压力容器设计技术规定.docx
《压力容器设计技术规定.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压力容器设计技术规定.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
压力容器设计技术规定
1总则•…•…•…（01）
1.1适用范围•…（01）
1.2管辖范围•…..（01）
1.3需遵循的法律、法规、标准.（01）
2定义.（01）
2.1压力（Mpa）.（01）
2.2温度（C）（01）
2.3全容积（m3）（01）
2.4厚度（mm）（01）
2.5许用应力（Mpa）（01）
2.6焊缝系数.……（01）
3设计参数选取.（01）
3.1设计压力（Mpa）（01）
3.2设计温度（C）（01）
3.3设计载荷.（01）
3.4厚度附加量及最小厚度的选取…...（01）
3.5许用应力.（01）
3.6焊缝系数..（01）
3.8压力试验.…（01）
4材料.（01）
4.1引言.（01）
4.2钢材的选用、技术要求及使用范围（01）
4.3焊条、焊丝和焊剂的选用及焊接的基本要求（01）
4.4法兰及紧固件用材•…（01）
4.5材料代用原则…….（01）
4.6使用介质对钢材的限制要求…….（01）
5结构设计.…（01）
5.1筒体…….（01）
5.2封头….……（01）
5.3封头的连接（01）
5.4容器法兰（01）
5.5垫片…….（01）
5.6螺柱……..（01）
5.7人孔、手孔、检查孔（01）
5.8管口结构型式、尺寸（01）
5.9开孑L和开孑L补强（01）
5.10焊接结构..（01）
6容器分片、分段制造、试验和运输（01）
7.图面技术要求.（01）
附录A.压力容器的分类及压力等级、品种的划分：
.（01）
1总则
本规定是按照特种设备安全技术规范TSGR1001—2008《压力容器、压力管道设计许可规则》的要求制定，是压力容器设计质保体系的重要组成部分。
本规定是结合我厂具体情况，是对GB150《钢制压力容器》，GB151《钢制管壳式换热器》等的补
充和具体化。
1.1适用范围
本规定适用于我厂设计的D1、D2类压力容器。
1.2管辖范围
本规定的管辖范围是容器壳体及与之连为整体的受压零部件；与容器壳体相连的非受压元件及其连
接焊缝，以及直接在容器壳体上的安全附件等。
1.4需遵循的法律、法规、标准
进行压力容器设计时，除遵守本规定外，还应执行国务院第549号令《特种设备安全监察条例》的
有关规定和《固定式压力容器安全技术监察规程》、GB150《钢制压力容器》、GB151《钢制管壳式换热
器》、HG20580~HG20585《钢制化工容器设计基础规定》等要求，并符合压力容器专业技术标准的有关规定。
2定义
2.1压力（Mpa）
除注明者外，压力均为表压力。
2.1.1工作压力（Mpa）
a•内压容器
在正常工作情况下，容器顶部可能出现的最高压力。
b.真空容器（指真空度》O.02MPa的容器）
在正常工作情况下，容器顶部可能出现的最大真空度。
c.外压容器
在正常工作情况下，可能出现的最大内外压力差。
2.1.2设计压力（Mpa）
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的条件，其值不低于工作压力。
2.1.3试验压力（Mpa）
压力试验时，容器顶部的压力。
2.1.4最大允许工作压力
在指定温度下，压力容器安装后顶部所允许的最大工作压力。
该压力应是按各受压元件的有效厚度减去
压力外的其它载荷所需厚度后，计算得到的最大工作压力（且减去元件相应液柱静压力）中的最小者。
