壓力容器基礎(chǔ)知識2015

1、《壓力容器基礎(chǔ)知識》,,第一章： 概述 隨著我們國家經(jīng)濟的發(fā)展和工業(yè)的進(jìn)步，壓力容器已經(jīng)廣泛的用于各行各業(yè)；如：石油、化工、機械、冶金、輕工、航空、航天、國防等工業(yè)部門的生產(chǎn)以及人民的生活。在化肥、煉油、化工、農(nóng)藥、醫(yī)藥、有機合成等行業(yè)，壓力容器是主要的生產(chǎn)設(shè)備，例如在年產(chǎn)30萬噸的乙烯裝置中，壓力容器約占設(shè)備總量的35%。,隨著新型高效節(jié)能設(shè)備得到應(yīng)用、石油煉化產(chǎn)能及加工深度不斷增加、海洋資源開發(fā)、化工食品工藝性能提

2、高以及世界能源的危機、軍事裝備的競爭、核能的開發(fā)等對壓力容器設(shè)備提出了新的要求和越來越高，越來越嚴(yán)的要求，其操作介質(zhì)多為高溫（低溫）、高壓、易燃、易爆、有毒、強腐蝕等惡劣工況，具有相當(dāng)大的危險性，給設(shè)計、制造、檢驗、安裝、使用及維修方面提出更加苛刻的要求，如何使設(shè)計的產(chǎn)品能滿足使用條件，這是我們每一個搞壓力容器設(shè)計人員需要解決的問題。,1.壓力容器的設(shè)計進(jìn)展 壓力容器設(shè)計是一門具有綜合性能較強的專業(yè)，

3、要求設(shè)計人員必須熟悉國家的法律法規(guī)、安全技術(shù)規(guī)范、技術(shù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計方法，同時，還必須對所設(shè)計壓力容器的使用范圍、使用環(huán)境、使用工藝有清楚的了解，并及時掌握市場動向，加快設(shè)計方法的進(jìn)步和發(fā)展。,1） 常規(guī)設(shè)計—通常以材料力學(xué)及板殼薄膜理論的簡化計算公式為基礎(chǔ)，加上一些經(jīng)驗系數(shù)進(jìn)行設(shè)計的方法。 常規(guī)設(shè)計—基于彈性失效準(zhǔn)則，容器在整個使用過程中材料處于彈性，不得屈服，不考慮交變載荷和容器的疲勞壽命，以最大主應(yīng)力強度理論為基

4、礎(chǔ)來確定主要受壓元件的尺寸。,2 ） 分析設(shè)計——以詳盡的應(yīng)力分析報告為依據(jù)，另外，由于壓力容器結(jié)構(gòu)、載荷和工況的復(fù)雜性，分析設(shè)計常常需要進(jìn)行實驗，分析設(shè)計采用的是最大剪應(yīng)力理論來確定受壓元件的尺寸。,3） 常規(guī)設(shè)計與分析設(shè)計的結(jié)合 壓力容器分析設(shè)計對經(jīng)濟上成本較高，但采用常規(guī)設(shè)計又不能滿足某些零部件的設(shè)計要求或者采用常規(guī)方法設(shè)計的這些零部件造價太高。為了解決這一問題，出現(xiàn)了以常規(guī)設(shè)計為基礎(chǔ)，局部元件采用分析設(shè)計的設(shè)計

5、方法，這樣兼顧了常規(guī)設(shè)計與分析設(shè)計的特點，能滿足現(xiàn)代壓力容器設(shè)計的需要；但常規(guī)設(shè)計與分析設(shè)計的結(jié)合也還存在許多問題，還需要在實踐中不斷完善。,4 ） 壓力容器設(shè)計未來的發(fā)展 隨著壓力容器的廣泛使用，壓力容器的設(shè)計方法也在向前發(fā)展，隨著科技的發(fā)展和新材料、新工藝的應(yīng)用及各種軟件的開發(fā)和應(yīng)用，將使未來壓力容器的設(shè)計，向更加趨于準(zhǔn)確化、安全化、合理化的方向發(fā)展。,5 ） 壓力容器標(biāo)準(zhǔn)未來的技術(shù)發(fā)展方向 由于標(biāo)準(zhǔn)

6、技術(shù)的全球化和貿(mào)易化，使得我國標(biāo)準(zhǔn)化的工作必須要考慮和國際接軌，因此壓力容器標(biāo)準(zhǔn)更加關(guān)注以下方面：a) 充分考慮我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)與國際接軌的要求，逐步實現(xiàn)材料互認(rèn)、焊接工藝評定及焊工資格互認(rèn)、無損檢測資格及工藝互認(rèn)，滿足產(chǎn)品國際流通的要求；將有色金屬制壓力容器完全納入GB150標(biāo)準(zhǔn)中，形成具有我國特色的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)體系；,b) 吸取了我國近十年來在冶金材料、制造技術(shù)、無損檢測、安全防護(hù)等方面的科技成果，不斷完善和充實標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)容；

7、c) 目前確定許用應(yīng)力系數(shù)調(diào)整只是關(guān)于壓力容器鋼材部分的局部調(diào)整，以后也會對有色金屬、鑄鐵鑄鋼、復(fù)合材料進(jìn)行研究；d) 研究不同失效模式的設(shè)計準(zhǔn)則，例如經(jīng)驗型的脆性斷裂向斷裂力學(xué)評價轉(zhuǎn)化、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計準(zhǔn)則的研究、關(guān)于壓力容器危害識別風(fēng)險控制等方法的研究等。,2. 壓力容器的基本要求1) 滿足使用要求：壓力容器的結(jié)構(gòu)型式、尺寸規(guī)格、使用條件(壓力、溫度、腐蝕條件）以及其他載荷條件在工藝裝置中的功能要求決定的，因此要求設(shè)備必須

