淺談壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)課件

D級(jí)壓力容器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

2013.11.5提綱一、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)二、壓力容器設(shè)計(jì)條件內(nèi)容三、壓力容器設(shè)計(jì)主要內(nèi)容四、壓力容器設(shè)計(jì)主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及近期修訂情況五、常壓容器設(shè)計(jì)D級(jí)壓力容器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

2013.11.5提綱1一、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)1、壓力容器的定義壓力作用下盛裝介質(zhì)的密閉容器。2、壓力容器的典型結(jié)構(gòu)一、壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)1、壓力容器的定義2

一般的壓力容器至少由筒體（件9），封頭（件4），接管，管法蘭（件1），支座（件2）組成。上圖中還有人孔（件7），補(bǔ)強(qiáng)圈（件6），壓力表（件10），安全閥（件11）液位計(jì)（件12）等。3、壓力容器的主要構(gòu)件1）筒體

形狀以圓柱形或球形為主，D級(jí)壓力容器設(shè)計(jì)多為圓柱形。結(jié)構(gòu)分單層和組合式兩大類，D級(jí)壓力容器設(shè)計(jì)多為單層結(jié)構(gòu)。壓力容器筒體一般以內(nèi)徑做為標(biāo)準(zhǔn)系列，例如DN1000。直徑小于DN500的容器一般選用無縫鋼管做筒體，這時(shí)以外徑做為標(biāo)準(zhǔn)系列，例如DN426。一般的壓力容器至少由筒體（件9），封頭（件4），接管3筒壁結(jié)構(gòu)分以下幾種：

筒壁結(jié)構(gòu)分以下幾種：42）封頭

壓力容器封頭有半球形、橢圓形、碟形、錐形和平封頭。一般設(shè)計(jì)以選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭最為普遍。受力最好最常用2）封頭壓力容器封頭有半球形、橢圓形、碟形、錐形和平5

6淺談壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)課件7

以上是GB/T25198-2010《壓力容器封頭》中包含的標(biāo)準(zhǔn)封頭，GB150.3-2011《壓力容器第三部分設(shè)計(jì)》中還列有平蓋、偏心錐殼等封頭形式。

從受力來說，最好到最差的排序是半球形、橢圓形、碟形、錐形和平封頭。D級(jí)壓力容器設(shè)計(jì)最常用的是標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。以上是GB/T25198-2010《壓力容器封頭》中包含83）接管

為滿足工藝、制造和檢驗(yàn)的要求，壓力容器上需要開設(shè)物料進(jìn)、出口，人、手孔，測(cè)壓、測(cè)溫儀表口，安全閥、爆破片接口，液位計(jì)接口等等，這些開孔一般都要焊接不同規(guī)格的接管。一般接管，根據(jù)工藝需要按標(biāo)準(zhǔn)鋼管系列確定其規(guī)格尺寸，最好選用常用的壁厚規(guī)格，例如DN100的碳鋼管，選用φ108×4。人、手孔按零部件標(biāo)準(zhǔn)選用合適的規(guī)格，人孔最小DN400，手孔最小DN150。接管與殼體（筒體、封頭）的連接一般有插入式、嵌入式和安放式三種形式：

插入式嵌入式安放式3）接管94）法蘭

分設(shè)備法蘭和管法蘭。從密封面的寬度分窄面法蘭和寬面法蘭。

從整體性程度分松式法蘭、整體法蘭和任意式法蘭。窄面法蘭寬面法蘭松式法蘭整體法蘭任意式法蘭4）法蘭分設(shè)備法蘭和管法蘭。窄面法蘭寬面法蘭松式法蘭105）支座

支座用于把壓力容器支承和固定在基礎(chǔ)上。用于圓筒形容器的支座分為立式容器支座和臥式容器支座。立式容器支座又有腿式支座、支承式支座、耳座和裙式支座。臥式容器支座稱為鞍式支座。標(biāo)準(zhǔn)腿式支座又分為角鋼形、鋼管形和H鋼形。支承式支座分為板式和鋼管式。

腿式支承式耳式鞍式5）支座支座用于把壓力容器支承和固定在基礎(chǔ)上。用于圓116）密封裝置

壓力容器無論承受內(nèi)壓還是真空載荷，只要存在可拆卸的連接面，就需要密封裝置。常用的有靜密封和動(dòng)密封。設(shè)備法蘭之間、接管法蘭之間及螺紋密封都是靜密封。帶有攪拌裝置的軸封，一般用填料密封，或機(jī)械密封，屬動(dòng)密封。填料密封機(jī)械密封6）密封裝置壓力容器無論承受內(nèi)壓還是真空載荷，只要存127）安全附件

壓力容器的安全附件包括：（1）安全閥，儲(chǔ)存容器、反應(yīng)容器一般要求設(shè)置安全閥，分汽缸、換熱器等可在系統(tǒng)管路中設(shè)置。（2）爆破片裝置，在壓力有可能迅速升高的情況，或介質(zhì)粘稠度較高的情況下要選用爆破片做為安全泄放裝置。（3）緊急切斷裝置，如遇突發(fā)事故，可以緊急切斷壓力或其他危險(xiǎn)來源。（4）安全聯(lián)鎖裝置，主要用于快開門結(jié)構(gòu)。（5）壓力表，一般壓力容器上都裝設(shè)，有現(xiàn)場(chǎng)表，也有遠(yuǎn)傳表。（6）液位計(jì)，有現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)，也有遠(yuǎn)傳測(cè)液位裝置。（7）測(cè)溫儀表，同樣也有現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)傳測(cè)溫儀表裝置。7）安全附件壓力容器的安全附件包括：138）其他零部件（1）吊耳；（2）人、手孔；（3）補(bǔ)強(qiáng)圈；（4）視鏡；（5）換熱器中的管板、換熱管和膨脹節(jié)等；（6）攪拌容器中的攪拌器等。8）其他零部件（1）吊耳；144、壓力容器的壓力等級(jí)、品種和類別的劃分1）按設(shè)計(jì)壓力P劃分為四個(gè)壓力等級(jí)：（1）低壓（代號(hào)L），0.1MPa≤P＜1.6MPa；（2）中壓（代號(hào)M），1.6MPa≤P＜10MPa；（3）高壓（代號(hào)H），10MPa≤P＜100MPa；（4）超高壓（代號(hào)U），100MPa≤P。2）按工藝作用劃分為四個(gè)品種：（1）反應(yīng)壓力容器（代號(hào)R），用于介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)，例如反應(yīng)釜、合成塔等；（2）換熱壓力容器（代號(hào)E），用于介質(zhì)的熱交換，例如加熱器、冷凝器、蒸發(fā)器等；（3）分離壓力容器（代號(hào)S），用于完成介質(zhì)的壓力平衡緩沖和氣體凈化分離，例如分離器、過濾器、干燥塔、分汽缸等；（4）儲(chǔ)存壓力容器（代號(hào)C，球罐代號(hào)B），用于儲(chǔ)存氣體、液體和液化氣體，例如儲(chǔ)罐、緩沖罐等。4、壓力容器的壓力等級(jí)、品種和類別的劃分1）按設(shè)計(jì)壓力P劃分153）按設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)管理體系即《固容規(guī)》劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類首先判斷介質(zhì)的分組，第一組按圖A-1查定，第二組按圖A-2查定。第一組介質(zhì)：極度、高度危害化學(xué)介質(zhì)，易爆介質(zhì)，液化氣體。3）按設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)管理體系即《固容規(guī)》劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類16第二組介質(zhì)，除第一組外的介質(zhì)。壓力容器的類別越高，其設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)的要求也越高，從選材、焊接、無損檢測(cè)比例、消除應(yīng)力熱處理等方面要求都要提高。淺談壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)課件175、GB150.1～4-2011《壓力容器》和《固容規(guī)》的管轄范圍1）GB150管轄范圍：0.1MPa≤P≤35MPa，真空度≥0.02MPa，內(nèi)直徑≥150mm的壓力容器（GB150規(guī)定不適用的除外）。2）《固容規(guī)》管轄范圍：（1）工作壓力≥0.1MPa；（2）工作壓力×容積≥2.5MPa﹒L；（3）介質(zhì)為氣體、液化氣體和最高工作溫度≥其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。以上3條同時(shí)具備，才歸《固容規(guī)》管理，即需特檢所監(jiān)檢。注意！判斷壓力容器是否歸《固容規(guī)》管轄，用工作壓力，進(jìn)了《固容規(guī)》的門檻后，劃類用設(shè)計(jì)壓力。!!不歸《固容規(guī)》管轄的也是壓力容器，也按GB150設(shè)計(jì)，只是不需報(bào)檢。5、GB150.1～4-2011《壓力容器》和《固容規(guī)》的管186、壓力容器設(shè)計(jì)許可級(jí)別TSGR1001-2008《壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)許可規(guī)則》中對(duì)壓力容器劃分為：1）A級(jí)（1）A1級(jí)，指超高壓容器、高壓容器（注明單層、多層）；（2）A2級(jí)，指第Ⅲ類低、中壓容器；（3）A3級(jí)，指球形儲(chǔ)罐；（4）A4級(jí)，指非金屬壓力容器。2）C級(jí)（1）C1級(jí)，指鐵路罐車；（2）C2級(jí)，指汽車罐車、長(zhǎng)管拖車；（3）C3級(jí)，指罐式集裝箱。6、壓力容器設(shè)計(jì)許可級(jí)別193）D級(jí)（1）D1級(jí)，指第Ⅰ類壓力容器；（2）D2級(jí)，指第Ⅱ類壓力容器。4）SAD級(jí)指壓力容器分析設(shè)計(jì)。D級(jí)壓力容器設(shè)計(jì)許可證，由省級(jí)主管部門評(píng)審頒發(fā)。A、C、SAD級(jí)壓力容器設(shè)計(jì)許可證，由國(guó)家級(jí)主管部門評(píng)審頒發(fā)。設(shè)計(jì)許可證的有效期均為四年。3）D級(jí)207、壓力容器設(shè)計(jì)的幾個(gè)基本概念1）厚度（1）計(jì)算厚度：由強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算出的厚度。（2）設(shè)計(jì)厚度：計(jì)算厚度+腐蝕裕量C2。（3）名義厚度：設(shè)計(jì)厚度+材料厚度負(fù)偏差C1，再向上圓整到材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，即圖樣上標(biāo)注的厚度。（4）有效厚度：名義厚度-（腐蝕裕量C2+材料負(fù)偏差C1）。開孔補(bǔ)強(qiáng)、支撐局部強(qiáng)度校核、外壓剛度校核和計(jì)算最大允許工作壓力等會(huì)用到。（5）最小成形厚度：加工成形后的受壓元件，保證設(shè)計(jì)要求的最小厚度。圖樣上的封頭要求標(biāo)注最小成形厚度，目的是節(jié)省材料。7、壓力容器設(shè)計(jì)的幾個(gè)基本概念1）厚度21淺談壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)課件222）壓力容器焊接接頭的分類壓力容器受壓元件之間的焊接接頭分A、B、C、D四類，非受壓元件與受壓元件之間的焊接接頭為E類。2）壓力容器焊接接頭的分類壓力容器受壓元件之間的焊接233）焊接接頭系數(shù)φ焊接接頭系數(shù)表示焊縫金屬與母材強(qiáng)度的比值，反映容器強(qiáng)度受焊縫缺陷削弱的程度。

