新容規(guī)后課件

1、壓力容器設計人員培訓壓力容器設計人員培訓 2010-11-30 2010-11-30 上海上海 長寧長寧BV工業(yè)部設計審核師工業(yè)部設計審核師 盧楊盧楊2壓力容器設計人員培訓四個主題：四個主題：一壓力容器設計制造的主要特點一壓力容器設計制造的主要特點 二二壓力容器的分類壓力容器的分類 三三. 壓力容器主要失效方式壓力容器主要失效方式 四四壓力容器設計基礎知識壓力容器設計基礎知識 3一一壓力容器設計制造的主要特點壓力容器設計制造的主要特點壓力容器設計人員培訓4IBR Seminar一、壓力容器設計制造的主要特點壓力容器設計一般包括結構設計（選擇）、設計計算壓力容器設計一般包括結構設計（選擇）、設計

2、計算與材料選擇。其中結構是設計計算的基礎，即根據各與材料選擇。其中結構是設計計算的基礎，即根據各類承壓零部件不同的結構、形狀，分別進行設計計算。類承壓零部件不同的結構、形狀，分別進行設計計算。 5壓力容器設計計算一般要解決三類問題：壓力容器設計計算一般要解決三類問題：1. 強度強度在內壓作用下不允許產生塑性（永久）變形，在內壓作用下不允許產生塑性（永久）變形，是涉及安全的主要問題，如筒體、封頭等；是涉及安全的主要問題，如筒體、封頭等；2. 剛性剛性在外力作用（制造、運輸、安裝與使用）下產在外力作用（制造、運輸、安裝與使用）下產生不允許的彈性變形，如法蘭（密封）、管板等；生不允許的彈性變形，如法

3、蘭（密封）、管板等；3. 穩(wěn)定性穩(wěn)定性在外壓作用下防止突然失去原有形狀的穩(wěn)定在外壓作用下防止突然失去原有形狀的穩(wěn)定性，如外壓及真空容器。性，如外壓及真空容器。一、壓力容器設計制造的主要特點6依各類承壓零部件不同的結構、形狀，采用不同的加依各類承壓零部件不同的結構、形狀，采用不同的加工方法分別制造，然后通過多種方法（焊接、法蘭螺工方法分別制造，然后通過多種方法（焊接、法蘭螺栓、螺紋）連接在一起，構成一臺完整的容器，其中栓、螺紋）連接在一起，構成一臺完整的容器，其中焊接是主要方法。焊接是主要方法。 一、壓力容器設計制造的主要特點7IBR Seminar壓力容器設計人員培訓二二壓力容器的分類壓力容器

4、的分類8按壓力、品種、介質毒性及易燃介質分類按壓力、品種、介質毒性及易燃介質分類l按壓力分為低、中、高及超高壓，前三種在材料、失按壓力分為低、中、高及超高壓，前三種在材料、失效判據（準則）、計算方法、制造要求上基本一致，效判據（準則）、計算方法、制造要求上基本一致，而超高壓則截然不同。而超高壓則截然不同。l按介質毒性及易燃性分類，主要基于安全考慮，即一按介質毒性及易燃性分類，主要基于安全考慮，即一旦發(fā)生事故（爆炸、泄漏等）的危害程度。旦發(fā)生事故（爆炸、泄漏等）的危害程度。二、壓力容器的分類9按制造許可級別分類：按制造許可級別分類：a) 安全性及制造難易程度的不同，這里涉及安全性及制造難易程度的

5、不同，這里涉及P、PV、介質、介質特性、材料強度級別等；特性、材料強度級別等；b) 工作（安放）位置分為固定與移動，移動的安全要求高于工作（安放）位置分為固定與移動，移動的安全要求高于固定，且應對減輕自重、防沖擊、各類儀表的裝設做特殊固定，且應對減輕自重、防沖擊、各類儀表的裝設做特殊考慮；考慮；c) 材料材料,金屬與非金屬制容器在制造與檢驗方法上有很大不金屬與非金屬制容器在制造與檢驗方法上有很大不同；同；d) 考慮制造特點，利于專業(yè)化生產，如球罐?？紤]制造特點，利于專業(yè)化生產，如球罐。對不同制造許可級別的企業(yè)，提出不同的資源條件與安全對不同制造許可級別的企業(yè)，提出不同的資源條件與安全質量要求質

6、量要求二、壓力容器的分類10按生產工藝過程中作用原理分類：按生產工藝過程中作用原理分類： 分為反應、換熱、分離、儲存四類，其中反應容器安全分為反應、換熱、分離、儲存四類，其中反應容器安全性要求最高，因其在進行物理、化學反應時，可能造成壓性要求最高，因其在進行物理、化學反應時，可能造成壓力、溫度的變化。力、溫度的變化。二、壓力容器的分類11其他常見的分類方法：其他常見的分類方法：l按形狀分類，如圓筒形、球形、組合型、方形、矩形等；按形狀分類，如圓筒形、球形、組合型、方形、矩形等；l按筒體結構分為整體式、組合式。按筒體結構分為整體式、組合式。l按制造方法分為焊接、鍛造、鑄造。按制造方法分為焊接、鍛

