南大-压力容器设计制造典型例解

压力容器设计制造典型例解

2013.5.10于南昌大学

压力容器基本概念回顾

I、压力容器——制造业政府监管规章的定义

首先说明，在压力容器制造行业中，约定俗成地把压强称为压力。

以下所称压力均指物理学定义上的压强。

《特种设备安全监察条例》【2003年3月11日中华人民共和国国务院令第373号

公布根据2009年1月24日《国务院关于修改〈特种设备安全监察条例〉的决定》修订】

第九十九条（二）：“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，

其范围规定为最高工作压力大于或者等于O.IMPa（表压），且压力与容积的乘积大于或

者等于2.5MPa-L的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固

定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或者等于0.2MPa（表压），且压力与容

积的乘积大于或者等于1.OMPa-L的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60℃液体

的气瓶、氧舱等。”

《条例》压力容器定义三个最基本要素：

・工作压力大于或者等于O.IMPa。——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）。一即把工作压力定义为分子运动压强，

不包括机械接触与地心引力造成的压强。

•工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa-Lo——即积蓄能量大于或者等

2.5kjo相当于25gTNT的反应热（IkgTNT反应热lOOOkJ）。释放速度虽不及TNT爆炸

速度，但也具有突然性释放风险。

•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。一一对于介质最高工作温度低于其标准沸点的液体，不可产生大于或者等于

