壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、主要容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)標(biāo)準(zhǔn)； 按規(guī)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，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

2、設(shè)計(jì)壽命等的現(xiàn)象，稱為壓力容器失效2)表現(xiàn)形式：破裂、過度變形、泄漏3)引起原因：工藝條件、載荷、介質(zhì)1.2失效模式分類1) IS016528歸為三大類、14種失效模式。第一大類：短期失效模式：第二大類：長(zhǎng)期失效模式：第三大類：循環(huán)失效模式：2)承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別(GB/T30579- 2014)第1類：腐蝕減薄(25種)第2類：環(huán)境開裂(13種)第3類：材質(zhì)劣化(15種)第4類：機(jī)械損傷(11種)第5類：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(Brittle fracture )韌性斷裂(Ductile rupture )蠕變斷裂(

3、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)過度變形容器的總體或局部發(fā)生過度變形，包括過量的彈性變形，過量的塑性變形， 塑性失穩(wěn)

4、(增量垮坍)，例如總體上大圍鼓脹，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#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)過塑性大變形的塑性失效之后再發(fā)展為爆破的失效，亦稱為“塑性失芻”(Plastic collapse ),爆破后易引起災(zāi)難性的后果。S 6T 容器的爆破曲瓶3)

5、脆性斷裂這是一種沒有經(jīng)過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，稱為“未爆先漏” (LBB, Leak Before Break),另一種是

6、爆破，可稱為“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表現(xiàn)出強(qiáng)度下降和韌性降低，即蠕變脆化。

7、蠕變失效的宏觀表現(xiàn)是過度變形（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 失效不是一個(gè)獨(dú)立的失效模式，而是綜合

8、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?制造、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） 一個(gè)問題的兩個(gè)方面，采用何種設(shè)計(jì)準(zhǔn)則就是

9、采用何種失效準(zhǔn)則的問題。 一種設(shè)計(jì)上的共識(shí)，且經(jīng)過實(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 彈性圍。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）應(yīng)用：常規(guī)設(shè)計(jì)方法準(zhǔn)則，如，GB150 ASME VII 1 1:壓圓筒、凸形封頭

10、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，稱此載荷為極限載荷。2馬L示“小肥Treaca屈服條件或Mises屈服條件1）彈性階段;, ，一 CL2）當(dāng)上下表面F （Rl或尾0.2）時(shí)，對(duì)應(yīng)的最大彎矩：61）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： J

11、B 4732、ASME Vffl 2; GB 15。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)塑性較即到達(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)塑性較才能塑性失效。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：MCT = = r bk23）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，此時(shí) 不增加載荷截面梁變形也無(wú)限增大，即形成“塑性

12、錢”，此時(shí)：“塑性錢”：梁某截面全部進(jìn)入塑性狀態(tài)后，該處曲率可以任意增大，稱該 點(diǎn)出現(xiàn)了一個(gè)塑性較。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)域的塑性區(qū)中應(yīng)力超過了由“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，亦稱安定性準(zhǔn)則。4）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

13、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 增的非彈性變形的現(xiàn)象。 安定載荷一安定與不安定的臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的載荷變化圍。5）與極限載荷的區(qū)別：載荷達(dá)到安定載荷時(shí)，只是損傷累積的開始，到達(dá) 破壞還有緩慢的過程，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，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

14、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（%、百？與卜（產(chǎn)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)力幅之時(shí)才能保證在規(guī)定的 循環(huán)周次不發(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“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 （ND的低周疲勞設(shè)計(jì)曲線，即Sa- N曲線。2.6失穩(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

15、，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。3）應(yīng)用：GB 15R 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?出必須達(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）限制在某一允許的圍之，以保證高溫容器在規(guī)定的使用期不發(fā)生蠕變

16、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圍。2）例：大型板式塔大直徑塔盤法蘭設(shè)計(jì)泄漏失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：通過法蘭設(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

