全面详解压力容器

1、压力容器基本概念1.压力容器的基本法规标准1.1 法律、规程、条例特种设备安全法（升级、取代国务院 （2009）549号 特种设备安全监察条例 （2014 0101实施）；TSGR00042009固定式压力容器安全技术监察规程（20101201实施） （简称固容规；TSGR00052009移动式压力容器安全技术监察规程（20101201实施）；TSGR10012008压力容器压力管道设计许可规则（20030101实施）锅炉压力容器制造监督管理办法（国质监22号令-20030101实施）1.2 （强制性）技术标准GB150.14-2014 压力容器（取代GB150-1998)通用规定、材料、设计

2、、制造与检验 常规设计-弹性失效（20120301实施）简称GB150；GB151-1999管壳式换热器（ GB/T151-2014热交换器(20150401实施）；JB4732-1995钢制压力容器分析设计标准应力分析设计-弹塑性失效。2.压力容器的管辖(适用)范围2.1 TSGR0004-2009固容规）( 监检)PW50.1MPa；PV 2.5MPa.L；盛装介质为气体、液化气体以及最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。2.2 GB 150.14-2011压力容器P0.1MPa，且35MPa，或者真空度（外压）不低于0.02MPa ；设计温度：269900；内直径：不小于 150mm

3、。3.压力容器的分类3.1 按作用原理分类：反应、换热、分离、储存。3.2 按压力等级分类固容规，按压力容器的设计压力（p）划分为低压、中压、高压和超高压四个压力等级：1）低压（代号L），0.1MPap1.6 MPa；2）中压（代号M），1.6MPap10.0 MPa；3）高压（代号H），10.0MPap100 MPa；4）超高压（代号U），p100.0 MPa。3.3 按危险性分类固容规，先把压力容器的介质按危害性分为以下两组。第一组介质：毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质；易燃介质；液化气体；第二组介质：由除第一组以外的介质组成，如水蒸汽、氮气等。然后，根据介质特性组别：设计压力p（单

4、位Mpa）容积V（单位为L）综合划分为、类。具体分类查表确定。3.4 按压力容器设计、制造许可证分类A、B、C、D、SAD五个大级别。A级（1）A1级：超高压容器、高压容器；（2）A2级：第类低、中压容器；（3）A3级：球形储罐；（4）A4级：非金属压力容器B级：气瓶C级：（1）C1级：铁路罐车；（2）C2级：汽车罐车、长管拖车；（3）C3级：罐式集装箱。D级（1）D1级：第类压力容器；（2）D2级：第类压力容器。SAD级。应力分析设计压力容器。3.5 按温度分类GB150规定，设计温度低于-20的碳素钢、低合金钢、双相不锈钢和铁素体不锈钢制容器，以及设计温度低于-196的奥氏体不锈钢制容器，

5、属于低温容器。特殊要求: 材料、设计、结构、制造、检验3.6 其它分类方法按容器主体材料分有：钢制（碳素钢、低合金钢、高合金钢）、铝制、钛制、其它有色金属等。按结构形式分有：单层、锻焊、多层包扎、绕带、绕板、热套、无缝。按容器截面形状分有：圆形截面、非圆形截面。按主轴线方向分有：立式、卧式。按容器壁厚分有：薄壁、厚壁。压力容器的结构和主要零部件2. 封头也是压力容器最主要的组成部分；通常有椭圆封头、碟形封头、半球形封头、锥形封头、平盖封头、球冠封头等封头已标准化，最新标准为GB/T25198-2010压力容器用封头。2.1 椭圆形封头长短半径比例为2：1的标准椭圆的一半，带25或40mm直边。

6、2.2. 碟形封头由半径为 R 的球面，半径为 r 的连接球面与高度为h的直边三部分组成。2.3. 半球形封头一般为标准半球形状，一般不带直边。应力状态好，但加工制造困难，仅用于高压或直径大的容器。2.4. 锥形封头：角度可变，两端分别可带圆弧和直边。2.7 钢制封头冲压后的壁厚变化4 设备法兰是容器与介质输送管道或仪表、安全附件管道等进行连接的附件。又称压力容器法兰，用于连接壳体与壳体、壳体与平盖、壳体与管板。标准：J B/T47004707-2000分甲型平焊法兰、乙型平焊法兰和长颈对焊法兰三种类型。密封面分突面（RF）、凹凸面（MFM）和榫槽面（TG）三种密封面。5 支座压力容器的支撑结

