压力容器定义

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1.2压力容器基本知识

1.2.1概述

1.2.1.1压力容器的定义及用途

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从广义上说，凡承受流体介质压力的密闭壳体都可称作压力容器。

按GB150-1998《钢制压力容器》的规定，设计压力低于0.1MPa的容器属于常压容器，

而设计压力高于0.1MPa的容器属于压力容器。

从安全角度看，单纯以压力高低定义压力容器不够全面，因为压力不是表征安全性能的

唯一指标。在相同压力下，容器的容积越大，其积蓄的能量就越多，一旦发生破裂造成的损

失和危害也就越大。此外，容器内的介质特性对安全的影响也很大，气体的危害程度大于液

体，尤其易燃易爆的气体或液化气体，如果容器发生事故，除了爆炸造成的损失外，由于介

质泄漏或扩散而引起的化学爆炸、起火燃烧、中毒污染，导致的后果极其严重。因此，压力、

容积、介质特性是与安全相关的三个重要参数。

《压力容器安全技术监察规程》从安全经管角度出发，将同时具备下列三个条件的容器

称为压力容器：

l.最高工作压力（P

w

）大于等于0.1MPa（不含液体静压力）；

2.内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大干等于0.15m，且容积（V）大于等于0.025m

3

；

3.盛装介质为气体、液化气体或最关于持之以恒的名言 高工作温度高于等于规范沸点的液体。

《特种设备安全监察条例》附则中规定，压力容器的含义是：盛装气体或液体，承载一

定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力（P

w

）大于或等于0.1MPa（表压），且压力

与容积的乘积大于或等于2.5MPaL的气体或液化气体和最高工作温度高于或等于规范沸点

的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或等于0.2MPa（表压），且压力

与容积的乘积大于或等于1.0MPaL的气体、液化气体和规范沸点等于或低于60℃的液体的

气瓶；医用氧舱等。

可以认为这个规定是对压力容器作出的最权威的定义，只要符合上述规定的容器即为压

力容器，其设计、制造、安装、使用、检验、修理和经管都必须接受安全监察。

压力容器是工业生产中的常用设备，它广泛地用于石油、化工、动力、食品等行业中，

尤其是石油化工，许多化学反应过程都需要在有压力的条件下才能进行，或者要用增高压力

的方法来加快反应速度，如用乙烯和水（高压过热蒸汽）制造乙醇（酒精），就需要在7.0MPa

下进行；用氮和氢合成氨则要在下才能较好地反应。这样，不但反应器本身是压力容

器，而且必须经过的精制、加热或冷却等工艺过程中所使用的所有的设备也都是压力容器。

在人们的日常生活中也离不开压力容器，如压缩空气是一种使用得最为普遍的动力源。

它可以带动气锤、风镐或其他风动工具进行加工、矿山开采等。压缩空气来源于空气压缩机，

而空气压缩机的辅助设备如气体冷却器、油水分离器、储气罐等都是压力容器。

压力容器发生事故时不仅使容器本身遭到破坏，往往还会诱发一连串恶性事故，给国民

经济造成重大损失。如1979年12月吉林煤气公司液化石油气球罐的爆炸，引起燃烧，并使

附近的三个同样的球罐和5000只气瓶爆炸，约600吨液化石油气流出燃烧，大火持续燃烧

20小时，死伤近百人，直接经济损失达500余万元。又如某电化厂一个盛装液氯介质的容器

发生爆炸后，约有4吨的液氯介质外流，造成大面积的毒害区，中毒范围波及7.35平方公里。

压力容器的潜在的危险性，还表现在其使用条件比较苛刻：它要承受大小不同的压力载

