壓力容器講解

1、GB150-1998鋼制壓力容器講解一、 概述1 、標(biāo)準(zhǔn)適用的壓力范圍GB150- 1998鋼制壓力容器設(shè)計(jì)壓力 P: 0.135 MPa ;真空度：0.02MPaJB4732-95鋼制壓力容器 -分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)壓力 P： 0.1 100 MPa真空度： 0.02 MPaJBT4735- 1997鋼制焊接常壓容器設(shè)計(jì)壓力 P：圓筒形容器：-0.02 MPa P 0.1 MPa立式圓筒形儲(chǔ)罐、圓筒形料倉(cāng) -500Pa P 0.2000 Pa矩形容器：連通大氣JB4710-2000 鋼制塔式容器設(shè)計(jì)壓力 P： 0.1 35MPa（對(duì)工作壓力10m 且 h/D（ 直徑 ）52. 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的載荷

2、1）內(nèi)壓、外壓或最大壓差;2)液體靜壓力（ 5%P）需要時(shí)，還應(yīng)考慮以下載荷3) 容器的自重(內(nèi)件和填料)，以及正常工作條件下或壓力試驗(yàn)狀態(tài)下內(nèi)裝物料 的重力載荷；4) 附屬設(shè)備及隔熱材料、襯里、管道、扶梯、平臺(tái)等的重力載荷；5) 風(fēng)載荷、地震力、雪載荷；6) 支座、座底圈、支耳及其他形式支撐件的反作用力；7) 連接管道和其他部件的作用力；8) 溫度梯度或熱膨脹量不同引起的作用力；9) 包括壓力急劇波動(dòng)的沖擊載荷；10) 沖擊反力 , 如流體沖擊引起的反力等；11) 運(yùn)輸或吊裝時(shí)的作用力。3、設(shè)計(jì)單位的職責(zé)1) 設(shè)計(jì)單位應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)文件的正確性和完整性負(fù)責(zé)。2) 壓力容器的設(shè)計(jì)文件至少應(yīng)包括設(shè)計(jì)計(jì)

3、算書(shū)和設(shè)計(jì)圖樣。3) 壓力容器的設(shè)計(jì)總圖應(yīng)蓋有壓力容器設(shè)計(jì)資格印章。4容器范圍GB150管轄的容器范圍是指殼體及其連為整體的受壓零部件1)容器與外部管道連接2) 接管、人孔、手孔等的承壓封頭、平蓋及其緊固件3) 非受壓元件與受壓元件的焊接接頭。接頭以外的元件，如加強(qiáng)圈、支座、裙座等4) 連接在容器上的儀表等附件。直接連接在容器上的超壓泄放裝置。5. 定義(1) 壓力 除注明者外，壓力均為表壓力。工作壓力 Pw1) 內(nèi)壓容器在正常工作情況下，容器頂部可能出現(xiàn)的最高壓力。2) 真空容器在正常工作情況下，容器可能出現(xiàn)的最大真空度。3) 外壓容器在正常工作情況下，容器可能出現(xiàn)的最大內(nèi)外壓力差。設(shè)計(jì)壓力

4、 Pd設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷的條件，其值不低于工 作壓力。計(jì)算壓力 Pc計(jì)算壓力指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。當(dāng)殼體 各部位或元件所承受的液柱靜壓力小于 5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可忽略不計(jì)。最大允許工作壓力 Pw 在指定溫度下，壓力容器安裝后頂部所允許的最大工作壓力。該壓力應(yīng)是按容器各受壓元 件的有效厚度減去除壓力外的其他載荷所需厚度后，計(jì)算得到的最大允許工作壓力（且減 去元件相應(yīng)的液柱靜壓力）中的最小值。最大允許工作壓力可作為確定保護(hù)容器的安全泄放裝置動(dòng)作壓力（安全閥開(kāi)啟壓力或爆破 片設(shè)計(jì)爆破壓力）的依據(jù)。安全閥的開(kāi)啟壓力 Pz安

5、全閥閥瓣開(kāi)始離開(kāi)閥座，介質(zhì)呈連續(xù)排出狀態(tài)時(shí)，在安全閥進(jìn)口測(cè)得的壓力。爆破片的標(biāo)定爆破壓力 Pb爆破片銘牌上標(biāo)的爆破壓力。（2）溫 度金屬溫度容器元件沿截面厚度的溫度平均值。工作溫度容器在正常工作情況下介質(zhì)溫度。最高、最低工作溫度容器在正常工作情況下可能出現(xiàn)介質(zhì)的最高、最低溫度。設(shè)計(jì)溫度容器在正常工作情況，在相應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力下，設(shè)定的元件的金屬溫度。容器的設(shè)計(jì)溫度是指殼體的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。試驗(yàn)溫度 試驗(yàn)溫度指壓力試驗(yàn)時(shí)，殼體的金屬溫度。（3）厚度 最小厚度S min容器殼體加工成型后不包括腐蝕裕量的最小厚度。計(jì)算厚度 S按各章公式計(jì)算得到的厚度容器受壓元件為滿(mǎn)足強(qiáng)度及穩(wěn)定性

