GB150总论及压力容器法规体系培训讲义

张家港中集圣达因低温装备有限公司压力容器法规体系简介及《GB150》总论罗晓钟2010年3月公司培训讲义一、压力容器的法规标准体系简介公司培训讲义1、特种设备法规标准体系框架特种设备：指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施等。借鉴国外经验，结合中国特种设备安全技术规范和标准体系的实际情况。完善的法规体系应该是“法律----行政法规----部门规章----安全技术规范、强制性国家标准----引用标准”五个层次的标准法规体系结构。1.1第一层次：法律2006年12月23日，正式启动了《特种设备安全法》的立法工作，国家正在加快立法进程。目前只有相关法律《安全生产法》、《产品质量法》、《商品检验法》等。公司培训讲义1.2第二层次：行政法规、地方性法规行政法规：《特种设备安全监察条例》本条例是国务院发布的行政法规，是目前压力容器的最高法规地方性法规：如《江苏省特种设备安全监察条例》、《浙江省特种设备安全管理条例》等。1.3第三层次：部门规章《特种设备质量监督与安全监察规定》（国家质量技术监督局）《锅炉压力容器制造监督管理办法》等等。1.4第四层次：安全技术规范和强制性国家标准颁布的TSG规范，如《固定式压力容器安全技术监察规程》、《压力容器定期检验规则》、《压力容器压力管道设计许可规则》、《压力容器安装改造维修许可规则》等等。公司培训讲义1.5第五层次：相关的引用标准和技术规定国家标准和行业标准一旦被安全技术规范所引用，具有与安全技术规范同等的效力，具有强制属性，并成为安全技术规范的组成部分。目前与特种设备有关的标准共有1500余项。公司培训讲义2、公司产品主要执行的标准1.)国家质检总局《固定式压力容器安全技术监察规程》2009版2.)国家质量技术监督局《液化气体汽车罐车安全监察规程》1996版3.)GB150-1998《钢制压力容器》4.)GB4237-92《不锈钢热轧钢板》5.)GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》(GB6654-1996(压力容器用钢板)6.)GB3531-1996《低温压力容器用低合金钢钢板》(16MnDR)7.)GB3274《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》(Q235-B)8.)GB18442-2000《低温绝热压力容器》9.)JB4732《钢制压力容器——分析设计标准》公司培训讲义10.)JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》11.)JB4709-2000《钢制压力容器焊接工艺规程》12.)JB/T4730.1→4730.6-2005《承压设备无损检测》13.)JB/T4780-2002《液化天然气罐式集装箱》14.)JB/T4781-2005《液化气体罐式集装箱》15.)JB/T4782-2007《液体危险货物罐式集装箱》16.)JB/T4783-2007《低温液体汽车罐车》17.)JB/T4784-2007《低温液体罐式集装箱》18.)GB/T19905-2005《液化气体运输车》19.)国外标准(ASME/ED/ADR/AS等)20.)JB/T4735《钢制焊接常压容器》21.)API620《大型焊接低温储罐的设计与建造》公司培训讲义二、GB150总论公司培训讲义1、压力容器的概念1.1定义：盛装压力介质的密闭容器2.2分类：◆根据压力容器在生产过程中的作用或主要作用以及工作原理分为如下：反应压力容器(如:反应器、聚合釜、硫化罐、合成塔等）；换热压力容器（如：换热器、冷凝器、管壳式余热锅炉等）；分离压力容器（如：过滤器、洗涤塔、干燥塔等）；储存压力容器（如：储罐等，我们公司的产品属于此类）◆按《容规》根据设计压力p等级：低压（0.1MPa≤p1.6MPa），中压（1.6MPa≤p10MPa），高压（10MPa≤p100MPa），超高压（p≥100MPa)公司培训讲义◆压力容器类别划分•压力容器按其压力、容积、介质（压力容器的三要素）以及材料、使用方式等划分为一、二、三类(按容规:多腔容器,按级别高的腔确定容器类别,按各腔类别分别提出制造要求)。