荷（有时还是脉动的）和其他附加载荷（如重力、地震、风载等）；容器内的压力还会因操作

失误或反应异常而升高，往往在尚未被发现的情况下容器即被破坏；不少压力容器工作时不

仅承受较高的压力，同时还经常处于高温或低温状态。此外内部介质的特性对容器的运行安

全和使用寿命影响较大，尤其是化工容器，其介质常常具有强烈的腐蚀性（氢腐蚀、硫化氢

腐蚀、各种浓度的酸、碱、盐腐蚀等）。要保证容器长期安全运行，就必须在设计、选材、制

造、检验和使用经管上严格要求，所以世界上许多国家都设置了专门机构，负责压力容器的

安全监督工作。

1.2.1.2压力容器的主要工艺参数

压力容器的工艺参数是进行压力容器强度计算和结构设计的主要依据。工艺参数是由生

产的工艺要求确定的。影响压力容器设计的主要工艺参数有压力、温度、直径等。

1.压力容器的压力参数

压力容器的压力参数有工作压力（操作压力）、最高工作压力和设计压力。工作压力（操

作压力）是指压力容器在正常的操作条件下，压力容器所承受的内（外）部表压力。工作压

力是由生产工艺的要求决定的。

最高工作压力对于承受内压的压力容器，其最高工作压力是指在正常使用过程中，容

器顶部可能出现的最高压力；对于承受外压的压力容器，其最高工作压力是指在正常使用过

程中，容器可能出现的最高压力差值；对于夹套容器，其最高工作压力是指在正常使用过程

中，夹套顶部可能出现的最高压力差值。一般用来表示。

设计压力是指在相应设计条件下用以确定压力容器壳体壁厚及其元件尺寸的压力，用

P来表示。在正常的情况下，设计压力应等于或略高于最高工作压力。

公称压力为了提高制造质量，并降低制造费用，增加零部件的互换性，使容器及其零

部件的制造趋于规范化，把规范化后的压力数值称为公称压力，容器设计时应尽量采用规范

的公称压力系列参数。容器的公称压力是指容器在规定温度下的最大操作压力。用符号P

g

来

表示。

2.压力容器的温度参数

压力容器的温度参数有工作温度（操作温度）、设计温度。

工作温度（操作温度）是指容器在操作过程中，在工作压力（操作压力）下壳体可能

达到的最高或最低温度。

设计温度是指容器在操作过程中，在相应的设计压力下壳体或元件可能达到的最高或

最低温度。

3.直径

一般所说的容器直径系指其内径，单位多用mm表示

出于规范化的需要，把容器的直径按尺寸大小排成一定数目的系列，该系列中的各尺寸

称为容器的公称直径，用符号D

g

来表示。在确定容器直径时应选取与之相近的公称直径，以

利于封头、法兰等零部件的规范化。

1.2.1.3压力容器的分类

压力容器的使用极其普遍，型式也很多，根据不同的要求，压力容器的分类方法可以有

很多种，例如：按容器的壁厚可分为：薄壁容器和厚壁容器。一般认为当容器的壳体厚度大

于容器内直径的1／10时为厚壁容器，小于或等于至1／20时属于薄壁容器；按容器的承受

压力方式可分为：内压容器和外压容器。当容器内部承受压力时称内压容器，当容器外部承

受压力时称外压容器，如夹套容器、真空容器等；按容器的工作温度可分为：高温容器、常

温容器、低温容器。一般情况下，当压力容器的工作温度小于等于—20℃时称为低温容器；

当压力容器的工作温度大于等于金属材料的蠕变开始温度时称为高温容器；按容器壳体的几

何形状可分为：球形容器、圆筒形容器、圆锥形容器。

从安全的角度出发目前广泛采用的比较重要的分类方法有两种：

1.按压力容器的安全重要程度分类。

《压力容器安全技术监察规程》根据容器在使用中的重要作用、设计压力以及介质的危

害性程度，从高到低将压力容器依次分为第三类压力容器、第二类压力容器以及第一类压力

容器抄报税 ：

（1）第三类压力容器下列情况之一的容器：

1）高压容器；

2）中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；

