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压力容器设计技术规定

压力容器设计

技术规定

Q/ZCYJ.SJ/03.A.01-2012

编制：

审核：

批准：

持有人：

2012年01月20发布2012年03月01日实施

编制说明

第一版《压力容器设计技术规定》是根据本公司在压力容器设计、选材、制造和检验等方面必须遵照执行的各项技术要求而进行编制的，是为压力容器各级技术人员在进行压力容器设计时提供的一份技术参照标准。

适用我公司D1、D2级压力容器设计的质量管理，能保证安全可靠、持久稳定的压力容器。

编制目的时要求各级设计人员按规定的统一要求开展设计工作，安全、经济、合理地设计、选材选型，达到提高设计效率和设计质量的目的。

《压力容器设计技术规定》是本公司压力容器设计一切质量管理活动必须遵循的技术性文件，现予以发布，自2012年03月02日实施。

二、设计参数选取6

四、结构设计

五、制造、热处理

六、压力容器检验、验收要求

附录A：

压力容器的分类与压力容器等级、品种的划分

一、技术规定总则

1.范围：

本规定包括压力容器设计、材料、制造、检验和试验的技术要求，适用于本公司D类各品种压力容器设计。

2.规范、标准及相关技术文件

2.1本规定所执行的规范、标准及相关技术文件如下

a）TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》（含修改单）

b）GB150.1～GB150.4-2011《压力容器》

c）GB151-1999《管壳式换热器》及释义

d）其余标准、规范列于Q/XXXX.SJ/03.A.01-2012《压力容器设计质量保证手册》附录C

2.2当参照的各标准、规范、技术文件在某些问题的规定上存在差异时应优先采用行业标准。

3.容器分为常压容器和压力容器两种：

3.1凡涉及压力低于0.1MPa，其真空低于0.02MPa的容器为常压容器，其设计、制造、检验及验收要求按照NB/T47003《钢制焊接常压容器》的规定。

3.2凡设计压力等于或大于0.1MPa，真空度等于或大于0.02MPa的容器按压力容器设计。

但当容器的工作压力小于0.1MPa时，该容器不划分容器类别。

3.3钢制压力容器的设计符合GB150.1～.4-2011的规定，特定结构容器以及金属。

贵金属容器，其设计除满足本条件外，还应满足其专用标准进行设计。

a）管壳式换热器的适用范围和建造要求按GB151的规定;

b）钢制球形储罐的适用范围和建造要求按GB12337的规定;

c）卧式容器的适用范围和建造要求按JB/T4731的规定；

d）塔式容器的适用范围和建造要求按JB/T4710的规定；

e）铝制焊接容器的适用范围和建造要求按JB/T4734的规定；

f）钛制焊接容器的适用范围和建造要求按JB/T4745的规定；

g）铜制焊接容器的适用范围和建造要求按JB/T4755的规定；

h）镍及镍合金焊接容器的适用范围和建造要求按JB/T4756的规定；

i）锆制压力容器的适用范围和建造要求按NB/T47011的规定。

4.压力容器类别及压力等级、品种的划分按照TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》附录A.

5.本技术规定在适用过程中不断的完善和补充，任何压力容器设计人员对技术规定的不完善项都有权利提出修改，本文件的修改执行《文件及资料控制程序》。

二、设计参数选取

1概述

为安全、经济、合理地选型，压力容器应按其使用要求各自分类，任何一类压力容器使用的范围应考虑：

腐蚀性、介质温度和压力、使用目的、工作环境等因素。

2设计技术规定

2.1在设计中应考虑正常操作时，可能出现的温度和压力的极端情况；对于不同各工况的容器，应按最苛刻的工况设计，必要时还要考虑不同工况的组合，并在图样或相应设计文件中注明各工况操作条件和设计条件下的压力温度值。

