1、壓力容器設(shè)計人培訓考核壓力容器設(shè)計人培訓考核桑如苞桑如苞 2005 2005年年1010月月2828日日 講講 座座壓力容器設(shè)計人考核要點n一一. .材料材料. .n二二. .焊接給壓力容器帶來的不良影響焊接給壓力容器帶來的不良影響. .n三三. .檢驗要求檢驗要求. .n四四. .耐蝕要求耐蝕要求. .n五五. .制造要求制造要求. .n六六. .內(nèi)壓圓筒公式適用范圍內(nèi)壓圓筒公式適用范圍. .n七七. .橢圓封頭計算橢圓封頭計算. .n八八. .臥式容器臥式容器.n九九. .臥式固定換熱器臥式固定換熱器. .n十十. .外壓容器外壓容器. .壓力容器設(shè)計人考核要點n十一十一. .管箱平蓋的計

2、算方法管箱平蓋的計算方法.n十二十二. 容器上的高應力源及消除方法容器上的高應力源及消除方法.n十三十三. 三種主要殼體厚度計算時所針對的應力的三種主要殼體厚度計算時所針對的應力的特性特性. n十四十四. 三種主要殼體厚度計算公式中所針對的焊三種主要殼體厚度計算公式中所針對的焊縫縫.n十五十五. “監(jiān)規(guī)監(jiān)規(guī)”中有關(guān)規(guī)定（可查規(guī)程作答）中有關(guān)規(guī)定（可查規(guī)程作答）.n十六十六. 等面積補強法中有效補強范圍的依據(jù)，計等面積補強法中有效補強范圍的依據(jù)，計算厚度的確定，及各種殼體上不同方向接管時算厚度的確定，及各種殼體上不同方向接管時開孔計算直徑的確定開孔計算直徑的確定. 一一. 材料材料n1 化學成份

3、要求：化學成份要求： n壓力容器用鋼材：壓力容器用鋼材： 磷含量（熔煉分析）磷含量（熔煉分析） 0 . 030 % 硫含量硫含量 0. 020 % ，n焊接壓力容器的碳鋼、低合金鋼含碳量焊接壓力容器的碳鋼、低合金鋼含碳量 0. 25 % (限制這些含量的作用限制這些含量的作用) 奧氏體不銹鋼長期在奧氏體不銹鋼長期在525 時工作，時工作，鋼中含碳量鋼中含碳量 0 . 04 % 一一. 材料材料n2 2 使用熱處理狀態(tài)要求：使用熱處理狀態(tài)要求：須正火狀態(tài)使用的鋼板厚度界限（須正火狀態(tài)使用的鋼板厚度界限（GB 150 GB 150 4.2.5 4.2.5 ） n3 3 逐張檢測要求：逐張檢測要求：

4、見見“監(jiān)規(guī)，監(jiān)規(guī)， P11 , GB150 P10 P11 , GB150 P10 n4 4 鍛件級別要求：鍛件級別要求：見見GB150 P11 , 4.4.2 GB150 P11 , 4.4.2 以上要求中，應特別注意：大于、小于及等于以上要求中，應特別注意：大于、小于及等于的規(guī)定。的規(guī)定。 二二. .焊焊接給壓力容器帶來的不良影響接給壓力容器帶來的不良影響n1 1造成缺陷，如氣孔、夾渣等，直造成缺陷，如氣孔、夾渣等，直接影響焊縫強度。接影響焊縫強度。n2 2 在焊縫與母材間引起焊接殘余在焊縫與母材間引起焊接殘余應力。應力。n3 3使母材熱影響區(qū)性能下降，其中使母材熱影響區(qū)性能下降，其中特別

5、是沖擊韌性下降尤其嚴重。特別是沖擊韌性下降尤其嚴重。 二二. .焊焊接給壓力容器帶來的不良影響接給壓力容器帶來的不良影響上述三方面的影響，對不同的容器作用不同。上述三方面的影響，對不同的容器作用不同。 “ “缺陷缺陷”對所有壓力容器都有影響（與一對所有壓力容器都有影響（與一次應力相關(guān)）故都須考慮，通過焊接接頭系數(shù)次應力相關(guān)）故都須考慮，通過焊接接頭系數(shù)體現(xiàn)。與單面焊雙面焊有關(guān)，與無損檢測比例體現(xiàn)。與單面焊雙面焊有關(guān)，與無損檢測比例相聯(lián)系。相聯(lián)系。 “ “殘余應力殘余應力”：該應力可以達到很高的數(shù)：該應力可以達到很高的數(shù)值，但由于它是一種自平衡的應力，所以并不值，但由于它是一種自平衡的應力，所以