8、能滿足生產(chǎn)條件下處理物料的功能要求。,2).安全可靠性： 確保設(shè)備安全使用的基本要求是設(shè)備的強度、剛度、穩(wěn)定性、密封性和耐腐蝕性。 a）承壓設(shè)備所有零部件間除個別螺栓連接之外基本都是焊接連接，因此在壓力載荷作用下，本體材料和焊接接頭應(yīng)具有足夠的強度，這些焊接接頭往往具有結(jié)構(gòu)不連續(xù)，受力情況復(fù)雜的特點，不免存在焊接缺陷，連接部位消弱。 b）足夠的剛度是保證在載荷作用下，構(gòu)件不致發(fā)生過大的變形。,c）穩(wěn)定性是保證在

9、外載荷作用下，設(shè)備或構(gòu)件不致突然失去原有形狀，外壓作用失穩(wěn)桿件、圓筒形容器的軸向受壓失穩(wěn)，薄壁容器封頭在受內(nèi)壓作用下也可能產(chǎn)生轉(zhuǎn)角過渡區(qū)的失穩(wěn)。 d）對易燃、易爆、有毒介質(zhì)的壓力容器，必須保證有良好的密封性能，否則對人的生命財產(chǎn)和環(huán)境造成的后果是難以想象的。 e) 材料的耐腐蝕性對于保證承壓設(shè)備的使用壽命和安全運行是顯而易見的，設(shè)備的設(shè)計應(yīng)根據(jù)具體操作條件和介質(zhì)的不同腐蝕類型，選用相適應(yīng)的設(shè)備材料以及正確的加工制造方法，以

10、保證設(shè)備的長周期安全運行。,3). 合理的經(jīng)濟成本： 首先保證在壽命的前提下要選擇合理的材料，在保證工藝過程要求的前提下結(jié)構(gòu)要簡單，并易于方便制造、檢驗、維修、最終使設(shè)備總成本盡可能降低。,3. 壓力容器的定義和分類定義：注解1。監(jiān)察范圍：注解2。 分類:1）根據(jù)生產(chǎn)裝置單元過程分類： 攪拌、蒸發(fā)、干燥、蒸餾、熱量傳遞、吸收等等；2） 根據(jù)生產(chǎn)過程中的作用原理分類：分為反應(yīng)壓力容器、換熱壓力容器、分離壓力容

11、器、儲存壓力容器。,3) 根據(jù)壓力容器的設(shè)計壓力（p）分類：（1）低壓（代號L）0.1MPa≤p＜1.6MPa；（2）中壓（代號M）1.6MPa≤p＜10MPa；（3）高壓（代號H）10MPa≤p＜100MPa；（4）超高壓（代號U）p≥100MPa。（5） 常壓容器: -0.02MPa＜P＜0.1MPa。,4）根據(jù)殼體承壓方式分類：分為內(nèi)壓容器、外壓容器、真空容器、常壓容器。按照GB/T26929-2011《壓力容器術(shù)語》

12、： 內(nèi)壓容器是指正常操作時，其內(nèi)部壓力高于外部壓力的容器； 外壓容器是指正常操作時，其外部壓力高于內(nèi)部壓力的容器。 在外壓容器中，如果容器內(nèi)部介質(zhì)壓力（絕對壓力）小于環(huán)境大氣壓，即在真空狀態(tài)下工作的容器，又可稱為真空容器。 常壓容器是指與環(huán)境大氣壓直接連通或工作(表)壓力為零的容器。,5）根據(jù)設(shè)計溫度分類 按設(shè)計溫度（t）的高低，壓力容器可分為低溫容器（t ＜-20℃ ）、常溫容器（-20

13、℃≤t＜450℃ ）和高溫容器（t≥450℃ ）。,6）根據(jù)安置形式分類：壓力容器可分為固定式容器和移動式容器兩大類。（1）固定式壓力容器：按照《固容規(guī)》1.2條 對于為了某一特定用途、僅在裝置或者場區(qū)內(nèi)部搬動、使用的壓力容器，以及移動式空氣壓縮機的儲氣罐按照固定式壓力容器進(jìn)行監(jiān)督管理。,（2）移動式壓力容器；是指安裝在交通工具上、作為運輸裝備的壓力容器。 在我國壓力容器法規(guī)體系中，移動式壓力容器僅包

14、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安裝在陸路運輸工具上和部分使用水路運輸工具的壓力容器產(chǎn)品。,7）根據(jù)《固容規(guī)》的規(guī)定分類：《固容規(guī)》1.7條、附件A 為了便于進(jìn)行分類監(jiān)督管理，《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》將其監(jiān)察范圍內(nèi)的容器根據(jù)危險程度劃分為三類（Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類） ，其中第Ⅲ類壓力容器危險性最大，故要求最嚴(yán)格。類別劃分的方法是，首先根據(jù)介質(zhì)特性，確定介質(zhì)分組，選擇類別劃分圖，再利用設(shè)計

15、壓力p（單位MPa）和容積V（單位L）值在類別劃分圖上標(biāo)出坐標(biāo)點，確定壓力容器類別。這種分類,方法，強化危險性原則，從風(fēng)險控制的理念上對壓力容器進(jìn)行分類監(jiān)管。壓力容器類別劃分方法見附件A。,（1）、固定式壓力容器介質(zhì)分組及其危害性（《固容規(guī)》）（a）介質(zhì)分組壓力容器介質(zhì)分為兩組：毒性程度為極度危害、高度危害的化學(xué)介質(zhì)，易爆介質(zhì)，液化氣體為第一組介質(zhì)；除第一組介質(zhì)以外的介質(zhì)為第二組介質(zhì)。（b）介質(zhì)危害性介質(zhì)危害性指壓力容器在生產(chǎn)

