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一、压力容器设计、制造的主要特点
1． 压力容器设计一般包括结构设计（选择）、设计计算与材料选择。其中结构是设计计算的基础，即根据各类承压零部件不同的结构、形状，分别进行设计计算。
2． 压力容器设计计算一般要解决如下三类问题：
2.1 强度~在外压作用下不允许产生塑性（永久）变形，是涉及安全的主要问题，如筒体、封头等；
2.2 刚性~在外力作用（制造、运输、安装与使用）下产生不允许的弹性变形，如法兰（密封）、管板等；
2.3 稳定性~在外压作用下防止突然失去原有形状的稳定性，如外压及真空容器。
3．依各类承压零部件不同的结构、形状，采用不同的加工方法分别 制造，然后通过多种方法（焊接、法兰螺栓、螺纹）连接在一起，构成一台完整的容器，然后焊接是主要方法。
4．在制造的全过程中要采用多种 冷、热加工方法，其中热加工（焊接、热处理、热成形）以其技术的复杂性、质量要求的多样性以及质量检验的难度，成为影响产品安全运行的关键。
5． 压力容器产品的质量主要是安全要求，而非性能要求，因此采取严格的市场准入（单位、人员）制度，以及全过程（设计、制造、使用）质量控制。
二、 压力容器的分类
分类方法很多，主要有如下几种：
1．按压力、品种、介质毒性及易燃介质分类
1.1 按压力分为低、中、高及超高压，前三种在材料、失效判据（准则）、计算方法、制造要求上基本一致，而超高压则截然不同。
1.2 按介质毒性及易燃性分类，主要出自安全考虑，即一旦发生事故（爆炸、泄漏等）的危害程度。
2．按制造许可级别分类
2.1 按制造许可级别分类，一般考虑如下一些因素：
a) 安全性及制造难易程度的不同，这里涉及P、P·V、介质特性、材料强度级别等；
b) 工作（安放）位置分为固定与移动，移动的安全要求高于固定，且应对减轻自重、防冲击、各类仪表的装设做特殊考虑；
c) 材料,金属与非金属制容器在制造与检验方法上有很大不同；
d) 考虑制造特点，利于专业化生产，如球罐。
2.2 对不同制造许可级别的企业，提出不同的资源条件与安全质量要求
3．按生产工艺过程中作用原理分类
分为反应、换热、分离、 储存四类，其中反应容器安全性要求最高，因其在进行物理、化学反应时，可能造成压力、温度的变化。
3．此外，尚有如下一些常见的分类方 法：
4.1 按形状分类，如圆筒形、球形、组合型（前者均为回转壳体）以及方形、矩形等；
4.2 按筒体结构分为整体式、组合式，详见后。
4.3 按制造方法分为焊接（最为普通）、锻造（主要用于超高压）、铸造（主要优点是方便制造，但因其质量问题需加大安全系数，多用于小型、低压）。
4.4 按材料分为金属与非金属两大类，其中：
a) 金属中分为钢、铸铁、有色金属与合金。其中有色金属与合金主要用于腐蚀等特殊工况，在生产条件、生产装备、原材料验收与堆放、吊装、运输包装，尤其是焊接 等环节有一系列特殊要求。
b) 钢中以其化学成份又分为碳素钢、低合金钢（前两者主要是强度钢）及高合金钢（主要用于腐蚀、低温、高温等特殊工况）。我国以标准抗拉强度下 限＞540MPa作为高强钢分界的理由。
三、压力容器设计基础知识
1．薄壁容器应力简化
1.1 应力合理简化的主要内容
a) 将三向受力状态简化为两向（切向、轴向）受力状态
b) 将应力沿壁厚非均布视为均布
c) 将应力沿轴向非均布视为均布
