1、设计的一般要求
压力容器设计应该符合规范、手续完备、选材得当和结构合理，应该符合安全可靠和经济合理的要求。

(1)设计单位资格
为确保压力容器的设计质量，国家规定凡设计锅炉、压力容器的专业单位，须经主管部门和劳动部门的审查、批准，发给设计许可证书，方可承担设计任务。无证单位不准自行设计压力容器。

压力容器设计，应由设计单位技术负责人批准。设计图纸上应该有设计、校对和审批人员三级签字。设计总图除上述要求外，还必须有单位技术负责人签字和《压力容器设计单位批准书》的编号和批准日期。没有设计单位批准书的编号和批准日期的图纸不得在社会上流通，制造单位可以拒绝加工。

全国性锅炉定型设计，须经国务院主管部门和国家劳动人事部门审批。非全国性锅炉定型设计则要经过省、自治区、直辖市主管部门和同级劳动部门审批。锅炉总图上应该有劳动部门锅炉压力容器安全监察机构的审批标记，无审批标记的总图不得流通。

(2)压力容器结构
压力容器设计应该尽可能避免应力的集中或局部受力状况的恶化。受压壳体的几何形状突变或其他结构上的不连续，都会产生较高的不连续应力。因此，应该力求结构上的形状变化平缓，避免不连续性。

在压力容器中，总是不可避免地存在一些局部应力较高或对部件强度有所削弱的结构，如开孔、转角、焊缝等部位。能够引起应力集中或削弱强度的结构应该互相错开。

压力容器封头从力学的角度分析球形最理想，在相同的直径和压力下，球形封头所需壁厚最小。但是由于它的深度太大，加工制造比较困难，一般很少采用。用的比较多的是椭圆形封头。

在封头半径与高度的比值相同的情况下，碟形封头比椭圆形封头存在较大的弯曲应力，故应尽量少采用碟形封头。无折边球形封头使简体产生较大的附加弯曲应力，因而只适用于直径较小、压力较低、无毒非易燃流体的容器。锥形封头只在工艺条件确实需要的情况下才采用。平板角焊封头一般不宜用于压力容器。

压力容器壳体上的开孔，如人孔、手孔和检查孔等，一般应为圆形、椭圆形或长圆形。壳体上所有开孔都应与焊缝错开。容器开孔，受压壳体因结构不连续而引起应力集中，在孔的边缘产生很高的局部应力。为了降低壳体开孔边缘的局部应力，在开孔处应进行补强。

(3)材料的选用
材料的质量和规格应该符合国标、部标和有关的技术要求。选用的钢材要有良好的机械性能，即强度高、塑性和韧性好、冷脆倾向较低、缺口和时效敏感性不明显。钢板的分层和夹渣等缺陷较少，无白点和裂纹。

承压元件必须采用镇静钢，不宜采用沸腾钢。由于沸腾钢是在不完全脱氧的条件下炼得的，含氧量较高，硫、磷等杂质分布不均匀。焊接时裂纹倾向较大，厚板焊接时有层状撕裂倾向。同时沸腾钢在钢水浇模时残留氧与钢中的碳化合为一氧化碳，气体排出时使钢呈沸腾状态，极易在钢锭内形成小气泡，成为钢材内部缺陷。而镇静钢脱氧完全，组织均匀，冲击韧性也较好。

选用的钢材要有良好的工艺性能，即轧制、成型；锻造、焊接等冷热加工性能。选用的钢材要有对介质的耐腐蚀性。

低温容器用钢的突出问题是低温下的脆性破裂。高温下材料的强度是温度和时间的函数，短时高温强度不能正确反映材料的高温强度特征，必须采用长时高温强度。材料的高温强度指标主要是蠕变限和持久强度。蠕变限是指材料在某确定的高温下工作十万个小时引起允许的总变形的应力。持久强度是指在一定的工作温度下经历指定工作期限后，不引起蠕变破坏的最大应力。另外，高温下材料的抗氧化能力和抗腐蚀能力都明显下降。

2、设计基础
(1)设计压力和设计温度
对于非旋转容器，设计压力一般要高出操作压力0．1 MPa或10％；而旋转容器的设计压力则要高出预期的最高压力的5％～10％。设计温度通常要高出不会引起规范许可应力减少的最高温度30℃。比如，在180℃操作的碳钢容器，其设计温度为350℃而不是210℃。这是因为有两个温度的许可应力是相同的。如果容器规范标记的是较低的温度，将来一旦需要提高操作温度，规范标记就得变更至希望增加到的温度，从而会造成混乱。同样的理由，容器设计压力应该标记基于部件最小壁厚的最大允许工作压力，而不能标记用于计算最小壁厚的压力。

(2)最小板材厚度
大直径低压容器的板材厚度常是任选的而不是基于设计压力计算出来的。这使得计算出的最大允许工作压力远大于设计压力。在制造厂中，如果不用卡箍把壳体部分固定成圆柱形，大直径薄板壳体就无法加工。应用厚板材可以简化加工程序，同时易于装配和安装，这是薄板壳体加工中板材厚度经常超标的主要原因。