0.IMPa的蒸汽压。

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n、固定式压力容器定义

TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》1.2条：固定式压力容器是

指安装在固定位置使用的压力容器。

“安装在固定位置使用”有三基本含义：

•载货、即存液、或存气且带压状态下（惰性置换存气带压、设计允许残气残压

除外）不可移位。

・因载货、即存液、或存气且带压状态下不可移位，故不必考虑此状态下的运动

载荷，而只需考虑空载运输状态下的运动载荷。

•因安装在固定位置使用，需考虑安装所在位置风载、地震、雪载。

ni、移动式压力容器定义

TSGR0005-2011《移动式压力容器安全技术监察规程》1.2条：移动式压力容器是指

由罐体（注1-1）或者大容积钢质无缝气瓶（以下简称气瓶，注1-2）与走行装置或者框架采

用永久性连接组成的运输装备，包括铁路罐车、汽车罐车、长管拖车、罐式集装箱和管

束式集装箱等。

注罐体是指铁路罐车、汽车罐车、罐式集装箱中用于充装介质的压力容器，其

设计制造按照本规程的有关规定进行。

注1-2：气瓶是指长管拖车、管束式集装箱中用于充装介质的压力容器，其设计制造

按照《气瓶安全监察规程》的有关规定进行。

IV、压力容器最基本构成

IV.1、主参数概念

一台压力容器可能由一个或多个密闭的承压腔组成。如换热器一般有2密闭腔。

每个密闭腔由多个受压元件组成。

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无论由几个密闭腔组成，一台压力容器只有一个类别。

每个密闭腔只标一个设计压力、标最高允许工作压力（MAWP）时也只标一个MAWP。

每个受压元件可能有不同的计算压力。如固定式立式容器中位于不同高度的元件

所受液柱静压力不同、移动式容器中位于不同水平坐标的元件所受液体施加的动载（按

达朗贝尔原理转化为静压力处理）不同。

IV.2、密闭腔基本构成

构件的承压能力不但与构件的材料、尺寸、温度载荷有关，还与构件的形状有

关。

承压密闭腔一般由球壳、直筒体、封头、接管、凸缘、接口元件、开孔补强元

件、集中载荷局部补强元件、抗负压加强圈、安全附件、装卸附件、辅助装置、安装与

搬运部件、检修操作部件等构件组成。其中安装与搬运部件、检修操作部件一般不必每

个密闭腔都设，而是整个容器只需设一套。

球壳、筒体、封头形状一般采用由旋转壳体，因旋转壳体的承压能力大于其他形

状的构件。

(1)、球壳：球形容器、球罐(专指V2501n3的球形容器)的密闭腔结构主体。可

以是球形、也可能是椭球形。球形元件是受压状态下壳壁应力水平最低的元件，是最理

想的受压旋转壳体。但大型制造球罐难度较大。

(2)、直筒体(含人孔筒体)：大多数压力容器的密闭腔结构主体。可以是园形、

也可能是椭园形。园形受力状态较椭园形好、应用最广泛。

(3)、接管、凸缘：为满足使用要求，压力容器必定需要开孔。开孔处必定需要

设置连接件。固定式压力容器的开孔连接件一般为接管。移动式压力容器的开孔连接件

一般为凸缘。

(4)、接口元件：为实现与外部连接，压力容器开孔连接件后处必定需要设置接

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口元件。接口元件一般有法兰接口、螺纹接口、焊接接口。

（5）、开孔补强元件：为满足使用要求，压力容器必定需要开孔。开孔则必须补

强。当被壳体开孔、接管或凸缘本身厚度已具备兼顾补强的厚度时（如整体补强、厚壁

管补强），可不必另设补强元件，否则需另设补强元件。另设补强元件一般为园形补强

板。GB150及补强板专用标准对补强板的材质、厚度、有效作用范围、用法都有规定。

这些规定是大量统计数据与实践的总结。

（6）、集中载荷局部补强元件：当密闭腔结构主体（壳体）某些局部受集中载荷

（如支座、吊耳等）时，其局部应力水平可能超过控制应力，此时，在局部设置补强元

件是降低局部应力水平的有效手段。

（7）、抗负压加强圈：当容器存在负压载荷（凸面压力大于凹压力）时，容器还

应具有承受负压的能力。承负压的能力有2方面：在负压下压应力水平低于控制应力、

在负压下构件不会失稳（能保持原有形状）。采用加厚各受压元件可满足抗负压要求，

但这样做不经济。设置抗负压加强圈是有效且经济的办法。GB150对抗负压加强圈设置

有系统的规定。

(8)、安全附件：包括安全泄放装置、压力表、温度计、液位计、防回火装置、防

静电装置等。安全泄放装置、压力表一般必设。需要监控金属温度时应设温度计。液体

及液化气体容器应设液位计。易燃易爆介质容器有回火危险的场合应设防回火装置。易

燃易爆介质容器应设防静电装置。

(9)、装卸附件：包括阀门、快装接头等。

(10)、辅助装置：包括防冲刷、防漩涡、辅助功能垫板等。

(11)＞安装与搬运部件：支座、吊耳等。

(12)、检修操作部件：步梯、走道等。

V、GB150容器结构性界定范围

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V」、容器与外部管道连接：

(1)焊接连接的第一道环向接头坡口端面。

(2)螺纹连接的第一个螺纹接头端面。

(3)法兰连接的第一个法兰密封面。

(4)专用连接件或管件连接的第一个密封面。

V.2、接管、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件。

V.3、非受压元件与受压元件的连接焊缝。

V.4、直接连接在容器上的非受压元件如支座、裙座等。

V.5、容器的超压泄放装置。

VI、设计压力容器设计制造的主要现行政府规章、安全技术规范与技术标准

VI.1、主要政府规章和安全技术规范

《特种设备安全监察条例》(2003年3月11日中华人民共和国国务院令第373号公

布根据2009年1月24日《国务院关于修改〈特种设备安全监察条例〉的决定》修订)。

《锅炉压力容器制造监督管理办法》中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局令

第22号(2002.7.12)。

《锅炉压力容器制造许可条件》国家质量监督检验检疫总局国质检锅[2003]194号。

《锅炉压力容器制造许可工作程序》质技监局锅发(1999)154号。

TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》(含1号修改单)。

TSGR0005-2011《移动式压力容器安全技术监察规程》。

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TSGR1001-2008《压力容器压力管道设计许可规则》。

