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1,压力容器设计基础 寿比南 全国锅炉压力容器标准化技术委员会 E-Mail:,2,3,设计基础 概论,压力容器产品是各工业行业均涉及的通用性产品。 由于压力容器在承压状态下工作，并且所处理的介质多为高温或易燃易爆，一旦发生事故，将会对人们的生命和财产造成不可估量的损失，因此世界各国均将压力容器作为特种设备予以强制性管理。 压力容器的类型千差万别，功能也随应用场合而变化，其整个建造过程涉及冶金、结构设计、机械加工、焊接、热处理、无损检测等专业技术门类。因此，压力容器行业的国际地位在一定程度上反映了国家的综合实力。,4,设计基础 概论,在压力容器建造的初期，产品建造的目的为满足本国相应工业的需求，压力容器的生产技术也是以本国的基本生产条件为基础。 生产技术的总结和统一安全质量的要求，使得国家依据自己的生产技术和管理要求制订出了适合于本国国情的相应安全法规和技术标准体系。 安全法规和技术标准水平的先进性如何，应体现在安全法规和技术标准是否能有效地保证压力容器产品的安全性和经济合理性，是否体现了代表时代的技术手段的应用，是否能推动行业的技术进步。,5,设计基础 概论,随着全球经济一体化的逐步发展，承压设备法规和标准的国际化趋势已经越来越明显。 欧洲议会于1997年5月正式批准了统一的压力设备指令（Pressure Equipment Directive）, 于2002年5月在欧盟内强制执行。 欧洲标准化委员会（CEN）现正在采取积极行动，试图将现有的欧洲标准上升为国际标准。 本届秘书处设在美国的ISO/TC11已多次召开会议，并已经提出了ISO 15386 国际锅炉压力容器标准草案。其目的是建立一个压力设备的通则，用以保证压力设备的安全使用，消除各国标准中可能出现的技术壁垒，在相互标准认可的基础上，实现承压设备产品的全球自由贸易。,6,设计基础 概论,中国已经加入WTO，我国的压力容器行业已经不可避免地面临国际市场的激烈竞争。 在新形势下，压力容器生产厂家应充分认识自身的优势与不足，改变观念，实行国际压力容器生产的通行做法，使产品早日走出国门。,7,设计基础 压力容器分类,分类原则和方法 以压力等级为主，考虑介质毒性、容积、材料和设备类别等因素，依照危险程度将压力容器从低到高划分为三类。,8,设计基础 压力容器的范围,压力的限制：以设计压力为依据 GB150: JB 4732: JB 4735: 结构和操作形式： 容器、换热器、塔器、球形储罐。； 稳定、间歇、工况考虑；,9,设计基础 压力容器的范围,GB150的压力的限制： 设计压力p35MPa; 设计压力p0.1MPa; 真空度低于0.02MPa; 真空度的计算方法： Pz=po-p,10,设计基础 压力容器的范围,JB 4732的压力的限制： 设计压力p100MPa; 设计压力p0.1MPa; 真空度低于0.02MPa; 真空度的计算方法： Pz=po-p,11,设计基础 压力容器的范围,超高压容器的压力的限制： 设计压力 p100MPa;,12,设计基础 压力容器的范围,结构和操作形式： 尺寸范围：150mm; 移动容器； 直接火焰加热的容器； 核能装置中直接承受中子辐射的容器； 转动机械的组件； 承受交变载荷的容器,13,设计基础 标准和法规的属性,法规的强制性：所有内容都是强制性 标准的三重属性： 强制性内容；给定的计算方法、制造检验要求（应、必须） 禁用内容：材料、结构（不得） 推荐性方法（宜、可以）,14,设计基础 标准的使用原则,标准的使用原则 The Code does not address all aspects of these activities and those aspects which are not specifically addressed should not be considered prohibited. The Code is not a handbook and cannot replace education, experience, and the use of engineering judgment. The phrase