a.当压力容器根据使用条件要求有不同的设计温度时，应分别计算对应于各个设计温度下的最大允许工作压力。
b.当不能通过计算来确定最大允许工作压力时，可用设计压力来代替最高工作压力
2.1.5安全阀的开启压力（整定压力）
安全阀阀瓣开始离开阀座，介质连续排出时，在安全阀入口侧测得的压力。
2.1.6爆破片的标定爆破压力
爆破片标志牌上标定的爆破压力。
2.2温度
2.2.1设计温度
容器在正常工作情况，在相应的设计压力下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。
容器的设计温度是指壳体的金属温度。
2.2.2工作温度
容器在正常工作情况下的介质温度。
2.2.3最高工作温度
容器在正常工作情况下可能出现的介质最高温度。
2.2.4最低工作温度
容器在正常工作情况下可能出现的介质最低温度。
2.2.5环境温度
在压力容器设计中，涉及到的环境温度的定义主要有以下几种：
1.极端气温
历年来最高（最低）气温。
2.日平均
历年来日平均气温的最高（最低）值。
3.冬季空气调节室外计算温度
历年来平均每年不保证一天的日平均气温。
4•月平均最低气温
当月各天的最低气温相加后除以当月的天数得到的气温值。
2.3（全）容积（m3）
指压力容器的几何容积，由设计图样标注尺寸计算，且不扣除内部附件体积的容积。
夹套容器的夹套容积仅为夹套内的几何容积。
2.4厚度（mm）
2.4.1厚度附加量
设计容器受压元件时所必须考虑的附加厚度，包括钢材负偏差和腐蚀裕量。
242最小厚度
为满足制造工艺要求及运输、安装等过程中刚度要求，根据工程实践经验，对壳体元件规定的不包
含腐蚀裕量的最小厚度。
2.4.3计算厚度
按规程、规定、标准中有关公式计算出的元件理论厚度，不包括厚度附加量。
2.4.4设计厚度
计算厚度与腐蚀裕量之和。
2.4.5名义厚度
设计厚度加上钢材厚度负偏差后，向上圆整至钢材标准规格的厚度，即是图样上标注的厚度。
对于容器壳体，在任何情况下，其名义厚度不得小于最小厚度与腐蚀裕量之和。
2.4.6有效厚度
名义厚度减去厚度附加量的厚度。
2.4.7容器制造单位根据制造工艺条件，考虑板材的实际厚度自行确定加工裕量，以确保容器产品各部位的实际厚度不小于该部位名义厚度减去钢材厚度负偏差。
2.5许用应力（Mpa）
在设计计算中，各规定的设计温度下，材料所允许达到的最大应力值，一般以材料的各项强度数据
除以相应的安全系数后，取其中的最小值。
2.6焊缝系数
2.6.1根据容器受压部分的焊缝型式和无损检测要求选取的焊接部分母材许用应力的折减系数。
3.设计参数选取
3.1设计压力
设计压力的选取见表3-1
表3-1设计压力选取表
内压容器
全安无
力压作工高最倍
5
1
5
1
阀全安有装
安于氐
阀全安
全
安压于的氐处和阀
装
全安无且侧口出泵
外
a
1a装放泄核
全校
安行无进
取压
控全安无且侧口出机缩压或
压或作PM匸
「-z（\:
常大常芫者正最正全人机机机口中缩缩缩出者压压压机■二或或或缩m泵力泵泵压卜
取V刀3）
外压容器
器
全安有设
两
aa大最倍
5
全安设未
a
为器内希套空夹真
壁器
器校宀容须宀"必
壁套夹
壁器
九皿性作TB
aMp国
1k—a3
力加压力验压试设夹的柑器核容校压须内必以切
壁套夹
宀5
内大最
丁
丁
丁
为时质烯
介二
Ji时和W时7C
1
于质小介压
a
7
压于介煮小T咂刑时皿c1pp5阳g
a
7
介汽或一烝时烯和a丙饱仲态时2M夜C6刿551质于介质大
a
6
2/1
元口昔
心件
两有大以当最应。
侧般力两压取
3.2设计温度
3.2.1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0C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。
