贾国栋压力容器基础知识2010版

1、压力容器安全基础知识 中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院 贾国栋贾国栋 提纲提纲 4压力容器定义压力容器定义 4压力容器术语压力容器术语 4压力容器的分类压力容器的分类 4压力容器结构压力容器结构 4压力容器设计压力容器设计 4压力容器制造压力容器制造 4压力容器的安全附件压力容器的安全附件 4压力容器的检验压力容器的检验 4压力容器的失效形式压力容器的失效形式 4压力容器法规标准体系压力容器法规标准体系 压力容器的定义压力容器的定义 4一般压力容器的定义 4条例的定义 固定式和移动式容器 气瓶 氧舱 4条例与固容规的适用范围 4固容规除本体外的监察范围 压力容器术语压力容器术语 1

2、、压力、压力（除注明者外，压力均为表压力） （1）工作压力Pw：在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 （2）设计压力P：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。 （3）计算压力PC：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。当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。 （4）试验压力PT：在压力试验时，容器顶部的压力。 压力容器术语压力容器术语 1、压力、压力（除注明者外，压力均为表压力） （5）最高允许工作压力Pw：指在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大表压力。 该压力是根据容器壳体的有效厚度计算

3、所得，且取最小值。 最高允许工作压力可作为确定保护容器的安全泄放装置动作压力（安全阀整定 压力或爆破片设计爆破压力）的依据。 （6）安全阀的整定压力（开启压力）PZ：安全阀阀瓣开始离开阀座，介质呈连续排 出状态时，在安全阀进口测得的压力。 （7）爆破片的标定爆破压力Pb：爆破片铭牌上标明的爆破压力。 压力容器术语压力容器术语 压力容器术语压力容器术语 2、温度、温度 （1）温度 金属温度：容器元件沿截面厚度的温度平均值。 工作温度：容器在正常工作情况下介质温度。 （2）最高、最低工作温度：容器在正常工作情况下可能出现介质最高、最低温度。 （3）设计温度：容器在正常工作情况，设定的元件的金属温度

4、（沿元件金属截面 的温度平均值）。 设计温度与设计压力一起作为压力容器的设计载荷条件。 （4）试验温度：系指压力试验时容器壳体的金属温度。 压力容器术语压力容器术语 3、厚度、厚度 （1）计算厚度：容器受压元件为满足强度及稳定性要求，按相应公式计算得到的不 包括厚度附加量的厚度。 （2）设计厚度d：计算厚度与腐蚀裕量之和。 （3）名义厚度n（即图样标注厚度）：设计厚度加上钢材厚度负偏差后，向上圆整至 钢材（钢板或钢管）标准规格的厚度。 （4）有效厚度e：名义厚度减去厚度附加量（腐蚀裕量与钢材厚度负偏差之和）。 （5）最小实测厚度：实际测量的容器壳体厚度的最小值。 （6）厚度附加量：设计容器受压

5、元件时所必须考虑的附加厚度，包括钢板（或钢管） 厚度负偏差C1及腐蚀裕量C2。 注意：容器壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度min： 对碳素钢、低合金钢，不小于3mm 对高合金钢，不小于2mm 压力容器的分类压力容器的分类 1.按压力、品种、介质及易燃介质分类按压力、品种、介质及易燃介质分类 1.1 按压力分为低、中、高及超高压，前三种在材料、失按压力分为低、中、高及超高压，前三种在材料、失 效判据（准则）、计算方法、制造要求上基本一致。效判据（准则）、计算方法、制造要求上基本一致。 1.2 按介质毒性及易燃性分类，主要出自安全考虑，即一按介质毒性及易燃性分类，主要出自安全考虑，即一 旦发

6、生事故（爆炸、泄漏等）的危害程度。旦发生事故（爆炸、泄漏等）的危害程度。 压力容器的分类压力容器的分类 2. 固容规固容规中的分类中的分类 2.1 按制造许可级别分类按制造许可级别分类 2.1根据危险程度，本规程适用范围内的压力容器划分为三类，以利于根据危险程度，本规程适用范围内的压力容器划分为三类，以利于 进行分类监督管理，压力容器类别划分方法见附件进行分类监督管理，压力容器类别划分方法见附件A。 与99版容规相比的主要变化： 改变类别划分方法，仍然划分为三类（改变类别划分方法，仍然划分为三类（类、类、类和类和类），利类），利 用用PV值在不同介质分组坐标图上查取相应的类别，简单易行、科值在

7、不同介质分组坐标图上查取相应的类别，简单易行、科 学合理、准确唯一；学合理、准确唯一； 设计压力、容积和介质危害性三个因素决定压力容器类别，不再设计压力、容积和介质危害性三个因素决定压力容器类别，不再 考虑容器在生产过程中的作用、材料强度等级、结构形式等因素；考虑容器在生产过程中的作用、材料强度等级、结构形式等因素； 简化分类方法，强化危险性原则，从风险控制的理念上对压力容简化分类方法，强化危险性原则，从风险控制的理念上对压力容 器进行分类监管，突出本质安全思想。器进行分类监管，突出本质安全思想。 2.2 对不同制造许可级别的企业对不同制造许可级别的企业,提出不同的资源条件与安全质量要求提出不

