压力容器设计根底一．概述1、标准适用的压力范围GB150－1998《钢制压力容器》设计压力P：0.1～35 MPa真空度：≥0.02 MPaGB151－1999《管壳式换热器》设计压力P：0.1～35 MPa真空度：≥0.02 MPa公称压力PN≤35 MPa，公称直径DN≤2600mm PN• DN≤1.75×104JB4732－95《钢制压力容器-分析设计标准》设计压力P：0.1～100 MPa真空度：≥0.02 MPaJB／T4735－1997《钢制焊接常压容器》设计压力P：圆筒形容器：-0.02 MPa≤P≤0.1 MPa立式圆筒形储罐、圆筒形料仓 -500Pa≤P≤0.2023 Pa矩形容器： 连通大气GB12337－1998《钢制球形储罐》设计压力P≤4MPa,公称容积V≥50M3 JB4710－2023 《钢制塔式容器》设计压力P：0.1～35MPa(对工作压力<0.1MPa 内压塔器,P 取 0.1MPa)高度范围 h>10m 且h/D(直径)>52. 设计时应考虑的载荷1) 内压、外压或最大压差；102) 液体静压力(≥5%P)；需要时，还应考虑以下载荷3) 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；4) 附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷；5) 风载荷、地震力、雪载荷；6) 支座、座底圈、支耳及其他形式支撑件的反作用力；7) 连接收道和其他部件的作用力；8) 温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力；9) 包括压力急剧波动的冲击载荷；10) 冲击反力,如流体冲击引起的反力等；11) 运输或吊装时的作用力。
3、设计单位的职责1) 设计单位应对设计文件的正确性和完整性负责2) 压力容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样3) 压力容器的设计总图应盖有压力容器设计资格印章4. 容器范围GB150 管辖的容器范围是指壳体及其连为整体的受压零部件1) 容器与外部管道连接2) 接收、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件3) 非受压元件与受压元件的焊接接头接头以外的元件，如加强圈、支座、裙座等4) 连接在容器上的仪表等附件直接连接在容器上的超压泄放装置5. 定义(1) 压力 除注明者外，压力均为表压力工作压力Pw1) 内压容器 在正常工作状况下，容器顶部可能消灭的最高压力2) 真空容器 在正常工作状况下，容器可能消灭的最大真空度3) 外压容器 在正常工作状况下，容器可能消灭的最大内外压力差设计压力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，可无视不计最大允许工作压力[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〕的依据安全阀的开启压力Pz安全阀阀瓣开头离开阀座，介质呈连续排出状态时，在安全阀进口测得的压力爆破片的标定爆破压力Pb爆破片铭牌上标的爆破压力2) 温 度金属温度 容器元件沿截面厚度的温度平均值工作温度 容器在正常工作状况下介质温度最高、最低工作温度容器在正常工作状况下可能消灭介质的最高、最低温度设计温度容器在正常工作状况，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〕试验温度 试验温度指压力试验时，壳体的金属温度3) 厚度最小厚度δ min容器壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度计算厚度δ 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厚度附加量C=C +C1 2设计容器受压元件时所必需考虑的附加厚度，包括钢板〔或钢管〕厚度附加量的厚度设计厚度δ d计算厚度与腐蚀裕量之和 名义厚度〔即图样厚度〕δ n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。
有效厚度δ e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〕二.材料(一)选材的根本原则选择压力容器用材，须依据容器的使用条件〔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、物理性能等的材料留意在同一工程中应尽量留意用材统一,具体的选材过程中必需认真考虑如下因素：〔二〕材料的根本性能1. 机械性能金属的机械性能是指金属材料在外力作用下表现出来的特性，如强度、弹性、硬度、韧性及塑性等也可称为“力学性能”金属材料就是用其在为同受力条件下所表现出来的不同特性指标，来衡量金属材料的机械性能〔1〕 机械强度 强度是材料抵抗外力作用不致破坏的性能特性常用的特性指标有屈服极限〔 t 〕和强度极限〔〕数值由拉伸试验获得s b高温时还要考虑蠕变极限〔 t 〕和长期极限〔 t 〕bsεn D压力容器用材要求材料不仅具有高的屈服极限，而且具有确定的屈强比〔 / 〕屈强比反映了材料承受外载力气的力气,屈强比愈小，构造零s b件的牢靠性愈高，万一超载，由于塑性变形的产生而使金属材料的强度提高而不致马上破坏。
