壓力容器設計參數(shù)確定

壓力容器設計參數(shù)確立壓力容器設計參數(shù)確立壓力容器設計參數(shù)確立壓力容器設計參數(shù)確實定

1）設計壓力

容器設計時，必定考慮在工作狀況下可能達到的工作壓力和對

應的工作溫度二者組合中的各樣工況，并以最苛刻工況下的工

作壓力來確立設計壓力。

表設計壓力采納

設計壓力無安全泄放裝置~倍工作壓力；裝有安全閥不低于(等于或稍大于)安全閥開啟壓力內(nèi)(安全閥開啟壓力取倍工作壓~壓力)；容裝有爆破片取爆破片設計爆破壓力加制造范圍上限；器容器位于泵入口側(cè)，且無取無安全泄放裝置時的設計壓力,且以安全泄放裝置時外壓進行校核；無夾套有安全泄放裝置設計外壓力取倍最大內(nèi)外壓力差或二者中的小值；真真空容空器無安全泄放裝置設計外壓力??；容容器(真空)設計外壓力按無夾套真空容器規(guī)定采納1夾套內(nèi)夾套(內(nèi)壓)器設計內(nèi)壓力按內(nèi)壓容器規(guī)定采納；為內(nèi)壓外壓容器設計外壓力取不小于在正常工作狀況下可能產(chǎn)生

的最大內(nèi)外壓力差

注：1.容器的計算外壓力應為設計外壓力加上夾套內(nèi)的設計內(nèi)壓力,且必定校核在夾套試驗壓力.外壓下的牢固性。

盛裝液化石油氣或混淆液化石油氣的容器介質(zhì)50℃飽和蒸汽壓力低于異丁烷50℃的飽和蒸汽壓力時(如丁烷、丁烯、丁二烯)介質(zhì)50℃飽和蒸汽壓力高于異丁烷50℃的飽和蒸汽壓力時(如液態(tài)丙烷)介質(zhì)50℃飽和蒸汽壓力高于丙烷50℃的飽和蒸汽壓力時(如液態(tài)丙烯)對裝有安全閥的壓力容器，容器的設計壓力、工作壓力、試驗壓力與安全閥的排放壓力、開啟壓力之間的關系表示以下：