3）中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV乘积大于等于10MPam

3

）；

4）中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV乘积大于等于

0.5MPam

3

）；

5）低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且PV乘积大于等于0.2MPam

3

）；

6）高压、中压管壳式余热锅炉；

7）中压搪玻璃压力容器；

8）使用强度级别较高（指相应规范中抗拉强度规定值下限大于等于540MPa）的材料制

造的压力容器；

9）移动式压力容器，它包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车（液化

气体运输车、低温液体运输车、永久气体运输车）和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液

体）等；

10）球形容器（容积大于等于50m

3

）；

11）低温液体储存容器（容积大于5m

3

）。

（2）第二类压力容器下列情况之一的容器（除了已被规定为第三类压力容器的以外）：

1）中压容器；

2）低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；

3）低压储存容器和低压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质）；

4）低压管壳式余热锅炉；

5）低压搪玻璃压力容器。

（3）第一类压力容器

介质为无毒、非易燃低压容器和易燃或毒性程度为中度危害介质的低压换热容器、分离

容器为第一类压力容器。

由于压力容器品种规格极其复杂繁多，按《压力容器安全技术监察规程》划分第三类压

力容器、第二类压力容器以及第一类压力容器的具体规定也较多，为便于对照查找，现将压

力容器分类归纳成表，见附录C。

按照《压力容器安全技术监察规程》的规定分类，压力容器的类别和介质有很大的关系，

因此确定介质毒性程度和爆炸程度是一个重要的方面。《压力容器安全技术监察规程》中规定：

压力容器中化学介质毒性危害和易燃介质的划分参照HG20660《压力容器中化学介质毒性危

害和爆炸危险程度分类》的规定，无规定时，按下述原则确定毒性程度：

极度危害（I级）最高容许浓度＜0.1mg／m

高度危害（Ⅱ级）最高容许浓度0.1～＜1.0mg／m

中度危害（Ⅲ级）最高容许浓度1.0～＜10mg／m

轻度危害（Ⅳ级）最高容许浓度≥10mg／m

当压力容器的介质为混合物质时，应以介质的组分并根据毒性或易燃介质的划分原则，

由设计单位的工艺设计或使用单位的生产技术部门提供介质毒性程度或者是否属于易燃介质

的依据，无法提供依据时，按毒性危害程度或爆炸危险程度最高的介质确定。

2.根据使用情况分类。

3

33

3

按使用情况不同，压力容器可分为固定式容器和移动式容器两大类。我国对这两类容器

分别制订了不同的规程或技术规范。例如对移动式容器中的气瓶制订了《气瓶安全监察规程》，

对铁路罐车和汽车罐车分别制订了“经管规定”。

（1）固定式容器

固定式容器的特点是：具有固定的安装和使用地点，工艺操作条件和操作人员都比较固

定。它可以按用途和工作压力进一步分类。

1）按用途分类：根据容器在生产工艺过程中所起的主要作用不同，可以归纳为四大类，

即反应容器、储存容器、换热容器和分离容器。

a.反应容器：主要用来完成介质化学赞美女人的诗 反应的设备，如反应器、聚合釜、变换炉和氨合成

塔等。考虑到反应容器的操作条件复杂，压力不易控制，发生爆破的危险性大，因而对其设

计、制造、使用等方面提出严格的要求。

b.储存容器：主要用以储备工作介质，以保持工艺操作压力稳定，保证生产的连续进行。

