壓力容器基礎(chǔ)知識(shí)(定版)版

第一章壓力容器有關(guān)知識(shí)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)的進(jìn)步，壓力容器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于

煉油、化工等工業(yè)部門(mén)及日常生活中。在煉化行業(yè)中，越來(lái)越

多的新型、高效節(jié)能的設(shè)備得到應(yīng)用，許多裝置對(duì)壓力容器的

要求非常高，其操作介質(zhì)多為高溫（或低溫）、高壓、易燃、

易爆、有毒、強(qiáng)腐蝕等，具有相當(dāng)大的危險(xiǎn)性。隨著世界各國(guó)

對(duì)海洋資源的開(kāi)發(fā)，為了適應(yīng)海洋氣候、惡劣的環(huán)境以及石油

加工深度不斷增加、操作條件越來(lái)越苛刻，對(duì)壓力容器的要求

也越來(lái)越高、越來(lái)越嚴(yán)。世界能源危機(jī)的出現(xiàn)和軍事裝備的競(jìng)

爭(zhēng)、核能的開(kāi)發(fā)應(yīng)用對(duì)壓力容器提出了新的要求。航天事業(yè)更

是要求壓力容器為其提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在壓力容器的使用中，

小到不足InP的氣瓶，大到成千上萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)、幾百萬(wàn)立

方米的大型壓力容器，都與人們的生活息息相關(guān)，稍有不慎，

就有可能給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)災(zāi)難性后果。如核泄漏，它不

僅使人們的生命受到威脅，而且對(duì)周?chē)h(huán)境造成毀滅性的污

染，并且這些危害還會(huì)影響到今后幾十年、幾百年。這就要求

對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、安裝、使用、維修、退役等

方面都必須提出嚴(yán)格的要求。

壓力容器的應(yīng)用及分類(lèi)

一、什么是壓力容器

從廣義上說(shuō)，凡承受流體介質(zhì)壓力的密閉殼體都稱(chēng)作壓力

容器。

按GB150-1998《鋼制壓力容器》的規(guī)定，設(shè)計(jì)壓力低于

0.IMpa的容器屬于常壓容器，而設(shè)計(jì)壓力高于0.IMpa的容器

屬于壓力容器。從安全角度看，單以壓力高低定義壓力容器是

不夠全面的，與安全相關(guān)的三個(gè)重要參數(shù)是：壓力、容積、介

質(zhì)特性。

《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》從安全管理角度出發(fā)，將

同時(shí)具備下列條件的容器稱(chēng)為壓力容器：

（1）最高工作壓力（Pw）大于等于0.IMpa（不含液體靜

壓力，下同）；

（2）內(nèi)直徑（非圓形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m,

且容積（V）大于等于0.25m%

（3）盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等

于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。

二、壓力容器的應(yīng)用

壓力容器最初主要用于石油煉制、化學(xué)工業(yè)，如用于化工

廠的各種儲(chǔ)罐、合成爐、聚合釜、裂解爐、反應(yīng)器等。如今，

作為煉油化工中重要設(shè)備的壓力容器，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破了原來(lái)的

應(yīng)用局限，被廣泛用于現(xiàn)代的工業(yè)、民用及軍工等部門(mén)，在科

學(xué)研究的許多領(lǐng)域也起著重要的作用。

壓力容器在工業(yè)中使用最為廣泛。它不僅大量地用于煉油

化工行業(yè)，如煉油、化肥、醫(yī)藥、農(nóng)藥、無(wú)機(jī)化工和有機(jī)合成

等，還大量用于航空、航天、航海、原子能、冶金、采掘、機(jī)

械制造、交通、紡織和輕工等行業(yè)。壓力容器還廣泛用于農(nóng)業(yè)，

隨著農(nóng)業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程的加快，各種蓄能器、動(dòng)力機(jī)械的輔機(jī)、

冷卻器、油水分離器、儲(chǔ)氣罐、蒸煮釜、烘烤器及大型工程管

道等被大量用于實(shí)際生產(chǎn)中。隨著石油加工工業(yè)的發(fā)展，數(shù)以

萬(wàn)計(jì)的液化石油氣鋼瓶更是深入到飲食業(yè)、旅游業(yè)和人們的日

常生活中。隨著世界能源危機(jī)的出現(xiàn)，許多國(guó)家正加緊開(kāi)發(fā)煤

氣和天然氣，抓緊發(fā)展核能發(fā)電，甚至有的國(guó)家正在研究開(kāi)發(fā)

海洋的能源，而隨著各國(guó)軍備上的競(jìng)爭(zhēng)，火箭、導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)

展，以及航天事業(yè)的飛躍進(jìn)步，各種航天器相繼升空，都需要

大量能滿(mǎn)足各種要求的壓力容器。

因此，壓力容器在社會(huì)各行各業(yè)的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)确?/p>

面具有不可取代的地位，在發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)、鞏固國(guó)防、解決人

們衣食住行等方面起著極為重要的作用。

三、壓力容器的分類(lèi)

壓力容器的用途廣泛、規(guī)格品種繁多、操作條件各異、結(jié)

構(gòu)五花八門(mén)，因此，從不同的角度可以有不同的分類(lèi)方法。

按照國(guó)家《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（簡(jiǎn)稱(chēng)《容規(guī)》）

的劃分方法，將適用于《容規(guī)》的壓力容器分為三類(lèi)，即第一、

第二和第三類(lèi)壓力容器。

1.下列情況之一的，為第三類(lèi)壓力容器：

（1）高壓容器；

（2）中壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）；

（3）中壓儲(chǔ)存容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介

質(zhì)，且PV乘積大于lOMPa.m3）；

（4）中壓反應(yīng)容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介

質(zhì)，且PV乘各大于等于0.5Mpa.nf）；

（5）低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)，

且PV乘積大于等于0.2Mpam3）；

（6）高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；

（7）中壓搪玻璃壓力容器；

（8）使用強(qiáng)度級(jí)別較高（指相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中搞拉強(qiáng)度規(guī)定值

下限大于等于540Mpa）的材料制造的壓力容器；47

（9）移動(dòng)式壓力容器，包括鐵路罐車(chē)（介質(zhì)為液化氣體、

低溫液體）、罐式汽車(chē)［液化氣體運(yùn)輸（半掛）車(chē)、低溫液體運(yùn)