6、要求，按相應(yīng)公式計(jì)算得到的不包括厚度附加量的厚度。 厚度附加量 C=C1+C2設(shè)計(jì)容器受壓元件時(shí)所必須考慮的附加厚度，包括鋼板（或鋼管）厚度附加量的厚度。 設(shè)計(jì)厚度 S d計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和名義厚度（即圖樣厚度） S n 設(shè)計(jì)厚度加上鋼材厚度負(fù)偏差后，向上圓整至鋼材（鋼板或鋼管）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度。 有效厚度 S e名義厚度減去厚度附加量（腐蝕裕量與鋼材厚度負(fù)偏差之和）。（1、適用范圍 P1 第 1.1、1.2、1.3、1.4 條）二、 材料（ 一 ） 選材的基本原則選擇壓力容器用材，須根據(jù)容器的使用條件（如溫度、壓力、介質(zhì)腐蝕性、介質(zhì)對(duì)材 料的脆化作用及其是否易燃、易爆、有毒等）、制造工藝、

7、材料的焊接性能及經(jīng)濟(jì)合理性 選擇具有適宜的機(jī)械性能、耐腐蝕性能、物理性能等的材料。注意在同一工程中應(yīng)盡量注 意用材統(tǒng)一 , 具體的選材過(guò)程中必須仔細(xì)考慮如下因素：（二）材料的基本性能1機(jī)械性能金屬的機(jī)械性能是指金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來(lái)的特性，如強(qiáng)度、彈性、硬度、韌性 及塑性等。也可稱(chēng)為“力學(xué)性能”。金屬材料就是用其在為同受力條件下所表現(xiàn)出來(lái)的不 同特性指標(biāo)，來(lái)衡量金屬材料的機(jī)械性能。（1）機(jī)械強(qiáng)度 強(qiáng)度是材料抵抗外力作用不致破壞的性能特性。常用的特性指標(biāo)有屈服極限（Cts ）和強(qiáng)度極限（C b）。數(shù)值由拉伸試驗(yàn)獲得。高溫時(shí)還要考慮蠕變極 限（c tn ）和持久極限（c tD）。壓力容器用材

8、要求材料不僅具有高的屈服極限，而且具有一定的屈強(qiáng)比（cs/ c b）。屈強(qiáng)比反映了材料承受外載能力的能力 ,屈強(qiáng)比愈小，結(jié)構(gòu)零件的可靠性愈高，萬(wàn)一超載，由于 塑性變形的產(chǎn)生而使金屬材料的強(qiáng)度提高而不致立刻破壞。壓力容器用材的屈強(qiáng)比一般為 0.60.7 。碳素鋼的屈強(qiáng)比一般為 0.6 左右，低合金高強(qiáng)度鋼為 0.650.75 ，合金結(jié)構(gòu)鋼為 0.85（2） 塑性 材料的塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。材料的 塑性是用延伸率（S ）及斷面收縮率（書(shū)）來(lái)表示。它們的數(shù)值由拉伸試驗(yàn)獲得。一般情況下，塑性材料的延伸率和斷面收縮率較大，而脆性材料則較小。金屬材料的塑性 指標(biāo)在壓力容

9、器設(shè)計(jì)具有重要的意義。首先，塑性良好的材料可以順利地進(jìn)行某些成型工 藝，如冷沖壓、冷彎曲等。其次，良好的塑性使零件在使用時(shí)萬(wàn)一超載，也能由于塑性變形使用權(quán)材料強(qiáng)度提高而避免突然襲擊斷裂。壓力容器的主要零部件都是承壓的，無(wú)論從 制造工藝的要求不是從使用安全的要求，都希望金屬材料具有良好的塑性。一般碳鋼、碳 錳鋼316%其它合金鋼 5 14%（ 3）硬度所謂硬度是指金屬材料抵抗壓入物壓陷能力的大小，也可以說(shuō)是材料對(duì)局部塑性的抗力。硬度可采用不同的方法在不同的儀器上測(cè)定，其所得的硬度指標(biāo)也各 不相同。最常用的硬度指標(biāo)為布氏硬度（HB、洛氏硬度（HRC、和維氏硬度（HV ,其 數(shù)值可以互相換算。硬度是

10、金屬材料的重要性能之一。一般情況下,材料的硬度高,其耐磨性也較好。材料的 硬度與強(qiáng)度之間也有一定的關(guān)系（因?yàn)橛捕仁欠从巢牧暇植克苄宰冃蔚目沽Γ?根據(jù)經(jīng)驗(yàn), 硬度與抗拉強(qiáng)度有如下近似關(guān)系：軋制、正火或退火的低碳鋼（T b=0.36HB;軋制、正火或退火的中碳鋼（T b =0.35HB;硬度HBC 250經(jīng)熱處理的合金鋼（T b =0.34HB;硬度HB250400經(jīng)熱處理的合金鋼（T b =0.33HB;由于測(cè)定硬度方便,在生產(chǎn)中常用測(cè)定硬度的方法來(lái)估算鋼材的強(qiáng)度。對(duì)焊接接頭,也常 用測(cè)定熱影響區(qū)硬度的方法來(lái)確定其淬硬程度。換熱管與管板的連接采用脹接時(shí),換熱管材料的硬度值一般須低于管板材料的硬度

