GB1501-XXXX《压力容器通用要求》-新GB150宣贯教材

GB150.1-2011《压力容器第1部分：通用要求》压力容器第1部分：通用要求1前言现代压力容器建造技术标准的发展趋势具有如下特点：[)采用基于失效模式的设计方法．保证容器在完整寿命周期内的功能性、安全性和经济性；2)在设计、制造、检验等环节广泛采用以计箅机技术应用为代表的信息技术，实现以可靠性为基础的质量控制技术；3)更广的标准适用范围，实现技术标准和安个法规的协调一致，包容其他国家的技术要求，体现综合建造能力；4)谋求提高本国产在国际贸易中的国家竞争力。GB150.1《压力容器通用要求》找国的压力容器建造标准，相应的设计建造标准发展大致经历了3个时期：第—时期：解放初期第二时期：改革开放初期第三时期：目前中国已经从压力容器的进口国家转型为国际贸易平衡的国家；GB150.1《压力容器通用要求》法兰的设计计算•增加了整体法兰和按整体法兰计算的任意式法兰的刚度校核计算要求；•增加了波齿垫片设计选用要求。原标准中附录C“低温压力容器”内容调整为本部分的附录E。附录D、附录G和附录J内容纳入本部分的附录A、附录C和附录D。主要调整变化为：•增加了附录B“钢带错绕筒体设计”；•附录C扩大了双锥密封的适用范围；•附录D焊接结构根据实际情况进行了整理和调整。GB150.1《压力容器通用要求》2修订过程和修订原则2．1修订过程2．2修订原则目前国际压力容器标准技术领域的综合发展方向：●趋同性；●区域性；●相容性；●贸易性；●经济性。GB150.1《压力容器通用要求》本次标准修订的原则:2.2.1安全技术法规和技术标准协调一致的原则2.2.2建立GB150压力容器基础标准原则2.2.3标准技术采用成热科技成果原则2.2.4标准技术指标国际接轨原则2.2.5扩大标准适用性原则2.2.7便于修订原则2.2.8标准的各方参与原则GB150.1《压力容器通用要求》3标准的主要技术内容3．1标准的结构和主要技术内容GB150—2011《压力容器》是—系列标准的组合，规定了压力容器建造的基本要求、典型受压元件的设计计算方法和制造、检验与验收的要求。标准按压力容器建造的逻辑顺序分为四个部分：——GB150.1《压力容器》第l部分：通用要求；——6B150.2《压力容器》第2部分：材料；——GB150.3《压力容器》第3部分：设计；——GB150.4《压力容器》第4部分：制造、检验和验收。GB150.1《压力容器通用要求》3.1.1GB150.1《压力容器》第1部分：通用要求本标准的第1部分由四章正文和六个规范性附录构成。四章的内容分别是：范围、规范性引用文件、名词术语与符号和通用要求。六个附录分别是：附录A(规范性附录)标准的符合性声明及修订、附录B(规范性附录)超压泄放装置、附录C(规范性附录)以验证性爆破试验确定容器设计压力、附录D(规范性附录)对比经验设计方法、附录E(规范性附录)局部结构应力分析评定和附录F(规范性附录)风险评估报告。GB150.1《压力容器通用要求》3.1.2GB150.2.《压力容器第2部分：材料》本标准的第2部分由七章正文、二个规范性附录和二个资料性附录构成。3.1.3GB150.3《压力容器第3部分：设计》本标准的第3部分由由七章正文、三个规范性附录和二个资料性附录构成。3.1.4GB150.4《压力容器第4部分：制造、检验和验收》本标准的第4部分由十三章正文构成。GB150.1《压力容器通用要求》3.2标准的设计准则3.2.1适用范围3.2.1.1标准使用参数适用范围(1)设计压力的适用范围(2)设计温度适用范围：3.2.1.2结构形式适用范围3.2.1.3标准管辖区域适用范围GB150.1《压力容器通用要求》3.2.1.3本标准的不适用范围：a)设计压力低于0.1MPa且真空度低于0.02MPa的容器；b)《移动式压力容器安全监察规程》管辖的容器；c)旋转或往复运动机械设备中自成整体或作为部件的受压器室(如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等)；d)核能装置中存在中子辐射损伤失效风险的容器；e)直接火焰加热的容器；f)内直径(对非同形截面,指截面内边界的最大几何尺寸。