輸（半掛）車(chē)、永久氣體運(yùn)輸（半掛）車(chē)］和罐式集裝箱（介

質(zhì)為液化氣體、低溫液體）等；

（10）球形儲(chǔ)罐（容積大于等于50m，）；

（11）低溫液體儲(chǔ)存容器（容積大于5m3）。

2.下列情況之一的，為第二類(lèi)壓力容器（《容規(guī)》第6條

第1款規(guī)定的除外）

（1）中壓容器；

（2）低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）；

（3）低壓反應(yīng)容器和低壓儲(chǔ)存容器（僅限易燃介質(zhì)或毒

性程度為中度危害介質(zhì)）；

（4）低壓管殼式余熱鍋爐；

（5）低壓搪玻璃壓力容器。

3.低壓容器為第一類(lèi)壓力容器（《容規(guī)》第6條第1款、

第2款規(guī)定的除外）。

《容規(guī)》按照壓力容器的壓力等級(jí)劃分為低壓、中壓、高

壓和超高壓四個(gè)等級(jí)。

超高壓容器（代號(hào)U）：設(shè)計(jì)壓力大于等于lOOMpa的壓力

容器；

高壓容器（代號(hào)H）：設(shè)計(jì)壓力大于等于lOMpa且小于

lOOMpa的壓力容器；

中壓容器（代號(hào)M）：設(shè)計(jì)壓力大于等于1.6Mpa且小于

lOMpa的壓力容器；

低壓容器（代號(hào)L）：設(shè)計(jì)壓力大于等于0.IMpa且小于

1.6Mpa的壓力容器；

《容規(guī)》按照壓力容器在生產(chǎn)過(guò)程中的作用原理劃分為：

反應(yīng)壓力容器（代號(hào)R）：主要用于完成介質(zhì)的物理、化

學(xué)反應(yīng)的壓力容器，如反應(yīng)器（反應(yīng)釜）、聚合釜、變換爐、

氨合成塔、分解鍋、硫化罐、分解塔、聚合釜、高壓釜、變換

爐、蒸煮鍋、煤氣發(fā)生爐等；

換熱壓力容器（代號(hào)E）：主要用于完成介質(zhì)的熱量交換

的壓力容器，如熱交換器、冷卻器、蒸發(fā)器、廢熱鍋爐、冷凝

器、加熱器、消毒鍋、烘缸、蒸炒鍋、預(yù)熱器、蒸鍋、蒸脫機(jī)、

電熱蒸汽發(fā)生器、煤氣發(fā)生爐水夾套等。

分離壓力容器（代號(hào)S）：主要用于完成介質(zhì)的流體壓力

平衡和氣體凈化分離的壓力容器，分離容器中主要介質(zhì)一般不

發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，壓力來(lái)至容器以外，如分離塔、凈化器、回收

塔、洗滌塔、吸收塔等；

儲(chǔ)存壓力容器（代號(hào)C）：主要用于儲(chǔ)存、盛裝氣體、液

體、液化氣體等介質(zhì)的壓力容器，儲(chǔ)存容器中主要介質(zhì)一般不

發(fā)生化學(xué)或物理變化，常見(jiàn)的有壓縮氣體儲(chǔ)罐、液化氣體儲(chǔ)罐、

壓力緩沖罐等。大型的壓力較高的儲(chǔ)存容器多做成球形容器，

小型的常為臥式圓筒形容器。

根據(jù)盛裝介質(zhì)的毒性，將其分為輕度危害、中度危害、高

度危害和極度危害。

壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性程度和易燃介質(zhì)的劃分參照

HG20660《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險(xiǎn)程度分類(lèi)》

的規(guī)定。無(wú)規(guī)定時(shí)，按下述原則確定毒性程度：

1.極度危害（I級(jí)）最高容許濃度＜0.Img/m。

2.高度危害（II級(jí)）最高容許濃度0.1?<1.0mg/m3；

3.中度危害（III級(jí)）最高容許濃度1.0?<10mg/n）3；

4.輕度危害（IV級(jí)）最高容許濃度>10mg/m3。

另外，壓力容器還有許多分類(lèi)方法，例如，按壓力容器的

外形分為圓筒形容器、球形容器和矩形容器；按容器的受力情

況分為內(nèi)壓容器和外壓容器；按容器中心線(xiàn)的方向分為臥式容

器和直立容器；按容器筒體外直徑與內(nèi)直徑的比值分為薄壁容

器和厚壁容器；按容器的設(shè)計(jì)溫度分為低溫容器、常溫容器和

高溫容器；按容器安裝和使用地點(diǎn)分為固定式容器和移動(dòng)式容

器。

四、壓力容器制造許可級(jí)別的劃分:

級(jí)別制造壓力容器范圍代表產(chǎn)品

超高壓容器、高壓容器（A1）;

第三類(lèi)低、中壓容器（A2）;A1應(yīng)注明單層、鍛焊、多層

球形儲(chǔ)罐現(xiàn)場(chǎng)組焊或球殼板

A包孔、繞帶、熱套、繞板、

制造（A3）;無(wú)縫、鍛造、管制等結(jié)構(gòu)形

非金屬壓力容器（A4）;式；

醫(yī)用氧倉(cāng)（A5）

B2注明含（限）溶解乙烘氣

B無(wú)縫氣瓶（BI）;焊接氣瓶瓶或液化石油氣瓶。B3注明

（B2）；特種氣瓶（B3）機(jī)動(dòng)車(chē)用、纏繞、非重復(fù)充

裝、真空絕熱低溫氣瓶等

鐵路罐車(chē)（C1）;汽車(chē)罐車(chē)或長(zhǎng)

C

管拖車(chē)（C2）;罐式集裝箱（C3）

第一類(lèi)壓力容器（D1）;

D

第二類(lèi)低、中壓容器（D2）

本公司目前的制造許可范圍為Al、A2高壓容器，第一類(lèi)壓力

容器（D1）,第二類(lèi)低、中壓容器（D2）,設(shè)計(jì)許可范圍為第一類(lèi)

壓力容器（D1）,第二類(lèi)低、中壓容器（D2）。

第二章壓力容器設(shè)計(jì)知識(shí)

壓力容器的設(shè)計(jì)方法

常規(guī)設(shè)計(jì)：基于彈性失效準(zhǔn)則，采用較大的安全系數(shù)，以

材料力學(xué)及板殼薄膜理論的簡(jiǎn)化計(jì)算公式為基礎(chǔ)，加上一些經(jīng)

驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法。

分析設(shè)計(jì)：采用極限載荷、安定載荷和疲勞壽命為界限的

“塑性失效”與“彈塑性失效”準(zhǔn)則，允許結(jié)構(gòu)出現(xiàn)可控制的

局部塑性區(qū)，允許對(duì)峰值應(yīng)力部位作有限壽命設(shè)計(jì)。

常規(guī)設(shè)計(jì)和分析設(shè)計(jì)相結(jié)合：以常規(guī)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，局部元

件采用分析設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法。

一、國(guó)內(nèi)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)壓力容器在多年生產(chǎn)實(shí)踐中形成了一種多標(biāo)準(zhǔn)組合

的質(zhì)保體系。從總體上講，我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)

準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)原全國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委

員會(huì)制定的壓力容器專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，共有5個(gè)大系統(tǒng)300多項(xiàng)內(nèi)容。

下面重點(diǎn)對(duì)幾部現(xiàn)行的有關(guān)設(shè)計(jì)的重要規(guī)范進(jìn)行簡(jiǎn)要介

紹。

(D.GB150-1998《鋼制壓力容器》

這是我國(guó)第一部壓力容器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，是必須遵守的基本技

術(shù)法規(guī)，其基本思路與ASMEVHI-1相同，即按常規(guī)設(shè)計(jì)，是以

彈性失效準(zhǔn)則為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法。包括壓力容器板殼元件設(shè)計(jì)

計(jì)算、容器結(jié)構(gòu)要素的確定、密封設(shè)計(jì)、超壓泄放裝置的設(shè)置

以及容器的制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收的要求等內(nèi)容，是壓力容器設(shè)計(jì)、

制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收的綜合性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。其引用的與之配套的最

新標(biāo)準(zhǔn)有45部。這部標(biāo)準(zhǔn)是結(jié)合了理論、實(shí)驗(yàn)和實(shí)際使用經(jīng)

驗(yàn)，吸取了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和國(guó)際同類(lèi)先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，并本