7、构。标准：J B/T4712-2007分鞍式支座、耳式支座、腿式支座和支撑式支座四种类型。还有非标的裙式支座，简称裙座。7 压力容器视镜简称视镜，最新标准：HG21619-1986视镜玻璃为钢化硼硅玻璃。根据结构分带颈和不带颈两种，用于特材容器时有衬里或衬垫结构。8 压力容器膨胀节简称膨胀节，最新标准： GB 16749-1997作用：用于压力容器、换热器、常压容器及管道，能实现短距离伸缩，缓解温度差和材料热膨胀系数不同等造成的轴向应力。类型主要分ZX、ZD、HF、HZ四种，常用的是HF型和ZD型：9 检查孔（人孔与手孔）最新标准： HG2151421535-95 和HG2159421604-

8、99。人孔规格：DN400-DN600,手孔规格：DN100-DN250.人孔结构、法兰型式、密封面类型、垫片类型和材料及标准件材料配套选用。常用的人孔结构有：回转盖式、水平吊盖式和垂直吊盖式。法兰型式包括PL型、SO型和WN型。密封面主要有RF，MFM和TG三种，高压下可能用到RJ型。垫片主要有石棉橡胶板，柔性石墨复合垫和聚四氟乙烯包覆垫三种，在压力较高的设备中,可用到缠绕垫和金属环垫。连接标准件是螺柱/螺母或螺栓/螺母，材料主要是8.8/8级和35CrMoa/30CrMo。10 补强圈最新标准：JB/T 4736-2002 。用于弥补开孔处壳体的强度.被补强圈覆盖的焊接接头，要打磨平齐，并

9、100%RT, 级别按壳体。安装补强圈时，应将螺孔放在壳体最低的位置。安装后由螺孔通入0.4-0.5MPa的空气进行检漏，检查焊缝质量。11 垫片相关标准：HG/T 2060620613-2009， HG/T 2062720633-2009，JB/T 47054706-2000， JB/T4718/4719/4720-1992 等。用于各种法兰之间的密封，根据介质、设计压力和设计温度可选择非金属平垫片、聚四氟乙烯包覆垫片、柔性石墨复合垫片、金属包垫片、金属缠绕垫片、齿形组合垫片、金属环垫片等各种类型。制造压力容器的主要材料1.钢材（1）机械性能1、材料的强度2、材料的塑性3、材料的韧性4、材料

10、的硬度5、温度对钢的机械性能的影响（2）钢材的耐蚀性能注意：耐蚀性不是材料的固有特性，它随材料的工作条件而改变。例如：铁、碳钢、不锈钢、铜不同条件下的耐蚀性。工程应用意义：选材硫酸碳钢；尿素S31603（3）钢材的化学成份与钢材牌号1、钢材的常用合金元素及其作用（铁、碳之外）元素名称作 用Mn抑制FeS生成，防止热脆；细化珠光体组织；提高淬透性。Si提高淬透性和抗回火性；增强在大气环境中的耐蚀性。Cr增加淬透性；提高高温抗氧化性；增加热强性。Ni细化铁素体提高塑性和韧性；改善耐蚀性；提高热强性。Mo提高淬透性；增加热强性；增强耐蚀性(有机酸及还原性介质)。Ti固溶强化；增加回火稳定性；提高抗晶

11、间和应力腐蚀能力。V增加回火稳定性；细化晶粒提高韧性；提高n和D；抗氢腐蚀。Nb增加回火稳定性；细化晶粒提高韧性；改善焊接性。Al固溶强化；细化晶粒；改善抗高温氧化性和对H2S气体耐蚀性。2、钢材牌号1） 碳钢的编号A 以钢材的屈服点及质量等级进行编号，如：Q235A.F，各字符含义如下：Q 钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母；235表示钢材的屈服强度为235MPa。A、B、C、D 分别为质量等级；F 沸腾钢“沸”字汉语首位字母；B 半镇静钢“半”字汉语拼音首位字母；Z 镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母；TZ 特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音首位字母；在牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”符号予以

