南大-壓力容器設(shè)計(jì)制造典型例解

壓力容器設(shè)計(jì)制造典型例解

2013.5.10于南昌大學(xué)

壓力容器基本概念回顧

I、壓力容器——制造業(yè)政府監(jiān)管規(guī)章的定義

首先說(shuō)明，在壓力容器制造行業(yè)中，約定俗成地把壓強(qiáng)稱為壓力。

以下所稱壓力均指物理學(xué)定義上的壓強(qiáng)。

《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》【2003年3月11日中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院令第373號(hào)

公布根據(jù)2009年1月24日《國(guó)務(wù)院關(guān)于修改〈特種設(shè)備安全監(jiān)察條例〉的決定》修訂】

第九十九條（二）：“壓力容器，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備，

其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于O.IMPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或

者等于2.5MPa-L的氣體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體的固

定式容器和移動(dòng)式容器；盛裝公稱工作壓力大于或者等于0.2MPa（表壓），且壓力與容

積的乘積大于或者等于1.OMPa-L的氣體、液化氣體和標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)等于或者低于60℃液體

的氣瓶、氧艙等?！?/p>

《條例》壓力容器定義三個(gè)最基本要素：

?工作壓力大于或者等于O.IMPa。——工作壓力，是指壓力容器在正常工作情

況下，其頂部可能達(dá)到的最高壓力（表壓力）。一即把工作壓力定義為分子運(yùn)動(dòng)壓強(qiáng)，

不包括機(jī)械接觸與地心引力造成的壓強(qiáng)。

?工作壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa-Lo——即積蓄能量大于或者等

2.5kjo相當(dāng)于25gTNT的反應(yīng)熱（IkgTNT反應(yīng)熱lOOOkJ）。釋放速度雖不及TNT爆炸

速度，但也具有突然性釋放風(fēng)險(xiǎn)。

?盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體以及介質(zhì)最高工作溫度高于或者等于其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)

的液體。一一對(duì)于介質(zhì)最高工作溫度低于其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體，不可產(chǎn)生大于或者等于

0.IMPa的蒸汽壓。

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n、固定式壓力容器定義

TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》1.2條：固定式壓力容器是

指安裝在固定位置使用的壓力容器。

“安裝在固定位置使用”有三基本含義：

?載貨、即存液、或存氣且?guī)籂顟B(tài)下（惰性置換存氣帶壓、設(shè)計(jì)允許殘氣殘壓

除外）不可移位。

?因載貨、即存液、或存氣且?guī)籂顟B(tài)下不可移位，故不必考慮此狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)

載荷，而只需考慮空載運(yùn)輸狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)載荷。

?因安裝在固定位置使用，需考慮安裝所在位置風(fēng)載、地震、雪載。

ni、移動(dòng)式壓力容器定義

TSGR0005-2011《移動(dòng)式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》1.2條：移動(dòng)式壓力容器是指

由罐體（注1-1）或者大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶（以下簡(jiǎn)稱氣瓶，注1-2）與走行裝置或者框架采

用永久性連接組成的運(yùn)輸裝備，包括鐵路罐車(chē)、汽車(chē)罐車(chē)、長(zhǎng)管拖車(chē)、罐式集裝箱和管

束式集裝箱等。

注罐體是指鐵路罐車(chē)、汽車(chē)罐車(chē)、罐式集裝箱中用于充裝介質(zhì)的壓力容器，其

設(shè)計(jì)制造按照本規(guī)程的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

注1-2：氣瓶是指長(zhǎng)管拖車(chē)、管束式集裝箱中用于充裝介質(zhì)的壓力容器，其設(shè)計(jì)制造

按照《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

IV、壓力容器最基本構(gòu)成

IV.1、主參數(shù)概念

一臺(tái)壓力容器可能由一個(gè)或多個(gè)密閉的承壓腔組成。如換熱器一般有2密閉腔。

每個(gè)密閉腔由多個(gè)受壓元件組成。

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無(wú)論由幾個(gè)密閉腔組成，一臺(tái)壓力容器只有一個(gè)類(lèi)別。

每個(gè)密閉腔只標(biāo)一個(gè)設(shè)計(jì)壓力、標(biāo)最高允許工作壓力（MAWP）時(shí)也只標(biāo)一個(gè)MAWP。

每個(gè)受壓元件可能有不同的計(jì)算壓力。如固定式立式容器中位于不同高度的元件

所受液柱靜壓力不同、移動(dòng)式容器中位于不同水平坐標(biāo)的元件所受液體施加的動(dòng)載（按

達(dá)朗貝爾原理轉(zhuǎn)化為靜壓力處理）不同。

IV.2、密閉腔基本構(gòu)成

構(gòu)件的承壓能力不但與構(gòu)件的材料、尺寸、溫度載荷有關(guān)，還與構(gòu)件的形狀有

關(guān)。

承壓密閉腔一般由球殼、直筒體、封頭、接管、凸緣、接口元件、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)元

