压力容器设计技术规定.docx

1、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

2、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

3、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 TSG R1001 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

4、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、HG20580HG20585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，

5、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

6、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

7、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，

8、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

9、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5151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a1 a 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a a 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TBa Mp国1 k a 3力 加压 力

10、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7 C1于 质小 介压a7压于 介煮小 T咂刑时 皿 c 1pp 5阳ga7介汽 或一烝时 烯和a 丙饱仲 态时2M 夜 C 6 刿551 质 于 介质大a62/1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0 C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

11、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32设计温度选取表介质温度t设计温度InT 20C最低介质温度介质正常工作温度减 010C20Cv T 15 C最低介质温度介质正常工作温度减 1530 C （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

12、温度减 3 C。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：

13、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。2g.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 7080kg/ 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.

14、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

15、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mm159219273325377426最小壁厚mm4.5678993.5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

16、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， MPa3.6焊缝系数焊缝系数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 . 00局部无损检测 =0. 853.6.2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=0.90局部无损检测 =0.803.6.3

17、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

18、，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）, MPapt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） ，MPab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

19、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1.251.10铸铁2.003.7.5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 5 C；其他低合金钢制容器，液体温度不得低于 15 C,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

20、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 15 C。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 5 C。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

21、.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 500 C或设计温度V 100 C的耐热或低温用钢。e.所需不锈钢厚度大于

22、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w 500 C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

23、、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w 1.6Mpa，钢板使用温度0350 C,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 09

24、Mn2VDR。（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，

25、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 1030MPa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

26、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 JB47004707-2000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/T2059220635-2009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/T2151421535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 16Mn H）。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

27、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

28、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412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w 1%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 12 NaOH溶液中的使用温度上限NaOH溶液（重量%）2351015203040506070温度上限C）9088857

29、6706554484340384.6.2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065C；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.PH6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： Mn w 1.65%, Ni w 1 % （尽可能不含），Si w 1.0%；焊缝金属：Cw 0.15%、Mn w 1.6%、Siw 1.0%、Ni w 1.0% （尽可能不含）；b .母材及焊接接头硬度 HB w 235 ；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