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压力容器详介

1.压力容器的基本法规标准

1.1法律、规程、条例

《特种设备安全法》（升级、取代国务院（2009）549号《特种设备安全监察条例》（20140101实施）；

TSGR0004－2009《固定式压力容器安全技术监察规程》（20101201实施）（简称《固容规》；

TSGR0005－2009《移动式压力容器安全技术监察规程》（20101201实施）；

TSGR1001－2008《压力容器压力管道设计许可规则》（20030101实施）

《锅炉压力容器制造监督管理办法》（国质监22号令-20030101实施）

1.2（强制性）技术标准

GB150.1∽4-2014《压力容器》（取代GB150-1998）通用规定、材料、设计、制造与检验常规设计--弹性失效（20120301实施）简称GB150；

GB151-1999《管壳式换热器》（GB/T151-2014《热交换器》（20150401实施）；

JB4732-1995《钢制压力容器－分析设计标准》应力分析设计--弹塑性失效。

2.压力容器的管辖（适用）范围

2.1TSGR0004-2009《固容规》）（★★★监检）

①PW5≥0.1MPa；

②PV≥2.5MPa.L；

③盛装介质为气体、液化气体以及最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。

2.2GB150.1∽4-2011《压力容器》

①P≮0.1MPa，且≯35MPa，或者真空度（外压）不低于0.02MPa；

②设计温度：

－269℃～900℃；

③内直径：

不小于150mm。

3.压力容器的分类

3.1按作用原理分类：

反应、换热、分离、储存。

3.2按压力等级分类

《固容规》，按压力容器的设计压力（p）划分为低压、中压、高压和超高压四个压力等级：

1）低压（代号L），0.1MPa≤p＜1.6MPa；

2）中压（代号M），1.6MPa≤p＜10.0MPa；

3）高压（代号H），10.0MPa≤p＜100MPa；

4）超高压（代号U），p≥100.0MPa。

3.3按危险性分类

《固容规》，先把压力容器的介质按危害性分为以下两组。

第一组介质：

毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质；易燃介质；液化气体；

第二组介质：

由除第一组以外的介质组成，如水蒸汽、氮气等。

然后，根据介质特性组别：

设计压力p（单位Mpa）

容积V（单位为L）

综合划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类。

具体分类查表确定。

3.4按压力容器设计、制造许可证分类

A、B、C、D、SAD五个大级别。

A级

（1）A1级：

超高压容器、高压容器；

（2）A2级：

第Ⅲ类低、中压容器；

（3）A3级：

球形储罐；

（4）A4级：

非金属压力容器

B级：

气瓶

C级：

（1）C1级：

铁路罐车；

（2）C2级：

汽车罐车、长管拖车；（3）C3级：

罐式集装箱。

D级

（1）D1级：

第Ⅰ类压力容器；

（2）D2级：

第Ⅱ类压力容器。

SAD级。

应力分析设计压力容器。

3.5按温度分类

GB150规定，设计温度低于-20℃的碳素钢、低合金钢、双相不锈钢和铁素体不锈钢制容器，以及设计温度低于-196℃的奥氏体不锈钢制容器，属于低温容器。

特殊要求:

材料、设计、结构、制造、检验

3.6其它分类方法

按容器主体材料分有：

钢制（碳素钢、低合金钢、高合金钢）、铝制、钛制、其它有色金属等。

按结构形式分有：

单层、锻焊、多层包扎、绕带、绕板、热套、无缝。

按容器截面形状分有：

圆形截面、非圆形截面。

按主轴线方向分有：

立式、卧式。

按容器壁厚分有：

薄壁、厚壁。

压力容器的结构和主要零部件

2.封头

也是压力容器最主要的组成部分；

通常有椭圆封头、碟形封头、半球形封头、锥形封头、平盖封头、球冠封头等

封头已标准化，最新标准为GB/T25198-2010《压力容器用封头》。

2.1椭圆形封头

长短半径比例为2：

1的标准椭圆的一半，带25或40mm直边。

2.2.碟形封头

由半径为R的球面，半径为r的连接球面与高度为h的直边三部分组成。

2.3.半球形封头

一般为标准半球形状，一般不带直边。

应力状态好，但加工制造困难，仅用于高压或直径大的容器。

2.4.锥形封头：

角度可变，两端分别可带圆弧和直边。

2.7钢制封头冲压后的壁厚变化

4设备法兰是容器与介质输送管道或仪表、安全附件管道等进行连接的附件。

又称压力容器法兰，用于连接壳体与壳体、壳体与平盖、壳体与管板。

标准：

JB/T4700~4707-2000

分甲型平焊法兰、乙型平焊法兰和长颈对焊法兰三种类型。

密封面分突面（RF）、凹凸面（MFM）和榫槽面（TG）三种密封面。

5支座

压力容器的支撑结构。

标准：

JB/T4712-2007

分鞍式支座、耳式支座、腿式支座和支撑式支座四种类型。

还有非标的裙式支座，简称裙座。

7压力容器视镜

简称视镜，最新标准：

HG21619-1986

视镜玻璃为钢化硼硅玻璃。

根据结构分带颈和不带颈两种，用于特材容器时有衬里或衬垫结构。

8压力容器膨胀节

简称膨胀节，最新标准：

GB16749-1997

作用：

用于压力容器、换热器、常压容器及管道，能实现短距离伸缩，缓解温度差和材料热膨胀系数不同等造成的轴向应力。

类型主要分ZX、ZD、HF、HZ四种，常用的是HF型和ZD

型：

9检查孔（人孔与手孔）

相关标准：

HG/T20606～20613-2009，HG/T20627～20633-2009，JB/T4705～4706-2000，JB/T4718/4719/4720-1992等。

用于各种法兰之间的密封，根据介质、设计压力和设计温度可选择非金属平垫片、聚四氟乙烯包覆垫片、柔性石墨复合垫片、金属包垫片、金属缠绕垫片、齿形组合垫片、金属环垫片等各种类型。

制造压力容器的主要材料

1.钢材

（1）机械性能

1、材料的强度

2、材料的塑性

3、材料的韧性

4、材料的硬度

5、温度对钢的机械性能的影响

（2）钢材的耐蚀性能

注意：

耐蚀性不是材料的固有特性，它随材料的工作条件而改变。

例如：

铁、碳钢、不锈钢、铜不同条件下的耐蚀性。

工程应用意义：

选材硫酸—碳钢；尿素—S31603

（3）钢材的化学成份与钢材牌号

1、钢材的常用合金元素及其作用（铁、碳之外）

元素名称

作用

Mn抑制FeS生成，防止热脆；细化珠光体组织；提高淬透性。

Si提高淬透性和抗回火性；增强在大气环境中的耐蚀性。

Cr增加淬透性；提高高温抗氧化性；增加热强性。

Ni细化铁素体提高塑性和韧性；改善耐蚀性；提高热强性。

Mo提高淬透性；增加热强性；增强耐蚀性（有机酸及还原性介质）。

Ti固溶强化；增加回火稳定性；提高抗晶间和应力腐蚀能力。

V增加回火稳定性；细化晶粒提高韧性；提高σn和σD；抗氢腐蚀。

Nb增加回火稳定性；细化晶粒提高韧性；改善焊接性。

Al固溶强化；细化晶粒；改善抗高温氧化性和对H2S气体耐蚀性。

2、钢材牌号1）碳钢的编号A以钢材的屈服点及质量等级进行编号，如：

Q235A.F，各字符含义如下：

Q—钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母；

235表示钢材的屈服强度为235MPa。

A、B、C、D—分别为质量等级；

F—沸腾钢“沸”字汉语首位字母；

B—半镇静钢“半”字汉语拼音首位字母；

Z—镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母；

TZ—特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音首位字母；在牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”符号予以省略。

B碳钢编号除按屈服强度编号外，还有一种编号方法，以钢材的含碳量的万分之几表示：

如10#钢、20#钢等，其碳含量分别为0.1%和0.2%。

（详见南社百科）

2）合金钢的编号

数字＋化学元素符号＋数字表示，第一个数字表示钢材的碳含量，以万分之几表示，后面的数字表示合金元素的含量，以百分之几表示，中间的化学元素符号表示合金元素的种类，当合金元素含量≤1.5%时，一般省略中间的数字。