件、集中載荷局部補(bǔ)強(qiáng)元件、抗負(fù)壓加強(qiáng)圈、安全附件、裝卸附件、輔助裝置、安裝與

搬運(yùn)部件、檢修操作部件等構(gòu)件組成。其中安裝與搬運(yùn)部件、檢修操作部件一般不必每

個(gè)密閉腔都設(shè)，而是整個(gè)容器只需設(shè)一套。

球殼、筒體、封頭形狀一般采用由旋轉(zhuǎn)殼體，因旋轉(zhuǎn)殼體的承壓能力大于其他形

狀的構(gòu)件。

(1)、球殼：球形容器、球罐(專(zhuān)指V2501n3的球形容器)的密閉腔結(jié)構(gòu)主體?？?/p>

以是球形、也可能是橢球形。球形元件是受壓狀態(tài)下殼壁應(yīng)力水平最低的元件，是最理

想的受壓旋轉(zhuǎn)殼體。但大型制造球罐難度較大。

(2)、直筒體(含人孔筒體)：大多數(shù)壓力容器的密閉腔結(jié)構(gòu)主體。可以是園形、

也可能是橢園形。園形受力狀態(tài)較橢園形好、應(yīng)用最廣泛。

(3)、接管、凸緣：為滿足使用要求，壓力容器必定需要開(kāi)孔。開(kāi)孔處必定需要

設(shè)置連接件。固定式壓力容器的開(kāi)孔連接件一般為接管。移動(dòng)式壓力容器的開(kāi)孔連接件

一般為凸緣。

(4)、接口元件：為實(shí)現(xiàn)與外部連接，壓力容器開(kāi)孔連接件后處必定需要設(shè)置接

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口元件。接口元件一般有法蘭接口、螺紋接口、焊接接口。

（5）、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)元件：為滿足使用要求，壓力容器必定需要開(kāi)孔。開(kāi)孔則必須補(bǔ)

強(qiáng)。當(dāng)被殼體開(kāi)孔、接管或凸緣本身厚度已具備兼顧補(bǔ)強(qiáng)的厚度時(shí)（如整體補(bǔ)強(qiáng)、厚壁

管補(bǔ)強(qiáng)），可不必另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)元件，否則需另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)元件。另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)元件一般為園形補(bǔ)強(qiáng)

板。GB150及補(bǔ)強(qiáng)板專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)補(bǔ)強(qiáng)板的材質(zhì)、厚度、有效作用范圍、用法都有規(guī)定。

這些規(guī)定是大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與實(shí)踐的總結(jié)。

（6）、集中載荷局部補(bǔ)強(qiáng)元件：當(dāng)密閉腔結(jié)構(gòu)主體（殼體）某些局部受集中載荷

（如支座、吊耳等）時(shí)，其局部應(yīng)力水平可能超過(guò)控制應(yīng)力，此時(shí)，在局部設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)元

件是降低局部應(yīng)力水平的有效手段。

（7）、抗負(fù)壓加強(qiáng)圈：當(dāng)容器存在負(fù)壓載荷（凸面壓力大于凹?jí)毫Γr(shí)，容器還

應(yīng)具有承受負(fù)壓的能力。承負(fù)壓的能力有2方面：在負(fù)壓下壓應(yīng)力水平低于控制應(yīng)力、

在負(fù)壓下構(gòu)件不會(huì)失穩(wěn)（能保持原有形狀）。采用加厚各受壓元件可滿足抗負(fù)壓要求，

但這樣做不經(jīng)濟(jì)。設(shè)置抗負(fù)壓加強(qiáng)圈是有效且經(jīng)濟(jì)的辦法。GB150對(duì)抗負(fù)壓加強(qiáng)圈設(shè)置

有系統(tǒng)的規(guī)定。

(8)、安全附件：包括安全泄放裝置、壓力表、溫度計(jì)、液位計(jì)、防回火裝置、防

靜電裝置等。安全泄放裝置、壓力表一般必設(shè)。需要監(jiān)控金屬溫度時(shí)應(yīng)設(shè)溫度計(jì)。液體

及液化氣體容器應(yīng)設(shè)液位計(jì)。易燃易爆介質(zhì)容器有回火危險(xiǎn)的場(chǎng)合應(yīng)設(shè)防回火裝置。易

燃易爆介質(zhì)容器應(yīng)設(shè)防靜電裝置。

(9)、裝卸附件：包括閥門(mén)、快裝接頭等。

(10)、輔助裝置：包括防沖刷、防漩渦、輔助功能墊板等。

(11)＞安裝與搬運(yùn)部件：支座、吊耳等。

(12)、檢修操作部件：步梯、走道等。

V、GB150容器結(jié)構(gòu)性界定范圍

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V」、容器與外部管道連接：

(1)焊接連接的第一道環(huán)向接頭坡口端面。

(2)螺紋連接的第一個(gè)螺紋接頭端面。

(3)法蘭連接的第一個(gè)法蘭密封面。

(4)專(zhuān)用連接件或管件連接的第一個(gè)密封面。

V.2、接管、人孔、手孔等的承壓封頭、平蓋及其緊固件。

V.3、非受壓元件與受壓元件的連接焊縫。

V.4、直接連接在容器上的非受壓元件如支座、裙座等。

V.5、容器的超壓泄放裝置。

VI、設(shè)計(jì)壓力容器設(shè)計(jì)制造的主要現(xiàn)行政府規(guī)章、安全技術(shù)規(guī)范與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

VI.1、主要政府規(guī)章和安全技術(shù)規(guī)范

《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》(2003年3月11日中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院令第373號(hào)公

布根據(jù)2009年1月24日《國(guó)務(wù)院關(guān)于修改〈特種設(shè)備安全監(jiān)察條例〉的決定》修訂)。

《鍋爐壓力容器制造監(jiān)督管理辦法》中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局令

第22號(hào)(2002.7.12)。

《鍋爐壓力容器制造許可條件》國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局國(guó)質(zhì)檢鍋[2003]194號(hào)。