8、同的资源条件与安全质量要求. 压力容器的分类压力容器的分类 2. 固容规固容规中的分类中的分类 具体分类方法具体分类方法 压力容器的介质分为以下两组，包括气体、液化气体压力容器的介质分为以下两组，包括气体、液化气体 以及最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体：以及最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体： (1)第一组介质，毒性程度为极度危害、高度危害的化学第一组介质，毒性程度为极度危害、高度危害的化学 介质，易爆介质，液化气体。介质，易爆介质，液化气体。 (2)第二组介质，除第一组以外的介质第二组介质，除第一组以外的介质 压力容器类别的划分应当根据介质特性，按照以下要压力容器类别的划分应当根据

9、介质特性，按照以下要 求选择类别划分图，再根据设计压力求选择类别划分图，再根据设计压力p（单位（单位MPa）和）和 容积容积V（单位（单位L），标出坐标点，确定压力容器类别：），标出坐标点，确定压力容器类别： 简单压力容器安全技术监察规程简单压力容器安全技术监察规程的适用范围的适用范围 图图 压力容器类别划分图压力容器类别划分图第一组介质第一组介质 压力容器的分类压力容器的分类 图图 压力容器类别划分图压力容器类别划分图第二组介质第二组介质 压力容器的分类压力容器的分类 压力容器的分类压力容器的分类 3. 按生产工艺过程中作用原理分类按生产工艺过程中作用原理分类 分为反应、换热、分离、储存四类

10、分为反应、换热、分离、储存四类,其中反应容器安全性其中反应容器安全性 要求最高要求最高,因其在进行物理、化学反应时因其在进行物理、化学反应时,可能造成压力、可能造成压力、 温度的变化温度的变化. 压力容器的分类压力容器的分类 4. 其他分类方法：其他分类方法： 4.1 按形状分类按形状分类,如圆筒形、球形、组合型如圆筒形、球形、组合型(前者均为回转壳前者均为回转壳 体体)以及方形、矩形等以及方形、矩形等; 4.2 按筒体结构分为整体式、组合式按筒体结构分为整体式、组合式. 4.3 按制造方法分为焊接按制造方法分为焊接(最为普通最为普通)、锻焊、锻造、锻焊、锻造(主要用于主要用于 超高压超高压)

11、、铸造、铸造(主要优点是方便制造主要优点是方便制造),但因其质量问题但因其质量问题 需加大安全系数需加大安全系数,多用于小型、低压多用于小型、低压. 压力容器的分类压力容器的分类 4. 其他分类方法：其他分类方法： 4.4 按材料分为金属与非金属两大类按材料分为金属与非金属两大类, ,其中其中: : 金属中分为钢、铸铁、有色金属与合金金属中分为钢、铸铁、有色金属与合金. .其中有色金属其中有色金属 与合金主要用于腐蚀等特殊工况与合金主要用于腐蚀等特殊工况, ,在生产条件、生产装在生产条件、生产装 备、原材料验收与堆放、吊装、运输包装，尤其是焊备、原材料验收与堆放、吊装、运输包装，尤其是焊 接等

12、环节有一系列特殊要求。接等环节有一系列特殊要求。 钢中以其化学成份又分为碳素钢、低合金钢（前两者钢中以其化学成份又分为碳素钢、低合金钢（前两者 主要是强度钢）及高合金钢（主要用于腐蚀、低温、主要是强度钢）及高合金钢（主要用于腐蚀、低温、 高温等特殊工况）。我国以标准抗拉强度下限高温等特殊工况）。我国以标准抗拉强度下限 540MPa 540MPa 作为高强度钢分界的理由。作为高强度钢分界的理由。 4. 其他分类方法：其他分类方法： 4.4 按材料分为金属与非金属两大类按材料分为金属与非金属两大类, ,其中其中: : 金属中分为钢、铸铁、有色金属与合金金属中分为钢、铸铁、有色金属与合金. .其中有

13、色金属其中有色金属 与合金主要用于腐蚀等特殊工况与合金主要用于腐蚀等特殊工况, ,在生产条件、生产装在生产条件、生产装 备、原材料验收与堆放、吊装、运输包装，尤其是焊备、原材料验收与堆放、吊装、运输包装，尤其是焊 接等环节有一系列特殊要求。接等环节有一系列特殊要求。 钢中以其化学成份又分为碳素钢、低合金钢（前两者钢中以其化学成份又分为碳素钢、低合金钢（前两者 主要是强度钢）及高合金钢（主要用于腐蚀、低温、主要是强度钢）及高合金钢（主要用于腐蚀、低温、 高温等特殊工况）。我国以标准抗拉强度下限高温等特殊工况）。我国以标准抗拉强度下限 540MPa 540MPa 作为高强度钢分界的理由。作为高强度

