压力容器的强度计算 本章重点要讲解内容： （1）理解内压容器设计时主要设计参数（容器内径、设计压力、设计温度、许用应力、焊缝系数等）的意义及其确定原则； （2）掌握五种厚度（计算壁厚、设计壁厚、名义壁厚、有效壁厚、最小壁厚）的概念、相互关系以及计算方法；能熟练地确定腐蚀裕度和钢板负偏差； （3）掌握内压圆筒的厚度设计； （4）掌握椭圆封头、锥形封头、半球形封头以及平板封头厚度的计算。 （5）熟悉内压容器强度校核的思路和过程。 第一节设计参数的确定 1、我国压力容器标准与适用范围 我国现执行GB150－98 “钢制压力容器”国家标准。该标准为规则设计，采用弹性失效准则和稳定失效准则，应用解析法进行应力计算，比较简便。 JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》，其允许采用高的设计强度，相同设计条件下，厚度可以相应地减少，重量减轻。其采用塑性失效准则、失稳失效准则和疲劳失效准则，计算比较复杂，和美国的ASME标准思路相似。 2、容器直径（diameter of vessel） 考虑压制封头胎具的规格及标准件配套选用的需要，容器筒体和封头的直径都有规定。对于用钢板卷制的筒体，以内径作为其公称直径。 表1 压力容器的公称直径（mm） 如果筒体是使用无缝钢管直接截取的，规定使用钢管的外径作为筒体的公称直径。 表2 无缝钢管制作筒体时容器的公称直径（mm）
3、设计压力（design pressure） （1）相关的基本概念（除了特殊注明的，压力均指表压力） ?工作压力P W：在正常的工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 ①由于最大工作压力是容器顶部的压力，所以对于塔类直立容器，直立进行水压 试验的压力和卧置时不同； ②工作压力是根据工艺条件决定的，容器顶部的压力和底部可能不同，许多塔器顶 部的压力并不是其实际最高工作压力（the maximum allowable working pressure）。 ③标准中的最大工作压力，最高工作压力和工作压力概念相同。 ?设计压力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。 ①对最大工作压力小于0.1Mpa 的内压容器，设计压力取为0.1Mpa； ②当容器上装有超压泄放装置时，应按“超压泄放装置”的计算方法规定。 ③对于盛装液化气体的装置，在规定的充满系数范围内，设计压力由工作条件下， 可能达到的最高金属温度确定。（详细内容，参考GB150-1998，附录B（标准的附 录），超压泄放装置。） ?计算压力P C是GB150-1998 新增加的内容，是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，当静压力值小于5％的设计压力时，可略去 静压力。 ①注意与GB150-1989 对设计压力规定的区别； 《钢制压力容器》规定设计压力是指在相应设计温度下，用以确定容器壳壁计算厚度的压力，亦是标注在铭牌上的设计压力，取略高或等于最高工作压力。当容器受静压力值大于5％设计压力时，应取设计压力与液柱静压力之和进行元件的厚度计算。 使许多设计人员误将设计压力和液柱静压力之和作为容器的设计压力。 ②一台设备的设计压力只有一个，但受压元件的计算压力在不同部位可能有所变化。 ③计算压力在压力容器总图的技术特性中不出现，只在计算书中出现。 4、设计温度（Design temperature） 设计温度是指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的受压元件的金属温度。主要用于确定受压元件的材料选用、强度计算中材料的力学性能和许用应力，以及热应力计算时设计到的材料物理性能参数。 ●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； ●当设计温度在0℃以下时，不得高于元件金属可能达到的最低温度； ●当容器在各部分工作状态下有不同温度时，可分别设定每一部分的设计温度； 5、许用应力(Maximum allowable stress values) 许用应力是以材料的极限应力除以适当的安全系数，在设计温度下的许用应力的大小，直接决定容器的强度，GB150-1998 对钢板、锻件、紧固件均规定了材料的许用应力。 表3 钢制压力容器中使用的钢材安全系数
压力容器、常压容器钢板壁厚计算选择和标准公式 容器标准： 《GB 150-2011压力容器》 《NB/T 47003.1-2009钢制焊接常压容器》 钢材标准： 《GB 713-2008锅炉和压力容器用钢板》―― GB 150碳素钢和低合金钢的钢板标准 牌号Q245R、Q345R、Q370R、18MnMoNbR、13MnNiMoR、15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr1MoVR 《GB/T 3274-2007碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》——GB150 Q235B钢板标准 《GB 24511-2009承压设备用不锈钢钢板及钢带》――GB150高合金钢的钢板标准 《GB/T 4237-2007不锈钢热轧钢板和钢带》―― NB/T 47003高合金钢板标准，化学成分、力学性能 《GB/T 3280-2007不锈钢冷轧钢板和钢带》 《GB/T 20878-2007不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》 《GB/T 699-1999优质碳素结构钢》 牌号08F、10F、15F、08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、15Mn、 20Mn、25Mn、30Mn、35Mn、40Mn、45Mn、50Mn、60Mn、65Mn、70Mn 《GB/T 700-2006 碳素结构钢》――牌号Q195、Q215、Q235、Q275 《GB/T 709-2006热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量级允许偏差》 不锈钢牌号对照表 《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》，有详细的不锈钢对照