《鍋爐壓力容器制造許可工作程序》質(zhì)技監(jiān)局鍋發(fā)(1999)154號(hào)。

TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(含1號(hào)修改單)。

TSGR0005-2011《移動(dòng)式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》。

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TSGR1001-2008《壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)許可規(guī)則》。

TSGZ6002-2010《特種設(shè)備焊工考核細(xì)則》。

TSGR0002-2005《超高壓容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》。

VI.2、主要基礎(chǔ)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

JB4732-1995《鋼制壓力容器一分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（2005年確認(rèn)版）。

GB150.1-.4-2011《壓力容器》o

JB/T4731-2005《鋼制臥式容器》。

GB713-2008鍋爐和壓力容器用鋼板。

GB/T1591-1994低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。

GB3531-2008低溫壓力容器用低合金鋼鋼板。

GB24511-2009承壓設(shè)備用不銹鋼板與鋼帶。

JB/T4711-2003壓力容器涂敷與運(yùn)輸包裝。

NB/T47008承壓設(shè)備用碳素鋼和合金鋼鍛件。

NB/T47009低溫承壓設(shè)備用低合金鋼鍛件。

NB/T47010承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件。

NB/T47014承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定。

NB/T47015壓力容器焊接規(guī)程。

NB/T47016承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗(yàn)。

JB/T4730承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)。

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HG20660—2000《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險(xiǎn)程度分類(lèi)》。

固定式壓力容器設(shè)計(jì)制造典型例解

以下結(jié)合最常見(jiàn)、典型固定式壓力容器實(shí)例介紹設(shè)計(jì)制造過(guò)程。

設(shè)計(jì)制造實(shí)例：lOO^LPG臥式儲(chǔ)罐。

1、設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)條件解讀

1.1、介質(zhì)特性：

重點(diǎn)關(guān)注介質(zhì)危害性。介質(zhì)危害性指壓力容器在運(yùn)行過(guò)程中可能因事故致使介質(zhì)

與人體大量接觸，發(fā)生爆炸或者因經(jīng)常泄漏引起職業(yè)性慢性危害的嚴(yán)重程度。

1.1.1＞毒性程度：LPG毒性程度非極度危害、高度危害。

TSGR0004指出：綜合考慮急性毒性、最高容許濃度和職業(yè)性慢性危害等因素，極

度危害最高容許濃度小于0.Img/m3；高度危害最高容許濃度0.Img/m3?L0mg/in3；中度

危害最高容許濃度1.0mg/m3-10.0mg/m3；輕度危害最高容許濃度大于或者等于

10.Omg/m3o

毒性程度應(yīng)按照HG20660—2000《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險(xiǎn)程度分

類(lèi)》確定。HG20660沒(méi)有規(guī)定的，參照GBZ230-2010《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》

的原則確定。

介質(zhì)毒性程度涉及到壓力容器類(lèi)別劃分（類(lèi)別劃分按TSGR0004）、選材、密封結(jié)

構(gòu)、制造工藝等要求。對(duì)儲(chǔ)存毒性程度為極度危害、高度危害的化學(xué)介質(zhì)的壓力容器，

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要求采用高可靠度度的密封結(jié)構(gòu)。GB150規(guī)定。用于盛裝毒性為極度或高度危害介質(zhì)的

容器鋼板應(yīng)逐張UToGB150規(guī)定，用于盛裝毒性為極度或高度危害介質(zhì)的碳素鋼、低合

金鋼制容器，應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理、應(yīng)制備產(chǎn)品焊接試件。檢驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)考慮泄漏試驗(yàn)。

古人所謂“丹頂紅笏、“孔翟膽笏劇毒，以今天的定義應(yīng)屬于極度危害物質(zhì)Q

1.1.2、易爆性：LPG是易爆介質(zhì)，且泄漏后氣體密度大于空氣。

TSGR0004指出：指氣體或者液體的蒸汽、薄霧與空氣混合形成的爆炸混合物，并

且其爆炸下限小于10%,或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于或者等于20%的介質(zhì)。HG

20660中列出了常見(jiàn)易爆介質(zhì)品名。

介質(zhì)是否易爆壓力容器類(lèi)別劃分（類(lèi)別劃分按TSGR0004）、選材、密封結(jié)構(gòu)、制

造工藝等要求。泄漏后氣體密度大于空氣的易爆介質(zhì)應(yīng)考慮高可靠密封結(jié)構(gòu)。檢驗(yàn)項(xiàng)目

應(yīng)考慮泄漏試驗(yàn)。

1.1.3、腐蝕性：LPG是輕腐蝕介質(zhì)，且有濕H2S應(yīng)力腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

腐蝕是個(gè)大概念。但本例所述腐蝕性僅是指介質(zhì)對(duì)金屬材料的腐蝕。引起材料腐

蝕的因素多種多樣，工程中常將常見(jiàn)的腐蝕情況分為：均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、晶

間腐蝕、氫脆、磨蝕等。

腐蝕性設(shè)計(jì)選材、安全附件選用、是否熱處理、選擇何種熱處理、采取何種防腐

措施等。

（1）、均勻腐蝕一一均勻腐蝕是在整個(gè)金屬表面均勻地發(fā)生腐蝕，這種腐蝕相對(duì)其

它形式的腐蝕其危害最小。GB150中C2只考慮均勻腐蝕：C2-KB

其中B—設(shè)計(jì)壽命（年）K—腐蝕速率（mm/年）一般分為：

不腐蝕輕腐蝕腐蝕重腐蝕

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Bmm/年<0.050.05-0.130.13-0.25，0.25

