GB150 钢制压力容器(powerpoint89页).pptx

GB150 钢制压力容器钢制压力容器 Steel pressure vessels第一页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。主要内容主要内容u1 1、总论、总论 u2 2、受压元件、受压元件 u3 3、外压元件（园筒和球壳）、外压元件（园筒和球壳）u4 4、开孔补强、开孔补强 u5 5、法兰、法兰u6 6、低温压力容器（附录、低温压力容器（附录C C）u7 7、超压泄放装置（附录、超压泄放装置（附录B B）第二页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。主要内容主要内容u1 1、总论、总论 u2 2、受压元件、受压元件 u3 3、外压元件（园筒和球壳）、外压元件（园筒和球壳）u4 4、开孔补强、开孔补强 u5 5、法兰、法兰u6 6、低温压力容器（附录、低温压力容器（附录C C）u7 7、超压泄放装置（附录、超压泄放装置（附录B B）第三页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。1.1 GB150适用范围适用范围压力：压力：适用于设计压力不大于适用于设计压力不大于3535MPaMPa，不低于不低于0.1MPa0.1MPa及真空度高于及真空度高于0.020.02MPaMPa温度：温度：钢材允许使用温度钢材允许使用温度1 1、总论、总论适用范围适用范围适用范围适用范围适用范围适用范围适用范围适用范围第四页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。1 1、总论、总论1.2 GB150管辖范围管辖范围容器壳体及与其连为整体的受压零部件容器壳体及与其连为整体的受压零部件 1 1）容器与外部管道连接容器与外部管道连接 焊缝连接第一道环向焊缝端面焊缝连接第一道环向焊缝端面 法兰连接第一个法兰密封面法兰连接第一个法兰密封面 螺纹连接第一个螺纹接头端面螺纹连接第一个螺纹接头端面 专用连接件第一个密封面专用连接件第一个密封面2 2）接管、人孔、手孔等的封头、平盖及紧固件）接管、人孔、手孔等的封头、平盖及紧固件3 3）非受压元件与受压元件焊接接头（如支座、垫板、吊耳等）非受压元件与受压元件焊接接头（如支座、垫板、吊耳等）4 4）连接在容器上的超压泄放装置）连接在容器上的超压泄放装置 第五页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。1 1、总论、总论1.3 1.3 容器的失效形式容器的失效形式 压力容器在载荷作用下丧失正常工作能力称之为失效。压力容器设计说到底是压力容器在载荷作用下丧失正常工作能力称之为失效。压力容器设计说到底是壁厚的计算，壁厚确定主要是对材料失效模式的判别壁厚的计算，壁厚确定主要是对材料失效模式的判别:弹性失效弹性失效 壳体应力限制在弹性范围内，按弹性强度理论，壳体承壳体应力限制在弹性范围内，按弹性强度理论，壳体承载在弹性状态。载在弹性状态。塑性失效塑性失效 壳体应力限制在塑性范围内，按塑性强度理论，壳体承载在塑性状壳体应力限制在塑性范围内，按塑性强度理论，壳体承载在塑性状态。态。爆破失效爆破失效 壳体爆破是承载能力最大极限，表示材料承载能力的极限。壳体爆破是承载能力最大极限，表示材料承载能力的极限。压力容器失效表现为强度（断裂、泄漏）、刚度（泄漏、变形）和稳定性压力容器失效表现为强度（断裂、泄漏）、刚度（泄漏、变形）和稳定性（失稳）。（失稳）。第六页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。1 1、总论、总论1.4 1.4 设计参数设计参数 1.4.1 1.4.1 压力（压力（6 6个压力）个压力）P Pw w 正常工况下，容器顶部可能达到的最高压力正常工况下，容器顶部可能达到的最高压力 P Pd d 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 P Pd dPPW W P Pc c 在相应设计温度下，确定元件厚度压力（包括静液柱）在相应设计温度下，确定元件厚度压力（包括静液柱）P Pt t 压力试验时容器顶部压力压力试验时容器顶部压力 P Pwmax wmax 设计温度下，容器顶部所能承受最高压力，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。由受压元件有效厚度计算得到。Pz Pz 安全泄放装置动作压力安全泄放装置动作压力 P Pw wP Pz z(1.05-1.1)P(1.05-1.1)Pw w P Pd d P Pz z 第七页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。