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压力容器设计基础

一．概述

1、标准适用的压力范围

GB150－1998《钢制压力容器》设计压力P：0.1～35 MPa 真空度：≥0.02 MPa GB151－1999《管壳式换热器》设计压力P：0.1～35 MPa

真空度：≥0.02 MPa

公称压力PN≤35 MPa，公称直径DN≤2600mm PN?DN≤1.75×104

JB4732－95《钢制压力容器-分析设计标准》设计压力P：0.1～100 MPa

真空度：≥0.02 MPa JB／T4735－1997《钢制焊接常压容器》设计压力P：

圆筒形容器：-0.02 MPa≤P≤0.1 MPa

立式圆筒形储罐、圆筒形料仓 -500Pa≤P≤0.2000 Pa 矩形容器： 连通大气

GB12337－1998《钢制球形储罐》设计压力P≤4MPa,公称容积V≥50M3 JB4710－2000《钢制塔式容器》设计压力P：0.1～35MPa

(对工作压力<0.1MPa内压塔器,P取 0.1MPa) 高度范围 h>10m 且h/D(直径)>5

2.设计时应考虑的载荷 1) 内压、外压或最大压差；

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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。 3、设计单位的职责

1) 设计单位应对设计文件的正确性和完整性负责。 2) 压力容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。 3) 压力容器的设计总图应盖有压力容器设计资格印章。 4．容器范围

GB150管辖的容器范围是指壳体及其连为整体的受压零部件 1) 容器与外部管道连接

2) 接管、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件

3) 非受压元件与受压元件的焊接接头。接头以外的元件，如加强圈、支座、裙座等

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4) 连接在容器上的仪表等附件。直接连接在容器上的超压泄放装置。 5.定义

(1)压力 除注明者外，压力均为表压力。

工作压力Pw

1)内压容器 在正常工作情况下，容器顶部可能出现的最高压力。 2)真空容器 在正常工作情况下，容器可能出现的最大真空度。 3)外压容器 在正常工作情况下，容器可能出现的最大内外压力差。 设计压力Pd

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的条件，其值不低于工作压力。 计算压力Pc

计算压力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。当壳体各部位或元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。 最大允许工作压力[Pw]

在指定温度下，压力容器安装后顶部所允许的最大工作压力。该压力应是按容器各受压元件的有效厚度减去除压力外的其他载荷所需厚度后，计算得到的最大允许工作压力（且减去元件相应的液柱静压力）中的最小值。

最大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（安全阀开启压力或爆破片设计爆破压力）的依据。 安全阀的开启压力Pz

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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。

爆破片的标定爆破压力Pb 爆破片铭牌上标的爆破压力。 (2)温 度

金属温度 、工作温度 、设计温度、试验温度 (3)厚度

最小厚度δmin、计算厚度δ、设计厚度δd、计算厚度与腐蚀裕量之和、名义厚度（即图样厚度）δn、有效厚度δe

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）。

二、材料

(一)选材的基本原则

选择压力容器用材，须根据容器的使用条件（如温度、压力、介质腐蚀性、介质对材料的脆化作用及其是否易燃、易爆、有毒等）、制造工艺、材料的焊接性能及经济合理性选择具有适宜的机械性能、耐腐蚀性能、物理性能等的材料 （二）材料的基本性能

1． 机械性能

（1） 机械强度 强度是材料抵抗外力作用不致破坏的性能特性。屈服 极限（ζts）和强度极限（ζb）。高温时还要考虑蠕变极限（ζtn）和持久 极限（ζtD）。

(2)塑性 材料的塑性是用延伸率（δ）及断面收缩率（ψ）来表示。它们的数值由拉伸试验获得。

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（3）硬度 所谓硬度是指金属材料抵抗压入物压陷能力的大小，也可以说是材料对局部塑性的抗力。硬度可采用不同的方法在不同的仪器上测定，其所得的硬度指标也各不相同。最常用的硬度指标为布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）、和维氏硬度（HV），其数值可以互相换算。

换热管与管板的连接采用胀接时，换热管材料的硬度值一般须低于管板材料的硬度值。

螺栓和螺母匹配使用，一般螺栓材料的硬度值须高于螺母３０HB。 （4）韧性 韧性是指材料抵抗冲击载荷的性能指标, 材料韧性用冲击功AKV来衡量,冲击功AKV是指材料受到冲击负荷的作用下，产生断裂时所消耗能量大小的特性，即冲击试样所消耗的功，其单位为J。

由于冲击功AKV是金属材料各项机械性能标中对材料的化学成分、冶金质量、组织状态及内部缺陷等比较敏感的一个质量指标，而且也是衡量材料脆性转变和断裂特性的重要指标，所以对压力容器用钢来说，尤其是低温压力容器冲击功是一项重要的性能指标。 （5）温度对材料机械性能的影响

材料的屈服极限、强度极限和弹性模量随温度的升高而降低。如果设备的操作温度较高，则必须选用在相应温度下能保持其强度指标的材料。

如果材料在高温下承受高的应力，则材料的抗蠕变性能是关键性的。材料蠕变极限指在某一温度下受恒定载荷作用时，在规定的持续时间内(10万小时)产生1%的变形时的应力;持久极限是材料在某一温度下受恒定载荷作用时，在规定的持续时间内(10万小时)引起断裂时的应力．在实际试验

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