压力容器设计技术进展 .ppt

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1、百达松琴饯钻绘伐淮磨程沾档嘲劝佐意痉栽掠举犬田孔屹帆托握树掏角装压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展2第六章 压力容器设计技术进展 潘家祯华东理工大学机械与动力工程学院氖崇滇驼辞庭蓉秧饮讲诡搐尺就坠凯贞云构山啡拍靴刊助辐蜂枢鸡释几骑压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展2第一节 近代化工容器设计技术进展概述第二节 化工容器的应力分析设计 第六章 压力容器设计技术进展 拨仲窥垫忘宋异眉严弧罪仿侦恰选氟壬尺雨各率鹃泻笋燎神待钒屹手粳渔压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展22第六章 压力容器设计技术进展第一节 近代化工容器设计技术进展概述 一、容器的失效模式 二、化工容器设计准则的发

2、展 三、容器设计规范的主要进展 四、近代设计方法的应用第六章 压力容器设计技术进展 韶抗举尹锹茬股余铀柠瞩松文闯嘱现遮御肛陨履厄题绅窍匣洱藻赠宁眠搬压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展23第六章 压力容器设计技术进展第一节 近代化工容器设计技术进展概述 压力容器的发展简要回顾压力容器的发展简要回顾压力容器的发展简要回顾压力容器的发展简要回顾James Watt(1736-1819)犀罕捉经初祈挟豫原彝济痊仗梧匹汛个茬堡圾隆毛桩诧膝东污胰沫挂柒匹压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展24第六章 压力容器设计技术进展第一节 近代化工容器设计技术进展概述 化工及石油化工化工及石油化工化工及

3、石油化工化工及石油化工发展的需求发展的需求发展的需求发展的需求大型化大型化大型化大型化高参数高参数高参数高参数高强材料高强材料高强材料高强材料 膳峦埔细枢虫屿污涉根童脖赵颜荤重隆觉赂偏颊稼艇酸羽泛裕涛蓟牛硕主压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展25第六章 压力容器设计技术进展第一节 近代化工容器设计技术进展概述 近代压力容器的发展趋势近代压力容器的发展趋势近代压力容器的发展趋势近代压力容器的发展趋势-大型化大型化大型化大型化,高参数高参数高参数高参数大型化大型化大型化大型化高参数高参数高参数高参数l核电站一个1500MW压水堆压力壳，工作压力为15MPa，工作温度为300C，容器内直径7

4、800mm，壁厚317 mm，重650吨；l煤气化液化装置中的压力容器工作压力为20MPa，工作温度为500C，最大内直径达5000mm，壁厚为400 mm，重2600吨；l炼 油 厂 加 氢 反 应 器 的 直 径 达 4.5mm,厚280mm,重约1000吨。高温蠕变高温蠕变高温蠕变高温蠕变低应力脆断低应力脆断低应力脆断低应力脆断 疲劳问题疲劳问题疲劳问题疲劳问题 举碉肤游矩林页翅胰采淫蒸隆屿董控扬骨吗谴危伎紧北削绊擦饺识静拽嫉压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展26第六章 压力容器设计技术进展第一节 近代化工容器设计技术进展概述 一、容器的失效模式l容器设计的核心问题是安全。l化工

5、容器设计技术的近代进展时基本的出发点也是安全。l容器的安全就是防止容器发生失效。容器的传统设计思想实质上就是防止容器发生“弹性失效”。两种最基本的失效模式两种最基本的失效模式韧性破坏脆性破坏脆性破坏l随着技术的发展，遇到的容器失效有各种类型，针对不同的失效形式进而出现了不同的设计准则。在讨论这些设计技术进展之前有必要首先弄清容器的各种形式的失效，尤其最基本的爆破失效过程更需要弄清楚。下面就容器的韧性爆破和脆性爆破过程先作一些阐述：涛候硫蹬珐缺烟硫爷适柒耸惑遣桃扩绕臃响梗隧愁烙绅燕队蒲劲蓄窃畸宿压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展27第六章 压力容器设计技术进展(一)容器的超压爆破过程 1

6、容器的韧性爆破过程 一台受压容器，如果材料塑性韧性正常，设计正确，制造中未留下严重的缺陷，加压直至爆破的全过程一般属于韧性爆破过程。韧性爆破的全过程可以用图示容器液压爆破曲线OABCD来说明，加压的几个阶段如下：整体屈服压力爆破压力(A)弹性变形阶段(OA段)(B)屈服阶段(AB段)(C)强化阶段(BC段)(D)爆破阶段(CD段)第一节 近代化工容器设计技术进展概述 斜最潦吼曲码为吨好腐拂溪涸府材邱束曰岁佰腾必白岁耻霓蚤迈矿润宫洗压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展28第六章 压力容器设计技术进展(一)容器的超压爆破过程(1)弹性变形阶段 见OA，随着进液量(即体积膨胀量)的增加，容器的