TSGZ6002-2010《特种设备焊工考核细则》。

TSGR0002-2005《超高压容器安全技术监察规程》。

VI.2、主要基础技术标准

JB4732-1995《钢制压力容器一分析设计标准》（2005年确认版）。

GB150.1-.4-2011《压力容器》o

JB/T4731-2005《钢制卧式容器》。

GB713-2008锅炉和压力容器用钢板。

GB/T1591-1994低合金高强度结构钢。

GB3531-2008低温压力容器用低合金钢钢板。

GB24511-2009承压设备用不锈钢板与钢带。

JB/T4711-2003压力容器涂敷与运输包装。

NB/T47008承压设备用碳素钢和合金钢锻件。

NB/T47009低温承压设备用低合金钢锻件。

NB/T47010承压设备用不锈钢和耐热钢锻件。

NB/T47014承压设备焊接工艺评定。

NB/T47015压力容器焊接规程。

NB/T47016承压设备产品焊接试件的力学性能检验。

JB/T4730承压设备无损检测。

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HG20660—2000《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》。

固定式压力容器设计制造典型例解

以下结合最常见、典型固定式压力容器实例介绍设计制造过程。

设计制造实例：lOO^LPG卧式储罐。

1、设计条件及设计条件解读

1.1、介质特性：

重点关注介质危害性。介质危害性指压力容器在运行过程中可能因事故致使介质

与人体大量接触，发生爆炸或者因经常泄漏引起职业性慢性危害的严重程度。

1.1.1＞毒性程度：LPG毒性程度非极度危害、高度危害。

TSGR0004指出：综合考虑急性毒性、最高容许浓度和职业性慢性危害等因素，极

度危害最高容许浓度小于0.Img/m3；高度危害最高容许浓度0.Img/m3〜L0mg/in3；中度

危害最高容许浓度1.0mg/m3-10.0mg/m3；轻度危害最高容许浓度大于或者等于

10.Omg/m3o

毒性程度应按照HG20660—2000《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分

类》确定。HG20660没有规定的，参照GBZ230-2010《职业性接触毒物危害程度分级》

的原则确定。

介质毒性程度涉及到压力容器类别划分（类别划分按TSGR0004）、选材、密封结

构、制造工艺等要求。对储存毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质的压力容器，

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要求采用高可靠度度的密封结构。GB150规定。用于盛装毒性为极度或高度危害介质的

容器钢板应逐张UToGB150规定，用于盛装毒性为极度或高度危害介质的碳素钢、低合

金钢制容器，应进行焊后热处理、应制备产品焊接试件。检验项目应考虑泄漏试验。

古人所谓“丹顶红笏、“孔翟胆笏剧毒，以今天的定义应属于极度危害物质Q

1.1.2、易爆性：LPG是易爆介质，且泄漏后气体密度大于空气。

TSGR0004指出：指气体或者液体的蒸汽、薄雾与空气混合形成的爆炸混合物，并

且其爆炸下限小于10%,或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于或者等于20%的介质。HG

20660中列出了常见易爆介质品名。

介质是否易爆压力容器类别划分（类别划分按TSGR0004）、选材、密封结构、制

造工艺等要求。泄漏后气体密度大于空气的易爆介质应考虑高可靠密封结构。检验项目

应考虑泄漏试验。

1.1.3、腐蚀性：LPG是轻腐蚀介质，且有湿H2S应力腐蚀风险。

腐蚀是个大概念。但本例所述腐蚀性仅是指介质对金属材料的腐蚀。引起材料腐

蚀的因素多种多样，工程中常将常见的腐蚀情况分为：均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀、晶

间腐蚀、氢脆、磨蚀等。

腐蚀性设计选材、安全附件选用、是否热处理、选择何种热处理、采取何种防腐

措施等。

（1）、均匀腐蚀一一均匀腐蚀是在整个金属表面均匀地发生腐蚀，这种腐蚀相对其

它形式的腐蚀其危害最小。GB150中C2只考虑均匀腐蚀：C2-KB

其中B—设计寿命（年）K—腐蚀速率（mm/年）一般分为：

不腐蚀轻腐蚀腐蚀重腐蚀

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Bmm/年<0.050.05-0.130.13-0.25，0.25

