压力容器设计基本规则.docx
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压力容器设计基本规则
为规范包头市青峰机械制造有限公司（下称本厂）在压力容器设计方面的工作，使设计的方法系统化、选用的标准统一化，同时提高设计人员的技术水平。
特制定以下设计要求及设计规则，所有设计人员应遵守执行。
一、设计的依据
依据用户提供的“压力容器技术参数”或公司经市场调查开发的压力容器产品类型、类别的技术参数。
设计人员在设计中应遵循国家质检总局颁布的《固定式压力容器安全技术监察规程》TSGR0004-2009、《特种设备安全监察条例》、GB150.1～150.4-2011《压力容器》、GB151-1999《管壳式换热器》、本厂制定的《压力容器设计质量保证手册》以及相关的法规、标准。
确保设计符合要求。
二、各级人员应具备的条件
1、技术总负责人
a）具有较全面的压力容器专业知识；
b）熟知并能正确运用有关规程、标准和技术规范，能组织各级设计人员正确贯彻执行；
c）熟知压力容器设计工作和国内外有关技术发展情况，具有综合分析和判断能力，对重大技术问题上能做出正确决定。
2、审核人员
a）熟悉并能指导设计、校核人员正确执行有关规程、标准等技术规范，能解决设计、制造、安装中的技术问题；
b）能认真贯彻执行国家的有关技术方针、政策，工作责任心强，具有较全面的压力容器设计专业知识，能保证设计质量；
c）具有审查计算机设计的能力；
d）具有3年以上压力容器设计校核经历。
e）具有中级以上（含中级）技术职称；
f）具有《设计审核员资格证书》。
3、校核人员
a）熟悉并能运用有关规程、标准等技术规范，能指导设计人员的设计工作；
b）具有压力容器设计知识，有设计成果且已投入制造、使用环节；
c）熟练掌握计算机进行设计的能力；
d）具有3年以上压力容器设计经历；
e）具有初级以上（含初级）技术职称。
4、设计人员
a）具有一定的压力容器设计专业知识；
b）能较好地贯彻执行有关规程、标准等技术规范；
c）能在审核人员的指导下独立完成设计工作，并会使用计算机进行设计；
d）具有初级以上（含初级）技术职称和一年以上的设计经历。
5、标准化人员：
a）标准化审查是负责设计图样和技术文件贯标工作，在审查中发现如有与国家现行标准、法规不符应提出审查意见，确保全部设计图样和技术文件符合国家现行标准、法规的要求，并按规定签署技术文件。
b）负责新标准贯彻实施工作，并负责新标准的订购、学习、宣传、教育、总结，确保工厂标准化工作顺利实施。
三、设计基本参数的确定及标准件的选择
1、根据用户提出的工艺参数，包括工作温度、工作压力、工作介质等条件确定设计的基本技术参数，基本技术参数包括：
a容器类别
b设计压力
c设计温度
d介质
e几何容积
f腐蚀裕度
j焊缝系数
h主要受压元件材质等项。
a）确定容器类别
容器类别的划分在中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局颁发的《固定式压力容器安全技术监察规程》（以下简称固容规）附录A中有详细的规定，主要根据介质的危害性确定介质的组别，然后根据容器设计压力的大小查对应的图表确定容器的类别。
另：
具体压力容器类别及等级划分见《固容规》附录A（P41）；易爆介质见《固容规》A1.2.2（P41）
介质的毒性危害程度和爆炸危险程度分HG20660-2000《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》。
HG20660-2000中没有规定的，参照GB5044-85《职业性接触毒物危害程度分级》的相关规定。
b）确定设计压力
设计压力一般取值为最高工作压力的1.05～1.10倍。
至于是取1.05还是取1.10，取决于介质的危害性和容器所附带的安全装置。
介质无害或装有安全阀就可以取下限1.05，否则取上限1.10。
另：
具体规定参见GB150.1-2011《压力容器-通用要求》4.3.3（P10）的相关规定。
c）确定设计温度
一般是在用户提供的工作温度的基础上，再考虑容器所处环境温度和容器工作中可能达到的最高温度（最低温度）综合考虑获得。
另：
具体设计温度的确定参见GB150.1-2011《压力容器-通用要求》4.3.4（P11）的相关规定。
d）确定几何容积
按结构设计完成后的实际容积填写即可。
e）确定腐蚀裕量
由所选定受压元件的材质、工作介质对受压元件的腐蚀率、容器使用环境和用户期待的使用寿命来确定，实际上应先选定受压元件的材质，再确定腐蚀裕量。
工作介质对受压元件的腐蚀率主要按实测数据和经验来确定，受使用环境影响很大，变数很多，目前无现成的数据。
一般介质无腐蚀的容器，其腐蚀裕量取1～2mm即可满足使用寿命的要求。
另：
《固容规》3.11（P15）和GB150.1-2011《压力容器-通用要求》4.3.6.2（p11）对腐蚀裕量进行了规定。
f）确定焊缝系数
焊缝系数的标准叫法叫焊接接头系数，GB150.1-2011《压力容器-通用要求》4.5.2（P13）对其取值进行了规定。
其焊缝系数取1.0，即焊接接头应进行100%的无损检测，其他情况一般选焊缝系数为0.85。
具体取值，可以按《固容规》3.14.2（P15）所规定的情况选择。
g）主要受压元件材质的确定
材质的确定在满足安全和使用条件的前提下，还要考虑工艺性和经济性。
