压力容器设计参数的确定

1、压力容器设计参数的确定1）设计压力容器设计时，必须考虑在工作情况下可能达到的工作压力和对应的工作温度两者组合中的各种工况，并以最苛刻工况下的工作压力来确定设计压力。表设计压力选取设计压力无安全泄放装置1.01.10倍工作压力;装有安全阀不低于（等于或稍大于）安全阀开启压力（安全阀开启压力取1.051.10倍工作压力）；装有爆破片取爆破片设计爆破压力加制造范围上限;容器位于泵进口侧，且无取无安全泄放装置时的设计压力，且以安全泄放装置时0.1Mpa外压进行校核;无夹套设计外压力取1.25倍最大内外压力差或有安全泄放装置真空容0.1MPa两者中的小值;无安全泄放装置设计外压力取0.1Mpa；容器（真

2、空）设计外压力按无夹套真空容器规定选取1夹套内夹套（内压）设计内压力按内压容器规定选取;为内压外压容器设计外压力取不小于在正常工作情况下可能产生的最大内外压力差注：1容器的计算外压力应为设计外压力加上夹套内的设计内压力，且必须校核在夹套试验压力.外压下的稳定性。盛装液化石油气或混合液化石油气的容器介质501饱和蒸汽压力低于异丁烷501的饱和蒸汽压力时（如丁烷、丁烯、丁二烯）0.79MPa介质501饱和蒸汽压力髙于异丁烷501的饱和蒸汽压力时（如液态丙烷）1.77Mpa介质501饱和蒸汽压力髙于丙烷501的饱和蒸汽压力时（如液态丙烯）2.1MPa对装有安全阀的压力容器，容器的设计压力、工作压力、

3、试验压力与安全阀的排放压力、开启压力之间的关系示意如下：压力容器安全阀试验压排放压力计算压力设计压力开启压力工作压力其中：安全阀排放压力阀瓣达到规定开启高度时的进口压力；安全阀开启压力（整定压力）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。考虑到安全阀阀瓣启动动作的滞后，使容器不能马上泄压，因此容器设计压力一般不低于（等于或稍大于）安全阀开启压力，开启压力为1.051.10倍工作压力。（1）对装有爆破片的压力容器容器的设计压力、工作压力及爆破片的爆破压力之间的关系示意如下：设计压力P爆破片制造范围压力容器爆破片最高标定爆破压力Psmax（Psmax=P+b爆破片制造范围上限

4、）设计爆破压力Pb最低标定爆破片压力Psmin（Psmin=Pb-爆破片制造范围下限）工作压力PW其中：标定爆破压力爆破片铭牌上标志的爆破压力设计爆破压力爆破片在指定温度下的爆破压力。最低标定爆破压力P的大小与爆破片型式和工作压力有关smin2）设计温度设计温度不得低于元件金属在工作状态可能达到的最高温度。在任何情况下元件金属的表面温度不得超过钢材的允许使用温度。当金属温度不可能通过传热计算或实测结果确定时，设计温度的选取容器器壁与介质直接接触且有外保温（或保冷）时a. 设计温度选取介质工作温度T设计温度IIITV-20C介质最低工作温度介质工作温度减00c-20CWTW15C介质最低工作温度

5、介质工作温度减510CT15C介质最髙工作温度介质工作温度加15、30C注：当最髙（低）工作温度不明确时，按表中的II确定。b. 容器内介质用蒸汽直接加热或被内置加热元件（如加热盘管、电热元件等）间接加热时，设计温度取最髙工作温度。c. 容器器壁两侧与不同温度介质直接接触而可能出现单一介质接触时，应以较髙一侧的工作温度为基准确定设计温度，当任一介质温度低于-201时，则应以该侧的工作温度为基准确定最低设计温度。d. 安装在室外无保温的容器，当最低设计温度受地区环境温度控制时,可按以下规定选取：（1）盛装压缩气体的储罐，最低设计温度取环境温度减31；（2）盛装液体体积占容积1/4以上的储罐，最低