1.2 简化的目的~依据外载方便计算应力
1.3 薄壁容器的范畴（即简化造成误差的允许范围）~D外/D内＜1.5（力学）；D外/D内＜1.2（工 程）；即高、中、低压容器。
2．强度理论的选择
2.1 强度理论的作用~在外载引起的应力与材料极限应力间建立联系，以便计算壁厚
2.2 主要强度理论的分类及选择
a) 第一强度理论（最大主应力理论）~最大主应力达到或超过材料强度极限构件即破坏（脆断）。适用于脆性材料破坏，但ASMEⅧ-1与GB150等仍采用，主 要原因在于经验丰富、简便，采用一定的限制条件（压力、结构、元件系数）可保证安全。
b) 第三强度理论（最大剪应力理论）~最大剪应力达到或超过材料屈服极限构件即破坏（塑性屈服），较适用于压力容器，ASMEⅧ-2与JB4732采用。
c) 第四强度理论（能量理论）~均方根剪应力（考虑最大剪应力的同时，兼顾其他剪应力对安全的影响）达到或超过材料屈服极限构件即破坏（塑性屈服），最适用压 力容器，但需试算使用不便。
3．失效判据（准则）的选择
3.1 失效判据的作用~设定整部标准规范（即产品）的安全底线
3.2 失效判据（准则）的分类及选择
a) 弹性失效判据~容器在整个使用过程（含耐压试验）材料应处于弹性，不得屈服。偏安全、经验丰富，ASMEⅧ-1与GB150等采用。
b) 塑性失效判据~内壁材料进入塑性但外壁材料仍为弹性，可提高材料利用率，ASMEⅧ-2与JB4732等采用。
c) 爆破失效判据~因材料屈服强化，内、外壁材料同时进入塑性仍不会破坏，应力直至材料强度限前均可使用，我国超高压容器设计采用。
4．设计 条件的确定
4.1 设计条件的作用~设计依据
4.2 设计条件包含的内容~主要为压力、温度、介质、腐蚀裕量、焊缝系数，自然基础条件等。
4.3 （最高）工作压力~正常工况（安全责任界限）容器顶部（最小、唯一）可能（并非必然）出现的最大压力，由用户工艺人员提供。
4.4 设计压力~设定的容器顶部的最高压力，与相应设计温度一起成为设计载荷条件（可能出现的最危险工况），由设计人员根据最高工作压力设定（大于或大于等 于）。
4.5 腐蚀裕量~年腐蚀速率×设计寿命，指均匀腐蚀。对应力腐蚀、晶间腐蚀及氢腐蚀等需采用其他（如选材）解决。
5． 安全系数
5.1 安全系数的作用~安全性与经济性辩证统一，整部标准规范的核心
5.2 为何有安全系数
a) 载荷误差；
b) 设计误差；
c) 材料误差；
d) 制造与检验的误差；
e) 使用中的问题；
f) 未可知因素。
5.3 安全系数发展的历史与趋向
a) 单一走向多元~nb(强 度)、ns(屈服)、nst(设计温度下屈服)、nD(持 久)、nn(蠕变)。取五者中最小许用应力。
b) 从高到低，下降趋势（技术进步，经验积累）。
c) 针对不同应力对安全的不同影响，取不同的安全系数。
5.4 螺栓安全系数的特殊性~避免过度上紧
a) 一般只对屈服点取安全系数
b) 依材料而异
c) 依规格而异
6．焊缝（焊接接头）系数
6.1 焊缝系数的作用~设计系数。考虑焊缝对容器强度的削弱，用整个增加壁厚的方式补足
6.2 焊缝系数的选取~依焊接接头型式及无损检测长度（比例）确定。
6.3 几个问题的解释
a) 相当于双面焊的全焊透对接接头，可采用多种方法实现，最终由无损检测判断；
b) 一般均指纵缝，环缝焊接接头系数仅在特定条件（如高塔风载）下采用；
