压力容器设计基础

《压力容器设计基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压力容器设计基础（147页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、压力容器设计基础Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望2设计基础设计基础概论概论n压力容器产品是各工业行业均涉及的通用性产品。压力容器产品是各工业行业均涉及的通用性产品。n由于压力容器在承压状态下工作，并且所处理的介质多为高温或易由于压力容器在承压状态下工作，并且所处理的介质多为高温或易燃易爆，一旦发生事故，将会对人们的生命和财产造成不可估量的燃易爆，一旦发生事故，将会对人们的生命和财产造成不可估量的损失，因此世界各国均将压力容器作为特种设备予以强制性管理。损失，因此世界各

2、国均将压力容器作为特种设备予以强制性管理。n压力容器的类型千差万别，功能也随应用场合而变化，其整个建造压力容器的类型千差万别，功能也随应用场合而变化，其整个建造过程涉及冶金、结构设计、机械加工、焊接、热处理、无损检测等过程涉及冶金、结构设计、机械加工、焊接、热处理、无损检测等专业技术门类。因此，压力容器行业的国际地位在一定程度上反映专业技术门类。因此，压力容器行业的国际地位在一定程度上反映了国家的综合实力。了国家的综合实力。3设计基础设计基础概论n在压力容器建造的初期，产品建造的目的为满足本国相应工业的在压力容器建造的初期，产品建造的目的为满足本国相应工业的需求，压力容器的生产技术也是以本国的

3、基本生产条件为基础。需求，压力容器的生产技术也是以本国的基本生产条件为基础。n生产技术的总结和统一安全质量的要求，使得国家依据自己的生生产技术的总结和统一安全质量的要求，使得国家依据自己的生产技术和管理要求制订出了适合于本国国情的相应安全法规和技产技术和管理要求制订出了适合于本国国情的相应安全法规和技术标准体系。术标准体系。n安全法规和技术标准水平的先进性如何，应体现在安全法规和技安全法规和技术标准水平的先进性如何，应体现在安全法规和技术标准是否能有效地保证压力容器产品的安全性和经济合理性，术标准是否能有效地保证压力容器产品的安全性和经济合理性，是否体现了代表时代的技术手段的应用，是否能推动行

4、业的技术是否体现了代表时代的技术手段的应用，是否能推动行业的技术进步。进步。4设计基础设计基础概论n随着全球经济一体化的逐步发展，承压设备法规和标准的国际化趋势已随着全球经济一体化的逐步发展，承压设备法规和标准的国际化趋势已经越来越明显。经越来越明显。n欧洲议会于欧洲议会于1997年年5月正式批准了统一的压力设备指令（月正式批准了统一的压力设备指令（Pressure Equipment Directive）, 于于2002年年5月在欧盟内强制执行。月在欧盟内强制执行。n欧洲标准化委员会（欧洲标准化委员会（CEN）现正在采取积极行动，试图将现有的欧洲标）现正在采取积极行动，试图将现有的欧洲标准上

5、升为国际标准。准上升为国际标准。n本届秘书处设在美国的本届秘书处设在美国的ISO/TC11已多次召开会议，并已经提出了已多次召开会议，并已经提出了ISO 15386 国际锅炉压力容器标准草案。其目的是建立一个压力设备的通则，国际锅炉压力容器标准草案。其目的是建立一个压力设备的通则，用以保证压力设备的安全使用，消除各国标准中可能出现的技术壁垒，用以保证压力设备的安全使用，消除各国标准中可能出现的技术壁垒，在相互标准认可的基础上，实现承压设备产品的全球自由贸易。在相互标准认可的基础上，实现承压设备产品的全球自由贸易。5设计基础设计基础概论n中国已经加入中国已经加入WTO，我国的压力容器行业已经不可

6、避免地面临国，我国的压力容器行业已经不可避免地面临国际市场的激烈竞争。际市场的激烈竞争。n在新形势下，压力容器生产厂家应充分认识自身的优势与不足，在新形势下，压力容器生产厂家应充分认识自身的优势与不足，改变观念，实行国际压力容器生产的通行做法，使产品早日走出改变观念，实行国际压力容器生产的通行做法，使产品早日走出国门。国门。6设计基础 压力容器分类分类原则和方法分类原则和方法以压力等级为主，考虑介质毒性、容积、以压力等级为主，考虑介质毒性、容积、材料和设备类别等因素，依照危险程度材料和设备类别等因素，依照危险程度将压力容器从低到高划分为三类。将压力容器从低到高划分为三类。7设计基础 压力容器的

7、范围n压力的限制：以设计压力为依据压力的限制：以设计压力为依据GB150:JB4732:JB4735:n结构和操作形式：结构和操作形式：容器、换热器、塔器、球形储罐。；容器、换热器、塔器、球形储罐。；稳定、间歇、工况考虑；稳定、间歇、工况考虑；8设计基础 压力容器的范围GB150的压力的限制：的压力的限制：n设计压力设计压力p35MPa;n设计压力设计压力p0.1MPa;n真空度低于真空度低于0.02MPa;真空度的计算方法：真空度的计算方法： Pz=po-p9设计基础 压力容器的范围JB4732的压力的限制：的压力的限制：n设计压力设计压力p 100MPa;n设计压力设计压力p0.1MPa;

8、n真空度低于真空度低于0.02MPa;真空度的计算方法：真空度的计算方法： Pz=po-p10设计基础 压力容器的范围超高压容器的压力的限制：超高压容器的压力的限制：n设计压力设计压力p100MPa;11设计基础 压力容器的范围结构和操作形式：结构和操作形式：n尺寸范围：尺寸范围：150mm;n移动容器；移动容器；n直接火焰加热的容器；直接火焰加热的容器；n核能装置中直接承受中子辐射的容器；核能装置中直接承受中子辐射的容器；n转动机械的组件；转动机械的组件；n承受交变载荷的容器承受交变载荷的容器12设计基础标准和法规的属性n法规的强制性：所有内容都是强制性法规的强制性：所有内容都是强制性n标准

9、的三重属性：标准的三重属性：1.强制性内容；给定的计算方法、制造检验要求（应、必须）强制性内容；给定的计算方法、制造检验要求（应、必须）2.禁用内容：材料、结构（不得）禁用内容：材料、结构（不得）3.推荐性方法（宜、可以）推荐性方法（宜、可以）13设计基础标准的使用原则标准的使用原则标准的使用原则 The Code does not address all aspects of these activities and those aspects which are not specifically addressed should not be considered prohibited.

10、The Code is not a handbook and cannot replace education, experience, and the use of engineering judgment. The phrase engineering judgment refers to technical judgments made by knowledgeable designers experienced in the application of the Code. Engineering judgments must be consistent with Code philo

11、sophy and such judgments must never be used to overrule mandatory requirements or specific prohibitions of the Code.14设计基础标准的使用原则n技术法规和标准的规定只是保证压力容器安全质量的技术法规和标准的规定只是保证压力容器安全质量的最基本要求。最基本要求。n压力容器的设计单位和制造单位应该结合本单位的实压力容器的设计单位和制造单位应该结合本单位的实际情况，对压力容器产品提出更为严格的质量要求。际情况，对压力容器产品提出更为严格的质量要求。n设计者应认真地研究标准和法规的技术及

12、管理规定，设计者应认真地研究标准和法规的技术及管理规定，提高解决实际压力容器设计问题的能力，特别是解决提高解决实际压力容器设计问题的能力，特别是解决特殊结构压力容器的能力，以增加设计、建造中的技特殊结构压力容器的能力，以增加设计、建造中的技术含量，保障压力容器安全。术含量，保障压力容器安全。15设计基础设计基础基本概念压力容器的失效形式压力容器的失效形式n强度失效：爆破、过度变形强度失效：爆破、过度变形n稳定性失效：失稳稳定性失效：失稳n刚性失效：泄漏刚性失效：泄漏n疲劳失效：疲劳开裂疲劳失效：疲劳开裂n腐蚀失效：均匀腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀腐蚀失效：均匀腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀16设计基础设