C2mm0212223

(2)、應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕是指金屬在持久拉應(yīng)力和腐蝕性環(huán)境聯(lián)合作用下產(chǎn)生腐蝕裂紋,并使裂

紋擴(kuò)展,從而可能出現(xiàn)早期性破壞的腐蝕形式。

幾種常見(jiàn)的應(yīng)力腐蝕環(huán)境：

a、碳鋼及低合金鋼焊制化工容器對(duì)介質(zhì)NaOH的應(yīng)力腐蝕與介質(zhì)濃度、溫度有

關(guān)。當(dāng)NaOH溶液在其與燒類(lèi)的混合物中體積大于等于5%時(shí)，也應(yīng)根據(jù)NaOH溶液的濃度

符合該要求。NaOH溶液濃度小于等于1%或NaOH溶液在其與燒類(lèi)的混合物中體積小于5%

時(shí)，不受此限制。

NaOH溶

2351015203040506070

液

w%w

溫度上

限9088857670655448434038

(℃)

當(dāng)超過(guò)以上范圍的碳鋼、低合金鋼材料需焊后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。

b、濕H2s應(yīng)力腐蝕

介質(zhì)同時(shí)符合下列條件時(shí)，即為濕H2s應(yīng)力腐蝕環(huán)境：

①溫度小于等于(60+2P)℃；P為壓力，MPa。

②H2s分壓大于等于0.00035MPa即相當(dāng)于常溫在水中H2S溶解度大于等于

10p.p.m；

③介質(zhì)中含有液相水或處于水的露點(diǎn)溫度以下；

@PH<9或有氧化物(HCN)存在。

C、液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境

當(dāng)容器接觸的液氨介質(zhì)同時(shí)符合下列各項(xiàng)條件時(shí)，即為液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境：

①介質(zhì)為液態(tài)氨，含水量不高（W0.2Q，且有可能受空氣（02或C02）污染的場(chǎng)

合。

②使用溫度高于一5℃。

對(duì)于應(yīng)力腐蝕環(huán)境的容器除進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理，在焊接要求、焊接接頭硬

度等方面都要提出具體要求。

奧氏體不銹鋼材料在氯化物溶液、高溫水、高濃度NaOH等介質(zhì)往往產(chǎn)生應(yīng)力腐

蝕。

③氫腐蝕環(huán)境

氫在常溫常壓下不會(huì)對(duì)鐵碳合金引起氫蝕，當(dāng)溫度在200C?300℃發(fā)生“氫

脆”，金屬在高溫下與氫反應(yīng)生成甲烷，甲烷氣在晶界空隙內(nèi)引起裂紋，使材料的塑性

降低，引起這種腐蝕有合成氨、合成甲醇、石油加氫等工業(yè)生產(chǎn)，設(shè)計(jì)溫度大于等于

200℃與氫氣氛相接觸的壓力容器用鋼應(yīng)按納爾遜曲線選材，并應(yīng)留有20℃以上的溫度

安全裕度。滿足于曲線的碳素鋼和珠光體耐熱鋼在氫氣氛中使用須經(jīng)過(guò)焊后消除應(yīng)力熱

處理。

奧氏體不銹鋼在氫分壓范圍的氫氣中使用都是滿意的，焊后也無(wú)必要進(jìn)行消除

應(yīng)力熱處理。

④晶間腐蝕

可能引起晶間腐蝕環(huán)境必須是存在電解質(zhì)的電化學(xué)腐蝕環(huán)境，奧氏體不銹鋼晶

間腐蝕的電解質(zhì)主要是酸性介質(zhì)。如：工業(yè)醋酸、甲酸、硝酸、草酸、鹽酸、硫酸、磷

酸等。

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防晶間腐蝕的措施：1）固熔化處理，2）降低鋼中碳含量，3）添加穩(wěn)定碳化物

的元素（Nb.Ti.Ni）o

1.1.4、物態(tài)（傳統(tǒng)概念）：LPG是液化氣體。

氣體、液化氣體、冷凍液化氣體、超臨界流體。

壓力容器類(lèi)別劃分、安全泄放量計(jì)算方法選用等需要判明介質(zhì)物態(tài)。

1.1.5、基本物性與熱力數(shù)據(jù)、載荷：

（1）基本物性與熱力數(shù)據(jù)（按丙烷）

危險(xiǎn)貨物編號(hào)：21053；UN編號(hào)：1075；

危險(xiǎn)特性：

①燃燒速度快。液化石油氣燃燒屬于氣、液混合燃燒，燃燒速度快，火勢(shì)猛

烈，蔓延擴(kuò)展迅速。

②火焰溫度高，輻射熱高。液化石油氣燃燒熱值高達(dá)105000kJ/m3,火焰溫度高達(dá)

2000℃o

③爆炸速度快，沖擊波威力大，破壞性強(qiáng)。液化石油氣爆炸速度快，達(dá)到

(2000—3000)m/so

④易揮發(fā)。常溫下，液化石油氣易揮發(fā)，一旦暴露在空氣中能迅速擴(kuò)到250倍以

±o

⑤比空氣重，爆炸下限低，最小著火能量小。液化石油氣比空氣重(1.5-2.5)