壓力容器安全閥試驗壓力排放壓力計算壓力

設計壓力

開啟壓力

工作壓力

此中：安全閥排放壓力——閥瓣達到規(guī)定開啟高度時的入口壓力；

安全閥開啟壓力（整定壓力）——閥瓣開始走開閥座，介質(zhì)呈連續(xù)排出狀態(tài)時，在安全閥入口測得的壓力。

考慮到安全閥閥瓣啟動動作的滯后，使容器不能夠立刻泄壓，因此容器設計壓力一般不低于（等于或稍大于）安全閥開啟壓力，開啟壓力為~倍工作壓力。

1）對裝有爆破片的壓力容器容器的設計壓力、工作壓力及爆破片的爆破壓力之間的關系表示以下：壓力容器設計壓力

P

爆破片

最高標定爆破壓力

Psmax（Psmax=Pb+

爆破片制造范圍上限）

爆破片制造范圍設計爆破壓力Pb

最低標定爆破片壓力Psmin（Psmin=Pb

–爆破片制造范圍下限）工作壓力PW

此中：標定爆破壓力——爆破片銘牌上標記的爆破壓力

設計爆破壓力——爆破片在指定溫度下的爆破壓力。

最低標定爆破壓力Psmin的大小與爆破片型式和工作壓力相關

2）設計溫度

設計溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)可能達到的最高溫度。

在任何狀況下元件金屬的表面溫度不得高出鋼材的贊同使用溫度。

當金屬溫度不能夠能經(jīng)過傳熱計算或?qū)崪y結(jié)果確準時，設計溫度的采納：

容器器壁與介質(zhì)直接接觸且有外保溫（或保冷）時

a.設計溫度采納

介質(zhì)工作溫度

設計溫度

T

Ⅰ

Ⅱ

T＜-20℃

介質(zhì)最低工作溫度

介質(zhì)工作溫度減

0~10℃

-20℃≤T≤15℃

介質(zhì)最低工作溫度

介質(zhì)工作溫度減

5~10℃

T＞15℃

介質(zhì)最高工作溫度

介質(zhì)工作溫度加

15~30℃

注：當最高（低）工作溫度不明確時，按表中的Ⅱ確立。

b.容器內(nèi)介質(zhì)用蒸汽直接加熱或被內(nèi)置加熱元件（如加熱盤管、電熱

元件等）間接加熱時，設計溫度取最高工作溫度。

容器器壁雙側(cè)與不同樣樣溫度介質(zhì)直接接觸而可能出現(xiàn)單調(diào)介質(zhì)接觸

時，應以較高一側(cè)的工作溫度為基正確立設計溫度，當任一介質(zhì)溫度低于-20℃時，則應以該側(cè)的工作溫度為基正確立最低設計溫度。d.安裝在室外無保溫的容器，當最低設計溫度受地域環(huán)境溫度控制時，

可按以下規(guī)定采納：

（1）盛裝壓縮氣體的儲罐，最低設計溫度取環(huán)境溫度減3℃；

2）盛裝液體體積占容積1/4以上的儲罐，最低設計溫度取環(huán)境溫度。

注：環(huán)境溫度取容器安裝地域歷年來“月平均最低氣溫”的最低

值，

e.對裙座等室外鋼構(gòu)造，應以環(huán)境溫度作為設計溫度。

厚度附帶量

厚度附帶量C=C1+C2mm

式中：C1——鋼板或鋼管的厚度負誤差，mm；

C2——腐化裕量，mm。

厚度負誤差C1

鋼板或鋼管的厚度負誤差C1應按相應鋼材標準的規(guī)定采納，當鋼

板的厚度負誤差不大于，且不超有名義厚度的6%時，負誤差

可忽略不計。

常用鋼板厚度負誤差

鋼板標準GB6654-1996GB3531-1996

鋼板厚度（mm）所有厚度

負誤差C1（mm）（取C1=0mm）鋼板標準GB3274-88GB3280-92GB4237-92GB4238-92鋼板厚度＞＞＞＞＞＞＞＞mm~~2525~3030~3434~4040~5050~6060~80負誤差C1mm常用無縫鋼管(不包含換熱管)的厚度負誤差C值1鋼管標準壁厚負誤差C1種類(mm)GB8163《輸送流體用無縫鋼冷拔＞10%10%管》熱軋≥12.5%GB9948《石油裂化用無縫鋼冷拔＞10%≤2012.5%管》熱軋＞2010%＞1~314%《流體輸送用不銹冷拔＞10%GB/T14976鋼無縫鋼管》＜1512.5%12.5%熱軋≥1515%12.5%GB6479《化肥設施用高壓無縫冷拔≥10%3~2012.5%鋼管》熱軋＞2010%冷拔2~310%10%GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼＞310%7.5%管》熱軋＜10%,且≤10%,且≤3.5~2010%10%

＞2010%7.5%

腐化裕量C2

腐化裕量考慮的原則

1）與工作介質(zhì)接觸的筒體、封頭、接收、人（手）孔及內(nèi)部構(gòu)件等，均應試慮腐化裕量。

2）以下狀況一般不考慮腐化裕量：

介質(zhì)對不銹鋼無腐化作用時（不銹鋼、不銹復合鋼板或有不銹鋼堆焊層的元件）；

可經(jīng)常改換的非受壓元件；

有靠譜的耐腐化襯里；

法蘭的密封表面；

管殼式換熱器的換熱管；

管殼式換熱器的拉桿、定距管、折流板和支持板等非受壓元件；

用涂漆能夠有效防范環(huán)境腐化的容器表面面及其外面構(gòu)件（如支座、支腿、底板及托架等，但不包含裙座）。

3）腐化裕量一般應依據(jù)鋼材在介質(zhì)中的腐化速率和容器的設計壽命確立。對有使用經(jīng)驗者，能夠按經(jīng)驗采納。

4）容器的設計壽命除有特別要求外，塔、反應器等主要容器一般

不該少于15年，一般容器、換熱器等很多于8年。

腐化裕量的采納（1）容器筒體、封頭的腐化裕量

介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸汽或水的碳素鋼或低合金鋼制的容器，其腐化裕量不得小于。