φ應(yīng)根據(jù)對(duì)接接頭的焊縫形式及無損檢測(cè)的長(zhǎng)度比例確定。圖樣上技術(shù)特性表中的焊接接頭系數(shù)，不注明的話是指A類焊接接頭系數(shù)。厚度計(jì)算公式中的焊接接頭系數(shù)都是A類焊接接頭系數(shù)。3）焊接接頭系數(shù)φ244）腐蝕裕量C2為防止壓力容器由于腐蝕、機(jī)械磨損導(dǎo)致厚度削弱，增加的厚度裕量。（1）對(duì)于均勻腐蝕或磨損的元件，C2=腐蝕速率×設(shè)計(jì)使用年限；（2）不同的部件可取不同的C2，例如：只有下封頭帶夾套的容器內(nèi)筒的上封頭的C2只考慮單面腐蝕，下封頭要考慮雙面腐蝕；攪拌容器的介質(zhì)如果有磨蝕性，下封頭的C2可比上封頭的取值大些；（3）介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸汽或水時(shí)，碳鋼取C2≥1mm；（4）對(duì)不銹鋼、有襯層的容器一般取C2＝0。4）腐蝕裕量C2255）鋼板負(fù)偏差C1鋼板負(fù)偏差是設(shè)計(jì)時(shí)考慮壁厚附加量之一，其值按相應(yīng)的鋼材標(biāo)準(zhǔn)選取。GB/T709-2006《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》中的鋼材厚度偏差分為N、A、B、C四類：N類：同一厚度，允許的正、負(fù)偏差值相等；A類：同一厚度，允許的正、負(fù)偏差不相等；B類：不同厚度，允許的正偏差值不同，所有厚度允許的負(fù)偏差都為0.3mm；C類：不允許負(fù)偏差，不同的厚度允許的正偏差不同。

GB713-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》規(guī)定厚度偏差B類，即-0.3mm，常用鋼號(hào)Q245R、Q345R等。

GB/T3274-2007《碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板及鋼帶》規(guī)定可按以上四種類供貨，但如果供貨合同未注明，則按N類供貨。所以選用Q235系列鋼板時(shí)按下表取C1值：5）鋼板負(fù)偏差C126

276）壓力（1）工作壓力：在正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力。有時(shí)亦稱操作壓力。（2）設(shè)計(jì)壓力：設(shè)定的容器頂部最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為該容器的基本設(shè)計(jì)條件，其值不低于工作壓力。一臺(tái)壓力容器或一個(gè)獨(dú)立的壓力腔室，在某一操作工況設(shè)計(jì)條件下，具有唯一的設(shè)計(jì)壓力值。設(shè)計(jì)壓力的確定，可參照HG/T20580-2011《鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定》中的表4.0.1：6）壓力28常用常用29（3）計(jì)算壓力Pc：用于確定元件厚度的壓力，包括液柱靜壓力等附加載荷。液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)可不計(jì)入計(jì)算壓力。多腔壓力容器工作壓力不同時(shí)要考慮最大壓力差做為計(jì)算壓力。（4）試驗(yàn)壓力PT：在進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)容器頂部的壓力。（5）最大允許工作壓力MAWP：在指定的相應(yīng)溫度下，容器頂部所允許承受的最大壓力。該壓力是根據(jù)容器各受壓元件的有效厚度，考慮了該元件承受的所有載荷而計(jì)算得到的，且取最小值。最大允許工作壓力的作用是設(shè)定容器超壓限度的起始?jí)毫Γ浞掷萌萜鞯膱A整厚度，盡量拉大工作壓力與泄放壓力的壓力差，使壓力容器工作更為平穩(wěn)。當(dāng)壓力容器的設(shè)計(jì)文件沒有給出最大允許工作壓力時(shí)，則可以認(rèn)為該容器的設(shè)計(jì)壓力即是最大允許工作壓力。

（3）計(jì)算壓力Pc：用于確定元件厚度的壓力，包括液柱靜壓力等30（6）安全閥的整定壓力(開啟壓力)Pz：安全閥瓣在運(yùn)行條件下開始升起的設(shè)定壓力，也是在設(shè)計(jì)圖樣的技術(shù)特性表中填寫的壓力。（7）安全閥的泄放壓力Pf（爆破片的爆破壓力）：泄放裝置的泄放壓力，即介質(zhì)連續(xù)排放時(shí)的壓力，包括設(shè)計(jì)壓力和超壓限度兩部分，安全泄放量計(jì)算時(shí)用到。各壓力間的關(guān)系如下圖示：最大允許工作壓力MAWP可能大于也可能小于PT單腔容器計(jì)算壓力Pc≥P（6）安全閥的整定壓力(開啟壓力)Pz：安全閥瓣在運(yùn)行條件下317）壓力試驗(yàn)

壓力試驗(yàn)包括耐壓試驗(yàn)和泄漏試驗(yàn)。耐壓試驗(yàn)包括液壓試驗(yàn)、氣壓試驗(yàn)和氣液組合試驗(yàn)。泄漏試驗(yàn)包括氣密性試驗(yàn)、氨檢漏試驗(yàn)、鹵素檢漏試驗(yàn)和氦檢漏試驗(yàn)等。壓力試驗(yàn)?zāi)康模簤毫θ萜髦圃焱戤吅蠡蚨ㄆ跈z驗(yàn)時(shí)，都要進(jìn)行壓力試驗(yàn)，其目的是考核缺陷對(duì)壓力容器安全性的影響。壓力試驗(yàn)值：（1）內(nèi)壓容器：a)液壓試驗(yàn):b)氣壓或氣液組合試驗(yàn)：

7）壓力試驗(yàn)32（2）外壓或真空容器：a)液壓試驗(yàn)：PT＝1.25Pb)氣壓試驗(yàn)：PT＝1.1P外壓容器或真空容器以內(nèi)壓進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。夾套容器：視內(nèi)筒為內(nèi)壓或外壓容器，分別按內(nèi)壓或外壓容器的試驗(yàn)壓力公式確定試驗(yàn)壓力；夾套按內(nèi)壓容器確定試驗(yàn)壓力。需校核內(nèi)筒在夾套液壓試驗(yàn)壓力下的穩(wěn)定性，如不滿足穩(wěn)定性要求，則需在夾套液壓試驗(yàn)時(shí)，內(nèi)筒內(nèi)保持一定的壓力。對(duì)于有特殊要求的設(shè)備按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定執(zhí)行，例如乙炔設(shè)備，水壓試驗(yàn)壓力值很高。（3）泄漏試驗(yàn)：PT＝P（2）外壓或真空容器：a)液壓試驗(yàn)：PT＝1.2338）無損檢測(cè)無損檢測(cè)分焊縫內(nèi)部檢測(cè)和表面檢測(cè)。內(nèi)部檢測(cè)又分射線檢測(cè)(RT)和超聲檢測(cè)(UT)。表面檢測(cè)常用的是磁分檢測(cè)(MT)和滲透檢測(cè)(PT)。檢測(cè)方法和合格級(jí)別執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730.1～4730.5-2005《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》。（1）焊縫內(nèi)部檢測(cè)焊縫內(nèi)部?jī)?nèi)部缺陷主要指裂紋、氣孔、未焊透、夾渣等。UT被檢測(cè)部位需表面加工到Ra6.3，且靠波形判斷缺陷位置和大小，不直觀。RT被檢測(cè)部位不需要表面加工，但要正反面可接近，放置探頭和底片，可從底片上直接判斷缺陷的各類、大小和分布小。焊縫內(nèi)部檢測(cè)多采用射線檢測(cè)，檢測(cè)分為局部檢測(cè)和全部檢測(cè)，一般容器的局部檢測(cè)比例≥各條焊接接頭長(zhǎng)度20%，且不少于250mm，低溫容器為≥各條焊接接頭長(zhǎng)度50%。局部檢測(cè)合格級(jí)別為Ⅲ級(jí)，100%檢測(cè)合格級(jí)別為Ⅱ級(jí)。8）無損檢測(cè)34（2）焊縫表面檢測(cè)焊縫表面或近表面的缺陷是指貫穿表面的微裂紋、氣孔等。表面檢測(cè)不需被測(cè)表面加工，內(nèi)能用肉眼判斷缺陷位置，不能確定深度。有磁性的金屬材料優(yōu)先采用磁粉表面檢測(cè)，無磁性材料采用滲透檢測(cè)。表面檢測(cè)的合格級(jí)別為Ⅰ級(jí)。（2）焊縫表面檢測(cè)35二、壓力容器設(shè)計(jì)條件內(nèi)容用戶提供的設(shè)計(jì)條件圖是壓力容器設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，GB150.1-2011中明確規(guī)定了設(shè)計(jì)條件至少包含以下內(nèi)容：容器設(shè)計(jì)所依據(jù)的主要標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；［是指常規(guī)設(shè)計(jì)還是分析設(shè)計(jì)］操作參數(shù)（包括工作壓力、工作溫度、液位高度、接管載荷等）；［高溫容器一定要注意接管載荷］壓力容器使用地及其自然條件（包括環(huán)境溫度、抗震設(shè)防烈度、風(fēng)和雪載荷等）；［容器置于室內(nèi)還是室外，北方要考慮冬季低溫］介質(zhì)組分與特性；［介質(zhì)的毒性與腐蝕性等］預(yù)期使用年限；［根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和介質(zhì)腐蝕特性］幾何參數(shù)和管口方位；[容積、直徑、立式或臥式等要求］設(shè)計(jì)需要的其他必要條件。［換熱器的換熱面積、攪拌釜的電機(jī)功率等］二、壓力容器設(shè)計(jì)條件內(nèi)容36

