压力容器介绍

• 运输、储存或接收液体的容器、储罐和管道称为压力容器。
• 压力容器被定义为内外有压差的容器。内部的压力通常比外部的要高，除了一些孤立的情况。
• 在蒸汽锅炉的情况下，容器内的流体可能发生状态变化，或者在化学反应器的情况下，可能与其他试剂结合。
• 压力容器通常具有高压的组合以及高温，并且在一些情况下易燃流体或高放射性物质。由于这种危险，设计必须使得没有发生泄漏。
• 此外，这些容器必须精心设计以适应工作温度和压力。
• 应该记住，压力容器的破裂有可能导致大量的身体伤害和财产损失。植物安全性和完整性在压力容器设计中具有根本关注。

压力容器部件:

以下是压力容器一般的主要组成部分:

1-Shell:主成分包含压力。压力容器壳体以不同板的形式焊接在一起，形成具有共同旋转轴的结构。壳的形状有圆柱形、球形或圆锥形。

2-端闭包(头):所有压力容器的端部必须用封头(或另一壳段)封闭。头部通常是弯曲的，而不是扁平的。原因是，弯曲的结构更坚固，使头部比平头更薄，更轻，更便宜。封头也可以用在容器内，被称为中间封头。这些中间封头是压力容器的不同部分，以适应不同的设计条件。

3-Nozzle:喷嘴是一种穿透压力容器外壳或头部的圆柱形部件。它们用于连接流入或流出容器的管道，连接仪器连接(液位计，温度计套管，压力表)，并提供进入容器内部的通道，或提供直接连接其他设备项目(如热交换器)。

4-Support(鞍):支架用于承受压力容器、地震、风荷载等所有荷载。根据压力容器的尺寸和方向，有不同类型的支架。它被认为是容器的非增压部分。

支持类型:

鞍支持:

• 水平滚筒通常由鞍形支座支承在两个位置。
• 它在壳体上大面积扩散，以防止壳体在支撑点处产生过大的局部应力。
• 一个鞍座支撑是锚定的，而另一个是自由的，以允许不染色的纵向热膨胀鼓。

腿支持:

• 小型垂直滚筒通常由焊接在外壳下部的腿支撑。
• 最大。支撑腿长与滚筒直径的比例通常为2：1
• 加固垫首先焊接到壳体上，以提供额外的局部钢筋和局部分布。
• 支腿的数量取决于滚筒的大小和要搬运的货物。
• 支撑腿也用于球形加压储存容器。
• 两腿之间的交叉支撑用于吸收风或地震荷载。
• 垂直压力血管也可由肺支撑。
• 耳片的使用通常仅限于中小直径(1到10英尺)的压力容器。
• 也适中的高径比在2:1到5:1的范围内。
• 耳片通常用螺栓固定在水平结构构件上，以提供抗倾覆荷载的稳定性。

短剧支持:

• 高大的垂直圆柱形压力容器通常由裙部支撑。
• 支撑裙是一个圆柱形壳体部分，焊接到容器壳体的下部或底部封头(对于圆柱形容器)。
• 裙摆通常足够长，以提供足够的灵活性，使壳体的径向热膨胀不会在其与裙摆的连接处造成高热应力。

压力容器的应用

• 工业压缩空气接收器
• 家用热水储罐
• 潜水瓶(水肺潜水)
• 再压缩室
• 蒸馏塔
• 高压灭菌器(在医疗工业中用于灭菌)
• 炼油厂和石化工厂
• 核反应堆容器
• 气动及液压蓄水池
• 氨、氯、丙烷、丁烷、液化石油气等液化气体储存罐。

压力容器规范

压力容器被设计成在特定的压力和温度下安全运行，技术上称为“设计压力”和“设计温度”。如果设计不当，不能处理高压，将构成非常重大的安全隐患。因此,压力容器的设计和认证是由设计代码如ASME锅炉和压力容器规范在北美,欧盟的压力设备指令(PED)、日本工业标准(JIS),此CSA在加拿大,澳大利亚标准在澳大利亚和其他国际标准如劳合社,德国劳埃德船级社、挪威船级社、Société Générale de Surveillance (SGS S.A.)、荷兰劳埃德船级社能源署(原名Stoomwezen)等。

1. 该标准为锅炉和压力的设计、制造和检验提供了规则。
2. 建立和维护设计、施工和检验标准，最大限度地保护生命和财产。

• ASME第八部分:锅炉和压力容器代码（BPVC）
• 部门1 -压力容器建造规范
• 师2 -替代规则
• 部门3 -高压容器建造备选规则

压力容器通用材料

用于压力容器建造的材料有:

• 钢
• 有色金属材料，如铝和铜
• 金属，如钛和锆
• 非金属材料，如塑料、复合材料、混凝土等
• 金属及非金属防护层

各种材料具有以下一些典型特征:

• 碳钢:强度适中，耐腐蚀性适中
• 低合金钢:高温强度
• 不锈钢:耐蚀性
• 镍合金：耐蚀性
• 铜合金:海水阻力
• 铝:光，低温韧性
• 钛:海水，耐化学性
• 耐火材料:非常高的温度
• 非金属:腐蚀和化学物质

影响材料选择的因素:

影响材料选择的因素如下:

