膨胀，在支承筋与引出管之间应保留一定间隙。第39页/共58页40 裙式支座 裙座与塔体封头连接 裙座直接焊接在塔底封头上，可采用对接焊缝或搭接焊缝。在没有风载荷或地震载荷时，对接焊缝承受容器重量产生的压缩载荷，搭接焊缝则承受剪切载荷。裙座与塔壳体过渡段 塔壳设计温度低于-20或高于250时，裙座壳顶部分的材料应与塔下封头材料相同，
21、裙座壳体过渡段长度取4倍保温层厚度，但不小于500mm；对奥氏不锈钢塔，其裙座壳体过渡段高度不小于300mm，材料同底封头。裙座保护层 当塔内或周围容器内有易燃、易爆介质时，一旦发生火灾，裙式支座型式会因温度升高而丧失强度，故裙座应设防火层。当裙座D1500mm时，仅外面敷设防火层；当裙座D1500mm时，两侧均敷设50 mm石棉水泥层。当塔内操作温度很高，塔体与裙座的温度差引起不均匀热膨胀，会使裙座与塔底封头连接焊缝受力情况恶化，此时须对裙座加以保温。第40页/共58页41鞍式支座是由底板、腹板、筋板和垫板组焊而成。它适用于鞍式支座是由底板、腹板、筋板和垫板组焊而成。它适用于鞍式支座是由底板
22、、腹板、筋板和垫板组焊而成。它适用于鞍式支座是由底板、腹板、筋板和垫板组焊而成。它适用于双支点支承的钢制卧式容器的支座。双支点支承的钢制卧式容器的支座。双支点支承的钢制卧式容器的支座。双支点支承的钢制卧式容器的支座。n n鞍式支座型式：鞍式支座型式：鞍式支座型式：鞍式支座型式：n n按鞍座实际承载的大小分为轻型（按鞍座实际承载的大小分为轻型（按鞍座实际承载的大小分为轻型（按鞍座实际承载的大小分为轻型（A A）、重型（、重型（、重型（、重型（B B）两种。）两种。）两种。）两种。n n鞍座分固定式（鞍座分固定式（鞍座分固定式（鞍座分固定式（F F）和滑动式（）和滑动式（）和滑动式（）和滑动式（S
23、 S）两种安装形式。）两种安装形式。）两种安装形式。）两种安装形式。鞍式支座第41页/共58页42鞍式支座 鞍式支座型式选择：重型鞍座可满足卧式换热器，介质比重较大或L/D较大卧式容器的要求；轻型鞍座则满足一般卧式容器的使用要求。容器因温度变化，固定侧应采用固定鞍座；滑动侧采用滑动鞍座。固定鞍座一般设在接管较多的一侧。采用三个鞍座时，中间鞍座宜选固定鞍座，两侧鞍座可选滑动鞍座。为改善容器的受力情况，将垫板四角倒圆；并在垫板中心开一通气孔，以利于焊接或热处理时气体的排放；为使垫板按实际需要设置或与容器等厚，标准中垫板厚度允许改变。对于DN900mm容器，鞍座分为带垫板和不带垫板两种 考虑到封头的
24、加强作用，鞍座应尽可能靠近封头，即A应小于或等于 D0/4，从受力情况考虑，A不宜大于L。当需要时，A最大不得大于L。当容器基础是钢筋混凝土时，滑动鞍座底板下面必须安装基础垫板。基础垫板必须保持平整光滑。第42页/共58页43法兰 法兰连接主要优点是密封可靠和足够的强度。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。法兰分类：（1）按其被连接的部件分为压力容器法兰和管法兰。（2）按法兰接触面的宽窄可分为窄面法兰和宽面法兰。宽面法兰是指垫片接触面分布于法兰螺栓中心圆内外两侧的法兰连接，一般用于压力很低场合。窄面法兰是指垫片接触面位于法兰螺栓孔包围的圆周内的法兰连接。（3）按整体性程度分为整体法兰、松式法兰和
25、任意式法兰。整体法兰：指法兰环、颈部及圆筒三者有效地连接成一整体的法兰。松式法兰：指法兰与圆筒未能有效地连接成一整体的法兰，计算中认为法兰力矩完全由法兰环本身来承担。典型松式法兰有活套法兰。任意式法兰：指整体性程度介于上述二者间的法兰。其圆筒与法兰环虽未形成一整体结构，但可作为一个接构元件，共同承受法兰力矩。第43页/共58页44法兰 法兰密封面:法兰密封面分为平面密封面、凹凸面密封面、榫槽面密封面。平面密封面具有结构简单，加工方便，且便于进行防腐衬里等的优点，由于这种密封面和垫片的接触面积较大，如预紧不当，垫片易被挤出密封面。也不宜压紧，密封性能较差，适用于压力不高的场合，一般使用在的压力下