圆筒直径： 钢板卷焊的筒体，规定内径为公称直径。 其值从300?6000mm , DN1000 以内50mm 进一档，DN1000 ?6000mm 以100mm 进一档。 钢板厚度： 《GB 150-2011压力容器》，Q235B钢板厚度，用于容器壳体时 < 16mm用于其他受压元件时 < 30mm 《NB/T 47003.1-2009钢制焊接常压容器》 不包括腐蚀裕量的圆筒最小厚度：对碳素钢及低合金钢为3mm;对高合金钢为2 mm。 Q235A , Q235B, Q235C:钢板厚度，用于容器壳体时 < 40mm（与大气连通的不受限制） 1、平面支承的底板，当壁板厚度小于10mm时，底板厚度不小于6mm;当壁板厚度为10mm?20mm时, 底板厚度不小于8mm。 2、在平基础上全平面支撑的底板，底板最小厚度常用4mm?6mm （或与壁板等厚），同时考虑腐蚀裕量来确定底板的名义厚度。 钢板厚度=计算厚度+ C1负偏差+ C2腐蚀裕量 考虑刚度要求的最小壁厚： 碳素钢和低合金钢，内径w 3800mm，最小壁厚为内径的0.002倍，且不小于3 mm，腐蚀裕量另加。 内径〉3800mm时，按运输和现场安装条件确定。 常用钢板厚度：（mm ） 2、3、4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、30... 焊接系数: a）双面焊和相当于双面焊的全焊透对接: 1 ）全部无损检测， 2 ）局部无损检测， 3 ）不做无损检测，?= 1.0 ?= 0.85 片0.7《NB/T 47003钢制焊接常压容器》 b）单面焊对接，沿根部全长有紧贴的垫板: 1 ）全部无损检测， 2 ）局部无损检测， 3 ）不做无损检测，?= 0.9 ?= 0.8 片0.65《NB/T 47003钢制焊接常压容器》 腐蚀裕量： a）橡胶、玻璃钢衬里及涂层设备：0 b）材质为碳素钢的其它水处理设备：> 1 rm c）材质为不锈钢的其它水处理设备：0 筒体、封头的腐蚀裕量
目前，我国压力容器设计依据GB150-98《钢制压力容器》，是国内普遍遵循的原则。一般情况下，板厚增加，元件强度会提高，但有时板厚增加强度反而降低。如何按照该标准进行厚度的恰当选取，更好地满足强度需求，对压力容器设计具有重要意义。 GB150-98规定，计算厚度是指按各章公式计算得到的厚度；设计厚度是指计算厚度与腐蚀裕量之和；名义厚度指设计厚度加上钢板厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格厚度，即标注在图样上的厚度；有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差。我们这里讨论的厚度是名义厚度。从定义中可以看出，名义厚度不包括加工减薄量，元件的加工减薄量由制造单位根据各自的加工工艺和加工能力自行选取，只要保证产品的实际厚度不小于名义厚度减去钢材厚度负偏差就可以。这样可以使制造单位根据自身条件调节加工减薄量，从而更能主动地保证产品强度所要求的厚度，更切合实际地符合制造要求。 按照GB150-98等国家标准的原则，制造工艺人员要根据图样厚度考虑加工减薄量而增加制造元件的毛坯厚度。在我国材料标准中，钢板厚度范围变化，钢板的σb、σs也有变化，一般是板厚增加，σb、σs有所降低。我国压力容器用钢板许用应力随板厚厚度范围增厚而有所降低，因而可能出现虽然有时板厚增加，强度反而降低的现象，尤其是封头，这种现象更明显。 2 实例 为了证明上述现象存在，举例如下：首先我们给出常用钢板在不同状态下的强度指标，如下表所示：
常用钢板在不同状态下的强度指标表 2.1 例1 某台储气罐，其封头为标准椭圆形，材质15MnVR，设计内径Di=2000mm，腐蚀裕度C2=1mm，焊缝系数φ=1，设计压力P=2.6MPa，设计温度t=20℃，标准椭圆封头形状系数K=1，侧十图样上封头名义厚度δn=16mm.制造厂选用18mm厚度钢板压制封头，该制造厂压制封头时最大成型减薄量为δx10%，即18x10%=1.8(包含钢板厚度负偏差在内)。 (1)选用18mm厚度钢板压制封头，满足GB150-98设计要求。15MnVR钢板厚度负偏差C1=0.25mm，封头成型后最小厚度δmin=18-1.8=16.2mm，图样厚度一钢板厚度负偏差=16-0.25=15.75mm，即满足GB150-98的要求。 (2)16mm图样厚度满足设计强度要求。对图样封头厚度16mm进行强度校核，由 GB150-98(7-1)椭圆封头厚度计算公式(标准椭圆K=1)： 式中，由GB150-98表4-1，16mm厚度的15MnVR[σ]=177MP a，则封头计算厚度： 考虑腐蚀裕量C2=1MM，封头设计厚度δa=δ+C2=14.74+1=15.74mm，再考虑钢板厚度负偏差C1=0.25mm，δa+C1=15.74+0.25=15.99mm，现图样厚度B.=
