压力容器设计

压力容器设计 目录 一、概述 ......................................... 2 二、适用范围 ..................................... 2 三、设计参数的确定 ............................... 4 四(总图的主要内容 ............................... 7 五、 无损检测 .................................... 8 六( 焊后应进行整体热处理的压力容器: ............ 11 七、总结 ........................................ 12 1 一、概述 1、压力容器设计应满足化工工艺要求，即完成指定的任务。 2、对于容器零部件机械设计，应满足如下要求:1)、强度 2)、刚度 3)、稳定性 4)、耐久性 5)、密封性 3、压力容器的分类:1)、内压容器:指容器内部承受流体的压力者; 2)、外压容器:指容器外部承受流体的压力者: 外压容器中，当容器的内压力小于一个绝对大气压(约0.1MPa)时又称为真空容器。 4、根据其压力高低、工作介质的危害程度以及在生产过程中的重要作用，将压力容器划分为三类，其中第三类容器最为严格。 1)、第三类压力容器 2)、第二类压力容器 3)、第一类压力容器 5、第三类压力容器 具有下列情况之一的，为第三类压力容器: 1)、高压容器;2)、中压容器;3)、中压贮存容器;4)、中压反应容器;5)、低压容器;6)、高压、中压管壳式余热锅炉;7)、中压搪玻璃压力容器;8)、使用强度级别较高的材料制造的压力容器;9)、移动式压力容器，包括铁路罐车、罐式汽车和罐式集装箱等;10)、球形贮罐;11)、低温液体贮存容器。 6)、压力容器的失效形式及设计准则(一一对应的关系): 压力容器失效形式 压力容器设计准则 强度失效 强度失效设计准则 刚度失效 刚度失效设计准则 失稳失效 稳定失效设计准则 泄露失效 泄露失效设计准则 7)、压力容器受压元件用钢材的质量及规格符合相应的国标、部标和有关技术条件要求，并应由平炉、电炉和氧化炉炼制; 压力容器非受压元件用钢必须有良好的可焊性。 二、适用范围 考虑容器的使用条件(如设计温度、设计压力、介质特性和操作特点)确定该设备应遵循的标准。 若同时需要满足几个标准时，应按较严格的执行。 《GB150-1998》 适用 设计压力?35 Mpa的压力容器;(应力、验证性实验分析、用可比的已投入使用的结构进行进行对比经验设计) 2 设计温度范围按钢材允许的使用温度确定; 不适用 直接用火焰加热的容器; 核能装置中的容器; 旋转或往复运动的机械设备(如泵、压缩机、涡轮机、液压缸等)中自成整体或作为部件的受压器室; 经常搬运的容器; 设计压力低于0.1 Mpa的容器; 真空度低于0.02 Mpa的容器; 内直径小于150 mm的容器; 要求作疲劳分析的容器; 已有其他行业标准的容器。如制冷、制糖、造纸、饮料等行业中的某些专用容器和搪玻璃容器。 《固定式压力容器安全技术监察规程》 适用 工作压力大于等于0.1Mpa(不含液柱静压力); 1. 2.工作压力与容积的乘积大于或等于2.5 Mpa.L (内直径大于等于150mm,且容积大于等于0.025m3;) 3.盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度大于或者等于其标准沸点的液体。 (其中，超高压容器应当符合《超高压容器安全技术监察规程》的，非金属压力容器应当符合《非金属压力容器安全技术监察规》的规定，简单压力容器应当符合《简单压力容器安全技术监察规》的规定。 注: 容积，是指压力容器的几何容积，即由设计图样的尺寸计算并且圆整。一般应当扣除永久连接在压力容器内部的内件的体积。 容器内介质为最高工作温度低于其标准沸点的液体时，如果气相空间的容积与工作压力的乘积大于或等于2.5 Mpa.L时，也属于本规程的适用范围。 