压力容器设计常见问题汇总
<p>压力容器设计常见问题汇总,宣讲内容,一、 设计常见问题归纳、分析、提示二 、管理制度执行中常见问题总结,设计常见问题,0、法规、标准1、设计数据2、容器类别划分3、材料4、法兰5、结构6、计算7、技术要求8、凸形封头,设计常见问题,0、法规、标准0.1正确使用法规、标准 国务院发布的特种设备安全监察条例，属行政法规，是我国锅炉、压力容器安全监察工作的基本规范，是锅炉、压力容器安全监察工作的依据和准则。 依据条例制定的固容规属安全技术规范，是从安全角度，对压力容器安全监督提出最基本的要求。 国家标准、行业标准，是设计、制造压力容器产品的技术依据，是实现法规要求的技术路径，技术标准不得低于规程的要求。当法规与标准的要求不一致时，压力容器的生产（设计制造、安装、改造和修理）按高者执行。,设计常见问题,0.2 正确使用推荐性标准 接受固容规监管的容器，必须执行固容规1.10协调标准与引用标准；其他没有被引用的标准，如化工或石化标准HG/T20580-20585、 SH3074等是否采用，是设计单位或设计者的权利，同时也是责任。一旦采用（设计统一规定要求采用、图纸中注明采用等），即视为强制性标准。,设计常见问题,举例： HG/T20581中 6.3.9条款规定：用作压力容器壳体的无缝钢管应复验力学性能；用作II、III类容器壳体的钢管设备制造厂应逐根按设备液压试验压力进行水压试验。 设计中，设计者可以根据容器的使用环境决定是否采用或参考HG/T20581标准。如果未采用，将来筒体发生相关问题自然由设计者负责。,设计常见问题,1、设计数据1.1设计压力同计算压力的区别1.2关于最大允许工作压力（MAWP）1.3关于设计温度1.4关于管壳式换热器设计温度1.5关于环境温度1.6关于最低设计金属温度1.7 关于工况组合1.8关于装量系数1.9关于液柱静压力,设计常见问题,1.1设计压力同计算压力的区别定义不同GB150.1 3.1.3、3.1.4；固容规3.1.9.1 3.1.3 设计压力 设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为容器的基本设计载荷条件，其值不低于工作压力。3.1.2 工作压力在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。3.1.4 计算压力在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，包括液柱静压力等附加载荷。用途不同 设计压力-基本设计载荷条件；计算压力-受压元件的压力计算参数。,设计常见问题,取值方法不同 GB150.1 4.3.3条 一台压力容器或一个独立的压力腔，在某一特定操作工况下，设计压力值具有唯一性。同一台容器的不同位置的受压元件可以有不同的计算压力。设计压力出现在压力容器总图（或装配图）的技术特性表和压力容器产品铭牌；计算压力只出现在压力容器的计算书中。,设计常见问题,1.2关于最大允许工作压力（MAWP）定义GB150.1 3.1.6 在指定的相应温度下，容器顶部所允许承受的最大压力。该压力是根据容器各受压元件的有效厚度，考虑了该元件承受的所有载荷而计算得到的，且取最小值。何时需要采用MAWP 固容规3.1.183.1.18 泄漏试验. 带有安全阀、爆破片等超压泄放装置的压力容器，如果设计时提出气密性试验要求，则设计者应当给出该压力容器的最高允许工作压力。,设计常见问题,采用MAWP的目的详见固容规下列条款： 3.1.9.2（2）设计图样中注明最高允许工作压力的压力容器，超压泄放装置的动作压力不得高于该压力容器的最高允许工作压力。3.2.13.1 气密性试验气密性试验压力为压力容器的设计压力。4.1.10.1气密性试验（1）进行气密性试验时，一般需要将安全附件装配齐全。 