压力容器审核人员培训班讲稿-压力容器设计基础7

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式中 D——圆筒的内直径，mm；

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θ——圆筒的焊接接头系数。

液压试验时，球形容器的薄膜应力校核。

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气压试验时，球形容器的薄膜应力校核

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式中 D——球形容器的内直径，mm

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δ——球形容器的有效厚度，mm；

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θ———球形容器的焊接接头系数。

致密性试验

致密性试验有气密性试验或煤油渗漏试验。 （1） 气密性试验

气密性试验的目的在于检查容器连接部位的密封性能和焊缝可能发生

的渗漏。因为气体检漏的灵敏度高，因此对密封性要求很高的容器，如盛

装介质毒性程度为极度、高度危害或设计上不允许微量泄漏的压力容器

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压力容器审核人员培训班讲稿 必须进行气密性试验。

气密性试验应在液压试验合格后进行。容器全部安装上安全附件、阀

门、压力表和液面计等后方可进行。气密性试验所用气体应为干燥、洁净

的空气、氮气或其他惰性气体。具有易燃介质的在用压力容器，必须进行

彻底的清洗和置换，否则严禁用空气作为试验介质。

碳素钢和低合金钢制压力容器，其试验用气体的温度应不低于 5℃。

其他材料制压力容器设计者可根据材料决定。

气密性试验压力一般取 P=1.0P

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式中：P——设计压力，MPa

试验压力应缓慢上升，达到规定试验压力后保压 10 分钟，然后降至设

计压力，对所有焊缝和连接部位进行泄漏检查。小型容器亦可浸入水中检

查。如有泄漏，修补后重新进行液压试验和气密性试验。

对已作气压试验的容器是否需再进行气密性试验应在设计图样上注

明。

对于壳程压力低于管程压力的列管式换热器，如果不能采用提高壳程

试验压力等于管程试验压力的方法，来检查管子与管板连接的严密性时，

则壳程、管程按各自要求试验压力试压。然后壳程再以 1.05 倍壳程设计压

力的含氨体积约 1%的压缩空气或低压纯氨渗透试验。

（2） 煤油渗漏试验

将焊缝能够检查的一面清理干净，涂以白粉浆，晾干后在焊缝另一面

涂以煤油，使表面得到足够的浸润，经半小时后白粉上没有油渍为合格。

四、应力分类及限制

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1．设计方法 常规设计

压力容器设计基本上是采用传统的设计方法—―常规设

计‖。常规设计是基于弹性失效准则，认为容器内某一最大应力点一

旦达到屈服限，进入塑性，丧失了纯弹性状态即为失效。在分析方法

上它是以板壳薄膜理论的简化为基础的，不考虑边缘应力、局部应力

及温差应力，也不考虑交变载荷引起的疲劳问题，所有类型的应力均

采用统一的许用应力值，为了保证安全，通常采用较高的安全系数。

分析设计 ―分析设计‖从设计思想上来说，就是放弃了传统的弹性

失效准则，采用弹塑性或弹性失效准则，允许结构出现可控制的局部

塑性区，采用这个准则，可以合理地放松对计算应力的过严限制，适

当地提高了许用应力值，但又严格地保证了结构的安全性。

2．应力分类

（1）一次应力 一次应力是平衡压力与其它机械载荷所必须的应力，

它是维持结构各部分平衡需要的，一次应力没有―自限性‖，所引起的塑

性流动是不可限制的，不能靠本身的屈服变形来限制其大小，当塑性区扩

展到极限状态，即使载荷不在增加，结构仍产生不可限制的塑性流动，直

至破坏。

一次应力分为

一次总体薄膜应力 Pm

一次弯曲应力 Pb

局部薄膜应力 P

L

二次应力 Q

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二次应力是满足元件间的约束及结构自身变形连续要求所需的应力，

它是同一次应力一起满足变形的相互协调，在材料有足够的延性条件下，

当二次应力处的局部材料发生屈服而进入塑性状态时，使弹性约束得到缓

解，二次应力不再上升，原来不同的变形得到协调，结果二次应力自动限

制，这就是二次应力的自限性。

二次应力还具有局部性，在连接处具有较高的峰值，但其作用范围不

大随离开边缘的距离增大而迅速衰减。例如离圆筒与封头连接处为 2.5√R

δ时弯曲应力已降低到应力峰值的 5%。

属于二次应力的如封头与筒体连接处的总体不连结构在内压作用下由

于边缘剪力和弯矩在筒体或封头上所应起的弯曲应力（边缘应力），换热

器在管壳上的温差应力（热应力）均属二次应力。

3．边缘应力的基本概念

当圆筒形壳与圆球形壳或椭圆形壳相连的零部件受压后，各自产生的变

形是不一致的，称为变形不连续。但们们是连成一体的，两连接处附近接

处附近将相互产生约束，除内压产生的膨胀外，还会产生附加的弯曲变形。

与弯曲相对应，壳壁内将产生弯矩和剪力，对薄壁壳体来说，由此产生的

弯曲应力有时比薄膜应力大得多，两连接件刚度相差越大，产生的应力也

将越大。在实际结构中，成以圆筒与平盖连接时的边缘应力为最大。该应

力由于只发生在两连接件的边界处，所以称为边缘效应力或称为不连续应

力。

1） 边缘应力的特性

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