壓力容器設(shè)計基礎(chǔ)知識講稿

壓力容器設(shè)計基礎(chǔ)知識講稿

（20140325）

名目

差不多概念

1.1壓力容器設(shè)計應(yīng)遵循的法規(guī)和規(guī)程

1.2標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)（規(guī)程）的關(guān)系。

1.3壓力容器的含義（定義）

1.4壓力容器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)簡述

1.5D1級和D2級壓力容器講明

二.GB150-1998《鋼制壓力容器》

1.范疇

2.標(biāo)準(zhǔn)

3.總論

3.1設(shè)計單位的資格和職責(zé)

3.3GB150管轄的容器范疇

3.4定義及含義

3.5設(shè)計參數(shù)選用的一樣規(guī)定

3.6許用應(yīng)力

3.7焊接接頭系數(shù)

3.8壓力試驗和試驗壓力

4.對材料的要求

4.1選擇壓力容器用鋼應(yīng)考慮的因素

4.2D類壓力容器受壓元件用鋼板

4.3鋼管

4.4鋼鍛件

4.5焊接材料

4.6采納國外鋼材的要求

4.7鋼材的代用規(guī)定

4.8專門工作環(huán)境下的選材

5.內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球體的運算

5.1內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球體運算的理論基礎(chǔ)

5.2內(nèi)壓圓筒運算

5.3球殼運算

6.外壓圓筒和外壓球殼的設(shè)計

6.1受平均外壓的圓筒（和外壓管子）

6.2外壓球殼

6.3受外壓圓筒和球殼運算圖的來源簡介

6.4外壓圓筒加大圈的運算

7.封頭的設(shè)計和運算

7.1封頭標(biāo)準(zhǔn)

7.2橢圓形封頭

7.3碟形封頭

7.4球冠形封頭

7.5錐殼

8.開孔和開孔補強

8.1開孔的作用

8.2開檢查孔的要求

8.3開孔的形狀和尺寸限制

8.4補強要求

8.5有效補強范疇及補強面積

8.6多個開孔的補強

9法蘭連接

9.1簡介

9.2法蘭連接密封原理

9.3法蘭密封面的常用型式及優(yōu)缺點

9.4法蘭型式

9.5法蘭連接運算要點

9.6管法蘭連接

10.壓力容器的制造、檢驗和驗收

10.1制造許可

10.2材料驗收及加工成形

10.3焊接

10.4D類壓力容器熱處理

10.5試板和試樣

10.8無損檢測

10.9液壓試驗

10.10容器出廠證明文件。

11.安全附件和超壓泄放裝置

11.1安全附件

11.2超壓泄放裝置

11.3壓力容器的安全泄放量

11.4安全閥

三、GB151-1999《管殼式換熱器》

01簡述

02標(biāo)準(zhǔn)與GB150-1998《鋼制壓力容器》的關(guān)系。

03差不多章節(jié)

1適用范疇

2組成

3型號表示法

4有關(guān)參數(shù)的確定

5焊接接頭系數(shù)

6試驗壓力和試驗溫度

7其它要點

8管板運算

9制造、檢驗與驗收

四、附錄受內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析名目

1.薄壁旋轉(zhuǎn)殼體的幾何概念和差不多假設(shè)

1.1幾何概念

1.2薄壁殼體的差不多假設(shè)

2薄壁圓筒的應(yīng)力分析

2.1軸向應(yīng)力的運算

2.2環(huán)向應(yīng)力的運算

3旋轉(zhuǎn)薄壁容器的應(yīng)力分析

3.1薄壁殼體的一樣方程式

3.2經(jīng)向應(yīng)力。1和環(huán)向應(yīng)力。2的運算

4.應(yīng)用舉例

圓筒形殼體

4.2球殼

4.3橢球殼（橢圓封頭）

4.4錐形殼（錐形封頭）

4,5薄壁圓環(huán)（彎管段）

壓力容器設(shè)計差不多知識

（講稿）

一.差不多概念

1.1壓力容器設(shè)計應(yīng)遵循的法規(guī)和規(guī)程

1）《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》（本文簡稱《條例》），是國務(wù)院2

003年3月11日公布的條例，條例自2003年6月1日起施行。原《鍋爐壓

力容器安全監(jiān)察暫行條例》同時廢止。

2）《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（本文簡稱《容規(guī)》），此《容規(guī)》

自2000年1月1日起正式實施。在安全監(jiān)察中，包括的七個環(huán)節(jié)是：設(shè)計、

制造、安裝、使用、檢驗、改造和修理。此規(guī)程與《條例》有不一致之處,

應(yīng)按《條例》的內(nèi)容修改。

3）《壓力容器壓力管道設(shè)計單位資格許可與治理規(guī)則》，此規(guī)則

自2003年1月1日起實施。

1.2標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)（規(guī)程）的關(guān)系。

《容規(guī)》第4條規(guī)定，壓力容器的設(shè)計、制造（組焊）、安裝、使用、

檢修、修理和改造，均應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行本規(guī)程的規(guī)定；第5條規(guī)定：本規(guī)程是

壓力容器質(zhì)量監(jiān)督和安全監(jiān)察的差不多要求，有關(guān)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)、部門規(guī)

章、企事業(yè)單位規(guī)定等，如果與本規(guī)程的規(guī)定相抵觸時，應(yīng)以本規(guī)程為準(zhǔn)。

GB150總論第3.1條規(guī)定：容器的設(shè)計、制造、檢驗和驗收除必須符合

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外，還應(yīng)遵守國家頒布的有關(guān)法令、法規(guī)和規(guī)章。

因此，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)或規(guī)程有不一致時，應(yīng)按法規(guī)（和規(guī)程）的規(guī)

定執(zhí)行。

1.3壓力容器的含義（定義）

按照《條例》第八十八條中的規(guī)定，壓力容器用語的含義是：“壓力容

器，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備，其范疇規(guī)定為最

高工作壓力大于或等于O.IMPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或等于2.

5MPa-L的氣體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體

的固定式容器和移動式容器；盛裝公稱工作壓力大于或等于0.2MPa（表壓）,

且壓力與容積的乘積大于或等于l.OMPa-L的氣體液化氣體和標(biāo)準(zhǔn)沸點等

于或者低于602液體的氣瓶；氧艙等。”

1.4壓力容器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)簡述

我國壓力容器專業(yè)性的具有一定規(guī)模的壓力容器的設(shè)計和制造，起于

五十年代初期。

1980年起，壓力容器設(shè)計方面依據(jù)為：《鋼制石油化工壓力容器設(shè)計規(guī)

定》和《鋼制管殼式換熱器設(shè)計規(guī)定》。

GB150-1998《鋼制壓力容器》是強制性的壓力容器國家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)

對鋼制壓力容器的設(shè)計、制造、檢驗和驗收作出具體的規(guī)定。是壓力容器

的差不多標(biāo)準(zhǔn)。

對壓力小于O.IMPa的鋼制容器的設(shè)計，按壓力容器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T473

5-1997《鋼制焊接常壓容器》的規(guī)定。

臥式容器和立式容器的設(shè)計尚應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB4710-2000《鋼制塔式

容器》和JB4731-2005《鋼制臥式容器》的規(guī)定。

GB151-1999《管殼式換熱器》標(biāo)準(zhǔn)，是用鋼、鋁、銅、鈦和鍥等材料

制造的管殼式換熱器的設(shè)計制造和驗收標(biāo)準(zhǔn)。

化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG20580?HG20585-1998,是針對化工設(shè)備的特點，

對鋼制壓力容器設(shè)計和制造方面提出更詳細(xì)的規(guī)定，有關(guān)設(shè)計方面的標(biāo)準(zhǔn)

是:

