GB150壓力容器講解

1、GB150T998鋼制壓力容器講解一、概述1、標(biāo)準(zhǔn)適用的壓力圍GB1501998鋼制壓力容器設(shè)計(jì)壓力P：0.135MPa；真空度：三0.02MPaJB473295鋼制壓力容器-分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)壓力P：0.1100MPa真空度：三0.02MPa/T47351997鋼制焊接常壓容器設(shè)計(jì)壓力P：圓筒形容器：-0.02MPaWPWO.1MPa立式圓筒形儲(chǔ)罐、圓筒形料倉-500PaWPW0.2000Pa矩形容器：連通大氣JB47102000鋼制塔式容器設(shè)計(jì)壓力P：0.135MPa(對工作壓力0.1MPa壓塔器,P取0.1MPa)高度圍h10m且h/D(直徑)52、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的載荷壓、外壓或最大壓差；液

2、體靜壓力(25%P)；需要時(shí)，還應(yīng)考慮以下載荷容器的自重(件和填料)，以及正常工作條件下或壓力試驗(yàn)狀態(tài)下裝物料的重力載荷；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；風(fēng)載荷、地震力、雪載荷；支座、座底圈、支耳及其他形式支撐件的反作用力；連接管道和其他部件的作用力；溫度梯度或熱膨脹量不同引起的作用力；包括壓力急劇波動(dòng)的沖擊載荷；沖擊反力,如流體沖擊引起的反力等；運(yùn)輸或吊裝時(shí)的作用力。3、設(shè)計(jì)單位的職責(zé)設(shè)計(jì)單位應(yīng)對設(shè)計(jì)文件的正確性和完整性負(fù)責(zé)。壓力容器的設(shè)計(jì)文件至少應(yīng)包括設(shè)計(jì)計(jì)算書和設(shè)計(jì)圖樣。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容器圍GB150管轄的容器圍是指殼體及其連為整

3、體的受壓零部件1)2)等4)容器與外部管道連接接管、人孔、手孔等的承壓封頭、平蓋及其緊固件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）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)的最大外壓力差。設(shè)計(jì)壓力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

4、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（安全閥開啟壓力或爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力）的依據(jù)。安全閥的開啟壓力Pz安全閥閥瓣開始離開閥座，介質(zhì)呈連續(xù)排出狀態(tài)時(shí)，在安全閥進(jìn)口測得的壓力。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

5、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Smin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足強(qiáng)度及穩(wěn)定性要求，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Sd計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和

6、名義厚度（即圖樣厚度）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Se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)對材料的脆化作用及其是否易燃、易爆、有毒等）、制造工藝、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

7、來的特性，如強(qiáng)度、彈性、硬度、韌性及塑性等。也可稱為“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)出來的不同特性指標(biāo)，來衡量金屬材料的機(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（ots）和強(qiáng)度極限（ob）。數(shù)值由拉伸試驗(yàn)獲得。高溫時(shí)還要考慮蠕變極限（otn）和持久極限（otD）。壓力容器用材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（os/ob）。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)

8、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（）來表示。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。

9、一般碳鋼、碳錳鋼S216%，其它合金鋼S214%。（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，也可以說是材料對局部塑性的抗力。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?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ob=0.36HB；軋制、正火或退火的中碳鋼ob=0.35HB；硬度HBW250經(jīng)熱處理

10、的合金鋼ob=0.34HB；硬度HB250400,經(jīng)熱處理的合金鋼ob=0.33HB；由于測定硬度方便，在生產(chǎn)中常用測定硬度的方法來估算鋼材的強(qiáng)度。對焊接接頭，也常用測定熱影響區(qū)硬度的方法來確定其淬硬程度。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30HB。（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)中對材料的化學(xué)成分、冶金質(zhì)量、組織

11、狀態(tài)及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)，所以對壓力容器用鋼來說，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（10萬小時(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（10萬小時(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)果來外推

12、長時(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。目前各國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)均以夏比v型缺口沖擊試驗(yàn)來檢驗(yàn)材料對脆性破壞的敏感性。2耐腐蝕性能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，工程中常將常見的腐蝕情況分為：均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐

13、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，這種腐蝕相對其它形式的腐蝕其危害最小。GB150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）一般分為不腐蝕輕微腐蝕腐蝕重腐蝕Bmm/年0.050.050.130.130.2520.25C2mm0212223（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.幾種常見的應(yīng)力腐蝕環(huán)境:碳鋼及低合金鋼焊制化工容器對介質(zhì)NaOH的應(yīng)力腐蝕與介質(zhì)濃度、溫度有關(guān)。當(dāng)NaOH溶液在其與烴類的混合物中體積大于等于5%時(shí)，也應(yīng)根據(jù)Na

14、OH溶液的濃度符合該要求。NaOH溶液濃度小于等于1%或NaOH溶液在其與烴類的混合物中體積小于5%時(shí)，不受此限制。NaOH溶液NaOH溶液重量%2351015203040506070溫度上限代）9088857670655448434038當(dāng)超過以上圍的碳鋼、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）l；P為壓力，MPaH2S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；PHV9或有氰化物（HCN）存在。C.液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境當(dāng)

15、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（0.2%），且有可能受空氣（O2或CO2）污染的場合；使用溫度高于一51。對于應(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)對鐵碳合金引起氫蝕，當(dāng)溫度在20013001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2001與氫氣氛相接觸的壓力容

