第二章压力容器基本知识Word文档下载推荐.docx
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图A-2压力容器类别划分图——第二组介质
A1.3.5特殊情况的类别划分
（1）坐标点位于图A-1或者图A-2的分类线上时，按照较高的类别划分其类别；
（2）本规程1.4范围内的压力容器统一划分为第Ι类压力容器。
A2压力等级划分
按压力容器的设计压力（p）划分为低压、中压、高压和超高压四个压力等级：
（1）低压（代号Ｌ），0.1MPa≤p＜1.6MPa；
（2）中压（代号M），1.6MPa≤p＜10.0MPa；
（3）高压（代号Ｈ），10.0MPa≤p＜100.0MPa；
（4）超高压（代号Ｕ），p≥100.0MPa。
A3压力容器品种划分
压力容器按照在生产工艺过程中的作用原理，划分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器、储存压力容器。
具体划分如下：
（1）反应压力容器（代号Ｒ），主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器，例如各种反应器、反应釜、聚合釜、合成塔、变换炉、煤气发生炉等；
（2）换热压力容器（代号Ｅ），主要是用于完成介质的热量交换的压力容器，例如各种热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器等；
（3）分离压力容器（代号Ｓ），主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器，例如各种分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、铜洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等；
（4）储存压力容器（代号Ｃ，其中球罐代号Ｂ），主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器，例如各种型式的储罐、缓冲罐、消毒锅、印染机、烘缸、蒸锅等。
二、介质毒性程度的分级和易燃介质的划分
压力容器类别划分需要根据化学介质的特性确定介质组别，以选择压力容器类别划分图。
TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》规定，介质毒性危害程度和爆炸危害程度的确定，按照HG20660-2000《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危害程度分类》确定。
第二节设计的一般规定
【学习目标】学习GB150.1《通用要求》，熟悉压力、温度、厚度、许用应力等相关定义，并参考其他相关标准，掌握和运用这些定义。
一、术语和定义
GB150.1《通用要求》第3章“术语与符号”规定了15个压力容器的术语和定义，其他关于压力容器的术语和定义可以查阅GB/T26929-2011《压力容器术语》。
以下内容摘选自GB150.1《通用要求》第3章“术语与符号”。
3.1术语和定义
GB/T26929界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1压力pressure
垂直作用在容器单位表面积上的力。
在本标准中，除注明者外，压力均指表压力。
3.1.2工作压力operatingpressure
在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。
3.1.3设计压力designpressure
设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为容器的基本设计载荷条件，其值不低于工作压力。
3.1.4计算压力calculationpressure
在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，包括液柱静压力等附加载荷。
3.1.5试验压力testpressure
进行耐压试验或泄漏试验时，容器顶部的压力。
3.1.6最高允许工作压力maximumallowableworkingpressure（MAWP）
在指定的相应温度下，容器顶部所允许承受的最大压力。
该压力是根据容器各受压元件的有效厚度，考虑了该元件承受的所有载荷而计算得到的，且取最小值。