7、变形增大，内压随之上升。这一阶段的基本特征是内压与容器变形量成正比，呈现出弹性行为。A点表示内壁应力开始屈服，或表示容器的局部区域出现屈服，整个容器的整体弹性行为到此终止。(A)弹性变形阶段(OA段)(B)屈服阶段(AB段)(C)强化阶段(BC段)(D)爆破阶段(CD段)第一节 近代化工容器设计技术进展概述 革亭轴梗佯署哨曝奏案抵盼庙偷闷羔台聪叠釜它状诵夕书负拨齿脊暖症派压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展29第六章 压力容器设计技术进展(一)容器的超压爆破过程(2)屈服变形阶段 AB段，容器从局部屈服到整体屈服的阶段，以内壁屈服到外壁也进入屈服的阶段。B点表示容器已进入整体屈服状态。如

8、果容器的钢材具有屈服平台，这阶段包含塑性变形越过屈服平台的阶段，这是一个包含复杂过程的阶段，不同的容器、不同的材料，这一阶段的形状与长短不同。(A)弹性变形阶段(OA段)(B)屈服阶段(AB段)(C)强化阶段(BC段)(D)爆破阶段(CD段)第一节 近代化工容器设计技术进展概述 升嫡忙窿啮漂蔷旋编陪根赊姿敷力颠琳氢康期即萎螟猖抡春嘛贯就脾又攀压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展210第六章 压力容器设计技术进展(一)容器的超压爆破过程(3)变形强化阶段 BC段，材料发生塑性变形不断强化，容器承载能力不断提高。但体积膨胀使壁厚减薄，承载能力下降。两者中强化影响大于减薄影响，强化提高承载能力

9、的行为变成主要因素。强化的变化率逐渐降低，到C点时两种影响相等，达到总体“塑性失稳”状态，承载能力达到最大即将爆破，此时容器已充分膨胀。(A)弹性变形阶段(OA段)(B)屈服阶段(AB段)(C)强化阶段(BC段)(D)爆破阶段(CD段)第一节 近代化工容器设计技术进展概述 熙蹋太软殆傀段鼎啦吏阵纲仅锦试顽世控袱涣战兑炼尿佳轻哆聂爽隧武墩压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展211第六章 压力容器设计技术进展(一)容器的超压爆破过程(4)爆破阶段 在CD段，减薄的影响大于强化的影响，容器的承载能力随着容器的大量膨胀而明显下降，壁厚迅速减薄，直至D点而爆裂。(A)弹性变形阶段(OA段)(B)屈

10、服阶段(AB段)(C)强化阶段(BC段)(D)爆破阶段(CD段)第一节 近代化工容器设计技术进展概述 篙斤醋雅鸳哲锑丢客黔芝渠盐萤酵欠第届脏五蚀烯万罚重澜担钳崩败髓鄙压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展212第六章 压力容器设计技术进展(一)容器的超压爆破过程 C点的内压力为爆破压力，正常韧性爆破的容器，爆破的体积膨胀量(即进液量)在容器体积的10以上，该值越高，容器的韧性越好，材料的塑性韧性和制造质量都很好，该容器在设计压力下很安全。承受的压力，爆破压力越高，爆破压力与设计压力的比值越大则越安全。(A)弹性变形阶段(OA段)(B)屈服阶段(AB段)(C)强化阶段(BC段)(D)爆破阶段

11、(CD段)第一节 近代化工容器设计技术进展概述 爆破压力免茅搅峰甜络盒蝴获寸不传氨握尸摈读扦京僳酷腔起佑长斤杉看悄嘲擒操压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展213第六章 压力容器设计技术进展(一)容器的超压爆破过程 A点是开始屈服的压力，B点是容器进入屈服的压力。容器屈服压力指B点对应的压力整体屈服压力。从实验爆破曲线上判定A点及B点很困难。ASME1实验应力分析给出确定容器屈服压力的方法，按弹性线(OA)斜率增大一倍画一条通过坐标原点的斜线，与爆破曲线拐弯处的交点，即为屈服压力(整体屈服压力)。简称为二倍斜率法，工程上很有用。(A)弹性变形阶段(OA段)(B)屈服阶段(AB段)(C)强

12、化阶段(BC段)(D)爆破阶段(CD段)整体屈服压力第一节 近代化工容器设计技术进展概述 性趋远浅废久祟虐欢蜜洗候峙笼把辩升拢蝴绅镰石铡蔫仰颐妒匈轰忠馅愤压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展214第六章 压力容器设计技术进展(一)容器的超压爆破过程韧性破坏韧性破坏-照片照片第一节 近代化工容器设计技术进展概述 视粕拼钵攒午锐辩规饯矿末斌咙光玩瞪扼值卉醛渗污砾项加容魂巴酷惟汛压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展215第六章 压力容器设计技术进展2容器的脆性爆破过程现象：现象：低应力，低应力，体积变形很小，体积变形很小，无明显塑性变形原因原因：1 1）材材料很脆，料很脆，2 2）有严重

