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1、压力容器设计常见问题汇总 1 宣讲内容 一 设计常见问题归纳 分析 提示二 管理制度执行中常见问题总结 2 设计常见问题 0 法规 标准1 设计数据2 容器类别划分3 材料4 法兰5 结构6 计算7 技术要求8 凸形封头 3 设计常见问题 0 法规 标准0 1正确使用法规 标准国务院发布的 特种设备安全监察条例 属行政法规 是我国锅炉 压力容器安全监察工作的基本规范 是锅炉 压力容器安全监察工作的依据和准则 依据 条例 制定的 固容规 属安全技术规范 是从安全角度 对压力容器安全监督提出最基本的要求 国家标准 行业标准 是设计 制造压力容器产品的技术依据 是实现法规要求的技术路径 技术标准不得
2、低于规程的要求 当法规与标准的要求不一致时 压力容器的生产 设计制造 安装 改造和修理 按高者执行 4 设计常见问题 0 2正确使用推荐性标准接受 固容规 监管的容器 必须执行 固容规 1 10协调标准与引用标准 其他没有被引用的标准 如化工或石化标准HG T20580 20585 SH3074等是否采用 是设计单位或设计者的权利 同时也是责任 一旦采用 设计统一规定要求采用 图纸中注明采用等 即视为强制性标准 5 设计常见问题 举例 HG T20581中6 3 9条款规定 用作压力容器壳体的无缝钢管应复验力学性能 用作II III类容器壳体的钢管设备制造厂应逐根按设备液压试验压力进行水压试验
3、 设计中 设计者可以根据容器的使用环境决定是否采用或参考HG T20581标准 如果未采用 将来筒体发生相关问题自然由设计者负责 6 设计常见问题 1 设计数据1 1设计压力同计算压力的区别1 2关于最大允许工作压力 MAWP 1 3关于设计温度1 4关于管壳式换热器设计温度1 5关于环境温度1 6关于最低设计金属温度1 7关于工况组合1 8关于装量系数1 9关于液柱静压力 7 设计常见问题 1 1设计压力同计算压力的区别定义不同 GB150 13 1 3 3 1 4 固容规 3 1 9 13 1 3设计压力设定的容器顶部的最高压力 与相应的设计温度一起作为容器的基本设计载荷条件 其值不低于工
4、作压力 3 1 2工作压力在正常工作情况下 容器顶部可能达到的最高压力 3 1 4计算压力在相应设计温度下 用以确定元件厚度的压力 包括液柱静压力等附加载荷 用途不同 设计压力 基本设计载荷条件 计算压力 受压元件的压力计算参数 8 设计常见问题 取值方法不同 GB150 14 3 3条 一台压力容器或一个独立的压力腔 在某一特定操作工况下 设计压力值具有唯一性 同一台容器的不同位置的受压元件可以有不同的计算压力 设计压力出现在压力容器总图 或装配图 的技术特性表和压力容器产品铭牌 计算压力只出现在压力容器的计算书中 9 设计常见问题 1 2关于最大允许工作压力 MAWP 定义 GB150 1
5、3 1 6在指定的相应温度下 容器顶部所允许承受的最大压力 该压力是根据容器各受压元件的有效厚度 考虑了该元件承受的所有载荷而计算得到的 且取最小值 何时需要采用MAWP 固容规 3 1 183 1 18泄漏试验 带有安全阀 爆破片等超压泄放装置的压力容器 如果设计时提出气密性试验要求 则设计者应当给出该压力容器的最高允许工作压力 10 设计常见问题 采用MAWP的目的 详见 固容规 下列条款 3 1 9 2 2 设计图样中注明最高允许工作压力的压力容器 超压泄放装置的动作压力不得高于该压力容器的最高允许工作压力 3 2 13 1气密性试验 气密性试验压力为压力容器的设计压力 4 1 10 1