不适用范围 移动式压力容器、气瓶、氧舱; 锅炉安全技术监察规程适用范围内的余热锅炉; 正常运行工作压力小于0.1 Mpa的容器(包括在进料或者出料过程中需要瞬时承受压力大于或者等于0.1 Mpa的容器) 旋转或者往复运动的机械设备中自成整体或者作为部件的受压气室(如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等) 可拆卸垫片式板式热交换器(包括半焊式板式热交换器)、空冷式热交换器、 3 冷却排管。 《GB151-1999》适用范围 公称直径 DN?2600mm; 公称压力?35 Mpa的压力容器; 设计温度范围按金属材料允许的使用温度确定。 不适用范围 直接受火焰加热的换热器及废热锅炉; 受核辐射的换热器; 要求作疲劳分析的换热器; 已有其他行业标准管辖的换热器。如制冷、制糖、造纸、饮料等行业中的某 些专用换热器。 《GB12337-1998》适用范围 设计压力?4 Mpa的橘瓣式或混合式支柱支撑的球罐; 设计温度范围按钢材允许的使用温度确定。 不适用范围 受核辐射的球罐; 经受相对运动(如车载或船载)的球罐; 公称容积小于50m3的球罐; 要求作疲劳分析的球罐; 双壳结构的球罐。 《JB/T4710-2005》适用范围 1. 设计压力?35 Mpa的压力容器;高度H大于10米、且高度H与平均直 径(公称直径)D之比大于5的裙座自支撑钢制塔式容器; 不适用范围 带有拉牵装置的塔式容器; 由操作平台联成一体的排塔或塔群 带有夹套的塔式容器。 三、设计参数的确定 压力 1. Pw——最高工作压力 (a)承受内压的压力容器，指在正常使用过程中，顶部可能出现的最高压 力。 (b) 承受外压的压力容器，指在正常使用过程中，可能出现的最高压力差: 对夹套容器指夹套顶部可能出现的最高压力差。 2. P———设计压力 4 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。 3. 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。但元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。 即 Pc= P+液柱静压力 注:GB12337-98《钢制球形储罐》中要求，所有液柱静压力都计入计算压力。 Pz———安全阀的开启压 (a) 固定压力容器上只安装1个安全阀时，安全阀的开启压力Pz不应大于压力容器的设计压力P，如果安装多个安全阀时，其中一个安全阀的开启压力Pz不应大于压力容器的设计压力，其余安全阀的开启压力可适当提高，但不得超过设计压力的1.05倍。 即 Pz?P， (b) 移动式压力容器安全阀的开启压力应为罐体设计压力的1.05~1.10倍，安全阀的额定排放压力不得高于罐体设计压力的1.2倍，回座压力不应低于开启压力的0.8倍。 PT————试验压力 ,[][,]t(a) 内压容器: 1.液压试验 PT =1.25p ,,[][][]t[]t,,2.气压试验 PT =1.15p(1.1p)固 (b) 外压容器: 1.液压试验 PT =1.25p 2.气压试验 PT =1.15p(1.1p) :1. 容器铭牌上规定有最大允许工作时,公式中应以最大允许工作压力代注 替设计压力P。 2. 容器各元件(圆筒、封头、接管、法兰及紧固件等)所用材料不同时， ,[][]t,应取各元件材料的比值中的最小者 温度 1. t——设计温度 指压力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。 注:1.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。 2.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。 5 2.tw——工作温度 指压力容器在正常工作情况下，介质可能达到的最高温度。 3. 金属温度——指沿元件金属截面的温度的平均值。 