介质在容器内一般不发生化学或物理的变化。常见的压缩气体或液化气体储罐、压力缓冲器

都属于这一类。大型的储存容器多做成球形容器，小型的储存容器常为卧式圆筒形容器。

这类容器的操作条件没有反应容器复杂，但是由于容积比较大，储存的介质多，即使在

操作压力比较低的情况下，其爆炸的潜在的能量也是很大的，因而对这类容器也提出了比较

严格的要求。

c.换热容器：主要用来使介质在容器内实现热交换，以达到生产工艺过程中所需要的将

介质加热或冷却的目的。如热交换器、冷却器、蒸发器、废热锅炉等。

换热容器的型式很多，就传热方式来分，可以有蓄热式、直接式、间接式三种，现在常

用的是直接式和间接式两种，前者将高温介质直接传给低温介质，使介质被加热或冷却。这

种情况只适用于两种介质可以互相混合的场合。如蒸煮锅、消毒器、水洗塔等。后者是通过

换热元件来进行的，常见的有蛇管式、列管式、排管淋洒式等。

d.分离容器：分离容器的主要作用是让介质通过容器时，利用降低流速、改变流动方向

或用其它物料吸收等方法来分离气体中的混合物，以达到净化气体或提取回收杂质中的有用

物料的目的。在分离容器中主要介质不发生化学反应，压力都是来自器外，如分离塔、净化

器、回收塔、洗涤塔、吸收塔等。

2）按压力来分类：压力是压力容器最主要的一个参数，压力越高，爆炸的能量越大。为

了便于对压力容器进行分级经管和安全监督，我国《压力容器安全技术监察规程》将容器的

设计压力分为四个压力级另别，即

低压容器（代号L）：0.1MPa≤P＜1.6MPa

中压容器（代号M）：1.6MPa≤P＜10MPa

高压容器（代号H）：10MPa≤P＜100MPa

超高压容器（代号U）：100MPa≤P＜1000MPa

（2）移动式容器

移动式容器是一种盛装容器。它的主要用途是装运气体，容器在气体制造厂充装气体，

然后运送到使用单位。这类容器没有固定的地点，一般也没有专责的操作人员，使用环境经

常变迁，经管比较复杂，因而也比较容易发生事故。移动式容器按其容积的大小及结构形状

分为气瓶、罐车。

气瓶外形如瓶，头部装有各种阀门，底部焊有底座，按所盛装气体的特性分为压缩气体

气瓶（如氧、氢、氮、氦等）、液化气体气瓶（如二氧化碳、乙烯、氟里昂、液氨、液氯等）

和溶解气体气瓶（如乙炔）。

罐车是固定安装在流动的车架上的一种卧式贮罐。它的容积较大，常达数十立方M，罐

是专门为运输液化气体用的。由于它的直径较大，一般不宜承受高压，所以它所充装的都是

低压液化气体。包括铁路罐车（介质为液化气体、低温气体）、汽车罐车（如低温液体运输车、

液化石油气罐车和液氨罐车）和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体）等。

1.2.1.4我国的压力容器法规和规范

我国的压力容器规范和规范是一种开放性的规范体系，它是由法规、基础规范、相关规

范、附属规范及产品规范五大部分组成。如图2-1列出了压力容器的法规规范体系关系图。

1.《固定式压力容器安全技术监察规程》与GBl50《钢制压力容器》规范的关系

《压力容器安全技术监察规程》是压力容器的基本法规。它以安全为基本出发点对压力

容器的设计、制造、安装、检验、使用和维修提出了最基本的要求。其权威性高于GBl50《钢

制压力容器》规范和其他任何规范、规章规定，《压力容器安全技术监察规程》第5条规定“本

规程是压力容器质量监督和安全监察的基本要求，有关压力容器的技术规范、部门规章、企

事业单位规定等，如果与本规程相抵触时，应以本规程为准”。所以各种规范、规章、规定的

具体内容和要求，应等于或严于《容规》。

法规

《特种设备安全监察条例》

《压力容器安全技术监察规程》

基础标准

《GB150钢制压力容器》等

相关标准

材料规范

材料检验法规范

材料实验法规范

附属标准

零部件规范

工艺方法规范

产品检验规范

产品标准