16、過程中因事故致使介質(zhì)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(yán)重程度，用介質(zhì)毒性程度和爆炸危害程度表示。,（c）毒性程度 綜合考慮介質(zhì)毒性、最高容許濃度和職業(yè)性慢性危害等因素，按照HG20660-2000《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險程度分類》確定，如HG20660-2000沒有規(guī)定的，應(yīng)參照GB 5044-1985 《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》 的規(guī)定，將毒性介質(zhì)分為四級，具體為：極度危害（Ⅰ

17、級）、高度危害（Ⅱ級）、中度危害（Ⅲ級）、輕度危害。,極度危害（Ⅰ級）：最高容許濃度小于0.1mg/m3。高度危害（Ⅱ級）：最高容許濃度0.1～1.0mg/m3；極度危害（Ⅰ級）、高度危害（Ⅱ級）： 如氟、氫氟酸、光氣、氟化氫、氯。中度危害（Ⅲ級）：最高容許濃度1.0～10.0mg/m3；如二氧化硫、氨、一氧化碳、甲醇、氧化乙烯、硫化乙烯。輕度危害（Ⅳ級）：最高容許濃度大于或者等于10.0mg/m3。如氫氧化鈉、丙酮。,（

18、d）易爆介質(zhì)是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(zhì)。如氫、甲烷、乙烷、環(huán)氧乙烷、環(huán)丙烷、乙烯、丙烯等。,（5）介質(zhì)毒性危害程度和爆炸危險程度的確定 按照HG20660—2000《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險程度分類》確定介質(zhì)毒性危害程度和爆炸危險程度。HG20660沒有規(guī)定的，由壓力容器設(shè)計單位參照GB5044—85

19、《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》的原則，決定介質(zhì)組別。,（6）腐蝕介質(zhì) 硝酸、硫酸、鹽酸、環(huán)烷酸、強堿等具有強腐蝕性。介質(zhì)的腐蝕性很復(fù)雜。介質(zhì)的種類和性質(zhì)不同，加上工藝條件不同，介質(zhì)的腐蝕性也不同。,,圖A1　壓力容器類別劃分圖—第一組介質(zhì),,圖A-2　壓力容器類別劃分圖—第二組介質(zhì),8）根據(jù)壓力容器許可級別劃分 按照TSG1001-2008《壓力容器壓力管道設(shè)計許可規(guī)則》附件A, 壓力容器設(shè)計許可級別分為A、

20、C、D、SAD級A級：(1)A1級，指超高壓容器、高壓容器（注明單層、多層）；(2)A2級，指第三類低、中壓容器；(3)A3級，指球形儲罐；(4)A4級，指非金屬壓力容器。,C級(1)C1級，指鐵路罐車；(2)C2級，指汽車罐車、長管拖車；(3)C3級，指罐式集裝箱；D級(1)D1級，指第一類壓力容器；(2)D2級，指第二類壓力容器；SAD級：指壓力容器應(yīng)力分析設(shè)計。,9）根據(jù)其他分類方法：（1）按殼體壁厚分類

21、：分為薄壁容器（容器外徑與內(nèi)徑之比小于或等于1.2）和厚壁容器（容器外徑與內(nèi)徑之比大于1.2）。（2）按材質(zhì)分類：分為鋼制壓力容器、有色金屬壓力容器和非金屬容器等。（3）按制造方法分類：分為板焊容器、鍛焊容器、鑄造容器、包扎式容器、繞帶式容器、熱套式容器等。 （4）按容器主軸線方向分類：立式、臥式。 （5）按容器截面分類：圓形截面、非圓形截面。,4. 法律、法規(guī)、規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1）中國特種設(shè)備法規(guī)體系構(gòu)成 “法律—行政法

22、規(guī)、法規(guī)性文件、地方性法規(guī)—部門規(guī)章、地方政府規(guī)章—規(guī)范性文件、安全技術(shù)規(guī)范—引用標(biāo)準(zhǔn)”五個層次。第一層次：法律—根據(jù)憲法和立法法的規(guī)定，全國人民代表大會及其常委會制定的法律：,第二層次：行政法規(guī)、法規(guī)性文件、地方性法規(guī)—由國家最高行政機關(guān)國務(wù)院制定的行政法規(guī)和省、自治區(qū)、直轄市以及省會市和較大市人大及其常委會制定的地方性法規(guī)：,第四層次：規(guī)范性文件、安全技術(shù)規(guī)范—只經(jīng)過規(guī)定的編制、審定程序由部門領(lǐng)導(dǎo)授權(quán)簽署、以總局名義公布的規(guī)范性

23、文件、安全技術(shù)規(guī)范。,第五層次：標(biāo)準(zhǔn)----按《標(biāo)準(zhǔn)化法》的規(guī)定制定的標(biāo)準(zhǔn)（包括：特種設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、材料標(biāo)準(zhǔn)、性能標(biāo)準(zhǔn)檢測方法標(biāo)準(zhǔn)共1500余項。見注解4；,對特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范編號識別 TSG XX XXX-----XXXX特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范拼音標(biāo)志 規(guī)范種類號 規(guī)范順序號 頒布年份規(guī)范種類號 （Z—綜合類；G---鍋爐；R---壓力容器；D---壓