16、器用鋼應(yīng)按納爾遜曲線選材，并應(yīng)留有201以上的溫度安全裕度。滿足于曲線的碳素鋼和珠光體耐熱鋼在氫氣氛中使用須經(jīng)過焊后消除應(yīng)力熱處理。奧氏體不銹鋼在氫分壓圍的氫氣中使用都是滿意的，焊后也無必要進(jìn)行消除應(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、線膨脹系數(shù)a等。在不同的使用場合，對材料的物理性能有不

17、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、熱處理性及沖壓性等。對壓力容器來說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5251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5005501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

18、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，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)過完全脫氧，凝固時(shí)不沸騰，故稱鎮(zhèn)靜鋼。這種鋼錠無氣泡，鋼材質(zhì)量較高。鋼牌號由代表屈服強(qiáng)度的字母，屈服強(qiáng)度值，質(zhì)量等級符號等部分組成如：Q215-AQ215-BQ235-AQ235-BQ235-CQ235-DQ255-A255-B鋼板使用圍GB700-88P(MPa)T代）5(mm)介質(zhì)限制Q235-B（做常溫沖擊試驗(yàn)）1.6035020不得用于毒性為高度、極度危害介質(zhì)Q235-C（做0C沖擊試驗(yàn)）2.5035030Q235-D（做-IOC沖擊試驗(yàn)）沸

19、騰鋼，是在鋼的冶煉過程中加入弱脫氧劑（錳鐵）脫氧，因此在鋼液中還保留相當(dāng)數(shù)量的FeO,在澆注與凝固時(shí)，由于碳和FeO反應(yīng)，鋼液中不斷析出CO,產(chǎn)生沸騰，故稱為沸騰鋼，如牌號Q235-A?F這種鋼錠成材率高，但在鋼錠有許多小氣泡（該氣泡在鍛軋時(shí)能排除），且偏析較嚴(yán)重，因此，不能確保容器安全運(yùn)行，避免和減少事故的發(fā)生，在各國壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)中都對其使用加以限制。半鎮(zhèn)靜鋼介于沸騰鋼與鎮(zhèn)靜鋼之間，用“B”來代替“F”。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比：硫、磷含量較少，機(jī)械強(qiáng)度較高。按GB699-88優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)技術(shù)條件規(guī)定。壓力容器用鋼與鍋爐用鋼類同，首先要求保證足夠的強(qiáng)度，還要有足夠的

20、塑性，質(zhì)地均勻等。因此，必須用雜質(zhì)和有害氣體容量較低的碳鎮(zhèn)靜鋼。對于專業(yè)用鋼符號，只需在優(yōu)質(zhì)碳素鋼后面加字母“R”、“g”，如：20R、20go（2）低合金鋼低合金鋼是指鋼中合金元素總含量在25%以下的鋼種，與一般碳素鋼相比，它的機(jī)械性能提高了，耐熱性、耐腐蝕性、耐磨性都有所提高。因此，它在壓力容器制造業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。壓力容器用低合金高強(qiáng)度的鋼的屈服強(qiáng)度圍為294696MPaoa低合金鋼中最常用的有：16MnR，它不僅硫、磷含量控制較嚴(yán)，更重要的是要求保證足夠的沖擊韌性，在鋼材驗(yàn)收方面也比較嚴(yán)格。因此其使用壓力不受限制。使用溫度下限可達(dá)-20C，是目前應(yīng)用極廣的好材料。b.中溫抗氫鋼氫在常

21、溫壓下不會(huì)對鐵碳合金引起顯著的腐蝕，但當(dāng)溫度為200300C，壓力高于30MPa則將產(chǎn)生極強(qiáng)的腐蝕作用，發(fā)生所謂“氫脆”現(xiàn)象。這種腐蝕常常是合成氫、合成甲醇、石油加氫等工業(yè)中設(shè)備破壞的主要原因。它們都在高溫高壓氫的環(huán)境中工作，會(huì)發(fā)生氫腐蝕破壞，氫滲入鋼中與鋼中滲碳體發(fā)生以應(yīng)生成甲烷，使?jié)B碳體脫碳變?yōu)殍F素體。甲烷氣集積于晶界的微空隙，形成局部高度應(yīng)力集中而引起裂紋甚至鼓泡，滲碳體還原為鐵素體時(shí)體積縮小約7%，由此產(chǎn)生組織間的應(yīng)力，更促進(jìn)裂紋發(fā)展，這時(shí)裂紋的擴(kuò)展又給氫與碳的結(jié)合提供了條件，使鋼完全脫碳而產(chǎn)生裂紋，這就是氫腐蝕的實(shí)質(zhì)。它既可能發(fā)生在金屬表面也可發(fā)生在金屬部。因此，它是一種十分危險(xiǎn)的晶

22、間型破壞。防止氫腐蝕的途徑有:一是降低降低鋼中碳的含量，例如采用微碳純鐵，可以完全消除氫腐蝕產(chǎn)生的根源；二是采用抗氫鋼，在鋼中加入鉬、鉻、鎢、鈮、鈦等元素，形成穩(wěn)定的鉻、鉬等碳化物，使氫與碳不能結(jié)合。我國生產(chǎn)的中溫抗氫鋼有：15CrMoR、14Cr1MoR等。低溫用鋼壓力容器的破壞通常都有是由于壓產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力達(dá)到容器材料的強(qiáng)度極限而發(fā)生的。但是，當(dāng)溫度降低到某一圍后，容器壁的應(yīng)力在沒有達(dá)到屈服限，甚至低于許用應(yīng)力的情況下也會(huì)發(fā)生破壞。相同的材料，相同規(guī)格的容器溫度愈低，容器的爆破壓力也愈低。這種現(xiàn)象稱為低應(yīng)力脆性破壞。產(chǎn)生容器低應(yīng)力破壞的主要原因之一是由于鋼材在低溫下的沖擊功值明顯下降，因此