14、钢分界的理由。 压力容器结构 压力容器一般是由筒体（又称壳体）、封头（又称端盖）、法 兰、接管、人孔、支座、密封元件、安全附件等组成。它们统称 为过程设备零部件，这些零部件大都有标准。其典型过程设备有 换热器、反应器、塔式容器、储存容器等。 压力容器的结构形状主要有圆筒形、球形、和组合形。圆筒形 容器是由圆柱形筒体和各种成型封头（半球形、椭圆形、碟形、 锥形）所组成。球形容器由数块球瓣板拼焊成。承压能力很好， 但由于安置内件不便和制造稍难，故一般用作贮罐。压力容器的 筒体、封头（端盖）、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、 开孔补强圈、设备法兰；球罐的球壳板；换热器的管板和换热管； M36以上

15、的主螺栓及公称直径大于250mm的接管和管法兰均作为 主要受压元件。 压力容器结构典型结构 压力容器结构典型结构 压力容器结构典型结构 压力容器结构典型结构 压力容器结构典型结构 压力容器结构典型结构 压力容器结构零部件 1. 筒体筒体 圆柱形筒体是压力容器主要形式，制造容易、安装内件方便、 而且承压能力较好，因此应用最广。圆筒形容器又可以分为立式 容器和卧式容器。 由于容器的筒体不但存在与容器封头、法兰相配的问题，而且 卧式容器的支座标准也是按照容器的公称直径系列制定的，所以 不但管子有公称直径，筒体也制定了公称直径系列。 对于用钢板卷焊的筒体，用筒体的内径作为它的公称直径，其 系列尺寸有3

16、00、400、500、600等，如果筒体是用无缝钢管制 作的，用钢管的外径作为筒体的公称直径。 压力容器结构零部件 2. 封头封头 （1）球形封头壁厚最薄，用材比较节省。 但封头深度大、制造比较困难。 （2）椭圆形封头椭圆形封头纵剖面的曲 线部分是半个椭圆形，直边段高度为h， 因此椭圆形封头是由半个椭球和一个高度 为h的圆筒形筒节构成。椭圆壳体周边的 周向应力为压应力，应保证不失稳。 （3）碟形封头碟形封头是由三部分组成。 第一部分是以半径为Ri的球面部分，第二 部分是以半径为Di/2的圆筒形部分，第三 部分是连接这两部分的过渡区，其曲率半 径为r,Ri与r均以内表面为基准。不连续过 渡导致边

17、缘应力。 压力容器结构零部件 （4）球冠形封头球冠形封头可用作 端封头，也可以用作容器中两独立受 压室的中间封头，由于封头为一球面 且无过渡区，在连接边缘有较大边缘 应力，要求封头与筒体联接处的T形 接头采用全焊透结构。 （5）锥形封头锥形封头有无折边锥 形封头和折边锥形封头。 （6）平盖弯曲应力较大，在等厚度、 同直径条件下，平板内产生的最大弯 曲应力是圆筒壁薄膜应力的2030倍。 但结构简单，制造方便。 压力容器结构零部件 3. 支座支座 支座是用来支承容器重量和用来固定容器的位置。支座一般分为立式 容器支座、卧式容器支座。 立式容器支座分为耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。卧 式

18、容器多使用鞍式支座。 4. 法兰法兰 法兰连接主要优点是密封可靠和足够的强度。缺点是不能快速拆卸、 制造 成本较高。 法兰分类主要有以下方法： （1）按其被连接的部件分为压力容器法兰和管法兰。 （2）按法兰接触面的宽窄可分为窄面法兰和宽面法兰。 （3）按整体性程度分为整体法兰、松式法兰和任意式法兰。 5. 人孔与手孔人孔与手孔 压力容器结构开孔与补强 1 为何要进行开孔补强 通常所用的压力容器，由于各种工艺和结构的要求，需要在容器上开孔和安装接 管，由于开孔去掉了部分承压金属，不但会削弱容器的器壁的强度，而且还会因 结构连续性受到破坏在开孔附近造成较高的局部应力集中。这个局部应力峰值很 高，达

19、到基本薄膜应力的3倍，甚至5-6倍。再加上开孔接管处有时还会受到各种 外载荷、温度等影响，并且由于材质不同，制造上的一些缺陷、检验上的不便等 原因的综合作用，很多失效就会在开孔边缘处发生。主要表现不疲劳破坏和脆性 裂纹，所以必须进行开孔补强设计。 2 压力容器为何有时可允许不另行补强 压力容器允许可不另行补强是鉴于以下因素： 容器在设计制造中，由于用户要求，材料代用等原因，壳体厚度往往超过实际 强度的需要。厚度的增加使最大应力有所降低，实际上容器已被整体补强了。例 如：在选材时受钢板规格的限制，使壁厚有所增加；或在计算时因焊接系数壁厚 增加，而实际开孔不在焊缝上；还有在设计时采用封头与筒体等厚

