压力容器设计基础知识讲稿

1压力容器设计基础知识讲稿（20140325）目录一．基本概念1．1压力容器设计应遵循的法规和规程1．2标准和法规（规程）的关系。1．3压力容器的含义（定义）1．4压力容器设计标准简述1．5D1级和D2级压力容器说明二．GB150-1998《钢制压力容器》1．范围2．标准3．总论3．1设计单位的资格和职责3．3GB150管辖的容器范围3．4定义及含义3．5设计参数选用的一般规定3．6许用应力23．7焊接接头系数3．8压力试验和试验压力4．对材料的要求4．1选择压力容器用钢应考虑的因素4.2D类压力容器受压元件用钢板4．3钢管4．4钢锻件4.5焊接材料4．6采用国外钢材的要求4．7钢材的代用规定4．8特殊工作环境下的选材5．内压圆筒和内压球体的计算5.1内压圆筒和内压球体计算的理论基础5．2内压圆筒计算5．3球壳计算6．外压圆筒和外压球壳的设计6．1受均匀外压的圆筒（和外压管子）6．2外压球壳6．3受外压圆筒和球壳计算图的来源简介6．4外压圆筒加强圈的计算7．封头的设计和计算7．1封头标准37．2椭圆形封头7.3碟形封头7．4球冠形封头7．5锥壳8．开孔和开孔补强8．1开孔的作用8．2开检查孔的要求8．3开孔的形状和尺寸限制8．4补强要求8．5有效补强范围及补强面积8．6多个开孔的补强9法兰连接9．1简介9．2法兰连接密封原理9.3法兰密封面的常用型式及优缺点9．4法兰型式9．5法兰连接计算要点9．6管法兰连接10．压力容器的制造、检验和验收10．1制造许可10．2材料验收及加工成形10.3焊接410．4D类压力容器热处理10．5试板和试样10．8无损检测10.9液压试验10．10容器出厂证明文件。11．安全附件和超压泄放装置11．1安全附件11．2超压泄放装置11．3压力容器的安全泄放量11．4安全阀三、GB151-1999《管壳式换热器》01简述02标准与GB150-1998《钢制压力容器》的关系。03基本章节1适用范围2组成3型号表示法4有关参数的确定5焊接接头系数6试验压力和试验温度7其它要点58管板计算9制造、检验与验收四、附录受内压薄壁容器的应力分析目录1．薄壁旋转壳体的几何概念和基本假设1．1几何概念1．2薄壁壳体的基本假设2薄壁圆筒的应力分析2．1轴向应力的计算2．2环向应力的计算3旋转薄壁容器的应力分析3．1薄壁壳体的一般方程式3．2经向应力σ1和环向应力σ2的计算4．应用举例4．1圆筒形壳体4．2球壳4．3椭球壳（椭圆封头）4．4锥形壳（锥形封头）4，5薄壁圆环（弯管段）6压力容器设计基本知识（讲稿）一．基本概念1．1压力容器设计应遵循的法规和规程1）《特种设备安全监察条例》（本文简称《条例》），是国务院2003年3月11日公布的条例，条例自2003年6月1日起施行。原《锅炉压力容器安全监察暂行条例》同时废止。2）《压力容器安全技术监察规程》（本文简称《容规》），此《容规》自2000年1月1日起正式实施。在安全监察中，包括的七个环节是：设计、制造、安装、使用、检验、改造和修理。此规程与《条例》有不一致之处，应按《条例》的内容修改。3）《压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则》，此规则自2003年1月1日起实施。1．2标准和法规（规程）的关系。《容规》第4条规定，压力容器的设计、制造（组焊）、安装、使用、检修、修理和改造，均应严格执行本规程的规定；第5条规定：本规程是压力容器质量监督和安全监察的基本要求，有关压力容器标准、部门规章、企事业单位规定等，如果与本规程的规定相抵触时，7应以本规程为准。GB150总论第3.1条规定：容器的设计、制造、检验和验收除必须符合本标准规定外，还应遵守国家颁布的有关法令、法规和规章。因此，当标准与法规或规程有不一致时，应按法规（和规程）的规定执行。1．3压力容器的含义（定义）根据《条例》第八十八条中的规定，压力容器用语的含义是：“压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或等于0.1MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或等于2.5MPa·L的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或等于0.2MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或等于1.0MPa·L的气体液化气体和标准沸点等于或者低于60℃液体的气瓶；氧舱等。”