倍，在空氣中易向低洼地方流動(dòng)，并聚集起來(lái)。液化石油氣爆炸濃度范圍較窄，只有

4

(2-10)猊最小著火能量也很低，只有3X10-Jo極度易燃,受熱、遇明火或火花可引

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起燃燒，與空氣能形成爆炸性混合物。

⑥液化石油氣包裝容器受熱后可發(fā)生爆炸，爆炸破裂的碎片具有飛射危險(xiǎn)。

LPG分子量（摩爾質(zhì)量）M=44Kg/mol；臨界溫度Tc=9L67℃（369.67K）；

臨界壓力（絕壓、）P1c=4.25MpaA；絕熱系數(shù)k=l.132；

50℃對(duì)應(yīng)飽和蒸汽壓Pb=l.72MpaA；50℃對(duì)應(yīng)液相密度（LPG）P^0.467；

容器使用環(huán)境溫度t環(huán)=45℃/-20℃；容器最高操作境溫t運(yùn)行二45℃o

熱力數(shù)據(jù)表（按丙烷）

溫度t,℃P飽\MPaAPkg/m3Qtg,kg/m3htg-hcal/mol

-200.24180.5543略錄4217

-100.34170.54154078

00.47010.52823930

100.63130.51423772

200.82990.49953603

301.07080.18373419

401.35910.46683217

501.70010.44832991

602.10000.42762732

702.56560.40372425

803.10470.37422033

(2)工作溫度：ta=45℃、?U1M—20℃。

工作溫度是容器在運(yùn)行過(guò)程中可能經(jīng)受的溫度(最高/最低)。

24

（3）工作壓力：Pw=l.62Mpao不設(shè)保溫層。

工作壓力指壓力容器在正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力（表壓

力）。即只含氣壓【源于物料分子運(yùn)動(dòng)（與工作溫度有關(guān)）及源于機(jī)械壓縮的壓力】，

不包括物料重力造成的壓力。不設(shè)保溫層時(shí)，工作壓力即50℃對(duì)應(yīng)飽和蒸汽壓

Pb=l.72MpaAo

（4）容積：VnOOn?。

容積是指壓力容器的幾何容積，即由設(shè)計(jì)圖樣標(biāo)注的尺寸計(jì)算（不考慮制造公

差）并且圓整。一般應(yīng)當(dāng)扣除永久連接在容器內(nèi)部的內(nèi)件的體積。容積條件決定容器的

幾何尺寸。

1.2、安裝地域的氣象條件:

地震烈度：八度(0.2g)。安裝地風(fēng)壓、雪壓不計(jì)。

對(duì)固定容器而言，主要指安裝地域地震、風(fēng)壓、雪壓、環(huán)境溫度等。氣象條件數(shù)

據(jù)應(yīng)查詢專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3、預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)使用壽命及循環(huán)載荷

預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)使用壽命：10年。

啟用與停運(yùn)全程壓力波動(dòng)范圍：APWLeaMpa。

晝夜溫差：^8℃；季節(jié)溫差：^65℃；

1.4、設(shè)計(jì)所依據(jù)的主要標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范(由用戶、工程方提出或設(shè)計(jì)方分析決定)。

1.4.1、用戶、工程方提出：不必考慮應(yīng)力分析設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用GB150-2011。

1.4.2、大量同類(lèi)容器使用經(jīng)驗(yàn)證明不必考慮應(yīng)力分析設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用

26

GB150-2011o

1.4.3、設(shè)計(jì)方分析核對(duì)：

預(yù)設(shè)設(shè)計(jì)壓力按P=l.7MPa。

（1）AP=L62Mpa全壓力差波動(dòng)總次數(shù)：保守的按10年間每年檢修1次：

nAP=1.62~10o

（2）△P=0.2P=0.34MPa（材料RmW550MPa、無(wú)帶補(bǔ)強(qiáng)板接管時(shí)按此計(jì)算AP）。

AP=0.15P=0.23MPa（材料RmW550MPa、帶補(bǔ)強(qiáng)板接管時(shí)按此計(jì)算AP）。

10年間，按10天發(fā)生一次AP20.15P壓力波動(dòng)（預(yù)計(jì)輸出作業(yè)達(dá)到只剩余低飽

和蒸汽壓殘液時(shí)的頻率），貝IJ：

HAP>O.ISP=IOX365/10=365次。

(3)AP<0.2P壓力差波動(dòng)總次數(shù)：可不計(jì)。

(4)任意2點(diǎn)間無(wú)金屬溫差波動(dòng)次數(shù)二0。

==

循環(huán)總次數(shù)nn△p=i.62H-n△p>o.ISP375次

JB4732規(guī)定：

材料RmW550MPa、不帶補(bǔ)強(qiáng)板接管時(shí)，免疲勞分析條件：n^lOOO次。

材料RmW550MPa、帶補(bǔ)強(qiáng)板接管時(shí)，免疲勞分析條件：nW400次。

結(jié)論：循環(huán)總次數(shù)W400次，可免疲勞分析；P<10MPa,不必考慮應(yīng)力分析設(shè)

計(jì)。

不必按JB4732設(shè)計(jì)制造，設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)采用GB150-2011o

28

2、設(shè)計(jì)參數(shù)定值

2.1、容器類(lèi)別：III類(lèi)。

按PV值、第一組介質(zhì)，查T(mén)SGR0004確定。

2.2、設(shè)計(jì)溫度：最高50℃/最低金屬溫度-20℃。

規(guī)范規(guī)定，工作溫度取決于環(huán)境溫度時(shí)，最高設(shè)計(jì)溫度不得取小于50℃o一般最

低金屬溫度應(yīng)低于最低工作溫度2?5℃,故取-20℃（取低于-20℃將須按低溫容器設(shè)