c) 容规对无垫板单面焊环向接头焊缝系数的规定，应理解为对无垫板单面焊使用的限制。
7.主要受压元件设计计算中应注意的几个问题
7.1 多数元件（如筒体、封头、球壳）可通过公式直接得出壁厚，部分元件（如法兰、外压）需先假定尺寸然后进行试算校核。
7.2 设计时因难以搞清开孔与焊缝的相对位置，故均按在焊缝上进行开孔补强的设计，制造时应尽量使开孔远离焊缝。
7.3 GB150对开孔规格的限制，是等面积补强方法的限制，如需要开大孔可另寻补强设计方法，如极限分析、安定性分析。
7.4 除十字焊缝外，对封头拼板焊缝无限制，但均需100%探伤，合格级别与容器一致。大型封头制造后，因运输原因切开到现场再组焊，不属拼板焊缝。
7.5 为减少计算工作量，避免错误，将常用规格的封头、法兰编制成标准封头、标准法兰，供设计者选用，并非限制设计者自行设计计算。
7.6 GB150中要求筒节长度不小于300mm属惩罚条款，并非合理要求。
8．应力分析设计的一般概念
8.1 应力分析设计（JB4732）与规则设计（GB150）的主要区别：
a) GB150将复杂（真实）应力状态简化，只考虑一次膜应力对安全的影响，其他应力的影响用结构限制、元件系数等方法简单处理，可满足多数一般产品安全，设 计计算简便，同一台容器采用统一的安全系数；
JB4732需进行详细的应力计算与分类，可满足高参数重要产品的安全，设计计算复杂必须采用计算机，根据不同应力的各种组合（应力强度）对安全的不同影 响分别加以不同限制。
b) GB150采用第一强度理论，塑性失效准则，不适用于疲劳容器，压力适用上限35MPa，安全系数较高；
JB4732采用第三强度理论，弹性失效准则，可用于疲劳容器，压力适用上限100MPa，安全系数较低。
c) 二者的制造检验要求无本质差别，仅JB4732要求更严格，如不允许采用局部无损检测、每台容器均制备产品焊接试板、对接管开孔倒圆倒角有明确要求、疲劳 容器不得保留焊缝余高等。
8.2 应力分类的基本知识
a) 按各类应力对容器安全的不同影响，将其分为一次应力、二次应力与峰值应力。
b) 一次应力即基本应力，它有二大特征：第一，是外载荷（压力、重量、其他外载）引起的，外载消失一次应力亦不复存在；第二，作用范围广，与结构长度或容器半 径属同一量级。由内压在圆筒与封头上引起的切向、轴（经）向应力即属一次应力。
一次应力按其在壁厚方向分布的均匀程度，又可分为一次膜应 力（均布部分）和一次弯曲应力（扣除一次膜应力后的线性分布部分）。
一次膜应力对容器安全影响最大，应严格限制；对一次弯曲应力的限制可 稍宽。
c) 二次应力是由相邻部件的约束或结构自身约束而产生的应力，其特点是：第一，分布局域较一次应力小，与
属同一量级；第二，二次应力达到材料屈服点时，仅引起局部屈服，大部分材料仍属弹性，且二
次应力有自限性。
封头与筒体连接处由附加弯矩引起的轴、切向应力属二次应力。温差应力一般亦属二次应力。
对二次应力的限 制宽于一次应力。
d) 峰值应力。扣除一次、二次应力后，沿壁厚非线性分布的部分即为峰值应力。峰值应力多在壳体与接管连接处产生，其分布区域极小，与t一个量级，仅对疲劳破坏 产生影响。
四、结构设计的一般要求
1．结构的重要性~设计计算的基础，对安全与经济性影响极大。
结 构设计的基本要求是安全、方便制造与检验。任何结构都不是万能的，需合理设计与选择。
2．筒体结构
2.1 筒体结构分为整体式与组合式两大类
2.2 整体式