型式参数规范

专用产品规范

图2-1压力容器的规范体系关系

150《钢制压力容器》基础规范与相关规范、附属规范、产品规范的关系

GBl50《钢制压力容器》是基础规范，是压力容器规范体系中的核心，它以大多数压力容

器为对象，着重解决共性的问题。它引用了很多相关规范和附属规范、产品规范，这些规范

都是为基础规范服务或由它派生出来的。通俗地说，这些被引用规范是GBl50《钢制压力容

器》的子规范。

相关规范包括材料规范、材料实验法规范和材料检验法规以少胜多的战役 范。例如GD6654《压力容器用

碳钢及低合金钢技术条件》只是压力容器用钢应符合的条件即常说的材料的验收规范，但不

是符合验收规范的所有材料都能用于压力容器。盛装不同的介质、在不同工况条件下的压力

容器对材料的要求不尽相同，因此GBl50《钢制压力容器》规定了不同的材料的使用范围以

及不同工况条件下的压力容器对材料的附加要求，这就是常说的材料使用规范。如GBl50《钢

制压力容器》规定了设计温度小于—10℃大于—20℃时，厚度大于20mm的16MnR应进行设计

温度下的低温冲击。

附属规范包括零部件规范（封头、法兰、人孔及支座等）、工艺方法规范和产品检验规范，

它是为基础规范服务的，离开了基础规范和专门的产品规范往往无法独立应用。例JB4730《压

力容器无损检测》规定了射线、超声波、磁粉、渗透等无损检测的方法以及如何评级，但检

测对象的合格级别则需要由GBl50《钢制压力容器》等基础规范来回答。如GBl50《钢制压力

容器》规定当压力容器进行100％射线检测时，底片评定的合格级别是Ⅱ级。

产品规范包括型式参数规范和专用产品规范。其中型式参

数规范是出于产品规格尺寸及结构型式的系列化、规范化需要

而制定的，以便于在实际工作中选用，从而大大减少工作量。

而专用产品规范是在基础规范上，针对不同材质（如铝容器）、

不同外形和结构特点（如球形容器、换热容器）的压力容器而

提出的专用技术要求。

1.2.2压力容器的典型结构和特点

压力容器的类型类别虽然很多，但是它的基本构成都可以

分解为筒体、端盖（封头）、法兰、开孔与接管、支座等几种元

件。本节单介绍常见压力容器结构型式。

1.2.2.1低、中压压力容器的简体结构

石油、化工生产中大量采用的低、中

压容器，一般属于薄壁容器（D

o

／D

i

≤1.2；

D

o

指容器的外径，D

i

指容器的内径），它

图1-2立式压力容器

图1-3卧式压力容器

的外形结构形式大都是球形和圆筒形，在个别情况下才使用矩形、串接球形、椭圆形、扁圆

形等特殊形状的容器。

1.圆筒形的筒体结构形式

圆筒形筒体是低、中压容器的最常见的筒体结构，该容器便于在内部装设工艺附件并便

于工作介质在内部相互作用，因此被广泛用作反应、换热和分离容器。图2-2和图2-3为常见

的立式和卧式压力容器的典型结构。

圆筒形筒体除了在直径较小的情况下可以直接采用无缝钢管外，一般都是用焊接结构，

即用钢板先制成圆筒形后进行焊接。小直径的圆筒体可采用一条纵焊缝，而大直径的圆筒体

因受钢板宽度尺寸的限制，需采用二条以上的纵焊缝。同样，长度较短的圆筒体只有与封头

相组焊的两条环焊缝，长的圆筒体则有很多条环焊缝。

2.球形容器

体积较大的压力容器一般制成球形容

器，因为它的直径比较大，所以球形容器

大多是由许多块按一定的尺寸压制成形的

球面板组焊而成，其制造、安装有一定难

度，特别是由于它的焊缝长，焊接工作量

大，焊接质量和无损检测要求也较高。球

形容器一般只用作贮存解聘 容器。《钢制球形储

罐》中规定了三种结构型式，如图2-4所

示。

4.2.2高压容器的筒体结构

由于承受的压力较高，高压容器的筒

体一般都比较厚，在高压容器设计时，必

须综合考虑其特点，选择合适的结构。（图

2-5）

图2-5高压容器的典型结构