1 1、总论、总论1.4 1.4 设计参数设计参数 1.4.2 1.4.2 温度温度T Tw w 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。度。T Tt t 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。温度。T Td d 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很麻烦，一般取介质温度加或减10-2010-20得到。得到。第八页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。1 1、总论、总论1.4 1.4 设计参数设计参数 1.4.3 1.4.3 壁厚（壁厚（6 6个厚度）个厚度）c 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 d 设计厚度，设计厚度，d d=c c+C+C2 2（腐蚀裕量）腐蚀裕量）n n 名义厚度，名义厚度，n n=d d+C+C1 1（钢材负偏差）钢材负偏差）+（圆整量）（圆整量）e e 有效厚度，有效厚度，e e=n n-C-C1 1-C-C2 2=c c+minmin 设计要求的成形后最小厚度，设计要求的成形后最小厚度，minminn n-C-C1 1 （GB150 GB150 3.5.63.5.6壳壳体体加加工工成成形形后后最最小小厚厚度度是是为为了了满满足足安安装装、运运输输中中刚刚度度而而定定；而而minmin是保证正常工况下强度、刚度、寿命要求而定。）是保证正常工况下强度、刚度、寿命要求而定。）坯坯 坯料厚度坯料厚度坯坯=d d+C+C1 1+C+C3 3（其其中中：C C3 3 制制造造减减簿簿量量，主主要要考考虑虑材材料料（黑黑色色，有有色色）、工工艺艺（模模压压，旋旋压压；冷冷压，热压），所以压，热压），所以C C3 3值一般由制造厂定。）值一般由制造厂定。）第九页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。1 1、总论、总论各厚度之间的相互关系各厚度之间的相互关系第十页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。1 1、总论、总论1.4 1.4 设计参数设计参数 1.4.4 1.4.4 许用应力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：许用应力是材料力学性能与相应安全系数之比值：b b/n/nb b s s/n/ns s D D/n/nD D n n/n/nn n 当设计温度低于当设计温度低于2020取取2020的许用应力。的许用应力。第十一页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。主要内容主要内容u1、总论、总论 u2、受压元件、受压元件 u3、外压元件（园筒和球壳）、外压元件（园筒和球壳）u4、开孔补强、开孔补强 u5、法兰、法兰u6、低温压力容器（附录、低温压力容器（附录C）u7、超压泄放装置（附录、超压泄放装置（附录B）第十二页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。2 2、受压元件、受压元件园筒和球壳园筒和球壳2.12.1园筒和球壳园筒和球壳 园筒和球壳壁厚是根据弹性力学最大主应力理论中径公式导出：园筒和球壳壁厚是根据弹性力学最大主应力理论中径公式导出：中径（Di+）替代Di第十三页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。2 2、受压元件、受压元件园筒和球壳园筒和球壳 是以是以 薄壁容器内径公式导出，认为应力是均匀分布。随壁厚薄壁容器内径公式导出，认为应力是均匀分布。随壁厚增加增加K K值增大，应力分布不均匀程度加大，当值增大，应力分布不均匀程度加大，当K=1.5K=1.5时，由薄壁公式计算应力比拉时，由薄壁公式计算应力比拉美公式计算应力要低美公式计算应力要低23%23%，误差较大；当采用（，误差较大；当采用（Di+Di+）替代）替代DiDi内径后，则其应力内径后，则其应力仅相差仅相差3.8%3.8%，这样扩大了公式应用范围（，这样扩大了公式应用范围（K1.5K1.5），误差在工程允许范围内。），误差在工程允许范围内。园筒受力图第十四页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。2 2、受压元件、受压元件园筒和球壳园筒和球壳 园筒环向应力是轴向应力园筒环向应力是轴向应力2 2倍，最大主应力为环向应力，所以公式中焊接倍，最大主应力为环向应力，所以公式中焊接接头系数为纵向焊缝接头系数。