a) 整体式结构即满足强度、刚度与稳定性需要的厚度（不含耐蚀层）是由一整块连续钢材构成。
b) 常见整体式结构有：单层焊接（应用最广）、锻造（主要用于超高压）、锻焊（用于大型重要工况）、无缝管（小容器）。
2.3 组合式
a) 满足强度、刚度与稳定性需要的厚度（不含耐蚀层）由板~板、板~带、板~丝组合而成，主要用于高压容器。
b) 板~板有多层包扎、整体包扎、热套、绕板等
c) 板~带有型槽绕带、扁平纲带
d) 板~丝有绕丝（主要用于超高压）。
2.4 整体式与组合式之比较
a) 在安全性方面组合式优于整体式，理由如下：
以薄攻厚，中厚板、薄板性能优于厚板；
缺陷只能在本层内扩展；
危险的纵缝（整体包扎含环缝）化整为零， 各层均布；
安全泄放孔，利于报警；
预应力增加安全裕度。
b) 组合式工艺复杂，生产周期长，且不适于做热容器。
3．封头结构
3.1 封头分凸封头、锥形封头、平盖等三大类
3.2 凸形封头
a) 依形状（受力）分为半球、椭圆、碟形、球冠。受力前优于后，制造方便后优于前。
b) 制造方法主要为冲压（适于批量）、旋压（适于单件）。
c) 制造方式主要有整板成形（小封头）；先拼板后成形（大、中型封头）；分辨成形后组焊（特大型封头）。
3.3 锥形封头
a) 主要用于变速或方便卸料；
b) 依半顶角分为30°（无折边）、45°（大端折边）、60°（大、小端折边）；
c) 主要制造方法卷焊。
3.4 平盖
a) 包括平盖和锻造平底封头等，与筒体连接分为可拆与固接。
b) 制造方法多为锻造。
4．开孔补强结构
4.1 补强圈。加工方便，但补强效果有限，使用范围有一定限制。
4.2 厚壁管补强
4.3 另加补强元件（锻件）补强，受力好，将角接改为对接易保证焊接质量，但加工复杂。
5．法兰
5.1 法兰与密封垫、紧固件合为一个结构整体，属可拆结构，其基本功能是连接与密封，法兰结构与设计计算应三位一体综合考虑。
5.2 法兰按其整体性程度分为三种
a) 整体法兰~法兰、法兰颈与容器（或接管）合为一整体，强度与刚性好，连接与密封效果好，但加工困难；
b) 松式法兰~法兰未能与容器（或接管）有效合为一整体，连接与密封效果较差，但加工方便；
c) 任意式法兰~介于二者之间。
5.3 以密封压紧面型式分为：
a) 平面密封~密封效果差，但加工方便
b) 凹凸面密封~单面限制垫片流动，密封效果较好，但加工较难。
c) 榫槽密封~双面限制垫片流动，密封性好但加工复杂。
6. 焊接结构
6.1 焊接结构的主要作用为方便施焊，从结构上保证焊透，且尽量减少焊接工作量。
6.2 焊接结构与工艺因素（工人技能、习惯、方法、装备等）关系密切，设计者可提要求，具体结构与尺寸原则上应由制造方确定，标准（GB150附录J）为提示 性，非强制。
7. 其他结构设计的注意事项
7.1 尽量避免外形突变，关注倒角、倒圆。
7.2 开孔（尤其是大孔）尽量开在强度裕量大的部位，如平盖、筒体端部，它们的厚度是由刚性及螺栓个数、排列与上紧空间决定的。
7.3 应尽量避免静不定结构（如卧式容器只允许双鞍座），对静不定结构（如球罐支承）应做特殊考虑。
7.4 应注意防止过大的温差应力，如膨胀节的设置，支承中的活动支承。
7.5 支承设计中除考虑承重能力外，还应考虑支座反力对壳体的影响，决定是否加垫板。
7.6 对法兰螺栓通孔、地脚螺栓通孔跨中均布的考虑。
五、 压力容器制造、安装、维修、改造基本知识
1.产品焊接试板
