压力容器最大允许工作压力

C1 ------钢板厚度负偏差（mm），查钢板标准
C2 ------腐蚀裕量（mm）
最大允许工作压力：Pw 1
=
2[σ]t ∅δe Di +0.5δe
，MPa ，按封头厚度计算公式导出
式中，Di ------封头内直径（mm）
φ------焊接接头系数
[σ]t------封头材料在设计温度下的许用应力
1.5.1 筒体 Pw1
筒体有效厚度：δe＝δn－(C1+C2)
式中，δn------筒体名义厚度（mm），由计算厚度δ+ C1+C2再圆整后得到的
C1 ------钢板厚度负偏差（mm），查钢板或钢管标准
C2 ------腐蚀裕量（mm）
最大允许工作压力：Pw 1
=
2[σ]t ∅δe Di +δe
h1-------接管有效外伸长度，mm，按 2.2.3 h2-------接管有效内伸长度，mm，按 2.2.3 δt -------接管计算厚度，mm A3--源自文库---焊缝金属截面积，mm2，按下式确定：
A3 = ab [2]，mm2
a-------焊缝底边长度，mm，参看《容器及管路的焊接连接》 b-------焊缝高度，mm，参看《容器及管路的焊接连接》 当Ae≥A时，不需附加补强面积；当Ae＜A，就需要在有效补强范围内附加补强面积。 附加补强面积为：
最大允许工作压力
1 容器的压力
1.1 工作压力Pw
在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力（即正常工作温度下的最高工作压 力）。一般情况下，工作压力由工艺专业提出，作为容器设计的基础数据。对于可能产生 循环失效的容器，应该按工作压力评价容器的强度。[1]
1.2 设计压力 P 设定的容器顶部的最高工作压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不
式中，PNt ------法兰在容器设计温度下的最大允许工作压力，MPa [3] [4]
非标法兰：Pw3 = Pmt ax ，MPa
式中，Pmt ax ------法兰设计温度下的最大允许工作压力，MPa ，可参考 《螺栓法兰联接设计》。
1.5.4 开孔补强 Pw4
关于开孔补强的最大允许工作压力 Pw4：
制压力容器》·表 4-1 中关于不锈钢在各温度下许用应力值，一般要应该采用各行中第 2
行的值（即，注 4 标定的行）。
2）外压容器
液压试验： PT = 1.25P ，MPA [2]
气压试验： PT = 1.15P ，MPA [2]
3）压力试验前的应力校核
压力试验前，应按下式校核圆筒应力：
σT
=
PT (Di +δe ) 2δe
容器的最大允许工作压力可按下式确定：
PMVWP = min⁡{Pw1，Pw2，Pw3，Pw4， … } ，MPa [1]
式中，Pw1、Pw2、Pw3、Pw4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到的相应于该元件的最大允许工作压力。
下面以受内压的容器为例讨论最大许用工作压力的计算方法。
A = 0.5[dδ + 2δδet (1 − fr)] [2]，mm2
式中各参数含意同上。 2.2.3 有效补强范围
沿壳体经线方向补强范围：B = max⁡{2d ，d + 2(δn + δnt )} ； [2]
沿接管轴线方向补强范围：h = min⁡{�dδnt ，h1 ，h2} ； [2]
式中，h1 ------接管实际外伸高度，mm h2 ------接管实际内伸高度，mm δn ------壳体名义厚度，mm
由导出的公式，并结合 1.5.1 节导出公式可以看出，使用椭圆形封头时Pw1＜Pw2 。
1.5.3 法兰 Pw3
容器用法兰有筒体法兰和接管法兰。一般筒体法兰按 JB/T 4700～4707-2000 选用， 接管法兰按 HG/T 20592~20635-2009 选用，有时按其它标准或自行设计。
标准法兰：Pw3 = PNt ，MPa
=
[σ ]t [σB ]t
其余各参数含意同 2.2.2。 2.2.4 补强面积