HG20580-1998《鋼制化工容器設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)定》

HG20581-1998《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》

HG20582-1998《鋼制化工容器強度運算規(guī)定》

HG20583-1998《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定》

其它配套標(biāo)準(zhǔn)如零部件如封頭、法蘭、支座、加固圈等標(biāo)準(zhǔn)，材料標(biāo)

準(zhǔn)、焊接標(biāo)準(zhǔn)等已日趨完備。

1.5D1級和D2級壓力容器講明

按照《壓力容器壓力管道設(shè)計單位資格許可與治理規(guī)則》第三條規(guī)

定，壓力容器設(shè)計類不和級不的劃分是：（一）A類、（二）C類、（三）D

類和（四）SAD類。其中D類又分：D1級和D2級。

1.D1級系指第一類壓力容器

2.D2級系指第二類低、中壓容器

第一類和第二類的具體劃分見《容規(guī)》第6條的規(guī)定。

注：壓力等級的劃分是：按容器的設(shè)計壓力P的大小，其中：

低壓（代號L）O.IMPaWP<1.6MPa

中壓（代號M）1.6MPaWP<10MPa

二GB150-1998《鋼制壓力容器》

GB150-1998《鋼制壓力容器》（簡稱GB15O）,包括正文十章和八個

附錄。

十章正文目次是：①范疇；②引用標(biāo)準(zhǔn)；③總論；④材料；⑤內(nèi)壓

圓筒和內(nèi)壓球殼；⑥外壓圓筒和外壓球殼；⑦封頭；⑧開孔和開孔補強；

⑨法蘭；⑩制造、檢驗與驗收。

八個附錄中，屬于標(biāo)準(zhǔn)的附錄有：附錄A材料的補充規(guī)定；附錄B

超壓泄放裝置；附錄C低溫壓力容器；附錄D非圓形截面容器。屬于

提示的附錄有：附錄F鋼材的高溫性能；附錄G密封結(jié)構(gòu)；附錄H

材料的指導(dǎo)性規(guī)定；附錄J焊接結(jié)構(gòu)。

標(biāo)準(zhǔn)的附錄E產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能檢驗，已被新公布的JB4744-

2000《鋼制壓力容器產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能試驗》所代替。

1.范疇

GB150-1998《鋼制壓力容器》規(guī)定了“鋼制壓力容器的設(shè)計、制造、

檢驗和驗收要求”。

即是講：GB150是碳素鋼、低合金鋼和高合金鋼制的壓力容器，在設(shè)

計、制造、檢驗和驗收的整個過程中，必須遵守的強制性國家標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定適用的壓力容器的設(shè)計參數(shù)的范疇是：容器的設(shè)計壓力不

大于35MPa；

適用的設(shè)計溫度范疇按鋼材承諾的使用溫度而定。

關(guān)于D類壓力容器，設(shè)計壓力范疇?wèi)?yīng)小于lOMPa。

在GB150的1.3和1.4中，還規(guī)定出不屬該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范疇的各類壓力容

器，

其中有：直截了當(dāng)用火焰加熱的容器；核能裝置中的容器；經(jīng)常搬運

的容器；設(shè)計壓力低于O.IMPa的容器；真空度低于0.02MPa的容器；要

求作疲勞分析的容器；內(nèi)直徑小于150mm的容器；此外，還有旋轉(zhuǎn)或往

復(fù)運動的機(jī)械設(shè)備中自成整體的受壓器室，以及已有其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的容器,

諸如制冷、制糖、造紙、飲料和搪玻璃容器等。

2.標(biāo)準(zhǔn)

在GB150所列的引用標(biāo)準(zhǔn)中包括GB、GB/T、JB和JB/T四種代號

的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)分為強制性標(biāo)準(zhǔn)和舉薦性標(biāo)準(zhǔn)（舉薦性標(biāo)準(zhǔn)一經(jīng)采納，即具

有強制性的性質(zhì)）。GB/T是舉薦性的國家標(biāo)準(zhǔn)，JB是機(jī)械工業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),

JB/T是機(jī)械工業(yè)舉薦性的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而JB或JB/T中排號為4XXX號碼的,

規(guī)定為壓力容器行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。例如：

JB/T4736-2002《補強圈》

JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》

JB/T4747-2002《壓力容器用鋼焊條訂貨技術(shù)條件》

JB/T4711-2003《壓力容器涂敷與運輸包裝》

3.總論

在“總論”一章中，對下列的8個方面作了規(guī)定：

①標(biāo)準(zhǔn)與有關(guān)法規(guī)和規(guī)章的關(guān)系；②設(shè)計和制造壓力容器單位的資格

和職責(zé)；③容器的范疇；④壓力、溫度和厚度的定義；⑤設(shè)計參數(shù)選用的

一樣規(guī)定；⑥材料許用應(yīng)力確定的依據(jù)和取值的規(guī)定；⑦焊接接頭系數(shù)的

確定；⑧壓力試驗（液壓試驗和氣密性試驗）和試驗壓力的規(guī)定。

3.1《條例》對設(shè)計單位的規(guī)定

《條例》第十一條規(guī)定：壓力容器的設(shè)計單位應(yīng)當(dāng)經(jīng)國務(wù)院特種設(shè)備

安全監(jiān)督治理部門許可，方可從事壓力容器的設(shè)計活動。

（一）有與壓力容器設(shè)計相適應(yīng)的設(shè)計人員設(shè)計、審核人員；

（二）有與壓力容器設(shè)計相適應(yīng)的健全的治理制度和責(zé)任制度。

3.2GBi50-1998對設(shè)計單位的資格和職責(zé)規(guī)定

資格容器的設(shè)計單位必須具備健全的質(zhì)量治理體系，應(yīng)持有壓力容

器設(shè)計單位批準(zhǔn)書，壓力容器的設(shè)計必須同意國家質(zhì)檢總局有關(guān)安全監(jiān)察

機(jī)構(gòu)的監(jiān)察。

職責(zé)應(yīng)對設(shè)計文件的正確性和完整性負(fù)責(zé)。容器的設(shè)計文件至少應(yīng)

包括設(shè)計運算書和設(shè)計圖樣。容器設(shè)計總圖應(yīng)蓋有容器設(shè)計資格印章。

3.3管轄的容器范疇劃定

GB150管轄的容器，其范疇包括殼體及與其連為整體的受壓零部件，

且劃定在下列范疇內(nèi)。

3.3.1容器與外部管道連接：焊接連接的第一道環(huán)向接頭坡口端面;

螺紋連接的第一個螺紋接頭端面；法蘭連接的第一個法蘭密封面；

3.3.2接管、人孔、手孔等的承壓封頭、平蓋及其緊固件。

3.3.3非受壓元件與受壓元件的焊接接頭。接頭以外的元件，如加

大圈、支座、裙座等。

3.3.4超壓泄放裝置和外表附件。

詳見GB150中的3.3.1至3.3.4條的規(guī)定。

3.4定義及含義

3.4.1壓力除注明者外，均指表壓力。

3.4.2工作壓力（PW）指在正常工作情形下，容器頂部可能達(dá)到

的最高壓力。

3.4.3設(shè)計壓力（P）指設(shè)定容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計

溫度一起作為設(shè)計載荷條件，其值不得低于工作壓力。即P2PW。

3.4.4運算壓力（PC）指在相應(yīng)當(dāng)設(shè)計溫度下，用以確定元件厚度

的壓力，其中包括液柱靜壓力。當(dāng)元件所承擔(dān)的液柱靜壓力小于5%設(shè)計壓

力時，可忽略不計。故PC2P；

3.4.5試驗壓力（Pt）指壓力試驗時，容器頂部的壓力。

注：試驗用壓力表口設(shè)計位置應(yīng)位于容器頂部。

3.4.6設(shè)計溫度指容器在正常工作情形下，設(shè)定的元件的金屬溫

度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。設(shè)計溫度與設(shè)計壓力一起作為設(shè)計載

