GB 150.3设计讲义

压力容器第1、3部分：设计GB150.1、3－2011编者声明：版权专用，仅供个人参考，请勿在网上传播，违者必究！监督电话：[phone]本部分为GB150-2011《压力容器》的有关设计内容。2011-11-21发布2012-03-01实施67年化工部发布《钢制压力容器设计规定》试行78年三部标准《钢制压力容器设计规定》一版、82年二版、85年三版。89年升为国标GB150-89、98年再次修订为GB150-982011年修订为GB150-2011。参照ASME等标准制订。职责1、用户或设计委托方的职责容器的用户或设计委托方应当以正式书面形式向设计单位提出容器设计条件。a）容器设计所依据的主要标准和规范；b）操作参数（包括工作压力、工作温度范围、液位高度、接管载荷等）；c）压力容器使用地及其自然条件（包括环境温度、抗震设防烈度、风和雪载荷等）；d）介质组分与特性；e）预期使用年限；f）几何参数和管口方位；g）设计需要的其他必要条件。2、设计单位的职责a）设计单位应对设计文件的正确性和完整性负责；b）容器的设计文件至少应包括强度计算书、设计图样、制造技术条件、风险评估报告（相关法规或设计委托方要求时），必要时还应当包括安装与使用维修说明；c）《固定式压力容器安全技术监察规程》管辖范围内压力容器的设计总图应盖有特种设备设计许可印章；d）设计单位向容器用户出具的风险评估报告应符合附录F的要求；e）设计单位应在容器设计使用年限内保存全部容器设计文件。职责设计一般规定容器设计单位（设计人员）应严格依据用户或设计委托方所提供的容器设计条件进行容器设计，应考虑容器在使用中可能出现的所有失效模式，提出防止失效的措施。容器受压元件的强度、刚度和稳定性计算按GB150.3或引用标准的规定。对于有成功使用经验的承受循环载荷的容器，经设计单位技术负责人批准，可按本标准进行设计，并按JB4732附录C补充疲劳分析和评定，同时满足其相关制造要求。设计一般规定设计时应考虑（a~j）10项载荷。确定设计压力或计算压力应考虑（a~e）5项。设计温度的确定（a~d）4项。对有不同工况的容器，应按昀苛刻的工况设计，必要时还需考虑不同工况的组合，并在图样或相应技术文件中注明各工况操作条件和设计条件下的压力和温度值。厚度附加量确定C=C1+C2材料厚度负偏差板材或管材的厚度负偏差按材料标准的规定。腐蚀裕量为防止容器受压元件由于腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄，应考虑腐蚀裕量，具体规定如下：a）对有均刀腐蚀或磨损的元件，应根据预期的容器设计使用年限和介质对金属材料的腐蚀速率（及磨蚀速率）确定腐蚀裕量；b）容器各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量；c）介质为压缩空气、水蒸汽或水的碳素钢或低合金钢制容器，腐蚀裕量不小于1mm。壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的昀小厚度：a）碳素钢、低合金钢制容器，不小于3mm；b）高合金钢制容器，一般应不小于2mm。容器元件的名义厚度和昀小成形厚度一般应标注在设计图样上。许用应力标准中材料的许用应力按GB150.2和相应引用标准选取。设计温度低于20℃时，取20℃时的许用应力。复合钢板的许用应力对于覆层与基层结合率达到NB/T47002标准中B2级板以上的复合钢板，在设计计算中，如需计入覆层材料的强度时，其设计温度下的许用应力按标准中公式确定。当地震载荷或风载荷与4.3.2中其他载荷相组合时，允许元件的设计应力不超过许用应力的1.2倍，其组合要求按相应标准规定。圆筒许用轴向压缩应力a）根据圆筒外半径Ro和有效厚度按标准公式计算。b）按圆筒材料选用相应的外压应力系数曲线图（GB150.3第4章），根据其温度线得B值，在弹性范围内（图中的直线段或其左侧），用公式计算B值（B=2AEt/3）c）许用轴向压缩应力【σ】crt取B值，且不得大于[σ]t。