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1、压力容器设计制造标准压力容器设计制造标准内容简介一、压力容器标准体系及状况一、压力容器标准体系及状况二、二、GB150-1998 GB150-1998 总总 论论三、材三、材 料料四、四、GB150-1998 GB150-1998 设计计算设计计算五、制造、检验与验收五、制造、检验与验收六、六、GB151-1999 GB151-1999 管壳式换热器管壳式换热器一、压力容器标准体系及状况一、压力容器标准体系及状况（一）标准体系1.标准层次（1）国家标准（GB）（2）行业标准（JB、HG、SH等）（3）企业标准（QB）2.标准的性质（1）强制性标准：GB、JB、HG等（2）推荐性标准：GB/T、
2、JB/T、HG/T等（3）指导性标准：GB150中“提示的附录”、JB/T4710中“资料性附录”等（二）标准状况1.国家标准（1）GB150-1998钢制压力容器（2）GB151-1999管壳式换热器（3）GB9019-2001压力容器公称直径（4）GB16749-1997压力容器波形膨胀节（5）GB5044-1985职业性接触毒物危害程度分级（6）GB50011-2001建筑抗震设计规范（2008年版）（7）GB50009-2001建筑结构载荷规范（8）GB184422001低温绝热压力容器（9）GB/T12522-2009不锈钢波形膨胀节（10）GB713-2008锅炉和压力容器用钢2.
3、行业标准（1）JB/T47004707-2000压力容器法兰（2）JB4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定（3）JB/T4709-2000钢制压力容器焊接规程（4）JB/T4710-2005钢制塔式容器（5）JB/T4711-2003压力容器涂敷与运输包装（6）JB4712.14-2007容器支座（7）JB/T47144723-1992浮头式换热器和冷凝器等（8）JB47262000压力容器用碳素钢和低合金钢锻件（9）JB47272000低温压力容器用低合金钢锻件（10）JB47282000压力容器用不锈钢锻件（11）JB/T4730.162005承压设备无损检测（12）JB/T4731
4、2005钢制卧式容器（13）JB4732-95钢制压力容器分析设计标准(2005年版)（14）JB/T4736-2002补强圈（15）JB/T4740-1997空冷式换热器型式与基本参数（16）JB4744-2000钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验（17）JB/T4746-2002钢制压力容器用封头（18）JB/T4747-2002压力容器用钢焊条订货技术条件NB系列（1）NB/T47001-2009(JB/T4713)钢制液化石油气卧式储罐型式与基本参数（2）NB/T47002.1-2009压力容器用爆炸焊接复合钢板不锈钢-钢复合板（3）NB/T47002.2-2009压力容器用爆炸焊
5、接复合钢板镍-钢复合板（4）NB/T47002.3-2009压力容器用爆炸焊接复合钢板钛-钢复合板（5）NB/T47002.4-2009压力容器用爆炸焊接复合钢板铜-钢复合板（6）NB/T47003.1-2009(JB/T4735.1)钢制焊接常压容器（7）NB/T47003.2-2009(JB/T4735.2)固体料仓（8）NB/T47004-2009(JB/T4752)板式热交换器（9）NB/T47005-2009(JB/T4753)板式蒸发装置（10）NB/T47006-2009(JB/T4757)铝制板翅式热交换器HG系列（1）HG205801998钢制化工容器设计基础规定（2）HG2
6、05811998钢制化工容器材料选用规定（3）HG205821998钢制化工容器强度计算规定（4）HG205931998钢制化工容器结构设计规定（5）HG205941998钢制化工容器制造技术要求（6）HG205951998钢制低温压力容器技术规定（7）HG206602000压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类（8）HG/T2059220635-2009管法兰、垫片和紧固件（9）HG/T20570.2-1995安全阀的设置和选用（10）HG/T2151421535-2005钢制人孔和手孔（11）HG21594216041999不锈钢人孔和手孔（12）HG/T21574-2008化工设备