荷條件。

3.4.7試驗溫度指壓力試驗時，殼體金屬的溫度。

3.4.8各種厚度

運算厚度8指按厚度運算公式運算得到的厚度。

設(shè)計厚度6d指運算厚度（8）與腐蝕裕量（C2）之和。

即

8d=8+C2,因此5d28

名義厚度6n指設(shè)計厚度（5d）加上鋼材厚度負(fù)偏差

（C1）后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度。即標(biāo)在圖樣上的厚度。

8n^（8d+Cl）

有效厚度8e指名義厚度（5n）減去腐蝕裕量（C2）和

鋼材厚度負(fù)偏（C1）。

6e=5n-Cl-C2

=6n-（C1+C2）=6n-C（厚度附加量）

注：如設(shè)定圓整量為C3,各厚度的關(guān)系為：

6n=6+C1+C2+C3

3e=6+C3=8n-（C1+C2）

8d=8+C2

3.5設(shè)計的一樣規(guī)定

設(shè)計的一樣規(guī)定，是對設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、載荷、壁厚附加量和最

小厚度選用等的規(guī)定。

3.5.1設(shè)計壓力（P）的確定

1）內(nèi)壓容器

①容器上裝有超壓泄放裝置（安全閥）時，容器的設(shè)計壓力確定的步

驟如下：

確定安全閥的開啟壓力PZ，取PZW（1.05?1.1）PW.當(dāng)PW<0.18MP

a時，可適當(dāng)提升PZ有關(guān)于PW的比值。再令PePZo

②容器上裝有爆破片：P=Pb+AP

式中：Pb為設(shè)計爆破壓力，其其值等于最低標(biāo)定爆破壓力Psmin加

上所選爆破片爆破范疇的下限（取絕對值）；

Ap為爆破片制造范疇上限。

最低標(biāo)定爆破壓力Psmin和上下限查表B2和表B3。

③容器上無安全閥，但出口管線有安全閥：PNPz+Ah.Ah為容器

到安全閥的壓力降。

④容器的壓力源如與泵直截了當(dāng)連接，則可有下列情形：

容器位于泵的出口側(cè)，設(shè)計壓力應(yīng)取下述情形中的大值，泵正常入口

壓力+正常工作揚程；泵最大入口壓力+正常工作揚程；泵正常入口壓力+

出口全關(guān)閉時的揚程。

容器位于泵（壓力源）的進(jìn)口側(cè)，且無安全泄放裝置時，取「=（1.0?

1.1）Pw,并以P=-0.1MPa進(jìn)行外壓校核。

2）外壓、真空容器及夾套容器（按外壓設(shè)計）

①確定外壓容器的設(shè)計壓力時，應(yīng)考慮在正常情形下可能顯現(xiàn)的最大

內(nèi)外壓力差。

②確定真空容器的殼體厚度時，設(shè)計壓力按承擔(dān)外壓考慮。當(dāng)裝有真

空泄放閥時，設(shè)計壓力P=1.25AP式中AP為最大內(nèi)外壓力差，或P=0.

IMPa兩者中的低者。未裝真空泄放閥時，取P=0.1MPa。

③夾套容器：

帶內(nèi)壓夾套的真空容器：內(nèi)筒為真空，設(shè)計壓力=真空設(shè)計的外壓力（按

②條）+夾套內(nèi)壓力，并以1.25倍的夾套外壓力核定內(nèi)筒的外壓穩(wěn)固性。夾

套按內(nèi)壓運算。

帶真空夾套的內(nèi)壓容器（即夾套為負(fù)壓，內(nèi)筒為正壓）：內(nèi)筒的設(shè)計壓

力=內(nèi)筒的壓力+0.1MPa,并核對在夾套試驗壓力下的穩(wěn)固性；夾套按②考

慮。

3）盛裝液化氣體的容器

對盛裝液化氣體的容器，在規(guī)定的充裝系數(shù)范疇內(nèi)，設(shè)計壓力應(yīng)按照

工作條件下可能達(dá)到的最高金屬溫度確定。

設(shè)計壓力按《容規(guī)》第34條的規(guī)定。常見介質(zhì)的設(shè)計壓力按《容規(guī)》

第36條中表3-3的規(guī)定。由于液化氣體多屬有毒或易燃性質(zhì)，且設(shè)計壓力

多數(shù)為中壓，因此應(yīng)注意設(shè)計的范疇，辨論容器的類不。

3.5.2設(shè)計溫度的確定

設(shè)計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。

在任何狀況下，元件金屬表面的溫度不得超過金屬的承諾使用溫度。

關(guān)于00C以下的金屬溫度，設(shè)計溫度不得高于元件金屬可能達(dá)到的最

低溫度。

3.5.3有不同工況的容器

對有不同工況的容器，應(yīng)按最苛刻的工況設(shè)計，并在圖樣或相應(yīng)技術(shù)

文件中注明各工況的壓力和溫度值。

3.5.4載荷

設(shè)計時應(yīng)考慮的載荷有：內(nèi)壓、外壓或最大壓力差；液體靜壓力；

按照容器的具況，還可能考慮自重，內(nèi)件重和附屬設(shè)備等等的阻礙（詳見G

B15O的3.5.4條中的內(nèi)容）。

3.5.5厚度附加量

厚度附加量C由鋼材厚度負(fù)偏差C1和腐蝕裕量C2兩部分組成。

C=Cl+C2

鋼材厚度負(fù)偏差C1按鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；當(dāng)鋼材厚度負(fù)偏差不大于0.2

5mm,且不超過名義厚度的6%時，厚度負(fù)偏差C1可忽略不計。

如選用GB6654-1996《壓力容器用鋼板》標(biāo)準(zhǔn)，其厚度負(fù)偏差C1可忽

略不計。

腐蝕裕量C2為防止容器元件由于腐蝕、機(jī)械磨損而導(dǎo)至厚度的削弱

減薄，應(yīng)考慮腐蝕裕量。對有腐蝕或磨損的零件，應(yīng)按照預(yù)期的容器壽命

和介質(zhì)對鋼材的腐蝕速率而定。

注：腐蝕分類：

①平均腐蝕金屬表面顯現(xiàn)各部分的腐蝕速度大致相同的連續(xù)腐蝕；

②非平均腐蝕金屬表面各部分具有不同速度的連續(xù)性破壞；

③局部腐蝕局部發(fā)生腐蝕，如點蝕（呈一個個的點狀）和斑點腐蝕

（呈一個個的斑點狀）；

④應(yīng)力腐蝕由腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力同時作用下所導(dǎo)致的腐蝕；

⑤晶間腐蝕是金屬晶粒界面的腐蝕。

標(biāo)準(zhǔn)中的材料的腐蝕速率，是關(guān)于平均腐蝕而言，亦即鋼材表面的腐

蝕速率（毫米/年）各處差不多相同。

腐蝕裕量C2=腐蝕速率X設(shè)計使用年限

（毫米/年X年=毫米）

在考慮腐蝕的同時，也應(yīng)考慮容器可能發(fā)生的機(jī)械磨損。

此外，由于金屬所處的介質(zhì)情形（如介質(zhì)的腐蝕性、濃度和溫度）不

同，腐蝕程度不同，因此，采納不同的腐蝕裕量。

GB150中規(guī)定“介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸氣的碳素鋼或低合金鋼制容器,

腐蝕裕量許多于1mm”。

最小厚度

容器在較低內(nèi)壓力作用下，按厚度運算方法得到的厚度專門小，盡

管能滿足容器的強度要求，但剛度不夠。為解決剛度咨詢題，GB150中規(guī)