最终目的：就是保证气密性试验能够顺利进行！,设计常见问题,另一个实际意义：采用容器MAWP作为容器超压的起始压力，可以在相同材料厚度的条件下，最大限度地增加工作压力与超压泄放装置动作压力之间的压力差，从而使压力容器的潜力得到发挥，操作更为平稳。,设计常见问题,MAWP确定方法： 一台设备的最高允许工作压力是客观存在的，在工程设计中一般可不要求得到其精确值。 选择一个稍高于气密性试验压力的压力值，然后以该值对设备上所有的受压元件进行校核，如所有的校核计算结果都合格，则就取该值为设备的最高允许工作压力；如果有一个或多个受压元件校核不合格，则应适当降低该值后重新校核，直到所有受压元件都校核合格。,设计常见问题,注意：GB150.3中的公式计算出的是元件的最高计算压力，可能包括液柱静压力等，如果是这样，则确定元件的MAWP时应减掉液柱静压力，不能简单的理解为公式计算出的就是MAWP。,设计常见问题,注意事项GB150.1的3.1.6注：当压力容器的设计文件没有给出最高允许工作压力时，则可以认为该容器的设计压力即是最高允许工作压力。GB150.1的4.6.2.2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压力。总结：需要进行气密性试验且装有超压泄放装置的压力容器，以设备的最高允许工作压力作为泄放装置的动作压力，这样气密性试验就能顺利进行。,设计常见问题,1.3关于设计温度定义GB150.1 3.1.7容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。用途容器的载荷条件；确定元件材料牌号及其许用应力特点不具唯一性。当容器各部分在工作状态的金属温度不同时，可以分别设定各元件的设计温度。（同一容器各个部分的金属温度可能因为反应热的生成等情况产生很大差异）,设计常见问题,设计常见问题,管壳式热交换器除壳程、管程设计温度外，管板和换热管也应确定设计温度，但不体现在图纸上，而是在计算的过程中考虑，以便确定其设计温度下的许用应力。管板和换热管金属温度与管、壳程介质操作温度有关，但不等于介质操作温度。对于换热管来说，其壁温总是接近于膜系数较大一边的流体的温度。比如说余热锅炉，换热管一边介质为高温气（给热，几百度），一边为水（吸热蒸发，一两百度），换热管的壁温近似等于水侧温度，所以材料仍然选用锅炉管。而实际工程计算中，由于传热计算较麻烦，管板和换热管的设计温度往往取管、壳程的设计温度的高值，偏于保守。,设计常见问题,1.5关于环境温度定义：指容器所在周围的媒质温度，通常为容器周围的大气温度。在工程设计中，涉及到的环境温度定义如下：极端最低温度历年来的最低气温。日平均最低气温历年来日平均气温的最低值。月平均最低气温的最低值是指当月各天的最低气温值相加后除以当月的天数。固容规、塔式容器中“环境温度”取“月平均最低气温的最低值”。,设计常见问题,1.6关于最低设计金属温度定义GB150.1 3.1.9设计时，容器在运行过程中预期的各种可能条件下各元件金属温度的最低值。“各种可能条件”应考虑：正常工作情况；非正常工作的最低工作温度、大气环境温度等。作用设计选材重要依据。是考察制成后的容器或元件可以承受的最低温度。材料的选用除应满足各设计工况要求外，还应确保在最低设计金属温度下对材料及其焊接接头的冲击功要求。应用固容规3.1.10 （2） 常温储存压力容器最低设计金属温度的要求,设计常见问题,1.7 关于工况组合设计压力与设计温度的组合 GB150.1 4.3.5条对有不同工作工况的容器，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。