11、值。螺栓和螺母匹配使用，一般螺栓材料的硬度值須高于螺母3 0HB（4）韌性韌性是指材料抵抗沖擊載荷的性能指標(biāo),材料韌性用沖擊功AKV來(lái)衡量,沖 擊功AKV是指材料受到?jīng)_擊負(fù)荷的作用下，產(chǎn)生斷裂時(shí)所消耗能量大小的特性，即沖擊試 樣所消耗的功，其單位為 J。由于沖擊功AKV是金屬材料各項(xiàng)機(jī)械性能標(biāo)中對(duì)材料的化學(xué)成分、冶金質(zhì)量、組織狀態(tài)及 內(nèi)部缺陷等比較敏感的一個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，而且也是衡量材料脆性轉(zhuǎn)變和斷裂特性的重要指標(biāo)， 所以對(duì)壓力容器用鋼來(lái)說(shuō)，尤其是低溫壓力容器沖擊功是一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)。（5）溫度對(duì)材料機(jī)械性能的影響材料的屈服極限、強(qiáng)度極限和彈性模量隨溫度的升高而降低。如果設(shè)備的操作溫度較 高，則

12、必須選用在相應(yīng)溫度下能保持其強(qiáng)度指標(biāo)的材料。如果材料在高溫下承受高的應(yīng)力，則材料的抗蠕變性能是關(guān)鍵性的。材料蠕變極限指在某 一溫度下受恒定載荷作用時(shí)，在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi) （10 萬(wàn)小時(shí)）產(chǎn)生 1%的變形時(shí)的應(yīng)力 ;持 久極限是材料在某一溫度下受恒定載荷作用時(shí)，在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi) （10 萬(wàn)小時(shí)）引起斷裂 時(shí)的應(yīng)力在實(shí)際試驗(yàn)中，常常用較短時(shí)間的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)外推長(zhǎng)時(shí)間的性能，但一般限制 外推時(shí)間不得大于試驗(yàn)時(shí)間的 10 倍。持久強(qiáng)度是高溫元件設(shè)計(jì)選材的重要依據(jù)，是 GB150 中確定許用應(yīng)力的強(qiáng)度指標(biāo)之一低溫情況下，通常塑性金屬材料往往以脆性方式破壞。引起鋼制焊接壓力容器脆 性破壞的因素非常復(fù)雜。它

13、取決于材料的晶格結(jié)構(gòu)，板材的厚度，加工后的殘余應(yīng)力、結(jié) 構(gòu)缺陷以及材料的使用溫度。目前各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范均以夏比 v 型缺口沖擊試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)材料對(duì)脆性破壞的敏感性。2耐腐蝕性能應(yīng)力0.25耐腐蝕性能是金屬材料抵抗介質(zhì)腐蝕的能力。壓力容器中處理的介質(zhì)大多數(shù)具有腐蝕性的， 在設(shè)計(jì)中必須根據(jù)操作介質(zhì)來(lái)選擇耐腐蝕材料。引起材料腐蝕的因素多種多樣，工程中常將常見(jiàn)的腐蝕情況分為：均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、 腐蝕、晶間腐蝕、氫脆、磨蝕等。（1）均勻腐蝕均勻腐蝕是在整個(gè)金屬表面均勻地發(fā)生腐蝕，這種腐蝕相對(duì)其它形式的腐蝕其危害最小。GB15C中C2只考慮均勻腐蝕C2=KB其中B設(shè)計(jì)壽命（年）K 腐蝕速率（mm/年）一般分為不腐蝕

14、輕微腐蝕腐蝕重腐蝕B mm年123（2）應(yīng)力腐蝕 應(yīng)力腐蝕是指金屬在持久拉應(yīng)力和腐蝕性環(huán)境聯(lián)合作用下產(chǎn)生腐蝕 裂紋, 并使裂紋迅速擴(kuò)展 ,從而可能出現(xiàn)的早期性破壞的腐蝕形式 .幾種常見(jiàn)的應(yīng)力腐蝕環(huán)境a.碳鋼及低合金鋼焊制化工容器對(duì)介質(zhì) NaOHl勺應(yīng)力腐蝕與介質(zhì)濃度、溫度有關(guān)。當(dāng) NaOH溶液在其與烴類(lèi)的混合物中體積大于等于 5%寸，也應(yīng)根據(jù)NaOHS液的濃度符合該要求。NaOH溶液濃度小于等于1%或 NaOH溶液在其與烴類(lèi)的混合物中體積小于 5%寸，不受此限制NaOH溶液NaOH溶液重量%235100506070溫度上限CC)90888548434038152030476706554當(dāng)超過(guò)以

15、上范圍的碳鋼、低合金鋼材料需焊后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。b.濕H2S應(yīng)力腐蝕介質(zhì)同時(shí)符合下列條件時(shí)，即為濕 H2S應(yīng)力腐蝕環(huán)境： 溫度小于等于(60+2P) C；P 為壓力， MPa H2S分壓大于等于0.00035MPa即相當(dāng)于常溫在水中 H2S溶解度大于等于10p.p.m ; 介質(zhì)中含有液相水或處于水的露點(diǎn)溫度以下； PHV 9或有氰化物(HCN)存在。C.液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境當(dāng)容器接觸的液氨介質(zhì)同時(shí)符合下列各項(xiàng)條件時(shí)，即為液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境： 介質(zhì)為液態(tài)氨，含水量不高（W 0.2%）,且有可能受空氣（02或C02污染的場(chǎng)合； 使用溫度高于5 C。對(duì)于應(yīng)力腐蝕環(huán)境的容器除進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理，在焊

