压力容器设计应该注意的问题

低温压力容器设计注意点

一、材料

1、 受压元件用钢必须是氧气转炉或电炉冶炼的镇静钢，并采用炉外精炼工艺（GB150—

P141—C2.1.1）（HG/T20585-2011—P586—6.0.2）《固规》—P4—2.2条

2、 用于设计温度低于-20℃并且标准抗拉强度下限值小于540MPa的钢材，P≤0.25％、

S≤0.012％；《固规》—P5—2.3.2条第（3）款

用于设计温度低于-20℃并且标准抗拉强度下限值大于或者等于540MPa的钢材，P≤0.020％、S≤0.010％。《固规》—P5—2.3.2条第（4）款 3、 直接与受压元件焊接的非受压元件用钢应符合以下要求：（GB150—P141—C2.1.2） （1） 承受较大载荷需做强度计算的非受压元件用钢，应具有与受压元件相当的韧性 （2） 应是焊接良好的钢材

4、 与低温压力容器受压元件直接焊接的非受压附件材料，其低温韧性及焊接接头性能需与

受压元件匹配：（HG/T20585-2011—P590—6.0.12）

（1） 与受压元件直接焊接的受力元件如支座垫板等应采用与受压元件相同的材料 （2） 对奥氏体不锈钢制低温压力容器，所有焊接附件也应为奥氏体不锈钢

（3） 直立容器裙座过渡段应与

南京工业大学 备课笔记 1

第四章 压力容器设计 Design of Pressure Vessels

4.1概述 Introduction

在绪论中，介绍了过程设备设计的基本步骤。

就是根据给定设计条件和规范标准的规定,确保安全，经济，正确选择材料，进行结构，强度或刚度设计，密封设计。

设计时应综合考虑各个环节：材料，结构，强度，（刚度），制造，使用，安装，运输，检验等。每个环节都应重视。

4.1.1设计要求 Specification

压力容器设计的基本要示：安全性，经济性。

在保证安全前提下尽可能经济（材料，制造，安装，维修等等）

4.1.2设计文件 Design Files

设计文件包括：

设计条件，设计图样，强度计算书及安装，使用说明书（按分析设计提供应力分析报告）。

强度计算书和设计图样具体内容见P114。

4.1.3设计条件 Design Condition

通常用图表表示：简图，设计要求，接管表等，通称为设计条件图。 不同类型的，除公共基本设计要求外，还应注明各自的特殊要求，换热器，换热管规格，管长，根数、排列，换热面积和程数等。

4.2设计准则 Design Criterions

4.2.1压力容器失效 Pr

科技论坛

压力容器设计中有关问题的探讨王石

(大连派思燃气系统股份有限公司。辽宁大连 1 1 6 0 0 0)一

【摘

要】本文简要分析了压力容器设计中应注意的几个问题。

计使用年限和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量”,也就是说腐蚀裕量等于年腐蚀速率乘以容器设计使用年限。在腐蚀速率中不仅包括介质对材料的腐蚀，也包括介质流动时对容器材料的冲蚀和磨蚀。 应该指出，压力容器的设计使用年限不一定等于实际使用年限， 它仅仅是设计者根据容器预期的使用条件而给出的估计，实际使用条件与预期使用条件的偏离和设计者对材料和生产工艺的了解会造成二者之间的差别。在设计图样上标注设计使用年限，其作用是提醒容器的最终使用者，当超过压力容器的设计使用年限时应采取必要的措施 (如：经常测量厚度和缩短检验周期等 )。压力容器的设计使用年限是一个复杂的问题，涉及到材料选用、腐蚀基础数据、

例如压力容器的设计条件的确定；使用年限的问题；焊接接头系数。

【关键词】压力容器；使用寿命；焊接接头系数G B 1 5 0 . 1~1 5 0 . 4—2 O 1 1《压力容器》实施以来，广大设计人员在标准使用过程中遇到了一些困难，提出了不少问题，尤其对标准中自的一些定性不定量的条文，由于对标准的理

压力容器设计工作中应注意的几个问题

在我多年压力容器设计工作中注意到，有一些应考虑的问题往往被忽视，在一些较大的设计单位的图样中也有此类问题出现，尤其是年轻的设计者较为普遍。就以下几个方面问题做一下说明，仅供大家参考。