GB150.2-2011《压力容器-材料》中对材料的使用作了相应规定，对这些规定的掌握是非常必要的。
比较常用的材料有Q245R、Q345R、16MnDR和Q235B（Q235C）等材料.。
1）、Q245R为常用的压力容器专用钢板，使用最广也最经济;
2）、Q345R在材料要求比较高的容器中使用广泛；
3）、16MnDR一般用于低于－20℃的低温容器；
4）、对于Q235B（Q235C）的使用应严格控制：
●钢的化学成分应符合GB/T700-2006《碳素结构钢》的规定，但钢板质量证明书中的磷、硫含量应符合P≤0.035%、S≤0.035%的要求。
●厚度等于或大于6mm的钢板应进行冲击试验，试验结果应符合GB/T700的规定。
对于使用温度低于20℃至0℃、厚度等于或大于6mm的Q235C钢板，容器制造单位应附加进行横向试样的0℃的冲击试验，3个标准冲击试样的冲击功平均值KV2≤27J，1个试样的冲击功最低值以及小尺寸冲击式样的冲击功数值按GB/T700的相应规定。
●钢板应进行冷弯试验，冷弯合格标准按GB/T700的规定。
●设计压力<1.6MPa；
●钢板使用温度20℃～300℃（0℃～300℃）；
●用于壳体时厚度不得大于16mm，用于其他受压元件时厚度不大于30mm（40mm），且不得用于高度危害的介质。
另：
对材料选用的条件参见GB150.2-2011《压力容器-材料》4钢板（P42～51）及附录D（P87）的相关规定。
2、确定容器直径及厚度
计算时首先要确定容器直径。
除非用户有要求，一般取长径比为2～5，很多情况下取2～3就可以了（经验值可做为设计时的参考）。
有了容器直径，即可按照中径公式计算出厚度，此厚度即为计算厚度，其名义厚度为计算厚度与腐蚀裕量之和，再向上圆整到钢板的商品厚度。
另：
计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度、最小厚度见GB150.1-2011《压力容器-通用要求》3.1.10～3.1.13（P7）的相关规定。
3、容器相应标准件及安全附件的规定
3.1、容器接管的规定
选择接管时应参见GB150.2-2011《压力容器-材料》中5.1碳素钢和低合金钢钢管（P51）及5.2高合金钢钢管（P52）的相关规定选取。
3.2、法兰及其密封面型式的规定
法兰及其密封面型式是设计书中要求的，常用的法兰有板式平焊法兰、带颈平焊法兰和带颈对焊法兰等。
其选择的要求如下规定：
1）、压力等级必须高于设计压力等级；
2）、其材质一般与筒体相同；
3）、确定管口在壳体上的位置时，在空间较为紧张的情况下，一般也应保持焊缝与焊缝间的距离不小于50mm，以避免焊接热影响区的相互叠加。
另：
具体法兰分类见GB150.3-2011《压力容器-设计》7.1～7.2（P183）的相关规定。
3.3、手孔及人孔的设置
人孔和手孔是用来检查、装拆和洗涤容器内部的装置。
一般规定手孔的直径不应小于150mm，直径大于1000mm的容器不宜设置手孔，而应该为人孔。
常见的人孔形状有圆形和椭圆形两种，圆形人孔的直径至少应为400mm，椭圆形人孔的尺寸一般为350mm×450mm。
另：
具体开孔尺寸规定参见《固容规》3.18（P16）。
3.4、支座的选取
立式容器所用支座包括腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座，卧式容器多选用鞍式支座。
另：
具体选取参见标准零部件第九章。
3.5、封头的选取
参见GB/T25198-2010《压力容器封头》。
3.6、补强圈的选取
参见JB/T4736-2002《补强圈》
3.7、超压泄放装置的设置
主要的超压泄放装置为安全阀和爆破片，其选取及计算参见GB150.1-2011《压力容器-通用要求》附录B（P17）的规定。
四、容器焊接、补强及耐压试验要求
1、常用钢号推荐选用的焊材
常用钢号推荐选用的焊接材料表
钢号
焊条电弧焊
埋弧焊
CO2气保焊
焊条型号
焊条牌号
焊剂牌号
焊丝牌号
焊丝型号
10（管）
20（管）
E4316
E4315
J426
J427
HJ431
H08A
—
Q235B
Q235C
Q245R
E4316
E4315
J426
J427
HJ431
H08MnA
—
15MnNiDR
E5015-G
W607
—
—
—
16MnDR
16MnD
E5016-G
E5015-G
J506RH
J507RH
—
—
—
15CrMo
15CrMoG
15CrMoR
E5515-B2
R307
HJ350
SJ101
H08CrMoA
H08CrMoA
ER55-B2
06Cr19Ni10
E308-16
E308-15
A102
A107
SJ601
HJ260
H08Cr21Ni10
H08Cr21Ni10
—
06Cr18Ni11Ti
E347-16
E347-15
A132
A137
SJ641
H08Cr20Ni10Nb
—
16Mn
Q345R
E5016
E5015
E5303
J506
J507
J502
HJ431
HJ350
SJ101
H10Mn2
H10Mn2
H10Mn2
ER49-1
ER50-6
2、容器的开孔补强要求
容器上开孔要符合GB150.3-2011《压力容器-设计》6.1.1（p152）的规定，补强方法一般选用等面积补强法，其适用范围为：
a）、当圆筒内径Di≤1500mm时，开孔最大直径dop≤Di/2，且dop≤520mm；当圆筒内径Di>1500mm时，开孔最大直径