2.2载荷：

2.2.1设计时应考虑以下载荷：

a）内压、外压或最大压差;

b）液注静压力，当液注静压力小于设计压力的5%时，可忽略不计；需要时，还应考虑下列载荷：

c）容器的自重（包括内件和填料等），以及正常工作条件下或耐压试验状态下内装介质的重力载荷；

d）附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷；

e）风载荷、地载荷、雪载荷；

f）支座、底座圈、支耳及其他型式支撑件的反作用力；

g）连接管道和其他部件的作用力;

h）温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力；

i）冲击载荷，包括压力急剧波动引起的冲击载荷、流体冲击引起的反力等；；

j）运输或吊装时的作用力。

2.3设计压力或计算压力：

2.3.1设计压力的确定原则

a）设计文件对容器的设计压力有专门规定时应按规定，但不应低于表1的规定。

b）设计压力必须及设计温度作为设计载荷条件，且应考虑到容器在运行中可能出现的各种工况，并以最苛刻的工作压力及相应温度的组合工况来确定容器的设计压力。

c）盛装液化气和液化石油气的容器设计按以下规定确定：

①无安全泄放装置是，设计压力不应低于1.05倍的工作压力

②装有安全阀时，设计压力不应低于（等于或稍大于）安全阀开启压力（1.05～1.10倍的工作压力）

③工作压力是指盛装液化气和液化石油气的容器可能达到的最高工作温度下的饱和蒸汽压。

常温储存。

液化气或混合液化石油气压力容器的工作压力（即饱和蒸汽压）见2.3.2、2.3.3、2.3.4中的规定。

表1确定设计压力的原则

类别

原则

内压容器

无安全泄装置

不低于0.1~1.1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（开启压力取1.05~1.10倍工作压力）

装有爆破片

不低于安全阀爆破片设计爆破压力加制造范围上限

出口线上装有安全阀

不低于安全阀的开启压力加上流体从容器流至安全阀处的压力降

容器位于泵进口侧，且无安全泄放装置时

不低于1.0~1.1倍工作压力，且以-0.1MPa外压进行校核

容器位于泵出口侧，且无安全泄放装置时

不低于下面三者中的大值

1）泵的正常入口压力加1.2倍的正常工作扬程

2）泵的最大入口压力加泵的正常工作扬程

3）泵的正常入口压力加关闭扬程（即泵出口圈关闭时的扬程）

容器位于压缩机进口侧，且无安全泄放装置时

不低于1.0～1.1倍工作压力，且以-0.1MPa外压进行校核

容器位于压缩机出口侧，且无安全泄放装置时

不低于压缩机出口压力

真空容器

无夹套的

真空容器

有安全泄放装置

设计压力取1.25倍最大内外压力差或-0.1MPa两者

中的最小值

无安全泄放装置

设计外压取-0.1MPa

带夹套的

真空容器

容器（真空）

设计外压按无夹套真空容器选：

其计算外压按本规定2.3.6条的规定

夹套（真空）

设计内压按内压容器选取

由两个或两个以上压力室组成的容器

根据各自的工作压力确定各组腔的设计压力

2.3.2常温下储存液化气体压力容器在规定温度下的工作压力按照表2确定

2.3.3常温储存液化气体压力容器规定温度下的工作压力，按照不低于50℃时混合液化石油气组分的实际饱和蒸汽压来确定，在设计图样上注明限定的组分和对应的压力；若无实际组分数据或者不做组分分析，其规定温度下的工作压力不得丢表3的规定。

2.3.4几种介质常温储存时规定温度下的工作压力取值见表4.