7、吊耳及工程技术要求SH系列（1）SH/T3075-2009石油化工钢制压力容器材料选用通则（2）SH3022-1999石油化工设备和管道涂料防腐蚀技术规范（3）SH/T3523-2009石油化工铬镍不锈钢、铁镍合金和镍合金焊接规程（4）SH/T3524-2009石油化工静设备现场组焊技术规程（5）SH/T3527-2009石油化工不锈钢复合钢焊接规程（三）标准与法规的关系 1.标准是侧重于技术方面的规定。2.规程是侧重于各环节、部门人员资格及 安全方面的主要要求和监检、管理的程序。3.两者的内容是可以适当交叉的。（四）GB150、JB4732、(JB/T4735.1)的关系1.适用范围压力(M
8、Pa)温度()介质GB1500.1P35-253至700不限JB47320.1P100约475低于材料的蠕变温度不限 NB/T47003.1(JB/T4735.1)P0.1-20至350不得用于极度和高度危害介质注：GB150-1998 钢制压力容器 JB4732-1995 钢制压力容器-分析设计标准 NB/T47003.1-2009钢制焊接常压容器2.常规设计：采用GB150、NB/T47003.1 基于经济方法的设计，其典型过程是确定设计载荷，选用设计公式、曲线或图表，并对材料取一个安全应力，最终给出容器的基本厚度，然后根据规范许可的构造细则及有关制造检验要求进行制造。3.分析设计：采用J
9、B4732钢制压力容器分析设计标准基于考虑作用在容器上载荷的性质，进行详细的应力分析，计算得到的应力按其对容器破坏的作用分类，与许用应力强度比较和评定，并加上严格的材料、制造和检验要求。采用分析设计时（1）优点a.能解决常规设计难于解决的问题；b.科学、安全、经济。（2）特殊要求a.焊接接头100%检测、打磨；b.设计手段要求高；c.人员、单位资格要求高。（3）考虑采用分析设计的条件a.P10MPa，且n25mm。b.PDi10000MPamm。c.球罐V650m3，且PD1.6MPa或n25mm。d.GB150难于确定结构尺寸的容器或受压元件。e.n75mm或重量5吨以上。f.批量生产且总重
10、量较大的容器。二、二、GB150-1998 GB150-1998 总总 论论 1.设计单位的职责（1）设计单位对设计文件的正确性和完整性负责（2）容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样（3）容器设计总图应盖有压力容器设计资格印章2.压力（1）工作压力Pw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。真空容器在正常工作情况下，容器可能出现的最大真空度。外压容器在正常工作情况下，容器可能出现的最大内外压力差。（2）设计压力Pd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，其值不低于工作压力。（3）计算压力Pc计算压力指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中
11、包括液柱静压力。当壳体各部位或元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。（4）最大允许工作压力Pw 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。该压力应是按容器各受压元件的有效厚度减去除压力外的其他载荷所需厚度后，计算得到的最大允许工作压力（且减去元件相应的液柱静压力）中的最小值。最大允许工作压力可作为确定保护容器的安全泄放装置动作压力（安全阀开启压力或爆破片设计爆破压力）的依据。（5）试验压力PT 试验压力指在压力试验时，容器顶部的压力。3.温度（1）金属温度容器元件沿截面厚度的温度平均值。（2）工作温度容器在正常工作情况下介质温度。（3）设计温度容器在正常工作情况，在
12、相应的设计压力下，设定的元件的金属温度。容器的设计温度是指壳体的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。（4）试验温度试验温度指压力试验时，壳体的金属温度。4.厚度（1）厚度附加量厚度附加量C=C1+C2设计容器受压元件时所必须考虑的附加厚度，包括钢板（或钢管）厚度附加量的厚度。a.材料厚度负偏差c1钢板GB/T709-2006 热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差GB7132008 锅炉和压力容器用钢锅炉和压力容器用钢板板 GB35312008 低温压力容器用低合金钢钢板低温压力容器用低合金钢钢板 GB912-2008 碳素结构钢和低合金结构钢
