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压力容器专业知识 一、压力容器设计、制造的主要特点 压力容器设计一般包括结构设计（选择）、设计计算与材料选择。其中结构是设计计算的基础，即根据各类承压零部件不同的结构、形状，分别进行设计计算。 压力容器设计计算一般要解决如下三类问题： 2.1 强度~在外压作用下不允许产生塑性（永久）变形，是涉及安全的主要问题，如筒体、封头等； 2.2 刚性~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； 2.3 稳定性~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。 3．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、法兰螺栓、螺纹）连接在一起，构成一台完整的容器，然后焊接是主要方法。 4．在制造的全过程中要采用多种冷、热加工方法，其中热加工（焊接、热处理、热成形）以其技术的复杂性、质量要求的多样性以及质量检验的难度，成为影响产品安全运行的关键。 5．压力容器产品的质量主要是安全要求，而非性能要求，因此采取严格的市场准入（单位、人员）制度，以及全过程（设计、制造、使用）质量控制。 二、压力容器的分类 分类方法很多，主要有如下几种： 按压力、品种、介质毒性及易燃介质分类 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，而超高压则截然不同。 按介质毒性及易燃性分类，主要出自安全考虑，即一旦发生事故（爆炸、泄漏等）的危害程度。 2．按制造许可级别分类 2.1 按制造许可级别分类，一般考虑如下一些因素： a) 安全性及制造难易程度的不同，这里涉及P、P·V、介质特性、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固定，且应对减轻自重、防冲击、各类仪表的装设做特殊考虑； c) 材料,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。 2.2 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 3．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。 此外，尚有如下一些常见的分类方法： 按形状分类，如圆筒形、球形、组合型（前者均为回转壳体）以及方形、矩形等； 按筒体结构分为整体式、组合式，详见后。 按制造方法分为焊接（最为普通）、锻造（主要用于超高压）、铸造（主要优点是方便制造，但因其质量问题需加大安全系数，多用于小型、低压）。 按材料分为金属与非金属两大类，其中： 金属中分为钢、铸铁、有色金属与合金。其中有色金属与合金主要用于腐蚀等特殊工况，在生产条件、生产装备、原材料验收与堆放、吊装、运输包装，尤其是焊接等环节有一系列特殊要求。 钢中以其化学成份又分为碳素钢、低合金钢（前两者主要是强度钢）及高合金钢（主要用于腐蚀、低温、高温等特殊工况）。我国以标准抗拉强度下限＞540MPa作为高强钢分界的理由。 三、压力容器设计基础知识 薄壁容器应力简化 应力合理简化的主要内容 将三向受力状态简化为两向（切向、轴向）受力状态 将应力沿壁厚非均布视为均布 将应力沿轴向非均布视为均布 简化的目的~依据外载方便计算应力 薄壁容器的范畴（即简化造成误差的允许范围）~D外/D内＜1.5（力学）；D外/D内＜1.2（工程）；即高、中、低压容器。 强度理论的选择 2.1 强度理论的作用~在外载引起的应力与材料极限应力间建立联系，以便计算壁厚 2.2 主要强度理论的分类及选择 a) 第一强度理论（最大主应力理论）~最大主应力达到或超过材料强度极限构件即破坏（脆断）。适用于脆性材料破坏，但ASMEⅧ-1与GB150等仍采用，主要原因在于经验丰富、简便，采用一定的限制条件（压力、结构、元件系数）可保证安全。 b) 第三强度理论（最大剪应力理论）~最大剪应力达到或超过材料屈服极限构件即破坏（塑性屈服），较适用于压力容器，ASMEⅧ-2与JB4732采用。 c) 第四强度理论（能量理论）~均方根剪应力（考虑最大剪应力的同时，兼顾其他剪应力对安全的影响）达到或超过材料屈服极限构件即破坏（塑性屈服），最适用压力容器，但需试算使用不便。 3．失效判据（准则）的选择 3.1 失效判据的作用~设定整部标准规范（即产品）的安全底线 3.2 失效判据（准则）的分类及选择 a) 弹性失效判据~容器在整个使用过程（含耐压试验）材料应处于弹性，不得屈服。偏安全、经验丰富，ASMEⅧ-1与GB150等采用。 b) 塑性失效判据~内壁材料进入塑性但外壁材料仍为弹性，可提高材料利用率，ASMEⅧ-2与JB4732等采用。 c) 爆破失效判据~因材料屈服强化，内、外壁材料同时进入塑性仍不会破坏，