定了殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度：

a）對碳素鋼、低合金鋼制容器，不小于3mm；

b）對高合金鋼制容器，不小于2mm。

因此，碳素鋼和低合金鋼制的容器的最小名義厚度應(yīng)不小于4mm。

3.6許用應(yīng)力

容器使用鋼材常用指標(biāo)是力學(xué)性能，在D類容器中，要緊指標(biāo)是材料

的抗拉強度ob和屈服點os（或。0.2）。

容器使用中達(dá)到屈服或斷裂時即為破壞，在實際應(yīng)用中必須操縱容器

的材料受力處在安全范疇內(nèi)，即除以系數(shù)n,n稱為材料許用應(yīng)力系數(shù)（即

是設(shè)計安全系數(shù)）。

從鋼常溫抗拉強度考慮，設(shè)計安全系數(shù)取3;

按鋼的設(shè)計溫度下的屈服強度考慮選用的設(shè)計安全系數(shù)：對碳素鋼和

低合金鋼取1.6；對高合金鋼取1.50

將鋼材的抗拉強度ob和屈服點os分不除以各自的設(shè)計安全系數(shù)后,

取二值的小者作為材料的許用應(yīng)力。

講明：考慮安全系數(shù)是基于如下因素：

①材料的性能穩(wěn)固性存在偏差；②估算載荷狀態(tài)及數(shù)值偏差；③運算

方法的精確程度；④制造工藝及承諾偏差；⑤檢驗手段及嚴(yán)格程度；⑥使

用中的操作體會等六個方面。

在確定具體材料的許用應(yīng)力時，還要結(jié)合材料的質(zhì)量因素。

GB150所用鋼板材料的許用應(yīng)力按GB150標(biāo)準(zhǔn)的第4章各材料表中的

規(guī)定。

螺栓材料的許用應(yīng)力，是從考慮屈服的情形考慮，安全系數(shù)選高了一

些，詳見GB150表3-1和表3-2。

7焊接接頭和焊接接頭系數(shù)

3.7.1焊接接頭分類和要求

壓力容器筒體與筒體，筒體與封頭的連接，封頭的拼接，不承諾采納

搭接結(jié)構(gòu)。也不承諾存在十字焊縫。

容器要緊受壓部分的焊接接頭分為A、B、C、D四類，具體規(guī)定

是：

a)A類焊接接頭圓筒部分的縱向接頭，半球形封頭與圓筒連接

的環(huán)向接頭，各種凸形封頭的所有拼焊接頭，嵌(qian)入式接管與殼體對接

的接頭。

b)B類焊接接頭殼體部分的環(huán)向接頭，錐形封頭小端、長頸法

蘭等與接管連接的接頭。

c)C類焊接接頭平蓋、管板與圓筒非對接連接的接頭，法蘭與殼

體、接管連接的接頭，內(nèi)封頭與圓筒連接的搭接接頭。

d)D類焊接接頭接管、人孔、凸緣、補強圈等與殼體連接的接

頭。

壓力容器的所有A、B類焊接接頭均需按GB150標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計圖樣的

規(guī)定進(jìn)行無損檢測(RT或UT)。

下列情形的壓力容器的A類及B類焊接接頭應(yīng)進(jìn)行100%射線或超

聲檢測(材料厚度W38mm時，應(yīng)采納射線檢測)：

第二類壓力容器中，易燃介質(zhì)的反應(yīng)容器或儲存容器；

設(shè)計壓力大于5.0MPa的壓力容器；

簡體厚度大于30mm的碳素鋼和厚度大于25mm的低合金鋼或奧氏體

不銹耐酸鋼制壓力容器；

盛裝高度和極度危害介質(zhì)的壓力容器；

耐壓試驗為氣壓試驗的壓力容器；

使用后無法進(jìn)行內(nèi)部檢驗或耐壓試驗的壓力容器；

焊縫系數(shù)為L0的壓力容器（無筵鋼管制的筒體和壓力容器本體最后焊

接的一條環(huán)焊縫除外，但應(yīng)提供保證其焊接質(zhì)量的相應(yīng)焊接工藝）；

圖樣規(guī)定進(jìn)行局部無損檢測A類和B類焊接接頭，局部無損檢測的檢

測長度為許多于每條焊縫長度的20%,且不小于250mm。且下列焊接接頭

應(yīng)全部檢測：①所有的T型焊接接頭；

②開孔區(qū)域內(nèi)（以開孔中心為圓心，1.5倍開孔直徑為半徑的圓內(nèi)）的

焊接接頭；③被補強圈支座墊板等其他元件所覆蓋的焊接接頭；

④拼接封頭和拼接管板的焊接接頭；

⑤公稱直徑大于250mm接管的環(huán)焊縫按容器本體考慮。合格級不按容

器要求。

除另有規(guī)定，不承諾采納降低焊接接頭系數(shù)而不進(jìn)行無損檢測。

設(shè)計用的焊接結(jié)構(gòu)可參見GB150的附錄J。焊接結(jié)構(gòu)。

3.7.2焊接接頭系數(shù)

焊接接頭系數(shù)0）應(yīng)按照受壓元件的焊接接頭型式及無損檢測的長度

比例確定。

注：焊接接頭系數(shù)有的稱為焊縫系數(shù)，即是焊縫的強度與母材強度之

比。

雙面焊對接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全焊透的對接接頭：

100%無損檢測d）=1.00

局部無損檢測力=0.85

講明：相當(dāng)于雙面焊的全焊透的對接焊縫，是指單面焊雙面成型的焊

縫，按雙面焊評定（含焊接試板的評定），如氫弧焊打底的焊縫或帶陶瓷、

銅襯墊的焊縫等。

單面焊對接接頭（沿焊縫根部全長有緊貼差不多金屬的墊板）：

100%無損檢測也=0.9

局部無損檢測祖=0.8

講明：那個地點應(yīng)注意到1）是對接接頭；2）全焊透結(jié)構(gòu)；3）沿焊縫

根部全長有緊貼差不多金屬的墊板。墊板如何才算密貼，看法并不一致，

一樣以焊接工藝評定為準(zhǔn)。

3.8壓力試驗和試驗壓力

壓力試驗是容器制造中檢查容器質(zhì)量的必需工序。它要緊檢查容器的

強度、剛度和焊接接頭及可拆的密封連接處的密封質(zhì)量。壓力試驗方法有

液壓試驗、氣壓試驗和氣密性試驗。

壓力試驗的種類、試驗壓力值和要求，應(yīng)在圖樣中注明。

801液壓試驗

液壓試驗是壓力容器常用耐壓試驗方法。試驗液體一樣采納水，也可

采納不致發(fā)生危險的其它液體。

對奧氏體不銹鋼制造的容器水壓試驗應(yīng)操縱水的氯離子含量不超過25

mg/L

內(nèi)壓容器

液壓試驗PT=1.25P[o]/[o]t

式中P—設(shè)計壓力MPa；

PT-試驗壓力MPa

[。]一容器元件材料在試驗溫度下的許用應(yīng)力，MPa

[o]t-容器元件材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力。MPa

此液壓試驗壓力PT為常用的壓力，也是最小試驗壓力。

如果名義厚度遠(yuǎn)大于運算厚度，為達(dá)到試驗的目的，也可適當(dāng)?shù)奶嵘?/p>

試驗壓力，但確定新的試驗壓力值時，應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力校核，用試驗壓力值運

算的換算應(yīng)力。T應(yīng)符合如下規(guī)定：

="戈?0.9雙(cr02)