23、，低溫用鋼的質(zhì)量在很大程度上取決于在使用溫度下沖擊功的大小。低溫容器受壓元件用鋼必須是鎮(zhèn)靜鋼，碳素鋼和低合金鋼板使用溫度低于或等于-201時(shí),其使用狀態(tài)及最低沖擊試驗(yàn)溫度應(yīng)符合GB150中4.2.8節(jié)表4-2的要求。在低溫容器中的受壓元件均必須進(jìn)行低溫夏比（V型缺口）沖擊試驗(yàn)，鋼材應(yīng)按批進(jìn)行沖擊試驗(yàn)復(fù)驗(yàn)。（3）高合金鋼高合金鋼的合金元素總含量大于10%，其中奧氏體不銹鋼在常溫和低溫下有很高的塑性和韌性，不具磁性。由于這種鋼是單相的奧氏體組織，在許多介質(zhì)中有很高的耐蝕性。其中鉻是不銹耐酸鋼抗氧化性耐蝕性的基本元素，合金中含碳量的增加將降低耐蝕性能，所以該含碳量0.080.12%左右為高碳級不銹鋼

24、，鋼號前以“1”表示。含碳量0.03C0.08%為低碳級不銹鋼，鋼號前以“0”表示。含碳量0.03%為超低碳級不銹鋼，鋼號前以“00”表示。奧氏體鉻鎳不銹鋼壓力容器在加工和使用過程中，在4004501下重復(fù)加熱，并且持續(xù)時(shí)間較長時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕而破壞。通常把上述溫度稱為危險(xiǎn)溫度。因此，在不銹鋼焊接過程中，其焊縫熱影響區(qū)產(chǎn)生晶間腐蝕危險(xiǎn)特別大，這是由于在焊接后的冷卻過程中，要通過危險(xiǎn)溫度的緣故。為此在不銹鋼件焊接時(shí)，要求各連接件同時(shí)達(dá)到熔點(diǎn)。這對等厚板容易保證，而當(dāng)兩連接件相差較多時(shí)，就要注意將厚板削??；容器殼體上的縱焊縫不允許與環(huán)焊縫十字交叉，必須將兩條焊縫拉開一段距離該距離應(yīng)大于名義厚度

25、的三倍，且不小于100mm。不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)入是碳鋼的1/31/4,而它的線膨脹系數(shù)a卻是碳鋼的1.5倍。因此,在焊接時(shí)必須注意，否則會(huì)引起很大的殘余應(yīng)力。壓力容器常用的此類板材的鋼號有：0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2；2.鋼管選用鋼管應(yīng)根據(jù)容器的具體設(shè)計(jì)條件，盡量選用和容器相匹配的材料，和容器一樣注意碳素鋼、碳錳鋼在高于4251溫度下長期使用，鋼中碳化物相的石墨化傾向，奧氏體不銹鋼在特定條件下的晶間腐蝕傾向?qū)τ谳^高壓力的接管或以增加壁厚作為開孔補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，根據(jù)需要選用標(biāo)準(zhǔn)中壁厚較大的無縫鋼管。換熱管用鋼管使用還應(yīng)符合GB151的規(guī)定。3.鍛件鍛件按使用要求分為

26、I、II、III、W四個(gè)級別，每個(gè)級別的檢驗(yàn)要求及指標(biāo)要求按JB47264728-2000規(guī)定。用作圓筒和封頭的筒形和碗形鍛件及公稱厚度大于300mm的低合金鋼鍛件應(yīng)選用III級或W級。鍛件的級別由設(shè)計(jì)單位確定，并應(yīng)在圖樣上注明，如16MnII。4緊固件緊固件的使用溫度圍應(yīng)符合GB150表4-10,螺栓的硬度應(yīng)比螺母稍高（HB30），可通過選用不同鋼材或不同熱處理而獲得。表緊固件的使用溫度圍螺柱鋼號螺母用鋼鋼號鋼材標(biāo)準(zhǔn)使用溫度圍（。0其它限制Q235-A35Q215-AQ235-AGB700（使用狀態(tài),熱軋）-19300適用于PVIO.OMpa容器密封要求高時(shí)，使用溫度宜小于等于200140M

27、nB、40MnVB40Cr3540Mn35GB699（正火）-19400適用于P22.5Mpa容器及密封要求高時(shí)，使用溫度宜小于等于400130CrMoA35CrMoA40MnGB699GB3077等于400125Cr2MoVA35CrMoA（調(diào)質(zhì)）等于50011Cr5Mo0Cr18Ni9（固溶）-1940030CrMoAGB3077-195001Cr5Mo0Cr18Ni9-25370045適用于P22.5Mpa容器及密封要求高時(shí)，使用溫度宜小于適用于P22.5Mpa容器及密封要求高時(shí)，使用溫度宜小于GB1221-19600適用于高溫密封GB1220GB12200Cr17Ni12Mo20Cr1

