壓力容器設(shè)計(jì)基本知識

壓力容器設(shè)計(jì)基本知識 壓力容器設(shè)計(jì) 壓力容器知識 壓力容器閥門設(shè)計(jì)基本知識

一．之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹壓力容器設(shè)計(jì)基本知識基本概念

1．1 壓力容器設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的法規(guī)和規(guī)程

     1）《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》（本文簡稱《條例》）， 是國務(wù)院2003年3月11日公布的條例，條例自2003年6月1日起施行。原《鍋爐壓力容器安全監(jiān)察暫行條例》同時(shí)廢止。

  2）《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（本文簡稱《容規(guī)》），此《容規(guī)》自2000年1月1日起正式實(shí)施。在安全監(jiān)察中，包括的七個環(huán)節(jié)是：設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、檢驗(yàn)、改造和修理。此規(guī)程與《條例》有不一致之處，應(yīng)按《條例》的內(nèi)容修改。

     3）《壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)單位資格許可與管理規(guī)則》，此規(guī)則自2003年1月1日起實(shí)施。

1．2 標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)（規(guī)程）的關(guān)系。

《容規(guī)》第4條規(guī)定，壓力容器的設(shè)計(jì)、制造（組焊）、安裝、使用、檢修、修理和改造，均應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行本規(guī)程的規(guī)定；第5條規(guī)定：本規(guī)程是壓力容器質(zhì)量監(jiān)督和安全監(jiān)察的基本要求，有關(guān)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)、部門規(guī)章、企事業(yè)單位規(guī)定等，如果與本規(guī)程的規(guī)定相抵觸時(shí)，應(yīng)以本規(guī)程為準(zhǔn)。

   GB150總論第3.1條規(guī)定：容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收除必須符合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外，還應(yīng)遵守國家頒布的有關(guān)法令、法規(guī)和規(guī)章。

   因此，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)或規(guī)程有不一致時(shí)，應(yīng)按法規(guī)（和規(guī)程）的規(guī)定執(zhí)行。

1．3 壓力容器的含義（定義）

  上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調(diào)式減壓閥,自力式減壓閥 根據(jù)《條例》第八十八條中的規(guī)定，壓力容器用語的含義是：“壓力容器，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備，其范圍規(guī)定為高工作壓力大于或等于0.1MPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或等于2.5MPa·L的氣體、液化氣體和高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體的固定式容器和移動式容器；盛裝公稱工作壓力大于或等于0.2MPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或等于1.0MPa·L的氣體液化氣體和標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)等于或者低于60℃液體的氣瓶；氧艙等。”

1．4 壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)簡述

我國壓力容器專業(yè)性的具有一定規(guī)模的壓力容器的設(shè)計(jì)和制造，起于五十年代初期。

1980年起，壓力容器設(shè)計(jì)方面依據(jù)為：《鋼制石油化工壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定》和《鋼制管殼式換熱器設(shè)計(jì)規(guī)定》。

GB150-1998《鋼制壓力容器》是強(qiáng)制性的壓力容器國家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)對鋼制壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收作出具體的規(guī)定。是壓力容器的基本標(biāo)準(zhǔn)。

對壓力小于O.1MPa的鋼制容器的設(shè)計(jì)，按壓力容器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4735-1997《鋼制焊接常壓容器》的規(guī)定。

臥式容器和立式容器的設(shè)計(jì)尚應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB4710-2000《鋼制塔式容器》和JB4731-2005《鋼制臥式容器》的規(guī)定。

GB151-1999《管殼式換熱器》標(biāo)準(zhǔn)，是用鋼、鋁、銅、鈦和鎳等材料制造的管殼式換熱器的設(shè)計(jì)制造和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

 化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG20580～HG20585–1998， 是針對化工設(shè)備的特點(diǎn)，對鋼制壓力容器設(shè)計(jì)和制造方面提出更詳細(xì)的規(guī)定，有關(guān)設(shè)計(jì)方面的標(biāo)準(zhǔn)是：

  HG20580-1998 《鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定》

  HG20581-1998 《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》

  HG20582-1998 《鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定》

  HG20583-1998 《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定》

 其它配套標(biāo)準(zhǔn)如零部件如封頭、法蘭、支座、加固圈等標(biāo)準(zhǔn)，材料標(biāo)準(zhǔn)、焊接標(biāo)準(zhǔn)等已日趨完備。

1．5 D1級和D2級壓力容器說明

 根據(jù)《壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)單位資格許可與管理規(guī)則》第三條規(guī)定， 壓力容器設(shè)計(jì)類別和級別的劃分是：（一）A類、（二）C類、（三）D類和（四）SAD類。其中D類又分：D1級和D2級。