322设计温度应根据传热计算或测定结果确定。
如果不能进行传热计算或实测时，可按工作介质的最
高（或最低）温度或介质正常工作温度加（或减）一定裕量作为设计温度。
并按表3—2中I和n选取
表3—2设计温度选取表
介质温度
t
设计温度
I
n
T<—20C
最低介质温度
介质正常工作温度减0~10C
—20CvT<15C
最低介质温度
介质正常工作温度减5~10C
但最低设计温度为〉一20C
t>15C
最低介质温度
介质正常工作温度减15~30C（注）
注：
当碳素钢容器的最大工作温度大于或等于420C、铬钼钢容器大于或等于450C，不锈钢容器大于或等于550C时，
则其设计温度不再增加裕度。
3.2.3若容器的各个部位在工作过程中产生不同温度时，可按不同温度作为各相应部位的设计温度。
3.2.4安装在室外无保温的容器，最低设计温度受地区环境温度所控制时，可按以下规定选取：
a.对盛装气体的储存压力容器，最低设计温度取环境温度减3C。
b.对盛装液化气体体积占1/4以上的储存压力容器最低设计温度取环境温度。
注：
环境温度一一取该地区历年来“月平均最低气温”的最低值。
月平均最低气温”系按当月各天的最低气温相加后除以当月的天数。
3.3设计荷载
3.3.1容器设计时应考虑的荷载
3.3.1.1压力
a设计压力；
b.试验压力；
c.液柱静压力。
3.3.1.2下属质量所引起的荷载
a.空容器质量：
容器壳体及固定附件（如接管、人孔、法兰、支承圈、支座等）的质量。
b.可卸内件质量：
容器内部可拆卸构件（如填料、过滤网、除沫器、触媒、可卸塔盘等）的质量。
c.介质质量：
正常工作状态下容器内介质的最大质量。
d.隔热材料质量：
隔热材料及其支承件和外部保护层的质量。
e.附件质量：
与容器直接连接的平台、扶梯和附加装置的质量。
f.试验充液质量：
液压试验时容器内的液体质量。
2
g.检修质量：
检修人员、检修工具及零部件等质量。
若无确切资料时，可取70〜80kg/m。
3.3.1.3风荷载和地震荷载
a.风荷载和地震荷载应根据容器类型按相应标准的专门规定进行计算。
无专门规定时，则按GBJ9
《建筑结构荷载规范》及GBJ11《建筑抗震设计规范》进行计算。
b.地区基本风压值及地震基本烈度应分别根据当地气象料和地震资料确定。
3.3.1.4雪荷载
a.雪荷载应按GBJ9《建筑结构荷载规范》进行计算。
b.地区基本雪压值应根据当地气象资料确定。
3.3.1.5偏心荷载
由于内件或附属装置的重心偏离容器壳体中心线而引起的心荷载。
3.3.2必要时容器设计尚需考虑的荷载影响
3.3.2.1局部荷载
容器壳体局部区域上作用的荷载（如支座、内件对壳体的反用力、工艺管线的推力等
3.4厚度附加量及最小厚度的选取
341厚度附加量C按式3-1确定
C=Ci+C2式3-1
式中：
C1—钢板或钢管的厚度负偏差，按相应钢板或钢管标准选取，mm;
C2腐蚀裕量，mm；
根据元件与介质的接触，由设计者视具体情况考虑单面或质面的腐蚀裕量。
对于碳素钢和低合金钢，取C2不少于1mm；
对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，取C2=0。
3.4.2最小厚度（不包括腐蚀裕量）
a）对碳素钢、低合金钢制容器，壳体加工成形后不小于3mm；
b）对高合金钢制容器，壳体加工成形后不小于2mm；
3.4.3公称直径小于等于426mm，用碳素钢无缝钢管制作简体时其最小壁厚按下表选取。
表3-3碳素钢无缝钢管筒体最小厚度
公称直径mm
159
219
273
325
377
