南大-壓力容器設計制造典型例解

壓力容器設計制造典型例解

2013.5.10于南昌大學

壓力容器基本概念回顧

I、壓力容器——制造業(yè)政府監(jiān)管規(guī)章的定義

首先說明，在壓力容器制造行業(yè)中，約定俗成地把壓強稱為壓力。

以下所稱壓力均指物理學定義上的壓強。

《特種設備安全監(jiān)察條例》【2003年3月11日中華人民共和國國務院令第373號

公布根據(jù)2009年1月24日《國務院關于修改〈特種設備安全監(jiān)察條例〉的決定》修訂】

第九十九條（二）：“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O.IMPa（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；盛裝公稱工作壓力大于或者等于0.2MPa（表壓），且壓力與容

積的乘積大于或者等于1.OMPa-L的氣體、液化氣體和標準沸點等于或者低于60℃液體

的氣瓶、氧艙等?！?/p>

《條例》壓力容器定義三個最基本要素：

?工作壓力大于或者等于O.IMPa?！ぷ鲏毫?，是指壓力容器在正常工作情

況下，其頂部可能達到的最高壓力（表壓力）。一即把工作壓力定義為分子運動壓強，

不包括機械接觸與地心引力造成的壓強。

?工作壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa-Lo——即積蓄能量大于或者等

2.5kjo相當于25gTNT的反應熱（IkgTNT反應熱lOOOkJ）。釋放速度雖不及TNT爆炸

速度，但也具有突然性釋放風險。

?盛裝介質為氣體、液化氣體以及介質最高工作溫度高于或者等于其標準沸點

的液體。一一對于介質最高工作溫度低于其標準沸點的液體，不可產(chǎn)生大于或者等于

0.IMPa的蒸汽壓。

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n、固定式壓力容器定義

TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》1.2條：固定式壓力容器是

指安裝在固定位置使用的壓力容器。

“安裝在固定位置使用”有三基本含義：

?載貨、即存液、或存氣且?guī)籂顟B(tài)下（惰性置換存氣帶壓、設計允許殘氣殘壓

除外）不可移位。

?因載貨、即存液、或存氣且?guī)籂顟B(tài)下不可移位，故不必考慮此狀態(tài)下的運動

載荷，而只需考慮空載運輸狀態(tài)下的運動載荷。

?因安裝在固定位置使用，需考慮安裝所在位置風載、地震、雪載。

ni、移動式壓力容器定義

TSGR0005-2011《移動式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》1.2條：移動式壓力容器是指