7、造、鑄造。l按材料分為金屬與非金屬兩大類，其中：按材料分為金屬與非金屬兩大類，其中：l金屬中分為鋼、鑄鐵、有色金屬與合金。金屬中分為鋼、鑄鐵、有色金屬與合金。l鋼中以其化學成份又分為碳素鋼、低合金鋼及高合金鋼鋼中以其化學成份又分為碳素鋼、低合金鋼及高合金鋼二、壓力容器的分類12三三. 壓力容器主要失效方式壓力容器主要失效方式13壓力容器可能存在的八種失效方式：壓力容器可能存在的八種失效方式：1. 過量的彈性變形，包括彈性不穩(wěn)定；過量的彈性變形，包括彈性不穩(wěn)定；2. 過量的塑性變形；過量的塑性變形；3. 脆性斷裂；脆性斷裂； 4. 由應力引起破壞由應力引起破壞/蠕變變形；蠕變變形； 5. 塑性不

8、穩(wěn)定塑性不穩(wěn)定漸增的垮塌；漸增的垮塌； 6. 高應變、低循環(huán)疲勞；高應變、低循環(huán)疲勞； 7. 應力腐蝕；應力腐蝕； 8. 腐蝕疲勞。腐蝕疲勞。壓力容器的常規(guī)設計方法是基于彈性失效準則；壓力容器的常規(guī)設計方法是基于彈性失效準則； 三、壓力容器主要失效方式14彈性失效準則下的四個強度理論：彈性失效準則下的四個強度理論：第一強度理論（最大主應力理論）第一強度理論（最大主應力理論） 認為材料的三個主應力中只要最大的拉應力認為材料的三個主應力中只要最大的拉應力1達到了極限應力，材達到了極限應力，材料就發(fā)生破壞。料就發(fā)生破壞。 強度條件：強度條件：1 t第二強度理論（最大變形理論）第二強度理論（最大變形理

9、論） 認為材料的最大的應變達到了極限狀態(tài)，材料就發(fā)生破壞。認為材料的最大的應變達到了極限狀態(tài)，材料就發(fā)生破壞。 強度條件：強度條件： max第三強度理論（最大剪應力理論）第三強度理論（最大剪應力理論） 材料的最大剪應力材料的最大剪應力max達到了極限應力，材料就發(fā)生破壞。達到了極限應力，材料就發(fā)生破壞。 強強度條件：度條件：max =（1-3） t三、壓力容器主要失效方式15第四強度理論（剪切變形能理論）第四強度理論（剪切變形能理論） 材料變形時，即內部變形能量達到材料的極限值時，材料變形時，即內部變形能量達到材料的極限值時，材料破壞。強度條件：材料破壞。強度條件： e= (1-2)2+(2-

10、3)2+(3-1)2 t三、壓力容器主要失效方式16四四. 壓力容器設計基礎知識壓力容器設計基礎知識壓力容器設計人員培訓171. 壓力容器設計應遵循的基本法規(guī)和規(guī)程壓力容器設計應遵循的基本法規(guī)和規(guī)程特種設備安全監(jiān)察條例特種設備安全監(jiān)察條例 TSG R0004-2009 固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程TSG R0003-2007 簡單壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程簡單壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程TSG R1001-2008 壓力容器壓力管道設計許可規(guī)則壓力容器壓力管道設計許可規(guī)則 四、壓力容器設計基礎知識182. 標準和法規(guī)（規(guī)程）的關系。標準和法規(guī)（規(guī)程）的關系。容規(guī)容規(guī)第

11、第1.8條規(guī)定：本規(guī)程規(guī)定了壓力容器的基本安條規(guī)定：本規(guī)程規(guī)定了壓力容器的基本安全要求，有關壓力容器的技術標準、管理制度等，不得全要求，有關壓力容器的技術標準、管理制度等，不得低于本規(guī)程的要求。低于本規(guī)程的要求。 因此，當標準與法規(guī)或規(guī)程有不一致時，應按法規(guī)因此，當標準與法規(guī)或規(guī)程有不一致時，應按法規(guī)（或規(guī)程）的規(guī)定執(zhí)行。（或規(guī)程）的規(guī)定執(zhí)行。四、壓力容器設計基礎知識193. 壓力容器的含義（定義）壓力容器的含義（定義）特種設備安全監(jiān)察條例特種設備安全監(jiān)察條例的第八章的第八章“附則附則”中：中： 壓力容壓力容器，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設備，器，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓

12、力的密閉設備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于01MPa（表（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于25MPaL的氣的氣體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標準沸點的液體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標準沸點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體的固定式容器和移動式容器；盛裝公稱工作壓力大于或者等于者等于02MPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于等于10MPaL的氣體、液化氣體和標準沸點等于或者低的氣體、液化氣體和標準沸點等于或者低于于60液體的氣瓶

13、；氧艙等。液體的氣瓶；氧艙等。 四、壓力容器設計基礎知識204. 壓力容器設計標準簡述壓力容器設計標準簡述GB150-1998鋼制壓力容器鋼制壓力容器JB/T4735-1997 鋼制焊接常壓容器鋼制焊接常壓容器JB4731-2005鋼制臥式容器鋼制臥式容器JB4710-2000鋼制塔式容器鋼制塔式容器GB151-1999管殼式換熱器管殼式換熱器HG20580HG205851998 其它配套標準，如零部件：封頭、法蘭、支座、補強圈、其它配套標準，如零部件：封頭、法蘭、支座、補強圈、吊耳等標準，材料標準、焊接標準等。吊耳等標準，材料標準、焊接標準等。四、壓力容器設計基礎知識21四、壓力容器設計基礎