GB/T151新增条文：4.4.4 工况组合对有不同工作工况的热交换器，应按最苛刻的工况设计；必要时还应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。,设计常见问题,设计压力与设计温度存在着对应关系，并一起作为压力容器的设计载荷条件。当容器具有不同的操作工况时，应以最苛刻的压力温度组合确定容器的设计条件。 这里所说的“组合”是指同时存在的压力和温度值。 所说的“最苛刻的压力温度组合”是从不同的工况下的“压力温度组合”中选取最不利的情况。而不是从不同的压力和温度数值中各取一最不利的数据进行重新组合。,设计常见问题,1.8关于装量系数 固容规3.1.13条：储存液化气体的压力容器应当规定设计储存量，装量系数不得大于0.95。 注意：该“0.95”为设计条件下的装量系数，实际充装温度下的装量系数应小于0.95。,设计常见问题,1.9关于液柱静压力操作介质的“液柱静压力”GB150.1的“3.1.4 计算压力” ：“在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，包括液柱静压力等附加载荷。” 液压试验时，充满水的“液柱静压力”GB150.1的4.6.2.1 a）条：“对于立式容器采用卧置进行液压试验时，试验压力应计入立置试验时的液柱静压力。” 二者的用途及大小不一样,设计常见问题,2、关于容器类别划分2.1容器划类的意义2.2关于多腔压力容器的划类问题2.3 对盛装最高工作温度低于标准沸点的液体、但不是完全充满的压力容器的划类问题2.4 盘管划类问题,设计常见问题,2.1容器划类的意义被划类的容器按固容规接受特种设备安全监察机构的监察；设计单位应持有相应的特种设备设计许可证；压力容器设计总图应盖有特种设备设计许可印章；固容规中涉及到的与类别有关的要求：2.1.4（2）：对于外购的第类压力容器用级锻件，应当进行复验。3.1.4.2：对于第类压力容器和分析设计的压力容器，还应当由压力容器设计单位技术负责人或者其授权人批准（4级签署）；3.1.6 ：第类压力容器或者用户要求的其他压力容器，设计单位应当出具包括主要失效模式和风险控制等内容的风险评估报告。3.2.2.2（3）：第类压力容器（接管与壳体之间的焊接接头设计应当采用全焊透结构）；3.2.10.2.2.2（2）：设计压力大于或者等于1.6MPa的第类压力容器（的压力容器壳体A、B类对接接头进行全部无损检测）。,设计常见问题,2.2关于多腔压力容器的划类问题A1.3.2： 多腔压力容器（如换热器的壳程和管程、余热锅炉的汽包和换热室、夹套压力容器等）只划一个类别，即按照类别高的压力腔作为该压力容器的类别并按该类别进行使用和管理。对各压力腔进行类别划定时，应分别按各腔自己的设计压力、介质、容积确定。（各压力腔进行类别划定不体现在图纸上）。但应按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。,设计常见问题,2.3对盛装最高工作温度低于标准沸点的液体、但不是完全充满的压力容器的划类问题固容规1.3 适用范围：注1-4：容器内介质为最高工作温度低于其标准沸点的液体时，如果气相空间的容积大于或者等于0.03m3时，也属于本规程的适用范围。 注意：如果已经断定一个容器是本规程管辖的压力容器，则进行类别划分时所考虑的容积应当取该容器的整个容积，而不是仅考虑气相空间的容积。,设计常见问题,2.4盘管划类问题固容规1.5 不适用范围（6）常压容器的蒸汽加热管.。 常压容器（大型常压储罐）的蒸汽加热盘管危险性小，并且容易造成将常压容器整体当成在类的压力容器进行监管的误解，致使其管理成本增加。 非常压容器的蒸汽加热盘管应按固容规监管，即带蒸汽加热盘管的非常压容器按两腔容器对待。