20、或大一点，实 际上封头已被补强了。在多数情况下，接管的壁厚多与实际需要，多余的金属起 到了补强的作用。 压力容器结构开孔与补强 3 开孔补强结构 所谓开孔补强设计，就是指采取适当增加壳体或接管壁厚的方法以降低应力集中系数。 其所涉及的有补强形式、开孔处内、外圆角的大小以及补强金属量等。 (1) 加强圈是最常见的补强结构，贴焊在壳体与接管连接处，如图a、b、c。该补强结 构简单，制造方便，但加强圈与金属间存在一层静止的气隙，传热效果差。当两 者存在温差时热膨胀差也较大，因而在局部区域内产生较大的热应力。另外，加 强圈较难与壳体形成整体，因而抗疲劳性能较差。这种补强结构一般用于静压、 常温及中、低

21、压容器。 (2) 接管补强，即在壳壁与接管之间焊上一段厚壁加强管，如图d、e、f。它的特点是 能使所有用来补强的金属材料都直接处在最大应力区域内，因而能有效地降低开 孔周围的应力集中程度。低合金高强度钢制的压力容器与一般低碳钢相比有较高 的缺口敏感性，采用接管补强为好。 (3) 整锻件补强结构如图g、h、I，此结构的优点是补强金属集中于开孔应力最大的部 位，补强后的应力集中系数小。由于焊接接头为对接焊，且焊接接头及热影响区 可以远离最大应力点位置，所以抗疲劳性能好。但这种结构需要锻件，且机械加 工量大，所以一般只用于要求严格的设备。 压力容器结构开孔与补强 图 补强结构 压力容器设计压力容器设

22、计 1. 常用设计规范及适用的压力范围常用设计规范及适用的压力范围 GB1501998钢制压力容器 设计压力P：0.135 MPa ； 真空度：0.02 MPa JB473295钢制压力容器-分析设计标准 设计压力P：0.1100 MPa； 真空度：0.02 MPa 疲劳载荷；高温蠕变 GB1511999管壳式换热器 设计压力P：0.135 MPa ；真空度：0.02 MPa GB123371998钢制球形储罐 设计压力：P4MPa；公称容积：V50M3 压力容器设计压力容器设计 2. 设计时应考虑的载荷设计时应考虑的载荷 GB1501998钢制压力容器钢制压力容器： （1）内压、外压或最大压

23、差； （2）液体静压力(5%P)； 需要时，还应考虑以下载荷 （3）容器的自重（内件和填料），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； （4）附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷； （5）风载荷、地震力、雪载荷； （6）支座、座底圈、支耳及其他形式支撑件的反作用力； （7）连接管道和其他部件的作用力； （8）温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力； （9）包括压力急剧波动的冲击载荷； （10）冲击反力,如流体冲击引起的反力等； （11）运输或吊装时的作用力。 压力容器设计压力容器设计 3.3.失效准则失效准则: :容器从承载到载荷的不断加大最后破坏经历弹性变形、塑

24、性变形、爆 破，因此容器强度失效准则有三种观点： （1）弹性失效常规设计（GB150等） 弹性失效准则认为壳体内壁产生屈服即达到材料屈服限时该壳体即失效，将 应力限制在弹性范围，按照强度理论把筒体限制在弹性变形阶段。认为圆筒内壁 面出现屈服时即为承载的最大极限。 （2）塑性失效分析设计（JB4732） 塑性失效准则将容器的应力限制在塑性范围，认为圆筒内壁面出现屈服而外 层金属仍处于弹性状态时，并不会导致容器发生破坏，只有当容器内外壁面全屈 服时才为承载的最大极限。 （3）爆破失效高压、超高压设计 爆破失效准则认为容器由韧性钢材制成，有明显的应变硬化现象，即便是容 器整体屈服后仍有一定承载潜力，

25、只有达到爆破时才是容器承载的最大极限。 *用途：设计的理论基础，指标限制，什么时候算失效，不能用。 压力容器设计压力容器设计 4.4.弹性实效准则下的四个强度理论：弹性实效准则下的四个强度理论： 第一强度理论（最大主应力理论）常规设计（GB150等） 这个理论也叫做“最大正应力理论”，该理论假定材料的破坏只取决于绝对值最大的 正应力，就是说，材料不论在什么复杂的应力状态下，只要三个主应力中有一个 达到轴向拉伸或压缩中破坏应力的数值时，材料就要发生破坏。 第二强度理论（最大变形理论） 这个理论也称为“最大线应变理论”，它认为材料的破坏取决于最大线应变，即最大 相对伸长或缩短。 第三强度理论（最大

26、剪应力理论）分析设计（JB4732） 此即“最大剪应力理论”。该理论认为，无论材料在什么应力状态下，只要最大剪应 力达到在轴向拉伸中破坏时的数值，材料就发生破坏。 第四强度理论（剪切变形能理论） 该理论也称作“形状改变比能理论”认为材料的破坏取决于变形比能，把材料的破 坏归结为应力与变形的综合。 *用途：将复杂应力状态进行等效简化，以便建立强度条件关系式。 压力容器设计压力容器设计 5. 安全系数安全系数 5.1 安全系数的作用安全系数的作用-安全性与经济性辩证统一，整部安全性与经济性辩证统一，整部 标准规范的核心标准规范的核心。 5.2 为何有安全系数为何有安全系数 载荷误差载荷误差; 设计