b、除a之外的其余狀況可按下表確立筒體、封頭的腐化裕量。

筒體、封頭的腐化裕量腐化程度不腐化稍微腐化腐化重腐化腐化速率（mm/年）＜~＞~腐化裕量（mm）0≥1≥2≥3

:表中的腐化速率系指平均腐化。

最大腐化裕量不該大于6mm，不然應采納防腐舉措。

（2）容器接收（包含人、手孔）的腐化裕量，一般狀況下應取

殼體的腐化裕量。

（3）筒體內(nèi)側(cè)受力焊縫應取與筒體同樣的腐化裕量。

（4）容器各部分的介質(zhì)腐化速率不同樣樣時，則可取不同樣樣腐化裕量。

（5）雙側(cè)同時與介質(zhì)接觸的元件，應依據(jù)雙側(cè)不同樣樣的操作介質(zhì)

采納不同樣樣的腐化裕量，二者疊加作為總的腐化裕量。

（6）容器地腳螺栓的腐化裕量可取3mm。

最小厚度δmin

當設計壓力較低時，由內(nèi)壓強度計算公式算的計算厚度δ較小，

經(jīng)常不能夠知足制造、運輸、安裝等方面的剛度要求，因此對容

器規(guī)定了最小厚度δmin對碳鋼和低合金鋼制容器,不小于3mm；

對高合金鋼容器,不小于2mm；

碳素鋼和低合金鋼制塔式容器的最小厚度為2/1000的塔器內(nèi)直

,且不小于4mm;對不銹鋼制塔式容器的最小厚度不小于3mm；

管殼式換熱器殼體的最小厚度應切合GB151《管殼式換熱器》的相應規(guī)定。

關于名義厚度取決于最小厚度且公稱直徑較大、厚度較薄的容器，為防范在制造、運輸或安裝時產(chǎn)生過大的變形，應依據(jù)詳細狀況采納暫時的加固舉措（如在容器的內(nèi)部設置暫時支撐元件等）。

復合鋼板復層的最小厚度

為保證工作介質(zhì)潔凈（不被鐵離子污染）而采納的復合鋼板，其復層厚度不該小于2mm；

為了防范工作介質(zhì)的腐化而采納的復合鋼板，其復層厚度不

應小于3mm；

不銹鋼堆焊層在加工后的最小厚度為3mm。

對有防腐化襯里的碳鋼或低合金鋼制容器，其鋼殼的最小厚度為

5mm。

許用應力

資料許用應力是以資料的極限應力σ為基礎，并選擇合理的安全

系數(shù)n后而得的。即

[σ]=極限應力/安全系數(shù)n

資料的極限應力能夠用各樣不同樣樣方式表示，容器用的資料一般用強度極限、敬佩極限或設計溫度下長久極限σttD及蠕變極限σn者說來表示。與這些極限應力相對應的安全系數(shù)也有不同樣樣的數(shù)值。

資料許用應力的取法

壓力容器中受壓元件的資料許用應力確立，平時是以資料常溫下

t最低抗拉強度σb、設計溫度下的敬佩點σs除以各自的安全系數(shù)后所得的最小值，作為受壓元件設計時的許用應力，即取以下最小值。

[σ]=σb/nb;[σ]tt=σs/ns當碳素鋼或低合金鋼的設計溫度高出380-420℃，合金鋼（如Cr

—Mo鋼等）設計溫度高出450℃；奧氏體不銹鋼的設計溫度高出550℃時，必定同時考慮高溫長久強度或蠕變強度作為計算許用應力。

[σ]tttt=σD/nD或[σ]t=σn/nn資料的蠕變強度關于化工容器用的資料常以必定溫度下，經(jīng)過10

萬小時（約11年）產(chǎn)生1%的蠕變總變形，為該資料在某高溫下的蠕

變強度，以此蠕變強度作為計算許用應力的基準。這類確立應力的方

法，是以限制容器產(chǎn)生必定量的塑性變形為依據(jù)的。

資料的長久強度極限關于化工容器用的資料常以必定溫度下，經(jīng)