注：
当压力容器的设计文件没有给出最高允许工作压力时，则可以认为该容器的设计压力即是最高允许工作压力。
3.1.7设计温度designtemperature
容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。
设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。
3.1.8试验温度testtemperature
进行耐压试验或泄漏试验时，容器壳体的金属温度。
3.1.9最低设计金属温度minimumdesignmetaltemperature
设计时，容器在运行过程中预期的各种可能条件下各元件金属温度的最低值。
3.1.10计算厚度requiredthickness
按本标准相应公式计算得到的厚度。
需要时，尚应计入其他载荷（见4.3.2）所需厚度。
对于外压元件，系指满足稳定性要求的最小厚度。
3.1.11设计厚度designthickness
计算厚度与腐蚀裕量之和。
3.1.12名义厚度nominalthickness
设计厚度加上材料厚度负偏差后向上圆整至材料标准规格的厚度。
3.1.13有效厚度effectivethickness
名义厚度减去腐蚀裕量和材料厚度负偏差。
3.1.14最小成形厚度minimumrequiredfabricationthickness
受压元件成形后保证设计要求的最小厚度。
3.1.15低温容器low-temperaturepressurevessel
设计温度低于-20℃的碳素钢、低合金钢、双相不锈钢和铁素体不锈钢制容器；
以及设计温度低于-196℃的奥氏体不锈钢制容器。
二、设计的一般规定
1、设计依据
容器设计单位（设计人员）应严格依据用户或设计委托方所提供的容器设计条件进行容器设计，应考虑容器在使用中可能出现的所有失效模式，提出防止失效的措施。
容器受压元件的强度、刚度和稳定性计算按GB150.3或规范性引用文件的规定。
对于有成功使用经验的承受循环载荷的容器，经设计单位技术负责人批准，可按本标准进行设计，并按JB4732附录C补充疲劳分析和评定，同时满足其相关制造要求。
2、设计载荷
设计时应考虑以下载荷：
a）内压、外压或最大压差；
b）液体静压力，当液柱静压力小于设计压力的5%时，可忽略不计；
需要时，还应考虑下列载荷：
c）容器的自重（包括内件和填料等），以及正常工作条件下或耐压实验状态下内装介质的重力载荷；
d）附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台的的重力载荷；
e）风载荷、地震力、雪载荷；
f）支座、底座圈、支耳及其他型式支承件的反作用力；
g）连接管道和其他部件的作用力；
h）温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力；
i）冲击载荷，包括压力急剧波动引起的冲击载荷、流体冲击引起的反力等；
j）运输或吊装时的作用力。
3、设计压力
①确定设计压力或计算压力时，应考虑：
a）容器上装有超压泄放装置时，应按GB150.1《通用要求》附录B的规定确定设计压力；
b）对于盛装液化气体的容器，如果具有可靠的保冷设施，在规定的装量系数范围内，设计压力应根据工作条件下容器内介质可能达到的最高金属温度确定；
否则按相关法规确定；
c）对于外压容器（例如真空容器、液下容器和埋地容器），确定计算压力时应考虑在正常工作情况下可能出现的最大内外压力差；
d）确定真空容器的壳体厚度时，设计压力按承受外压考虑；
当装有安全控制装置（如真空泄放阀）时，设计压力取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa两者中的低值；
当无安全控制装置时，取0.1MPa；
e）由2个或2个以上压力室组成的容器，如夹套容器，应分别确定各压力室的设计压力；
确定公用元件的计算压力时，应考虑相邻室之间的最大压力差。
②HG/T20580-2011《钢制化工容器设计基础规定》是GB150.1《通用要求》的行业性补充标准，在符合GB150.1《通用要求》标准的前提下，对于压力容器载荷、设计压力或计算压力、设计温度、厚度附加量等设计参数的选择，更具有操作性。
表2-5内压容器设计压力选取表中的内容摘选自HG/T20580-2011《钢制化工容器设计基础规定》。
表2-5内压容器设计压力选取表（摘选自HG/T20580）
类型
设计压力