高压容器的筒体结构型式可分为整体式和组合式两大类，整体式的筒体结构有单层锻造

和整体锻造，组合式有多层包扎式、螺旋包扎式、热套式和绕制式等。其中多层包扎式、热

套式是目前使用最广泛、制造和使用经验最为成熟的简体结构型式，本节主要介绍这两种结

构。

1.多层包扎式筒体结构

图1-4常见的球形储罐结构型式

这种结构型式的筒体是由数层紧密贴合的薄钢板构

成，分为内筒与层板两部分，如图2-6。内筒一般都由厚

度为15～20mm的优质钢板卷焊而成，层板则是由6~8mm

的薄钢板先预弯成半圆形或瓦片形用钢丝肥宅是什么意思 绳（或钢带）

扎紧并点焊固定在内筒上，再松去钢丝绳（或钢带），焊

接纵焊缝，以此法逐层包扎直至达到设计要求的厚度。

它有以下的特点：设计用材方便；筒体的应力分布

均匀；对于腐蚀性介质只要内筒选用相应的耐蚀材料而层板仍可用普通低合金钢，从而节省

了材料成本；在环焊缝附近的层板上开安全孔后可以检查内筒是否破裂，防止恶性事故的发

生。它的不足之处是：材料的利用率低；制造工序多，制造周期长；尤其是存在深的环焊缝，

探伤困难。

2.多层热套式筒体结构

这种结构是采用25～50mm的中厚钢板，卷焊成若干个直

径不等的圆筒，如图2-7。每层筒的内外表面只需经粗加工或

只用喷砂（或喷丸）处理而不经机加工，每相邻两层筒之间

以过盈量相互配合，即套合前内筒的外径较外筒的内径略大，

套合时需将外筒加热使之膨胀，然后松套在内筒上，经冷却

后，外筒收缩而与内筒贴合。此过程采用由内向外逐层套合

的顺序，直至达到设计所需的壁厚。

从多层热套式筒体的制造过程可以看出：

多层热套式容器的制造工艺和单层卷焊容器的制作除了

套合的过程外，其余是相近的，所以工艺容易掌握；制造的

周期短；各层圆筒的对接焊缝均可100％射线探伤检验，故可

图1-7多层热套式筒体结构

图1-6多层包扎式筒体

保证焊接质量；通过热处理可消除绝大部分套合预应力，其残余套合预应力则可以改善筒体

在受内压时沿壳壁应力分布不均匀的状况。但由于是中厚钢板制作，所以其抗裂性能不如多

层包扎筒体。

热套式高压容器的内径一般为700~4000mm，设计压力为10.5～70MPa，壁厚为50～500mm。

1.2.2.3压力容器的封头

封头（或端盖）是压力容器的重要组成部分，常见的形式有半球形、椭圆形、碟形、形

及平板形。

1.半球形封头

半球形封头（图2-8）的优点和球形容器相同，受力状态较好，节省材料，壁厚只需圆筒

体壁厚的二分之一，半球形封头多用于高压容器如尿素合成塔、CO

2

汽提塔等。对于中、低

压压力容器，为了焊接方便，以及考虑到封头冲压过程中的减薄量，封头和筒体通常取同一

厚度。

2.椭圆形封头和碟形封头

椭圆形封头是由半个椭球壳和直边部分组成，如图2-9所示。椭圆曲线的曲率半径变化

是连续的，所以封头中的应力分布也比较均匀，其受力情况仅次于半球形封头。它是目前中、

低压压力容器中应用最广泛的封头形式。长短轴之比为2的椭圆形封头称为规范椭圆形封头，

其封头深度（不包括直边部分）为其直径的1／4。

碟形封头又称带折边球形封头，它由几何形状不同的三部分组成，如图2-10所示。第一

部分是以R为半径的部分球面；第二部分是高度为h的圆筒形部分；第三部分是连接以上两

部分的过渡部分，其曲率半径为r。R与r均以内表面作为圆基准，一般情况下有R

i

=D

i

；r／

R

i

=0.15。

图1-9椭圆形封头

图1-8半球形封头

图1-10碟形封头

从几何形状来看，由于椭圆形封头深度较浅，因而比半球形制造方便，但相比于碟形封

头则制造较难，为了保证椭球壳形状的准确则必须用模压。碟形封头为一不连续曲面，在三

部分的连接处会产生较大的边缘应力，故应力分布不象椭圆形封头那样均匀，在工程使用中

不是很理想。但当椭圆形封头的模具加工有困难时，一般则以碟形封头来代替。