12、省略。B 碳钢编号除按屈服强度编号外，还有一种编号方法，以钢材的含碳量的万分之几表示：如10#钢、20#钢等，其碳含量分别为0.1%和0.2% 。（详见南社百科）2）合金钢的编号数字化学元素符号数字表示，第一个数字表示钢材的碳含量，以万分之几表示，后面的数字表示合金元素的含量，以百分之几表示，中间的化学元素符号表示合金元素的种类，当合金元素含量1.5%时，一般省略中间的数字。如：16Mn表示碳含量为0.16%，Mn含量1.5%3）特殊钢的编号A体不锈钢，含碳量0.1%(晶间腐蚀)-低碳、超低碳当含碳量0.08%及0.04%时分别用0(08)以及00(03)表示。如:0Cr18Ni9（S3040

13、8)、00Cr17Ni14Mo2(S31603)。3 压力容器用钢的一般要求1、 化学成分 （C、P、S限制）1）用于焊接的碳素钢和低合金钢C0.25 、P0.035、S0.035。2）压力容器专用钢中碳素钢和低合金钢（钢板、钢管和钢锻件）的磷、硫含量应当符合下列要求：a 碳素钢和低合金钢钢材基本要求， P0.030、S0.020；b Rm大于等于540MPa的钢材，P0.025、S0.015；c 用于设计温度低于-20，并且Rm小于540MPa的钢材，P0.025、S0.012。d 用于设计温度低于-20，且Rm大于等于540MPa的钢材，P0.020、S0.010。2、机械性能：足够高的强

14、度、良好的韧性和塑性、足够的断裂韧性、低的无塑性转变温度（NDT）。3、制造工艺性能：良好的塑性、可焊性（C、Ceq、Pcm、焊接接头硬度）。4、特殊性能：耐高温、耐低温和耐腐蚀性。二、钢板常用钢号：Q235-B，Q235-C，GB/T3274-2007碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带Q245R ，GB713-2014 锅炉和压力容器用钢板。2）化学成分与力学性能碳素结构钢钢板化学成分见下表3）使用限制：钢号标准钢板状态容器设计压力（MPa）钢板使用温度（）容器壳体用钢板厚度(mm)容器中的介质Q235-BGB/T3274-2007热轧1.62030016不得用于毒性为高度和极度介质Q

15、235-C热轧1.6030016同上Q245RGB713-2014热轧、正火3520475100无限制GB150，对Q235-B ，Q235-C 的使用，还做了特别限制A P0.035、S0.035B 厚度大于等于6要做冲击试验，C 钢板应进行冷弯试验。制造、供应麻烦，趋向淘汰。4）使用场合（1）机械性能：较高的强度和硬度，较好的塑性和韧性。（2）加工工艺性能：具有良好的加工性。可铸、锻、切削和各种冷热加工，低碳钢具有良好的焊接性能。（3）耐腐蚀性能：耐腐蚀性较差。但对农硫酸和温度不高的稀碱液具有耐蚀性。使用限制：与合金钢相比强度较低，只能用于压力不很高的中小型容器；耐腐蚀性差，不能用于腐蚀性

16、介质；使用温度范围较窄，不能用于高温或低温场合。1.3低温用钢钢板（同时具备高强度和良好的低温韧性。 适用于在-20低温工况下运行的压力容器）1）钢板牌号：16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR，GB3531-2014低温压力容器用低合金钢板；07MnNiVDR 、07MnNiMoVDR，GB19189-2011压力容器用调质高强度钢板；2）使用与限制：钢号标准钢板状态容器设计压力（MPa）钢板使用温度（）容器壳体用钢板厚度(mm)冲击试验温度（）16MnDRGB3531-2014正火、正火加回火通常35-403506100-4015MnNiDR通常35-45100660-4509M

17、nNiDR通常35-703506100-7007MnNiMoVDRGB19189-2011调质通常35-403501660-451.4 中温抗氢钢（耐热钢）钢板（具有较高的高温强度（400600）和良好的抗氢腐蚀性能（200 ）。1）钢板牌号：15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr1MoVR，GB 713-2014锅炉和压力容器用钢板。2）使用与限制：钢号标准钢板状态钢板使用温度（）容器壳体用钢板厚度(mm)10万小时断裂强度()/MPa15CrMoRGB713-2008正火加回火2055061005614Cr1MoR2055061205612Cr2Mo1R205756