压力容器壁厚计算及说明 一、压力容器的概念 同时满足以下三个条件的为压力容器，否则为常压容器。 1、最高工作压力P ：9.8×104Pa ≤P ≤9.8×106Pa ，不包括液体静压力； 2、容积V ≥25L ，且P ×V ≥1960×104L Pa; 3、介质：气体，液化气体或最高工作温度高于标准沸点的液体。 二、强度计算公式 1、受内压的薄壁圆筒 当K=1.1～1.2，压力容器筒体可按薄壁圆筒进行强度计算，认为筒体为二向应力状态，且各受力面应力均匀分布，径向应力σr =0，环向应力σt =PD/4s ，σz = PD/2s ，最大主应力σ1＝PD/2s ，根据第一强度理论，筒体壁厚理论计算公式， δ理＝ P PD －σ][2 考虑实际因素， δ＝P PD φ－σ][2+C 式中，δ—圆筒的壁厚（包括壁厚附加量），㎜； D — 圆筒内径，㎜； P — 设计压力，㎜； [σ] — 材料的许用拉应力，值为σs /n ，MPa ； φ— 焊缝系数，0.6～1.0； C — 壁厚附加量,㎜。 2、受内压P 的厚壁圆筒 ①K ＞1.2，压力容器筒体按厚壁容器进行强度计算，筒体处于三向应力状态，且各受力面应力非均匀分布（轴向应力除外）。 径向应力σr ＝--1(2 22a b Pa 22 r b ） 环向应力σθ＝+-1(222a b Pa 22 r b ） 轴向应力σz =2 22 a b Pa - 式中，a —筒体内半径，㎜；b —筒体外半径，㎜； ②承受内压的厚壁圆筒应力最大的危险点在内壁，内壁处三个主应力分别为： σ1＝σθ＝P K K 1 122-+ σ2=σz =P K 11 2-
关于压力容器设计时材料和壁厚的讨论 作者:云天宇 2012年5月
关于压力容器设计时材料和壁厚的讨论 摘要：讨论压力容器设计时材料与壁厚的选取进行讨论，以及厚度的变化对强度的影响。 关键词：压力容器；设计；选材；厚度；强度；标准 压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，为了与一般容器(常压容器)相区别，只有同时满足下列三个条件的容器，才称之为压力容器：（1）工作压力（注1）大于或者等于0.1Mpa(工作压力是指压力容器在正常工作情况下，其顶部可能达到的最高压力（表压力）); （不含液体静压力）（2）内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m。且容积（V）大于等于0.025立方米，工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa-L(容积，是指压力容器的几何容积）; （3）盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。 压力容器中的介质种类繁多，来源广泛，这些介质中具有易燃、易爆、有腐蚀的特性。因此压力容器选材根据介质特性的不同而不同。压力容器钢板有碳素钢板、低合金钢钢板、高合金钢钢板、不锈钢与碳素钢等多种材料，且每种钢板都有它的使用范围。选取时应考虑多方面因素。使设计的压力容器安全又经济合理。 GB150-2011计算厚度是指按各章公式计算得到的厚度；设计厚度是指计算厚度与腐蚀裕量之和；名义厚度指设计厚度加上钢板厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格厚度，即标注在图样上的厚度；有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差。成型后最小厚度，一般指封头压形后会减薄，不同的制造工艺减薄量不同，所以封头都有成型后最小厚度。我们这里主要讨论名义厚度与最小厚度之间关系和选用。
作者:云天宇2012年5月
摘要：讨论压力容器设计时材料与壁厚的选取进行讨论，以及厚度的变化对强度的影响。 关键词：压力容器；设计；选材；厚度；强度；标准 压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，为了与一般容器(常压容器)相区别，只有同时满足下列三个条件的容器，才称之为压力容器：（1）工作压力（注1）大于或者等于(工作压力是指压力容器在正常工作情况下，其顶部可能达到的最高压力（表压力）); （不含液体静压力）（2）内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于。且容积（V）大于等于立方米，工作压力与容积的乘积大于或者等于(容积，是指压力容器的几何容积）; （3）盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。 压力容器中的介质种类繁多，来源广泛，这些介质中具有易燃、易爆、有腐蚀的特性。因此压力容器选材根据介质特性的不同而不同。压力容器钢板有碳素钢板、低合金钢钢板、高合金钢钢板、不锈钢与碳素钢等多种材料，且每种钢板都有它的使用范围。选取时应考虑多方面因素。使设计的压力容器安全又经济合理。 GB150-2011计算厚度是指按各章公式计算得到的厚度；设计厚度是指计算厚度与腐蚀裕量之和；名义厚度指设计厚度加上钢板厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格厚度，即标注在图样上的厚度；有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差。成型后最小厚度，一般指封头压形后会减薄，不同的制造工艺减薄量不同，所以封头都有成型后最小厚度。我们这里主要讨论名义厚度与最小厚度之间关系和选用。 GB150-2011规定等国家标准的原则，制造工艺人员要根据图样厚度考虑加工减薄量而增加制造元件的毛坯厚度。在我国材料标准中，钢板厚度范围变化，