著確保壓力容器安全使用的原則制定的。

適用范圍如下：

a.設(shè)計(jì)壓力不小于0.IMPa,且不大于35MPa。

b.真空不低于0.02MPao

c.溫度設(shè)計(jì)溫度范圍為鋼材允許的使用溫度。

不包括直接用火焰加熱的容器，核能裝置中的容器，旋轉(zhuǎn)或

往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備中自成整體或作為部件的受壓器室，經(jīng)常搬

運(yùn)的容器，內(nèi)徑(對(duì)非圓形截面，指寬度、高度或?qū)蔷€(xiàn)，橢圓

為長(zhǎng)軸)小于150mm的容器，要求進(jìn)行疲勞分析的容器，已有其

他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的容器。

(2).《鋼制壓力容器一分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》

這是一部壓力容器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它與GB150相平行，根據(jù)

用戶(hù)的要求，設(shè)計(jì)者可以選用其中一種作為遵循的規(guī)范。其基

本思路與ASMEVDI-2基本相同，即采用對(duì)壓力容器所受應(yīng)力進(jìn)

行分類(lèi)分析的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。它提供了以彈性應(yīng)力分析和塑性

失效準(zhǔn)則、彈塑性失效準(zhǔn)則為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，對(duì)選材、制造、

檢驗(yàn)和驗(yàn)收規(guī)定了比GB150《鋼制壓力容器》更為嚴(yán)格的要求。

適用范圍如下。

a.設(shè)計(jì)壓力不小于0.IMPa且小于lOOMPa-

b.真空不低于0.02MPa。

c.溫度應(yīng)低于鋼材蠕變控制其許用應(yīng)力強(qiáng)度的相應(yīng)溫

度。

不包括核能裝置中的容器，旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備中自成整

體或作為部件的受壓器室，經(jīng)常搬運(yùn)的容器，內(nèi)直徑（對(duì)非圓形

截面，指寬度、高度或?qū)蔷€(xiàn)）小于150mm的任何長(zhǎng)度的容器。

（3）.GB151-1999《管殼式換熱器》

這是換熱設(shè)備系統(tǒng)的第一部國(guó)標(biāo)，它規(guī)定了非直接受火管殼

式換熱器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收的要求。

適用范圍如下。

a.公稱(chēng)壓力不大于35MPa。

b.公稱(chēng)直徑不大于2600mm。

c.公稱(chēng)直徑（mm）和公稱(chēng)壓力（Mpa）的乘積不大于1.75X10'。

但不包括直接火焰加熱的換熱器和廢熱鍋爐，受核輻射的換

熱器，要求進(jìn)行疲勞分析的換熱器，已有其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)管轄的換

熱器。

（4）.《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（99版）

《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（簡(jiǎn)稱(chēng)《容規(guī)》）是我國(guó)壓力

容器質(zhì)量保證體系和安全監(jiān)督的重要法規(guī)，它明確規(guī)定了我國(guó)壓

力容器安全技術(shù)監(jiān)督的基本要求，要求有關(guān)壓力容器的設(shè)計(jì)、制

造（組焊）、安裝、使用、檢驗(yàn)、修理和改造等都必須遵守《鍋爐

壓力容器安全監(jiān)察暫行條例》和木規(guī)程。

適用范圍第一章已作介紹。

二、國(guó)外壓力容器標(biāo)準(zhǔn)

（1）.ASME規(guī)范

ASME規(guī)范是世界上最早出現(xiàn)的壓力容器規(guī)范，于1915年首

次發(fā)行，當(dāng)時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)為《鍋爐建造規(guī)范?1914版》。到了1926年，

這部標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展到8卷，統(tǒng)稱(chēng)為《ASME鍋爐與壓力容器規(guī)范》。后

來(lái)，1937年增加了第IX卷《焊接質(zhì)量要求》，到目前為止，已

經(jīng)發(fā)展到11卷22冊(cè)，全面覆蓋了鍋爐和壓力容器質(zhì)量保證體系

的要求。

(2).日本標(biāo)準(zhǔn)JISB8270《壓力容器(基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn))》

日本標(biāo)準(zhǔn)JISB8270《壓力容器(基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn))》是日本重要的

壓力容器標(biāo)準(zhǔn)。隨著國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(IS0)和關(guān)稅及貿(mào)易一般協(xié)定

(GATT)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化，日本為適應(yīng)這一新形勢(shì)，經(jīng)有關(guān)單位的長(zhǎng)

期調(diào)查研究，提出建立新的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)體系。在1993年3月15

口，經(jīng)壓力容器專(zhuān)門(mén)委員會(huì)審議批準(zhǔn)，JISB8270《壓力容器(基

礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn))》公布實(shí)施。

第一節(jié)設(shè)計(jì)文件

壓力容器的設(shè)計(jì)文件包括設(shè)計(jì)圖樣、技術(shù)條件、強(qiáng)度計(jì)算書(shū),

必要時(shí)還應(yīng)包括設(shè)計(jì)或安裝、使用說(shuō)明書(shū)，應(yīng)力分析報(bào)告等。

第二節(jié)設(shè)計(jì)壓力

—＞壓力的基本概念

在壓力容器設(shè)計(jì)中，談及壓力，如果沒(méi)有特別指明，通常是

指表壓力，即指該容器的內(nèi)部壓力與環(huán)境大氣壓力的差值。如果

容器內(nèi)部壓力高于大氣壓力，則表壓力為正，表示該容器承受內(nèi)

壓作用；如果容器內(nèi)部壓力低于大氣壓力，則表壓力為負(fù)，表示

該容器承受外壓作用，其絕對(duì)值又稱(chēng)為真空度。

慶力（MPs,,

大氣壓力、絕壓、表壓之間的關(guān)系

國(guó)際單位制（SI）表示的壓力單位為Pa（帕），lPa=lN/m2（牛

頓/平方米）

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm）是在0"時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)重力加速度下，760mm

高汞柱所產(chǎn)生的壓力，latm=101325Pa

在工程中幾種常見(jiàn)壓力單位和換算關(guān)系如下：

lMPa=106Pa?=145PSi??10.2kgf/cm2

1kgf/cm2=98.067KPa?=98Kpa

lmmH2O（lmm水柱）=9.8067Pa?=9.8Pa

lbar=0.1Mpa=100000Pa

二、設(shè)計(jì)壓力

設(shè)計(jì)壓力指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度

一起作為設(shè)計(jì)載荷，其值不低于工作壓力。

三、設(shè)計(jì)壓力的確定

設(shè)計(jì)容器時(shí)，必須考慮在工作時(shí)可能遇到的工作壓力和對(duì)應(yīng)

的工作溫度兩者組合中的各種工況，并以最苛刻工況下的工作壓

力來(lái)確定設(shè)計(jì)壓力。單臺(tái)容器初步的設(shè)計(jì)壓力見(jiàn)下表。根據(jù)該容

器在每一安全系統(tǒng)中與安全泄放裝置的相對(duì)位置，對(duì)按下表確定

的初步設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)國(guó)家壓力容器安全監(jiān)察部門(mén)或工程

設(shè)計(jì)中對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)壓力有專(zhuān)門(mén)規(guī)定時(shí)，其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)按有

關(guān)規(guī)定確定。

設(shè)計(jì)壓力選?。?）

類(lèi)型設(shè)計(jì)壓力

無(wú)安全凈放蒞直1.0~1.10倍工作壓力

不低于（等于成柄大于）安全閥開(kāi)啟壓力（安全周開(kāi)后壓力取1.05-

裝有安全崎

1.10僭工作壓力）

裝有爆破片取爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力加制造庖國(guó)上限

內(nèi)