24、力管道） 規(guī)范順序號（工作項目） （0--綜合類；1---設(shè)計； 2---制造； 3—安裝改造維修；4—氣體充裝 5—使用；,6作業(yè)人員；7檢驗檢測； 8—檢驗檢測人員； C—材料 F—安全附件； B—部件 例如：TSG R1001-2008《壓力容器壓力管道設(shè)計許可規(guī)則》。 《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》、《特

25、種設(shè)備安全監(jiān)察條例》、TSG G0004-2009 《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》及GB150《壓力容器》之間的關(guān)系：注解5：,2） 壓力容器設(shè)計必須遵循哪些主要法規(guī)和規(guī)程？1.《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》2.《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》3.《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》4.《壓力容器、壓力管道設(shè)計單位資格許可與管理規(guī)則》5.《鍋爐壓力容器制造監(jiān)督管理辦法》6. GB150《壓力容器》7. JB4732《鋼制壓力

26、容器-分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》8. NB/T47003.1-2-2009《鋼制焊接常壓容器，固體料倉》9. GB/T151-2014《熱交換器》,10. NB/T47042《臥式容器》11. NB/T47041《塔式容器》,3）主要的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn) 《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》是我國壓力容器質(zhì)量保證體系和安全鑒定的重要法規(guī)，它明確規(guī)定了我國壓力容器安全技術(shù)鑒定的基本要求，要求有關(guān)壓力容器的設(shè)計、制造、安裝、檢驗、使用、維修和改造等

27、都必須遵守本規(guī)程。 《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》共有9章正文、4個附件。分別是：,第一章:總則第二章：材料第三章：設(shè)計第四章：制造第五章：安裝、改造與維修第六章：使用管理第七章：定期檢驗第八章：安全附件第九章：附則,附件A:壓力容器類別及壓力等級、品種的劃分附件B:壓力容器產(chǎn)品合格證附件C:壓力容器產(chǎn)品銘牌附件D:特種設(shè)備代碼編號方法,GB150—2011《壓力容器》是—系列標(biāo)準(zhǔn)的組合，規(guī)定

28、了壓力容器建造的基本要求、典型受壓元件的設(shè)計計算方法和制造、檢驗與驗收的要求。標(biāo)準(zhǔn)按壓力容器建造的邏輯順序分為四個部分，六個附錄，分別是： ——GB 150.1《壓力容器》第l部分：通用要求； ——6B 150.2《壓力容器》第2部分：材料； ——GB 150.3《壓力容器》第3部分：設(shè)計； ——GB 150.4《壓力容器》第4部分：制造、檢驗和驗收。,附錄A（規(guī)范性附錄）:標(biāo)準(zhǔn)的符合性聲明及修訂附錄B（規(guī)范性附錄

29、）:超壓泄放裝置附錄C（規(guī)范性附錄）:以驗證性爆破試驗確定容器設(shè)計壓力附錄D（規(guī)范性附錄）:對比經(jīng)驗設(shè)計方法附錄E（規(guī)范性附錄）:局部結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析和評定附錄F（規(guī)范性附錄）:風(fēng)險評估報告,5.失效模式 1） 失效模式與設(shè)計規(guī)范中所考慮的設(shè)計載荷和使用工況有密切的聯(lián)系。,2）以失效模式為依據(jù)的設(shè)計方法 綜合世界主要工業(yè)國家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，針對鍋爐和壓力容器常見的失效形式，在標(biāo)準(zhǔn)中將其歸

30、為三大類、14種失效模式，明確了針對失效模式的設(shè)計技術(shù)應(yīng)用理念。,第一類：短期失效模式（1）脆性斷裂；（2）韌性斷裂；（3）超量變形引起的接頭泄漏；（4）超量局部應(yīng)變引起的裂紋形成或韌性剪切；（5）彈性、塑性或彈塑性失穩(wěn)。,第二類：長期失效模式（1）蠕變斷裂；（2）蠕變超量變形；（3）蠕變失穩(wěn)；（4）沖蝕、腐蝕；（5）環(huán)境助長開裂，如：應(yīng)力腐蝕開裂。,第三類：循環(huán)失效（1）擴展性塑性變形；（2）交替塑性；（3）

31、彈性應(yīng)變疲勞或彈-塑性應(yīng)變疲勞；（4）環(huán)境助長疲勞，如：腐蝕疲勞。,對于帶壓力的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，在確定設(shè)計準(zhǔn)則和設(shè)計方法中至少要考慮如下失效模式：● 脆性斷裂(Brittle fracture)；，● 韌性斷裂(Ductile rupture)；● 接頭泄露(Leakage at joints)；● 彈性或塑性失穩(wěn)(Elasti co rplastic instability)；● 蠕變斷裂(Creep rupture)

32、。,3)經(jīng)過多年的實踐和參照國際上同類標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，GB150 標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)內(nèi)容中直接和間接考慮了如下失效模式，并針對所考慮的失效模式確定了相應(yīng)的設(shè)計準(zhǔn)則和強度理論： a) 脆性斷裂(Brittle fracture)：通過材料選用要求、材料韌性要求、制造和檢驗要求、以及結(jié)構(gòu)形式要求，防止脆性斷裂的發(fā)生； b) 韌性斷裂(Ductile rupture)：通過材料選用要求、結(jié)構(gòu)強度設(shè)計方法、許用應(yīng)力規(guī)定，防止韌性斷裂的發(fā)生；,c

33、)接頭泄露(Leakage at joints)：通過法蘭設(shè)計方法和特殊密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，結(jié)構(gòu)要求以 及對密封墊片和螺柱、螺母的要求，防止接頭泄漏的發(fā)生； d)彈性或塑性失穩(wěn)(Elastic or plastic instability)：通過外壓結(jié)構(gòu)設(shè)計方法防止整體失穩(wěn)；通過局部應(yīng)力分析和評定，控制局部塑性失穩(wěn)； e)蠕變斷裂(Creep rupture)：通過限制材料的使用溫度范圍控制蠕變斷裂的發(fā)生。,4) 失效準(zhǔn)則和強