6、设计温度取环境温度。注：环境温度取容器安装地区历年来“月平均最低气温”的最低值，e. 对裙座等室外钢结构，应以环境温度作为设计温度。3）厚度附加量厚度附加量C=C+Cmm12式中：C钢板或钢管的厚度负偏差，mm；1C腐蚀裕量，mm。2厚度负偏差C1钢板或钢管的厚度负偏差C应按相应钢材标准的规定选取，当钢1板的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可忽略不计。常用钢板厚度负偏差钢板标准GB6654-1996GB3531T996钢板厚度（mm）全部厚度负偏差C(mm)10.25(取C=0mm)1钢板标准GB3274-88GB3280-92GB4237-92GB4238-92

7、钢板厚度5.57.5mm75、25253030343440405050606080负偏差Cmm10.60.80.91.01.11.21.31.8常用无缝钢管（不包括换热管）的厚度负偏差C值1钢管标准种类壁厚(mm)负偏差C1GB8163输送流体用无缝钢管冷拔1.010%10%热轧$2.512.5%GB9948石油裂化用无缝钢管冷拔1.010%热轧W2012.5%2010%GB/T14976流体输送用不锈钢无缝钢管冷拔1314%3.010%热轧2010%GB5310髙压锅炉用无缝钢管冷拔2310%10%310%7.5%热轧2010%7.5%3）腐蚀裕量C2腐蚀裕量考虑的原则（1）与工作介质接触的

8、筒体、封头、接管、人（手）孔及内部构件等，均应考虑腐蚀裕量。（2）下列情况一般不考虑腐蚀裕量：a介质对不锈钢无腐蚀作用时（不锈钢、不锈复合钢板或有不锈钢堆焊层的元件）；b可经常更换的非受压元件；c有可靠的耐腐蚀衬里；d法兰的密封表面；e管壳式换热器的换热管；f管壳式换热器的拉杆、定距管、折流板和支持板等非受压元件；g用涂漆可以有效防止环境腐蚀的容器外表面及其外部构件（如支座、支腿、底板及托架等，但不包括裙座）。（3）腐蚀裕量一般应根据钢材在介质中的腐蚀速率和容器的设计寿命确定。对有使用经验者，可以按经验选取。（4）容器的设计寿命除有特殊要求外，塔、反应器等主要容器一般不应少于15年，一般容器、

9、换热器等不少于8年。腐蚀裕量的选取（1）容器筒体、封头的腐蚀裕量a介质为压缩空气、水蒸汽或水的碳素钢或低合金钢制的容器,其腐蚀裕量不得小于1.0mm。b、除a以外的其他情况可按下表确定筒体、封头的腐蚀裕量。筒体、封头的腐蚀裕量腐蚀程度不腐蚀轻微腐蚀腐蚀重腐蚀腐蚀速率（mm/年）0.25腐蚀裕量（mm）0212223注:表中的腐蚀速率系指均匀腐蚀。最大腐蚀裕量不应大于6mm，否则应采取防腐措施。（2）容器接管（包括人、手孔）的腐蚀裕量，一般情况下应取壳体的腐蚀裕量。（3）筒体内侧受力焊缝应取与筒体相同的腐蚀裕量。（4）容器各部分的介质腐蚀速率不同时，则可取不同腐蚀裕量（5）两侧同时与介质接触的元

10、件，应根据两侧不同的操作介质选取不同的腐蚀裕量，两者叠加作为总的腐蚀裕量。（6）容器地脚螺栓的腐蚀裕量可取3mm。4）最小厚度Smin当设计压力较低时，由内压强度计算公式算的计算厚度较小，往往不能满足制造、运输、安装等方面的刚度要求，因而对容器规定了最小厚度Smin1. 对碳钢和低合金钢制容器,不小于3mm；2. 对髙合金钢容器,不小于2mm；3. 碳素钢和低合金钢制塔式容器的最小厚度为2/1000的塔器内直径，且不小于4mm；对不锈钢制塔式容器的最小厚度不小于3mm；4管壳式换热器壳体的最小厚度应符合GB151管壳式换热器的相应规定。对于名义厚度取决于最小厚度且公称直径较大、厚度较薄的容器，