■ - 卜— 设计压力（design pressure （1）相关的基本概念（除了特殊注明的，压力均指表压力） 工作压力P w :在正常的工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 ① 由于最大工作压力是容器顶部的压力，所以对于塔类直立容器，直立进行水压 试验的压力 和卧置时不同； ② 工作压力是根据工艺条件决定的，容器顶部的压力和底部可能不同，许多塔器顶 部的压力并不是其实际最高工作压力（ the maximum allowable working pressure ）。 ③ 标准中的最大工作压力，最高工作压力和工作压力概念相同。 设计压力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。 ① 对最大工作压力小于 0.1Mpa 的内压容器，设计压力取为 0.1Mpa ； ② 当容器上装有超压泄放装置时，应按 超压泄放装置”的 计算方法规定。 ③ 对于盛装液化气体的装置，在规定的充满系数范围内，设计压力由工作条件下， 可能达到的最高金属温度确定。 （详细内容，参考 GB150-1998，附录B （标准的附 录），超压泄放装置。） 计算压力P C 是GB150-1998新增加的内容，是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，当静压力值小于 5%的设计压力时，可略去 静压力。 ① 注意与GB150-1989对设计压力规定的区别； 《钢制压力容器》规定设计压力是指在相应设计温度下，用以确定容器壳壁计算 厚度的压力，亦是标注在铭牌上的设计压力，取略高或等于最高工作压力。当容器受 静压力值大于5%设计压力时，应取设计压力与液柱静压力之和进行元件的厚度计算。 使许多设计人员误将设计压力和液柱静压力之和作为容器的设计压力。 ② 一台设备的设计压力只有一个，但受压元件的计算压力在不同部位可能有所变化。 ③ 计算压力在压力容器总图的技术特性中不出现，只在计算书中出现。 设计温度（Design temperature 设计温度是指容器在正常工作情况下， 在相应的设计压力下，设定的受压元件的金属温 主要用于确定受压元件的材料选用、 强度计算中材料的力学性能和许用应力， 以及热应 力计 算时设计到的材料物理性能参数。 ?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； ?当设计温度在 0C 以下时，不得高于元件金属可能达到的最低温度； ?当容器在各部分工作状态下有不同温度时，可分别设定每一部分的设计温度； 5、许用应力（Maximum allowable stress values ） 许用应力是以材料的极限应力除以适当的安全系数，在设计温度下的许用应力的大小， 直接决定容器的强度， GB150-1998对钢板、锻件、紧固件均规定了材料的许用应力。 表3钢制压力容器中使用的钢材安全系数 ?下人沱创订y:汁i 叭埠虞卜-经I"嗣撕时r 号:驚 I 卜的屈融A 打小时怙童■卜为 強度乩 I '持％栄度（4 ! — —■— ||— — — =?- —— ■- -- =-[ — 亠 — -*■ — 3、 4、 度。
《压力容器设计考核题》 姓名：分数： 一、填空题(每空1分，共40分) 1.设计盛装液化石油的储罐容器，使用法兰连接的第一个法兰密封面，应采用 高颈对焊法兰，金属缠绕垫片(带外环 )和高强度螺栓组合。 2.气密性试验应在液压试验合格后进行。对设计图样要求做气压试验的 压力容器，是否需再做气密性试验，应在设计图样上规定。 3.压力容器的壳体，封头，膨胀节，开孔补强，设备法兰，球罐的球壳板，换热器的管板和换热管， M36（含M36）以上的设备主螺栓，公称直径大于等于 250mm的接管和管法兰等均作为主要受压元件。 4.压力容器设计单位不准在外单位设计的图样上加盖压力容器设计资格印章； 5.用于制造压力容器壳体的钛材应在退火状态下使用。 6.压力容器投用后，首次内外部检验周期一般为 3 年 7.GB150.1-2011使用于设计压力不大于 35 Mpa的压力容器的 设计，制造，检验与验收。 8.计算压力是指在相应设计温度下用以确定元件厚度的压力。 9.设计温度指容器在正常工作情况下，设定的元件的元件金属温度。在任 何情况下,元件金属的表面温度，不得超过钢材的允许使用温度。10.只设置一个安全阀的压力容器，根据压力高低依次排列:设计压力、工作压力、 最高工作压力、开启压力、试验压力： (1) 工作压力 (2) 最高工作压力 (3) 开启压力 (4) 设计压力 (5) 试验压力。 11.两个不同垫片，他们的形状和尺寸均相同且都能满足密封要求，则选用m(垫 片系数)值小的垫片较好。 12.在法兰设计计算中比压力y是考虑预紧状态下需要的最小螺栓截 面计算时使用，垫片系数m是考虑操作状态下需要的最小螺栓截面
