压力容器设计和计算机计算

锻件级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 检验项目 检验数量 硬度（HB） 逐件检查 拉伸（σ 、σ 、δ ） 同冶炼炉号、同炉热处理 的锻件组成一批，每批抽 拉伸（σ 、σ 、δ ） 检一件 超声检测 逐件检查 拉伸（σ 、σ 、δ ） 逐件检查 超声检测 逐件检查
b 0.2 5 b 0.2 5 b 0.2 5
Ⅳ
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5
2.温度
设计温度：指容器在正常工作情况下，设定的元 件的温度（沿元件金属截面的温度平 均值）。设计温度和设计压力一起 作为设计载荷条件。 试验温度：指压力试验时，壳体的金属温度。
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3.厚度
计算厚度：指按各公式计算得到的厚度。需要时尚 应计入其他载荷所需厚度（见下面的载荷） 设计厚度：指计算厚度与腐蚀裕量之和 名义厚度：指设计厚度加上钢板负偏差后向上圆整 至钢材标准规格的厚度，既标注在图样上的尺寸 有效厚度：指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板负偏差
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7.压力试验
液压试验
压力试验的确定： 内压容器 液压试验： 气压试验： 外压容器和真空容器 液压试验： 气压试验：
气压试验
气密性试验
[] σ pt = 1.25 p t [] σ [] σ pt = 1.15 p t [] σ
p t = 1.25 p
pt = 1.15 p
p t —试验压力，Mpa
3.锻件
低温压力容器用低合金钢锻件最低为Ⅱ级锻件 锻件的使用技术要求可按JB4726《压力容器用碳 钢和低合金钢锻件》、JB4726-27《低温压力容器 用低合金钢锻件》以及JB4728《压力容器用不锈 钢锻件》 当碳素钢及低合金钢锻件使用温度低于-20℃时， 其热处理状态及最低冲击试验见有关标准
p —设计压力，MPa
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容器在压力试验前还必须进行应力校核，校核 公式为：
pt ( Di +δ ) e σ= t δ 2 e
σ —试验压力下圆筒的应力 MPa t
Di —圆筒内直径 mm
pt
—试验压力 MPa
δ —圆筒的有效厚度 mm e σ t σ t
≤0.9φσ ( 0.2 ) sσ 气压试验时， ≤0.9φσ ( 0.2 ) sσ σs ( 0.2 ) —圆筒材料在试验温度下的屈服点（或0.2%屈服 σ 强度）， MPa φ —圆筒的焊接接头系数
t t σσ.2 s 0 1.5
( )
1)
t σ D 1.5
t σ n 1.0
1） 对奥氏体高合金钢受压元件， 当设计温度低于蠕变温度范围， 且允许有微量的永久变形
t σ 时，可适当提高许用应力至0.9 σ（ t0.2 ）但不超过 s
σ( 0.2 ) sσ 。此规定不适用于法兰或其他有 1.5
微量永久变形就产生泄漏或故障的场合。
四、压力容器设计计算软件包
SW6《过程设备强度计算软件包》，以下简称 SW698。该软件包是以国标GB150《钢制压力容器》； GB151《钢制管壳式换热器》；GB12333《钢制球形 储罐》；JB4710《钢制塔式容器》；JBxxxx《钢制 卧式容器》及HG20582《钢制化工容器强度计算规 定》为编制依据。它的运行环境为WINDOWS系统， 此软件在运行过程中直观、方便、灵活。 该软件包含了10个设备计算程序，每个设备计算程序 既可进行设备的整体计算，也可进行该设备中某一个 零部件的单独计算。
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δ 1
δ 2
6.焊接接头系数
对容器来说，主要存在两种 对接焊缝，即纵向对接焊缝 与环向对接焊缝 双面焊对接接头和相当于 双面焊的全焊透对接接头 100%无损检测φ =1.00 局部无损检测 φ =0.85 对于单面焊对接接头（沿 焊缝根部全长有紧贴基本 金属的垫板） 100%无损检测φ =0.9 局部无损检测 φ =0.8
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2.钢管
钢管的标准及许用应力按附录中规定 当碳素钢及低合金钢钢管使用温度低于-20℃时， 其使用状态为正火状态。另外，钢管的工艺性能试 验（压扁、扩口等）要求，应根据钢管使用使用时 的加工工艺和各钢管标准中的相应规定提出。
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3.锻件
a.锻件的标准及许用应力按附录中的规定 b.锻件的形状有筒形锻件、环形锻件、饼形锻件、碗 形锻件、长颈法兰锻件和条形锻件。 c.锻件按使用要求分成Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ级,具体见下表
σ 应满足的条件：液压试验时， t
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三、压力容器设计材料
压力容器用钢材类型主要有钢板、钢管、锻件、 螺柱和螺母。 选择压力容器用钢应考虑容器的使用条件，例 如：设计压力、设计温度、介质特性、和操作特 点等，从而选择钢材为焊接性能良好的钢材，同 时还要考虑到容器的制造工艺和经济合理性。 下面我们谈谈这些类型的钢材在压力容器中使用 过程中的一些规定。
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应逐张进行超声检测的碳素钢和低合金钢钢板