13、热轧薄钢板及钢带碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带GB32742007 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带GB32802007 不锈钢冷轧钢板和钢带不锈钢冷轧钢板和钢带GB4237-2007不锈钢热轧钢板和钢带GB/T4238-2007耐热钢板和钢带无缝钢管厚度负偏差无缝钢管厚度负偏差C1GB/T8163-2008输送流体用无缝钢管GB9948-2006石油裂化用无缝钢管GB/T14976-2002输送流体用不锈钢无缝钢管GB6479-2000化肥设备用高压无缝钢管GB5310-2008高压锅炉用无缝钢管腐蚀程度腐蚀程度不腐蚀不腐蚀轻微腐蚀轻
14、微腐蚀腐腐 蚀蚀重腐蚀重腐蚀腐蚀速率腐蚀速率（mm/年）年）0.050.050.130.130.250.25腐蚀裕量腐蚀裕量（mm）0123b腐腐 蚀蚀 裕裕 量量注：注：表中的腐蚀率系指均匀腐蚀。表中的腐蚀率系指均匀腐蚀。最大腐蚀裕量不应大于最大腐蚀裕量不应大于6mm，否则应采取防腐措施。，否则应采取防腐措施。（2）计算厚度按各章公式计算得到的厚度容器受压元件为满足强度及稳定性要求，按相应公式计算得到的不包括厚度附加量的厚度。（3）设计厚度计算厚度与腐蚀裕量之和（4）名义厚度设计厚度加上钢材厚度负偏差后，向上圆整至钢材（钢板或钢管）标准规格的厚度。（5）有效厚度名义厚度减去厚度附加量（腐蚀裕
15、量与钢材厚度负偏差之和）（6）最小厚度容器壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度5.载荷a)内压、外压或最大压差；b)液体静压力(5%P)；需要时，还应考虑以下载荷c)容器的自重（内件和填料），以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷；d)附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷；e)风载荷、地震力、雪载荷；f)支座、座底圈、支耳及其他形式支撑件的反作用力；g)连接管道和其他部件的作用力；h)温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力；i)包括压力急剧波动的冲击载荷；j)冲击反力,如流体冲击引起的反力等；k)运输或吊装时的作用力。6.许用应力材料许用应力是以材料的极限为应力为
16、基础，并选择合理的安全系数n后而得的。即=极限应力/安全系数n材料的极限应力可以用各种不同方式表示，容器用的材料一般用强度极限、屈服极限或设计温度下持久极限及蠕变极限者说来表示。与这些极限应力相对应的安全系数也有不同的数值。安全系数n的选择安全系数是用以保证受压元件安全的系数。它的选择是设计中关键的问题，也是一个复杂的问题。它的大小与设计水平、材料质量、制造方法、检验标准以及设备操作状态等有着密切关系。近年来，随着科学技术发展和实践资料的积累，各国压力容器的安全系数都有所降低。7.焊接接头系数由于焊缝金属可能存在着未被发现的缺陷，夹渣、未焊透、裂纹、气孔等缺陷使焊接接头金属的强度降低。同时在焊
17、接接头的热影响区往往形成粗大晶粒而使金属母材强度或塑性也有所降低，因此形成压力容器薄弱的区域。实践证明，许多容器破坏总是在其热影响区或焊缝开始的。所以在强度计算中要引用焊接接头系数以弥补焊接接头对容器强度的削弱。焊接接头系数=焊缝区材料强度/本体材料强度1焊接接头系数大小与以下主要因素有关：a.焊接接头的结构形式：焊接接头设计是保证焊缝质量的重要条件。一般双面焊的对接焊缝以及相当于双面焊（氩弧焊打底单面焊双面成型）的对接焊缝，焊接接头能焊透焊缝质量容易保证，故焊接接头系数可取大些。单面焊不易保证焊透，带垫板的单面焊焊缝根部易形成初始裂纹，故焊接接头系数应取小些。b.焊接接头无损检测的长度比例。
18、经过无损检查（包括射线透视和超声波探伤等）焊接接头质量有保证，无损检查比例越高（100%），缺陷愈少，焊接接头系数可取大些。8.压力试验容器制成后，在投入运转之前要检查容器的宏观强度（主要是焊缝的强度）和密闭性，因而要进行压力试验，试验合格后才能进行运转。对需作焊后热处理的容器，应在全部焊接工作完毕并经热处理后进行压力试验。如果容器压力试验后，需进行补焊或补焊后又经热处理，则必须重新进行压力试验，一般根据容器的特点选用液压或气压试验，并根据介质的特点决定是否进行致密性试验。9.气密性试验气密性试验的目的在于检查容器连接部位的密封性能和焊缝可能发生的渗漏。因为气体检漏的灵敏度高，因此对密封性要求