engineering judgment refers to technical judgments made by knowledgeable designers experienced in the application of the Code. Engineering judgments must be consistent with Code philosophy and such judgments must never be used to overrule mandatory requirements or specific prohibitions of the Code.,15,设计基础 标准的使用原则,技术法规和标准的规定只是保证压力容器安全质量的最基本要求。 压力容器的设计单位和制造单位应该结合本单位的实际情况，对压力容器产品提出更为严格的质量要求。 设计者应认真地研究标准和法规的技术及管理规定，提高解决实际压力容器设计问题的能力，特别是解决特殊结构压力容器的能力，以增加设计、建造中的技术含量，保障压力容器安全。,16,设计基础 基本概念,压力容器的失效形式 强度失效：爆破、过度变形 稳定性失效：失稳 刚性失效：泄漏 疲劳失效：疲劳开裂 腐蚀失效：均匀腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀,17,设计基础 基本概念,压力容器的设计准则 GB150 常规设计： 弹性失效、第一强度理论； JB4732 分析设计： 弹塑性失效、第三强度理论； 超高压容器设计准则： 全壁厚屈服失效和爆破失效准则,18,设计基础 基本概念,确定材料许用应力或设计应力强度的系数 GB150 钢制压力容器 JB 4732 钢制压力容器-分析设计标准,19,设计基础 基本概念,确定材料许用应力或设计应力强度的系数 GB150 钢制压力容器,20,设计基础 基本概念,确定材料许用应力或设计应力强度的系数 JB 4732 钢制压力容器-分析设计标准,21,22,23,24,一、压力容器技术进展 结构设计,现代的压力容器结构设计正在逐步摆脱传统观念的束缚，体现真正满足工艺要求的设计理念，追求实效性、安全性和经济性的和谐统一。,25,一、压力容器技术进展 结构设计,结构的合理性设计：事实上，标准中对压力容器的具体结构形式不予限制，因此压力容器结构所受的制约较少，给设计者很大的发挥空间，有利于设计出更加合理的结构。另外，分析设计手段的运用和验证性试验的实施为结构的合理性设计提供了必要的保障。,26,一、压力容器技术进展 结构设计,结构的经济性设计：压力容器的安全性和经济性的和谐统一一直是设计者的追求，应力分析标准就是应此要求而出现的。焊接钢管的使用和特殊结构的应用，在很大程度上是考虑了压力容器结构的经济性。,27,一、压力容器技术进展 结构设计,28,一、压力容器技术进展 安全系数的降低,降低安全系数是目前世界各国和地区压力容器标准的普遍倾向，美国（ASME）和欧洲统一压力容器标准（正在制订中）均降低了相应的安全系数，美国将nb由4.0降为3.5，欧洲统一压力容器标准的nb最小值为1.875。我国也提出了将特定材料按分析设计方法设计的安全系数nb降为2.6的提案。安全系数的降低关系到压力容器标准的基础，对压力容器行业的经济性及安全性影响极大，必须慎之又慎。,29,一、压力容器技术进展 安全系数的降低,降低安全系数的前提条件是： l 结构分析设计水平的提高； l 制造经验的积累和制造技术水平的提高； l 更严格的材料技术要求； l 更科学的质量保证体系。,30,主要标准简介GB150,31,主要标准简介GB150,GB 150-1998钢制压力容器 : 适用范围：设计压力p35MPa（包括真空和负压）; 标准内容：总则、材料、结构、强度设计、制造、检验、验收等技术要求； 引用标准：材料、试验方法、焊接、无损检测、载荷规范等； 标准性质：强制性。,32,主要标准简介GB151,33,主要标准简介GB151,GB 151-1999管壳式换热器 适用范围：设计压力p35MPa（包括真空和负压）; 适用结构：固定管板、浮头、U形管和填函 标准内容：总则、材料、结构、强度设计、制造、检验、验收等技术要求； 引用标准：材料、试验方法、焊接、无损检测、载荷规范等； 标准性质：强制性。