11、为防止在制造、运输或安装时产生过大的变形，应根据具体情况采取临时的加固措施（如在容器的内部设置临时支撑元件等）。复合钢板复层的最小厚度a. 为保证工作介质干净（不被铁离子污染）而采用的复合钢板，其复层厚度不应小于2mm；b. 为了防止工作介质的腐蚀而采用的复合钢板，其复层厚度不应小于3mm；不锈钢堆焊层在加工后的最小厚度为3mm。对有防腐蚀衬里的碳钢或低合金钢制容器，其钢壳的最小厚度为5mm。5）许用应力材料许用应力是以材料的极限应力。为基础，并选择合理的安全系数n后而得的。即。=极限应力/安全系数n材料的极限应力可以用各种不同方式表示，容器用的材料一般用强度极限、屈服极限或设计温度下持久极限

12、ot及蠕变极限Ot者Dn说来表示。与这些极限应力相对应的安全系数也有不同的数值。材料许用应力的取法压力容器中受压元件的材料许用应力确定，通常是以材料常温下最低抗拉强度。、设计温度下的屈服点ot除以各自的安全系数后所bs得的最小值，作为受压元件设计时的许用应力，即取以下最小值。o=o/n;ot=ot/nbbss当碳素钢或低合金钢的设计温度超过380-4201，合金钢（如CrMo钢等）设计温度超过4501；奥氏体不锈钢的设计温度超过5501时，必须同时考虑高温持久强度或蠕变强度作为计算许用应力。ot=ot/nt或ot=ot/nDDnn材料的蠕变强度对于化工容器用的材料常以一定温度下，经过10万小时

13、（约11年）产生1%的蠕变总变形，为该材料在某高温下的蠕变强度，以此蠕变强度作为计算许用应力的基准。这种确定应力的方法，是以限制容器产生一定量的塑性变形为依据的。材料的持久强度极限对于化工容器用的材料常以一定温度下，经过10万小时后产生的断裂应力作为设计用的持久强度极限。近年来还比较多地采用持久极限来代替蠕变极限作为确定许用应力的依据，这是因为长期在高温下工作的材料通常出现小变形的断裂现象。例如碳钢在经过105小时后断裂时，其相对伸长率不超过10%,而在变形大于4-5%时即有脆性断裂的危险性。采用持久极限可以直接反映出高温长期工作时对断裂的抗力。综上所述，在高温下许用应力系取下列四者中的最小值

14、o=o/n；bbo=o/n；或。=ot/nsssso=ot/no=ot/nDDnn式中。、。材料在常温下的强度极限和屈服极限MPabs一一材料在设计壁温下经10万小时断裂的持久极限MPaD一一材料在设计壁温下的屈服极限，亦可取产生残余变s形达的条件屈服极限，MPa；材料在设计壁温下的蠕变极限，MPa；nn、n、n、n分别为强度极限、屈服极限、持久强度、bsDn蠕变极限的安全系数。=o/not/ns,ot/n,或ot/n,minbb,snnDD安全系数n的选择安全系数是用以保证受压元件安全的系数。它的选择是设计中关键的问题，也是一个复杂的问题。它的大小与设计水平、材料质量、制造方法、检验标准以及

15、设备操作状态等有着密切关系。近年来，随着科学技术发展和实践资料的积累，各国压力容器的安全系数都有所降低。容器的安全系数强度性能安全系数材料常温下最低抗拉强度ob常温或设计温度下的屈服点o或otss设计温度下经10万小时断裂的持久强度otD设计温度下经10万小时蠕变率为1%的蠕变极限otn平均值最小值nbnsnD碳素钢、低合金钢、铁素体髙合金钢2321.621.521.2521.0奥氏体髙合金钢一21.521.521.2521.0注:当部件的设计温度不到蠕变温度范围,且允许有微量的永久变形时,可适当提髙许用应力，但不超过0.9ot。此规定不适用于法兰或s其他有微量永久变形就产生泄漏税或故障的场合