如：矩形为对角线。椭圆为长轴)小于150mm的容器；g)搪玻璃容器和制冷空调行业中另有同家标准或行业标准的容器，GB150.1《压力容器通用要求》3.2.2标准所考虑的失效模式失效模式与设计规范中所考虑的设计载荷和使用工况有密切的联系，表1给出了世界各国标准中所考虑的载荷条件对比分析：GB150.1《压力容器通用要求》(1)以失效模式为依据的设计方法ISO16528[5]综合世界主要工业国家的技术标准规定，参照欧洲标准的内容，针对锅炉和压力容器常见的失效形式，在标准中将其归为三大类、14种失效模式，明确了针对失效模式的设计技术应用理念。GB150.1《压力容器通用要求》第一大类：短期失效模式(Shorttermfailuremodes)：●脆性断裂(Brittlefracture)；●韧性断裂(Ductilerupture)；●超量变形引起的接头泄露(Leakageatjointsduetoexcessivedeformations)；●超量局部应变引起的裂纹形成或韧性撕裂(CrackformationOrductiletearingduetoexcessivelocalstrains)；●弹性、塑性或弹塑性失稳(垮塌)(Instability-elastic，plasticorelastic-plastic)：，GB150.1《压力容器通用要求》第二大类：长期失效模式(Longtermfailuremodes)●蠕变断裂(CreepRupture)；●蠕变-在机械连接处的超量变形或导致不允许的载荷传递(Creep-excessivedeformationsatmechanicaljointsorresultinginunacceptabletransferofload)：●蠕变失稳(Creepinstability)●冲蚀、腐蚀(Erosion，corrosion)；●环境助长开裂如：应力腐蚀开裂、氢致开裂(Environmentallyassistedcrackinge.g.stresscorrosioncracking，hydrogeninducedcracking，etc)。GB150.1《压力容器通用要求》第三大类：循环失效模式(Cyclicfailuremodes)：●扩展性塑性变形Progressiveplasticdeformation；●交替塑性Alternatingplasticity；●弹性应变疲劳(中周和高周疲劳)或弹-塑性应变疲劳(低周疲劳)Fatigueunderelasticstrains(mediumandhighcyclefatigue)orunderelastic-plasticstrains(lowcyclefatigue)；●环境助长疲劳Environmentallyassistedfhtigue。GB150.1《压力容器通用要求》对于压力设备标准，在确定设计准则和设计方法中至少要考虑如下失效模式：●脆性断裂(Brittlefracture)；，●韧性断裂(Ductilerupture)；●接头泄露(Leakageatjoints)；●弹性或塑性失稳(Elasticorplasticinstability)；●蠕变断裂(Creeprupture)。