由罐體（注1-1）或者大容積鋼質無縫氣瓶（以下簡稱氣瓶，注1-2）與走行裝置或者框架采

用永久性連接組成的運輸裝備，包括鐵路罐車、汽車罐車、長管拖車、罐式集裝箱和管

束式集裝箱等。

注罐體是指鐵路罐車、汽車罐車、罐式集裝箱中用于充裝介質的壓力容器，其

設計制造按照本規(guī)程的有關規(guī)定進行。

注1-2：氣瓶是指長管拖車、管束式集裝箱中用于充裝介質的壓力容器，其設計制造

按照《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》的有關規(guī)定進行。

IV、壓力容器最基本構成

IV.1、主參數(shù)概念

一臺壓力容器可能由一個或多個密閉的承壓腔組成。如換熱器一般有2密閉腔。

每個密閉腔由多個受壓元件組成。

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無論由幾個密閉腔組成，一臺壓力容器只有一個類別。

每個密閉腔只標一個設計壓力、標最高允許工作壓力（MAWP）時也只標一個MAWP。

每個受壓元件可能有不同的計算壓力。如固定式立式容器中位于不同高度的元件

所受液柱靜壓力不同、移動式容器中位于不同水平坐標的元件所受液體施加的動載（按

達朗貝爾原理轉化為靜壓力處理）不同。

IV.2、密閉腔基本構成

構件的承壓能力不但與構件的材料、尺寸、溫度載荷有關，還與構件的形狀有

關。

承壓密閉腔一般由球殼、直筒體、封頭、接管、凸緣、接口元件、開孔補強元

件、集中載荷局部補強元件、抗負壓加強圈、安全附件、裝卸附件、輔助裝置、安裝與

搬運部件、檢修操作部件等構件組成。其中安裝與搬運部件、檢修操作部件一般不必每

個密閉腔都設，而是整個容器只需設一套。

球殼、筒體、封頭形狀一般采用由旋轉殼體，因旋轉殼體的承壓能力大于其他形

狀的構件。

(1)、球殼：球形容器、球罐(專指V2501n3的球形容器)的密閉腔結構主體。可

以是球形、也可能是橢球形。球形元件是受壓狀態(tài)下殼壁應力水平最低的元件，是最理

想的受壓旋轉殼體。但大型制造球罐難度較大。

(2)、直筒體(含人孔筒體)：大多數(shù)壓力容器的密閉腔結構主體?？梢允菆@形、

也可能是橢園形。園形受力狀態(tài)較橢園形好、應用最廣泛。

(3)、接管、凸緣：為滿足使用要求，壓力容器必定需要開孔。開孔處必定需要

設置連接件。固定式壓力容器的開孔連接件一般為接管。移動式壓力容器的開孔連接件

一般為凸緣。

(4)、接口元件：為實現(xiàn)與外部連接，壓力容器開孔連接件后處必定需要設置接

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口元件。接口元件一般有法蘭接口、螺紋接口、焊接接口。

（5）、開孔補強元件：為滿足使用要求，壓力容器必定需要開孔。開孔則必須補

強。當被殼體開孔、接管或凸緣本身厚度已具備兼顧補強的厚度時（如整體補強、厚壁

管補強），可不必另設補強元件，否則需另設補強元件。另設補強元件一般為園形補強

板。GB150及補強板專用標準對補強板的材質、厚度、有效作用范圍、用法都有規(guī)定。

這些規(guī)定是大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)與實踐的總結。

（6）、集中載荷局部補強元件：當密閉腔結構主體（殼體）某些局部受集中載荷

（如支座、吊耳等）時，其局部應力水平可能超過控制應力，此時，在局部設置補強元

件是降低局部應力水平的有效手段。

（7）、抗負壓加強圈：當容器存在負壓載荷（凸面壓力大于凹壓力）時，容器還

應具有承受負壓的能力。承負壓的能力有2方面：在負壓下壓應力水平低于控制應力、

在負壓下構件不會失穩(wěn)（能保持原有形狀）。采用加厚各受壓元件可滿足抗負壓要求，

但這樣做不經(jīng)濟。設置抗負壓加強圈是有效且經(jīng)濟的辦法。GB150對抗負壓加強圈設置

有系統(tǒng)的規(guī)定。

(8)、安全附件：包括安全泄放裝置、壓力表、溫度計、液位計、防回火裝置、防

靜電裝置等。安全泄放裝置、壓力表一般必設。需要監(jiān)控金屬溫度時應設溫度計。液體

及液化氣體容器應設液位計。易燃易爆介質容器有回火危險的場合應設防回火裝置。易

燃易爆介質容器應設防靜電裝置。

(9)、裝卸附件：包括閥門、快裝接頭等。

(10)、輔助裝置：包括防沖刷、防漩渦、輔助功能墊板等。

(11)＞安裝與搬運部件：支座、吊耳等。

(12)、檢修操作部件：步梯、走道等。

V、GB150容器結構性界定范圍

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V」、容器與外部管道連接：

(1)焊接連接的第一道環(huán)向接頭坡口端面。

(2)螺紋連接的第一個螺紋接頭端面。

(3)法蘭連接的第一個法蘭密封面。

(4)專用連接件或管件連接的第一個密封面。

V.2、接管、人孔、手孔等的承壓封頭、平蓋及其緊固件。

V.3、非受壓元件與受壓元件的連接焊縫。

V.4、直接連接在容器上的非受壓元件如支座、裙座等。

V.5、容器的超壓泄放裝置。

VI、設計壓力容器設計制造的主要現(xiàn)行政府規(guī)章、安全技術規(guī)范與技術標準

VI.1、主要政府規(guī)章和安全技術規(guī)范

《特種設備安全監(jiān)察條例》(2003年3月11日中華人民共和國國務院令第373號公

布根據(jù)2009年1月24日《國務院關于修改〈特種設備安全監(jiān)察條例〉的決定》修訂)。

《鍋爐壓力容器制造監(jiān)督管理辦法》中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局令

第22號(2002.7.12)。

《鍋爐壓力容器制造許可條件》國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局國質檢鍋[2003]194號。

《鍋爐壓力容器制造許可工作程序》質技監(jiān)局鍋發(fā)(1999)154號。

TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》(含1號修改單)。

TSGR0005-2011《移動式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》。

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TSGR1001-2008《壓力容器壓力管道設計許可規(guī)則》。