28、7Ni12Mo2（固溶）-2537005.焊接材料鋼制壓力容器的溶化焊接方法有手工電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、等離子弧焊、氣體保護(hù)焊和電渣焊。焊接方法在條件允許的條件下首先選用自動(dòng)焊。手工焊焊條是由焊條芯和藥皮兩部分組成。焊條芯起導(dǎo)電和填充焊縫金屬的作用，它的化學(xué)成分和非金屬夾雜物的多少將直接影響焊縫質(zhì)量。藥皮則用于保證焊接順利進(jìn)行并使焊縫。一定的化學(xué)成分和機(jī)械性能，是決定焊縫金屬質(zhì)量的主要因素之一。焊條藥皮類型較多，但大致可分為酸性焊條和堿性焊條兩大類。藥皮中不采用強(qiáng)堿性氧化物而熔渣中含有較多強(qiáng)酸性氧化物的鈦型、鈦鈣型、鈦鐵礦型、氧化鐵型以及錳型等類焊條稱為酸性焊條。而不含鐵或錳等氧化物的低氫型焊條

29、稱為堿性焊條。采用堿性焊條焊接時(shí)，石分解成CaO和大量的二氧化碳作為保護(hù)氣體，與酸性焊條相比較，保護(hù)氣體中氫很少，因此又稱為低氫焊條。酸性焊條由于氧化性強(qiáng)，對合金元素?fù)p量大，脫氫、脫硫、脫磷能力弱，故其焊縫的綜合機(jī)械性能較差，尤其塑性、韌性低，抗裂性差；但對鐵銹、油污的敏感性小，不易產(chǎn)生氣孔。堿性焊條則與此正相反，故對焊接二類、三類容器不宜用酸性焊條，應(yīng)選用低氫堿性焊條。對焊后需熱處理的容器還要求焊條含釩量不得大于0.05%。焊材選用相同鋼號相焊，碳素鋼、碳錳低合金鋼的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)性能，且不應(yīng)超過母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強(qiáng)度的上限。高合金鋼的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)和耐腐蝕性能。不同鋼號相焊，碳素鋼

30、、低合金鋼的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)，一般采用與強(qiáng)度級別較低的母材相匹配的焊接材料。碳素鋼、低合金鋼與奧氏體高合金鋼的焊縫金屬應(yīng)保證抗裂性能和力學(xué)性能，一般采用鉻鎳含量較奧氏體高合金鋼母材高的焊接材料。P8第4.1.5、4.1.6、4.1.7、4.2條P11第4.4.2條、P14表4-1中在于16MnR厚度1618mm的選用問題P16表4-1中在于0Cr18Ni9中注4的問題說明三、壓圓筒和壓球殼P26第5.2條公式5-1中Pc1、失效準(zhǔn)則容器從承載到載荷的不斷加大最后破壞經(jīng)歷彈性變形、塑性變形、爆破，因此容器強(qiáng)度失效準(zhǔn)則的三種觀點(diǎn)：彈性失效彈性失效準(zhǔn)則認(rèn)為殼體壁產(chǎn)生屈服即達(dá)到材料屈服限時(shí)該殼體即失

31、效，將應(yīng)力限制在彈性圍，按照強(qiáng)度理論把筒體限制在彈性變形階段。認(rèn)為圓筒壁面出現(xiàn)屈服時(shí)即為承載的最大極限。塑性失效它將容器的應(yīng)力限制在塑性圍，認(rèn)為圓筒壁面出現(xiàn)屈服而外層金屬仍處于彈性狀態(tài)時(shí)，并不會(huì)導(dǎo)致容器發(fā)生破壞，只有當(dāng)容器外壁面全屈服時(shí)才為承載的最大極限。爆破失效它認(rèn)為容器由韌性鋼材制成，有明顯的應(yīng)變硬化現(xiàn)象，即便是容器整體屈服后仍有一定承載潛力，只有達(dá)到爆破時(shí)才是容器承載的最大極限。2、彈性實(shí)效準(zhǔn)則下的四個(gè)強(qiáng)度理論第一強(qiáng)度理論（最大主應(yīng)力理論）認(rèn)為材料的三個(gè)主應(yīng)力中只要最大的拉應(yīng)力。1達(dá)到了極限應(yīng)力，材料就發(fā)生破壞。強(qiáng)度條件：oKot第二強(qiáng)度理論（最大變形理論）認(rèn)為材料的最大的應(yīng)變達(dá)到了極限

32、狀態(tài)，材料就發(fā)生破壞。8maxW&第三強(qiáng)度理論（最大剪應(yīng)力理論）材料的最大剪應(yīng)力Tmax達(dá)到了極限應(yīng)力，材料就發(fā)生破壞。Tmax=(o1-o3)Wot第四強(qiáng)度理論(剪切變形能理論)材料變形時(shí)，即部變形能量達(dá)到材料的極限值時(shí)，材料破壞。oe=V(o1-o3)2+(o1-o3)2+(o1-o3)2Wot3、應(yīng)力計(jì)算(1)圓筒容器薄壁圓筒容器在工程中采用無力矩理論來進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，在壓P作用下，筒壁承受徑向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力(薄膜應(yīng)力)作用。由于殼體壁厚較薄，且不考慮殼體與其它連接處的局部應(yīng)力，忽略了彎曲應(yīng)力，這種應(yīng)力稱為薄膜應(yīng)力。經(jīng)向應(yīng)力om=周向應(yīng)力ot=式中P設(shè)計(jì)壓力，MPa；D圓筒的中間直徑或稱中

