GB150总论及压力容器法规体系培训讲义.ppt

张家港中集圣达因低温装备有限公司 压力容器法规体系简介及GB150总论 罗 晓 钟 2010年3月,公司培训 讲义,一、压力容器的法规标准体系简介,公司培训 讲义,1、特种设备法规标准体系框架 特种设备：指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器（ 含气瓶）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设 施等。 借鉴国外经验，结合中国特种设备安全技术规范和标准体系的 实际情况。完善的法规体系应该是“法律-行政法规-部门规章- -安全技术规范、强制性国家标准-引用标准”五个层次的标准法 规体系结构。 1.1 第一层次：法律 2006年12月23日，正式启动了特种设备安全法的立法工作，国家正在加快立法进程。目前只有相关法律安全生产法、 产品质量法、 商品检验法等。,公司培训 讲义,1.2 第二层次：行政法规、地方性法规 行政法规：特种设备安全监察条例 本条例是国务院发布的行政法规，是目前压力容器的最高法规 地方性法规：如江苏省特种设备安全监察条例、 浙江省特种设备安全管理条例等。 1.3 第三层次：部门规章 特种设备质量监督与安全监察规定（国家质量技术监督局） 锅炉压力容器制造监督管理办法等等。 1.4 第四层次：安全技术规范和强制性国家标准 颁布的TSG规范，如固定式压力容器安全技术监察规程、压力容器定期检验规则、压力容器压力管道设计许可规则、压力容器安装改造维修许可规则等等。,公司培训 讲义,1.5 第五层次：相关的引用标准和技术规定 国家标准和行业标准一旦被安全技术规范所引用，具有与安全技术规范同等的效力，具有强制属性，并成为安全技术规范的组成部分。目前与特种设备有关的标准共有1500余项。,公司培训 讲义,2、公司产品主要执行的标准 1.)国家质检总局固定式压力容器安全技术监察规程2009版 2.)国家质量技术监督局液化气体汽车罐车安全监察规程1996版 3.) GB150-1998钢制压力容器 4.) GB4237-92不锈钢热轧钢板 5.) GB713-2008锅炉和压力容器用钢板 (GB6654-1996(压力容器用钢板) 6.) GB3531-1996低温压力容器用低合金钢钢板 (16MnDR) 7.) GB3274 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带 (Q235-B) 8.) GB18442-2000低温绝热压力容器 9.)JB4732钢制压力容器分析设计标准,公司培训 讲义,10.) JB 4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定 11.) JB 4709-2000钢制压力容器焊接工艺规程 12.) JB/T 4730.14730.6-2005承压设备无损检测 13.) JB/T 4780-2002液化天然气罐式集装箱 14.)JB/T 4781-2005液化气体罐式集装箱 15.) JB/T 4782-2007液体危险货物罐式集装箱 16.) JB/T 4783-2007低温液体汽车罐车 17.) JB/T 4784-2007低温液体罐式集装箱 18.) GB/T 19905-2005 液化气体运输车 19.)国外标准(ASME/ED/ADR/AS等) 20.)JB/T4735钢制焊接常压容器 21.)API620大型焊接低温储罐的设计与建造,公司培训 讲义,二、GB150总论,公司培训 讲义,1、压力容器的概念 1.1 定义：盛装压力介质的密闭容器 2.2 分类： 根据压力容器在生产过程中的作用或主要作用以及工作原理分为如下： 反应压力容器(如:反应器、聚合釜、硫化罐、合成塔等）； 换热压力容器（如：换热器、冷凝器、管壳式余热锅炉等）； 分离压力容器（如：过滤器、洗涤塔、干燥塔等）； 储存压力容器（如：储罐等，我们公司的产品属于此类） 按容规根据设计压力p等级：低压（0.1MPap1.6MPa），中压（ 1.6MPap10MPa ），高压（ 10MPap100MPa ），超高压（p100MPa),公司培训 讲义,压力容器类别划分 压力容器按其压力、容积、介质（压力容器的三要素）以及材料、使用方式等划分为一、二、三类(按容规:多腔容器,按级别高的腔确定容器类别, 按各腔类别分别提出制造要求)。 