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1、n压力容器复习提纲n Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 nWhere there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望压力容器设计人培训考核压力容器设计人培训考核桑如苞桑如苞 2005 2005年年1010月月2828日日 讲讲 座座压力容器设计人考核要点n一一.材料材料.n二二.焊焊接接给压给压力容器力容器带带来的不良影响来的不良影响.n三三.检验检验要求要求.n四四.耐耐蚀蚀要求要求.n五五.制造要求制造要求.n六六.内内压圆压圆筒公式适用范筒公式适用范围围.n七七.椭圆封头计算椭圆封头计算.n八八.卧式容
2、器卧式容器.n九九.卧式固定换热器卧式固定换热器.n十十.外压容器外压容器.压力容器设计人考核要点n十一十一.管箱平盖的计算方法管箱平盖的计算方法.n十二十二.容器上的高应力源及消除方法容器上的高应力源及消除方法.n十三十三.三种主要壳体厚度计算时所针对的应力的三种主要壳体厚度计算时所针对的应力的特性特性.n十四十四.三种主要壳体厚度计算公式中所针对的焊三种主要壳体厚度计算公式中所针对的焊缝缝.n十五十五.“监规监规”中有关规定（可查规程作答）中有关规定（可查规程作答）.n十六十六.等面积补强法中有效补强范围的依据，计等面积补强法中有效补强范围的依据，计算厚度的确定，及各种壳体上不同方向接管时
3、算厚度的确定，及各种壳体上不同方向接管时开孔计算直径的确定开孔计算直径的确定.一一.材料材料n1 化学成份要求：化学成份要求：n压力容器用钢材：压力容器用钢材：磷含量（熔炼分析）磷含量（熔炼分析）0.030%硫含量硫含量 0.020%，n焊接压力容器的碳钢、低合金钢含碳量焊接压力容器的碳钢、低合金钢含碳量 0.25%(限制这些含量的作用限制这些含量的作用)奥氏体不锈钢长期在奥氏体不锈钢长期在525 时工作，时工作，钢中含碳量钢中含碳量 0.04%一一.材料材料n2 2 使用热处理状态要求：使用热处理状态要求：须正火状态使用的钢板厚度界限（须正火状态使用的钢板厚度界限（GB 150 GB 150
4、 4.2.5 4.2.5）n3 3 逐张检测要求：逐张检测要求：见见“监规，监规，P11,GB150 P10 P11,GB150 P10 n4 4 锻件级别要求：锻件级别要求：见见GB150 P11,4.4.2 GB150 P11,4.4.2 以上要求中，应特别注意：大于、小于及等于以上要求中，应特别注意：大于、小于及等于的规定。的规定。二二.焊焊接给压力容器带来的不良影响接给压力容器带来的不良影响n1 1造成缺陷，如气孔、夹渣等，直造成缺陷，如气孔、夹渣等，直接影响焊缝强度。接影响焊缝强度。n2 2 在在焊缝焊缝与母材与母材间间引起引起焊焊接残余接残余应力。应力。n3 3使母材使母材热热影响
5、区性能下降，其中影响区性能下降，其中特特别别是冲是冲击韧击韧性下降尤其性下降尤其严严重。重。二二.焊焊接给压力容器带来的不良影响接给压力容器带来的不良影响上述三方面的影响，对不同的容器作用不同。上述三方面的影响，对不同的容器作用不同。“缺陷缺陷”对所有压力容器都有影响（与一对所有压力容器都有影响（与一次应力相关）故都须考虑，通过焊接接头系数次应力相关）故都须考虑，通过焊接接头系数体现。与单面焊双面焊有关，与无损检测比例体现。与单面焊双面焊有关，与无损检测比例相联系。相联系。“残余应力残余应力”：该应力可以达到很高的数：该应力可以达到很高的数值，但由于它是一种自平衡的应力，所以并不值，但由于它是
