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）；TSGR0004 2009固定式压力容器安全技术监察规程（ 20101201实施） （简称固容规；TSGR0005 2009移动式压力容器安全技术监察规程（20101201实施）；TSGR1001 2008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GB150.1 4-2014 压力容器 （取代 GB150-1

2、998) 通用规定、材料、设计、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 150.1 4-2011 压力容器 P 0.1MPa ，且 35MPa ，或者真空度（外

3、压）不低于0.02MPa；设计温度：269 900 ；内直径：不小于150mm 。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 ）， 0.1MPap 1.6 MPa ；2）中压（代号M）， 1.6MPap 10.0 MPa ；3）高压（代号H ），10.0MPap 100 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

4、；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。

5、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，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

6、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。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

7、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

8、，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 HG2159421604-99。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

9、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/T20606 20613-20094706-2000 ， JB/T4718/4719/4720-1992， HG/T 20627 20633-2009 等。，

10、JB/T4705 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

11、 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

12、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

13、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 （S30408) 、 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

14、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

15、：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 1.620300 16不得用于毒性为高度和极度介质Q235-C热轧 1.60300 16同上Q245RGB713-2014热轧、正火 3520475 100无限制GB150 ，对 Q2

16、35-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

17、-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 35-40 3506 100-4015MnNiDR通常 35-45 1006 60-4509MnNiDR通常 35-70 3506 100-7007MnNiMoVDRGB1

18、9189-2011调质通常 35-40 3501660-451.4 中温抗氢钢（耐热钢）钢板（具有较高的高温强度（400 600 ）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20 5506 1005614Cr1MoR20 5506 1205612Cr2Mo1R20 5756 1206912Cr1Mo1VR20

19、 5756 120691.5 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12 14 铬即称为不锈钢，能耐弱腐蚀性介质；加入 16 18 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（400 700 ）、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)06Cr17Ni12Mo2Ti(S31668)、 06Cr19Ni13Mo3(S31708)022Cr17Ni12Mo2(S31603)、 022

20、Cr19Ni13Mo3(S31708)、06Cr17Ni12Mo2(S31608)022Cr19Ni10(S30403)、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12 14铬即称为不锈钢，能耐弱腐蚀性介质；加入16 18 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

21、般06Cr17Ni12Mo2 0.08一般一般022Cr19NI10 0.03一般良好022Cr17Ni12Mo2 0.03一般良好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

22、热轧 10-20475P4.0MPa ，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

23、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16MnGB 6479正火 40-40475P0.025、 S0.012 ,低冲 -40 09MnDGB150.2 附录 A正火8-50400低冲 -50 09MnNiDGB150.2 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

24、 ）适用温度（）其它限制12CrMoGB 9948正火 +回火 30052515CrMo GB 9948正火 +回火 50052512Cr2Mo1GB150 附录 A正火 +回火 3005751Cr5Mo GB 9948退火 30060012Cr1MoVG GB 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)、 06Cr1

25、9Ni13Mo3(S31708)、 022Cr19Ni10(S30403)、022Cr17Ni12Mo2(S31603)、 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 1497

26、6-2012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 、1

27、5CrMo 、35CrMo 、12Cr1MoV 、 12Cr2MoV 、 12Cr3Mo1V 14Cr1Mo 、12Cr2Mo1 、 1Cr5Mo使用温度 t 20，设计压力p35Mpa。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0106 15916Mn300正火，正火 +回火0121 17815CrMo 300正火 +回火淬火 +回火20118 180 300500 115 178 1Cr5Mo 500正火 +回火淬火 +回火20174 229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

28、公称厚度热处理状态冲击试验温度（）延伸率 5,16MnD 300淬火 +回火-40 2020MnMoD 300淬火 +回火-40 18 300 500 -30 10Ni3MoVD 300淬火 +回火-50 1709MnNiD 300淬火 +回火-70 23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 5,16MnD 300淬火 +回火-40 2020MnMoD 300淬火 +回火-40 18 300 500 -30 10Ni3MoVD 300淬火 +回火-50 1709MnNiD 300淬火

29、 +回火-70 23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)06Cr13 100退火 20110 18306Cr18Ni9 100固溶 35139 187 100200 131 187 06Cr17Ni12Mo2 100固溶 35139 187 100200 131 187022Cr19Ni10 100固溶 35128 187 100200 121 187 022Cr17Ni14Mo2 100固溶 35128 187 100200 121 187钢棒螺柱用碳素钢低合金钢钢棒标准：GB/T

30、 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 M20 030035GB699正火 M22 -20 350 M24M27 40MnB GB3077-1999调质M22 -20 400 M24M36 40Cr GB3077-1999 M22 -20 400M24M362 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 M56-100 4135CrMoAM60M80-704140CrNiMoAM52M80-50 47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 -20 400 06Cr18Ni9固溶 M48-253 70006Cr18Ni10Ti M48-196 70006Cr17Ni12Mo2 M48-253 700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