壓力容器設計基本規(guī)則

壓力容器設計質量保證手冊2011包頭市青峰機械制造有限公司PAGE14為規(guī)范包頭市青峰機械制造有限公司（下稱本廠）在壓力容器設計方面的工作，使設計的方法系統(tǒng)化、選用的標準統(tǒng)一化，同時提高設計人員的技術水平。特制定以下設計要求及設計規(guī)則，所有設計人員應遵守執(zhí)行。一、設計的依據(jù)依據(jù)用戶提供的“壓力容器技術參數(shù)”或公司經市場調查開發(fā)的壓力容器產品類型、類別的技術參數(shù)。設計人員在設計中應遵循國家質檢總局頒布的《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》TSGR0004-2009、《特種設備安全監(jiān)察條例》、GB150.1～150.4-2011《壓力容器》、GB151-1999《管殼式換熱器》、本廠制定的《壓力容器設計質量保證手冊》以及相關的法規(guī)、標準。確保設計符合要求。二、各級人員應具備的條件1、技術總負責人a）具有較全面的壓力容器專業(yè)知識；b)熟知并能正確運用有關規(guī)程、標準和技術規(guī)范，能組織各級設計人員正確貫徹執(zhí)行；c)熟知壓力容器設計工作和國內外有關技術發(fā)展情況，具有綜合分析和判斷能力，對重大技術問題上能做出正確決定。2、審核人員a)熟悉并能指導設計、校核人員正確執(zhí)行有關規(guī)程、標準等技術規(guī)范，能解決設計、制造、安裝中的技術問題；b)能認真貫徹執(zhí)行國家的有關技術方針、政策，工作責任心強，具有較全面的壓力容器設計專業(yè)知識，能保證設計質量；c)具有審查計算機設計的能力；d)具有3年以上壓力容器設計校核經歷。e)具有中級以上（含中級）技術職稱；f)具有《設計審核員資格證書》。3、校核人員a)熟悉并能運用有關規(guī)程、標準等技術規(guī)范，能指導設計人員的設計工作；b)具有壓力容器設計知識，有設計成果且已投入制造、使用環(huán)節(jié)；c)熟練掌握計算機進行設計的能力；d)具有3年以上壓力容器設計經歷；e)具有初級以上（含初級）技術職稱。4、設計人員a)具有一定的壓力容器設計專業(yè)知識；b)能較好地貫徹執(zhí)行有關規(guī)程、標準等技術規(guī)范；c)能在審核人員的指導下獨立完成設計工作，并會使用計算機進行設計；d)具有初級以上（含初級）技術職稱和一年以上的設計經歷。5、標準化人員：a）標準化審查是負責設計圖樣和技術文件貫標工作，在審查中發(fā)現(xiàn)如有與國家現(xiàn)行標準、法規(guī)不符應提出審查意見，確保全部設計圖樣和技術文件符合國家現(xiàn)行標準、法規(guī)的要求，并按規(guī)定簽署技術文件。b）負責新標準貫徹實施工作，并負責新標準的訂購、學習、宣傳、教育、總結，確保工廠標準化工作順利實施。三、設計基本參數(shù)的確定及標準件的選擇1、根據(jù)用戶提出的工藝參數(shù)，包括工作溫度、工作壓力、工作介質等條件確定設計的基本技術參數(shù)，基本技術參數(shù)包括：a容器類別b設計壓力c設計溫度d介質e幾何容積f腐蝕裕度j焊縫系數(shù)h主要受壓元件材質等項。a）確定容器類別容器類別的劃分在中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒發(fā)的《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱固容規(guī)）附錄A中有詳細的規(guī)定，主要根據(jù)介質的危害性確定介質的組別，然后根據(jù)容器設計壓力的大小查對應的圖表確定容器的類別。