27、误差设计误差; 材料误差材料误差; 制造与检验的误差制造与检验的误差; 使用中的问题使用中的问题; 未可知因素未可知因素 压力容器设计压力容器设计 5. 安全系数安全系数 5.3 安全系数发展的历史与趋向安全系数发展的历史与趋向 单一走向多元单一走向多元-n-nb b( (强度强度) )、n ns s( (屈服屈服) )、n ns st t( (设计温度设计温度 下屈服下屈服) )、n nD D( (持久持久) )、n nn n( (蠕变蠕变) )。取五者中最小许用。取五者中最小许用 应力。应力。 从高从高到低，下降趋势（技术进步，经验积累）。到低，下降趋势（技术进步，经验积累）。 针对不同应

28、力对安全的不同影响，取不同的安全系针对不同应力对安全的不同影响，取不同的安全系 数。数。 固容规固容规对安全系数的调整对安全系数的调整 压力容器设计压力容器设计 5. 安全系数安全系数 5.4 螺栓安全系数的特殊性螺栓安全系数的特殊性-避免过度上紧避免过度上紧 （GB150表表3-2） 一般只对屈服点取安全系数一般只对屈服点取安全系数 依材料而异依材料而异 依规格而异依规格而异 压力容器设计压力容器设计 6. 焊缝焊缝(焊接接头焊接接头)系数系数 6.1 焊缝系数的作用焊缝系数的作用-设计系数。考虑焊缝对容器强度的设计系数。考虑焊缝对容器强度的 削弱，用整个增加壁厚的方式补足削弱，用整个增加壁

29、厚的方式补足. . 6.2 焊缝系数的选取焊缝系数的选取-依焊接接头型式及无损检测长度（依焊接接头型式及无损检测长度（ 比例）确定。比例）确定。 压力容器设计压力容器设计 6. 焊缝焊缝( (焊接接头焊接接头) )系数系数 6.3 几个问题的解释几个问题的解释 相当相当于双面焊的全焊透对接接头，可采用多种方法实于双面焊的全焊透对接接头，可采用多种方法实 现，最终由无损检测判断；现，最终由无损检测判断； 一般均指纵缝，环缝焊接接头系数仅在特定条件（如一般均指纵缝，环缝焊接接头系数仅在特定条件（如 高塔风载）下采用高塔风载）下采用; ; 容规容规对无垫板单面焊环向接头焊缝系数的规定，应理对无垫板单

30、面焊环向接头焊缝系数的规定，应理 解为对无垫板单面焊使用的限制。解为对无垫板单面焊使用的限制。 压力容器设计压力容器设计 7.7.应力分析设计的一般概念应力分析设计的一般概念 7.1 常规设计的局限性（常规设计的局限性（GB150、151、12337等）等） 压力容器的常规设计经过了长期的实践考验，简便可靠，目前仍为各国压力容 器设计规范所采用。然而，常规设计也有其局限性，主要表现在以下几方面。 载荷限制：常规设计将容器承受的“最大载荷”按一次施加的静载荷处理，不涉 及容器的疲劳寿命问题，不考虑热压力。 计算不准确，难以发现危险点，也不经济：常规设计以材料力学及板壳薄膜简化 模型的简化计算公式

31、为基础，确定筒体中平均应力的大小，只要此值限制在以弹 性失效设计准则所确定的许用应力范围之内，则认为筒体是安全的。而对容器上 结构不连续区域和一些部件，只能通过经验公式或经验系数计算，同时限制结构 尺寸、形状、工作条件来保证安全。显然，这种方法是粗略的，具有局限性。 结构限制：常规设计规范中规定了具体的容器结构形式，但规范中未作规定或限 制应用的一些结构和载荷形式就无法采用，因此，常规设计不利于新型设备和结 构的开发和使用。 压力容器设计压力容器设计 7.7.应力分析设计的一般概念应力分析设计的一般概念 7.2 应力分析设计（应力分析设计（JB4732JB4732）与规则设计（）与规则设计（G

32、B150GB150）的主）的主 要区别要区别 GB150GB150将复杂（真实）应力状态简化，只考虑一次膜将复杂（真实）应力状态简化，只考虑一次膜 应力对安全的影响，其他应力的影响用结构限制、元应力对安全的影响，其他应力的影响用结构限制、元 件系数等方法简单处理，可满足多数一般产品安全，件系数等方法简单处理，可满足多数一般产品安全， 设计计算简便，同一台容器采用统一的安全系数；设计计算简便，同一台容器采用统一的安全系数； JB4732JB4732需进行详细的应力计算与分类，可满足高参需进行详细的应力计算与分类，可满足高参 数重要产品的安全，设计计算复杂必须采用计算机，数重要产品的安全，设计计算

33、复杂必须采用计算机， 根据不同应力的各种组合（应力强度）对安全的不根据不同应力的各种组合（应力强度）对安全的不 同影响分别加以不同限制。同影响分别加以不同限制。 压力容器设计压力容器设计 7.2 应力分析设计（应力分析设计（JB4732JB4732）与规则设计（）与规则设计（GB150GB150）的主）的主 要区别要区别 GB150GB150采用第一强度理论，弹性失效准则，不适用采用第一强度理论，弹性失效准则，不适用 于疲劳容器，压力适用上限于疲劳容器，压力适用上限35MPa35MPa，安全系数较高；，安全系数较高； JB4732JB4732采用第三强度理论，塑性失效准则，可用于采用第三强度理