13、计基础基本概念压力容器的设计准则压力容器的设计准则nGB150常规设计：常规设计：弹性失效、第一强度理论；弹性失效、第一强度理论；nJB4732分析设计：分析设计：弹塑性失效、第三强度理论；弹塑性失效、第三强度理论；n超高压容器设计准则：超高压容器设计准则：全壁厚屈服失效和爆破失效准则全壁厚屈服失效和爆破失效准则17设计基础设计基础基本概念确定材料许用应力或设计应力强度的系数确定材料许用应力或设计应力强度的系数GB150钢制压力容器钢制压力容器JB4732钢制压力容器钢制压力容器-分析设计标准分析设计标准18设计基础设计基础基本概念确定材料许用应力或设计应力强度的系数确定材料许用应力或设计应力

14、强度的系数GB150钢制压力容器钢制压力容器19设计基础设计基础基本概念确定材料许用应力或设计应力强度的系数确定材料许用应力或设计应力强度的系数JB4732钢制压力容器钢制压力容器-分析设计标准分析设计标准20212223一、一、压力容器技术进展压力容器技术进展结构设计结构设计 现代的压力容器结构设计正在逐现代的压力容器结构设计正在逐步摆脱传统观念的束缚，体现真步摆脱传统观念的束缚，体现真正满足工艺要求的设计理念，追正满足工艺要求的设计理念，追求实效性、安全性和经济性的和求实效性、安全性和经济性的和谐统一。谐统一。 24一、一、压力容器技术进展压力容器技术进展结构设计结构设计 结构的合理性设计

15、：事实上，标准中对压结构的合理性设计：事实上，标准中对压力容器的具体结构形式不予限制，因此压力容器的具体结构形式不予限制，因此压力容器结构所受的制约较少，给设计者很力容器结构所受的制约较少，给设计者很大的发挥空间，有利于设计出更加合理的大的发挥空间，有利于设计出更加合理的结构。另外，分析设计手段的运用和验证结构。另外，分析设计手段的运用和验证性试验的实施为结构的合理性设计提供了性试验的实施为结构的合理性设计提供了必要的保障。必要的保障。25一、一、压力容器技术进展压力容器技术进展结构设计结构设计 结构的经济性设计：压力容器的安全结构的经济性设计：压力容器的安全性和经济性的和谐统一一直是设计者性

16、和经济性的和谐统一一直是设计者的追求，应力分析标准就是应此要求的追求，应力分析标准就是应此要求而出现的。焊接钢管的使用和特殊结而出现的。焊接钢管的使用和特殊结构的应用，在很大程度上是考虑了压构的应用，在很大程度上是考虑了压力容器结构的经济性。力容器结构的经济性。 26一、一、压力容器技术进展压力容器技术进展结构设计结构设计 27一、一、压力容器技术进展压力容器技术进展安全系数的降低安全系数的降低 降低安全系数是目前世界各国和地区压力降低安全系数是目前世界各国和地区压力容器标准的普遍倾向，美国（容器标准的普遍倾向，美国（ASMEASME）和欧）和欧洲统一压力容器标准（正在制订中）均降洲统一压力容

17、器标准（正在制订中）均降低了相应的安全系数，美国将低了相应的安全系数，美国将n nb b由由4.04.0降为降为3.53.5，欧洲统一压力容器标准的，欧洲统一压力容器标准的n nb b最小值为最小值为1.8751.875。我国也提出了将特定材料按分析设。我国也提出了将特定材料按分析设计方法设计的安全系数计方法设计的安全系数n nb b降为降为2.62.6的提案。的提案。安全系数的降低关系到压力容器标准的基安全系数的降低关系到压力容器标准的基础，对压力容器行业的经济性及安全性影础，对压力容器行业的经济性及安全性影响极大，必须慎之又慎。响极大，必须慎之又慎。 28一、一、压力容器技术进展压力容器技

18、术进展安全系数的降低安全系数的降低 降低安全系数的前提条件是：降低安全系数的前提条件是：l l结构分析设计水平的提高；结构分析设计水平的提高；l l制造经验的积累和制造技术水平的提高；制造经验的积累和制造技术水平的提高；l l更严格的材料技术要求；更严格的材料技术要求；l l更科学的质量保证体系。更科学的质量保证体系。29主要标准简介GB15030主要标准简介GB150GB150-1998钢制压力容器钢制压力容器:适适用用范范围围：设设计计压压力力p35MPa（包包括括真真空空和和负负压）压）;n标标准准内内容容：总总则则、材材料料、结结构构、强强度度设设计计、制制造、检验、验收等技术要求；造

19、、检验、验收等技术要求；n引引用用标标准准：材材料料、试试验验方方法法、焊焊接接、无无损损检检测测、载荷规范等；载荷规范等；n标准性质：强制性。标准性质：强制性。31主要标准简介GB15132主要标准简介GB151GB151-1999管壳式换热器管壳式换热器适用范围：设计压力适用范围：设计压力p35MPa（包括真空和负压）（包括真空和负压）;适用结构：固定管板、浮头、适用结构：固定管板、浮头、U形管和填函形管和填函标标准准内内容容：总总则则、材材料料、结结构构、强强度度设设计计、制制造造、检检验验、验收等技术要求；验收等技术要求；引引用用标标准准：材材料料、试试验验方方法法、焊焊接接、无无损损

20、检检测测、载载荷荷规规范等；范等；标准性质：强制性。标准性质：强制性。33GB12337-1998钢制球形储罐钢制球形储罐 34GB12337-1998钢制球形储罐钢制球形储罐适用范围：设计压力适用范围：设计压力p4.0MPa;V50M3适用结构：赤道正切支柱支撑适用结构：赤道正切支柱支撑标标准准内内容容：总总则则、材材料料、结结构构、强强度度设设计计、制制造造、检验、验收等技术要求；检验、验收等技术要求；引引用用标标准准：GB150、材材料料、试试验验方方法法、焊焊接接、无无损检测、载荷规范等；损检测、载荷规范等；标准性质：强制性。标准性质：强制性。35JB/T4710-2003钢制塔式容器

21、钢制塔式容器 36JB/T4710-2003钢制塔式容器钢制塔式容器适适用用范范围围：设设计计压压力力p35MPa（包包括括真真空空和和负负压）压）;适用结构：裙式支座支撑的适用结构：裙式支座支撑的塔式容器塔式容器标标准准内内容容：总总则则、材材料料、结结构构、强强度度设设计计、制制造造、检验、验收等技术要求；检验、验收等技术要求；引引用用标标准准：材材料料、试试验验方方法法、焊焊接接、无无损损检检测测、载荷规范等；载荷规范等；标准性质：强制性。标准性质：强制性。37JB/T 4731-2003 JB/T 4731-2003 钢制卧式容器钢制卧式容器 38JB/T4731-2003钢制卧式容器

22、钢制卧式容器适适用用范范围围：设设计计压压力力p35MPa（包包括括真真空和负压）空和负压）;适用结构：双鞍座支撑的适用结构：双鞍座支撑的卧式容器卧式容器标标准准内内容容：总总则则、材材料料、结结构构、强强度度设设计计、制造、检验、验收等技术要求；制造、检验、验收等技术要求；引引用用标标准准：材材料料、试试验验方方法法、焊焊接接、无无损损检测、载荷规范等；检测、载荷规范等；标准性质：推荐性。标准性质：推荐性。39GB16409-1996板式换热器板式换热器 40GB16409-1996板式换热器板式换热器适用结构：可拆板式换热器适用结构：可拆板式换热器标标准准内内容容：总总则则、材材料料、结结

23、构构、强强度度设设计计、制制造造、检验、验收等技术要求；检验、验收等技术要求；引引用用标标准准：材材料料、试试验验方方法法、焊焊接接、无无损损检检测测、载荷规范等；载荷规范等；标准性质：强制性。标准性质：强制性。41设计基础设计基础基本概念 贯穿于压力容器设计的参数：贯穿于压力容器设计的参数：压力压力(载荷载荷)温度温度厚度厚度42设计基础设计基础基本概念载荷：载荷：n内、外压内、外压n工作介质静压工作介质静压n容器和介质重量容器和介质重量n水压试验下的水重水压试验下的水重n风载荷风载荷n雪载荷雪载荷n地震载荷地震载荷43设计基础设计基础基本概念 压力压力工作压力工作压力设计压力设计压力计算压