,设计常见问题,3 、关于材料3.1 容器壳体钢板材料牌号的选择3.2 Q235系列材料的应用3.3 钢管3.4 锻件3.5 管板、管箱平盖材料选用问题3.6 材料代用注意事项,设计常见问题,3.1 容器壳体钢板材料牌号的选择 当设计压力较高、结构尺寸较大而使设备壳体壁厚较大时，如果壳体材料仍选用碳素钢（如Q245R），将导致壁厚增大，质量增大，不仅多用金属材料，而且导致制造、运输、安装、土建基础等的费用提高，因而提高了总的工程造价。一般在以强度控制的情况下，当壳体壁厚超过8mm时，可优先选用低合金钢（有时还要考虑业主的要求）。 当设计压力较小、直径较大，是以刚度控制为主时，应尽量选用普通碳素钢。,设计常见问题,3.2 Q235系列材料的应用 详见GB150.2附录D，原则上不推荐使用。 主要用于:简单容器、制冷装置用压力容器 3.3 钢管采用无缝钢管作压力容器壳体时（如分汽缸），应提出对无缝钢管进行力学性能复验（拉力试验、常温冲击试验等）复验的要求详见HG/T20581-2011的表6.3.9。,设计常见问题,换热器用换热管的精度标注 管壳式换热器用的换热管，需要与管板、折流板等精密配合，其外径及壁厚尺寸都有精度要求，必须注明其精度等级。GB/T151-2014 3.5条：级管束：换热管外径的允许偏差符合表6-6、管板管孔直径及允许偏差符合表6-10、折流板和支持板管孔直径及允许偏差符合表6-22的钢制管束。,设计常见问题,级管束：换热管外径的允许偏差符合表6-7、管板管孔直径及允许偏差符合表6-11、折流板和支持板管孔直径及允许偏差符合表6-23的钢制管束。 从钢管本身来讲，级管束与级管束的主要区别在于换热管外径尺寸的允许偏差不同。级管束外径尺寸偏差小，级管束外径尺寸偏差大，例如：,设计常见问题,碳钢、低合金钢换热管：钢制级管束应符合：NB/T47019锅炉、热交换器用管订货技术条件要求；钢制级管束应选用： GB6479、GB9948、GB5310中的高级精度的冷拔或冷轧钢管。不锈钢换热管应选用： GB13296锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管冷拔（轧）钢管。,设计常见问题,换热管外径尺寸偏差不同,带来的其他变化及对换热器性能影响：管板管孔直径及允许偏差不同影响换热管与管板连接接头的质量。折流板和支持板管孔直径及允许偏差不同影响壳程流体的无相变传热效率（漏流损失，能耗影响）；影响折流板对换热管的支撑效果（振动风险）。,设计常见问题, GB150.2中碳素钢和低合金钢管关于GB/T8163输送流体用无缝钢管的使用限制：5.1.3 GB/T8163中10、20钢和Q345D钢管的使用规定如下：不得用于管壳式换热器的换热管；设计压力不大于4.0MPa；10,20和Q345D钢管的使用温度下限相应为-10、0和-20；d) 钢管壁厚不大于10mm；e) 不得用于毒性程度为极度或高度危害的介质。,设计常见问题,GB150.2中的5.1.4中的b）款规定经常被忽略。5.1.4 GB9948中各钢号钢管的使用规定如下：b）外径不小于70mm，且壁厚不小于6.5mm的10和20钢管，应分别进行-20和0的冲击试验.GB150.2中的5.1.5中的a）、 c）款要求GB6479-2013均满足，不必再单独提出。钢中含硫量应不大于0.020%；标准中现为不大于0.015%，满足要求； c）条为冲击试验要求，现标准中已进行。GB150.2中的5.1.7中对16Mn的要求：GB6479-2013 中只有Q345E符合此项要求（硫含量）。,设计常见问题,3.4 锻件在材料表中锻件材料标注上的错误-漏注锻件级别 GB150.2中6.1.3条规定：锻件级别由设计单位确定，并应在图样上注明（在钢号后附上级别符号，如16MnII）。锻件零件图漏提制造要求。 