ASME 压力容器强度计算软件 一．运行环境 1、中文Windows 操作系统和Word2000字处理软件。 2.CPU为586以上的PC计算机，喷墨或激光打印机，鼠标。 二．软件计算内容 A，元件类 1.内压筒体、封头； 2.外压筒体、封头； 3.圆锥体； 4.平盖； 5.管颈厚度及开孔补强； 6.法兰； 7.浮头法兰；8.U型管式、浮头式管板；9.固定管板及TEMA膨胀节；10.换热管壁厚；11.换热器分程隔板厚度；12.设备的最低设计金属温度；13.夹套与容器间封闭件；14.EJMA膨胀节。 B.设备类 1.卧式容器； 2.立式设备 四．材料库 软件材料库包含ASME规范的所有材料，用户只需使用鼠标点取材料名称，软件将快速查出有关机械性能。对于非ASME规范材料，用户可在相应窗口栏位直接输入材料名称及有关机械性能或在材料库中增加材料性能。 五．数据的输入、修改、输出特点 1.在数据输入方面：数据输入界面以中文提示与图形示意结合的方式；双击数据输入界面可将用户所输入的数据打印输出，以供校对。 2.在数据存储与修改方面：同种元件或设备以记录方式存储在相应的数据文件中，用户对已输入的数据可根据图号进行查询、删除、修改等操作。 3.在计算结果输出方面：形成图表格式的英文计算结果，并以Word文档文件输出。 六．软件安装
用户应运行Setup安装，在安装过程中，必须使用指定缺省目录。 七．元件及设备具体功能与特点 1.内压、外压筒体与封头计算：本模块可根据用户需要按ASME标准的内径公式或外径公式进行内、外压设计或校核计算。 2.平盖计算：本模块根据ASME标准有关公式对螺栓连接平盖和整体焊接平盖行设计或校核计算。 3.圆锥体计算：本模块可对承受内压、外压、轴向外载荷的无折边锥体、一端有折边锥体、两端有折边锥体进行设计或校核计算。
综合题 、2000m 3丙烯球形储罐 该球罐2003年投入使用，今年首次全面检验时，在赤道带两支柱之间的一块球壳板上发现了一个380X30mm折皱，经过打磨消除后，形成一个长 420mm，宽80mm最深处6mm凹坑。在其周围未发现其它表面缺陷及隐藏缺陷，若不考虑介质的腐蚀和材质劣化，问该凹坑是否需要补焊？回答：1、是否可以根据无量纲参数G0值来判断，该凹坑是否需要补焊？首先判断该凹坑条件是否符合，进行无量纲参数G 0计算的凹坑条件。答：（1）如果在壁厚余量范围内，则该凹坑允许存在。否则，将凹坑按其外接矩形规则化为 2A、2B、C，计算无量纲参数，如果小于0.10，贝U凹坑在允许范围内。
总的比较结果结论：该凹坑条件适合进行无量钢参数GO计算 (2)计算无量纲常数： G o=C/T >A/」RT=6/42 X210/ 7842 M2=0.037<0.10 经无量钢计算不需要补焊
二、综合应用 某中压空气缓冲罐2004年制造，内径=1300mm壁厚14mm，出厂质量证明文件显示A、B类焊缝实际进行了24%射线检测，川级合格，不要求进行焊后热处理，今年在进行首次全面检验发现如下问题： (1 )、位于筒体上的空气进出口管内径为750mm,强度计算表明接管按照HG20582-1998《钢制化工容器强度计算规定》中的压力面积进行了强度计算，经对进出口接管与筒体连接的焊接接头进行磁粉检测未见缺陷显示，焊接接头超声波检测和开口附近壁厚未见异常。 (2)、本次检验中对制造过程未进行射线检测的射线焊接接头进行了部分 X射线检测，发现缺陷的底片评定如下表中片号“ H”代表环焊缝Z”代表纵焊缝探伤人员已按JB/T4730.2-2005进行评定 对发现的条状夹渣采用《TOFD衍射时差法超声检测》方法反复测试等到缺陷厚度方向的高度Z3-1位置长6mm，夹渣的自身高度小于1mm °Z3-2 位置长20mm夹渣自身高度为3mm，两处条状夹渣均无开裂扩展迹象。 如何针对上述所有情况如何按压力容器定期检验规则评定该容器的安全状况等级？并说明各种情况的安全状况等级的评定过程 需要考虑的情况及评级过程（不考虑“如果能采用有效方式确认缺陷是否活动，则表5表6中的缺陷长度容限值可以增加50%”情况）答：（1）因
压力容器材料厚度计 算
3、设计压力（design pressure） （1）相关的基本概念（除了特殊注明的，压力均指表压力） ?工作压力P W：在正常的工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 ①由于最大工作压力是容器顶部的压力，所以对于塔类直立容器，直立 进行水压试验的压力和卧置时不同； ②工作压力是根据工艺条件决定的，容器顶部的压力和底部可能不同，许 多塔器顶部的压力并不是其实际最高工作压力（the maximum allowable working pressure）。 ③标准中的最大工作压力，最高工作压力和工作压力概念相同。 ?设计压力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。 ①对最大工作压力小于0.1Mpa 的内压容器，设计压力取为0.1Mpa； ②当容器上装有超压泄放装置时，应按“超压泄放装置”的计算方法规定。 ③对于盛装液化气体的装置，在规定的充满系数范围内，设计压力由工作 条件下，可能达到的最高金属温度确定。（详细内容，参考GB150- 1998，附录B（标准的附录），超压泄放装置。） ?计算压力P C是GB150-1998 新增加的内容，是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，当静压力值小于5％ 的设计压力时，可略去静压力。 ①注意与GB150-1989 对设计压力规定的区别； 《钢制压力容器》规定设计压力是指在相应设计温度下，用以确定容器壳壁计算厚度的压力，亦是标注在铭牌上的设计压力，取略高或等于最