压力容器的类别划分依据容规。 一类压力容器类别最低，三类压力容器类别最高。类别高的压力容器的要求（对材料的检验、复验、制造等）相应也高。,公司培训 讲义,2、GB150适用范围 压力：适用于设计压力不大于35MPa， 不低于0.1MPa及真空度高于0.02MPa 温度：钢材允许使用温度,适用范围,适用范围,4 、设计参数 4.1 压力（6个压力） Pw 正常工况下，容器顶部可能达到的最高压力 Pd 与相应设计温度相对应作为设计条件的容器顶部的最高压力 PdPW Pc 在相应设计温度下，确定元件厚度压力（包括静液柱） Pt 压力试验时容器顶部压力 Pwmax 设计温度下，容器顶部所能承受最高压力， 由受压元件有效厚度计算得到。 Pz 安全泄放装置动作压力 PwPz (1.05-1.1)Pw Pd Pz,公司培训 讲义,4.2 温度 Tw 在正常工况下元件的金属温度，实际工程中，往往以介质的温度表示工作温度。 Tt 压力试验时元件的金属温度，工程中也往往以试验介质温度来表示试验温度。 Td 在正常工况下，元件的金属截面的平均温度，由于金属壁面温度计算很麻烦，一般取介质温度加或减10-20得到。,公司培训 讲义,4.3 壁厚（6个厚度） c 计算厚度，由计算公式得到保证容器强度，刚度和稳定的厚度 d 设计厚度，d =c +C2（腐蚀裕量） n 名义厚度，n =d +C1（钢材负偏差）+（圆整量） e 有效厚度，e=n-C1-C2=c+ min 设计要求的成形后最小厚度，minn-C1 （GB150 3.5.6壳体加工成形后最小厚度是为了满足安装、运输中刚度而定；而min是保证正常工况下强度、刚度、寿命要求而定。） 坯 坯料厚度坯=d +C1+C3 （其中：C3 制造减薄量，主要考虑材料（黑色，有色）、工艺（模压，旋压；冷压，热压），所以C3值一般由制造厂定。）,公司培训 讲义,公司培训 讲义,各厚度之间的相互关系,公司培训 讲义,4.4 许用应力 许用应力是材料力学性能与相应安全系数之比值： b/nb s/ns D/nD n/nn 许用应力是压力容器设计的基本参数，由材料的力学性能 除以相应的材料设计系数来确定。 不同的材料有不同的许用应力。材料的许用应力与材 料的厚度、设计温度有关。一般而言，材料的许用应力随温度 的升高而降低。按GB150，对设计温度低于20的材料，其许 用应力按20取。 GB150材料的许用应力，一般是按材料标准抗拉强度下限的 1/3倍(新标准按1/2.7)，或屈服强度的1/1.5倍确定。,4.5 设计载荷 内压、外压或最大压差；液体静压力；容器的自重，以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷；附属设备及隔热材料、管道、平台等的重力载荷；风载、地震载荷、雪载荷；支座、支耳及其它型式支撑件的反作用力；温差应力引出的作用力；运输吊装式的作用力等。,公司培训 讲义,5、外压容器的设计 外压容器园筒和球壳的设计主要是稳定性计算。 外压容器园筒壁厚的计算，主要是为了防止在外压作用下壳体的失稳。为了防止失稳，应使壳体防止失稳的许用压力P大于或等于计算压力Pc.园筒稳定安全系数取3.0。 5.1 周向失稳计算 外压容器壳体壁厚计算一般采用图算法，根据壳体直径（或半径），计算长度，假设壁厚(e)和所用材料牌号，利用图表查取系数，然后代入公式得到许用外压力P，使PPc ；否则重新计算直至合格为止。 5.2 轴向失稳计算 由园筒或管子的半径，壁厚e和所用材料牌号，用图表查取系数，代入公式得B值，使计算压力Pc小于或等于许用轴向压缩应力。许用轴向压缩应力取设计温度下材料许用应力和B值的较小值。,5.3 防止外压园筒失稳措施主要有： 1）增加园筒壁厚； 2）缩短园筒的计算长度； 3）设置加强圈。 加强圈设置应整圈围绕在园筒上，并要求有足够截面积和组合惯性距。加强圈可设置在容器内部或外部。加强圈和园筒之间连接可采用连续焊或间断焊。间断焊外部不少于园筒周长的1/2，内部不少于1/3。,6、开孔补强： 开孔不仅削弱容器强度，也造成局部应力集中，是造成容器破坏重要因素，所以开孔补强是压力容器设计重要组成部分。 