压力容器设计基础知识.docx

压力容器设计基础知识.docx

《压力容器设计基础知识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压力容器设计基础知识.docx（93页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

压力容器设计基础知识

压力容器设计基础知识

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

3．7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

7．2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

10．4D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

8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）

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，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。

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。

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》

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。

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