6、气密性试验 1 进行气密性试验时 一般需要将安全附件装配齐全 最终目的 就是保证气密性试验能够顺利进行 11 设计常见问题 另一个实际意义 采用容器MAWP作为容器超压的起始压力 可以在相同材料厚度的条件下 最大限度地增加工作压力与超压泄放装置动作压力之间的压力差 从而使压力容器的潜力得到发挥 操作更为平稳 12 设计常见问题 MAWP确定方法 一台设备的最高允许工作压力是客观存在的 在工程设计中一般可不要求得到其精确值 选择一个稍高于气密性试验压力的压力值 然后以该值对设备上所有的受压元件进行校核 如所有的校核计算结果都合格 则就取该值为设备的最高允许工作压力 如果有一个或多个受压元件校核不
7、合格 则应适当降低该值后重新校核 直到所有受压元件都校核合格 13 设计常见问题 注意 GB150 3中的公式计算出的是元件的最高计算压力 可能包括液柱静压力等 如果是这样 则确定元件的MAWP时应减掉液柱静压力 不能简单的理解为公式计算出的就是MAWP 14 设计常见问题 注意事项GB150 1的3 1 6注 当压力容器的设计文件没有给出最高允许工作压力时 则可以认为该容器的设计压力即是最高允许工作压力 GB150 1的4 6 2 2注1 容器铭牌上规定有最高允许工作压力时 公式中应以最高允许工作压力代替设计压力 总结 需要进行气密性试验且装有超压泄放装置的压力容器 以设备的最高允许工作压力
8、作为泄放装置的动作压力 这样气密性试验就能顺利进行 15 设计常见问题 1 3关于设计温度定义 GB150 13 1 7容器在正常工作情况下 设定的元件的金属温度 沿元件金属截面的温度平均值 设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件 用途 容器的载荷条件 确定元件材料牌号及其许用应力特点 不具唯一性 当容器各部分在工作状态的金属温度不同时 可以分别设定各元件的设计温度 同一容器各个部分的金属温度可能因为反应热的生成等情况产生很大差异 16 设计常见问题 17 设计常见问题 管壳式热交换器除壳程 管程设计温度外 管板和换热管也应确定设计温度 但不体现在图纸上 而是在计算的过程中考虑 以便确定其设计
9、温度下的许用应力 管板和换热管金属温度与管 壳程介质操作温度有关 但不等于介质操作温度 对于换热管来说 其壁温总是接近于膜系数较大一边的流体的温度 比如说余热锅炉 换热管一边介质为高温气 给热 几百度 一边为水 吸热蒸发 一两百度 换热管的壁温近似等于水侧温度 所以材料仍然选用锅炉管 而实际工程计算中 由于传热计算较麻烦 管板和换热管的设计温度往往取管 壳程的设计温度的高值 偏于保守 18 设计常见问题 1 5关于环境温度定义 指容器所在周围的媒质温度 通常为容器周围的大气温度 在工程设计中 涉及到的环境温度定义如下 极端最低温度 历年来的最低气温 日平均最低气温 历年来日平均气温的最低值 月
10、平均最低气温的最低值 是指当月各天的最低气温值相加后除以当月的天数 固容规 塔式容器 中 环境温度 取 月平均最低气温的最低值 19 设计常见问题 1 6关于最低设计金属温度定义 GB150 13 1 9设计时 容器在运行过程中预期的各种可能条件下各元件金属温度的最低值 各种可能条件 应考虑 正常工作情况 非正常工作的最低工作温度 大气环境温度等 作用 设计选材重要依据 是考察制成后的容器或元件可以承受的最低温度 材料的选用除应满足各设计工况要求外 还应确保在最低设计金属温度下对材料及其焊接接头的冲击功要求 应用 固容规 3 1 10 2 常温储存压力容器最低设计金属温度的要求 20 设计常见
11、问题 1 7关于工况组合 设计压力与设计温度的组合 GB150 14 3 5条对有不同工作工况的容器 应按最苛刻的工况设计 必要时还需考虑不同工况的组合 并在图样或相应技术文件中注明各工况操作条件和设计条件下的压力和温度值 GB T151新增条文 4 4 4工况组合对有不同工作工况的热交换器 应按最苛刻的工况设计 必要时还应考虑不同工况的组合 并在图样或相应技术文件中注明各工况操作条件和设计条件下的压力和温度值 21 设计常见问题 设计压力与设计温度存在着对应关系 并一起作为压力容器的设计载荷条件 当容器具有不同的操作工况时 应以最苛刻的压力 温度组合确定容器的设计条件 这里所说的 组合 是指
