浅谈压力容器设计

摘 要:压力容器的设计过程牵涉很多标准和规范，在设计期间，设计人员会遇到各种各样的问题，对相关政策法规标准的理解不透彻和对容器设计步骤的不确定，都会给压力容器的设计带来困难，以致对后来的生产和使用过程带来一定的安全隐患，在这种情况下，本文对压力容器设计的步骤进行简单的归纳和分析，明确设计顺序，减少初学者无从下手的困惑。

关键词:设计压力容器计算

中图分类号：S611文献标识码： A

1、概述

近年来压力容器的应用率越来越高，在整个设备从设计到投入运行，要经过设计，制造，检验，安装，运行监督等多个环节，设计是最为关键的一个步骤，设计的正确合理与否，不仅设计到制造，检验的复杂程度，也影响到制造的成本和运转费用，并且直接关系到产品运行的可靠性。从事设计的工作人员，必须是一个精通各方面专业知识的人才，比如说，设计人员要详细了解压力容器的内部构造，构成材料的性质，对零部件的受力情况进行分析，甚至对容器制造的过程进行监督和检验。

2、压力容器的设计

压力容器的设计要求

（1）保证满足工艺生产。这就涉及到TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》的要求，设计委托方应书面提供压力容器的设计条件，包括操作条件，使用地及自然条件，介质组分与特征，预期使用年限，几何参数和管口方位等设计需要的必要条件。

（2）保证安全可靠。这是设计的核心，即设计计算，强度计算。设计时不仅必须保证每个承压元件都具有足够的强度，刚度和稳定性，而且还要满足不同工况条件下能安全可靠的运行。

（3）保证合理的经济成本。在当今节能时代，合理节约能源成为各行各业必须遵循的守则。压力容器的设计要尽量结构简单，制造方便，重量轻，节约材料，以降低制造成本和维修费用。

3、压力容器的设计过程（以低压空气储罐为例）

（1）设计压力的确定

根据设计委托方提供条件，设备上是否安装安全阀（管道上安装也可），无安全泄放装置的，设计压力取1.0-1.1倍工作压力；有安全阀的，取不低于安全阀开启压力（开启压力取1.05-1.10倍工作压力）。

（2）设计温度的确定

根据HG/T 20580-2011第16页的规定确定设计温度，一般这种低压空气储罐取和工作温度相同的常温即可。

（3）腐蚀余量的确定

根据GB 150-2011第11页的规定确定，低压空气储罐取不小于1mm即可。

（4）焊接接头系数的确定

焊接接头系数的确定取决于焊缝形式以及无损检测的长度比例两个因素，一般采用双面全焊透对接接头，且据GB150采用20%无损检测，故焊接接头系数取0.85.

（5）压力试验的确定

假设此罐为内压容器，则采用液压试验即可，根据GB150第14页，计算出容器主要受压元件材料在耐压试验温度下的许用应力和在设计温度下的许用应力，二者之比再乘以1.25倍的设计压力即是试验压力。

（6）材料的确定

像这种低压的空气储罐，如果设计条件满足GB150对Q235B钢板的使用规定，一般建议选Q235B，该钢板便宜且易买。当设计压力较高，结构尺寸较大且计算得壁厚较大时，如还采用Q235B，将浪费材料，而且运输，安装，土建基础等费用均提高，成本大大增高。这时建议采用低合金钢。

（7）厚度的确定

以筒体厚度为例，根据GB150第94页公式计算出计算厚度，然后根据腐蚀余量，材料的负偏差，可以分别求出设计厚度，有效厚度，名义厚度。关于这四种厚度，初学者一开始可能容易混淆，公式算出来那个叫计算厚度；设计厚度是计算厚度与腐蚀余量之和；名义厚度是设计厚度加上材料厚度负偏差后向上圆整至材料标准规格的厚度；有效厚度是名义厚度减去腐蚀余量和材料厚度负偏差。（关于材料的厚度负偏差，相关材料标准及HG/T20580上均可查出）

（8）封头的确定

根据GB150第116页公式计算出计算厚度；根据标准椭圆形封头有限厚度应不小于封头内直径的0.15%，计算出一个厚度；再查GB150第11页壳体加工成形后不包括腐蚀余量的最小厚度；取以上三个厚度的最大值作为封头最终的计算厚度，然后根据腐蚀余量和负偏差算出名义厚度。参照GB/T 25198选取对应的标准封头。

（9）开孔补强的计算

一般建议采用接管补强，即选择合理的接管厚度满足开孔补强的要求。满足GB150第153页的接管可以不另行补强。如果接管壁厚满足不了补强要求可采用补强圈，一般建议补强圈厚度与壳体同厚。整体补强除特殊情况才采用，因为整体补强制造成本大大增强，不经济。

（10）法兰的选用

我国的管法兰，容器法兰标准都有系列规格，在压力容器的设计中法兰的选用应根据不同的情况合理选择，并且要统一标准，以免安装时出现尺寸不统一的情况。管法兰的公称直径就是管口的公称尺寸，压力等级一定要大于所选用法兰材料在设计温度下的最大无冲击压力。一般选用HG/T 20592《钢制管法兰》上法兰，一般选用比试验压力大的等级法兰即可，但是也要考虑材料问题，HG/T 20592上法兰规格是统一的，不同材质的法兰各个等级和规格相同，是统一按照Q345R材料计算所得的，如果是Q235B的法兰，可能16公斤的就不一定能承受16公斤的压力。这在标准上均能查到，至于螺栓螺母就选配套的就行了。

（11）其他部件的确定

容器的其他部件包括支座等参照相应的标准选取，不再列举。

通过上边的十个步骤，我们基本上可以绘制完整的图样，但是有一个步骤是我们必须要做的，那就是强度校核。目前我们强度校核的软件有两种，一个是Lansys,一个是SW6，我们只要把以上得到的数据输入到计算软件即可自动进行计算，校核数据是否合格。

现在，我们可以绘制图样了，完整的图纸出来以后，压力容器就可以开始制造使用了。

结束语

此文简单扼要的介绍了压力容器的设计步骤，希望可以给初学者提供一些参考，压力容器的设计过程还是要细心，而且需要不断的学习和积累经验。在遵循现行设计规范和法规的基础上，在满足设计条件和设计任务的前提下，提出最佳的设计方案，使其满足功能需要，安全可靠，节约成本。

参考文献

（1）TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》

（2）GB 150-2011《压力容器》

（3）HG/T 20580-2011《钢制化工容器设计基础规定》

（4）HG/T 20592《钢制管法兰》

（5）GB/T 25198-2010《压力容器封头》