压力容器用材的屈强比一般为 0.6 0.7碳素钢的屈强比~一般为 0.6 左右，低合金高强度钢为 0.65 0.75，合金构造钢为 0.85~(2) 塑性 材料的塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的力气材料的塑性是用延长率〔δ 〕及断面收缩率〔ψ 〕来表示它们的数值由拉伸试验获得一般状况下，塑性材料的延长率和断面收缩率较大，而脆性材料则较小金属材料的塑性指标在压力容器设计具有重要的意义首先，塑性良好的材料可以顺当地进展某些成型工艺，如冷冲压、冷弯曲等其次，良好的塑性使零件在使用时万一超载，也能由于塑性变形使用权材料强度提高而避开突然攻击断裂压力容器的主要零部件都是承压的，无论从制造工艺的要求不是从使用安全的要求，都期望金属材料具有良好的塑性一般碳钢、碳锰钢δ ≥16%,其它合金钢δ ≥14%3） 硬度 所谓硬度是指金属材料抵抗压入物压陷力气的大小，也可以说是材料对局部塑性的抗力硬度可承受不同的方法在不同的仪器上测定，其所得的硬度指标也各不一样最常用的硬度指标为布氏硬度〔HB〕、洛氏硬度〔HRC〕、和维氏硬度〔HV〕，其数值可以相互换算硬度是金属材料的重要性能之一一般状况下，材料的硬度高，其耐磨性也较好。
材料的硬度与强度之间也有确定的关系〔由于硬度是反映材料局部塑性变形的抗力〕，依据阅历，硬度与抗拉强度有如下近似关系：轧制、正火或退火的低碳钢 ζ =0.36HB;b轧制、正火或退火的中碳钢 ζ =0.35HB;b硬度HB≤250 经热处理的合金钢 ζ =0.34HB;b硬度HB250 400，经热处理的合金钢 ζ =0.33HB;~ b由于测定硬度便利，在生产中常用测定硬度的方法来估算钢材的强度对焊接接头，也常用测定热影响区硬度的方法来确定其淬硬程度换热管与管板的连接承受胀接时，换热管材料的硬度值一般须低于管板材料的硬度值螺栓和螺母匹配使用，一般螺栓材料的硬度值须高于螺母３０HB4） 韧性 韧性是指材料抵抗冲击载荷的性能指标, 材料韧性用冲击功 A 来衡量,冲击功 AKV KV是指材料受到冲击负荷的作用下，产生断裂时所消耗能量大小的特性，即冲击试样所消耗的功，其单位为J由于冲击功AKV是金属材料各项机械性能标中对材料的化学成分、冶金质量、组织状态及内部缺陷等比较敏感的一个质量指标，而且也是衡量材料脆性转变和断裂特性的重要指标，所以对压力容器用钢来说，尤其是低温压力容器冲击功是一项重要的性能指标。
5） 温度对材料机械性能的影响材料的屈服极限、强度极限和弹性模量随温度的上升而降低假设设备的操作温度较高，则必需选用在相应温度下能保持其强度指标的材料假设材料在高温下承受高的应力，则材料的抗蠕变性能是关键性的材料蠕变极限指在某一温度下受恒定载荷作用时，在规定的持续时间内(10 万小时)产生 1%的变形时的应力;长期极限是材料在某一温度下受恒定载荷作用时，在规定的持续时间内(10 万小时)引起断裂时的应力．在实际试验中，常常用较短时间的试验结果来外推长时间的性能，但一般限制外推时间不得大于试验时间的 10 倍长期强度是高温元件设计选材的重要依据， 是GB150 中确定许用应力的强度指标之一．低温状况下，通常塑性金属材料往往以脆性方式破坏引起钢制焊接压力容器脆性破坏的因素格外简洁它取决于材料的晶格构造，板材的厚度，加工后的剩余应力、构造缺陷以及材料的使用温度目前各国标准标准均以夏比 v 型缺口冲击试验来检验材料对脆性破坏的敏感性2. 耐腐蚀性能耐腐蚀性能是金属材料抵抗介质腐蚀的力气压力容器中处理的介质大多数具有腐蚀性的，在设计中必需依据操作介质来选择耐腐蚀材料引起材料腐蚀的因素多种多样，工程中常将常见的腐蚀状况分为：均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、氢脆、磨蚀等。
1） 均匀腐蚀均匀腐蚀是在整个金属外表均匀地发生腐蚀，这种腐蚀相对其它形式的腐蚀其危害最小GB150 中C2只考虑均匀腐蚀 C=KB2其中B—设计寿命(年) K—腐蚀速率(mm/ 年 )一般分为不腐蚀略微腐蚀腐蚀重腐蚀B mm/年<0.050.05 0.13~0.13 0.25~≥0.25C mm0≥1≥2≥32（2） 应力腐蚀应力腐蚀是指金属在长期拉应力和腐蚀性环境联合作用下产生腐蚀裂纹,并使裂纹快速扩展,从而可能消灭的早期性破坏的腐蚀形式.几种常见的应力腐蚀环境:a. 碳钢及低合金钢焊制化工容器对介质NaOH 的应力腐蚀与介质浓度、温度有关当 NaOH 溶液在其与烃类的混合物中体积大于等于 5%时，也应依据NaOH 溶液的浓度符合该要求NaOH 溶液浓度小于等于 1%或NaOH 溶液在其与烃类的混合物中体积小于 5%时，不受此限制NaOH 溶液23510152030405060709088857670655448434038NaOH 溶液重量% 温度上限〔℃〕当超过以上范围的碳钢、低合金钢材料需焊后进展消退应力热处理b. 湿HS 应力腐蚀2。