GB150.1《压力容器通用要求》(2)GB150对于基于失效模式设计的考虑经过多年的实践和参照国际上同类标准的技术内容，GB150标准在技术内容中直接和间接考虑了如下失效模式，并针对所考虑的失效模式确定了相应的设计准则和强度理论：a)脆性断裂(Brittlefracture)：通过材料选用要求、材料韧性要求、制造和检验要求、以及结构形式要求，防止脆性断裂的发生；b)韧性断裂(Ductilerupture)：通过材料选用要求、结构强度设计方法、许用应力规定，防止韧性断裂的发生；GB150.1《压力容器通用要求》c)接头泄露(Leakageatjoints)：通过法兰设计方法和特殊密封结构的设计方法，结构要求以及对密封垫片和螺柱、螺母的要求，防止接头泄漏的发生；d)弹性或塑性失稳(Elasticorplasticinstability)：通过外压结构设计方法防止整箍体失稳；通过局部应力分析和评定，控制局部塑性失稳；e)蠕变断裂(Creeprupture)：通过限制材料的使用温度范围控制蠕变断裂的发生。腐蚀是压力容器的最常见的失效模式，但在不同的工程应用中差别极大，不可能在标准中进行规定。GB150.1《压力容器通用要求》3.2.3失效准则和强度理论金属强度失效准则主要包含弹性失效准则、塑性失效准则和爆破失效准则。1、弹性失效准则；2、塑性失效准则；3、爆破失效准则。爆破失效准则在超高压容器设计中得到了应用。按爆破失效准则计算圆筒体爆破压力的计算方法中以福贝尔公式最为典型，即为：Kpbssbln)2(32'''GB150.1《压力容器通用要求》强度理论在实际工程应用中主要有以下几个典型的强度理论:第一强度理论：基于该理论的强度条件可表示为：σ1≤[σ]第二强度理论：又称最大拉应变理论：第三强度理论：又称最大剪应力理论。强度条件即为：σ1-σ3≤[σ]目前我国的JB4732标准，2007年以前的ASME、Ⅷ—div2篇等采用了该强度理论作为强度计算的依据。第四强度理论：又称剪切变形能理论或歪形能理沦（亦有称畸变能理论）。GB150.1《压力容器通用要求》新规范在弹塑性分析中明确规定要采用Mises屈服条件。与此相统一，弹性应力分析的控制参数也改为米赛斯等效应力，而且弹塑性分析中的应变参数也选为米赛斯等效应变。GB150.1《压力容器通用要求》3.2.4安全系数压力容器安全系数在我国安全技术规范中指的是“确定材料许用应力的系数”，事实上，在标准的制定中对于所涉及到的下列失效模式，标准均要考虑相应的安全系数：●对于以韧性断裂的强度失效；●对于以低温脆断为代表的脆性断裂失效；●对于以法兰接头泄漏为代表的接头泄漏失效；●对于以高温材料性能退化为代表的高温蠕变失效；●对于以结构失稳为代表的弹性和塑性失稳失效；●对于疲劳失效等等。GB150.1《压力容器通用要求》安全系数的确定和国家的综合技术能力以及压力容器的建造历史有关，一般要考虑如下的因素：(1)压力容器材料的技术水平和供应稳定状况；(2)强度设计准则和设计计算方法的可靠性；(3)压力容器建造的技术能力和装备能力；(4)压力容器建造的质量管理方式和管理水平；(5)压力容器使用管理的水平；(6)压力容器事故的频发程度等。GB150.1《压力容器通用要求》3.2.4.1确定材料基本许用应力的系数在世界各国的压力容器标准中，确定材料基本许用应力的系数一般主要针对材料的抗拉强度、屈服强度、高温持久断裂强度和高温蠕变强度设定相应的设计裕度，以防止由于前述原因等引起的失效。3.2.4.2针对外压失稳失效模式的稳定安全系数GB150—2011中所采用的稳定安全系数如下：1.对于圆筒的外压稳定计算，取稳定安全系数m=3.0;2.对于球壳和成形封头(包括椭圆形、碟形、半球形、球冠形)封头的外压稳定计算，取稳定安全系数m=15;3.对于圆筒加强圈的外压稳定计算，取稳定安全系数m=3.0。GB150.1《压力容器通用要求》3.2.4.3紧固件的安全系数紧固件的安全系数针对的是接头泄漏失效模式，用于确定密封螺栓许用应力的系数要高于对板、锻、管材的系数，其原因如下：(1)在紧固螺栓的操作中的螺栓预紧力难于定量控制；(2)操作过程中的载荷循环或波动可能使螺栓伸长，引起连接松动、垫片松弛，需要多次紧固螺栓；(3)由于螺栓和法兰的材料不同或二者具有不同的使用温度，会引起附加热应力；(4)用于密封的螺栓材料不允许产生塑性变形，所以只控制屈服强度系数ns。GB150.1《压力容器通用要求》3.2.4.4疲劳失效的安全系数JB4732—1995