容器设计规定.docx
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容器设计规定
容器设计规定
1.范围
本标准规定了石油化工压力容器（反应器、塔器、换热器及其它容器）设计的一般要求以及材料、结构等方面的要求。
本标准适用于石油化工压力容器的设计。
本标准是国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》、GB150《钢制压力容器》、GB151《管壳式换热器》等标准的补充规定。
2.引用文件
下列标准所包含的条文，通过在本标准中构成为本标准的条文。
本标准出版时，所示版本均为有效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
3.一般规定
3.1压力容器类别划分按《压力容器安全技术监察规程》第6条规定。
3.2设计压力
3.2.1容器的设计压力
容器的设计压力应略高于最高工作压力。
对装有安全泄放装置的压力容器，其设计压力不得低于安全泄放装置的开启压力或爆破压力。
3.2.2内压容器
内压容器的设计压力一般按表1确定。
表1内压容器的设计压力MPa
最高工作压力Pw设计压力P
Pw≤1.8
1.8＜Pw≤4.0
4.0＜Pw≤8.0
Pw＞8.0P＝Pw+0.18
P＝1.1Pw
P＝Pw+0.4
P＝1.05Pw
注：
1.正常操作工况为正压，但开停工时或事故停工时有真空工况的容器应进行真空工况校核。
2.当工作压力向上波动的可能性很小时压力裕度可适当减小。
3.Pw＜0.1MPa的塔式容器，设计压力取P≥0.1MPa。
3.2.3常压容器
工作压力小于0.1MPa且不与大气直接相通（通过呼吸阀与大气相接的容器视为与大气直接相通）的常压容器其设计压力取工作压力加0.18MPa，否则按常压设计。
3.2.4外压容器
外压容器应考虑在正常工况下可能出现的最大内外压力差，再参考表1确定设计外压力。
3.2.5真空容器
3.2.5.1设有安全控制装置时设计压力取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa两者中较小值。
3.2.5.2未设有安全控制装置时设计压力取0.1MPa。
3.2.6夹套容器
3.2.6.1夹套为内压的带夹套的真空容器的设计压力按下列要求确定：
1）容器壁：
按外压容器设计，取无夹套真空容器规定的设计压力值加夹套的设计压力，必须校核在夹套试验压力下的稳定性。
2）夹套壁：
按内压容器的规定确定。
3.2.6.2夹套内为真空的带夹套的内压容器的设计压力按下列要求确定：
1）容器壁：
以内压容器的设计压力加0.1MPa作为设计压力，且必须校核夹套的试验压力（外压）下的稳定性。
2）夹套壁：
按真空容器的规定确定。
3.2.7盛装液化气体的容器
3.2.7.1储存容器：
按《压力容器安全技术监察规程》第34～36条和表3-1～3-3及其它有关规定确定设计压力。
3.2.7.2过程容器：
由工艺条件确定的工作压力，按内压容器的规定确定设计压力。
3.2.8两侧受压的承压元件
除有可靠措施确保两侧同时受压可按压差的1.25倍作为设计压力外，均应分别按一侧的内压设计压力计算强度，另一侧设计压力校核稳定。
3.3设计温度
3.3.1容器的设计温度一般按表2确定。
表2压力容器的设计温度℃
最高工作温度to设计温度t
to≤-20
-20＜to≤15
15＜to≤350
to＞350t≤to
t＝to-5（且t＞-20）
t＝to+20
t＝to+（15～5）
注：
1.当增加温度会影响选材变化时，设计温度的确定应慎重，或进行设计评审。