•压力容器的类别划分依据《容规》。•一类压力容器类别最低，三类压力容器类别最高。类别高的压力容器的要求（对材料的检验、复验、制造等）相应也高。公司培训讲义2、GB150适用范围压力：适用于设计压力不大于35MPa，不低于0.1MPa及真空度高于0.02MPa温度：钢材允许使用温度适用范围适用范围公司培训讲义3、GB150管辖范围容器壳体及与其连为整体的受压零部件1）容器与外部管道连接焊缝连接第一道环向焊缝端面法兰连接第一个法兰密封面螺纹连接第一个螺纹接头端面专用连接件第一个密封面2）接管、人孔、手孔等的封头、平盖及紧固件3）非受压元件与受压元件焊接接头（如支座、垫板、吊耳等）4）连接在容器上的超压泄放装置4、设计参数4.1压力（6个压力）Pw正常工况下，容器顶部可能达到的最高压力Pd与相应设计温度相对应作为设计条件的容器顶部的最高压力Pd≥PWPc在相应设计温度下，确定元件厚度压力（包括静液柱）Pt压力试验时容器顶部压力Pwmax设计温度下，容器顶部所能承受最高压力，由受压元件有效厚度计算得到。Pz安全泄放装置动作压力Pw＜Pz≤(1.05-1.1)PwPd≥Pz公司培训讲义4.2温度Tw在正常工况下元件的金属温度，实际工程中，往往以介质的温度表示工作温度。Tt压力试验时元件的金属温度，工程中也往往以试验介质温度来表示试验温度。Td在正常工况下，元件的金属截面的平均温度，由于金属壁面温度计算很麻烦，一般取介质温度加或减10-20℃得到。公司培训讲义4.3壁厚（6个厚度）δc计算厚度，由计算公式得到保证容器强度，刚度和稳定的厚度δd设计厚度，δd=δc+C2（腐蚀裕量）δn名义厚度，δn=δd+C1（钢材负偏差）+△（圆整量）δe有效厚度，δe=δn-C1-C2=δc+△δmin设计要求的成形后最小厚度，δmin≥δn-C1（GB1503.5.6壳体加工成形后最小厚度是为了满足安装、运输中刚度而定；而δmin是保证正常工况下强度、刚度、寿命要求而定。）δ坯坯料厚度δ坯=δd+C1+△+C3（其中：C3制造减薄量，主要考虑材料（黑色，有色）、工艺（模压，旋压；冷压，热压），所以C3值一般由制造厂定。）公司培训讲义公司培训讲义各厚度之间的相互关系公司培训讲义4.4许用应力许用应力是材料力学性能与相应安全系数之比值：σb/nbσs/nsσD/nDσn/nn许用应力是压力容器设计的基本参数，由材料的力学性能除以相应的材料设计系数来确定。不同的材料有不同的许用应力。材料的许用应力[σ]与材料的厚度、设计温度有关。一般而言，材料的许用应力随温度的升高而降低。按GB150，对设计温度低于20℃的材料，其许用应力按20℃取。GB150材料的许用应力，一般是按材料标准抗拉强度下限的1/3倍(新标准按1/2.7)，或屈服强度的1/1.5倍确定。4.5设计载荷内压、外压或最大压差；液体静压力；容器的自重，以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷；附属设备及隔热材料、管道、平台等的重力载荷；风载、地震载荷、雪载荷；支座、支耳及其它型式支撑件的反作用力；温差应力引出的作用力；运输吊装式的作用力等。公司培训讲义5、外压容器的设计–外压容器园筒和球壳的设计主要是稳定性计算。–外压容器园筒壁厚的计算，主要是为了防止在外压作用下壳体的失稳。为了防止失稳，应使壳体防止失稳的许用压力[P]大于或等于计算压力Pc.园筒稳定安全系数取3.0。5.1周向失稳计算外压容器壳体壁厚计算一般采用图算法，根据壳体直径（或半径），计算长度，假设壁厚(δe)和所用材料牌号，利用图表查取系数，然后代入公式得到许用外压力[P]，使[P]≥Pc；否则重新计算直至合格为止。