2.3.5设计压力的确定原则除满足2.3.1条的规定外，尚应满足表1的规定。

2.3.6对带夹套的真空容器，其容器壳体的计算外压应等于设计外压加夹套内的设计内压力，且应校检在夹套实验压力（外压）下壳体的稳定性。

2.4设计温度

2.4.1本条按照GB150.1～GB150.4-2011的第4.3.4条规定执行；

2.4.2设计温度的确定原则

a）设计文件对容器的设计温度有专门规定时，其设计温度按规定执行。

表2常温下储存液化气体压力容器在规定温度下的工作压力

液化气体

临界温度

规定温度下的工作压力

无保冷设施

有保冷设施

无试验实

测温度

有试验实测最高工作温度

并且能保证低于临界温度

≥50℃

50℃饱和蒸汽压力

可能达到最高工作温度下的饱和蒸汽压力

＜50℃

在设计所规定的最大充装量下为

50℃的气体压力

试验实测最高温度下的饱和蒸汽压力

b）安装在室外无保温的容器，最低设计温度受地区环境温度所控制时，可按以下规定选取：

①对盛装气体的储存压力容器，最低设计温度取环境温度或减3℃。

②对盛装液化气体体积占1/4以上的储存压力容器最低设计温度取环境温度。

注：

环境温度---大气环境低温条件系指历年来月平均最低气温（指当月的最低气温值之和除以当天数）的最低值。

（下同）

表3常温下储存混合液化石油气压力容器在规定下的工作压力

混合液化石油气

50℃饱和蒸汽压力

规定温度下的工作压力

无保冷设施

有保冷设施

≤异丁烷50℃饱和蒸汽压力

=50℃异丁烷的饱和蒸汽压力

可能达到的最高工作温度下异丁烷的饱和蒸汽压力

＞异丁烷50℃饱和

蒸汽压力

≤丙烷50℃饱和蒸

汽压力

=50℃丙烷的饱和蒸汽压力

可能达到的最高工作温度下丙烷的饱和蒸汽压力

＞丙烷50℃饱和蒸

汽压力

=50℃丙烯的饱和蒸汽压力

可能达到的最高温度下丙烯的饱和蒸汽压力

表4几种介质常温储存时规定温度下的工作压力取值

介质名称

50℃饱和蒸汽压力MPa

丙烯

2.05

丙烷

1.71

异丁烷

0.69

氨

2.03

氯

1.43

b）设计温度不得低于元件金属在工作状态下可能达到的最高温度。

c）对0℃以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属所能达到的最低温度。

d）当容器各部分在工作情况下的金属温度不同时，可分别设定各部分的设计温度。

e）对有不同工况的容器，应按最苛刻的工况设计，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。

2.4.3当金属温度无法用传热计算或实测结果确定时，设计温度应按以下规定：

a）容器内壁及介质直接接触，且有外保温（或保冷）时，其容器的设计温度按照表5的规定选取。

b）容器内的介质是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，设计温度可取介质的最高工作温度。

c）容器的受压元件两侧及不同介质直接接触时，应以苛刻一侧的工作温度（如高温或低温）为恶基准确定该元件的设计温度。

表5容器设计温度的选取

最高或最低温度t0

容器的设计温度t

t0≤-20

介质正常温度减0～10或取最低工作温度

-20＜t0≤15

介质正常温度减5～10或取最低工作温度

15＜t0≤350

介质正常温度减15～130或取最低工作温度

＞350

t=t0+（15～5）

注：

当最高（或最低）工作温度接近所选材料的允许温度界限时（或材料跳档时），应慎重选取设计温度的裕量，以免材料浪费或降低安全性。

2.4.4对于室外塔式容器的裙座，其设计温度的确定应符合以下规定：

a）对带过渡段的裙座：

过渡段的设计温度应等于塔（或塔釜）的设计温度，过渡段以下裙座壳体的设计温度应考虑环境温度的影响；

b）对于无过渡段的裙座：

当-20℃＜塔（或塔釜）的设计温度≤

200℃时，裙座壳体的设计温度应考虑环境温度的影响。

当200

℃＜塔（或塔釜）的设计温度≤340℃时，裙座壳体的设计温度

取塔（或塔釜）的设计温度。

2.4.5对于容器内有隔热材料的容器应符合以下按要求：

a）整个容器的设计温度按照表5的规定选取；

b）容器壳体金属壳（受压元件）的金属温度，宜通过传热计算求得，并加一定裕量作为容器金属壳（受压元件）的设计温度。

2.4.6管壳式换热器的设计温度：