2.当最高工作温度加上温度裕度后，材料的力学性能变化较大时，则由设计人员根据具体情况确定是否增加温度裕度。
3.最高（低）工作温度不确定时，可采用介质正常工作温度来确定设计温度，此时温度裕度应适当增加。
3.3.2对内部有隔热层的容器，其金属壁设计温度系指器壁可能出现的最高温度。
3.3.3介质为液化石油气的生产过程容器取设计温度大于等于最高工作温度。
3.3.4介质为液化气体的的生产过程容器，设计温度一般按表2确定。
3.3.5催化裂化装置分馏塔的原料入口接管与筒体之间采用隔热措施且入口处筒体设置套管时，分馏塔该部位壳体的设计温度取390℃。
3.3.6焦炭塔的设计温度取最高工作温度，且不低于505℃。
3.3.7塔式容器各部位工作温度不同时，可按照各段的工作温度分别确定设计温度。
3.3.8塔式容器裙座的设计温度按表3确定。
表3裙座的设计温度
裙座顶部有过渡段裙座顶部无过渡段
裙座本体过渡段t≤20℃20℃＜t≤200℃200℃＜t≤350℃
最高设计温度
最低设计温度/
环境温度t
t/
环境温度t
环境温度t
/
注：
1.t：
与裙座或其过渡段相连的塔体设计温度。
2.环境温度：
使用地区月平均最低气温的最低值加20℃
3.3.9设计储存容器时，当壳体的金属温度受大气环境气温条件所影响时，其最低设计温度取当地历年来月平均最低气温的最低值。
全国月平均最低气温低于等于零下20℃和零下10℃的地区见《压力容器安全技术监察规程》附录二。
3.4厚度附加量
厚度附加量C按下式确定：
C＝C1+C2mm
C1─钢板或钢管的厚度负偏差mm
C2─腐蚀裕量mm
钢板和钢管的厚度负偏差按钢材的标准规定确定。
当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时厚度负偏差可忽略不计。
3.4.1钢板厚度负偏差C1按表4确定。
表4钢板厚度负偏差C1mm
δn2.02.22.52.8～3.03.2～3.53.6～4.04.5～5.5
C10.200.200.210.250.290.330.50
δn6～78-2526～3032～3436～4042～5052～60
C10.600.800.901.001.101.201.30
注：
1.δn为钢板名义厚度，C1为钢板厚度负偏差。
2.GB912、GB3274、GB4237、GB11253标准中如Q235、0Cr18Ni9等钢板的厚度负偏差按上表选取。
3.GB3531、GB6654标准中的所有钢板如20R、16MnR、16MnDR等钢板的厚度负偏差一律为0.25mm。
3.4.2不锈钢复合板（GB/T8165）的厚度负偏差C1按表5确定。
表5不锈钢复合板的厚度负偏差
复层厚度负偏差复合钢板总厚度偏差
Ⅰ级、Ⅱ级Ⅲ级复合钢板总厚度
mm负偏差%
Ⅰ级、Ⅱ级Ⅲ级
不大于复层公称厚度的9%，且不大于1mm不大于复层公称厚度的10%，且不大于1mm8～1578
16～2567
26～3056
31～6045
＞60协商协商
3.4.3压力容器爆炸不锈钢复合板（JB4733）的厚度负偏差C1按表6确定。
表6压力容器爆炸不锈钢复合板的厚度负偏差
复合钢板厚度负偏差复层厚度负偏差基层厚度负偏差
复层负偏差+基层负偏差复层公称厚度的10%，且不大于1mm基材标准负偏差+0.5mm
3.4.4钢管厚度负偏差C1按表7确定。
3.4.5腐蚀裕量C2
C2是根据介质腐蚀性和容器的使用寿命（见表8）而定。
如用户无提出要求，对腐蚀不严重（碳素钢或低合金钢的年腐蚀率不大于0.15mm）的场合C2一般按表9选取。
当腐蚀较严重时应根据腐蚀率和设计寿命计算腐蚀裕量，如最大腐蚀裕量超过6mm时，应考虑采用更耐腐蚀的材料。
表8容器的设计寿命
容器种类设计寿命（年）