5.2轴向失稳计算由园筒或管子的半径，壁厚δe和所用材料牌号，用图表查取系数，代入公式得B值，使计算压力Pc小于或等于许用轴向压缩应力。许用轴向压缩应力取设计温度下材料许用应力[σ]和B值的较小值。5.3防止外压园筒失稳措施主要有：1）增加园筒壁厚；2）缩短园筒的计算长度；3）设置加强圈。加强圈设置应整圈围绕在园筒上，并要求有足够截面积和组合惯性距。加强圈可设置在容器内部或外部。加强圈和园筒之间连接可采用连续焊或间断焊。间断焊外部不少于园筒周长的1/2，内部不少于1/3。6、开孔补强：开孔不仅削弱容器强度，也造成局部应力集中，是造成容器破坏重要因素，所以开孔补强是压力容器设计重要组成部分。6.1适用范围在筒体、封头上开圆孔，椭圆孔或长圆孔。非园孔的a/b≤2。筒体Di≤1500或凸形封头d≤1/2Di(且筒体d≤520mm)筒体Di1500或锥形封头d≤1/3Di(且筒体d≤1000mm)6.2开孔补强形式与作用1）型式两种开孔补强型式——整体补强和局部补强（补强圈）整体补强增加壳体厚度（经济性差）厚壁管（推荐）整体补强锻件与壳体焊接（嵌入式接管）GB150P222图J5a），b）局部补强补强圈（推荐）2）作用内压容器——对开孔截面拉伸强度补偿。外压容器——对开孔截面压缩稳定性补偿，防止失稳。6.3开孔补强的规定1）不另行补强的最大开孔直径应满足GB150P758.3规定2）采用补强圈补强要求σb≤540MPa;δ≤1.5δn;δn≤38mm3）整体补强要求下列情况之一，应采用整体补强（增加壳体厚度或采用补强锻件与壳体相焊）。HG20583钢制化工容器结构规定。σb540MPa；δ1.5δn；δn38mm；Pd≥4.0MPaTd350℃介质为极度，高度危害介质6.4开孔补强方法等面积补强法（d≤1/2Di）原则：有效补强面积大于或等于开孔失去面积A—指圆筒或球壳开孔所需补强面积式中δ为开孔处计算厚度，retfdA12•7、材料及制造要求:•7.1主要受压元件要求:•(一/二类):附材料质量证明并符合图样要求;•三类及槽车外壳:附材料质量证明并复验(按炉化学成分和按批机械性能//力学性能\弯曲性能);•低温低合金钢/槽车(外壳):低温冲击试验•不锈钢:高于-196度,仅焊缝金属低温冲击试验•(低温及移动)产品锻件III:逐件拉伸冲击\UT7.2非受压元件用钢板/钢带标准(见Q-SDY0420)•7.3绝热材料:膨胀珍珠岩(珠光砂)/玻璃棉/泡沫玻璃砖/多层包扎材料(见相关要求)公司培训讲义公司培训讲义•8、压力无损检测方法及应用•压力容器常用的无损检测方法主要有目视、射线、超声、•渗透、磁粉、涡流等。每种检测方法均有其优点和局限性。•目视(VT)---表观肉眼可检查的缺陷（包括使用放大镜检查）•射线(RT)---检测内部体积形缺陷•超声(UT)---检测内部线形和面形缺陷(6-400mm)；•磁粉(MT)---检测碳钢类等铁磁性材料表面及近表面缺陷；•渗透(PT)---检测表面开口性缺陷；•涡流(ET)---检测表面和近表面缺陷。公司培训讲义9、热处理•按热处理的不同目的,压力容器行业常用的热处理方法分为4大类:•1）焊后热处理;•2）恢复力学性能热处理;•3）改善力学性能热处理•4）消氢处理.•压力容器制造厂采用得多的热处理一般是焊后热处理.•焊后热处理主要方法有：炉内整体热处理、分段炉内热处理、局部热处理和现场热处理。公司培训讲义10、低温压力容器（附录C）10.1低温压力容器对结构设计要求低温压力容器使用温度低，材料由延性状态向脆性状态转变，降低抗冲击性能，易发生脆断，所以对材料有较高冲击试验要求外，对结构也有要求。1）结构简单，减少约束；2）避免产生过大的温度梯度；3）减少局部应力集中和形状突变，接管端部要磨圆；4）支座不得直接焊在壳体上；5）垫片应采用在低温下有良好弹性的材料。公司培训讲义10.2低温压力容器对材料、焊接、无损探伤、焊后热处理的要求1）对材料要求受压元件用钢采用镇静态δ20mm钢板逐张超探对不同使用温度，进行低温冲击2）对焊接和无损探伤要求全焊透结构无损探伤比例为50％和100％