压力容器设计参数选择

1压力容器设计参数选择2本节主要内容1.设计压力2.设计温度3.设计温度与设计压力组合4.厚度附加量5.安全系数及许用应力6.焊接接头分类及焊接接头系数31、设计压力的定义当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。否则应取设计压力和液柱静压力之和进行该部位或元件的设计计算。2、设计压力系指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于容器的工作压力，亦即标注在产品铭牌上的容器设计压力。3、计算压力系指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。1、工作压力指在正常工作情况下，容器顶部的最高压力。工作压力、最大工作压力、最高工作压力GB150-98GB150-89容规三者概念相同表压力41、设计压力的选取中低压容器设计压力取1.10倍工作压力，高压容器取1.05倍工作压力。容器的设计压力不得低于最高工作压力当压力容器无安全泄放装置时，容器的设计压力取(1.0～1.1)工作压力当压力容器装有安全阀时，其设计压力不得低于（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）。阀瓣开始升起介质开始排出阀瓣达到规定高度5设计压力的选取当压力容器装有爆破片时，其设计压力取爆破片设计爆破压力加制造范围上限.压力有可能迅速上升情况，选择爆破片。爆破片有一定制造范围6设计压力的选取对于固定式盛装液化气体的容器，在规定的充装系数范围内，设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。液化气体临界温度大于或等于50℃有可靠保冷设施为可能达到的最高工作温度下的饱和蒸汽压力无可靠保冷设施为50℃的饱和蒸汽压力液化气体临界温度小于50℃有可靠保冷设施取试验实测最高工作温度下的饱和蒸汽压力无可靠保冷设施为设计所规定的最大充装量时温度为50℃的气体压力固定式液氨的容器7设计压力的选取固定式盛装液化气体液氨移动式盛装压力容器罐体常见设计压力见《容规》P23介质设计压力腐蚀裕量≥mm液氨2.16MPa2液氯1.62MPa48设计压力的选取无夹套真空容器有安全泄放装置设计压力取小值0.1MPa1.25倍内外最大压差无安全泄放装置设计压力取0.1MPa外压容器设计压力取不小于在正常工作条件下可能产生的最大内外压差两侧受压的压力容器元件一般应以两侧的设计压力分别作为该元件的设计压力.除非有特殊措施保证两侧同时受压,可取两侧的最大压差作为设计压力.9设计压力的选取夹套为内压的真空容器容器(真空)设计外压力按无夹套真空容器规定选择夹套(内压)设计压力按内压容器选择夹套为真空的真空容器设计压力按内压容器规定选择夹套(真空)设计外压力按无夹套真空容器规定选择容器(内压)10设计压力的选取夹套为内压的真空容器容器(真空)设计外压力按无夹套真空容器规定选择夹套(内压)设计压力按内压容器选择计算压力：以设计压差为外压计算；并按夹套水压试验作为外压校核的计算压力11设计压力的选取工作压力:真空度:650mmHg工作压力:0.6MPa填出压力容器各设计参数设计压力:内筒:夹套:计算压力:内筒上封头:内筒下封头:被夹套包围的圆筒:夹套圆筒:夹套封头:水压试验压力:夹套内筒12设计压力的选取工作压力:真空度:650mmHg工作压力:0.6MPa填出压力容器各设计参数设计压力:内筒:外压0.1MPa夹套:内压0.6MPa计算压力:内筒上封头:外压0.1MPa内筒下封头:外压0.75MPa被夹套包围的圆筒:外压0.75MPa夹套圆筒:内压0.6MPa夹套封头:内压0.6MPa水压试验压力:夹套:1.25x0.6=0.75MPa内筒1.25x0.1=0.125MPa132、设计温度的选取设计温度系指容器在正常操作情况，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。标志在产品铭牌上的设计温度应是壳体设计温度的最高值或最低值。