铬钼钢或高合金钢厚壁反应器（名义厚度≥50mm）22
其它厚壁容器（名义厚度≥50mm）20
塔器、其它反应器、高压换热器壳体等主要容器15
一般容器、一般换热器8～13
换热器管束（碳钢、低合金钢）4～6
换热器管束（高合金钢）10
表9容器腐蚀裕量C2mm
容器类别钢材
碳素钢、低合金钢铬钼钢高合金钢
塔器和反应器壳体21.5见注1
一般容器壳体1.51见注1
换热器壳体1.51见注1
带隔热衬里容器壳体31见注1
裙座壳体1（每面）
不可拆内件或无法从人孔中取出的内构件每面腐蚀裕量取壳体腐蚀裕量的一半（见注2）
可从人孔中取出的可拆内构件每面腐蚀裕量取壳体腐蚀裕量的四分之一
地脚螺栓（按根径计算）3
注：
1.对高合金钢容器，当腐蚀极轻微时腐蚀裕量取0。
2.对受力内构件每面腐蚀裕量与壳体腐蚀裕量相同。
3.对高合金钢或有高合金钢堆焊层的元件，复层或堆焊层仅作为腐蚀裕量用，强度计算时不予考虑。
4.容器外部构件（如补强圈、基础环等）一般不考虑腐蚀裕量（裙座壳体除外）。
表7无缝钢管的壁厚负偏差C1mm
钢管标准钢管种类壁厚smm允许壁厚负偏差%
普通级较高级
GB6479
《高压化肥设备用无缝钢管》热轧钢管（挤压）S≤201010
冷拔（轧）管S≤3.01010
S＞3.0107.5
GB/T8163
《输送流体用无缝钢管》热轧钢管12.5（最小值0.4mm）
冷拔（轧）管S≤1.00.15mm0.12mm
S＞1.0107.5
GB9948
《石油裂化用无缝钢管》热轧钢管S≤2012.5
S＞2010
冷拔（轧）管10
GB13296
《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》热轧钢管S≤1012.5
S＞1015
冷拔（轧）管10
GB/T14976
《输送流体用不锈钢无缝钢管》热轧（挤、扩）管S＜1512.512.5
S≥1515
冷拔（轧）管S=0.5～10.15mm0.12mm
S＞1～31410
S＞3.01010
GB5310
《高压锅炉用无缝钢管》热轧（挤）管S＜3.510（最小值0.48mm）10（最小值0.2mm）
S=3.5～201010
S＞2010D＜219：
7.5
D≥219：
10
冷拔（轧）管S=2～31010
S＞3107.5
GB3087
《低中压锅炉用无缝钢管》热轧（挤、扩）管S≤2012.5（最小值0.35mm）12.5（最小值0.3mm）
S＞2012.510
冷拔（轧）管1010
注：
采用较高级精度的钢管应在订货合同中注明。
3.5设计计算
3.5.1容器受压元件按以下标准计算：
GB150《钢制压力容器》
GB151《管壳式换热器》
JB/T4735《钢制焊接常压容器》
JB/T4710《钢制塔式容器》
JB/T4731《钢制卧式容器》
GB16749《压力容器波形膨胀节》
3.5.2超出GB150补强范围的大开孔补强按HG20582《钢制化工容器强度计算规定》和ASME锅炉压力容器规范第Ⅷ篇的规定进行计算。
上述结构及其它无法用常规计算方法进行计算的特殊结构可采用有限元应力分析，计算出的应力值按JB4732进行分类及评判，许用应力按GB150选取。
3.5.3其余计算可按HG20582《钢制化工容器强度计算规定》进行。
3.6设计载荷
容器的设计载荷应符合GB150第3.5.4条和JB/T4735第3.4条的要求。
3.7最小厚度
3.7.1容器壳体的最小厚度应符合GB150第3.5.6条和JB/T4735第3.5.2条及其它相应标准的有关的要求。
3.7.2带隔热衬里容器壳体的最小厚度符合有关规定。
3.8焊接接头系数
容器的焊接接头系数应符合GB150第3.7条和JB/T4735第3.7条、第12.2.1条的要求。