6、并不影響容器的承載能力。為此在容器壁厚計算中影響容器的承載能力。為此在容器壁厚計算中可不考慮。并且由于它不會可不考慮。并且由于它不會“反復反復”出現(xiàn)，所出現(xiàn)，所以不會引起不安定的問題（即可不按二次應力以不會引起不安定的問題（即可不按二次應力限制）。但它會對脆性破壞及應力腐蝕產(chǎn)生作限制）。但它會對脆性破壞及應力腐蝕產(chǎn)生作用，為此用，為此二二. .焊焊接給壓力容器帶來的不良影響接給壓力容器帶來的不良影響 對有可能發(fā)生脆性破壞的容器，如低溫容器、對有可能發(fā)生脆性破壞的容器，如低溫容器、高強鋼（高強鋼（b b540Mpa540Mpa ） 的容器等要加以考的容器等要加以考慮。另外，對有應力腐蝕可能的容器

7、也應考慮慮。另外，對有應力腐蝕可能的容器也應考慮( (如液化氣罐如液化氣罐) )消除焊接殘余應力的方法即是焊消除焊接殘余應力的方法即是焊后消殘熱處理。后消殘熱處理。 對對“韌性韌性”的影響：就一般常溫、高溫容的影響：就一般常溫、高溫容器影響不大，可不考慮。但對低溫容器必須考器影響不大，可不考慮。但對低溫容器必須考慮。由于焊接過程中母材熱影響區(qū)中材料的韌慮。由于焊接過程中母材熱影響區(qū)中材料的韌性下降是不可避免的，為了使焊態(tài)母材熱影響性下降是不可避免的，為了使焊態(tài)母材熱影響區(qū)的沖擊韌性能保持在一定的水平，區(qū)的沖擊韌性能保持在一定的水平，則必要時，則必要時，應提高對母材低溫沖擊韌應提高對母材低溫沖擊

8、韌二二. .焊焊接給壓力容器帶來的不良影響接給壓力容器帶來的不良影響 性（性（Akv ）的要求，或降低材料）的要求，或降低材料Akv 沖擊試驗沖擊試驗的溫度。的溫度。 從保證容器安全的角度出發(fā)，希望焊接造從保證容器安全的角度出發(fā)，希望焊接造成熱影響區(qū)中母材的沖擊韌性的損失降到較小成熱影響區(qū)中母材的沖擊韌性的損失降到較小的程度，故對焊接工藝應控制較小的線能量。的程度，故對焊接工藝應控制較小的線能量。為此宜采用手工焊、小電流、細焊絲、多道焊，為此宜采用手工焊、小電流、細焊絲、多道焊，減小對母材沖擊韌性的影響。減小對母材沖擊韌性的影響。 低溫容器的焊接應為此精工細作。低溫容器的焊接應為此精工細作。低

9、溫低應力工況及低溫環(huán)境度影響的考慮。低溫低應力工況及低溫環(huán)境度影響的考慮。三三. .檢檢驗要求驗要求 n焊縫焊縫100 100 檢測要求的條件，檢測要求的條件， 見見“監(jiān)規(guī)，監(jiān)規(guī)， P43 P43 ，第，第85 85 條。此外，應特別注意：條。此外，應特別注意： 對局部檢測的容器上的對局部檢測的容器上的T T 形接頭，必須形接頭，必須100 100 進行檢測，但其合格級別與進行檢測，但其合格級別與1 1 時的時的要求不同。要求不同。 成形封頭（橢圓封頭等），先拼后成形時，成形封頭（橢圓封頭等），先拼后成形時，拼縫應拼縫應100 100 檢測（盡管封頭檢測（盡管封頭不一定取不一定取1 1），），

10、其合格級別也是與其合格級別也是與相聯(lián)系的（即相聯(lián)系的（即X X 線檢測時，線檢測時，合格級別可合格級別可IIII或或III III 級）封頭成形后對過渡區(qū)級）封頭成形后對過渡區(qū)應重新檢測，但非過渡區(qū)無此要求（即并非整應重新檢測，但非過渡區(qū)無此要求（即并非整個封頭的拼縫要全部重檢）。個封頭的拼縫要全部重檢）。三三. .檢檢驗要求驗要求 磁粉與滲透檢測相比，具有靈敏度較磁粉與滲透檢測相比，具有靈敏度較高，兼能檢測材料近表面缺陷的優(yōu)點，為高，兼能檢測材料近表面缺陷的優(yōu)點，為此對鐵磁性材料應優(yōu)先采用磁粉檢測。但此對鐵磁性材料應優(yōu)先采用磁粉檢測。但該法不能用于奧氏體不銹鋼材料。該法不能用于奧氏體不銹鋼材