16、接要求、焊接接頭硬度等方面都要提出具體要求。奧氏體不銹鋼材料在氯化物溶液、高溫水、高濃度 NaOH等介質(zhì)往往產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。（ 3）氫腐蝕環(huán)境氫在常溫常壓下不會(huì)對(duì)鐵碳合金引起氫蝕，當(dāng)溫度在 200 C 300C發(fā)生“氫脆”，金屬在高 溫下與氫反應(yīng)生成甲烷，甲烷氣在晶界空隙內(nèi)引起裂紋，使材料的塑性降低，引起這種腐 蝕有合成氨、合成甲醇、石油加氫等工業(yè)生產(chǎn)，設(shè)計(jì)溫度大于等于200C與氫氣氛相接觸的壓力容器用鋼應(yīng)按納爾遜曲線(xiàn)選材，并應(yīng)留有 20C以上的溫度安全裕度。滿(mǎn)足于曲線(xiàn)的碳素鋼和珠光體耐熱鋼在氫氣氛中使用須經(jīng)過(guò)焊 后消除應(yīng)力熱處理。奧氏體不銹鋼在氫分壓范圍的氫氣中使用都是滿(mǎn)意的，焊后也無(wú)必要進(jìn)行

17、消除應(yīng) 力熱處理。（ 4）晶間腐蝕可能引起晶間腐蝕環(huán)境必須是存在電解質(zhì)的電化學(xué)腐蝕環(huán)境，奧氏體不銹鋼晶間腐蝕 的電解質(zhì)主要是酸性介質(zhì)。如：工業(yè)醋酸、甲酸、硝酸、草酸、鹽酸、硫酸、磷酸等。 防晶間腐蝕的措施： 1）固熔化處理 2）降低鋼中碳含量 3）添加穩(wěn)定碳化物的元素 （Nb.Ti. Ni ）3材料的物理性能材料的主要物理性能包括：密度 p、導(dǎo)熱系數(shù)入、比熱C、熔點(diǎn)tm、線(xiàn)膨脹系數(shù)a等。在不同的使用場(chǎng)合，對(duì)材料的物理性能有不同的要求，如用于傳熱表面的材料要求有較高的導(dǎo)熱系數(shù)。4制造工藝性能材料的工藝性能，選擇不合適，會(huì)造成加工困難。壓力容器應(yīng)考慮的制造工藝性能有焊接 性、鍛造性、切削加工性、熱

18、處理性及沖壓性等。對(duì)壓力容器來(lái)說(shuō)重要的是材料的焊接性 一般控制材料的含碳量小于 0.25%。材料的含碳量越高，熱影響區(qū)的硬化與脆化傾向越大，在焊接應(yīng)力作用下容易產(chǎn)生裂紋。奧氏體不銹鋼的使用溫度高于 525C時(shí)，鋼中含碳量應(yīng)不小于0.04%。因?yàn)閵W氏體不銹鋼的使用溫度500550C時(shí)，鋼中含碳量太低，強(qiáng)度和抗氧化性會(huì)顯著下降。（三）壓力容器用鋼1鋼板（1）碳鋼壓力容器常用的是碳素結(jié)構(gòu)鋼，包括普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。a. 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)要求，按碳素結(jié)構(gòu)鋼規(guī)定。質(zhì)量分A、B C D四級(jí)，以脫氧方法不同又分沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼。鎮(zhèn)靜鋼，是鋼液在澆注前經(jīng)過(guò)完全脫氧，凝固時(shí)

19、不沸騰，故稱(chēng)鎮(zhèn)靜鋼。這種鋼錠內(nèi)無(wú)氣泡， 鋼材質(zhì)量較高。鋼牌號(hào)由代表屈服強(qiáng)度的字母，屈服強(qiáng)度值，質(zhì)量等級(jí)符號(hào)等部分組成，如：Q215-AQ215-B Q235-AQ235-B Q235-C鋼板使用范圍GB700-88 P(MPa) T(G S（mm） 介質(zhì)限制Q235-B （做常溫沖擊試驗(yàn)） 1.6毒性為高度、極度危害介質(zhì)Q235-C （做0C沖擊試驗(yàn)） 2.5Q235-D （做-10 C沖擊試驗(yàn)）Q235-D Q255-A 255-B0350 20不得用于03502.5Mpa容器及密封要求高時(shí),使用溫度宜小于等于400 C30CrMoA 35CrMoA40Mn 45GB699GB3077 -1

20、9400適用于P 2.5Mpa容器及密封要求高時(shí),使用溫度宜小于等于400C25Cr2MoVA 30CrMoA35CrMoA GB3077（調(diào)質(zhì)）-19500適用于P 2.5Mpa容器及密封要求高時(shí),使用溫度宜小于等于500 C1Cr5Mo 1Cr5Mo GB1221-19600 且 S nS min+ C2式中：C厚度附加量C=C1+C2 mmC1鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏差，mmC2腐蝕裕量，mm鋼板圓整量；S min筒體最小厚度。如果已知圓筒尺寸，可校核在設(shè)計(jì)壓力作用下圓筒壁厚的應(yīng)力應(yīng)力校核式（T t=MPae =S n- CmmC= C1+C2， mm計(jì)算所得的應(yīng)力值，必須滿(mǎn)足（7 tWC