14、知識5. 對設計單位資質的要求對設計單位資質的要求 容規(guī)容規(guī)中第中第3.2條對壓力容器的設計單位資質規(guī)定：條對壓力容器的設計單位資質規(guī)定：壓力容器設計單位的許可資格、設計類別、品種和級別壓力容器設計單位的許可資格、設計類別、品種和級別范圍應當符合范圍應當符合壓力容器壓力管道設計許可規(guī)則壓力容器壓力管道設計許可規(guī)則的規(guī)的規(guī)定；定；總體采用規(guī)則設計標準，局部參照分析設計標準進行壓總體采用規(guī)則設計標準，局部參照分析設計標準進行壓力容器受壓元件分析計算的單位，可以不取得應力分析力容器受壓元件分析計算的單位，可以不取得應力分析設計許可項目資格；設計許可項目資格；22四、壓力容器設計基礎知識6. D1級和

15、級和D2級壓力容器說明級壓力容器說明根據根據TSG R1001-2008 壓力容器壓力管道設計許可規(guī)壓力容器壓力管道設計許可規(guī)則則 中第三條規(guī)定，中第三條規(guī)定， 壓力容器設計類別和級別的劃分壓力容器設計類別和級別的劃分是：（一）是：（一）A級、（二）級、（二）C級、（三）級、（三）D級、（四）級、（四）SAD級。其中級。其中D級又分：級又分：D1級和級和D2級。級。 1D1級級 系指第一類壓力容器系指第一類壓力容器 2D2級級 系指第二類壓力容器系指第二類壓力容器23四、壓力容器設計基礎知識7. 定義定義設計壓力：指設定容器頂部的最高壓力，與相應的設計設計壓力：指設定容器頂部的最高壓力，與相應

16、的設計溫度一起作為設計載荷條件，其值不得低于工作壓力。溫度一起作為設計載荷條件，其值不得低于工作壓力。計算壓力：計算壓力： 指在相應設計溫度下，用以確定元件厚度的指在相應設計溫度下，用以確定元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。當元件所承受的液柱靜壓壓力，其中包括液柱靜壓力。當元件所承受的液柱靜壓力小于力小于5%設計壓力時，可忽略不計。設計壓力時，可忽略不計。試驗壓力：試驗壓力： 指壓力試驗時，容器頂部的壓力。指壓力試驗時，容器頂部的壓力。最大允許工作壓力最大允許工作壓力 ：設備所能承受的最大的工作壓力，：設備所能承受的最大的工作壓力，不同于最高工作壓力。不同于最高工作壓力。24設計溫度設計溫度

17、 指容器在正常工作情況下，設定的元件的金屬指容器在正常工作情況下，設定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。設計溫度與設溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。設計溫度與設計壓力一起作為設計載荷條件。計壓力一起作為設計載荷條件。試驗溫度試驗溫度 指壓力試驗時，殼體金屬的溫度。指壓力試驗時，殼體金屬的溫度。 四、壓力容器設計基礎知識25計算厚度：指按厚度計算公式計算得到的厚度。計算厚度：指按厚度計算公式計算得到的厚度。 設計厚度：計算厚度與腐蝕裕量之和。設計厚度：計算厚度與腐蝕裕量之和。名義厚度：指設計厚度加上鋼材厚度負偏差后向上圓整名義厚度：指設計厚度加上鋼材厚度負偏差后向上圓整至鋼材標

18、準規(guī)格的厚度。即標在圖樣上的厚度。至鋼材標準規(guī)格的厚度。即標在圖樣上的厚度。 有效厚度：有效厚度： 指名義厚度減去腐蝕裕量和鋼材厚度負偏差。指名義厚度減去腐蝕裕量和鋼材厚度負偏差。四、壓力容器設計基礎知識26四、壓力容器設計基礎知識27厚度附加量：由鋼材厚度負偏差厚度附加量：由鋼材厚度負偏差C1和腐蝕裕量和腐蝕裕量C2兩部兩部分組成。分組成。鋼材厚度負偏差：按鋼材標準的規(guī)定；當鋼材厚度負偏鋼材厚度負偏差：按鋼材標準的規(guī)定；當鋼材厚度負偏差不大于差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的，且不超過名義厚度的6%時，厚度負時，厚度負偏差可忽略不計。偏差可忽略不計。腐蝕裕量：腐蝕裕量： 為防止容器元件

19、由于腐蝕、機械磨損而導至為防止容器元件由于腐蝕、機械磨損而導至厚度的削弱減薄，應考慮腐蝕裕量。對有腐蝕或磨損的厚度的削弱減薄，應考慮腐蝕裕量。對有腐蝕或磨損的零件，應根據預期的容器壽命和介質對鋼材的腐蝕速率零件，應根據預期的容器壽命和介質對鋼材的腐蝕速率而定。腐蝕裕量而定。腐蝕裕量= 腐蝕速率腐蝕速率 X 設計使用年限（毫米設計使用年限（毫米/年年 X 年年 = 毫米）毫米）四、壓力容器設計基礎知識28IBR Seminar腐蝕分類：腐蝕分類：均勻腐蝕均勻腐蝕 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；續(xù)腐蝕；非均勻腐蝕非均勻腐蝕 金屬表面各部分具

