壓力容器設計參數(shù)的確定

1、壓力容器設計參數(shù)的確定1）設計壓力容器設計時，必須考慮在工作情況下可能達到的工作壓力和對應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確定設計壓力。表設計壓力選取設計壓力無安全泄放裝置1.01.10倍工作壓力;裝有安全閥不低于（等于或稍大于）安全閥開啟壓力（安全閥開啟壓力取1.051.10倍工作壓力）；裝有爆破片取爆破片設計爆破壓力加制造范圍上限;容器位于泵進口側，且無取無安全泄放裝置時的設計壓力，且以安全泄放裝置時0.1Mpa外壓進行校核;無夾套設計外壓力取1.25倍最大內外壓力差或有安全泄放裝置真空容0.1MPa兩者中的小值;無安全泄放裝置設計外壓力取0.1Mpa；容器（真

2、空）設計外壓力按無夾套真空容器規(guī)定選取1夾套內夾套（內壓）設計內壓力按內壓容器規(guī)定選取;為內壓外壓容器設計外壓力取不小于在正常工作情況下可能產(chǎn)生的最大內外壓力差注：1容器的計算外壓力應為設計外壓力加上夾套內的設計內壓力，且必須校核在夾套試驗壓力.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501飽和蒸汽壓力低于異丁烷501的飽和蒸汽壓力時（如丁烷、丁烯、丁二烯）0.79MPa介質501飽和蒸汽壓力髙于異丁烷501的飽和蒸汽壓力時（如液態(tài)丙烷）1.77Mpa介質501飽和蒸汽壓力髙于丙烷501的飽和蒸汽壓力時（如液態(tài)丙烯）2.1MPa對裝有安全閥的壓力容器，容器的設計壓力、工作壓力、

3、試驗壓力與安全閥的排放壓力、開啟壓力之間的關系示意如下：壓力容器安全閥試驗壓排放壓力計算壓力設計壓力開啟壓力工作壓力其中：安全閥排放壓力閥瓣達到規(guī)定開啟高度時的進口壓力；安全閥開啟壓力（整定壓力）閥瓣開始離開閥座，介質呈連續(xù)排出狀態(tài)時，在安全閥進口測得的壓力?？紤]到安全閥閥瓣啟動動作的滯后，使容器不能馬上泄壓，因此容器設計壓力一般不低于（等于或稍大于）安全閥開啟壓力，開啟壓力為1.051.10倍工作壓力。（1）對裝有爆破片的壓力容器容器的設計壓力、工作壓力及爆破片的爆破壓力之間的關系示意如下：設計壓力P爆破片制造范圍壓力容器爆破片最高標定爆破壓力Psmax（Psmax=P+b爆破片制造范圍上限

4、）設計爆破壓力Pb最低標定爆破片壓力Psmin（Psmin=Pb-爆破片制造范圍下限）工作壓力PW其中：標定爆破壓力爆破片銘牌上標志的爆破壓力設計爆破壓力爆破片在指定溫度下的爆破壓力。最低標定爆破壓力P的大小與爆破片型式和工作壓力有關smin2）設計溫度設計溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)可能達到的最高溫度。在任何情況下元件金屬的表面溫度不得超過鋼材的允許使用溫度。當金屬溫度不可能通過傳熱計算或實測結果確定時，設計溫度的選取容器器壁與介質直接接觸且有外保溫（或保冷）時a. 設計溫度選取介質工作溫度T設計溫度IIITV-20C介質最低工作溫度介質工作溫度減00c-20CWTW15C介質最低工作溫度

5、介質工作溫度減510CT15C介質最髙工作溫度介質工作溫度加15、30C注：當最髙（低）工作溫度不明確時，按表中的II確定。b. 容器內介質用蒸汽直接加熱或被內置加熱元件（如加熱盤管、電熱元件等）間接加熱時，設計溫度取最髙工作溫度。c. 容器器壁兩側與不同溫度介質直接接觸而可能出現(xiàn)單一介質接觸時，應以較髙一側的工作溫度為基準確定設計溫度，當任一介質溫度低于-201時，則應以該側的工作溫度為基準確定最低設計溫度。d. 安裝在室外無保溫的容器，當最低設計溫度受地區(qū)環(huán)境溫度控制時,可按以下規(guī)定選?。海?）盛裝壓縮氣體的儲罐，最低設計溫度取環(huán)境溫度減31；（2）盛裝液體體積占容積1/4以上的儲罐，最低

