壓力容器設計的基本思路

壓力容器設計的基本思路第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二21、前言2、設計參數(shù)、容器類別和設計標準的確定3、設計標準體系4、結構型式5、材料選擇6、強度計算（應力分析）7、壓力容器附件的選擇8、安全附件的配用9、制造技術要求的編制第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二31、前言

壓力容器:是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于0.1MPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa·L的氣體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標準沸點的液體的固定式容器和移動式容器。第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二4

壓力容器設計：根據(jù)給定的工藝設計條件，遵循現(xiàn)行的標準規(guī)范的規(guī)定，在確保安全的前提下，經濟、正確合理地選擇材料，并進行結構、強（剛）度和密封設計。結構設計：確定合理、經濟的結構形式，滿足制造、檢驗、裝配、運輸和維修等要求；強（剛）度設計：確定結構尺寸，滿足強度或剛度及穩(wěn)定性要求，以確保容器安全可靠地運行；密封設計：選擇合適的密封結構和材料，保證密封性能良好。第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二5壓力容器設計的基本思路：設計參數(shù)、容器類別和設計標準的確定結構型式選擇主體尺寸確定材料的選擇強度計算（應力分析）初步設計和施工圖設計容器附件的選擇安全附件的配用制造、檢驗和驗收的技術條件的編制。第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二62、設計參數(shù)、容器類別和設計標準的確定2.1主要設計參數(shù)的確定主要設計參數(shù)：設計壓力、設計溫度、厚度附加量等設計壓力：指設定容器頂部的最高壓力，與相應的設計溫度一起作為設計載荷條件，其值不得低于工作壓力。第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二7內壓容器的設計壓力一般確定原則：當壓力容器無安全泄放裝置時，容器的設計壓力取(1.0～1.1)工作壓力。中低壓容器設計壓力取1.10倍工作壓力，高壓容器取1.05倍工作壓力；當壓力容器裝有安全閥時，其設計壓力不得低于（等于或稍大于）安全閥開啟壓力（安全閥開啟壓力取1.05～1.10倍工作壓力）；當壓力容器裝有爆破片時，其設計壓力取爆破片設計爆破壓力加上制造范圍上限。第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二8外壓容器設計壓力取不小于在正常工作條件下可能產生的最大內外壓差。兩側受壓的壓力容器元件一般應以兩側的設計壓力分別作為該元件的設計壓力，除非有特殊措施保證兩側同時受壓,可取兩側的最大壓差作為設計壓力。設計時考慮的載荷除了內壓、外壓或最大壓力差外；有時必須考慮液體靜壓力；根據(jù)容器的具體情況，還可能考慮自重，內件重量和附屬設備等等的影響。第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二9設計溫度指容器在正常工作情況下，設定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。設計溫度與設計壓力一起作為設計載荷條件。設計溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)下可能達到的最高溫度。對于0℃以下的金屬溫度，設計溫度不得高于元件金屬可能達到的最低溫度。壓力容器安裝在室外,當殼體的金屬溫度受大氣環(huán)境氣溫條件所影響時,其最低設計溫度,取歷年來月平均溫度的最低值作為最低設計溫度；容器內介質用蒸汽直接加熱或被內置加熱元件間接加熱時，設計溫度不得低于最高工作溫度。第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二10介質工作溫度T設計溫度（注：當最高或最低工作溫度不明確時按II確定）IIIT<-20℃介質最低工作溫度介質工作溫度減0～10℃-20<T<15℃介質最低工作溫度介質工作溫度減5～10℃T>15℃介質最高工作溫度介質工作溫度加15～30℃設計溫度確定一般經驗：第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二11設計溫度與設計壓力組合應以容器運行中設計壓力條件下的對應的操作溫度作為設計溫度的基礎,由此確定的設計壓力、設計溫度能使容器經受最苛刻的運行條件介質：飽和水蒸汽工作壓力：0.2MPa工作溫度：68.7℃以壓強為標準介質：飽和水蒸汽設計壓力：0.3MPa設計溫度：75.4℃第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二12厚度附加量包括鋼材厚度負偏差C1和腐蝕裕量C2兩部分。鋼材厚度負偏差C1：按鋼材標準的規(guī)定；當鋼材厚度負偏差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的6%時，厚度負偏差可忽略不計。腐蝕裕量C2：為防止容器元件由于腐蝕、機械磨損而導至厚度的削弱減薄，應考慮腐蝕裕量。對有腐蝕或磨損的零件，應根據(jù)預期的容器壽命和介質對鋼材的腐蝕速率而定。腐蝕裕量=腐蝕速率×設計使用年限（毫米/年×年=毫米）。標準中的材料的腐蝕速率，是對于均勻腐蝕而言，亦即鋼材表面的腐蝕速率（毫米/年）各處基本相同。第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二13腐蝕程度不腐蝕輕微腐蝕腐蝕重腐蝕腐蝕速率（mm/年）<0.050.05～0.130.13～0.25>0.25腐蝕裕量（mm）0≥1≥2≥3第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二14與工作介質接觸的圓筒、封頭、接管、人孔及內部構件等均考慮腐蝕裕量。用涂刷涂料可以有效防止環(huán)境腐蝕的容器外部構件，如支座、支腿、底板、托架、塔頂?shù)跫艿仍瓌t上不考慮腐蝕裕量，但不包括裙座。容器地腳螺栓根徑的腐蝕裕量一般取3mm；碳鋼、低合金鋼裙座圓筒的腐蝕裕量應不小于2mm。第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二15下列情況不考慮腐蝕裕量：介質對不銹鋼無腐蝕作用，指不銹鋼、不銹鋼復合管板或有不銹鋼堆焊的元件；有可靠耐腐蝕襯里的基體材料，如，襯鉛、襯橡膠、襯塑料等；法蘭的密封面；管殼式換熱器的換熱管、拉桿、定距管、折流板和支承板。第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二162.2容器類別的確定