TSGZ6002-2010《特種設備焊工考核細則》。

TSGR0002-2005《超高壓容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》。

VI.2、主要基礎技術標準

JB4732-1995《鋼制壓力容器一分析設計標準》（2005年確認版）。

GB150.1-.4-2011《壓力容器》o

JB/T4731-2005《鋼制臥式容器》。

GB713-2008鍋爐和壓力容器用鋼板。

GB/T1591-1994低合金高強度結構鋼。

GB3531-2008低溫壓力容器用低合金鋼鋼板。

GB24511-2009承壓設備用不銹鋼板與鋼帶。

JB/T4711-2003壓力容器涂敷與運輸包裝。

NB/T47008承壓設備用碳素鋼和合金鋼鍛件。

NB/T47009低溫承壓設備用低合金鋼鍛件。

NB/T47010承壓設備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件。

NB/T47014承壓設備焊接工藝評定。

NB/T47015壓力容器焊接規(guī)程。

NB/T47016承壓設備產(chǎn)品焊接試件的力學性能檢驗。

JB/T4730承壓設備無損檢測。

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HG20660—2000《壓力容器中化學介質毒性危害和爆炸危險程度分類》。

固定式壓力容器設計制造典型例解

以下結合最常見、典型固定式壓力容器實例介紹設計制造過程。

設計制造實例：lOO^LPG臥式儲罐。

1、設計條件及設計條件解讀

1.1、介質特性：

重點關注介質危害性。介質危害性指壓力容器在運行過程中可能因事故致使介質

與人體大量接觸，發(fā)生爆炸或者因經(jīng)常泄漏引起職業(yè)性慢性危害的嚴重程度。

1.1.1＞毒性程度：LPG毒性程度非極度危害、高度危害。

TSGR0004指出：綜合考慮急性毒性、最高容許濃度和職業(yè)性慢性危害等因素，極

度危害最高容許濃度小于0.Img/m3；高度危害最高容許濃度0.Img/m3?L0mg/in3；中度

危害最高容許濃度1.0mg/m3-10.0mg/m3；輕度危害最高容許濃度大于或者等于

10.Omg/m3o

毒性程度應按照HG20660—2000《壓力容器中化學介質毒性危害和爆炸危險程度分

類》確定。HG20660沒有規(guī)定的，參照GBZ230-2010《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》

的原則確定。

介質毒性程度涉及到壓力容器類別劃分（類別劃分按TSGR0004）、選材、密封結

構、制造工藝等要求。對儲存毒性程度為極度危害、高度危害的化學介質的壓力容器，

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要求采用高可靠度度的密封結構。GB150規(guī)定。用于盛裝毒性為極度或高度危害介質的

容器鋼板應逐張UToGB150規(guī)定，用于盛裝毒性為極度或高度危害介質的碳素鋼、低合

金鋼制容器，應進行焊后熱處理、應制備產(chǎn)品焊接試件。檢驗項目應考慮泄漏試驗。

古人所謂“丹頂紅笏、“孔翟膽笏劇毒，以今天的定義應屬于極度危害物質Q

1.1.2、易爆性：LPG是易爆介質，且泄漏后氣體密度大于空氣。

TSGR0004指出：指氣體或者液體的蒸汽、薄霧與空氣混合形成的爆炸混合物，并

且其爆炸下限小于10%,或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于或者等于20%的介質。HG

20660中列出了常見易爆介質品名。

介質是否易爆壓力容器類別劃分（類別劃分按TSGR0004）、選材、密封結構、制

造工藝等要求。泄漏后氣體密度大于空氣的易爆介質應考慮高可靠密封結構。檢驗項目

應考慮泄漏試驗。

1.1.3、腐蝕性：LPG是輕腐蝕介質，且有濕H2S應力腐蝕風險。

腐蝕是個大概念。但本例所述腐蝕性僅是指介質對金屬材料的腐蝕。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、點蝕、應力腐蝕、晶

間腐蝕、氫脆、磨蝕等。

腐蝕性設計選材、安全附件選用、是否熱處理、選擇何種熱處理、采取何種防腐

措施等。

（1）、均勻腐蝕一一均勻腐蝕是在整個金屬表面均勻地發(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—設計壽命（年）K—腐蝕速率（mm/年）一般分為：

不腐蝕輕腐蝕腐蝕重腐蝕

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Bmm/年<0.050.05-0.130.13-0.25，0.25