17、； 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)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

18、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)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)，

19、材料就要發(fā)生破壞。當(dāng)量應(yīng)力（T當(dāng)=（T 1或| （T 3|要求：（T10b拉或| 0*3|0b壓、沒有考慮其它兩個(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）（T 當(dāng)=（71仙（CT2+（T3）及（T 當(dāng)=| （T 3 11（CT1+（T2）|要求：（T當(dāng)& （r拉 或0當(dāng)& （r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）T max= （ （T 1 （T 3） /2 wp= b拉/2（T 當(dāng)=（T 1 一 （T 3要求：當(dāng)祈拉與塑性材料的實(shí)驗(yàn)結(jié)

20、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 用極限入Ksm中的系數(shù)入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。/巧一巧丁十（巧巧十巧一巧要求：（T當(dāng)& （T 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，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，具值

21、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煙計(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：系指安全閥的開啟壓力或爆破片的爆破壓力。安全閥的開啟壓力Pz:安全閥閥瓣開始離開閥座，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

22、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）制wfsF看片動(dòng)人后1+口垢|I壯面曲曲打包m.打-設(shè)計(jì)壓力的確定i 0（厚*r |7二，聯(lián) itJM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；I整工作”力續(xù)表閂口無(wú)夾套有安全泄放裝置Min1.25倍最大外壓差，0.1Mpa無(wú)安全泄放裝置設(shè)計(jì)外壓力取0.1Mpa；具占各命夾套為壓容器（真空）設(shè)計(jì)外壓力按無(wú)夾套真空容

23、器規(guī)定選取夾套（壓）設(shè)計(jì)壓力按壓容器規(guī)定選取；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

24、環(huán)境溫度以及其他制冷因素。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：設(shè)計(jì)密度G礴城量&有效片度4名義厚度 幻耳度附加策4）確定許用應(yīng)力的系

25、數(shù)（國(guó)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)，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)存在問題，研究調(diào)整方案：室溫下的抗拉強(qiáng)度 R: nb2.7 （分析設(shè)計(jì)nb2.4）設(shè)計(jì)溫度下的屈服強(qiáng)度 % 產(chǎn)值） nbs1-5 （允許采用1。）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）壓力答器失效原因分析、統(tǒng)計(jì)材料質(zhì)里狀況*設(shè)計(jì)一則I*無(wú)損一則水平I*壓力一一制造技王I*國(guó)內(nèi)好技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)安全系數(shù)對(duì)比I *1 基于材料應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)的安全票數(shù)定里分析b5)焊接接頭系數(shù)對(duì)接焊接接頭強(qiáng)度和母材

26、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%6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合格級(jí)別射線檢測(cè)(技術(shù)等級(jí)不低于 AB級(jí))衛(wèi)級(jí)w級(jí)超聲檢測(cè)(技術(shù)等級(jí)不低于 AB級(jí))I級(jí)衛(wèi)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??？ ( GB15CK求100%RT 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

27、)載荷及其組合(1)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%寸，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)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 150 -2011壓力容器適用圍一一設(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)

28、引用標(biāo)準(zhǔn)確定0,1 -0,02 00.135 Mpap適用圍設(shè)計(jì)溫度圍：269c90CC鋼材允許的使用溫度圍；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）：直徑（對(duì)非圓形截面，指截面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勺容器；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)（GB15

29、0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)錐殼過渡段、開孔補(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 4732 1995鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)適用圍設(shè)計(jì)壓力：0.1 Mpa&p 100 Mpa從標(biāo)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100Mp以下，除考慮上述諸因素外，還結(jié)合了當(dāng)前國(guó)實(shí) 際情況和國(guó)外同類標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。適