426
最小壁厚mm
4.5
6
7
8
9
9
3.5许用应力
3.5.1钢材和螺栓在不同设计温度下的许用应力按GBI50第4章选取。
3.5.2当设计温度低于20C取20C的许用应力。
3.5.3对于内压容器，当需要计算接管、加强圈与壳体的连接焊缝强度时，其焊缝的许用应力可按表3-4
选取。
表3—4接管、加强圈与壳体的连接焊缝的许用应力
消除应力与否
接管壁受剪
对接焊缝
填角焊缝受剪
受拉
受剪
进行应力消除
0.70[b]
0.74[b]
0.60[b]
0.49[b]
不进行应力消除
0.70[b]
0.70[b]
0.56[b]
0.46[b]
注：
表中［b］为焊缝计算截面处母材的许用应力，MPa
3.6焊缝系数
焊缝系数①应根据容器受压部分的焊缝型式和无损检测的要求选取。
对A、B两类焊缝连接的受压
元件计算，其值按下列规定选取。
3.6.1双面焊或相当于双面焊的全焊透对接焊缝：
100%无损检测①=1.00
局部无损检测①=0.85
3.6.2单面焊的对接焊缝，沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板：
100%无损检测①=0.90
局部无损检测①=0.80
3.6.3无法进行无损检测的单面焊环向对接焊缝，无垫板：
1=0.60
此系数适用于厚度不超过16mm，直径不超过600mm的壳体的环向焊缝。
3.7压力试验
3.7.1容器制成后必须进行耐压试验，耐压试验的项目和要求应在图样上注明。
耐压试验一般采用液压试验，对于不适宜做液压试验的容器可采用气压试验。
3.7.2如果图样有要求，容器还应进行气密性试验，气密性试验应在耐压试验合格后进行。
盛装下列介质的容器应进行气密性试验：
a.毒性程度为极度、高度危害的介质。
b.介质为易燃易爆的压缩气体或液化气体。
c.设计要求不允许有微量泄漏的压力容器。
d.对真空度有较严格的要求时。
3.7.3对设计图样要求作气压试验的压力容器，是否需再做气密性试验应在设计图样上规定。
3.7.4耐压试验压力：
耐压试验的压力应当符合设计图样要求，并且不小于下式计算值：
式中：
P-压力容器的设计压力或者压力容器铭牌上规定的最大允许工作压力（对在用压力容器为工作压力）,MPa
pt—耐压试验压力，MPa当设计考虑液体静压力时，应当加上液体静压力。
n—耐压试验压力系数，按表3-5选用；
[b]—试验温度下材料的许用应力（或者设计应力强度），MPa
[b「―设计温度下材料的许用应力（或者设计应力强度），MPa
压力容器各元件（圆筒、封头、接管、法兰等）所用材料不同时，计算耐压试验压力应当取各元件材料[b]/[b「比值中最小者。
表3-5耐压试验的压力系数n
压力谷器的材料
压力系数
液（水）压
气压、气液组合
钢和有色金属
1.25
1.10
铸铁
2.00
3.7.5试验液体一般采用洁净水，也可采用不会导致发生危险的其他液体，试验时液体的温度应低于其闪点或沸点。
奥氏体不锈钢制容器用水进行液压试验后应将水渍去除干净，当无法达到这一要求时，应控制水
中的氯离子含量不超过
25ppm。
3.7.6碳素钢、Q345R和正火15MnVR钢制容器液压试验时，液体温度不得低于5C；其他低合金钢制
容器，液体温度不得低于15C,如由于板厚等因素造成材料无延性转变温度升高，则需相应提高试验
液体温度。
其他钢种制容器液压试验温度按图样规定。
3.7.7气压试验时所用气体应为干燥、洁净的空气、氮气或其他惰性气体。
碳素钢和低合金钢制容器，气压试验时介质温度不得低于15C。
其他钢种制容器气压试验温度按图样规定。
3.7.8碳素钢和低合金钢制压力容器，气密性试验用气体温度应不低于5C。
气密性试验时，安全附件应