C2mm0212223

(2)、應力腐蝕

應力腐蝕是指金屬在持久拉應力和腐蝕性環(huán)境聯(lián)合作用下產(chǎn)生腐蝕裂紋,并使裂

紋擴展,從而可能出現(xiàn)早期性破壞的腐蝕形式。

幾種常見的應力腐蝕環(huán)境：

a、碳鋼及低合金鋼焊制化工容器對介質NaOH的應力腐蝕與介質濃度、溫度有

關。當NaOH溶液在其與燒類的混合物中體積大于等于5%時，也應根據(jù)NaOH溶液的濃度

符合該要求。NaOH溶液濃度小于等于1%或NaOH溶液在其與燒類的混合物中體積小于5%

時，不受此限制。

NaOH溶

2351015203040506070

液

w%w

溫度上

限9088857670655448434038

(℃)

當超過以上范圍的碳鋼、低合金鋼材料需焊后進行消除應力熱處理。

b、濕H2s應力腐蝕

介質同時符合下列條件時，即為濕H2s應力腐蝕環(huán)境：

①溫度小于等于(60+2P)℃；P為壓力，MPa。

②H2s分壓大于等于0.00035MPa即相當于常溫在水中H2S溶解度大于等于

10p.p.m；

③介質中含有液相水或處于水的露點溫度以下；

@PH<9或有氧化物(HCN)存在。

C、液氨應力腐蝕環(huán)境

當容器接觸的液氨介質同時符合下列各項條件時，即為液氨應力腐蝕環(huán)境：

①介質為液態(tài)氨，含水量不高（W0.2Q，且有可能受空氣（02或C02）污染的場

合。

②使用溫度高于一5℃。

對于應力腐蝕環(huán)境的容器除進行焊后消除應力熱處理，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等介質往往產(chǎn)生應力腐

蝕。

③氫腐蝕環(huán)境

氫在常溫常壓下不會對鐵碳合金引起氫蝕，當溫度在200C?300℃發(fā)生“氫

脆”，金屬在高溫下與氫反應生成甲烷，甲烷氣在晶界空隙內(nèi)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)，設計溫度大于等于

200℃與氫氣氛相接觸的壓力容器用鋼應按納爾遜曲線選材，并應留有20℃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)過焊后消除應力熱

處理。

奧氏體不銹鋼在氫分壓范圍的氫氣中使用都是滿意的，焊后也無必要進行消除

應力熱處理。

④晶間腐蝕

可能引起晶間腐蝕環(huán)境必須是存在電解質的電化學腐蝕環(huán)境，奧氏體不銹鋼晶

間腐蝕的電解質主要是酸性介質。如：工業(yè)醋酸、甲酸、硝酸、草酸、鹽酸、硫酸、磷

酸等。

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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）o

1.1.4、物態(tài)（傳統(tǒng)概念）：LPG是液化氣體。

氣體、液化氣體、冷凍液化氣體、超臨界流體。

壓力容器類別劃分、安全泄放量計算方法選用等需要判明介質物態(tài)。

1.1.5、基本物性與熱力數(shù)據(jù)、載荷：

（1）基本物性與熱力數(shù)據(jù)（按丙烷）

危險貨物編號：21053；UN編號：1075；

危險特性：

①燃燒速度快。液化石油氣燃燒屬于氣、液混合燃燒，燃燒速度快，火勢猛

烈，蔓延擴展迅速。

②火焰溫度高，輻射熱高。液化石油氣燃燒熱值高達105000kJ/m3,火焰溫度高達

2000℃o

③爆炸速度快，沖擊波威力大，破壞性強。液化石油氣爆炸速度快，達到

(2000—3000)m/so

④易揮發(fā)。常溫下，液化石油氣易揮發(fā)，一旦暴露在空氣中能迅速擴到250倍以

±o

⑤比空氣重，爆炸下限低，最小著火能量小。液化石油氣比空氣重(1.5-2.5)