一、 压力容器专用钢板许用应力在厚度方面的变化问题

仅以Q345R钢板为例，如设计温度为200℃，部分厚度许用应力见下表：

厚度 mm 许用应力 MPa 3～16 183 ＞16～36 170 ＞36～60 160 ＞60～100 150 1，在计算凸形封头厚度时，要注意核对封头厚度是否在许用应力表中分挡板厚的上限，因为凸形封头在图纸上标注的厚度是名义厚度，一般它不包括封头成形减薄量，即压制封头时用的钢板的厚度一般均大于封头的名义厚度。因此，当用封头名义厚度选取许用应力时，可能导致许用应力偏高，出现设计文件中许用应力与实际不符，会造成安全隐患。

例如，有一设计压力为2.3MPa，设计温度为200℃，内径为2000mm的标准椭圆形封头，选材为Q345R板，腐蚀余量为3mm，焊缝系数取1。通过计算可求出设计厚度为15.65mm，取名义厚度为16mm，刚好能满足强度要求，这时16mm厚的Q345R钢板的许用应力见上表选取为183MP

一、 压力容器用低合金高强钢及其焊接特点

在钢中除碳外少量加入一种或多种合金元素(合金元素总量在5％以下)，以提高钢的力学性能，使其屈服强度在275 MPa以上，并具有良好的综合性能，这类钢称之为低合金高强钢，其主要特点是强度高、塑性和韧性也较好。按钢的屈服强度级别及热处理状态，压力容器用低合金高强钢可分为二类。

① 热轧、正火钢 屈服强度在294Mpa ~ 490MPa之间，其使用状态为热轧、正火或控轧状态，属于非热处理强化钢，这类钢应用最为广泛。

② 低碳调质钢 屈服强度在490Mpa ~ 980Mpa之间，在调质状态下使用，属于热处理强化钢。其特点是既有高的强度，且塑性和韧性也较好，可以直接在调质状态下焊接。近年来，这类低碳调质钢应用日益广泛。

目前应用于压力容器的低合金高强钢。钢板牌号有：16MnR、15MnVR、13MnNiMoNbR、18MnMoNbR等。锻件牌号有16Mn、15MnV、20MnMo、20MnMoNb等。

低合金高强钢的含碳量一般不超过0.20％，合金元素总量一般不超过5％。正是由于低合金高强钢含有一定量的合金元素，使其焊接性能与碳钢有一定差别，其焊接特点表现在： （一）焊接接头的焊接裂纹

（1）冷裂纹 低合

一、 压力容器用低合金高强钢及其焊接特点

在钢中除碳外少量加入一种或多种合金元素(合金元素总量在5％以下)，以提高钢的力学性能，使其屈服强度在275 MPa以上，并具有良好的综合性能，这类钢称之为低合金高强钢，其主要特点是强度高、塑性和韧性也较好。按钢的屈服强度级别及热处理状态，压力容器用低合金高强钢可分为二类。

① 热轧、正火钢 屈服强度在294Mpa ~ 490MPa之间，其使用状态为热轧、正火或控轧状态，属于非热处理强化钢，这类钢应用最为广泛。

② 低碳调质钢 屈服强度在490Mpa ~ 980Mpa之间，在调质状态下使用，属于热处理强化钢。其特点是既有高的强度，且塑性和韧性也较好，可以直接在调质状态下焊接。近年来，这类低碳调质钢应用日益广泛。

目前应用于压力容器的低合金高强钢。钢板牌号有：16MnR、15MnVR、13MnNiMoNbR、18MnMoNbR等。锻件牌号有16Mn、15MnV、20MnMo、20MnMoNb等。

低合金高强钢的含碳量一般不超过0.20％，合金元素总量一般不超过5％。正是由于低合金高强钢含有一定量的合金元素，使其焊接性能与碳钢有一定差别，其焊接特点表现在： （一）焊接接头的焊接裂纹