6.1 适用范围 在筒体、封头上开圆孔，椭圆孔或长圆孔。非园孔的a/b2。 筒体 Di1500或凸形封头 d1/2Di(且筒体d520mm) 筒体 Di1500或锥形封头 d1/3Di(且筒体d1000mm),6.2 开孔补强形式与作用 1）型式 两种开孔补强型式整体补强和局部补强（补强圈） 整体补强 增加壳体厚度（经济性差） 厚壁管（推荐） 整体补强锻件与壳体焊接（嵌入式接管） GB150 P222 图J5 a），b） 局部补强 补强圈（推荐） 2）作用 内压容器对开孔截面拉伸强度补偿。 外压容器对开孔截面压缩稳定性补偿，防止失稳。,6.3 开孔补强的规定 1）不另行补强的最大开孔直径 应满足GB150 P75 8.3规定 2）采用补强圈补强要求 b540MPa ; 1.5n; n38mm 3）整体补强要求 下列情况之一，应采用整体补强（增加壳体厚度或采用补强锻件与壳体相焊）。HG20583 钢制化工容器结构规定。 b540MPa；1.5n；n38mm；Pd4.0MPa Td350 介质为极度，高度危害介质,6.4 开孔补强方法 等面积补强法（d1/2Di） 原则：有效补强面积大于或等于开孔失去面积 A指圆筒或球壳开孔所需补强面积 式中为开孔处计算厚度，,7、材料及制造要求: 7.1 主要受压元件要求: (一/二类):附材料质量证明并符合图样要求; 三类及槽车外壳:附材料质量证明并复验(按炉化学成分和按批机械性能/力学性能弯曲性能); 低温低合金钢/槽车(外壳):低温冲击试验 不锈钢:高于-196度,仅焊缝金属低温冲击试验 (低温及移动)产品锻件III:逐件拉伸冲击UT 7.2 非受压元件用钢板/钢带标准(见Q-SDY0420) 7.3 绝热材料:膨胀珍珠岩(珠光砂)/玻璃棉/泡沫玻璃砖/多层包扎材料(见相关要求),公司培训 讲义,公司培训 讲义,8、 压力无损检测方法及应用 压力容器常用的无损检测方法主要有目视、射线、超声、 渗透、磁粉、涡流等。每种检测方法均有其优点和局限性。 目视(VT)-表观肉眼可检查的缺陷（包括使用放大镜检查） 射线(RT)-检测内部体积形缺陷 超声(UT)-检测内部线形和面形缺陷(6-400mm)； 磁粉(MT)-检测碳钢类等铁磁性材料表面及近表面缺陷； 渗透(PT)-检测表面开口性缺陷； 涡流(ET)-检测表面和近表面缺陷。,公司培训 讲义,9、 热处理 按热处理的不同目的,压力容器行业常用的热处理方法分为4大类: 1）焊后热处理; 2）恢复力学性能热处理; 3）改善力学性能热处理 4）消氢处理. 压力容器制造厂采用得多的热处理一般是焊后热处理. 焊后热处理主要方法有：炉内整体热处理、分段炉内热处理、局部热处理和现场热处理。,公司培训 讲义,10、低温压力容器（附录C） 10.1 低温压力容器对结构设计要求 低温压力容器使用温度低，材料由延性状态向脆性状态转 变，降低抗冲击性能，易发生脆断，所以对材料有较高冲击试 验要求外，对结构也有要求。 1）结构简单，减少约束； 2）避免产生过大的温度梯度； 3）减少局部应力集中和形状突变，接管端部要磨圆； 4）支座不得直接焊在壳体上； 5）垫片应采用在低温下有良好弹性的材料。,公司培训 讲义,10.2 低温压力容器对材料、焊接、无损探伤、焊后热处理的要求 1）对材料要求 受压元件用钢采用镇静态 20mm钢板逐张超探 对不同使用温度，进行低温冲击 2）对焊接和无损探伤要求 全焊透结构 无损探伤比例为50和100 100RT或UT检测的容器，其对接接头、T形接头、角焊接缝需进行100MT或PT检测。 焊缝表面不得有咬边 3）焊后热处理 钢板厚度16mm的碳素钢和低合金钢制容器或受压元件，应进行焊后热处理。,公司培训 讲义,11、超压泄放装置 压力容器在运行中由于外界因素影响和工艺过程失控，造成超压或超温，容器有可能发生破裂或爆炸等安全事故，超压泄放装置就是在容器一旦超压时会自动泄放，避免事故发生。 11.1 对泄压装置要求 1）动作压力能在设定压力及允许误差范围内 2）泄放能力大于或等于容器安全泄放量 3）有可靠密封，能保证容器正常工作 4）在有效使用期限内能可靠工作 超压泄放装置有安全阀、爆破片、及安全阀和爆破片组合。,公司培训 讲义,11.2 采用爆破片条件 符合下列条件之一，必须采用爆破片 1）压力快速增长 2）对密封要求高 3）介质粘稠、有腐蚀性或对阀门有磨损的介