高工作压力。当容器受静压力值大于5％设计压力时，应取设计压力与液柱静压力之和进行元件的厚度计算。使许多设计人员误将设计压力和液柱静压力之和作为容器的设计压力。 ②一台设备的设计压力只有一个，但受压元件的计算压力在不同部位可能有所变化。 ③计算压力在压力容器总图的技术特性中不出现，只在计算书中出现。 4、设计温度（Design temperature） 设计温度是指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的受压元件的金属温度。主要用于确定受压元件的材料选用、强度计算中材料的力学性能和许用应力，以及热应力计算时设计到的材料物理性能参数。 ●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； ●当设计温度在0℃以下时，不得高于元件金属可能达到的最低温度； ●当容器在各部分工作状态下有不同温度时，可分别设定每一部分的设计温度； 5、许用应力(Maximum allowable stress values) 许用应力是以材料的极限应力除以适当的安全系数，在设计温度下的许用应力的大小，直接决定容器的强度，GB150-1998 对钢板、锻件、紧固件均规定了材料的许用应力。 表3 钢制压力容器中使用的钢材安全系数
压力容器的厚度设计 王齐丽窦迎军 （哈尔滨天源石化设计院150086） 摘要：讨论了压力容器厚度的选取，以及厚度变化对强度的影响。阐述了当图样设计厚度处于相应材料厚度范围临界值时，材料许用应力随板厚变化而变化的问题。并举例说明当制造工艺人员考虑加工成型减薄量而增加板厚时，材料强度会降低，设计人员必须增加最小厚度值以保证受压元件成型后的最小厚度仍能满足强度要求。 关键词：压力容器；设计；厚度；强度；标准 1 前言 目前，我国压力容器设计依据GB150-98《钢制压力容器》，是国内普遍遵循的原则。一般情况下，板厚增加，元件强度会提高，但有时板厚增加强度反而降低。如何按照该标准进行厚度的恰当选取，更好地满足强度需求，对压力容器设计具有重要意义。 GB150-98规定，计算厚度是指按各章公式计算得到的厚度；设计厚度是指计算厚度与腐蚀裕量之和；名义厚度指设计厚度加上钢板厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格厚度，即标注在图样上的厚度；有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差。我们这里讨论的厚度是名义厚度。从定义中可以看出，名义厚度不包括加工减薄量，元件的加工减薄量由制造单位根据各自的加工工艺和加工能力自行选取，只要保证产品的实际厚度不小于名义厚度减去钢材厚度负偏差就可以。这样可以使制造单位根据自身条件调节加工减薄量，从而更能主动地保证产品强度所要求的厚度，更切合实际地符
合制造要求。 按照GB150-98等国家标准的原则，制造工艺人员要根据图样厚度考虑加工减薄量而增加制造元件的毛坯厚度。在我国材料标准中，钢板厚度范围变化，钢板有所降低。我国压力容器用钢板许用应力随板厚厚度范围 增厚而有所降低，因而可能出现虽然有时板厚增加，强度反而降低的现象，尤其是封头，这种现象更明显。 2 实例 为了证明上述现象存在，举例如下： 首先我们给出常用钢板在不同状态下的强度指标，如下表所示： 2.1 例1 某台储气罐，其封头为标准椭圆形，材质设计内径D =2000mm, 腐蚀裕度C2=1mm，焊缝系数Φ=1，设计压力P=2.6MPa，设计温度t=20℃，标准椭圆封头形状系数K=1，设计图样上封头名义厚度δn=16mm。制造厂选用18mm 厚度钢板压制封头，该制造厂压制 封头时最大成型减薄量为δ×10%:，即18×10%=1.8mm（包含钢板厚度负偏
3、设计压力（design pressure） （1）相关的基本概念（除了特殊注明的，压力均指表压力） ?工作压力P W：在正常的工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 ①由于最大工作压力是容器顶部的压力，所以对于塔类直立容器，直立进行水压 试验的压力和卧置时不同； ②工作压力是根据工艺条件决定的，容器顶部的压力和底部可能不同，许多塔器顶 部的压力并不是其实际最高工作压力（the maximum allowable working pressure）。 ③标准中的最大工作压力，最高工作压力和工作压力概念相同。 ?设计压力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。 ①对最大工作压力小于0.1Mpa 的内压容器，设计压力取为0.1Mpa； ②当容器上装有超压泄放装置时，应按“超压泄放装置”的计算方法规定。 ③对于盛装液化气体的装置，在规定的充满系数范围内，设计压力由工作条件下， 可能达到的最高金属温度确定。（详细内容，参考GB150-1998，附录B（标准的附 录），超压泄放装置。） ?计算压力P C是GB150-1998 新增加的内容，是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，当静压力值小于5％的设计压力时，可略去 静压力。 ①注意与GB150-1989 对设计压力规定的区别； 《钢制压力容器》规定设计压力是指在相应设计温度下，用以确定容器壳壁计算厚度的压力，亦是标注在铭牌上的设计压力，取略高或等于最高工作压力。当容器受静压力值大于5％设计压力时，应取设计压力与液柱静压力之和进行元件的厚度计算。 使许多设计人员误将设计压力和液柱静压力之和作为容器的设计压力。 ②一台设备的设计压力只有一个，但受压元件的计算压力在不同部位可能有所变化。 ③计算压力在压力容器总图的技术特性中不出现，只在计算书中出现。 4、设计温度（Design temperature） 设计温度是指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的受压元件的金属温度。主要用于确定受压元件的材料选用、强度计算中材料的力学性能和许用应力，以及热应力计算时设计到的材料物理性能参数。 ●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； ●当设计温度在0℃以下时，不得高于元件金属可能达到的最低温度； ●当容器在各部分工作状态下有不同温度时，可分别设定每一部分的设计温度； 5、许用应力(Maximum allowable stress values) 许用应力是以材料的极限应力除以适当的安全系数，在设计温度下的许用应力的大小，直接决定容器的强度，GB150-1998 对钢板、锻件、紧固件均规定了材料的许用应力。 表3 钢制压力容器中使用的钢材安全系数