1.1 产品焊接试板的作用
产品施焊
后，用检验试板焊缝力学性能的办法，来考核产品焊缝的力学性能是否合格。它不能替代无损检测与外观检查。
1.2 制备产品焊接试板的条件
a) 需按台制备的条件
与材质有关：Cr-Mo低合金钢；σb>540MPa；经热处理改善材料力学性能
与介质有关： 极度、高度危害
与设计温度有关：低温；-10℃>t>-20℃以及0℃>t≥-10℃厚度超过某一界限的20R、 16MnR
与厚度有关：δs>20mm的15MnNbR
b) 其他以批代台制备
1.3 制备试板的要求
从材料（钢号、规格、热处理）、焊工、施焊条件、工艺、热处理、位置等方面提出要求，使试板焊缝尽量代表产品焊缝
1.4 试样与试验
需做拉伸、弯曲以及必要时的冲击
1.5 不合格处理
a) 允许重新取样复验
b) 允许重新热处理
c) 如仍不合格且无试板，则代表的产品焊缝为不合格。
1.6 应注意的问题
a) 试板焊缝应探伤，但无合格级别且不需返修，目的在于避开缺陷处取样，防止缺陷造成试验结果不合格。
b) 环缝不做，需要时做鉴证环。
2． 焊后（消除应力）热处理
2.1 目的
消除过大焊接应力，细化晶粒。
2.2 焊接应力产生的原因、特点及危害
a) 焊接应力因焊接过程中变形协调产生。
b) 焊接应力的特点：量值高，可能≥屈服极限；一直存在；属二次应力有“自限性”；测量困难（x光衍射、小孔）。
c) 对容器的主要危害为应力腐蚀。
2.3 需进行焊后热处理的条件
a) 通用条件~依据材质、厚度、预热温度的不同组合判定；
b) 必需条件~图样注明应力腐蚀、盛装极度、高度危害介质；
c) 免做条件~奥氏体不锈钢；
d) 关注应力腐蚀的复杂性（介质、温度、酸碱度、材质、残余应力等）
2.4 焊后热处理方法
整体进炉、分段进炉、局部、现场热处理
2.5 热处理工艺要求
进、出炉炉温；升、降温速 度；保温时温差；炉内气氛。目的在于热透；避免过大温差应力造成的损害。
3．耐压试验与气密性试验
3.1 耐压试验目的
a) 内压~竣工后出厂前全面考核（验证）强度；检漏
b) 外压（真空）~检漏
3.2 液压试验
a) 试验压力的确定~试验压力计算公式中的系数（1.25）与安全系数有关，试验前的应力校核是基于弹性失效准则。
b) 液压试验的危险性主要来自能量观点（P·V）和金属碎片。
3.3 气压试验
a) 气压试验的危险性远高于液压，除P·V和碎片外，气体会高速恢复被压缩的体积形成冲击波；
b) 允许气压试验的条件：因承重等原因无法液压；液体无法吹干排净生产中不允许残留液体。
3.4 气密试验
a) 目的~检漏
b) 条件~极度高度危害介质；生产工艺过程不允许泄漏。
c) 试验介质~空气、氨、惰性气体等，气压试验后是否再做气密与介质有关。
d) 试验合格指标与检漏方法。
4．压力容器的改 造与维修
4.1 应充分关注改造与维修的难度和质量
在使用现场对在役容器进行维修、改造，尤其是动火（焊接）维修、改造 在技术上是件十分困难的事，主要难点在于：
a) 缺陷的去除、坡口加工、开孔等由于位置、工具等原因，难度大于制造厂。
b) 焊接修复由于位置、施焊环境、预热条件、拘束度等原因，难度大于制造厂。
c) 在役产品的材料可能早被淘汰，在长期使用过程中因老化、腐蚀等原因可能造成材料性能质量的改变，均会加大维修、改造的难度。
4.2 对提高维修改造的建议措施
a) 提高对维修改造单位、人员的市场准入标准。