NB/T47008-2010 承压设备用碳素钢和合金钢锻件 NB/T47010-2010 承压设备用不锈钢和耐热钢锻件.,设计常见问题,3.5关于管板、管箱平盖材料选用问题 材料选用原则：a）锻件优于钢板，但锻件成本要比钢板高很多；b）厚度很厚而不能确保质量要求时，宜采用锻件。因为厚钢板有极易分层（厚度方向受力差）、加杂等缺陷及性能指标波动大等问题。c）形状复杂的管板宜采用锻件。,设计常见问题,关于管板、管箱平盖以凸肩形式与圆筒相对接时，采用板材的要求：详见GB/T151中5.3.2.1款规定。 5.3.2.1 . 带凸肩的管板、内孔焊管板和管箱平盖采用轧制板材直接加工制造时，碳素钢、低合金钢厚度方向性能级别不应低于GB/T5313-2010中的Z35级，并在设计文件上提出附加检验要求。采用钢板作管板、平盖时，厚度大于50mm的Q245R和Q345R应在正火状态下使用（GB150.2 4.1.4）。,设计常见问题,关于GB/T5313-2010中的Z35级的要求： GB/T151中规定带凸肩的管板、内孔焊管板和管箱平盖可以采用轧制板材直接加工（老标准不允许），主要是考虑随着冶金技术的进步，钢板技术明显提高。但考虑到带凸肩的管板、内孔焊管板、带肩平盖与壳体（或换热管）连接部位受力的复杂性（尤其是承受轴向力作用），需确保连接部位的抗层状撕裂性能，因此新标准又对采用钢板做了限制。 GB/T5313-2010厚度方向性能钢板简介：规定了钢板的厚度方向性能级别、试验方法及检验规则。厚度方向性能级别是对钢板的抗层状撕裂的能力提供的一种量度，厚度方向性能采用厚度方向拉伸试验的断面收缩率来评定。,设计常见问题,Z35级是怎样的要求？硫含量（质量分数）%：0.005；断面收缩率（%）：三个试样最小平均值：35； 单个试样最小平均值：25。逐张进行超声检测。比较一下GB713中的 Q345R:硫含量（质量分数）%：0.01；断面收缩率（%）：2120 通过比较可知，GB/T5313-2010的Z35级要求是很严格的！设计者应根据设备的使用场合等具体情况选择合理的结构和材料，降低设备造价，避免不必要的浪费。,设计常见问题,3.6 材料代用注意事项固容规对材料代用的要求： 2.1.5 材料代用压力容器制造、改造、修理单位对受压元件的材料代用，应当事先取得原设计单位的书面批准，并且在竣工图上做详细记录。材料代用时，应至少考虑以下几方面的问题：代用材料对工作介质的相容性，如应力腐蚀、晶问腐蚀等；代用材料在设计温度下的许用应力是否达到原设计的要求；代用材料是否需要改变焊接材料、焊接工艺等要求；,设计常见问题,代用材料是否需要改变热处理状态、无损检测及焊接试板等要求。这些问题应由设计者依据容器的设计条件综合考虑。 对同材质、同牌号的材料，以厚代薄时应特别注意： a）设备总重加大，会对土建基础造成不利影响。 b）钢板厚度的增加可能会引起材料性能的下降、供货状态等改变。 c）如果涉及温度场热应力、传热效率等问题，板厚的变化会对其影响较大，如对于换热管，增厚会影响流速和压降，与系统有关，影响传热效果。,设计常见问题,对于固定管板换热器的材料代用应非常慎重，由于换热管、管板和壳程圆筒三者相互作用、相互影响，无论是谁的壁厚改变（刚度改变），都会带来三者的一个新的协调变形的结果，所以当其中之一壁厚发生改变时，一定要重新核算换热器后再做决定。,设计常见问题, 举例：塔体材料：用38mm的Q345R钢板代用36mm的Q345R钢板（设计温度200），看看需要考虑哪些因素：代用材料在设计温度下的许用应力是否发生改变,厚度是否满足要求： 36mm厚的Q345R钢板，200的许用应力为170 MPa，而38mm厚的Q345R钢板，200的许用应力为160 MPa，因此应重新核算筒节强度。,设计常见问题,材料的使用要求是否发生改变：用于壳体厚度大于36mm的Q345R钢板应在正火状态下使用。【GB150.2 4.1.4 b）】用于壳体厚度大于36mm的Q345R钢板应逐张进行超声检测，质量等级不低于级，检测标准NB/T47013。