6、一种自平衡的应力，所以并不影响容器的承载能力。为此在容器壁厚计算中影响容器的承载能力。为此在容器壁厚计算中可不考虑。并且由于它不会可不考虑。并且由于它不会“反复反复”出现，所出现，所以不会引起不安定的问题（即可不按二次应力以不会引起不安定的问题（即可不按二次应力限制）。但它会对脆性破坏及应力腐蚀产生作限制）。但它会对脆性破坏及应力腐蚀产生作用，为此用，为此二二.焊焊接给压力容器带来的不良影响接给压力容器带来的不良影响 对有可能发生脆性破坏的容器，如低温容器、对有可能发生脆性破坏的容器，如低温容器、高强钢（高强钢（b b540Mpa540Mpa ）的容器等要加以考虑。的容器等要加以考虑。另外，对
7、有应力腐蚀可能的容器也应考虑另外，对有应力腐蚀可能的容器也应考虑(如如液化气罐液化气罐)消除焊接残余应力的方法即是焊后消除焊接残余应力的方法即是焊后消残热处理。消残热处理。对对“韧性韧性”的影响：就一般常温、高温容的影响：就一般常温、高温容器影响不大，可不考虑。但对低温容器必须考器影响不大，可不考虑。但对低温容器必须考虑。由于焊接过程中母材热影响区中材料的韧虑。由于焊接过程中母材热影响区中材料的韧性下降是不可避免的，为了使焊态母材热影响性下降是不可避免的，为了使焊态母材热影响区的冲击韧性能保持在一定的水平，区的冲击韧性能保持在一定的水平，则则必要必要时时，应应提高提高对对母材低温冲母材低温冲击
8、韧击韧二二.焊焊接给压力容器带来的不良影响接给压力容器带来的不良影响性（性（Akv）的要求，或降低材料）的要求，或降低材料Akv冲击试验冲击试验的温度。的温度。从保证容器安全的角度出发，希望焊接造从保证容器安全的角度出发，希望焊接造成热影响区中母材的冲击韧性的损失降到较小成热影响区中母材的冲击韧性的损失降到较小的程度，故对焊接工艺应控制较小的线能量。的程度，故对焊接工艺应控制较小的线能量。为此宜采用手工焊、小电流、细焊丝、多道焊，为此宜采用手工焊、小电流、细焊丝、多道焊，减小对母材冲击韧性的影响。减小对母材冲击韧性的影响。低温容器的焊接应为此精工细作。低温容器的焊接应为此精工细作。低温低应力工
9、况及低温环境度影响的考虑。低温低应力工况及低温环境度影响的考虑。三三.检检验要求验要求 n焊缝焊缝100 100 检测要求的条件，检测要求的条件，见见“监规，监规，P43 P43，第，第85 85 条。此外，应特别注意：条。此外，应特别注意：对局部检测的容器上的对局部检测的容器上的T T 形接头，必须形接头，必须100 100 进行检测，但其合格级别与进行检测，但其合格级别与1 1 时的要时的要求不同。求不同。成形封头（椭圆封头等），先拼后成形时，成形封头（椭圆封头等），先拼后成形时，拼缝应拼缝应100 100 检测（尽管封头检测（尽管封头不一定取不一定取1 1），），其合格级别也是与其合格级
10、别也是与相联系的（即相联系的（即X X 线检测时，线检测时，合格级别可合格级别可IIII或或III III 级）封头成形后对过渡区应级）封头成形后对过渡区应重新检测，但非过渡区无此要求（即并非整个封重新检测，但非过渡区无此要求（即并非整个封头的拼缝要全部重检）。头的拼缝要全部重检）。三三.检检验要求验要求 磁粉与渗透检测相比，具有灵敏度较磁粉与渗透检测相比，具有灵敏度较高，兼能检测材料近表面缺陷的优点，为高，兼能检测材料近表面缺陷的优点，为此对铁磁性材料应优先采用磁粉检测。但此对铁磁性材料应优先采用磁粉检测。但该法不能用于奥氏体不锈钢材料。该法不能用于奥氏体不锈钢材料。射线与超声检测比较（超声