1．D1級 系指*類壓力容器

2．D2級 系指第二類低、中壓容器

*類和第二類的具體劃分見《容規(guī)》第6條的規(guī)定。

注：壓力等級的劃分是：按容器的設(shè)計(jì)壓力P的大小，其中：

（一） 低壓（代號L）0.1MPa≤ P ＜1.6MPa

（二） 中壓（代號M）1.6MPa≤ P ＜10MPa

二 壓力容器設(shè)計(jì)基本知識GB150-1998《鋼制壓力容器》

   GB150-1998《鋼制壓力容器》（簡稱GB150），包括正文十章和八個附錄。

 十章正文目次是：①范圍；②引用標(biāo)準(zhǔn)；③總論；④材料；⑤內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球殼；⑥外壓圓筒和外壓球殼；⑦封頭；⑧開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)；⑨法蘭；⑩制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收。

 八個附錄中，屬于標(biāo)準(zhǔn)的附錄有：附錄A  材料的補(bǔ)充規(guī)定；附錄B  超壓泄放裝置；附錄C  低溫壓力容器；附錄D  非圓形截面容器。屬于提示的附錄有：附錄F  鋼材的高溫性能；附錄G  密封結(jié)構(gòu)；附錄H  材料的指導(dǎo)性規(guī)定；附錄J  焊接結(jié)構(gòu)。

   標(biāo)準(zhǔn)的附錄E  產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能檢驗(yàn)，已被新發(fā)布的JB4744-2000《鋼制壓力容器產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能試驗(yàn)》所代替。

1．范圍

GB150-1998《鋼制壓力容器》規(guī)定了“鋼制壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收要求”。

即是說：GB150是碳素鋼、低合金鋼和高合金鋼制的壓力容器，在設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收的整個過程中，必須遵守的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定適用的壓力容器的設(shè)計(jì)參數(shù)的范圍是：容器的設(shè)計(jì)壓力不大于35MPa；

適用的設(shè)計(jì)溫度范圍按鋼材允許的使用溫度而定。

對于D類壓力容器，設(shè)計(jì)壓力范圍應(yīng)小于10MPa。

在GB150的1.3和1.4中，還規(guī)定出不屬該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍的各類壓力容器，

其中有：直接用火焰加熱的容器；核能裝置中的容器；經(jīng)常搬運(yùn)的容器；設(shè)計(jì)壓力低于0.1MPa 的容器；真空度低于0.02MPa的容器；要求作疲勞分析的容器；內(nèi)直徑小于150 mm的容器；此外，還有旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動的機(jī)械設(shè)備中自成整體的受壓器室，以及已有其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的容器，諸如制冷、制糖、造紙、飲料和搪玻璃容器等。

2．標(biāo)準(zhǔn)

在GB150所列的引用標(biāo)準(zhǔn)中包括GB 、GB/T、JB 和JB/T四種代號的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)分為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和性標(biāo)準(zhǔn)（性標(biāo)準(zhǔn)一經(jīng)采用，即具有強(qiáng)制性的性質(zhì)）。GB/T是性的國家標(biāo)準(zhǔn)，JB是機(jī)械工業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，JB/T是機(jī)械工業(yè)性的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而JB或JB/T中排號為4XXX號碼的，規(guī)定為壓力容器行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。例如：

國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)：GB6654-1996《壓力容器用鋼板》； GB4237-92《不銹鋼熱軋鋼板》

性標(biāo)準(zhǔn)：GB/T229-94《金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法》；GB/T1804-92《一般公差 線性尺寸的未注公差》

壓力容器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》；JB/T4709-2000《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)一經(jīng)被引用，即構(gòu)成該標(biāo)準(zhǔn)的條文。在GB150第2章中，列了45個引用標(biāo)準(zhǔn)。從2004年4月1日起尚應(yīng)實(shí)施下列標(biāo)準(zhǔn)：

JB/T4736-2002 《補(bǔ)強(qiáng)圈》

JB/T4746-2002 《鋼制壓力容器用封頭》

JB/T4747-2002 《壓力容器用鋼焊條訂貨技術(shù)條件》

JB/T4711-2003 《壓力容器涂敷與運(yùn)輸包裝》

3．總論

 在“總論”一章中，對下列的8個方面作了規(guī)定：

①標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)法規(guī)和規(guī)章的關(guān)系；②設(shè)計(jì)和制造壓力容器單位的資格和職責(zé)；③容器的范圍；④壓力、溫度和厚度的定義；⑤設(shè)計(jì)參數(shù)選用的一般規(guī)定；⑥材料許用應(yīng)力確定的依據(jù)和取值的規(guī)定；⑦焊接接頭系數(shù)的確定；⑧壓力試驗(yàn)（液壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)）和試驗(yàn)壓力的規(guī)定。