GB150.3-2011标准组成部分前言1范围·2规范性引用文件3内压圆筒和内压球壳4外压圆筒和外压球壳5封头6开孔与开孔补强7法兰本部分在GB150—1998第5章至第9章、附录C、附录D、附录G和附录J的基础上，结合压力容器基本受压元件设计的实际需要及相关标准修订提案，同时为满足《固定式压力容器安全技术监察规程》的要求，进行修订编制。本部分所代替标准的历次版本发布情况为：GB150—1989、GB150—1998。前言——对应于原GB150—1998第5章：内压圆筒和内压球壳，本部分第3章增加了按外径进行壁厚设计计算的相应公式。——对应于原GB150—1998第6章：外压圆筒与外压球壳，本部分第4章主要变化内容为：a）修订了外压曲线图，增加了对应于高强度材料的外压曲线；b）增加了相对应的应力系数B曲线图选用表；c）加强圈的结构设计作了部分修改。与GB150—1998相比，主要变化——对应于原GB150—1998第7章：封头，本部分第5章中主要变化内容为：a）增加了偏心锥壳、带筋平封头和拉撑结构的设计计算方法；b）调整了部分平盖的结构特征系数K；c）增加了适用于平封头与筒体全焊透连接结构的塑性分析设计方法；d）增加了δ/R0.002时，球冠形封头与锥壳的设计方法。——对应于原GB150—1998第8章：开孔和开孔补强，本部分第6章对开孔和开孔补强设计计算方法内容进行了扩充，引入了筒体径向接管的整体补强设计方法，开孔率适用范围可达0.9。与GB150—1998相比，主要变化——对应于原GB150—1998第9章：法兰，本部分第7章中主要内容变化为：a）增加了整体法兰和按整体法兰计算的任意法兰的刚度校核计算要求；b）增加了波齿垫片设计选用参数。——将GB150—1998附录C“低温压力容器”中与设计相关的内容调整为本部分的附录E。与GB150—1998相比，主要变化——将GB150—1998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。主要调整或变化内容为：a）增加附录B“钢带错绕筒体设计”；b）附录C扩大了双锥密封的适用范围；c）附录D焊接结构根据实际情况进行了整理和补充。与GB150—1998相比，主要变化1范围GB150.3规定了压力容器基本受压元件的设计要求。本部分适用于内压圆筒和内压球壳、外压圆筒和外压球壳、封头、开孔和开孔补强以及法兰的设计计算。本部分给出了非圆形截面容器（规范性附录A）、钢带错绕筒体（规范性附录B）、常用密封结构（资料性附录C）和焊接接头结构（资料性附录D）的基本设计要求。本部分还给出了关于低温压力容器的基本设计要求（规范性附录E）。GB150对照第7章法兰第9章法兰第6章开孔和开孔补强第8章开孔和开孔补强第5章封头第7章封头第4章外压圆筒和外压球壳第6章外压圆筒和外压球壳第3章内压圆筒和内压球壳第5章内压圆筒和内压球壳GB150.3-2011GB150-19982规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其昀新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB150.1压力容器第1部分：通用要求GB150.2压力容器第2部分：材料GB150.4压力容器第4部分：制造、检验和验收JB/T4700压力容器法兰与技术条件JB/T4701甲型平焊法兰JB/T4702乙型平焊法兰JB/T4703长颈对焊法兰JB/T4704非金属软垫片JB/T4705缠绕垫片JB/T4706金属包垫片JB/T4707等长双头螺柱卧式容器3内压圆筒和内压球壳本章计算公式适用于单层、多层包扎、套合圆筒和球壳的计算。钢带错绕筒体设计计算按附录B进行。圆筒计算本节公式的适用范围为pc≤0.4[σ]tφ设计温度下圆筒的计算厚度：设计温度下圆筒的昀大允许工作压力球壳计算本节公式的适用范围为Pc≤0.6[σ]tφ设计温度下球壳的计算厚度设计温度下球壳的昀大允许工作压力4外压圆筒和外压球壳规定适用于外压圆筒（包括管子）和外压球壳的设计外压圆筒的稳定性校核外压球壳的计算外压圆筒加强圈的设计外压圆筒的稳定性校核计算长度的确定圆筒计算长度，应取圆筒上两相邻支撑线之间的距离。