21、t 。最大允許工作壓力 Pw= Mpa球形殼體由于球形容器經(jīng)向應(yīng)力和周向應(yīng)力相等，因此其最大應(yīng)力7 1= 7 t=7m=上述公式中，如將D=Di+S代入并考慮了焊接接頭系數(shù) ，如采用第一強(qiáng)度理論時(shí)，即得 出W 7 t 所以可求出計(jì)算厚度SS =如果已知球殼尺寸，可校核在設(shè)計(jì)壓力 P作用下球殼壁的計(jì)算應(yīng)力應(yīng)力校核式71= 7 t MPa最大允許工作壓力Pw=MPa 3、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定1）設(shè)計(jì)壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮在工作情況下可能達(dá)到的工作壓力和對(duì)應(yīng)的工作溫度兩者組合中的各種工況，并以最苛刻工況下的工作壓力來(lái)確定設(shè)計(jì)壓力。表 設(shè)計(jì)壓力選取設(shè)計(jì)壓力內(nèi)壓容器 無(wú)安全泄放裝置 1.01.10 倍工作壓

22、力；裝有安全閥不低于（等于或稍大于）安全閥開(kāi)啟壓力 （安全閥開(kāi)啟壓力取1.051.10 倍工作壓力 ） ；裝有爆破片取爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力加制造范圍上限；容器位于泵進(jìn)口側(cè)，且無(wú)安全泄放裝置時(shí) 取無(wú)安全泄放裝置時(shí)的設(shè)計(jì)壓 力, 且以 0.1Mpa 外壓進(jìn)行校核；真空容器 無(wú)夾套真空容器 有安全泄放裝置 設(shè)計(jì)外壓力取 1.25 倍 最大內(nèi)外壓力差或O.IMPa兩者中的小值；無(wú)安全泄放裝置設(shè)計(jì)外壓力取 0.1Mpa；夾套內(nèi)為內(nèi)壓容器（真空）設(shè)計(jì)外壓力按無(wú)夾套真空容器規(guī)定選取1夾套（內(nèi)壓）設(shè)計(jì)內(nèi)壓力按內(nèi)壓容器規(guī)定選取；外壓容器設(shè)計(jì)外壓力取不小于在正常工作情況下可能產(chǎn)生的最大內(nèi)外壓力差注： 1.容器的計(jì)算

23、外壓力應(yīng)為設(shè)計(jì)外壓力加上夾套內(nèi)的設(shè)計(jì)內(nèi)壓力, 且必須校核在 夾套試驗(yàn)壓力. 外壓下的穩(wěn)定性。盛裝液化石油氣或混合液化石油氣的容器介質(zhì)50C飽和蒸汽壓力低于異丁烷50C的飽和蒸汽壓力時(shí)（如丁烷、丁烯、丁二烯）0.79MPa介質(zhì)50r飽和蒸汽壓力高于異丁烷50r的飽和蒸汽壓力時(shí)（如液態(tài)丙烷）1.77Mpa介質(zhì)50r飽和蒸汽壓力高于丙烷50r的飽和蒸汽壓力時(shí)（如液態(tài)丙烯）2.1MPa對(duì)裝有安全閥的壓力容器，容器的設(shè)計(jì)壓力、工作壓力、試驗(yàn)壓力與安全閥的排放壓力、 開(kāi)啟壓力之間的關(guān)系示意如下：壓力容器安全閥試驗(yàn)壓力排放壓力計(jì)算壓力設(shè)計(jì)壓力開(kāi)啟壓力工作壓力其中：安全閥排放壓力閥瓣達(dá)到規(guī)定開(kāi)啟高度時(shí)的進(jìn)口壓

24、力；安全閥開(kāi)啟壓力（整定壓力）閥瓣開(kāi)始離開(kāi)閥座，介質(zhì)呈連續(xù)排出狀態(tài)時(shí)，在安 全閥進(jìn)口測(cè)得的壓力?？紤]到安全閥閥瓣啟動(dòng)動(dòng)作的滯后，使容器不能馬上泄壓，因此容器設(shè)計(jì)壓力一般不低于 （等于或稍大于）安全閥開(kāi)啟壓力，開(kāi)啟壓力為 1.051.10 倍工作壓力。（1）對(duì)裝有爆破片的壓力容器容器的設(shè)計(jì)壓力、工作壓力及爆破片的爆破壓力之間的關(guān)系示意如下：壓力容器爆破片設(shè)計(jì)壓力 P最咼標(biāo)疋爆破壓力 Psmax （Psmax=Pb爆破片制造范圍上限）爆破片制造范圍設(shè)計(jì)爆破壓力 Pb最低標(biāo)定爆破片壓力 Psmin （Psmin=Pb -爆破片制造范圍下限）工作壓力 PW其中：標(biāo)定爆破壓力爆破片銘牌上標(biāo)志的爆破壓力