在有效补强范围内，壳体和接管的有效厚度减去计算厚度后的多余金属截面面积可以 作为补强的截面积，称为补强面积，计算公式：
Ae = A1 + A2 + A3 [2]，mm2
式中，A1------壳体在补强范围内的多余金属截面积，mm2，按下式确定：
A1 = (B − d)(δe − δ) − 2δet (δe − δ)(1 − fr) [2]，mm2
低于工作压力。确定容器的设计压力时，应考虑如下因素： 1）设计压力不应低于超压泄放装置的整定压力，即P≥Pd 。 2）设计压力不应低于最高工作压力，即P≥Pw 。 3）对于盛装液化气体的容器，设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度
确定，且不低于《容规》·第 3.9.3 节的相关规定。 4）真空容器按规定选取，此处不论。 5）对于多室容器，各室设计压力应根据各自的工作压力确定。[1]
2.2 壳体补强 2.2.1 补强形式
壳体开孔补强可采用：补强圈补强和整体补强两种结构型式。 选用补强圈补强时，应遵循下列规定：
1）壳体和补强圈钢材的标准抗拉强度下限值σb≤540MPa； 2）补强圈厚度小于或等于 1.5δn； 3）壳体名义厚度δn≤38mm； 若条件许可，推荐以厚壁管代替补强圈进行补强。 整体补强，是指采取增加壳体厚度，或用全焊透的结构型式将厚壁管或整体补强锻件 与壳体相焊的补强形式。符合下列条件之一的容器开孔，应考虑采用整体补强： 1）设计压力 p≥4MPa； 2）设计温度 T＞350℃； 3）盛装极度、高度危害介质； 4）易疲劳； 5）补强圈结构不满足要求。[2] 2.2.2 所需补强面积 壳体开孔边缘存在着 3 种应力：局部薄膜应力、弯曲应力、峰值应力。[1] 等面积补强法：是以补偿开孔局部截面的拉伸强度作为补强准则的。通俗一点说，就 是将开孔丧失的拉伸承载截面在孔边有效补强范围内等面积地进行补偿。等面积补强法虽 被多国广泛采用，但其只涉汲静力强度问题，对于二次应力是通过限制开孔形状、长短径 之比和开孔范围间接加以考虑的。因其未对开孔边缘的峰值应力未加考虑，不适用于被劳 容器的开孔补强。[1] 计算公式，按 GB150-1998《钢制压力容器》·第 8 章·第 8.5 节。 1）内压容器开孔所需补强面积：
，MPA [2]
式中， P------设计压力（MPa）
[σ]------元件材料在试验温度下的许用应力（MPa） [σ]t------元件材料在设计温度下的许用应力（MPa）
气压试验：
PT
=
1.15P
[σ ] [σ ]t
，MPA [2]
一般情况下，对于碳钢、低合金钢材料元件，设计温度不高于 150℃时，[σ]= [σ]t； 但是，对于不锈钢材料元件，往往[σ]>[σ]t，设计时应多加注意。对于GB150-1998《钢
A4 = Ae − A [2]，mm2
有时为了提高壳体开孔处的刚度，在不需附加补强时也适当增加一定的补强措施。
2.2.5 附加补强厚度计算
1）用补强圈补强时，可按 JB/T4736-2002《补强圈》选取，则所需补强圈的厚度：
S
≥
ZA4 B′ −d
，mm
式中，Z-------壳体材料与补强圈材料许用应力之比：Z
1）壳体开孔补强最大允许工作压力：按 2.2.6 确定；
2）平盖开孔补强最大允许工作压力：按 2.3.3 确定。
1.5.5 接管 Pw5 及焊接接头 Pw6 一般情况下，接管最大允许工作压力计算方法与筒体相同[5]，可在计算筒体最大允许
工作压力时一同确定。
对于焊接接头，GB 150-1998《钢制压力容器》·第 10 章·图 10-1 明确示意，下面简 要说明一下常用焊接接头归类：
δe ------壳体有效厚度，mm，δe＝δn-C C ------壳体壁厚附加量，mm，C＝C1+ C2 C1 ------壳体壁厚负偏差，mm C2------壳体腐蚀裕量，mm，
A2------接管在补强范围内的多余金属截面积，mm2，按下式确定：
A2 = 2h1(δet − δt)fr + 2h2(δet − C2)(1 − fr) [2]，mm2
1）封头所有拼接接头，筒体、接管的纵向对接接头和开孔处环向对接接头：A 类；
2）筒体、接管、筒体或接管与封头或对焊法兰连接处的环向对接接头：B 类