b) 焊补前一定要严格进行无损检测确保缺陷除净，并应进行必要的焊接工艺评定。
c) 对Cr-Mo低合金钢及高强钢的维修改造应慎之又慎，最好由原制造厂或其他经验丰富的单位实施。
d) 是否值得维修改造要充分考虑容器的使用年限与价值。
5．管子与管板的胀接
5.1 胀接的分类
a) 贴胀。贴胀在管板孔内表面可不开槽。贴胀一定要与强度焊联合使用，其目的在于减少管子与管板间的间隙，防止震动。
b) 强度胀。强度胀管板孔内表面应开矩形槽，并应达到全厚度胀接。强度胀可单独使用，亦可与密封焊联合使用，对重要场合亦可与强度焊联合使用。
5.2 胀接方法
一般分为柔性胀（如液压胀、橡胶胀、液袋式液胀等）和机械胀。
5.3 胀接质量控制要求
a) 严格检查管端与管板孔内表面的尺寸精度、清洁度、硬度、粗糙度，尤其不应有纵向或螺旋状刻痕。
b) 胀接前应计算胀接压力并进行试胀，测试胀接接头的拉脱力。
c) 胀后应进行耐压试验，检查胀口严密性。
6．锻钢、铸铁、 不锈钢及有色金属制压力容器的制造
6.1 锻钢容器
a) 主要有（整体）锻造容器（主要用于超高压）、锻焊容器（主要用于大型重要产品）以及其他容器所用的锻件（如平盖、平底封头、筒体端部等）。
b) 关键是锻件质量，基本要求为JB4726~4728。
c) 锻焊容器环缝焊接缺乏经验时，应于施焊前做鉴证环。
6.2 铸铁容器
a) 因其质量只能用于小型、非重要场合。
b) 表面缺陷只能用加装螺塞方法修补，但对塞头深度与直径有限制。
c) 首次试制产品应进行爆破试验。
6.3 不锈钢及有色金属制容器
a) 有色金属制容器包括铝、钛、镍、锆及其合金。
b) 材料堆放、制造、吊装、运输全过程中应保持清洁，避免与钢等金属直接接触，防有害离子污染。
c) 下料切割、坡口加工宜采用机械法，热切割多用离子切割，加工边缘应打磨去除污染区。
d) 焊接是质量关键，包括坡口表面及附近的清洁要求，焊接方法多采用气体保护焊、等离子焊等。
六、超高压容器基本知识
1． 超高压容器主要特点：
1.1 压力高（100MPa~1000MPa），规格较小。
1.2 属厚壁容器（D外/D内>1.5）， 内、外壁应力水平相差大，不可能简化。
1.3 采用锻造方法制造，对材料（锻件）要求高强度，优良的塑性、韧性，无可焊性要求。
1.4 内、外壁要求精加工，零、部件间多采用法兰、螺纹连接，机加工量大，要求高。
1.5 尚无统一的标准，许多问题尚待研讨。
2． 设计要求
2.1 失效判据（准则）的确定
a) 由于是厚壁容器，内、外壁应力水平相差极大，若选用弹性失效准则，不仅材料利用率极低，甚至根本无法设计。
b) 由于高强钢的“屈服比”高，容器的全屈服压力与爆破压力十分接近，若选用塑性失效准则，不利于安全运行。
c) 由于实际材料为非理想塑性材料，屈服后会发生应变硬化（即此时材料的实际强度有所提高），在容器的极限强度前运行仍是安全的，因此，超高压容器设计宜采用 爆破失效准则，即对容器的爆破压力取安全系数。
2.2 爆破压力的计算与安全系数的选取
a) 爆破压力计算方法有多种，“超高压容器安全监察规程”推荐两种，一种以材料拉伸试验数据计算，一种以材料的扭转试验数据计算，后者的计算准确度高于前者。
b) 对不同的爆破压计算式取不同的安全系数，当用拉伸试验数据计算爆破压时，安全系数≥3；当以扭转试验数据计算爆破压时，安全系数≥2.7。考虑不同计算方 法的准确度，尽管计算方法不同，容器实际安全系数大致相当。