25、設(shè)計(jì)爆破壓力爆破片在指定溫度下的爆破壓力。最低標(biāo)定爆破壓力 Psmin 的大小與爆破片型式和工作壓力有關(guān)2）設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)可能達(dá)到的最高溫度 在任何情況下元件金屬的表面溫度不得超過(guò)鋼材的允許使用溫度 當(dāng)金屬溫度不可能通過(guò)傳熱計(jì)算或?qū)崪y(cè)結(jié)果確定時(shí)，設(shè)計(jì)溫度的選?。?容器器壁與介質(zhì)直接接觸且有外保溫（或保冷）時(shí)a. 設(shè)計(jì)溫度選取介質(zhì)工作溫度T 設(shè) 計(jì) 溫 度i n介質(zhì)工作溫度減010C介質(zhì)工作溫度減510C介質(zhì)工作溫度加1530CTV -20 C介質(zhì)最低工作溫度-20 Cw T 15C介質(zhì)最高工作溫度注：當(dāng)最高（低）工作溫度不明確時(shí)，按表中的n確定。b. 容器內(nèi)介質(zhì)用蒸

26、汽直接加熱或被內(nèi)置加熱元件（如加熱盤(pán)管、電熱元件等）間接加熱時(shí)， 設(shè)計(jì)溫度取最高工作溫度。c. 容器器壁兩側(cè)與不同溫度介質(zhì)直接接觸而可能出現(xiàn)單一介質(zhì)接觸時(shí)，應(yīng)以較高一側(cè)的工作溫度為基準(zhǔn)確定設(shè)計(jì)溫度，當(dāng)任一介質(zhì)溫度低于 -20 C時(shí)，則應(yīng)以該側(cè)的工作溫度為基準(zhǔn) 確定最低設(shè)計(jì)溫度。d. 安裝在室外無(wú)保溫的容器，當(dāng)最低設(shè)計(jì)溫度受地區(qū)環(huán)境溫度控制時(shí)，可按以下規(guī)定選取：（1）盛裝壓縮氣體的儲(chǔ)罐，最低設(shè)計(jì)溫度取環(huán)境溫度減 3C；（2）盛裝液體體積占容積 1/4 以上的儲(chǔ)罐，最低設(shè)計(jì)溫度取環(huán)境溫度。注：環(huán)境溫度取容器安裝地區(qū)歷年來(lái)“月平均最低氣溫”的最低值，e. 對(duì)裙座等室外鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)以環(huán)境溫度作為設(shè)計(jì)溫度

27、。3）厚度附加量厚度附加量 C=C1+C2 mm式中：C1鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏差，mmC2 腐蝕裕量，mm厚度負(fù)偏差 C1鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏差C1應(yīng)按相應(yīng)鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定選取，當(dāng)鋼板的厚度負(fù)偏差不大于0.25mm且不超過(guò)名義厚度的6%寸，負(fù)偏差可忽略不計(jì)。常用鋼板厚度負(fù)偏差鋼板標(biāo)準(zhǔn)GB6654-1996GB3531-1996鋼板厚度（ mm）全部厚度負(fù)偏差 C1 （ mm）0.25（取 C1=0m）m鋼板標(biāo)準(zhǔn)GB3274-88 GB3280-92 GB4237-92 GB4238-92鋼板厚度mm 5.57.5 7.525 2530 3034 3440 40505060 6080負(fù)偏差C1mm

28、0.60.80.91.01.11.2.31.8常用無(wú)縫鋼管（不包括換熱管）的厚度負(fù)偏差C1值鋼管標(biāo)準(zhǔn)種類(lèi)壁厚 (mm)負(fù)偏差 C1GB8163輸送流體用無(wú)縫鋼管冷拔 1.010%10%熱軋 2.512.5%GB9948石油裂化用無(wú)縫鋼管冷拔 1.010%熱軋12.5% 2010%GB/T14976流體輸送用不銹鋼無(wú)縫鋼管冷拔1314% 3.010%熱軋V 1512.5%12.5%15%12.5%GB6479化肥設(shè)備用高壓無(wú)縫鋼管冷拔 1.510%熱軋32012.5% 2010%GB5310高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管冷拔2310% 10%310%7.5%熱軋V 3.510%且 w 0.32mm10%,且

29、w 0.2mm3.52010% 10% 2010%7.5%3）腐蝕裕量 C2腐蝕裕量考慮的原則（1）與工作介質(zhì)接觸的筒體、封頭、接管、人（手）孔及內(nèi)部構(gòu)件等，均應(yīng)考慮腐蝕裕量。（2）下列情況一般不考慮腐蝕裕量：a 介質(zhì)對(duì)不銹鋼無(wú)腐蝕作用時(shí)（不銹鋼、不銹復(fù)合鋼板或有不銹鋼堆焊層的元件）；b可經(jīng)常更換的非受壓元件；c 有可靠的耐腐蝕襯里；d 法蘭的密封表面；e管殼式換熱器的換熱管； f 管殼式換熱器的拉桿、定距管、折流板和支持板等非受壓元件；g 用涂漆可以有效防止環(huán)境腐蝕的容器外表面及其外部構(gòu)件（如支座、支腿、底板及托架 等，但不包括裙座） （3）腐蝕裕量一般應(yīng)根據(jù)鋼材在介質(zhì)中的腐蝕速率和容器的設(shè)