6s(60.2)一圓筒材料在試驗溫度下的屈服點(或殘余變形為0.2%時的

屈服強度)，MPa

外壓和真空容器，

以內(nèi)壓進(jìn)行液壓試驗：PT=1.25P

容器液壓試驗合格的條件是：①無滲漏；②無可見的變形；③試驗過

程中無專門的響聲。

8O2氣壓試驗

關(guān)于不適合作液壓試驗的容器，例如容器內(nèi)不承諾有微量殘留液體，

或由于結(jié)構(gòu)緣故不能充滿液體的容器，可采納氣壓試驗。

內(nèi)壓容器的氣壓試驗壓力PT=1.15P[o]/[o]t,設(shè)計校核結(jié)果，應(yīng)滿

足如下要求：

=外（媒+々）＜0.8”,（cr02）

外壓和真空容器，以內(nèi)壓進(jìn)行氣壓試驗，氣壓試驗壓力為：PT=1.15

P

氣壓試驗應(yīng)有安全措施，該安全措施應(yīng)經(jīng)單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，單位

安全部門檢查監(jiān)督。試驗所用氣體應(yīng)為干燥潔凈的空氣、氮氣或其他惰性

氣體，碳素鋼和低合金鋼壓力容器氣壓試驗用氣體的溫度不得低于150C。

設(shè)計采納氣壓試驗，應(yīng)注明安全要求。

3.8,3氣密性試驗：

壓力容器的氣密性試驗要求，見《容規(guī)》第101條和第102條的規(guī)定。

介質(zhì)的毒性程度為極度和高度危害的壓力容器，應(yīng)在壓力試驗合格后

進(jìn)行氣密性試驗，需作氣密性試驗時，試驗壓力、試驗介質(zhì)和檢驗要求應(yīng)

在圖樣中注明。

夾套容器壓力試驗的試驗壓力和方法，應(yīng)在圖樣中注明。

4.對材料的要求

GB150在壓力容器用鋼的要求方面含三部分，即：

①正文第4章：材料；

②附錄A（標(biāo)準(zhǔn)的附錄）：材料的補充規(guī)定；

③附錄H（提示的附錄）：材料的指導(dǎo)性規(guī)定。

在這些章節(jié)中，要緊是對受壓元件用材料的規(guī)定。

GB150對受壓元件未定義。

注：按照《容規(guī)》第25條規(guī)定，壓力容器的要緊受壓元件是：壓力容

器的筒體、封頭（端蓋）、人孔蓋、人孔法蘭、人孔接管、膨脹節(jié)、開孔補

強圈、設(shè)備法蘭、球罐的球殼板、換熱器的管板和換熱管、M36以上的設(shè)

備主螺栓及公稱直徑大于等于250mm的接管和管法蘭。

4.1選擇壓力容器用鋼應(yīng)考慮的因素

1）選材地合理性是保證壓力容器設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，壓力容器選擇

受壓元件用鋼材時，必須選用GB150第四章的材料表中列出的鋼材。而非

受壓元件與受壓元件焊接者，也應(yīng)選用焊接性能良好的鋼材。

2）選擇壓力容器用鋼應(yīng)考慮的因素有：壓力容器的使用條件，如

設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、介質(zhì)特性和操作特點；可焊性良好；制造工藝的可

行性（加工難度）和經(jīng)濟(jì)合理等。

講明：可焊性方面，應(yīng)靠慮操縱鋼的含碳量或碳當(dāng)量，含碳量大的，

焊接性能下降，容易產(chǎn)生裂紋，且塑性下降，不利于冷熱成形，壓力容器

焊接用鋼的碳含量應(yīng)為CW0.25%。

從鋼的冶煉上，應(yīng)采納平爐電爐或氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉的冷靜鋼。因為沸

騰鋼中含有FeO,脫氧情形差，成材率雖高，但質(zhì)量差。冷靜鋼是一種充分

脫氧的鋼，成材率較低，但鋼中雜質(zhì)少，氣泡和疏松性少，質(zhì)量高。

目前，由于平爐冶煉時刻長，占地面積大，生產(chǎn)效率低，此法逐步被

剔除。

降低鋼中的硫、磷含量：因為硫、磷均為鋼中的有害雜質(zhì)，硫與鐵在

晶界處生成低熔點硫化鐵（FeS）,熱加工時易產(chǎn)生熱脆，即稱熱脆性，焊

接時，硫和氧結(jié)合產(chǎn)生SO2使焊縫中產(chǎn)動氣孔和疏松，阻礙焊接接頭的質(zhì)

量；磷與鐵形成磷化三鐵（Fe3P）,明顯的降低鋼的塑性韌性，專門是低溫

時更差，屬冷脆現(xiàn)象，磷過多，焊接變壞，易產(chǎn)生裂紋。

由于磷和硫是礦石中帶來的，隨著冶煉技術(shù)的進(jìn)長和壓力容器質(zhì)量要

求的提升，磷、硫含量將逐步降低，要求的磷、硫含量為：PW0.030%；S

W0.020%.

3）GB150中對材料的修改情形是：

2002年起，取消Q235-A.F和Q235-A鋼板在受壓元件中的應(yīng)用；

《制造許可》中規(guī)定，對用于焊接接構(gòu)的壓力容器用鋼磷、硫含量：

磷PW0.O30%,硫SW0.020%。，并規(guī)定鋼的含碳量應(yīng)不大于0.25%,且按下

式運算的碳當(dāng)量Ceq不大于0.45%o

Ceq=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14

沸騰鋼不承諾用于制造壓力容器的受壓元件。

4）Q235鋼板：在圖樣的材料明細(xì)表中不得只標(biāo)Q235,應(yīng)按照設(shè)計須

要在尾部帶上“-A或-B或-C"，Q235鋼板的具體數(shù)據(jù)見下表：

Q235熱軋厚鋼板（板厚6mm）的化學(xué)成分和力學(xué)性能表

牌號化學(xué)成分%力學(xué)性能沖擊性

等級MPa能

CMnSiSP66b溫沖

WwWs2度擊

0功

CJ

Q235-A0.14-0.220.3-0.650.050.045375

Q235-B0.12-0.200.3-0.70.0452-500202

Q235-CW0.180.35-40.043507

注：Q235-A未提供沖擊功。

4.2D類壓力容器受壓元件用鋼板

在D類壓力容器中，要緊使用GB150的表4-1“鋼板許用應(yīng)力”列入

的下列鋼板：

1）碳素鋼板：使用Q235-B、Q235-C和20R鋼板。

Q235-B鋼板（GB912和GB3274）的適用范疇：容器設(shè)計壓力PW1.

6MPa；鋼板使用溫度為0?3500C；用于殼體時，鋼板厚度不大于20mm；

不得用于毒性為高度或極度危害介質(zhì)的壓力容器。在表4-1中所列許用應(yīng)力

值，已乘質(zhì)量系數(shù)0.9。

Q235-C鋼板（GB912和GB3274）的適用范疇：容器設(shè)計壓力PW2.

5MPa,鋼板使用溫度為。?4000C。用于殼體時，鋼板厚度不大于30mm

20R鋼板（GB6654）的應(yīng)用：用作殼體時，適宜厚度不超過30mm；

使用溫度建議為-19?4750C；為幸免增加試驗項目，當(dāng)使用溫度低于00C

時，建議使用厚度小于25mm；使用溫度低于-100C時，建議使用厚度小于

12mme

2)低合金鋼板：使用16MnR(GB6654)和16MnDR(GB3531)鋼

板

16MnR鋼板：常溫使用時的厚度不宜超過30mm；使用溫度建議為

-19?4750C。

使用溫度低于00C時，建議使用厚度小于35mm；使用溫度低于-100C

時，建議使用厚度小于20mm,以幸免增加試驗項目。

16MnDR鋼板：使用的最高溫度為3500C,厚度不宜超過35mm。

關(guān)于有體會的設(shè)計單位，也可選用GB6654中的15MnNbR和，15CrM

oR；GB3531中的15MnNbDR和09MnNiDR。

3)高合金鋼板：經(jīng)常使用奧氏體不銹鋼板(GB4237)：

用于清潔美觀的壓力容器用鋼板有：0Crl8Ni9；

用于抗氧化性介質(zhì)腐蝕的不銹鋼有：00Crl9Nil0和0Crl8Nil0.