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√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√39遼表的壓力容器設(shè)計(jì)條件圖有4種：普通容器、換熱器、攪拌容器和塔器。其中并不是所有內(nèi)容都必填，但設(shè)計(jì)必需的內(nèi)容一定要填寫。1、所有容器共性的必填內(nèi)容1）介質(zhì)介質(zhì)的性質(zhì)直接關(guān)系到容器的選材?！飳?duì)于腐蝕性介質(zhì)要注明濃度；★對(duì)于有毒有害和易燃易爆介質(zhì)，要根據(jù)HG20660-2000《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性和爆炸危險(xiǎn)程度與分類》注明毒性級(jí)別和易燃易爆性；★對(duì)于蒸汽要注明是飽和蒸汽還是過熱蒸汽，這關(guān)系到確定工作溫度；★對(duì)于攪拌容器中的介質(zhì)要注明粘度；★對(duì)于反應(yīng)容器的介質(zhì)要注明反應(yīng)物和生成物，清楚是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)以及是否增壓。遼表的壓力容器設(shè)計(jì)條件圖有4種：普通容器、換熱402）工作壓力在不考慮管路壓力損失的情況下：★壓縮空氣儲(chǔ)罐的工作壓力是壓縮機(jī)的標(biāo)定壓力；★蒸汽分汽缸的工作壓力是鍋爐的產(chǎn)汽壓力；★普通儲(chǔ)罐和過濾器的工作壓力是進(jìn)料泵的揚(yáng)程；★液化氣和液化石油氣的工作壓力是工作溫度下的飽和蒸汽壓力。一般用戶不必提出設(shè)計(jì)壓力，但特殊用戶可能提出要求，比如石油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)條件單，往往設(shè)計(jì)壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工作壓力。2）工作壓力413）工作溫度工作溫度是設(shè)計(jì)的重要依據(jù)之一，值得注意的幾個(gè)問題：★對(duì)于飽和蒸汽，工作溫度與工作壓力是對(duì)應(yīng)關(guān)系；★對(duì)于壓縮空氣儲(chǔ)罐，如果與壓縮機(jī)直連，工作溫度可能高于100℃，這關(guān)系到安全閥選型計(jì)算中介質(zhì)密度的確定；★對(duì)于換熱器，管、殼程介質(zhì)的進(jìn)、出口溫度都要注明，這不但體現(xiàn)出工藝的合理性，還關(guān)系到溫差應(yīng)力的計(jì)算；★腐蝕性介質(zhì)的選材與工作溫度和介質(zhì)濃度直接相關(guān)；★根據(jù)工作溫度考慮設(shè)備保溫或保冷的問題。3）工作溫度424）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖★反應(yīng)出主要結(jié)構(gòu)尺寸，直徑、高度（立式）或長(zhǎng)度（臥式）；★接管定位尺寸和管口方位；★支撐方式、和地腳方位；★附件的位置和要求，壓力表、測(cè)溫儀表、安全閥和液位計(jì)等；★內(nèi)件結(jié)構(gòu)和要求，隔板、孔板、內(nèi)伸管等。4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖43

5）管口表

★接管的連接形式，是法蘭還是螺紋，連接法蘭標(biāo)準(zhǔn)；★PN、DN及法蘭密封面形式；★螺紋規(guī)格，是內(nèi)螺紋還是外螺紋；★管口用途。若在簡(jiǎn)圖中將以上信息都表達(dá)清楚了，也可不填寫管口表，在條件圖的管口表處注明“見附圖”。5）管口表446）主體材質(zhì)★一般非腐蝕性介質(zhì)選用碳鋼或低合金鋼，例如Q245R、Q345R、Q235B等；★一般腐蝕性介質(zhì)，或食品工業(yè)選用不銹鋼或不銹鋼+碳鋼復(fù)合鋼板，例如06Cr19Ni10（304）；★一般醫(yī)藥工業(yè)選用鉻鉬不銹鋼，例如022Cr17Ni12Mo2（316L）。7）預(yù)期使用年限根據(jù)HG/T20580《鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定》給出的參考值如下：★一般容器、換熱器：10年；★分餾塔類、反應(yīng)器和高壓換熱器：20年；★環(huán)形容器：25年；★重要的反應(yīng)容器（如加氫反應(yīng)器、氨合成塔等）：30年。6）主體材質(zhì)452、換熱器條件除以上的共性條件外，還要提供如下內(nèi)容：1）換熱面積，按GB151-1999《鋼制管殼式換熱器》的規(guī)定，換熱器的換熱面積用換熱管的有效傳熱部分外徑計(jì)算；2）結(jié)構(gòu)形式，常用的有固定管板式、U形管式、浮頭式和填函式；3）換熱管規(guī)格、長(zhǎng)度、數(shù)量、排布方式、管間距，盡量選用GB151中的標(biāo)準(zhǔn)尺寸；4）管、殼程的程數(shù)；5）折流板或支持板的數(shù)量；6）是否保溫，及保溫材料名稱和容重，保溫層厚度；7）其他特殊要求。2、換熱器條件463、攪拌器的條件除之前所述的共性條件外，還要提供如下內(nèi)容：1）攪拌器的電機(jī)功率；2）攪拌槳形式；3）攪拌器轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向；4）其他特殊要求。3、攪拌器的條件474、應(yīng)注意的其他特殊條件1）臥式容器要注明是放置在水泥平面上還是鋼平臺(tái)上，若放置在水泥基礎(chǔ)上，應(yīng)預(yù)埋基礎(chǔ)墊板；2）內(nèi)裝填料的容器要注明填料的規(guī)格和容重，以便確定孔板的孔徑和支撐；3）是否存在循環(huán)載荷，例如壓力或溫度循環(huán)載荷，判斷是否存在疲勞問題；4）是否設(shè)置安全閥，若系統(tǒng)中設(shè)置，要在條件圖中注明。若在設(shè)備上設(shè)置，對(duì)于壓縮空氣儲(chǔ)罐最好提供壓縮機(jī)的產(chǎn)氣量，對(duì)于液體儲(chǔ)罐要提供液體流量；5）小于DN500的設(shè)備，例如分汽缸，最好用無縫鋼管做筒體；6）對(duì)于立式容器，其上封頭上的接管法蘭的螺栓孔分布要求，對(duì)于有預(yù)制管段的襯膠設(shè)備尤其重要。4、應(yīng)注意的其他特殊條件48三、壓力容器設(shè)計(jì)主要內(nèi)容壓力容器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容：▼根據(jù)給定的工藝設(shè)計(jì)條件，▼遵循現(xiàn)行的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，▼在確保安全的前提下，經(jīng)濟(jì)、正確地選擇材料，▼并進(jìn)行結(jié)構(gòu)、強(qiáng)（剛）度和密封設(shè)計(jì)。三、壓力容器設(shè)計(jì)主要內(nèi)容壓力容器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容：49壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)的基本步驟：用戶提供設(shè)計(jì)條件圖↓分析容器的工作條件，確定設(shè)計(jì)參數(shù)↓結(jié)構(gòu)分析、初步選材↓選擇合適的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)↓受力分析和強(qiáng)度計(jì)算↓確定構(gòu)件尺寸和材料↓繪制圖紙，提供設(shè)計(jì)計(jì)算書和其它技術(shù)文件壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)的基本步驟：501、壓力容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)D級(jí)壓力容器設(shè)計(jì)遵循的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是GB150，GB150是中國(guó)第一部壓力容器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，是常規(guī)設(shè)計(jì)方法。1)GB150的主要理論基礎(chǔ)

設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：是彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和失穩(wěn)失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。應(yīng)力分析方法：以材料力學(xué)、板殼理論公式為基礎(chǔ)，并引入應(yīng)力增大系數(shù)和形狀系數(shù)。強(qiáng)度理論：最大拉應(yīng)力理論，即第一強(qiáng)度理論。（分析篇是最大切應(yīng)力理論，第三強(qiáng)度理論）。1、壓力容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)512）壓力容器失效形式2）壓力容器失效形式52（1）強(qiáng)度失效：因材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效。①韌性斷裂：壓力容器在載荷作用下，應(yīng)力達(dá)到或接近材料的強(qiáng)度極限而發(fā)生的斷裂。厚度過薄和超壓是引起壓力容器韌性斷裂的主要原因。②脆性斷裂：變形量很小、且在應(yīng)力值遠(yuǎn)低于材料的強(qiáng)度極限時(shí)發(fā)生的斷裂。材料脆性和缺陷（夾渣、分層、折疊等）都會(huì)引起壓力容器的脆性斷裂。制造缺陷（焊縫裂紋等）和使用產(chǎn)生的缺陷也會(huì)導(dǎo)致脆性斷裂的發(fā)生。③疲勞斷裂：在交變載荷作用下，經(jīng)過一定周期后發(fā)生的斷裂。壓力、溫度的波動(dòng)，振動(dòng)引起的應(yīng)力變化等都屬疲勞載荷。④蠕變斷裂：壓力容器在高溫下長(zhǎng)期受載，隨時(shí)間的增加材料不斷發(fā)生蠕變變形，造成厚度明顯減薄，最終導(dǎo)致斷裂。⑤腐蝕斷裂：因均勻腐蝕導(dǎo)致的厚度減薄，或局部腐蝕造成的凹坑引起的斷裂。（1）強(qiáng)度失效：因材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效。53（2）剛度失效：由于壓力容器的變形大到足以影響其正常工作而引起的失效。例如在風(fēng)載作用下塔發(fā)生過大彎曲變形，塔盤傾斜影響正常工作。（3）失穩(wěn)失效：在壓力作用下，壓力容器突然失去原有的形狀引起的失效。例如真空或外壓容器被壓癟。（4）泄漏失效：由于界面泄漏或滲透泄漏引起的失效。（5）交互失效：由于剛度失效引起的泄漏失效，由于腐蝕引起的失穩(wěn)失效等。

壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先確定容器最可能發(fā)生的失效形式，選擇合適的失效判據(jù)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，確定適用的設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，再按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和校審。（2）剛度失效：由于壓力容器的變形大到足以影響其正常工作而引542、壓力容器用鋼材

壓力容器用鋼材包括板、管、鍛件、棒。1）壓力容器用鋼基本要求選擇壓力容器受壓元件用鋼時(shí)，應(yīng)考慮容器的使用條件（如設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、介質(zhì)特性和操作特點(diǎn)等）、材料的性能（力學(xué)性能、工藝性能、化學(xué)性能和物理性能）、容器的制造工藝以及經(jīng)濟(jì)合理性。壓力容器用鋼不但要有強(qiáng)度的要求，還要有強(qiáng)度與塑性的配合，還要有良好的可焊性。壓力容器焊接用鋼大多是低碳鋼，要求C≤0.025%。↗C能↗鋼的強(qiáng)度極限和屈服極限，但會(huì)降低材料的焊接性能，提高脆性轉(zhuǎn)變溫度。所以壓力容器用鋼限制碳的含量，依靠加入其他低含量合金元素來提高鋼的強(qiáng)度。壓力容器用鋼還要求控制鋼中雜質(zhì)P、S的含量：用于焊接的碳素鋼和低合金鋼：P≤0.035%、S≤0.035%。壓力容器專用鋼的碳素鋼和低合金鋼：P≤0.030%、S≤0.020%。2、壓力容器用鋼材552）常用壓力容器鋼材的標(biāo)準(zhǔn)GB713-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》，如Q245R、Q345R鋼板；GB/T3274-2007《碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板及鋼帶》，如Q235B鋼板；GB24511-2009《承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板及鋼帶》，如06Cr19Ni10鋼板；GB/T8163-2008《輸送流體用無縫鋼管》，如10、20鋼管，厚度≤10mm；GB9948-2006《石油裂化用無縫鋼管》，如10、20鋼管，厚度≤30mm；GB6479-2000《高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管》，如20鋼管，厚度≤40mm；GB/T14976-2002《流體輸送不銹鋼無縫鋼管》,如0Cr18Ni9鋼管，厚度≤28mm；GB13296-2007《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》，如0Cr18Ni9鋼管，厚度≤14mm；2）常用壓力容器鋼材的標(biāo)準(zhǔn)563）壓力容器常用鋼板適用范圍﹡1﹡23）壓力容器常用鋼板適用范圍﹡1﹡257﹡1：GB150.2-2011中規(guī)定，碳素鋼和碳錳鋼鋼材在高于425℃下長(zhǎng)期使用時(shí)，應(yīng)考慮鋼中碳化物相的石墨化傾向。因?yàn)樘妓劁摵吞煎i鋼在上述情況下，鋼中的滲碳體會(huì)產(chǎn)生分解，F(xiàn)e3C→3Fe+C(石墨)，而這一分解和石墨化，最終會(huì)使鋼中的珠光體部分或全部消失，使材料的強(qiáng)度及塑性下降，而沖擊值下降尤甚，鋼材明顯變脆。﹡2：GB150.2-2011中規(guī)定，奧氏體型鋼材的使用溫度高于525℃時(shí)，鋼中含碳量應(yīng)不小于0.04%。這是因?yàn)楦邷厥箠W氏體中的碳溶解度提高，當(dāng)溫度下降時(shí)，過飽和的C與晶界附近的Cr化合成Cr23C6，造成晶界附近貧鉻，引起晶間腐蝕傾向。奧氏體鋼在使用溫度500～550℃時(shí)，若含碳量太低，強(qiáng)度和抗氧化性會(huì)顯著下降。﹡1：GB150.2-2011中規(guī)定，碳素鋼和碳錳鋼鋼材在高584）鋼材許用應(yīng)力壓力容器鋼材的許用應(yīng)力，是以不同的強(qiáng)度極限值除于不同的安全系數(shù)，取其中的最小值確定的。GB150中除奧氏體不銹鋼是用Rp0.2/1.5確定的外，大多材料都是Rm/2.7確定的。下表是碳鋼、低合金鋼和高合金鋼的許用應(yīng)力取值：表中：Rm——材料標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值，MPa；ReL(Rp0.2)——材料標(biāo)準(zhǔn)屈服強(qiáng)度（或0.2%非比例延伸強(qiáng)度），MPa；RDt——材料在設(shè)計(jì)溫度下經(jīng)10萬小時(shí)斷裂的持久強(qiáng)度的平均值，MPa；Rnt——材料在設(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，MPa。4）鋼材許用應(yīng)力593、內(nèi)壓圓筒（單層）強(qiáng)度設(shè)計(jì)1）、厚度計(jì)算公式其中：δ——計(jì)算厚度，mm；Pc——計(jì)算壓力，MPa；Di——容器內(nèi)徑，mm；Do——容器外徑，mm；φ——焊接接頭系數(shù)；[σ]t——設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力。計(jì)算公式是由圓筒的薄膜應(yīng)力{由無力矩理論[對(duì)于薄殼(K=δ/D≤1.2)忽略彎曲內(nèi)力，只計(jì)最大拉應(yīng)力]}按最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則導(dǎo)出的，其適用范圍是：Pc≤0.4[σ]tφ，即K≤1.5。內(nèi)徑外徑3、內(nèi)壓圓筒（單層）強(qiáng)度設(shè)計(jì)內(nèi)徑外徑60薄殼圓筒的應(yīng)力：軸向應(yīng)力：環(huán)向應(yīng)力：其中：P——設(shè)計(jì)壓力；D——中徑；t——壁厚。環(huán)向應(yīng)力是軸向應(yīng)力的二倍。圓筒厚度公式的來源球殼厚度公式的來源薄殼圓筒的應(yīng)力：圓筒厚度公式的來源球殼厚度公式的來源612）、強(qiáng)度校核公式3）最大允許工作壓力計(jì)算公式內(nèi)徑外徑內(nèi)徑外徑2）、強(qiáng)度校核公式內(nèi)徑外徑內(nèi)徑外徑624）厚度的確定圖樣上注明的厚度是名義厚度，理論上δn=δ+C1+C2再向上圓整到鋼板的標(biāo)準(zhǔn)厚度，但在設(shè)計(jì)中還要考慮的因素很多：（1）GB150中要求的殼體成形后，不包括C2的最小厚度要求：碳鋼、低合金鋼制容器不小于3mm；高合金鋼制容器不小于2mm。（2）換熱器標(biāo)準(zhǔn)GB151的最小壁厚要求：；碳鋼、低合金鋼高合金鋼4）厚度的確定碳鋼、低合金鋼高合金鋼63（3）開孔補(bǔ)強(qiáng)的需要；（4）支承強(qiáng)度和剛度要求；（5）襯里設(shè)備的剛度要求；（6）選用材料的厚度限制；（7）利用制造廠庫存材料等?？傊搀w壁厚的確定，要在保證安全的前提下，綜合考慮經(jīng)濟(jì)等各種因素后確定。（3）開孔補(bǔ)強(qiáng)的需要；644、內(nèi)壓橢圓封頭強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要介紹常用的以內(nèi)徑為準(zhǔn)的橢圓封頭。

1)厚度計(jì)算公式其中：δh——橢圓封頭計(jì)算厚度，mm；K——橢圓封頭形狀系數(shù)，，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭K=1。其物理意義：K＝封頭上最大總應(yīng)力/圓筒上周向薄膜應(yīng)力。內(nèi)徑由半球形封頭厚度計(jì)算公式演變來的4、內(nèi)壓橢圓封頭強(qiáng)度設(shè)計(jì)內(nèi)徑由半球形封頭厚度計(jì)算公式演變來的652）橢圓封頭的受力特點(diǎn)薄壁橢圓球殼在內(nèi)壓作用下，存在徑向應(yīng)力σr和環(huán)向應(yīng)力σθ，徑向應(yīng)力σr總是大于0，但環(huán)向應(yīng)力σθ卻隨著橢圓的形狀變化而不同。

圖1徑向應(yīng)力分布圖，在頂點(diǎn)σr最大，且與σθ相等；在赤道σr最小。2）橢圓封頭的受力特點(diǎn)66

環(huán)向應(yīng)力在頂點(diǎn)處總是大于0，但在赤道處卻存在三種情況：圖2環(huán)向應(yīng)力分布(1)圖3環(huán)向應(yīng)力分布(2)圖4環(huán)向應(yīng)力分布(3)圖2：時(shí)σθ＞0圖3：時(shí)σθ=0圖4：時(shí)σθ＜0，可能發(fā)生周向皺褶而導(dǎo)致局部屈服失效。這就是為什么GB150規(guī)定：Di/2hi≤2橢圓形封頭δe≥0.15%Di；Di/2hi＞2橢圓形封頭δe≥0.30%Di。3）厚度的確定和筒體一樣考慮諸多因素，一般取與筒體等厚，利于焊接。環(huán)向應(yīng)力在頂點(diǎn)處總是大于0，但在赤道處卻存在675、平蓋平蓋也是壓力容器常用的封頭形式之一。1）厚度計(jì)算公式其中：δp——平蓋計(jì)算厚度，mm；Dc——平蓋計(jì)算直徑，mm；K——結(jié)構(gòu)特征系數(shù)。是以薄板（0.01＜δp/R＜0.2）理論為依據(jù)，按塑性失效原理確定的。2）平板受力特點(diǎn)（1）板內(nèi)環(huán)向應(yīng)力σθ與徑向應(yīng)力σr均為彎曲應(yīng)力，沿板厚成線性分布；（2）薄板結(jié)構(gòu)的最大彎曲應(yīng)力：