11、对奥氏体射线与超声检测比较（超声对奥氏体不锈钢焊缝的不适应性）不锈钢焊缝的不适应性）四四.耐耐蚀要求蚀要求n1 1 晶晶间间腐腐蚀蚀：不不锈锈钢钢的的晶晶间间腐腐蚀蚀是是由由于于贫铬形起的。为此避免方法：贫铬形起的。为此避免方法：采采用用超超低低碳碳不不锈锈钢钢（碳碳含含量量0.03 0.03%）；）；材料中添加稳定化元素，如材料中添加稳定化元素，如TiTi、NiNi等；等；采采用用固固熔熔化化处处理理（温温度度1100 1100）或或稳稳定化处理（温度定化处理（温度875 875）。）。四四.耐耐蚀要求蚀要求n2应应力力腐腐蚀蚀：对对不不锈锈钢钢和和碳碳钢钢都都可可发发生生：是是在在应应力力
12、腐腐蚀蚀环环境境和和材材料料在在拉拉应应力力共共同同作作用用下下发发生生。避避免免或或缓缓和和应应力力腐腐蚀蚀的的方方法法。除除了了选选材材考考虑虑外外，尚尚要要尽尽量量降降低低材材料料的的高高应应力力（有有两两种种，见见后后“十十二二”条条）。主主要要采采取取焊焊后后消消残残热热处处理理和和打打磨磨园园角角两两种种措措施施。不要把晶间腐蚀和应力腐蚀相混淆。不要把晶间腐蚀和应力腐蚀相混淆。n液液化化石石油油气气储储罐罐设设计计中中一一般般应应考考虑虑H2S的的应力腐蚀可能。应力腐蚀可能。五五.制制造要求造要求n1.GB150-98 1.GB150-98 中中对圆对圆筒最小厚度筒最小厚度规规定定
13、（2mm,3 mm 2mm,3 mm）是出于）是出于焊焊接工接工艺艺的要的要求，与求，与刚刚度等无关。而度等无关。而GB 151GB 151中中对圆对圆筒最小厚度的要求是出于局部筒最小厚度的要求是出于局部应应力、力、刚刚性安装等要求，其性安装等要求，其值较值较大大。n2 2 对对“厚板厚板”端部以端部以1:31:3 斜度削薄斜度削薄的作法，是考的作法，是考虑虑它它们间们间厚度厚度较缓过滤较缓过滤，可以减小局部可以减小局部应应力。力。五五.制制造要求造要求n3 3 对相邻焊缝间距不小于对相邻焊缝间距不小于33 及及100mm100mm的要求，的要求，是出于免使焊缝热影响区重叠，减小焊接造成的是出
14、于免使焊缝热影响区重叠，减小焊接造成的不良影响。不良影响。n4 4 限制容器液压试验时液体（水）的温度，是限制容器液压试验时液体（水）的温度，是为了防止低温脆性破坏的发生。此温度对不同材为了防止低温脆性破坏的发生。此温度对不同材料是不同的。脆性偏大的材料，试验温度较高。料是不同的。脆性偏大的材料，试验温度较高。碳钢、碳钢、15MnVR 15MnVR、16MnR 16MnR 等材料的试验温度控制在等材料的试验温度控制在5 5 以上。以上。n5.5.压力容器上常用的四种热处理方法及应用。压力容器上常用的四种热处理方法及应用。六六.内内压圆筒公式适用范围压圆筒公式适用范围 nPc0.4Pc0.4t
15、t,此此条条件件等等同同于于K1.5K1.5（K-K-圆圆筒筒外外径径与与内内径径之之比比）。圆圆筒筒最最小小厚厚度度的的考虑因素。考虑因素。n容容器器工工作作压压力力系系指指操操作作过过程程中中可可能能出出现现的的容容器器顶顶部部的的压压力力。容容器器容容积积不不扣扣除除内内件件的的体积。体积。n圆圆柱柱壳壳在在端端部部均均布布边边界界力力作作用用下下，壳壳中中局局部部薄薄膜膜（环环向向）应应力力与与轴轴向向弯弯曲曲应应力力衰衰减减长度的概念在压力容器设计中的应用：长度的概念在压力容器设计中的应用：六六.内内压圆筒公式适用范围压圆筒公式适用范围 开开孔孔补补强强锥锥壳壳大大小小端端加加强强段