3.9压力试验
3.9.1容器的压力试验应符合GB150第3.8条、JB/T4735-1997第3.8条和其它有关标准规定。
3.9.2真空容器和圆筒形常压容器应进行压力试验，最小液压试验压力为0.1MPa。
3.9.3与大气直接相通（通过呼吸阀与大气相接可视为与大气直接相通）的立式圆筒形储罐、圆筒形料仓和矩形容器（与大气直接相通）应进行充水试验。
3.9.4不能进行压力试验的压力容器根据GB150第3.9条的规定，应提出确保容器安全运行的措施，经设计单位技术负责人批准，并在图样上注明。
3.10无损检测
3.10.1受国家质检总局特种设备安全监察局监察的压力容器应按《压力容器安全技术监察规程》和GB150的要求对焊接接头进行无损检测。
3.10.2不受国家质检总局特种设备安全监察局监察的压力容器按GB150和JB/T4735的要求对焊接接头进行无损检测。
3.10.3除《压力容器安全技术监察规程》和GB150所规定的对接焊接接头应进行100%射线或超声检测的容器外，下列容器的对接焊接接头也应进行100%射线或超声检测：
3.10.3.1处于热循环或应力循环工作的容器（如焦炭塔等）；
3.10.3.2对有可能发生应力腐蚀开裂的湿硫化氢腐蚀环境（见注1）的容器。
注1：
湿硫化氢应力腐蚀环境为：
当容器接触的介质在液相中存在游离水，且符合下列条件之一者即可引起钢材的硫化物应力腐蚀开裂（SSC）：
1）H2S在液相游离水中的质量浓度＞50ppm；
2）液相游离水的PH＜4，且有H2S存在；
3）液相游离水的PH＞7.6，且在液相游离水中的HCN质量浓度＞20ppm并有H2S存在；
4）H2S在气相中的分压＞0.0003MPa。
3.10.3.3盛装苯介质和HF介质的压力容器。
3.10.4催化裂化装置反应、再生系统压力容器对接焊接接头的无损检测比例为：
射线检测100%Ⅱ级合格，超声检测20%复验Ⅰ级合格或超声检测100%Ⅰ级合格，射线检测20%复验Ⅱ级合格。
3.11热处理
3.11.1除《压力容器安全技术监察规程》、GB150和JB/T4735中规定的热处理要求外，对下列容器必须进行焊后消除应力热处理。
热处理后不得再施焊，如若施焊，则施焊部位必须按原热处理制度重新热处理。
3.11.1.1储存碱液的碳钢或低合金钢焊制容器，其工作温度及相应温度下碱液的浓度高于表10中的对应值时，焊后必须进行消除应力热处理，热处理后焊接接头和热影响区的硬度不得大于HB200。
表10碱液容器须进行热处理的条件
碱液浓度（重量）%2351015203040506070
工作温度上限℃9088857670655448434038
3.11.1.2盛装液氨的碳钢或低合金钢焊制容器，热处理后焊接接头和热影响区的硬度不得大于HB185。
3.11.1.3盛装乙醇胺、二乙醇胺等醇胺溶液的碳钢或低合金钢焊制容器，当溶液的温度大于90℃时必须焊后进行消除应力热处理，热处理后焊接接头和热影响区的硬度不得大于HB200。
3.11.1.4介质为湿硫化氢腐蚀环境的碳钢或低合金钢焊制容器，焊后必须进行消除应力热处理。
热处理后焊缝和热影响区的硬度值不得超过HB185。
3.11.1.5储存或操作中含HCN-H2S-H20介质的碳钢或低合金钢焊制容器，如催化裂化装置的吸收塔，焊后必须进行消除应力热处理，热处理后焊缝和热影响区的硬度值不得超过HB185。
3.11.2需要进行整体热处理的容器，其保温支持圈、保温钉及与壳体壁焊接的内件、平台梯子垫板和壳体外部的其它焊接件应在容器热处理前与壳体焊接完毕。
3.11.3奥氏体不锈钢容器，一般不进行焊后热处理，如有特殊要求需进行热处理时应在图样上注明。
3.11.4压力容器的焊后热处理，应在焊接工作全部完毕并经检验合格后，于压力试验之前进行。