34、度理論 金屬強度失效準(zhǔn)則主要包含彈性失效準(zhǔn)則、塑性失效準(zhǔn)則和爆破失效準(zhǔn)則。 1、彈性失效準(zhǔn)則； 2、塑性失效準(zhǔn)則； 3、爆破失效準(zhǔn)則。 爆破失效準(zhǔn)則在超高壓容器設(shè)計中得到了應(yīng)用。按爆破失效準(zhǔn)則計算圓筒體爆破壓力的計算方法中以福貝爾公式最為典型，即為：,強度理論 :（1）第一強度理論：即最大主應(yīng)力理論，理論的強度條件為σ1≤[σ]；目前ASME VIII-div1

35、、JISB8265以及我國壓力容器規(guī)則設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB150采用此標(biāo)準(zhǔn)，但錐殼過渡段、開孔補強以及平封頭等復(fù)雜結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行修正。（2）第二強度理論：又稱最大拉應(yīng)變理論；由于該理論經(jīng)試驗驗證不適用金屬材料，一直沒得到工程應(yīng)用。,第三強度理論：又稱最大剪應(yīng)力理論。強度條件即為： σ1-σ3≤[σ]目前我國的JB 4732標(biāo)準(zhǔn)，2007年以前的ASME、Ⅷ—div2篇等采用了該強度理論作為強度計算的依據(jù)。 第四強度理論：又稱剪切變形能理論

36、或歪形能理淪（亦有稱畸變能理論）。,5) 腐蝕是壓力容器最常見的失效模式： 金屬材料的腐蝕現(xiàn)象是很復(fù)雜的，即同一種材料在不同介質(zhì)中，不同材料在同一介質(zhì)中，即使同一種材料，同一種介質(zhì)在不同內(nèi)部、外部條件下(如：材料金相組織、承載應(yīng)力、介質(zhì)濃度、溫度、壓力條件等）都會表現(xiàn)出不同的腐蝕規(guī)律。,a)按腐蝕的過程和機理可分：（1）物理腐蝕（2）化學(xué)腐蝕（3）電化學(xué)腐蝕。 b)按腐蝕失效的破壞形式或特征可分：（1）均勻腐蝕（2

37、）局部腐蝕：表現(xiàn)為點腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、電偶腐蝕、選擇性腐蝕、氫脆、縫隙腐蝕、磨蝕、微生物腐蝕、垢下腐蝕、微震腐蝕等。,第二章 設(shè)計管理及設(shè)計辦法 1. 為了加強對壓力容器設(shè)計單位的安全監(jiān)察，確保壓力容器的設(shè)計質(zhì)量，根據(jù)《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》、《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》及TSG1001-2008《壓力容器壓力管道設(shè)計許可規(guī)則》等的規(guī)定，方能進(jìn)行壓力容器設(shè)計相關(guān)方面要求。,1）設(shè)計單位：注解6

38、 設(shè)計單位必須具備的條件： 各級設(shè)計人員的基本條件： 設(shè)計單位技術(shù)負(fù)責(zé)人職責(zé)； 設(shè)計批準(zhǔn)人員職責(zé); 審核人員職責(zé)；,,,,校對人員職責(zé)； 設(shè)計人員職責(zé)。,2）設(shè)計管理 為了有效的控制壓力容器的設(shè)計質(zhì)量，在質(zhì)量手冊的基礎(chǔ)上，壓力容器設(shè)計單位至少應(yīng)制定

39、以下設(shè)計管理制度并執(zhí)行。⑴ 各級設(shè)計人員條件與管理制度；⑵ 各級設(shè)計人員培訓(xùn)考核管理規(guī)定；⑶ 各級設(shè)計人員崗位責(zé)任制；,(4)壓力容器設(shè)計工作程序；見設(shè)計程序 (5)設(shè)計條件編制與審查制度； (6)設(shè)計文件編制管理規(guī)定； (7) 設(shè)計文件更改管理規(guī)定； 見設(shè)計更改 (8) 設(shè)計文件復(fù)用管理規(guī)定； (9)設(shè)計條件圖(表）編寫制度； (10)設(shè)計文件簽署及標(biāo)準(zhǔn)化審查制度； (11)設(shè)計文件質(zhì)量

40、評定制度； (12)設(shè)計文件檔案(含電子文檔）管理規(guī)定；,（13）設(shè)計質(zhì)量信息反饋與處理管理規(guī)定； （14）設(shè)計許可印章使用與管理規(guī)定。 3）設(shè)計控制程序 見,2.設(shè)計的基本方法：1）壓力容器設(shè)計步驟：見2）審圖步驟：（1）主要原則性問題；（2）技術(shù)問題；（3）一般問題。,3）設(shè)計文件組成：（1）:設(shè)計任務(wù)書:作為初始條件。（2）計算書:按要求進(jìn)行。（3）設(shè)計圖樣：總圖-裝配圖-部件圖-零件圖

41、（4）說明書：是關(guān)于設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理、技術(shù)特性、制造、檢驗、安裝、運輸、使用、檢修及其他必須說明的文件。（5）圖面技術(shù)要求： 材料要求、制造要求、焊接要求、檢測要求、檢驗要求。,（6）圖面的其他要求： 技術(shù)特性表（設(shè)計數(shù)據(jù)表）、管口表、明細(xì)表；（7）設(shè)計體系文件規(guī)定的其他記錄；（8）其它：總圖中的特殊要求及說明,第三章 基本概念和設(shè)計參數(shù)的確定1. 壓力 pressure (1)工作壓力