C2mm0212223

(2)、应力腐蚀

应力腐蚀是指金属在持久拉应力和腐蚀性环境联合作用下产生腐蚀裂纹,并使裂

纹扩展,从而可能出现早期性破坏的腐蚀形式。

几种常见的应力腐蚀环境：

a、碳钢及低合金钢焊制化工容器对介质NaOH的应力腐蚀与介质浓度、温度有

关。当NaOH溶液在其与烧类的混合物中体积大于等于5%时，也应根据NaOH溶液的浓度

符合该要求。NaOH溶液浓度小于等于1%或NaOH溶液在其与烧类的混合物中体积小于5%

时，不受此限制。

NaOH溶

2351015203040506070

液

w%w

温度上

限9088857670655448434038

(℃)

当超过以上范围的碳钢、低合金钢材料需焊后进行消除应力热处理。

b、湿H2s应力腐蚀

介质同时符合下列条件时，即为湿H2s应力腐蚀环境：

①温度小于等于(60+2P)℃；P为压力，MPa。

②H2s分压大于等于0.00035MPa即相当于常温在水中H2S溶解度大于等于

10p.p.m；

③介质中含有液相水或处于水的露点温度以下；

@PH<9或有氧化物(HCN)存在。

C、液氨应力腐蚀环境

当容器接触的液氨介质同时符合下列各项条件时，即为液氨应力腐蚀环境：

①介质为液态氨，含水量不高（W0.2Q，且有可能受空气（02或C02）污染的场

合。

②使用温度高于一5℃。

对于应力腐蚀环境的容器除进行焊后消除应力热处理，在焊接要求、焊接接头硬

度等方面都要提出具体要求。

奥氏体不锈钢材料在氯化物溶液、高温水、高浓度NaOH等介质往往产生应力腐

蚀。

③氢腐蚀环境

氢在常温常压下不会对铁碳合金引起氢蚀，当温度在200C〜300℃发生“氢

脆”，金属在高温下与氢反应生成甲烷，甲烷气在晶界空隙内引起裂纹，使材料的塑性

降低，引起这种腐蚀有合成氨、合成甲醇、石油加氢等工业生产，设计温度大于等于

200℃与氢气氛相接触的压力容器用钢应按纳尔逊曲线选材，并应留有20℃以上的温度

安全裕度。满足于曲线的碳素钢和珠光体耐热钢在氢气氛中使用须经过焊后消除应力热

处理。

奥氏体不锈钢在氢分压范围的氢气中使用都是满意的，焊后也无必要进行消除

应力热处理。

④晶间腐蚀

可能引起晶间腐蚀环境必须是存在电解质的电化学腐蚀环境，奥氏体不锈钢晶

间腐蚀的电解质主要是酸性介质。如：工业醋酸、甲酸、硝酸、草酸、盐酸、硫酸、磷

酸等。

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防晶间腐蚀的措施：1）固熔化处理，2）降低钢中碳含量，3）添加稳定碳化物

的元素（Nb.Ti.Ni）o

1.1.4、物态（传统概念）：LPG是液化气体。

气体、液化气体、冷冻液化气体、超临界流体。

压力容器类别划分、安全泄放量计算方法选用等需要判明介质物态。

1.1.5、基本物性与热力数据、载荷：

（1）基本物性与热力数据（按丙烷）

危险货物编号：21053；UN编号：1075；

危险特性：

①燃烧速度快。液化石油气燃烧属于气、液混合燃烧，燃烧速度快，火势猛

烈，蔓延扩展迅速。

②火焰温度高，辐射热高。液化石油气燃烧热值高达105000kJ/m3,火焰温度高达

2000℃o

③爆炸速度快，冲击波威力大，破坏性强。液化石油气爆炸速度快，达到

(2000—3000)m/so

④易挥发。常温下，液化石油气易挥发，一旦暴露在空气中能迅速扩到250倍以

±o

⑤比空气重，爆炸下限低，最小着火能量小。液化石油气比空气重(1.5-2.5)

