探讨压力容器设计要求及设计方法

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

、压力容器的定义压力容器与-般常压容器有别，需要同时满足以下三个条件：工作压力(压力容器在正常工作情况下其顶部可能达到的最高压力)≥0.1MPa的容器；内直径(对非圆形截面指宽度高度或对角线如矩形为对角线椭圆为长轴)≥15ram的彳 拼；工作介质为气体、液化气或温度高于标准沸点的液体。

压力容器用途广泛，它是在石化、能源、科研和军工等多个国民经济部门都起着重要作用的设备。压力容器本体-般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成，此外还配有安全装置、表计及完全不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封 、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定专门机构按照国家规定法规和标准实施监督检查和技术检验。

二、压力容器设计要求石油化学产业的生产过程非常复杂，设备生产工艺过程中任何设备出现故障都会影响产品质量，或使生产无法继续进行甚至危及人身设备安全。而随着石化工业的迅速发展，得到广泛应用的高温、高压容器要承受较高的压力、温度和介质的腐蚀，操作条件较为苛刻，因此设计压力容器时对材料选择、强度计算、结构的合理性等要求较高。

其-，保证完成生产，运行安全可靠。石油化工压力容器必须要能承担工艺过程所要求的压力、温度及具备工艺生产所要求的规格和结构。化工生产的物料往往具有强烈的毒性和腐蚀性，极易燃烧引起火灾，甚至发生爆炸等恶性事故。压力容器工作时内部储存-定能量，-旦发生破坏，压力容器内部储存的能量将在极短的时间瞬间释放，具有极大的摧毁力。

其二，预定使用寿命，操作维修方便。化工物料对壳体结构材料的腐蚀是影响石油化工用压力容器使用寿命的主要因素，它会使容器器壁减薄甚至烂穿，因此，压力容器设计时须考虑附加腐蚀因素以满足保证使用年限的要求。制造、检验、交装、操作和维修方便。为满足某些特殊的使用要求，如对于顶盖需要经常装拆的试验容器，尽量采用快拆的密封结构，避免使用笨重的主螺栓连接，这样可降低容器的制造成本。

其三，经济陛。基于对安全的考虑，设计压力容器时要尽量考虑结构简单、便于制造和探伤，即使存在某些超标缺陷也能及时发现、及时修补、及时消除。这样既降低压力容器设计的制造成本，又节约原料减少维修费用，于经济性而言-本万利。

三、压力容器设计方法压力容器作为-种特种设备，与人们的日常生活和安全息息相关，这就要求其设计和制造都应按照国家实施的有关标准。

目前压力容器常用的设计方法有两种：-种是按规范进行设计的常规设计；-种是按应力分析设计的分析设计。至于两种设计方法孰优孰劣，设计者在设计时应实事求是，根据实践经验和核算，选择合理的设计方法。

常规设计是 目前最常用的设计方法，简单易行，偏向于经验设计。它的理论基础是弹性失效准则 ，认为容器内某-最大应力点达到屈服极限进人塑性，丧失了纯弹性状态即为失效。在应力分析方法上 ，常规设计是以材料力学及板壳薄膜理论的简化计算为基础，只考虑单-的最大载荷”工况，按-次施加的静力载荷处理，不考虑边缘应力、局部应力以及热应力等，也不考虑交变载荷涉及的容器疲劳寿命问题。为保证安全，通常采用较高的安全系数，所有类型的应力均采用同-的许用应力值，以弥补应力分析的不足。

压力容器除了薄膜应力外，还存在局部应力和温差应力等。

当局部应力达到材料的屈服极限时，容器大部分区域仍处于弹性状态，此时已经屈服的局部区域受周围弹性区的影响，其变形量也不可能进-步增长，因而不会引起整个容器的失效。针对这些问题常规设计方法往往毫不奏效，伴随计算机技术的突飞猛进 ，各种功能软件的大面积推广 ，压力容器的另-种设计方法--分析设计应运而生，为适应现代压力容器的发展，必须采用新的失效观点来解决问题。

分析设计放弃了传统的弹性失效准则，采用了以弹性应力分析和塑性失效准则、弹塑性失效准则理论为基础，详细地计算了容器的各种应力并予以分类和控制，虽然设计过程繁杂费时，但设计方法安全科学。随着压力容器参数的增高，高强钢的采用以及近代计算与试验技术的发展采用弹性失效的观点使许多问题难以解决 ，常规设计的结果过于保守，设计的结构尚有很大承载潜力；而分析设计允许结构出现可控制的局部塑性区，合理地放松了对计算应力的过严限制，适当地提高了许用应力值，但又严格地保证了结构的安全性。

目前，我国相应的分析设计标准为《钢制压力容器--分析设计标准》(JB4732-95)是以最大剪应力理论为基础，认为不论材料处于何种应力状态，只要最大剪应力达到材料屈服时的最大剪应力值，材料就发生屈服破坏。分析设计方法的核心是将压力容器中的各种应力加以分类，分清主次，根据不同应力对容器安全性的影响程度规定不同的安全系数保证产品的安全性与经济性。分析设计也是在数值分析方法、弹塑性理论、板壳理论、测34 化善 2013年第2期试技术以及电脑广泛应用的基础之上发展而来的。

四、压力容器设计问题目前，常规设计是计算电算化、画图电脑化，设计者常常过分依赖电算 ，对国家标准理解不深，对数据的推敲理解不够 ，只看结果忽视计算过程，容易产生错误结论和安全隐患。

材料化工选用钢材必须考虑设备的设计压力、设计温度 、介质特性、材料的焊接性能、冷热加工性能 、热处理以及容器的结构外，还需考虑经济合理性，不能盲目提高钢板等级。当设计压力较大 、结构尺寸较大时，选用碳素钢做壳体材料不仅会导致设备壳体壁厚增大 、质量增加 ，还会增加制造运输 、安装土建等基础费用，从而提高工程的总造价。因此，当壳体壁厚超过 8毫米、以强度控制为主时，-般优选低合金钢；当设计压力较孝以刚度控制或结构设计为主时，-般选用普通碳素钢。

在材料使用的过程中，大多数设计者都会注意到 GB150.2-201 1附录D中关于GBFF 3274-2007(碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》中的 Q235B和 Q235C钢板的相关使用规定：钢板应进行冷弯试验，冷弯合格标准按GB/T 700的规定”、容器的设计压力小于 1.6MPa”、钢板的使用温度：Q235B钢板为 20℃～300C；Q235c钢板为 oc～300C”、用于容器壳体的钢板厚度：Q235B和Q235c不大于16mm；用于其他受压元件的钢板厚度：Q235B不大于 30mm，Q235c不大于40ram”和不得用于毒性程度为极高或高度危害的介质”等要求 ，但在实际工作设计中却往往容易忽视。

五、结语设计者在设计压力容器时必须参照国家相关规范和最新标准，遵守行业规范准则，为完成 目标任务提 出最佳设计方案，不断分析 、不断学习和总结，加强技术经验交流，熟悉各项规范标准，提高 自身业务水平，避免出现原则性错误。