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1、压力容器设计总论,一 压力容器的结构和分类,压力容器：能承受一定压力的 各种化工设备外壳的总称,容器的构成： 筒体 封头(含端盖) 接管 膨胀节 法兰 支座 人（手）孔 视镜等零部件,封头：球形、椭圆、碟形、锥形 平盖,一 容器的结构和分类,按形状,按承压性质,按厚度,按壁温,按支承方式,按材料,按作用原理,按安装方式,按安全监察、许可规则,矩形、球形、圆筒形、锥形等,薄壁容器/D i0.1 Do/Di=K1.2厚壁容器/D i0.1 K1.2,内压,外压,常压容器： P0.1MPa 低压容器（代号L）：0.1MPaP1.6MPa 中压容器（代号M）：1.6MPaP10MPa 高压容器（代号H
2、）：10MPaP100MPa 超高压容器（代号U）：P100MPa,低温、常温、中温、高温容器,卧式、立式,金属、非金属、复合材料容器,反应、换热、分离、储存容器,固定式、移动式,一 容器的结构和分类,按作用原理,反应压力容器(代号R)：主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器 例如：反应器、聚合釜、合成塔、变换炉、煤气发生炉等 换热压力容器(代号E)：主要是用于完成介质的热量交换的压力容器 例如：换热器、冷却器、冷凝器、蒸发器等 分离压力容器(代号S)：主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分 离的压力容器，例如：分离器、过滤器、吸收塔、分气缸、除氧器等 储存压力容器(代号C，其
3、中球罐代号B)：主要是用于储存、盛装气体、液体、 液化气体等介质的压力容器，例如：液化石油气储罐等,在一台压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中主要作用来划分品种。,一 容器的结构和分类, 固定式压力容器是指按照在固定位置使用的压力容器 如生产装置的储罐、塔器、反应器。 为了某一特定用途，仅在装置或者场区内部搬动、使用的压力容器， 以及移动式空气压缩机的储气罐按照固定式压力容器监督管理。 移动容器：铁路罐车、汽车罐车、罐式集装箱、长管拖 车等非气瓶类移动式容器。,按安装方式,按安全监察,一 容器的结构和分类,分类原则 依照压力容器失效后的危害性程度对压力容器进行分类监管
4、 根据压力容器所盛装介质危害性（第一组、第二组）、设计压力、容积以及设计压力与容积的乘积（PV值）进行划分。 设计压力、容积和介质危害性三个因素决定压力容器类别，不再考虑容器在生产过程中的作用、材料强度等级、结构形式等因素,PV值越大，爆炸的危害越大,按安全监察,一 容器的结构和分类,介质危害性的确定： 1) 按照HG20660压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类确定。HG20660没有规定的参照GBZ 230-2010职业性接触毒物危害程度分级的原则 2）毒性程度极度危害最高允许浓度小于0.1mg/m3；高度危害最高允许浓度0.1mg/m31.0mg/m3；中度危害最高允许浓度1.0
5、mg/m310mg/m3;轻度危害介质最高容许浓度大于或者等于10.0mg/m3 3）爆炸危险介质的确定：气体或液体的蒸气、薄雾与空气混合形成爆炸混合物，其爆炸下限小于10，或其爆炸下限与上限的差值大于或者等于20的介质。,介质分组： 第一组：毒性程度为极度和高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体。 第二组：除第一组以外的介质,按安全监察,一 容器的结构和分类,第类压力容器： 容积V30L的高压容器； 第一组介质：PV50MPam3的中压容器； PV103MPam3的低压容器； 第二组介质： PV500MPam3的中压容器； PV5000MPam3的低压容器； 第类压力容器： 第一组介质： 容