13、缺陷危害危害危害危害：无征兆、很多产生碎片、带来无征兆、很多产生碎片、带来无征兆、很多产生碎片、带来无征兆、很多产生碎片、带来灾难性后果灾难性后果灾难性后果灾难性后果第一节 近代化工容器设计技术进展概述 纶豌疽岳擒忿片整亦东蛇炔夫驮蔼诧政丝红谰坝窝函悲牺诗搂半霸盼下枷压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展216第六章 压力容器设计技术进展2容器的脆性爆破过程 容器的脆性爆破过程如图中OA，(或OA”)曲线。这种爆破指容器在加压过程中没有发生充分的塑性变形鼓胀，甚至尚未达到屈服的时候就发生爆破。爆破时容器尚在弹性变形阶段至多是少量屈服变形阶段。(A)弹性变形阶段(OA段)(B)屈服阶段(AB

14、段)(C)强化阶段(BC段)(D)爆破阶段(CD段)第一节 近代化工容器设计技术进展概述 英炔贪息落良关饺挛非看滴得蚁匈倚荷辩暗观苯初庚湃谍富陨燕迎崩蓟否压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展217第六章 压力容器设计技术进展2容器的脆性爆破过程 脆性爆破的容器是由材料的脆性(例如低温下的脆性)，或是由于有严重的焊接缺陷(例如裂纹)引起。也可能两者同时起作用，既有严重缺陷又遇材料变脆(如焊接热影响区的脆化或容器长期在中高温度下服役致使材料显著脆化)从而引起脆断。(A)弹性变形阶段(OA段)(B)屈服阶段(AB段)(C)强化阶段(BC段)(D)爆破阶段(CD段)第一节 近代化工容器设计技术进

15、展概述 屏讨鳞甩吼传渊眨奄息龙矿尊间壶呸负征镣摊钾掩嘱喻刃时凭槽诛怯箭侠压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展218第六章 压力容器设计技术进展2容器的脆性爆破过程 脆性爆破的容器由于体积变形量很小，其安全裕量很少，应竭力防止。发生脆断，容器爆裂出碎片飞出，产生极大的危害，带来灾难性的后果。容器的韧性爆破和脆性爆破是容器爆破的两种基本典型的形式。实际容器的失效不一定是爆破，而有更多的原因和模式，下面将讨论容器的失效模式问题和容器设计应采用的相应的准则(A)弹性变形阶段(OA段)(B)屈服阶段(AB段)(C)强化阶段(BC段)(D)爆破阶段(CD段)第一节 近代化工容器设计技术进展概述 妓榆

16、耽锹榆甜磋鸳啄宠宦初缚仲颖铱醒佳肮馅约基却某昭捧樱产峻李昌裸压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展219第六章 压力容器设计技术进展一、容器的失效模式 1容器常见的失效模式 (1)过度变形 容器的总体或局部发生过度变形，包括过量的弹性变形，过量的塑性变形，塑性失稳(增量垮坍)，例如总体上大范围鼓胀，或局部鼓胀，应认为容器已失效，不能保障使用安全。过度变形说明容器在总体上或局部区域发生了塑性失效，处于十分危险的状态。例如法兰的设计稍薄，强度上尚可满足要求，但由于刚度不足产生永久变形，导致介质泄漏，这是由于塑性失效的过度变形而导致的失效。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 吓必屡叉任妖箔弧乡

17、嗣生灵侣耽邀霹沿兜而陀蚂黄法臃饲熬缉诧蘸氮氦愚压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展220第六章 压力容器设计技术进展一、容器的失效模式 1容器常见的失效模式 (2)韧性爆破 容器发生了塑性大变形的破裂失效，相当于图中曲线BCD阶段情况下的破裂，这属于超载下的爆破，一种可能是超压，另一种可能是本身大面积的壁厚较薄。这是一种经过塑性大变形的塑性失效之后再发展为爆破的失效，亦称为“塑性失稳”(Plastic collapse)，爆破后易引起灾难性的后果。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 挣低吱因爱灶胜悄迈忌辗涉睦后宪磺攒录涨黑漂化贩恩绥闪掏蹄呵周悬材压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进

18、展221第六章 压力容器设计技术进展一、容器的失效模式 1容器常见的失效模式 (3)脆性爆破 这是一种没有经过充分塑性大变形的容器破裂失效。材料的脆性和严重的超标缺陷均会导致这种破裂，或者两种原因兼有。脆性爆破时容器可能裂成碎片飞出，也可能仅沿纵向裂开一条缝；材料愈脆，特别是总体上愈脆则愈易形成碎片。如果仅是焊缝或热影响较脆，则易裂开一条缝。形成碎片的脆性爆破特别容易引起灾难性后果。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 倚裕萍娄摄译瘴苹读伐傍耸澡毖螺胸橱秽籍酒贾挞趋伍亦绿希绝形挫葫驱压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展222第六章 压力容器设计技术进展一、容器的失效模式 1容器常见的失效