倍，在空气中易向低洼地方流动，并聚集起来。液化石油气爆炸浓度范围较窄，只有

4

(2-10)猊最小着火能量也很低，只有3X10-Jo极度易燃,受热、遇明火或火花可引

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起燃烧，与空气能形成爆炸性混合物。

⑥液化石油气包装容器受热后可发生爆炸，爆炸破裂的碎片具有飞射危险。

LPG分子量（摩尔质量）M=44Kg/mol；临界温度Tc=9L67℃（369.67K）；

临界压力（绝压、）P1c=4.25MpaA；绝热系数k=l.132；

50℃对应饱和蒸汽压Pb=l.72MpaA；50℃对应液相密度（LPG）P^0.467；

容器使用环境温度t环=45℃/-20℃；容器最高操作境温t运行二45℃o

热力数据表（按丙烷）

温度t,℃P饱\MPaAPkg/m3Qtg,kg/m3htg-hcal/mol

-200.24180.5543略录4217

-100.34170.54154078

00.47010.52823930

100.63130.51423772

200.82990.49953603

301.07080.18373419

401.35910.46683217

501.70010.44832991

602.10000.42762732

702.56560.40372425

803.10470.37422033

(2)工作温度：ta=45℃、•U1M—20℃。

工作温度是容器在运行过程中可能经受的温度(最高/最低)。

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（3）工作压力：Pw=l.62Mpao不设保温层。

工作压力指压力容器在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力（表压

力）。即只含气压【源于物料分子运动（与工作温度有关）及源于机械压缩的压力】，

不包括物料重力造成的压力。不设保温层时，工作压力即50℃对应饱和蒸汽压

Pb=l.72MpaAo

（4）容积：VnOOn?。

容积是指压力容器的几何容积，即由设计图样标注的尺寸计算（不考虑制造公

差）并且圆整。一般应当扣除永久连接在容器内部的内件的体积。容积条件决定容器的

几何尺寸。

1.2、安装地域的气象条件:

地震烈度：八度(0.2g)。安装地风压、雪压不计。

对固定容器而言，主要指安装地域地震、风压、雪压、环境温度等。气象条件数

据应查询专业标准。

1.3、预计设计使用寿命及循环载荷

预计设计使用寿命：10年。

启用与停运全程压力波动范围：APWLeaMpa。

昼夜温差：^8℃；季节温差：^65℃；

1.4、设计所依据的主要标准和规范(由用户、工程方提出或设计方分析决定)。

1.4.1、用户、工程方提出：不必考虑应力分析设计。设计标准采用GB150-2011。

1.4.2、大量同类容器使用经验证明不必考虑应力分析设计。设计标准采用

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GB150-2011o

1.4.3、设计方分析核对：

预设设计压力按P=l.7MPa。

（1）AP=L62Mpa全压力差波动总次数：保守的按10年间每年检修1次：

nAP=1.62~10o

（2）△P=0.2P=0.34MPa（材料RmW550MPa、无带补强板接管时按此计算AP）。

AP=0.15P=0.23MPa（材料RmW550MPa、带补强板接管时按此计算AP）。

10年间，按10天发生一次AP20.15P压力波动（预计输出作业达到只剩余低饱

和蒸汽压残液时的频率），贝IJ：

HAP>O.ISP=IOX365/10=365次。

(3)AP<0.2P压力差波动总次数：可不计。

(4)任意2点间无金属温差波动次数二0。

==

循环总次数nn△p=i.62H-n△p>o.ISP375次

JB4732规定：

材料RmW550MPa、不带补强板接管时，免疲劳分析条件：n^lOOO次。

材料RmW550MPa、带补强板接管时，免疲劳分析条件：nW400次。

结论：循环总次数W400次，可免疲劳分析；P<10MPa,不必考虑应力分析设

计。

不必按JB4732设计制造，设计制造标准采用GB150-2011o

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2、设计参数定值

2.1、容器类别：III类。

按PV值、第一组介质，查TSGR0004确定。

2.2、设计温度：最高50℃/最低金属温度-20℃。

规范规定，工作温度取决于环境温度时，最高设计温度不得取小于50℃o一般最

低金属温度应低于最低工作温度2〜5℃,故取-20℃（取低于-20℃将须按低温容器设

计，无此必要）。

2.3、设计压力：P=1.7MPao

工作压力Pw=l.62MPao规范规定P，Pw。取P=1.05XPw=L7MPa。

2.4、气密性试验压力：需要。Pmi=l.7MPao

泄漏后气体密度大于空气，故需要气密性试验（非规范规定、是个人看法）。气密

性试验时需将安全附件装齐。规范规定Pmi二P。

2.5、安全泄放装置选择：单独使用弹簧全启式安全阀。

LPG毒性程度非极度危害、高度危害，允许微量泄漏，可单独使用安全阀。

LPG不含影响安全阀阀瓣动作的颗粒物及粘稠物，故可选用弹簧安全阀。

LPG属于液化气体，故应选全启式安全阀。

LPG是易爆介质、安全泄放装置动作后应复位，不宜单独采用爆破片装置。

LPG非强腐蚀介质，也不必在安全阀前串联爆破片装置。

2.6、安全阀整定压力：Pz=l.71MPao

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因气密性试验时需将安全附件装齐，而气密性试验压力又等于设计压力，为使试

验时安全阀不动作，安全阀整定压力应略大于设计压力。

规范规定，当容器设有最高允许工作压力（MAWP）时，才可以：PWPzWMAWP（否

则应PZ《P）O

2.7、最高允许工作压力：MAWP=1.72MPa。

据上述理由需要MAWP。

需要逐一计算每个受压元件的MAWPi,整体容器的MAWP应不大于取其最小值。即应

当：MAWP^min{MAWPKMAWP2、・・・、MAWPi・・•MAWPn）。

开孔补强、局部应力效核、压力试验应力效核均应采用MAWP作为计算压力载荷。

2.8、水压试验压力：PT=2.15MPa。

规范规定PT=L25Xmax（P,MAWP）=1.25Xmax{1.7,1.72}=2.15MPa。

2.9、腐蚀防护：C2=L0的。且PWHT

对均匀腐蚀，采用腐蚀余量：C2=设计寿命义年腐蚀量（轻腐蚀0.05〜0.13mm/年,

取0.1）=10X0.1=1.0mmo

对可能的湿H2s应力腐蚀，采用PWHT（炉内整体焊后消应力处理）。

2.10、焊接接头系数：①han=L0。

m类容器，A、B、D类焊接接头采用全焊头结构，不带垫板焊。

应力水平控制接头是A类焊接接头，①hanA=1.0。取①han=①hanA=1.0。

2.11、装量系数（额定充满率）：①v=0.9

世间容器类万物都应控制装量系数，充装有毒、易燃、易爆类流体控制加严。

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LPG易爆，按规范取中v=0.9(at50℃)o

2.12、承压壳体尺寸：内直径X总长二①3200X13012的。

折中考虑诸多因数，经验决定内直径，再按VnOOn?计算得到总长。

直径大则壁厚大。壁厚大则材料品质下降、材料控制要求增多、冷作成形的纤维

伸长率大、冷作成形硬化程度大。且直径过大不利运输。

直径过小则总长过长，支承跨度过大，中间弯矩大，占用安装空间过大。且总长

过长也不利运输。

2.13、设计计算基础标准选用：不必考虑交变载荷时，用GB150-2011。

2.14、设计参数及管口设置汇总如下:

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行便解展2眸GB/T8163

3、选材与制造技术要求(扼要)