,34,GB 12337-1998钢制球形储罐,35,GB 12337-1998钢制球形储罐,适用范围：设计压力p4.0MPa;V50M3 适用结构：赤道正切支柱支撑 标准内容：总则、材料、结构、强度设计、制造、检验、验收等技术要求； 引用标准：GB150、材料、试验方法、焊接、无损检测、载荷规范等； 标准性质：强制性。,36,JB/T 4710-2003 钢制塔式容器,37,JB/T 4710-2003 钢制塔式容器,适用范围：设计压力p35MPa（包括真空和负压）; 适用结构：裙式支座支撑的塔式容器 标准内容：总则、材料、结构、强度设计、制造、检验、验收等技术要求； 引用标准：材料、试验方法、焊接、无损检测、载荷规范等； 标准性质：强制性。,38,JB/T 4731-2003 钢制卧式容器,39,JB/T 4731-2003 钢制卧式容器,适用范围：设计压力p35MPa（包括真空和负压）; 适用结构：双鞍座支撑的卧式容器 标准内容：总则、材料、结构、强度设计、制造、检验、验收等技术要求； 引用标准：材料、试验方法、焊接、无损检测、载荷规范等； 标准性质：推荐性。,40,GB 16409-1996板式换热器,41,GB 16409-1996板式换热器,适用结构：可拆板式换热器 标准内容：总则、材料、结构、强度设计、制造、检验、验收等技术要求； 引用标准：材料、试验方法、焊接、无损检测、载荷规范等； 标准性质：强制性。,42,设计基础 基本概念,贯穿于压力容器设计的参数： 压力(载荷) 温度 厚度,43,设计基础 基本概念,载荷： 内、外压 工作介质静压 容器和介质重量 水压试验下的水重 风载荷 雪载荷 地震载荷,44,设计基础 基本概念,压力 工作压力 设计压力 计算压力 试验压力 最大允许工作压力 安全泄放装置的动作压力,45,设计基础 基本概念,压力（载荷） 工作压力：在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。,46,设计基础 基本概念,压力（载荷） 设计压力：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 。,47,设计基础 基本概念,压力（载荷） 计算压力：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。,48,设计基础 基本概念,压力（载荷） 试验压力：在压力试验时，容器顶部的压力。 液压试验压力： 气压试验压力： 致密性试验压力：,49,设计基础 基本概念,压力（载荷） 最大允许工作压力：在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大表压力。该压力是根据容器元件的有效厚度计算所得，且取其中的最小值。,50,设计基础 基本概念,压力（载荷） 安全泄放装置的动作压力：安全泄放装置中安全阀的开启压力或爆破片的爆破压力。 爆破压力： 设计爆破压力：在指定温度下的爆破压力； 标定爆破压力：在铭牌上标注的爆破压力；,51,设计基础 基本概念,温度 工作温度：一般指容器中介质的温度； 设计温度：容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度； 试验温度：压力试验时，压力容器壳体的金属温度；,52,设计基础 基本概念,厚度 计算厚度：保证容器强度、刚度或者稳定的厚度； 设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和； 名义厚度：设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至规格厚度； 有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差； 钢材厚度：决定容器制造技术条件的厚度。,53,设计基础 基本概念,计算厚度：保证容器强度、刚度或者稳定的厚度； 计算压力：对应最苛刻的设计工况。 