接头系数为纵向焊缝接头系数。而球壳环向应力和径向应力是相等。按中径公式可推导出，球壳而球壳环向应力和径向应力是相等。按中径公式可推导出，球壳壁厚壁厚适用范围适用范围Pc0.6Pc0.6 t t，相当于，相当于K1.353K1.353公式中焊接接头系数为所有拼接焊缝接头系数。公式中焊接接头系数为所有拼接焊缝接头系数。第十五页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。2 2、受压元件、受压元件封头封头2.2 2.2 封头封头 2.2.1 2.2.1 椭圆封头椭圆封头 1 1）应力分布）应力分布 标准椭圆封头（标准椭圆封头（a/b=2a/b=2）应力分布：）应力分布：第十六页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。2 2、受压元件、受压元件封头封头 径向应力径向应力r r为拉伸应力，封头中心最大，沿径线向封头底边逐渐减小。为拉伸应力，封头中心最大，沿径线向封头底边逐渐减小。周向应力周向应力封头中心拉伸应力，并沿径线向封头底边逐渐减小，由拉伸封头中心拉伸应力，并沿径线向封头底边逐渐减小，由拉伸应力变为压缩应力，至底边压应力最大。且应力变为压缩应力，至底边压应力最大。且a/ba/b越大，底部压应力愈大。出于上越大，底部压应力愈大。出于上述考虑，述考虑，GB150GB150规定规定a/b2.6a/b2.6。所以在内压作用下，封头短轴要伸长，长轴要缩短称之为趋园现象，所以在内压作用下，封头短轴要伸长，长轴要缩短称之为趋园现象，在曲面与直边相连部分，封头底边径向收缩，园筒径向胀大，在边界力在曲面与直边相连部分，封头底边径向收缩，园筒径向胀大，在边界力作用下产生附加弯距（弯曲应力），封头上最大应力为薄膜应力和弯曲作用下产生附加弯距（弯曲应力），封头上最大应力为薄膜应力和弯曲应力之和。应力之和。第十七页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。2 2、受压元件、受压元件封头封头第十八页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。2 2、受压元件、受压元件封头封头2.2.12.2.1 计算公式计算公式 可近似理解为，椭圆封头壁厚是园筒壁厚的K倍。其中：表示为封头形状系数，a/b越大，越扁平，长轴收缩多，变形越大，应力也大。K与Di/2hi关系查表 7.1第十九页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。2 2、受压元件、受压元件封头封头3 3）稳定性）稳定性 在内压作用下，长轴缩短，产生压应力，存在周向失稳可能，标准控制最小厚度在内压作用下，长轴缩短，产生压应力，存在周向失稳可能，标准控制最小厚度来保证。（来保证。（GB150 GB150 表表7-1 7-1 下部说明）下部说明）在外压作用下，短轴缩短，产生压应力，球面部分存在失稳可能，用图表法进行在外压作用下，短轴缩短，产生压应力，球面部分存在失稳可能，用图表法进行校核计算。校核计算。第二十页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。2 2、受压元件、受压元件封头封头2.2 2.2 封头封头 2.2.2 2.2.2 碟形封头碟形封头1 1）应力分布）应力分布 碟形封头由球面、环壳和园筒碟形封头由球面、环壳和园筒组成，应力分布与椭圆封头相似。组成，应力分布与椭圆封头相似。径向应力径向应力 r r为拉伸应力，在为拉伸应力，在球面部分均匀分布，至环壳应力逐球面部分均匀分布，至环壳应力逐渐减小，到底边应力降至一半。渐减小，到底边应力降至一半。周向应力周向应力 在球面部分为均在球面部分为均匀分布拉伸应力，环壳上为压缩应匀分布拉伸应力，环壳上为压缩应力，在连接点到底边逐渐减小，而力，在连接点到底边逐渐减小，而在球面与环壳连接处最大。在球面与环壳连接处最大。碟形壳的应力与变形碟形壳的应力与变形第二十一页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。2 2、受压元件、受压元件封头封头 碟形封头与椭圆封头形状相似，不同点是应力与变形都是不连续的，而且碟形封头与椭圆封头形状相似，不同点是应力与变形都是不连续的，而且有两个拐点（球面与环壳、环壳与园筒）在两个边界上产生附加力矩（弯曲应有两个拐点（球面与环壳、环壳与园筒）在两个边界上产生附加力矩（弯曲应力）力）在内压作用下，球面外凸，环壳内缩，园筒外胀。当在内压作用下，球面外凸，环壳内缩，园筒外胀。当r/Rr/R越小，球面与环壳处产越小，球面与环壳处产生应力最大；生应力最大；r/R1r/R1趋于球壳，弯距趋于球壳，弯距0 0；所以蝶形封头最大应力在球面与环；所以蝶形封头最大应力在球面与环壳过度区。