在壓力容器設計的主要參數(shù)確定后，根據(jù)容器的設計壓力、體積以及充裝介質的種類和特性，按TSGR0004-2009的附件A的規(guī)定，確定壓力容器的類別。第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二172.3設計標準的確定

根據(jù)委托方提供的操作要求，確認是否存在壓力或溫度波動，并根據(jù)變動頻率及變化范圍，從而確定容器設計的基礎標準。常規(guī)設計：GB150-1998分析設計：JB4732-1995有時為了減輕設備重量，提高其經濟合理性，也可采用分析設計方法對常規(guī)設計能實現(xiàn)的設備進行設計。第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二183、設計標準體系壓力容器設計應遵循的基本法規(guī)和規(guī)程：《特種設備安全監(jiān)察條例》TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》TSGR0005-2011《移動式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》TSGR0003-2007《簡單壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》TSGR1001-2008《壓力容器壓力管道設計許可規(guī)則》《液化氣體汽車罐車安全監(jiān)察規(guī)程》壓力容器設計基礎標準：GB150-1998《鋼制壓力容器》JB4732-1995《鋼制壓力容器-分析設計標準》（2005年確認版）第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二19固定式壓力容器主要產品標準：GB151-1999《管殼式換熱器》GB12337-1998《鋼制球形儲罐》JB4731-2005《鋼制臥式容器》JB4710-2005《鋼制塔式容器》JB/T4734-2002《鋁制焊接容器》JB/T4745-2002《鈦制焊接容器》NB/T47012-2010(JB/T4750)《制冷裝置用壓力容器》JB/T4755-2006《銅制壓力容器》JB/T4756-2006《鎳及鎳合金制壓力容器》NB/T47011-2010《鋯制壓力容器》第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二20移動式壓力容器標準：GB/T19905-2005《液化氣體運輸車》JB/T4780-2002《液化天然氣罐式集裝箱》JB/T4781-2005《液化氣體罐式集裝箱》JB/T4782-2007《液體危險貨物罐式集裝箱》JB/T4783-2007《低溫液體汽車罐車》JB/T4784-2007《低溫液體罐式集裝箱》第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二21主要配套標準：封頭、法蘭、支座、補強圈、吊耳、材料、焊接標準等：GB713-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》GB19189-2003《壓力容器用調質高強度鋼板》GB3531-2008《低溫壓力容器用低合金鋼鋼板》GB24511-2009《承壓設備用不銹鋼鋼板及鋼帶》GB24510-2009《低溫壓力容器用9%Ni鋼板》NB/T47008-2010（JB/T4726）《承壓設備用碳素鋼和合金鋼鍛件》NB/T47009-2010（JB/T4727）《低溫承壓設備用低合金鋼鍛件》NB/T47010-2010（JB/T4728）《承壓設備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件》第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二22GB/T25198-2010《壓力容器封頭》JB4700～4707-2000《壓力容器法蘭》HG/T21514～21535-2005《鋼制人孔和手孔》HG/T20592～20635-2009《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》JB/T4712.1-4712.4-2007《容器支座》JB/T4736-2002《補強圈》HG/T21574-2008《化工設備吊耳及工程技術要求》GB16749-1997《壓力容器波形膨脹節(jié)》NB/T47014-2011（JB/T4708）《承壓設備焊接工藝評定》NB/T47015-2011（JB/T4709）《壓力容器焊接規(guī)程》NB/T47016-2011（JB/T4744）《承壓設備產品焊接試件的力學性能檢驗》第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二23其他主要相關標準：HG/T20580-2011《鋼制化工容器設計基礎規(guī)定》HG/T20581-2011《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》HG/T20582-2011《鋼制化工容器強度計算規(guī)定》HG/T20583-2011《鋼制化工容器結構設計規(guī)定》HG/T20584-2011《鋼制化工容器制造技術規(guī)定》HG/T20585-2011《鋼制低溫壓力容器技術規(guī)定》JB/T4730-2005《承壓設備無損檢測》GB50094-2010《球形儲罐施工規(guī)范》JB/T4711-2003《壓力容器涂敷與運輸包裝》第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二244、結構型式立式、臥式、球罐截面形狀：筒形、球形、組合型、方形、矩形等