出口管線(xiàn)上裝有安全腳不低于安全閥的開(kāi)啟慶力加上旅體從容器流至安全蒯處的壓力降

壓容器位于系進(jìn)口的,且無(wú)安全泄放

取無(wú)安全我放裝置時(shí)的段計(jì)壓力?且以o.IMPa外壓進(jìn)行校核

裝H時(shí)

取下面二者中大值；

容

容器位于泵出口加，且無(wú)安全逾放（D系的正常入口壓力加1.2倍柒的正常工作揚(yáng)程,

裝置時(shí)（2）泵的G大入口壓力加案的正常工作揚(yáng)程,

41（3）泵的正常人口壓力加關(guān)閉揚(yáng)曹（即泵出口全關(guān)閉時(shí)的場(chǎng)用）

容器位于壓縮機(jī)進(jìn)口偵，目無(wú)安全

取無(wú)安全泄放裝置時(shí)的設(shè)計(jì)壓力,且以0.1MPa外壓進(jìn)行校佟

泄放裝黃時(shí)

容塾位于壓城機(jī)出口惻,且無(wú)安全

取抹縮機(jī)出口壓力

泄放裝置時(shí)

否安全就放鼓反設(shè)計(jì)外壓力取1.25倍最大內(nèi)外壓力差或0.IMPa兩者中的小值

無(wú)夾套

其空容器

無(wú)安全泄放裝置設(shè)計(jì)外壓力取0.iMPa

A

套

央

內(nèi)為

底

內(nèi)

的

空帶容器《口空》設(shè)計(jì)外壓力按無(wú)夾督真空容器規(guī)定選取〉

夾套真室

容夾套《內(nèi)壓》設(shè)計(jì)內(nèi)壓力按內(nèi)壓容器規(guī)定選取

S,

央套內(nèi)為容器（內(nèi)壓）改計(jì)內(nèi)壓力按內(nèi)壓容器規(guī)定這取G

真空的帶

夾套內(nèi)壓

央套《真空）設(shè)計(jì)外壓力按無(wú)夾套具空容器規(guī)定選取

設(shè)計(jì)壓力選取（2）

類(lèi)激設(shè)計(jì)壓力

設(shè)計(jì)外壓力取不小于在正畬工作情51下可能產(chǎn)生的用大內(nèi)外壓力

&

介質(zhì)50c的嵬和蒸i

汽樂(lè)力低于異丁烷

50c的飽和鼐汽壓0.79MPa

在規(guī)定的充裝力時(shí)（如丁燒、丁娓、

系數(shù)附用內(nèi)，意丁二始

溫下盛裝液化

石油氣或褸合介質(zhì)50c的飽和蒸

液化石油氣的汽壓力高于異丁烷

1.77Mpa

（指兩治與丙烷50c的飽和蒸汽壓

或丙烯,丙烷與力時(shí)（如液苓丙燒）

丁端等的混合

物）容力"以’介質(zhì)50C的惚和蔻

汽壓力高于丙烷

2.15MPa

50C的飽和蒸汽壓

力時(shí)（如液餐內(nèi)韁）

一般應(yīng)以?xún)衫脑O(shè)計(jì)壓力分別作為淡元件的設(shè)if■壓力.當(dāng)有可R措

兩弱受壓的壓力容秣元件

S5確保兩《1網(wǎng)時(shí)受壓時(shí),可取向測(cè)最大壓力差作為設(shè)計(jì)壓力

注，①容器的計(jì)界外慶力應(yīng)為設(shè)計(jì)外壓力加上夾交內(nèi)的設(shè)計(jì)內(nèi)壓力?旦必現(xiàn)校核在夾套試的張力《外壓）下的

物定性.

②容器的汁算內(nèi)壓力應(yīng)為設(shè)計(jì)內(nèi)壓力加0.IMP.?旦必須校校在夾套試總壓力（外壓）下的由定性.

③勸腹笠液化石油氣的壓力容H，如設(shè)計(jì)單位能根據(jù)其安裝雄區(qū)的電痼氣㈤條件（不是收嫡氣面假）提供

可靠的設(shè)計(jì)沿度時(shí)，網(wǎng)可按介質(zhì)在該設(shè)計(jì)81度下的飽和35代壓來(lái)喘定工作壓力及設(shè)計(jì)壓力，但必須事先經(jīng)

過(guò)設(shè)計(jì)單位總技術(shù)員責(zé)人批成，并報(bào)送省圾主管部門(mén)和同級(jí)為動(dòng)部門(mén)網(wǎng)爐壓力容器安全取解挑內(nèi)部案.

④對(duì)容積大于成等于】8m‘的然被液化石油氣儲(chǔ)存類(lèi)壓力容器?可由設(shè)計(jì)電定設(shè)計(jì)溫度（但不得低于

40C）,并根據(jù)與設(shè)計(jì)盤(pán)度對(duì)應(yīng)的介質(zhì)他和蒸汽壓6定設(shè)計(jì)壓力.

⑤規(guī)定的充裝系數(shù)一般取0.9?容積經(jīng)實(shí)際測(cè)定者可取大于0.9,但不得大于0.95.

第三節(jié)設(shè)計(jì)溫度

一、設(shè)計(jì)溫度

設(shè)計(jì)溫度指容器在正常工作過(guò)程中，在相應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力下，

設(shè)定的受壓元件的金屬溫度（沿元件金屬截面厚度的溫度平均

值），即銘牌上的設(shè)計(jì)溫度，用t表示。

二、設(shè)計(jì)溫度的確定

當(dāng)金屬溫度不可能通過(guò)傳熱計(jì)算或?qū)崪y(cè)結(jié)果確定時(shí)，設(shè)計(jì)溫

度應(yīng)按以下規(guī)定選取。

介質(zhì)工作制度設(shè)計(jì)溫度.

T11

TV-2QC介質(zhì)最低工作溫咬介質(zhì)工作溫度減。?10C

-2OCCTC15C介質(zhì)最低工作溫度介質(zhì)工作溫度減5-10C

T>15€介成心高工作溫度介質(zhì)工作溫度加】5~30c

注，當(dāng)最高（低）工作溫度不明確時(shí)，按表中的I禍定.

第四節(jié)介質(zhì)特性

不論何種壓力容器，內(nèi)部總是有一定量呈氣態(tài)或液態(tài)的介

質(zhì)，而這些介質(zhì)的性質(zhì)成為壓力容器設(shè)計(jì)需要考慮的重要因素

之一。認(rèn)識(shí)和了解各種介質(zhì)的某些共同性質(zhì)，對(duì)合理地選用材

料、保證容器的安全可靠性是十分重要的。現(xiàn)就介質(zhì)的主要物

理和化學(xué)性質(zhì)的概念介紹如下。

一、物理性質(zhì)

