咨询设计 压力容器设计的注意事项

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，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa·L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式容器和移动式容器。


0 J$ N9 {7 z/ P8 }- b  V

01

压力容器的结构

1.单层式；2.多层式: 安全性高，但是生产工序多，劳动生产率低；3. 绕板式：不必逐层包扎层板和焊接每层层板的焊缝；4. 型槽绕带式：型槽钢带层层啮合，可使钢带层承受容器的一部分轴向力；筒体上没有贯穿整个壁厚的环焊缝；使用安全性高；但是需要特殊轧制的型槽钢带和专用机床；5. 热套式；6. 锻焊式：成为轻水反应堆压力容器，石油工业加氢反应器和煤转化反应器的主要结构形式。

02

压力容器设计

- i$ Z. T( I( q4 k根据给定的工艺设计条件，遵循现行的标准规范的规定，在确保安全的前提下，经济、正确合理地选择材料，并进行结构、强（刚）度和密封设计。
2 y$ E& O/ B1 ~% @9 b
1.结构设计：确定合理、经济的结构形式，满足制造、检验、装配、运输和维修等要求；
7 t# z# n; `- W
- ^0 |/ y( C4 E  t2.强（刚）度设计：确定结构尺寸，满足强度或刚度及稳定性要求，以确保容器安全可靠地运行；
0 A4 ]! I+ U  |( {0 @
; S! ~; y2 k" x% W9 G- t6 s2 p3 M) a3.密封设计：选择合适的密封结构和材料，保证密封性能良好。
. [0 g8 s( L: \7 L$ B  U  ?9 |

03

压力容器的划定范围

) J2 H. q& Q4 ~% O/ w* m
3 B, O8 t: U" ~
1.受压元件：容器中直接承受压力载荷（包括内压和外压）的零部件，如容器壳体元件、开孔补强圈、外压加强圈等；
  \4 t) I; Q6 Z2 l0 K+ F: `8 ^- |
2.非受压元件：为满足使用要求而与受压元件直接焊接成为整体，不承受压力载荷（只承受重力载荷）的零部件，如支座、吊耳、垫板等；

; l9 ^( G: G8 h# f3.GB150和《容规》明确规定了压力容器的范围，是指壳体及其连为整体的受压零部件（受压元件）。

6 F& b4 J* Q8 V& f" m! E

04

压力容器焊接结构设计的基本原则

2 \0 _7 h& x$ _. R# m$ ]' J! f6 n
/ q" b6 y# Z. C6 g/ C# w- ]
1．尽量采用对接接头：易于保证焊接质量，所有的纵向及环向焊接接头、凸形封头上的拼接焊接接头，必须采用对接接头外，其它位置的焊接结构也应尽量采用对接接头。
5 I: [5 l$ p% L2 z
举例：角焊缝，改用对接焊缝［图1（a）改为（b）和（c）]。
! S+ C* \4 R. E4 J8 a
# d+ k  z, k; o5 U  j9 i9 c  E减小了力集中，方便了无损检测，有利于保证接头的内部质量。



图1容器接管的角接和对接
( t. F( n( v! ^* B3 y! J
2．尽量采用全熔透的结构，不允许产生未熔透缺陷：

未熔透：指基体金属和焊缝金属局部未完全熔合而留下空隙的现象。未熔透导致脆性破坏的起裂点，在交变载荷作用下，它也可能诱发疲劳破坏。
! G5 e7 Y/ ~. k
改进：选择合适的坡口形式，如双面焊；当容器直径较小，且无法从容器内部清根时，应选用单面焊双面成型的对接接头，如用氩弧焊打底，或采用带垫板的坡口等。
; W5 s8 |9 `# r1 R* T* G* r. C) r
- G- d, p* y) l+ U/ `3.尽量减少焊缝处的应力集中：

接头常常是脆性破坏和疲劳破坏的起源处，因此，在设计

焊接结构时必须尽量减少应力集中。
, w: w8 o  `) S1 w+ e, ?
. H; L; z1 F' O措施：尽可能采用等厚度焊接，对于不等厚钢板的对接，应将较厚板按一定斜度削薄过渡，然后再进行焊接，以避免形状突变，减缓应力集中程度。一般当薄板厚度δ2不大于10mm，两板厚度差超过3mm；或当薄板厚度δ2大于10mm，两板厚度差超过薄板的30%，或超过5mm时，均需按图2的要求削薄厚板边缘。


0 O2 h9 l* U- Q2 Q: g9 C- V
7 c# l; Z3 d  B6 g图2板厚不等时的对接接头

05

压力容器常用焊接结构设计

, M( E; r& x0 c/ g4 I
& p; h0 \! ~6 Q9 H% B主要内容：选择合适的焊缝坡口，方便焊材(焊条或焊丝）伸入坡口根部，以保证全熔透。

坡口选择因素：1.尽量减少填充金属量；2.保证熔透，避免产生各种焊接缺陷；3.便于施焊，改善劳动条件；

4.减少焊接变形和残余变形量，对较厚元件焊接应尽量选用沿厚度对称的坡口形式，如X形坡口等。
1 K4 q! c4 }6 D; C) ?4 \

06

开孔带来的问题

+ i8 _$ Z/ a) Z& n; ~$ V- \6 J6 H
1 f5 D+ ]  m" W3 M8 c" r1 s
削弱器壁的强度、产生高的局部应力。
- G. D4 b: d0 d  Y1 j
$ B" ^+ J- ^* G9 E

07

满足以下压力容器可不开设检查孔

符合下列条件之一的压力容器可不开设检查孔：

+ b( {3 |0 h: a1.筒体Di≤300mm的压力容器。

2 z4 f2 Y: G4 h  |- X" Q( a2.容器上设有可以拆卸的封头、盖板或其他能够开关的盖子，而且它们的尺寸不小于规定；
9 x3 @% v( b6 x7 t
- b0 T# L6 D5 r2 F, k3.无腐蚀或轻微腐蚀，无需作内部检查和清理的压力容器；

- @1 a& Z4 E+ G2 [9 W8 K4 D' U4.制冷装置用压力容器；

% E1 t+ }- m2 t; E$ G# O5.换热器。
. g: B3 O7 J- m* B0 _4 @$ _! o
" @2 |5 P; }% F* B& U' ]6 \5 J如不属于上述五种情况。但由于某种特殊原因而不能开设检查孔时，应该采取以下措施：

+ ~0 j. i! [5 o5 Z( A4 D1 J" n1.对容器的全部纵向与环向焊缝作100％无损检测；

2.在设计图样上注明计算厚度、且在压力容器使用期间或检测时重点进行测厚检查；
# _: g  B- ?8 Y' l
3相应缩短检验周期。

+ f% ]+ ]" r4 J! Q6 J) A% u

08

螺栓法兰连接的密封性设计

/ Z. ?8 o7 J- }- N4 N& w7 D

, C4 V  m$ B: w% l1 f: q螺栓法兰连接设计关键要解决两个问题：1.保证连接处“紧密不漏”；2.法兰应具有足够的强度，不致因受力而破坏。

实际应用中主要是泄漏，很少有强度不足而破坏。

% N4 r& w1 Q' V5 |$ o" \密封性能：压紧面、垫片。
1 E) E3 O: ]2 ^6 y# m" e6 l