申报精品课程：压力容器设计

1. 申报精品课程：压力容器设计 压力容器设计绪言 Introduction of Pressure Vessel Design 潘家祯 华东理工大学

2. 1.概述 1.1 现代化企业的雄姿

3. 1.概述 1.1 现代化企业的雄姿

4. 1.概述 1.1 现代化企业的雄姿

5. 1.概述 1.1 现代化企业的雄姿 现代化企业的召唤，需要新一代的接班人， 企业未来的主人，怎样挑起肩上的责任？ 把美好的理想，凝聚成人生的辉煌。 培养你们的才能，誓作祖国的栋梁。 

6. 1.概述 1.2 压力容器的特点 • 应用的广泛性

7. 1.概述 1.2 压力容器的特点 • 应用的广泛性 过 程 装 备 = 受 压外 壳 + 功 能 内 件 • 锅炉、换热器、加热炉 = 圆筒外壳+ 传热管束 • 核反应堆 = 圆筒安全壳+ 核反应零部件 • 塔器 = 圆筒外壳+ 传质元件（浮阀、填料等） • 反应釜 = 圆筒夹套+ 搅拌器 • 压缩机、真空泵 = 圆筒气缸+ 活塞 • 透平机、泵 = 蜗壳+ 叶轮 

8. 1.概述 1.2 压力容器的特点 • 应用的广泛性 压力容器不仅被广泛用于化学、石油化工、医药、冶金、机械、采矿、电力、航天航空、交通运输等工业生产部门，在农业、民用和军工部门也颇常见，其中尤以石油化学工业应用最为普遍，石油化工企业中的塔、釜、槽、罐无一不是贮器或作为设备的外壳，而且绝大多数是在压力温度下运行，如一个年产30万吨的乙烯装置，约有793台设备，其中压力容器281台，占了35.4%。蒸汽锅炉也属于压力容器，但它是用直接火焰加热的特种受压容器，至于民用或工厂用的液化石油气瓶，更是到处可见。 

9. 1.概述 1.2 压力容器的特点 • 操作的复杂性 压力容器的操作条件十分复杂，甚至近于苛刻。压力从1～2×10－5Pa的真空到高压、超高压，如石油加氢为10.5～21.0 MPa；高压聚乙烯为100～200 MPa；合成氨为10～100 MPa；人造水晶高达140 MPa；温度从-196º C低温到超过一千摄氏度的高温；而处理介质则包罗爆、燃、毒、辐(照)、腐(蚀)、磨(损)等数千个品种。操作条件的复杂性使压力容器从设计、制造、安裝到使用、维护都不同于一般机械设备，而成为一类特殊设备。 

10. 1.概述 1.2 压力容器的特点 • 安全的高要求 压力容器因其承受各种静、动载荷或交变载荷，还有附加的机械或温度载荷；其次，大多数容器容纳压缩气体或饱和液体，若容器破裂，导致介质突然卸压膨胀，瞬间释放出来的破坏能量极大，加上压力容器极大多数系焊接制造，容易产生各种焊接缺陷，一旦检验、操作失误容易发生爆炸破裂，器内易爆、易燃、有毒的介质将向外泄漏，势必造成极具灾难性的后果。因此，对压力容器要求很高的安全可靠性。 

11. 1.概述 1.2 压力容器的特点 • 安全的高要求 当前压力容器向大容量、高参数发展，如核电站一个1500MW压水堆压力壳，工作压力为14～16MPa，工作温度为250～330ºC，容器内直径7800mm，壁厚317 mm，重650吨；又如煤气化液化装置中的压力容器工作压力为17.5～25MPa，工作温度为450～550ºC，内直径为3000～5000mm，壁厚为200～400 mm，重400～2600吨，对这类容器的工艺要求和运行可靠性要求更高，显然比一般压力容器又有更高更严格的安全性要求。 

12. 1.概述 1.3 压力容器的安全特征 • 量大面广 1996年12月的统计资料表明，国内在用固定式压力容器多达122.22万台 ，移动式压力容器中罐车16910辆，在用气瓶5498.7571万只；锅炉总台数也高达51.57万台 。此外全国持有压力容器制造许可证的企业合计2432个，设计单位1380个。如此庞大且潜在隐患容器的存在，以及地域广泛的制造设计部门，自然成为国内外政府部门特别重视其安全管理和监察检查的原因。 

13. 1.概述 1.3 压力容器的安全特征 • 事故率高 国内1998年共发生锅炉、压力容器、气瓶爆炸事故132起，严重事故274起，共死亡104人，受伤371人，直接经济损失2813.58万元。锅炉、压力容器、气瓶的爆炸事故率分别为1.07次/万台，0.28次/万台，0.65次/万台。 