设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和； 设计压力：保证容器强度、刚度或者稳定，同时保证寿命 名义厚度：设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至规格厚度； 标注在图样上的厚度 有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差； 最大允许工作压力：容器的最大承载能力,54,设计基础 基本概念,厚度附加量 腐蚀裕量：； 钢材厚度负偏差：； 加工裕量：；,55,设计基础 基本概念,厚度 计算厚度：保证容器强度、刚度或者稳定的厚度； 设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和； 名义厚度：设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至规格厚度； 有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差； 钢材厚度：决定容器制造技术条件的厚度。,56,设计基础 基本概念,厚度 计算厚度：保证容器强度、刚度或者稳定的厚度； 设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和； 名义厚度：设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至规格厚度； 有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差； 钢材厚度：决定容器制造技术条件的厚度。,57,设计基础 压力容器的设计使用寿命问题,法规对设计寿命的要求： 压力容器安全技术监察规程的第32条规定：“为防止压力容器超寿命运行引发安全问题，设计单位一般应在设计图样上注明压力容器设计使用寿命”。 标准对设计寿命的要求： GB150-1998 明确给出了设计者应考虑容器设计寿命的条款： “应根据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量”,58,设计基础 压力容器的设计使用寿命问题,压力容器的设计使用寿命问题 （1）材料力学性能如高温蠕变和高温断裂对时间的依性； （2）腐蚀裕量中的设计寿命因素； （3）载荷如周期性载荷等的时间性；,59,设计基础 压力容器的设计使用寿命问题,应该指出，压力容器的设计寿命不一定等于实际使用寿命，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寿命，其作用是提醒容器的最终使用者，当超过压力容器的设计寿命时应采取必要的措施如：经常测量厚度和缩短检验周期等。,60,设计基础 压力容器的设计使用寿命问题,压力容器的设计寿命是一个复杂的问题，涉及到材料选用、腐蚀基础数据、结构设计等一系列设计因素，能否准确地预计，反映了设计者的经验和水平。笔者认为，无论是按国际压力容器设计的惯例，还是为了提高设计的水平和权威性，都应在图纸上标注压力容器的设计使用寿命。,61,设计基础 压力试验免除问题,GB150-1998 第3.9条规定：“对不能按3.8的规定作压力试验的容器，设计单位应提出确保容器安全运行的措施，并在图样上注明。”对此条的理解问题集中在两点：什么情况下压力试验可以免除？需要采取哪些措施？,62,设计基础 压力试验免除问题,这里所指的是新造容器的耐压试验，包括液压试验和气压试验。压力试验免除事实上仅仅针对那些不可能进行压力试验的现场组焊的大型压力容器，如：催化裂化装置中的有隔热层的大型反应器和再生器；基础不能承受液压试验时水的重量的压力容器等，不能作为一般在制造厂内生产的压力容器不进行压力试验的依据。,63,设计基础 压力试验免除问题,压力试验免除相当于减少了压力容器制造过程中的一个检验环节，当然应当采取相应的措施以保证压力容器的安全质量。所采取的措施取决于使用者和设计者对容器的要求，一般性的措施如下：,64,设计基础 压力试验免除问题,（1）提高对压力容器材料的要求：化学成分、力学性 能和检验要求； （2）提高结构设计要求：尽量采用全焊透接头、避免严重的几何不连续； （3）提高无损检测的比例和级别； （4）提高容器的超压泄放的能力。