26、。凹凸面密封面相配的两个法兰结合面是一个凹面和一个凸面。安装时易于对中，能有效地防止垫片被挤出密封面，密封效果优于平面密封。榫槽面密封面相配的两个法兰结合面是一个榫面和一个槽面。密封面更窄。由于受槽面的阻挡，垫片不会被挤出压紧面，且少受介质的冲刷和腐蚀。安装时易于对中，垫片受力均匀，密封可靠，适用于易燃、易爆和有毒介质的运用。只是由于垫片很窄，更换时较为困难。第44页/共58页45法兰压力容器法兰 压力容器法兰标准为JB4701 4707-2000压力容器法兰。它包括法兰、垫片及等长双头螺柱等8个标准。其中法兰分三种：甲型平焊法兰、乙型平焊法兰及长颈法兰。其中长颈法兰受力情况最好，甲型平焊法兰
27、受力最差。n法兰的拼接焊缝须经100%射线或超声检测。n对长颈法兰，当工作压力大于或等于倍本标准中规定的最大允许工作压力时，法兰与圆筒的对接焊缝必须进行100%射线或超声检测，检测方法按JB4730。射线检测II级合格，超声波检测I级合格。当法兰所在容器图样对容器壳体的检测要求未能满足上述要求时，则该要求应在图样中标明。n对甲型平焊法兰、乙型平焊法兰与圆筒或短节间的连接焊缝应进行磁粉或渗透检测，检测方法按JB4730，I级合格。第45页/共58页46管法兰管法兰管法兰管法兰n n国际管法兰标准主要有两个体系，即以德国国际管法兰标准主要有两个体系，即以德国DINDIN（包括原苏联）（包括原苏联）
28、为代表的欧洲管法兰体系和以美国为代表的欧洲管法兰体系和以美国ANSIANSI管法兰为代表的美洲管管法兰为代表的美洲管法兰体系。除此之外，还有日本法兰体系。除此之外，还有日本JISJIS管法兰，但在石油化工装置管法兰，但在石油化工装置中一般仅用于公用工程，而且在国际上影响较小。中一般仅用于公用工程，而且在国际上影响较小。n n标准标准HG20592-20635-97HG20592-20635-97钢制管法兰、垫片、紧固件钢制管法兰、垫片、紧固件中中HG20592-20614HG20592-20614属于欧洲体系，属于欧洲体系，HG 2061520635-97HG 2061520635-97属于美
29、洲属于美洲体系。体系。n n管法兰管法兰（欧洲体系）（欧洲体系）的公称压力等级按的公称压力等级按DINDIN标准，公称压力范围：标准，公称压力范围：0.25 0.25，25.0MPa 25.0MPa 等等1010个压力等级。公称直径个压力等级。公称直径范围：范围：102000mm102000mm。n n管法兰管法兰（美洲体系）（美洲体系）的公称压力等级按的公称压力等级按ANSIANSI标准。标准。第46页/共58页47 压力容器检查孔包括人孔与手孔，开设检查孔的目的是压力容器检查孔包括人孔与手孔，开设检查孔的目的是为了检查容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺为了检查容器在使用过程中是否
30、产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷。陷。人孔和手孔均巳标准化，可根据设计需要和操作条件直人孔和手孔均巳标准化，可根据设计需要和操作条件直接选用。选用时应综合考虑公称压力、公称直径、设计温度接选用。选用时应综合考虑公称压力、公称直径、设计温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。n n人、手孔的类型选择有较大的灵活性：人、手孔的类型选择有较大的灵活性：n n（1 1）工作压力较高时宜选用对焊法兰人、手孔，反之多用平焊型式；）工作压力较高时宜选用对焊法兰人、手孔，反之多用平焊型式；n n（2 2）安装位置较高，检修不便的容器上宜选用回转盖或吊盖型式；）安装位置较高
31、，检修不便的容器上宜选用回转盖或吊盖型式；n n（3 3）人、手孔需经常打开时，可选用快开式的人、手孔结构。）人、手孔需经常打开时，可选用快开式的人、手孔结构。检查孔第47页/共58页48n n为了便于对压力容器能够进行正常的操作、测试、检验、修理，为了便于对压力容器能够进行正常的操作、测试、检验、修理，压力容器上应开设必要的压力容器上应开设必要的人孔、手孔和检查孔人孔、手孔和检查孔，以及，以及安全附件安全附件安装的接孔安装的接孔。开孔后，不仅降低了部件的承载能力，而且还因。开孔后，不仅降低了部件的承载能力，而且还因为开孔造成结构不连续，在开孔边会产生应力集中。为开孔造成结构不连续，在开孔边会