3．1《條例》對設(shè)計(jì)單位的規(guī)定

《條例》第十一條規(guī)定：壓力容器的設(shè)計(jì)單位應(yīng)當(dāng)經(jīng)國務(wù)院特種設(shè)備安全監(jiān)督管理部門許可，方可從事壓力容器的設(shè)計(jì)活動。

（一）有與壓力容器設(shè)計(jì)相適應(yīng)的設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)、審核人員；

（二）有與壓力容器設(shè)計(jì)相適應(yīng)的健全的管理制度和責(zé)任制度。

3．2 GB150-1998對設(shè)計(jì)單位的資格和職責(zé)規(guī)定

資格 容器的設(shè)計(jì)單位必須具備健全的質(zhì)量管理體系，應(yīng)持有壓力容器設(shè)計(jì)單位批準(zhǔn)書，壓力容器的設(shè)計(jì)必須接受國家質(zhì)檢總局相關(guān)安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)的監(jiān)察。

職責(zé) 應(yīng)對設(shè)計(jì)文件的正確性和完整性負(fù)責(zé)。容器的設(shè)計(jì)文件至少應(yīng)包括設(shè)計(jì)計(jì)算書和設(shè)計(jì)圖樣。容器設(shè)計(jì)總圖應(yīng)蓋有容器設(shè)計(jì)資格印章。

3．3 管轄的容器范圍劃定

     GB150管轄的容器，其范圍包括殼體及與其連為整體的受壓零部件，且劃定在下列范圍內(nèi)。

3．3．1 容器與外部管道連接：焊接連接的*道環(huán)向接頭坡口端面；螺紋連接的*個螺紋接頭端面；法蘭連接的*個法蘭密封面；

3．3．2 接管、人孔、手孔等的承壓封頭、平蓋及其緊固件。

3．3．3 非受壓元件與受壓元件的焊接接頭。接頭以外的元件，如加強(qiáng)圈、支座、裙座等。

3．3．4 超壓泄放裝置和儀表附件。

     詳見GB150中的3.3.1 至3.3.4條的規(guī)定。

3．4 定義及含義

3．4．1 壓力 除注明者外，均指表壓力。

3．4．2 工作壓力（PW） 指在正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的高壓力。

3．4．3 設(shè)計(jì)壓力（P） 指設(shè)定容器頂部的高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不得低于工作壓力。即P≥PW。

3．4．4 計(jì)算壓力（PC） 指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可忽略不計(jì)。故PC≥P；

3．4．5 試驗(yàn)壓力（Pt） 指壓力試驗(yàn)時(shí)，容器頂部的壓力。

注：試驗(yàn)用壓力表口設(shè)計(jì)位置應(yīng)位于容器頂部。

3．4．6 設(shè)計(jì)溫度 指容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力一起作為設(shè)計(jì)載荷條件。

3．4．7 試驗(yàn)溫度 指壓力試驗(yàn)時(shí)，殼體金屬的溫度。

3．4．8 各種厚度

3．4．8．1 計(jì)算厚度δ 指按厚度計(jì)算公式計(jì)算得到的厚度。

3．4．8．2 設(shè)計(jì)厚度δd  指計(jì)算厚度（δ）與腐蝕裕量（C2）之和。即

    δd = δ+C2, 因此δd ≥ δ

3．4．8．3 名義厚度δn  指設(shè)計(jì)厚度（δd ）加上鋼材厚度負(fù)偏差（C1）后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度。即標(biāo)在圖樣上的厚度。

    δn≥（δd + C1）

3．4．8．4有效厚度δe  指名義厚度（δn）減去腐蝕裕量（C2）和鋼材厚度負(fù)偏（C1）。

δe  =δn-C1-C2

=δn-（C1+C2）=δn-C（厚度附加量）

注：如設(shè)定圓整量為C3，各厚度的關(guān)系為：

    δn=δ+ C1+ C2+ C3

    δe=δ+ C3=δn-（C1+C2）

    δd =δ+ C2

3．5 設(shè)計(jì)的一般規(guī)定

設(shè)計(jì)的一般規(guī)定，是對設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、載荷、壁厚附加量和小厚度選用等的規(guī)定。

3．5．1 設(shè)計(jì)壓力（P）的確定

  1)內(nèi)壓容器

①容器上裝有超壓泄放裝置（安全閥）時(shí)，容器的設(shè)計(jì)壓力確定的步驟如下：

     確定安全閥的開啟壓力PZ ,取PZ≤（1.05～1.1）PW.當(dāng) PW＜0.18MPa時(shí)，可適當(dāng)提高PZ相對于PW 的比值。再令P≥ PZ 。