6、积V30L, PV50MPam3的中压容器和PV103MPam3的低压容器； 第二组介质： 容积V30L, PV500MPam3的中压容器. 第类压力容器 ： 第一组介质：没有类压力容器 第二组介质：容积V30L且 PV5000MPam3的低压容器； 简单压力容器。,容器类别划分图第一组介质,按安全监察,容器类别划分图第二组介质,按安全监察,按安全监察,一 容器的结构和分类,多腔压力容器类别的划分： 1）分别按各腔的介质、设计压力、容积等进行类别划分； 2）按照类别高的压力腔作为该容器的类别，并按该类别进行使用管理； 3）按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。,一个压力腔有多种介
7、质时，按组别高的确定类别 某种危害性物质在介质中含量极小时，应当根据其危害程度及含量，由压力容器设计单位综合考虑介质组别,按许可规则,A级: A1级，指超高压容器、高压容器; A2级，指第三类低、中压容器 A3级，指球形储罐； A4级，指非金属压力容器。 C级: C1级，指铁路罐车; C2级，指汽车罐车、长管拖车; C3级，指罐式集装箱,一 容器的结构和分类,D级: D1级，指第一类压力容器; D2级，指第二类压力容器 SAD级: 压力容器应力分析设计,二 压力容器安全基础知识,强度失效,刚度失效,失稳性失效,密封性失效,弹性失效,腐蚀断裂,发生过量弹性变形，导致运输、安装困难或丧失正常工作能
8、力,在载荷作用下几何形状突然发生改变导致丧失工作能力,塑性失效,弹塑性失效,断裂失效,延性断裂,疲劳断裂,脆性断裂,蠕变断裂,由于泄漏而引起的失效,压力容器在载荷作用下丧失了正常工作的能力称之为失效,二 压力容器安全基础知识,弹性失效,GB150对内压圆筒、内压凸形封头等元件的设计公式都是按弹性失效原理制定的,弹塑性失效,JB4732-95钢制压力容器分析设计标准提供了以弹塑性失效准则为基础的设计方法。 GB150对内压锥形封头和圆筒的连接、无折边球形封头对圆筒的连接等件的设计公式和图表，是按弹塑性失效原理制定的。,塑性失效,GB150对平板、对整体法兰（包括按整体法兰设计的任意式法兰）连接的
9、圆筒（或接管）颈部等元件的设计或应力计算公式，都是按塑性失效原理制定的。 JB4732-95钢制压力容器分析设计标准提供了以塑性失效准则为基础的设计方法。,二 压力容器安全基础知识,断裂失效,蠕变断裂,高于钢材0.25-0.35 Tm（以绝对温度表示的熔点）时，需要考虑蠕变问题：当碳素钢的温度超过300350，低合金钢超过400，低合金铬钼钢超过450，奥氏体不锈钢超过550的情况下； 如何考虑：高温条件下钢材许用应力“ t”由蠕变强度确定（看容规许用应力）,脆性断裂,无缺陷结构疲劳设计采用 JB/T 4732-95钢制压力容器分析设计标准标准； 含缺陷结构疲劳设计采用 GB/T19624在用
10、含缺陷压力容器安全评定,腐蚀断裂,脆性断裂,均匀表面腐蚀失效：在按照计算出壳体厚度的基础上考虑腐蚀裕量； 局部腐蚀失效：与容器材料、介质及其使用温度、压力、应力水平等有关（相容性），至今尚无统一限制条件。,含缺陷,一般在结构设计中体现,二 压力容器安全基础知识,物理特性,化学特性,压力,温度,易燃易爆特性,有毒危害性,腐蚀性,二 压力容器安全基础知识,物理特性,压力,绝对压力,真空度,表压力,以绝对真空作为起点,以大气压力为起点 绝对压力大气压力,以大气压力为起点 大气压力绝对压力,二 压力容器安全基础知识,物理特性,温度,临界温度,饱和温度,沸点温度,临界状态时的温度，物质以液态形式出现的最
11、高温度,沸腾时的温度，物质由液态变为气态时的温度,气液达到动态平衡时，蒸汽产生的压力为饱和蒸汽压，对应的温度为饱和温度,二 压力容器安全基础知识,化学特性,易爆特性,物理爆炸,爆轰,化学爆炸,爆炸一种极其迅速的物理的或化学的能量释放过程,破裂时容器内高压气体急剧膨胀并以很高速度释放出内在能量,容器内的介质是易燃气体随着容器的破裂，立即蒸发并与周围的空气形成可爆性混合气体，遇到容器碎片撞击设备产生的火花或由于高速气流所产生静电作用，发生化学爆炸,物质的燃烧速度极快,爆炸极限 易燃气体或蒸汽能与空气形成可燃的爆炸性混合物，如果蒸汽浓度低到某限度以下或者高到某限度以上都不能传播火焰。这两个限度的蒸汽
