北京化工大学：《过程设备设计》课程教学资源（课件讲稿）第二章 压力容器应力分析 STRESS ANALYSIS OF PRESSURE VESSELS 2.1 载荷分析

过程设备设计 2.1载荷分析 2.1载荷分析 ○2.1.1载荷 ●2.1.2载荷工况 5/24

过程设备设计 2.1 载荷分析 2.1 载荷分析 2.1.1 载荷 2.1.2 载荷工况 2.1 载荷分析 过程设备设计 2.1 5 / 24

过程设备设计 2.1.1载荷 2.1载荷分析 载荷 能够在压力容器上产生应力、应变的 因素，如介质压力、风载荷、地震载荷等。 介绍： 压力容器全寿命周期内 可能遇到的主要载荷 压力载荷 非压力载荷 交变载荷 6/24

2.1.1 载荷 载荷——能够在压力容器上产生应力、应变的 因素，如介质压力、风载荷、地震载荷等。 介绍： 压力容器全寿命周期内 过程设备设计 2.1 载荷分析 6 / 24 可能遇到的主要载荷 压力载荷 非压力载荷 交变载荷

过程设备设计 2.1.1载荷（续) 2.1载荷分析 压力 内压 压力是压力容器承受的基本载荷 外压 压力 内、外压 绝对压力 表压 以绝对真空为 以大气压为基准 基准测得的压 测得的压力。 力。 压力容器机械设 通常用于过程 计中，一般采用 工艺计算。 表压。 7/24

一、压力 压力是压力容器承受的基本载荷 压力 绝对压力 表压 内压 外压 内、外压 2.1.1 载荷（续） 过程设备设计 2.1 载荷分析 过程设备设计 2.1 过程设备设计 7 / 24 绝对压力 表压 以绝对真空为 基准测得的压 力。 通常用于过程 工艺计算。 以大气压为基准 测得的压力。 压力容器机械设 计中，一般采用 表压

过程设备设计 2.1.1载荷（续） 2.1载荷分析 压力（续） 压力容器中的压力来源 2 3 液体静 流体经泵或压 加热盛装液体 盛装液化气体的 压力一 缩机，通过与 的密闭容器， 容器，如液氨储 一装有 容器相连接的 液体膨胀或汽 罐、液化天然气 液体的 管道，输入容 化后使容器内 储罐等，其压力 容器， 器内而产生压 压力升高，如 为液体的饱和蒸 液体重 力，如氨合成 人造水晶釜。 气压。 量将产 塔、尿素储罐 生压力。 等。 8/24

一、压力（续） 压力容器中的压力来源 流体经泵或压 加热盛装液体 盛装液化气体的 液体静 压力— 1 2 3 2.1.1 载荷（续） 2.1 载荷分析 过程设备设计 8 / 24 缩机，通过与 容器相连接的 管道，输入容 器内而产生压 力，如氨合成 塔、尿素储罐 等。 的密闭容器， 液体膨胀或汽 化后使容器内 压力升高，如 人造水晶釜。 容器，如液氨储 罐、液化天然气 储罐等，其压力 为液体的饱和蒸 气压。 —装有 液体的 容器， 液体重 量将产 生压力

过程设备设计 2.1.1载荷（续) 2.1载荷分析 非压力载荷 整体载荷 局部载荷 作用于整台容器 作用于容器局部 上的载荷，如重 区域上的载荷， 力、风、地震、 如管系载荷、支 运输等引起的载 座反力和吊装力 荷。 等。 9/24

二、非压力载荷 整体载荷 局部载荷 2.1.1 载荷（续） 2.1 载荷分析 过程设备设计 9 / 24 作用于整台容器 上的载荷，如重 力、风、地震、 运输等引起的载 荷。 作用于容器局部 区域上的载荷， 如管系载荷、支 座反力和吊装力 等

过程设备设计 2.1.1载荷（续) 2.1载荷分析 二、非压力载荷（续） a.重力载荷 定义一由容器及其附件、内件和物料的重量引起的载荷。 计算重力载荷时，除容器自身的重量外，应根据不同 的工况考虑隔热层、内件、物料、平台、梯子、管系和由 容器支撑的附属设备等的重量。 10/24

二、非压力载荷（续） a．重力载荷 定义——由容器及其附件、内件和物料的重量引起的载荷 、内件和物料的重量引起的载荷。 2.1.1 载荷（续） 2.1 载荷分析 过程设备设计 10 / 24 计算重力载荷时，除容器自身的重量外 ，除容器自身的重量外，应根据不同 的工况考虑隔热层、内件、物料、平台、梯子、管系和由 容器支撑的附属设备等的重量