3.12总高小于或等10m，且总高与直径之比小于5的立式容器可不进行稳定验算（不包括外压稳定验算），需进行稳定验算的立式容器，若所在地区地震设防烈度等于或大于7度时，应考虑地震的影响。
4.材料
4.1压力容器用材料的选用必须考虑容器的使用条件（设计温度、设计压力、介质特性）和操作特点、材料的焊接性能和冷热加工性能、容器的制造工艺和经济合理性。
4.2所选用的材料质量和规格应符合国家标准、行业标准和有关技术条件的要求，并应有材料生产单位提供的质量证明书。
4.3使用未列入GB150等标准的压力容器主要受压元件的材料，必须经过全国锅炉压力容器标准化技术委员会的评审，并获得该委员会出具的准许试用的证明文件。
4.4选用国外材料时，应是国外相应最新标准规范所允许使用且国外已有使用实例的材料，其使用范围不应超出该标准规范的规定，且不得低于GB150第4章和JB/T4735第4章中相近成分和技术要求的材料规定，并应有该材料的质量证明书。
4.5长期在450℃～850℃使用的耐腐蚀用铬镍奥氏体不锈钢当需要考虑防止碳化铬析出发生晶间腐蚀时应采用含稳定化元素。
4.6含铬在12%以上的铁素体和马氏体不锈钢（如0Cr13Al、0Cr13等）在操作温度大于350℃时，有可能产生475℃脆性，不宜用于容器受压元件。
4.7用于一般内构件的材料，其使用温度范围可以放宽到抗氧化极限温度。
各种材料的抗氧化极限温度范围见表11。
表11各种材料的抗氧化极限温度
材料抗氧化极限温度℃
碳素钢560
15CrMo590
12Cr2Mo1635
1Cr5Mo650
0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2850
Cr25Ni201100
4.8双相钢不适用于操作温度大于250℃容器的受压元件。
4.9用于容器壳体的高合金钢或有色金属复合板优先采用爆炸成型的复合板。
4.10当环烷酸腐蚀较严重时应选用含钼不锈钢，钼含量不宜低于2.5%。
4.11处于湿硫化氢腐蚀环境的容器，受压元件选用碳钢或低合金钢时，厚度大于20mm的钢板应按JB/T4730《承压设备无损检测》逐张进行100%超声检测，碳钢板Ⅱ级、低合金钢板Ⅰ级为合格。
4.12对常减压装置低温H2S-HCl-H2O的腐蚀环境的容器，当采用“一脱三注”的工艺防腐措施时可选用碳钢或铁素体不锈钢。
若选用耐腐蚀材料防腐时可选用双相不锈钢、Monel合金或钛材等。
4.13对HCN-H2S-H2O的腐蚀环境采取工艺防腐措施（采用水洗法或注入有机缓蚀剂）时，可选用碳钢，且符合本标准第4.11条的要求。
4.14对有可能发生连多硫酸（H2SXO6，X=3-5）应力腐蚀开裂的容器，可选用铁素体不锈钢、马氏体不锈钢或奥氏体-铁素体双相不锈钢。
如选用奥氏体不锈钢，停工时可采用碱溶液中和清洗。
但对于超低碳（C≤0.03%）或带稳定化元素的奥氏体不锈钢，且操作温度低于454℃时可不进行碱溶液中和清洗。
4.15有氢氟酸（HF）腐蚀的设备应按下列要求选用材料：
a）不允许采用沸腾钢和半镇静钢；
b）氢氟酸浓度为80～98%、温度低于65℃时，可选用碳钢；
c）氢氟酸为任意浓度、温度大于171℃时，应选用Monel合金；
d）碳当量大于0.43%的材料不能使用，推荐计算碳当量的公式为：
碳当量=C%+（Mn%+P%）/6式中Mn含量最大值为1.2%。
e）用于氢氟酸系统的无缝钢管含碳量不应大于0.25%；
f）厚度超过20mm的钢板应按JB/T4730逐张进行100%超声检测，碳钢板Ⅲ级、低合金钢板Ⅱ级为合格。
g）不得使用高铬不锈钢。
4.16标准法兰用锻件的级别见有关法兰标准，其余容器用锻件的级别见表12.