无安全泄放装置
不低于1.0～1.10倍工作压力
装有安全阀
不低于（等于或稍大于）安全阀开启压力（开启压力取1.05～1.10倍工作压力）
装有爆破片
取爆破片设计爆破压力加制造范围上限
出口管线上装上安全阀
不低于安全阀开启压力加上流体从容器流至安全阀处的压力降
容器位于泵进口侧，且无安全泄放装置时
不低于1.0～1.1倍工作压力，且以-0.1MPa外压进行校核。
容器位于泵出口侧，且无安全泄放装置时
不低于下面三者中大值：
（1）泵的正常入口压力加1.2倍泵的正常工作扬程；
（2）泵的最大入口压力加泵的正常工作扬程；
（3）泵的正常入口压力加关闭扬程（即泵出口全关闭时的扬程）。
容器位于压缩机进口侧，且无安全泄放装置时
容器位于压缩机出口侧，且无安全泄放装置时
不低于压缩机出口压力。
③按GB150.1《通用要求》3.1.3规定，设计压力不低于工作压力。
HG/T20580-2011《钢制化工容器设计基础规定》行业推荐标准中，设计压力一般取1.0～1.10倍工作压力。
在行业内，设计人员一般都在工作压力的基础上加10%左右的裕量，以保证生产系统压力波动、安全附件失灵等特殊情况下压力容器的安全。
在容器上装有超压泄放装置（安全阀、爆破片等）的情况下，设计压力不能低于超压泄放装置的开启或爆破压力。
4、设计温度
①设计温度的确定
a）设计温度不得低于元件金属在工作状态可能达到的最高温度。
对于0℃以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。
b）容器各部分在工作状态下的金属温度不同时，可分别设定每部分的设计温度。
c）元件的金属温度通过以下方法确定：
——传热计算求得；
——在已使用的同类容器上测定；
——根据容器内部介质温度并结合外部条件确定。
d）在确定最低设计金属温度时，应当充分考虑在运行过程中，大气环境低温条件对容器壳体金属温度的影响。
大气环境低温条件系指历年来月平均最低气温（指当月各天的最低气温值之和除以当月天数）的最低值。
②设计温度是选用制造压力容器的材料、查取材料许用应力的依据。
对于金属材料，随着温度的升高，材料的强度是下降的。
根据容器内部介质温度并结合外部条件是确定设计温度的常用方法。
外部条件是指容器保温隔热情况、容器所处的环境温度等。
5、操作工况
对有不同工况的容器，应按最苛刻的工况设计，必要时还需考虑不同工况的组合，并在图样或相应技术文件中注明各工况操作条件和设计条件下的压力值和温度值。
6、厚度附加量
厚度附加量按式（2-1）确定：
C=C1+C2（2-1）
①材料厚度负偏差（C1）
板材或管材的厚度负偏差按材料标准的规定。
②腐蚀裕量（C2）
为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄，应考虑腐蚀裕量，具体规定如下：
a）对有均匀腐蚀或磨损的元件，应根据预期的容器设计使用年限和介质对金属材料的腐蚀速率（及磨蚀速率）确定腐蚀裕量；
b）容器各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量；
c）介质为压缩空气、水蒸气或水的碳素钢或低合金钢制容器，腐蚀裕量不小于1mm。
7、壳体最小厚度
壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度：
a）碳素钢、低合金钢制容器，不小于3mm；
b）高合金钢制容器，一般应不小于2mm。
8、厚度标注
容器元件的名义厚度和最小成形厚度一般应标注在设计图样上。
三、厚度附加量
1、钢板厚度负偏差（C1）
①GB/T709-2006《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》规定，厚度偏差种类划分为N、A、B、C四类：
N类偏差：
正偏差和负偏差相等；
A类偏差：
按公称厚度规定负偏差；
B类偏差：
固定负偏差为0.3mm；
C类偏差：
固定负偏差为零，按公称厚度规定正偏差。
②GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》和GB3531-2008《低温压力容器用低合金钢钢板》，全部厚度允许偏差按GB/T709-2006规定的B类偏差：
固定负偏差为0.3mm。
③GB24511-2009《承压设备用不锈钢钢板及钢带》，厚度大于5mm的热轧厚钢板和厚度大于5mm的热轧钢板及钢带，厚度允许负偏差为0.3mm；