dop≤Di/3，且dop≤1000mm；
b）、凸形封头或球壳开孔的最大允许直径dop≤Di/2；
c）、锥形封头开孔的最大直径dop≤Di/3，Di为开孔中心处的锥壳内直径。
开孔一般都需要进行补强计算，不需要补强的条件（需满足以下全部要求）：
a）、设计压力p≤2.5MPa；
b）、两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔之和；对于3个或以上相邻开孔，任意两孔中心间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于该两孔直径之和的2.5倍；
c）、接管外径小于或等于89mm；
d）、接管壁厚满足下表要求，表中接管壁厚的腐蚀余量为1mm，需要加大腐蚀余量时，应相应增加壁厚；
接管外径
25
32
38
45
48
57
65
76
89
接管壁厚
≥3.5
≥4.0
≥5.0
≥6.0
e）、开孔不得位于A、B类焊接接头上；
f）、钢材的标准抗拉强度下限值Rm≥540MPa时，接管与壳体的连接宜采用全焊透的结构型式。
另：
具体补强要求及计算方法参见GB150.3-2011《压力容器-设计》第6部分（p153～p182）的相关规定。
3、耐压试验要求
耐压试验包括液压试验、气压试验和气液组合试验。
常用的耐压试验为液压试验。
另：
具体耐压试验的方法选择及压力计算参见GB150.1-2011《压力容器-通用要求》4.6（P14）的相关规定。
六、技术要求的书写样例
（本样例只作为书写技术要求时的参考，具体技术要求的书写以设计实际情况为准）
1、本设备按GB150.1～150.4-2011《压力容器》进行制造、试验和验收，并接受国家质量技术监督局颁发的《固定式压力容器安全技术监察规程》的监督。
2、焊接形式除图样规定外，其余按GB150.3-2011《压力容器-设计》中附录D的规定和GB985.1-2008《气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口》的规定。
3、焊接采用手工电弧焊，焊条型号：
E4315.
4、筒体焊接完毕后，形状、尺寸和外观合格后，对A、B类焊缝进行100%探伤。
5、焊缝的射线探伤按JB/T4730.2-2005《承压设备无损检测》的规定。
6、管口方位以本图为准。
7、容器的油漆、包装、运输按JB/T4711-2003《压力容器涂敷运输包装》的规定。
8、容器的铭牌应安装在明显的位置。
9、使用与管理按《固定式压力容器安全技术监察规程》执行。
七、设计时优先选用的标准
设计标准：
GB150.1～150.4-2011《压力容器》
GB151-1999《管壳式换热器》
JB/T4731-2005《钢制卧式容器》
JB/T4735-1997《钢制焊接常压容器》
执行标准：
《固定式压力容器安全技术监察规程》
TSGR0004-2009
《压力容器设计质量保证手册》
焊接标准：
NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》
NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》
探伤标准：
JB/T4730.1～4730.6-2005《承压设备无损检测》
钢板标准：
GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》
GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》
GB3531-2008《低温压力容器用低合金钢钢板》
GB/T3280-2007《不锈钢冷轧钢板和钢带》
钢管标准：
GB9948-2006《石油裂化用无缝钢管》
GB/T12771-2008《流体输送用不锈钢焊接钢管》
GB/T14975-2002《输送流体用不锈钢无缝钢管》
坡口标准：
GB/T985.1-2008《气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口》
GB/T985.2-2008《埋弧焊的推荐坡口》
法兰及垫片标准：
HG/T20592～20635-2009《钢制法兰、垫片、紧固件》
JB/T4700～4707-2000《压力容器法兰》
封头标准：
GB/T25198-2010《压力容器封头》
人孔和手孔标准：
HG/T21514～21535-2005《钢制人孔和手孔》
补强圈标准：
JB/T4736-2002《补强圈》
视镜标准：
NB/T47017-2011《压力容器视镜》
支座标准：
JB/T4712-92《鞍式支座》
JB/T4713-92《腿式支座》
JB/T4724-92《支承式支座》
JB/T4725-92《耳式支座》
吊耳标准：
HG/T21574-94《设备吊耳》
其他标准：
JB/T4711-2003《压力容器涂敷与运输包装》
GB/T12241-2005《安全阀一般要求》
HG20660-2000《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》
GB5044-85《职业性接触毒物危害程度分级》
QB/T2068-94《轻工用管板设计计算规定》
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