设计规范规定，大直径压力容器的板材厚度不应小于(D－2．54)／1000，其中，D是筒体的最小直径(单位m)。焊接结构的最小板厚度许多组织规定为5 mm或6 mm。

(3)外压或真空
许多过程容器是在外压或真空下，或偶尔是在这些条件下操作。设计规范规定规范容器，偶尔承受0．1 MPa及其以下的外压，无需考虑外压结构的规范要求，在应用这项规范弃权时，应该充分考虑到各种可能的后果，如罐体破裂时的人员危险，更换容器的费用，内容物泄出的财产损失和危险等。

外压设计是一项在许多徒然花费的容器中反复试验的工作。几乎在所有情况下，真空设施和密封管的使用费用都比真空设计费用低。除非掌握可靠的制造成本，设计者应该向制造厂提供几种可供估价的替代设计方案。

(4)材料选择
结构材料选择在多数情况下都属经验问题。过去证明满意的材料，除非有充分的更换理由，在类似情况下很可能又被使用。当缺乏经验时，必须考虑以下一些因素。

材料在设计压力和温度下的允许应力并不需要过量的壁厚。一些材料，如铜、铝、它们的合金和铸铁都有具体的温度限度。

过程容器结构材料预期的腐蚀阻力，可以在容器操作同样的条件下近似测出。实际操作的腐蚀速率与在实验室实验测得的模拟操作腐蚀速率，由于许多不可预见的操作因素，经常会有很大不同。对于没有类似操作条件经验的新过程，经受腐蚀的咨询是需要的，

高纯度的需要可能会限制材料的选择，但是这并不意味着最昂贵的材料是最好的。当压力和温度条件允许时，可以采用金属镀层、玻璃、橡胶、铅板、塑料衬套等，而不必采用贵重的合金。

要求制造商提出替代建议，例如，不锈钢与铝此较以及金属包层材料与固体合金比较等；这样做常是合理的、有益的。在壁厚等于或小于12．7mm的情况下，金属包层材料对于降低消耗不一定起作用。虽然金属包层材料的成本比固体合金的低，但两者的制造成本近乎相等，所以两者的总成本相差无几。

(5)非压力负荷
容器及其支架的设计必须与以下各项负荷匹配：容器及其内容物的重量；料盘、隔板、蛇管等内件的重量；装置、搅拌器、交换器、转筒等外件的重量；建筑物、扶梯、平台、配管等外部设施的重量；固定负载和移动负载的重量；隔离板和防火墙的重量；风力和地震负荷。除上述之外，还必须考虑支撑耳柄、环形加强肋以及热梯度的作用，这些负荷都可以引起过量的局部应力。

(6)支架
立式容器一般用立柱和耳柄支撑，有时还会用到环形槽钢或折边。对于用立柱或耳柄支撑的大型容器，应该详细考察支撑物对壳体的作用。可以有几种方式完成折边连接，比较一致的意见是，折边和壳体外径应该相同，折边和封头转向节平焊连接。这种连接方法只适用于椭球形或球形封头；对于凸面或碟形封头，折边应该和底封头凸缘的外径吻合，角焊连接。

大型卧式容器常用三个或更多的鞍形托架支撑。对于铆接结构，每个铆接环缝与一个鞍形托架邻接，防止铆接缝的泄漏，这是普通的实践。设计和安装鞍形托架，可以应用封头的强度保持壳体的圆度，应用加强环也可以实现这个功能。

对于小型容器，不管是卧式的还是立式的，其支架的设计由于支撑附件造成的二次应力、扭矩和剪切力，可能会比大型容器复杂得多。

(7)封头
压力容器封头有半球形、椭球形、锥形、准球形、平板形等几种类型。在材料、直径和压力负荷都相同的条件下，前四种类型封头的壁厚按序增加，而平板形封头的壁厚还没有简单的计算关系。

半球形封头在各种类型封头中应力分布最好，而且一定的容积所需要的材料最少。但是球形封头会使筒体产生较大的附加弯曲应力，因而只适用于直径较小、压力较低的无毒、非易燃介质的容器。

长短轴之比为2的椭球形封头与准球形封头比较，前者的应力分布要好一些；直径超过1．5 m、压力负荷在1 MPa以上，前者的制造也要经济一些。与凸面形和碟形封头一样，椭球形封头的大小也是由其内径而不是由其外径来决定。

锥形封头一般是冲压、而不是滚压或旋压制造，其制造费用相当高。锥形封头常用于蒸煮或提炼容器，有时用于排除固体或浓稠物料。截头锥形封头常用做容器直径不同的两部分之间的过渡段。设计规范允许在某些情况下，可以应用无过渡转向节的锥形封头，但这些封头只能在低温、低压条件下使用。

标准折边碟形封头的碟形凸面半径应该等于或小于封头折边的外径，但凸面和折边间的过渡转向节的半径应不小于封头折边外径的6％，而且不小于封头壁厚的三倍。

平板焊接封头除小型低压容器密封外，一般压力容器不宜采用。平板封头会把严重不连续的应力引入圆柱形壳体，如确需应用，壳体和封头应该有足够的厚度，而且要采用全焊透的焊接结构。

来源：www.nbhzdc.com 作者：压力管道设计