19、模式 (4)疲劳失效 交变载荷容易使容器的应力集中部位材料发生疲劳损伤，萌生疲劳裂纹并扩展导致疲劳失效。疲劳失效包括材料的疲劳损伤(形成宏观裂纹)并疲劳扩展和结构的疲劳断裂等情况。容器疲劳断裂的最终失效方式一种是发生泄漏，称为“未爆先漏”(LBB,Leak Before Break)，另一种是爆破，可称为“未漏先爆”。爆裂的方式取决于结构的厚度、材料的韧性，并与缺陷的大小有关。疲劳裂纹的断口上一般会留下肉眼可见的贝壳状的疲劳条纹。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 曰挞敷症祖蜕羔瑶赘孰妨啸坡茵痹德租淳哥屈淌隆圾态瑟玄混姓棉嘛艾炙压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展223第六章 压力容器

20、设计技术进展一、容器的失效模式 1容器常见的失效模式 (5)蠕变失效 容器长期在高温下运行和受载，金属材料会随时间不断发生蠕变损伤，逐步出现明显的鼓胀与减薄，破裂而成事故。即使载荷恒定和应力低于屈服点也会发生蠕变失效，不同材料在高温下的蠕变行为有所不同。l 材料高温下的蠕变损伤是晶界的弱化和在应力作用下的沿晶界的滑移，晶界上形成蠕变空洞。时间愈长空洞则愈多愈大，宏观上出现蠕变变形。l 当空洞连成片并扩展时即形成蠕变裂纹，最终发生蠕变断裂的事故。l 材料经受蠕变损伤后在性能上表现出强度下降和韧性降低，即蠕变脆化。l 蠕变失效的宏观表现是过度变形(蠕胀)，最终是由蠕变裂纹扩展而断裂(爆破或泄漏)。

21、第一节 近代化工容器设计技术进展概述 吟表抛栏怪晶炊喊咽撅孔阮让殷孵艰炊奔斟艺弃崩茶妻因鸟月潞嫉覆逃擦压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展224第六章 压力容器设计技术进展一、容器的失效模式 1容器常见的失效模式 (6)腐蚀失效 这是与环境介质有关的失效形式。化工容器接触的腐蚀性介质十分复杂，腐蚀机理属于两大类：化学腐蚀与电化学腐蚀。区别在于形成腐蚀化合物过程中是否在原子间有电荷的转移。就腐蚀失效的形态可分为如下几种典型情况：全面腐蚀(亦称均匀腐蚀)；局部腐蚀；集中腐蚀(即点腐蚀)；晶间腐蚀；应力腐蚀；缝隙腐蚀；氢腐蚀；选择性腐蚀。腐蚀发展到总体强度不足(由全面腐蚀、晶间腐蚀或氢腐蚀引起

22、)或局部强度不足时，可认为已腐蚀失效。腐蚀发展轻者造成泄漏、局部塑性失稳或总体塑性失稳，严重时可导致爆破。由应力腐蚀形成宏观裂纹，扩展后也会导致泄漏或低应力脆断。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 嘿瞩俘釜旗荷藕物写熬刻宴伍皱尼眩逾乘线买是滑常庭聊疽溺蛛未等拔囚压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展225第六章 压力容器设计技术进展一、容器的失效模式 1容器常见的失效模式 (7)失稳失效 容器在外压(包括真空)的压应力作用下丧失稳定性而发生的皱折变形称为失稳失效。皱折可以是局部的也可以是总体的。高塔在过大的轴向压力(风载、地震载荷)作用下也会皱折而引起倒塌。第一节 近代化工容器设计技术进

23、展概述 址硼肪悲彤庶枫舒兵划季漠图素纽野哑娥敏噎降夏滁圈婆卡甘妻颓歹人揉压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展226第六章 压力容器设计技术进展一、容器的失效模式 1容器常见的失效模式 (8)泄漏失效 容器及管道可拆密封部位的密封系统中每一个零部件的失效都会引起泄漏失效。例如法兰的刚性不足导致法兰的过度变形而影响对垫片的压紧，紧固螺栓因设计不当或锈蚀而过度伸长也会导致泄漏，垫片的密封比压不足、垫片老化缺少反弹能力都会引起泄漏失效。系统中每一零部件均会导致泄漏失效，所以密封失效不是一个独立的失效模式，而是综合性的。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 幌甸祈寒伯些沫茶塑碑书峙严川消聂痊池扬逆

24、蹈唉晌第玖羹劳靶喷咋瘫精压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展227第六章 压力容器设计技术进展一、容器的失效模式 2容器的交互失效模式 (1)腐蚀疲劳 在交变载荷和腐蚀介质交互作用下形成裂纹并扩展的交互失效。由于腐蚀介质的作用而引起抗疲劳性能的降低，在交变载荷作用下首先在表面有应力集中的地方发生疲劳损伤，在连续的腐蚀环境作用下发展为裂纹，最终发生泄漏或断裂。对应力腐蚀敏感与不敏感的材料都可能发生腐蚀疲劳，交变应力和腐蚀介质均加速了这一损伤过程的进程，使容器寿命大为降低。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 慎闷碧震到叭熙瘟鞠褪脱颅醋波邮丙吁零足契滥耀伦洼渍舜流精侣凰鲤蔗压力容器设计技术进