注: 元件的金属温度可用传热计算求得，或在已使用的同类容器上测定，或按内部介质温度确定。 4.试验温度——指压力试验时，壳体的金属温度。 注:1. 《容规》规定，碳素钢、16MnR和正火15MnVR(07MnCrMoVR)制压力容器在液压试验时，液体温度不得低于5?;其他低合金钢制压力容器(不包括低温球罐)，液体温度不得低于15?。 2. 铁素体钢制低温压力容器在液压试验时，液体温度应高于壳体材料和焊接接头两者夏比冲击试验的规定温度的高值再加20?。 厚度 1. δ—— 计算厚度 指按各章公式计算得到的厚度。需要时尚应计入其他载荷所需厚度。 2.δc——设计厚度 指计算厚度与腐蚀裕量C2之和。 即 δc=δ+ C2 δn——名义厚度 指计算厚度加上钢材厚度负偏差C1后向上圆整至钢材标准规格的厚度，即标注在图样上的厚度。 即 δn=δc+ C1+圆整值 =δ+ C1+ C2+圆整值 δe——有效厚度 指名义厚度δn减去腐蚀裕量C2和钢材厚度负偏差C1， 即 δe =δn - C1- C2 C———钢板厚度附加量 指钢板厚度负便差C1与腐蚀裕量C2之和， 即 C= C1+ C2 注:1.钢板或钢板的厚度负偏差不大于0.25mm,且不超过名义厚度的6%时，负偏差可忽略不计。 2.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。 3.GB150规定:壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度: 对碳素钢、低合金钢制容器，不小于3mm:;对高合金钢制容器，不小于2mm。 4.GB151规定:筒体成形后的最小厚度(包括1 mm的腐蚀裕量) 6 对碳素钢和低合金钢制容器 公称直径 400~?,700~?,1000~?,1500~?,2000~? 700 1000 1500 2000 2600 浮头式，U8 10 12 14 16 形管式 固定式管6 8 10 12 14 板 对高合金钢制容器 公称直400~,500~,700~?,1000~,1500~,2000~ 径 ?500 ?700 1000 ?1500 ?2000 ?2600 最小厚3.5 4.5 6 8 10 12 度 JB/T4710规定:塔壳成形后的最小厚度(不包括腐蚀裕量) 对碳素钢、低合金钢制塔式塔式容器为2Di/1000,且不小于3mm; 对高合金钢制塔式容器，不小于2 mm。 c. 介质为压缩空气、水蒸气或水的碳素钢或低合金钢制压力容 器，腐蚀 裕量不小于1mm。 d. 对碳钢、低合金钢制裙座壳取腐蚀裕量C2不小于2 mm; e. 地脚螺栓腐蚀裕量C2不小于3 mm f . 钢板或钢板的厚度负偏差不大于0.25mm,且不超过名义厚度的6%时，负 偏差可忽略不计。 GB12337规定: 球壳板最小宽度应不小于500 mm， 支柱底板的腐蚀裕量Cb一般取3 mm， 地脚螺栓的腐蚀裕量CB一般取3 mm， 拉杆的腐蚀裕量CT一般取2mm， 四(总图的主要内容 压力容器的设计总图上，至少应注明以下内容: 压力容器名称、类别，设计、制造所依据的主要法规、标准; 工作条件，包括工作压力、工作温度、介质毒性和爆炸危害程度等; 7 设计条件，包括设计温度、设计载荷(包括压力在内的所有应当考虑的载荷)、介质(组分)、腐蚀裕量、焊接接头系数、自然条件等，对存储液化气体的储罐应当注明装量系数，对有应力腐蚀倾向的储存容器应当注明腐蚀介质的限定含量; 主要受压元件材料牌号与标准; 主要特性参数(如压力容器容积、换热器换热面积与程数等); 压力容器设计使用年限(疲劳容器标明循环次数); 特殊制造要求; 热处理要求; 无损检测要求; 耐压试验和泄漏试验要求; 预防腐蚀的要求; 安全附件的规格和订购特殊要求(工艺系统已考虑的除外); 压力容器铭牌的位置; 包装、运输、现场组焊和安装要求。 注:下列情况对设计总图的特殊要求: 多腔压力容器分别注明各腔的试验压力，有特殊要求时注明共用元件两侧允许的压力差值，以及试验步骤和试验要求。 