18、1206912Cr1Mo1VR205756120691.5 高合金钢钢板不锈耐酸（热）钢钢板（合金10）(优质低合金钢加入1214铬即称为不锈钢，能耐弱腐蚀性介质； 加入1618及更多铬称为耐酸不锈钢；统称不锈钢）具有较高的高温强度（400700）、低温韧性和良好的耐腐蚀性。）。1）钢板牌号代表(25个)：F: 06Cr13Al(S11348)、06Cr13(S11306)、A: 06Cr19Ni10(S30408) 、06Cr18Ni11Ti(S32168)、 06Cr17Ni12Mo2(S31608)、06Cr17Ni12Mo2Ti(S31668)、06Cr19Ni13Mo3(S31708

19、)、022Cr19Ni10(S30403) 、022Cr17Ni12Mo2(S31603)、022Cr19Ni13Mo3(S31708)A+F: 022Cr19Ni5Mo3Si2N (S21953)、022Cr22Ni5Mo3N (S2253)GB 24511-2009 承压设备用不锈钢钢板及钢带2）使用与限制：(优质低合金钢加入1214铬即称为不锈钢，能耐弱腐蚀性介质；加入1618及更多铬称为耐酸不锈钢；统称不锈钢）钢号标准钢板状态固态相含碳量%强度耐蚀性06Cr13AlGB 24511-2009退火铁素体0.08好差06Cr13铁素体0.08好差06Cr19Ni10固溶奥氏体0.07一般一

20、般06Cr17Ni12Mo20.08一般一般022Cr19NI100.03一般良好022Cr17Ni12Mo20.03一般良好022Cr19NI5Mo3Si2N铁素体+奥氏体（双相钢）0.03良好良好钢管碳素结构钢管1）钢管牌号： 10、 20GB/T 8163-2008输送流体用无缝钢管GB 9948-2013石油裂化用无缝钢管GB 6479-2013化肥设备用高压无缝钢管2）使用及限制钢号标准钢管状态适用壁厚（mm）适用温度（）其它限制10GB/T8163热轧10-10475P4.0MPa，不用于换热管，不用毒性极度、高度正火300475GB994820GB/T8163热轧10-20475

21、P4.0MPa，不用于换热管，不用毒性极度、高度GB9948正火30-20475GB 6479正火40-20475低合金高强度钢管1）钢管牌号： Q345D 、16MnGB/T 8163-2008输送流体用无缝钢管GB 6479-2013化肥设备用高压无缝钢管2）使用及限制钢号标准钢管状态适用壁厚（mm）适用温度（）其它限制Q345DGB/T8163正火10-20475P4.0MPa，不用于换热管，不用毒性极度、高度16MnGB 6479正火40-20475低温钢管1）钢管牌号： 16Mn、09MnD、09MnNiDGB 6479-2013化肥设备用高压无缝钢管GB150.2附录A2）使用及限

22、制钢号标准钢管状态适用壁厚（mm）适用温度（）其它限制16MnGB 6479正火40-40475P0.025、S0.012,低冲-4009MnDGB150.2附录A正火8-50400低冲-5009MnNiDGB150.2附录A正火8-70400低冲-70中温抗氢钢管1）钢管牌号： 12CrMo、 15CrMo、12Cr2Mo1、1Cr5Mo、12Cr1MoVGGB 9948-2013石油裂化用无缝钢管GB 5310-2008 高压锅炉用无缝钢管GB150.2附录A2）使用及限制钢号标准钢管状态适用壁厚（mm）适用温度（）其它限制12CrMoGB 9948正火+回火30052515CrMoGB

23、9948正火+回火50052512Cr2Mo1GB150附录A正火+回火3005751Cr5MoGB 9948退火30060012Cr1MoVGGB 5310正火+回火300575不锈钢管1）钢管牌号代表(36个)：F: 06Cr13Al(S11348)、06Cr13(S11306)、A: 06Cr19Ni10(S30408) 、06Cr18Ni11Ti(S32168)、 06Cr17Ni12Mo2(S31608)、06Cr17Ni12Mo2Ti(S31668)、06Cr19Ni13Mo3(S31708)、022Cr19Ni10(S30403) 、022Cr17Ni12Mo2(S31603)、