2.3 对开孔、形状过渡区等应力集中部位应进行应力分析计算校核。
3． 制造要求
3.1 原材料（锻件）质量是关键，要求采用真空脱气喷粉、炉外精炼、电渣重熔等先进冶炼技术，保证钢的纯净度，保证优良力学性能（强度、塑性、韧性、断裂韧性 等）。
3.2 锻造比一般应大于3
3.3 制造期间至少做二次（热处理前后各一次）100%超声（探母材），筒体表面应做100%磁粉或渗透。
3.4 内、外表面均需精加工，对表面粗糙度有较严要求（防应力集中）。
4．提高耐压强度（承载能力）的途径。
4.1 采用多层热套结构
a) 利用层间过盈，使外筒对内筒材料造成预压应力，在承受内压时使各层的应力水平趋于均匀，提高了外层材料的利用率。
b) 超高压热套与高压热套容器的三大区别：
层间过盈量的选取：前者经精确力学计算；后者按套合工艺选取。
套 合表面：前者需经精加工（以确保过盈量准确）；后者无需加工或只需粗加工。
后者需通过热处理消除套合应力；前者不允许。
4.2 自增强处理
a) 通过压力使内壁材料屈服，外壁仍属弹性，造成内壁材料承受预压应力，从而提高其初始屈服压力。
b) 自增强压力应经慎重计算与控制，并关注材料本身的屈服比。
4.3 采用绕丝结构
在内筒外缠绕高强度不锈钢丝，在缠绕时可 通过加热等办法精确控制缠绕预应力，使内筒材料呈预压缩状态。
七、非金属压力容器的基础知识
1．搪玻璃设 备
1.1 搪玻璃设备特点与应用
a) 具有优良的耐蚀性、耐高温及不污染介质等特点，可替代部分不锈钢及钛材。
b) 在化工、轻工、医药等行业广泛应用，主要产品有反应釜；贮罐；套筒式、夹套式及列管式换热器；塔器等。
1.2 搪玻璃设备的制造要点
a) 金属坯体表面涂敷一定厚度底釉与面釉，再经约880℃~950℃烧结制成。底釉与金属表面发生物理化学反应，形成复合过渡层；面釉在设备表面形成金属与非 金属相结合的复合层；
b) 瓷釉的品质是搪玻璃设备质量的关键，对瓷釉的要求除耐（酸、碱）腐蚀外，还要求一定的耐热（温差）性、抗冲击性、绝缘性及与钢材的密着强度等多种性能。
c) 烧结是搪玻璃设备制造的关键，应采用计算机控制的大型电炉（国内目前多为煤加热炉）并配有无级调温装置，以保证阶梯升温~保温~阶梯降温的合理烧结工艺。
2．石墨制设备
2.1 石墨的分类与应用
a) 石墨分为天然石墨与人造石墨。化工设备主要采用人造石墨。
b) 人造石墨分为透性石墨与不透性石墨。
透性石墨。人造石墨 在焙烧过程中，原料中有机物气化逸出，使材料呈多孔性（且多为通孔），且气体、液体渗透性强，多用于电力、冶金、核能；
不透性石墨。采取 浸渍、浇注、压制等不同措施，堵塞孔隙，使人造石墨成为不透性石墨，主要用于化工等行业。
2.2 人造石墨的制造
由焦 碳、沥青混捏、压制成型；经1300℃真空焙烧，并长期保温（约20天）；再经2400℃~3000℃高温下石墨化处理。
2.3 不透性石墨的制造
它又分为浸渍石墨、压型石墨、浇注石墨等三类。
a) 浸渍石墨。化工设备所用石墨材料多为浸渍石墨。浸渍剂不仅可填塞孔隙，还可增强石墨的机械强度。根据浸渍剂的不同，又分为合成树脂浸渍石墨、水玻璃浸渍石 墨和沥青浸渍石墨。
b) 压型石墨。主要用于管子、管件的制作。采用石墨粉与粘接剂比例混合，经混捏、压型（热挤压或冷模压）或高温热处理制成。
c) 浇注石墨。以热固性合成树脂为胶结剂，以石墨粉为填料，加入固化剂后注入模具制成，主要用于零部件制造。