32、产生应力集中。开孔与补强第48页/共58页49应力集中（1）应力集中系数:容器的开孔集中程度是用应力集中系数K来表征的，“K”的定义是开孔处的最大应力值与开孔时最大薄膜应力之比。开孔接管处的应力集中系数主要两个因素影响：容器的形状和应力状态。开孔的形状、大小及接管壁厚。（2）容器开孔接管处应力集中的特点 在实际上生产中，容器壳体开孔后均需焊上接管或凸缘，而接管处的应力集中与壳体开小圆孔时的应力集中并不相同。容器接管处的应力集中较小孔严重得多，应力集中系数可达3-6。但其衰减迅速，具有明显的局部性，不会使壳体引起任何显著变形，故可允许应力峰值超过材料的平均屈服应力。开孔补强的目的的在于使孔边的应
33、力峰值降低至允许值。第49页/共58页50开孔与补强开孔与补强1 为何要进行开孔补强 通常所用的压力容器，由于各种工艺和结构的要求，需要在容器上开孔和安装接管，由于开孔去掉了部分承压金属，不但会削弱容器的器壁的强度，而且还会因结构连续性受到破坏在开孔附近造成较高的局部应力集中。这个局部应力峰值很高，达到基本薄膜应力的3倍，甚至5-6倍。再加上开孔接管处有时还会受到各种外载荷、温度等影响，并且由于材质不同，制造上的一些缺陷、检验上的不便等原因的综合作用，很多失效就会在开孔边缘处发生。主要表现疲劳破坏和脆性裂纹，所以必须进行开孔补强设计。第50页/共58页512 压力容器为何有时可允许不另行补强
34、容器在设计制造中，由于用户要求，材料代用等原因，壳体厚度往往超过实际强度的需要。厚度的增加使最大应力有所降低，实际上容器已被整体补强了。例如：在选材时受钢板规格的限制，使壁厚有所增加；或在计算时因焊接系数壁厚增加，而实际开孔不在焊缝上。在多数情况下，接管的壁厚多与实际需要，多余的金属起到了补强的作用。第51页/共58页52开孔与补强开孔与补强3 3 开孔补强结构开孔补强结构所所谓谓开开孔孔补补强强设设计计，就就是是指指采采取取适适当当增增加加壳壳体体或或接接管管壁壁厚厚的的方方法法以以降降低低应应力力集集中中系系数数。其其所所涉涉及及的的有有补补强强形形式式、开开孔孔处处内外圆角的大小以及补强
35、金属量等。内外圆角的大小以及补强金属量等。(1)(1)加加强强圈圈，如如图图a a、b b、c c。该该补补强强结结构构简简单单，制制造造方方便便，但但加加强强圈圈与与金金属属间间存存在在一一层层静静止止的的气气隙隙，传传热热效效果果差差。当当两两者者存存在在温温差差时时热热膨膨胀胀差差也也较较大大，因因而而在在局局部部区区域域内内产产生生较较大大的的热热应应力力。另另外外，加加强强圈圈较较难难与与壳壳体体形形成成整整体体，因因而而抗抗疲疲劳劳性性能能较较差差。这这种种补补强强结结构构一一般般用用于于静静压压、常温及中、低压容器。常温及中、低压容器。第52页/共58页53(2)(2)接接管管补
36、补强强，即即在在壳壳壁壁与与接接管管之之间间焊焊上上一一段段厚厚壁壁加加强强管管，如如图图d d、e e、f f。它它的的特特点点是是能能使使所所有有用用来来补补强强的的金金属属材材料料都都直直接接处处在在最最大大应应力力区区域域内内，因因而而能能有有效效地地降降低低开开孔孔周周围围的的应应力力集中程度。集中程度。(3)(3)整整锻锻件件补补强强结结构构如如图图g g、h h、I I，此此结结构构的的优优点点是是补补强强金金属属集集中中于于开开孔孔应应力力最最大大的的部部位位，补补强强后后的的应应力力集集中中系系数数小小。由由于于焊焊接接接接头头为为对对接接焊焊，且且焊焊接接接接头头及及热热影影响响区区可可以以远远离离最最大大应应力点位置，所以抗疲劳性能好。力点位置，所以抗疲劳性能好。第53页/共58页54开孔与补强开孔与补强第54页/共58页55开孔与补强开孔与补强等面积补强示意图第55页/共58页56开孔与补强开孔与补强第56页/共58页57开孔与补强开孔与补强第57页/共58页感谢您的观看！第58页/共58页