42、operating pressure 在正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力。 (2)設(shè)計壓力 design pressure 設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計溫度—起作為容器的基本設(shè)計載荷條件，其值不低于工作壓力。 (3)計算壓力； calculation prcssure 在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定元件厚度的壓力，包括液柱 靜壓力等附加載荷；,（4）試驗壓力 test pressure

43、 進(jìn)行耐壓試驗或泄漏試驗時，容器頂部的壓力。(5)最高允許工作壓力 maximum allowable working pressure(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算得到的，且取最小值。,問題: 1.什么時候需要用工作壓力、設(shè)計壓力及計算壓力？ 2.設(shè)計壓力與計算壓力的區(qū)別？ 3.如何

44、確定設(shè)計壓力與計算壓力，應(yīng)考慮那些？ 4.壓力容器的壓力來源？注解3：,2 溫度 temperature (1)設(shè)計溫度 design temperature 容器在正常工作情況下，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。 (2)試驗溫度 test temperature 進(jìn)行耐壓試驗或泄漏試驗時，容器殼體的金屬溫度。 (3)最低設(shè)計金屬溫度 mi

45、nimum design metal temperature 設(shè)計時，容器在運行過程中預(yù)期的各種可能條件下各元 件金屬溫度的最低值。 注解4：,3. 厚度 (1)計算厚度 required thickness 按本標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)公式計算得到的厚度。需要時，尚應(yīng)計入其他載荷所需厚度。對于外壓元件，系指滿足穩(wěn)定性要求的最小厚度。 (2)設(shè)計厚度 design thickness 計算厚度與腐蝕裕量之和。 (3)

46、名義厚度 nominal thickness 設(shè)計厚度加上材料厚度負(fù)偏差后向上圓整至材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度。,(4)有效厚度 effective thickness 名義厚度減去腐蝕裕量和材料厚度負(fù)偏差。 (5)最小成形厚度 mpnpmum required fabrication thickness：受壓元件成形后保證設(shè)計要求的最小厚度。注解5：以上各厚度間的關(guān)系見圖。,4. 載荷a） 內(nèi)壓、外壓或最大壓

47、差；b） 液柱靜壓力，當(dāng)液柱靜壓力小于設(shè)計壓力的5%時，可忽略不計；需要時，還應(yīng)考慮下列載荷：c） 容器的自重（包括內(nèi)件和填料等），以及正常工作條件下或耐壓試驗狀態(tài)下內(nèi)裝介質(zhì)的重力載荷；d） 附屬設(shè)備及隔熱材料、襯里、管道、扶梯、平臺等的重力載荷；e） 風(fēng)載荷、地震載荷、雪載荷；,f） 支座、底座圈、支耳及其他型式支承件的反作用力；g） 連接管道和其他部件的作用力；h） 溫度梯度或熱膨脹量不同引起的作用力；i） 沖擊載荷

48、，包括壓力急劇波動引起的沖擊載荷、流體沖擊引起的反力等；j） 運輸或吊裝時的作用力。,5. 最小厚度和厚度附加量1）最小厚度——殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度。（1）碳素鋼、低合金鋼不小于3 mm,對高合金鋼不小于2 mm。 (2) 對換熱器殼體的最小厚度見GB151，分2種： 按碳素鋼和低合金鋼圓筒（腐蝕裕量按1mm考慮）； 按高合金鋼圓筒。,2）厚度附加量： (1)腐蝕裕量

49、 為防止容器元件在運行過程中由于腐蝕、機械磨損而導(dǎo)致厚度減薄，設(shè)計者應(yīng)考慮實際情況和可能的失效模式規(guī)定容器元件的腐蝕裕量，具體規(guī)定如下： a) 對有腐蝕或磨損的元件，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的容器壽命和介質(zhì)對金屬材料的腐蝕速率確定腐蝕裕量；,b) 容器各元件受到的腐蝕程度不同時，可采用不同的腐蝕裕量； C) 介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸氣或水的碳素鋼或低合金鋼制容器，腐蝕裕量不小于1 mm。 (2)鋼材厚度負(fù)偏差 ．

50、 在選取鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏差時，應(yīng)按相應(yīng)鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定選取。壓力容器用板標(biāo)準(zhǔn)中，厚度允許偏差按GB/T709-2006規(guī)定的B類偏差，即偏差為-0.3mm。 (3)加工裕量（加工減薄量） 對于封頭按GB/T25198-2010《壓力容器封頭》中附錄J 封頭成形厚度減薄率進(jìn)行。,6. 許用應(yīng)力1)、許用應(yīng)力的取法 許用應(yīng)力是壓力容器設(shè)計中的基本參數(shù)，由材料的力學(xué)性能除以相應(yīng)的材料設(shè)計系數(shù)來確定。許用應(yīng)力

51、的確定是設(shè)計準(zhǔn)則的重要組成部分，建立在長期實踐基礎(chǔ)上，體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)水平、成熟程度和國家的綜合生產(chǎn)技術(shù)水平和管理水平。容器使用鋼材常用指標(biāo)是力學(xué)性能，在壓力容器中，主要指標(biāo)是材料的抗拉強度Rm和屈服點ReL（或RteL）。,（1）可直接從GB150.2表中查取 (2)從鋼常溫抗拉強度考慮，設(shè)計安全系數(shù)取2.7； 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、高合金鋼取1.5。 將鋼材的抗拉