另：具體壓力容器類別及等級劃分見《固容規(guī)》附錄A（P41）；易爆介質見《固容規(guī)》A1.2.2(P41)介質的毒性危害程度和爆炸危險程度分HG20660-2000《壓力容器中化學介質毒性危害和爆炸危險程度分類》。HG20660-2000中沒有規(guī)定的，參照GB5044-85《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》的相關規(guī)定。b）確定設計壓力設計壓力一般取值為最高工作壓力的1.05～1.10倍。至于是取1.05還是取1.10，取決于介質的危害性和容器所附帶的安全裝置。介質無害或裝有安全閥就可以取下限1.05，否則取上限1.10。另：具體規(guī)定參見GB150.1-2011《壓力容器-通用要求》4.3.3(P10)的相關規(guī)定。c）確定設計溫度一般是在用戶提供的工作溫度的基礎上，再考慮容器所處環(huán)境溫度和容器工作中可能達到的最高溫度（最低溫度）綜合考慮獲得。另：具體設計溫度的確定參見GB150.1-2011《壓力容器-通用要求》4.3.4（P11）的相關規(guī)定。d）確定幾何容積按結構設計完成后的實際容積填寫即可。e）確定腐蝕裕量由所選定受壓元件的材質、工作介質對受壓元件的腐蝕率、容器使用環(huán)境和用戶期待的使用壽命來確定，實際上應先選定受壓元件的材質，再確定腐蝕裕量。工作介質對受壓元件的腐蝕率主要按實測數(shù)據(jù)和經驗來確定，受使用環(huán)境影響很大，變數(shù)很多，目前無現(xiàn)成的數(shù)據(jù)。一般介質無腐蝕的容器，其腐蝕裕量取1～2mm即可滿足使用壽命的要求。另：《固容規(guī)》3.11（P15）和GB150.1-2011《壓力容器-通用要求》4.3.6.2（p11）對腐蝕裕量進行了規(guī)定。f）確定焊縫系數(shù)焊縫系數(shù)的標準叫法叫焊接接頭系數(shù)，GB150.1-2011《壓力容器-通用要求》4.5.2（P13）對其取值進行了規(guī)定。其焊縫系數(shù)取1.0，即焊接接頭應進行100%的無損檢測，其他情況一般選焊縫系數(shù)為0.85。具體取值，可以按《固容規(guī)》3.14.2（P15）所規(guī)定的情況選擇。g）主要受壓元件材質的確定材質的確定在滿足安全和使用條件的前提下，還要考慮工藝性和經濟性。GB150.2-2011《壓力容器-材料》中對材料的使用作了相應規(guī)定，對這些規(guī)定的掌握是非常必要的。比較常用的材料有Q245R、Q345R、16MnDR和Q235B(Q235C)等材料.。1）、Q245R為常用的壓力容器專用鋼板，使用最廣也最經濟;2）、Q345R在材料要求比較高的容器中使用廣泛；3）、16MnDR一般用于低于－20℃的低溫容器；4）、對于Q235B(Q235C)的使用應嚴格控制：●鋼的化學成分應符合GB/T700-2006《碳素結構鋼》的規(guī)定，但鋼板質量證明書中的磷、硫含量應符合P≤0.035%、S≤0.035%的要求?！窈穸鹊扔诨虼笥?mm的鋼板應進行沖擊試驗，試驗結果應符合GB/T700的規(guī)定。對于使用溫度低于20℃至0℃、厚度等于或大于6mm的Q235C鋼板，容器制造單位應附加進行橫向試樣的0℃的沖擊試驗，3個標準沖擊試樣的沖擊功平均值KV2≤27J，1個試樣的沖擊功最低值以及小尺寸沖擊式樣的沖擊功數(shù)值按GB/T700的相應規(guī)定。●鋼板應進行冷彎試驗，冷彎合格標準按GB/T700的規(guī)定。●設計壓力<1.6MPa；●鋼板使用溫度20℃～300℃（0℃～300℃）；●用于殼體時厚度不得大于16mm，用于其他受壓元件時厚度不大于30mm（40mm），且不得用于高度危害的介質。另：對材料選用的條件參見GB150.2-2011《壓力容器-材料》4鋼板（P42～51）及附錄D（P87）的相關規(guī)定。