（1）臨界溫度與臨界壓力

物質(zhì)具有氣、液、固三種狀態(tài)，在不同的溫度和壓力下，

物態(tài)之間可以相互轉(zhuǎn)化。通常說(shuō)某物質(zhì)為氣體是指在大氣壓力

和環(huán)境溫度下呈氣體，對(duì)其施加壓力或降低溫度可能使其變?yōu)?/p>

液體，但液化受溫度條件的限制。當(dāng)氣體溫度高于某一限度時(shí)，

無(wú)論施加多大的壓力它也不能被液化而只能以氣態(tài)存在。氣體

能在一定的壓力作用下被液化的最高溫度，稱(chēng)為該氣體的臨界

溫度。換句話(huà)說(shuō)，超過(guò)這個(gè)溫度氣體就不能用壓縮體枳的辦法

將它變?yōu)橐后w，因而高于臨界溫度，該氣態(tài)物質(zhì)不能變?yōu)橐后w。

氣體在臨界溫度時(shí)，使其液化的最小壓力稱(chēng)為該氣體的臨界壓

力。根據(jù)這個(gè)概念，要使氣體液化必須在低于臨界溫度和高于

臨界壓力的條件下才能實(shí)現(xiàn)。在臨界溫度和臨界壓力下，該物

質(zhì)氣液兩相平衡共存，氣液之間也沒(méi)有分界面，物質(zhì)處于這種

狀態(tài)時(shí)稱(chēng)為臨界狀態(tài)。

(2)飽和蒸氣壓力

液體的汽化就是它的分子不斷從液體表面逸出形成蒸氣

的過(guò)程，與此同時(shí)，也會(huì)有分子重新又回到液體中去。當(dāng)在同

一時(shí)間內(nèi)逸出液體的分子和進(jìn)入液體的分子數(shù)目相同時(shí).，這種

液體和它的蒸氣處于平衡狀態(tài)，這種蒸氣稱(chēng)為飽和蒸氣。如果

溫度保持不變，在單位空間容積內(nèi)只能容納一定的氣體分子，

此時(shí)，飽和蒸氣所具有的壓力就稱(chēng)為飽和蒸氣壓力。常見(jiàn)液化

氣體在不同溫度下的飽和蒸氣壓力見(jiàn)下表。

幾種常見(jiàn)液化氣體在不同溫度下的飽和蒸氣壓力/MPa

名稱(chēng)分子式or10七20%：30霓40%：sor60^

NH30.3280.5140.7561.0581.4521.9302.511

氯CI20.2690.4010.5(40.7691.0641.3301.680

丙烷QH.0.3700.5360.7420.9931.2781.6192.021

丙烯0.4810.6720.9081.1961.5421.9522.435

二氧化成so：0.05390.12740.22540.3540.5190.7260.985

氯乙烯QFhCl0.1970.2660.3500.4530.5780.7290.911

硫化氫H2S0.9321.2761.6912.1872.7653.5534.253

二軾化碳C023.2824.3975.6227.104

甲就0.2790.3710.4880.6290.8051.0331.286

(3)爆炸極限

物質(zhì)因物態(tài)或壓力發(fā)生突變而形成的爆炸稱(chēng)為物理性爆

炸，這一過(guò)程前后物質(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)成分不變化。例如，容器

內(nèi)為飽和液體，在容器破裂時(shí)由于壓力迅速降到大氣壓力，它

將立即成為氣體，體積急劇增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“爆沸”，破

壞性很大。在爆炸過(guò)程中，如伴有化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生新的反應(yīng)產(chǎn)

物，這種爆炸稱(chēng)為化學(xué)性爆炸。所有可燃?xì)怏w、粉塵與空氣或

氧混合后而發(fā)生的爆炸都是化學(xué)性爆炸。有些爆炸起始是因某

種原因使容器破裂而發(fā)生物理爆炸，但容器內(nèi)的有些介質(zhì)一旦

泄漏出來(lái)與空氣接觸并達(dá)到一定的混合比，在與火接觸后就會(huì)

發(fā)生化學(xué)爆炸。

爆炸危險(xiǎn)介質(zhì)：系指氣體或液體的蒸汽、薄霧與空氣混合

形成爆炸混合物，且其爆炸下限小于10%,或爆炸上限與下限

的差值大于等于20%的介質(zhì)。詳見(jiàn)HG20660-2000《壓力容器中

化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險(xiǎn)程度分類(lèi)》。

壓力容器的介質(zhì)毒性程度和易燃介質(zhì)的劃分：

易燃與可燃液體分類(lèi)：一般分為四級(jí)二類(lèi)：

第一級(jí)閃點(diǎn)＜28℃

第二級(jí)閃點(diǎn)＞28℃至＜45℃

第三級(jí)閃點(diǎn)＞45C至W120℃

第四級(jí)閃點(diǎn)＞120℃

第一、二級(jí)的液體稱(chēng)為易燃液體類(lèi)；第三、四級(jí)的液體稱(chēng)

為可燃液體類(lèi)。

舉例：I、II級(jí)：氫氟酸、光氣、氟化氫、碳酸氟、氯等;

III級(jí)：二氧化硫、氨:、一氧化碳、氯乙烯、甲

醇、氧化乙烯、硫化乙烯、二硫化碳、乙快、硫化氫等。

二、腐蝕性

介質(zhì)的腐蝕性是壓力容器設(shè)計(jì)要考慮的另一重要因素。在

役壓力容器的破壞，在很多情況是由于腐蝕后在其他因素的作

用下發(fā)生的。壓力容器的腐蝕是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，這是因

為容器內(nèi)和周?chē)h(huán)境接觸的介質(zhì)種類(lèi)是多種多樣的，造成腐蝕

性的強(qiáng)弱不一。而某種介質(zhì)腐蝕性的強(qiáng)弱，對(duì)同一材料而言，

又受諸多因素的影響而有所不同，例如，所處的溫度、壓力、

濃度、材料自身的金相組織狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力水平和性質(zhì)

等因素都會(huì)對(duì)該材料在這種介質(zhì)中的腐蝕性產(chǎn)生不同的影響。

(1)鋼的高溫氧化與脫碳

(2)氫腐蝕：發(fā)生在高溫高壓并與氫接觸的條件下出現(xiàn)

的腐蝕，屬于化學(xué)腐蝕。

(3)晶間腐蝕：發(fā)生在晶粒之間的一種腐蝕形式，出現(xiàn)

這種腐蝕材料最典型的是奧氏體不銹鋼。

(4)應(yīng)力腐蝕：應(yīng)力腐蝕是指金屬在持久拉應(yīng)力和腐蝕

性環(huán)境聯(lián)合作用下產(chǎn)生腐蝕裂紋，并使裂紋迅速擴(kuò)展，從而可

能出現(xiàn)的早期性破壞的腐蝕形式。幾種常見(jiàn)的應(yīng)力腐蝕環(huán)境：

碳鋼及低合金鋼對(duì)介質(zhì)NaOH的應(yīng)力腐蝕，濕H2S應(yīng)力腐蝕，

液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境。

第五節(jié)設(shè)計(jì)載荷

一、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的載荷

容器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮的載荷有壓力載荷、重力載荷、風(fēng)載

荷和地震載荷、雪載荷、偏心載荷、局部載荷、沖擊載荷等。

1.壓力載荷

a.內(nèi)壓、外壓或最大壓差。

b.液柱靜壓力（當(dāng)液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)可忽略

不計(jì)）。

c.試驗(yàn)壓力。

2.重力載荷

a.容器空重。容器殼體及固定附件（如接管、人孔、法蘭、

支撐圈及支座等）的重量。

b.可拆內(nèi)件的重力載荷。容器內(nèi)部可拆構(gòu)件（如填料、過(guò)