6、設計溫度取環(huán)境溫度。注：環(huán)境溫度取容器安裝地區(qū)歷年來“月平均最低氣溫”的最低值，e. 對裙座等室外鋼結構，應以環(huán)境溫度作為設計溫度。3）厚度附加量厚度附加量C=C+Cmm12式中：C鋼板或鋼管的厚度負偏差，mm；1C腐蝕裕量，mm。2厚度負偏差C1鋼板或鋼管的厚度負偏差C應按相應鋼材標準的規(guī)定選取，當鋼1板的厚度負偏差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的6%時，負偏差可忽略不計。常用鋼板厚度負偏差鋼板標準GB6654-1996GB3531T996鋼板厚度（mm）全部厚度負偏差C(mm)10.25(取C=0mm)1鋼板標準GB3274-88GB3280-92GB4237-92GB4238-92

7、鋼板厚度5.57.5mm75、25253030343440405050606080負偏差Cmm10.60.80.91.01.11.21.31.8常用無縫鋼管（不包括換熱管）的厚度負偏差C值1鋼管標準種類壁厚(mm)負偏差C1GB8163輸送流體用無縫鋼管冷拔1.010%10%熱軋$2.512.5%GB9948石油裂化用無縫鋼管冷拔1.010%熱軋W2012.5%2010%GB/T14976流體輸送用不銹鋼無縫鋼管冷拔1314%3.010%熱軋2010%GB5310髙壓鍋爐用無縫鋼管冷拔2310%10%310%7.5%熱軋2010%7.5%3）腐蝕裕量C2腐蝕裕量考慮的原則（1）與工作介質接觸的

8、筒體、封頭、接管、人（手）孔及內部構件等，均應考慮腐蝕裕量。（2）下列情況一般不考慮腐蝕裕量：a介質對不銹鋼無腐蝕作用時（不銹鋼、不銹復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）腐蝕裕量一般應根據(jù)鋼材在介質中的腐蝕速率和容器的設計壽命確定。對有使用經(jīng)驗者，可以按經(jīng)驗選取。（4）容器的設計壽命除有特殊要求外，塔、反應器等主要容器一般不應少于15年，一般容器、

9、換熱器等不少于8年。腐蝕裕量的選?。?）容器筒體、封頭的腐蝕裕量a介質為壓縮空氣、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重腐蝕腐蝕速率（mm/年）0.25腐蝕裕量（mm）0212223注:表中的腐蝕速率系指均勻腐蝕。最大腐蝕裕量不應大于6mm，否則應采取防腐措施。（2）容器接管（包括人、手孔）的腐蝕裕量，一般情況下應取殼體的腐蝕裕量。（3）筒體內側受力焊縫應取與筒體相同的腐蝕裕量。（4）容器各部分的介質腐蝕速率不同時，則可取不同腐蝕裕量（5）兩側同時與介質接觸的元

10、件，應根據(jù)兩側不同的操作介質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Smin當設計壓力較低時，由內壓強度計算公式算的計算厚度較小，往往不能滿足制造、運輸、安裝等方面的剛度要求，因而對容器規(guī)定了最小厚度Smin1. 對碳鋼和低合金鋼制容器,不小于3mm；2. 對髙合金鋼容器,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的塔器內直徑，且不小于4mm；對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符合GB151管殼式換熱器的相應規(guī)定。對于名義厚度取決于最小厚度且公稱直徑較大、厚度較薄的容器，

11、為防止在制造、運輸或安裝時產(chǎn)生過大的變形，應根據(jù)具體情況采取臨時的加固措施（如在容器的內部設置臨時支撐元件等）。復合鋼板復層的最小厚度a. 為保證工作介質干凈（不被鐵離子污染）而采用的復合鋼板，其復層厚度不應小于2mm；b. 為了防止工作介質的腐蝕而采用的復合鋼板，其復層厚度不應小于3mm；不銹鋼堆焊層在加工后的最小厚度為3mm。對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）許用應力材料許用應力是以材料的極限應力。為基礎，并選擇合理的安全系數(shù)n后而得的。即。=極限應力/安全系數(shù)n材料的極限應力可以用各種不同方式表示，容器用的材料一般用強度極限、屈服極限或設計溫度下持久極限

