GB150-1998钢制压力容器

1GB150-1998《钢制压力容器》•一．范围、引用标准、总论１．标准的适用范围（1.1～1.2节）•适用的压力范围•设计压力P：0.1～35MPa•真空度：≥0.02MPa•适用的温度范围：钢材允许的使用温度。22.不适用范围（1.3节）3.对超出标准范围的容器的处理办法（1.4节）•--包括有限元法在内的应力分析；•--验证性实验分析（如实验应力分析、验证性液压试验）；•--用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计。•引用标准；35.总论：•（1）容器管辖范围：（3.3.1节～3.3.4节）•（2）定义：（3.4节）•1)压力•除注明者外，压力均为表压力。•工作压力Pw•设计压力Pd•计算压力Pc•最大允许工作压力[Pw]•安全阀的开启压力Pz•爆破片的标定爆破压力Pb4•2)温度•金属温度；工作温度；最高、最低工作温度；设计温度；试验温度•（3）载荷：经常性载荷；选择性载荷；（3.5.4节）•（4）厚度：厚度的定义：计算厚度；设计厚度；名义厚度；有效厚度等；（3.4.8节）5•厚度负偏差C1•腐蚀裕量C2•C2=NfхdC2；Nf—设计寿命。单位：年；dC2—腐蚀速率。单位：毫米/年•腐蚀裕量考虑的原则：•１）与工作介质接触的筒体、封头、接管、人（手）孔及内部构件等，均应考虑腐蚀裕量。•２）下列情况一般不考虑腐蚀裕量：6•a、介质对不锈钢无腐蚀作用时（不锈钢、不锈复合钢板或有不锈钢堆焊层的元件）；•b、可经常更换的非受压元件；•c、有可靠的耐腐蚀衬里；•d、法兰的密封表面；•e、管壳式换热器的换热管；•f、管壳式换热器的拉杆、定距管、折流板和支持板等非受压元件；•g、用涂漆可以有效防止环境腐蚀的容器外表面及其外部构件（如支座、支腿、底板及托架等，但不包括裙座）。7•3）腐蚀裕量一般应根据钢材在介质中的腐蚀速率和容器的设计寿命确定。对有使用经验者，可以按经验选取。•4）容器的设计寿命除有特殊要求外，塔、反应器等主要容器一般不应少于15年，一般容器、换热器等不少于8年。•腐蚀裕量的选取：•1)容器筒体、封头的腐蚀裕量•a、介质为压缩空气、水蒸汽或水的碳素钢或低合金钢制的容器，其腐蚀裕量不得小于1.0mm。•b、除a以外的其他情况可按下表确定筒体、封头的腐蚀裕量。8腐蚀程度不腐蚀轻微腐蚀腐蚀重腐蚀腐蚀速率（ｍｍ／年）＜０.050.05-0.130.13-0.25＞0.25腐蚀裕量（ｍｍ）0≥1≥2≥3筒体、封头的腐蚀裕量最大腐蚀裕量不应大于6mm，否则应采取防腐措施。92)容器接管（包括人、手孔）的腐蚀裕量，一般情况下应取壳体的腐蚀裕量。•3）筒体内侧受力焊缝应取与筒体相同的腐蚀裕量。•4）容器各部分的介质腐蚀速率不同时，则可取不同腐蚀裕量。•5）两侧同时与介质接触的元件，应根据两侧不同的操作介质选取不同的腐蚀裕量，两者叠加作为总的腐蚀裕量。•6）容器地脚螺栓的腐蚀裕量可取3mm。10•（5）最小厚度；（3.5.6节）•1）.对碳钢和低合金钢制容器,不小于3mm；•2）.对高合金钢容器,不小于2mm；•3）.碳素钢和低合金钢制塔式容器的最小厚度为2/1000的塔器内直径,且不小于4mm;对不锈钢制塔式容器的最小厚度不小于3mm；•4）.管壳式换热器壳体的最小厚度应符合GB151《管壳式换热器》的相应规定。11•5)复合钢板复层的最小厚度•a.为保证工作介质干净（不被铁离子污染）而采用的复合钢板，其复层厚度不应小于2mm；•b.为了防止工作介质的腐蚀而采用的复合钢板，其复层厚度不应小于3mm；•不锈钢堆焊层在加工后的最小厚度为3mm。•6)对有防腐蚀衬里的碳钢或低合金钢制容器，其钢壳的最小厚度为5mm。12•（6）焊接接头系数：（3.7节）•焊接接头系数φ=焊缝区材料强度/本体材料强度≤1•焊接接头系数大小与以下主要因素有关：•a.焊接接头的结构形式•b.焊接接头无损检测的长度比例•（7）压力试验：液压试验、气压试验（3.8节）；•压力试验•a.