厚度小于或等于5mm的热轧钢板及钢带，厚度允许负偏差见表2-6。
2、无缝钢管厚度负偏差（C1）
①GB/T8163-2008《输送流体用无缝钢管》，热轧（挤压、扩）钢管壁厚允许偏差见表2-7。
②GB9948-2006《石油裂化用无缝钢管》，热轧（挤压）、热扩和冷拔（轧）钢管壁厚允许偏差见表2-8。
③其他标准的无缝钢管壁厚允许偏差，略。
3、腐蚀裕量（C2）
石油化工设备的腐蚀裕量见表2-9。
表2-9石油化工设备的腐蚀裕量（摘选自HG20580）（mm）
腐蚀程度
极轻微腐蚀
轻微腐蚀
腐蚀
重腐蚀
腐蚀速率（mm/年）
＜0.05
0.05～0.13
0.13～0.25
＞0.25
腐蚀裕量（mm）
0～1
＞1～3
＞3～5
≥6
四、许用应力
材料的许用应力按GB150.2和相应引用标准选取。
钢材（螺栓材料除外）许用应力的取值见表2-10。
复合钢板的许用应力：
对于覆层与基层结合率达到NB/T47002标准中B2级板以上的复合钢板，在设计计算中，如需计入覆层材料的强度时，其设计温度下的许用应力按式（2-2）确定：
第三节焊接接头
【学习目标】学习GB150.1《通用要求》，掌握焊接接头分类、焊接接头系数、无损检测等相关规定。
一、焊接接头分类
GB150.1《通用要求》第4章4.5条款将容器受压元件之间的焊接接头分为A、B、C、D四类，将非受压元件与受压元件的连接接头定义为E类焊接接头。
1、容器受压元件之间的焊接接头分为A、B、C、D四类，如图2-1所示。
图2-1焊接接头分类
a）圆筒部分（包括接管）和锥壳部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头除外）、球形封头与圆筒连接的环向接头、各类凸形封头和平封头中的所有拼焊接头以及嵌入式接管或凸缘与壳体对接连接的接头，均属A类焊接接头；
b）壳体部分的环向接头、锥形封头小端与接管连接的接头、长颈法兰与壳体或接管连接的接头、平盖或管板与圆筒对接连接的接头以及接管间的对接环向接头，均属B类焊接接头，但已规定为A类的焊接接头除外；
c）球冠形封头、平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体或接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头，但已规定为A、B类的焊接接头除外；
d）接管（包括人孔圆筒）、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头，均属D类焊接接头，但已规定为A、B、C类的焊接接头除外。
2、非受压元件与受压元件的连接接头为E类焊接接头，如图2-1所示。
二、焊接接头系数
焊接是压力容器制造的主要工艺手段，焊缝内部可能存在各种缺陷，如未焊透、未融合、裂纹、夹渣、气孔等，因此在设计过程中引入焊接接头系数，以补偿焊接过程可能出现的焊接缺陷对容器强度的影响。
焊接接头系数小于或等于1。
1、焊接接头系数
①焊接接头系数Ø
应根据对接接头的焊缝形式及无损检测的长度比例确定。
②钢制压力容器的焊接接头系数规定如下：
a）双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头
1）全部无损检测，取Ø
=1.00；
2）局部无损检测，取Ø
=0.85。
b）单面焊对接接头（沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板）
=0.9；
=0.8。
③其他金属材料的焊接接头系数按相应引用标准的规定。
2、焊接接头系数选用参考
三、无损检测
《固定式压力容器安全技术监察规程》第4章“制造”4.5条款对压力容器焊接接头无损检测做出了相应规定。
1、无损检测比例
①基本比例要求
压力容器对接接头的无损检测比例一般分为全部（100%）和局部（大于或者等于20%）两种。
碳钢和低合金钢制低温容器，局部无损检测的比例应当大于或者等于50%。
②局部无损的要求
a）局部无损检测的部位由制造单位根据实际情况指定，但是应当包括A、B类焊缝交叉部位以及将被其他元件覆盖的焊缝部分（注）；
搪玻璃设备上、下接环与夹套组装焊接接头，以及公称直径小于250mm的接管焊接接头的无损检测要求，按照搪玻璃设备相应的国家标准或者行业标准规定。
b）经过局部无损检测的焊接接头，如果在检测部位发现超标缺陷时，应当在该缺陷两端的延伸部位各进行不少于250mm的补充检测，如果仍然存在不允许的缺陷，则对该焊接接头进行全部检测。