12、ot及蠕變極限Ot者Dn說來表示。與這些極限應力相對應的安全系數(shù)也有不同的數(shù)值。材料許用應力的取法壓力容器中受壓元件的材料許用應力確定，通常是以材料常溫下最低抗拉強度。、設計溫度下的屈服點ot除以各自的安全系數(shù)后所bs得的最小值，作為受壓元件設計時的許用應力，即取以下最小值。o=o/n;ot=ot/nbbss當碳素鋼或低合金鋼的設計溫度超過380-4201，合金鋼（如CrMo鋼等）設計溫度超過4501；奧氏體不銹鋼的設計溫度超過5501時，必須同時考慮高溫持久強度或蠕變強度作為計算許用應力。ot=ot/nt或ot=ot/nDDnn材料的蠕變強度對于化工容器用的材料常以一定溫度下，經(jīng)過10萬小時

13、（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度，以此蠕變強度作為計算許用應力的基準。這種確定應力的方法，是以限制容器產(chǎn)生一定量的塑性變形為依據(jù)的。材料的持久強度極限對于化工容器用的材料常以一定溫度下，經(jīng)過10萬小時后產(chǎn)生的斷裂應力作為設計用的持久強度極限。近年來還比較多地采用持久極限來代替蠕變極限作為確定許用應力的依據(jù)，這是因為長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)過105小時后斷裂時，其相對伸長率不超過10%,而在變形大于4-5%時即有脆性斷裂的危險性。采用持久極限可以直接反映出高溫長期工作時對斷裂的抗力。綜上所述，在高溫下許用應力系取下列四者中的最小值

14、o=o/n；bbo=o/n；或。=ot/nsssso=ot/no=ot/nDDnn式中。、。材料在常溫下的強度極限和屈服極限MPabs一一材料在設計壁溫下經(jīng)10萬小時斷裂的持久極限MPaD一一材料在設計壁溫下的屈服極限，亦可取產(chǎn)生殘余變s形達的條件屈服極限，MPa；材料在設計壁溫下的蠕變極限，MPa；nn、n、n、n分別為強度極限、屈服極限、持久強度、bsDn蠕變極限的安全系數(shù)。=o/not/ns,ot/n,或ot/n,minbb,snnDD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)。它的選擇是設計中關鍵的問題，也是一個復雜的問題。它的大小與設計水平、材料質量、制造方法、檢驗標準以及

15、設備操作狀態(tài)等有著密切關系。近年來，隨著科學技術發(fā)展和實踐資料的積累，各國壓力容器的安全系數(shù)都有所降低。容器的安全系數(shù)強度性能安全系數(shù)材料常溫下最低抗拉強度ob常溫或設計溫度下的屈服點o或otss設計溫度下經(jīng)10萬小時斷裂的持久強度otD設計溫度下經(jīng)10萬小時蠕變率為1%的蠕變極限otn平均值最小值nbnsnD碳素鋼、低合金鋼、鐵素體髙合金鋼2321.621.521.2521.0奧氏體髙合金鋼一21.521.521.2521.0注:當部件的設計溫度不到蠕變溫度范圍,且允許有微量的永久變形時,可適當提髙許用應力，但不超過0.9ot。此規(guī)定不適用于法蘭或s其他有微量永久變形就產(chǎn)生泄漏稅或故障的場合

16、。螺栓安全系數(shù)材料螺栓直徑mm熱處理狀態(tài)設計溫度下設計溫度下屈服點的S0S經(jīng)10萬小時斷裂的持久強度。t平均D值的nD碳素鋼WM22M24M48熱扎正火1.72.5低合金鋼馬WM222.5氏體髙合金M24M48調質3.01.5鋼$522.7奧氏體髙合金鋼WM22M24M48固溶1.61.5球形貯罐在安全系數(shù)上與圓筒容器有所不同,根據(jù)球形貯罐采用低合金鋼及使用經(jīng)驗基礎上，提出安全系數(shù)要考慮材料屈強比Y的因素,因為材料隨著Y的增加其塑性儲備會降低，應在安全系數(shù)上反映出來,故我國鋼制球形儲罐，取n=l/0.5（1.6-Y）（Y鋼材的屈服極限與抗極限之比值）。6）焊接接頭系數(shù)由于焊縫金屬可能存在著未被