介质工作温度T设计温度（注：当最高或最低工作温度不明确时按II确定）IIIT-20℃介质最低工作温度介质工作温度减0～10℃-20T15℃介质最低工作温度介质工作温度减5～10℃T15℃介质最高工作温度介质工作温度加15～30℃14设计温度的选取2、压力容器安装在室外,当壳体的金属温度受大气环境气温条件所影响时,其最低设计温度,取历年来月平均温度的最低值作为最低设计温度.1、设计温度不得低于元件金属在工作状态下可能达到的最高温度。对于0℃以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。3、容器内介质用蒸汽直接加热或被内置加热元件间接加热时，设计温度取最高温度。15试验温度的选取1.试验温度是指压力试验时容器壳体的金属温度.2.规定压力试验温度为了防止液压和气压试验时,由于低温而使容器产生脆性破坏.3.相关规定:碳素钢\16MnR和正火15MnVR钢制压力容器液压试验时，液体温度不低于5℃.其他低合金钢液压试验时温度不低于15℃。16应以容器运行中设计压力条件下的对应的操作温度作为设计温度的基础,由此确定的设计压力、设计温度能使容器经受最苛刻的运行条件3、设计温度与设计压力组合介质：饱和水蒸汽工作压力：0.2MPa工作温度：68.7℃以压强为标准介质：饱和水蒸汽设计压力：0.3MPa设计温度：75.4℃17184、厚度附加量C1.厚度附加量C＝C1＋C2，mm；式中：C1为钢板或钢管的厚度负偏差，mm；C2为腐蚀裕量2、C1可按相应的钢板或钢管标准选取。当钢板的厚度负偏差不大于0.25mm时，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可忽略不计,C1=0。3、16MnR（GB6654）、低温压力容器用钢板（16MnDR、15MnNiDR）全部厚度下负偏差均为0.25mm。19厚度负偏差C1钢板标准GB3274、GB3280、GB4237、GB4238钢板厚度5.5～7.57.5～2525～3030～3434～4040～5050～6060～80负偏差C10.60.80.91.01.11.21.31.8表1常用钢板厚度负偏差C1值表2常用无缝钢管的厚度负偏差C1值钢管标准种类壁厚(mm)负偏差C1普通级较高级或高级GB8163《输送流体用无缝钢管》冷拔1.010%10%热轧≥2.512.5%GB/T14976《输送流体用不锈钢无缝钢管》冷拔1～3.014%10%3.010%10%热轧1512.5%12.5%≥1515%12.5%20腐蚀裕量C21、对于与工作介质接触的圆筒、封头、接管、人孔及内部构件等均考虑腐蚀裕量。2、用涂刷涂料可以有效防止环境腐蚀的容器外部构件，如支座、支腿、底板、托架、塔顶吊架等原则上不考虑腐蚀裕量，但不包括裙座。3、下列情况不考虑腐蚀裕量：•介质对不锈钢无腐蚀作用，指不锈钢、不锈钢复合管板或有不锈钢堆焊的元件；•有可靠耐腐蚀衬里的基体材料，如，衬铅、衬橡胶、衬塑料等。•法兰的密封面•管壳式换热器的换热管、拉杆、定距管、折流板和支持板。A、确定腐蚀裕量的原则21腐蚀裕量C21、对有腐蚀或磨损的元件，应根据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量。对有经验者，可按经验选取。2、容器筒体、封头腐蚀裕量。介质为压缩空气、水蒸汽或水的碳素钢或低合金钢制容器，腐蚀裕量C2不小于1mm；对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，取C2＝0。其他情况可按表3确定筒体、封头的腐蚀裕量。B、腐蚀裕量的选取腐蚀程度不腐蚀轻微腐蚀腐蚀重腐蚀腐蚀速率（mm/年0.050.05～0.130.13～0.250.25腐蚀裕量（mm）0≥1≥2≥322腐蚀裕量C23、容器接管腐蚀裕量，一般取筒体的腐蚀裕量。4、容器内件与筒体材料相同时，容器内件的单面腐蚀裕量B、腐蚀裕量的选取内件不可拆卸或无法从人孔取出内件可拆卸或可从人孔取出受力取筒体腐蚀裕量不受力取筒体腐蚀裕量的1/2受力取筒体腐蚀裕量的1/2不受力023腐蚀裕量C25、容器各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量；6、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，取两者之和作为总的腐蚀裕量。