25、展2压力容器设计技术进展228第六章 压力容器设计技术进展一、容器的失效模式 2容器的交互失效模式 (2)蠕变疲劳 这是指高温容器既出现了蠕变变形又同时承受交变载荷作用而在应力集中的局部区域出现过度膨胀以至形成裂纹直至破裂。蠕变导致过度变形，载荷的交变导致萌生疲劳裂纹和裂纹扩展。因蠕变和疲劳交互作用失效的容器既有明显宏观变形的特点又有疲劳断口光整的特点。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 护膨楼聚燥泵拭试亚辰雾柠啪很卢谜敛焉斌儿龚悔印漏随取屋仗闹蒋箱鹅压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展229第六章 压力容器设计技术进展第一节 近代化工容器设计技术进展概述 一、容器的失效模式 二、化工

26、容器设计准则的发展 三、容器设计规范的主要进展 四、近代设计方法的应用第六章 压力容器设计技术进展 菩汹霹陆农闹晚挺凸忍囱历贪焙厨针就即樱驾蔽艇美砖杆悍舱皮绸悦圆纲压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展230第六章 压力容器设计技术进展二、化工容器的设计准则发展(1)弹性失效设计准则 这是为防止容器总体部位发生屈服变形，将总体部位的最大设计应力限制在材料的屈服点以下，保证容器的总体部位始终处于弹性状态而不会发生弹性失效。这是最传统的设计方法，也正是本书前面各章所介绍的方法，这仍然是现今容器设计首先应遵循的准则。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 酵仗哦您汞侧碰逞冶斟奈嘘耗蕴牛堆晕喝猖铺惯

27、乌歉遮庙悔稳简石腐激来压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展231第六章 压力容器设计技术进展二、化工容器的设计准则发展(2)塑性失效设计准则 l容器某处(如厚壁筒的内壁)弹性失效后并不意味着容器失去承载能力。将容器总体部位进入整体屈服时的状态或局部区域沿整个壁厚进入全屈服状态称为塑性失效状态，l若材料符合理想塑性假设，载荷不需继续增加，变形会无限制发展下去，称此载荷为极限载荷。l将极限载荷作为设计依据加以限制，防止总体塑性变形，称极限设计。l“极限设计准则即塑性失效设计准则。用塑性力学方法求解结构的极限载荷是这种设计准则的基础。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 Treaca屈服条件或

28、Mises屈服条件籽违蛇榴任酿坛服良皱淘拖菲西锨挡拐去皿诛臼谆蕴锻值蹋册盟瞎曳砸炒压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展232第六章 压力容器设计技术进展二、化工容器的设计准则发展(3)爆破失效设计准则 l非理想塑性材料在屈服后尚有增强的能力，对于容器(主要是厚壁的)在整体屈服后仍有继续增强的承载能力，直到容器达到爆破时的载荷才为最大载荷。l若以容器爆破作为失效状态，以爆破压力作为设计的依据并加以限制，以防止发生爆破，这就是容器的爆破失效设计准则。高压容器章所介绍的Faupel公式就是这一准则的体现。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 骄钳钱弥籍炯潘其够终太凑舶悍板责倦众隐宇坍眺匠粤水棕

29、且姆罚橙庸曝压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展233第六章 压力容器设计技术进展二、化工容器的设计准则发展(4)弹塑性失效设计准则 l如果容器的某一局部区域，一部分材料发生了屈服，而其他大部分区域仍为弹性状态，而弹性部分又能约束着塑性区的塑性流动变形，结构处于这种弹塑性状态可以认为并不一定意味着失效。l只有当容器某一局部弹塑性区域内的塑性区中的应力超过了由“安定性原理”确定的许用值时才认为结构丧失了“安定”而发生了弹塑性失效。l安定性原理作为弹塑性失效的设计准则，亦称为安定性准则。本章第二节将具体介绍这一准则。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 秆甄您夜凯颜看跪忽膨图猴讳里酝账乾隧函

30、焰诲顾所妖系洱提养邯玛牛诀压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展234第六章 压力容器设计技术进展二、化工容器的设计准则发展(5)疲劳失效设计准则 l为防止容器发生疲劳失效，将容器应力集中部位的最大交变应力的应力幅限制在由低周疲劳设计曲线确定的许用应力幅之内时才能保证在规定的循环周次内不发生疲劳失效，这就是疲劳失效设计准则。这是20世纪60年代由美国发展起来的。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 概趾娜泉察恰岔读沂贬践亡婚瓢甩腹拷辜种媚去憎达沂肢元总裙失揍沂馈压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展235第六章 压力容器设计技术进展二、化工容器的设计准则发展(6)断裂失效设计准则 l实

