压力容器设计

压力容器设计的基本步骤:

以调压井的设计为例，说明了容器设计的全过程。

首先，在压力容器规范范围内，根据用户提出的、双方签署的具有法律约束力的设计技术协议，在双方同意的情况下，也可以对协议进行修改和完善，以达到产品使用的最优化。

根据调压井的设计技术协议，我们知道容器的最大工作压力为1.4MPa，工作温度为200℃，工作介质为压缩空气，容积为2m3，要求使用寿命为10年。这些参数是用户提供的设计依据。

有了这些参数，我们就可以开始设计了。

一、设计的第一步

就是完成集装箱的技术特性表。除换热器和塔式容器外，一般容器的技术特征包括

集装箱类别

设计压力

设计温度

d介质

几何体积

f腐蚀裕度

j焊接系数

主要受压元件的材料等。我院图纸上一般不强制要求写主要受压元件的材质。

一.确定集装箱的类别

国家质量技术监督局发布的《压力容器安全技术监察规程》(以下简称《容量规程》)第一章第六条(p7)规定了容器的分类，主要依据工作压力的大小(p75)、介质的危害性和容器损坏的危害性(p75)。在这种情况下，缓冲罐是低压的(

另外压力容器的具体分类见培训教材p4 1-11。

什么是易燃介质？请参见p2 1-6。

介质的毒性程度分类见p3 1-7。

压力容器的分类见p3 1-9。

2.确定设计压力

我们知道容器的最大工作压力是1.4MPa，设计压力一般是最大工作压力的1.05 ~ 1.10倍。

是取1.05还是1.10取决于介质的危害性和容器所附的安全装置。

如果介质无害或装有安全阀，下限可为1.05，否则上限可为1.10。

在这种情况下，介质为无害的压缩空气，系统管道中有泄压装置，满足取下限的条件，因此设计压力为

Pc=1.05x1.4

= 1.47兆帕.

什么是设计压力？计算压力？如何确定？请参见p11 3-1。

液化石油气储罐设计中如何确定设计压力？

3.确定设计温度

一般是在用户提供的工作温度的基础上，再考虑容器的环境温度得到的。

例如，为华北油田设计的容器，工作温度为30℃，冬季不保温时最低环境温度可达-20℃，则应按容器可能出现的最坏温度确定设计温度为-20℃。容量规定附件二(p77)提供了一些气象数据供参考。在这种情况下，设计温度为200℃。

四。几何体积的测定

根据结构设计完成后的实际体积。

动词（verb的缩写）腐蚀裕量的确定

它是由所选用的受压元件的材料、工作介质对受压元件的腐蚀速度、容器的使用环境和使用者的预期使用寿命决定的。实际上，首先要选择受压元件的材料，然后再确定腐蚀裕量。

《容量规》第三章表3-3(p23)和GB 150 3.5.5.2章节(p5)对一些常见介质的腐蚀裕量做了一些规定。工作介质对受压元件的腐蚀速率主要由实测数据和经验决定，受使用环境影响较大，变量较多，目前没有现成的数据。

一般无腐蚀介质的容器腐蚀裕量为1 ~ 2mm，能满足使用寿命的要求。在本例中，腐蚀裕量为2mm。

另外:计算厚度、设计厚度、公称厚度、有效厚度是什么？最小厚度是多少？如何确定？请参见p12 3-5 3-6。

不及物动词焊接系数的确定

焊缝系数的标准名称为焊缝系数，其数值和焊缝检测百分率在GB150的3.7 (p6)中有规定。

具体数值可根据容量规第85条(p43)中规定的10情况选择:

焊缝系数为1，即焊接接头应进行100%无损检测；否则，焊接系数一般为0.85。

在本例中，焊接系数为0.85。

七。主要受压元件材料的确定

在满足安全和使用条件的前提下，材料的确定还应考虑工艺性和经济性。

GB150第8页对材料的使用有严格的规定，掌握这些规定是非常必要的。常用的材料有Q235-B(Q235-C)16MnR和0Cr18Ni9。

1.0Cr18Ni9一般用于-20℃以下的低温容器和

要求介质清洁的容器，如低温分离器和氟利昂蒸发器；

2.16MnR一般用于Q235-B使用时安全要求高、壁厚大的容器，如石油、天然气等。

3.Q235-B是应用最广泛和最经济的，其使用条件在GB150第9页有详细规定:

●规定的设计压力≤1.6 MPa；

●钢板的使用温度为0℃~ 350℃；

●外壳厚度不得大于20毫米，且不得用于高度危险的介质中。

就这个例子来说，它的压力、温度、介质都符合Q235-B的要求，只有厚度未知。如果超过20mm，只能用16MnR，所以本例暂定用Q235-B。

当然，如果我们按以下方式:

●规定的设计压力≤2.5 MPa；

●钢板的使用温度不得超过0℃~ 400℃；

●外壳厚度不得大于30 mm，且不得用于高度危险的介质中。

Q235-B和Q235-C的主要区别在于冲击试验温度不同。前者是20℃下的V型冲击试验。后者是0℃下的V形冲击试验

完成技术特性表后，下一步是容器计算。

◆确定容器直径。

计算时，必须先确定容器的直径。除非用户要求，长径比一般为2 ~ 5，很多情况下2 ~ 3就足够了。

这个例子要求容器的几何体积为2m3。

我们要先设定直径，然后根据这个直径和体积计算圆柱体的高度，检查它的长径比。设定直径应符合头部的规格。

我们将其设为800mm，查JB/T4746《钢制压力容器封头》附录B，得知本规范的封头容积为0.0796 m3。

然后:

圆柱体的高度为3664毫米，

长宽比是3664/800=4.58。

如果加上头部的高度，可以看出长径比太大，我们之前定的直径太小。

设置直径为1000mm，发现水头体积为0.1505立方米。

获取:

气缸高度为2164毫米。

纵横比为2164/1000 = 2.16。

如果是理想的，我们确定本例中的调压井内径为1000mm，圆筒高度为2200mm。

根据GB150的公式5-1(p26 ),容器直径可计算出厚度为8.30毫米。这个厚度就是计算厚度，它的公称厚度就是计算厚度和腐蚀裕量之和，然后四舍五入到钢板的商业厚度。本例腐蚀裕量为2mm，腐蚀裕量与计算厚度之和为10.30mm，最近钢板的商业厚度为12mm，因此确定容器厚度为12mm，该值满足Q235-B中厚度不超过20mm的要求。

另外，在这种情况下，如果腐蚀裕量为1mm，经济性会好很多。你可以想想为什么。

到目前为止，我们已经得到了容器的形状。

◆下一步是根据用户的要求和容量规的规定，配置每个喷嘴的法兰和喷嘴。

容器上的开孔应符合GB150第8.2节(p75)的规定，一般需要进行补强计算。除非满足GB150第8.3节(p75)的条件，否则不需要进行配筋计算。

选择连接管时，应尽量满足GB150第8.3节的条件，其安全性和经济性最好，避免增加加强环。

本例中要求的管口直径在GB150第8.3节的范围内，因此进出风口管口选用φ57x5的无缝钢管，排污口选用φ25x3.5的无缝钢管。法兰根据HG20592选用1.6MPa凸面(RF)平焊法兰(PL)。

◆法兰及其密封面类型

法兰类型及其密封面在设计协议中有要求。

1.压力等级必须高于设计压力；

2.它的材料一般与圆柱体相同；

3.在确定接管在壳体上的位置时，在空间狭小的情况下，焊缝间距一般不应小于50mm，以避免焊接热影响区的重叠。

在这种情况下，进气口和出气口选择在距离上下封头环焊缝300mm处。因为本例中稳压罐的工作温度为200℃，所以在其工作状态下必须有保温层。考虑到保温层的厚度和螺栓安装的需要，法兰密封面与筒体表面的距离为150。

◆检查孔

除用户要求的管口外，容量规第45条(p26)还规定了检查孔的设置。

本例直径为1000mm，按规定必须开一个人孔。查标准JB580-79《压力容器和化工设备实用手册》p614中“旋盖平焊法兰人孔”，选择压力为1.6MPa，公称直径为450的人孔。密封类型为A型，其管口为φ480x10。因为人孔开口大，所以必须用加强圈加固。根据加强圈的标准JB/T4736，加强圈的外径为760，厚度一般等于筒体的厚度。人孔应以方便进入为原则，并尽可能靠近下封头。在本例中，人孔的中心距离下封头的环焊缝500。

一般立式容器的支架是JB/T4724(《压力容器和化工设备实用手册》第599页)。

另外:锻件的等级如何确定？公称厚度大于300mm的碳钢和低合金钢锻件应采用什么牌号？

◆填写喷嘴表

◆技术要求的编写

1本设备按GB150-1998《钢制压力容器》进行制造、试验和验收，并接受国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监察规程》的监察。

2焊接采用电弧焊，焊条牌号:J422。

3.除图中另有注明外，焊接应按HG20583的规定进行:A级和B级焊接接头类型为DU3；喷嘴与筒体和封头之间的焊接接头类型见喷嘴表；角焊缝的圆角尺寸为较薄部分的厚度；法兰焊接应符合相关法兰标准。

4容器上的A级和B级焊接接头应进行X射线探伤，探伤长度不应小于每条焊缝长度的20%，其结果应视为符合JB4730中规定的III级。

5设备制造完成后，应进行水压试验，试验压力为MPa。

6喷嘴、支架和铭牌框应根据本图纸定向。

7设备检验合格后，应在外表面涂两层铁红色醇酸底漆C06-1和一层灰色醇酸磁漆C04-42。

8设备检查合格后，清洗内部，每个管口用盲板密封。

10设备筒体的计算厚度为mm，封头的计算厚度为mm..

建议使用寿命为10年。