2018 RQ-1压力容器基础知识习题 一、单选题【本题型共50道题】 1.按照TSG21-2016固定式压力容器安全技术监察规程，中压容器的设计压力p范围为（）。 A．1.6MPa ≤ p ＜10MPa B．1.6MPa ＜p ≤10MPa C．0.1MPa ≤ p ＜1.6MPa D．10MPa ≤ p ＜100MPa 正确答案：[A] 用户答案：[A] 得分：1.90 2.图片所示的气瓶为（）。 A．焊接气瓶 B．无缝气瓶 C．缠绕气瓶 D．深冷气瓶 正确答案：[B] 用户答案：[B] 得分：1.90 3.一台新制造的固定式压力容器，进行壁厚实际测定时得到的壁厚值应不小于（）。
A．计算厚度 B．设计厚度 C．名义厚度 D．有效厚度 正确答案：[B] 用户答案：[D] 得分：0.00 4.按照TSG21-2016固定式压力容器安全技术监察规程，夹套式压力容器的分类原则是（）。 A．按照内容器进行类别划分 B．按照夹套进行类别划分 C．内容器和夹套单独进行类别划分，然后取最低类别为整台设备的类别。 D．内容器和夹套单独进行类别划分，然后取最高类别为整台设备的类别。 正确答案：[D] 用户答案：[D] 得分：1.90 5.在设计压力容器时，GB150和JB4732之间的关系为：（）。 A．可以混用，以经济指标为准则 B．完全不能混用 C．当主体采用GB150进行设计，一些特殊结构没有给出计算方法时，可以采用JB4732进行设计 D．当主体采用GB150进行设计，一些特殊结构没有给出计算方法时，可以采用JB4732进行设计， 但材料许用应力应当按照JB4732选取 正确答案：[C] 用户答案：[D] 得分：0.00 6.爆破片的作用是（）。 A．防止容器内部超压造成损坏，并能够防止无限制排放
压力容器材料厚度计 算(2)
3、设计压力（design pressure） （1）相关的基本概念（除了特殊注明的，压力均指表压力） ?工作压力P W：在正常的工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 ①由于最大工作压力是容器顶部的压力，所以对于塔类直立容器，直立 进行水压试验的压力和卧置时不同； ②工作压力是根据工艺条件决定的，容器顶部的压力和底部可能不同，许 多塔器顶部的压力并不是其实际最高工作压力（the maximum allowable working pressure）。 ③标准中的最大工作压力，最高工作压力和工作压力概念相同。 ?设计压力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。 ①对最大工作压力小于0.1Mpa 的内压容器，设计压力取为0.1Mpa； ②当容器上装有超压泄放装置时，应按“超压泄放装置”的计算方法规定。 ③对于盛装液化气体的装置，在规定的充满系数范围内，设计压力由工作 条件下，可能达到的最高金属温度确定。（详细内容，参考GB150- 1998，附录B（标准的附录），超压泄放装置。） ?计算压力P C是GB150-1998 新增加的内容，是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，当静压力值小于5％ 的设计压力时，可略去静压力。 ①注意与GB150-1989 对设计压力规定的区别； 《钢制压力容器》规定设计压力是指在相应设计温度下，用以确定容器壳壁计算厚度的压力，亦是标注在铭牌上的设计压力，取略高或等于最
高工作压力。当容器受静压力值大于5％设计压力时，应取设计压力与液柱静压力之和进行元件的厚度计算。使许多设计人员误将设计压力和液柱静压力之和作为容器的设计压力。 ②一台设备的设计压力只有一个，但受压元件的计算压力在不同部位可能有所变化。 ③计算压力在压力容器总图的技术特性中不出现，只在计算书中出现。 4、设计温度（Design temperature） 设计温度是指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的受压元件的金属温度。主要用于确定受压元件的材料选用、强度计算中材料的力学性能和许用应力，以及热应力计算时设计到的材料物理性能参数。 ●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； ●当设计温度在0℃以下时，不得高于元件金属可能达到的最低温度； ●当容器在各部分工作状态下有不同温度时，可分别设定每一部分的设计温度； 5、许用应力(Maximum allowable stress values) 许用应力是以材料的极限应力除以适当的安全系数，在设计温度下的许用应力的大小，直接决定容器的强度，GB150-1998 对钢板、锻件、紧固件均规定了材料的许用应力。 表3 钢制压力容器中使用的钢材安全系数