19、很高的容器，如盛装介质毒性程度为极度、高度危害或设计上不允许微量泄漏的压力容器，必须进行气密性试验。气密性试验应在液压试验合格后进行。容器全部安装上安全附件、阀门、压力表和液面计等后方可进行。气密性试验所用气体应为干燥、洁净的空气、氮气或其他惰性气体。三、材三、材 料料1.总则选材的基本原则选择压力容器用材，须根据容器的使用条件（如温度、压力、介质腐蚀性、介质对材料的脆化作用及其是否易燃、易爆、有毒等）、制造工艺、材料的焊接性能及经济合理性选择具有适宜的机械性能、耐腐蚀性能、物理性能等的材料。注意在同一工程中应尽量注意用材统一。2.钢材的使用范围和限制P46第6.7条3.材料代用P65第10条
20、四、四、GB150-1998设计计算设计计算（一）、内压圆筒 D圆筒的中间直径或称中径，mm；D=Di+D0圆筒的外直径，mm；Di圆筒的内直径，mm；圆筒的计算厚度，mm；1.圆筒受压力圆筒受压力P的轴向作用：的轴向作用：P在圆筒轴向产生的总轴向力：在圆筒轴向产生的总轴向力：F1=D2P/4此轴向力由圆筒横截面的面积来此轴向力由圆筒横截面的面积来承受，圆筒横截面积：承受，圆筒横截面积：f1=D由此产生的圆筒轴向应力：由此产生的圆筒轴向应力：m=当控制当控制mt 时，时，焊接接头系数焊接接头系数 则：则：时，则：时，则：此即按圆筒轴向应力计算的壁厚公式。此即按圆筒轴向应力计算的壁厚公式。焊缝部
21、位可能存在着夹渣、气孔、未焊透、未熔合、裂纹等缺陷，同时由于焊接加热过程中，对焊缝两侧的热影响产生许多不利因素，如焊接热影响区被淬硬，塑性下降、焊接内应力的产生等，都会使焊缝金属或母材的机械性能降低。因此在设计时应将设计温度下圆筒材料的许用应力t乘以一个焊接接头系数2.圆筒受压力圆筒受压力P的径向作用（见图）的径向作用（见图）P对圆筒径向作用，在半个圆筒投影面对圆筒径向作用，在半个圆筒投影面上产生的合力（沿图中垂直方向）：上产生的合力（沿图中垂直方向）：F2=PDL承受此垂直合力的圆筒纵截面面积：承受此垂直合力的圆筒纵截面面积：f2=2L由此产生的圆筒环向应力：由此产生的圆筒环向应力：t=当控
22、制当控制tt时，时，将Di=D-代入公式,以计算压力Pc代替设计压力P得出此式称为内压圆筒的计算公式（中径公式）。此式称为内压圆筒的计算公式（中径公式）。（GB150-1998 第第26页式页式5-1）由上述公式可以得出以下结论：a、圆筒体上周向（环向）应力t是经向（轴向）应力m的两倍，而周向应力作用于纵向截面，环向应力所作用与环纵向截面。b、由于周向应力t是经向应力m的两倍，由此可知，周向应力所作用的纵向截面是危险截面。这里可以说明为什么在焊接接头分类里，圆筒体的纵焊缝为A类焊接接头，环焊缝为B类焊接接头；在筒体上开椭圆形人孔时使长轴垂直与筒体轴线。c、应力与D/成正比。（二）、外压圆筒1外
23、压圆筒的稳定性承受外压的圆筒，强度计算方法与受内压时相同，其周向力应力值为轴向应力的两倍，圆筒壁中产生的是压缩应力，而绝对值大小一样。这种压应力如果达到材料的屈服极限或强度极限时，将和承受内压圆筒一样导致强度破坏。然而这种现象极为少见。通常外压圆筒壁内的压缩应力还远小于材料的屈服限时，筒体突然失去原来的形状被压瘪或发生褶绉而失效（如图），在圆筒横断面上呈现有规则的永久性波形，其波形数n可为2、3、4。在外压作用下，筒体、球壳或封头突然发生失去原来形状的现象称之为失稳。外压容器稳定性是设计中主要考虑的问题。外压圆筒失稳以前，筒壁中只是单纯的压应力状态。在失稳时，伴随着突然变形，在筒内产生了以弯曲
24、应力为的复杂的附加应力，这种变形与附加应力一直迅速发展到圆筒被压瘪。由此可见，外压容器的失稳，实质上是容器从一种平衡状态（形状及应力状态）向另一种新的平衡状态的突变。为保证安全，必须使许用外压力低于临界外压力，即P=Pcr/m式中稳定安全系数m=3（圆筒体）2、圆筒的临界压力及其计算（1）临界压力及影响因素受外压作用的容器，当外压力低于某一特定的值时，壳体亦能发生变形，但当压力卸除后壳体可恢复原来的形状，这时壳体变形属于弹性变形范围。当外压力继续增加到某一特定值，产生了不能恢复的永久变形，即失去了原来的稳定性。容器失稳时的压力称临界压力，以Pcr表示。容器在Pcr作用下容器壁内应力称临界应力。