33、徑，mm；D=Di+6DO圓筒的外直徑，mm；Di圓筒的直徑，mm；6圓筒的計(jì)算厚度，mm；由上述公式可以得出以下結(jié)論：a、圓筒體上周向應(yīng)力ot是經(jīng)向應(yīng)力om的兩倍，而周向應(yīng)力作用于縱向截面，環(huán)向應(yīng)力所作用與環(huán)縱向截面(見下圖)。b、由于周向應(yīng)力ot是經(jīng)向應(yīng)力om的兩倍，由此可知，周向應(yīng)力所作用的縱向截面是危險(xiǎn)截面。這里可以說明為什么在焊接接頭分類里，圓筒體的縱焊縫為A類焊接接頭，環(huán)焊縫為B類焊接接頭；在筒體上開橢圓形人孔時(shí)使長軸垂直與筒體軸線。C、應(yīng)力與D/6成正比。(2)球形殼體球形容器在均勻壓作用下，球形殼體經(jīng)向應(yīng)力和周向應(yīng)力相等。即ot=om=ot=式中P設(shè)計(jì)壓力，MPa；D球殼的中間

34、直徑或稱中徑，mm；D=Di+6DO球殼的外直徑，mm；Di球殼的直徑，mm；6球殼的計(jì)算厚度，mm；從以上可以看出球形殼體的最大應(yīng)力是圓筒體最大應(yīng)力的兩倍。3、強(qiáng)度計(jì)算圓筒強(qiáng)度計(jì)算公式中，是根據(jù)第一強(qiáng)度理論推導(dǎo)而得。若用第三強(qiáng)度理論推導(dǎo)，其強(qiáng)度條件形成結(jié)果是一樣的。按第一強(qiáng)度理論條件得o1=ot=Wot式中ot設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力，MPa。焊縫部位可能存在著夾渣、氣孔、未焊透、未熔合、裂紋等缺陷，同時(shí)由于焊接加熱過程中，對焊縫兩側(cè)的熱影響產(chǎn)生許多不利因素，如焊接熱影響區(qū)被淬硬，塑性下降、焊接應(yīng)力的產(chǎn)生等，都會(huì)使焊縫金屬或母材的機(jī)械性能降低。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力

35、ot乘以一個(gè)焊接接頭系數(shù)e,于是上述公式變成：otewote由上式計(jì)算厚度s=式中Pc計(jì)算壓力，MPa；Di圓筒的直徑，mm；ot設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa；e焊接接頭系數(shù)。上式適用于設(shè)計(jì)壓力PW0.4ote的圍(D0/Di=1.5)設(shè)計(jì)厚度8d=8+C2名義厚度6n=8+C2+C1+且6n6min+C2式中：C厚度附加量C=C1+C2mmC1鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏差，mm；C2腐蝕裕量，mm鋼板圓整量；8min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ot=MPa6e=6n-CmmC=C1+C2，mm計(jì)算所得的應(yīng)力值，必須滿足otote。最大允許工作壓

36、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o1=ot=om=上述公式中，如將D=Di+8代入并考慮了焊接接頭系數(shù)e,如采用第一強(qiáng)度理論時(shí)，即得出wote所以可求出計(jì)算厚度85=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Ot=otMPa最大允許工作壓力Pw=MPa3、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確定設(shè)計(jì)壓力。表設(shè)計(jì)壓力選取設(shè)計(jì)壓力壓容器無安全泄放裝置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

37、開啟壓力取1.051.10倍工作壓力）；裝有爆破片取爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力加制造圍上限；容器位于泵進(jìn)口側(cè)，且無安全泄放裝置時(shí)取無安全泄放裝置時(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倍最大外壓力差或0.1MPa兩者中的小值；無安全泄放裝置設(shè)計(jì)外壓力取0.1Mpa；夾套為壓容器（真空）設(shè)計(jì)外壓力按無夾套真空容器規(guī)定選取1夾套（壓）設(shè)計(jì)壓力按壓容器規(guī)定選??；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)生的最大外壓力差注：1.容器的計(jì)算外壓力應(yīng)為設(shè)計(jì)外壓力加上夾套的設(shè)計(jì)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

38、油氣的容器介質(zhì)501飽和蒸汽壓力低于異丁烷501的飽和蒸汽壓力時(shí)（如丁烷、丁烯、丁二烯）0.79MPa介質(zhì)501飽和蒸汽壓力高于異丁烷501的飽和蒸汽壓力時(shí)（如液態(tài)丙烷）1.77Mpa介質(zhì)501飽和蒸汽壓力高于丙烷501的飽和蒸汽壓力時(shí)（如液態(tài)丙烯）2.1MPa對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)定開啟高度時(shí)的進(jìn)口壓力；安全閥開啟壓力（整定壓力）閥瓣開始離開閥座，介質(zhì)呈連續(xù)排出狀態(tài)時(shí)，在安全閥進(jìn)口測得的壓力。考慮到安全閥閥瓣啟動(dòng)動(dòng)作的

39、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(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：壓力容器設(shè)計(jì)壓力P破片制造圍上限）爆破片制造圍爆破片最高標(biāo)定爆破壓力Psmax（Psmax=Pb+爆設(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)