24、力计算压力试验压力试验压力最大允许工作压力最大允许工作压力安全泄放装置的动作压力安全泄放装置的动作压力44设计基础设计基础基本概念 压力（载荷）压力（载荷）工作压力：在正常工作情况下，容器顶部可能达工作压力：在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。到的最高压力。45设计基础设计基础基本概念 压力（载荷）压力（载荷）设计压力：设定的容器顶部的最高压力，与相应设计压力：设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力于工作压力。46设计基础设计基础基本概念 压力（载荷）压力（载荷）计算压力：在相应设计温度下，用以确定元

25、件厚计算压力：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。度的压力，其中包括液柱静压力。47设计基础设计基础基本概念 压力（载荷）压力（载荷）试验压力：在压力试验时，容器顶部的压力。试验压力：在压力试验时，容器顶部的压力。液压试验压力：液压试验压力：气压试验压力：气压试验压力：致密性试验压力：致密性试验压力：48设计基础设计基础基本概念 压力（载荷）压力（载荷）最大允许工作压力：在设计温度下，容器顶部所最大允许工作压力：在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大表压力。该压力是根据容器元允许承受的最大表压力。该压力是根据容器元件的有效厚度计算所得，且取其中的最小值。件的有效厚度计

26、算所得，且取其中的最小值。49设计基础设计基础基本概念 压力（载荷）压力（载荷）安全泄放装置的动作压力：安全泄放装置中安全安全泄放装置的动作压力：安全泄放装置中安全阀的开启压力或爆破片的爆破压力。阀的开启压力或爆破片的爆破压力。n爆破压力：爆破压力：n设计爆破压力：在指定温度下的爆破压力；设计爆破压力：在指定温度下的爆破压力；n标定爆破压力：在铭牌上标注的爆破压力标定爆破压力：在铭牌上标注的爆破压力；50设计基础设计基础基本概念 温度温度n工作温度：一般指容器中介质的温度；工作温度：一般指容器中介质的温度；n设计温度：容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度；设计温度：容器在正常工作情况下，

27、设定的元件的金属温度；n试验温度：压力试验时，压力容器壳体的金属温度；试验温度：压力试验时，压力容器壳体的金属温度；51设计基础设计基础基本概念 厚度厚度n计算厚度：保证容器强度、刚度或者稳定的厚度；计算厚度：保证容器强度、刚度或者稳定的厚度；n设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和；设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和；n名义厚度：设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至规格厚度；名义厚度：设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至规格厚度；n有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差；有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差；n钢材厚度：决定容器制造技术条件的厚度。钢材厚度：决定容器制造技术条件

28、的厚度。52设计基础设计基础基本概念n 计算厚度：保证容器强度、刚度或者稳定的厚度；计算厚度：保证容器强度、刚度或者稳定的厚度；n计算压力：对应最苛刻的设计工况。计算压力：对应最苛刻的设计工况。n设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和；设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和；n设计压力：保证容器强度、刚度或者稳定，同时保证寿命设计压力：保证容器强度、刚度或者稳定，同时保证寿命n名义厚度：设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至规格厚度；名义厚度：设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至规格厚度；n标注在图样上的厚度标注在图样上的厚度n有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差；有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕

29、量和钢材厚度负偏差；n最大允许工作压力：容器的最大承载能力最大允许工作压力：容器的最大承载能力53设计基础设计基础基本概念 厚度附加量厚度附加量n腐蚀裕量：；腐蚀裕量：；n钢材厚度负偏差：；钢材厚度负偏差：；n加工裕量：；加工裕量：；54设计基础设计基础基本概念 厚度厚度n计算厚度：保证容器强度、刚度或者稳定的厚度；计算厚度：保证容器强度、刚度或者稳定的厚度；n设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和；设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和；n名义厚度：设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至名义厚度：设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至规格厚度；规格厚度；n有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差；

30、有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差；n钢材厚度：决定容器制造技术条件的厚度。钢材厚度：决定容器制造技术条件的厚度。55设计基础设计基础基本概念 厚度厚度n计算厚度：保证容器强度、刚度或者稳定的厚度；计算厚度：保证容器强度、刚度或者稳定的厚度；n设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和；设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和；n名义厚度：设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至规格厚度；名义厚度：设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至规格厚度；n有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差；有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差；n钢材厚度：决定容器制造技术条件的厚度。钢材厚度：决定容器制

31、造技术条件的厚度。56设计基础设计基础 压力容器的设计使用寿命问题n法规对设计寿命的要求：法规对设计寿命的要求：压力容器安全技术监察规程的第压力容器安全技术监察规程的第32条规定：条规定：“为防止压力容器为防止压力容器超寿命运行引发安全问题，设计单位一般应在设计图样上注明压超寿命运行引发安全问题，设计单位一般应在设计图样上注明压力容器设计使用寿命力容器设计使用寿命”。n标准对设计寿命的要求：标准对设计寿命的要求：GB150-19983.3.5.2明确给出了设计者应考虑容器设计寿命的条明确给出了设计者应考虑容器设计寿命的条款：款：“应根据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定应根据预期的容

32、器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量腐蚀裕量”57设计基础设计基础 压力容器的设计使用寿命问题n压力容器的设计使用寿命问题压力容器的设计使用寿命问题（1）材料力学性能如高温蠕变和高温断裂对时间的依性；）材料力学性能如高温蠕变和高温断裂对时间的依性；（2）腐蚀裕量中的设计寿命因素；）腐蚀裕量中的设计寿命因素；（3）载荷如周期性载荷等的时间性）载荷如周期性载荷等的时间性；58设计基础设计基础 压力容器的设计使用寿命问题 应该指出，压力容器的设计寿命不一定等于实际使用寿命，它仅应该指出，压力容器的设计寿命不一定等于实际使用寿命，它仅仅是设计者根据容器预期的使用条件而给出的估计，实际使用条仅是

33、设计者根据容器预期的使用条件而给出的估计，实际使用条件与预期使用条件的偏离和设计者对材料和生产工艺的了解会造件与预期使用条件的偏离和设计者对材料和生产工艺的了解会造成二者之间的差别。成二者之间的差别。在设计图样上标注设计寿命，其作用是提醒容器的最终使用者，在设计图样上标注设计寿命，其作用是提醒容器的最终使用者，当超过压力容器的设计寿命时应采取必要的措施如：经常测量厚当超过压力容器的设计寿命时应采取必要的措施如：经常测量厚度和缩短检验周期等。度和缩短检验周期等。59设计基础设计基础 压力容器的设计使用寿命问题n压力容器的设计寿命是一个复杂的问题，涉及到材料选用、腐蚀压力容器的设计寿命是一个复杂的

34、问题，涉及到材料选用、腐蚀基础数据、结构设计等一系列设计因素，能否准确地预计，反映基础数据、结构设计等一系列设计因素，能否准确地预计，反映了设计者的经验和水平。笔者认为，无论是按国际压力容器设计了设计者的经验和水平。笔者认为，无论是按国际压力容器设计的惯例，还是为了提高设计的水平和权威性，都应在图纸上标注的惯例，还是为了提高设计的水平和权威性，都应在图纸上标注压力容器的设计使用寿命。压力容器的设计使用寿命。60设计基础 压力试验免除问题n GB150-1998第第3.9条规定：条规定：“对不能按对不能按3.8的规定作压力试的规定作压力试验的容器，设计单位应提出确保容器安全运行的措施，并在图样验