25、临界压力值受若干因素影响，如受容器筒体几何尺寸及几何形状的影响，除此之外，载荷的均匀和对称性、筒体材料及边界条件等也有一定影响。a.影响因素/D两个圆筒形外压容器，当其他条件（材料、直径D、长度L）一定，而厚度不同时，当L/D相同，/D大者临界压力高，其原因是筒壁较厚抗弯曲的能力强；b.影响因素L/D当/D相同，而长度L不同，L/D小者临界压力高，其原因是筒身较短圆筒的封头对筒壁起着一定支撑作用。筒体的几何形状（如不圆度）误差会降低筒壁临界压力，加速筒体的失稳。不圆度定义为e=Dmax-Dmin，式中Dmax、Dmin分别为筒体直径的最大值和最小值。筒体材料的弹性模数E值大，抵抗变形能力强，临
26、界压力就高。由于各种钢材E值相差较小，若选用高强度钢代替一般碳素钢制造外压容器，并不能明显地提高筒体的临界压力，却使容器成本提高，因而是不恰当的。要提高容器的临界压力，即增加稳定性，只有从几何尺寸上来考虑。（2）长圆筒、短圆筒及刚性圆筒承受外压的圆筒形壳体，按不同的几何尺寸失稳时的不同形式（波形数不同），将圆筒分为长圆筒、短圆筒及刚性圆筒等三种。长圆筒是指筒体的L/D值较大，筒体两端边界的支撑作用可以忽略，筒体失稳时Pcr仅与/D有关，而与L/D无关。长圆筒失稳时波形数n为2。短圆筒是指筒体两端边界的支撑作用不可忽略，筒体失稳时Pcr与L/D及/D均有关。短圆筒失稳时波形数n2的整数。（5）计
27、算长度圆筒的计算长度指筒体外部或内部两刚性构件之间的最大距离，筒体外部焊接的角钢加强圈，筒体内部挡板或塔盘均可视为刚性构件；在两个刚性构件中，其中一个是凸型封头时，取计算长度L=L+h+hi/3（hi为凸型封头曲面深度，h为直边高度）GB150第28页图6-1，凸型封头刚性大对圆筒体有一定支撑作用，可以提高临界压力。在较薄板制造的筒体上焊接一定数量的加强圈，可使计算长度L降低，提高临界压力。（三）、封头压力容器常用的封头有凸形封头、锥形封头、变径段、平盖、和紧缩口。其中凸型封头包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头和球冠形封头。1.椭圆封头椭圆封头A、内压作用下、内压作用下1）应力状况）应力状况
28、a.薄膜应力（两向应力作用，纬（环）薄膜应力（两向应力作用，纬（环）向、经向）向、经向）a）标准椭圆封头薄膜应力分布：）标准椭圆封头薄膜应力分布：经向薄膜应力分布情况环向薄膜应力分布情况经向应力：最大应力在顶点。经向应力：最大应力在顶点。环向应力：最大拉应力在顶点，最大压应力在底环向应力：最大拉应力在顶点，最大压应力在底边。边。b)变形特征：变形特征：趋圆趋圆。c)计算对象意义：计算对象意义：拉应力拉应力强度计算强度计算 压应力压应力稳定控制稳定控制b.弯曲应力（与圆筒连接）弯曲应力（与圆筒连接）a)变形协调，形成边界力。变形协调，形成边界力。b)产生二次应力。产生二次应力。2）对对接圆筒的影
29、响。）对对接圆筒的影响。外压圆筒计算长度外压圆筒计算长度L的意义：的意义：L为两个始终保持圆形的刚性截面之为两个始终保持圆形的刚性截面之间的距离。椭圆封头曲面深度的间的距离。椭圆封头曲面深度的1/3处可处可视为能保持圆形的截面，为此由两个椭视为能保持圆形的截面，为此由两个椭圆封头与圆筒相连接的容器，该圆筒的圆封头与圆筒相连接的容器，该圆筒的外压计算长度外压计算长度L=圆筒长度圆筒长度+两个椭圆封头两个椭圆封头的直边段长度的直边段长度+两倍椭圆封头曲面深度的两倍椭圆封头曲面深度的1/3。2.2.锥形封头锥形封头1）锥形封头分无折边锥形封头和折边锥形封头两种。锥壳是锥形封头的主体。锥壳计算与其半顶
30、角有关。半顶角小的锥壳，在压力作用下受力与圆柱壳相类似，主要以薄膜应力承载，且环向应力与轴向应力也有2倍的关系，所以计算可按当量圆筒进行。对半顶角较大的锥壳，压力作用下的受力与圆平板相接近，主要以弯曲应力承载，所以计算按圆平板进行。GB150规定：锥壳半顶角60时按圆筒计算，大于60时按圆板计算。对于以薄膜应力承载的锥壳，其壁厚按当量圆筒计算。但在锥壳与相邻圆筒连接部位由于变形协调引起的附加应力的作用尚需另行考虑。附加应力的大小与锥壳半顶角大小直接相关。半顶角较小时，锥壳与圆筒连接处变形协调产生的附加应力很小，不会影响锥壳的计算厚度。但半顶角较大时，其边界力和由此引起的附加应力会大大增加，为此
31、导致加厚锥壳与圆筒连接部位的厚度。当锥壳半顶角更大时，因边界力急剧增大会导致很大的厚度，从经济性出发，宜在锥壳端部增设一过渡圆弧段(环壳)，其作用类似碟形封头的过渡圆弧段，从而大大缓和锥壳端部的局部附加应力，此时锥形封头称折边锥形封头，且有大端折边与小端折边之分。为有效缓解锥壳与圆筒间的附加应力，对折边的过渡段转角半径须有一定要求。关于折边结构GB150规定：锥壳大端，当半顶角30时，可采用无折边结构；当30时，应采用带过渡段的折边结构。否则应按应力分析方法进行设计。大端折边锥壳的过渡段转角半径r应不小于封头大端内直径的10%，且不小于该过渡段厚度的3倍。对锥壳小端，当锥壳半顶角45时，可采用