用于抗醋酸介質(zhì)腐蝕用的不銹鋼有：OCrl7Nil2Mo2,0Crl8Nil2Mo2T

i

00Crl7Nil4Mo2;OCr19Ni13Mo3;OOCr19Ni13Mo3。

講明：①抗腐蝕原理：輅銀奧氏體不銹鋼是指上述鋼號經(jīng)固熔熱處理

而具有均一的奧氏體鋼，這種鋼在氧化性介質(zhì)中具有良好的抗腐蝕性，高

的塑性和韌性。這種鋼的耐腐蝕的基理通常用鋼生成氧化膜的理論來講明，

即鋼在空氣中或在氧化性介質(zhì)中，其表面氧化，生成^密的氧化薄膜，它

阻止內(nèi)部進(jìn)一步氧化，或受介質(zhì)的腐蝕，這種現(xiàn)象稱鈍化現(xiàn)象。鈍化膜的

生成與不銹鋼的表面的質(zhì)量有關(guān)，機(jī)械損害破壞的氧化膜會重新生成，但

專門緩慢，清潔表面后可再度產(chǎn)生氧化膜。鋼表面的殘余氧化皮、砂眼、

起鱗，氧化膜難以生成，會造成局部腐蝕。拋光表面、經(jīng)磨光和酸洗的表

面，可加速氧化膜的形成，提升抗腐蝕性。

②不銹鋼晶間腐蝕：晶間腐蝕是鋼的晶體邊界受到腐蝕的一種破壞形

式。這種腐蝕沿著晶界快速傳播到金屬內(nèi)部。晶間腐蝕專門危險，因為肉

眼不容易發(fā)覺，由于這種腐蝕的結(jié)果，材料的機(jī)械強度喪失達(dá)到專門大的

數(shù)值。晶間腐蝕的傾向，要緊決定于鋼的含碳量，其緣故是：當(dāng)鋼加熱到

不太高的溫度（600-8000C）時，由于富格的碳化物在晶界上析出，使固溶

體晶界上貧輅，結(jié)果，晶界未能鈍化，使其耐腐蝕性變差，解決的方法是:

a）采納鋼在1080-11500C的固溶處理，使碳重新溶入奧氏體固溶體；b）將鋼

中碳含量降低至W0.03%；c）加入形成穩(wěn)固碳化物的元素鈦或鋸到鋼中，加

鈦量應(yīng)15C%,但含鈦的不銹鋼的加熱溫度不應(yīng)超過11000C,以免碳化鈦

重新溶入固溶體中，重新產(chǎn)生碳化輅而發(fā)生貧輅現(xiàn)象。

4.3鋼管

4.3.1鋼管的標(biāo)準(zhǔn)及許用應(yīng)力按GB150的表4-3鋼管許用應(yīng)力的規(guī)

定。

D類壓力容器常用的碳素鋼和低合金鋼鋼管牌號有：102020G1

6Mno

10和20鋼管，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為：GB8163-87《輸送流體用無健鋼管》；

20G和16Mn鋼管，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為：GB6479《化肥設(shè)備用高壓無縫鋼

管》。

常用的不銹鋼管0Crl8Ni9、00Crl9Nil0和0Crl8Nil0Ti依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為：

GB13296-91《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》

GB/T14796-94《流體輸送用不銹鋼無健鋼管》

4.3.2關(guān)于不銹鋼焊接鋼管在壓力容器中的使用咨詢題：

在附錄A的A4.2中有明確規(guī)定。

對奧氏體不銹鋼焊接鋼管（見A4.2.1）應(yīng)遵循GB12771-91《流體輸送

用不銹鋼焊接鋼管》的規(guī)定。具體要求是：壁厚承諾偏差為±12.5%；鋼管

的彎曲度不大于1.55mm/m；逐根進(jìn)行蝸流或射線（對大直徑管）及水壓試

驗合格；

檢測標(biāo)準(zhǔn)按JB/T4730-2005.1《承壓設(shè)備無損檢測》中的有關(guān)部分，水

壓試驗壓力為容器設(shè)計壓力的2倍，保壓時刻為10秒，管壁無滲漏現(xiàn)象。

奧氏體不銹鋼焊接鋼管的使用范疇規(guī)定如下：容器使用溫度定為OCrl

8Ni9、00Crl9Nil0和0Crl8Nil0Ti等鋼號的相應(yīng)承諾使用溫度；容器設(shè)計

壓力不大于6.4MPa；管壁厚不大于8mm；不得用于毒性程度為極度危害的

介質(zhì)；焊接接頭系數(shù)為0.85,即按相同鋼號的許用應(yīng)力乘以0.85的焊接接

頭系數(shù)。

4.4鋼鍛件

鋼鍛件的標(biāo)準(zhǔn)及許用應(yīng)力按GB150表4-5的規(guī)定，鋼鍛件的標(biāo)準(zhǔn)和常

用鋼鍛件為：

JB4726-2000《壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件》中的20、35

和16Mn

JB4727-2000《低溫壓力容器碳素鋼和低合金鋼鍛件》中的16Mn

D

JB4728-2000《壓力容器用不銹鋼鍛件》中的0Crl8Ni9、00Crl9Nil0

和0Crl8Nil0o

4.5焊接材料

壓力容器受壓元件焊接選用的焊條（焊接材料）的考原則是：

①滿足力學(xué)性能的要求，保持等強度，考慮滿足沖擊韌性和伸長率的

要求；

②化學(xué)成分相當(dāng)；

③按照工程重要性、危險性、焊接位置、剛性大小、施焊條件、焊接

體會選擇焊條；

④考慮經(jīng)濟(jì)性和容易獲得；

碳鋼和低合金鋼之間焊接，一樣要求所選用的焊材焊成的焊接接頭，

其強度不低于強度較低的一側(cè)母材標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度下限值，而接頭的韌性和

塑性應(yīng)不低于強度較高而塑性韌性較差的母材。

首次選用的焊接材料，應(yīng)按JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》

和JB/T4709-2000《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》的規(guī)定。壓力容器用焊條定貨

時，應(yīng)按JB/T4747-2002《壓力容器用焊條訂貨技術(shù)條件》。

焊接材料的標(biāo)準(zhǔn)有：

GB/T5117-1995《碳鋼焊條》；

GB/T5118-1995《低合金鋼焊條》；

GB/T983-1995《不銹鋼焊條》；

GB/T984-2001《堆焊焊條》；

GB/T14957-1994《熔化焊用鋼絲》；

GB/T14958-1994《氣體愛護(hù)焊用鋼絲》；

GB/T8110-1995《氣體愛護(hù)電弧焊用碳鋼，低合金鋼焊絲》

GB4241-84《焊接用不銹鋼盤條》；

GB4242-84《焊接用不銹鋼絲》；

GB4343-84《惰性氣體愛護(hù)焊接用不銹鋼棒及鋼絲》。

YB/T5091-1993《惰性氣體愛護(hù)焊用不銹鋼棒及鋼絲》；

YB/T5092-1996《焊接用不銹鋼絲》；

GB/T5293-1999《埋弧焊用碳素鋼焊絲和焊劑》；

GB/T12470-1999《埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑》；

4.6采納國外鋼材的要求

采納國外的鋼材，應(yīng)是國外相應(yīng)壓力容器最新標(biāo)準(zhǔn)所承諾使用的鋼材;

其使用范疇不應(yīng)超出該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，同時也不應(yīng)超過GB150第4章材料相