12、同时存在的压力和温度值 所说的 最苛刻的压力 温度组合 是从不同的工况下的 压力 温度组合 中选取最不利的情况 而不是从不同的压力和温度数值中各取一最不利的数据进行重新组合 22 设计常见问题 1 8关于装量系数 固容规 3 1 13条 储存液化气体的压力容器应当规定设计储存量 装量系数不得大于0 95 注意 该 0 95 为设计条件下的装量系数 实际充装温度下的装量系数应小于0 95 23 设计常见问题 1 9关于液柱静压力操作介质的 液柱静压力 GB150 1的 3 1 4计算压力 在相应设计温度下 用以确定元件厚度的压力 包括液柱静压力等附加载荷 液压试验时 充满水的 液柱静压力 GB1
13、50 1的4 6 2 1a 条 对于立式容器采用卧置进行液压试验时 试验压力应计入立置试验时的液柱静压力 二者的用途及大小不一样 24 设计常见问题 2 关于容器类别划分2 1容器划类的意义2 2关于多腔压力容器的划类问题2 3对盛装最高工作温度低于标准沸点的液体 但不是完全充满的压力容器的划类问题2 4盘管划类问题 25 设计常见问题 2 1容器划类的意义被划类的容器按 固容规 接受特种设备安全监察机构的监察 设计单位应持有相应的特种设备设计许可证 压力容器设计总图应盖有特种设备设计许可印章 固容规 中涉及到的与类别有关的要求 2 1 4 2 对于外购的第 类压力容器用 级锻件 应当进行复验
14、 3 1 4 2 对于第 类压力容器和分析设计的压力容器 还应当由压力容器设计单位技术负责人或者其授权人批准 4级签署 3 1 6 第 类压力容器或者用户要求的其他压力容器 设计单位应当出具包括主要失效模式和风险控制等内容的风险评估报告 3 2 2 2 3 第 类压力容器 接管与壳体之间的焊接接头设计应当采用全焊透结构 3 2 10 2 2 2 2 设计压力大于或者等于1 6MPa的第 类压力容器 的压力容器壳体A B类对接接头进行全部无损检测 26 设计常见问题 2 2关于多腔压力容器的划类问题A1 3 2 多腔压力容器 如换热器的壳程和管程 余热锅炉的汽包和换热室 夹套压力容器等 只划一个
15、类别 即按照类别高的压力腔作为该压力容器的类别并按该类别进行使用和管理 对各压力腔进行类别划定时 应分别按各腔自己的设计压力 介质 容积确定 各压力腔进行类别划定不体现在图纸上 但应按照每个压力腔各自的类别分别提出设计 制造技术要求 27 设计常见问题 2 3对盛装最高工作温度低于标准沸点的液体 但不是完全充满的压力容器的划类问题 固容规 1 3适用范围 注1 4 容器内介质为最高工作温度低于其标准沸点的液体时 如果气相空间的容积大于或者等于0 03m3时 也属于本规程的适用范围 注意 如果已经断定一个容器是本规程管辖的压力容器 则进行类别划分时所考虑的容积应当取该容器的整个容积 而不是仅考虑
16、气相空间的容积 28 设计常见问题 2 4盘管划类问题 固容规 1 5不适用范围 6 常压容器的蒸汽加热管 常压容器 大型常压储罐 的蒸汽加热盘管危险性小 并且容易造成将常压容器整体当成在类的压力容器进行监管的误解 致使其管理成本增加 非常压容器的蒸汽加热盘管应按 固容规 监管 即带蒸汽加热盘管的非常压容器按两腔容器对待 29 设计常见问题 3 关于材料3 1容器壳体钢板材料牌号的选择3 2Q235系列材料的应用3 3钢管3 4锻件3 5管板 管箱平盖材料选用问题3 6材料代用注意事项 30 设计常见问题 3 1容器壳体钢板材料牌号的选择当设计压力较高 结构尺寸较大而使设备壳体壁厚较大时 如果壳体材料仍选用碳素钢 如Q245R 将导致壁厚增大 质量增大 不仅多用金属材料 而且导致制造 运输 安装 土建基础等的费用提高 因而提高了总的工程造价 一般在以强度控制的情况下 当壳体壁厚超过8mm时 可优先选用低合金钢 有时还要考虑业主的要求 当设计压力较小 直径较大 是以刚度控制为主时 应尽量选用普通碳素钢 31 设计常见问题 3 2Q235系列材料的应用详见GB150 2附录D 原则上不推荐