压力容器强度校核 筒体壁厚校核公式 软件模板 c P i D []t σ φ ' 2 C δ筒校核计算公式：' 22[]c i t c P D C P δσφ=+-筒校核 备注： c P ：校核压力 i D ：容器最大内径 []t σ：设计温度下的许用应力 φ ：焊缝系数 若双面焊全焊头对接接头 100%无损检测，φ=1.00 局部无损检测， φ=0.85 若为单面焊对接接头 100%无损检测，φ=0.9 局部无损检测， φ=0.8 ' 2 C ：下一周期均匀腐蚀量 δ筒校核：筒体校核壁厚 最后判定公式：若δ筒校核≤δ筒实测，继续使用，否则停用。 封头壁厚校核公式 1.椭圆形封头软件模板 c P i D []t σ φ '2C δ封校核计算公式：' 2 2[]0.5c i t c P D C P δσφ= +-封校核
备注： c P ：校核压力 i D ：容器最大内径 []t σ：设计温度下的许用应力 φ ：焊缝系数： 若双面焊全焊头对接接头 100%无损检测，φ=1.00 局部无损检测， φ=0.85 若为单面焊对接接头 100%无损检测，φ=0.9 局部无损检测， φ=0.8 '2C ：下一周期均匀腐蚀量 δ筒校核：筒体校核壁厚 最后判定公式：若δ筒校核≤δ筒实测，继续使用，否则停用 2.球形封头软件模板 c P i D []t σ φ ' 2 C δ封校核计算公式：'2 4[]c i t c P D C P δσφ=+-封校核 备注： c P ：校核压力 i D ：容器最大内径 []t σ：设计温度下的许用应力 φ ：焊缝系数： 若双面焊全焊头对接接头 100%无损检测，φ=1.00 局部无损检测， φ=0.85 若为单面焊对接接头 100%无损检测，φ=0.9
压力容器强度计算 第一节设计参数的确定 1、我国压力容器标准与适用范围 我国现执行GB150－98 “钢制压力容器”国家标准。该标准为规则设计，采用弹性失效准则和稳定失效准则，应用解析法进行应力计算，比较简便。 JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》，其允许采用高的设计强度，相同设计条件下，厚度可以相应地减少，重量减轻。其采用塑性失效准则、失稳失效准则和疲劳失效准则，计算比较复杂，和美国的ASME标准思路相似。 2、容器直径（diameter of vessel） 考虑压制封头胎具的规格及标准件配套选用的需要，容器筒体和封头的直径都有规定。对于用钢板卷制的筒体，以内径作为其公称直径。 表1 压力容器的公称直径（mm） 如果筒体是使用无缝钢管直接截取的，规定使用钢管的外径作为筒体的公称直径。 表2 无缝钢管制作筒体时容器的公称直径（mm） 3、设计压力（design pressure） （1）相关的基本概念（除了特殊注明的，压力均指表压力） ?工作压力P W：在正常的工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 ①由于最大工作压力是容器顶部的压力，所以对于塔类直立容器，直立进行水压试验的压力和卧置时不同； ②工作压力是根据工艺条件决定的，容器顶部的压力和底部可能不同，许多塔器顶部的压力并不是其实际最高工作压力（the maximum allowable working pressure）。 ③标准中的最大工作压力，最高工作压力和工作压力概念相同。 ?设计压力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。 ①对最大工作压力小于0.1Mpa 的内压容器，设计压力取为0.1Mpa； ②当容器上装有超压泄放装置时，应按“超压泄放装置”的计算方法规定。 ③对于盛装液化气体的装置，在规定的充满系数范围内，设计压力由工作条件下，可能达到的最高金属温度确定。（详细内容，参考GB150-1998，附录B（标准的附录），超压泄放装置。）
第一节输入分析及功能性能描述 1、工作介质：硫酸钴液体 由于硫酸钴液体内杂质成份较复杂，且内部成份容易结晶，所以过滤器及管道、阀门全部选用不锈钢材料。 2、原液固含量：≤5% 和本公司的液体高级工程师莫工和中南大学廖博士联系咨询后，取得硫酸钴溶液中固体的固含量≤5%的范围内 3、设备的最高工作温度不超过70℃ 工艺要求提出设备的最高工作温度不得超过70℃，因此设计时应适当的放大，将设计温度提高到80℃。 4、工作压力 由于中南装置功能及工艺参数中指出，反洗压力0.5Mpa(气源压力),所以在设计装置时按照0.8Mpa进行装置的设计。 5、过滤组件为1个； 经过对工艺条件的提出，过滤组件为2个，1个为多通道滤芯过滤组件，1个双层滤芯过滤组件。 6、滤芯参数 1.1双层滤芯规格：双层管YTT75X200-3-C0.4-D2（外管外径75，内径69；内管外径63，内径57） 1.2滤芯数量：5套 1.3过滤面积： 1.3.1总过滤面积： 1.3.2单管过滤面积： 1.4过流截面面积S：0.00062㎡ 1.5滤芯安装形式：1个过滤器内1只滤芯组件 2.1多通道滤芯规格：多通道滤芯YTT60X200-C0.5-D3 2.2滤芯数量：2套 2.3过滤面积： 2.3.1总过滤面积： 2.3.2单管过滤面积： 2.4过流截面面积S：0.00079㎡ 2.5滤芯安装形式：1个过滤器内1只滤芯组件 7、输送管道为DN40管道； 经工艺计算出循环系统的循环管直径为DN40，补液管道为DN25，回流排气管道为DN25，清液出口管道为DN25，反冲器安装管道为DN25，排渣管道为DN25， 过滤罐体的材质为OCr18Ni9，管道的材质为OCr18Ni9； 8、法兰的公称压力为1.6Mpa; 工艺条件指出,设备管道法兰的公称压力为1.6Mpa,设计时,应按照此标准进行管道法兰的设计与选择。 9、清液储液罐的体积 经过工艺工程师计算得，反冲器内部可用于反冲液的液体体积约为0.8L,因此在设计清液储液罐容积时按照1.2L来进行设计。 第二节内压容器筒体与封头厚度的设计与强度计算