Do/δe≥20的圆筒1、确定外压应变系数Aa）根据L/Do和Do/δe由图4-2或表4-2查取外压应变系数A值(遇中间值用内插法)；b）若L/Do值大于50，则用L/Do=50查图；若L/Do值小于0.05，则用L/Do=0.05查图。2、确定外压应力系数Ba）按所用材料，查表4-1确定对应的外压应力系数B曲线图（图4-3～图4-11），由A值查取B值（遇中间值用内插法）；b）若A值超出设计温度曲线的昀大值，则取对应温度曲线右端点的纵坐标值为B值；c）若A值小于设计温度曲线的昀小值，则按下式计算B值：3、确定许用外压力[p]根据B值，按下式计算许用外压力[p]：计算得到的[p]应大于或等于pc，否则须调整设计参数，重复上述计算，直到满足设计要求。Do/δe20的圆筒1、确定外压应变系数Aa）对Do/δe≥4.0的圆筒，用与4.3.2.1相同的步骤得到系数A值；b）对Do/δe＜4.0的圆筒，按式（4-3）计算系数A值：系数A＞0.1时，取A=0.1。2、确定外压应力系数B同前述3、确定许用外压力[p]按式（4-4）计算许用外压力[p]值：式中，0σ应力，取以下两值中的较小值：计算得到的[p]应大于或等于，否则须调整设计参数，重复上述计算，直到满足设计要求。加强圈的设置加强圈可设置在容器的内部或外部，应整圈围绕在圆筒的圆周上。加强圈两端的接合形式应按图中A、B所示。容器内部的加强圈，若布置成图中C、D、E或F所示的结构时，则应取具昀小惯性矩的截面进行计算。在加强圈上需要留出如上图中D、E及F所示的间隙时，则不应超过规定的弧长，否则须将容器内部和外部的加强圈相邻两部分之间接合起来，采用如上图中C所示的结构。但若能同时满足以下条件者可以除外：a）每圈只允许一处无支撑的壳体弧长；b）无支撑的壳体弧长不超过90°；c）相邻两加强圈的不受支撑的圆筒弧长相互交错180°；d）圆筒计算长度L应取下列数值中的较大者：——相间隔加强圈之间的昀大距离；——从封头切线至第二个加强圈中心的距离再加上1/3封头曲面深度。容器内部的构件如塔盘等，若设计成起加强作用时，也可作加强圈用。加强圈与圆筒之间可采用连续或间断的焊接，当加强圈设置在容器外面时，加强圈每侧间断焊接的总长，应不少于圆筒外圆周长的1/2，当设置在容器里面时，应不少于圆筒内圆周长的1/3。焊脚尺寸不得小于相焊件中较薄件的厚度。间断焊缝的布置与间距可参照下图所示的型式，间断焊缝可以相互错开或并排布置。昀大间隙t，对外加强圈为8δn，对内加强圈为12δn。5封头规定了受内压或外压的凸形封头、平盖、锥形封头（含偏心锥壳）、变径段、紧缩口以及内压元件的拉撑结构设计方法。其中，凸形封头包括椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头）和半球形封头。偏心锥壳适用于连接具有平行轴线两圆筒的非轴对称偏心锥壳（见下图），同时满足以下要求：a）两筒体轴线间距L应不大于两筒体内直径差值的1/2b）对内压情况偏心锥壳与筒体间夹角大值α1≤30o，对于外压情况α1≤60o受内压偏心锥壳厚度计算a）锥壳半顶角α取偏心锥壳与筒体间夹角α1、α2的大值;b）按5.6.3要求确定偏心锥壳厚度；c）按5.6.4.1要求确定偏心锥壳大端厚度；d）按5.6.4.2要求确定偏心锥壳小端厚度；e）取上述b)、c)、d)的大值作为偏心锥壳的厚度。受外压偏心锥壳厚度计算受外压偏心锥壳的厚度确定、与圆筒连接处的外压加强设计参照5.6.6，锥壳半顶角α分别取α1、α2进行设计，分别满足二者的要求并取大值作为偏心锥壳的厚度。圆形平盖厚度平盖的厚度，按下式计算：加筋圆形平盖厚度加筋平盖厚度按下式计算，且平盖厚度值不小于6mm。式中，当量直径d取d1和d2中较大者。拉撑结构的设计方法用于以棒材、管材或板材支撑（以下简称“拉撑”）的凸型封头、平封头（平板）及筒体的设计。拉撑结构包括焊接与非焊接两种结构。常用结构型式如表5-13。受拉撑的板厚计算：6开孔与开孔