16、。螺栓安全系数材料螺栓直径mm热处理状态设计温度下设计温度下屈服点的S0S经10万小时断裂的持久强度。t平均D值的nD碳素钢WM22M24M48热扎正火1.72.5低合金钢马WM222.5氏体髙合金M24M48调质3.01.5钢$522.7奥氏体髙合金钢WM22M24M48固溶1.61.5球形贮罐在安全系数上与圆筒容器有所不同,根据球形贮罐采用低合金钢及使用经验基础上，提出安全系数要考虑材料屈强比Y的因素,因为材料随着Y的增加其塑性储备会降低，应在安全系数上反映出来,故我国钢制球形储罐，取n=l/0.5（1.6-Y）（Y钢材的屈服极限与抗极限之比值）。6）焊接接头系数由于焊缝金属可能存在着未被

17、发现的缺陷，夹渣、未焊透、裂纹、气孔等缺陷使焊接接头金属的强度降低。同时在焊接接头的热影响区往往形成粗大晶粒而使金属母材强度或塑性也有所降低，因此形成压力容器薄弱的区域。实践证明，许多容器破坏总是在其热影响区或焊缝开始的。所以在强度计算中要引用焊接接头系数以弥补焊接接头对容器强度的削弱。焊接接头系数少=焊缝区材料强度/本体材料强度W1焊接接头系数大小与以下主要因素有关：a. 焊接接头的结构形式：旱接接头设计是保证焊缝质量的重要条件。一般双面焊的对接焊缝以及相当于双面焊（氩弧焊打底单面焊双面成型）的对接焊缝，焊接接头能焊透焊缝质量容易保证，故焊接接头系数可取大些。单面焊不易保证焊透，带垫板的单面

18、焊焊缝根部易形成初始裂纹，故焊接接头系数应取小些。b. 焊接接头无损检测的长度比例。经过无损检查（包括射线透视和超声波探伤等）焊接接头质量有保证，无损检查比例越高（100%），缺陷愈少，焊接接头系数d可取大些。7）公称直径和公称压力公称直径DN钢板卷制容器的公称直径是指内径，它是一种经标准化后的尺寸当工艺计算确定直径后，还应取用与计算直径相近的公称直径作容器直径。这样，就便于与已经按公称直径制造的封头、法兰相配。加快设备制造速度，降低设备制造费用。若采用钢管作筒体时，容器的直径按钢管273、325、377、426mm等选取，此时容器公称直径系指钢管外径。公称压力PN把压力容器所承受的压力也分成

19、若干压力等级，经过标准化后的压力数值称为公称压力，目前我国所制定的压力等级分为；0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4、10、16、20、22、32MP。在a容器设计中、选用容器零部件时，应按设计压力相近而又大些的公称压力取用。当容器零部件设计温度升高且影响金属材料强度极限时，则就要按更高一级的公称压力取用零部件。8）压力试验容器制成或检修后，在投入运转之前要检查容器的宏观强度（主要是焊缝的强度）和密闭性，因而要进行压力试验，试验合格后才能进行运转。对需作焊后热处理的容器，应在全部焊接工作完毕并经热处理后进行压力试验。如果容器压力试验后，需进行补焊或补焊后又经热处理，则必须重

20、新进行压力试验，一般根据容器的特点选用液压或气压试验，并根据介质的特点决定是否进行致密性试验。压力试验a.液压试验液压试验逐步地增压到试验压力为止。保压时间一般不少于30分钟。然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间以对所有焊缝和连接部位进行检查。试验液体一般采用水需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体。试验时液体的温度应低于其闪点或沸点。奥氏体不锈钢制容器用水进行液压试验后应将水渍去除干净。当无法达到这一要求时，应控制水的氯离子含量不超过25mg/L。以防止氯离子d对奥氏体不锈钢的应力腐蚀。碳素钢、16MnR和正火15MnVR钢制容器液压试验时，液体温度不得低于51；其他低合