2、確定容器直徑及厚度計算時首先要確定容器直徑。除非用戶有要求，一般取長徑比為2～5，很多情況下取2～3就可以了（經驗值可做為設計時的參考）。有了容器直徑，即可按照中徑公式計算出厚度，此厚度即為計算厚度，其名義厚度為計算厚度與腐蝕裕量之和，再向上圓整到鋼板的商品厚度。另：計算厚度、設計厚度、名義厚度、有效厚度、最小厚度見GB150.1-2011《壓力容器-通用要求》3.1.10～3.1.13（P7）的相關規(guī)定。3、容器相應標準件及安全附件的規(guī)定3.1、容器接管的規(guī)定選擇接管時應參見GB150.2-2011《壓力容器-材料》中5.1碳素鋼和低合金鋼鋼管（P51）及5.2高合金鋼鋼管（P52）的相關規(guī)定選取。3.2、法蘭及其密封面型式的規(guī)定法蘭及其密封面型式是設計書中要求的，常用的法蘭有板式平焊法蘭、帶頸平焊法蘭和帶頸對焊法蘭等。其選擇的要求如下規(guī)定：1）、壓力等級必須高于設計壓力等級；2)、其材質一般與筒體相同；3)、確定管口在殼體上的位置時，在空間較為緊張的情況下，一般也應保持焊縫與焊縫間的距離不小于50mm，以避免焊接熱影響區(qū)的相互疊加。另：具體法蘭分類見GB150.3-2011《壓力容器-設計》7.1～7.2（P183）的相關規(guī)定。3.3、手孔及人孔的設置人孔和手孔是用來檢查、裝拆和洗滌容器內部的裝置。一般規(guī)定手孔的直徑不應小于150mm，直徑大于1000mm的容器不宜設置手孔，而應該為人孔。常見的人孔形狀有圓形和橢圓形兩種，圓形人孔的直徑至少應為400mm，橢圓形人孔的尺寸一般為350mm×450mm。另：具體開孔尺寸規(guī)定參見《固容規(guī)》3.18（P16）。3.4、支座的選取立式容器所用支座包括腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座，臥式容器多選用鞍式支座。另：具體選取參見標準零部件第九章。3.5、封頭的選取參見GB/T25198-2010《壓力容器封頭》。3.6、補強圈的選取參見JB/T4736-2002《補強圈》3.7、超壓泄放裝置的設置主要的超壓泄放裝置為安全閥和爆破片，其選取及計算參見GB150.1-2011《壓力容器-通用要求》附錄B（P17）的規(guī)定。四、容器焊接、補強及耐壓試驗要求1、常用鋼號推薦選用的焊材常用鋼號推薦選用的焊接材料表鋼號焊條電弧焊埋弧焊CO2氣保焊焊條型號焊條牌號焊劑牌號焊絲牌號焊絲型號10（管）20（管）E4316E4315J426J427HJ431H08A—Q235BQ235CQ245RE4316E4315J426J427HJ431H08MnA—15MnNiDRE5015-GW607———16MnDR16MnDE5016-GE5015-GJ506RHJ507RH———15CrMo15CrMoG15CrMoRE5515-B2R307HJ350SJ101H08CrMoAH08CrMoAER55-B206Cr19Ni10E308-16E308-15A102A107SJ601HJ260H08Cr21Ni10H08Cr21Ni10—06Cr18Ni11TiE347-16E347-15A132A137SJ641H08Cr20Ni10Nb—16MnQ345RE5016E5015E5303J506J507J502HJ431HJ350SJ101H10Mn2H10Mn2H10Mn2ER49-1ER50-62、容器的開孔補強要求容器上開孔要符合GB150.3-2011《壓力容器-設計》6.1.1（p152）的規(guī)定，補強方法一般選用等面積補強法，其適用范圍為：a）、當圓筒內徑Di≤1500mm時，開孔最大直徑dop≤Di/2，且dop≤520mm；當圓筒內徑Di>1500mm時，開孔最大直徑dop≤Di/3，且dop≤1000mm；b）、凸形封頭或球殼開孔的最大允許直徑dop≤Di/2；c）、錐形封頭開孔的最大直徑dop≤Di/3，Di為開孔中心處的錐殼內直徑。