11、料。 射線與超聲檢測比較（超聲對奧氏體射線與超聲檢測比較（超聲對奧氏體不銹鋼焊縫的不適應性）不銹鋼焊縫的不適應性） 四四.耐耐蝕要求蝕要求n1 1 晶間腐蝕：不銹鋼的晶間腐蝕是由于晶間腐蝕：不銹鋼的晶間腐蝕是由于貧鉻形起的。為此避免方法：貧鉻形起的。為此避免方法： 采用超低碳不銹鋼（碳含量采用超低碳不銹鋼（碳含量0.03 0.03 % % ）；）； 材料中添加穩(wěn)定化元素，如材料中添加穩(wěn)定化元素，如TiTi、NiNi等；等； 采用固熔化處理（溫度采用固熔化處理（溫度1100 1100 ）或穩(wěn)）或穩(wěn)定化處理（溫度定化處理（溫度875 875 ）。）。四四.耐耐蝕要求蝕要求n2 應力腐蝕：對不銹鋼和

12、碳鋼都可發(fā)生：應力腐蝕：對不銹鋼和碳鋼都可發(fā)生：是在應力腐蝕環(huán)境和材料在拉應力共同作是在應力腐蝕環(huán)境和材料在拉應力共同作用下發(fā)生。避免或緩和應力腐蝕的方法。用下發(fā)生。避免或緩和應力腐蝕的方法。除了選材考慮外，尚要盡量降低材料的高除了選材考慮外，尚要盡量降低材料的高應力（有兩種，見后應力（有兩種，見后“十二十二”條）。主要條）。主要采取焊后消殘熱處理和打磨園角兩種措施。采取焊后消殘熱處理和打磨園角兩種措施。不要把晶間腐蝕和應力腐蝕相混淆。不要把晶間腐蝕和應力腐蝕相混淆。n液化石油氣儲罐設(shè)計中一般應考慮液化石油氣儲罐設(shè)計中一般應考慮H2S的的應力腐蝕可能。應力腐蝕可能。五五.制制造要求造要求n1

13、. GB150-98 1 . GB150-98 中對圓筒最小厚度規(guī)中對圓筒最小厚度規(guī)定定（2mm , 3 mm 2mm , 3 mm ）是出于焊接工藝的要）是出于焊接工藝的要求，與剛度等無關(guān)。而求，與剛度等無關(guān)。而GB 151GB 151中對圓中對圓筒最小厚度的要求是出于局部應力、筒最小厚度的要求是出于局部應力、剛性安裝等要求，其值較大剛性安裝等要求，其值較大。n2 2 對對“厚板厚板”端部以端部以1 : 31 : 3 斜度削斜度削薄的作法，是考慮它們間厚度較緩過薄的作法，是考慮它們間厚度較緩過濾，可以減小局部應力。濾，可以減小局部應力。五五.制制造要求造要求n3 3 對相鄰焊縫間距不小于對相

14、鄰焊縫間距不小于33 及及100mm100mm的要求，的要求，是出于免使焊縫熱影響區(qū)重疊，減小焊接造成的是出于免使焊縫熱影響區(qū)重疊，減小焊接造成的不良影響。不良影響。n4 4 限制容器液壓試驗時液體（水）的溫度，是限制容器液壓試驗時液體（水）的溫度，是為了防止低溫脆性破壞的發(fā)生。此溫度對不同材為了防止低溫脆性破壞的發(fā)生。此溫度對不同材料是不同的。脆性偏大的材料，試驗溫度較高。料是不同的。脆性偏大的材料，試驗溫度較高。碳鋼、碳鋼、15MnVR 15MnVR 、16MnR 16MnR 等材料的試驗溫度控制等材料的試驗溫度控制在在5 5 以上。以上。n5 . 5 . 壓力容器上常用的四種熱處理方法及

