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（20140101实施）；TSGR00042009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GB150.1S4-2014压力容器（取代GB150-1998）通用规定、材料、设计、制

2、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 GB150.1S4-2011压力容器P40.1MPa,且35MPa,或者真空度（外压）不低于0.02MPa;设计温度：269c900C；内直径：不小于150mm

3、。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1）低压（代号L）,0.1MPgp<1.6MPa;2）中压（代号M）,1.6MPgp<10.0MPa;3）高压（代号H）,10.0MPaCp<100MPa;4）超高压（代号U）,p>100.0MPa。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；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

4、性组别：设计压力p（单位Mpa）容积V（单位为L）综合划分为I、n、出类。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。(1) A1级：超高压容器、高压容器；(2) A2级：第出类低、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(5) D1级：第I类压力容器；(6) D2级：第H类压力容器。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-20C的碳素钢、低合金钢、双相不锈钢和铁素体不锈钢制容器,

5、以及设方t温度低于-196C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. 圆形封头长短半径比例为

6、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yI13-1.154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，用于连接壳体与壳体、壳体与平盖、壳体与管板。标准：JB/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

7、棒槽面（TG）三种密封面。5支座压力容器的支撑结构。标准：JB/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：GB16749-1997作用：用于压力容器、换热器、常压容器及管道，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:，半接，型两焊成HF由波而，成型体ZD整型9检查孔（人孔与

8、手孔）和HG2159421604-99。最新标准：HG2151421535-95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/T4736-200

9、2。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/T2060620613-2009,HG/T2062720633-2009,JB/T47054706-2000,JB/T4718/4719/4720-1992等。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。柔性石墨复合垫片齿形组合垫片金属缠绕垫片垫

10、片聚四氟乙烯包覆垫片二，全寓环全片J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：选材硫酸一碳钢；尿素一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Mn抑制FeS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

11、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（T11和（TD；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一钢材屈服点屈”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一分别为质量等级；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；

12、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，“Zt“TZW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w1.5%时，一般省略中间的数字。如：16Mn表示碳含量为0.16%,Mn含量W1.5%3）特殊钢的编号A体不锈钢，含碳量60.1%（

13、晶间腐蚀）-低碳、超低碳当含碳量W0.08%及0.04%时分别用0（08）以及00（03）表示。如:0J18Ni9（S30408）、00a17Ni14Mo2（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CW0.25%、PW0.035%、SW0.035%。2）压力容器专用钢中碳素钢和低合金钢（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,PW0.030%、SW0.020%;bRm大于等于540MPa的钢材，P<0.025%、S<0.015%;c用于设计温度低于-20C,并且Rm小于540MPa

14、的钢材，PW0.025%、S<0.012%。d用于设计温度低于-20C,且Rm大于等于540MPa的钢材，PW0.020%、Sw0.010%。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：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

15、容器设计压力（MPa）钢板使用温度（C）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<1.60-300<16同上Q245RGB713-2014热轧、正火<3520475<100无限制GB150,对Q235-B,Q235-C的使用，还做了特别限制APW0.035%、SW0.035%B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。

16、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-20C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

17、器设计压力（MPa）钢板使用温度（C）容器壳体用钢板厚度（mm）冲击试验温度（C）16MnDRGB3531-2014正火、正火加回火通常W35-403506100-4015MnNiDR通常W35-45100660-4509MnNiDR通常W35-703506100-7007MnNiMoVDRGB19189-2011调质通常W35-403501660-451.4 中温抗氢钢（耐热钢）钢板（具有较高的高温强度（400600C）和良好的抗氢腐蚀性能（>200C）。1）钢板牌号：15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr1MoVR,GB713-2014锅炉和压力容器用钢板。2

18、）使用与限制：钢号标准钢板状态钢板使用温度（C）容器壳体用钢板厚度（mm）10万小时断裂强度（C）/MPa15CrMoRGB713-2008正火加回火2055061005614Cr1MoR2055061205612Cr2Mo1R2057561206912Cr1Mo1VR205756120691.5 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%铭即称为不锈钢，能耐弱腐蚀性介质；加入1618%及更多铭称为耐酸不锈钢；统称不锈钢）具有较高的高温强度（400700C）、低温韧性和良好的耐腐蚀性。）。1)钢板牌号代表(25个)：F:06Cr13Al(S11348)

19、、06Cr13(S11306)、A:06Cr19Ni10(S30408)、06Cr18Ni11Ti(S32168)、06Cr17Ni12Mo2(S31608)、06Cr17Ni12Mo2Ti(S31668)、06Cr19Ni13Mo3(S31708)、022Cr19Ni10(S30403)、022Cr17Ni12Mo2(S31603)、022Cr19Ni13Mo3(S31708)A+F:022Cr19Ni5Mo3Si2N(S21953)、022Cr22Ni5Mo3N(S2253)GB24511-2009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%铭即称为不锈钢，能耐

20、弱腐蚀性介质；加入1618%及更多铭称为耐酸不锈钢；统称不锈钢)钢号标准钢板状态固态相含碳量%强度耐蚀性06Cr13AlGB24511-2009退火铁素体<008好差06Cr13铁素体<0.08好差06Cr19Ni10固溶奥氏体<0.07一般一般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/T8163-2008输送流体用无缝钢管GB9948-2013

21、石油裂化用无缝钢管GB6479-2013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（C）其它限制10GB/T8163热轧<10-10475P>4.0MPa,不用于换热管，不用毒性极度、高度正火<300-475GB994820GB/T8163热轧<10-20-475P>4.0MPa,不用于换热管，不用毒性极度、高度GB9948正火<30-20475GB6479正火<40-20475低合金高强度钢管1）钢管牌号：Q345D、16MnGB/T8163-2008输送流体用无缝钢管GB6479-2013化肥设备用高压无缝钢管2）

22、使用及限制钢号标准钢管状态适用壁厚（mm）适用温度（C）其它限制Q345DGB/T8163正火<10-20475P>4.0MPa,不用于换热管，不用毒性极度、高度16MnGB6479正火<40-20475低温钢管1）钢管牌号：16Mn、09MnD、09MnNiDGB6479-2013化肥设备用高压无缝钢管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(C)其它限制16MnGB6479正火<40-40475PW0.025%、SW0.012%,低冲-40C09MnDGB150.2附录A正火<8-50400低冲-50C09MnNiDGB150

23、.2附录A正火<8-70400低冲-70C中温抗氢钢管1）钢管牌号：12CrMo、15CrMo、12Cr2Mo1、1Cr5Mo、12Cr1MoVGGB9948-2013石油裂化用无缝钢管GB5310-2008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）适用温度（C）其它限制12CrMoGB9948正火+回火<300-52515CrMoGB9948正火+回火<500-52512Cr2Mo1GB150附录A正火+回火<300-5751Cr5MoGB9948退火<300-60012Cr1MoVGGB5310正火+回火<300

24、-575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)、06Cr19Ni13Mo3(S31708)、022Cr19Ni10(S30403)022Cr17Ni12Mo2(S31603)、022Cr19Ni13Mo3(S31708)A+F:022Cr19Ni5Mo3Si2N(S21953)、022Cr22Ni5Mo3N(S2253)GB/T14976-2012流体输送用不锈钢无缝钢管GB13296-2013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（C）其它限制06Cr18Ni906Cr18Ni10Ti,06Cr17Ni12Mo2,022Cr19Ni10,022Cr17Ni14Mo2GB/T14976-2012固溶<28在196525或700或800其中超低碳为：在196450不用于换热管GB13296-2013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