35、的容器，设计单位应提出确保容器安全运行的措施，并在图样上注明。上注明。”对此条的理解问题集中在两点：什么情况下压力试验对此条的理解问题集中在两点：什么情况下压力试验可以免除？需要采取哪些措施？可以免除？需要采取哪些措施？61设计基础 压力试验免除问题n这里所指的是新造容器的耐压试验，包括液压试验和气压试验。这里所指的是新造容器的耐压试验，包括液压试验和气压试验。压力试验免除事实上仅仅针对那些不可能进行压力试验的现场组压力试验免除事实上仅仅针对那些不可能进行压力试验的现场组焊的大型压力容器，如：催化裂化装置中的有隔热层的大型反应焊的大型压力容器，如：催化裂化装置中的有隔热层的大型反应器和再生器；

36、基础不能承受液压试验时水的重量的压力容器等，器和再生器；基础不能承受液压试验时水的重量的压力容器等，不能作为一般在制造厂内生产的压力容器不进行压力试验的依据。不能作为一般在制造厂内生产的压力容器不进行压力试验的依据。 62设计基础 压力试验免除问题n压力试验免除相当于减少了压力容器制造过程中的一个检验环节，压力试验免除相当于减少了压力容器制造过程中的一个检验环节，当然应当采取相应的措施以保证压力容器的安全质量。所采取的当然应当采取相应的措施以保证压力容器的安全质量。所采取的措施取决于使用者和设计者对容器的要求，一般性的措施如下：措施取决于使用者和设计者对容器的要求，一般性的措施如下：63设计基

37、础 压力试验免除问题n（1）提高对压力容器材料的要求：化学成分、力学性提高对压力容器材料的要求：化学成分、力学性能和检能和检验要求；验要求；n（2）提高结构设计要求：尽量采用全焊透接头、避免严重的几）提高结构设计要求：尽量采用全焊透接头、避免严重的几何不连续；何不连续；n（3）提高无损检测的比例和级别；）提高无损检测的比例和级别；n（4）提高容器的超压泄放的能力。）提高容器的超压泄放的能力。64设计基础 压力试验免除问题n压力试验是设计中需要重点考虑的问题，是否可以免除以及如何压力试验是设计中需要重点考虑的问题，是否可以免除以及如何免除也应作为设计工作中的重点问题予以考虑。不应该在设计阶免除也

38、应作为设计工作中的重点问题予以考虑。不应该在设计阶段忽略了应该采取的措施，而在制造完成后免除压力试验。段忽略了应该采取的措施，而在制造完成后免除压力试验。65设计基础 压力试验免除问题n压力容器安全技术监察规程第压力容器安全技术监察规程第30条规定：条规定：“对不能进行耐压对不能进行耐压试验和气密试验性试验的，应注明计算厚度、和制造及使用的特试验和气密试验性试验的，应注明计算厚度、和制造及使用的特殊要求，并应与使用单位协商提出推荐的使用年限和保证安全的殊要求，并应与使用单位协商提出推荐的使用年限和保证安全的措施措施”。因此，在。因此，在GB150的标准提案中已经明确规定：是否应免的标准提案中已

39、经明确规定：是否应免除压力试验，除压力试验，“应由设计单位技术负责人批准应由设计单位技术负责人批准”。66设计基础 低温压力容器界限问题n我国的低温压力容器界限一直人为地定义为我国的低温压力容器界限一直人为地定义为-20，但其基础是，但其基础是以钢材以钢材U形缺口冲击试样的统计数据为依据。形缺口冲击试样的统计数据为依据。1982年以后，钢材年以后，钢材的韧性改用的韧性改用V形缺口冲击试样作为技术指标，二者相差很大，因形缺口冲击试样作为技术指标，二者相差很大，因此对我国的低温压力容器界限一直是业内人士争论的焦点。按现此对我国的低温压力容器界限一直是业内人士争论的焦点。按现行压力容器设计理念，一台

40、特定的压力容器是否属于低温压力容行压力容器设计理念，一台特定的压力容器是否属于低温压力容器，应按以下因素确定：器，应按以下因素确定：67（1）压力容器所用材料的低温力学性能；压力容器所用材料的低温力学性能；（2）压力容器材料的热处理状态；压力容器材料的热处理状态；（3）材料的厚度；材料的厚度；（4）容器材料中的应力状态（实际应力与许用应力比）。容器材料中的应力状态（实际应力与许用应力比）。68设计基础 低温压力容器界限问题n 根据我国钢材的实际情况和国家对产品安全的考虑，根据我国钢材的实际情况和国家对产品安全的考虑，GB150-19984.2.7中已经对低温压力容器界限做出了相应修正：中已经对

41、低温压力容器界限做出了相应修正：a)使用温度低于使用温度低于0时：厚度大于时：厚度大于25mm的的20R，厚度大于，厚度大于38mm的的16MnR，15MnVR和和15MnVNR，任意厚度的，任意厚度的18MnMoNbR、13MnNiMoNbR和和Cr-Mo钢板；钢板；b)使用温度低于使用温度低于-10时：厚度大于时：厚度大于12mm的的20R，厚度大于，厚度大于20mm的的16MnR，15MnVR和和15MnVNR。69设计基础 低温压力容器界限问题n上述范围内的压力容器已经被列入低温压力容器的管辖范围，其上述范围内的压力容器已经被列入低温压力容器的管辖范围，其制造、检验等方面的要求应视同于

42、按制造、检验等方面的要求应视同于按GB150-1998附录附录C要求的要求的压力容器。应该说，目前的低温容器界定方法不是具有充分科学压力容器。应该说，目前的低温容器界定方法不是具有充分科学依据的，我们将在研究的基础上，参照国际标准，制订更为合理依据的，我们将在研究的基础上，参照国际标准，制订更为合理的规定。的规定。70设计基础 最大允许工作压力问题n最大允许工作压力是国际压力容器行业的通用概念，该压力是根最大允许工作压力是国际压力容器行业的通用概念，该压力是根据容器壳体的有效厚度计算所得，且取最小值。据容器壳体的有效厚度计算所得，且取最小值。n按我国按我国GB150-1998B2.1的定义，最

43、大允许工作压力的定义，最大允许工作压力“指在设指在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大表压力。计温度下，容器顶部所允许承受的最大表压力。”71设计基础 最大允许工作压力问题n最大允许工作压力的作用是设定容器超压限度的起始压力，充分最大允许工作压力的作用是设定容器超压限度的起始压力，充分利用容器的圆整厚度，尽量拉大工作压力与安全阀或爆破片泄放利用容器的圆整厚度，尽量拉大工作压力与安全阀或爆破片泄放压力之间的压力差，使压力容器的工作更为平稳。压力之间的压力差，使压力容器的工作更为平稳。n当采用最大允许工作压力作为设定容器超压限度的起始压力时，当采用最大允许工作压力作为设定容器超压限度的起始压力时，

44、在设计中应考虑最大允许工作压力代替设计压力进行压力试验。在设计中应考虑最大允许工作压力代替设计压力进行压力试验。对此，对此，GB150-19983.8.1.1和附录和附录B4.1有明确规定。有明确规定。n问题在于如何计算容器的最大允许工作压力。问题在于如何计算容器的最大允许工作压力。72设计基础 最大允许工作压力问题n容器的最大允许工作压力应根据容器中包含的所有受压元件容器的最大允许工作压力应根据容器中包含的所有受压元件的设计条件和结构尺寸予以确定，原则上依据各受压元件的的设计条件和结构尺寸予以确定，原则上依据各受压元件的有效厚度计算得到。容器的最大允许工作压力可按下式确定：有效厚度计算得到。

45、容器的最大允许工作压力可按下式确定：73设计基础 最大允许工作压力问题n式中式中分别为容器圆筒、封头、法兰、开孔补强分别为容器圆筒、封头、法兰、开孔补强等受压元件依据各自的设计条件和结构尺寸计算所得的相应等受压元件依据各自的设计条件和结构尺寸计算所得的相应于该元件的最大允许工作压力。于该元件的最大允许工作压力。74设计基础 最大允许工作压力问题n对设计者而言，是否需要提高容器的超压限度，是决定是否对设计者而言，是否需要提高容器的超压限度，是决定是否采用最大允许工作压力进行压力试验的前提条件。应该说，采用最大允许工作压力进行压力试验的前提条件。应该说，GB150中的最大允许工作压力定义不够准确，