a）管程设计温度是指管箱的设计温度（不是换热管的设计温度）。

b）壳程设计温度是指壳程的设计温度。

c）管板和换热器的设计温度应符合2.4.3第c）款的规定

2.4.7元件的金属温度通过以下方法确定：

a）传热计算求得；

b）在已使用的同类容器上测定；

c）根据容器内部介质温度并结合外部条件确定。

2.4.8在确定最低设计金属温度时，应充分考虑在运行过程中，大气环境低温条件对容器壳体金属温度的影响。

2.5厚度附加量：

按照GB150.1～GB150.4-2011的第4.3.6条规定执行：

2.5.1腐蚀裕量考虑的原则

为防止及工作介质接触的受压元件（筒体、封头、接管、人（手）孔及内部元件）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）对容器的腐蚀裕量有专门规定或已有实际使用经验时，其腐蚀裕量按规定或经验选取。

b）对有均匀腐蚀或磨损的元件，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；

c）两侧同时及介质接触元件，应根据两侧不同的操作介质选取不同的腐蚀裕量，两者叠加后作为该元件的总腐蚀裕量；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。

d）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。

2.5.2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、不锈复合钢堆焊层的元件）；

b.由可靠地耐腐蚀衬里的基体材料；

c.可经常更换的非受压元件；

d.法兰的密封表面；

e.管壳式换热器的换热管、拉杆、定距管、折流板等非受压元件；

2.5.3壳体加工成形后不包括腐蚀余量的最小厚度：

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。

2.5.4复合钢板复层的最小厚度确定

a）为保证工作介质干净（不被铁离子污染）而采用的复合板，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。

2.5.6对有防腐衬里要求的碳钢或低合金钢制容器，其壳体的最小厚度为5mm。

2.5.7管壳式换热器的最小厚度应符合GB151《管壳式换热器》的规定。

1）碳素钢和低合金钢圆筒的最小厚度应不小于表6值：

表6mm

公称直径

400～≤700

＞700～≤1000

＞1000～≤1500＞700～≤1000

＞1500～≤2000

＞2000～≤2600＞1

浮头式、U型管式

8

10

12

14

16

固定管板式

6

8

10

12

14

注:

表中数据包括厚度附加量，C2按1mm考虑。

2）高合金钢圆筒的最小厚度应不小于表7值：

表7mm

公称直径

400～≤500

＞500～≤700

＞700～≤1000

＞700～≤1000

＞1500～≤2000

＞1500～≤2000

最小壁厚

3.5

4.5

6

8

10

12

2.5.8其余设备可分别按炼油设备和石油化工设备选取，见表8、表9

表8炼油设备的腐蚀余量C2（mm）

腐蚀速率

（mm/年）

腐蚀余量C2

塔、反应器

一般容器

换热器

隔热衬里容器

≤0.1

2

1.5

1.5

2

＞0.1~0.2

4

3

3

2

＞0.2~0.3

6

4.5

4.5

2

表9石油化工设备的腐蚀余量C2（mm）

腐蚀程度

极轻微腐蚀

轻微腐蚀

腐蚀

重腐蚀

腐蚀速率

（mm/年）

＜0.05

0.05~0.13

＞0.13~0.25

＞0.25

腐蚀裕量C2

0~1

＞1~3

＞3~5

≥6

2.6许用应力

2.6.1按照GB150.1～4-2011的第4.4.1条规定选取;

2.6.2设计温度低于20℃时,取20℃的许用应力;

2.6.3复合钢板的许用应力:

对于覆层和基层结合率达到NB/T47002标准B2级以上的复合钢板,在设计计算中如需，如需计入覆层材料的强度时，其设计温度下的许用应力按照下式确定:

2.6.4当地震载荷或风载荷及本规定2.2.1条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.