計(jì)，無(wú)此必要）。

2.3、設(shè)計(jì)壓力：P=1.7MPao

工作壓力Pw=l.62MPao規(guī)范規(guī)定P，Pw。取P=1.05XPw=L7MPa。

2.4、氣密性試驗(yàn)壓力：需要。Pmi=l.7MPao

泄漏后氣體密度大于空氣，故需要?dú)饷苄栽囼?yàn)（非規(guī)范規(guī)定、是個(gè)人看法）。氣密

性試驗(yàn)時(shí)需將安全附件裝齊。規(guī)范規(guī)定Pmi二P。

2.5、安全泄放裝置選擇：?jiǎn)为?dú)使用彈簧全啟式安全閥。

LPG毒性程度非極度危害、高度危害，允許微量泄漏，可單獨(dú)使用安全閥。

LPG不含影響安全閥閥瓣動(dòng)作的顆粒物及粘稠物，故可選用彈簧安全閥。

LPG屬于液化氣體，故應(yīng)選全啟式安全閥。

LPG是易爆介質(zhì)、安全泄放裝置動(dòng)作后應(yīng)復(fù)位，不宜單獨(dú)采用爆破片裝置。

LPG非強(qiáng)腐蝕介質(zhì)，也不必在安全閥前串聯(lián)爆破片裝置。

2.6、安全閥整定壓力：Pz=l.71MPao

30

因氣密性試驗(yàn)時(shí)需將安全附件裝齊，而氣密性試驗(yàn)壓力又等于設(shè)計(jì)壓力，為使試

驗(yàn)時(shí)安全閥不動(dòng)作，安全閥整定壓力應(yīng)略大于設(shè)計(jì)壓力。

規(guī)范規(guī)定，當(dāng)容器設(shè)有最高允許工作壓力（MAWP）時(shí)，才可以：PWPzWMAWP（否

則應(yīng)PZ《P）O

2.7、最高允許工作壓力：MAWP=1.72MPa。

據(jù)上述理由需要MAWP。

需要逐一計(jì)算每個(gè)受壓元件的MAWPi,整體容器的MAWP應(yīng)不大于取其最小值。即應(yīng)

當(dāng)：MAWP^min{MAWPKMAWP2、???、MAWPi???MAWPn）。

開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)、局部應(yīng)力效核、壓力試驗(yàn)應(yīng)力效核均應(yīng)采用MAWP作為計(jì)算壓力載荷。

2.8、水壓試驗(yàn)壓力：PT=2.15MPa。

規(guī)范規(guī)定PT=L25Xmax（P,MAWP）=1.25Xmax{1.7,1.72}=2.15MPa。

2.9、腐蝕防護(hù)：C2=L0的。且PWHT

對(duì)均勻腐蝕，采用腐蝕余量：C2=設(shè)計(jì)壽命義年腐蝕量（輕腐蝕0.05?0.13mm/年,

取0.1）=10X0.1=1.0mmo

對(duì)可能的濕H2s應(yīng)力腐蝕，采用PWHT（爐內(nèi)整體焊后消應(yīng)力處理）。

2.10、焊接接頭系數(shù)：①han=L0。

m類(lèi)容器，A、B、D類(lèi)焊接接頭采用全焊頭結(jié)構(gòu)，不帶墊板焊。

應(yīng)力水平控制接頭是A類(lèi)焊接接頭，①hanA=1.0。取①han=①hanA=1.0。

2.11、裝量系數(shù)（額定充滿率）：①v=0.9

世間容器類(lèi)萬(wàn)物都應(yīng)控制裝量系數(shù)，充裝有毒、易燃、易爆類(lèi)流體控制加嚴(yán)。

32

LPG易爆，按規(guī)范取中v=0.9(at50℃)o

2.12、承壓殼體尺寸：內(nèi)直徑X總長(zhǎng)二①3200X13012的。

折中考慮諸多因數(shù)，經(jīng)驗(yàn)決定內(nèi)直徑，再按VnOOn?計(jì)算得到總長(zhǎng)。

直徑大則壁厚大。壁厚大則材料品質(zhì)下降、材料控制要求增多、冷作成形的纖維

伸長(zhǎng)率大、冷作成形硬化程度大。且直徑過(guò)大不利運(yùn)輸。

直徑過(guò)小則總長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，支承跨度過(guò)大，中間彎矩大，占用安裝空間過(guò)大。且總長(zhǎng)

過(guò)長(zhǎng)也不利運(yùn)輸。

2.13、設(shè)計(jì)計(jì)算基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)選用：不必考慮交變載荷時(shí)，用GB150-2011。

2.14、設(shè)計(jì)參數(shù)及管口設(shè)置匯總?cè)缦?

