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1、压力容器设计人员培训压力容器设计人员培训 2010-11-30 2010-11-30 上海上海 长宁长宁BV工业部设计审核师工业部设计审核师 卢杨卢杨12压力容器设计人员培训四个主题：四个主题：一压力容器设计制造的主要特点一压力容器设计制造的主要特点 二二压力容器的分类压力容器的分类 三三. 压力容器主要失效方式压力容器主要失效方式 四四压力容器设计基础知识压力容器设计基础知识 3一一压力容器设计制造的主要特点压力容器设计制造的主要特点压力容器设计人员培训45压力容器设计计算一般要解决三类问题：压力容器设计计算一般要解决三类问题：1. 强度强度在内压作用下不允许产生塑性（永久）变形，在内压作用
2、下不允许产生塑性（永久）变形，是涉及安全的主要问题，如筒体、封头等；是涉及安全的主要问题，如筒体、封头等；2. 刚性刚性在外力作用（制造、运输、安装与使用）下产在外力作用（制造、运输、安装与使用）下产生不允许的弹性变形，如法兰（密封）、管板等；生不允许的弹性变形，如法兰（密封）、管板等；3. 稳定性稳定性在外压作用下防止突然失去原有形状的稳定在外压作用下防止突然失去原有形状的稳定性，如外压及真空容器。性，如外压及真空容器。一、压力容器设计制造的主要特点6依各类承压零部件不同的结构、形状，采用不同的加依各类承压零部件不同的结构、形状，采用不同的加工方法分别制造，然后通过多种方法（焊接、法兰螺工方
3、法分别制造，然后通过多种方法（焊接、法兰螺栓、螺纹）连接在一起，构成一台完整的容器，其中栓、螺纹）连接在一起，构成一台完整的容器，其中焊接是主要方法。焊接是主要方法。 一、压力容器设计制造的主要特点7IBR Seminar压力容器设计人员培训二二压力容器的分类压力容器的分类8按压力、品种、介质毒性及易燃介质分类按压力、品种、介质毒性及易燃介质分类l按压力分为低、中、高及超高压，前三种在材料、失效按压力分为低、中、高及超高压，前三种在材料、失效判据（准则）、计算方法、制造要求上基本一致，而超判据（准则）、计算方法、制造要求上基本一致，而超高压则截然不同。高压则截然不同。l按介质毒性及易燃性分类，
4、主要基于安全考虑，即一旦按介质毒性及易燃性分类，主要基于安全考虑，即一旦发生事故（爆炸、泄漏等）的危害程度。发生事故（爆炸、泄漏等）的危害程度。二、压力容器的分类9按制造许可级别分类：按制造许可级别分类：a) 安全性及制造难易程度的不同，这里涉及安全性及制造难易程度的不同，这里涉及P、PV、介质、介质特性、材料强度级别等；特性、材料强度级别等；b) 工作（安放）位置分为固定与移动，移动的安全要求高于工作（安放）位置分为固定与移动，移动的安全要求高于固定，且应对减轻自重、防冲击、各类仪表的装设做特殊固定，且应对减轻自重、防冲击、各类仪表的装设做特殊考虑；考虑；c) 材料材料,金属与非金属制容器在
5、制造与检验方法上有很大不同；金属与非金属制容器在制造与检验方法上有很大不同；d) 考虑制造特点，利于专业化生产，如球罐。考虑制造特点，利于专业化生产，如球罐。对不同制造许可级别的企业，提出不同的资源条件与安全对不同制造许可级别的企业，提出不同的资源条件与安全质量要求质量要求二、压力容器的分类10按生产工艺过程中作用原理分类：按生产工艺过程中作用原理分类： 分为反应、换热、分离、储存四类，其中反应容器安全分为反应、换热、分离、储存四类，其中反应容器安全性要求最高，因其在进行物理、化学反应时，可能造成压性要求最高，因其在进行物理、化学反应时，可能造成压力、温度的变化。力、温度的变化。二、压力容器的
6、分类11其他常见的分类方法：其他常见的分类方法：l按形状分类，如圆筒形、球形、组合型、方形、矩形等；按形状分类，如圆筒形、球形、组合型、方形、矩形等；l按筒体结构分为整体式、组合式。按筒体结构分为整体式、组合式。l按制造方法分为焊接、锻造、铸造。按制造方法分为焊接、锻造、铸造。l按材料分为金属与非金属两大类，其中：按材料分为金属与非金属两大类，其中：l金属中分为钢、铸铁、有色金属与合金。金属中分为钢、铸铁、有色金属与合金。l钢中以其化学成份又分为碳素钢、低合金钢及高合金钢钢中以其化学成份又分为碳素钢、低合金钢及高合金钢二、压力容器的分类12三三. 压力容器主要失效方式压力容器主要失效方式13压
7、力容器可能存在的八种失效方式：压力容器可能存在的八种失效方式：1. 过量的弹性变形，包括弹性不稳定；过量的弹性变形，包括弹性不稳定；2. 过量的塑性变形；过量的塑性变形；3. 脆性断裂；脆性断裂； 4. 由应力引起破坏由应力引起破坏/蠕变变形；蠕变变形； 5. 塑性不稳定塑性不稳定渐增的垮塌；渐增的垮塌； 6. 高应变、低循环疲劳；高应变、低循环疲劳； 7. 应力腐蚀；应力腐蚀； 8. 腐蚀疲劳。腐蚀疲劳。压力容器的常规设计方法是基于弹性失效准则；压力容器的常规设计方法是基于弹性失效准则； 三、压力容器主要失效方式14弹性失效准则下的四个强度理论：弹性失效准则下的四个强度理论：第一强度理论（最
8、大主应力理论）第一强度理论（最大主应力理论） 认为材料的三个主应力中只要最大的拉应力认为材料的三个主应力中只要最大的拉应力1达到了极限应力，材达到了极限应力，材料就发生破坏。料就发生破坏。 强度条件：强度条件：1 t第二强度理论（最大变形理论）第二强度理论（最大变形理论） 认为材料的最大的应变达到了极限状态，材料就发生破坏。认为材料的最大的应变达到了极限状态，材料就发生破坏。 强度条件：强度条件： max第三强度理论（最大剪应力理论）第三强度理论（最大剪应力理论） 材料的最大剪应力材料的最大剪应力max达到了极限应力，材料就发生破坏。达到了极限应力，材料就发生破坏。 强强度条件：度条件：max
9、 =（1-3） t三、压力容器主要失效方式15第四强度理论（剪切变形能理论）第四强度理论（剪切变形能理论） 材料变形时，即内部变形能量达到材料的极限值时，材料变形时，即内部变形能量达到材料的极限值时，材料破坏。强度条件：材料破坏。强度条件： e= (1-2)2+(2-3)2+(3-1)2 t三、压力容器主要失效方式16四四. 压力容器设计基础知识压力容器设计基础知识压力容器设计人员培训171. 压力容器设计应遵循的基本法规和规程压力容器设计应遵循的基本法规和规程特种设备安全监察条例特种设备安全监察条例 TSG R0004-2009 固定式压力容器安全技术监察规程固定式压力容器安全技术监察规程T