30、計(jì)壽命確定。對(duì)有使用經(jīng)驗(yàn) 者，可以按經(jīng)驗(yàn)選取。（4）容器的設(shè)計(jì)壽命除有特殊要求外，塔、反應(yīng)器等主要容器一般不應(yīng)少于15 年，一般容器、換熱器等不少于 8 年。腐蝕裕量的選取1）容器筒體、封頭的腐蝕裕量a 介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸汽或水的碳素鋼或低合金鋼制的容器，其腐蝕裕量不得小于1.0mm。b、除a以外的其他情況可按下表確定筒體、封頭的腐蝕裕量。筒體、封頭的腐蝕裕量腐蝕程度不腐蝕輕微腐蝕腐蝕速率（mm年）V 0.05腐蝕裕量（mr）01注: 表中的腐蝕速率系指均勻腐蝕。腐蝕重腐蝕0.050.130.130.25 0.2523最大腐蝕裕量不應(yīng)大于6mm否則應(yīng)采取防腐措施2）容器接管（包括人、手孔）的

31、腐蝕裕量，一般情況下應(yīng)取殼體的腐蝕裕量（5）兩側(cè)同時(shí)與介質(zhì)接觸的元件，應(yīng)根據(jù)兩側(cè)不同的操作介質(zhì)選取不同的腐蝕裕量，兩者疊加作為總的腐蝕裕量。（6）容器地腳螺栓的腐蝕裕量可取 3mm。4）最小厚度S min當(dāng)設(shè)計(jì)壓力較低時(shí)，由內(nèi)壓強(qiáng)度計(jì)算公式算的計(jì)算厚度S較小，往往不能滿(mǎn)足制造、運(yùn)輸、安裝等方面的剛度要求，因而對(duì)容器規(guī)定了最小厚度 S min1. 對(duì)碳鋼和低合金鋼制容器 ,不小于 3mm；2. 對(duì)高合金鋼容器 , 不小于 2mm；3. 碳素鋼和低合金鋼制塔式容器的最小厚度為 2/1000的塔器內(nèi)直徑,且不小于4mm對(duì) 不銹鋼制塔式容器的最小厚度不小于 3mm；4. 管殼式換熱器殼體的最小厚度應(yīng)符

32、合 GB151管殼式換熱器的相應(yīng)規(guī)定。對(duì)于名義厚度取決于最小厚度且公稱(chēng)直徑較大、厚度較薄的容器，為防止在制造、運(yùn) 輸或安裝時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的變形，應(yīng)根據(jù)具體情況采取臨時(shí)的加固措施（如在容器的內(nèi)部設(shè)置 臨時(shí)支撐元件等）。復(fù)合鋼板復(fù)層的最小厚度a. 為保證工作介質(zhì)干凈（不被鐵離子污染）而采用的復(fù)合鋼板，其復(fù)層厚度不應(yīng)小于2mm；b. 為了防止工作介質(zhì)的腐蝕而采用的復(fù)合鋼板，其復(fù)層厚度不應(yīng)小于3mm；不銹鋼堆焊層在加工后的最小厚度為 3mm。對(duì)有防腐蝕襯里的碳鋼或低合金鋼制容器，其鋼殼的最小厚度為 5mm。5）許用應(yīng)力材料許用應(yīng)力是以材料的極限為應(yīng)力c為基礎(chǔ)，并選擇合理的安全系數(shù) n后而得的。即c =極限

33、應(yīng)力/安全系數(shù)n材料的極限應(yīng)力可以用各種不同方式表示，容器用的材料一般用強(qiáng)度極限、屈服極限或設(shè) 計(jì)溫度下持久極限 c tD 及蠕變極限 c tn 者說(shuō)來(lái)表示。與這些極限應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的安全系數(shù) 也有不同的數(shù)值。材料許用應(yīng)力的取法壓力容器中受壓元件的材料許用應(yīng)力確定，通常是以材料常溫下最低抗拉強(qiáng)度c b、設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn) c ts 除以各自的安全系數(shù)后所得的最小值，作為受壓元件設(shè)計(jì)時(shí)的許用應(yīng) 力，即取以下最小值。 c = c b/nb; c t= c ts/ ns當(dāng)碳素鋼或低合金鋼的設(shè)計(jì)溫度超過(guò) 380-420 C,合金鋼（如CrMo鋼等）設(shè)計(jì)溫度超過(guò) 450C ;奧氏體不銹鋼的設(shè)計(jì)溫度超過(guò) 55

34、0C時(shí)，必須同時(shí)考慮高溫持久強(qiáng)度或蠕變強(qiáng)度作 為計(jì)算許用應(yīng)力。c t= c tD/n tD 或c t= c tn/nn材料的蠕變強(qiáng)度對(duì)于化工容器用的材料常以一定溫度下，經(jīng)過(guò) 10萬(wàn)小時(shí)（約 11年）產(chǎn)生 1%的蠕變總變形，為該材料在某高溫下的蠕變強(qiáng)度，以此蠕變強(qiáng)度作為計(jì)算許用應(yīng)力的基準(zhǔn)。這種確定應(yīng)力的方法，是以限制容器產(chǎn)生一定量的塑性變形為依據(jù)的。材料的持久強(qiáng)度極限對(duì)于化工容器用的材料常以一定溫度下，經(jīng)過(guò) 10 萬(wàn)小時(shí)后產(chǎn)生的斷裂 應(yīng)力作為設(shè)計(jì)用的持久強(qiáng)度極限。近年來(lái)還比較多地采用持久極限來(lái)代替蠕變極限作為確定許用應(yīng)力的依據(jù)，這是因?yàn)殚L(zhǎng)期在高溫下工作的材料通常出現(xiàn)小變形的斷裂現(xiàn)象。例如碳鋼在經(jīng)