• 工艺流体(例如，塑料可能是流体腐蚀性的最佳选择，但当操作人员在清洗过程中“蒸汽”设备时，塑料会融化)
• 工作温度
• 操作压力
• 流体速度
• 污染产品
• 所需的设备使用寿命（可以选择越来越少的寿命并更频繁地替换）
• 建筑材料成本（基材+制造成本）

压力容器分类。压力容器类型

基于壁厚：

1)薄壁容器
2)厚壁血管

基于几何形状:

1)圆柱形容器
2)球形容器
3)矩形容器
4)结合血管

基于安装方法:

1)立式容器
2）水平血管

根据工作温度:

1)低温容器(小于或等于- 20℃)
2)常温容器(- 20°C至150°C)
3)中温容器(150°C至450°C)
4）高温容器（超过或等于450°C）

根据设计压力:

1）低压容器（0.1MPa至1.6 MPa）
2)中压容器(1.6 MPa至10 MPa)
3)高压容器(10 MPa至100 MPa)
4)超高压容器(100mpa以上)

基于技术过程：

1)反应容器
2)换热器容器
3)分离容器
4)储运集装箱船

薄壳和厚壳压力容器的区别

• 压力容器按其尺寸可分为薄壳和厚壳。
• 如果壳层(t)壁厚小于壳层(d)直径的1/10 ~ 1/15，则称为薄壳层。另一方面，如果壳体的壁厚大于壳体直径的1/10到1/15，则称为厚壳。
• 薄壳用于锅炉、罐体、管道，厚壳用于高压钢瓶、罐体、枪管等。
• 将压力容器作为薄壳或厚壳分类的另一标准是内部流体压力（P）和允许应力（σt）。
• 如果内部流体压力（P）小于允许应力的1/6，则它被称为薄壳。另一方面，如果内部流体压力大于允许应力的1/6，则据说据说是厚壳。

最终封闭类型

• 成型封头用于圆柱压力容器的封头

端部闭包有两种类型:

1.圆顶的头:

a）半球形
b) Semi-ellipsoidal
c）Torispherical.

2.锥形头

压力容器设计:

由内部压力引起的薄圆柱形壳体的应力

在薄圆柱壳中产生的应力分析是基于以下假设:
1)忽略圆柱壁曲率的影响。
2)拉应力均匀分布在墙体截面上。
3)忽略压力容器端部封头约束作用的影响。

当薄圆柱形壳体受到内部压力时，以下两种方式可能会失败：

1)它可能沿纵断面(即沿圆周方向)失效，将圆柱体一分为二，如图所示
2)它可能在横断面(即纵向)失效，将圆柱体分裂成两个圆柱壳，如图所示。

因此，受到内部压力的圆柱壳的壁必须承受以下两种类型的拉应力:

(a)周向或环向应力，以及

(b)纵向压力。

环向或环向应力

σ = pd / 2t

式中，p =内压强度，
d =圆柱壳内径，
l =圆柱壳的长度，
t =圆柱壳厚度，且
σ =圆柱壳体材料的周向或环向应力。

纵向应力:

σ = pd / 4t

厚的圆柱形壳体受到内部压力

• 当气缸内径(d)与壁厚(t)之比小于10 ~ 15时，称该气缸为厚气缸。
• 液压缸、高压管道和枪管都是厚气缸的例子。
• 薄圆柱体的径向应力(σr)忽略不计，而厚圆柱体的径向应力有很大的影响。
• 厚圆筒的设计有许多公式。方程的选择取决于两个参数:气缸材质(脆性或韧性)和气缸端部状态(开启或关闭)。
• 在厚圆柱壳的设计中，主要采用以下公式:

1.蹩脚的方程,-

当筒体材料为脆性材料，如铸铁或铸钢时，利用Lame方程确定筒体壁厚。它是基于破坏的最大主应力理论，其中最大主应力等于材料的允许应力。

2. Birnie的等式， -

对于由延性材料(如低碳钢、黄铜、青铜和铝合金)制成的开口气缸(如泵气缸、闸板、炮管等)，不能通过最大应力来确定许用应力理论的失败。在这种情况下，使用最大应变理论。根据这一理论，破坏发生在应变达到极限值时。

3.Clavarino方程和

这个方程也是基于最大应变理论的破坏，但它适用于由延性材料制成的闭端圆筒(或装有头的圆筒)。

4.巴洛氏方程。

该公式一般用于高压油气管道。

施工方法

铆接

• 在质量可靠的气体焊接和电焊普及之前，锅炉、压缩空气容器和其他钢铁压力容器的标准施工方法是将轧制和锻造成形的钢板铆接在一起，然后用对接带沿接缝铆接，并且用钝凿使重叠部分的边缘变形，沿铆接的接缝处嵌缝。
• 热铆接使铆钉在冷却时收缩，形成更紧密的连接。

无缝的

无缝金属压力容器的制造方法通常用于相对小直径的钢瓶，因为需要大量的机械和工具，需要大量的资金支出。该方法非常适合高压气体运输和储存应用，并提供持续高质量的产品。

向后挤压：强制使材料沿芯轴在芯轴和模具之间倒流的过程。

冷挤压（铝）：

无缝铝气瓶可以通过铝坯料的冷反向挤压制造，首先压制壁和底座，然后修剪缸体壁的顶部边缘，然后压制成型肩和颈部。

画:

无缝钢瓶也可以在两个或三个阶段从钢板盘冷拉成圆柱形杯状。

焊接

大型和低压容器通常由焊接在一起的成形板制成。焊接质量对人类占用压力容器的安全至关重要。