过程设备设计 2.1.1载荷（续) 2.1载荷分析 二、 非压力载荷（续） b.风载荷 定义一作用在容器及其附件迎风面上的有效风压来计算 的载荷。 它是由高度湍流的空气扫过地表时形成的非稳定流动 引起的。风的流动方向通常为水平的，但是它通过障碍物 表面时，可能有垂直分量。 振动 风载荷作用下，除了使容器产生应力和变形外， 还可能使容器产生顺风向的震动和垂直于风向的 诱导振动。 第7.6节讲解 11/24

二、非压力载荷（续） b．风载荷 定义——作用在容器及其附件迎风面上的有效风压来计算 的载荷。 它是由高度湍流的空气扫过地表时形成的非稳定流动 2.1.1 载荷（续） 2.1 载荷分析 过程设备设计 11 / 24 振动——风载荷作用下，除了使容器产生应力和变形外 ，除了使容器产生应力和变形外， 还可能使容器产生顺风向的震动和垂直于风向的 诱导振动。 引起的。风的流动方向通常为水平的 。风的流动方向通常为水平的，但是它通过障碍物 ，但是它通过障碍物 表面时，可能有垂直分量 ，可能有垂直分量。 第7.6节讲解

过程设备设计 2.1.1载荷（续） 2.1载荷分析 二、 非压力载荷（续） c.地震载荷 定义一作用在容器上的地震力，它产生于支承容器的地面 突然振动和容器对振动的反应。地震时，作用在 容器上的力十分复杂。为简化设计计算，通常采 用地震影响系数，把地震力简化为当量剪力和弯 矩。 地震影响系数与容器所在地的场 地土类别、震区类型和地震烈度 参见塔设备 等因素有关，具体取值可参阅有 计算（第 关地震设计规范。 7.5节) 12/24

二、非压力载荷（续） c．地震载荷 定义——作用在容器上的地震力，它产生于支承容器的地面 ，它产生于支承容器的地面 突然振动和容器对振动的反应。地震时，作用在 容器上的力十分复杂。为简化设计计算 。为简化设计计算，通常采 2.1.1 载荷（续） 2.1 载荷分析 过程设备设计 12 / 24 用地震影响系数，把地震力简化为当量剪力和弯 ，把地震力简化为当量剪力和弯 矩。 地震影响系数与容器所在地的场 地土类别、震区类型和地震烈度 等因素有关，具体取值可参阅有 ，具体取值可参阅有 关地震设计规范。 参见塔设备 计算（第 7.5节）

过程设备设计 2.1.1载荷（续) 2.1载荷分析 二、 非压力载荷（续） d.运输载荷 定义一指运输过程中由不同方向的加速度引起的力。 容器经陆路或海上运送到安装地点，由于运输 车辆或船舶的运动，容器将承受不同方向上的 加速度。 运输载荷可用水平方向和垂直方向加速 度给出，也可用加速度除以标准重力加 速度所得到的系数表示。 13/24

二、非压力载荷（续） d． 运输载荷 定义——指运输过程中由不同方向的加速度引起的力。 容器经陆路或海上运送到安装地点，由于运输 车辆或船舶的运动，容器将承受不同方向上的 2.1.1 载荷（续） 2.1 载荷分析 过程设备设计 13 / 24 车辆或船舶的运动，容器将承受不同方向上的 加速度。 运输载荷可用水平方向和垂直方向加速 度给出，也可用加速度除以标准重力加 ，也可用加速度除以标准重力加 速度所得到的系数表示

过程设备设计 2.1.1载荷（续） 2.1载荷分析 二、 非压力载荷（续） e.波浪载荷 定义一指固置在船上的容器，由于波浪运动而产生的加速度 引起的载荷。 表示方法与运输载荷相同。 晃动载荷是交变的，应考 虑疲劳的要求，有关设计 数据，可参考船舶分类的 规范标准。 14/24

二、非压力载荷（续） 定义——指固置在船上的容器，由于波浪运动而产生的加速度 ，由于波浪运动而产生的加速度 引起的载荷。 e．波浪载荷 2.1.1 载荷（续） 2.1 载荷分析 过程设备设计 14 / 24 表示方法与运输载荷相同。 晃动载荷是交变的，应考 虑疲劳的要求，有关设计 数据，可参考船舶分类的 ，可参考船舶分类的 规范标准