10萬小時后產(chǎn)生的斷裂應力作為設計用的長久強度極限。近來幾年來還比很多地采納長久極限來取代蠕變極限作為確立許用應力的依據(jù)，這是因為長久在高溫下工作的資料平時出現(xiàn)小變形的斷裂現(xiàn)象。比方碳鋼在經(jīng)過105小時后斷裂時，其相對伸長率δ不高出10%，而在變形大于4-5%時即有脆性斷裂的危險性。采納長久極限能夠直接反應出高溫長久工作時對斷裂的抗力。綜上所述，在高溫下許用應力系取以下四者中的最小值

[σ]=σb/nb；

t[σ]=σs/ns；或[σ]=σs/nstt[σ]=σD/nD[σ]=σn/n

n

式中σb、σs——資料在常溫下的強度極限和敬佩極限MPa

tσD——資料在設計壁溫下經(jīng)10萬小時斷裂的長久極限MPa

tσs——資料在設計壁溫下的敬佩極限，亦可取產(chǎn)生節(jié)余變形達的條件敬佩極限，MPa；

tσn——資料在設計壁溫下的蠕變極限，MPa；

nb、ns、nD、nn——分別為強度極限、敬佩極限、長久強度、

蠕變極限的安全系數(shù)。

〔σ〕={σb/nb,σts/ns,σtn/nn,或σtD/nD,}min

σMpa

σMpa

170σb/3σb/3σts125σtsσtstD

200400℃

℃

安全系數(shù)n的選擇

安全系數(shù)是用以保證受壓元件安全的系數(shù)。它的選擇是設計中關

鍵的問題，也是一個復雜的問題。它的大小與設計水平、資料質(zhì)量、制造方法、查驗標準以及設施操作狀態(tài)等有著親近關系。近來幾年來，隨

著科學技術發(fā)展和實踐資料的累積，各國壓力容器的安全系數(shù)都有所

降低。容器的安全系數(shù)強度性能設計溫度下經(jīng)設計溫度下經(jīng)10常溫下常溫或設10萬小時萬最低計溫小時蠕變率為1%安全系數(shù)斷裂的長久強度抗拉強度下的屈的tσD度服點資料σbtσs或σs

nbns

碳素鋼、低合金

鋼、鐵素體高合≥3≥金鋼

奧氏體高合金

-≥

鋼

注:當部件的設計溫度不到蠕變溫度范圍

平均蠕變極限最小值

值tσnnD≥≥≥

≥≥≥

且贊同有微量的永遠變形

,可合適提升許用應力,但不高出σts。此規(guī)定不適用于法蘭或其余有微量永遠變形就產(chǎn)生泄露稅或故障的場合。

螺栓安全系數(shù)設計溫度下設計溫度下經(jīng)10萬小時資料螺栓直徑mm熱辦理狀態(tài)敬佩點σtS的斷裂的長久σSt強度σD平均值的nD碳素鋼≤M22熱扎·正火1.7M24～M48低合金鋼馬≤M222.5氏體高合金M24～M48調(diào)質(zhì)鋼≥52奧氏體高合≤M22固溶M24～M48金鋼球形貯罐在安全系數(shù)上與圓筒容器有所不同樣樣,依據(jù)球形貯罐采納低

合金鋼及使用經(jīng)驗基礎上,提出安全系數(shù)要考慮資料屈強比γ的要素，因為資料隨著γ的增添其塑性貯備會降低，應在安全系數(shù)上反應出來，故我國《鋼制球形儲罐》，取γ)(γ——鋼材的敬佩極限與抗極限之比值)。

焊接接頭系數(shù)

因為焊縫金屬可能存在著未被發(fā)現(xiàn)的缺點，夾渣、未焊透、裂紋、氣孔等缺點使焊接接頭金屬的強度降低。同時在焊接接頭的熱影響區(qū)經(jīng)常形成粗大晶粒而使金屬母材強度或塑性也有所降低，因此形成壓力容器單薄的地域。實踐證明，很多容器損壞總是在其熱影響區(qū)或焊縫開始的。因此在強度計算中要引用焊接接頭系數(shù)以填充焊接接頭對容器強度的削弱。