12、浓度数值称为爆炸（燃烧）极限，可分为上限与下限，通常用易燃气体或蒸汽在空气中的体积百分数（%）表达,二 压力容器安全基础知识,化学特性,易爆特性,液化气体的过量充装 充装液化气体的储存容器要在总图中注明“充装系数”或将根据充装系数计算出的具体介质储存量标注在总图。 液化气体过量充装十分危险，容器中呈液态的介质，一旦容器破裂，容器内压力骤然下降，介质立即沸腾蒸发，体积急剧膨胀，发生“蒸汽爆炸”或称“爆沸”。 （过量充装压力会随温度升高急剧增大）,易燃,燃点,闪点,二 压力容器安全基础知识,化学特性,易燃特性,又称着火点，是指物质（气、液、固）在常压下持续燃烧的最低温度,常压下，在容器液面能够放出
13、足够与空气形成可燃性混合物的蒸汽量所需的最低温度，闪点略低于燃点,液体按闪点划分其易燃性： 第一级 闪点28 第二级 闪点2845 第三级 闪点45120 第四级 闪点120 第一级和第二级的液体称为易燃液体类 第三类和第四类的液体称为可燃液体类,二 压力容器安全基础知识,化学特性,有毒危害性,毒性是指某种化学毒物引起机体损伤的能力，用来表示毒物剂量与毒性反应之间的关系。 毒性大小一般以化学物质引起实验动物某种毒性反应所需要的剂量来表示。 气态毒物，以空气中该物质浓度表示。所需剂量的浓度愈低，表示毒性愈大。 HG20660 压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类中有460余中常见的化工危
14、险介质。,二 压力容器安全基础知识,化学特性,有毒危害性,一个压力腔内有多种介质时，按照组别高的介质划分类别。 当某一危害性物质在介质中含量极小时，应当根据其危害程度及其含量综合考虑，按照压力容器设计单位决定的介质组别划分类别。,HG20660-2017 有两种用途： 确定压力容器类别（急性中毒、最高容许浓度）四氯化碳中度危害 确定压力容器致密性和密封性技术要求（急性中毒、最高容许浓度、 致癌性）四氯化碳高度危害,二 压力容器安全基础知识,强度,刚度,稳定性,密封性,耐蚀性,设备本体材料和焊接接头应具有足够的强度。 足够的刚度就是保证在载荷作用下，构件不致发生过大的变形 足够的稳定性就是保证在
15、外载荷作用下，设备或构件不致突然失去原有的形状 耐蚀性可以保证设备的寿命,三 设计方法与标准,“压力容器”可以是一台设备，也可以是各种化工设备的外壳。 强制性标准并不是每句话都是强制性的要求 ： 对其中的强制性条款予以特别的重视，如“应”、“不得”等要求。 对非强制性条款如果要有所突破，要有充分的把握。,三 设计方法与标准,我国标准由四个层次构成： 法规 行政规章 安全技术规范 标准；国家标准、行业标准、企业标准等 以GB150为核心的压力容器标准中共有近10个左右国家标准，50多个行业标准。,三 设计方法与标准,基于设计委托方提出设计条件，采用规则设计方法或分析设计方法： 规则设计方法GB1
16、50钢制压力容器 分析设计方法JB4732钢制压力容器-分析设计标准 必要时可采用试验方法或可对比的经验设计方法，应按照固容规 1.9通过技术评审。 试验方法或可对比的经验设计方法将按GB150.1附录规定。 1）不属于压力容器安全技术监察规程、超高压容器安全技术监察规程范围的压力容器，其设计单位至少应当取得压力容器A级、C级、或D级中任一级别的许可。 2）总体采用规则设计标准，局部参照分析设计标准进行压力容器受压元件分析计算的单位，可以不取得应力分析设计许可项目资格。,三 设计方法与标准,1）压力范围,NBT47003.1-2009钢制焊接常压容器（原JB/T4735-97钢制焊接常压容器）； 盛装极度或高度危害介质的常压容器可“参照”GB150标准进行设计。 2.GB/T150-2011压力容器； 3.JB4732-95钢制压力容器-分