24、022Cr19Ni13Mo3(S31708)A+F: 022Cr19Ni5Mo3Si2N (S21953)、022Cr22Ni5Mo3N (S2253)GB/T 14976-2012 流体输送用不锈钢无缝钢管GB 13296-2013 锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管2）使用及限制钢号标准钢管状态适用壁厚（mm）适用温度（）其它限制06Cr18Ni906Cr18Ni10Ti,06Cr17Ni12Mo2,022Cr19Ni10,022Cr17Ni14Mo2GB/T 14976-2012固溶28-196525或700或800其中超低碳为：-196450不用于换热管GB 13296-2013固溶14锻

25、件锻件的定义与级别锻件的定义（与锻件级别选择有关）锻件的级别 (“高工况”时选用)锻件级别检验项目检验数量I硬度（HB）逐件检查II拉伸（b、 0.2、 5）同冶炼炉号、同炉热处理的锻件组成一批，每批抽检一件III拉伸（b、 0.2、 5）超声检测逐件检查IV拉伸（b、 0.2、 5）逐件检查超声检测逐件检查NB/T 47008-2010 承压设备用碳素钢和合金钢锻件1)锻件牌号：20、35、16Mn、20MnMo、20MnMoNb、15CrMo、35CrMo、12Cr1MoV、 12Cr2MoV 、12Cr3Mo1V 14Cr1Mo、12Cr2Mo1、1Cr5Mo使用温度t20，设计压力p3

26、5Mpa。2)常用钢号及限制钢号公称厚度热处理状态冲击试验温度（）硬度(HB)20200正火010615916Mn300正火，正火+回火012117815CrMo300正火+回火淬火+回火201181803005001151781Cr5Mo500正火+回火淬火+回火20174229低温合金钢锻件1）锻件标准：NB/T 47009-2010 低温承压设备用低合金钢锻件2）常用钢号及限制钢号公称厚度热处理状态冲击试验温度（）延伸率5,16MnD300淬火+回火-402020MnMoD300淬火+回火-4018300500-3010Ni3MoVD300淬火+回火-501709MnNiD300淬火+回

27、火-7023低温合金钢锻件1）锻件标准：NB/T 47009-2010 低温承压设备用低合金钢锻件2）常用钢号及限制钢号公称厚度热处理状态冲击试验温度（）延伸率5,16MnD300淬火+回火-402020MnMoD300淬火+回火-4018300500-3010Ni3MoVD300淬火+回火-501709MnNiD300淬火+回火-7023高合金钢锻件1）锻件标准：NB/T 47010-2010 承压设备用不锈钢耐热钢锻件2）常用钢号及限制钢号公称厚度热处理状态延伸率5,硬度(HB)06Cr13100退火2011018306Cr18Ni9100固溶3513918710020013118706C

28、r17Ni12Mo2100固溶35139187100200131187022Cr19Ni10100固溶35128187100200121187022Cr17Ni14Mo2100固溶35128187100200121187钢棒螺柱用碳素钢低合金钢钢棒标准：GB/T 699-1999 优质碳素结构钢，GB/T 700-2006 碳素结构钢，GB/T 3077-1999 合金结构钢，常用钢号及限制：钢号标准使用状态规格使用温度（）Q235-AGB700热轧M20030035GB699正火M22-20350M24M2740MnBGB3077-1999调质M22-20400M24M3640CrGB307

29、7-1999M22-20400M24M362 螺柱用低温合金钢钢棒标准：GB/T 3077-1999 合金结构钢钢号及限制：钢号使用状态规格最低冲击试验温度（）Akv ( J )30CrMoA调质M56-1004135CrMoAM60M80-704140CrNiMoAM52M80-5047螺柱用高合金钢钢棒标准：GB/T 1220-2007 不锈钢棒常用钢号及限制：钢号使用状态规格最低冲击试验温度（）2Cr13调质M27-2040006Cr18Ni9固溶M48-25370006Cr18Ni10TiM48-19670006Cr17Ni12Mo2M48-253700压力容器的图纸1. 分类1.1按设计阶段分：条件图、报价图、备料图、白图、蓝图、竣工图；1.2按图纸内容分：装配图、零件图、标准图、管口方位图、排版图、焊缝布置图、切割图PFC图（制造流程图）；2. 图纸结构