46、在标准提案中中的最大允许工作压力定义不够准确，在标准提案中已经给出了修订方案，即已经给出了修订方案，即“该压力是根据容器各承压元件的该压力是根据容器各承压元件的有效厚度计算所得，且取最小值。有效厚度计算所得，且取最小值。”75设计基础 关于焊接接头系数选用问题n焊接接头系数的选取与接头的型式、无损检测比例和对容器的要求有焊接接头系数的选取与接头的型式、无损检测比例和对容器的要求有关。主要有以下几个问题：关。主要有以下几个问题：（1）纵向接头与环向接头的型式、无损检测比例不一致。如：纵向接头）纵向接头与环向接头的型式、无损检测比例不一致。如：纵向接头采用双面焊、采用双面焊、100RT或或UT，而

47、环向接头为加垫板的单面焊且无法，而环向接头为加垫板的单面焊且无法进行进行RT或或UT检测，在容器的设计计算中应采用纵向接头的焊接接头检测，在容器的设计计算中应采用纵向接头的焊接接头系数还是环向接头的焊接接头系数。系数还是环向接头的焊接接头系数。76设计基础 关于焊接接头系数选用问题n内压圆筒厚度计算公式是根据圆筒中周向总体（一次）薄膜应力内压圆筒厚度计算公式是根据圆筒中周向总体（一次）薄膜应力的强度导出，所以与之相对应的焊接接头系数应为圆筒的纵向接的强度导出，所以与之相对应的焊接接头系数应为圆筒的纵向接头焊接接头系数。圆筒环缝中虽也存在环向（周向）薄膜应力，头焊接接头系数。圆筒环缝中虽也存在环

48、向（周向）薄膜应力，但它不属于总体薄膜应力，而是属于局部薄膜应力，它的许用应但它不属于总体薄膜应力，而是属于局部薄膜应力，它的许用应力与圆筒厚度计算中取的许用应力（一倍力与圆筒厚度计算中取的许用应力（一倍不同。所以不应将不同。所以不应将环向接头焊接接头系数与之混淆。环向接头焊接接头系数与之混淆。77设计基础 关于焊接接头系数选用问题n但为确保整个圆筒的强度与安全，一般尽量将环向接头的焊接接但为确保整个圆筒的强度与安全，一般尽量将环向接头的焊接接头系数取与纵向接头一致，若实在制造上存在困难，允许与纵缝头系数取与纵向接头一致，若实在制造上存在困难，允许与纵缝不同，即可按不同，即可按GB150-19

49、98中中10.8.2.3执行。此时环向接头的焊执行。此时环向接头的焊接接头系数虽可能与纵向接头的焊接接头系数不同，但计算圆筒接接头系数虽可能与纵向接头的焊接接头系数不同，但计算圆筒厚度时，仍取纵向接头的焊接接头系数。但此时设计者应规定对厚度时，仍取纵向接头的焊接接头系数。但此时设计者应规定对该焊接接头的技术要求，以提醒制造厂用焊接工艺来保证焊接质该焊接接头的技术要求，以提醒制造厂用焊接工艺来保证焊接质量。量。78设计基础 关于焊接接头系数选用问题n（2）封头拼接接头的焊接接头系数。）封头拼接接头的焊接接头系数。GB150-1998中中10.8.2.2中规定封头拼接接头应进行中规定封头拼接接头应

50、进行100UT或或RT检测，但未规定封头检测，但未规定封头拼接接头的接头系数如何选取。封头拼接接头的无损检测要求主拼接接头的接头系数如何选取。封头拼接接头的无损检测要求主要是针对封头成形时变形较大，缺陷容易扩展而提出的，与封头要是针对封头成形时变形较大，缺陷容易扩展而提出的，与封头厚度计算无关。因此，尽管封头拼接接头要求厚度计算无关。因此，尽管封头拼接接头要求100UT或或RT检检测，其合格指标仍按照压力容器的合格指标而确定。因此，封头测，其合格指标仍按照压力容器的合格指标而确定。因此，封头拼接接头的焊接接头系数一般取压力容器的纵向接头焊接接头系拼接接头的焊接接头系数一般取压力容器的纵向接头焊

51、接接头系数。数。79设计基础 材料代用问题n由于我国压力容器材料供应方面的问题以及部分制造厂解决库存由于我国压力容器材料供应方面的问题以及部分制造厂解决库存材料的需要，制造过程中的材料的需要，制造过程中的“材料代用材料代用”是目前我国压力容器建是目前我国压力容器建造中常见的现象，似乎材料代用是合理解决压力容器材料问题的造中常见的现象，似乎材料代用是合理解决压力容器材料问题的良好方式。面对这种普遍现象。新版压力容器安全技术监察规良好方式。面对这种普遍现象。新版压力容器安全技术监察规程第程第27条也不得不放宽了对材料代用的管理规定。条也不得不放宽了对材料代用的管理规定。n材料选择是设计过程中的重要

52、组成部分，应作为设计风格的体现材料选择是设计过程中的重要组成部分，应作为设计风格的体现始终贯穿于压力容器建造过程。始终贯穿于压力容器建造过程。80设计基础 材料代用问题n尽管材料代用解决了一些压力容器制造过程中的问题，但也引发尽管材料代用解决了一些压力容器制造过程中的问题，但也引发了诸如职责不清、不当代用等现象的发生。了诸如职责不清、不当代用等现象的发生。n因此，在压力容器的建造中，有必要详细地论证材料代用的可行因此，在压力容器的建造中，有必要详细地论证材料代用的可行性，慎重决定。在已经采用了性，慎重决定。在已经采用了“以优代劣以优代劣”原则的情况下，还应原则的情况下，还应考虑如下因素：考虑如

53、下因素：81设计基础 材料代用问题n代用材料的强度级别是否影响到容器类别的划分。代用材料的强度级别是否影响到容器类别的划分。n代和材料对工作介质的相容性：如应力腐蚀、晶间腐蚀等；代和材料对工作介质的相容性：如应力腐蚀、晶间腐蚀等；n代用材料的设计温度下的许用应力是否达到原设计的要求；代用材料的设计温度下的许用应力是否达到原设计的要求；n代用材料是否会产生如改变焊接材料、焊接工艺等；代用材料是否会产生如改变焊接材料、焊接工艺等；n代用材料是否会产生诸如改变热处理状态、无损检测代用材料是否会产生诸如改变热处理状态、无损检测及焊接试板及焊接试板等要求；等要求；82设计基础 材料代用问题n事实上，材料

54、代用是压力容器设计方案的变更，尽管采用了事实上，材料代用是压力容器设计方案的变更，尽管采用了“以以优代劣优代劣”的原则，仍然是产生安全隐患和管理混乱的主要因素，的原则，仍然是产生安全隐患和管理混乱的主要因素，压力容器的设计、制造单位必须充分协商，在考虑到各种可能影压力容器的设计、制造单位必须充分协商，在考虑到各种可能影响压力容器安全使用因素的情况下，慎重决定材料代用方案。响压力容器安全使用因素的情况下，慎重决定材料代用方案。n随着市场经济的发展和材料供货渠道的逐渐完善，压力容器的设随着市场经济的发展和材料供货渠道的逐渐完善，压力容器的设计、建造体制必然会逐步与国际惯例接轨，最终消除材料代用现计

55、、建造体制必然会逐步与国际惯例接轨，最终消除材料代用现象。象。83设计基础 超出标准规定范围的设计问题标准规定的结构形式仅针对最常见的压力容器元件，不可能提供标准规定的结构形式仅针对最常见的压力容器元件，不可能提供所有压力容器的结构设计方法。在设计中经常会有超出标准规定所有压力容器的结构设计方法。在设计中经常会有超出标准规定结构或载荷范围的容器，能否妥善地处理这一类的问题，体现了结构或载荷范围的容器，能否妥善地处理这一类的问题，体现了设计者的水平和能力。一般而言，超出标准规定范围的设计问题设计者的水平和能力。一般而言，超出标准规定范围的设计问题集中在下述两个方面：集中在下述两个方面：84设计基