16、段无无折折边球封边球封卧式鞍座计算等。卧式鞍座计算等。计计算算厚厚度度、设设计计厚厚度度、名名义义厚厚度度、有有效效厚厚度度的概念。有效厚度的的概念。有效厚度的应应用。用。锥锥壳壳加加强强段段（大大、小小端端），计计算算的的对对象象，加强段长度的意义。加强段长度的意义。标标准准椭椭圆圆封封头头最最大大应应力力的的位位置置、部部位位、方方向、组成及性质。向、组成及性质。七七.椭椭圆封头计算圆封头计算 椭圆封头在内压作用下，既有强度问题，又有椭圆封头在内压作用下，既有强度问题，又有稳定问题，封头厚度是根据强度进行计算的，对稳定问题，封头厚度是根据强度进行计算的，对它的稳定是通过限制封头的最小有效厚
17、度的方法它的稳定是通过限制封头的最小有效厚度的方法加以控制：就此对标准封头规定了不小于加以控制：就此对标准封头规定了不小于0.15%Di,对非标准封头规定了不小于对非标准封头规定了不小于0.3%Di的限制条的限制条件。件。封头冲压成形后的最小厚度要求？封头冲压成形后的最小厚度要求？椭圆封头上不同部位开孔时（分过渡区和球壳椭圆封头上不同部位开孔时（分过渡区和球壳区）。开孔补强计算时，其壳体计算厚度的取值区）。开孔补强计算时，其壳体计算厚度的取值不同（可分别取封头计算厚度和当量球壳计算厚不同（可分别取封头计算厚度和当量球壳计算厚度）。度）。八八.卧卧式容器式容器 n鞍座位置鞍座位置A的要求：的要求
18、：A0.5Rm；A0.2L。其意义分别是：其意义分别是：对对是是能能利利用用封封头头的的挺挺性性，以以保保持持鞍鞍座座位位置置的的圆圆筒筒横横截截面面为为圆圆形形，从从而而具具有有较较大大的的抗抗弯弯矩矩（截截面面模模量量），对对降降低低筒筒体体轴轴向向应应力力、切切向向剪剪应应力力和和周周向向应力均有利。应力均有利。八八.卧卧式容器式容器 对对是是使使容容器器上上由由重重力力等等引引起起的的轴轴向向弯弯矩矩控控制制在在最最小小值值，此此时时圆圆筒筒上上鞍鞍座座位位置置截截面面的的轴轴向向弯弯矩矩与与两两支支座座跨跨中中截截面处的轴向弯矩相等。面处的轴向弯矩相等。固固定定支支座座一一般般应应设
19、设置置在在圆圆筒筒上上管管线线较较粗粗、较较多多的的一一端端。目目的的可可减减小小圆圆筒筒热热胀胀冷冷缩缩时时产产生生的的温温差差应应力力。鞍鞍座座包包角角一般为一般为120。九九.卧卧式固定换热器式固定换热器 1 1 采采用用弓弓形形折折流流板板时时，缺缺口口位位置置讲讲究究：对对壳壳程程为为气气液液两两相相并并存存的的状状态态时时，必必须须左左右右布布置置，否否则则成成果果严严重重，造成损失。造成损失。2 2 当当壳壳程程壳壳体体上上焊焊有有防防冲冲板板时时，折折流流板板的的拉拉杆杆应应固固定定在在远远离离挡挡板板的的那那块管板上，否则不便组装。块管板上，否则不便组装。3 3 管管箱箱热热
20、处处理理条条件件（见见GB151 GB151）。九九.卧卧式固定换热器式固定换热器 4 4 换换热热器器进进出出口口管管口口，当当直直径径较较大大，且且靠靠近近管管板板或或法法兰兰时时，应应注注意意其其开开孔孔补补强强计计算算中中，接接管管两两侧侧是是否否都都具具有有（B=2dB=2d）的的补补强强范范围围。否否则则：SW6SW6计算书是无效的，应手工修正计算计算书是无效的，应手工修正计算 5 5 换换热热器器（固固定定管管板板）壳壳程程壳壳体体在在内内压压作作用用下下的的受受力力与与一一般般内内压压圆圆筒筒不不同同，轴轴向向应应力力与与其其环环向应力间无向应力间无1:21:2的关系。的关系。