52、強度Rm和屈服點ReL分別除以各自的設(shè)計安全系數(shù)后，取二值的小者作為材料的許用應(yīng)力。 (3)當(dāng)碳素鋼或低合金鋼的設(shè)計溫度超過380-420℃，合金鋼（如Cr—Mo鋼等）設(shè)計溫度超過450℃；奧氏體不銹鋼的設(shè)計溫度超過575℃時，必須同時考慮高溫持久強度或蠕變強度作為計算許用應(yīng)力。,(4)不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的許用應(yīng)力的系數(shù)，與下列因素有關(guān)：a）設(shè)計載荷條件的準(zhǔn)確程度及載荷附加的裕度；b）設(shè)計計算方法的精確程度；c）材料性能穩(wěn)定性

53、及規(guī)定的檢驗項目和檢驗批量的嚴(yán)格程度；d）制造和檢驗技術(shù)水平及其指標(biāo)控制的嚴(yán)格程度；e）質(zhì)量管理水平；f）生產(chǎn)操作的實踐經(jīng)驗；g）不可預(yù)見的因素。 綜上所述，在高溫下許用應(yīng)力系數(shù)取上列四者中的最小值。,2）、確定許用應(yīng)力的系數(shù)（1）GB150確定許用應(yīng)力的系數(shù) 對于板材、管材、鍛件和對于密封螺栓材料具有不同的確定許用應(yīng)力的系數(shù)。,（2）地腳螺栓和非受壓元件的許用應(yīng)力NB/T 47041《塔式容器》和NB/T

54、 47042《臥式容器》規(guī)定：碳素鋼 Q235 [σ]bt = 147 MPa，其他碳素鋼，則ns=1.6低合金鋼 Q345 [σ]bt = 170 MPa，其他低合金鋼，則ns≥2.0,（3）外壓容器殼體失穩(wěn)的安全系數(shù)Pcr/m = [р]m = 3.0 穩(wěn)定安全系數(shù)Pcr — 臨界壓力或臨界壓應(yīng)力[р] — 許用外壓力或許用軸向壓縮應(yīng)力3)、許用應(yīng)力的規(guī)定（1）設(shè)計溫度低于20℃時，取20℃時的許用應(yīng)力。

55、（2）不銹鋼復(fù)合鋼板的許用用力 [σ]t =（[σ]1tδ1+[σ2]2tδ2）/（δ1+δ2）（3）對于地震力或風(fēng)載荷與其他載荷相組合時，容器壁的應(yīng)力允許不超過許用應(yīng)力的1.2倍。,7、焊接接頭分類和焊接接頭系數(shù)（1）焊接接頭分類 受壓元件之間分為A、B、C、D四類，受壓元件與非受壓元件之間為E類接頭，如圖 1-1 所示。 a）圓筒部分的縱向接頭（多層包扎容器層板層縱向接頭除外）、球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭、各類

56、凸形封頭中的所有拼焊接頭以及嵌入式接管與殼體對接連接的接頭，均屬 A 類焊接接頭； b）殼體部分的環(huán)向接頭、錐形封頭小端與接管連接的接頭、長頸法蘭與接管連接的接頭，均屬 B 類焊接接頭，但已規(guī)定為 A、C、D 類的焊接接頭除外；,c）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)封頭與圓筒的搭接接頭以及多層包扎容器層板層縱向接頭，均屬 C 類焊接接頭； d）接管、人孔、凸緣、補強圈等與殼體連接的接頭，均屬 D 類焊

57、接接頭，但已規(guī)定為 A、B類的焊接接頭除外。,,（2）焊接接頭系數(shù) 焊接接頭系數(shù)φ應(yīng)根據(jù)對接接頭的焊縫型式及無損檢測的長度比例確定。 對于鋼制雙面焊對接焊縫和相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接焊縫： 全部無損檢測 φ=1.00 局部無損檢測 φ=0.85 對于單面焊對接焊縫（沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的墊板） ：,全部無損檢測 φ=0.9 局部無損檢測 φ=0.8 其它金屬材料的焊接接頭系數(shù)按相

58、應(yīng)引用標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。不允許降低焊接接頭系數(shù)而免除壓力容器產(chǎn)品的無損檢測。,2）ASME關(guān)于焊接接頭的分類 ASME將壓力容器的焊接接頭分為A、B、C、D四個類別，類別越高的焊接接頭在熱處理、無損檢測等方面提出更高的質(zhì)量要求。,8、壓力試驗要求1） 內(nèi)壓容器的耐壓試驗 內(nèi)壓容器的耐壓試驗包括液壓試驗、氣壓試驗和氣液組合試驗其試驗壓力的最小值規(guī)定如下： a) 液壓試驗： b) 氣壓試驗或氣

59、液組合試驗：,2）外壓容器以內(nèi)壓進(jìn)行耐壓試驗，試驗壓力按如下規(guī)定： a) 液壓試驗： b)氣壓試驗或氣液組合試驗：,3）多腔容器的壓力試驗:注解64） 耐壓試驗的應(yīng)力校核：注解65） 耐壓試驗的免除；注解66） 泄漏試驗：注解6,第四章：壓力容器結(jié)構(gòu)1. 壓力容器由本體和安全附件組成。本體一般是由筒體、封頭（端蓋）、法蘭、接管、人孔、支座、密封元件等組成，它們統(tǒng)稱為壓力容器零部件，這些零部件大都有標(biāo)準(zhǔn)。容