椭圆形封头和碟形封头的圆筒部分，又称直边部分，其目的是为了使边缘应力不直接作

用在封头与筒体相连接的焊缝上。直边高度一般为25~50mm。

3.无折边球形封头

无折边球形封头是一块深度较小的球面体。如图2-11所示，它结构简单、制造方便，常

用作容器中两个独立受压室的中间分隔封头。由于封头球面无过渡区，在连接边缘有较大边缘应力，为保证连接处的焊接质量，应使封头和与其相连的筒体厚度相近，角焊缝应采用全

焊透结构。这种封头一般只用于直径较小、压力较低的压力容器上。

4.锥形封头

锥形封头有两种结构型式，一种是无折边的锥形封头，如图2-12，另一种是带折边的锥

形封头，如图2-13。

图2-11无折边球形封头图2-12无折边的锥形封头

无折边的锥形封头一般应用于半锥角≤30，且内压不大的场合。由于锥体与圆筒体直

接连接造成了壳体形状的突然不连续，在连接处附近产生的边缘应力。为了提高连接处的稳

定性，常采用加强圈以增强连接处的刚性。

带折边的锥形封头一般应用于半锥角＞30的场合，常用带折边的锥形封头的半锥角为

30和45，过渡圆弧曲率半径与直径的比值常取0.15，直边高度为25~40mm。

图2-13带折边的锥形封头

锥形封头的受力情况比半球形封头、椭圆形封头、碟形封头差，采用其结构形式的目的

是当容器内的工作介质有颗粒状或粉末状的物料，或者是粘稠的液体时，有利于卸下这些物

料；锥形封头也有利于流体的均匀分布，改变流体的流速。

5.平盖封头

平盖封头与其它封头比较，结构最简单，制造方便，但受力情况最差，在相同的受压条

件下，平盖封头的厚度比其它封头要大得多。

图2-14（a）是一种受力情况最差，用于直径较小和压力较低的压力容器；常与法兰连

接用于经常拆卸场合的平盖封头。

图2-14（b）是一种结构简单，制造方便，为高压容器中常用的锻制平封头；高压容器

中的锻制平封头为了减小边缘应力的影响加工一直边，其直边高度L一般不小于50mm；过渡

区的圆弧半径

r

≥0.5

h

，且

r

≥1／6

D

i

。

（a）法兰与平盖连接（b）高压用平封头

图2-14平盖封头

1.2.2.4压力容器的开孔与接管

为了使设备能够进行正常的操作、测试

和检修，压力容器的壳体和封头一般都要开

孔。如物料进出口；测量压力、温度以及装

设安全装置的连接孔；液面计孔、人孔和手

孔等。

1.接管与壳体的连接

接管与壳体的爱莲说教案 连接都是采用焊接的型

（a）插入式（b）嵌入式

图1-15常见的接管与壳体的焊接结构

式，如图2-15为常见的焊接结构。

2.接管与外部的连接型式

接管与外部连接的接口一般有三种型式：螺纹短管式、法兰短管式和平法兰式。

螺纹短管式接口是一小段带有内螺纹或外螺纹的短管，短管插入并焊接在容器的壳体上，

（a）螺纹短管式（b）法兰管短式（c）平法兰式

图2-16接口管与壳体的连接结构

如图2-16（a）所示，短管上的螺纹用于与外部管件相连接，这种型式的接口管一般只

用于连接较小的接口管。短管的长度应考虑便于安装螺栓，一般不小于80～100mm。

法兰短管式接口是一段焊有一个管法兰的短管，用法兰和外管件相连接。短管插入并焊

接在容器的壳体上，如图2-16（b）所示，这种接口管因为要用紧固件来连接法兰，所以短

管在容器壳体外的伸出长度一般要求100~150mm，法兰短管式接口管多用于直径较大的接口

管。

平法兰式接口是法兰短管式的一种特殊型式，实际上即是一个去掉了短管而直接焊在容

器开孔处的管法兰。如图2-16（c）所示，这种接口管与容器的连接型式有贴合式和插入式

两种，它的特点是既可以做为接口管与外部管件连接，又可兼做补强圈，对容器壳体的开孔

起补强作用。

3.开孔补强

容器壳体开孔后，造成了壳体结构的不连续，从而引起应力集中，使开孔边缘处的局部

应力增加了好几倍。为了降低开孔边缘处的局部应力，需要对壳体的开孔部位进行补强。开