56、础 超出标准规定范围的设计问题n结构形式或几何尺寸超出标准规定的限制，如：大开孔、异形容结构形式或几何尺寸超出标准规定的限制，如：大开孔、异形容器；器；n载荷类型为标准之外的情况，如：集中载荷、振动或冲击载荷；载荷类型为标准之外的情况，如：集中载荷、振动或冲击载荷；85设计基础 超出标准规定范围的设计问题nGB150-19981.4规定规定“对不能用本标准来确定结构尺寸的受压元对不能用本标准来确定结构尺寸的受压元件，允许采用以下方法设计，但需经全国压力容器标准化技术委员件，允许采用以下方法设计，但需经全国压力容器标准化技术委员会评定、认可：会评定、认可：n包括有限元法在内的应力分析包括有限元法

57、在内的应力分析n验证性实验分析（如实验应力分析、验证性液压试验）；验证性实验分析（如实验应力分析、验证性液压试验）；n用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计。用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计。”86设计基础 超出标准规定范围的设计问题n应该说明，应该说明，“包括有限元法在内的应力分析包括有限元法在内的应力分析”并不意味着要全部并不意味着要全部采用采用JB4732进行应力分析设计，而仅仅是根据压力容器特定的进行应力分析设计，而仅仅是根据压力容器特定的结构和载荷进行局部的应力分析计算，满足结构和载荷进行局部的应力分析计算，满足GB150所规定的设计所规定的设计准则，作为使结构尺寸满足标准

58、规定的依据；准则，作为使结构尺寸满足标准规定的依据；87设计基础 超出标准规定范围的设计问题n“验证性实验分析验证性实验分析”仅指采用实验应力分析方法如：应变测量、仅指采用实验应力分析方法如：应变测量、光弹实验等；目前采用验证性液压试验确定容器设计压力的标准光弹实验等；目前采用验证性液压试验确定容器设计压力的标准条款尚未公布，还无法实行。条款尚未公布，还无法实行。88设计基础 超出标准规定范围的设计问题n“用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计”是过去经常采是过去经常采用的设计方法，往往产生非常保守的设计结果。我们认为，随着用的设计方法，往往产生非常保

59、守的设计结果。我们认为，随着计算机技术的发展和数值分析能力的提高，应该逐步取消经验设计算机技术的发展和数值分析能力的提高，应该逐步取消经验设计方法。计方法。89设计基础新材料应用问题新材料应用问题n压力容器技术的发展依赖于材料生产水平的提高。为了保证压力压力容器技术的发展依赖于材料生产水平的提高。为了保证压力容器用材的规范性和正确地使用标准之外的新材料，容器用材的规范性和正确地使用标准之外的新材料，GB150-1998A1.4条和压力容器安全技术监察规程第条和压力容器安全技术监察规程第23条规定：条规定：n选用新研制的材料制造压力容器，材料的研制、生产单位应按规选用新研制的材料制造压力容器，材

60、料的研制、生产单位应按规定由全国压力容器标准化技术委员会进行技术评审，国家有关部定由全国压力容器标准化技术委员会进行技术评审，国家有关部门批准后方可采用该材料制造压力容器。门批准后方可采用该材料制造压力容器。90设计基础新材料应用问题新材料应用问题n技术评审的过程由材料生产企业申请、委员会受理、工厂考察、技术评审的过程由材料生产企业申请、委员会受理、工厂考察、相应企业标准评价和最终会审。目前按规定取得技术评审认可的相应企业标准评价和最终会审。目前按规定取得技术评审认可的国内外压力容器材料如表国内外压力容器材料如表1：91设计基础新材料应用问题新材料应用问题92设计基础新材料应用问题新材料应用问

61、题93设计基础新材料应用问题新材料应用问题94设计基础关于20g材料应用问题nGB150新版实施以来，由于长期使用的惯性，新版实施以来，由于长期使用的惯性，20g的不当使用问的不当使用问题经常出现。最近在国家组织的设计单位抽查活动中，甚至在个题经常出现。最近在国家组织的设计单位抽查活动中，甚至在个别行业中出现了别行业中出现了20g可以代用可以代用20R的群体错误概念。因此，有必的群体错误概念。因此，有必要对此加以说明。要对此加以说明。95设计基础关于20g材料应用问题n20g和和20R的对比分析的对比分析na.磷、硫含量磷、硫含量P%S%20R0.0300.02020g0.0350.035nb

62、.拉伸试验拉伸试验bMPsMP5%20R4005202352520g40052022524nc.冲击试验冲击试验温度温度AkvJ20R02720g202796设计基础关于20g材料应用问题n20R和和20g钢板的技术要求分别规定在钢板的技术要求分别规定在GB6654(第第2号修改单号修改单)和和GB713中，通过对化学成分（熔炼分析）中的磷、硫含量中，通过对化学成分（熔炼分析）中的磷、硫含量和力学性能（拉伸和冲击试验）方面的技术要求分析，可以看和力学性能（拉伸和冲击试验）方面的技术要求分析，可以看出出20g的技术要求明显低于的技术要求明显低于20R，因此，因此20g不可以代用不可以代用20R。

63、97设计基础关于20g材料应用问题n20g的使用方法的使用方法nGB150附录附录A中中A2.7规定：规定：20g可以代用可以代用Q235-C。也就是。也就是说设计者应在设计中选用说设计者应在设计中选用Q235-C，其使用范围和许用应力均，其使用范围和许用应力均应按应按Q235-C的规定，在制造的过程中按管理规则的规定进行的规定，在制造的过程中按管理规则的规定进行材料代用。我委员会正在开展锅炉和压力容器材料技术要求统材料代用。我委员会正在开展锅炉和压力容器材料技术要求统一的工作，争取将一的工作，争取将20g和和20R的技术要求统一，减少材料代用的技术要求统一，减少材料代用的繁琐程序。的繁琐程序

64、。98设计基础 压力容器力学基础n一点的应力状态：一点的应力状态：n某点处的应力状态可用矩阵表示某点处的应力状态可用矩阵表示：99设计基础 压力容器力学基础载荷：载荷：n极限载荷：极限载荷：极限载荷是相对于一次加载；在某载荷作用，结构的变形将无限制极限载荷是相对于一次加载；在某载荷作用，结构的变形将无限制地增大，从而失去承载能力，这个载荷称为极限载荷地增大，从而失去承载能力，这个载荷称为极限载荷n安定载荷：安定载荷：安定载荷则是相对于反复加载；在加载次数达到极限值时出现裂纹安定载荷则是相对于反复加载；在加载次数达到极限值时出现裂纹或变形随加载递增。或变形随加载递增。100设计基础 压力容器力学

65、基础n简单结构的应力状况简单结构的应力状况1.简支圆平板简支圆平板2.球壳球壳3.圆筒圆筒4.锥段锥段101设计基础 压力容器力学基础n应力的类别：应力的类别：1.薄膜应力薄膜应力2.弯曲应力弯曲应力3.二次应力二次应力4.峰值应力峰值应力102设计基础 压力容器力学基础n应力集中的概念：应力集中的概念：1.应力集中；应力集中；2.应力集中系数应力集中系数；103设计基础 压力容器力学基础n载荷的分类：载荷的分类：1.均布载荷均布载荷2.集中载荷集中载荷3.热载荷热载荷4.动载荷动载荷104设计基础 压力容器力学基础n力的分类：力的分类：1.均布力：均布力：2.集中力：集中力：3.约束反力约束

66、反力105设计基础 安全泄放压力的定义：压力的定义：n最大允许工作压力：在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大最大允许工作压力：在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大表压力；表压力；n动作压力：安全阀的开启压力或爆破片的爆破压力；动作压力：安全阀的开启压力或爆破片的爆破压力；n爆破压力：爆破压力：n设计爆破压力：在指定温度下的爆破压力；设计爆破压力：在指定温度下的爆破压力；n标定爆破压力：在铭牌上标注的爆破压力标定爆破压力：在铭牌上标注的爆破压力；106设计基础 安全泄放n按按GB150规定，超压泄放装置不适用于操作过程中可能产生压力规定，超压泄放装置不适用于操作过程中可能产生压力剧增，反应速