壳过度区。第二十二页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。2 2、受压元件、受压元件封头封头2 2）碟形封头的计算公式）碟形封头的计算公式 Ri/rRi/r越大，变形越大，应力也大，所以越大，变形越大，应力也大，所以M M随随R/rR/r增大而增大，增大而增大，M M与与Ri/rRi/r查表查表7-37-3可近似理解为，蝶形封头壁厚是球壳壁厚的可近似理解为，蝶形封头壁厚是球壳壁厚的M M倍。倍。其中：其中：形状系数，形状系数，3 3）稳定性）稳定性 在内压作用下，长轴缩短，产生压应力，存在周向失稳可能，标准控制最小在内压作用下，长轴缩短，产生压应力，存在周向失稳可能，标准控制最小厚度来保证。（厚度来保证。（GB150 GB150 表表7-1 7-1 下部说明）下部说明）在外压作用下，短轴缩短，产生压应力，球面部分存在失稳可能，用图表法在外压作用下，短轴缩短，产生压应力，球面部分存在失稳可能，用图表法进行校核计算。进行校核计算。同椭圆形封头同椭圆形封头同椭圆形封头同椭圆形封头第二十三页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。2 2、受压元件、受压元件封头封头2.2 2.2 封头封头 2.2.3 2.2.3 锥形封头锥形封头1 1）定义）定义 锥形封头半顶角锥形封头半顶角6060，以大端直径为当量园筒直径，以大端直径为当量园筒直径(D(Di i/cos/cos)方法方法计算（即按当量园筒一次薄膜应力计算）。计算（即按当量园筒一次薄膜应力计算）。同一直径处周向应力等于轴向应力同一直径处周向应力等于轴向应力2 2倍；不同直径处，应力是不同的。倍；不同直径处，应力是不同的。半顶角半顶角6060，按园平板计算，此时应力以弯曲应力为主，与薄膜理论不适，按园平板计算，此时应力以弯曲应力为主，与薄膜理论不适应的。应的。大端大端3030采用无折边结构；采用无折边结构；3030带折边带折边 小端小端4545采用无折边结构；采用无折边结构；4545带折边带折边 第二十四页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。2 2、受压元件、受压元件封头封头2 2）应力分析）应力分析大端大端 轴向力轴向力T T2 2分解成沿母线方向分解成沿母线方向N N2 2和垂直与轴线方向和垂直与轴线方向P P2 2。N N2 2 轴向拉伸应力轴向拉伸应力 P P2 2 大端径向收缩，产生径向弯大端径向收缩，产生径向弯曲应力，并使周向应力与压力作用曲应力，并使周向应力与压力作用产生周向应力，方向相反而相对减产生周向应力，方向相反而相对减小，所以大端以一次轴向拉伸应力小，所以大端以一次轴向拉伸应力+二次轴向弯曲应力为强度控制条二次轴向弯曲应力为强度控制条件件第二十五页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。2 2、受压元件、受压元件封头封头2 2）应力分析）应力分析小端小端 轴向力轴向力T T1 1分解成母线方向分解成母线方向N N1 1和和垂直于轴线方向垂直于轴线方向P P1 1.N N1 1 轴向拉伸应力轴向拉伸应力 P P1 1 小端径向张大，产生周向应力。小端径向张大，产生周向应力。此周向应力与压力作用产生周向应力此周向应力与压力作用产生周向应力方向一致，相互叠加，所以小端以一方向一致，相互叠加，所以小端以一次周向应力次周向应力+由边界力引起周向应力为由边界力引起周向应力为强度条件控制值强度条件控制值第二十六页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。2 2、受压元件、受压元件封头封头3 3）计算公式）计算公式 锥壳厚度锥壳厚度 由由于于受受边边界界条条件件影影响响，是是否否需需要要在在大大、小小端端增增设设加加强强段段，由由GB150 GB150 图图7-117-11、7-137-13判判断断，交交点点在在左左边边表表示示二二次次应应力力影影响响不不大大，不不起起控控制制作作用用，按上式计算即可；当交点在右边时，需增设加强段。按上式计算即可；当交点在右边时，需增设加强段。大端厚度：大端厚度：小端厚度：小端厚度：Q Q应力增值系数，体现边界应力作用。应力增值系数，体现边界应力作用。通常情况下，锥壳为一个厚度。则应取上述三个厚度中最大值。通常情况下，锥壳为一个厚度。则应取上述三个厚度中最大值。第二十七页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。2 2、受压元件、受压元件封头封头2.2 2.2 封头封头 2.2.42.2.4平盖平盖 平盖厚度是基于园平板在均布载荷作用下一次弯曲应力来计算：平盖厚度是基于园平板在均布载荷作用下一次弯曲应力来计算：K K为结构特征系数，分固支（焊接）和简支（螺栓）查表为结构特征系数，分固支（焊接）和简支（螺栓）查表7-77-7。