20、有不同速度的連續(xù)性破壞；金屬表面各部分具有不同速度的連續(xù)性破壞；局部腐蝕局部腐蝕 局部發(fā)生腐蝕，如點蝕（呈一個個的點狀）和局部發(fā)生腐蝕，如點蝕（呈一個個的點狀）和斑點腐蝕（呈一個個的斑點狀）；斑點腐蝕（呈一個個的斑點狀）；應力腐蝕應力腐蝕 由侵蝕介質和應力同時作用下所導致的腐蝕；由侵蝕介質和應力同時作用下所導致的腐蝕；應力腐蝕破裂是金屬在持久拉應力和特定腐蝕介質聯(lián)合作應力腐蝕破裂是金屬在持久拉應力和特定腐蝕介質聯(lián)合作用下，出現(xiàn)的脆性破裂。用下，出現(xiàn)的脆性破裂。四、壓力容器設計基礎知識29應力腐蝕過程是金屬材料、腐蝕介質和拉應力三個因素共同作用，應力腐蝕過程是金屬材料、腐蝕介質和拉應力三個因素共

21、同作用，使金屬電化學腐蝕加劇并產生破裂的過程。使金屬電化學腐蝕加劇并產生破裂的過程。典型的應力腐蝕有：典型的應力腐蝕有：（a）液氨容器的應力腐蝕開裂；）液氨容器的應力腐蝕開裂；（b）含濕）含濕H2S容器的應力腐蝕開裂；容器的應力腐蝕開裂；（c）含苛性堿介質的應力腐蝕開裂；）含苛性堿介質的應力腐蝕開裂；（d）NO3-引起的低碳和低合金鋼容器的應力腐蝕開裂；引起的低碳和低合金鋼容器的應力腐蝕開裂；（e）氯離子引起的不銹鋼容器的應力腐蝕。（奧氏體不銹鋼制壓力）氯離子引起的不銹鋼容器的應力腐蝕。（奧氏體不銹鋼制壓力容器用水進行液壓試驗時，應嚴格控制水中的氯離子含量不超過容器用水進行液壓試驗時，應嚴格控

22、制水中的氯離子含量不超過 25mg/L 。試驗合格后，應立即將水漬去除干凈。）。試驗合格后，應立即將水漬去除干凈。） 四、壓力容器設計基礎知識30晶間腐蝕：在腐蝕介質的作用下起源于金屬表面并沿晶晶間腐蝕：在腐蝕介質的作用下起源于金屬表面并沿晶界深入內部，使晶粒間結合力損傷，嚴重時材料強度幾界深入內部，使晶粒間結合力損傷，嚴重時材料強度幾乎消失，這種現(xiàn)象稱為晶間腐蝕。不銹鋼的晶間腐蝕，乎消失，這種現(xiàn)象稱為晶間腐蝕。不銹鋼的晶間腐蝕，通常用通常用“貧鉻貧鉻” 理論解釋理論解釋 。目前提高奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕能力的措施大致有：目前提高奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕能力的措施大致有： 固溶處理固溶處理101

23、0-1120加熱后適當快冷，使（加熱后適當快冷，使（Cr、 Fe)23C6(碳化鉻碳化鉻)固溶于奧氏體。固溶于奧氏體。 降低鋼中含碳量降低鋼中含碳量采用超低碳（采用超低碳（C003%或更低）?；蚋停?添加穩(wěn)定碳化物元素添加穩(wěn)定碳化物元素添加添加Ti或或Nb等穩(wěn)定化元素，并等穩(wěn)定化元素，并經經850-900穩(wěn)定化處理，形成固定碳的穩(wěn)定化處理，形成固定碳的TiC或或NbC 。31標準中的材料的腐蝕速率，是對于均勻腐蝕而言，亦即鋼標準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（毫米材表面的腐蝕速率（毫米/年）各處基本相同。年）各處基本相同。此外，由于金屬所處的介質情況（如介質

24、的腐蝕性、濃度此外，由于金屬所處的介質情況（如介質的腐蝕性、濃度和溫度）不同，腐蝕程度不同，因此，采用不同的腐蝕裕和溫度）不同，腐蝕程度不同，因此，采用不同的腐蝕裕量。量。載荷：載荷： 設計時應考慮的載荷有設計時應考慮的載荷有內壓、外壓或最大壓內壓、外壓或最大壓力差；液體靜壓力；根據容器的具況，還可能考慮自重，力差；液體靜壓力；根據容器的具況，還可能考慮自重，內件重和附屬設備等等的影響。內件重和附屬設備等等的影響。 四、壓力容器設計基礎知識32 最小厚度：容器在較低內壓力作用下，按厚度計算方法最小厚度：容器在較低內壓力作用下，按厚度計算方法得到的厚度很小，雖然能滿足容器的強度要求，但剛度不得到