     ②容器上裝有爆破片：P = P b + ΔP 

     式中：P b為設(shè)計(jì)爆破壓力，其其值等于低標(biāo)定爆破壓力Ps min加上所選爆破片爆破范圍的下限（取值）；

     Δp 為爆破片制造范圍上限。

     低標(biāo)定爆破壓力Ps min和上下限查表B2和表B3。

     ③容器上無安全閥，但出口管線有安全閥：P≥P z +Δh. Δh為容器到安全閥的壓力降。

     ④容器的壓力源如與泵直接連接，則可有下列情況：

     容器位于泵的出口側(cè)，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)取下述情況中的大值，泵正常入口壓力+正常工作揚(yáng)程；泵大入口壓力+正常工作揚(yáng)程；泵正常入口壓力+出口全關(guān)閉時(shí)的揚(yáng)程。

     容器位于泵（壓力源）的進(jìn)口側(cè)，且無安全泄放裝置時(shí)，取P=（1.0～1.1）Pw,并以 P=-0.1MPa進(jìn)行外壓校核。

2）外壓、真空容器及夾套容器（按外壓設(shè)計(jì)）

     ①確定外壓容器的設(shè)計(jì)壓力時(shí)，應(yīng)考慮在正常情況下可能出現(xiàn)的大內(nèi)外壓力差。

     ②確定真空容器的殼體厚度時(shí)，設(shè)計(jì)壓力按承受外壓考慮。當(dāng)裝有真空泄放閥時(shí)，設(shè)計(jì)壓力P=1.25ΔP  式中ΔP為大內(nèi)外壓力差，或 P=0.1MPa兩者中的低者。未裝真空泄放閥時(shí)，取P=0.1MPa。

     ③夾套容器：

     帶內(nèi)壓夾套的真空容器：內(nèi)筒為真空，設(shè)計(jì)壓力=真空設(shè)計(jì)的外壓力（按②條）+夾套內(nèi)壓力，并以1.25倍的夾套外壓力核定內(nèi)筒的外壓穩(wěn)定性。夾套按內(nèi)壓計(jì)算。

     帶真空夾套的內(nèi)壓容器（即夾套為負(fù)壓，內(nèi)筒為正壓）：內(nèi)筒的設(shè)計(jì)壓力=內(nèi)筒的壓力+0.1MPa，并核對在夾套試驗(yàn)壓力下的穩(wěn)定性；夾套按②考慮。

3）盛裝液化氣體的容器

對盛裝液化氣體的容器，在規(guī)定的充裝系數(shù)范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)根據(jù)工作條件下可能達(dá)到的高金屬溫度確定。

設(shè)計(jì)壓力按《容規(guī)》第34條的規(guī)定。常見介質(zhì)的設(shè)計(jì)壓力按《容規(guī)》第36條中表3-3的規(guī)定。由于液化氣體多屬有毒或易燃性質(zhì)，且設(shè)計(jì)壓力多數(shù)為中壓，因此應(yīng)注意設(shè)計(jì)的范圍，分辨容器的類別。

3．5．2 設(shè)計(jì)溫度的確定

   設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)可能達(dá)到的高溫度。

   在任何狀況下，元件金屬表面的溫度不得超過金屬的允許使用溫度。

   對于00C以下的金屬溫度，設(shè)計(jì)溫度不得高于元件金屬可能達(dá)到的低溫度。

3．5．3有不同工況的容器

 對有不同工況的容器，應(yīng)按苛刻的工況設(shè)計(jì)，并在圖樣或相應(yīng)技術(shù)文件中注明各工況的壓力和溫度值。

3．5．4  載荷

   設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的載荷有：內(nèi)壓、外壓或大壓力差；液體靜壓力；根據(jù)容器的具況，還可能考慮自重，內(nèi)件重和附屬設(shè)備等等的影響（詳見GB15O的3．5．4條中的內(nèi)容）。

3．5．5  厚度附加量

   厚度附加量C由鋼材厚度負(fù)偏差C1和腐蝕裕量C2兩部分組成。

                 C = C1 + C2

鋼材厚度負(fù)偏差C1按鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；當(dāng)鋼材厚度負(fù)偏差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的6%時(shí)，厚度負(fù)偏差C1可忽略不計(jì)。如選用GB6654-1996《壓力容器用鋼板》標(biāo)準(zhǔn)，其厚度負(fù)偏差C1可忽略不計(jì)。腐蝕裕量C2  為防止容器元件由于腐蝕、機(jī)械磨損而導(dǎo)至厚度的削弱減薄，應(yīng)考慮腐蝕裕量。對有腐蝕或磨損的零件，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的容器壽命和介質(zhì)對鋼材的腐蝕速率而定。