15、應用。壓力容器上常用的四種熱處理方法及應用。 六六. .內(nèi)內(nèi)壓圓筒公式適用范圍壓圓筒公式適用范圍 nPc0.4Pc0.4t t, ,此條件等同于此條件等同于K1.5K1.5（K-K-圓筒外徑與內(nèi)徑之比）。圓筒最小厚度的圓筒外徑與內(nèi)徑之比）。圓筒最小厚度的考慮因素?？紤]因素。 n容器工作壓力系指操作過程中可能出現(xiàn)的容器工作壓力系指操作過程中可能出現(xiàn)的容器頂部的壓力。容器容積不扣除內(nèi)件的容器頂部的壓力。容器容積不扣除內(nèi)件的體積。體積。n圓柱殼在端部均布邊界力作用下，殼中局圓柱殼在端部均布邊界力作用下，殼中局部薄膜（環(huán)向）應力與軸向彎曲應力衰減部薄膜（環(huán)向）應力與軸向彎曲應力衰減長度的概念在壓力容器

16、設(shè)計中的應用：長度的概念在壓力容器設(shè)計中的應用：六六. .內(nèi)內(nèi)壓圓筒公式適用范圍壓圓筒公式適用范圍 開孔補強開孔補強錐殼大小端加強段錐殼大小端加強段無折無折邊球封邊球封臥式鞍座計算等。臥式鞍座計算等。 計算厚度、設(shè)計厚度、名義厚度、有效厚計算厚度、設(shè)計厚度、名義厚度、有效厚度度的概念。有效厚度的應用。的概念。有效厚度的應用。 錐殼加強段（大、小端），計算的對象，錐殼加強段（大、小端），計算的對象，加強段長度的意義。加強段長度的意義。 標準橢圓封頭最大應力的位置、部位、方標準橢圓封頭最大應力的位置、部位、方向、組成及性質(zhì)。向、組成及性質(zhì)。七七. .橢橢圓封頭計算圓封頭計算 橢圓封頭在內(nèi)壓作用下，

17、既有強度問題，又有橢圓封頭在內(nèi)壓作用下，既有強度問題，又有穩(wěn)定問題，封頭厚度是根據(jù)強度進行計算的，穩(wěn)定問題，封頭厚度是根據(jù)強度進行計算的，對它的穩(wěn)定是通過限制封頭的最小有效厚度的對它的穩(wěn)定是通過限制封頭的最小有效厚度的方法加以控制：就此對標準封頭規(guī)定了不小于方法加以控制：就此對標準封頭規(guī)定了不小于0.15% Di,對非標準封頭規(guī)定了不小于對非標準封頭規(guī)定了不小于0.3%Di的的限制條件。限制條件。 封頭沖壓成形后的最小厚度要求？封頭沖壓成形后的最小厚度要求？ 橢圓封頭上不同部位開孔時（分過渡區(qū)和球殼橢圓封頭上不同部位開孔時（分過渡區(qū)和球殼區(qū)）。開孔補強計算時，其殼體計算厚度的取區(qū)）。開孔補強計

18、算時，其殼體計算厚度的取值不同（可分別取封頭計算厚度和當量球殼計值不同（可分別取封頭計算厚度和當量球殼計算厚度）。算厚度）。八八. .臥臥式容器式容器 n鞍座位置鞍座位置A 的要求：的要求： A 0.5Rm ； A 0.2L。 其意義分別是：其意義分別是： 對對 是能利用封頭的挺性，以保持是能利用封頭的挺性，以保持鞍座位置的圓筒橫截面為圓形，從而鞍座位置的圓筒橫截面為圓形，從而具有較大的抗彎矩（截面模量），對具有較大的抗彎矩（截面模量），對降低筒體軸向應力、切向剪應力和周降低筒體軸向應力、切向剪應力和周向應力均有利。向應力均有利。 八八. .臥臥式容器式容器 對對 是使容器上由重力等引起的軸向

19、是使容器上由重力等引起的軸向彎矩控制在最小值，此時圓筒上鞍座彎矩控制在最小值，此時圓筒上鞍座位置截面的軸向彎矩與兩支座跨中截位置截面的軸向彎矩與兩支座跨中截面處的軸向彎矩相等。面處的軸向彎矩相等。 固定支座一般應設(shè)置在圓筒上管線較固定支座一般應設(shè)置在圓筒上管線較粗、較多的一端。目的可減小圓筒熱粗、較多的一端。目的可減小圓筒熱脹冷縮時產(chǎn)生的溫差應力。鞍座包角脹冷縮時產(chǎn)生的溫差應力。鞍座包角一般為一般為120。九九. .臥臥式固定換熱器式固定換熱器 1 1 采用弓形折流板時，缺口位置采用弓形折流板時，缺口位置講究：對殼程為氣液兩相并存的狀態(tài)講究：對殼程為氣液兩相并存的狀態(tài)時，必須左右布置，否則成果

