压力容器设计

压力容器设计基础

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 MPa

GB151－1999《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≤1.75×104

JB4732－95《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 MPa

JB／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≤0.2000 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 JB4710－2000 《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)>5

2.设计时应考虑的载荷

1)内压、外压或最大压差；

2)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)连接管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)接管、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Pw

1)内压容器在正常工作情况下，容器顶部可能出现的最高压力。

2)真空容器在正常工作情况下，容器可能出现的最大真空度。

3)外压容器在正常工作情况下，容器可能出现的最大内外压力差。

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，可忽略不计。

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

安全阀阀瓣开始离开阀座，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情况下介质温度。

最高、最低工作温度

容器在正常工作情况下可能出现介质的最高、最低温度。

设计温度

容器在正常工作情况，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δmin

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=C1+C2

设计容器受压元件时所必须考虑的附加厚度，包括钢板（或钢管）厚

度附加量的厚度。

设计厚度δd

计算厚度与腐蚀裕量之和

名义厚度（即图样厚度）δn

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δe

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)选材的基本原则

选择压力容器用材，须根据容器的使用条件（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。注意在同一工程中应尽量注意用材统一,具体的选材过程中必须仔细考虑如下因素：

（二）材料的基本性能

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