焊接接頭系數(shù)φ=焊縫區(qū)資料強度/本體資料強度≤1焊接接頭系數(shù)大小與以下主要要素相關：

焊接接頭的構(gòu)造形式：焊接接頭設計是保證焊縫質(zhì)量的重要條件。一般雙面焊的對接焊縫以及相當于雙面焊（氬弧焊打底單面焊雙面成型）的對接焊縫，焊接接頭能焊透焊縫質(zhì)量簡單保證，故焊接接頭系數(shù)可取大些。單面焊不易保證焊透，帶墊板的單面焊焊縫根部易形成初始裂紋，故焊接接頭系數(shù)應取小些。

焊接接頭無損檢測的長度比率。經(jīng)過無損檢查（包含射線透視和

超聲波探傷等）焊接接頭質(zhì)量有保證，無損檢查比率越高（100%），缺點愈少，焊接接頭系數(shù)φ可取大些。

公稱直徑和公稱壓力公稱直徑DN

鋼板卷制容器的公稱直徑是指內(nèi)徑，它是一種經(jīng)標準化后的尺寸，當工藝計算確立直徑后，還應取用與計算直徑周邊的公稱直徑作容器直徑。這樣，就便于與已經(jīng)按公稱直徑制造的封頭、法蘭相當。加快設施制造速度，降低設施制造開銷。

若采納鋼管作筒體時，容器的直徑按鋼管273、325、377、426mm

等采納，此時容器公稱直徑系指鋼管外徑。公稱壓力PN

把壓力容器所承受的壓力也分成若干壓力等級，經(jīng)過標準化后的壓力數(shù)值稱為公稱壓力，當前我國所擬訂的壓力等級分為；、

、、、、、、10、16、20、22、32MPa。在容器設計中、采納容器零部件時，應按設計壓力周邊而又大些的公稱壓力取用。當容器零部件設計溫度高升且影響金屬資料強度極限時，則就要按更高一級的公稱壓力取用零部件。

壓力試驗

容器制成或檢修后，在投入運行從前要檢查容器的宏觀強度（主

若是焊縫的強度）和密閉性，因此要進行壓力試驗，試驗合格后才能進行運行。

對需作焊后熱辦理的容器，應在所有焊接工作完成并經(jīng)熱辦理后

進行壓力試驗。若是容器壓力試驗后，需進行補焊或補焊后又經(jīng)熱辦理，則必定從頭進行壓力試驗，一般依據(jù)容器的特色采納液壓或氣壓試驗，并依據(jù)介質(zhì)的特色決定可否進行致密性試驗。

壓力試驗

a.液壓試驗液壓試驗漸漸地增壓到試驗壓力為止。保壓時間一

般很多于30分鐘。此后將壓力降至規(guī)定試驗壓力的80%，并保持足夠長的時間以對所有焊縫和連結(jié)部位進行檢查。試驗液體一般采納水，需要時也可采納不會致使發(fā)生危險的其余液體。試驗時液體的溫度應

低于其閃點或沸點。奧氏體不銹鋼制容器用水進行液壓試驗后應將水漬去除潔凈。當沒法達到這一要求時，應控制水的氯離子含量不高出25mg/L。以防范氯離子d對奧氏體不銹鋼的應力腐化。

碳素鋼、16MnR和正火15MnVR鋼制容器液壓試驗時，液體溫度不得低于5℃；其余低合金鋼制容器，液壓試驗時液體溫度不得低于

15℃。若是因為板厚等要素造成資料無延性轉(zhuǎn)變溫度高升，則需相應

提升試驗液體溫度。

當設計溫度大小或等于100℃時，有些鋼材因為板厚增添等原由

機械性能已開始降落,機械性能的降落使得資料許用應力也顯然降低。

這時在常溫條件下進行液壓試驗時，必定提升液壓試驗壓力，乘以系

[σ]/[σ]t.