,65,设计基础 压力试验免除问题,压力试验是设计中需要重点考虑的问题，是否可以免除以及如何免除也应作为设计工作中的重点问题予以考虑。不应该在设计阶段忽略了应该采取的措施，而在制造完成后免除压力试验。,66,设计基础 压力试验免除问题,压力容器安全技术监察规程第30条规定：“对不能进行耐压试验和气密试验性试验的，应注明计算厚度、和制造及使用的特殊要求，并应与使用单位协商提出推荐的使用年限和保证安全的措施”。因此，在GB150的标准提案中已经明确规定：是否应免除压力试验，“应由设计单位技术负责人批准”。,67,设计基础 低温压力容器界限问题,我国的低温压力容器界限一直人为地定义为-20，但其基础是以钢材U形缺口冲击试样的统计数据为依据。1982年以后，钢材的韧性改用V形缺口冲击试样作为技术指标，二者相差很大，因此对我国的低温压力容器界限一直是业内人士争论的焦点。按现行压力容器设计理念，一台特定的压力容器是否属于低温压力容器，应按以下因素确定：,68,（1） 压力容器所用材料的低温力学性能；,（2） 压力容器材料的热处理状态； （3） 材料的厚度； （4） 容器材料中的应力状态（实际应力与许用应力比）。,69,设计基础 低温压力容器界限问题,根据我国钢材的实际情况和国家对产品安全的考虑，GB150-1998 4.2.7中已经对低温压力容器界限做出了相应修正： a) 使用温度低于0时：厚度大于25mm的20R，厚度大于 38mm的16MnR，15MnVR和15MnVNR，任意厚度的18MnMoNbR、13MnNiMoNbR和Cr-Mo钢板； b) 使用温度低于-10时：厚度大于12mm的20R，厚度大于20mm的16MnR，15MnVR和15MnVNR。,70,设计基础 低温压力容器界限问题,上述范围内的压力容器已经被列入低温压力容器的管辖范围，其制造、检验等方面的要求应视同于按GB150-1998附录C要求的压力容器。应该说，目前的低温容器界定方法不是具有充分科学依据的，我们将在研究的基础上，参照国际标准，制订更为合理的规定。,71,设计基础 最大允许工作压力问题,最大允许工作压力是国际压力容器行业的通用概念，该压力是根据容器壳体的有效厚度计算所得，且取最小值。 按我国GB150-1998 B2.1的定义，最大允许工作压力“指在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大表压力。”,72,设计基础 最大允许工作压力问题,最大允许工作压力的作用是设定容器超压限度的起始压力，充分利用容器的圆整厚度，尽量拉大工作压力与安全阀或爆破片泄放压力之间的压力差，使压力容器的工作更为平稳。 当采用最大允许工作压力作为设定容器超压限度的起始压力时，在设计中应考虑最大允许工作压力代替设计压力进行压力试验。对此，GB150-1998 和附录B4.1有明确规定。 问题在于如何计算容器的最大允许工作压力。,73,设计基础 最大允许工作压力问题,容器的最大允许工作压力应根据容器中包含的所有受压元件的设计条件和结构尺寸予以确定，原则上依据各受压元件的有效厚度计算得到。容器的最大允许工作压力可按下式确定：,74,设计基础 最大允许工作压力问题,式中 分别为容器圆筒、封头、法兰、开孔补强等受压元件依据各自的设计条件和结构尺寸计算所得的相应于该元件的最大允许工作压力。,75,设计基础 最大允许工作压力问题,对设计者而言，是否需要提高容器的超压限度，是决定是否采用最大允许工作压力进行压力试验的前提条件。应该说，GB150中的最大允许工作压力定义不够准确，在标准提案中已经给出了修订方案，即“该压力是根据容器各承压元件的有效厚度计算所得，且取最小值。”,76,设计基础 关于焊接接头系数选用问题,焊接接头系数的选取与接头的型式、无损检测比例和对容器的要求有关。主要有以下几个问题： （1）纵向接头与环向接头的型式、无损检测比例不一致。如：纵向接头采用双面焊、100RT或UT，而环向接头为加垫板的单面焊且无法进行RT或UT检测，在容器的设计计算中应采用纵向接头的焊接接头系数还是环向接头的焊接接头系数。,77,设计基础 关于焊接接头系数选用问题,内压圆筒厚度计算公式是根据圆筒中周向总体（一次）薄膜应力的强度导出，所以与之相对应的焊接接头系数应为圆筒的纵向接头焊接接头系数。