25、的厚度很小，雖然能滿足容器的強度要求，但剛度不夠。為解決剛度問題，規(guī)定了殼體加工成形后不包括腐蝕夠。為解決剛度問題，規(guī)定了殼體加工成形后不包括腐蝕裕量和加工減薄量的最小厚度：裕量和加工減薄量的最小厚度： a)對碳素鋼、低合金鋼制容器，不小于對碳素鋼、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最小名義厚度應因此，碳素鋼和低合金鋼制的容器的最小名義厚度應不小于不小于4 mm。四、壓力容器設計基礎知識33許用應力：將鋼材的抗拉強度許用應力：將鋼材的抗拉強度b和屈服點和屈服點s分別除以各分別除以各自的設計安全系數后

26、，取二值的小者作為材料的許用應力。自的設計安全系數后，取二值的小者作為材料的許用應力。容器使用鋼材常用指標是力學性能，在容器使用鋼材常用指標是力學性能，在D類容器中，主要類容器中，主要指標是材料的抗拉強度指標是材料的抗拉強度b和屈服點和屈服點s（或（或0.2）。）。容器使用中達到屈服或斷裂時即為破壞，在實際應用中必容器使用中達到屈服或斷裂時即為破壞，在實際應用中必須控制容器的材料受力處在安全范圍內，即除以系數須控制容器的材料受力處在安全范圍內，即除以系數n，n稱為材料許用應力系數（即是設計安全系數）。稱為材料許用應力系數（即是設計安全系數）。從鋼常溫抗拉強度考慮，設計安全系數取從鋼常溫抗拉強度

27、考慮，設計安全系數取3（現(xiàn)為（現(xiàn)為2.7）；）；按鋼的設計溫度下的屈服強度考慮選用的設計安全系數：按鋼的設計溫度下的屈服強度考慮選用的設計安全系數：對碳素鋼和低合金鋼取對碳素鋼和低合金鋼取1.6（現(xiàn)為（現(xiàn)為1.5）；對高合金鋼取）；對高合金鋼取1.5。四、壓力容器設計基礎知識34說明：考慮安全系數是基于如下因素：說明：考慮安全系數是基于如下因素： 材料的性能穩(wěn)定性存在偏差；材料的性能穩(wěn)定性存在偏差； 估算載荷狀態(tài)及數值偏差；估算載荷狀態(tài)及數值偏差； 計算方法的精確程度；計算方法的精確程度； 制造工藝及允許偏差；制造工藝及允許偏差； 檢驗手段及嚴格程度；檢驗手段及嚴格程度； 使用中的操作經驗等六

28、個方面。使用中的操作經驗等六個方面。在確定具體材料的許用應力時，還要結合材料的質量因在確定具體材料的許用應力時，還要結合材料的質量因素。素。四、壓力容器設計基礎知識35焊接接頭形式及分類焊接接頭形式及分類分類目的分類目的: 確定焊縫結構，探傷程度，焊接接頭系數確定焊縫結構，探傷程度，焊接接頭系數容器主要受壓部分的焊接接頭分為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：四類，具體規(guī)定是： a）A類焊接接頭類焊接接頭 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，嵌環(huán)向接頭，各種凸形封頭的所有拼焊接頭，

29、嵌(qian)入式接管與殼入式接管與殼體對接的接頭。體對接的接頭。 b）B類焊接接頭類焊接接頭 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。等與接管連接的接頭。 c）C類焊接接頭類焊接接頭 平蓋、管板與圓筒非對接連接的接頭，法蘭與殼平蓋、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，內封頭與圓筒連接的搭接接頭。體、接管連接的接頭，內封頭與圓筒連接的搭接接頭。 d）D類焊接接頭類焊接接頭 接管、人孔、凸緣、補強圈等與殼體連接的接頭。接管、人孔、凸緣、補強圈等與殼體連接的接頭。四、壓力容器設計基礎知識36下列情況的壓力容器的下列

30、情況的壓力容器的A類及類及B類焊接接頭應進行類焊接接頭應進行100%射線或超聲射線或超聲檢測（材料厚度檢測（材料厚度38mm時，應采用射線檢測）：容規(guī)時，應采用射線檢測）：容規(guī)4.5.3.2.2(1)設計壓力大于或者等于設計壓力大于或者等于1.6MPa的第的第類壓力容器；類壓力容器；(2)按照分析設計標準制造的壓力容器；按照分析設計標準制造的壓力容器；(3)采用氣壓試驗或者氣液組合壓力試驗的壓力容器；采用氣壓試驗或者氣液組合壓力試驗的壓力容器；(4)焊接接頭系數取焊接接頭系數取1.0的壓力容器以及使用后無法進行內部檢驗的壓的壓力容器以及使用后無法進行內部檢驗的壓力容器；力容器；(5)標準抗拉強