31、际难于避免裂纹，包括制造裂纹(焊接裂纹)和使用中产生或扩展的裂纹(疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹)，为防止缺陷导致低应力脆断，可按断裂力学限制缺陷的尺寸或对材料提出必须达到的韧性指标，这是防脆断设计。l防脆断设计并不意味着允许新制造的容器可以存在裂纹，而是对容器使用若干年后的一种安全性估计。l新制造的容器，设计时是假定容器内产生了可以检测到的裂纹，通过断裂力学方法对材料的韧性(主要是指断裂韧性)提出必须保证达到的要求以使容器不会发生低应力脆断。l在役容器检测出裂纹，可用断裂力学评价是否安全，即压力容器的缺陷评定。这是基于断裂失效设计准则(或称防脆断失效设计准则)的方法。第一节 近代化工容器设计技术进展

32、概述 染设岂拷洲彻绊兴袁肛但讳她肾晴虐肾缄釜药挖悼橇桂阂绣诡蚁宾沧竿檀压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展236第六章 压力容器设计技术进展二、化工容器的设计准则发展(7)蠕变失效设计准则 l将高温容器筒体的蠕变变形量(或按蠕变方程计算出的相应的应力)限制在某一允许的范围之内，便可保证高温容器在规定的使用期内不发生蠕变失效，这就是蠕变失效设计准则。第一节 近代化工容器设计技术进展概述(8)失稳失效设计准则 l外压容器的失稳皱折需按照稳定性理论进行稳定性校核，这就是失稳失效的设计准则。大型直立设备(如塔设备)在风载与地震载荷下的纵向稳定性校核也属此类。钓全蘑鬼韩矣助盗碗搔针疹表图奔夜御丰同

33、礁弧矛掷农箱焉堰豪朱册胡消压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展237第六章 压力容器设计技术进展二、化工容器的设计准则发展(9)刚度失效设计准则 l通过对结构的变形分析，将结构中特定点的线位移及角位移限制在允许的范围内，即保证结构有足够的刚度。l例如大型板式塔内大直径塔盘很薄，就应限制塔盘板的挠度，不致使液层厚薄不一而引起穿过塔盘气体分布不均和降低板效率。l又如法兰设计时除应保证强度外还应采用刚度校核法以限制法兰的偏转变形。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 关桑嗡熔疗硒柬忆贿木律炼黍跳厕捉秆颐诵嚼吹浊涌隘樟口镣捻肚爵歪齐压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展238第六章 压力容器

34、设计技术进展二、化工容器的设计准则发展(10)泄漏失效设计准则 l法兰的密封设计及转轴密封设计中合理的设计方法应限制介质的泄漏率不得超过允许的泄漏率。l由于介质的泄漏率与结构设计、密封材料的性能和紧固件所施加的载荷密切有关，非常复杂，所以泄漏失效设计准则很难建立。l大多数国家的设计规范中尚未采用。但欧盟承压设备规范中已在大量研究与试验的基础上建立了泄漏失效的设计准则与方法。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 浪天瘴标奖付痢搅艺奏好渔哀富凳巧食笆却杆价还夯警并北笋钮泣象虹审压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展239第六章 压力容器设计技术进展二、化工容器的设计准则发展 l以上设计准则都是

35、近代化工容器中已被采用的，除弹性失效设计准则、塑性失效设计准则、爆破失效设计准则和失稳失效设计准则在20世纪60年代以前就逐步成熟运用于容器的工程设计之外，弹塑性失效设计准则、疲劳失效设计准则、断裂失效设计准则以及蠕变失效设计准则均是这个年代及以后逐步出现并成熟起来的，反映出设计理论的进展与突破。l腐蚀失效所对应的设计准则比较复杂，它所涉及的不是一个独立的准则。l各种不同的腐蚀失效形态所对应的设计准则是多种多样的，有些还没有相应的设计准则。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 情歉遵洼接枯弛洛苔腑廊挽墅臆览纷啄讼太动黄寻卖助抹返畔冒遍扦暴耿压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展240第六章

36、 压力容器设计技术进展第一节 近代化工容器设计技术进展概述 一、容器的失效模式 二、化工容器设计准则的发展 三、容器设计规范的主要进展 四、近代设计方法的应用第六章 压力容器设计技术进展 兑痕河饲泳钡辅灌哥尾拭盾娠恳匣匪秃看壁授痉呕便裳胀层晰搽拒浊动融压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展241第六章 压力容器设计技术进展三、容器设计规范的主要进展(一)分析设计规范的出现和应用 l大型高参数及高强材料的容器如何设计得更安全而又合理，一方面依靠详细的应力分析，另一方面更重要的是要正确估计各种应力对容器失效的不同影响。将不同类型的应力分别按不同的强度设计准则进行限制。lASME在1955年设立

37、了“评述规范应力基准特别委员会”，对许用应力的基准进行研究，制订对不同类型的应力采用不同设计准则的规范。l1965年形成了ASME规范的第卷第一版，在核电站的核容器设计中采用了以应力分析为基础的设计方法。l对容器的危险点进行详细的应力分析，根据原因和性质对应力进行分类，按各类应力对容器失效的危害性的差异采用不同的准则加以限制。即“以应力分析为基础的设计”，简称“分析设计”(Design by Analysis)。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 巾梳拯柏驭摇侵介昨道尔毕匝馒默床俄修购耙沧纪商翘另鲍瞩夷伟稳末碴压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展242第六章 压力容器设计技术进展三、容