装有触媒的压力容器和装有充填物的压力容器，注明使用过程中定期检验的要求; 由于结构原因不能进行内部检验的压力容器，注名计算厚度、使用中定期检验的技术要求; 不能进行耐压试验的压力容器，注名计算厚度和制造与使用的特殊要求。 有隔热衬里的压力容器，注明防止受压元件超温的技术; 要求保温或者保冷的压力容器，提出保温或者保冷措施。 五、 无损检测 1.凡符合下列条件之一的容器及受压元件,需采用图样规定的,对其A、B类焊接接头,进行100%RT或UT检测: GB150 钢材厚度δs,30mm的碳素钢、16MnR; 钢材厚度δs,25mm的15MnVR、15MnV、20MnMo和奥氏体不锈钢; 标准抗拉强度下限值σb,540Mpa的钢材; 钢材厚度δs,16mm的12CrMo、15CrMoR、15CrMo;其他任意厚的Cr-Mo低合金钢; 8 进行气压试验的容器; 图样注明盛装毒性为极度或高度危害介质的容器; 图样规定须100%检测的容器; 多层包扎压力容器内筒的A类焊接接头; 热套压力容器各单层圆筒的A类焊接接头 GB12337-1998 钢材厚度δs,30mm的碳素钢和16MnR钢制球罐; 钢材厚度δs,25mm的15MnVR和任意厚的15MnVNR钢制球罐; 材料标准抗拉强度下限值σb,540Mpa的钢制球罐; 进行气压试验的球罐; 图样注明盛装易燃和毒性为极度危害和高度危害物料的球罐; 图样注明须100%检测的球罐。 注:对于进行100%RT或UT检测的焊接接头，是否需采用UT或RT进行复测， 以及复测的长度，由设计者在图样上予以规定。 GB151-1999 拼接管板的对接接头; 设备法兰拼接接头; ?; 设计温度低于-40 设计温度低于-20高于-40?，接头厚度大于25mm。 满足150的规定。 .《容规》 1. GB150及GB151等标准中规定进行100%检测的压力容器; 2. 第三类压力容器; 3. 第二类压力容器中易燃介质的反应压力容器和储存压力容器; 4. 设计压力大于5.0Mpa的压力容器; 5.设计压力大于等于0.6Mpa的管壳式余热锅炉; 6.设计选用焊缝系数为1.0的压力容器(无缝管制筒体除外); 疲劳分析设计的压力容器; 采用电渣焊的压力容器; 使用后无法进行内、外部检验或耐压试验的压力容器; 符合下列之一的铝、铜、镍、钛及其合金制压力容器: ?1 介质为易燃或毒性程度为极度、高度、中度危害的; ?2 采用气压试验的; ?3 设计压力大于等于1.6Mpa的。 注:1.压力容器壁厚大于38 mm(或小于等于38 mm，但大于20且使用材料 抗拉强度规定值下限大于等于540Mpa)时，除进行100%检测外，还应进行20% 原检测长度的附加局部检测。 9 2.拼接封头(不含先成形后组焊的拼接封头)、拼接管板的对接接头、拼接补强圈的对接接头。 2.用于制造压力容器壳体的碳素钢和低合金钢钢板，凡符合下列条件之一的，应逐张进行UT检测: GB150 1.厚度大于30mm的20R和16MnR，质量等级应不低于?级; 2.厚度大于25mm的15MnVR、15MnNbR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR和Cr-Mo(15CrMoR\14Cr1MoR)钢板，质量等级应不低于?级; 3.厚度大于20mm的16MnDR、15MnNiDR和09MnNiDR,质量等级应不低于?级; 4.多层包扎压力容器的内筒钢板，质量等级应不低于?级; 5.调质状态供货的钢板，质量等级应不低于?级; 《容规》 盛装介质毒性程度为极度、高度危害的压力容器; 盛装介质为液化石油气且硫化氢含量大于100mg/L的压力容器; 最高工作压力大于等于10Mpa的压力容器; GB150第4章和附录C、GB151《管壳式换热器》、GB12337《钢制球形储罐》及其他国家标准和行业标准中规定进行超声检测的钢板。 移动式压力容器; GB150附录C:壳体的钢板厚度大于20mm的低温压力容器用钢板。 GB12337《钢制球罐》 1. 