34、论，塑性失效准则，可用于 疲劳容器，压力适用上限疲劳容器，压力适用上限100MPa100MPa，安全系数较低。，安全系数较低。 二者的制造检验要求无本质差别，仅二者的制造检验要求无本质差别，仅JB4732JB4732要求更要求更 严格，如不允许采用局部无损检测、每台容器均制严格，如不允许采用局部无损检测、每台容器均制 备产品焊接试板、对接管开孔倒圆倒角有明确要求、备产品焊接试板、对接管开孔倒圆倒角有明确要求、 疲劳容器不得保留焊缝余高等。疲劳容器不得保留焊缝余高等。 压力容器设计压力容器设计 7.3 应力分类的基本知识应力分类的基本知识 按各类应力对容器安全的不同影响按各类应力对容器安全的不同

35、影响, ,将其分为一次应力、将其分为一次应力、 二次应力与峰值应力二次应力与峰值应力. . 压力容器制造压力容器制造 1. 产品焊接试件产品焊接试件 1.1产品焊接试件的作用产品焊接试件的作用 产品施焊后，用检验试件焊缝力学性能的办法，来考产品施焊后，用检验试件焊缝力学性能的办法，来考 核产品焊缝的力学性能是否合格。它不能替代无损检核产品焊缝的力学性能是否合格。它不能替代无损检 测与外观检查。测与外观检查。 压力容器制造压力容器制造 41.2 需要制备产品焊接试件的条件需要制备产品焊接试件的条件 碳钢、低合金钢制低温压力容器；碳钢、低合金钢制低温压力容器； 材料标准抗拉强度下限值大于或者等于材

36、料标准抗拉强度下限值大于或者等于 540MPa的低合金钢制压力容器；的低合金钢制压力容器； 需经过热处理改善或者恢复材料力学性能的钢需经过热处理改善或者恢复材料力学性能的钢 制压力容器；制压力容器； 设计图样注明盛装毒性为极度或者高度危害介设计图样注明盛装毒性为极度或者高度危害介 质的压力容器；质的压力容器； 设计图样和本规程引用标准要求制备产品焊接设计图样和本规程引用标准要求制备产品焊接 试件的压力容器。试件的压力容器。 压力容器制造压力容器制造 41.3 焊接试件要求焊接试件要求 产品焊接试件应当在筒节纵向焊缝的延长部位与筒产品焊接试件应当在筒节纵向焊缝的延长部位与筒 节同时施焊（球形压力

37、容器和锻焊压力容器除外）；节同时施焊（球形压力容器和锻焊压力容器除外）； 试件的原材料必须合格，并且与压力容器用材具有试件的原材料必须合格，并且与压力容器用材具有 相同标准、相同牌号、相同厚度和相同热处理状态；相同标准、相同牌号、相同厚度和相同热处理状态； 试件应当由施焊该压力容器的焊工采用与施焊压力试件应当由施焊该压力容器的焊工采用与施焊压力 容器相同的条件与焊接工艺施焊，有热处理要求的容器相同的条件与焊接工艺施焊，有热处理要求的 压力容器，试件一般应当随压力容器一起热处理，压力容器，试件一般应当随压力容器一起热处理， 否则应当采取措施保证试件按照与压力容器相同的否则应当采取措施保证试件按照

38、与压力容器相同的 工艺进行热处理；工艺进行热处理； 每台压力容器制备产品焊接试件的数量，由制造单每台压力容器制备产品焊接试件的数量，由制造单 位根据压力容器的材料、厚度、结构与焊接工艺，位根据压力容器的材料、厚度、结构与焊接工艺， 按照设计图样和本规程引用标准要求确定。按照设计图样和本规程引用标准要求确定。 压力容器制造压力容器制造 1.4 不合格处理不合格处理 允许重新取样复验允许重新取样复验 允许重新热处理允许重新热处理 如仍不合格且无试件如仍不合格且无试件, ,则代表的产品焊缝为不则代表的产品焊缝为不 合格合格 1.5 应注意的问题应注意的问题 试件焊缝应探伤，但无合格级别且不需返修，试

39、件焊缝应探伤，但无合格级别且不需返修， 目的在于避开缺陷处取样，防止缺陷造成试目的在于避开缺陷处取样，防止缺陷造成试 验结果不合格。验结果不合格。 环环缝不做，需要时做鉴证环。缝不做，需要时做鉴证环。 压力容器制造压力容器制造 2. 焊后焊后(消除应力消除应力)热处理热处理 2.1 目的目的 消除过大焊接应力消除过大焊接应力 2.2 焊接应力产生的原因、特点及危害焊接应力产生的原因、特点及危害 焊接应力因焊接过程中变形协调产生焊接应力因焊接过程中变形协调产生 焊接应力的特点焊接应力的特点: :量值高量值高, ,可能可能屈服极限；一直存在；屈服极限；一直存在； 属二次应力有属二次应力有“自限性自