技梯觸

GB1S01觸，，解嫻?jié)叽缂奥椤骨俺捎盟?/p>

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攤

行便解展2眸GB/T8163

3、選材與制造技術(shù)要求(扼要)

選材原則：GB150如是言：選擇壓力容器受壓元件用鋼時(shí)應(yīng)考慮容器的使用條件

(如設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、介質(zhì)特性和操作特點(diǎn)等)、材料的性能(力學(xué)性能、工藝性

34

能、化學(xué)性能和物理性能）、容器的制造工藝以及經(jīng)濟(jì)合理性。

3.1、受壓元件板材

初選使用經(jīng)驗(yàn)最多的Q345R低合金鋼板?？疾煲韵聝?nèi)容可行、則確認(rèn)之。

3.1.1、初算板厚范圍：

（1）筒體（試估3nWl6mm,查：【?！縅189MPa）：核：

3=PcDi/[2①han【?！?Pc]=1.7X3200/[2X1X189-1.7]=14.46mm

C2~l.0o

G=0.3（材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的板厚負(fù)偏差）。

8d=5+C2=15.46nnn0

8n=6d+G+園整量=15.76+園整量=16mmo

確認(rèn)：筒體初算板厚范圍正確，按6nm查【。】，=i89MPa正確。

（2）封頭（EHA型）（試估”坯＞16?36的，查：【。:1J185MPa）：核：

6h=PcDi/[2Ohan【?！?0.5Pc]=1.7X3200[2X1X185-0.85]=14.74mm

C2~1.0o

C產(chǎn)0.3（材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的板厚負(fù)偏差）。

h

6d=6+C2=15.74mmo

h

3最小成形二3d+保守園整量二16的。

查GB/T25198-2010《壓力容器封頭》封頭成形減薄率C3=15%。訂貨協(xié)議可控封頭成形減

薄率C3=12.5%O

h

3&=S）小成形X（1+C3）=16X1.125=18nnno

確認(rèn)：封頭初算板厚范圍正確，按軸坯＞16?36mm查：【?！縅185MPa正確。

3.1.2、考Q345R溫度適應(yīng)性

（1）使用溫度上限：

查GB150許用應(yīng)力表，Q345R使用溫度上限=475℃。本例設(shè)計(jì)溫度50℃4475℃。

查GB150外壓計(jì)算曲線，Q345R使用溫度上限=475℃。本例設(shè)計(jì)溫度50℃4475℃。

36

碳素鋼和碳鎰鋼鋼材在高于425℃溫度下長(zhǎng)期使用時(shí)，才考慮鋼中碳化物相的石墨化

傾向。

Q345R適應(yīng)溫度上限。

(2)使用溫度下限：

查GB150.2表4：Q345R611坯=6?20的使用溫度下限二一20℃。可只做A^kv驗(yàn)收。

Q345R適應(yīng)溫度下限。

3.1.3、考Q345R腐蝕適應(yīng)性

對(duì)均勻腐蝕，查腐蝕數(shù)據(jù)文獻(xiàn)，Q345R對(duì)于LPG符合輕腐蝕判斷(年腐蝕量0.05?

0.13mm/年)o

對(duì)可能的濕H2s應(yīng)力腐蝕，大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)已證明，采用爐內(nèi)整體焊后消應(yīng)力處理可

有效防止H2S應(yīng)力腐蝕。

3.1.4、考Q345R焊接性能

大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、焊接工藝評(píng)定證明，Q345R可焊性優(yōu)良。

3.1.5、考Q345R力學(xué)性能

h

查Q345R/GB713（6a>16-36mm、熱軋）：

RdRAAorkv

2325MPa2500MPa221%234J

R硼N<460MPa,冷成形工藝性能良好。

A°°ckv值滿足GB150.2表1碳素鋼和低合金鋼鋼材（鋼板、鋼管、鋼鍛件及其焊

接接頭）的沖擊功最低值的規(guī)定。

鋼材標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值Rm（MPa）3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試樣沖擊功平均

值KV2(J)

W450220

>450?510224

>510?570231

>570?630234

>630?690238

38

注：設(shè)計(jì)溫度低于-20℃時(shí)，罐體材料還有“V”形缺口試樣低溫沖擊試驗(yàn)值要

求，是為了保證材料有足夠的韌性，即吸收沖擊功的能力，該值反映材料在一定溫度和

沖擊力作用下抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。廣義地說(shuō)，裂紋總是存在的，再細(xì)總是裂紋，關(guān)鍵

看擴(kuò)展與否。

標(biāo)準(zhǔn)常溫屈服強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)常溫抗拉強(qiáng)度下限值之比RJL=0.65,小于國(guó)際公認(rèn)的

限制值(0.85)甚多。

拉斷延伸率滿足A220%的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)的安全值。

注：傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)控制A220%,是為了保證材料有足夠的塑性儲(chǔ)備，材料有足夠的塑性

儲(chǔ)備方能保證：

A、避免無(wú)變形、無(wú)泄漏征兆的突然破裂；

B、冷作制造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生冷作變形而用掉部分塑性；材料應(yīng)有充足的塑性儲(chǔ)備。

C、屈服強(qiáng)度值與抗拉強(qiáng)度值之間有足夠距離，局部高應(yīng)力作用下結(jié)構(gòu)局部可能產(chǎn)

生的屈服變形在載荷卸去后得以恢復(fù)（鄰近材料仍具彈性）?！暗诙?lèi)應(yīng)力”之所以有

“自限性”，“極限應(yīng)力控制”理論、“安定性應(yīng)力控制”理論之所以成立就基于屈

服強(qiáng)度值與抗拉強(qiáng)度值之間有足夠距離。

3.1.6、考Q345R鋼板熱軋供貨狀態(tài)可行性

GB150規(guī)定：下列碳素鋼和低合金鋼鋼板,應(yīng)在正火狀態(tài)下使用：

a）用于多層容器內(nèi)筒的Q245R和Q345R；

b）用于殼體的厚度大于361nm的Q245R和Q345R；

c）用于其他受壓元件（法蘭、管板、平蓋等）的厚度大于50nlm的Q245R和

Q345RO

本例殼體不受上述條件約束，可選熱軋供貨狀態(tài)。

3.1.7、Q345R鋼板驗(yàn)收要求

40

（1）是否需要逐張進(jìn)行拉伸和V型缺口沖擊試驗(yàn)