60、器按筒壁結(jié)構(gòu)有單層結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)之分。單層結(jié)構(gòu)多用于中低壓容器，多層結(jié)構(gòu)用于高壓容器。壓力容器的結(jié)構(gòu)形狀主要有圓筒形、球形和組合形。圓筒形容器是由圓柱形筒體和各種成型封頭（半球形、橢圓形、碟形、錐形、平蓋）所組成。球形容器由數(shù)塊球殼板拼焊成，承壓能力很好，但由于安置內(nèi)件不便和制造稍難，故一般用作儲罐。,2. 壓力容器的本體界定在下述范圍內(nèi)：(1)壓力容器與外部管道或裝置焊接連接的第一道環(huán)向接頭的坡口面、螺紋連接的第一個螺紋接頭

61、端面、法蘭連接的第一個法蘭密封面、專用連接件或者管件連接的第一個密封面；(2)壓力容器開孔部分的承壓蓋及其緊固件；(3)非受壓元件與壓力容器的連接焊縫。,3. 主要受壓元件：壓力容器的筒體、封頭（端蓋）、膨脹節(jié)、設(shè)備法蘭、球罐的球殼板、換熱器的管板和換熱管、M36以上的主螺栓及公稱直徑大于或等于250mm的接管和管法蘭均作為主要受壓元件。,暗室,,,,,,4. 壓力容器零部件1）筒體圓柱形筒體是壓力容器主要形式，制造容

62、易，安裝內(nèi)件方便，而且承壓能力較好，因此應(yīng)用最廣。圓柱形筒體又可分為立式容器和臥式容器。由于容器的筒體不但存在與容器封頭、容器法蘭相配問題，而且臥式容器的支座標(biāo)準(zhǔn)也是按照容器的公稱直徑系列制定的，所以，不但管子有公稱直徑，筒體也制定了公稱直徑系列。（GB/T9019-2001《壓力容器公稱直徑》）,2）封頭（GB/T25198-2010《壓力容器封頭》）壓力容器封頭，常見的形式有凸形封頭（包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭、球冠形

63、封頭）、錐形封頭、平蓋等。球形封頭——壁厚最薄，用材比較節(jié)省。但封頭深度大、制造比較困難。 代號：HHA,（1）橢圓形封頭——橢圓形封頭縱剖面的曲線部分是半個橢圓形，直邊段高度為h，因此橢圓形封頭是由半個橢球和一個高度為h的圓筒形筒節(jié)構(gòu)成。橢圓殼體周邊的周向應(yīng)力為壓應(yīng)力，應(yīng)保證不失穩(wěn)。 代號：,（2）碟形封頭——碟形封頭是由三部分組成。第一部分是以半徑為Ri的球面部分，第二部分是以半徑為Di/2的圓筒形部分，第三部分是連接

64、這兩部分的過渡區(qū)，其曲率半徑為r,Ri與r均以內(nèi)表面為基準(zhǔn)。不連續(xù)過渡導(dǎo)致邊緣應(yīng)力。 代號：,（3）球冠形封頭——又稱無折邊球形封頭，可用作端封頭，也可以用作容器中兩獨立受壓室的中間封頭，球冠形封頭是一塊深度較小的球面體，結(jié)構(gòu)簡單、制造方便。但在它與筒體的連接處由于形狀突變而存在很高的局部應(yīng)力，故只適用于直徑較小、壓力較低的容器。,（4）錐形封頭—有無折邊錐形封頭、大端折邊錐形封頭 、折邊錐形封頭三種。CHA,（5）平蓋——結(jié)構(gòu)簡單

65、，制造方便，因此壓力容器上的人孔、手孔常采用平蓋，或直徑較小的高壓容器及小直徑的常壓容器，一般也采用平蓋。 另：平底形封頭：FHA,3）支座（JB/T4712.1～4712.4-2007《容器支座》）支座是用來支承容器重量和用來固定容器位置的。支座一般分為立式容器支座和臥式容器支座。立式容器支座分為耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。臥式容器支座多使用鞍式支座。,①耳式支座（JB/T4712.3）耳式支座一般由兩塊筋

66、板和一塊墊板、一塊耳板焊接而成。,②支承式支座（JB/T4712.4）支承式支座是由筋板、腹板和底板焊接成（A型，適用公稱直徑DN800～3000mm），也可由鋼管和底版焊接成（B型，適用公稱直徑DN800～4000mm）。A型支撐式支座：,③腿式支座（JB/T4712.2）腿式支座是將角鋼或鋼管直接焊在筒體上或筒體的加強板上。,腿式支座,④裙式支座（JB/T4710）裙式支座適用于高大型或重型立式容器的支承。裙式支座形式有圓筒

67、形和圓錐形兩種形式，通常采用圓筒形裙座。⑤鞍式支座（JB/T4712.1）鞍式支座由底板、腹板、筋板和墊板組焊而成。鞍式支座形式：按鞍座實際承載能力的大小分為輕型（A）、重型（B）兩種。鞍座分固定式（F）和滑動式（S）兩種安裝方式。,,搭接,對接,（4）法蘭法蘭連接的主要優(yōu)點是密封可靠和有足夠的強度。缺點是不能快速拆卸、制造成本較高。,①壓力容器法蘭壓力容器法蘭系列標(biāo)準(zhǔn)為NB/T47020～47027-2012，包括法蘭、

68、墊片及緊固件等8個標(biāo)準(zhǔn)。壓力容器法蘭分三種，甲型平焊法蘭（NB/T47021） 、乙型平焊法蘭（NB/T47022）及長頸對焊法蘭（NB/T47023） 。其中長頸法蘭受力情況最好，甲型平焊法蘭受力情況最差。壓力容器法蘭墊片有非金屬軟墊片（NB/T47024）、纏繞墊片（NB/T47025）、金屬包墊片（NB/T47026）。壓力容器用緊固件（NB/T47027）,壓力容器甲型平焊法蘭,壓力容器乙型平焊法蘭,壓力容器長頸對焊法蘭,