濾網(wǎng)、除沫器、催化劑及可拆塔盤(pán)等）的重量。

c.介質(zhì)的重力載荷。正常工作狀態(tài)下容器內(nèi)介質(zhì)的最大重

量。對(duì)固體物料，應(yīng)按物料的實(shí)際堆積密度計(jì)算。

d.隔熱材料的重力載荷。如保溫（或保冷）層及其支持件、

內(nèi)部隔熱材料等的重量。

e.附件的重力載荷。與容器直接連接的平臺(tái)、工藝配管及

管架等附件的重量；

f.水壓試驗(yàn)時(shí)容器內(nèi)水的重力載荷。

g.檢修時(shí)檢修人員、檢修工具及零部件等的重力載荷。

3.風(fēng)載荷和地震載荷

4.雪載荷

5.偏心載荷

偏心載荷是由內(nèi)件或外部附件（或設(shè)備）的重心偏離容器

殼體中心線(xiàn)而引起的。

6.局部載荷

局部載荷是容器殼體局部區(qū)域上作用的載荷（如支座、底

座圈、支耳及其他形式支撐件對(duì)殼體的反作用力、管道推力

等）。

7.沖擊載荷

沖擊載荷是由容器受工作介質(zhì)的沖擊或壓力急劇波動(dòng)以

及運(yùn)輸、吊裝時(shí)產(chǎn)生的附加載荷。

8.其他載荷

其他載荷包括由溫度梯度和不同的熱膨脹量引起的載荷、

其他機(jī)械載荷等。

第六節(jié)厚度附加量

厚度附加量包括兩部分，即厚度負(fù)偏差和腐蝕裕量，用以

下公式表示，即

C=C1+C2

G----------鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏差，按相應(yīng)鋼板或鋼管標(biāo)

準(zhǔn)選取mm

C2----------腐蝕裕量mm

第七節(jié)厚度

一、計(jì)算厚度

計(jì)算厚度是指按公式計(jì)算得到的厚度。

二、設(shè)計(jì)厚度

設(shè)計(jì)厚度是指計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和。

三、名義厚度

名義厚度是指計(jì)算厚度加上鋼材厚度負(fù)偏差向上圓整至

鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，即標(biāo)注在圖樣上的厚度。

四、有效厚度

有效厚度是指名義厚度減去厚度附加量。

五、最小厚度

由于常壓和低壓容器按照強(qiáng)度公式計(jì)算出的壁厚較小，給

制造和運(yùn)輸帶來(lái)了困難。為了滿(mǎn)足制造工藝的要求以及運(yùn)輸和

安裝過(guò)程中對(duì)剛度的要求，對(duì)殼體規(guī)定了不包括腐蝕裕量的最

小厚度。

圓筒的最小厚度Bmin

按下列規(guī)定設(shè)計(jì)。

(1)碳素鋼和低合金鋼

當(dāng)內(nèi)徑Di3800mm時(shí)，grain=2Di/1000且不小于3mm。

當(dāng)內(nèi)徑Di>3800mm時(shí)按運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)制造、安裝條件確定。

(2)不銹鋼容器

8min=2mm

(3)鋁和鋁合金料倉(cāng)

8min=3mm

第八節(jié)許用應(yīng)力

許用應(yīng)力是用材料的各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)分別除以相應(yīng)的安全

系數(shù)而得，并取其中最小值，即

匕］=強(qiáng)度指標(biāo)/安全系數(shù)

常溫或中溫時(shí)：

[<?]=

舊=土生2

==

M——許用應(yīng)力MPa

nb----抗拉強(qiáng)度的安全系為

ns----屈服點(diǎn)的安全系數(shù);

第九節(jié)焊接接頭系數(shù)及焊接接頭分類(lèi)

在焊縫區(qū)，由于焊接時(shí)可能產(chǎn)生氣孔、夾渣、未焊透、咬

邊、裂紋等缺陷；同時(shí)，焊接熱影響區(qū)往往形成粗大晶粒區(qū)而

使強(qiáng)度或塑性下降；由于結(jié)構(gòu)的剛性約束，也往往造成較大的

焊接內(nèi)應(yīng)力。因此，容器上的焊縫區(qū)是強(qiáng)度較弱的地方，為了

表示焊縫區(qū)材料強(qiáng)度被削弱的程度，引進(jìn)了焊接接頭系數(shù)。焊

接接頭系數(shù)是以焊縫強(qiáng)度與母材強(qiáng)度之比值中表示的。它與焊

縫位置、焊接方法以及檢驗(yàn)要求等因素有關(guān)。

1、GB150-1998《鋼制壓力容器》3.7條規(guī)定的焊縫系數(shù)

選取原則如下。

1.雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接接頭。

100%無(wú)損檢測(cè)8=1

局部無(wú)損檢測(cè)中=0.85

2.單面焊的對(duì)接接頭（沿焊縫根部全長(zhǎng)有緊貼基本金屬的

墊板）

100%無(wú)損檢測(cè)8=0.9

局部無(wú)損檢測(cè)0=0.8

2、容器主要受壓部分的焊接接頭分為A、B、C、D四類(lèi)，

如下圖。此分類(lèi)順序并不是按其重要性和受力高低排列的，僅

是個(gè)類(lèi)別符號(hào)而已，例如D類(lèi)焊接接頭受力狀態(tài)的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)

大于C類(lèi)焊接接頭。

容器受壓部分焊接接頭分類(lèi)圖

第三章壓力容器用材料及熱處理

《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第10條規(guī)定：壓力容器

用材料的質(zhì)量及規(guī)格，應(yīng)符合相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)

定。壓力容器材料的生產(chǎn)應(yīng)經(jīng)國(guó)家安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)認(rèn)可批準(zhǔn)。材

料生產(chǎn)單位應(yīng)按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定向用戶(hù)提供質(zhì)量證明書(shū)（原

件），并在材料上的明顯示部位作出清晰、牢固的鋼印標(biāo)志或

其他標(biāo)志，至少包括材料制造標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)、材料牌號(hào)及規(guī)格、爐

（批）號(hào)、國(guó)家安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)認(rèn)可標(biāo)志、材料生產(chǎn)單位名稱(chēng)及

檢驗(yàn)印鑒標(biāo)志或其他標(biāo)志。材料質(zhì)量證明書(shū)的內(nèi)容必須齊全、

清晰，并加蓋材料生產(chǎn)單位質(zhì)量檢驗(yàn)章。

壓力容器制造單位從非材料生產(chǎn)單位獲得壓力容器用材

料時(shí)，應(yīng)同時(shí)取得材料質(zhì)量證明書(shū)原件或加蓋供材單位檢驗(yàn)公

章和經(jīng)辦人章的有效復(fù)印件。壓力容器制造單位應(yīng)對(duì)所獲得的

壓力容器用材料及材料質(zhì)量證明書(shū)的真實(shí)性與一致性負(fù)責(zé)。

壓力容器選材除應(yīng)考慮力學(xué)性能和彎曲性能外，還應(yīng)考慮

與介質(zhì)的相容性。壓力容器專(zhuān)用鋼材的磷含量（熔煉分析，下

同）不應(yīng)大于0.030%,硫含量不應(yīng)大于0.020機(jī)如選用碳素

鋼沸騰鋼板和碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼板制造壓力容器（搪玻璃壓力容器

除外），應(yīng)符合GB150《鋼制壓力容器》的規(guī)定。碳素鋼沸騰

鋼板和Q235A鋼板不得用于制造直接受火焰加熱的壓力容器。

第一節(jié)材料的基本性能

?、機(jī)械性能

金屬的機(jī)械性能是指金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來(lái)的

特性，如強(qiáng)度、彈性、硬度、韌性及塑性等。也可稱(chēng)為“力學(xué)