17、發(fā)現(xiàn)的缺陷，夾渣、未焊透、裂紋、氣孔等缺陷使焊接接頭金屬的強度降低。同時在焊接接頭的熱影響區(qū)往往形成粗大晶粒而使金屬母材強度或塑性也有所降低，因此形成壓力容器薄弱的區(qū)域。實踐證明，許多容器破壞總是在其熱影響區(qū)或焊縫開始的。所以在強度計算中要引用焊接接頭系數(shù)以彌補焊接接頭對容器強度的削弱。焊接接頭系數(shù)少=焊縫區(qū)材料強度/本體材料強度W1焊接接頭系數(shù)大小與以下主要因素有關：a. 焊接接頭的結構形式：旱接接頭設計是保證焊縫質量的重要條件。一般雙面焊的對接焊縫以及相當于雙面焊（氬弧焊打底單面焊雙面成型）的對接焊縫，焊接接頭能焊透焊縫質量容易保證，故焊接接頭系數(shù)可取大些。單面焊不易保證焊透，帶墊板的單面

18、焊焊縫根部易形成初始裂紋，故焊接接頭系數(shù)應取小些。b. 焊接接頭無損檢測的長度比例。經(jīng)過無損檢查（包括射線透視和超聲波探傷等）焊接接頭質量有保證，無損檢查比例越高（100%），缺陷愈少，焊接接頭系數(shù)d可取大些。7）公稱直徑和公稱壓力公稱直徑DN鋼板卷制容器的公稱直徑是指內徑，它是一種經(jīng)標準化后的尺寸當工藝計算確定直徑后，還應取用與計算直徑相近的公稱直徑作容器直徑。這樣，就便于與已經(jīng)按公稱直徑制造的封頭、法蘭相配。加快設備制造速度，降低設備制造費用。若采用鋼管作筒體時，容器的直徑按鋼管273、325、377、426mm等選取，此時容器公稱直徑系指鋼管外徑。公稱壓力PN把壓力容器所承受的壓力也分成

19、若干壓力等級，經(jīng)過標準化后的壓力數(shù)值稱為公稱壓力，目前我國所制定的壓力等級分為；0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4、10、16、20、22、32MP。在a容器設計中、選用容器零部件時，應按設計壓力相近而又大些的公稱壓力取用。當容器零部件設計溫度升高且影響金屬材料強度極限時，則就要按更高一級的公稱壓力取用零部件。8）壓力試驗容器制成或檢修后，在投入運轉之前要檢查容器的宏觀強度（主要是焊縫的強度）和密閉性，因而要進行壓力試驗，試驗合格后才能進行運轉。對需作焊后熱處理的容器，應在全部焊接工作完畢并經(jīng)熱處理后進行壓力試驗。如果容器壓力試驗后，需進行補焊或補焊后又經(jīng)熱處理，則必須重

20、新進行壓力試驗，一般根據(jù)容器的特點選用液壓或氣壓試驗，并根據(jù)介質的特點決定是否進行致密性試驗。壓力試驗a.液壓試驗液壓試驗逐步地增壓到試驗壓力為止。保壓時間一般不少于30分鐘。然后將壓力降至規(guī)定試驗壓力的80%，并保持足夠長的時間以對所有焊縫和連接部位進行檢查。試驗液體一般采用水需要時也可采用不會導致發(fā)生危險的其他液體。試驗時液體的溫度應低于其閃點或沸點。奧氏體不銹鋼制容器用水進行液壓試驗后應將水漬去除干凈。當無法達到這一要求時，應控制水的氯離子含量不超過25mg/L。以防止氯離子d對奧氏體不銹鋼的應力腐蝕。碳素鋼、16MnR和正火15MnVR鋼制容器液壓試驗時，液體溫度不得低于51；其他低合