薄殼結(jié)構(gòu)的最大拉應(yīng)力：相同R/t（R為平板半徑，t為平板厚度）條件下，薄板所需厚度比薄殼大；5、平蓋68(3)平板應(yīng)力與固定方式有關(guān)（4）周邊固支的最大正應(yīng)力為支承處的σr

；周邊簡(jiǎn)支的最大正應(yīng)力為中心處的σr

，是固支的1.65倍。（5）最大撓度都在中心，周邊簡(jiǎn)支的是固支的4.08倍。（6）周邊固支的在剛度和強(qiáng)度兩方面均優(yōu)于周邊簡(jiǎn)支的，工程中是介于兩者之間的。(3)平板應(yīng)力與固定方式有關(guān)693）設(shè)計(jì)應(yīng)用（1）做備用口接管盲板，按壓力等級(jí)選用標(biāo)準(zhǔn)件；（2）用于低壓、小直徑設(shè)備的封頭，但比較厚，換熱器用的比較多；（3）用于造紙機(jī)械的烘缸，但是加筋結(jié)構(gòu)，厚度計(jì)算公式有變化。3）設(shè)計(jì)應(yīng)用706、開孔補(bǔ)強(qiáng)壓力容器上必有開孔，在開孔部位，不但會(huì)削弱容器強(qiáng)度，而且由于結(jié)構(gòu)連續(xù)性受到破壞，殼體和接管變形不一致，在開孔和接管處將產(chǎn)生較大的附加彎曲應(yīng)力，局部區(qū)域的峰值應(yīng)力可達(dá)器壁基本應(yīng)力的3倍以上，這種局部的應(yīng)力增長(zhǎng)現(xiàn)象，稱為“應(yīng)力集中”，開孔補(bǔ)強(qiáng)就是為降低開孔處的應(yīng)力集中程度。1）開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法

GB150中有等面積法和分析法，HG/T20582(六項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)之一)中有壓力面積法。（1）等面積法的適用范圍：a）圓筒Di≤1500mm時(shí)，開孔最大直徑d0p≤Di/2，且d0p≤520mm；Di>1500mm時(shí)，d0p≤Di/3，且d0p≤1000mm；b）凸形封頭或球殼上開孔最大直徑d0p≤Di/2；c）錐殼上開孔最大直徑d0p≤Di/3，Di為開孔中心處的錐殼內(nèi)直徑。6、開孔補(bǔ)強(qiáng)71（2）分析法適用范圍

d

≤0.9D，開孔率比等面積法大的多。是GB150新增內(nèi)容，計(jì)算復(fù)雜。（3）壓力面積法適用范圍又叫大開孔補(bǔ)強(qiáng)，適用于di/Di超出GB150等面積補(bǔ)強(qiáng)法的情況。（4）等面積法簡(jiǎn)介它是建立在無限大平板開小孔的彈性分析理論基礎(chǔ)上的帶有經(jīng)驗(yàn)性的方法。等面積補(bǔ)強(qiáng)方法規(guī)定：局部補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面積Ae，必須大于或等于開孔削弱所需要的補(bǔ)強(qiáng)截面積A，即Ae≥A。Ae=A1+A2+A3+A4其中：A1——?dú)んw的強(qiáng)度富余面積；當(dāng)A1+A2+A3≥A時(shí)，不用另加補(bǔ)強(qiáng)；A2——接管的強(qiáng)度富余面積；當(dāng)A1+A2+A3＜A時(shí)，另加補(bǔ)強(qiáng)A4；A3——焊縫截面積；當(dāng)A1+A2+A3+A4≥A時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算合格。A4——另加補(bǔ)強(qiáng)面積。（2）分析法適用范圍72

從上圖中可看出，接管的內(nèi)伸部分幾乎都可做為補(bǔ)強(qiáng)面積，所以，當(dāng)工藝條件允許（不是向下的排凈口），制造條件允許（不是襯里設(shè)備）時(shí)，在補(bǔ)強(qiáng)面積差的不大的情況下，采用內(nèi)伸結(jié)構(gòu)可解決問題，但是有限度的（h2內(nèi)）。

732）開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)形式：（1）補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)采用的最多。（2）整體補(bǔ)強(qiáng)a)殼體整體加厚，增加多了不經(jīng)濟(jì)，一般加2mm左右可接受；b)厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)，計(jì)算差的少的可用，但厚壁管要考慮采購是否方便；c)整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)，一般用于高壓場(chǎng)合，D級(jí)用的較少。

補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)2）開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)形式：743）補(bǔ)強(qiáng)圈的適用范圍a）低合金鋼的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值Rm＜540MPa；b）補(bǔ)強(qiáng)圈厚度≤1.5δn；c）殼體δn≤38mm。

若條件允許，推薦以厚壁管代替補(bǔ)強(qiáng)圈進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。4）不另行開孔補(bǔ)強(qiáng)的條件a）P≤2.5MPa；b）相鄰開孔中心距≥兩孔直徑之和；3個(gè)以上開孔，任意兩孔中心距≥2.5兩孔直徑之和；c）d0

≤89mm；d）接管壁厚滿足下表，表中C2=1mm:3）補(bǔ)強(qiáng)圈的適用范圍75e）開孔不得位于A、B類焊接接頭上；f）Rm≥540MPa時(shí)，全焊透。5）設(shè)計(jì)時(shí)注意的問題a）中、低壓容器設(shè)計(jì)多數(shù)是采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，一般采用與殼體相同材料，且等厚（開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算往往不需要等厚）；b）符合前面“4）”的條件的開孔，不必計(jì)算；c）現(xiàn)在都是利用強(qiáng)度計(jì)算軟件計(jì)算，對(duì)于同等條件（都開在筒體上或都開在封頭同一半徑上）的不同規(guī)格的開孔，如果較大的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算合格了，則等厚的較小規(guī)格的開孔補(bǔ)強(qiáng)可省略不算；d）對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)人孔的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，要注意接管的焊接接頭系數(shù)不一定是1；e）對(duì)于補(bǔ)強(qiáng)面積差的不多的情況，可將接管所在位置殼體的焊接接頭系數(shù)取1，計(jì)算就能通過，但要在圖樣上注明“××接管避開焊縫”。e）開孔不得位于A、B類焊接接頭上；767、安全泄放裝置包括安全閥和爆破片安全裝置。常規(guī)設(shè)計(jì)中最常用的是彈簧式安全閥，依閥瓣的開啟高度分為全啟式和微啟式。全啟式適用于泄放氣體、蒸汽及液化氣介質(zhì)，微啟式一般適用于泄放液體。安全閥適用于清潔、不含固體顆粒、黏度低的介質(zhì)。爆破片適用于壓力快速增長(zhǎng)的場(chǎng)合。如沒有特殊要求，優(yōu)先選用安全閥。