40、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(dāng)金屬溫度不可能通過傳熱計(jì)算或?qū)崪y結(jié)果確定時(shí)，設(shè)計(jì)溫度的選?。喝萜髌鞅谂c介質(zhì)直接接觸且有外保溫（或保冷）時(shí)設(shè)計(jì)溫度選取介質(zhì)工作溫度T設(shè)計(jì)溫度IIITV-201介質(zhì)最低工作溫度介質(zhì)工作溫度減010C-20rT5.57.57.52525303034344050606080負(fù)偏差C1mm0.60.80.91.01.31.840501.11.2常用無縫鋼管（不包括換熱管）的厚度負(fù)偏差C1值鋼管標(biāo)準(zhǔn)種類壁厚（mm）負(fù)偏差C1GB8163輸送流體用無縫鋼管冷拔1.010%熱軋三2.512.5%GB9948石油裂化用無縫鋼管冷拔1.01

41、0%熱軋2010%GB/T14976流體輸送用不銹鋼無縫鋼管冷拔1314%3.010%熱軋20GB5310高壓鍋爐用無縫鋼管3熱軋203）腐蝕裕量C2腐蝕裕量考慮的原則（1）與工作介質(zhì)接觸的筒體腐蝕裕量。（2）下列情況一般不考慮腐蝕裕量：a介質(zhì)對不銹鋼無腐蝕作用時(shí)（不銹鋼、不銹復(fù)合鋼板或有不銹鋼堆焊層的元件）10%10%10%10%冷拔7.5%10%,且W0.32mm10%7.5%2310%10%10%,且W0.2mm封頭、接管、人（手）孔及部構(gòu)件等，均應(yīng)考慮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

42、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)計(jì)壽命確定。對有使用經(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重腐蝕腐蝕速率（mm/年）0.25腐蝕裕量（mm）0三1三

43、2三3注:表中的腐蝕速率系指均勻腐蝕。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）的腐蝕裕量，一般情況下應(yīng)取殼體的腐蝕裕量（3）筒體側(cè)受力焊縫應(yīng)取與筒體相同的腐蝕裕量。（4）容器各部分的介質(zhì)腐蝕速率不同時(shí)，則可取不同腐蝕裕量。（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Smin當(dāng)設(shè)計(jì)壓力較低時(shí)，由壓強(qiáng)度計(jì)算公式算的計(jì)算厚度S較小，往往不能滿足制造、運(yùn)輸、安裝等方面的剛度要求，因而對容器規(guī)定了最小厚度Smin對碳鋼和低合金鋼制容器,不小于3mm；對高合金

44、鋼容器,不小于2mm；碳素鋼和低合金鋼制塔式容器的最小厚度為2/1000的塔器直徑，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(yīng)符合GB151管殼式換熱器的相應(yīng)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，為防止在制造、運(yùn)輸或安裝時(shí)產(chǎn)生過大的變形，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。對有防腐蝕

45、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o為基礎(chǔ)，并選擇合理的安全系數(shù)n后而得的。即。=極限應(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otD及蠕變極限otn者說來表示。與這些極限應(yīng)力相對應(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ob、設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)ots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。o=ob/nb；ot=ots/ns當(dāng)碳素鋼或低合金鋼的設(shè)計(jì)溫度超

46、過380-4201，合金鋼（如CrMo鋼等）設(shè)計(jì)溫度超過4501;奧氏體不銹鋼的設(shè)計(jì)溫度超過5501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。ot=otD/ntD或ot=otn/nn材料的蠕變強(qiáng)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(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)度極限對于化工容器用的材料常以一定溫度下，經(jīng)過10萬小時(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(yīng)力的依據(jù)，這

47、是因?yàn)殚L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(shí)后斷裂時(shí)，其相對伸長率6不超過10%，而在變形大于4-5%時(shí)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期工作時(shí)對斷裂的抗力。綜上所述，在高溫下許用應(yīng)力系取下列四者中的最小值o=ob/nb；o=os/ns；或。=。ts/nso=otD/nDo=otn/nn式中ob、os材料在常溫下的強(qiáng)度極限和屈服極限MPaotD材料在設(shè)計(jì)壁溫下經(jīng)10萬小時(shí)斷裂的持久極限MPaots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；otn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)

48、度極限、屈服極限、持久強(qiáng)度、蠕變極限的安全系數(shù)。o=ob/nb,ots/ns,otn/nn,或otD/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)鍵的問題，也是一個(gè)復(fù)雜的問題。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，隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和實(shí)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(qiáng)度性能安全系數(shù)材料常溫下最低抗拉強(qiáng)度ob常溫或設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)os或ots設(shè)計(jì)溫度下經(jīng)10萬小時(shí)斷裂的持久強(qiáng)度otD設(shè)計(jì)溫度下經(jīng)10萬小時(shí)蠕變率為1%的蠕變極限平均值最小值nbnsnD碳素鋼、低合金鋼、鐵素體高

49、合金鋼三3三1.6三1.521.2521.0奧氏體高合金鋼-三1.521.521.25otn三1.0注:當(dāng)部件的設(shè)計(jì)溫度不到蠕變溫度圍,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0.9。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)otS的oS設(shè)計(jì)溫度下經(jīng)10萬小時(shí)斷裂的持久強(qiáng)度oDt平均值的nDTOC o 1-5 h z碳素鋼WM22M24M48熱扎？正火1.72.5低合金鋼馬氏體高合金鋼WM22M24M48三52調(diào)質(zhì)2.53.02.71.5奧氏體高合金鋼WM22M24M48固溶1.61.5球形貯罐在安