7、容器地脚螺栓根径的腐蚀裕量一般取3mm。8、碳钢、低合金钢裙座圆筒的腐蚀裕量应不小于2mm。B、腐蚀裕量的选取C、影响腐蚀裕量的因素•介质对材料的腐蚀速度可查有关的防腐手册，—般容器的设计寿命，除有特殊要求外，塔器、反应器等主要容器一般不应少于15年；一般容器和换热器等应不少于8年。•腐蚀裕量一般只针对均匀腐蚀，对于各种类型按相关技术资料和实际经验确定防腐蚀技术方案。24腐蚀裕量C2GBl50《钢制压力容器》规定，厚度附加量不应计入加工制造的减薄量，压力容器元件的加工制造减薄量由制造单位依据各自的加工工艺和加工能力自行选取，只要求保证产品的实际厚度不小于名义厚度减去钢材厚度负偏差。这样处理可使制造单位根据自身条件调节加工减薄量。从而切实保证产品强度所要求的厚度、更切合容器制造的实际情况。25最小厚度为了满足制造工艺要求以及运输和安装过程中的刚度要求，容器壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度应符合以下规定：（1）对碳钢和低合金钢制容器，不小于3mm；（2）对高合金钢制容器，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。为了增加壳体的刚性，减少变形，以利于管板和管束的安装。对于名义厚度取决于最小厚度且公称直径较大、厚度较薄的容器,为防止在制造、运输或安装时产生过大的变形，应根据具体情况采取临时的加固措施（如在容器的内部设置临时的支撑元件等）。265、许用应力和安全系数许用应力是容器壳体等受压元件的材料许用强度，取材料的极限强度除以相应的安全系数。btb-常温强度极限；-设计温度下的强度极限；s2.0-常温屈服极限，对于没有明显屈服台阶的塑性材料常取相应于产生0.2％塑性应变时的应力常温下的许用应力},min{][bbssnn一般设计温度下的许用应力},min{][btbststnn在高温下的许用应力),,,min{][ntnDtDbtbststnnnn3.0bn1.6snmReLR27许用应力和安全系数许用应力是容器壳体等受压元件的材料许用强度，取材料的极限强度除以相应的安全系数。影响安全系数数值的因素大致有：①计算方法和计算公式的精确程度和可靠程度；②材料性能的稳定性和可能存在的偏差；③制造、检验和安装的允许偏差；④工艺操作条件(如压力、温度等)的波动以及安全泄放装置的误差；⑤使用场合的重要性和造成事故后的危害性；⑥迄今为止尚未被人们认识的其它因素。286、焊接接头系数1、为什么引入焊接接头系数？1、焊接接头是容器及其受压元件上的薄弱环节。2、压力容器由于种种原因产生的破环，绝大部分都发生在焊接接头处。焊缝区强度降低原因在于焊接时出现在焊缝区。3、在一般情况下，焊缝金属的强度都等于或大于被焊接母材金属的强度。4、但是由于焊缝热影响区有热应力存在；焊缝金属晶粒粗大、韧性下降；在焊接和冷却过程中，焊缝中心部位和其它部位存在温差，热胀冷缩时变形不同，可能造成很大的焊接残余应力甚至裂纹；5、焊接过程中产生高温气体和燃烧生成物等，致使在焊缝中出现气孔、夹渣、未焊透、咬边等缺陷，仍会影响焊缝的塑性、韧性和强度。6、为此，除规定合理的焊接工艺条件外，还需引入焊接接头系数，以补偿焊接产生的强度削弱。29焊接接头系数焊接时存在焊接缺陷，焊接热影响区往往形成粗大晶粒区而使强度或塑性降低；由于结构钢性约束造成焊接接头内应力过大。焊接接头是指用焊接方式连接的接头，焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区。（焊接专业）焊缝是指焊接接头的延长度量（压力容器）1、焊接接头系数的定义是指对接焊接接头强度与母材强度之比值，用于反映由于焊接原因使焊接接头强度被削弱的程度。2、焊接强度削弱的原因30焊接接头系数GB150《钢制压力容器》规定，焊接接头系数的大小取决