彈簧式安全閥的工作原理：當(dāng)安全閥閥瓣下的介質(zhì)壓力超過彈簧的壓緊力時(shí)，閥瓣被頂起，排出的氣體由于下調(diào)節(jié)環(huán)的反彈而作用在閥瓣夾持圈上，使閥門迅速打開，隨著閥瓣的上移，氣體沖擊在上調(diào)節(jié)環(huán)上，使排氣方向趨于垂直向下，排氣產(chǎn)生的反作用力推著閥瓣向上，并且在一定的壓力范圍內(nèi)使閥瓣保持在足夠的提升高度上，隨著氣體不斷排出，系統(tǒng)內(nèi)的壓力逐步降低，此時(shí)，彈簧的作用力將克服作用于閥瓣上的氣體壓力和排氣的反作用力，從而關(guān)閉安全閥。安全閥的最大優(yōu)點(diǎn)是泄壓后可自動(dòng)恢復(fù)連續(xù)操作，而爆破片卻不能。7、安全泄放裝置771）容器安全泄放量計(jì)算對(duì)于直連壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐，取壓縮機(jī)單位時(shí)間內(nèi)的最大產(chǎn)氣量；對(duì)于直連鍋爐的儲(chǔ)汽罐，取鍋爐單位時(shí)間內(nèi)的最大產(chǎn)氣量；一般氣體儲(chǔ)罐：Ws=2.83×10-3ρvd2其中：Ws——壓力容器的安全泄放量，kg/h；ρ——?dú)怏w泄放壓力下密度，kg/m3；ρ0－氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（1個(gè)大氣壓，0℃）下的密度；Tf－氣體泄放溫度：設(shè)計(jì)溫度+273，K（絕對(duì)溫標(biāo)）；P0－0.101MPa（絕壓）；T0－273K（絕對(duì)溫標(biāo)）；Pf—安全閥的泄放壓力，max{1.1P，0.02}+0.101MPa（絕壓）；P－容器的設(shè)計(jì)壓力，對(duì)于只裝一個(gè)安全閥時(shí)P＞Pz；Pz——安全閥的整定壓力，Pz=(1.05～1.1)PwMPa（表壓）；V——壓力容器進(jìn)口管內(nèi)氣體的流速，m/s，一般氣體10～15，飽和水蒸汽20～30；過熱水蒸汽30～60；d——壓力容器進(jìn)口管的內(nèi)徑，mm。1）容器安全泄放量計(jì)算782）安全泄放裝置的泄放面積計(jì)算a)氣體（臨界條件下）其中：A——安全泄放裝置最小泄放面積，mm2，對(duì)于全啟式安全閥，是指喉徑處的截面積；對(duì)于微啟式安全閥，是指喉徑處的簾面積，h=d0（1/40～1/20）為閥瓣開啟高度；對(duì)于微啟式安全閥的閥瓣開啟高度GB150上有更詳細(xì)的規(guī)定。2）安全泄放裝置的泄放面積計(jì)算79注意：對(duì)法蘭連接的安全閥一般喉徑都小于公稱直徑。注意：對(duì)法蘭連接的安全閥一般喉徑都小于公稱直徑。80C——?dú)怏w特性系數(shù)，，可根據(jù)氣體的絕熱指數(shù)k，從GB150表B.4中查取，對(duì)于常見雙原子氣體如空氣、氮?dú)?、氧氣等?56；K——泄放系數(shù)，安全閥按閥門樣本選取，樣本上沒有時(shí)可參照99版《容規(guī)》選取，全啟式0.6~0.7；微啟式帶調(diào)節(jié)圈0.4~0.5，不帶調(diào)節(jié)圈0.25~0.35；爆破片與接口管道形狀有關(guān)：（形狀不易確定時(shí)取0.62）C——?dú)怏w特性系數(shù)，，可81M——?dú)怏w摩爾質(zhì)量，kg/kmol，數(shù)值就是分子量；Z——?dú)怏w在操作溫度、壓力下的壓縮系數(shù)，根據(jù)介質(zhì)的臨界溫度、臨界壓力，和泄放溫度、泄放壓力，計(jì)算出對(duì)比溫度和對(duì)比壓力，從右圖中查取。介質(zhì)的臨界溫度和臨界壓力從物性手冊(cè)中可查取，對(duì)于空氣取1，在中、低壓下的雙原子氣體也可取1。M——?dú)怏w摩爾質(zhì)量，kg/kmol，數(shù)值就是分子量；82b)飽和蒸汽ⅰ、當(dāng)Pf≤10MPa時(shí)：ⅱ、當(dāng)10MPa＜Pf≤22MPa時(shí)：c)液體其中：ζ——液體動(dòng)力黏度校正系數(shù)，見圖B.2，當(dāng)液體黏度不大于20℃水的黏度時(shí)取ζ＝1；ΔP——泄放裝置泄放時(shí)內(nèi)、外壓差，MPa。（☆1儲(chǔ)氣罐）b)飽和蒸汽833）裝有安全泄放裝置的壓力容器設(shè)計(jì)壓力的確定a)安全閥：當(dāng)裝設(shè)一個(gè)時(shí)，P＞Pz；當(dāng)裝有多個(gè)時(shí)其中一個(gè)Pz＜P，其他的Pz=1.05P。注意！當(dāng)容器要求做氣密性試驗(yàn)時(shí)，PT=P，并要求帶安全閥試驗(yàn)，不允許安全閥起跳，這時(shí)P＜Pz＜［Pw]，圖樣上要注明＜［Pw]。b)爆破片：首先確定爆破片的最低標(biāo)定爆破壓力Psmin:

3）裝有安全泄放裝置的壓力容器設(shè)計(jì)壓力的確定84選定爆破片的制造范圍：選定爆破片的制造范圍：85計(jì)算爆破片的設(shè)計(jì)爆破壓力Pb=Psmin+∣制造范圍下限∣確定設(shè)計(jì)壓力P≥Pb+制造范圍上限。由此可看出，同一Pw時(shí)，安裝爆破片比安裝安全閥時(shí)的設(shè)計(jì)壓力大。例如一臺(tái)工作壓力1.0MPa的壓力容器：若裝一個(gè)安全閥，Pz=（1.05～1.1）Pw，取Pz=1.08，取P=1.1。若裝一個(gè)反拱型爆破片，Psmin≥1.25Pw，取Psmin=1.25，選全范圍Pb=1.25+0.065=1.315P≥Pb+0.11=1.415計(jì)算爆破片的設(shè)計(jì)爆破壓力Pb=Psmin+∣868、臥式容器設(shè)計(jì)臥式容器的設(shè)計(jì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)JB/T4731-2005《鋼制臥式容器》，其適用條件：P≤35MPa；在均勻載荷作用下；對(duì)稱的雙鞍座。1）力學(xué)模型把臥式容器當(dāng)做承受均布載荷、雙支點(diǎn)的外伸簡(jiǎn)支梁，同時(shí)考慮充滿液體靜壓作用于端封頭以及對(duì)圓筒水平縱向截面的力矩作用。下圖中：F——支反力，是所有重力載荷（物料重量、設(shè)備自重、保溫層質(zhì)量等）的一半；q——重力均布載荷；M——重力載荷引起的彎矩；Fτ——重力載荷引起的剪力。8、臥式容器設(shè)計(jì)87

危險(xiǎn)截面力學(xué)模型剪力圖彎矩圖危險(xiǎn)截面力學(xué)模型剪力圖彎矩圖882）應(yīng)力計(jì)算只簡(jiǎn)單介紹常用的不帶加強(qiáng)圈的應(yīng)力計(jì)算，如果按JB/T4712-2007《容器支座第1部分鞍式支座》選用的鞍座，可不對(duì)鞍座進(jìn)行強(qiáng)度校核，固只介紹圓殼體上的應(yīng)力，分為三組應(yīng)力：a）軸向應(yīng)力：σ1——圓筒中間截面頂點(diǎn)軸向應(yīng)力；σ2——圓筒中間截面最低點(diǎn)軸向應(yīng)力；σ3——支座處圓筒橫截面內(nèi)鞍座邊角處的軸向應(yīng)力；σ4——支座處圓筒橫截面內(nèi)最低點(diǎn)的軸向應(yīng)力；b）周向應(yīng)力：σ5——支座處圓筒橫截面內(nèi)最低點(diǎn)的周向應(yīng)力；σ6——無加強(qiáng)圈時(shí)鞍座邊緣處的圓筒周向應(yīng)力；

σ′6——鞍座邊緣處圓筒周向應(yīng)力；c）剪應(yīng)力：τ——圓筒切向剪應(yīng)力；τh——封頭切向剪應(yīng)力。2）應(yīng)力計(jì)算89

軸向應(yīng)力由兩部分組成，第一項(xiàng)是由內(nèi)壓引起的薄膜應(yīng)力，第二項(xiàng)是由彎矩引起的彎曲應(yīng)力。各軸向應(yīng)力作用點(diǎn)如圖示。其中σ3，當(dāng)A≤Ra/2時(shí)在支承截面頂點(diǎn)，否則且鞍座處無加強(qiáng)圈時(shí)在接近水平位置?！瘛瘛瘛瘛瘭?σ2σ3(σ3)σ4(1)軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力由兩部分組成，第90軸向應(yīng)力判據(jù)：操作狀態(tài)：最大拉應(yīng)力（最大正值）：max{σ1，σ2，σ3，σ4｝≤φ［σ］t最大壓應(yīng)力（最小負(fù)值）：min{σ1，σ2，σ3，σ4｝≤φ［σ］tac還有水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核。A≤Ra/2時(shí)軸向應(yīng)力判據(jù)：A≤Ra/2時(shí)91（2）周向應(yīng)力周向應(yīng)力判據(jù)：｜σ5｜≤［σ］t

｜σ6｜≤1.25［σ］t

｜σ′6｜≤1.25［σ］tL/Ra＜8時(shí)L/Ra≥8時(shí)L/Ra≥8時(shí)L/Ra＜8時(shí)（2）周向應(yīng)力L/Ra＜8時(shí)L/Ra≥8時(shí)L/Ra≥8時(shí)L/92(3)剪應(yīng)力剪應(yīng)力判據(jù)：τ≤0.8［σ］tτh≤1.25［σ］t-σh

A≤Ra/2時(shí)A＞Ra/2時(shí)(3)剪應(yīng)力A≤Ra/2時(shí)A＞Ra/2時(shí)933)設(shè)計(jì)注意問題（1）支座應(yīng)盡量使A≤0.5Ra，當(dāng)無法滿足時(shí)，A不宜大于0.2L。（2）鞍座一個(gè)選用固定式，一個(gè)選用滑動(dòng)式，固定式的鞍座宜放在設(shè)備約束較大一側(cè)，如較大接管一側(cè)。（3）設(shè)備若放置在水泥基礎(chǔ)上，在滑動(dòng)式鞍座下應(yīng)預(yù)埋基礎(chǔ)墊板。（4）在低壓工況下，臥式容器的壁厚往往不是由薄膜應(yīng)力決定的，可能是由周向應(yīng)力決定的。（5）選用標(biāo)準(zhǔn)鞍座，只能說明鞍座的強(qiáng)度足夠，并不代表臥式容本身安全，所以一定要進(jìn)行臥式容器強(qiáng)度計(jì)算。（☆2分汽缸）3)設(shè)計(jì)注意問題949、外壓容器設(shè)計(jì)

真空容器和帶有正壓夾套的容器內(nèi)筒都要進(jìn)行外壓設(shè)計(jì)計(jì)算，外壓計(jì)算是一個(gè)先假設(shè)容器壁厚，通過圖表法計(jì)算出許用外壓力［P］，直到Pc≤[P]，否則反復(fù)試算的過程。GB150把外壓圓筒分為D0/δe≥20的薄壁圓筒和D0/δe＜20的厚壁圓筒。薄壁圓筒僅需進(jìn)行穩(wěn)定性校核，厚壁圓筒要同時(shí)考慮失穩(wěn)和強(qiáng)度失效?，F(xiàn)在都是利用強(qiáng)度計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，例如利用SW6計(jì)算軟件，輸入假設(shè)壁厚后，如果校核計(jì)算不合格，計(jì)算軟件會(huì)給出修改設(shè)計(jì)的選擇方案：a)給出在輸入的計(jì)算壓力下滿足要求的最大計(jì)算長(zhǎng)度；b)給出在輸入的計(jì)算長(zhǎng)度條件下壁厚要增加到多少；c)增設(shè)加強(qiáng)圈。