開孔一般都需要進行補強計算，不需要補強的條件（需滿足以下全部要求）：a）、設計壓力p≤2.5MPa；b）、兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）應不小于兩孔之和；對于3個或以上相鄰開孔，任意兩孔中心間距（對曲面間距以弧長計算）應不小于該兩孔直徑之和的2.5倍；c）、接管外徑小于或等于89mm；d）、接管壁厚滿足下表要求，表中接管壁厚的腐蝕余量為1mm，需要加大腐蝕余量時，應相應增加壁厚；接管外徑253238454857657689接管壁厚≥3.5≥4.0≥5.0≥6.0e）、開孔不得位于A、B類焊接接頭上；f）、鋼材的標準抗拉強度下限值Rm≥540MPa時，接管與殼體的連接宜采用全焊透的結構型式。另：具體補強要求及計算方法參見GB150.3-2011《壓力容器-設計》第6部分（p153～p182）的相關規(guī)定。3、耐壓試驗要求耐壓試驗包括液壓試驗、氣壓試驗和氣液組合試驗。常用的耐壓試驗為液壓試驗。另：具體耐壓試驗的方法選擇及壓力計算參見GB150.1-2011《壓力容器-通用要求》4.6（P14）的相關規(guī)定。六、技術要求的書寫樣例（本樣例只作為書寫技術要求時的參考，具體技術要求的書寫以設計實際情況為準）1、本設備按GB150.1～150.4-2011《壓力容器》進行制造、試驗和驗收，并接受國家質量技術監(jiān)督局頒發(fā)的《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》的監(jiān)督。2、焊接形式除圖樣規(guī)定外，其余按GB150.3-2011《壓力容器-設計》中附錄D的規(guī)定和GB985.1-2008《氣焊、焊條電弧焊、氣體保護焊和高能束焊的推薦坡口》的規(guī)定。3、焊接采用手工電弧焊，焊條型號：E4315.4、筒體焊接完畢后，形狀、尺寸和外觀合格后，對A、B類焊縫進行100%探傷。5、焊縫的射線探傷按JB/T4730.2-2005《承壓設備無損檢測》的規(guī)定。6、管口方位以本圖為準。7、容器的油漆、包裝、運輸按JB/T4711-2003《壓力容器涂敷運輸包裝》的規(guī)定。8、容器的銘牌應安裝在明顯的位置。9、使用與管理按《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》執(zhí)行。七、設計時優(yōu)先選用的標準設計標準：GB150.1～150.4-2011《壓力容器》GB151-1999《管殼式換熱器》JB/T4731-2005《鋼制臥式容器》JB/T4735-1997《鋼制焊接常壓容器》執(zhí)行標準：《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》TSGR0004-2009《壓力容器設計質量保證手冊》焊接標準：NB/T47014-2011《承壓設備焊接工藝評定》NB/T47015-2011《壓力容器焊接規(guī)程》探傷標準：JB/T4730.1～4730.6-2005《承壓設備無損檢測》鋼板標準：GB713-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》GB/T1591-2008《低合金高強度結構鋼》GB3531-2008《低溫壓力容器用低合金鋼鋼板》GB/T3280-2007《不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶》鋼管標準：GB9948-2006《石油裂化用無縫鋼管》