钢材厚度δs,30mm的碳素钢、16MnR; 2. 钢材厚度δs,25mm的15MnVR、15MnVNR; 3. 钢材厚度δs,20mm的16MnDR、09Mn2VDR; 4.调质状态供货的钢板; 5.上下极板和与支柱连接的赤道板. 3. 接管(凸缘)与壳体体之间的接头设计以及夹套压力容器接头的设计有下列情况之一的应采用全焊透形式: 《容规》 介质为易燃或毒性为极度危害和高度危害的压力容器; 做气压试验的压力容器; 第三类压力容器; 低温压力容器; 按疲劳准则设计的压力容器; 直接受火焰加热的压力容器; 移动式压力容器。 《GB150》:接管(凸缘)名义厚度?1/2壳体厚度 ，且焊脚高度?6。 10 《GB150》还规定:(1)低温压力容器; (2)承受疲劳载荷的压力容器 (3)钢材的标准抗拉强度下限值,540Mpa的容器 接管与壳体插入式连接符合上术条件时，接管内径边角处应倒圆，圆角半径一般取接管名义厚度/4或19两者中的较小者。 六( 焊后应进行整体热处理的压力容器: 《容规》 采用电渣焊接的铁素体类材料或焊接线能量较大的立焊焊接的压力容器受压元件,应在焊后进行细化晶粒的正火处理. 常温下盛装混合液化石油气的压力容器(储存容器或移动式压力容器罐体)应进行焊后热处理. 旋压封头应在旋压后进行消除应力热处理(采用奥氏体不锈钢材料的旋压封头除外). :注:1. 高压容器、中压反应容器和储存容器、盛装混合液化石油气的卧式储罐、移动式压力容器应采用炉内整体热处理,其他压力容器应采用整体热处理,大型容器可采用分段热处理,其重叠热处理部分的长度应不小于1500mm,炉外部分应采取保温措施.局部热处理应包括整条焊缝,焊缝每侧加热宽度不小于木材厚度的2倍,接管与壳体相焊时加热宽度不小于两者厚度(取较大值)的6倍. 2. 热处理装置(炉)应配有自动记录曲线的测温仪,并保证加热区内最高与最低温度之差不大于65?(球形储罐除外). 《GB150-1998》 容器及其受压元件符合下列条件之一者，应进行焊后热处理: 1. 碳素钢、07MnCrMoVR、15 MnNbR厚度大于32mm(如焊前预热100?以上时，厚度大于38); 2. 16MnR和16Mn厚度大于30 mm(如焊前预热100?以上时，厚度大于34); 3. 15MnVR和15MnV厚度大于28 mm(如焊前预热100?以上时，厚度大于32); 4. 任意厚度的18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、15CrMoR、14Cr1MoR\12CrMo1R、20MnMo、20MnMoNb、15CrMo、12Cr2Mo1、1Cr5Mo; 5. 对于钢材厚度δs不同的焊接接头,上述厚度按薄者考虑;对于异种钢材相焊的焊接接头,按热处理严者确定; 6. 图样注明有应力腐蚀的容器,如盛装液化石油气\液氨等的容器; 7. 图样注明盛装毒性为极度或高度危害介质的容器; 8 除图样另有规定,奥氏体不锈钢的焊接接头可不进行热处理; 9. 冷成形或中温成形的受压元件,凡符合下列条件之一者应于成形后进行 11 热处理: (1) 碳素钢、16MnR的厚度?圆筒内径的3%; (2)其他低合金钢的厚度?圆筒内径的2.5%; 〈GB12337〉 若球罐不进行焊后整体热处理，制造单位应对下列组焊件进行消除应力热处理: 与人孔、接管焊接的极板; 当赤道板厚度大于20mm,且支柱与赤道板连接焊缝的焊脚大于12 mm时，与支柱焊接的赤道板。 七、总结 通过这次设计，将以往这三年来所学知识得以应用和总结。而且对于我来说是一个很好的锻炼，它使我对自己有了一个准确的认识，让我明白以前自己对自己的不负责是多么的不对。通过这次设计，我对书本上所讲的知识有了一个系统的了解，从开始的不理解到最后的懂，都离不开老师的严格要求与指导。 此外，在这次设计中我也体验到。我只有不断的去练习学习经验，我才能更好的去了解一些在书上没有的东西，所以在以后的学习和工作中要不断的去学习和实践。我才能进步的更快，学的知识也更牢固，才有可能在这个行业中有所学。 12 13