   注：腐蝕分類：

①均勻腐蝕 金屬表面出現(xiàn)各部分的腐蝕速度大致相同的連續(xù)腐蝕；

②非均勻腐蝕 金屬表面各部分具有不同速度的連續(xù)性破壞；

③局部腐蝕 局部發(fā)生腐蝕，如點(diǎn)蝕（呈一個個的點(diǎn)狀）和斑點(diǎn)腐蝕（呈一個個的斑點(diǎn)狀）；

④應(yīng)力腐蝕 由侵蝕介質(zhì)和應(yīng)力同時(shí)作用下所導(dǎo)致的腐蝕；

⑤晶間腐蝕 是金屬晶粒界面的腐蝕。

標(biāo)準(zhǔn)中的材料的腐蝕速率，是對于均勻腐蝕而言，亦即鋼材表面的腐蝕速率（毫米/年）各處基本相同。

腐蝕裕量C2 = 腐蝕速率 X 設(shè)計(jì)使用年限

            （毫米/年 X 年 = 毫米）

在考慮腐蝕的同時(shí)，也應(yīng)考慮容器可能發(fā)生的機(jī)械磨損。

此外，由于金屬所處的介質(zhì)情況（如介質(zhì)的腐蝕性、濃度和溫度）不同，腐蝕程度不同，因此，采用不同的腐蝕裕量。

GB150中規(guī)定“介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸氣的碳素鋼或低合金鋼制容器，腐蝕裕量不少于1 mm”。

3．5．6 小厚度

   容器在較低內(nèi)壓力作用下，按厚度計(jì)算方法得到的厚度很小，雖然能滿足容器的強(qiáng)度要求，但剛度不夠。為解決剛度問題，GB150中規(guī)定了殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的小厚度：

   a)對碳素鋼、低合金鋼制容器，不小于3 mm；

   b)對高合金鋼制容器，不小于2 mm。

   因此，碳素鋼和低合金鋼制的容器的小名義厚度應(yīng)不小于4 mm。

3．6 許用應(yīng)力

容器使用鋼材常用指標(biāo)是力學(xué)性能，在D類容器中，主要指標(biāo)是材料的抗拉強(qiáng)度σb和屈服點(diǎn)σs（或σ0.2）。

容器使用中達(dá)到屈服或斷裂時(shí)即為破壞，在實(shí)際應(yīng)用中必須控制容器的材料受力處在安全范圍內(nèi)，即除以系數(shù)n，n稱為材料許用應(yīng)力系數(shù)（即是設(shè)計(jì)安全系數(shù)）。

從鋼常溫抗拉強(qiáng)度考慮，設(shè)計(jì)安全系數(shù)取3；

按鋼的設(shè)計(jì)溫度下的屈服強(qiáng)度考慮選用的設(shè)計(jì)安全系數(shù)：對碳素鋼和低合金鋼取1.6；對高合金鋼取1.5。

將鋼材的抗拉強(qiáng)度σb和屈服點(diǎn)σs分別除以各自的設(shè)計(jì)安全系數(shù)后，取二值的小者作為材料的許用應(yīng)力。

說明：考慮安全系數(shù)是基于如下因素：

①材料的性能穩(wěn)定性存在偏差；②估算載荷狀態(tài)及數(shù)值偏差；③計(jì)算方法的程度；④制造工藝及允許偏差；⑤檢驗(yàn)手段及嚴(yán)格程度；⑥使用中的操作經(jīng)驗(yàn)等六個方面。

在確定具體材料的許用應(yīng)力時(shí)，還要結(jié)合材料的質(zhì)量因素。

GB150所用鋼板材料的許用應(yīng)力按GB150標(biāo)準(zhǔn)的第4章各材料表中的規(guī)定。

螺栓材料的許用應(yīng)力，是從考慮屈服的情況考慮，安全系數(shù)選高了一些，詳見GB150表3-1和表3-2。

3． 7  焊接接頭和焊接接頭系數(shù)