32、无折边结构。当45时，应采用带过渡段的折边结构。小端折边锥壳的过渡段转角半径r应不小于封头小端内直径的5，且不小于该过渡段厚度的3倍。加强段长度加强段长度2）折边锥壳的厚度）折边锥壳的厚度 当锥壳大端或大、小端同时具有过渡段当锥壳大端或大、小端同时具有过渡段时，应分别确定各部分的厚度。时，应分别确定各部分的厚度。若只取一种厚度组合时，应取各部分厚若只取一种厚度组合时，应取各部分厚度中最大值。度中最大值。3.平盖平盖1)应力状况：应力状况：两向弯曲应力，径向、环向弯曲应力。两向弯曲应力，径向、环向弯曲应力。2)两种极端边界支持条件。两种极端边界支持条件。a.简支：圆板边缘的偏转不受约束，简支：圆
33、板边缘的偏转不受约束，max 在在板中心，板中心，径向应力与环向应力相等。径向应力与环向应力相等。b.固支：圆板边缘的偏转受绝对约束（等于零）固支：圆板边缘的偏转受绝对约束（等于零），max在板边缘为径向应力。在板边缘为径向应力。c.螺栓垫片联接的平盖按简支圆板处理，螺栓垫片联接的平盖按简支圆板处理，max在板中心在板中心。在周边固支圆板中在周边固支圆板中（四）、开孔和开孔补强强度削弱强度削弱 不连续应力不连续应力 局部应力局部应力 焊接缺陷和残余应力焊接缺陷和残余应力 开孔接管部位的应力集中的影响开孔接管部位的应力集中的影响允许不另行补强的最大开孔直径允许不另行补强的最大开孔直径开孔最大直径
34、的限制开孔最大直径的限制注意：超范围时的解决方法注意：超范围时的解决方法应力分析法应力分析法压力面积法（HG20583-1998）钢制化工容器强度计算规定第7章大开孔的补强计算 在我国，压力面积法尚不能作为合法的设计依据，当壳体开孔超出GB150规定时，该法只能参考使用。（五）、法兰概述：螺栓法兰连接是由一对法兰、若干个螺栓、螺母和一个垫片组成，其连接方式如图:1、法兰类型常用的管法兰型式：板式平焊法兰、带颈平焊法兰、带颈对焊法兰2、法兰密封面型式法兰密封面型式常用有突平面、凹凸面、榫槽面和环面四种。突平面(raisedsealface)突平面(平面)是由相对突起的一对平面组成的密封面，此密封
35、面结构简单，制造方便，但密封性能相对较差，用于较低压力场合。凹凸面(malefemalesealface)凹凸面是由一对相配合的凹面和凸面组成的密封面，此密封面便于安装时垫片对中，垫片不会被挤出密封面，密封性能优于平面。适用于压力较高或介质为易燃、易爆、有毒的场合。榫槽面(tongue-groovesealface)榫槽面是由一对相配合的榫面和槽面组成的密封面，密封垫片较窄，易被压紧，密封性好，适用于压力较高，介质易燃、易爆、有毒的场合。但更换垫片困难，装配时应注意保护好密封榫面。环面(ringjoint)环面是由一对相配合的环面组成的密封面，这种密封面适配金属环垫片。用于温度、压力较高或有波
36、动，介质渗透性较强的场合。3、标准管法兰的选用HG/T2059220635-2009HG/T2059220614-2009PN系列（欧洲体系）A、B两个系列A系列为国际通用系列（俗称英制管）B系列为国内沿用系列（俗称公制管）采用B系列的管法兰应在公称直径DN的数值后标注（B）HG/T2061520635-2009Class系列（美洲体系）注意：两个体系间不能互相配用两个体系间不能互相配用压力-温度额定值不同材料的法兰在不同的温度下有不同的最大许用压力。紧固件的使用商品级六角头螺栓及型六角螺母只能用于PN16，非有毒、非可燃以及非剧烈循环场合，配非金属平垫片。商品级双头螺柱及型六角螺母只能用于P
37、N40，非有毒、非可燃以及非剧烈循环场合。板式平焊法兰、螺纹法兰、对焊环松套法兰和平焊环松套法兰不应使用于剧烈循环工况。板式平焊法兰建议不使用在易燃易爆和高度、极度危害介质等要求的场合。容器腐蚀裕量取3mm时,对于内部联接用以及某些情况下的地脚螺栓如用碳钢则很难考虑腐蚀裕度的选取,建议采用不锈钢制螺栓。接管法兰密封面朝向配置：原则上所有接管的凹面应向上。如果将容器顶部或侧面的接管法兰配置成凸面是不合理的，因为这样配置使密封面容易受到损伤。而容器底部的管口应该设置成凸面结构，这样就易于垫片的安装和更换。但是与阀门连接的管法兰密封面应与阀门匹配。选择压力容器接管法兰的压力等级或密封面形式时，应考虑