1．4压力容器设计标准简述我国压力容器专业性的具有一定规模的压力容器的设计和制造，起于五十年代初期。1980年起，压力容器设计方面依据为：《钢制石油化工压力容器设计规定》和《钢制管壳式换热器设计规定》。GB150-1998《钢制压力容器》是强制性的压力容器国家标准。该标准对钢制压力容器的设计、制造、检验和验收作出具体的规定。是压力容器的基本标准。8对压力小于O.1MPa的钢制容器的设计，按压力容器行业标准JB/T4735-1997《钢制焊接常压容器》的规定。卧式容器和立式容器的设计尚应符合行业标准JB4710-2000《钢制塔式容器》和JB4731-2005《钢制卧式容器》的规定。GB151-1999《管壳式换热器》标准，是用钢、铝、铜、钛和镍等材料制造的管壳式换热器的设计制造和验收标准。化工行业标准HG20580～HG20585–1998，是针对化工设备的特点，对钢制压力容器设计和制造方面提出更详细的规定，有关设计方面的标准是：HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》HG20581-1998《钢制化工容器材料选用规定》HG20582-1998《钢制化工容器强度计算规定》HG20583-1998《钢制化工容器结构设计规定》其它配套标准如零部件如封头、法兰、支座、加固圈等标准，材料标准、焊接标准等已日趋完备。1．5D1级和D2级压力容器说明根据《压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则》第三条规定，压力容器设计类别和级别的划分是：（一）A类、（二）C类、（三）D类和（四）SAD类。其中D类又分：D1级和D2级。1．D1级系指第一类压力容器2．D2级系指第二类低、中压容器第一类和第二类的具体划分见《容规》第6条的规定。9注：压力等级的划分是：按容器的设计压力P的大小，其中：（一）低压（代号L）0.1MPa≤P＜1.6MPa（二）中压（代号M）1.6MPa≤P＜10MPa二GB150-1998《钢制压力容器》GB150-1998《钢制压力容器》（简称GB150），包括正文十章和八个附录。十章正文目次是：①范围；②引用标准；③总论；④材料；⑤内压圆筒和内压球壳；⑥外压圆筒和外压球壳；⑦封头；⑧开孔和开孔补强；⑨法兰；⑩制造、检验与验收。八个附录中，属于标准的附录有：附录A材料的补充规定；附录B超压泄放装置；附录C低温压力容器；附录D非圆形截面容器。属于提示的附录有：附录F钢材的高温性能；附录G密封结构；附录H材料的指导性规定；附录J焊接结构。标准的附录E产品焊接试板的力学性能检验，已被新发布的JB4744-2000《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能试验》所代替。1．范围GB150-1998《钢制压力容器》规定了“钢制压力容器的设计、制造、检验和验收要求”。即是说：GB150是碳素钢、低合金钢和高合金钢制的压力容器，在设计、制造、检验和验收的整个过程中，必须遵守的强制性国家标准。标准中规定适用的压力容器的设计参数的范围是：容器的设计压10力不大于35MPa；适用的设计温度范围按钢材允许的使用温度而定。对于D类压力容器，设计压力范围应小于10MPa。在GB150的1.3和1.4中，还规定出不属该标准规定范围的各类压力容器，其中有：直接用火焰加热的容器；核能装置中的容器；经常搬运的容器；设计压力低于0.1MPa的容器；真空度低于0.02MPa的容器；要求作疲劳分析的容器；内直径小于150mm的容器；此外，还有旋转或往复运动的机械设备中自成整体的受压器室，以及已有其他行业标准的容器，诸如制冷、制糖、造纸、饮料和搪玻璃容器等。2．标准在GB150所列的引用标准中包括GB、GB/T、JB和JB/T四种代号的标准，标准分为强制性标准和推荐性标准（推荐性标准一经采用，即具有强制性的性质）。