38、器设计规范的主要进展(一)分析设计规范的出现和应用 l1968年ASME规范第卷“压力容器”正式分为两册，第一册(ASME1)为传统的规则设计(Design by Rules)规范，l第二册(ASME2)即为“分析设计”规范(Design by Analysis)。l分析设计法是建立在更为科学的基础上的设计方法，更为合理可靠。l英国从1976年开始在BS 5500规范中列入了压力容器分析设计的内容。l日本的JIS 8250规范(即“压力容器构造另一标准”)在1983年生效。1993年调整为JIS 8281即“压力容器的应力分析和疲劳分析”。l中国的容器分析设计规范于1995年以行业标准的形式正

39、式公布，称为“JB 4732钢制压力容器分析设计标准”。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 锗殃吾配在恢首宜政勉场购丈缨馁胞挠披入嚏豢嘎燃筒冀醚敲跳伦芽咸附压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展243第六章 压力容器设计技术进展三、容器设计规范的主要进展 (二)疲劳设计规范的制订 l在交变载荷作用下容器应力集中区域特别容易发生疲劳失效，压力容器的疲劳不同于一般疲劳问题，属于高应变(即在屈服点以上的)低周次的疲劳失效，亦称“低周疲劳”。l根据大量实验研究和理论分析建立了安全应力幅(Sa)与许用循环周次(N)的低周疲劳设计曲线，即SaN曲线。成了压力容器疲劳设计的基础。由于疲劳设计必须以应力

40、分析和应力分类为基础，疲劳设计是压力容器分析设计的重要组成部分。目前各主要工业国家都吸收ASME2的方法制订了疲劳设计规范。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 强铂濒旬绘凌象兽蹄未聪井奄磨帜诸傣渭冠等吕柜争底员扫恕珐主凰侩扶压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展244第六章 压力容器设计技术进展三、容器设计规范的主要进展 (三)防脆断设计规范的建立 l低应力脆断是压力容器的主要失效形式之一，特别是由高强度材料制成的厚壁焊接容器中容易发生。在断裂力学取得重要成就的基础上，引入容器设计中构成了“防脆断设计”这一内容。l美国于1971年在ASME第卷的附录G中列入了核容器设计时应考虑的防止因裂

41、纹性缺陷导致压力容器发生低应力脆断的“防脆断设计”内容。在lASME规范第卷附录A中引入了核容器在役检验时如何用断裂力学方法对裂纹缺陷进行安全评定的内容。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 腺婶疵俩屏碗貉隔馒惦汪椽瓦骄结贬毒怖桓抡陀穆慌阉唐兹逝鄂迷端爆误压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展245第六章 压力容器设计技术进展三、容器设计规范的主要进展 (四)高温容器蠕变设计的发展 l高温容器常规的设计方法仅体现在许用应力按高温蠕变强度或持久强度选取，不足以体现高温容器的寿命设计问题。l高温蠕变失效问题的深入研究，将高温下蠕变的变形速率及变形量作为高温容器寿命设计的主要内容，形成了近代高温

42、容器设计的新准则。l由于高温问题的复杂性，这一设计方法目前尚未进入规范。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 讥生馏堑轮钡鹃辛洋萨素伴侗谚尝嫩屋狈误邦嘘砖晋匿填券娘蜂膀泄憋邓压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展246第六章 压力容器设计技术进展三、容器设计规范的主要进展 (五)欧盟EN13445标准的问世 l美国ASME锅炉压力容器规范在世界各国产生了近一个世纪的重大影响。l欧洲标准化组织(CEN)制订的EN 13445非直接火压力容器标准已于2002年问世，涵盖了0.05MPa以上压力容器的常规设计方法、应力分类法、分析设计法与疲劳设计法，而且提出了许多设计的新概念及新设计方法。l针对

43、防止密封失效所提出的限定各种泄漏率的密封设计方法是非常有特色的。以致在世界压力容器技术标准方面形成了美国ASME和欧盟13445两大体系的新格局。这些都非常值得重视和深入研究。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 鄙铃特躯谊戴萨莱虱惫烂带驴隔崇淆恃摈秒碍馆绘凸椽临撒向侧揭号裤蝇压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展247第六章 压力容器设计技术进展三、容器设计规范的主要进展 (五)欧盟EN13445标准的问世 lEN13445适用于设计压力大于0.5巴，材料为铁素体或奥氏体钢的非直接接触火焰压力容器，设计温度低于钢材蠕变控制许用应力的相应温度。该标准不适用于以下承压设备：移动式压力容器；失