40、限性”；测量困难（；测量困难（x x光衍射、小光衍射、小 孔）。孔）。 对容器的主要危害为应力腐蚀。对容器的主要危害为应力腐蚀。 压力容器制造压力容器制造 2. 焊后焊后(消除应力消除应力)热处理热处理 2.3 需进行焊后热处理的条件需进行焊后热处理的条件(GB150 10.4.1)(GB150 10.4.1) 通用条件通用条件-依据材质、厚度、预热温度的不同组合依据材质、厚度、预热温度的不同组合 判定；判定； 必需条件必需条件-图样注明应力腐蚀、盛装极度、高度危图样注明应力腐蚀、盛装极度、高度危 害介质；害介质； 免做条件免做条件-奥氏体不锈钢；奥氏体不锈钢； 关注应力腐蚀的复杂性（介质、温

41、度、酸碱度、材质、关注应力腐蚀的复杂性（介质、温度、酸碱度、材质、 残余应力等）残余应力等） 压力容器制造压力容器制造 2. 焊后焊后(消除应力消除应力)热处理热处理 2.4 焊后热处理焊后热处理 整体整体进炉、分段进炉、局部、现场热处理进炉、分段进炉、局部、现场热处理 2.5 热处理工艺要求热处理工艺要求 进、出炉炉温；升、降温速度；保温时温差；炉内气进、出炉炉温；升、降温速度；保温时温差；炉内气 氛。目的在于热透；避免过大温差应力造成的损害氛。目的在于热透；避免过大温差应力造成的损害. 压力容器制造压力容器制造 3. 耐压试验与气密性试验耐压试验与气密性试验 3.1 耐压试验的目的耐压试验

42、的目的 内压内压竣工后出厂前全面考核竣工后出厂前全面考核( (验证验证) )强度强度; ;检漏检漏 3.2 液压试验液压试验 试验压力的确定试验压力的确定-试验压力计算公式中的系数与安全试验压力计算公式中的系数与安全 系数有关，试验前的应力校核是基于弹性失效准则。系数有关，试验前的应力校核是基于弹性失效准则。 压力容器制造压力容器制造 3. 耐压试验与气密性试验耐压试验与气密性试验 3.3 气压试验气压试验 气压试验的危险气压试验的危险性远高于液压，气体会高速恢复被压性远高于液压，气体会高速恢复被压 缩的体积形成冲击波；缩的体积形成冲击波； 允许气压试验的条件：因承重等原因无法液压；液体允许气

43、压试验的条件：因承重等原因无法液压；液体 无法吹干排净生产无法吹干排净生产中不允许残留液体。中不允许残留液体。 压力容器制造压力容器制造 3. 耐压试验与气密性试验耐压试验与气密性试验 3.4 气密试验气密试验 目的目的-检漏检漏 条件条件-极度高度危害介质极度高度危害介质; ;生产工艺过程中不允许生产工艺过程中不允许 泄漏泄漏； 试验介质试验介质-空气、氨、惰性气体等，气压试验后是空气、氨、惰性气体等，气压试验后是 否再做气密与介质有关否再做气密与介质有关 试验合格指标与检漏方法试验合格指标与检漏方法 压力容器制造压力容器制造 4. 压力容器的改造与维修压力容器的改造与维修 4.1 应充分关

44、注改造与维修的难度和质量应充分关注改造与维修的难度和质量 在使用现场对在役容器进行维修、改造在使用现场对在役容器进行维修、改造, ,尤其是动火尤其是动火 ( (焊接焊接) )维修、改造在技术上是件十分困难的事维修、改造在技术上是件十分困难的事, ,主要主要 难点在于难点在于: : 缺陷的去除、坡口加工、开孔等由于位置、工具等缺陷的去除、坡口加工、开孔等由于位置、工具等 原因，难度大于制造厂原因，难度大于制造厂； 焊接修复由于位置、施焊环境、预热条件、拘束度焊接修复由于位置、施焊环境、预热条件、拘束度 等原因，难度大于制造厂。等原因，难度大于制造厂。 在役产品的材料可能早被淘汰，在长期使用过程中

45、在役产品的材料可能早被淘汰，在长期使用过程中 因老化、腐蚀等原因可能造成材料性能质量的改变，因老化、腐蚀等原因可能造成材料性能质量的改变， 均会加大维修、改造的难度。均会加大维修、改造的难度。 压力容器制造压力容器制造 4. 压力容器的改造与维修压力容器的改造与维修 4.2 对提高维修改造的建议措施对提高维修改造的建议措施 提高对维修改造单位、人员的市场准入标准。提高对维修改造单位、人员的市场准入标准。 焊补前一定要严格进行无损检测确保缺陷除净，并焊补前一定要严格进行无损检测确保缺陷除净，并 应进行必要的焊接工艺评定。应进行必要的焊接工艺评定。 对对Cr-MoCr-Mo低合金钢及高强钢的维修改