30、用圍一一設(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%勺蠕變極限）控制其應(yīng)力強(qiáng) 度許用極限的相應(yīng)溫度。如：碳素鋼375C；碳鉆鋼375C；銳鋁鑰鋼400C ;銘鋁鋼475C ;奧氏體不銹鋼425C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 .適用材料增加鍥、皓及其合金；2 .擴(kuò)大了管殼式熱交換器的適用參數(shù)圍，公稱直徑不大于4000mm設(shè)計(jì)壓力（Mpa與公稱直徑（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

31、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容。標(biāo)準(zhǔn)適用圍一設(shè)計(jì)壓力1 .管殼式熱交換器的設(shè)計(jì)壓力不大于 35MPa2 .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)適用圍-設(shè)計(jì)溫度1 .鋼材不得超過GB150.2列入材料的允許使用溫度圍；2 .其他金屬材料按相應(yīng)引用標(biāo)準(zhǔn)中列入材料的允許使用溫度確定。浮頭式;填函式:NINTTAm% Hfh 5-莉口： #-修題工1 T*期X修朝讓3） GB12337- 2014鋼制球形儲(chǔ)罐適用圍一一設(shè)計(jì)壓力：p 50n3;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

32、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鍥及鍥合金焊接容器；- NB/T 47011結(jié)制壓力容器。4常見結(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 開孔與開孔補(bǔ)強(qiáng)4.5 法蘭4.6 檢驗(yàn)中的強(qiáng)度校核4.1.1 壓圓筒,即彈性失效設(shè)1） GB150中關(guān)于壓殼體的強(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計(jì)準(zhǔn)則。2）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。軸向應(yīng)力：打 2Th 嘀一 口 1 B4尸pD心二彳-環(huán)

33、向應(yīng)力：（取單位軸向長(zhǎng)度的半個(gè)圓環(huán)）8= Rp校核:bi=be, b2=bz, bi=0相豫二級(jí)心L JTT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（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，k= 1.1時(shí)，R= 1.1外壁應(yīng)力相差 10%K= 1.3時(shí)，R= 1.35外壁應(yīng)力相差 35%;4常見結(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：（T 1= （T 0 , （T 2 = （T z, 3 3= （T r屈服條件：a i = a 1= a e21.3JC

34、十。用a n = a 1 g (62+63)十 (3） GB150定圓筒計(jì)算公式（中徑公式）的使用圍為：p/ a 小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）圓筒形光體失去施定后的形狀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）：久.長(zhǎng)圓筒的失穩(wěn)臨界壓力（按簡(jiǎn)化的Misse 公式）：2.5E/一RD01% J失穩(wěn)臨界壓力可按以下通用公式表示:也上圓筒失穩(wěn)時(shí)的環(huán)向應(yīng)力和應(yīng)變:# %F=J定義于是口口 取穩(wěn)定系數(shù)m=

35、 3,有外壓應(yīng)力系數(shù)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。、Se有關(guān)，與材料性能無(wú)關(guān)需1*S5髯雷應(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S 曲線沿b軸乘以2/3而得到B A曲線。各種材料將對(duì)應(yīng)有各自的B- A曲線 4w-nM =s *一二0 拒勺名i=,SEis-I I一郎,用.，! 二能匚3）圓筒失穩(wěn)設(shè)計(jì)穩(wěn)定系數(shù)（m= 3）的確定因素計(jì)算公式的可靠性制造中能夠達(dá)到的形狀的精確度一圓度控制電=一，匕% %=4-C.m% 聞久,先）C、C2由試驗(yàn)確定，如考慮失穩(wěn)壓力20%谷量，可取:C = 0.01

36、8、02=0.015外質(zhì)究體四膛破大生鋅位差CQB16O）4.2 球殼4.2.1 壓球殼1） GB150中關(guān)于壓殼體的強(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。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。iTjffD, 5 p4p一林口盧的,|夠 M仃什/適用圍：p/ b 0.6即K 1.35 （相對(duì)誤差為一0.7%）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：0.3 ,得到)消除計(jì)算方法誤差，取20%得至I:GB150取穩(wěn)定安全系數(shù) m= 3,得至I:注意：GB150球殼總的穩(wěn)定安全系數(shù)為 154.3 封頭