9、外壓容器設(shè)計(jì)95外壓容器，包括夾套容器的設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問題：1）計(jì)算壓力的確定要考慮可能出現(xiàn)的最大內(nèi)、外壓力差來確定。2）外壓計(jì)算長(zhǎng)度外壓容器計(jì)算時(shí)，外壓長(zhǎng)度確定的正確與否，直接關(guān)系到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。真空容器夾套容器帶加強(qiáng)圈容器外壓容器，包括夾套容器的設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問題：真空容器963）壁厚的確定一般情況下，按外壓確定的殼體壁厚，比按內(nèi)壓確定的壁厚厚的多。而且外壓設(shè)計(jì)計(jì)算與材料的強(qiáng)度指標(biāo)關(guān)系不大，主要與材料的彈性模量E相關(guān)，所以當(dāng)外壓計(jì)算不合格時(shí)，不能用選擇更高強(qiáng)度的材料來解決問題。4）增設(shè)加強(qiáng)圈如果按外壓計(jì)算壁厚太厚，特別是用不銹鋼時(shí)，從經(jīng)濟(jì)性考慮，增設(shè)加強(qiáng)圈更合理。加強(qiáng)圈規(guī)格是按抗彎需求計(jì)算出來的。加強(qiáng)圈與筒體間一般采用間斷焊。5）腐蝕裕量對(duì)于不完全夾套容器的內(nèi)筒和下封頭，其C2的取值要考慮雙面腐蝕，如果是含有固體物料的攪拌容器，還要考慮介質(zhì)的磨蝕。6）水壓試驗(yàn)對(duì)于夾套容器內(nèi)筒，如果水壓試驗(yàn)外壓校核不合格，水壓試驗(yàn)時(shí)內(nèi)筒要保壓。（☆3反應(yīng)鍋）3）壁厚的確定9710、管殼式換熱器設(shè)計(jì)GB151-1999《管殼式換熱器》（快出新標(biāo)準(zhǔn)了）中包含四種主要結(jié)構(gòu)形式的換熱器：固定管板式、浮頭式、U形管式和填料函式。換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算主要是管板的強(qiáng)度計(jì)算，比較復(fù)雜，如果手算需要幾天的時(shí)間，現(xiàn)在用計(jì)算軟件計(jì)算，所以這里只簡(jiǎn)單介紹設(shè)計(jì)思路，和設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題和結(jié)構(gòu)形式。1）管殼式換熱器的主要結(jié)構(gòu)形式（1）固定管板式其典型結(jié)構(gòu)如右圖，管束連接在管板上，管板與殼體焊接。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、承受壓力較高，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換。缺點(diǎn)是當(dāng)管、殼程溫差或換熱管與殼體材料線脹系數(shù)相差較大時(shí)，熱應(yīng)力較大。適用于殼程介質(zhì)清潔，管、殼程溫差不大或溫差較大但殼程壓力不高的場(chǎng)合。上管箱管板換熱管折流板膨脹節(jié)拉桿下管箱10、管殼式換熱器設(shè)計(jì)上管箱管板換熱管折流板膨脹節(jié)拉桿下管箱98(2)浮頭式其典型結(jié)構(gòu)如上圖，只有一端管板與殼體固定，另一端可自由移動(dòng)，所以稱為浮頭。浮頭由浮頭管板、鉤圈和浮頭蓋組成，是可拆連接，管束可從殼體內(nèi)抽出。管束與殼體的熱變形互不約束，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。其特點(diǎn)是管間和管內(nèi)清洗方便，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)比固定管板式的高，設(shè)備比較笨重，材料消耗量大，浮頭端小蓋在操作中無法檢查，制造時(shí)對(duì)密封要求較高。適用于殼體和管束間溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場(chǎng)合。浮頭管板鉤圈浮頭蓋(2)浮頭式浮頭管板鉤圈浮頭蓋99（3）U形管式其典型結(jié)構(gòu)如上圖，特點(diǎn)是只有一塊管板，管束由多根U形管組成，換熱管的兩端固定在同一塊管板上，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。由于受彎曲半徑的限制，換熱管排布較少，管板利用率較低；管束最內(nèi)層間距較大，殼程液體易形成短路，對(duì)傳熱不利。內(nèi)層換熱管不能更換，只能堵死，且壞一根等于壞兩根，報(bào)廢率較高。其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，承壓能力強(qiáng)，適用于管、殼程溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需要清洗，又不適宜采用浮頭式的場(chǎng)合。U形管（3）U形管式U形管100（4）填料函式

其結(jié)構(gòu)如上圖示，與浮頭式相似，只是浮頭露在殼體之外，滑動(dòng)部位采用填料函式密封結(jié)構(gòu)。管束可伸縮，不產(chǎn)生熱應(yīng)力。結(jié)構(gòu)較浮頭式簡(jiǎn)單，制造方便，節(jié)省材料，造價(jià)比較低，且管束可抽出，管內(nèi)、管間都能進(jìn)行清洗，維修方便。

因填料處易產(chǎn)生泄漏，一般適用于4MPa以下的工作條件，且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度也受填料的物性限制。填料函式換熱器出在已很少采用。填料函填料填料壓蓋（4）填料函式填料函填料填料壓蓋1012）管殼式換熱器的主要零部件及設(shè)計(jì)（1）管板GB151的管板計(jì)算公式力學(xué)模型是：把實(shí)際的管板簡(jiǎn)化為承受均布載荷、放置在彈性基礎(chǔ)上，且受管孔削弱的當(dāng)量圓平板。同時(shí)考慮管束對(duì)管板撓度的約束作用（忽略對(duì)轉(zhuǎn)角的約束作用）、管板周邊不布管區(qū)對(duì)管板應(yīng)力的影響、管板邊緣不同的連接結(jié)構(gòu)對(duì)管板邊緣轉(zhuǎn)角的約束作用和管板兼作法蘭時(shí)力矩的影響。①管板最小厚度δmina)焊接時(shí)δmin≥12mm；b)脹接時(shí)：嚴(yán)格場(chǎng)合δmin≥d0；一般場(chǎng)合d0≤25時(shí)δmin≥0.75d025＜d0＜50時(shí)δmin≥0.70d0d0≥50時(shí)δmin≥0.65d02）管殼式換熱器的主要零部件及設(shè)計(jì)102②管孔排列形式常用機(jī)械清洗時(shí)②管孔排列形式常用機(jī)械清洗時(shí)103③換熱管孔中心距SS≥1.25d0，常用的中心距：④布管限定圓b3=0.25d且≥8③換熱管孔中心距Sb3=0.25d104⑤管橋管板加工圖的技術(shù)要求中要注明管橋?qū)挾绕?，?dāng)換熱管外徑、孔中心距、管板厚度與表中不同時(shí)，按標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。注意：１、2011版GB150規(guī)定GB/T8163管不得用于管殼式換熱器的換熱管，可用的都是高級(jí)管，固不存在Ⅱ級(jí)管。

２、鋼管采用強(qiáng)度焊或強(qiáng)度焊加貼脹時(shí)，可放寬用Ⅱ級(jí)管的表。⑤管橋105⑥管孔公差管板加工圖中要注明管孔公差，換熱管外徑與表中不同時(shí)，可按相近的管徑選取。⑦管板的固定方式兼作法蘭焊接式不作法蘭焊接式夾持式⑥管孔公差106⑧圖面其他要求管板密封面與軸線垂直度公差按GB/T1184的9級(jí)公差選??；若脹接，管孔與管板密封面的垂直度公差按GB/T1184的9級(jí)公差選取，管孔表面不允許存在貫通的縱向條痕。螺栓孔中心圓及任意兩孔弦長(zhǎng)的偏差要求；鍛制管板級(jí)別不低于Ⅱ級(jí)；拼接管板的對(duì)接接頭100%射線檢測(cè)；碳鋼或低合金鋼制拼接管板進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理；不同材料做管板的厚度限制不同，如Q235B不大于30mm，Q235C不大于40mm；對(duì)于復(fù)合材料制作的管板的特殊要求。⑧圖面其他要求107管板是管殼式換熱器的主要構(gòu)件之一，管板的強(qiáng)度計(jì)算是換熱器強(qiáng)度計(jì)算中的重頭戲，計(jì)算時(shí)要同時(shí)考慮到不同的危險(xiǎn)工況組合：只有Ps，Pt=0，不計(jì)溫差應(yīng)力；只有Ps，Pt=0，計(jì)溫差應(yīng)力；只有Pt，Ps=0，不計(jì)溫差應(yīng)力；只有Pt，Ps=0，計(jì)溫差應(yīng)力。在不同危險(xiǎn)工況組合下，計(jì)算出相應(yīng)的管板應(yīng)力（管板徑向應(yīng)力，周邊徑向應(yīng)力，周邊剪切應(yīng)力）、殼體法蘭應(yīng)力、換熱管軸向力、殼程筒體軸向力、換熱管與管板連接拉脫力。根據(jù)不同的應(yīng)力性質(zhì)，不同的判據(jù)(一次應(yīng)力≤1.5［σ］t

一次應(yīng)力+二次應(yīng)力≤3［σ］t)進(jìn)行應(yīng)力校核。當(dāng)管板應(yīng)力超標(biāo)時(shí)，可采用兩種方法進(jìn)行調(diào)整：↗管板；↘殼體軸向剛度，設(shè)置膨脹節(jié)。管板是管殼式換熱器的主要構(gòu)件之一，管板的強(qiáng)度計(jì)108（2）換熱管換熱管有光管、波節(jié)管、螺旋槽管等，最常用的是光管。換熱管的外徑和壁厚按鋼管標(biāo)準(zhǔn)系列選用常用規(guī)格，長(zhǎng)度最好也按GB151推薦的管長(zhǎng)選取。①常用換熱管標(biāo)準(zhǔn)GB150.2-2044中規(guī)定，GB/T8163中的10、20和Q345D，GB/T14976中的鋼管不得用于管殼式換熱器（注：舊圖上常用這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)）?，F(xiàn)可選標(biāo)準(zhǔn)：碳鋼和低合金鋼管：a)GB9948《石油裂化用無縫鋼管》中的高級(jí)管；b)GB6479《高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管》中的高級(jí)管；c)GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼管》。高合金鋼管：a)GB13296《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》；b)GB/T21833《奧氏體－鐵素體型雙相不銹鋼無縫鋼管》中的高級(jí)管；c)GB/T24593《鍋爐和熱交換器用奧氏體不銹鋼焊接管》，P≤10MPa，不得用于極度或高度危害介質(zhì)；d)GB/T21832《奧氏體－鐵素體型雙相不銹鋼焊接鋼管》中的Ⅳ鋼管，限制條件同上。（2）換熱管109②換熱管與管板的連接方式a)強(qiáng)度脹接