选材原则：GB150如是言：选择压力容器受压元件用钢时应考虑容器的使用条件

(如设计温度、设计压力、介质特性和操作特点等)、材料的性能(力学性能、工艺性

34

能、化学性能和物理性能）、容器的制造工艺以及经济合理性。

3.1、受压元件板材

初选使用经验最多的Q345R低合金钢板。考察以下内容可行、则确认之。

3.1.1、初算板厚范围：

（1）筒体（试估3nWl6mm,查：【。】J189MPa）：核：

3=PcDi/[2①han【。】-Pc]=1.7X3200/[2X1X189-1.7]=14.46mm

C2~l.0o

G=0.3（材料标准规定的板厚负偏差）。

8d=5+C2=15.46nnn0

8n=6d+G+园整量=15.76+园整量=16mmo

确认：筒体初算板厚范围正确，按6nm查【。】，=i89MPa正确。

（2）封头（EHA型）（试估”坯＞16〜36的，查：【。:1J185MPa）：核：

6h=PcDi/[2Ohan【。】-0.5Pc]=1.7X3200[2X1X185-0.85]=14.74mm

C2~1.0o

C产0.3（材料标准规定的板厚负偏差）。

h

6d=6+C2=15.74mmo

h

3最小成形二3d+保守园整量二16的。

查GB/T25198-2010《压力容器封头》封头成形减薄率C3=15%。订货协议可控封头成形减

薄率C3=12.5%O

h

3&=S）小成形X（1+C3）=16X1.125=18nnno

确认：封头初算板厚范围正确，按轴坯＞16〜36mm查：【。】J185MPa正确。

3.1.2、考Q345R温度适应性

（1）使用温度上限：

查GB150许用应力表，Q345R使用温度上限=475℃。本例设计温度50℃4475℃。

查GB150外压计算曲线，Q345R使用温度上限=475℃。本例设计温度50℃4475℃。

36

碳素钢和碳镒钢钢材在高于425℃温度下长期使用时，才考虑钢中碳化物相的石墨化

倾向。

Q345R适应温度上限。

(2)使用温度下限：

查GB150.2表4：Q345R611坯=6〜20的使用温度下限二一20℃。可只做A^kv验收。

Q345R适应温度下限。

3.1.3、考Q345R腐蚀适应性

对均匀腐蚀，查腐蚀数据文献，Q345R对于LPG符合轻腐蚀判断(年腐蚀量0.05〜

0.13mm/年)o

对可能的湿H2s应力腐蚀，大量实践经验已证明，采用炉内整体焊后消应力处理可

有效防止H2S应力腐蚀。

3.1.4、考Q345R焊接性能

大量实践经验、焊接工艺评定证明，Q345R可焊性优良。

3.1.5、考Q345R力学性能

h

查Q345R/GB713（6a>16-36mm、热轧）：

RdRAAorkv

2325MPa2500MPa221%234J

R硼N<460MPa,冷成形工艺性能良好。

A°°ckv值满足GB150.2表1碳素钢和低合金钢钢材（钢板、钢管、钢锻件及其焊

接接头）的冲击功最低值的规定。

钢材标准抗拉强度下限值Rm（MPa）3个标准试样冲击功平均

值KV2(J)