圆筒环缝中虽也存在环向（周向）薄膜应力，但它不属于总体薄膜应力，而是属于局部薄膜应力，它的许用应力与圆筒厚度计算中取的许用应力（一倍不同。所以不应将环向接头焊接接头系数与之混淆。,78,设计基础 关于焊接接头系数选用问题,但为确保整个圆筒的强度与安全，一般尽量将环向接头的焊接接头系数取与纵向接头一致，若实在制造上存在困难，允许与纵缝不同，即可按GB150-1998中执行。此时环向接头的焊接接头系数虽可能与纵向接头的焊接接头系数不同，但计算圆筒厚度时，仍取纵向接头的焊接接头系数。但此时设计者应规定对该焊接接头的技术要求，以提醒制造厂用焊接工艺来保证焊接质量。,79,设计基础 关于焊接接头系数选用问题,（2）封头拼接接头的焊接接头系数。GB150-1998中中规定封头拼接接头应进行100UT或RT检测，但未规定封头拼接接头的接头系数如何选取。封头拼接接头的无损检测要求主要是针对封头成形时变形较大，缺陷容易扩展而提出的，与封头厚度计算无关。因此，尽管封头拼接接头要求100UT或RT检测，其合格指标仍按照压力容器的合格指标而确定。因此，封头拼接接头的焊接接头系数一般取压力容器的纵向接头焊接接头系数。,80,设计基础 材料代用问题,由于我国压力容器材料供应方面的问题以及部分制造厂解决库存材料的需要，制造过程中的“材料代用”是目前我国压力容器建造中常见的现象，似乎材料代用是合理解决压力容器材料问题的良好方式。面对这种普遍现象。新版压力容器安全技术监察规程第27条也不得不放宽了对材料代用的管理规定。 材料选择是设计过程中的重要组成部分，应作为设计风格的体现始终贯穿于压力容器建造过程。,81,设计基础 材料代用问题,尽管材料代用解决了一些压力容器制造过程中的问题，但也引发了诸如职责不清、不当代用等现象的发生。 因此，在压力容器的建造中，有必要详细地论证材料代用的可行性，慎重决定。在已经采用了“以优代劣”原则的情况下，还应考虑如下因素：,82,设计基础 材料代用问题,代用材料的强度级别是否影响到容器类别的划分。 代和材料对工作介质的相容性：如应力腐蚀、晶间腐蚀等； 代用材料的设计温度下的许用应力是否达到原设计的要求； 代用材料是否会产生如改变焊接材料、焊接工艺等； 代用材料是否会产生诸如改变热处理状态、无损检测 及焊接试板等要求；,83,设计基础 材料代用问题,事实上，材料代用是压力容器设计方案的变更，尽管采用了“以优代劣”的原则，仍然是产生安全隐患和管理混乱的主要因素，压力容器的设计、制造单位必须充分协商，在考虑到各种可能影响压力容器安全使用因素的情况下，慎重决定材料代用方案。 随着市场经济的发展和材料供货渠道的逐渐完善，压力容器的设计、建造体制必然会逐步与国际惯例接轨，最终消除材料代用现象。,84,设计基础 超出标准规定范围的设计问题,标准规定的结构形式仅针对最常见的压力容器元件，不可能提供所有压力容器的结构设计方法。在设计中经常会有超出标准规定结构或载荷范围的容器，能否妥善地处理这一类的问题，体现了设计者的水平和能力。一般而言，超出标准规定范围的设计问题集中在下述两个方面：,85,设计基础 超出标准规定范围的设计问题,结构形式或几何尺寸超出标准规定的限制，如：大开孔、异形容器； 载荷类型为标准之外的情况，如：集中载荷、振动或冲击载荷；,86,设计基础 超出标准规定范围的设计问题,GB150-1998 1.4规定“对不能用本标准来确定结构尺寸的受压元件，允许采用以下方法设计，但需经全国压力容器标准化技术委员会评定、认可： 包括有限元法在内的应力分析 验证性实验分析（如实验应力分析、验证性液压试验）； 用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计。”,87,设计基础 超出标准规定范围的设计问题,应该说明，“包括有限元法在内的应力分析”并不意味着要全部采用JB4732进行应力分析设计，而仅仅是根据压力容器特定的结构和载荷进行局部的应力分析计算，满足GB150所规定的设计准则，作为使结构尺寸满足标准规定的依据；,88,设计基础 超出标准规定范围的设计问题,“验证性实验分析”仅指采用实验应力分析方法如：应变测量、光弹实验等；目前采用验证性液压试验确定容器设计压力的标准条款尚未公布，还无法实行。