21、金钢制容器，液压试验时液体温度不得低于151。如果由于板厚等因素造成材料无延性转变温度升髙，则需相应提高试验液体温度。当设计温度大小或等于100C时，有些钢材由于板厚增加等原因机械性能已开始下降,机械性能的下降使得材料许用应力也显著降低这时在常温条件下进行液压试验时，必须提髙液压试验压力，乘以系数o/ot.b气压试验一般设备的试压都应首先要求作液压试验，因为液压试验尤其是水压试验既安全，又经济。而气压危险性大，故只有不适合于做液压试验的容器，例如，由于结构或支承原因，或生产时装入贵重催化剂要求烘干的容器，或在操作过程中不允许存在有微量残留液体的容器，可在设计图样规定采用气压试验。气压试验所用气

22、体，应为干燥、洁净的空气、氮气或其他惰性气体。具有易燃介质的在用压力容器，必须进行彻底的清洗和置换，否则严禁用空气作为试验介质。碳素钢和低合金钢制压力容器的试验用气体温度不得低于15C；其他材料制压力容器，其试验用气体温度应符合设计图样规定。试验时压力应缓慢升压，升压至规定试验压力的10%，保压5分钟，并对所有焊缝和连接部位进行初次检查；如无泄漏可继续升压到规定试验压力的50%；如无异常现象，其后按每级为规定试验压力的10%，逐级升压到试验压力，应根据容积大小保压10-30分钟；然后降至设计压力，保压进行检查，其保压时间不少于30分钟。检查期间压力应保持不变。不得采用连续加压以维持试验压力不变

23、的做法。不得在压力下紧固螺栓。经肥皂液或其他检漏液检查无漏气，无可见的异常变形即为合格。若有渗漏经返修后再按上述规定重新试验。为了保证安全，气压试验前必须全面检查容器质量，对容器的焊缝应进行100%探伤，试验时应有必要的防护措施，试验压力PT（1）内压容器液压试验P=1.25P空T气压试验P=1.15P旦TQ式中：P设计压力，MPa；。试验温度下的材料许用应力，MPaot设计温度下的材料许用应力，MPa容器各元件（圆筒、封头、接管、法兰及紧固件）所用材料不同时，应取各元件材料的o/ot比值中最小者。（2）外压容器和真空容器外压容器和真空容器按内压容器进行试验液压试验压力PP=1.25pTT气压

24、试验压力PP=1.15pTT式中：P设计外压力，MPa（3）夹套容器对于带夹套的容器，应在图样上分别注明内筒和夹套的试验压力当内筒设计压力为正值时，按内压确定试验压力。当内筒设计压力为负值时节，按外压进行液压试验。在内筒液压试验合格后，再焊接夹套。并对夹套进行压力试验，在确定了试验压力后，必须校核内筒在该试验外压力作用下的稳定性。如果不能满足稳定要求，则应规定在作夹套的液压试验时，必须同时在内筒保持一定压力，以使整个试验过程(包括升压、保压和卸压)中的任一时间内，夹套和内筒的压力差不超过设计压差。图样上应注明这一要求，以及试验压力和允许压差。对立式容器卧置进行液压试验时，试验压力应为立置时的试验压力加液柱静压力。应力校核由于试验压力大于设计压力，故试验时容器内应力势必要增大。所以在试验前必须对容器在试验条件下产生的应力进行校核。校核时所取的壁厚度。同时还应计入液柱静压力。液压试验时，圆筒的薄膜应力校核式o=PT(D+&)W0.9os(o)T25e.2气压试验时圆筒的薄膜应力校核式o=Pt(D+e)W0.8os(o)T2&.2式中D圆筒的内直径，m