倍，在空氣中易向低洼地方流動，并聚集起來。液化石油氣爆炸濃度范圍較窄，只有

4

(2-10)猊最小著火能量也很低，只有3X10-Jo極度易燃,受熱、遇明火或火花可引

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起燃燒，與空氣能形成爆炸性混合物。

⑥液化石油氣包裝容器受熱后可發(fā)生爆炸，爆炸破裂的碎片具有飛射危險。

LPG分子量（摩爾質量）M=44Kg/mol；臨界溫度Tc=9L67℃（369.67K）；

臨界壓力（絕壓、）P1c=4.25MpaA；絕熱系數(shù)k=l.132；

50℃對應飽和蒸汽壓Pb=l.72MpaA；50℃對應液相密度（LPG）P^0.467；

容器使用環(huán)境溫度t環(huán)=45℃/-20℃；容器最高操作境溫t運行二45℃o

熱力數(shù)據(jù)表（按丙烷）

溫度t,℃P飽\MPaAPkg/m3Qtg,kg/m3htg-hcal/mol

-200.24180.5543略錄4217

-100.34170.54154078

00.47010.52823930

100.63130.51423772

200.82990.49953603

301.07080.18373419

401.35910.46683217

501.70010.44832991

602.10000.42762732

702.56560.40372425

803.10470.37422033

(2)工作溫度：ta=45℃、?U1M—20℃。

工作溫度是容器在運行過程中可能經(jīng)受的溫度(最高/最低)。

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（3）工作壓力：Pw=l.62Mpao不設保溫層。

工作壓力指壓力容器在正常工作情況下，容器頂部可能達到的最高壓力（表壓

力）。即只含氣壓【源于物料分子運動（與工作溫度有關）及源于機械壓縮的壓力】，

不包括物料重力造成的壓力。不設保溫層時，工作壓力即50℃對應飽和蒸汽壓

Pb=l.72MpaAo

（4）容積：VnOOn?。

容積是指壓力容器的幾何容積，即由設計圖樣標注的尺寸計算（不考慮制造公

差）并且圓整。一般應當扣除永久連接在容器內(nèi)部的內(nèi)件的體積。容積條件決定容器的

幾何尺寸。

1.2、安裝地域的氣象條件:

地震烈度：八度(0.2g)。安裝地風壓、雪壓不計。

對固定容器而言，主要指安裝地域地震、風壓、雪壓、環(huán)境溫度等。氣象條件數(shù)

據(jù)應查詢專業(yè)標準。

1.3、預計設計使用壽命及循環(huán)載荷

預計設計使用壽命：10年。

啟用與停運全程壓力波動范圍：APWLeaMpa。

晝夜溫差：^8℃；季節(jié)溫差：^65℃；

1.4、設計所依據(jù)的主要標準和規(guī)范(由用戶、工程方提出或設計方分析決定)。

1.4.1、用戶、工程方提出：不必考慮應力分析設計。設計標準采用GB150-2011。

1.4.2、大量同類容器使用經(jīng)驗證明不必考慮應力分析設計。設計標準采用

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GB150-2011o

1.4.3、設計方分析核對：

預設設計壓力按P=l.7MPa。

（1）AP=L62Mpa全壓力差波動總次數(shù)：保守的按10年間每年檢修1次：

nAP=1.62~10o

（2）△P=0.2P=0.34MPa（材料RmW550MPa、無帶補強板接管時按此計算AP）。

AP=0.15P=0.23MPa（材料RmW550MPa、帶補強板接管時按此計算AP）。

10年間，按10天發(fā)生一次AP20.15P壓力波動（預計輸出作業(yè)達到只剩余低飽

和蒸汽壓殘液時的頻率），貝IJ：

HAP>O.ISP=IOX365/10=365次。

(3)AP<0.2P壓力差波動總次數(shù)：可不計。

(4)任意2點間無金屬溫差波動次數(shù)二0。

==

循環(huán)總次數(shù)nn△p=i.62H-n△p>o.ISP375次

JB4732規(guī)定：

材料RmW550MPa、不帶補強板接管時，免疲勞分析條件：n^lOOO次。

材料RmW550MPa、帶補強板接管時，免疲勞分析條件：nW400次。

結論：循環(huán)總次數(shù)W400次，可免疲勞分析；P<10MPa,不必考慮應力分析設

計。

不必按JB4732設計制造，設計制造標準采用GB150-2011o

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2、設計參數(shù)定值

2.1、容器類別：III類。

按PV值、第一組介質，查TSGR0004確定。

2.2、設計溫度：最高50℃/最低金屬溫度-20℃。

規(guī)范規(guī)定，工作溫度取決于環(huán)境溫度時，最高設計溫度不得取小于50℃o一般最

低金屬溫度應低于最低工作溫度2?5℃,故取-20℃（取低于-20℃將須按低溫容器設

計，無此必要）。

2.3、設計壓力：P=1.7MPao

工作壓力Pw=l.62MPao規(guī)范規(guī)定P，Pw。取P=1.05XPw=L7MPa。

2.4、氣密性試驗壓力：需要。Pmi=l.7MPao

泄漏后氣體密度大于空氣，故需要氣密性試驗（非規(guī)范規(guī)定、是個人看法）。氣密

性試驗時需將安全附件裝齊。規(guī)范規(guī)定Pmi二P。

2.5、安全泄放裝置選擇：單獨使用彈簧全啟式安全閥。

LPG毒性程度非極度危害、高度危害，允許微量泄漏，可單獨使用安全閥。

LPG不含影響安全閥閥瓣動作的顆粒物及粘稠物，故可選用彈簧安全閥。

LPG屬于液化氣體，故應選全啟式安全閥。

LPG是易爆介質、安全泄放裝置動作后應復位，不宜單獨采用爆破片裝置。

LPG非強腐蝕介質，也不必在安全閥前串聯(lián)爆破片裝置。

2.6、安全閥整定壓力：Pz=l.71MPao

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因氣密性試驗時需將安全附件裝齊，而氣密性試驗壓力又等于設計壓力，為使試