【GB150.2 4.1.8】焊接材料、焊接工艺、热处理要求、无损检测要求等方面未发生改变。焊接工艺评定是否能覆盖？,设计常见问题,4 、关于法兰4.1关于管法兰（ HG/T20592 HG/T20635-2009 ）4.2关于压力容器法兰（ NB/T47020-47023 ）,设计常见问题,4.1关于管法兰（ HG/T20592 HG/T20635-2009 ）公称压力PN: 字母“PN”+无量纲的数字 无量纲的数字相当于以巴（bar）为单位的常温下法兰的压力额定值。标准管法兰的设计准则： 采用“许用应力折算法+刚度”方法确定的，不能用强度或应力分析法 （GB150）去校核标准的管法兰。没有腐蚀裕量的概念。固容规要求采用 3.2.5 压力容器用管法兰公称压力等级选用 管法兰的公称压力是以设定材料屈服强度225MPa为基准，计算不同工作温度下最大允许工作压力，当法兰的材料或工作温度不同时，最大允许工作压力会减低或升高。学会查标准中“压力温度额定值”表。,设计常见问题,4.2关于压力容器法兰（ NB/T47020-47023 ）工程中优先选用标准容器法兰，免除计算校核（GB150）。正确选用法兰的压力等级。容器法兰的公称压力是以Q345R和16Mn法兰在200时的最大允许工作压力为依据制定。当法兰的材料或工作温度不同时，最大允许工作压力会减低或升高。学会查标准中表6、表7。 特例：外载荷作用下法兰当量设计压力的计算： 法兰除承受内压外，还承受较大轴向力（如立式容器质量）和外力矩（如风载、地震载荷、管道力矩等）。详见HG/T20582。,设计常见问题,容器法兰的公称直径等于容器的内径。当容器筒体选用无缝钢管时，他配用的标准法兰要选管法兰而不是容器法兰。压力容器法兰考虑腐蚀裕量： 乙型法兰C2 2mm,当2mmC23mm时，应加厚短节厚度2mm； 长颈对焊法兰C2 3mm表面检测要求（6.6.1.3）：甲、乙型法兰：法兰与圆筒或短节间的连接焊缝表面应进行100磁粉或渗透检测无损检测要求（6.6.1.2）：对长颈法兰，当工作压力大于或等于0.8倍本标准中规定的最大允许工作压力时，法兰与圆筒的对接焊缝必须进行100%射线或超声检测， ,设计常见问题,5、 关于结构5.1 卧式容器筒体长度较长时人孔数量不够的问题5.2对接接头结构形式表达错误5.3 与压力容器壳体连接的小直径薄壁接管应设置加强筋的问题5.4 卧式容器与支座有关的问题5.5卧式换热器鞍式支座的布置5.6 卧式冷凝器折流板缺口未左右布置的错误5.7关于立式固定管板换热器的有关结构5.8换热器的接管设计5.9 球形封头与筒体连接结构设计5.10关于换热管的排列形式,设计常见问题,5.1 卧式容器筒体长度较长时人孔数量不够的问题 当卧式容器筒体长度较长时仍设置一个人孔，会造成焊接时气体排放困难；开罐检查时通风不良，采光不好，意外情况时人员撤离不便。 NB/T47042之6.2.2条规定：当筒体长度L超过8m时，人孔数量不宜少于2个。 HG/T20583之8.2.2条规定：卧式容器筒体长度6000mm时，宜考虑设置2个以上的人孔。,设计常见问题,5.2对接接头结构形式表达错误 固容规3.2.2.1条规定：A、B类对接接头应为全焊透的对接接头。但是，如果图纸上的焊接接头详图或焊接符号只表明是单面焊，未注明采用单面焊双面成形或采用氩弧焊打底的要求，则是错误的。 正确的焊接接头详图应符合GB150.4中的图11所示。,设计常见问题,例如：HG/T20583中的DU3和DU4结构,设计常见问题,5.3 对于与压力容器壳体连接的小直径薄壁接管应设置加强筋的问题 壳体上小直径的接管，由于承受来自运输、安装、操作过程中的外部载荷，易于使接管变形及接管与壳体的焊缝开裂。