如：

16Mn表示碳含量为0.16%，Mn含量≤1.5%

3）特殊钢的编号

A体不锈钢，含碳量≯0.1%（晶间腐蚀）---低碳、超低碳

当含碳量≤0.08%及0.04%时分别用0（08）以及00（03）表示。

如:

0Cr18Ni9（S30408）、00Cr17Ni14Mo2（S31603）。

3压力容器用钢的一般要求

1、化学成分（C、P、S限制）

1）用于焊接的碳素钢和低合金钢

C≤0.25％、P≤0.035％、S≤0.035％。

2）压力容器专用钢中碳素钢和低合金钢

（钢板、钢管和钢锻件）的磷、硫含量应当符合下列要求：

a碳素钢和低合金钢钢材基本要求，P≤0.030％、S≤0.020％；

bRm大于等于540MPa的钢材，P≤0.025％、S≤0.015％；

c用于设计温度低于-20℃，并且Rm小于540MPa的钢材，P≤0.025％、S≤0.012％。

d用于设计温度低于-20℃，且Rm大于等于540MPa的钢材，P≤0.020％、S≤0.010％。

2、机械性能：

足够高的强度、良好的韧性和塑性、足够的断裂韧性、低的无塑性转变温度（NDT）。

3、制造工艺性能：

良好的塑性、可焊性（C、Ceq、Pcm、焊接接头硬度）。

4、特殊性能：

耐高温、耐低温和耐腐蚀性。

二、钢板

常用钢号：

Q235-B，Q235-C，GB/T3274-2007《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》Q245R，GB713-2014《锅炉和压力容器用钢板》。

2）化学成分与力学性能

碳素结构钢钢板化学成分见下表

3）使用限制：

钢号

标准

钢板状态

容器设计压力（MPa）

钢板使用温度（℃）

容器壳体用钢板厚度（mm）

容器中的介质

Q235-BGB/T3274-2007热轧≤1.620~300≤16不得用于毒性为高度和极度介质Q235-C热轧≤1.60~300≤16同上Q245RGB713-2014热轧、正火≤3520~475≤100无限制GB150，对Q235-B，Q235-C的使用，还做了特别限制AP≤0.035％、S≤0.035％

B厚度大于等于6要做冲击试验，

C钢板应进行冷弯试验。

制造、供应麻烦，趋向淘汰。

4）使用场合

（1）机械性能：

较高的强度和硬度，较好的塑性和韧性。

（2）加工工艺性能：

具有良好的加工性。

可铸、锻、切削和各种冷热加工，低碳钢具有良好的焊接性能。

（3）耐腐蚀性能：

耐腐蚀性较差。

但对农硫酸和温度不高的稀碱液具有耐蚀性。

使用限制：

①与合金钢相比强度较低，只能用于压力不很高的中小型容器；

②耐腐蚀性差，不能用于腐蚀性介质；

③使用温度范围较窄，不能用于高温或低温场合。

1.3低温用钢钢板

（同时具备高强度和良好的低温韧性。

适用于在-20℃低温工况下运行的压力容器）1）钢板牌号：

16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR，GB3531-2014《低温压力容器用低合金钢板》；

07MnNiVDR、07MnNiMoVDR，GB19189-2011《压力容器用调质高强度钢板》；2）使用与限制：

钢号

标准

钢板状态

容器设计压力（MPa）

钢板使用温度（℃）

容器壳体用钢板厚度（mm）

冲击试验温度（℃）16MnDRGB3531-2014正火、正火加回火通常≤35-40～3506～100-4015MnNiDR通常≤35-45～1006～60-4509MnNiDR通常≤35-70～3506～100-7007MnNiMoVDRGB19189-2011调质

通常≤35

-40～350

16～60

-45

1.4中温抗氢钢（耐热钢）钢板

（具有较高的高温强度（400～600℃）和良好的抗氢腐蚀性能（≥200℃）。

1）钢板牌号：

15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr1MoVR，GB713-2014《锅炉和压力容器用钢板》。