3．7．1 焊接接頭分類和要求

壓力容器筒體與筒體，筒體與封頭的連接，封頭的拼接，不允許采用搭接結(jié)構(gòu)。也不允許存在十字焊縫。

    容器主要受壓部分的焊接接頭分為A、B、C、D 四類，具體規(guī)定是：

   a）A類焊接接頭 圓筒部分的縱向接頭，半球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭，各種凸形封頭的所有拼焊接頭，嵌(qian)入式接管與殼體對接的接頭。

   b）B類焊接接頭 殼體部分的環(huán)向接頭，錐形封頭小端、長頸法蘭等與接管連接的接頭。

   c）C類焊接接頭 平蓋、管板與圓筒非對接連接的接頭，法蘭與殼體、接管連接的接頭，內(nèi)封頭與圓筒連接的搭接接頭。

   d）D類焊接接頭 接管、人孔、凸緣、補(bǔ)強(qiáng)圈等與殼體連接的接頭。

 壓力容器的所有A、B類焊接接頭均需按GB150標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)圖樣的規(guī)定進(jìn)行無損檢測（RT或UT）。

   下列情況的壓力容器的A類及B類焊接接頭應(yīng)進(jìn)行99%射線或超聲檢測（材料厚度≤38mm時(shí)，應(yīng)采用射線檢測）：

① 第二類壓力容器中，易燃介質(zhì)的反應(yīng)容器或儲存容器；

② 設(shè)計(jì)壓力大于5.0MPa的壓力容器；

③ 筒體厚度大于30mm的碳素鋼和厚度大于25mm的低合金鋼或奧氏體不銹耐酸鋼制壓力容器；

④ 盛裝高度和極度危害介質(zhì)的壓力容器；

⑤ 耐壓試驗(yàn)為氣壓試驗(yàn)的壓力容器；

⑥ 使用后無法進(jìn)行內(nèi)部檢驗(yàn)或耐壓試驗(yàn)的壓力容器；

⑦ 焊縫系數(shù)為1.0的壓力容器（無縫鋼管制的筒體和壓力容器本體后焊接的一條環(huán)焊縫除外，但應(yīng)提供保證其焊接質(zhì)量的相應(yīng)焊接工藝）；

   圖樣規(guī)定進(jìn)行局部無損檢測A類和B類焊接接頭，局部無損檢測的檢測長度為不少于每條焊縫長度的20%，且不小于250mm。且下列焊接接頭應(yīng)全部檢測：①所有的T型焊接接頭；

②開孔區(qū)域內(nèi)（以開孔中心為圓心，1.5倍開孔直徑為半徑的圓內(nèi)）的焊接接頭；③被補(bǔ)強(qiáng)圈支座墊板等其他元件所覆蓋的焊接接頭；

④拼接封頭和拼接管板的焊接接頭；

⑤公稱直徑大于250mm接管的環(huán)焊縫按容器本體考慮。合格級別按容器要求。

   除另有規(guī)定，不允許采用降低焊接接頭系數(shù)而不進(jìn)行無損檢測。

   設(shè)計(jì)用的焊接結(jié)構(gòu)可參見GB150的附錄J。焊接結(jié)構(gòu)。

3．7．2 焊接接頭系數(shù)

    焊接接頭系數(shù)ф應(yīng)根據(jù)受壓元件的焊接接頭型式及無損檢測的長度比例確定。

   注：焊接接頭系數(shù)有的稱為焊縫系數(shù)，即是焊縫的強(qiáng)度與母材強(qiáng)度之比。

   雙面焊對接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全焊透的對接接頭：

    99%無損檢測 ф = 1.00

     局部無損檢測 ф = 0.85

     說明：相當(dāng)于雙面焊的全焊透的對接焊縫，是指單面焊雙面成型的焊縫，按雙面焊評定（含焊接試板的評定），如氬弧焊打底的焊縫或帶陶瓷、銅襯墊的焊縫等。

單面焊對接接頭（沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的墊板）：

99%無損檢測 ф = 0.9

局部無損檢測 ф = 0.8

說明：這里應(yīng)注意到1）是對接接頭；2）全焊透結(jié)構(gòu)；3）沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的墊板。墊板如何才算密貼，看法并不一致，一般以焊接工藝評定為準(zhǔn)。

3．8 壓力試驗(yàn)和試驗(yàn)壓力

     壓力試驗(yàn)是容器制造中檢查容器質(zhì)量的必需工序。它主要檢查容器的強(qiáng)度、剛度和焊接接頭及可拆的密封連接處的密封質(zhì)量。壓力試驗(yàn)方法有液壓試驗(yàn)、氣壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)。

     壓力試驗(yàn)的種類、試驗(yàn)壓力值和要求，應(yīng)在圖樣中注明。

3． 8。1 液壓試驗(yàn)