进行局部无损检测的压力容器，制造单位也应当对未检测部分的质量负责。
2、无损检测的技术要求
①射线检测技术要求
射线检测应当按照JB/T4730的规定执行，其质量要求和合格级别如下：
a）要求进行全部无损检测的对接接头，射线检测技术等级不低于AB级，合格级别不低于Ⅱ级；
b）要求进行局部无损检测的对接接头，射线检测技术等级不低于AB级，合格级别不低于Ⅲ级；
c）角接接头、T形接头，射线检测技术等级不低于AB级，合格级别不低于Ⅱ级。
②超声检测技术要求
超声检测应当按照JB/T4730的规定执行，其质量要求和合格级别如下：
a）要求进行全部无损检测的对接接头，脉冲反射法超声检测技术等级不低于B级，合格级别为Ⅰ级；
b）要求进行局部无损检测的对接接头，脉冲反射法超声检测技术等级不低于B级，合格级别不低于Ⅱ级；
c）角接接头、T形接头，脉冲反射法超声检测技术等级不低于B级，合格级别为Ⅰ级；
d）采用衍射时差法超声检测的焊接接头，合格级别不低于Ⅱ级。
第四节压力试验
【学习目标】学习GB150.1《通用要求》，掌握压力试验的相关通用要求。
学习GB150.4《制造、检验和验收》，掌握压力试验的相关技术要求。
一、耐压试验
压力容器制造完成后必须作压力试验。
压力试验的目的是检验容器的整体强度；
检查焊缝是否有泄漏，特别是没有经过无损检测的焊缝；
检查密封结构是否有泄漏。
压力试验是在超设计压力下进行的，具有一定的危险性，特别是气压试验和气液组合试验的危险程度很大，存在爆炸的可能性，因此气压试验和气液组合试验操作时应有较液压试验更为安全的措施。
只有在不适合作液压试验时，才采用气压试验或气液组合试验。
1、耐压试验通用要求
①耐压试验的种类包括：
液压试验、气压试验和组合压力试验。
②容器制成后应经耐压试验，试验的种类、要求和试验压力值应在图样上注明。
③耐压试验一般采用液压试验，试验液体按GB150.4或相关标准的要求。
④对于不适宜进行液压试验的容器，可采用气压试验或气液组合试验。
进行气压试验或气液组合试验的容器应满足GB150.4或相关标准的要求。
⑤采用气液组合试验时，试验用液体和气体应分别满足③和④的要求，试验压力按气压试验的规定。
⑥外压容器以内压进行耐压试验，试验压力按2-③的规定。
⑦对于由2个或2个以上压力室组成的多腔容器，每个压力室的试验压力按其设计压力确定，各压力室分别进行耐压试验。
a）校核公用元件在试验压力下的稳定性；
b）如不能满足稳定要求，则应先进行泄漏检查，合格后进行耐压试验。
在进行耐压试验时，相邻压力室内应保持一定压力，以使整个试验过程（包括升压、保压和卸压）中的任一时刻，各压力室的压力差不超过允许压差，图样上应注明这一要求和允许压差值；
c）如需提高某腔试验压力，应满足3的规定。
2、耐压试验压力
①耐压试验压力的最低值按②和③的规定，并考虑：
a）对于立式容器采用卧置进行液压试验时，试验压力应计入立置试验时的液柱静压力；
b）工作条件下内装介质的液柱静压力大于液压试验的液柱静压力时，应适当考虑相应增加试验压力。
②内压容器
a）液压试验：
b）气压试验或气液组合试验：
③外压容器
3、耐压试验压力校核
如果采用大于②、③所规定的试验压力，在耐压试验前，应校核各受压元件在试验条件下的应力水平，例如对壳体元件应校核最大总体薄膜应力
。
a）液压试验时，
；
b）气压试验或气液组合受压时，
式中：
——壳体材料在试验温度下的屈服强度（或0.2%非比例延伸强度），MPa。
4、耐压试验的免除
不能按上述规定进行耐压试验的容器，设计单位应提出在确保容器安全运行的前提下免除耐压试验所应采取的安全措施，经设计单位技术负责人批准后在图样上注明。
二、泄漏试验
泄漏试验是耐压试验的补充性试验，主要针对盛装介质毒性程度为极度、高度危害或者不允许有微量泄漏的危险程度高的容器。
1、泄漏试验
①泄漏试验包括气密性试验以及氨检漏试验、卤素检漏试验和氦检漏试验等。
②介质毒性程度为极度、高度危害或者不允许有微量泄漏的容器，应在耐压试验合格后进行泄漏试验。
注：
介质毒性程度按《固定式压力容器安全技术监察规程》的相关规定确定。
③设计单位应当提出容器泄漏试验的方法和技术要求。
④需进行泄漏试验时，试验压力、试验介质和相应的检验要求应在图样上和设计文件中注明。
⑤气密性试验压力等于设计压力。
三、耐压试验和泄漏试验技术要求
GB150.4第11章“耐压试验和泄漏试验”。
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