驗時安全閥不動作，安全閥整定壓力應略大于設計壓力。

規(guī)范規(guī)定，當容器設有最高允許工作壓力（MAWP）時，才可以：PWPzWMAWP（否

則應PZ《P）O

2.7、最高允許工作壓力：MAWP=1.72MPa。

據(jù)上述理由需要MAWP。

需要逐一計算每個受壓元件的MAWPi,整體容器的MAWP應不大于取其最小值。即應

當：MAWP^min{MAWPKMAWP2、???、MAWPi???MAWPn）。

開孔補強、局部應力效核、壓力試驗應力效核均應采用MAWP作為計算壓力載荷。

2.8、水壓試驗壓力：PT=2.15MPa。

規(guī)范規(guī)定PT=L25Xmax（P,MAWP）=1.25Xmax{1.7,1.72}=2.15MPa。

2.9、腐蝕防護：C2=L0的。且PWHT

對均勻腐蝕，采用腐蝕余量：C2=設計壽命義年腐蝕量（輕腐蝕0.05?0.13mm/年,

取0.1）=10X0.1=1.0mmo

對可能的濕H2s應力腐蝕，采用PWHT（爐內(nèi)整體焊后消應力處理）。

2.10、焊接接頭系數(shù)：①han=L0。

m類容器，A、B、D類焊接接頭采用全焊頭結構，不帶墊板焊。

應力水平控制接頭是A類焊接接頭，①hanA=1.0。取①han=①hanA=1.0。

2.11、裝量系數(shù)（額定充滿率）：①v=0.9

世間容器類萬物都應控制裝量系數(shù)，充裝有毒、易燃、易爆類流體控制加嚴。

32

LPG易爆，按規(guī)范取中v=0.9(at50℃)o

2.12、承壓殼體尺寸：內(nèi)直徑X總長二①3200X13012的。

折中考慮諸多因數(shù)，經(jīng)驗決定內(nèi)直徑，再按VnOOn?計算得到總長。

直徑大則壁厚大。壁厚大則材料品質下降、材料控制要求增多、冷作成形的纖維

伸長率大、冷作成形硬化程度大。且直徑過大不利運輸。

直徑過小則總長過長，支承跨度過大，中間彎矩大，占用安裝空間過大。且總長

過長也不利運輸。

2.13、設計計算基礎標準選用：不必考慮交變載荷時，用GB150-2011。

2.14、設計參數(shù)及管口設置匯總如下:

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GB1S01觸，，解嫻?jié)叽缂奥椤骨俺捎盟?/p>

ftrt,腌與槌JB/T4731《煙姆瑞居》aHG20592PN40barDNSO庠fiOn

豌的演與標

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除規(guī)男聯(lián)熊全云cJB/T4703PN4OMPoDN500獎ffi人孔

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僅就許邙樂力(MPa)172m^(MPo)171eiHG20592PNAObarDN80淄田出口

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工解血祗朋R力表精好皺16ISfl-2HG20s92PNi.ObarDN50哭?翎口

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攤

行便解展2眸GB/T8163

3、選材與制造技術要求(扼要)