,89,设计基础 超出标准规定范围的设计问题,“用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计”是过去经常采用的设计方法，往往产生非常保守的设计结果。我们认为，随着计算机技术的发展和数值分析能力的提高，应该逐步取消经验设计方法。,90,设计基础 新材料应用问题,压力容器技术的发展依赖于材料生产水平的提高。为了保证压力容器用材的规范性和正确地使用标准之外的新材料，GB150-1998 A1.4条和压力容器安全技术监察规程第23条规定： 选用新研制的材料制造压力容器，材料的研制、生产单位应按规定由全国压力容器标准化技术委员会进行技术评审，国家有关部门批准后方可采用该材料制造压力容器。,91,设计基础 新材料应用问题,技术评审的过程由材料生产企业申请、委员会受理、工厂考察、相应企业标准评价和最终会审。目前按规定取得技术评审认可的国内外压力容器材料如表1：,92,设计基础 新材料应用问题,93,设计基础 新材料应用问题,94,设计基础 新材料应用问题,95,设计基础 关于20g材料应用问题,GB150 新版实施以来，由于长期使用的惯性，20g的不当使用问题经常出现。最近在国家组织的设计单位抽查活动中，甚至在个别行业中出现了20g可以代用20R的群体错误概念。因此，有必要对此加以说明。,96,设计基础 关于20g材料应用问题,20g和20R的对比分析 a. 磷、硫含量 P% S% 20R 0.030 0.020 20g 0.035 0.035 b. 拉伸试验 b MP sMP 5 % 20R 400520 235 25 20g 400520 225 24 c. 冲击试验 温度 Akv J 20R 0 27 20g 20 27,97,设计基础 关于20g材料应用问题,20R和20g钢板的技术要求分别规定在GB6654(第2号修改单)和GB713中，通过对化学成分（熔炼分析）中的磷、硫含量和力学性能（拉伸和冲击试验）方面的技术要求分析，可以看出20g的技术要求明显低于20R，因此20g不可以代用20R。,98,设计基础 关于20g材料应用问题,20g的使用方法 GB150 附录A 中A 2.7规定：20g可以代用Q 235-C。也就是说设计者应在设计中选用Q 235-C，其使用范围和许用应力均应按Q 235-C的规定，在制造的过程中按管理规则的规定进行材料代用。我委员会正在开展锅炉和压力容器材料技术要求统一的工作，争取将20g和20R的技术要求统一，减少材料代用的繁琐程序。,99,设计基础 压力容器力学基础,一点的应力状态： 某点处的应力状态可用矩阵表示：,100,设计基础 压力容器力学基础,载荷： 极限载荷： 极限载荷是相对于一次加载；在某载荷作用，结构的变形将无限制地增大，从而失去承载能力，这个载荷称为极限载荷 安定载荷： 安定载荷则是相对于反复加载；在加载次数达到极限值时出现裂纹或变形随加载递增。,101,设计基础 压力容器力学基础,简单结构的应力状况 简支圆平板 球壳 圆筒 锥段,102,设计基础 压力容器力学基础,应力的类别： 薄膜应力 弯曲应力 二次应力 峰值应力,103,设计基础 压力容器力学基础,应力集中的概念： 应力集中； 应力集中系数；,104,设计基础 压力容器力学基础,载荷的分类： 均布载荷 集中载荷 热载荷 动载荷,105,设计基础 压力容器力学基础,力的分类： 均布力： 集中力： 约束反力,106,设计基础 安全泄放,压力的定义： 最大允许工作压力：在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大表压力； 动作压力：安全阀的开启压力或爆破片的爆破压力； 爆破压力： 设计爆破压力：在指定温度下的爆破压力； 标定爆破压力：在铭牌上标注的爆破压力；,107,设计基础 安全泄放,按GB150规定，超压泄放装置不适用于操作过程中可能产生压力剧增，反应速度达到爆轰时的压力容器。 换热器等压力容器，若高温介质有可能泄漏到低温介质而产生蒸汽时，应在低温空间设置泄放装置；,108,设计基础 安全泄放,必须采用爆破片的容器： 压力快速增长； 对密封有更高要求； 容器内物料会导致安全阀失效； 安全阀不能适用的其他情况。