20、嚴重，時，必須左右布置，否則成果嚴重，造成損失。造成損失。 2 2 當殼程殼體上焊有防沖板時，當殼程殼體上焊有防沖板時，折流板的拉桿應固定在遠離擋板的那折流板的拉桿應固定在遠離擋板的那塊管板上，否則不便組裝。塊管板上，否則不便組裝。 3 3 管箱熱處理條件（見管箱熱處理條件（見GB151 GB151 ）。）。 九九. .臥臥式固定換熱器式固定換熱器 4 4 換熱器進出口管口，當直徑較大，且靠近換熱器進出口管口，當直徑較大，且靠近管板或法蘭時，應注意其開孔補強計算中，接管管板或法蘭時，應注意其開孔補強計算中，接管兩側(cè)是否都具有（兩側(cè)是否都具有（B=2dB=2d）的補強范圍。否則：）的補強范圍。否

21、則：SW6SW6計算書是無效的，應手工修正計算計算書是無效的，應手工修正計算 5 5 換熱器（固定管板）殼程殼體在內(nèi)壓作用換熱器（固定管板）殼程殼體在內(nèi)壓作用下的受力與一般內(nèi)壓圓筒不同，軸向應力與其環(huán)下的受力與一般內(nèi)壓圓筒不同，軸向應力與其環(huán)向應力間無向應力間無1:21:2的關(guān)系。的關(guān)系。 6 6 固定管板與固定管板與U U形管板、浮頭管板的受力比較、形管板、浮頭管板的受力比較、最大應力的位置，管子應力分布情況，法蘭力矩最大應力的位置，管子應力分布情況，法蘭力矩對固定管板應力的影響。對固定管板應力的影響。十十. .外外壓容器壓容器 n外壓容器的破壞有失穩(wěn)和強度破壞兩種可外壓容器的破壞有失穩(wěn)和強

22、度破壞兩種可能，設(shè)計應包括強度計算和穩(wěn)定校核。但能，設(shè)計應包括強度計算和穩(wěn)定校核。但一般失穩(wěn)往往在強度破壞前發(fā)生，所以穩(wěn)一般失穩(wěn)往往在強度破壞前發(fā)生，所以穩(wěn)定計算是外壓容器設(shè)計的主要考慮方面。定計算是外壓容器設(shè)計的主要考慮方面。系數(shù)系數(shù)A A、B B的意義。的意義。n橢圓封頭與圓筒組成的外壓容器，圓筒的橢圓封頭與圓筒組成的外壓容器，圓筒的外壓計算長度外壓計算長度L L 圓筒長度封頭直邊段圓筒長度封頭直邊段的的2 2 倍封頭曲面深度的倍封頭曲面深度的1/31/3的兩倍。的兩倍。十一十一. .管管箱平蓋的計算方法箱平蓋的計算方法 n管箱平蓋的計算方法與一般圓平板的管箱平蓋的計算方法與一般圓平板的方

23、法不同，它不僅按通常平板的公式方法不同，它不僅按通常平板的公式計算強度所需的厚度，而且還按剛度計算強度所需的厚度，而且還按剛度要求計算厚度，且取其大值。要求計算厚度，且取其大值。n拼接管板不論厚薄，一律要拼接管板不論厚薄，一律要100 100 檢檢測。測。十二十二. .容容器上的高應力源及消除方法器上的高應力源及消除方法 容 器 上 的 高 應 力 源 有 兩 種 ：容 器 上 的 高 應 力 源 有 兩 種 ： 焊接殘余應力，此應力對低溫容焊接殘余應力，此應力對低溫容器，應力腐蝕容器，高強鋼容器可產(chǎn)器，應力腐蝕容器，高強鋼容器可產(chǎn)生不良影響。為此必須消除，即應采生不良影響。為此必須消除，即應采用焊后熱處理，但因這種應力不會反用焊后熱處理，但因這種應力不會反復循環(huán)出現(xiàn)，為此對疲勞容器不會產(chǎn)復循環(huán)出現(xiàn)，為此對疲勞容器不會產(chǎn)生影響，所以疲勞容器并不一定要求生影響