67、度达到爆轰时的压力容器。剧增，反应速度达到爆轰时的压力容器。n换热器等压力容器，若高温介质有可能泄漏到低温介质而产生蒸换热器等压力容器，若高温介质有可能泄漏到低温介质而产生蒸汽时，应在低温空间设置泄放装置；汽时，应在低温空间设置泄放装置；107设计基础 安全泄放 必须采用爆破片的容器：必须采用爆破片的容器：n压力快速增长；压力快速增长；n对密封有更高要求；对密封有更高要求；n容器内物料会导致安全阀失效；容器内物料会导致安全阀失效；n安全阀不能适用的其他情况。安全阀不能适用的其他情况。108设计基础 安全泄放 压力容器装有安全阀时，设计压力如何确定？压力容器装有安全阀时，设计压力如何确定？n由容

68、器的工作压力由容器的工作压力PW，确定安全阀的开启压力，确定安全阀的开启压力PZ=(1.11.05)PW；n取容器的设计压力取容器的设计压力P稍大于安全阀的开启压力稍大于安全阀的开启压力PZ。109结语结语n技术法规和标准的规定只是保证压力容器安全质量的最基本要求。技术法规和标准的规定只是保证压力容器安全质量的最基本要求。n压力容器的设计单位和制造单位应该结合本单位的实际情况，对压力容器的设计单位和制造单位应该结合本单位的实际情况，对压力容器产品提出更为严格的质量要求。压力容器产品提出更为严格的质量要求。n设计者应认真地研究标准和法规的技术及管理规定，提高解决实设计者应认真地研究标准和法规的技

69、术及管理规定，提高解决实际压力容器设计问题的能力，特别是解决特殊结构压力容器的能际压力容器设计问题的能力，特别是解决特殊结构压力容器的能力，以增加设计、建造中的技术含量，保障压力容器安全。力，以增加设计、建造中的技术含量，保障压力容器安全。110结语结语n为了提高行业的设计水平，新组建的全国锅炉压力容为了提高行业的设计水平，新组建的全国锅炉压力容器标准化技术委员会开设了新的网站和专栏，供大家器标准化技术委员会开设了新的网站和专栏，供大家进行技术讨论。网站如下：进行技术讨论。网站如下：,希希望对行业的技术进步起到相应的作用。望对行业的技术进步起到相应的作用。111中国的压力容器标准体系中国的压力

70、容器标准体系标准体系标准体系n标准化法规定的标准形式和性质标准化法规定的标准形式和性质n生产方式确定的标准体系生产方式确定的标准体系标准框架标准框架n以以GB150为核心的标准框架为核心的标准框架n未来的承压设备标准框架未来的承压设备标准框架112中国的压力容器标准体系中国的压力容器标准体系n标准层次标准层次1.国家标准国家标准2.行业标准行业标准3.企业标准企业标准4.地方标准地方标准n标准性质标准性质1.强制性标准强制性标准2.推荐性标准推荐性标准113中国的压力容器标准体系n生产方式确定的标准体系生产方式确定的标准体系n以以GB150为核心的标准框架为核心的标准框架n未来的承压设备标准框

71、架未来的承压设备标准框架114中国的压力容器标准体系生产方式确定的标准体系生产方式确定的标准体系n基础标准：安全的基本要求、设计方法、制造技术要求、检验要基础标准：安全的基本要求、设计方法、制造技术要求、检验要求等；求等；n特定设备标准：特殊的载荷、机构形式、技术要求；特定设备标准：特殊的载荷、机构形式、技术要求；n标准零部件标准：支座、法兰、人、手孔等；标准零部件标准：支座、法兰、人、手孔等；n通用标准：焊接工艺评定、无损检测、材料等。通用标准：焊接工艺评定、无损检测、材料等。返回115中国的压力容器标准体系以以GB150为核心的标准框架为核心的标准框架以以GB150钢制压力容器为核心，主要

72、标准有：钢制压力容器为核心，主要标准有：JB4732钢制压力容器钢制压力容器分析设计标准分析设计标准GB151管壳式换热器管壳式换热器GB12337钢制球形储罐钢制球形储罐JB4708钢制压力容器焊接工艺评定钢制压力容器焊接工艺评定JB/T4709钢制压力容器焊接工艺规程和钢制压力容器焊接工艺规程和JB4730压力容器无损检测压力容器无损检测形成了从设计计算到焊接、检验和验收的完整体系形成了从设计计算到焊接、检验和验收的完整体系返回116中国的压力容器标准体系中国的压力容器标准体系未来的承压设备标准框架未来的承压设备标准框架承压设备总标准承压设备总标准锅炉标准锅炉标准压力容器标准压力容器标准承

73、压管道标准承压管道标准返回117中国的压力容器标准体系中国的压力容器标准体系标准包括了如下基本内容标准包括了如下基本内容：1.标准的适用范围和不适用范围；标准的适用范围和不适用范围；2.压力容器用材和确定材料许用应力的系数；压力容器用材和确定材料许用应力的系数；3.基本要求；基本要求；4.基本受压元件在基本载荷作用下的强度和稳定性计算方法；基本受压元件在基本载荷作用下的强度和稳定性计算方法；5.制造技术要求；制造技术要求；6.检验要求；检验要求；7.其它要求。其它要求。118中国的压力容器标准体系中国的压力容器标准体系 标准的载荷形式标准的载荷形式n内、外压内、外压n工作介质静压工作介质静压n

74、容器和介质重量容器和介质重量n水压试验下的水重水压试验下的水重n风载荷风载荷n雪载荷雪载荷n地震载荷地震载荷119中国的压力容器标准体系中国的压力容器标准体系 标准的载荷形式标准的载荷形式n附加载荷附加载荷n局部支撑、内件或工件错位引起局部应力局部支撑、内件或工件错位引起局部应力n冲击载荷冲击载荷n偏心弯矩偏心弯矩n稳态或瞬态温差应力稳态或瞬态温差应力n压力和温度波动压力和温度波动120中国的压力容器标准体系 压力容器的失效形式压力容器的失效形式n强度失效：爆破、过度变形强度失效：爆破、过度变形n稳定性失效：失稳稳定性失效：失稳n刚性失效：泄漏刚性失效：泄漏n疲劳失效：疲劳开裂疲劳失效：疲劳开

75、裂n腐蚀失效：均匀腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀腐蚀失效：均匀腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀121中国的压力容器标准体系中国的压力容器标准体系压力容器的设计准则压力容器的设计准则nGB150常规设计：常规设计：弹性失效、第一强度理论；弹性失效、第一强度理论；nJB4732分析设计：分析设计：弹塑性失效、第三强度理论；弹塑性失效、第三强度理论；122中国的压力容器标准体系中国的压力容器标准体系安全系数的降低n产品竞争性的要求产品竞争性的要求n安全系数降低的前提因素：安全系数降低的前提因素：质量保证体系的完善质量保证体系的完善分析技术的普及分析技术的普及制造技术的成熟制造技术的成熟材料的可靠材料的可靠123中

76、国的压力容器标准体系中国的压力容器标准体系标准的适用性增强n压力容器产品的多样性压力容器产品的多样性n不同类型的产品其基本安全要求相同不同类型的产品其基本安全要求相同n标准形式多样化：标准、标准案例、标准解释、指导性文标准形式多样化：标准、标准案例、标准解释、指导性文件件124一、压力容器技术进展一、压力容器技术进展1.1.压力容器用材料的技术进展压力容器用材料的技术进展 2.2.计算机技术的广泛应用计算机技术的广泛应用 3.3.结构设计结构设计 4.4.安全系数的降低安全系数的降低 125一、压力容器技术进展一、压力容器技术进展压力容器用材料的技术进展压力容器用材料的技术进展 近年来压力容器