W450220

>450〜510224

>510〜570231

>570〜630234

>630〜690238

38

注：设计温度低于-20℃时，罐体材料还有“V”形缺口试样低温冲击试验值要

求，是为了保证材料有足够的韧性，即吸收冲击功的能力，该值反映材料在一定温度和

冲击力作用下抵抗裂纹扩展的能力。广义地说，裂纹总是存在的，再细总是裂纹，关键

看扩展与否。

标准常温屈服强度与标准常温抗拉强度下限值之比RJL=0.65,小于国际公认的

限制值(0.85)甚多。

拉断延伸率满足A220%的传统认识的安全值。

注：传统认识控制A220%,是为了保证材料有足够的塑性储备，材料有足够的塑性

储备方能保证：

A、避免无变形、无泄漏征兆的突然破裂；

B、冷作制造过程中会产生冷作变形而用掉部分塑性；材料应有充足的塑性储备。

C、屈服强度值与抗拉强度值之间有足够距离，局部高应力作用下结构局部可能产

生的屈服变形在载荷卸去后得以恢复（邻近材料仍具弹性）。“第二类应力”之所以有

“自限性”，“极限应力控制”理论、“安定性应力控制”理论之所以成立就基于屈

服强度值与抗拉强度值之间有足够距离。

3.1.6、考Q345R钢板热轧供货状态可行性

GB150规定：下列碳素钢和低合金钢钢板,应在正火状态下使用：

a）用于多层容器内筒的Q245R和Q345R；

b）用于壳体的厚度大于361nm的Q245R和Q345R；

c）用于其他受压元件（法兰、管板、平盖等）的厚度大于50nlm的Q245R和

Q345RO

本例壳体不受上述条件约束，可选热轧供货状态。

3.1.7、Q345R钢板验收要求

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（1）是否需要逐张进行拉伸和V型缺口冲击试验

GB150规定：下列碳素钢和低合金钢钢板,应每张热处理钢板（热处理后钢板被切割

成数张时仍按1张考

虑）进行拉伸和V型缺口冲击试验：

a）调质热处理钢板、b）多层容器的内筒钢板、c）壳体厚度大于60mm的钢板。

本例不受上述条件约束，无需进行每张热处理钢板进行拉伸和V型缺口冲击试验验

收。

（2）是否需要采用逐张UT/H的钢板

GB150规定：壳体用钢板（不包括多层容器的层板）应按GB150.2表3的规定逐张进

行超声检测，钢板超声检测方法和质量等级按JB/T4730.3的规定。GB150.2表3规定：

钟坯＞36的的Q345R应UT/II；对储存毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质的压力

容器用钢板应UT/n；可能遇湿H2s应力腐蚀的压力容器用钢板应UT/n；设计压力不小

于10MPa的压力容器用钢板应UT/IIo

本例属于可能遇湿H2S应力腐蚀的压力容器用钢板，应采用逐张UT/II的钢板。

3.2、配用锻件、管件

配用锻件管件化学性能、力学性能应与钢板相近。可焊性、与介质相容性良好。

根据经验，化学性能、力学性能、介质相容性查考与焊接工艺评定显示，选配如

下：

锻件：16MnIH(NB/T47008)＞正火(法兰、管板、平盖等的厚度大于50mm的Q245R

和Q345R应正火)。

管件：20#(GB/T8163,611坯W,10mm可用)。

注：锻件(NB/T47008、NB/T47009、NB/T47010)级别与验收项目：

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I级：硬度HB,逐件。一NB/T47009不谈I级

II级：Re、Rm、A、AKV,抽1/同冶炼炉号、同热处理组批。

HI级：Re、Rm、A、AKV,抽1/同冶炼炉号、同热处理组批。UT,逐件。

IV级：Re、Rm、A、逐件。UT,逐件。——取样部位须本体。

UT合格级别因锻件类别、形状不同而不同

GB1504.4.2：“锻件的级别由设计单位确定，并应在图样中注明（在钢号后附

注级别符号，如16MnRIII）,用作园筒和封头的筒形和碗形锻件及公称厚度＞300mm的

低合金钢锻件应选用III级或IV级”。

请思考：标准中图示定义了各种形状锻件的公称厚度，好记吗？

3.3、关键制造技术要求

3.3.1、焊接

A、B、D类焊接接头采用焊透结构。

应经焊接试验选用焊材。焊接工艺评定确认焊材、焊接方法、焊接参数。焊缝外观

尺寸按GB150考核。焊接应由持有相应项目“特种设备作业人员证”的人员担任。

注：焊接材料定义(NB/T47015-2011)：包括焊条、焊丝、钢带、焊剂、气体、电

极和垫板；

NB/T47015-2011：焊接材料应有质量证明书，并符合相应标准的规定，施工单位按

质量保证体系规定验收与复验，合格后方可使用。

NB/T47015-2011：焊接材料应满足图样的技术要求，并按NB/T47014通过焊艺评

定。

NB/T47015-2011：焊接材料熔敷金属S、P含量应与母材一致，选用GB/T5118《低合

金钢焊条》标准规定的焊条，还符合下列要求：

型号为EXXXX—G的焊条(低合金钢焊条之一种，如焊16MnDR之J506RH.

J507RH)应规定焊缝金属Akv值；

铭铝钢焊条焊缝金属Akv231J；

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焊低温钢的银钢焊条焊缝金属Akv234J。

NB/T47018.1-47018.7-2011(JB/T4747)承压设备用焊接材料订货技术条件：规

定了低氢型药皮焊条药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量。

3.3.2、热处理

本例属于可能遇湿H2s应力腐蚀的压力容器，应炉内整体焊后退火热处理