21、6 6 固固定定管管板板与与U U形形管管板板、浮浮头头管管板板的的受受力力比比较较、最最大大应应力力的的位位置置，管管子子应应力力分分布布情情况况，法法兰兰力力矩矩对固定管板应力的影响。对固定管板应力的影响。十十.外外压容器压容器 n外外压压容容器器的的破破坏坏有有失失稳稳和和强强度度破破坏坏两两种种可可能能，设设计计应应包包括括强强度度计计算算和和稳稳定定校校核核。但但一一般般失失稳稳往往往往在在强强度度破破坏坏前前发发生生，所所以以稳稳定定计计算算是是外外压压容容器器设设计计的的主主要要考考虑虑方方面面。系数系数A A、B B的意的意义义。n椭椭圆圆封封头头与与圆圆筒筒组组成成的的外外压
22、压容容器器，圆圆筒筒的的外外压压计计算算长长度度L L 圆圆筒筒长长度度封封头头直直边边段段的的2 2 倍封倍封头头曲面深度的曲面深度的1/31/3的两倍。的两倍。十一十一.管管箱平盖的计算方法箱平盖的计算方法 n管管箱箱平平盖盖的的计计算算方方法法与与一一般般圆圆平平板板的的方方法法不不同同，它它不不仅仅按按通通常常平平板板的的公公式式计计算算强强度度所所需需的的厚厚度度，而而且且还还按按刚刚度度要求计算厚度，且取其大值。要求计算厚度，且取其大值。n拼拼接接管管板板不不论论厚厚薄薄，一一律律要要100 100 检检测。测。十二十二.容容器上的高应力源及消除方法器上的高应力源及消除方法 容容
23、器器 上上 的的 高高 应应 力力 源源 有有 两两 种种：焊焊接接残残余余应应力力，此此应应力力对对低低温温容容器器，应应力力腐腐蚀蚀容容器器，高高强强钢钢容容器器可可产产生生不不良良影影响响。为为此此必必须须消消除除，即即应应采采用用焊焊后后热热处处理理，但但因因这这种种应应力力不不会会反反复复循循环环出出现现，为为此此对对疲疲劳劳容容器器不不会会产产生生影影响响，所所以以疲疲劳劳容容器器并并不不一一定定要要求求作作消消残处理。残处理。十二十二.容容器上的高应力源及消除方法器上的高应力源及消除方法 结结构构突突变变处处（如如接接管管端端部部）由由于于压压力力产产生生的的峰峰值值应应力力，其
24、其值值可可很很高高。为为此此对对低低温温、高高强强钢钢、应应力力腐腐蚀蚀的的容容器器必必须须消消除除。方方法法是是打打磨磨圆圆角角。对对疲疲劳劳容容器器由由于于压压力力的的波波动动，会会使使这这种种应应力力发发生生循循环环，所所以以这这种种应应力力对对疲疲劳劳容容器器也也会会发发生生作作用用。为为此此疲疲劳劳容容器器对对此此也也要进行考虑，即打磨圆角。要进行考虑，即打磨圆角。发生部位发生部位应力方向应力方向成分成分许用值许用值1圆筒圆筒整体整体环向环向薄膜薄膜t2球壳球壳整体整体环向，经向环向，经向薄膜薄膜t3锥壳锥壳（未加强）（未加强）大端边缘大端边缘环向环向薄膜薄膜t十三十三.三三种主要壳
25、体厚度计算时所针对的种主要壳体厚度计算时所针对的应力的特性应力的特性十十四四、三三种种主主要要壳壳体体厚厚度度计计算算公公式式中中所所针针对对的的焊缝（焊缝（）1 1 圆筒：指纵焊缝的（圆筒：指纵焊缝的（），不包括环缝），不包括环缝2 2 球壳：包括所有拼缝及与圆筒的连接环缝球壳：包括所有拼缝及与圆筒的连接环缝3 3 锥壳：指纵焊缝，不包括环缝锥壳：指纵焊缝，不包括环缝十五、十五、“监监规规”中有关规定（可查规程作答）中有关规定（可查规程作答）附附图一图一十六、等十六、等面积补强法面积补强法 等面积补强法中有效补强范围的等面积补强法中有效补强范围的依据，计算厚度的确定，及各种壳体依据，计算厚度的确定，及各种壳体上不同方向接管时开孔计算直径的确上不同方向接管时开孔计算直径的确定。定。附附图二图二