2）使用与限制：

钢号

标准

钢板状态

钢板使用温度（℃）

容器壳体用钢板厚度（mm）

10万小时断裂强度（℃）/MPa

15CrMoR

GB713-2008

正火加回火

20～550

6～100

14Cr1MoR

20～550

6～120

12Cr2Mo1R

20～575

6～120

12Cr1Mo1VR

20～575

6～120

1.5高合金钢钢板－不锈耐酸（热）钢钢板（合金>10％）

（优质低合金钢加入12％～14％铬即称为不锈钢，能耐弱腐蚀性介质；加入16～18％及更多铬称为耐酸不锈钢；统称不锈钢）具有较高的高温强度（400～700℃）、低温韧性和良好的耐腐蚀性。

）。

1）钢板牌号代表（25个）：

06Cr13Al（S11348）、06Cr13（S11306）、

06Cr19Ni10（S30408）、06Cr18Ni11Ti（S32168）、06Cr17Ni12Mo2（S31608）、06Cr17Ni12Mo2Ti（S31668）、06Cr19Ni13Mo3（S31708）、022Cr19Ni10（S30403）、022Cr17Ni12Mo2（S31603）、022Cr19Ni13Mo3（S31708）

A+F:

022Cr19Ni5Mo3Si2N（S21953）、022Cr22Ni5Mo3N（S2253）

GB24511-2009承压设备用不锈钢钢板及钢带

2）使用与限制：

（优质低合金钢加入12％～14％铬即称为不锈钢，能耐弱腐蚀性介质；加入16～18％及更多铬称为耐酸不锈钢；统称不锈钢）

钢号标准钢板状态固态相含碳量%强度耐蚀性06Cr13AlGB24511-2009退火铁素体≤0.08好差06Cr13铁素体≤0.08好差06Cr19Ni10固溶奥氏体

≤0.07一般一般06Cr17Ni12Mo2≤0.08一般一般022Cr19NI10≤0.03一般良好022Cr17Ni12Mo2≤0.03一般良好022Cr19NI5Mo3Si2N铁素体+奥氏体（双相钢）≤0.03良好良好钢管碳素结构钢管

1）钢管牌号：

10、20GB/T8163-2008《输送流体用无缝钢管》GB9948-2013《石油裂化用无缝钢管》GB6479-2013《化肥设备用高压无缝钢管》2）使用及限制钢号标准钢管状态适用壁厚（mm）适用温度（℃）其它限制10GB/T8163热轧≤10-10~475P≯4.0MPa，不用于换热管，不用毒性极度、高度正火≤300~475GB9948

20GB/T8163热轧≤10-20~475P≯4.0MPa，不用于换热管，不用毒性极度、高度GB9948正火≤30-20~475GB6479正火≤40-20~475低合金高强度钢管1）钢管牌号：

Q345D、16MnGB/T8163-2008《输送流体用无缝钢管》GB6479-2013《化肥设备用高压无缝钢管》2）使用及限制钢号标准钢管状态

适用壁厚（mm）适用温度（℃）其它限制Q345DGB/T8163正火≤10-20~475P≯4.0MPa，不用于换热管，不用毒性极度、高度16MnGB6479正火≤40-20~475低温钢管1）钢管牌号：

16Mn、09MnD、09MnNiDGB6479-2013《化肥设备用高压无缝钢管》GB150.2附录A2）使用及限制钢号标准

钢管状态适用壁厚（mm）适用温度（℃）其它限制16MnGB6479正火≤40-40~475P≤0.025％、S≤0.012％,低冲-40℃09MnDGB150.2附录A正火≤8-50~400低冲-50℃09MnNiDGB150.2附录A正火≤8-70~400

低冲-70℃中温抗氢钢管1）钢管牌号：

12CrMo、15CrMo、12Cr2Mo1、1Cr5Mo、12Cr1MoVGGB9948-2013《石油裂化用无缝钢管》GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》GB150.2附录A2）使用及限制钢号标准钢管状态适用壁厚（mm）适用温度（℃）其它限制12CrMoGB9948正火+回火≤300~52515CrMoGB9948正火+回火≤500~525

12Cr2Mo1

GB150附录A

正火+回火

≤30

0~575

1Cr5Mo

GB9948

退火

≤30

0~600

12Cr1MoVG

GB5310

正火+回火

≤30

0~575

不锈钢管

1）钢管牌号代表（36个）：

06Cr13Al（S11348）、06Cr13（S11306）、

A+F:

022Cr19Ni5Mo3Si2N（S21953）、022Cr22Ni5Mo3N（S2253）

GB/T14976-2012流体输送用不锈钢无缝钢管

GB13296-2013锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管2）使用及限制钢号标准钢管状态适用壁厚（mm）适用温度（℃）其它限制06Cr18Ni906Cr18Ni10Ti,06Cr17Ni12Mo2,022Cr19Ni10,022Cr17Ni14Mo2GB/T14976-2012固溶≤28≥-196~525或700或800其中超低碳为：

≥-196~450不用于换热管GB13296-2013固溶

≤14锻件锻件的定义与级别锻件的定义（与锻件级别选择有关）

锻件的级别（“高工况”时选用）

锻件级别

检验项目

检验数量

硬度（HB）

逐件检查

拉伸（σb、σ0.2、δ5）

同冶炼炉号、同炉热处理的锻件组成一批，每批抽检一件

III

拉伸（σb、σ0.2、δ5）

超声检测

逐件检查

拉伸（σb、σ0.2、δ5）

逐件检查

超声检测

逐件检查

NB/T47008-2010承压设备用碳素钢和合金钢锻件

1）锻件牌号：

20、35、16Mn、20MnMo、20MnMoNb、15CrMo、35CrMo、12Cr1MoV、12Cr2MoV、12Cr3Mo1V14Cr1Mo、12Cr2Mo1、1Cr5Mo

使用温度t≥－20℃，设计压力p≤35Mpa。

2）常用钢号及限制

钢号

公称厚度

热处理状态

冲击试验温度

（℃）

硬度

（HB）

≤200

正火

106～159

16Mn

≤300

正火，

正火+回火

0121～17815CrMo≤300正火+回火淬火+回火20118～180＞300~500115～1781Cr5Mo≤500正火+回火淬火+回火20174～229低温合金钢锻件1）锻件标准：

NB/T47009-2010低温承压设备用低合金钢锻件2）常用钢号及限制钢号公称厚度热处理状态

冲击试验温度（℃）延伸率δ5,％16MnD≤300淬火+回火-40≥2020MnMoD≤300淬火+回火-40≥18＞300～500-3010Ni3MoVD≤300淬火+回火-50≥1709MnNiD

≤300淬火+回火-70≥23低温合金钢锻件1）锻件标准：

NB/T47009-2010低温承压设备用低合金钢锻件2）常用钢号及限制钢号公称厚度热处理状态冲击试验温度（℃）延伸率δ5,％16MnD≤300淬火+回火-40≥2020MnMoD≤300淬火+回火

-40≥18＞300～500-3010Ni3MoVD≤300淬火+回火-50≥1709MnNiD≤300淬火+回火-70≥23高合金钢锻件1）锻件标准：

NB/T47010-2010承压设备用不锈钢耐热钢锻件2）常用钢号及限制钢号公称厚度热处理状态延伸率δ5,％

硬度（HB）06Cr13≤100退火≥20110～18306Cr18Ni9≤100固溶≥35139～187＞100~200131～18706Cr17Ni12Mo2≤100固溶≥35139～187＞100~200131～187022Cr19Ni10

≤100

固溶

≥35

128～187

＞100~200

121～187

022Cr17Ni14Mo2

≤100

固溶

≥35

128～187

＞100~200

121～187

钢棒

螺柱用碳素钢低合金钢钢棒

标准：

GB/T699-1999优质碳素结构钢，GB/T700-2006碳素结构钢，GB/T3077-1999合金结构钢，常用钢号及限制：

钢号

标准

使用状态

规格

使用温度（℃）

Q235-AGB700热轧≤M20＞0～30035GB699正火≤M22＞-20～350M24~M2740MnBGB3077-1999调质≤M22＞-20～400M24~M3640CrGB3077-1999≤M22＞-20～400M24~M36

2螺柱用低温合金钢钢棒标准：

GB/T3077-1999合金结构钢钢号及限制：

钢号使用状态规格最低冲击试验温度（℃）Akv（J）30CrMoA调质≤M56-100≥4135CrMoAM60~M80-70≥4140CrNiMoAM52~M80-50≥47螺柱用高合金钢钢棒

标准：

GB/T1220-2007不锈钢棒常用钢号及限制：

钢号使用状态规格

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