孔补强的方法有两种：局部补强和整体补强。

局部补强局部补强是在开孔边缘的一定范围内补强，常用的补强结构有补强圈补强和

厚壁短管补强，如图2-17所示。

补强圈补强是在开孔边焊一个金属圈（金属圈的材料一般与容器材料相同），使它贴合容

器的外壁并和壳体及接管焊在一起，和容器的器壁一起受力。如图2-17（a）所示。补强圈

上开有一个信号孔，用以检查泄漏。

厚壁短管补强是增厚接管在靠壳体一端的一段管壁厚度，如图2-17（b）所示，处女女和天蝎男 由于这

种结构中所有用来补强的金属，都直接处于较高的应力区域，补强效果更好。

（a）补强圈补强（b）厚壁短管补强

图2-17局部补强结构

整体补强整体补强是用增加整个容器壳体壁厚来降低开孔处局部应力，使壳体的开孔

处达到安全。这种方法比较浪费材料。

1.2.2.5压力容器的焊接接头分类及设计的一般原则

1.压力容器焊接接头的分类

GBl50《钢制压力容器》将容器主要受压部分的焊接接头分为A、B、C、D四类，如图

2-18所示。

A类焊接接头：圆筒部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头除外）、球形封头与

圆筒连接的环向接头，各类形封头中所有拼焊接头以及嵌人式接管与壳体对接的接头；

B类焊接接头：圆筒部分的环向接头、锥形封头小端与接管连接的接头、长颈法兰与接

管连接的接头，但已规定为A、C、D类的焊接接头除外；

图2-18我国现行规范压力容器焊接接头分类

（括号内的分类是美国ASME规范与中国规范不同的分类）

C类焊接接头：平盖、管板与圆筒连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头，内封头

与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头；

D类焊接接头：接管、人孔、缘、补强圈等与壳体连接的接头，但已规定为A、B类的

焊接接头除外。

2.压力容器的焊接接头设计的一般原则

焊接是容器制造的重要环节，其结构设计不合理，往往在制造过程中容易产生缺陷，也

不利于无损检测；此外焊接结构设计与容器的使用安全也有很大的关系。《压力容器安全技术

监察规程》和GBl50《钢制压力容器》规定：

1.不宜采用十字焊缝。相邻的两筒节间的纵缝和封头拼接焊缝与相邻筒节的纵缝应错开，

其焊缝中心线之间一般应大于筒体厚度的3倍，且不小于100mm。

2.B类焊接接头以及圆筒与球形封头相连的A类焊接接头，当两侧钢材厚度不等时，若

薄板厚度不大于10mm，两板厚度差超过3mm；若薄板厚度大于10mm时，两板厚度差大于

图2-19不等厚度板的对接

薄板厚度的30％，或超过5mm，均应按图2-19的要求单面或双面削薄厚板边缘，或按同样

要求采用堆焊方法将薄板边缘焊成斜面。

3.由于焊缝隙中的未焊透缺陷好象一个预制的缺口，常成为脆性破坏的起裂点，因此在

焊接结构的设计时要尽量采用全焊透的结构。对于低温压力容器、受交变载荷的压力容器的

焊接结构必须采用全焊透的结构。

4.不锈钢与碳钢焊接时采用过渡件，应避免在不锈钢壳体上直接焊接碳钢支座。

1.2.3压力容器制造的无损检测

无损奥样 检测在压力容器制造过程中显得十分重要。压力容器制造时使用的无损检测方法包

括射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测。无损检测工艺以及检测结果评级

应遵照JB/T4730—2005《承压设备无损检测》的规定，就是说JB/T4730-2005《承压设备无

损检测》是方法规范，但在什么样的情况下应进行无损检测?采用什么样的无损检测方法，检

测的部位，比例以及在什么样的情况下产品是合格的问题需要由《压力容器安全技术监察规

程》、GBl50《钢制压力容器》等来规定，也就是说它们是验收规范。