性能”。金屬材料就是用其在為同受力條件下所表現(xiàn)出來(lái)的不

同特性指標(biāo)，來(lái)衡量金屬材料的機(jī)械性能。

（1）.機(jī)械強(qiáng)度強(qiáng)度是材料抵抗外力作用不致破壞的性

能特性。常用的特性指標(biāo)有屈服極限（。ts）和強(qiáng)度極限（。

b）o數(shù)值由拉伸試驗(yàn)獲得。高溫時(shí)還要考慮蠕變極限（otn）

和持久極限（。tD）o

壓力容器用材要求材料不僅具有高的屈服極限，而且具有

一定的屈強(qiáng)比（。s/。b）。屈強(qiáng)比反映了材料承受外載能力的

能力，屈強(qiáng)比愈小，結(jié)構(gòu)零件的可靠性愈高，萬(wàn)一超載，由于

塑性變形的產(chǎn)生而使金屬材料的強(qiáng)度提高而不致立刻破壞。壓

力容器用材的屈強(qiáng)比?般為0.6、0.7。碳素鋼的屈強(qiáng)比?般為

0.6左右，低合金高強(qiáng)度鋼為0.65飛.75,合金結(jié)構(gòu)鋼為0.85

（2）塑性材料的塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生

塑性變形而不破壞的能力。材料的塑性是用延伸率（6）及斷

面收縮率（W）來(lái)表示。它們的數(shù)值由拉伸試驗(yàn)獲得。

一般情況下，塑性材料的延伸率和斷面收縮率較大，而脆

性材料則較小。金屬材料的塑性指標(biāo)在壓力容器設(shè)計(jì)具有重要

的意義。首先，塑性良好的材料可以順利地進(jìn)行某些成型工藝，

如冷沖壓、冷彎曲等。其次，良好的塑性使零件在使用時(shí)萬(wàn)一

超載，也能由于塑性變形使用權(quán)材料強(qiáng)度提高而避免突然襲擊

斷裂。壓力容器的主要零部件都是承壓的，無(wú)論從制造工藝的

要求不是從使用安全的要求，都希望金屬材料具有良好的塑

性。一般碳鋼、碳銃鋼6》16%,其它合金鋼6》14隊(duì)

（3）硬度所謂硬度是指金屬材料抵抗壓入物壓陷能力

的大小，也可以說(shuō)是材料對(duì)局部塑性的抗力。硬度可采用不同

的方法在不同的儀器上測(cè)定，其所得的硬度指標(biāo)也各不相同。

最常用的硬度指標(biāo)為布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）、和維

氏硬度（HV）,其數(shù)值可以互相換算。

硬度是金屬材料的重要性能之一。一般情況下，材料的

硬度高，其耐磨性也較好。材料的硬度與強(qiáng)度之間也有一定的

關(guān)系（因?yàn)橛捕仁欠从巢牧暇植克苄宰冃蔚目沽Γ?，根?jù)經(jīng)驗(yàn)，

硬度與抗拉強(qiáng)度有如下近似關(guān)系：

軋制、正火或退火的低碳鋼ob=0.36HB;

軋制、正火或退火的中碳鋼ob=0.35HB;

硬度HBW250經(jīng)熱處理的合金鋼ob=0.34HB;

硬度HB250~400,經(jīng)熱處理的合金鋼ob=0.33HB;

由于測(cè)定硬度方便，在生產(chǎn)中常用測(cè)定硬度的方法來(lái)估算

鋼材的強(qiáng)度。對(duì)焊接接頭，也常用測(cè)定熱影響區(qū)硬度的方法來(lái)

確定其淬硬程度。

換熱管與管板的連接采用脹接時(shí)，換熱管材料的硬度值一

般須低于管板材料的硬度值。

螺栓和螺母匹配使用，一般螺栓材料的硬度值須高于螺母

30HBo

(4)韌性韌性是指材料抵抗沖擊載荷的性能指標(biāo)，材

料韌性用沖擊功心，來(lái)衡量，沖擊功An，是指材料受到?jīng)_擊負(fù)荷

的作用下，產(chǎn)生斷裂時(shí)所消耗能量大小的特性，即沖擊試樣所

消耗的功，其單位為J。

由于沖擊功加是金屬材料各項(xiàng)機(jī)械性能標(biāo)中對(duì)材料的化

學(xué)成分、冶金質(zhì)量、組織狀態(tài)及內(nèi)部缺陷等比較敏感的一個(gè)質(zhì)

量指標(biāo)，而且也是衡量材料脆性轉(zhuǎn)變和斷裂特性的重要指標(biāo)，

所以對(duì)壓力容器用鋼來(lái)說(shuō)，尤其是低溫壓力容器沖擊功是一項(xiàng)

重要的性能指標(biāo)。

(5)溫度對(duì)材料機(jī)械性能的影響

材料的屈服極限、強(qiáng)度極限和彈性模量隨溫度的升高而降

低。如果設(shè)備的操作溫度較高，則必須選用在相應(yīng)溫度下能保

持其強(qiáng)度指標(biāo)的材料。

如果材料在高溫下承受高的應(yīng)力，則材料的抗蠕變性能是

關(guān)鍵性的。材料蠕變極限指在某一溫度下受恒定載荷作用時(shí)，

在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)（10萬(wàn)小時(shí)）產(chǎn)生I驗(yàn)的變形時(shí)的應(yīng)力；持

久極限是材料在某一溫度下受恒定載荷作用時(shí)，在規(guī)定的持續(xù)

時(shí)間內(nèi)（10萬(wàn)小時(shí)）引起斷裂時(shí)的應(yīng)力.在實(shí)際試驗(yàn)中，常常

用較短時(shí)間的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)外推長(zhǎng)時(shí)間的性能，但一般限制外推

時(shí)間不得大于試驗(yàn)時(shí)間的10倍。持久強(qiáng)度是高溫元件設(shè)計(jì)選

材的重要依據(jù)，是GB150中確定許用應(yīng)力的強(qiáng)度指標(biāo)之一.

低溫情況下，通常塑性金屬材料往往以脆性方式破壞。引

起鋼制焊接壓力容器脆性破壞的因素非常復(fù)雜。它取決于材料

的晶格結(jié)構(gòu)，板材的厚度，加工后的殘余應(yīng)力、結(jié)構(gòu)缺陷以及

材料的使用溫度。

目前各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范均以夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)材

料對(duì)脆性破壞的敏感性。

二、耐腐蝕性能

耐腐蝕性能是金屬材料抵抗介質(zhì)腐蝕的能力。壓力容器中

處理的介質(zhì)大多數(shù)具有腐蝕性的，在設(shè)計(jì)中必須根據(jù)操作介質(zhì)

來(lái)選擇耐腐蝕材料。

引起材料腐蝕的因素多種多樣，工程中常將常見(jiàn)的腐蝕情

況分為：均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、氫脆、磨蝕

等。

(1).均勻腐蝕

均勻腐蝕是在整個(gè)金屬表面均勻地發(fā)生腐蝕，這種腐蝕相

對(duì)其它形式的腐蝕其危害最小。GB150中?只考慮均勻腐蝕

C?=KB

其中B—設(shè)計(jì)壽命(年)K—腐蝕速率(mm/年)一般分

為

不腐蝕輕微腐蝕腐蝕重腐蝕

Bmm/年<0.050.05~0.130.13~0.2520.25

C2mm0212223

(2).應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕是指金屬在持久拉應(yīng)力和腐蝕性環(huán)境聯(lián)合作用

下產(chǎn)生腐蝕裂紋，并使裂紋迅速擴(kuò)展，從而可能出現(xiàn)的早期性

破壞的腐蝕形式.