選材原則：GB150如是言：選擇壓力容器受壓元件用鋼時應考慮容器的使用條件

(如設計溫度、設計壓力、介質特性和操作特點等)、材料的性能(力學性能、工藝性

34

能、化學性能和物理性能）、容器的制造工藝以及經(jīng)濟合理性。

3.1、受壓元件板材

初選使用經(jīng)驗最多的Q345R低合金鋼板。考察以下內(nèi)容可行、則確認之。

3.1.1、初算板厚范圍：

（1）筒體（試估3nWl6mm,查：【?！縅189MPa）：核：

3=PcDi/[2①han【?！?Pc]=1.7X3200/[2X1X189-1.7]=14.46mm

C2~l.0o

G=0.3（材料標準規(guī)定的板厚負偏差）。

8d=5+C2=15.46nnn0

8n=6d+G+園整量=15.76+園整量=16mmo

確認：筒體初算板厚范圍正確，按6nm查【。】，=i89MPa正確。

（2）封頭（EHA型）（試估”坯＞16?36的，查：【。:1J185MPa）：核：

6h=PcDi/[2Ohan【?！?0.5Pc]=1.7X3200[2X1X185-0.85]=14.74mm

C2~1.0o

C產(chǎn)0.3（材料標準規(guī)定的板厚負偏差）。

h

6d=6+C2=15.74mmo

h

3最小成形二3d+保守園整量二16的。

查GB/T25198-2010《壓力容器封頭》封頭成形減薄率C3=15%。訂貨協(xié)議可控封頭成形減

薄率C3=12.5%O

h

3&=S）小成形X（1+C3）=16X1.125=18nnno

確認：封頭初算板厚范圍正確，按軸坯＞16?36mm查：【?！縅185MPa正確。

3.1.2、考Q345R溫度適應性

（1）使用溫度上限：

查GB150許用應力表，Q345R使用溫度上限=475℃。本例設計溫度50℃4475℃。

查GB150外壓計算曲線，Q345R使用溫度上限=475℃。本例設計溫度50℃4475℃。

36

碳素鋼和碳鎰鋼鋼材在高于425℃溫度下長期使用時，才考慮鋼中碳化物相的石墨化

傾向。

Q345R適應溫度上限。

(2)使用溫度下限：

查GB150.2表4：Q345R611坯=6?20的使用溫度下限二一20℃?？芍蛔鯝^kv驗收。

Q345R適應溫度下限。

3.1.3、考Q345R腐蝕適應性

對均勻腐蝕，查腐蝕數(shù)據(jù)文獻，Q345R對于LPG符合輕腐蝕判斷(年腐蝕量0.05?

0.13mm/年)o

對可能的濕H2s應力腐蝕，大量實踐經(jīng)驗已證明，采用爐內(nèi)整體焊后消應力處理可

有效防止H2S應力腐蝕。

3.1.4、考Q345R焊接性能

大量實踐經(jīng)驗、焊接工藝評定證明，Q345R可焊性優(yōu)良。

3.1.5、考Q345R力學性能

h

查Q345R/GB713（6a>16-36mm、熱軋）：

RdRAAorkv

2325MPa2500MPa221%234J

R硼N<460MPa,冷成形工藝性能良好。

A°°ckv值滿足GB150.2表1碳素鋼和低合金鋼鋼材（鋼板、鋼管、鋼鍛件及其焊

接接頭）的沖擊功最低值的規(guī)定。

鋼材標準抗拉強度下限值Rm（MPa）3個標準試樣沖擊功平均

值KV2(J)

W450220

>450?510224

>510?570231

>570?630234

>630?690238

38

注：設計溫度低于-20℃時，罐體材料還有“V”形缺口試樣低溫沖擊試驗值要

求，是為了保證材料有足夠的韌性，即吸收沖擊功的能力，該值反映材料在一定溫度和

沖擊力作用下抵抗裂紋擴展的能力。廣義地說，裂紋總是存在的，再細總是裂紋，關鍵

看擴展與否。

標準常溫屈服強度與標準常溫抗拉強度下限值之比RJL=0.65,小于國際公認的

限制值(0.85)甚多。

拉斷延伸率滿足A220%的傳統(tǒng)認識的安全值。

注：傳統(tǒng)認識控制A220%,是為了保證材料有足夠的塑性儲備，材料有足夠的塑性

儲備方能保證：

A、避免無變形、無泄漏征兆的突然破裂；

B、冷作制造過程中會產(chǎn)生冷作變形而用掉部分塑性；材料應有充足的塑性儲備。

C、屈服強度值與抗拉強度值之間有足夠距離，局部高應力作用下結構局部可能產(chǎn)