比较两种边界条件下得最大挠度与最大应力，可知：比较两种边界条件下得最大挠度与最大应力，可知：挠度反映板的刚度；应力则反映强度。挠度反映板的刚度；应力则反映强度。所所以以周周边边固固支支平平盖盖的的最最大大挠挠度度和和最最大大弯弯曲曲应应力力比比周周边边简简支支要要小小，从从强度和刚度要求，周边固支比周边简支的为好。强度和刚度要求，周边固支比周边简支的为好。第二十八页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。休息时间休息时间第二十九页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。主要内容主要内容u1、总论、总论 u2、受压元件、受压元件 u3、外压元件（园筒和球壳）、外压元件（园筒和球壳）u4、开孔补强、开孔补强 u5、法兰、法兰u6、低温压力容器（附录、低温压力容器（附录C）u7、超压泄放装置（附录、超压泄放装置（附录B）第三十页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。3.1 3.1 失稳失稳外外压压元元件件承承受受的的压压应应力力，其其破破坏坏形形式式主主要要是是失失稳稳，失失稳稳可可分分为为周周向向失失稳和轴向失稳。稳和轴向失稳。周向失稳周向失稳 断面由园形变成波形断面由园形变成波形 轴向失稳轴向失稳 轴线由直线变成波形线轴线由直线变成波形线 3 3、外压元件（园筒和球壳）、外压元件（园筒和球壳）周向压缩应力引起周向压缩应力引起周向压缩应力引起周向压缩应力引起轴向压缩应力轴向压缩应力轴向压缩应力轴向压缩应力引起引起引起引起第三十一页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。3 3、外压元件（园筒和球壳）、外压元件（园筒和球壳）3.2 3.2 外压容器的设计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防止失稳，应使壳体防止失稳的许用压力 PP大于或等于计算压力大于或等于计算压力Pc.Pc.园筒稳定园筒稳定安全系数取安全系数取3.03.0，球壳稳定安全系数取，球壳稳定安全系数取14.5214.52。1 1）周向失稳计算）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，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，假设壁厚假设壁厚(e)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力 PP，使使 PPcPPc ；否则重新计算直至合格为止。；否则重新计算直至合格为止。2 2）轴向失稳计算）轴向失稳计算由园筒或管子的半径，壁厚由园筒或管子的半径，壁厚ee和所用材料牌号，用图表查取系数，代入公式得和所用材料牌号，用图表查取系数，代入公式得B B值，使计算压力值，使计算压力PcPc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材料许用应力 和和B B值的较小值。值的较小值。第三十二页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。3 3、外压元件（园筒和球壳）、外压元件（园筒和球壳）3.3 3.3 防止外压园筒失稳措施防止外压园筒失稳措施防止外压园筒失稳措施主要有：防止外压园筒失稳措施主要有：1 1）增加园筒壁厚；）增加园筒壁厚；2 2）缩短园筒的计算长度；）缩短园筒的计算长度；3 3）设置加强圈。）设置加强圈。加加强强圈圈设设置置应应整整圈圈围围绕绕在在园园筒筒上上，并并要要求求有有足足够够截截面面积积和和组组合合惯惯性性距距。加加强强圈圈可可设设置置在在容容器器内内部部或或外外部部。加加强强圈圈和和园园筒筒之之间间连连接接可可采采用用连连续续焊焊或或间间断断焊焊。间间断断焊焊外外部部不不少少于于园园筒筒周周长长的的1/21/2，内内部部不不少少于于1/31/3。第三十三页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。主要内容主要内容u1、总论、总论 u2、受压元件、受压元件 u3、外压元件（园筒和球壳）、外压元件（园筒和球壳）u4、开孔补强、开孔补强 u5、法兰、法兰u6、低温压力容器（附录、低温压力容器（附录C）u7、超压泄放装置（附录、超压泄放装置（附录B）第三十四页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。4 4、开孔补强、开孔补强 4.1 4.1 适用范围适用范围 在筒体、封头上开圆孔，椭圆孔或长圆孔。