,109,设计基础 安全泄放,压力容器装有安全阀时，设计压力如何确定？ 由容器的工作压力PW，确定安全阀的开启压力PZ=(1.11.05)PW； 取容器的设计压力P稍大于安全阀的开启压力PZ。,110,结语,技术法规和标准的规定只是保证压力容器安全质量的最基本要求。 压力容器的设计单位和制造单位应该结合本单位的实际情况，对压力容器产品提出更为严格的质量要求。 设计者应认真地研究标准和法规的技术及管理规定，提高解决实际压力容器设计问题的能力，特别是解决特殊结构压力容器的能力，以增加设计、建造中的技术含量，保障压力容器安全。,111,结语,为了提高行业的设计水平，新组建的全国锅炉压力容器标准化技术委员会开设了新的网站和专栏，供大家进行技术讨论。网站如下：, 希望对行业的技术进步起到相应的作用。,112,中国的压力容器标准体系,标准体系 标准化法规定的标准形式和性质 生产方式确定的标准体系 标准框架 以GB150为核心的标准框架 未来的承压设备标准框架,113,中国的压力容器标准体系,标准层次 国家标准 行业标准 企业标准 地方标准 标准性质 强制性标准 推荐性标准,114,中国的压力容器标准体系,生产方式确定的标准体系 以GB150为核心的标准框架 未来的承压设备标准框架,115,中国的压力容器标准体系,生产方式确定的标准体系 基础标准：安全的基本要求、设计方法、制造技术要求、检验要求等； 特定设备标准：特殊的载荷、机构形式、技术要求； 标准零部件标准：支座、法兰、人、手孔等； 通用标准：焊接工艺评定、无损检测、材料等。,返回,116,中国的压力容器标准体系,以GB150为核心的标准框架 以GB150钢制压力容器为核心，主要标准有： JB4732钢制压力容器分析设计标准 GB151管壳式换热器 GB12337钢制球形储罐 JB4708钢制压力容器焊接工艺评定 JB/T4709钢制压力容器焊接工艺规程和 JB4730压力容器无损检测 形成了从设计计算到焊接、检验和验收的完整体系,返回,117,中国的压力容器标准体系,未来的承压设备标准框架 承压设备总标准 锅炉标准 压力容器标准 承压管道标准,返回,118,中国的压力容器标准体系,标准包括了如下基本内容： 标准的适用范围和不适用范围； 压力容器用材和确定材料许用应力的系数； 基本要求； 基本受压元件在基本载荷作用下的强度和稳定性计算方法； 制造技术要求； 检验要求； 其它要求。,119,中国的压力容器标准体系 标准的载荷形式,内、外压 工作介质静压 容器和介质重量 水压试验下的水重 风载荷 雪载荷 地震载荷,120,中国的压力容器标准体系 标准的载荷形式,附加载荷 局部支撑、内件或工件错位引起局部应力 冲击载荷 偏心弯矩 稳态或瞬态温差应力 压力和温度波动,121,中国的压力容器标准体系 压力容器的失效形式,强度失效：爆破、过度变形 稳定性失效：失稳 刚性失效：泄漏 疲劳失效：疲劳开裂 腐蚀失效：均匀腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀,122,中国的压力容器标准体系 压力容器的设计准则,GB150 常规设计： 弹性失效、第一强度理论； JB4732 分析设计： 弹塑性失效、第三强度理论；,123,中国的压力容器标准体系 安全系数的降低,产品竞争性的要求 安全系数降低的前提因素： 质量保证体系的完善 分析技术的普及 制造技术的成熟 材料的可靠,124,中国的压力容器标准体系 标准的适用性增强,压力容器产品的多样性 不同类型的产品其基本安全要求相同 标准形式多样化：标准、标准案例、标准解释、指导性文件,125,一、压力容器技术进展,压力容器用材料的技术进展 计算机技术的广泛应用 结构设计 安全系数的降低,126,一、压力容器技术进展 压力容器用材料的技术进展,近年来压力容器产品大型化、高参数化的趋势日益明显，千吨级的加氢反应器、一万立方米的天然气球罐等已经在我国大量应用，压力容器在石油化工、核工业、煤化工等领域中的应用场合也日益苛刻。因此，耐高温、高压和耐腐蚀的压力容器用材料的研制与开发一直是压力容器行业所面临的重大课题。对此，各国均投入了大量的人力物力从事相关的研究工作。目前，压力