46、造应慎之又慎，低合金钢及高强钢的维修改造应慎之又慎， 最好由原制造厂或其他经验丰富的单位实施。最好由原制造厂或其他经验丰富的单位实施。 是否值得维修改造要充分考虑容器的使用年限与价是否值得维修改造要充分考虑容器的使用年限与价 值。值。 压力容器制造压力容器制造 5.锻钢、铸铁、不锈钢及有色金属制压力容器锻钢、铸铁、不锈钢及有色金属制压力容器 5.1 锻钢容器锻钢容器 主要有（整体）锻造容器（主要用于超高压）、锻焊主要有（整体）锻造容器（主要用于超高压）、锻焊 容器（主要用于大型重要产品）以及其他容器所用的容器（主要用于大型重要产品）以及其他容器所用的 锻件（如平盖、平底封头、筒体端部等）。锻件

47、（如平盖、平底封头、筒体端部等）。 关键是锻件质量，基本要求为关键是锻件质量，基本要求为JB4726JB47264728.4728. 锻焊容器环缝焊接缺乏经验时，应于施焊前做鉴证环锻焊容器环缝焊接缺乏经验时，应于施焊前做鉴证环. . 压力容器制造压力容器制造 5.锻钢、铸铁、不锈钢及有色金属制压力容器锻钢、铸铁、不锈钢及有色金属制压力容器 5.2 铸铁容器铸铁容器 因其质量只能用于小型、非重要场合。因其质量只能用于小型、非重要场合。 表面缺陷只能用加装螺塞方法修补，但对塞头深度表面缺陷只能用加装螺塞方法修补，但对塞头深度 与直径有限制。与直径有限制。 首次试制产品应进行爆破试验。首次试制产品应

48、进行爆破试验。 压力容器制造压力容器制造 5.锻钢、铸铁、不锈钢及有色金属制压力容器锻钢、铸铁、不锈钢及有色金属制压力容器 5.3 不锈钢及有色金属制容器不锈钢及有色金属制容器 有色金属制容器包括铝、钛、镍、锆及其合金。有色金属制容器包括铝、钛、镍、锆及其合金。 材料堆放、制造、吊装、运输全过程中应保持清洁，材料堆放、制造、吊装、运输全过程中应保持清洁， 避免与钢等金属直接接触，防有害离子污染。避免与钢等金属直接接触，防有害离子污染。 下料切割、坡口加工宜采用机械法，热切割多用离下料切割、坡口加工宜采用机械法，热切割多用离 子切割，加工边缘应打磨去除污染区。子切割，加工边缘应打磨去除污染区。

49、焊接是质量关键，包括坡口表面及附近的清洁要求，焊接是质量关键，包括坡口表面及附近的清洁要求， 焊接方法多采用气体保护焊、等离子焊等。焊接方法多采用气体保护焊、等离子焊等。 压力容器的安全附件压力容器的安全附件 安全阀 爆破片 压力表 液面计 测温仪表 紧急切断装置 快开门式压力容器安全连锁装置 压力容器的检验 4第十三条 按照安全技术规范的要求，应当进行型式试验的特种 设备产品、部件或者试制特种设备新产品、新部件、新材料，必 须进行型式试验和能效测试。 4第二十一条 锅炉、压力容器、压力管道元件、起重机械、大型 游乐设施的制造过程和锅炉、压力容器、电梯、起重机械、客运 索道、大型游乐设施的安装

50、、改造、重大维修过程，必须经国务 院特种设备安全监督管理部门核准的检验检测机构按照安全技术 规范的要求进行监督检验；未经监督检验合格的不得出厂或者交 付使用。 4第二十八条 特种设备使用单位应当按照安全技术规范的定期检 验要求，在安全检验合格有效期届满前1个月向特种设备检验检测 机构提出定期检验要求。 检验检测机构接到定期检验要求后，应当按照安全技术规范 的要求及时进行安全性能检验和能效测试。 未经定期检验或者检验不合格的特种设备，不得继续使用。 压力容器的检验 4第四十一条 从事本条例规定的监督检验、定期检验、 型式试验以及专门为特种设备生产、使用、检验检测 提供无损检测服务的特种设备检验检

51、测机构，应当经 国务院特种设备安全监督管理部门核准。 特种设备使用单位设立的特种设备检验检测机构, 经国务院特种设备安全监督管理部门核准，负责本单 位核准范围内的特种设备定期检验工作。 4第四十三条 特种设备的监督检验、定期检验、型式试 验和无损检测应当由依照本条例经核准的特种设备检 验检测机构进行。 特种设备检验检测工作应当符合安全技术规范的 要求。 压力容器的检验检验的分类 4按按条例条例和环节分类和环节分类 型式试验（生产环节型式试验（生产环节设计）设计） 监督检验（生产环节监督检验（生产环节制造、安装、改造、维修）制造、安装、改造、维修） 定期检验（使用环节）定期检验（使用环节） 4按工作内容分类按工作内容分类 监督性质的检验监督性质的检验重点在于过程监督，兼有关键重点在于过程监督，兼有关键 点的检查与验证点的检查与验证 验证性质的检验验证性质的检验重点在于