生的屈服變形在載荷卸去后得以恢復（鄰近材料仍具彈性）?！暗诙悜Α敝杂?/p>

“自限性”，“極限應力控制”理論、“安定性應力控制”理論之所以成立就基于屈

服強度值與抗拉強度值之間有足夠距離。

3.1.6、考Q345R鋼板熱軋供貨狀態(tài)可行性

GB150規(guī)定：下列碳素鋼和低合金鋼鋼板,應在正火狀態(tài)下使用：

a）用于多層容器內(nèi)筒的Q245R和Q345R；

b）用于殼體的厚度大于361nm的Q245R和Q345R；

c）用于其他受壓元件（法蘭、管板、平蓋等）的厚度大于50nlm的Q245R和

Q345RO

本例殼體不受上述條件約束，可選熱軋供貨狀態(tài)。

3.1.7、Q345R鋼板驗收要求

40

（1）是否需要逐張進行拉伸和V型缺口沖擊試驗

GB150規(guī)定：下列碳素鋼和低合金鋼鋼板,應每張熱處理鋼板（熱處理后鋼板被切割

成數(shù)張時仍按1張考

慮）進行拉伸和V型缺口沖擊試驗：

a）調(diào)質熱處理鋼板、b）多層容器的內(nèi)筒鋼板、c）殼體厚度大于60mm的鋼板。

本例不受上述條件約束，無需進行每張熱處理鋼板進行拉伸和V型缺口沖擊試驗驗

收。

（2）是否需要采用逐張UT/H的鋼板

GB150規(guī)定：殼體用鋼板（不包括多層容器的層板）應按GB150.2表3的規(guī)定逐張進

行超聲檢測，鋼板超聲檢測方法和質量等級按JB/T4730.3的規(guī)定。GB150.2表3規(guī)定：

鐘坯＞36的的Q345R應UT/II；對儲存毒性程度為極度危害、高度危害的化學介質的壓力

容器用鋼板應UT/n；可能遇濕H2s應力腐蝕的壓力容器用鋼板應UT/n；設計壓力不小

于10MPa的壓力容器用鋼板應UT/IIo

本例屬于可能遇濕H2S應力腐蝕的壓力容器用鋼板，應采用逐張UT/II的鋼板。

3.2、配用鍛件、管件

配用鍛件管件化學性能、力學性能應與鋼板相近?？珊感?、與介質相容性良好。

根據(jù)經(jīng)驗，化學性能、力學性能、介質相容性查考與焊接工藝評定顯示，選配如

下：

鍛件：16MnIH(NB/T47008)＞正火(法蘭、管板、平蓋等的厚度大于50mm的Q245R

和Q345R應正火)。

管件：20#(GB/T8163,611坯W,10mm可用)。

注：鍛件(NB/T47008、NB/T47009、NB/T47010)級別與驗收項目：

42

I級：硬度HB,逐件。一NB/T47009不談I級

II級：Re、Rm、A、AKV,抽1/同冶煉爐號、同熱處理組批。

HI級：Re、Rm、A、AKV,抽1/同冶煉爐號、同熱處理組批。UT,逐件。

IV級：Re、Rm、A、逐件。UT,逐件?！硬课豁毐倔w。

UT合格級別因鍛件類別、形狀不同而不同

GB1504.4.2：“鍛件的級別由設計單位確定，并應在圖樣中注明（在鋼號后附

注級別符號，如16MnRIII）,用作園筒和封頭的筒形和碗形鍛件及公稱厚度＞300mm的

低合金鋼鍛件應選用III級或IV級”。

請思考：標準中圖示定義了各種形狀鍛件的公稱厚度，好記嗎？

3.3、關鍵制造技術要求

3.3.1、焊接

A、B、D類焊接接頭采用焊透結構。

應經(jīng)焊接試驗選用焊材。焊接工藝評定確認焊材、焊接方法、焊接參數(shù)。焊縫外觀

尺寸按GB150考核。焊接應由持有相應項目“特種設備作業(yè)人員證”的人員擔任。

注：焊接材料定義(NB/T47015-2011)：包括焊條、焊絲、鋼帶、焊劑、氣體、電

極和墊板；

NB/T47015-2011：焊接材料應有質量證明書，并符合相應標準的規(guī)定，施工單位按

質量保證體系規(guī)定驗收與復驗，合格后方可使用。

NB/T47015-2011：焊接材料應滿足圖樣的技術要求，并按NB/T47014通過焊藝評

定。

NB/T47015-2011：焊接材料熔敷金屬S、P含量應與母材一致，選用GB/T5118《低合

金鋼焊條》標準規(guī)定的焊條，還符合下列要求：

型號為EXXXX—G的焊條(低合金鋼焊條之一種，如焊16MnDR之J506RH.

J507RH)應規(guī)定焊縫金屬Akv值；

銘鋁鋼焊條焊縫金屬Akv231J；

44

焊低溫鋼的銀鋼焊條焊縫金屬Akv234J。

NB/T47018.1-47018.7-2011(JB/T4747)承壓設備用焊接材料訂貨技術條件：規(guī)

定了低氫型藥皮焊條藥皮含水量或熔敷金屬擴散氫含量。

3.3.2、熱處理

本例屬于可能遇濕H2s應力腐蝕的壓力容器，應爐內(nèi)整體焊后退火熱處理