液压试验13•碳素钢、16MnR和正火15MnVR钢制容器液压试验时，液体温度不得低于5℃；其他低合金钢制容器，液压试验时液体温度不得低于15℃。•试验压力PT•内压容器液压试验PT=1.25P•外压容器和真空容器按内压容器进行试验,液压试验压力PTPT=1.25p•b.气压试验•碳素钢和低合金钢制压力容器的试验用气体温度不得低于15℃；其他材料制压力容器，其试验用气体温度应符合设计图样规定。t][][14•气压试验PT=1.15Pt][][外压容器及真空容器气压试验压力PTPT=1.15p(3)夹套容器对于带夹套的容器，应在图样上分别注明内筒和夹套的试验压力。对立式容器卧置进行液压试验时，试验压力应为立置时的试验压力加液柱静压力。15•液压试验时，圆筒的薄膜应力校核式•σT=≤0.9σsφ(σ0.2)eeDiPT2)(气压试验时圆筒的薄膜应力校核式σT=eeDiPT2)(≤0.8σsφ(σ0.2)（8）致密性试验致密性试验有气密性试验或煤油渗漏试验。16•气密性试验压力一般取PT=1.0P(空气或氮气)•对于壳程压力低于管程压力的列管式换热器，如果不能采用提高壳程试验压力等于管程试验压力的方法，来检查管子与管板连接的严密性时，则壳程、管程按各自要求试验压力试压。然后壳程再以1.05倍壳程设计压力的含氨体积约1%的压缩空气或低压纯氨渗透试验。17•煤油渗漏试验•将焊缝能够检查的一面清理干净，涂以白粉浆，晾干后在焊缝另一面涂以煤油，使表面得到足够的浸润，经半小时后白粉上没有油渍为合格.•（9）现场组装大型容器的耐压试验：（3.9节）•对不能按3.8的规定作出压力试验的容器,设计单位应提出确保容器安全运行的措施,经设计单位技术负责人批准,并在图样上注明.18•二．内压园筒和内压球壳：•☆失效准则•容器从承载到载荷的不断加大最后破坏经历弹性变形、塑性变形、爆破；因此容器强度失效准则的三种观点：•弹性失效•弹性失效准则认为壳体内壁产生屈服即达到材料屈服限时该壳体即失效，将应力限制在弹性范围，按照强度理论把筒体限制在弹性变形阶段。认为圆筒内壁面出现屈服时即为承载的最大极限。19•塑性失效•它将容器的应力限制在塑性范围，认为圆筒内壁面出现屈服而外层金属仍处于弹性状态时，并不会导致容器发生破坏，只有当容器内外壁面全屈服时才为承载的最大极限。•爆破失效•它认为容器由韧性钢材制成，有明显的应变硬化现象，即便是容器整体屈服后仍有一定承载潜力，只有达到爆破时才是容器承载的最大极限20•☆弹性实效准则下的四个强度理论•第一强度理论（最大主应力理论）认为材料的三个主应力中只要最大的拉应力σ1达到了极限应力，材料就发生破坏。强度条件：б1≤[б]t•第二强度理论（最大变形理论）认为材料的最大的应变达到了极限状态，材料就发生破坏。强度条件：εmax≤[ε]•第三强度理论（最大剪应力理论）21材料的最大剪应力τmax达到了极限应力，材料就发生破坏。强度条件：τmax=（σ1-σ3）≤[σ]t•第四强度理论（剪切变形能理论）材料变形时，即内部变形能量达到材料的极限值时，材料破坏。强度条件：σe=√[(σ1-σ2)2+(σ2-σ3)2+(σ3-σ1)2]≤[σ]t（1）内压园筒：（5.2节）22•薄壁圆筒容器在工程中采用无力矩理论来进行应力计算，在内压P作用下，筒壁承受轴向应力和切向应力（薄膜应力）作用。由于壳体壁厚较薄，且不考虑壳体与其它连接处的局部应力，忽略了弯曲应力，这种应力称为薄膜应力。23•轴向应力σz=•切向应力σt=4PD2PD按第一强度理论条件得σ1=σt=2PD≤[σ]t2PD≤[σ]tφ24•≤[σ]tφ2)(iDP由上式计算厚度:δ=CticPDP2上式适用于设计压力P≤0.4[σ]tφ的范围。(2)内压球壳球形容器在均匀内压作用下，球形壳体轴向应力和切向应力相等。