21、金鋼制容器，液壓試驗時液體溫度不得低于151。如果由于板厚等因素造成材料無延性轉變溫度升髙，則需相應提高試驗液體溫度。當設計溫度大小或等于100C時，有些鋼材由于板厚增加等原因機械性能已開始下降,機械性能的下降使得材料許用應力也顯著降低這時在常溫條件下進行液壓試驗時，必須提髙液壓試驗壓力，乘以系數(shù)o/ot.b氣壓試驗一般設備的試壓都應首先要求作液壓試驗，因為液壓試驗尤其是水壓試驗既安全，又經(jīng)濟。而氣壓危險性大，故只有不適合于做液壓試驗的容器，例如，由于結構或支承原因，或生產(chǎn)時裝入貴重催化劑要求烘干的容器，或在操作過程中不允許存在有微量殘留液體的容器，可在設計圖樣規(guī)定采用氣壓試驗。氣壓試驗所用氣

22、體，應為干燥、潔凈的空氣、氮氣或其他惰性氣體。具有易燃介質的在用壓力容器，必須進行徹底的清洗和置換，否則嚴禁用空氣作為試驗介質。碳素鋼和低合金鋼制壓力容器的試驗用氣體溫度不得低于15C；其他材料制壓力容器，其試驗用氣體溫度應符合設計圖樣規(guī)定。試驗時壓力應緩慢升壓，升壓至規(guī)定試驗壓力的10%，保壓5分鐘，并對所有焊縫和連接部位進行初次檢查；如無泄漏可繼續(xù)升壓到規(guī)定試驗壓力的50%；如無異常現(xiàn)象，其后按每級為規(guī)定試驗壓力的10%，逐級升壓到試驗壓力，應根據(jù)容積大小保壓10-30分鐘；然后降至設計壓力，保壓進行檢查，其保壓時間不少于30分鐘。檢查期間壓力應保持不變。不得采用連續(xù)加壓以維持試驗壓力不變

23、的做法。不得在壓力下緊固螺栓。經(jīng)肥皂液或其他檢漏液檢查無漏氣，無可見的異常變形即為合格。若有滲漏經(jīng)返修后再按上述規(guī)定重新試驗。為了保證安全，氣壓試驗前必須全面檢查容器質量，對容器的焊縫應進行100%探傷，試驗時應有必要的防護措施，試驗壓力PT（1）內壓容器液壓試驗P=1.25P空T氣壓試驗P=1.15P旦TQ式中：P設計壓力，MPa；。試驗溫度下的材料許用應力，MPaot設計溫度下的材料許用應力，MPa容器各元件（圓筒、封頭、接管、法蘭及緊固件）所用材料不同時，應取各元件材料的o/ot比值中最小者。（2）外壓容器和真空容器外壓容器和真空容器按內壓容器進行試驗液壓試驗壓力PP=1.25pTT氣壓

24、試驗壓力PP=1.15pTT式中：P設計外壓力，MPa（3）夾套容器對于帶夾套的容器，應在圖樣上分別注明內筒和夾套的試驗壓力當內筒設計壓力為正值時，按內壓確定試驗壓力。當內筒設計壓力為負值時節(jié)，按外壓進行液壓試驗。在內筒液壓試驗合格后，再焊接夾套。并對夾套進行壓力試驗，在確定了試驗壓力后，必須校核內筒在該試驗外壓力作用下的穩(wěn)定性。如果不能滿足穩(wěn)定要求，則應規(guī)定在作夾套的液壓試驗時，必須同時在內筒保持一定壓力，以使整個試驗過程(包括升壓、保壓和卸壓)中的任一時間內，夾套和內筒的壓力差不超過設計壓差。圖樣上應注明這一要求，以及試驗壓力和允許壓差。對立式容器臥置進行液壓試驗時，試驗壓力應為立置時的試驗壓力加液柱靜壓力。應力校核由于試驗壓力大于設計壓力，故試驗時容器內應力勢必要增大。所以在試驗前必須對容器在試驗條件下產(chǎn)生的應力進行校核。校核時所取的壁厚度。同時還應計入液柱靜壓力。液壓試驗時，圓筒的薄膜應力校核式o=PT(D+&)W0.9os(o)T25e.2氣壓試驗時圓筒的薄膜應力校核式o=Pt(D+e)W0.8os(o)T2&.2式中D圓筒的內直徑，m