31、度下限值大于或者等于標準抗拉強度下限值大于或者等于540MPa的低合金鋼制壓力容器，的低合金鋼制壓力容器，厚度大于厚度大于20mm時，其對接接頭還應當采用本規(guī)程時，其對接接頭還應當采用本規(guī)程4.5.3.1第第(1)項所項所規(guī)定的與原無損檢測方法不同的檢測方法進行局部檢測，該局部檢規(guī)定的與原無損檢測方法不同的檢測方法進行局部檢測，該局部檢測應當包括所有的焊縫交叉部位；測應當包括所有的焊縫交叉部位；(6)設計圖樣和本規(guī)程引用標準要求時。設計圖樣和本規(guī)程引用標準要求時。四、壓力容器設計基礎知識37四、壓力容器設計基礎知識焊接接頭系數焊接接頭系數 ：焊縫強度消弱系數，應根據受壓元件的焊接接頭：焊縫強度

32、消弱系數，應根據受壓元件的焊接接頭型式及無損檢測的長度比例確定。即是焊縫的強度與母材強度之比。型式及無損檢測的長度比例確定。即是焊縫的強度與母材強度之比。雙面焊對接接頭和相當于雙面焊的全焊透的對接接頭：雙面焊對接接頭和相當于雙面焊的全焊透的對接接頭： = 1.00 100%無損檢測無損檢測 射線檢測技術等級不低于射線檢測技術等級不低于AB級，合格級別級，合格級別不低于不低于II級。級。 = 0.85 局部無損檢測局部無損檢測 射線檢測技術等級不低于射線檢測技術等級不低于AB級，合格級別級，合格級別不低于不低于III級。級。注意：當容器的殼體注意：當容器的殼體A類焊接接頭為雙面焊對接接頭，要求類

33、焊接接頭為雙面焊對接接頭，要求20%射線射線檢測，此時盡管橢圓封頭上的拼接焊接接頭進行檢測，此時盡管橢圓封頭上的拼接焊接接頭進行100%檢測，但封頭檢測，但封頭厚度計算公式中的接頭系數應取值厚度計算公式中的接頭系數應取值0.85，因該接頭的無損檢測合格級，因該接頭的無損檢測合格級別與殼體一致，為別與殼體一致，為III級，不符合取值級，不符合取值1.0的要求。的要求。 38單面焊對接接頭（沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的墊單面焊對接接頭（沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的墊板）：板）： = 0.9 100%無損檢測無損檢測 射線檢測技術等級不低于射線檢測技術等級不低于AB級，級，合格級別不低于合格級別

34、不低于II級。級。 = 0.8 局部無損檢測局部無損檢測 射線檢測技術等級不低于射線檢測技術等級不低于AB級，級，合格級別不低于合格級別不低于III級。級。注意：注意：1）是對接接頭；）是對接接頭；2）全焊透結構；）全焊透結構；3）沿焊縫根部）沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的墊板。全長有緊貼基本金屬的墊板。 四、壓力容器設計基礎知識39壓力試驗：容器制造中檢查容器質量的必需工序。主要檢壓力試驗：容器制造中檢查容器質量的必需工序。主要檢查容器的強度、剛度和焊接接頭及可拆的密封連接處的密查容器的強度、剛度和焊接接頭及可拆的密封連接處的密封質量。壓力試驗方法有液壓試驗、氣壓試驗和氣液混合封質量。壓力試

35、驗方法有液壓試驗、氣壓試驗和氣液混合試驗。試驗。四、壓力容器設計基礎知識408. 壓力容器用材料：壓力容器用材料：選擇壓力容器用鋼應考慮容器的使用條件（如設計溫度、設計壓力、選擇壓力容器用鋼應考慮容器的使用條件（如設計溫度、設計壓力、介質特性和操作特點等）、材料的焊接性能、容器的制造工藝以及介質特性和操作特點等）、材料的焊接性能、容器的制造工藝以及經濟合理性。經濟合理性。鋼材的使用溫度上限應按鋼材的使用溫度上限應按GB150中各材料許用應力表中各鋼號所對中各材料許用應力表中各鋼號所對應的上限溫度。碳素鋼和碳錳鋼在高于應的上限溫度。碳素鋼和碳錳鋼在高于425下長期使用時，應考慮下長期使用時，應考

36、慮鋼中碳化物相的石墨化傾向。奧氏體鋼的使用溫度高于鋼中碳化物相的石墨化傾向。奧氏體鋼的使用溫度高于525時，鋼時，鋼中含碳量應不小于中含碳量應不小于0.04%。鋼材的使用溫度下限，除奧氏體鋼及本章有關條文另行規(guī)定者外，鋼材的使用溫度下限，除奧氏體鋼及本章有關條文另行規(guī)定者外，均高于均高于-20。鋼材的使用溫度低于或等于。鋼材的使用溫度低于或等于-20時，應按附錄時，應按附錄C的規(guī)的規(guī)定進行夏比（定進行夏比（V型缺口）低溫沖擊試驗。奧氏體鋼的使用溫度高于或型缺口）低溫沖擊試驗。奧氏體鋼的使用溫度高于或等于等于-196，可免做沖擊試驗。，可免做沖擊試驗。四、壓力容器設計基礎知識41碳素鋼鋼板：碳素