近鋼材的規(guī)定。

4.7一些鋼材的代用規(guī)定

1）鋼材的代用的一樣原則是：代用材料應(yīng)與被代用的鋼材具有相同或

相近的化學(xué)成分、交貨狀態(tài)、檢驗項目、性能指標(biāo)和檢驗率以及尺寸公差

和外形質(zhì)量等。

2）代用圖樣規(guī)定的鋼材時，應(yīng)取得原設(shè)計單位的同意。

3）鋼板代用:

①GB712-88《船體用結(jié)構(gòu)鋼》中的A級鋼板，可代用Q235-A（不得

作受壓元件）；B級鋼板在鋼廠按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行沖擊試驗合格后，可代用Q

235-C鋼板，未作沖擊試驗的鋼板，則只能代用Q235-B鋼板；

②GB713-1997《鍋爐用碳素鋼和低合金鋼鋼板》中的20g鋼板可代用

Q235-C鋼板。

4）鋼管代用：GB3087-82《低中壓鍋爐用無縫鋼管》中的10和20鋼

管，可代用GB8163-1999《輸送流體用無縫鋼管》中相應(yīng)的鋼管。

4.8專門工作環(huán)境下的選材

關(guān)于介質(zhì)處于NaOH濕H2S應(yīng)力腐蝕時的選材咨詢題，可見《容規(guī)》1

26頁，關(guān)于“壓力容器選材與介質(zhì)”的講明。

5.內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球體的運算

5.1內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球體運算的理論基礎(chǔ)

1)強度理論：內(nèi)壓容器的破壞有四種強度理論，比較為人們同意的

有第一、第三和第四強度理論。

①第一強度理論即最大主應(yīng)力理論，它認(rèn)為引起材料斷裂破壞的要

緊因素是最大主應(yīng)力。亦即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要最大主應(yīng)力

達(dá)到材料單向拉伸斷裂時的最大應(yīng)力值，材料則發(fā)生斷裂破壞，其當(dāng)量應(yīng)

力強度為S=61o

②第三強度理論即最大剪應(yīng)力理論，它認(rèn)為引起材料屈服破壞的要

緊因素是最大剪應(yīng)力。亦即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要最大剪應(yīng)力

達(dá)到材料屈服時的最大剪應(yīng)力值，材料則發(fā)生屈服破壞，其當(dāng)量應(yīng)力強度

為S=61-63O

③第四強度理論即最大應(yīng)變能理論，它認(rèn)為引起材料屈服破壞的要

緊因素是最大變形能。亦即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要其內(nèi)部積存

的變形能達(dá)到材料單向拉伸屈服時的應(yīng)變能，材料即發(fā)生屈服破壞，其當(dāng)

量應(yīng)力強度為：

S=(l/V^)J(cr-b)+(cr-cr)+(cr-b)

2)GB150-1998標(biāo)準(zhǔn)中運算公式要緊以第一強度理論為基礎(chǔ)(結(jié)果比

較接近)。并采納平面應(yīng)力狀態(tài)(忽略第三向應(yīng)力)。如果考慮第三向的應(yīng)

力，則是第三強度理論。

5.2內(nèi)壓圓筒運算

1)設(shè)計溫度下的運算厚度按下式運算：

PD

公式適用范雷%品.4①［。］t或Do/DiW1.5

式中：8-圓筒的運算厚度mm；

Pc-運算壓力，MPa；

圓筒內(nèi)直徑，mm；

[0]t-設(shè)計溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力，MPa；

①-焊接接頭系數(shù)。

2）公式來源：

用第一強度理論，以圓筒平均直徑為基準(zhǔn)運算的環(huán)向應(yīng)力，考慮了圓

筒內(nèi)壁上最大主應(yīng)力與平均拉應(yīng)力的差值進(jìn)行了修正，并考慮了縱向焊縫

（A類焊接接頭）在強度方面有關(guān)于母材的削弱。

公式中應(yīng)力的推導(dǎo)是按照薄膜應(yīng)力理論。

3）公式推導(dǎo)：

設(shè)直徑D筒體受內(nèi)壓力為P的作用，圓筒上的任一小單元上受三個

主應(yīng)力環(huán)向應(yīng)力。1、軸向應(yīng)力。2和徑向應(yīng)力。3的作用，求應(yīng)力時，

可通過中心軸線沿縱向?qū)A筒切成兩部分，去除一部分以應(yīng)力代替，按照

力平穩(wěn)理論，在縱向截面厚度產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。1,其合力與外部作用的壓力作

用平穩(wěn)，設(shè)圓筒直徑為D,長度為L,厚度為5,按平穩(wěn)關(guān)系則有：

2L6ol=PDL

o1=PD/26

沿垂直主軸線的截面將圓筒體切開，在圓形橫截面上的應(yīng)力為。2,

產(chǎn)生平穩(wěn)的條件為：.JiDo2S=1/4JtD2P；

o2=PD/48

徑向應(yīng)力o3=P,可見。1=2。2,并遠(yuǎn)大于o3,故采納o1=P

D/21,即:

8=PD/2o1,令口=口1+5,P=pc代入，。1以中[o]t代入，

則得到：3=—^-一o

2口]0-p

4）如已知8n、Pc、Di；則圓筒體的運算應(yīng)力ot為:

/=2（。+@）式中6tW①[o]t

26e

式中：3e為有效厚度。

5）設(shè)計溫度下，筒體的最大承諾工作壓力[Pw]為：

5.3球殼運算

1）設(shè)計溫度下的運算厚度公式：

1二PD

2）囑，矗下，球殼運算應(yīng)力公式:

產(chǎn)（。+3）

（T=----------------

45

式中6tW中［。］t

3）設(shè)計溫度下，球殼的最大承諾工作壓力公式:

45[cr]°

忸]=

（。+3）

6.外壓圓筒和外壓球殼的設(shè)計

許多化工石油用的容器，由于工藝緣故需要在外壓或真空下操作，

如真空罐和真空蒸解塔，有的容器帶有夾套，夾套內(nèi)是帶壓蒸汽，使內(nèi)筒

受到外部壓力。

通常，內(nèi)壓低于外壓的容器，稱為外壓容器。

外壓容器的最高工作壓力是指容器在正常使用過程中可能顯現(xiàn)的最

大壓力差值。對夾套容器，指夾套頂部可能顯現(xiàn)的最大壓力差值。

確定外壓容器的設(shè)計壓力時，應(yīng)考慮在正常工作情形下可能顯現(xiàn)的

最大內(nèi)外壓力差。

確定真空容器殼體的厚度時，設(shè)計壓力按受外壓考慮。當(dāng)裝有真空泄

放閥，以及相類似的安全操縱裝置時，設(shè)計壓力=1.25Z\P,或O.IMPa的低

值，為內(nèi)外壓力差。未裝安全操縱裝置時，取0.1MPao

容器工作中失效的狀態(tài)有：強度失效，剛度失效和穩(wěn)固失效三種。

①強度失效：容器在載荷作用下，發(fā)生過量變形或破裂。如內(nèi)壓容

器的破壞；

②剛度失效：容器發(fā)生過量的彈性變形，導(dǎo)致喪失正常的承擔(dān)能力。

如容器不能滿足最小厚度要求導(dǎo)致剛度不足而失效；

③穩(wěn)固失效：容器在載荷作用下，形狀突然發(fā)生改變，導(dǎo)致喪失工

作能力。如外壓容器的失穩(wěn)破壞。

外壓容器設(shè)計時，必須考慮到上述三種失效的可能性，才能確保容

器的安全使用。

在滿足剛度要求的情形下，外壓容器的破壞有兩種形式，即強度不

足引起的破壞和失穩(wěn)引起的破壞兩種。因此，設(shè)計應(yīng)包括強度運算和穩(wěn)固

性校核。因失穩(wěn)往往在強度破壞之前發(fā)生，故穩(wěn)固性運確實是外壓容器設(shè)