14. 1.概述 1.3 压力容器的安全特征 • 危害性大 1968年英国原子能局（UKAEA）安全卫生处和联合部技术委员会（AOTC）工程检验机构调查使用年限在30年以内，符合英国BS1500和BS1515等压力容器规范的一级压力容器发生破坏事故的统计情况如下表所示： 压力容器破坏几率 年份 容器运行 灾难性事故a 损伤事故b 总计 台·年 次数 事故率 次数 事故率 次数 事故 1962-1967 100300 7 0.7×10－4 125 1.25×10－4 132 1.32×10－4 1967-1972 105400 16 1.5×10－4 123 1.17×10－4 139 1.32×10－4

15. 1.概述 1.3 压力容器的安全特征 • 危害性大 a.灾难性事故指灾难性破坏事故或无法修复的容器； b.损伤事故指有潜在危险的事故； c.事故发生率＝发生事故数/（设备台数×运行年） 表中的数字表明10000台容器中发生损坏事故每年12.5次，达到破坏事故0.7次，事故几率为1.32‰，而且这132起使用中的容器事故，按其原因分类，89.3%，即118起是各种制造裂纹所引起。 

16. 1.概述 1.3 压力容器的事故实例 1979年9月7日国内某电化厂415升液氯钢瓶爆炸，击穿5个，爆炸5个，10200公斤液氯外泄，波及7公里范围，59人死亡，779人严重中毒。 1979年12月18日国内某液化气站400M3储罐爆炸，引发3个球罐和一个卧罐爆炸，5000只气瓶爆炸，600吨液化气燃烧，32人死亡，54 人伤。

17. 1.概述 1.3 压力容器的事故实例 1986年4月28日前苏联切尔诺贝利核电站压力壳发生核泄漏，31人死亡，20个国家4亿人受害。

18. 1.概述 1.3 压力容器的事故实例 1984年12月3日印度博帕尔市农药厂异氰甲酸脂储罐发生泄漏，2580人死亡，125000人中毒，5万人失明。

19. 2.压力容器设计 2.1 质量保证体系 定 义 确保容器从设计、选材、制造、投入运行到退出服役的整个过程安全地完成使用要求而采取的有计划、系统的措施。 内 容 材料—设计—制造与制造过程中的检验—在役检验与监控。 

20. 安全性 足够的强度 足够的刚度(或稳定性) 可靠的密封性能 一定的使用寿命 2.压力容器设计 2.2 基本要求 经济性 • 经济可靠的材料 • 经济的制造方法 • 低的操作和维护费用 • 长周期的安全运行 安、稳、长、满、优 原则：充分保证安全的前提下尽可能做到经济 

21. 按规则设计 - GB150《钢制压力容器》 基于经济方法的设计，其典型过程是确定设计载荷，选用设计公式、曲线或图表，并对材料取一个安全应力，最终给出容器的基本厚度，然后根据规范许可的构造细则及有关制造检验要求进行制造。  2.压力容器设计 2.2 基本要求

22. 按分析设计-JB4732《钢制压力容器—分析设计标准》按分析设计-JB4732《钢制压力容器—分析设计标准》 基于考虑作用在容器上载荷的性质，进行详细的应力分析，计算得到的应力按其对容器破坏的作用分类，与许用应力强度比较和评定，并加上严格的材料、制造和检验要求。  2.压力容器设计 2.2 基本要求

23. 设计准则—在特定的设计条件下，有效地利用材料的强度或刚度，使容器或其部件在设计寿命内安全运行。设计准则—在特定的设计条件下，有效地利用材料的强度或刚度，使容器或其部件在设计寿命内安全运行。 2.压力容器设计 2.３ 设计准则 强度设计准则 • 弹性设计准则 • 塑性设计准则 • 脆断设计准则 • 疲劳设计准则 • 蠕变设计准则 • 　　刚度设计准则 • 弹性变形设计准则 • 失稳设计准则 

24. 2.压力容器设计 2.３ 设计准则 弹性设计准则 p σ1 　容器不出现涉及总体范围的较大变形，即在内压或其他拉伸等静力载荷在器壁中所引起的最大应力不超过材料的弹性极限。如考虑设计安全裕度，则限制在材料的许用应力以下。  D σ2 t σ1= p D/ 4 t σ2 = p D/ 2t σd = σ2= p Dc / 2 t ≤ [σ]

25. σy Me=（bh2/6） σy Mp σy Mp=（bh/4）σy 2.压力容器设计 2.３ 设计准则 塑性设计准则 　当容器总体范围进入整体塑性变形或局部区域沿整个壁厚进入塑性变形时，则认为容器己耗尽承载能力而失效。 极限设计 安定性准则 

26. 2.压力容器设计 2.４ 小结 材料的韧性 按照规范要求 正确选材 正确设计 压力容器设计 正确制造 严格检验 保证焊缝质量 减少内应力 减少不连续应力 无损探伤

27. 申报精品课程：压力容器设计 End