幾種常見(jiàn)的應(yīng)力腐蝕環(huán)境：

a.碳鋼及低合金鋼焊制化工容器對(duì)介質(zhì)NaOH的應(yīng)力腐蝕

與介質(zhì)濃度、溫度有關(guān)。當(dāng)NaOH溶液在其與煌類(lèi)的混合物中

體積大于等于5%時(shí)，也應(yīng)根據(jù)NaOH溶液的濃度符合該要求。

NaOH溶液濃度小于等于1%或NaOH溶液在其與燒類(lèi)的混合物中

體積小于5%時(shí)，不受此限制。

NaOH溶液

NaOH溶液

2351015203040506070

重量%

溫度上限

9088857670655448434038

（℃）

當(dāng)超過(guò)以上范圍的碳鋼、低合金鋼材料需焊后進(jìn)行消除

應(yīng)力熱處理。

b.濕H2S應(yīng)力腐蝕

介質(zhì)同時(shí)符合下列條件時(shí)，即為濕H2S應(yīng)力腐蝕環(huán)境：

①溫度小于等于（60+2P）℃；P為壓力，MPa

②H2S分壓大于等于0.00035MPa即相當(dāng)于常溫在水中H2S

溶解度大于等于10p.p.m；

③介質(zhì)中含有液相水或處于水的露點(diǎn)溫度以下；

④PH<9或有氟化物（HCN）存在。

C.液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境

當(dāng)容器接觸的液氨介質(zhì)同時(shí)符合下列各項(xiàng)條件時(shí)，即為液

氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境：

①介質(zhì)為液態(tài)氨，含水量不高（W0.2%）,且有可能受空

氣（02或C02）污染的場(chǎng)合；

②使用溫度高于一5℃。

對(duì)于應(yīng)力腐蝕環(huán)境的容器除進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理，在

焊接要求、焊接接頭硬度等方面都要提出具體要求。

奧氏體不銹鋼材料在氯化物溶液、高溫水、高濃度NaOH

等介質(zhì)往往產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。

(3)氫腐蝕環(huán)境

氫在常溫常壓下不會(huì)對(duì)鐵碳合金引起氫蝕，當(dāng)溫度在

200℃~300℃發(fā)生“氫脆”，金屬在高溫下與氫反應(yīng)生成甲烷，

甲烷氣在晶界空隙內(nèi)引起裂紋，使材料的塑性降低，引起這種

腐蝕有合成氨、合成甲醇、石油加氫等工業(yè)生產(chǎn)，

設(shè)計(jì)溫度大于等于200℃與氫氣氛相接觸的壓力容器用鋼

應(yīng)按納爾遜曲線(xiàn)選材，并應(yīng)留有20℃以上的溫度安全裕度。

滿(mǎn)足于曲線(xiàn)的碳素鋼和珠光體耐熱鋼在氫氣氛中使用須經(jīng)過(guò)

焊后消除應(yīng)力熱處理。

奧氏體不銹鋼在氫分壓范圍的氫氣中使用都是滿(mǎn)意的，焊

后也無(wú)必要進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。

(4)晶間腐蝕

可能引起晶間腐蝕環(huán)境必須是存在電解質(zhì)的電化學(xué)腐蝕

環(huán)境，奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的電解質(zhì)主要是酸性介質(zhì)。如：

工業(yè)醋酸、甲酸、硝酸、草酸、鹽酸、硫酸、磷酸等。

防晶間腐蝕的措施：

1)固熔化處理

2)降低鋼中碳含量

3)添加穩(wěn)定碳化物的元素(Nb.Ti.Ni)

三、材料的物理性能

材料的主要物理性能包括：密度P、導(dǎo)熱系數(shù)入、比熱

c、熔點(diǎn)t“、線(xiàn)膨脹系數(shù)a等。在不同的使用場(chǎng)合，對(duì)材料的

物理性能有不同的要求，如用于傳熱表面的材料要求有較高的

導(dǎo)熱系數(shù)。

四、制造工藝性能

材料的工藝性能，選擇不合適，會(huì)造成加工困難。壓力容

器應(yīng)考慮的制造工藝性能有焊接性、鍛造性、切削加工性、熱

處理性及沖壓性等。對(duì)壓力容器來(lái)說(shuō)重要的是材料的焊接性，

一般控制材料的含碳量小于0.25%。材料的含碳量越高，熱影

響區(qū)的硬化與脆化傾向越大，在焊接應(yīng)力作用下容易產(chǎn)生裂

紋。

奧氏體不銹鋼的使用溫度高于525X?時(shí)，鋼中含碳量應(yīng)不

小于0.04%,因?yàn)閵W氏體不銹鋼的使用溫度500~550℃時(shí)，鋼

中含碳量太低，強(qiáng)度和抗氧化性會(huì)顯著下降。

第二節(jié)壓力容器用鋼板

一、碳素結(jié)構(gòu)鋼板

壓力容器常用的是碳素結(jié)構(gòu)鋼，包括普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)

質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。

a.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼

普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)要求，按《碳素結(jié)構(gòu)鋼》規(guī)定。質(zhì)

量分A、B、C、D四級(jí)，以脫氧方法不同又分沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜

鋼、鎮(zhèn)靜鋼。

鎮(zhèn)靜鋼，是鋼液在澆注前經(jīng)過(guò)完全脫氧，凝固時(shí)不沸騰，

故稱(chēng)鎮(zhèn)靜鋼。這種鋼錠內(nèi)無(wú)氣泡，鋼材質(zhì)量較高。鋼牌號(hào)由代

表屈服強(qiáng)度的字母，屈服強(qiáng)度值，質(zhì)量等級(jí)符號(hào)等部分組成，

如：Q235-AQ235-BQ235-CQ235-D

鋼板使用范圍

GB/T912-1989GB/T3274-1988P(MPa)T(℃)6(mm)介質(zhì)限制

不得用J-'

毒性為高

Q235-B（做常溫沖擊試驗(yàn)）W1.60~350W20

度、極度危

害介質(zhì)

Q235-C（做（TC沖擊試驗(yàn)）W2.50~350W30

Q235-D（做-10C沖擊試驗(yàn)）

二、低合金高強(qiáng)度鋼板

GB713-2008代替GB713-1997《鍋爐用鋼板》和

GB6654-1996《壓力容器用鋼板》，實(shí)際上新標(biāo)準(zhǔn)是在

GB713-1997和GB6654（2003年報(bào)批稿）基礎(chǔ)上制訂的。

GB713-2008中所包含的鋼種及化學(xué)成分見(jiàn)下表。

??化學(xué)成分

化學(xué)成分（成量分敷）/%

牌號(hào)

C*SiMnCrNiMoNbVPSAlt

0.50~

Q245R,￡0.20“0.35<0.025<0.015NO.020

1.001

1.20?

Q345R,CO.20<0.55<0.025<0.015>0.020

1.60

1.2。?0.015?

Q37CR<0.18《0.55<0.02S<0.015

1.600.050

0.1S~1.20-0.45-0.02S-

ISMnMoNLRCO.22<0.020V0.010

0.501.600.650.OSO

0.15-1.20-C.20?0.60~0.20~0.005~

13MnNiMoRGO.15GO.020《0.010

0.501.60101.000.400.020

0.12~0.15~0.40-C.80-0.45-

ISCrMoR<0.02S<0.010

0.180.400.701.200.60

0.05-0.5。?0.