GB150規(guī)定：下列碳素鋼和低合金鋼鋼板,應(yīng)每張熱處理鋼板（熱處理后鋼板被切割

成數(shù)張時(shí)仍按1張考

慮）進(jìn)行拉伸和V型缺口沖擊試驗(yàn)：

a）調(diào)質(zhì)熱處理鋼板、b）多層容器的內(nèi)筒鋼板、c）殼體厚度大于60mm的鋼板。

本例不受上述條件約束，無(wú)需進(jìn)行每張熱處理鋼板進(jìn)行拉伸和V型缺口沖擊試驗(yàn)驗(yàn)

收。

（2）是否需要采用逐張UT/H的鋼板

GB150規(guī)定：殼體用鋼板（不包括多層容器的層板）應(yīng)按GB150.2表3的規(guī)定逐張進(jìn)

行超聲檢測(cè)，鋼板超聲檢測(cè)方法和質(zhì)量等級(jí)按JB/T4730.3的規(guī)定。GB150.2表3規(guī)定：

鐘坯＞36的的Q345R應(yīng)UT/II；對(duì)儲(chǔ)存毒性程度為極度危害、高度危害的化學(xué)介質(zhì)的壓力

容器用鋼板應(yīng)UT/n；可能遇濕H2s應(yīng)力腐蝕的壓力容器用鋼板應(yīng)UT/n；設(shè)計(jì)壓力不小

于10MPa的壓力容器用鋼板應(yīng)UT/IIo

本例屬于可能遇濕H2S應(yīng)力腐蝕的壓力容器用鋼板，應(yīng)采用逐張UT/II的鋼板。

3.2、配用鍛件、管件

配用鍛件管件化學(xué)性能、力學(xué)性能應(yīng)與鋼板相近。可焊性、與介質(zhì)相容性良好。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，化學(xué)性能、力學(xué)性能、介質(zhì)相容性查考與焊接工藝評(píng)定顯示，選配如

下：

鍛件：16MnIH(NB/T47008)＞正火(法蘭、管板、平蓋等的厚度大于50mm的Q245R

和Q345R應(yīng)正火)。

管件：20#(GB/T8163,611坯W,10mm可用)。

注：鍛件(NB/T47008、NB/T47009、NB/T47010)級(jí)別與驗(yàn)收項(xiàng)目：

42

I級(jí)：硬度HB,逐件。一NB/T47009不談I級(jí)

II級(jí)：Re、Rm、A、AKV,抽1/同冶煉爐號(hào)、同熱處理組批。

HI級(jí)：Re、Rm、A、AKV,抽1/同冶煉爐號(hào)、同熱處理組批。UT,逐件。

IV級(jí)：Re、Rm、A、逐件。UT,逐件?！硬课豁毐倔w。

UT合格級(jí)別因鍛件類(lèi)別、形狀不同而不同

GB1504.4.2：“鍛件的級(jí)別由設(shè)計(jì)單位確定，并應(yīng)在圖樣中注明（在鋼號(hào)后附

注級(jí)別符號(hào)，如16MnRIII）,用作園筒和封頭的筒形和碗形鍛件及公稱厚度＞300mm的

低合金鋼鍛件應(yīng)選用III級(jí)或IV級(jí)”。

請(qǐng)思考：標(biāo)準(zhǔn)中圖示定義了各種形狀鍛件的公稱厚度，好記嗎？

3.3、關(guān)鍵制造技術(shù)要求

3.3.1、焊接

A、B、D類(lèi)焊接接頭采用焊透結(jié)構(gòu)。

應(yīng)經(jīng)焊接試驗(yàn)選用焊材。焊接工藝評(píng)定確認(rèn)焊材、焊接方法、焊接參數(shù)。焊縫外觀

尺寸按GB150考核。焊接應(yīng)由持有相應(yīng)項(xiàng)目“特種設(shè)備作業(yè)人員證”的人員擔(dān)任。

注：焊接材料定義(NB/T47015-2011)：包括焊條、焊絲、鋼帶、焊劑、氣體、電

極和墊板；

NB/T47015-2011：焊接材料應(yīng)有質(zhì)量證明書(shū)，并符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，施工單位按

質(zhì)量保證體系規(guī)定驗(yàn)收與復(fù)驗(yàn)，合格后方可使用。

NB/T47015-2011：焊接材料應(yīng)滿足圖樣的技術(shù)要求，并按NB/T47014通過(guò)焊藝評(píng)

定。

NB/T47015-2011：焊接材料熔敷金屬S、P含量應(yīng)與母材一致，選用GB/T5118《低合

金鋼焊條》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的焊條，還符合下列要求：

型號(hào)為EXXXX—G的焊條(低合金鋼焊條之一種，如焊16MnDR之J506RH.

J507RH)應(yīng)規(guī)定焊縫金屬Akv值；

銘鋁鋼焊條焊縫金屬Akv231J；

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焊低溫鋼的銀鋼焊條焊縫金屬Akv234J。

NB/T47018.1-47018.7-2011(JB/T4747)承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件：規(guī)

定了低氫型藥皮焊條藥皮含水量或熔敷金屬擴(kuò)散氫含量。

3.3.2、熱處理

本例屬于可能遇濕H2s應(yīng)力腐蝕的壓力容器，應(yīng)爐內(nèi)整體焊后退火熱處理