所以在HG/T20583钢制化工容器结构设计规定第9.3.6条“接管的加固”中规定： 对于接管公称直径： （1）DN25mm、伸出长度150mm； （2）DN45mm、伸出长度200mm 上述2种情况的接管应采用变径管加强或设置筋板予以支撑。,设计常见问题,5.4 卧式容器与支座有关的问题 固定式支座（F）和滑动式支座（S）的位置HG/T20583中的“12.5 鞍式支座”：固定式宜安装在容器接管设置较多的一侧。 “A”值的确定原则NB/T47042中：6.1.2 支座的设置：支座中心到封头切线的距离A尽量小于或等于0.5Ra，且不宜大于0.2L。,设计常见问题,设计常见问题,基础垫板的设置（经常遗漏）JB/T4712.1中：8.5 基础垫板基础垫板的作用：滑动支座在基础上滑动或滚动。地脚螺栓的设计及材料统计（经常遗漏）NB/T47042中：7.8.3地震引起的地脚螺栓应力及校核 在这一章节中，计算倾覆力矩引起的地脚螺栓拉应力以及水平地震力引起的地脚螺栓剪应力都用到地脚螺栓材料的许用应力。滑动支座的地脚螺栓长圆孔尺寸的确定（经常遗漏）JB/T4712.1中8.4规定： 当容器操作壁温与安装环境有较大差异时，应根据容器圆筒金属温度、两鞍座间距，按附录A核算螺栓孔长度l0。,设计常见问题,5.5卧式换热器鞍式支座的布置与卧式容器不同，详见GB/T151的6.16.1.1规定。a）当L3000mm时，取LB=（0.40.6）L；b）当L3000mm时，取LB=（0.50.7）L； （L热交换器公称长度；LB鞍座间距）c）尽量使LC使LC相近。d）必要时应对支座和壳体进行强度和稳定性校核。所谓“必要时”，建议从以下方面去考虑：大直径薄壁壳体；三、四重叠换热器、加地震作用；管束长、重，抽出困难等。6.16.1.2规定：鞍式支座可以按JB/T4712.1选用。,设计常见问题,5.6 卧式冷凝器折流板缺口未左右布置的错误 卧式冷凝器壳程介质为气、液共存，折流板缺口应垂直左右布置，并在折流板最低处开通液口。如果设计成折流板缺口上下布置是不合适的，因为这样不利于冷凝液的排出。特别是当冷凝液位高于上置折流板缺口时，会形成液封，阻碍蒸汽流动，影响设备传热和运行。 GB/T151中6.8.2.4条款对折流板缺口的布置作了明确规定。,设计常见问题,5.7关于立式固定管板换热器的有关结构立式固定管板换热器选用裙式支座或支腿，会给下管箱的维护、检修造成很大的不便。因而应尽量采用耳式支座并设置在壳程筒体上。立式固定管板换热器耳式支座的支承平面一般应高于设备的重心和膨胀节（即支座在上、膨胀节在下），这样可以提高设备的稳定性，改善膨胀节的受力。立式固定管板换热器的拉杆，无论壳程介质的进口设置在上方还是下方，在满足组装要求的前提下，应把固定端设置在上管板，这时拉杆处于最佳的受力状态。从结构设计的角度看，立式固定管板换热器的壳程介质宜上进下出流动。目的是避免脉动向上的介质与折流板向下的自重处于不平衡状态，使折流板上下振动，加重换热管的磨损。（工艺有要求时，按工艺要求）,设计常见问题,哪种结构更合理？,设计常见问题,5.8换热器的接管设计 GB/T151 6.13规定决定壳程、管程的接管位置时，应考虑接管补强板、接管外径与管板、管箱法兰的距离。当接管很靠近管板或法兰时，壳体上的有效补强范围可能达不到2d的要求。,设计常见问题,5.9 球形封头与筒体连接结构设计堆焊局部加厚球壳端部，GB150.3 图D.2 e）。加长筒体，端部削薄，成为球壳的加厚部分，GB150.3 图D.2 f）、 d）。,设计常见问题,设计常见问题,设计常见问题,设计常见问题,设计常见问题,设计常见问题,错误结构过渡段中的环向应力要比正确结构的高出1倍，且超出许用应力30%之多！