37、幾何上，軸對(duì)稱回轉(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（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Q和彎矩M在 邊緣應(yīng)力的影響考慮封頭筒體連接處的幾何不連續(xù)：壓下在封頭邊界上產(chǎn)生橫剪力

38、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。壓和邊緣應(yīng)力疊加，形成封頭的總應(yīng)力封殺變形前形領(lǐng)黨筒自由睡形狀“m&xC橢圓封頭） K-噎3圓筒）三個(gè)階段：1 a/b 1.21.2 a/b 2.52.5 60錐殼大端允許無(wú)折邊應(yīng)有折邊（r10%DiL且361）按平蓋（或應(yīng)力分析）錐殼小端允許無(wú)折邊應(yīng)有折邊（心5%口且36 r）3）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:% =工小g =。正- C0 門ScJ - COS fi按第一強(qiáng)度理論，得到壁厚計(jì)算公式有折邊錐殼壁厚計(jì)算公式:有折邊錐殼壁厚計(jì)算公式:2r1-(1- COSCt J口.2 ccsa/=式中：(f

39、D = Dc/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：2注：a）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K= f . M例* _P . %L多一 0. 5/?注：相當(dāng)于將過渡段與錐殼的連接看成是蝶形封頭過渡段與球冠部分的連接-小端過渡段厚度：4.3封頭4.3.3 平蓋JIL3X1）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。周邊簡(jiǎn)支周邊固支5叩:0309P（。角只可即二Q 18軀

40、。小戶0309/13 02060,188/1 5 = 01252）平蓋厚度計(jì)算平蓋與筒體焊接，或與法蘭焊接通過螺栓與圓筒連接，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)：0.188 0 K 0.309。對(duì)圓平蓋的最大應(yīng)力b 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開孔與開孔補(bǔ)強(qiáng)4.4.1開孔1）開孔補(bǔ)強(qiáng)原因（目的）：彌補(bǔ)因開孔造成的殼體強(qiáng)度削弱；由于開孔引起的結(jié)構(gòu)不連續(xù)，降低局部應(yīng)力水平。2） GB150中關(guān)于開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算所考慮的失效模式是開孔接管結(jié)構(gòu)在壓力載荷作用下的高應(yīng)力水平而引起的開裂（沒有考慮循環(huán)載荷引起的疲勞破壞

41、）。3） GB15嗨用的開孔形狀：圓形、長(zhǎng)短徑比小于 2的橢圓形和長(zhǎng)圓形；4） GB150g用的開孔圍： 當(dāng)圓筒徑 D0 1500mm寸，開孔最大直徑 dpD/2,且dp 1500mm寸，開孔 最大直徑 dop D/3 ,且 dop 1000mm 凸形封頭或球殼開孔的最大允許直徑dopD/2 ; 錐形封頭開孔的最大直徑 dop D/3 （D為開孔中心處錐殼直徑）注：開孔最大直徑dop對(duì)橢圓形或長(zhǎng)圓形開孔指長(zhǎng)軸尺寸。4.4.2 開孔補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)型式及適用條件1）開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)型式1-補(bǔ)強(qiáng)圈補(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Rm 540Mpa 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度小于或等于 1.5 6 n 殼體名義

42、厚度S n保障開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)垮塌口峰值應(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)力問題（不適用疲勞容器）對(duì)二次應(yīng)力的安定性問題，通過限制開孔圍進(jìn)行控制4.4.4 等面積法開孔補(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孔處結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。2）壓殼體開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：，% +殛*（1 -式中dop為開孔直徑，其值為接管直徑d加2倍接管壁厚附加量，d的取值：圓筒開孔，徑向a取d 斜向b取d1；切向c取d。錐殼開孔同圓筒；凸形封頭開孔，一律取長(zhǎng)徑。3）外壓殼體開孔所需補(bǔ)強(qiáng)