GB/T是推荐性的国家标准，JB是机械工业的行业标准，JB/T是机械工业推荐性的行业标准，而JB或JB/T中排号为4XXX号码的，规定为压力容器行业的标准。例如：国家强制性标准：GB6654-1996《压力容器用钢板》；GB4237-92《不锈钢热轧钢板》国家推荐性标准：GB/T229-94《金属夏比缺口冲击试验方法》；GB/T1804-92《一般公差线性尺寸的未注公差》压力容器行业标准：JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》；JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》11标准一经被引用，即构成该标准的条文。在GB150第2章中，列了45个引用标准。从2004年4月1日起尚应实施下列标准：JB/T4736-2002《补强圈》JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》JB/T4747-2002《压力容器用钢焊条订货技术条件》JB/T4711-2003《压力容器涂敷与运输包装》3．总论在“总论”一章中，对下列的8个方面作了规定：①标准与相关法规和规章的关系；②设计和制造压力容器单位的资格和职责；③容器的范围；④压力、温度和厚度的定义；⑤设计参数选用的一般规定；⑥材料许用应力确定的依据和取值的规定；⑦焊接接头系数的确定；⑧压力试验（液压试验和气密性试验）和试验压力的规定。3．1《条例》对设计单位的规定《条例》第十一条规定：压力容器的设计单位应当经国务院特种设备安全监督管理部门许可，方可从事压力容器的设计活动。（一）有与压力容器设计相适应的设计人员设计、审核人员；（二）有与压力容器设计相适应的健全的管理制度和责任制度。3．2GB150-1998对设计单位的资格和职责规定资格容器的设计单位必须具备健全的质量管理体系，应持有压力容器设计单位批准书，压力容器的设计必须接受国家质检总局相关安全监察机构的监察。12职责应对设计文件的正确性和完整性负责。容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。容器设计总图应盖有容器设计资格印章。3．3管辖的容器范围划定GB150管辖的容器，其范围包括壳体及与其连为整体的受压零部件，且划定在下列范围内。3．3．1容器与外部管道连接：焊接连接的第一道环向接头坡口端面；螺纹连接的第一个螺纹接头端面；法兰连接的第一个法兰密封面；3．3．2接管、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件。3．3．3非受压元件与受压元件的焊接接头。接头以外的元件，如加强圈、支座、裙座等。3．3．4超压泄放装置和仪表附件。详见GB150中的3.3.1至3.3.4条的规定。3．4定义及含义3．4．1压力除注明者外，均指表压力。3．4．2工作压力（PW）指在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。3．4．3设计压力（P）指设定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，其值不得低于工作压力。即P≥PW。3．4．4计算压力（PC）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。当元件所承受的液柱静压力13小于5%设计压力时，可忽略不计。故PC≥P；3．4．5试验压力（Pt）指压力试验时，容器顶部的压力。注：试验用压力表口设计位置应位于容器顶部。3．4．6设计温度指容器在正常工作情况下，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。3．4．7试验温度指压力试验时，壳体金属的温度。3．4．8各种厚度3．4．8．1计算厚度δ指按厚度计算公式计算得到的厚度。3．4．8．2设计厚度δd指计算厚度（δ）与腐蚀裕量（C2）之和。即δd=δ+C2,因此δd≥δ3．4．8．3名义厚度δn指设计厚度（δd）加上钢材厚度负偏差（C1）后向上圆整至钢材标准规格的厚度。即标在图样上的厚度。δn≥（δd+C1）3．4．8．4有效厚度δe指名义厚度（δn）减去腐蚀裕量（C2）和钢材厚度负偏（C1）。δe=δn-C1