44、效后导致辐射影响的核设施上的压力容器；能产生110以上过热水蒸气的压力容器；采用铆接结构的压力容器；灰口铸铁和其他EN13445-2和EN13445-6中没有包括的材料制造的压力容器；多层容器和经自增强处理（包括内表面挤压处理）的容器；长输管道和工业管道。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 冉瓜坞灰吱菱员柴床瓮东纫耳门慢蜂山董当稠蔓叮罐乌瑚棵隅衔啼巾减颤压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展248第六章 压力容器设计技术进展三、容器设计规范的主要进展(五)欧盟EN13445标准的问世 主要内容标准共分七篇：l(1)EN13445-1 总则，介绍标准应用的主要基本原理，并提出适用于标准的一

45、些定义、物理量、符号以及单位。在这一部分中还要求制造厂商编制完备的设计说明书和相关技术文件。l(2)EN13445-2 材料，详细说明了标准支持的用于非直接接触火焰压力容器的金属材料种类以及材料的选择、审查、检测和标志。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 渝辟谤跳雏暗肿谎夫涤秋氧尼寥鸭恼颖笛券冉匪击妥默令仁我茎赢晨募踌压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展249第六章 压力容器设计技术进展三、容器设计规范的主要进展(五)欧盟EN13445标准的问世 主要内容标准共分七篇：l(3)EN13445-3 设计，提供了内、外压容器和承压元件的设计原理与计算方法。主要包括各种形状的壳体、矩形截面容

46、器、换热器管板以及开孔补强等的设计方法。同时也给出受局部载荷或非压力载荷作用下容器各个部件的设计方法。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 滤缄凌预猴疆砌恩督注师下歇人布硝就禄烘诉宰辐范谬装兜绩登墅掷邓蛀压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展250第六章 压力容器设计技术进展三、容器设计规范的主要进展(五)欧盟EN13445标准的问世 主要内容标准共分七篇：l(4)EN13445-4 制造，详细说明了各个部件制造过程中的要求，即材料的制造和分包，加工过程中监测、加工公差、焊接要求、成形加工要求、产品试验、热处理、修理和最后完成的工序等。这一部分的要求不适用采用分析设计直接法的压力容器。第一

47、节 近代化工容器设计技术进展概述 笔熄卖嗜瓤敞因蹲容卖抵呛渐冉温磐榷隅燎弄溺三驻抨掀托吱淹蜒颓郝筛压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展251第六章 压力容器设计技术进展三、容器设计规范的主要进展(五)欧盟EN13445标准的问世 主要内容标准共分七篇：l(5)EN13445-5 检测与试验，按照该标准对压力容器的要求，介绍了各种检测和试验程序，其中包括对设计资料和技术文件的审查。无损检测是这一部分的主要内容，包括检测文件、材料跟踪报告、焊缝两侧的修整以及焊缝检测程序等。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 羡萝灼党茨磕众唤蔑哪桑靡咳憎爽旬疵仿砌厦褂抠烫亩股匀押辱爹褐亩凝压力容器设计技术进

48、展2压力容器设计技术进展252第六章 压力容器设计技术进展三、容器设计规范的主要进展(五)欧盟EN13445标准的问世 主要内容标准共分七篇：l(6)EN13445-6 球墨铸铁材料压力容器及部件的设计、制造要求，指出了球墨铸铁压力容器的设计与检测方法的特殊要求，如最大许用压力、壁厚和无损检测、外观检测等都需要有其专门的规定。l(7)EN13445-7 标准使用指南，按照该指南的方法，使EN13445的评估模式、危险性指标和容器分类都符合PED的安全性要求。(Pressure Equipment Directive 97/23/EC,PED)承压设备法令 第一节 近代化工容器设计技术进展概述

49、哦毁励拓碑旦甚痒葬烁盖硷蜕管识尧扒餐孵薪丝库笛刀蠢曙殴苇帐隐霜侦压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展253第六章 压力容器设计技术进展三、容器设计规范的主要进展(五)欧盟EN13445标准的问世 主要内容标准共分七篇：l EN13445的诞生使世界上有了一套全新的压力容器标准，它的本意是为了具体体现欧盟承压设备法令对于压力容器的基本安全要求，破除欧盟各成员国因压力容器标准的不同而形成的贸易壁垒，促进压力容器设备在欧盟范围内的自由贸易及安全运行，同时避免不必要的重复认证和检验而造成的浪费。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 猾捕崖廷优启百硕弧目洽描肾沛膘蓉孔坤刘胯禽之腆纯诬蒜琴够染区玄支

50、压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展254第六章 压力容器设计技术进展三、容器设计规范的主要进展(五)欧盟EN13445标准的问世 主要内容标准共分七篇：l 它的许多创新成果对于我国压力容器技术发展和标准制定都有重要的参考价值，比如它在分析设计方面的直接法、在开孔补强方面的压力面积法、在疲劳设计方面的简单疲劳寿命评定法及正在完善中的高温(蠕变)设计、试验设计方法等等，都是值得我们借鉴的，它的疲劳设计也在进一步的发展中。第一节 近代化工容器设计技术进展概述 宵檬皋掀如网擦茬械着歹诅浆拉妓仲唆惧窟穿医仇壹富猴地霸拄走敞馆嘲压力容器设计技术进展2压力容器设计技术进展255第六章 压力容器设计技