43、面積為壓的0.5倍。4）有效補(bǔ)強(qiáng)圍及補(bǔ)強(qiáng)面積一按圖中矩形WXY凋確定Al r An4T卜強(qiáng)面積二Ar-Ai + A；千d.為一殼體有效厚度減去計(jì)算理度之外的務(wù)余面積，&e XX&.&，小4加房.44M瞄,冷海XT11察。必咽iMS 4e Mu小心M川用近的回行奔耳Ao “勢(shì)岫C丹樸.喃墻S謠對(duì)安放式接管叫H T 管有效厚度潴去計(jì) 算厚度之外的務(wù)余面里 均T繾金觸面板 若才聲*則開孔不需另 加鐘強(qiáng)西則需*M.4.4.5 圓筒徑向接管開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的分析法a）適用圍1）適用于壓作用下具有單個(gè)徑向接管的圓筒，當(dāng)圓筒具有兩個(gè)或兩個(gè)以上開孔時(shí)，相鄰兩開孔邊緣的間距不得小于2春;2）圓筒、接管或補(bǔ)強(qiáng)件的材料

44、，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/Rm/產(chǎn)門,對(duì)于接管lt 同 ,或整體加厚圓筒體；補(bǔ)強(qiáng)圍的A B類端僮接頭不得有任陷， 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Sn/2和S nt/2 ,接管壁與圓筒壁交線處圓角半徑在S n/8和S n/2之間；5 0 9但必5/ M 26）本設(shè)計(jì)方法適用下列參數(shù)圍：“自4.5 法蘭4.5.1 法蘭的分類及標(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 Wate

45、rs法進(jìn)行強(qiáng)度校核; 標(biāo)準(zhǔn)容器法蘭的公稱壓力是以板材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)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) ASM序口歐盟13445兩大體系的新格局。這些都非常值得

46、重視和深入研究。4.6 檢驗(yàn)中的強(qiáng)度校核1）例：壓圓筒體按壁厚校核% = J +=-77+ % ，2rJ ”及按壓力校核測(cè)-3尸卜測(cè)-砒-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)算的，原則上可根據(jù)用途（如石油、化工、冶金、 輕工、制冷等）或類型（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)設(shè)計(jì)的，原則上仍按原設(shè)計(jì)規(guī)進(jìn)行強(qiáng)度校核。如設(shè)計(jì)規(guī)不明，可參照我國(guó)相應(yīng)的 規(guī)；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

47、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?。? .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 .殼體直徑按實(shí)測(cè)最大值選?。?0、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)一一應(yīng)力分類法5.1 基本思想5.2 基本概念5.3 應(yīng)力分類的依據(jù)5.4 應(yīng)力分類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

48、 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)力限制在彈性圍可保證安全。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)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

49、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，形成了 “應(yīng)力分類”的概念和相應(yīng)的工程設(shè)計(jì)方法。按不同類別的應(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。

50、1968年ASM覬第皿卷“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)，第二冊(cè)（ASMEH - 2）即為分析設(shè)計(jì)”規(guī)（ Design by Analysis ）。英國(guó)從1976年開始在BS 5500規(guī)中列入了壓力容器分析設(shè)計(jì)的容。日本的JIS 8250規(guī)（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)于 1995年以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的形式正式公布，稱為“ JB 4732鋼制壓力容器一一分析 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，按各類應(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“分析設(shè)計(jì)” （Design byAnalysis ）。.瓦破總發(fā)生在近葛封頭的圓筒體中部從中多向不同的應(yīng)力引起容器 失效的形式不同七仔f興與周體連接. 處存在較大的不 連輯應(yīng)力】但爆 久強(qiáng)不M這里開始 壓產(chǎn)生的應(yīng)力使容器在總體圍發(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