安装齐全。
3.7.9在试验压力下壳体平均一次总体薄膜应力值应符合下列要求：
液压试验时不得超过试验温度下材料屈服强度的90%,（校核时还应计入液柱静压力）；气压试验时
此应力不得超过试验温度下材料屈服强度的80%。
4材料
4.1引言
本章对本厂钢制压力容器用钢材和焊接材料的选用、技术要求、使用限制和范围，钢材代用等进行
了规定。
4.2钢材的选用、技术要求及使用范围
4.2.1钢材的选取
选取容器用钢材必须考虑设备的操作条件（如设计压力、设计温度、介质特性）、力学性能、焊接性能、
冷热加工性能、热处理防腐性能、经济合理性以及容器结构等。
a.所需钢板厚度小于8mm时应尽量采用碳素钢钢板。
b.碳素钢用于介质腐蚀性不强的低压容器，壁厚不大的中压容器，锻件，高压钢管，非受压元件。
c.在刚度和结构设计为主的场合，应尽量选用普通碳素钢。
在强度设计为主的场合，应根据压力、温
度、介质等使用限制，依次选用Q235B、Q245R、Q345R。
d.不锈钢一般用于介质腐蚀性较高，防铁离子污染或设计温度〉500C或设计温度V—100C的耐热或
低温用钢。
e.所需不锈钢厚度大于12mm时，应尽量采用衬里、复合、堆焊等结构形式。
f.不锈钢尽量不作设计温度w500C的耐热用钢
g.用作设备法兰、管法兰、管件、人（手）孔、液面计等化工设备零部件的钢材，应符合有关零部件的国家标准、行业标准对钢材的技术要求。
h.各种钢板、钢管、锻件、螺柱等的许用应力、使用状态和机械性能见GB150表4-1、4-2、4-3、4-4、
4-5、4-6、4-7和JB4726《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》、JB4727《低温压力容器用碳素钢和
低合金钢锻件》、JB4726《压力容器用不锈钢锻件》的有关规定。
4.2.2钢板
4.2.2.1钢板的钢板的常用厚度规格：
2、3、4、4.5、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、26、
28、30、32、34、36、38、40、42、45、48、50、52、55、60、65、70mm。
4.2.2.2Q235-B钢板的适用范围为容器设计压力w1.6Mpa，钢板使用温度0~350C,用于容器壳体时钢
板厚度不大于20mm，不得用于毒性为高度或极度危害介质的压力容器。
4.2.2.3压力容器用碳素钢和低合金钢板，凡符合下列条件者，应在下列热处理状态下使用。
a.在正火状态下使用的有：
（1）壳体厚度大于38mm的Q245R、厚度大于30mm的Q345R、厚度大于25mm的15MnVR、任何厚度的15MnVNR、16MnDR和09Mn2VDR。
（2）其他受压元件（法兰、管板、平盖等）厚度大于50mm的Q345R和Q245R。
4.3焊条、焊丝和焊剂的选用及焊接的基本要求
4.3.1焊接材料的要求，一般按下列情况进行规定。
a.根据焊接接头型式、材料以及质量要求，设计者可规定采用氩弧焊（或其他气体保护焊）或氩弧
焊（或其他气体保护焊）打底手工电弧焊盖面的焊接方法，但此时应在图样或技术文件中规定焊接方法并
注明采用的焊丝及焊条。
b.对于厚度较大的低碳钢、低合金钢和不锈钢对接接头（如筒体纵、环焊缝），设计者可根据具体
情况采用埋弧焊，并应提出推荐或规定的焊丝和焊剂要求。
c.除上述规定者外，按手工电弧焊要求对焊接材料进行规定，注明焊条牌号或型号。
4.3.2低碳钢、低合金高强度钢之间的焊接材料的选用。
4.3.2.1在满足焊接接头的抗拉强度不低于母材标准规定的抗拉强度下限值的前提下，为改善焊接接头的
抗裂性能和焊接工艺性能，允许选用熔敷金属公称抗拉强度比母材低10〜30MPa甚至低一级的焊条。