設計條件圖中一般明確了容器的結構型式。但設計時可進行結構優(yōu)化：公稱直徑的選取長（高）度與體積、重量的優(yōu)化第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二255、材料選擇壓力容器用材的主要選擇依據(jù)：容器的操作條件，如溫度、壓力介質、操作特點和結構特點；材料的力學性能；材料的耐腐蝕性能，包括選材、防腐結構、腐蝕裕量、條件控制等；材料的加工性能，如可焊性、冷熱加工成型性等；材料的價格及來源；同一工程設計中用材盡量統(tǒng)一；盡量選用壓力容器標準規(guī)范推薦的材料及國內材料標準中已有的材料；盡量采用國產材料。第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二26從性能方面考慮，受壓元件用材應有：較大的塑性儲備；較高的韌性；較好的成型性能和焊接性能。第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二27從經濟方面考慮，下述原則可參考：以剛度或結構設計為主的容器，受壓殼體可選用普通碳素鋼；以強度設計為主的容器，應根據(jù)設計壓力、設計溫度、介質特性等使用限制，依次選用Q235B、Q235C、Q245R、Q345R等；鉻鉬低合金鋼可作為設計溫度350～550℃的壓力容器耐熱鋼或大于250℃的高溫高壓抗氫鋼；不銹鋼用于介質腐蝕性較強、防鐵離子污染或設計溫度大于500℃的耐熱用鋼。第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二28同時應注意：鋼材的使用溫度上限應按GB150中各材料許用應力表中各鋼號所對應的上限溫度。碳素鋼和碳錳鋼在高于425℃下長期使用時，應考慮鋼中碳化物相的石墨化傾向。奧氏體鋼的使用溫度高于525℃時，鋼中含碳量應不小于0.04%。鋼材的使用溫度下限，除奧氏體鋼及標準有關條文另行規(guī)定者外，均高于-20℃。鋼材的使用溫度低于或等于-20℃時，應按GB150附錄C的規(guī)定進行夏比（V型缺口）低溫沖擊試驗。奧氏體不銹鋼的使用溫度高于或等于-196℃，可免做沖擊試驗。第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二296、強度計算（應力分析）強度計算書中應包括：設計條件、所用規(guī)范和標準、材料、腐蝕裕量、計算厚度、名義厚度、計算應力、開孔補強等。裝設安全泄放裝置的壓力容器，還應計算壓力容器安全泄放量、安全閥排量和爆破片泄放面積。當采用計算機軟件進行計算時，軟件必須“全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會”評審鑒定，并在國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局特種設備局認證備案，