（1）冷裂纹 低合

xxxxx股份有限公司 文件编号 压力容器设计质量手册 版本号 0.0 目 录 页 次 实施日期 目 录

章节 标题 0.0 目录 0.1 公司简介 0.2 发布令 0.3 组织结构图 0.4 质量方针和质量目标 1.0 适用范围和引用标准

2.0 术语及缩写 3.0 组织结构及职责 4.0 质量保证体系文件

5.0 管理职责 6.0 文件和记录控制 7.0 设计条件编制与审查 8.0 设计文件编制与审核 9.0 设计文件更改与材料代用

10.0 设计文件复用 11.0 信息反馈与改进 12.0 人员培训、考核与管理 13.0 执行设计许可证制度 附录A 设计质量信息反馈图 附录B 设计质量工作流程图

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xxxx股份有限公司 压力容器设计质量手册 0.2 公 司 简 介 文件编号 版本号 页 次 实施日期 XR-RQS-01-2011 1.0 Page 2 of 2 2011.2

（2）贮存液体的容器

当容器盛装液体时，壳体内壁面法向将受到液体静压强的作用，它同样是一种轴对称载荷，这一点与承受气压相同，所不同的是液体静压强大小随液体深度而变化，有时液面上方还同对受到气体压力的作用。这些容器壳体中的薄膜应力一般也可用式(2－7)和式(2－12)求解。

① 中部支承半径为R的圆柱形贮液罐 如图2-9(a)所示，罐的底部自由，顶部密闭，液面上方的气体内压力为

p0，充液密度为?。

a) 圆筒ab段：其上任意一点，仅受气压（2-16）求解，得其经向薄膜应力

p0作用，其p?p0，R1??,故可直接用式

??和周向薄膜应力

??为

??????p0R2?p0R

??????2????? （2-24）

b) 圆筒bc段：其A－A断面上任一点处，受有压力载荷p?p0??gh的作用，其中h?为至液面距离， g为重力加速度，因圆筒R1??,R2?R，故?可由式(2-7)求解。另再考

察图2-9(c)所示A－A断面以上部分区域的平衡，在不计壳体自重时，作用于该区域的轴向外载荷有液体重力G和A－A断面的压力

p?p0??gh，则其合力V为

V?P?G??

目录

1.绪论…………………………………………………………… 1.1设计任务…………………………………………………… 1.2设计思想……………………………………………………… 1.3设计特点……………………………………………………… 2.储罐简介………………………………………………………… 2.1储罐的用途……………………………………………………. 2.2储罐的分类……………………………………………………. 3.材料及结构的选择……………………………………………… 3.1.材料选择……………………………………………………… 3.2.结构的选择…………………………………………………… 3.2.1.封头的选择………………………………………………… 3.2.2.法兰的选择………………………………………………… 3.3.鞍座的选择…………………………………………………… 4.结构设计………………………………………………………… 4.1.壁厚的确定…………………………………………………… 4.2.封头厚度设计………………………………………………… 4.2.1.计算封头厚度……………………………………………… 4.3.储罐零部件的选取…………………………

第一章

1、 固体力学有那几个基本假设？有何意义？

答：a、均匀性假设

b、各向同性假设 c、连续性假设 d、小变形假设 e、完全弹性假设

2、 什么叫弹性、弹性变形？

答、结构受外载荷后产生变形，这些变形在载荷除去后又能回复到原状的特性称为弹性；产生的这种能够回复的变形称为弹性变形！ 3、 什么是载荷？什么是交变载荷？

答：物体之间的相互机械作用叫做载荷，随时间做交替变换的载荷称作交变载荷 4、 举出作用在压力容器上的表面力与体积力、约束反力是否是外力？

答：

5、 内力和应力有什么区别？求解应力的目的是什么？

答：应力是用来衡量内力分布规律，求解应力就是为了控制它的大小，使结构不至发生破坏

6、 什么是全应力、正应力和剪应力？给出确切的定义、并以图示之。

答：

7、 截面法的含义与用途是什么？

答：用截面法求出截面上与外力相平衡的内力素，再求出应力在该截面上各点的应力分布规律

8、 在用截面法之前是否可以把外力沿力的作用线移动？试举例说明。

答：不可以

9、 仅有位移是否能够描述某点的变形状态？为什么？

答：不能，还需要转角，还有线应变和角应变 10、角位移和角应变有什么不同？

答：角位移即转角，指物体内某一截面或者线段在物体变形后