钢板名称 20R 16MnR 15MnVR 15MnVNR 18MnMoNbR 13MnNiMoNbR 16MnDR 15MnNiDR 09Mn2DVR 09MnNiDR 多层包扎压力容器内筒 调质状态供货钢板 钢板厚度 mm ＞30 ＞30 ＞25 ＞25 ＞25 ＞25 ＞20 ＞20 ＞20 ＞20 质量等级 Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅱ Ⅱ
第七章 压力容器的设计与计算机辅助设计
1
第一节
引言
这一章我们主要学习压力容器设计的基本 方法，学习如何运用SW6-1998 V2.0 《过程设 备强度计算软件包》及PVCAD《计算机辅助设 计软件包》使我们能更进一步对所学知识全面 巩固和提高。
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一、压力容器设计步骤及主要规程及标准
设计步骤: 工艺计算 机械计算 主要规程及标准: 《压力容器安全技术监察规定》 《钢制压力容器》 《钢制管壳式换热器》 《钢制塔式容器》
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4.螺柱和螺母
螺柱的材料一般要求是强度高、韧性好、耐介质腐 蚀。 低合金钢螺柱用毛坯，经调质热处理后做力学性能试 验 为了避免螺栓与螺母咬死，螺母的硬度一般要比螺栓 低HB30 低合金钢螺柱使用温度低于-20℃时应进行使用温度 下的低温冲击试验，其要求见有关标准
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螺栓和螺母的组合可见下表
螺栓用钢 Q235-A 35 15 40MnB,40MnVB,40Cr 30CrMoA 35CrMoA 30CrMoA,35CrMoA 35CrMoVA 25CrMoVA 25Cr2MoA 1Cr5Mo 2Cr13 0Cr19Ni9 0Cr17Ni12Mo2 1Cr5Mo 1Cr13,2Cr13 25Cr2MoVA 0Cr19Ni9 0Cr17Ni12Mo2 GB3077 GB1221 GB1220 GB3077 GB1220 GB1220 35CrMoA,35CrMoV 30CrMoA GB3077 GB3077 GB3077 -100~500 ＞-20~500 ＞-20~500 ＞-20~550 ＞-20~600 ＞-20~450 ＞-20~550 -196~700 -196~700 35,40Mn,45 30CrMoA 40Mn,45 GB699 GB3077 GB699 GB3077 螺母用钢 Q235-A Q235-A 钢材标准 GB700 GB699 使用温度范围℃ ＞0~300 ＞-20~300 ＞-20~350 ＞-20~400 -100~500 ＞-20~400
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注意
不锈复合钢板除符合以下规定，还应符合GB8165和 GB4733的相应规定。 a.复合界面的结合剪切强度应不小于200MPa b.复合界面的结合率指标及超声检测范围，应在图样或 相应技术文件中说明 c.基板和复材均为 GB150所规定的碳素钢和低合金钢钢 板或锻件，复材也为GB150中的高合金钢钢板 d.复合钢板应在热处理后供货，基层的状态应符合 GB150规定 e.复合钢板使用范围应符合基材和复材使用范围的规定
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在设计中，如需计入复层材料的强度时， 其设计温度下的许用应力按下式确定：
[ ] σ
[] σ t [ ]1 σ [ ]t2 σ
t
t
=
[ ]1tδ1 σ
σ + [ ]2δ 2 δ1 + δ 2
t
——设计温度下符合钢板的许用应力，MPa ——设计温度下基层钢板的许用应力，MPa ——设计温度下复层材料的许用应力，MPa ——基层钢板的名义厚度，mm ——基层材料的厚度，不计入腐蚀裕量，mm
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二、压力容器设计中一些参数的定义
1 压力 2.温度 3.厚度 4.载荷 5.许用应力 6.焊缝接头系数 7.压力试验
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1.压力
工作压力：指在正常工作情况下，容器顶部可能 达到的最高工作压力。 设计压力：指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， 其值不低于工作压力。 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。 当元件所承受的液柱静压力小于5% 设计压力时，可忽略不计。 试验压力：指在压力试验时，容器顶部的压力
5.许用应力
钢材（除螺栓材料外）的许用应力选 取的依据可按表7-1；螺栓材料的许 用Hale Waihona Puke 力选取的依据可按表7-210
表7-1
材料 碳素钢、低合金钢
σ b 3.0
许用应力 取下列各值中的最小值，MPa
σ b 3.0 σ s 1.6
t σ s 1.6 t σ b 1.5 t σ n 1.0
高合金钢
σ( 0.2 ) sσ 1.5
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1.钢板 碳素沸腾钢，和碳素镇静钢适用范围
钢材名称 使用压力 MPa 使用温度℃ 使用厚度 mm Q235-A·F Q235-A Q235-B Q235-C ≤0.6 ≤1.0 ≤1.6 ≤2.5 0～250 0～350 0～350 0～400 ≤12 ≤16 ≤20 ≤30
不得使用场合 易燃介质，中、高或极度毒性 液化石油气，高或极度毒性 高或极度毒性
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