   液壓試驗(yàn)是壓力容器常用耐壓試驗(yàn)方法。試驗(yàn)液體一般采用水，也可采用不致發(fā)生危險(xiǎn)的其它液體。

   對奧氏體不銹鋼制造的容器水壓試驗(yàn)應(yīng)控制水的氯離子含量不超過25mg/L

3．8．1．1內(nèi)壓容器

液壓試驗(yàn)     PT  = 1.25P [σ]/[σ]t

式中P-- 設(shè)計(jì)壓力 MPa ；

    PT -- 試驗(yàn)壓力  MPa

[σ] -- 容器元件材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力， MPa

     [σ]t -- 容器元件材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力。MPa

此液壓試驗(yàn)壓力PT為常用的壓力，也是小試驗(yàn)壓力。

如果名義厚度遠(yuǎn)大于計(jì)算厚度，為達(dá)到試驗(yàn)的目的，也可適當(dāng)?shù)奶岣咴囼?yàn)壓力，但確定新的試驗(yàn)壓力值時(shí)，應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力校核，用試驗(yàn)壓力值計(jì)算的換算應(yīng)力σΤ應(yīng)符合如下規(guī)定：

     бs(б0.2)—圓筒材料在試驗(yàn)溫度下的屈服點(diǎn)（或殘余變形為0.2%時(shí)的屈服強(qiáng)度）， MPa

3．8．1．2 外壓和真空容器，

以內(nèi)壓進(jìn)行液壓試驗(yàn)： PT= 1.25 P

容器液壓試驗(yàn)合格的條件是：①無滲漏；②無可見的變形；③試驗(yàn)過程中無異常的響聲。

3． 8。2 氣壓試驗(yàn)

對于不適合作液壓試驗(yàn)的容器，例如容器內(nèi)不允許有微量殘留液體，或由于結(jié)構(gòu)原因不能充滿液體的容器，可采用氣壓試驗(yàn)。

     內(nèi)壓容器的氣壓試驗(yàn)壓力PT= 1.15 P[σ]/[σ]t，設(shè)計(jì)校核結(jié)果，應(yīng)滿足如下要求：外壓和真空容器，以內(nèi)壓進(jìn)行氣壓試驗(yàn)，氣壓試驗(yàn)壓力為：PT = 1.15 P氣壓試驗(yàn)應(yīng)有安全措施，該安全措施應(yīng)經(jīng)單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，單位安全部門檢查監(jiān)督。試驗(yàn)所用氣體應(yīng)為干燥潔凈的空氣、氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w，碳素鋼和低合金鋼壓力容器氣壓試驗(yàn)用氣體的溫度不得低于150C。設(shè)計(jì)采用氣壓試驗(yàn)，應(yīng)注明安全要求。

3．8，3 氣密性試驗(yàn)：

壓力容器的氣密性試驗(yàn)要求，見《容規(guī)》第101條和第102條的規(guī)定。

介質(zhì)的毒性程度為極度和高度危害的壓力容器，應(yīng)在壓力試驗(yàn)合格后進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，需作氣密性試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力、試驗(yàn)介質(zhì)和檢驗(yàn)要求應(yīng)在圖樣中注明。

   夾套容器壓力試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力和方法，應(yīng)在圖樣中注明。

4．對材料的要求

GB150在壓力容器用鋼的要求方面含三部分，即：

①正文第4章：材料；

②附錄A（標(biāo)準(zhǔn)的附錄）：材料的補(bǔ)充規(guī)定；

③附錄H（提示的附錄）：材料的指導(dǎo)性規(guī)定。

在這些章節(jié)中，主要是對受壓元件用材料的規(guī)定。

GB150對受壓元件未定義。

注：根據(jù)《容規(guī)》第25條規(guī)定，壓力容器的主要受壓元件是：壓力容器的筒體、封頭（端蓋）、人孔蓋、人孔法蘭、人孔接管、膨脹節(jié)、開孔補(bǔ)強(qiáng)圈、設(shè)備法蘭、球罐的球殼板、換熱器的管板和換熱管、M36以上的設(shè)備主螺栓及公稱直徑大于等于250mm的接管和管法蘭。

4．1 選擇壓力容器用鋼應(yīng)考慮的因素

1）選材地合理性是保證壓力容器設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，壓力容器選擇受壓元件用鋼材時(shí)，必須選用GB150第四章的材料表中列出的鋼材。而非受壓元件與受壓元件焊接者，也應(yīng)選用焊接性能良好的鋼材。

   2）選擇壓力容器用鋼應(yīng)考慮的因素有：壓力容器的使用條件，如設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、介質(zhì)特性和操作特點(diǎn)；可焊性良好；制造工藝的可行性（加工難度）和經(jīng)濟(jì)合理等。

說明：可焊性方面，應(yīng)靠慮控制鋼的含碳量或碳當(dāng)量，含碳量大的，焊接性能下降，容易產(chǎn)生裂紋，且塑性下降，不利于冷熱成形，壓力容器焊接用鋼的碳含量應(yīng)為C≤0.25%。

