压力容器设计制造标准2010.ppt
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1、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 二、GB150-1998 总 论 三、材 料 四、GB150-1998 设计计算 五、制造、检验与验收 六、GB151-1999 管壳式换热器,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、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)GB 150-199
2、8 钢制压力容器 (2)GB 151-1999 管壳式换热器 (3)GB 9019-2001 压力容器公称直径 (4)GB 16749-1997 压力容器波形膨胀节 (5)GB 5044-1985 职业性接触毒物危害程度分级 (6)GB 50011-2001 建筑抗震设计规范(2008年版) (7)GB 50009-2001 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. 行业标准 (1) JB/T4700 4707-2000 压力容器法兰 (2) JB4708-20
3、00 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) JB4712.1 4-2007 容器支座 (7) JB/T4714 4723-1992 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/T4730.1 62005 承压设备无损检测 (12) JB/T47312005 钢制卧式
4、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/T4700
5、2.2-2009 压力容器用爆炸焊接复合钢板 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
6、换器,HG系列 (1) HG205801998 钢制化工容器设计基础规定 (2) HG205811998 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/T20592 20635-2009 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/T215
7、14 21535 -2005 钢制人孔和手孔 (11)HG21594 216041999 不锈钢人孔和手孔 (12)HG/T21574-2008 化工设备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
8、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,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JB473
9、2 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.
10、n75mm或重量5吨以上。 f. 批量生产且总重量较大的容器。,二、GB150-1998 总 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
11、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
12、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 GB7132008 锅炉和压力容器用钢板 GB35312008 低温压力容器用低合金钢钢板 GB912-2008 碳素结构
13、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 GB32802007 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C1,GB/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,b 腐 蚀 裕 量,注:表中的腐蚀率系指均匀腐蚀。 最大腐蚀裕量不应大于6mm,否则应采取防腐措施。,(
14、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
15、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
16、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=
17、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。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
18、,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
19、所用气体应为干燥、洁净的空气、氮气或其他惰性气体。,三、材 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,四、GB150-1998 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;,圆筒
20、受压力P的轴向作用: P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承受,圆筒横截面积: f1=D,由此产生的圆筒轴向应力: m=,当控制mt 时, 焊接接头系数 则:,时,则:,此即按圆筒轴向应力计算的壁厚公式。,焊缝部位可能存在着夹渣、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P的径向作用(见图) P对圆筒径向作用,在半个圆筒投影面上产
21、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: f2=2L,由此产生的圆筒环向应力: t=,当控制tt,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)。 (GB150-1998 第26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
22、;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
23、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
24、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。,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
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