2.4 不透性石墨的主要特点
a) 优点：优良的耐蚀性；优良的导热性（优于钢）；线胀系数小，耐温度急变；不污染介质；机加工性能优良；质量轻；高温下不变形。
b) 缺点：机械强度低于金属，质脆。
2.5 不透性石墨设备制造设计的主要特点及应用
a) 不透性石墨材料的拼接多采用粘接，粘接缝应严密，粘接剂应填满，拼接时尽量采用阶梯形，避免“通天缝”。
零部件采用机加工制成，由于石墨 强度低、质脆，一般采用两次浸渍、两次加工的方法，以保证加工精度，提高强度。
b) 根据石墨材料的特点，设计时需注意以下要点：
由 于石墨材料抗压强度高，尽量使元件处于压应力状态，避免或减少拉应力、弯曲应力；
因石墨制品垂直于挤压轴线方向的导热性小于平行于挤压轴 线方向，故设计传热元件时，尽量使热流方向沿石墨挤压轴线方向；
尽量避免粘接结构，这是因为石墨材料、金属、胶粘剂线胀系数的差异会导致 过大的温差应力，此外胶粘剂在温度、时效作用下会脆化，造成断裂。当无法避免粘接结构时，粘接面应处理清洁，接缝要严密，缝宽≤1mm。
形 状与结构要求简单；
金属螺栓不宜直接拧在石墨元件上，不宜在石墨构件上直接吊装；
由于材质的不均质性，需取较大安全系 数，一般为9~10。
c) 不透性石墨主要用于换热设备，也可用于衬里、各类容器与塔器以及机械设备与密封元件。
一般来 说，石墨制容器的适用范围为：设计压力≤2.4MPa；设计温度-70℃
~450℃。
2.6 增强石墨复合材料制设备
a) 石墨属脆性材料，裂纹、刻痕、凹坑等表面缺陷将引起“缺口效应”，使抗弯强度降低35~40%。采用表面覆盖技术或碳纤维复合材料可明显减弱“缺口效 应”，提高强度。
b) 表面覆盖技术分为浸渍法与缠绕法。
浸渍法。一般采用碳纤维（也可采用玻璃、硅、铝、硼等纤维材 料）或陶瓷复合物，将其复合在石墨表面并一起浸渍，可增加强度及耐腐性；
缠绕法。将碳纤维缠绕在石墨管外壁，可提高强度尤其是抗冲击能 力，但导热性降低。
c) 碳纤维复合材料是在两层碳纤维中夹一层石墨材料，可大大提高强度与耐磨性。
d) 增强材料性能好，但工艺复杂、成品高，多用于特殊场合。
八、压力容器主要失效方式
1．人们对失效方式的认 识过程
1.1 对压力容器失效方式的最初认识只是防止爆炸，并为此而制订相应的建造规范（如ASME）。
1.2 ASMEⅧ-1所采用的设计准则主要仅计及防止压力容器产生过大的弹性变形，包括弹性不稳定，并未考虑其他可能发生的失效方式。为防止多种失效方 式，ASMEⅧ-1在材料、结构、安全系数以及制造检验等方面进行了限制，组成了一套比较完整但不够严密科学的设计方法，使其能在未对各受压元件进行详细 应力分析的条件下保证多数压力容器的安全使用。
1.3 随着需要（首先是核容器）与可能（近代计算方法与技术），并通过对压力容器性能、结构特点与载荷特性的深入研究，以ASMEⅢ和ASMEⅧ-2为标志，较 全面认识了压力容器可能存在的多种失效方式。
2．压力容器可能存在的八种失效方式：
2.1 过量的弹性变形，包括弹性不稳定
2.2 过量的塑性变形
2.3 脆性断裂
2.4 由应力引起的破坏/蠕变变形
2.5 塑性不稳定—渐增的垮塌
2.6 高应变、低循环疲劳
2.7 应力腐蚀
2.8 腐蚀疲劳
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