37、鋼鋼板：四、壓力容器設計基礎知識鋼板鋼板牌號牌號 允許設計壓力允許設計壓力MPa鋼板使用溫度鋼板使用溫度用于容器殼體用于容器殼體材料時鋼板厚材料時鋼板厚度限制度限制mm不允許盛裝不允許盛裝的介質的介質Q235-B 1.6 035020不得用于盛不得用于盛裝毒性程度裝毒性程度為高度和極為高度和極度危害介質度危害介質Q235-C 2.5 0400 30 42二、設計計算中的問題鍛件標準及相應級別：鍛件標準及相應級別： JB4726-2000 JB4727-2000 JB4728-2000 43四、壓力容器設計基礎知識8. 內壓圓筒計算內壓圓筒計算設計溫度下的計算厚度按下式計算：設計溫度下的計算厚度

38、按下式計算： 公式適用范圍：公式適用范圍：Pc0.4t 或或 Do/Di1.5公式中應力的推導是根據薄膜應力理論。用第一強度理論，公式中應力的推導是根據薄膜應力理論。用第一強度理論，以圓筒平均直徑為基準計算的環(huán)向應力，考慮了圓筒內壁以圓筒平均直徑為基準計算的環(huán)向應力，考慮了圓筒內壁上最大主應力與平均拉應力的差值進行了修正，并考慮了上最大主應力與平均拉應力的差值進行了修正，并考慮了縱向焊縫（縱向焊縫（A類焊接接頭）在強度方面相對于母材的削弱。類焊接接頭）在強度方面相對于母材的削弱。 44薄壁圓筒容器在工程中采用無力矩理論來進行應力計算，薄壁圓筒容器在工程中采用無力矩理論來進行應力計算，在內壓在內

39、壓P作用下，筒壁承受軸向應力和切向應力（薄膜應力）作用下，筒壁承受軸向應力和切向應力（薄膜應力）作用。由于殼體壁厚較薄，且不考慮殼體與其它連接處的作用。由于殼體壁厚較薄，且不考慮殼體與其它連接處的局部應力，忽略了彎曲應力，局部應力，忽略了彎曲應力， 這種應力稱為薄膜應力。這種應力稱為薄膜應力。四、壓力容器設計基礎知識45邊緣應力：邊緣應力：1）邊緣應力的產生：當圓筒形殼與圓球形殼或橢圓形殼相）邊緣應力的產生：當圓筒形殼與圓球形殼或橢圓形殼相連的零部件受壓后，各自產生的變形是不一致的，稱為變連的零部件受壓后，各自產生的變形是不一致的，稱為變形不連續(xù)，相互產生約束形不連續(xù)，相互產生約束 。這時，除

40、內壓產生的膨脹外，。這時，除內壓產生的膨脹外，還會產生附加的彎曲變形。與彎曲相對應，殼壁內將產生還會產生附加的彎曲變形。與彎曲相對應，殼壁內將產生彎矩和剪力，對薄壁殼體來說，由此產生的彎曲應力有時彎矩和剪力，對薄壁殼體來說，由此產生的彎曲應力有時比薄膜應力大得多，兩連接件剛度相差越大，產生的應力比薄膜應力大得多，兩連接件剛度相差越大，產生的應力也將越大也將越大 。 在實際結構中，以圓筒與平蓋連接時的邊緣應力為最在實際結構中，以圓筒與平蓋連接時的邊緣應力為最大。該應力由于只發(fā)生在兩連接件的邊界處，所以稱為邊大。該應力由于只發(fā)生在兩連接件的邊界處，所以稱為邊緣效應力或稱為不連續(xù)應力。緣效應力或稱為

41、不連續(xù)應力。四、壓力容器設計基礎知識462) 邊緣應力的特點：邊緣應力的特點： 由邊緣力和邊緣力矩引起的邊緣應力具有以下兩個特由邊緣力和邊緣力矩引起的邊緣應力具有以下兩個特點：點：局限性、自限性局限性、自限性 3）設計中對邊緣應力的考慮：）設計中對邊緣應力的考慮： 由于邊緣應力具有局限性，設計中可以在結構上只作由于邊緣應力具有局限性，設計中可以在結構上只作局部處理，例如改變連接處的結構，保證邊緣焊接的質局部處理，例如改變連接處的結構，保證邊緣焊接的質量，降低邊緣區(qū)的殘余應力，避免邊緣區(qū)附加的局部應量，降低邊緣區(qū)的殘余應力，避免邊緣區(qū)附加的局部應力集中（如應避免在邊緣區(qū)開孔）。力集中（如應避免在

42、邊緣區(qū)開孔）。四、壓力容器設計基礎知識479.外壓圓筒及外壓球殼：外壓圓筒及外壓球殼：承受外壓的圓筒，其失效方式有二種：一是因強度不足而承受外壓的圓筒，其失效方式有二種：一是因強度不足而導致破壞，另一是因為剛度不足而引起失穩(wěn)導致破壞，另一是因為剛度不足而引起失穩(wěn) 。失穩(wěn)：是指容器所受的外壓達到某種極限時，（即：達到失穩(wěn)：是指容器所受的外壓達到某種極限時，（即：達到臨界壓力臨界壓力PCr時）容器突然失去原來的形狀，而出現(xiàn)有規(guī)則時）容器突然失去原來的形狀，而出現(xiàn)有規(guī)則的波形，在卸去外壓后，仍不能恢復原來的形狀。的波形，在卸去外壓后，仍不能恢復原來的形狀。容器失穩(wěn)時的壓力稱臨界壓力，以容器失穩(wěn)時的壓