表12锻件级别
锻件公称厚度mm锻件级别
压
力
容
器
用碳钢、低合金钢≤300Ⅱ
＞300Ⅲ
铬钼钢≤300Ⅱ
＞300Ⅲ
高合金钢≤200Ⅱ
＞200Ⅲ
圆筒形、封头用锻件Ⅱ或Ⅲ
临氢、循环操作Ⅲ或Ⅳ
常压容器用碳钢、低合金钢Ⅰ
高合金钢Ⅱ
注：
1.一般非承压锻件可选用Ⅰ级；
2.使用毒性程度为极度或高度危害介质的锻件及质量大于500kg的锻件应不低于Ⅲ级。
4.20压力容器受压元件用钢板的材料应不低于Q235-B，与压力容器受压元件直接相焊的零部件材料按如下要求：
a）容器的鞍座、支耳、支腿等均宜带垫板，垫板材料应与壳体材料相同或相近；
b）平台梯子的连接板、塔盘固定件、塔顶吊柱的垫板及其它与壳体直接相焊的内部或外部构件，当壳体材料为碳钢时一般采用Q235-B或与壳体相同的材料，当壳体材料为其它钢号时，一般采用与壳体相同或相近的材料。
4.21盛装毒性程度为极度或高度危害介质（包括苯）的压力容器不得选用Q235-B。
4.22塔式容器裙座材料的确定：
a）当塔式容器符合下列条件时，裙座顶部应设置过渡段。
过渡段的长度不应小于300mm。
当塔体的设计温度小于等于-20℃或大于350℃时过渡段的长度为保温层（或保冷层）厚度的4～6倍，且不小于500mm。
过渡段的材料与塔体相同或相近。
1）塔体设计温度小于等于-20℃，或大于350℃；
2）塔体材料为低温用钢、铬钼钢或高合金钢。
b）当裙座需要设置过渡段且裙座的高度低于2500mm时，可将整个裙座壳体按过渡段材料考虑。
c）当裙座本体的设计温度大于-20℃时，裙座壳体（不含过渡段）的材料一般取Q235-B。
d）当裙座本体的设计温度小于等于-20℃时，裙座壳体材料取20R或16MnR。
e）裙座壳体上的开孔补强元件（如出入孔等）和地脚螺栓座元件（基础环、盖板和筋板等）的材料宜与裙座壳体材料一致。
5.焊接
5.1焊接材料
5.1.1焊接材料应根据母材的化学成份、力学性能和焊接性能，结合容器的使用条件和结构特点综合考虑，保证焊接接头金属的性能不低于相应标准规定的基本金属性能，必要时通过试验确定。
5.1.2在承受动载荷或冲击载荷的工况下除了要求保证抗拉强度外，通常对焊缝金属的冲击韧性和延伸率提出较高要求。
5.1.3对于母材是耐热钢、耐腐蚀钢时，从保证焊接接头的特殊性出发，则要求焊缝金属的主要合金成分与母材相近或相同。
5.1.4低合金钢焊接时，不允许提高焊接材料的强度等级。
5.1.5碳素钢与低合金钢或低合金钢之间的异种钢焊接接头，一般选用与钢材相应的抗裂性较好的焊接材料，并应考虑以下几点：
a）强度等级不同的异种钢焊接，应按低强度一侧的母材选用焊接材料；
b）焊接工艺以高要求一侧为准；
c）对需预热的焊接件，根据其中可焊性差的材料选择预热温度；
d）从化学成分角度考虑，一般按合金成分低的一侧母材选用焊接材料。
5.1.6用于湿硫化氢腐蚀环境的碳钢和低合金钢容器，不允许选用含镍的焊接材料。
5.1.7焊接碳素钢、低合金钢或铬钼钢时，不允许选用奥氏体焊条来代替焊后热处理。
5.1.8对进口钢材选用国产或进口焊接材料时，要考虑焊接
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