4.3.2.2对于厚板多层焊和其它焊后需进行消除应力热处理或正火处理的容器，应考虑焊接接头经上述热
处理后强度偏低的情况。
4.3.3.3管道、小直径容器、接管等单面施焊而要求接头焊透和背面成形良好的场合，可采用专用的相应
强度级别的底层氩弧焊或其他气体保护焊焊丝打底，以改善背面成形和不易产生气孔和夹渣等焊接缺陷，焊接前应注意坡口组装的精度。
4.4法兰及紧固件用材
4.4.1压力容器法兰、配套垫片、螺栓的选用应符合标准JB4700~4707-2000《压力容器法兰》的有关规
定要求。
442钢制管法兰、垫片、螺栓的选用应符合标准HG/T20592~20635-2009《钢制管法兰、垫片、螺栓》
的有关规定的要求。
4.4.3钢制人孔、手孔的选用应符合标准HG/T21514~21535《钢制人孔和手孔》的有关规定的要求。
4.4.5法兰选用锻件时应注明级别（如16MnH）。
4.4.6压力容器不允许选用强度为4.8级的紧固件，一般选用的螺母材料强度比螺柱强度低一级。
4.5材料代用原则
4.5.1由于设计以外的原因产生的材料代用，事先应征得原设计单位的同意。
4.5.2材料代用应考虑的主要因素：
a.无标准的钢材不得作为受压元件的代用材料；
b.代用材料的强度、塑性、韧性、化学成分、耐蚀性对原设计条件（温度、压力、介质、结构）的适应性；
c.代用材料对制造加工工艺的适应性（焊接工艺、焊接材料、焊后热处理等）；
d.代用材料与原设计材料钢材的标准差异（化学成分、检验项目、检验率）；
e.两种不同组织（铁索体、奥氏体）钢材代用引起的热应力，异种钢焊接问题。
f•代用钢材的经济性。
4.5.3钢材代用的许用范围
凡GB150、GB151及GB12337、JB4710和本规定列入的钢材，同时符合下列条件者，允许互相代用。
a.代用钢材符合4.2条有关技术规定。
b.代用钢材符合4.8条有关使用限制和范围。
c.设计单位已对4.5.2条进行了考虑，并认为可以代用。
4.6使用介质对钢材的限制要求
4.6.1NaOH溶液
碳素钢、低合金钢焊制容器如焊后或冷加工后不进行消除应力热处理，则在NaOH溶液中的使用
温度不得大于表4—12所列的温度。
当NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积》5%时，亦应根据NaOH
溶液的浓度符合该要求。
NaOH溶液浓度w1%或NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积<5%时，不受
此限制。
表4—12NaOH溶液中的使用温度上限
NaOH溶液（重量%）
2
3
5
10
15
20
30
40
50
60
70
温度上限「C）
90
88
85
76
70
65
54
48
43
40
38
4.6.2湿H2S应力腐蚀环境
当容器接触的介质同时符合下列各项条件时，则为湿H2S应力腐蚀环境：
a.温度为0〜65C；
b.H2S分压》0.00035MPa，即相当于常温在水中的H2S溶液解度》10p.p.m；
c.介质中含有液相水或处于水的露点温度以下；
d.PH<6或有氰化物存在。
在湿H2S应力腐蚀环境中使用的容器用碳钢及低合金钢（包括焊接接头）应符合下列要求:
a.化学成分：
母材：
Mnw1.65%,Niw1%（尽可能不含），Siw1.0%；
焊缝金属：
Cw0.15%、Mnw1.6%、Siw1.0%、Niw1.0%（尽可能不含）；
b.母材及焊接接头硬度HBw235；
c.许用钢材的类别及焊后热处理要求符合表4—13规定。
表.4—13在湿H2S应力腐蚀环境中许用的钢材及焊后热处理规定
水中H2S浓度（ppm）
许用钢材
升级会员 