38、介质的毒性或易燃易爆性。按照HG20583之5.2.3规定，对易爆或毒性为中度危害的介质，管法兰的公称压力不小于1.0MPa；对毒性为高度或极度危害介质或强渗透性介质，管法兰的公称压力不小于1.6MPa；对毒性为高度或极度危害介质和三类压力容器应尽量采用带颈对焊管法兰。对于真空或密封要求极为严格的连接，可以采用法兰焊唇的焊死结构。压力容器接管法兰选用石棉橡胶垫时应注意的问题当介质为水，蒸汽，空气，煤气，氨，碱液，惰性气体等，而工作条件为压力波动小，不经常拆卸的场合，我们经常选用石棉橡胶垫片。石棉橡胶垫片不能用于按照真空设计的设备中，因为石棉橡胶垫片存在微小的孔隙，这样就不能保证真空度,在这种情
39、况下应该使用橡胶圈或者缠绕垫片。缠绕垫片分为4种基本形式：即基本型(A型)，带内环型(B型)，带外环型(C型)和带内外环型(D型)。A型适用于槽密封面，D型适用于突面，B型适用于凹凸面。介质为环氧乙烷的不能用含石棉的垫片。强渗透性介质如液氨等，不能使用泄漏率较高的非金属垫片。TSG R0004-2009固定式压力容器安全技固定式压力容器安全技术监察规程术监察规程中关于管法兰的规定中关于管法兰的规定3.17 3.17 压力容器用管法兰压力容器用管法兰(1)(1)钢制压力容器管法兰、垫片、紧固件的设计应当钢制压力容器管法兰、垫片、紧固件的设计应当参照行业标准参照行业标准HG/T20592HG/T2
40、0592HG/T20635-2009HG/T20635-2009钢制钢制管法兰、垫片、紧固件管法兰、垫片、紧固件系列标准的规定；系列标准的规定；(2)(2)盛装液化石油气、毒性程度为极度和高度危害介盛装液化石油气、毒性程度为极度和高度危害介质以及强渗透性中度危害介质的压力容器，其管法质以及强渗透性中度危害介质的压力容器，其管法兰应当按照行业标准兰应当按照行业标准HG/T20592HG/T20592HG/T20635HG/T20635系列标系列标准的规定，至少应用高颈对焊法兰、带加强环的金准的规定，至少应用高颈对焊法兰、带加强环的金属缠绕垫片和专用级高强度螺栓组合。属缠绕垫片和专用级高强度螺栓组
41、合。4、标准容器法兰的选用JB/T47004707-2000选用原则：优先选用标准法兰。选用JB/T47004707标准法兰时，可免除计算。JB/T4703筒体最小厚度问题：当需要与小于该厚度(0)的较薄圆筒对接时，需增加法兰高度。按表3JB/T4700第条对长颈法兰当工作压力大于或等于0.8倍本标准中规定的最大许用工作压力时，法兰与圆筒的对接焊缝必须进行100%的射线或超声检测。该要求应在图样中标明。腐蚀裕度:JB/T4702为2，JB/T4703为3。凹凸面设备法兰密封面朝向配置的问题立式容器的槽面或凹面应向上，卧式容器的槽面或凹面应位于筒体上。法兰热处理在下列任一情况下进行正火或完全退火
42、热处理:a、法兰断面厚度大于76mm的碳素钢或低合金钢制法兰；b、焊制整体法兰；c、锻制法兰。选用标准法兰的步骤a、按照公称直径DN和设计压力P确定法兰类型。b、按照PP的原则确定法兰的公称压力PN。c、按照公称直径DN和公称压力PN，查出法兰的各部分尺寸，并标记出标准代号。5、非标法兰设计（GB150-1998第9章）螺栓法兰连接设计的内容a.确定垫片材料、型式及尺寸;b.确定螺栓材料规格及数量;c.确定法兰材料，密封面型式及结构尺寸;d.进行应力校核(计算中C2-腐蚀余量不包括)法兰的类型法兰的类型 法兰可分为法兰可分为 松式法兰松式法兰 整体法兰整体法兰 任意式法兰任意式法兰密封机理密封
43、机理泄漏形式泄漏形式 螺栓法兰连接的密封条件螺栓法兰连接的密封条件 界面泄漏是螺栓法兰密封的主要失效形式。界面泄漏是螺栓法兰密封的主要失效形式。防止界面泄漏需要满足两个密封条件：防止界面泄漏需要满足两个密封条件：予紧时，满足初始密封条件。予紧时，满足初始密封条件。操作时，满足工作密封条件。操作时，满足工作密封条件。保证密封的条件保证密封的条件预紧时，法兰密封面预紧时，法兰密封面上的比压不低于预紧上的比压不低于预紧密封比压密封比压y工作时，法兰密封面工作时，法兰密封面上的比压不低于操作上的比压不低于操作密封比压，即密封比压，即m倍的倍的介质计算压力介质计算压力影响密封的因素影响密封的因素螺栓预紧
44、力螺栓预紧力法兰刚度法兰刚度压压紧紧面面形形式式和加工质和加工质量量垫片性能垫片性能操作条件操作条件平面形、平面形、O形、波形、齿形、八角形、形、波形、齿形、八角形、椭圆形等椭圆形等非金属垫片非金属垫片常常用用材材料料：石石棉棉橡橡胶胶板板、橡橡胶胶板板、聚聚四四氟氟乙乙烯烯、合成纤维、石墨等。合成纤维、石墨等。金属垫片金属垫片常用材料：铜、铝、低碳钢、不锈钢、合金等。常用材料：铜、铝、低碳钢、不锈钢、合金等。组合式垫片组合式垫片包括：金属包垫片；缠绕式垫片；带骨架的非金属包括：金属包垫片；缠绕式垫片；带骨架的非金属垫片等。垫片等。垫片形状垫片形状垫片类型垫片类型垫片垫片金属非金属组合垫片金属