非园孔的在筒体、封头上开圆孔，椭圆孔或长圆孔。非园孔的a/b2a/b2。筒体筒体 D Di i15001500或凸形封头或凸形封头 d1/2Dd1/2Di i(且筒体且筒体d520mm)d520mm)筒体筒体 D Di i15001500或锥形封头或锥形封头 d1/3Dd1/3Di i(且筒体且筒体d1000mm)d1000mm)开孔不仅削弱容器强度，也造成局部应力集中，是造成容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。部分。第三十五页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。4 4、开孔补强、开孔补强 4.2 4.2 开孔补强形式与作用开孔补强形式与作用 1 1）型式）型式 两种开孔补强型式两种开孔补强型式整体补强和局部补强（补强圈）整体补强和局部补强（补强圈）整体补强整体补强 增加壳体厚度（经济性差）增加壳体厚度（经济性差）厚壁管（推荐）厚壁管（推荐）整体补强锻件与壳体焊接（嵌入式接管）整体补强锻件与壳体焊接（嵌入式接管）GB150 P222 GB150 P222 图图J5 aJ5 a），），b b）局部补强局部补强 补强圈（推荐）补强圈（推荐）2 2）作用）作用内压容器内压容器对开孔截面拉伸强度补偿。对开孔截面拉伸强度补偿。外压容器外压容器对开孔截面压缩稳定性补偿，防止失稳。对开孔截面压缩稳定性补偿，防止失稳。第三十六页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。4 4、开孔补强、开孔补强 4.3 4.3 开孔补强的规定开孔补强的规定 1 1）不另行补强的最大开孔直径）不另行补强的最大开孔直径 应满足应满足GB150 P75 8.3GB150 P75 8.3规定规定 2 2）采用补强圈补强要求）采用补强圈补强要求 b540MPa;b540MPa;1.51.5n;n;n38mmn38mm3 3）整体补强要求）整体补强要求 下下列列情情况况之之一一，应应采采用用整整体体补补强强（增增加加壳壳体体厚厚度度或或采采用用补补强强锻锻件件与壳体相焊）。与壳体相焊）。HG20583 HG20583 钢制化工容器结构规定。钢制化工容器结构规定。b b540MPa540MPa 1.51.5n n n n38mm38mm P Pd d4.0MPa4.0MPa T Td d350350 介质为极度，高度危害介质介质为极度，高度危害介质 第三十七页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。4 4、开孔补强、开孔补强 4.4 4.4 开孔补强方法开孔补强方法 1 1）等面积补强法（）等面积补强法（d1/2Did1/2Di）原则：有效补强面积大于或等于开孔失去面积原则：有效补强面积大于或等于开孔失去面积 式中式中为开孔处计算厚度，为开孔处计算厚度，注意：注意：对椭圆封头和碟形封头中心部位和边缘部位对椭圆封头和碟形封头中心部位和边缘部位是不同的。是不同的。第三十八页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。4 4、开孔补强、开孔补强 4.4 4.4 开孔补强方法开孔补强方法 2 2）压力面积补强法（）压力面积补强法（0.80.8DidDid0.5Di0.5Di）原则：有效承压面积上作用力原则：有效承压面积上作用力许用应力许用应力 当壳体、接管、补强圈材料不同时，上述可表达为：当壳体、接管、补强圈材料不同时，上述可表达为：0 0、1 1、2 2分别为壳体、接管、补强圈材料的许用应力，分别为壳体、接管、补强圈材料的许用应力，Mpa Mpa A A0 0、A A1 1、A A22分分别别为为有有效效补补强强范范围围内内壳壳体体、接接管管和和补补强强圈圈横横截截面面积积，mmmm2 2 P P 设计压力，设计压力，MpaMpa；A AP P为补强有效范围内压力作用面积，为补强有效范围内压力作用面积，mmmm2 2 详见详见 HG 20581 HG 20581 钢制化工容器强度计算规定钢制化工容器强度计算规定第三十九页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。主要内容主要内容u1、总论、总论 u2、受压元件、受压元件 u3、外压元件（园筒和球壳）、外压元件（园筒和球壳）u4、开孔补强、开孔补强 u5、法兰、法兰u6、低温压力容器（附录、低温压力容器（附录C）u7、超压泄放装置（附录、超压泄放装置（附录B）第四十页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。