2.6.5圆筒许用应力轴向压缩应力按照GB150.1～4-2011的第4.4.5条规定执行.

2.7焊接接头分类和焊接接头系数

2.7.1焊接接头分类

2.7.1.1容器受压元件之间的焊接接头分为A、B、C、D四类，如图1所示。

a）圆筒部分（包括接管）和锥壳部分的纵向接头（多层包扎容器层板纵向接头除外）、球形封头及圆筒连接的环向接头、各类凸头封头和平封头中的所有拼焊接头以及嵌入式的接管或凸缘及壳体对连接的接头，均属A类焊接接头；

b）壳体部分的环向接头、、锥形封头小端及接管连接的接头、长颈法兰及壳体或接管连接的接头、平盖或管板及圆筒对接连接的接头以及接管间的对接环向接头，均属B类焊接接头，但已规定为A类的焊接接头除外；

c）球冠形封头、平盖、管板及圆筒非对接连接的接头，法兰及壳体或连接管连接的接头，内封头及圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板纵向接头，均属C类焊接接头，但已规定为A、B类的焊接接头除外；

d）接管（包括人孔圆筒）、凸缘、补强圈等及壳体连接的接头，均属D类焊接接头，但已规定A、B、C类的焊接接头除外。

2.7.1.2非受压元件及受压元件的连接接头为E类焊接接头

图1焊接接头分类

2.7.2焊接接头系数

2.7.2.1焊接接头系数Φ应根据对接接头的焊缝形式及无损检测的长度比例确定。

2.7.2.2钢制压力容器的焊接接头系数规定如下;

a）双面焊对接接头和相当于双面焊的全含透对接接头

1）全部无损检测，取Φ=1.0；

2）局部无损检测，取Φ=0.85.

b）单面焊对接接头（沿焊缝根部全场有紧贴基本金属的垫板）

1）全部无损检测，取Φ=0.9；

2）局部无损检测，取Φ=0.8.

2.7.2.3其他金属材料的焊接接头系数按相应引用标准的规定。

2.8焊接接头结构

2.8.1在保证焊接质量的前提下，焊接接头设计应遵循以下原则：

a）焊缝填充金属尽量少；

b）焊接工作量尽量少，且操作方便；

c）合理选择剖口角度，钝边高，根部间隙等结构尺寸，使之有利于

剖口加工及焊透，减少各种缺陷产生的可能；

d）有利于焊接防护；

e）合理选择焊材，至少应保证对接焊接接头的抗拉强度不低于母材

标准规定的下限值；

f）焊缝外形应尽量连续、圆滑，减少应力集中。

2.8.2容器筒体的焊接接头全部为全焊透的对接接头形式，主要包括

以下接头

a）纵向接头；

b）环向接头（筒及筒、筒及封头）；

c）封头拼缝；

2.8.3接管及壳（筒体）之间焊接接头：

根据容器的使用特性、状态

和类别情况，

符合下列情况之一的采用全焊透接头形式：

a）介质为易爆或者毒性为极度危害和高度危害的压力容器；

b）要求气压试验或者气液组合压力试验的压力容器；

c）低温压力容器；

d）进行疲劳分析的压力容器；

e）直接受火焰加热的压力容器；

f）设计图样规定的压力容器。

2.9耐压试验

2.9.1容器制成后必须进行耐压试验，耐压试验的项目和要求应在图样上注明。

耐压试验分为液压试验、气压试验以及气液组合压力试验三种。

一般应采用液压试验，对于不适宜做液压试验的容器可采用气压试验或者气液组合压力试验

2.9.2如果图样有要求，容器还应该进行气密性试验，气密性试验应在耐压试验合格后进行。

盛装下列介质的容器应进行气密性试验；

a.毒性程度为极度、高度危害的介质，

b.介质为易燃易爆的压缩气体或液化气体，

c.设计要求不允许有微量泄漏的压力容器，

d.对真空度有较严格的要求时。

2.9.3对设计图样要求作气压实验的压力容器，是否需要再做气密性试验应在图样上规定。

2.9.4耐压试验压力：

耐压试验的压力应当符合设计图样要求，并且不小于下式计算值：

注1：

容器铭牌上规定有最高允许工作压力时，公式中应以最高允许工作压力代替设计P;