b.氣壓試驗一般設施的試壓都應第一要求作液壓試驗，因為液壓試驗特別是水壓試驗既安全，又經(jīng)濟。而氣壓危險性大，故只有不合適于做液壓試驗的容器，比方，因為構(gòu)造或支承原由，或生產(chǎn)時裝入名貴催化劑要求烘干的容器，或在操作過程中不同樣意存在有微量殘留液體的容器，可在設計圖樣規(guī)定采納氣壓試驗。氣壓試驗所用氣體，應為干燥、潔凈的空氣、氮氣或其余惰性氣體。擁有易燃介質(zhì)的在用壓力容器，必定進行圓滿的沖刷和置換，不然禁止用空氣作為試驗介質(zhì)。

碳素鋼和低合金鋼制壓力容器的試驗用氣體溫度不得低于15℃；其余資料制壓力容器，其試驗用氣體溫度應切合設計圖樣規(guī)定。

試驗時壓力應遲緩升壓，升壓至規(guī)定試驗壓力的10%，保壓5分鐘，并對所有焊縫和連結(jié)部位進行首次檢查；如無泄露可連續(xù)升壓到規(guī)定試驗壓力的50%；如無異常現(xiàn)象，此后按每級為規(guī)定試驗壓力的10%，逐級升壓到試驗壓力，應依據(jù)容積大小保壓10-30分鐘；此后

降至設計壓力，保壓進行檢查，其保壓時間很多于

30分鐘。檢查期間壓力應保持不變。不得采納連續(xù)加壓以保持試驗壓力不變的做法。

不得在壓力下緊固螺栓。經(jīng)肥皂液或其余檢漏液檢查無漏氣，無可見

的異常變形即為合格。若有滲漏經(jīng)返修后再按上述規(guī)定從頭試驗。

為了保證安全，氣壓試驗前必定全面檢查容器質(zhì)量，對容器的焊

縫應進行100%探傷，試驗時應有必需的防范舉措，

試驗壓力PT

（1）內(nèi)壓容器

液壓試驗PT[][]t氣壓試驗PT[][]t

式中：P——設計壓力，MPa；

[σ]——試驗溫度下的資料許用應力，MPa

[σ]t——設計溫度下的資料許用應力，MPa

容器各元件（圓筒、封頭、接收、法蘭及緊固件）所用資料不同樣樣

時，應取各元件資料的[σ]/[σ]t比值中最小者。

2）外壓容器和真空容器

外壓容器和真空容器按內(nèi)壓容器進行試驗

液壓試驗壓力PTPT氣壓試驗壓力PTPT

式中：P——設計外壓力，MPa

夾套容器

關于帶夾套的容器，應在圖樣上分別注明內(nèi)筒和夾套的試驗壓力。當內(nèi)筒設計壓力為正當時，按內(nèi)壓確立試驗壓力。當內(nèi)筒設計壓力為負值節(jié)氣，按外壓進行液壓試驗。在內(nèi)筒液壓試驗合格后，再焊接夾套。并對夾套進行壓力試驗，在確立了試驗壓力后，必定校核內(nèi)筒在該試驗外壓力作用下的牢固性。若是不能夠知足牢固要求，則應規(guī)定在作夾套的液壓試驗時，必定同時在內(nèi)筒保持必定壓力，以使整個試驗過程（包含升壓、保壓和卸壓）中的任一時間內(nèi)，夾套和內(nèi)筒的壓力差不高出設計壓差。圖樣上應注明這一要求，以及試驗壓力和贊同壓差。

對峙式容器臥置進行液壓試驗時，試驗壓力應為立置時的試驗壓力加液柱靜壓力。

應力校核

因為試驗壓力大于設計壓力，故試驗時容器內(nèi)應力必定要增大。因此在試驗前必定對容器在試驗條件下產(chǎn)生的應力進行校核。校核時所取的壁厚度。同時還應計入液柱靜壓力。

液壓試驗時，圓筒的薄膜應力校核式

σ=PT(Die)≤σsφ(σ)T2e

氣壓試驗時圓筒的薄膜應力校核式

σT=PT(Die)≤σsφ(σ)2e

式中Di——圓