50、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(yàn)基礎(chǔ)上，提出安全系數(shù)要考慮材料屈強(qiáng)比Y的因素，因?yàn)椴牧想S著Y的增加其塑性儲(chǔ)備會(huì)降低，應(yīng)在安全系數(shù)上反映出來，故我國鋼制球形儲(chǔ)罐，取n=1/0.5（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(qiáng)度降低。同時(shí)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(qiáng)度或塑性也有所降低，因此形成壓力容器薄弱的區(qū)域。實(shí)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(qiáng)度計(jì)算中要引用焊接接頭系數(shù)以彌補(bǔ)焊接接頭對容器強(qiáng)度的削弱焊接接頭系數(shù)=焊

51、縫區(qū)材料強(qiáng)度/本體材料強(qiáng)度W1焊接接頭系數(shù)大小與以下主要因素有關(guān)：焊接接頭的結(jié)構(gòu)形式：焊接接頭設(shè)計(jì)是保證焊縫質(zhì)量的重要條件。一般雙面焊的對接焊縫以及相當(dāng)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(zhì)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，帶墊板的單面焊焊縫根部易形成初始裂紋，故焊接接頭系數(shù)應(yīng)取小些。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(zhì)量有保證，無損檢查比例越高（100%），缺陷愈少，焊接接頭系數(shù)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徑，它是一種經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后的尺寸，當(dāng)工藝計(jì)算確定直徑后

52、，還應(yīng)取用與計(jì)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(shè)備制造速度，降低設(shè)備制造費(fèi)用。若采用鋼管作筒體時(shí)，容器的直徑按鋼管273、325、377、426mm等選取，此時(shí)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若干壓力等級，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)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、32MPa。在容器設(shè)計(jì)中、選用容器零部件時(shí)，應(yīng)按設(shè)計(jì)壓力相近而又大些的公稱壓力取用。當(dāng)容器零部件設(shè)計(jì)溫度升高且影響金屬材料強(qiáng)度極限時(shí)，則就要按更高一級的公稱壓

53、力取用零部件。四、外壓圓筒和外壓球殼P27LP28圖6T外壓圓筒的計(jì)算長度1外壓圓筒的穩(wěn)定性承受外壓的圓筒，強(qiáng)度計(jì)算方法與受壓時(shí)相同，其周向力應(yīng)力值為軸向應(yīng)力的兩倍，圓筒壁中產(chǎn)生的是壓縮應(yīng)力，而絕對值大小一樣。這種壓應(yīng)力如果達(dá)到材料的屈服極限或強(qiáng)度極限時(shí)，將和承受壓圓筒一樣導(dǎo)致強(qiáng)度破壞。然而這種現(xiàn)象極為少見。通常外壓圓筒壁的壓縮應(yīng)力還遠(yuǎn)小于材料的屈服限時(shí)，筒體突然失去原來的形狀被壓癟或發(fā)生褶縐而失效（如圖），在圓筒橫斷面上呈現(xiàn)有規(guī)則的永久性波形，其波形數(shù)n可為2、3、4。在外壓作用下，筒體、球殼或封頭突然發(fā)生失去原來形狀的現(xiàn)象稱之為失穩(wěn)。外壓容器穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)中主要考慮的問題。外壓圓筒失穩(wěn)以前，

54、筒壁中只是單純的壓應(yīng)力狀態(tài)。在失穩(wěn)時(shí)，伴隨著突然變形，在筒產(chǎn)生了以彎曲應(yīng)力為的復(fù)雜的附加應(yīng)力，這種變形與附加應(yīng)力一直迅速發(fā)展到圓筒被壓癟。由此可見，外壓容器的失穩(wěn)，實(shí)質(zhì)上是容器從一種平衡狀態(tài)（形狀及應(yīng)力狀態(tài)）向另一種新的平衡狀態(tài)的突變。穩(wěn)定安全系數(shù)m長、短圓筒的臨界壓力公式，是按理想狀態(tài)（無初始不圓度）求得的。但實(shí)際上的圓筒有幾何尺寸及形狀誤差，還有焊接結(jié)構(gòu)形式等影響，這都會(huì)直接影響計(jì)算臨界壓力的準(zhǔn)確性，此外，生產(chǎn)過程中操作壓力的波動(dòng)，使筒體實(shí)際外壓力增高，并可能超過計(jì)算的臨界壓力值。為保證安全，必須使許用外壓力低于臨界外壓力，即P=Pcr/m式中穩(wěn)定安全系數(shù)m=3（圓筒體）2、圓筒的臨界壓力

55、及其計(jì)算1）臨界壓力及影響因素受外壓作用的容器，當(dāng)外壓力低于某一特定的值時(shí)，殼體亦能發(fā)生變形，但當(dāng)壓力卸除后殼體可恢復(fù)原來的形狀，這時(shí)殼體變形屬于彈性變形圍。當(dāng)外壓力繼續(xù)增加到某一特定值，產(chǎn)生了不能恢復(fù)的永久變形，即失去了原來的穩(wěn)定性。容器失穩(wěn)時(shí)的壓力稱臨界壓力，以Per表示。容器在Per作用下容器壁應(yīng)力稱臨界應(yīng)力。臨界壓力值受若干因素影響，如受容器筒體幾何尺寸及幾何形狀的影響，除此之外，載荷的均勻和對稱性、筒體材料及邊界條件等也有一定影響。a.影響因素S/D兩個(gè)圓筒形外壓容器，當(dāng)其他條件（材料、直徑D、長度L）一定,而厚度不同時(shí)，當(dāng)L/D相同，/D大者臨界壓力高，其原因是筒壁較厚抗彎曲的能力