43、力稱臨界壓力，以Pcr表示。容器在表示。容器在Pcr作作用下容器壁內應力稱臨界應力。用下容器壁內應力稱臨界應力。承受外壓的圓筒形殼體，按不同的幾何尺寸失穩(wěn)時的不同承受外壓的圓筒形殼體，按不同的幾何尺寸失穩(wěn)時的不同形式（波形數不同），將圓筒分為長圓筒、短圓筒及剛性形式（波形數不同），將圓筒分為長圓筒、短圓筒及剛性圓筒等三種。圓筒等三種。 四、壓力容器設計基礎知識48為提高外壓圓筒承載能力，通常采用的方法是設為提高外壓圓筒承載能力，通常采用的方法是設置外壓加強圈，圓筒的置外壓加強圈，圓筒的 外壓計算長度外壓計算長度 ，以提高，以提高圓筒承受外壓的能力。圓筒承受外壓的能力。四、壓力容器設計基礎知識4

44、910. 10. 橢圓形封頭橢圓形封頭: :標準橢圓封頭的應力標準橢圓封頭的應力分布見圖分布見圖5-15-1從圖從圖5-1可以看出，標準橢圓形封頭可以看出，標準橢圓形封頭上最大拉應力發(fā)生于封頭頂點，該上最大拉應力發(fā)生于封頭頂點，該處的經向應力與周向應力相等，即，處的經向應力與周向應力相等，即，封頭上最大壓應力發(fā)生于封頭底邊，封頭上最大壓應力發(fā)生于封頭底邊，該處的周向壓應力絕對值與頂點應該處的周向壓應力絕對值與頂點應力相等。力相等。橢圓形封頭在內壓作用下，在底邊橢圓形封頭在內壓作用下，在底邊會產生周向壓應力，可能引起封頭會產生周向壓應力，可能引起封頭的周向失穩(wěn)，因此，封頭在設計上的周向失穩(wěn)，因此

45、，封頭在設計上必須考慮壓應力區(qū)的失穩(wěn)問題。必須考慮壓應力區(qū)的失穩(wěn)問題。四、壓力容器設計基礎知識50典型封頭型式：典型封頭型式：四、壓力容器設計基礎知識5111. 錐殼：錐殼：錐殼與圓筒的連接應采用全焊透結構錐殼與圓筒的連接應采用全焊透結構 對于軸對稱的錐形封頭大端對于軸對稱的錐形封頭大端 當錐殼半頂角當錐殼半頂角30時，可以采用無折邊結構；時，可以采用無折邊結構； 當當30時，應采用帶過渡段的折邊結構，時，應采用帶過渡段的折邊結構，否則應按應力分析法進行設計。否則應按應力分析法進行設計。 當當60時，按平蓋計算。時，按平蓋計算。四、壓力容器設計基礎知識5212. 開孔補強開孔補強 不另行補強的

46、條件（不另行補強的條件（GB150-1998中中8.3節(jié)）節(jié)）設計壓力小于或等于設計壓力小于或等于2.5Mpa;兩相鄰開孔中心間距（對曲面間距以弧長計算）應不小兩相鄰開孔中心間距（對曲面間距以弧長計算）應不小于兩孔直徑之和的兩倍；于兩孔直徑之和的兩倍；接管公稱外徑小于或等于接管公稱外徑小于或等于89 mm；接管最小壁厚滿足接管最小壁厚滿足150表表8-1。注意。注意:表表8-1下面的注解下面的注解四、壓力容器設計基礎知識53兩種開孔補強型式兩種開孔補強型式整體補強和局部補強（補強圈）整體補強和局部補強（補強圈） 整體補強整體補強 增加殼體厚度（經濟性差）增加殼體厚度（經濟性差） 厚壁管（推薦）

47、厚壁管（推薦） 整體補強鍛件與殼體焊接（嵌入式接管）整體補強鍛件與殼體焊接（嵌入式接管）局部補強局部補強 補強圈（推薦）補強圈（推薦）采用補強圈補強，應遵循下列規(guī)定：采用補強圈補強，應遵循下列規(guī)定：a. a. 鋼材的標準抗拉強度下限值鋼材的標準抗拉強度下限值540MPa 540MPa ；b. b. 補強圈厚度小于或等于補強圈厚度小于或等于1.5n 1.5n ；c. c. 殼體名義厚度殼體名義厚度n38mm n38mm 。 四、壓力容器設計基礎知識5413.法蘭設計包括下列內容：法蘭設計包括下列內容： 1)墊片壓緊力：計算在預緊和操作狀態(tài)下需要的最小墊片墊片壓緊力：計算在預緊和操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力壓緊力; 2)螺栓：螺栓載荷；螺栓面積；在預緊和操作狀態(tài)下螺栓螺栓：螺栓載荷；螺栓面積；在預緊和操作狀態(tài)下螺栓設計載荷的計算設計載荷的計算 3)法蘭：在預緊和操作狀態(tài)下法蘭力矩的計算；法蘭的應法蘭：在預緊和操作狀態(tài)下法蘭力矩的計算；法蘭的應力及其校核。力及其校核。四、壓力容器設計基礎知