3）筒体或接管与平焊法兰连接处的环向角接接头：C 类 容器上的这 3 类接头中，A类所受应力最大，大约为其它两类的 2 倍左右[1]。因此， 在筒体或接管强度计算公式中都引入的是A类焊接接头系数φ。所以筒体或接管最大允许 工作压力，就是其上的A类焊接接头的最大允许工作压力。则：
1.5 最大允许工作压力 MAWP
最在允许工作压力，是指在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大表压力。该压力 是根据容器各部分壳体的有效厚度计算所得，且取最小值。当采用最大允许工作压力作为 容器超压限度的起始压力时，在设计中应考虑用最大允许工作压力代替设计压力进行压力 试验。[1] 对此，GB 150-1998《钢制压力容器》·B4.1 中有明确规定，问题在于如何确定 容器的最大允许工作压力。
2 开孔补强
2.1 壳体开孔 容器壳体上开孔，应为圆形、椭圆形、长圆形。对非圆形开孔长短径之比不大于 2。 圆筒开孔： 1）内径Di≤1500mm时，开孔最大直径d≤Di/2，且d≤520mm； 2）内径Di＞1500mm时，开孔最大直径d≤Di/3，且d≤1000mm； 凸形封头或球壳：开孔最大直径d≤Di/2； 锥形封头或锥壳：开孔最大直径d≤Di/3，Di为开孔中心处锥壳直径。[2]
A = dδ + 2δδet (1 − fr ) [2]，mm2
式中，d ------开孔直径，mm，具体要求参看《容器及管路的焊接连接》，对于 圆筒或锥壳：一般取开孔在圆筒轴向的最大尺寸；对于凸形封头：一般取开孔 的最大尺寸
δ ------壳体开孔处的计算厚度，mm，按第 4 节 δet------接管有效厚度，mm，δet＝δnt-Ct δnt ------接管名义厚度，mm Ct------接管壁厚附加量，mm，按第 4 节：Ct＝Ct1+ Ct2 Ct1------接管壁厚负偏差，mm，按第 4 节 Ct2------接管腐蚀裕量，mm，按第 4 节 fr ------强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之 比 值，当计算fr＞1.0 时，取fr＝1.0 2）外压容器开孔所需补强面积：
1.3 计算压力 Pc
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。对于多室容器， 确定计算压力时，应考虑各室间最大压力差。[1]
计算压力与设计压力的关系：Pc≥P 。
1.4 试验压力 PT
试验压力为容器试验时，容器顶部的压力。
1）受内压的容器
液压试验：
PT
=
1.25P
[σ ] [σ ]t
，MPa [2]
式中，Di ------圆筒内直径（mm）
PT------试验压力（Mpa）
δe ------圆筒的有效厚度（mm）
σT应满足下列条件：
液压试验时，σT≤0.9φσS（σ0.2）
气压试验时，σT≤0.8φσS（σ0.2）
式中，φ------焊接接头系数
σS（σ0.2）----筒体材料在试验温度下的屈服点(或 0.2%屈服强度)。
接管最大允许工作压力：
Pw 5
=
2[σ]t ∅δe Di +δe
，MPa ，按中径公式导出
式中，Di ------接管内直径（mm）
φ------焊接接头系数
[σ]t------接管材料在设计温度下的许用应力 δe------接管在效厚度，按 1.5.1 节确定，开孔补强的附加厚度不计在内 对于 B 类焊接接头，一般要求其与 A 类焊接接头具有同样的质量水平，即要求具有 相同的焊接接头系数φ，以保证整个容器的强度和安全。所以，计算容器的最大允许工作 压力时，只引入 A 类焊接接头系数，B 类、C 类焊接接头不再计算。
，MPa
，按中径公式导出
式中，Di ------圆筒内直径（mm）
φ------焊接接头系数
[σ]t------筒体材料在设计温度下的许用应力
1.5.2 封头 Pw2
下面按标准椭圆封头进行公式推导。
封头有效厚度：δe＝δn－(C1+C2)
式中，δn------封头名义厚度（mm），由计算厚度δ+ C1+C2再圆整后得到的