56、強(qiáng)；b.影響因素L/D當(dāng)8/D相同，而長度L不同，L/D小者臨界壓力高，其原因是筒身較短圓筒的封頭對筒壁起著一定支撐作用。筒體的幾何形狀（如不圓度）誤差會(huì)降低筒壁臨界壓力，加速筒體的失穩(wěn)。不圓度定義為e=Dmax-Dmin，式中Dmax、Dmin分別為筒體直徑的最大值和最小值。筒體材料的彈性模數(shù)E值大，抵抗變形能力強(qiáng)，臨界壓力就高。由于各種鋼材E值相差較小，若選用高強(qiáng)度鋼代替一般碳素鋼制造外壓容器，并不能明顯地提高筒體的臨界壓力，卻使容器成本提高，因而是不恰當(dāng)?shù)?。要提高容器的臨界壓力，即增加穩(wěn)定性，只有從幾何尺寸上來考慮。2）長圓筒、短圓筒及剛性圓筒承受外壓的圓筒形殼體，按不同的幾何尺寸失穩(wěn)時(shí)

57、的不同形式（波形數(shù)不同），將圓筒分為長圓筒、短圓筒及剛性圓筒等三種。長圓筒是指筒體的L/D值較大，筒體兩端邊界的支撐作用可以忽略，筒體失穩(wěn)時(shí)Per僅與8/D有關(guān)，而與L/D無關(guān)。長圓筒失穩(wěn)時(shí)波形數(shù)n為2。短圓筒是指筒體兩端邊界的支撐作用不可忽略，筒體失穩(wěn)時(shí)Per與L/D及8/D均有關(guān)。短圓筒失穩(wěn)時(shí)波形數(shù)n2的整數(shù)。剛性圓筒是指L/D較小，而8/D較大，筒體的剛性較好，破壞的原因是圓筒壁的壓縮應(yīng)力超過了材料的屈服限，并非是發(fā)生了失穩(wěn)。對剛性圓筒只考慮強(qiáng)度要求。由上所述，圓筒的“長”和“短”是指相對于直徑來說的。長、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

58、計(jì)算長圓筒臨界壓力Per=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，長圓筒臨界壓力僅與筒體8e/D及E有關(guān)。式僅限于彈性圍使用，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Per=2.6E剛性圓筒由臨界壓力引起的臨界應(yīng)力為Qer=PerD/28e外壓短而厚的剛性圓筒，其破壞是由于圓筒壁的壓縮應(yīng)力超過材料設(shè)計(jì)溫度下的屈服極限不存在穩(wěn)定性問題。強(qiáng)度校核公式為0=Wot式中e焊接接頭系數(shù)，外壓圓筒取=1；長、短及剛性圓筒都是承受橫向均勻外壓力的情況。因容器均有封頭，所以除受橫向外壓力外，同時(shí)還受有軸向壓力，但軸向壓縮對筒體失穩(wěn)影響很小，工程上僅按承受橫向均勻外壓計(jì)算臨界壓力（室外高塔設(shè)計(jì)

59、除外）。4）圓筒的臨界長度從前面已知，長短圓筒的區(qū)別是受端蓋支撐的影響。當(dāng)8e/D相同時(shí)，短圓筒的臨界壓力較稱圓筒大，隨著短圓筒長度的增加，端蓋對筒體支撐作用減弱，當(dāng)短圓筒的長度增大到某一值時(shí)，端蓋對筒體的支撐作用完全消失，這時(shí)短圓筒的臨界壓力與長圓筒臨界壓力相等，該短圓筒的長度稱為臨界長度，用Lcr表示。2.19E(=2.6E得Lcr=1.17DVD/8e臨界長度是長、短圓筒的分界線，也是計(jì)算臨界壓力選擇公式的的依據(jù)。當(dāng)實(shí)際圓筒計(jì)算長度LLcr屬長圓筒，若LVLcr則屬短圓筒。外壓圓筒的計(jì)算與6e/DO(D0為圓筒外直徑)有關(guān)/D020.04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

60、6e/D0值均按剛性圓筒計(jì)算。計(jì)算長度圓筒的計(jì)算長度指筒體外部或部兩剛性構(gòu)件之間的最大距離，筒體外部焊接的角鋼加強(qiáng)圈筒體部擋板或塔盤均可視為剛性構(gòu)件；在兩個(gè)剛性構(gòu)件中，其中一個(gè)是凸型封頭時(shí)，取計(jì)算長度L=L+h+hi(hi為凸型封頭凸面高度)，凸型封頭剛性大對圓筒體有一定支撐作用，可以提高臨界壓力。在較薄板制造的筒體上焊接一定數(shù)量的加強(qiáng)圈，可使計(jì)算長度L降低，提高臨界壓力。3、外壓圓筒的計(jì)算圖算法進(jìn)行設(shè)計(jì)。由臨界壓力計(jì)算式并以圓筒外徑D0代替D可得長圓筒臨界壓力Pcr=2.19E(短圓筒臨界壓力Pcr=2.6E圓筒在Pcr作用下，產(chǎn)生的環(huán)向臨界應(yīng)力為ocr=PcrD0/26e應(yīng)變ecr=ocr