計中的要緊考慮的咨詢題。

6.1受平均外壓的圓筒（和外壓管子）

在GB150第6章中，外壓圓筒和外壓管子所需的有效厚度be用

查圖運算法，使用的圖為圖6-2?圖6-10,運算步驟如下：

6.1.1Do/6e》20的圓筒和管子

1）假設(shè)5n,令6e=8n-C,C=C1+C2,定出匕/口0和口0/36

D。為筒體的外直徑；L為筒體的運算長度，L值取圓筒上兩相鄰支撐

線（此線處的截面有足夠的慣性矩）的距離，其值按圖6-1的各示圖選取。

如圖如la中,L=Ll+2hi/3

L1為圓筒部分的長度（含封頭的兩直邊）的總和；

hi為封頭曲面深度。

2）查圖6-2,在圖的左方找到L/DO點，過此點沿水平線右移，與D

o/be線相交，遇中間值用內(nèi)插法，如L/DO>50,則取50。若L/DOV0.05,

則取0.05；

3）連此交點沿垂直方向下移，在圖的下方得到系數(shù)A。也可查表6-1

得到A值。

4）按所用材料選用圖6-3?圖6-10,在圖下方找到系數(shù)A。

若A落在設(shè)計溫度下材料線的右方，則過此點上移，與設(shè)計溫度下材

料線相交，遇中間溫度值采納插入法，再過此交點水平方向右移，在圖的

右方得到系數(shù)Bo

通過B按下式求出許用外壓力[P],MPa；

%總值2在設(shè)計溫度下材料線的左方，則運算許用應(yīng)力小:

-6-2

編'度下材料的彈性模量，MPa；

5）算出的［P］應(yīng)大于或等于PC,PC為運算外壓力，否則，應(yīng)重新按上

述步驟重算。直到［P］>PC,且接近于PC為止。

6.1.2Do/5e<20的圓筒和管子

a）按6.1.1的步驟運算得到B值，但對Do/be<4的圓筒和管子的A

值應(yīng)按下式運算：

L1,當(dāng)A>0.1時，取A=0.1；由A值，并按照材料牌號，通

3愕莪1-9中的相應(yīng)曲線就據(jù)表查B值1「］］

過表6-

225

b）［P］按下式運算：［P］=min<-g^--0.0625R2a1------1-

及7

式中：。。為應(yīng)力，其值取.雄2［a］或」croZ6.虹或笛或2的較小值。

c）算出的［P］應(yīng)大于或等于PC,PC為運算外壓力，否則，應(yīng)重新假設(shè)

名義厚度8n,并重復(fù)上述步驟運算。直到［P］>PC,且接近于PC為止。

6.2外壓球殼

外壓球殼所需的有效厚度按以下步驟運算：

假設(shè)Sn,令6e=8n-C定出Ro/8e；

用式下運算系數(shù)A

0.125

A

<￡4i6,并按式下求出［P］,

按照相應(yīng)的材

［P］=―^—―

如在材料線圖中（以］材料線的左方，則按下式6-5運算許用壓力:

伊］0.0833E

［P］0副或等于Pc,否則須再假設(shè)6n,重復(fù)上述運算，直至［P］大于且

接近Pc為止。

6.3受外壓圓筒和球殼運算圖的來源簡介

6.3.1失穩(wěn)現(xiàn)象和臨界壓力

1）在外壓圓筒壁厚運算中，GB15O采納圖表運算法，用簡單的運算程

序，借助兩種圖（表）求出結(jié)果。

兩種圖（表）中，一種是僅與幾何形狀參數(shù)有關(guān)的線圖；另一種是僅與材

料有關(guān)的線圖。通過查圖表運算許用壓力，從而確定筒體的厚度。

運算受平均外壓下的圓筒殼體的膜應(yīng)力，只需將外壓力代入內(nèi)壓運算

公式則可。

實際上，通常使用的外壓圓筒形容器，當(dāng)外壓產(chǎn)生的壓應(yīng)力尚未達(dá)到

材料的屈服點時，就會突然發(fā)生失去原形的壓扁或褶皺現(xiàn)象，這要緊是彎

曲應(yīng)力引起的，使殼體喪失穩(wěn)固，這種現(xiàn)象，稱為失穩(wěn)。

容器失穩(wěn)分為周向失穩(wěn)和軸(經(jīng)向)向失穩(wěn)兩種，周向失穩(wěn)是因周

向壓縮薄膜應(yīng)力所引起，軸向失穩(wěn)是由容器軸向壓縮薄膜應(yīng)力造成的。容

器周向失穩(wěn)時，其橫截面由圓形變成波形，軸向失穩(wěn)時，原為直線的素線

變?yōu)椴ㄐ尉€。按容器的失穩(wěn)范疇大小，分整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)，通常外壓

容器的壓癟屬于整體失穩(wěn)。

在某外壓力下，形狀突然發(fā)生改變而產(chǎn)生癟塌的失效形式，稱為失穩(wěn),

斷面由容器被壓癟失穩(wěn)時的最小外壓力，稱為臨界壓力。

臨界壓力大小的阻礙因素與殼體用的材料及其幾何尺寸有關(guān)，幾何尺

寸包括圓筒運算長度L、外直徑DO和有效厚度6e,用比值L/D0和8e/

DO表達(dá)。

2)臨界壓力、臨界應(yīng)力與圓筒運算長度的關(guān)系

①專門長的圓筒體(長圓筒)，兩端的加大件對圓筒抗外壓的能力起不

了加大作用，失穩(wěn)時圓筒截面壓癟成二波形，現(xiàn)在對臨界壓力有阻礙的只

是外直徑DO和筒體的有效厚度8e,即be/DO,現(xiàn)在的臨界壓力Per為:

Pcr=2.2E(6dD0)3----------①

式中：E-材料的彈性模量，MPa；

按照臨界壓力求臨界應(yīng)力6cr的公式為6cr=PcrDo/26e,

該公式可改寫為

Pcr=26cr(5e/DO)

26cr(8e/D0)=2.2E(8e/D0)3

6cr/E=1.1(8e/D0)2----------①1

在①式中，如采納穩(wěn)固系數(shù)m(即許用壓力為臨界壓力的1/m,并

取運算壓力等于許用壓力,通常取m=3)即[P]=Pcr/m

則正算壓力為：令PC=［P］；兄=些=孕.￡三］;式中可解出有效

m3yDO)

厚度，?

相應(yīng)的有效厚度為：@=。。|"曄?，如以m=3代入，運算得的名義厚

2.2E

度為，

UU「八(1.36%3

D

“=4.+c=o\―--I+co

不起作用的最小長度，稱為臨界長度，用Lcr表示,其值為:

L11.T7D。

當(dāng)LNLcr,則該長度為L的圓筒為長圓筒。

②中等長度的圓筒，其長度LVLcr,現(xiàn)在圓筒的臨界壓力Per與L/D

0和

6e/DO有關(guān)，其值為：

Pcr=2.8E(6e/D0)2o5/(L/Do)-----------②

26cr(8e/D0)=2.8E(8e/D0)2。5/(L/Do)

6cr/E=1.4(8e/D0)lo5/(L/Do)--------------②1

A=6cr/E=1.4(8e/D0)lo5/(L/Do)

③短圓筒：L足夠短，使圓筒的破壞僅受材料的強度所確定，可按內(nèi)壓

公式運算。

6.3.2線圖表繪制基理

在①1和②1式中，令A(yù)=6cr/E,此處A是應(yīng)變，則得①2及②2：

A=1.1(8e/D0)2------------------①2

或A="

及A^4(8e/D0)lo5/(L/Do)---------------②2

在對數(shù)坐標(biāo)中，以A為橫坐標(biāo)，L/Do為縱坐標(biāo)，在