45、非金属组合垫片金属垫片金属垫片垫片断面形式垫片断面形式要要有有全全面面的的观观念念，综综合合考考虑虑温温度度、压压力力、介介质质、压压紧紧面面形形式式等等方方面面要要求求，其其中中温温度度和和压压力力是是影影响响密密封的主要因素，也是选择垫片的主要依据。封的主要因素，也是选择垫片的主要依据。在在保保证证密密封封的的前前提提下下，尽尽量量选选用用结结构构简简单单、价价格格便宜、便于安装和更换的垫片。便宜、便于安装和更换的垫片。依据标准和规范，重视实践经验。依据标准和规范，重视实践经验。垫片选择原则垫片选择原则1、预紧工况、预紧工况Fa=DGbyDG-垫片计算直径垫片计算直径b-垫片有效密封宽度垫
46、片有效密封宽度螺栓载荷螺栓载荷Wa=Fa2、操作工况、操作工况FP=2DGbmPC螺栓载荷螺栓载荷WP=F+FP=+2DGbmPC 螺栓载荷螺栓载荷螺栓设计螺栓设计预紧工况：预紧工况：操作工况：操作工况：取取Am=maxAa，AP螺栓直径螺栓直径螺栓间距的限制螺栓间距的限制螺螺栓栓是是法法兰兰密密封封连连接接中中的的重重要要元元件件，对对其其基基本本要要求是强度要高、韧性要好。求是强度要高、韧性要好。螺螺母母更更换换比比螺螺栓栓容容易易，且且螺螺母母价价廉廉，所所以以要要求螺栓材料的强度比螺母高。求螺栓材料的强度比螺母高。为为避避免免螺螺栓栓和和螺螺母母咬咬死死或或胶胶合合，要要求求螺螺栓栓材
47、材料的硬度比螺母高料的硬度比螺母高HB30以上。以上。对于对于t-20的螺栓，要求选用低合金钢，并的螺栓，要求选用低合金钢，并进行夏比进行夏比V形缺口低温冲击试验。形缺口低温冲击试验。螺栓材料螺栓材料应力分析模型应力分析模型法兰强度校核条件：法兰强度校核条件：法兰连接的合理设计法兰连接合理设计的三个关键：(1)在垫片设计时，应控制尽可能小的垫片载荷。(2)在螺栓配置设计中，应控制尽可能小的螺栓中心圆直径，从而构成尽可能小的法兰力矩，遵循“最小载荷准则”。(3)在以上基础上，将法兰的锥颈和法兰环比例设计得当，使法兰各部分允分地发挥强度性能并保证足够的刚度，即趋于满应力状态，遵循“满应力准则”。（
48、六）、焊接结构1、GB150-1998钢制压力容器附录J2、HG20583-1998钢制化工容器结构设计规定第11章焊接结构焊接接头形式焊接接头形式坡口形式坡口形式坡口设计原则坡口设计原则1、尽量减少填充金属量。、尽量减少填充金属量。2、保证焊透，避免产生各种焊接缺陷。、保证焊透，避免产生各种焊接缺陷。3、便于施焊，改善劳动条件。、便于施焊，改善劳动条件。4、减少焊接变形和残余变形量。、减少焊接变形和残余变形量。1、尽量采用对接接头、尽量采用对接接头2、尽量采用全焊透结构、尽量采用全焊透结构 3、尽量减小焊缝处的应力集中、尽量减小焊缝处的应力集中4、便于进行无损检验、便于进行无损检验 焊接结构
49、设计原则焊接结构设计原则五、制造、检验与验收五、制造、检验与验收1.总则1.1 筒体结构的适用范围筒体结构的适用范围 1.1.1 整体式结构整体式结构满足强度、刚度、稳定性需要的厚度满足强度、刚度、稳定性需要的厚度由一整块连续的钢材构成由一整块连续的钢材构成（不含耐蚀层）（不含耐蚀层）a.整整体体锻锻造造：无无焊焊缝缝、材材质质好好；大大型型专专用用工工装装、材材料料利用率低。用于超高压利用率低。用于超高压b.单层卷焊单层卷焊：工艺简单，应用广泛。（含无缝管）：工艺简单，应用广泛。（含无缝管）c.锻焊锻焊：兼具上述二者优点，有环缝无纵缝，适用于：兼具上述二者优点，有环缝无纵缝，适用于大型化重要
50、场合大型化重要场合。1.1.2 组合式结构组合式结构满足强度、刚度、稳定性需要的满足强度、刚度、稳定性需要的厚度由板厚度由板板、板板、板带、板带、板丝组合而成丝组合而成 板板板板：多层包扎：多层包扎安全可靠、经验丰富；热套安全可靠、经验丰富；热套兼兼具多层与单层之优点，适用于大型化；多层绕板具多层与单层之优点，适用于大型化；多层绕板机械化程度高，厂家少。机械化程度高，厂家少。板板带带：型槽绕带：型槽绕带由于钢带原因已停产；扁平钢带由于钢带原因已停产；扁平钢带倾角错绕倾角错绕中国发明，适用于小化肥。中国发明，适用于小化肥。板板丝丝：绕丝：绕丝适用于超高压。适用于超高压。1.1.3 衬里容器衬里容