35、過(guò)105小時(shí)后斷裂時(shí)，其相對(duì)伸長(zhǎng)率S不超過(guò)10%而在變形大于4-5%寸即有脆性斷裂的危險(xiǎn)性。采用持久極限可以直接反映出高溫長(zhǎng)期工作時(shí)對(duì)斷裂的抗力。綜上所述，在高溫下許用應(yīng)力系取下列四者中的最小值(T =(T b/nb ;(T =(T s/ns ;或(T =(T ts/nser =(T tD/nD (T =(T tn/nn式中e b、e s材料在常溫下的強(qiáng)度極限和屈服極限MPae tD材料在設(shè)計(jì)壁溫下經(jīng)10萬(wàn)小時(shí)斷裂的持久極限 MPae ts 材料在設(shè)計(jì)壁溫下的屈服極限，亦可取產(chǎn)生殘余變形達(dá)的條件屈服極限， MPa;e tn 材料在設(shè)計(jì)壁溫下的蠕變極限，MPa;nb、ns、nD nn分別為強(qiáng)度極

36、限、屈服極限、持久強(qiáng)度、蠕變極限的安全系數(shù)。e = e b/nb , e ts/ns, e tn/nn, 或 e tD/nD,min安全系數(shù) n 的選擇 安全系數(shù)是用以保證受壓元件安全的系數(shù)。它的選擇是設(shè)計(jì)中關(guān)鍵的問(wèn)題，也是一個(gè)復(fù)雜 的問(wèn)題。它的大小與設(shè)計(jì)水平、材料質(zhì)量、制造方法、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)備操作狀態(tài)等有著 密切關(guān)系。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和實(shí)踐資料的積累，各國(guó)壓力容器的安全系數(shù)都有 所降低。容器的安全系數(shù)強(qiáng)度性能安全系數(shù)材料常溫下最低抗拉強(qiáng)度(7 b常溫或設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)7 s 或 7 ts設(shè)計(jì)溫度下經(jīng) 10 萬(wàn)小時(shí)斷裂的持久強(qiáng)度 7 tD設(shè)計(jì)溫度下經(jīng) 10 萬(wàn)小時(shí)蠕變率為 1%的蠕

37、變極限tn平均值最小值nbnsnD碳素鋼、低合金鋼、鐵素體高合金3 1.6 1.5 1.25 1.0奧氏體高合金鋼 1.5 1.5 1.251.0注: 當(dāng)部件的設(shè)計(jì)溫度不到蠕變溫度范圍 , 且允許有微量的永久變形時(shí) ,可適當(dāng)提高許用應(yīng)力 ,但不超過(guò) 0.97 ts 。此規(guī)定不適用于法蘭或其他有微量永久變形就產(chǎn)生泄漏稅或故障的場(chǎng) 合。螺栓安全系數(shù)材料螺栓直徑 mm熱處理狀態(tài)設(shè)計(jì)溫度下屈服點(diǎn)7 tS的設(shè)計(jì)溫度下經(jīng)10萬(wàn)小時(shí)斷裂的持久強(qiáng)度（7 Dt平均值的nD碳素鋼 M22M24 M48熱扎?正火1.2.5低合金鋼馬氏體高合金鋼 52調(diào)質(zhì)2.3.02.71.5奧氏體高合金鋼2的整數(shù)。剛性圓筒是指 L

38、/D 較小，而 S /D 較大，筒體的剛性較好，破壞的原因是圓筒壁內(nèi)的壓縮應(yīng) 力超過(guò)了材料的屈服限，并非是發(fā)生了失穩(wěn)。對(duì)剛性圓筒只考慮強(qiáng)度要求。由上所述，圓筒的“長(zhǎng)”和“短”是指相對(duì)于直徑來(lái)說(shuō)的。長(zhǎng)、短圓筒以及剛性圓筒的臨 界壓力是各不相同的，有其各自的計(jì)算方法。3)圓筒體臨界壓力的計(jì)算長(zhǎng)圓筒臨界壓力Pcr=2.19E(E圓筒材料在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模數(shù)由上式可見(jiàn)，長(zhǎng)圓筒臨界壓力僅與筒體S e/D及E有關(guān)。式僅限于彈性范圍內(nèi)使用，即失穩(wěn)時(shí)應(yīng)力應(yīng)低于屈服強(qiáng)度。短圓筒臨界壓力Pcr=2.6E剛性圓筒由臨界壓力引起的臨界應(yīng)力為Qcr= PcrD/2 S e外壓短而厚的剛性圓筒，其破壞是由于圓筒壁的壓縮應(yīng)力超過(guò)材料設(shè)計(jì)溫度下的屈服極限，不存在穩(wěn)定性問(wèn)題。強(qiáng)度校核公式為(T = Lcr屬長(zhǎng)圓筒，若Lv Lcr則屬短圓筒。外壓圓筒的計(jì)算與S e /DO （ D0為圓筒外直徑）有關(guān)。S e /DO 0.04時(shí)，筒壁應(yīng)力達(dá)屈服極限前不可能被壓癟，此條件下任何 S e /D0 值均按剛性圓筒計(jì)算。5）計(jì)算長(zhǎng)度圓筒的計(jì)算長(zhǎng)度指筒體外部或內(nèi)部?jī)蓜傂詷?gòu)件之間的最大距離，筒體外部焊接的角鋼加強(qiáng) 圈，筒體內(nèi)