保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的脹接。常用的脹接方法有機(jī)械脹、液壓脹、爆炸脹等。脹管器使管頭直徑增大產(chǎn)生塑性變形，板管只產(chǎn)生彈性變形，撤出脹管器后，管板彈性恢復(fù)，擠壓力實(shí)現(xiàn)貼合，達(dá)到堅(jiān)固與密封的目的。適用范圍：P≤10MPa；

設(shè)計(jì)溫度≤300℃；無劇烈振動(dòng)，無過大溫度變化及無明顯的應(yīng)力腐蝕。②換熱管與管板的連接方式110b)強(qiáng)度焊保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的焊接。由于管孔不需要開槽，對(duì)管孔的光潔度要求不高，管子端部不需要退火和磨光，加工簡(jiǎn)單，而且強(qiáng)度高，所以是最常用的連接方式。適用范圍：

P≤35MPa；無較大振動(dòng)及無間隙腐蝕。b)強(qiáng)度焊111c)脹焊并用脹焊并用又分為“強(qiáng)度脹+密封焊”和“強(qiáng)度焊+貼脹”。顧名思義，前者以強(qiáng)度脹保證拉脫力，以焊接實(shí)現(xiàn)密封；后者焊接承受拉脫力，脹接消除管與板間隙。一般認(rèn)為先焊后脹為宜，以防脹管用的潤(rùn)滑油清洗不凈，焊接時(shí)形成氣孔，影響焊縫質(zhì)量。適用范圍：

密封性能要求高；承受振動(dòng)或疲勞載荷；有間隙腐蝕；采用復(fù)合管板。強(qiáng)度脹+密封焊強(qiáng)度焊+貼脹c)脹焊并用強(qiáng)度脹+密封焊強(qiáng)度焊+貼脹112⑧圖面其他要求換熱器裝配圖上要注明換熱管的精度等級(jí)和外徑、壁厚偏差要求；裝配圖的技術(shù)特性表中注明換熱管與管板的連接方式；換熱管拼接時(shí)要符合GB151中的相關(guān)規(guī)定：

▲一根管的對(duì)接焊縫，直管不得超過一條；U形管不得超過二條；最短管長(zhǎng)不應(yīng)小于300mm；包括至少50mm直管段的U形彎管段范圍內(nèi)不得拼接；▲對(duì)接后通球試驗(yàn)；▲對(duì)接接頭射線檢測(cè)，抽查數(shù)量不少于10%；▲焊后逐根液壓試驗(yàn)，PT=2P。d)U形管的彎制規(guī)定。⑧圖面其他要求113（3）管箱①結(jié)構(gòu)要求管箱圓筒厚度除按GB150強(qiáng)度計(jì)算外，還要滿足表中最小厚的要求：軸向開口的單程管箱，最小深度；多程管箱，兩程間的流通面積＞1.3每程換熱管流通面積；分程隔板最小厚度要求，必要時(shí)開淚孔。管箱重量＞30kg時(shí)，設(shè)吊耳。②圖面要求碳鋼和低合金鋼制帶有分程隔板的管箱，側(cè)向開孔＞Di的，焊后消除應(yīng)力熱處理。碳鋼和低合金鋼高合金鋼（3）管箱碳鋼和低合金鋼高合金鋼114（4）殼程換熱器的殼程一般由筒體、管板（或設(shè)備法蘭）、工藝接管、折流板（或支持板）、拉桿、殼程分程隔板和防沖板組成。①筒體厚度除按GB150強(qiáng)度計(jì)算外，還要滿足前表中最小厚的要求；用作筒體的碳鋼和低合金鋼鋼管應(yīng)采用無縫鋼管。②折流板折流板的最小厚度、外徑尺寸及偏差、孔徑尺寸及偏差，根據(jù)設(shè)備直徑和管徑查GB151中的相應(yīng)表格確定；布置折流板時(shí)，靠近殼程物料進(jìn)、出口的，其缺口應(yīng)在進(jìn)、出口遠(yuǎn)端；最小折流板間距≥1/5Di，且≥50mm，最大間距≤Di；對(duì)于汽、液共存的臥式換熱器，折流板開排汽、液口。（4）殼程115③拉桿拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，任何折流板應(yīng)不少于3個(gè)支承點(diǎn)；do≥19mm，適用拉桿、定距管結(jié)構(gòu)；do≤14mm，適用拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)；拉桿的數(shù)量和直徑按GB151表43、44選取。④防沖板當(dāng)物料進(jìn)口速度較大時(shí)，按GB151設(shè)置防沖擋板。③拉桿1163）換熱器設(shè)計(jì)其他應(yīng)注意的問題（1）換熱面積按換熱管的外徑，有效傳熱長(zhǎng)度計(jì)算。對(duì)U形管不包括U形彎管段。（2）腐蝕裕量C2管板、浮頭法蘭、球冠形封頭和鉤圈考慮雙面腐蝕；平蓋、凸形封頭、管箱和筒體只考慮單面腐蝕；管板開槽時(shí)，高出部分可作為C2；設(shè)備法蘭和管法蘭內(nèi)直徑面上考慮C2；換熱管不考慮C2；折流板、支持板、拉桿、定距管等非受壓無件不考慮C2。（3）工作溫度圖樣上工作溫度應(yīng)填寫物料進(jìn)、出口溫度。3）換熱器設(shè)計(jì)其他應(yīng)注意的問題117（4）支座①臥式L≤3000mm時(shí)，LB＝（0.4~0.6）L；L＞3000mm時(shí)，LB＝（0.5~0.7）L；盡量LC＝LC′。②立式DN≤800mm時(shí)，至少安裝兩個(gè)支座，且對(duì)稱布置；DN＞800mm時(shí)，至少安裝四個(gè)支座，且均勻布置。（4）支座118（5）壓力試驗(yàn)順序①固定管板式殼程試壓，同時(shí)檢查換熱管接頭；管程試壓。②U形管式、填函式用試驗(yàn)壓環(huán)進(jìn)行殼程試驗(yàn)，同時(shí)檢查換熱管接頭；管程試壓。③浮頭式用試驗(yàn)壓環(huán)和浮頭專用工具進(jìn)行管頭試壓；管程試壓。殼程試壓。（5）壓力試驗(yàn)順序119（6）當(dāng)Pt＞

PS時(shí)提高殼程試驗(yàn)壓力至與管程試驗(yàn)壓相等，并對(duì)殼程進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)力校核；當(dāng)壓差較大，試驗(yàn)應(yīng)力校核不合格，可適當(dāng)增加殼體厚度；當(dāng)增加殼體厚度不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可用氨滲漏等方法檢查管頭。（☆4換熱器）（☆5紡絲桶）（6）當(dāng)Pt＞PS時(shí)120四、壓力容器設(shè)計(jì)常用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及近期修訂情況四、壓力容器設(shè)計(jì)常用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及近期修訂情況121上表是D級(jí)壓力容器設(shè)計(jì)常用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，下面簡(jiǎn)單介紹近5年來D級(jí)壓力容器設(shè)計(jì)的常用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的修訂情況。1、GB150.1～150.4-2011《壓力容器》2011年11月21日發(fā)布，2012年3月1日實(shí)施。替代GB150-1998《鋼制壓力容器》。GB150是中國(guó)壓力容器的核心技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，由獨(dú)立成篇的四部分組成：GB150.1《壓力容器第1部分：通用要求》GB150.2《壓力容器第2部分：材料》GB150.3《壓力容器第3部分：設(shè)計(jì)》GB150.4《壓力容器第4部分：制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收》上表是D級(jí)壓力容器設(shè)計(jì)常用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，下面簡(jiǎn)單介紹近122與GB150-1998比較，常規(guī)設(shè)計(jì)相關(guān)的主要變化：1）、擴(kuò)大了標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍：

●將有色金屬制壓力容器納入標(biāo)準(zhǔn)范圍，不僅局限于鋼制，如鋁、鈦、銅、鎳、鋯等制壓力容器；

●適用溫度-269～900℃。鋁的低溫適用范圍-269℃，鎳合金的高溫適用范

圍900℃。2）、修改了容器建造參與方的資格和職責(zé)要求

●明確了只有《固容規(guī)》管轄范圍內(nèi)的壓力容器設(shè)計(jì)、制造單位應(yīng)持有相應(yīng)的特種設(shè)備設(shè)計(jì)、制造許可證。

●規(guī)定容器的用戶或設(shè)計(jì)委托方應(yīng)以正式書面形式向設(shè)計(jì)單位提出設(shè)計(jì)條件。●明確了設(shè)計(jì)文件的保存時(shí)間應(yīng)在容器設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)。與GB150-1998比較，常規(guī)設(shè)計(jì)相關(guān)的主要變化：1233）、修訂了確定材料許用應(yīng)力的安全系數(shù)：

●材料抗拉強(qiáng)度Rm的安全系數(shù)由3.0調(diào)整為2.7；●碳鋼和低合金鋼屈服強(qiáng)度ReLr的安全系數(shù)由1.6調(diào)整為1.5。4）、修改了壓力試驗(yàn)的相關(guān)要求：●氣壓試驗(yàn)壓力由原來的1.15P改