5 5、法兰、法兰 5.1 5.1 法兰分类法兰分类 1 1）按垫片）按垫片 窄面法兰窄面法兰 垫片在螺栓孔内侧（一般采用窄面法兰）垫片在螺栓孔内侧（一般采用窄面法兰）宽面法兰宽面法兰 垫片在螺栓孔两侧垫片在螺栓孔两侧 2 2）按整体性程度）按整体性程度 松式法兰松式法兰 法兰与筒体未连成整体，如活套法兰、螺纹法兰法兰与筒体未连成整体，如活套法兰、螺纹法兰整体法兰整体法兰 法兰环、锥颈与筒体连成整体，如长颈法兰法兰环、锥颈与筒体连成整体，如长颈法兰任意式法兰任意式法兰 如平焊法兰（如平焊法兰（JB4700JB4700中，甲、乙型平焊法兰）中，甲、乙型平焊法兰）3 3）按密封面型式）按密封面型式 突面法兰突面法兰 由一对平面组成由一对平面组成凹凸面法兰凹凸面法兰 由一对相配合的凹面和凸面组成由一对相配合的凹面和凸面组成榫槽法兰榫槽法兰 由一对相配合的榫面和槽面组成由一对相配合的榫面和槽面组成环面法兰环面法兰 由一对相配合的环面组成由一对相配合的环面组成 第四十一页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。5 5、法兰、法兰 按密封面形式按密封面形式 法兰示意图法兰示意图 第四十二页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。5 5、法兰、法兰 5.2 5.2 垫片垫片 1 1）垫片种类）垫片种类 非金属垫片非金属垫片 橡胶板、橡胶石棉板、聚四氟乙烯、膨胀石墨等橡胶板、橡胶石棉板、聚四氟乙烯、膨胀石墨等金属垫片金属垫片 纯铝、紫铜、软钢、不锈钢等，用于压力、温度较高场合纯铝、紫铜、软钢、不锈钢等，用于压力、温度较高场合金属包垫片金属包垫片 柔性石墨、石棉板为芯材，外包铜、铝、不锈钢、镀锌铁皮柔性石墨、石棉板为芯材，外包铜、铝、不锈钢、镀锌铁皮 常用于中、低压和较高温度场合。常用于中、低压和较高温度场合。缠绕垫片缠绕垫片 由金属薄带（由金属薄带（0 0Cr13Cr13、0Cr18Ni90Cr18Ni9、08F08F）和填充带和填充带 （石墨、柔性石墨、聚四氟乙烯）相间缠绕而成，（石墨、柔性石墨、聚四氟乙烯）相间缠绕而成，适用较高压力和温度范围。适用较高压力和温度范围。第四十三页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。5 5、法兰、法兰 5.2 5.2 垫片垫片 2 2）垫片压紧力）垫片压紧力 预紧状态下最小压紧力预紧状态下最小压紧力 操作工况下最小压紧力操作工况下最小压紧力 式式中中，m m垫垫片片系系数数，垫垫片片操操作作时时，为为保保持持密密封封需需要要施施加加于于垫垫片片单单位位有有效密封面积上的最小压紧力与内压力比值，即效密封面积上的最小压紧力与内压力比值，即 2 2是系数，是系数，m m是垫片材料的一个特性，是垫片材料的一个特性，y y垫垫片片比比压压力力，垫垫片片在在预预紧紧时时，为为了了消消除除法法兰兰密密封封面面与与垫垫片片接接触触面面间间的缝隙，需施加于垫片单位有效密封面积上的最小压紧力。的缝隙，需施加于垫片单位有效密封面积上的最小压紧力。垫片合理设计，应使垫片在预紧和操作状态下所需压紧力尽可能小。垫片合理设计，应使垫片在预紧和操作状态下所需压紧力尽可能小。第四十四页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。5 5、法兰、法兰 5.3 5.3 法兰设计法兰设计 1 1）法兰密封要求）法兰密封要求 法法兰兰是是通通过过紧紧固固螺螺栓栓（螺螺柱柱）压压紧紧垫垫片片来来实实现现密密封封，所所以以法法兰兰设设计计要要防止泄漏，既要保证强度，也要有足够刚性，以保持良好密封性。防止泄漏，既要保证强度，也要有足够刚性，以保持良好密封性。影响法兰密封因素：影响法兰密封因素：a a）操作条件，操作条件，P P、T T、介质介质b b）螺栓的预紧力螺栓的预紧力c c）垫片的性能，应考虑垫片材料对温度及其介质相容性。垫片的性能，应考虑垫片材料对温度及其介质相容性。d d）法兰密封面形式法兰密封面形式e e）法兰刚度法兰刚度 第四十五页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。5 5、法兰、法兰 5.3 5.3 法兰设计法兰设计 2 2）螺栓）螺栓 螺栓载荷螺栓载荷 预紧状态：预紧状态：操作状态：操作状态：螺栓面积螺栓面积 预紧时预紧时 操作时操作时 取两者大值作为确定螺栓截面积依据。取两者大值作为确定螺栓截面积依据。在在螺螺栓栓面面积积A A已已定定情情况况下下，选选用用小小直直径径螺螺栓栓，个个数数多多；选选用用大大直直径径螺螺栓栓，个个数数少少，为为保保证证扳扳手手在在周周向向和和径径向向间间距距要要求求，应应选选取取合合适适螺螺栓栓直直径径，使使螺螺栓栓中中心心圆圆直直径径最最小小。螺螺栓栓中中心心圆圆直直径径增增大大，使使螺螺栓栓预预紧紧力力增增大大，承承受受弯距增大，不利于密封。