注2：

压力容器各受压元件（圆筒、封头、接管、法兰及其紧固件等）所用材料不同时，计算耐压试验压力应当取各元件材料[σ]/[σ]t比值中最小者。

注3：

[σ]t不低于材料受抗拉强度和屈服强度控制的许用应力最小值。

表10耐压试验的压力系数η

压力容器的材料

压力系数

液（水）压

气压、气液组合

刚和有色金属

1.25

1.10

铸铁

2.00

——

2.9.5液压试验时，试验液体一般采用洁净水，对不锈钢制容器，应控制水的氯离子含量不超过24mg/L。

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。

2.9.6液压试验时，试验温度（容器器壁金属温度）应当比容器器壁金属物延性转变温度高30℃，同时要考虑试验液体不能出现凝固或冻结；或者按照《固容规》、GB150.1~4-2011引用的其他专业容器标准的规定执行。

如果由于板厚等因素造成材料无延性转变温度升高，则需相应提高试验液体温度。

2.9.7气体试验时所用气体应为干燥、洁净的空气、氮气或其他惰性气体。

2.9.8气压试验时，试验温度（容器器壁金属温度）应当比容器器壁金属物延性转变温度高30℃，同时要考虑试验液体不能出现凝固或冻结；或者按照《固容规》、GB150.1~4-2011引用的其他专业容器标准的规定执行。

如果由于板厚等因素造成材料无延性转变温度升高，则需相应提高试验液体温度。

2.9.9耐压试验时，压力容器上焊接的临接受压元件，应采取适当措施，保证期强度和安全性。

2.9.10耐压试验后，由于焊接接头或者接管泄漏而进行返修的，或者返修深度大于1/2厚度的压力容器，应当重新进行耐压试验。

2.10气液组合压力试验.

2.10.1对因承重等原因无法注满液体的压力容器，可以根据承重能力先注入部分液体，然后注入气体，进行气液组合压力试验。

2.10.2气液组合压力试验用气体、液体应分别符合2.9.5～2.9.8条的规定。

2.11设计使用年限（设计寿命）

2.11.1容器设计寿命的确定：

1）选择适宜的材料和结构设计；

2）合理的腐蚀裕量；

3）限制蠕变（高温工况）或疲劳的可能性；

4）容器建造的费用；

5）装量的更换周期等。

2.11.2推荐的容器设计使用寿命如下：

1）一般容器、换热器：

10年

2）分馏塔类、反应器：

20年

三、压力容器用材料要求

1受压元件用刚才的使用要求

1.1选材的合理性是保证压力容器设计质量的关键环节，压力容器选择受压元件用钢材时，必须选用GB150.2-2011中规范性引用文件的标准内的钢材。

当选用GB150.2-2011未列入的钢材时，除奥氏体型钢材外均应符合GB150.2附录A的规定。

允许采用已列入国家标准中的奥氏体型钢材，但其技术要求（如磷、硫含量，强度指标）不应低于GB150.2-2011所列入相应钢材标准中化学成分相近钢号的规定。

1.2选择压力容器用钢应考虑的因素有：

压力容器的使用条件（如设计压力、设计温度、介质特性和操作特点）、材料性能（力学性能、工艺性能、化学性能和物理性能）、容器的制造工艺以及经济合理性。

1.3压力容器用材料的化学成分要符合TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》材料

1.4所需钢板厚度小于8mm时，在碳素钢和低合金之间尽量采用碳素钢钢板（多层容器材料除外），一般在以强度控制的情况下当壳体壁厚超过8mm时，应优先选用低合金钢。

1.5当设计