即σt=σz=σt==4PD25•上述公式中，如将D=Di+δ代入并考虑了焊接接头系数φ，如采用第一强度理论时，即得出•eeDiP4)(≤[σ]tφ所以可求出计算厚度δ=PcPcDit][4mm;（3）、设计参数的确定设计压力P≤0.6[σ]tφ26•容器设计时，必须考虑在工作情况下可能达到的工作压力和对应的工作温度两者组合中的各种工况，并以最苛刻工况下的工作压力来确定设计压力。•对内压容器:•无安全泄放装置时:Pd=(1.0~1.1)PW；•装有安全阀时:不低于(等于或稍大于)安全阀开启压力(安全阀开启压力取1.05~1.10倍工作压力)•装有爆破片时:取爆破片设计爆破压力加制造范围上限；27•对真空容器:无夹套真空容器:有安全泄放装置设计外压力取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa两者中的小值；无安全泄放装置设计外压力取0.1Mpa；夹套内为内压:容器(真空)设计外压力按无夹套真空容器规定选取;夹套(内压)设计内压力按内压容器规定选取；.外压容器:设计外压力取不小于在正常工作情况下可能产生的最大内外压力差28•盛装液化石油气或混合液化石油气的容器:•介质50℃饱和蒸汽压力低于异丁烷50℃的饱和蒸汽压力时(如丁烷、丁烯、丁二烯):设计压力取0.79MPa.介质50℃饱和蒸汽压力高于异丁烷50℃的饱和蒸汽压力时(如液态丙烷)1.77Mpa.介质50℃饱和蒸汽压力高于丙烷50℃的饱和蒸汽压力时(如液态丙烯)2.16MPa•（4）边缘应力：•1）边缘应力的产生29•当圆筒形壳与圆球形壳或椭圆形壳相连的零部件受压后，各自产生的变形是不一致的，称为变形不连续,相互产生约束这时,除内压产生的膨胀外，还会产生附加的弯曲变形。与弯曲相对应，壳壁内将产生弯矩和剪力，对薄壁壳体来说，由此产生的弯曲应力有时比薄膜应力大得多，两连接件刚度相差越大，产生的应力也将越大在实际结构中，成以圆筒与平盖连接时的边缘应力为最大。该应力由于只发生在两连接件的边界处，所以称为边缘效应力或称为不连续应力。30•2)边缘应力的特点：•由边缘力和边缘力矩引起的边缘力具有以下两个特点：•局限性•自限性•3）设计中对边缘应力的考虑：•由于边缘应力具有局限性，设计中可以在结构上只作局部处理，例如改变连接处的结构，保证边缘焊接的质量，降低边缘区的残余应力，避免边缘区附加的局部应力集中（如应避免在边缘区开孔。）31•只要是塑性材料，即使边缘区应力超过材料的屈服极限，邻近尚未屈服的弹性区能够限制塑性变形的发展，使容器仍处于安定状态（安定性理论）。故大多数塑性材料所制成的容器，如低碳钢、奥氏体不锈钢。当受静载荷时，除在结构上需作某些处理外，一般并不对边缘应力作特殊考虑。•在下列情况下应考虑边缘应力:a)塑性较差的高强度钢制压力容器b)低温下操作的铁素体制的重要压力容器c)受疲劳载荷作用的压力容器d)受核幅射作用的压力容器32•这些压力容器，若不注意控制边缘应力，在边缘高应力区有可能导致脆性破坏或疲劳。因此必须正确计算边缘应力并按JB4732-95《钢制压力容器分析设计》进行设计.•（5）压力容器的应力分析设计：•1．常规设计：压力容器设计基本上是采用传统的设计方法—“常规设计”。常规设计是基于弹性失效准则，认为容器内某一最大应力点一旦达到屈服限，进入塑性，丧失了纯弹性状态即为失效33•2．分析设计：“分析设计”从设计思想上来说，就是放弃了传统的弹性失效准则，采用弹塑性或弹性失效准则，允许结构出现可控制的局部塑性区，采用这个准则，可以合理地放松对计算应力的过严限制，适当地提高了许用应力值，但又严格地保证了结构的安全性。•3．应力分类•1）一次应力P•一次应力分为•一次总体薄膜应力Pm•一次弯曲应力Pb•一次局部薄膜应力PL•2）二次应力Q•3）峰值应力F34•4．应力的限制条件•Pm≤[δ]tPL≤1.5[δ]t(极限载荷设计法)•Pb+PL≤1.5[δ]t；Pm+PL≤1.5[δ]t•Pb+PL+Q≤3[δ]t；Pm+PL+Q≤3[δ]t（安定性准则）•P+Q+F≤Sa（许用应力幅）•极限载荷设计法是指：只有结构整体屈