   從鋼的冶煉上，應(yīng)采用平爐電爐或氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼。因?yàn)榉序v鋼中含有FeO,脫氧情況差，成材率雖高，但質(zhì)量差。鎮(zhèn)靜鋼是一種充分脫氧的鋼，成材率較低，但鋼中雜質(zhì)少，氣泡和疏松性少，質(zhì)量高。

   目前，由于平爐冶煉時(shí)間長，占地面積大，生產(chǎn)效率低，此法逐步被淘汰。

   降低鋼中的硫、磷含量：因?yàn)榱?、磷均為鋼中的有害雜質(zhì)，硫與鐵在晶界處生成低熔點(diǎn)硫化鐵（FeS），熱加工時(shí)易產(chǎn)生熱脆，即稱熱脆性，焊接時(shí)，硫和氧結(jié)合產(chǎn)生SO2 使焊縫中產(chǎn)生氣孔和疏松，影響焊接接頭的質(zhì)量；磷與鐵形成磷化三鐵（Fe3P），明顯的降低鋼的塑性韌性，尤其是低溫時(shí)更差，屬冷脆現(xiàn)象，磷過多，焊接變壞，易產(chǎn)生裂紋。

   由于磷和硫是礦石中帶來的，隨著冶煉技術(shù)的進(jìn)長和壓力容器質(zhì)量要求的提高，磷、硫含量將逐步降低，要求的磷、硫含量為：P≤0.030%；S≤0.020%.

3）GB150中對材料的修改情況是：

2002年起，取消Q235-A.F和Q235-A鋼板在受壓元件中的應(yīng)用；

《制造許可》中規(guī)定，對用于焊接接構(gòu)的壓力容器用鋼磷、硫含量：磷P≤0.O30%，硫S≤0.020%。，并規(guī)定鋼的含碳量應(yīng)不大于0.25%,且按下式計(jì)算的碳當(dāng)量Ceq不大于0.45%。

Ceq = C + Si∕24 + Mn∕6 + Ni∕40 + Cr∕5 + Mo∕4 + V∕14

沸騰鋼不允許用于制造壓力容器的受壓元件。

 4)Q235鋼板：在圖樣的材料明細(xì)表中不得只標(biāo)Q235，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)須要在尾部帶上“-A或-B或-C”，Q235鋼板的具體數(shù)據(jù)見下表：

4．2D類壓力容器受壓元件用鋼板

在D類壓力容器中，主要使用GB150的表4-1“鋼板許用應(yīng)力”列入的下列鋼板：

  1）碳素鋼板：使用Q235-B 、Q235-C 和 20R鋼板。

  Q235-B鋼板（GB912和GB3274）的適用范圍：容器設(shè)計(jì)壓力 P≤1.6MPa； 鋼板使用溫度為0～3500C；用于殼體時(shí)，鋼板厚度不大于20mm；不得用于毒性為高度或極度危害介質(zhì)的壓力容器。在表4-1中所列許用應(yīng)力值，已乘質(zhì)量系數(shù)0.9。

  Q235-C鋼板（GB912和GB3274）的適用范圍：容器設(shè)計(jì)壓力 P≤2.5MPa,鋼板使用溫度為0～4000C。用于殼體時(shí)，鋼板厚度不大于30mm20R鋼板（GB6654）的應(yīng)用：用作殼體時(shí)，適宜厚度不超過30mm；使用溫度建議為-19～4750C；為避免增加試驗(yàn)項(xiàng)目，當(dāng)使用溫度低于00C時(shí)，建議使用厚度小于25mm；使用溫度低于-100C時(shí)，建議使用厚度小于12mm。

    2）低合金鋼板：使用 16MnR（GB6654）和16MnDR（GB3531）鋼板

   16MnR鋼板：常溫使用時(shí)的厚度不宜超過30mm；使用溫度建議為-19～4750C。使用溫度低于00C時(shí)，建議使用厚度小于35mm；使用溫度低于-100C時(shí)，建議使用厚度小于20mm，以避免增加試驗(yàn)項(xiàng)目。16MnDR鋼板：使用的高溫度為3500C，厚度不宜超過35mm。對于有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)單位，也可選用GB6654中的15MnNbR和，15CrMoR；GB3531 中的15MnNbDR 和09MnNiDR。

3）高合金鋼板：經(jīng)常使用奧氏體不銹鋼板（GB4237）：用于清潔美觀的壓 與本產(chǎn)品相關(guān)論文：200X先導(dǎo)隔膜式水用減壓閥安裝要求