77、产品大型化、高参数化的近年来压力容器产品大型化、高参数化的趋势日益明显，千吨级的加氢反应器、一趋势日益明显，千吨级的加氢反应器、一万立方米的天然气球罐等已经在我国大量万立方米的天然气球罐等已经在我国大量应用，压力容器在石油化工、核工业、煤应用，压力容器在石油化工、核工业、煤化工等领域中的应用场合也日益苛刻。因化工等领域中的应用场合也日益苛刻。因此，耐高温、高压和耐腐蚀的压力容器用此，耐高温、高压和耐腐蚀的压力容器用材料的研制与开发一直是压力容器行业所材料的研制与开发一直是压力容器行业所面临的重大课题。对此，各国均投入了大面临的重大课题。对此，各国均投入了大量的人力物力从事相关的研究工作。目前，

78、量的人力物力从事相关的研究工作。目前，压力容器用材料的主要研究成果和技术进压力容器用材料的主要研究成果和技术进步表现在以下几个方面：步表现在以下几个方面： 126一、压力容器技术进展一、压力容器技术进展压力容器用材料的技术进展压力容器用材料的技术进展 n材料的高纯净度：冶金工业整体技术水平和装材料的高纯净度：冶金工业整体技术水平和装备水平的提高，极大地提高了材料的纯净度，提备水平的提高，极大地提高了材料的纯净度，提高了压力容器用材料的力学性能指标，提高了安高了压力容器用材料的力学性能指标，提高了安全性；全性；n 材料的介质适用性：针对各种腐蚀性介质和操材料的介质适用性：针对各种腐蚀性介质和操作

79、工况，已研究开发出各种金属材料，使之适合作工况，已研究开发出各种金属材料，使之适合各种应用条件，给设计者以更多选择的空间；各种应用条件，给设计者以更多选择的空间；n 材料的应用界限：针对高温蠕变、回火脆化、材料的应用界限：针对高温蠕变、回火脆化、低温脆断所进行的研究，准确地给出材料的应用低温脆断所进行的研究，准确地给出材料的应用范围。范围。 127一、一、压力容器技术进展压力容器技术进展计算机技术的广泛应用计算机技术的广泛应用 在信息时代的今天，计算机技术在信息时代的今天，计算机技术应用已经渗透到压力容器行业的应用已经渗透到压力容器行业的每一个领域。计算机软、硬件的每一个领域。计算机软、硬件的

80、每一个进步都极大地影响着压力每一个进步都极大地影响着压力容器行业的技术进展，其主要表容器行业的技术进展，其主要表现为：现为： 128一、一、压力容器技术进展压力容器技术进展计算机技术的广泛应用计算机技术的广泛应用 设计设计传统的计算机辅助设计（传统的计算机辅助设计（CADCAD）已逐）已逐步向计算机辅助工程步向计算机辅助工程(CAE)(CAE)的方向发展。随的方向发展。随着计算机能力的不断增强和分析手段的日着计算机能力的不断增强和分析手段的日益多样化，设计者在结构设计阶段就可以益多样化，设计者在结构设计阶段就可以预见到诸如焊接过程中所产生的残余应力、预见到诸如焊接过程中所产生的残余应力、设备组

81、装和运输过程中可能会出现的碰撞设备组装和运输过程中可能会出现的碰撞等问题，并在设计阶段消除这些问题，分等问题，并在设计阶段消除这些问题，分析设计和结构优化设计已经逐渐为设计者析设计和结构优化设计已经逐渐为设计者所掌握；所掌握； 129一、一、压力容器技术进展压力容器技术进展计算机技术的广泛应用计算机技术的广泛应用 制造制造计算机辅助制造计算机辅助制造(CAM)(CAM)技术正在逐技术正在逐步改变压力容器制造厂传统的工艺卡方式，步改变压力容器制造厂传统的工艺卡方式，质量管理意识和生产方式已经发生了深刻质量管理意识和生产方式已经发生了深刻的变革。压力容器全过程的计算机管理使的变革。压力容器全过程的

82、计算机管理使得所有控制点均能得到有效的控制，极大得所有控制点均能得到有效的控制，极大地减少了人为失误，有效地保证了产品质地减少了人为失误，有效地保证了产品质量的稳定，保证了生产周期和生产成本的量的稳定，保证了生产周期和生产成本的降低；降低； 130一、一、压力容器技术进展压力容器技术进展计算机技术的广泛应用计算机技术的广泛应用 焊接焊接计算机控制的仿形焊机、计算机控制的仿形焊机、激光焊机和全位置自动焊机的应激光焊机和全位置自动焊机的应用以及药芯焊丝的普遍应用，极用以及药芯焊丝的普遍应用，极大地提高了生产效率和产品质量；大地提高了生产效率和产品质量； 131一、一、压力容器技术进展压力容器技术进

83、展计算机技术的广泛应用计算机技术的广泛应用 无损检测无损检测计算机射线实时成像、超计算机射线实时成像、超声扫描模拟成像和多通道声发射等技声扫描模拟成像和多通道声发射等技术的应用，再配以专门研制的专家系术的应用，再配以专门研制的专家系统，使检测的结果更加准确和客观。统，使检测的结果更加准确和客观。132一、一、压力容器技术进展压力容器技术进展计算机技术的广泛应用计算机技术的广泛应用 特别是超声扫描模拟成像缺陷探察技特别是超声扫描模拟成像缺陷探察技术已经成功地用于核设备、加氢反应术已经成功地用于核设备、加氢反应器等厚度大于器等厚度大于100mm100mm的重型容器。在的重型容器。在ASME COD

84、ECASE 2235ASME CODECASE 2235和欧洲标准中，和欧洲标准中，已经将该方法正式列入，这对提高重已经将该方法正式列入，这对提高重型容器的生产效率和减少射线污染起型容器的生产效率和减少射线污染起到了积极的作用。到了积极的作用。 133一、一、压力容器技术进展压力容器技术进展结构设计结构设计 现代的压力容器结构设计正在逐现代的压力容器结构设计正在逐步摆脱传统观念的束缚，体现真步摆脱传统观念的束缚，体现真正满足工艺要求的设计理念，追正满足工艺要求的设计理念，追求实效性、安全性和经济性的和求实效性、安全性和经济性的和谐统一。谐统一。 134一、一、压力容器技术进展压力容器技术进展结

85、构设计结构设计 结构的合理性设计：事实上，标准中对压结构的合理性设计：事实上，标准中对压力容器的具体结构形式不予限制，因此压力容器的具体结构形式不予限制，因此压力容器结构所受的制约较少，给设计者很力容器结构所受的制约较少，给设计者很大的发挥空间，有利于设计出更加合理的大的发挥空间，有利于设计出更加合理的结构。另外，分析设计手段的运用和验证结构。另外，分析设计手段的运用和验证性试验的实施为结构的合理性设计提供了性试验的实施为结构的合理性设计提供了必要的保障。必要的保障。135一、一、压力容器技术进展压力容器技术进展结构设计结构设计 结构的经济性设计：压力容器的安全结构的经济性设计：压力容器的安全

86、性和经济性的和谐统一一直是设计者性和经济性的和谐统一一直是设计者的追求，应力分析标准就是应此要求的追求，应力分析标准就是应此要求而出现的。焊接钢管的使用和特殊结而出现的。焊接钢管的使用和特殊结构的应用，在很大程度上是考虑了压构的应用，在很大程度上是考虑了压力容器结构的经济性。力容器结构的经济性。 1363 3、中、美主要压力容器标准的对应关、中、美主要压力容器标准的对应关系系（表（表2 2）137表表3中、美中、美标准中的压力限定值1 1、标准的适用范围标准的适用范围138表表4中、美确定钢材基本许用应力的系数的对比2 2、确定许用应力的系数确定许用应力的系数139表表5中国确定螺栓许用应力的系数2 2、确定许用应力的系数确定许用应力的系数140（a）中国压力容器分类方法：一、二、三类（b）美国压力容器分类方法：3 3、压力容器分类压力容器分类1414 4、压力试验、压力试验142143144145146147