10、SG R0003-2007 简单压力容器安全技术监察规程简单压力容器安全技术监察规程TSG R1001-2008 压压力容器力容器压压力管道力管道设计许设计许可可规则规则 四、压力容器设计基础知识182. 标准和法规（规程）的关系。标准和法规（规程）的关系。容规容规第第1.8条规定：本规程规定了压力容器的基本安条规定：本规程规定了压力容器的基本安全要求，有关压力容器的技术标准、管理制度等，不得全要求，有关压力容器的技术标准、管理制度等，不得低于本规程的要求。低于本规程的要求。 因此，当标准与法规或规程有不一致时，应按法规（或因此，当标准与法规或规程有不一致时，应按法规（或规程）的规定执行。规程
11、）的规定执行。四、压力容器设计基础知识193. 压力容器的含义（定义）压力容器的含义（定义）特种设备安全监察条例特种设备安全监察条例的第八章的第八章“附则附则”中：中： 压力容压力容器，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范围规定为最高工作压力大于或者等于01MPa（表压），（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于且压力与容积的乘积大于或者等于25MPaL的气体、液的气体、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；
12、盛装公称工作压力大于或者等于式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或者等于02MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于10MPaL的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60液液体的气瓶；氧舱等。体的气瓶；氧舱等。 四、压力容器设计基础知识204. 压力容器设计标准简述压力容器设计标准简述GB150-1998钢制压力容器钢制压力容器JB/T4735-1997 钢制焊接常压容器钢制焊接常压容器JB4731-2005钢制卧式容器钢制卧式容器JB4710-2000钢制塔式容器钢制塔式容器GB151-1999管壳式换热
13、器管壳式换热器HG20580HG205851998 其它配套标准，如零部件：封头、法兰、支座、补强圈、其它配套标准，如零部件：封头、法兰、支座、补强圈、吊耳等标准，材料标准、焊接标准等。吊耳等标准，材料标准、焊接标准等。四、压力容器设计基础知识21四、压力容器设计基础知识5. 对设计单位资质的要求对设计单位资质的要求 容规容规中第中第3.2条对压力容器的设计单位资质规定：压条对压力容器的设计单位资质规定：压力容器设计单位的许可资格、设计类别、品种和级别范力容器设计单位的许可资格、设计类别、品种和级别范围应当符合围应当符合压力容器压力管道设计许可规则压力容器压力管道设计许可规则的规定；的规定；总
14、体采用规则设计标准，局部参照分析设计标准进行压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；设计许可项目资格；22四、压力容器设计基础知识6. D1级和级和D2级压力容器说明级压力容器说明根据根据TSG R1001-2008 压压力容器力容器压压力管道力管道设计许设计许可可规规则则 中第三条规定，中第三条规定， 压力容器设计类别和级别的划分是：压力容器设计类别和级别的划分是：（一）（一）A级、（二）级、（二）C级、（三）级、（三）D级、（四）级、（四）SAD级。级。其中其中D级又
15、分：级又分：D1级和级和D2级。级。 1D1级级 系指第一类压力容器系指第一类压力容器 2D2级级 系指第二类压力容器系指第二类压力容器23四、压力容器设计基础知识7. 定义定义设计压力：指设定容器顶部的最高压力，与相应的设计设计压力：指设定容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不得低于工作压力。温度一起作为设计载荷条件，其值不得低于工作压力。计算压力：计算压力： 指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于力小于5%设计压力时，可忽略不
16、计。设计压力时，可忽略不计。试验压力：试验压力： 指压力试验时，容器顶部的压力。指压力试验时，容器顶部的压力。最大允许工作压力最大允许工作压力 ：设备所能承受的最大的工作压力，：设备所能承受的最大的工作压力，不同于最高工作压力。不同于最高工作压力。24设计温度设计温度 指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度与设温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。计压力一起作为设计载荷条件。试验温度试验温度 指压力试验时，壳体金属的温度。指压力试验时，壳体金属的温度。 四、压力容器设计基础知识25计算厚度：指按厚度计算公式计算得到的厚度。计算厚度：指按厚度计算公式计算得到的厚度。 设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和。设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和。名义厚度：指设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整名义厚度：指设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度。即标在图样上的厚度。至钢材标准规格的厚度。即标在图样上的厚度。 有效厚度：有效厚度： 指名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度