弯距增大，不利于密封。第四十六页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。5 5、法兰、法兰 5.3 5.3 法兰设计法兰设计 3 3）法兰）法兰 法法兰兰强强度度设设计计的的理理论论有有多多种种，我我国国法法兰兰设设计计规规范范的的依依据据是是弹弹性性分分析析理理论论，即即控控制制法法兰兰中中应应力力在在弹弹性性范范围围内内，以以保保证证法法兰兰的的密密封封要要求求。（Waters Waters 法）法）工程上法兰设计主要是对法兰轴向应力工程上法兰设计主要是对法兰轴向应力H H，径向应力径向应力r r和周向应力和周向应力和组合应力的校核。和组合应力的校核。即即 ，第四十七页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。5 5、法兰、法兰 5.3 5.3 法兰设计法兰设计 4 4）法兰设计的合理性）法兰设计的合理性 a a）选择垫片时，尽可能选择所需压紧力小的垫片，即选择垫片时，尽可能选择所需压紧力小的垫片，即m m、y y小的垫片。小的垫片。b b）尽可能缩小螺栓中心圆直径，减小法兰力矩的力臂，有利密封；尽可能缩小螺栓中心圆直径，减小法兰力矩的力臂，有利密封；c c）合合理理设设计计法法兰兰锥锥颈颈（1 1）和和法法兰兰环环（f f），既既保保证证强强度度，又又有有足足够够刚刚度度，即即调调整整1 1、f f使使法法兰兰的的各各计计算算应应力力尽尽可可能能接接近近相相应应许许用用应应 力，趋满应力状态。力，趋满应力状态。第四十八页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。主要内容主要内容u1、总论、总论 u2、受压元件、受压元件 u3、外压元件（园筒和球壳）、外压元件（园筒和球壳）u4、开孔补强、开孔补强 u5、法兰、法兰u6、低温压力容器（附录、低温压力容器（附录C）u7、超压泄放装置（附录、超压泄放装置（附录B）第四十九页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。6 6、低温压力容器（附录、低温压力容器（附录C C）设计温度低于或等于设计温度低于或等于-20-20的钢制压力容器（室外安装无的钢制压力容器（室外安装无保温的容器，最低设计温度应考虑地区环境温度影响）保温的容器，最低设计温度应考虑地区环境温度影响）各国对低温压力容器划分温度界限：各国对低温压力容器划分温度界限：受环境温度影响，壳体的金属温度低于或等于受环境温度影响，壳体的金属温度低于或等于-20-20时，时，也应遵循低温压力容器规定。也应遵循低温压力容器规定。美国日本、德国法国英国-30-10-2020mm20mm钢板逐张超探钢板逐张超探 对不同使用温度，进行低温冲击对不同使用温度，进行低温冲击2 2）对焊接和无损探伤要求）对焊接和无损探伤要求 全焊透结构全焊透结构 无损探伤比例为无损探伤比例为5050和和100100 100100RTRT或或UTUT检检测测的的容容器器，其其对对接接接接头头、T T形形接接头头、角角焊焊接接缝缝需需进进行行100100MTMT或或PTPT检测。检测。焊缝表面不得有咬边焊缝表面不得有咬边3 3）焊后热处理）焊后热处理 钢钢板板厚厚度度16mm16mm的的碳碳素素钢钢和和低低合合金金钢钢制制容容器器或或受受压压元元件件，应应进进行行焊后热处理。焊后热处理。第五十三页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。主要内容主要内容u1、总论、总论 u2、受压元件、受压元件 u3、外压元件（园筒和球壳）、外压元件（园筒和球壳）u4、开孔补强、开孔补强 u5、法兰、法兰u6、低温压力容器（附录、低温压力容器（附录C）u7、超压泄放装置（附录、超压泄放装置（附录B）第五十四页，编辑于星期日：二十二点 四十三分。7 7、超压泄放装置（附录、超压泄放装置（附录B B）压力容器在运行中由于外界因素影响和工艺过程失控，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，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。发生。7.1 7.1 对泄压装置要求对泄压装置要求 1 1）动作压力能在设定压力及允许误差范围内）动作压力能在设定压力及允许误差范围内2 2）泄放能力大于或等于容器安全泄放量）泄放能力大于或等于容器安全泄放量3 3）有可靠密封，能保证容器正常工作）有可靠密封，能保证容器正常工作 4 4）在有效使用期限内能可靠工作）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。超压泄放装置有安全阀、爆破片、及安全阀和爆破片组合。第五十五页，编辑于