,设计常见问题,5.10关于换热管的排列形式：GB151中 5.6.3.1规定,设计常见问题,正三角形排列,设计常见问题,设计常见问题,6、关于计算6.1 开孔计算直径的选取6.2 人孔盖开孔问题6.3安全装置（一般为安全阀）的计算6.4固定管板式换热器壳程圆筒的环向焊接接头系数的取值6.5 关于换热器壳程圆筒最小厚度的考虑因素6.6关于 GB150标准中规定的最小厚度6.7关于NB/T47041标准中的最小厚度6.8关于卧式固定管板式换热器是否需要进行卧式容器计算的问题,设计常见问题,6.1 开孔计算直径的选取 （1）圆筒开孔。 圆筒上可有三个方向的接管（见图示）即径向接管a，斜向接管b、切向接管c。 当圆筒具有长圆形开孔时，其开孔长轴方向与圆筒轴线垂直时具有较小的应力集中系数。 对斜向接管和切向接管情况，壳体上开孔为椭圆和卵圆形状，为此要注意开孔长、短轴方向相对圆筒轴线方向的关系。,设计常见问题,圆筒上非圆形开孔计算直径d的取法应以开孔的补强截面为依据进行认定。因为圆筒计算厚度是根据环向薄膜应力计算的，所以开孔补强截面应以承受环向薄膜应力的截面进行考虑，由此认定圆筒开孔补强截面应是与圆筒轴线相平行的纵向截面，则开孔计算直径为孔沿纵截面方向的直径。由此对斜向接管d应取d1（另加2c，以下同）。对切向接管d仍然取接管直径d，对径向接管则取d。注：对切向接管d，当采用非整体不强（即采用补强圈补强）时，应对环向开孔（ d1 ）进行补强计算，详见HG/T20582中的“6 非径向接管的开孔补强计算”（根据ASME VIII 第一册 UG-37规定）。,设计常见问题,（2）锥壳（锥形封头）开孔 锥壳的计算是按当量圆筒进行的，锥壳中的两向应力与圆筒两向应力一样，环向应力均为纵向应力的2倍。为此对锥壳上的三个方向接管，其开孔计算直径的取法同圆筒，即一律取纵截面上的开孔直径。（注：切向接管，当采用非整体补强时的计算要求同前面讲的筒体。）,设计常见问题,（3）球壳开孔 球壳上的接管可以有两种情况，开孔形状可有圆形与非圆形之分。球壳由于结构全对称的特点，无论在何截面上，壳体都承受相同的薄膜应力，为此对非圆形开孔计算直径应取长径。（4）凸形封头 凸形封头包括椭圆封头、蝶形封头、球冠形封头。其开孔计算直径的确定类似球壳，即一律以孔的长径作为开孔计算直径。6.2 人孔盖开孔问题 在压力容器的人孔盖上开孔，应当进行相应的开孔补强计算，否则容易产生安全隐患。（螺栓连接平盖按第7章作为法兰结构进行计算）,设计常见问题,6.3安全装置（一般为安全阀）的计算 在实际设计工作中，安全阀的计算经常被遗漏，或是不会计算，或是真的忘记？固容规有明确规定，3.1.4.1 （2） 压力容器设计单位工艺专业人员进行的超压泄放装置计算，应纳入压力容器计算书；与使用单位协商选用超压泄放装置的结论应写入设计条件或计算书。,设计常见问题,6.4固定管板式换热器壳程圆筒的环向焊接接头系数的取值GB/T151-2014:7.4.6.1 符号壳程圆筒的装配环向焊接接头系数，对于压缩应力，取=1.0 4.6.4 对于无法进行无损检测的固定管板式热交换器壳程圆筒的环向焊接接头，应采用氩弧焊打底或沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板，其焊接接头系数=0.6。,设计常见问题,6.5 关于换热器壳程圆筒最小厚度的考虑因素GB/T151中的壳体最小厚度要求考虑了如下因素：增加壳体的刚性，减少变形，利于管板和管束的安装；尤其是浮头和U形管换热器的壳体，得不到管板的加强又需要拆卸，故保证最小厚度尤为重要；对卧式换热器重叠安装时鞍座对壳体的局部应力。,设计常见问题,提示：新、旧换热器标准有区别旧标准：管箱圆筒的最小厚度与壳程圆筒的最小厚度要求一致。新标准：管箱圆筒和封头的厚度符合GB150.3规定即可，无需考虑装入管束的要求。重叠热交换器管箱圆筒的最小厚度与壳程圆筒的最小厚度要求一致，考虑重叠热交换器管箱圆筒受重力及安装偏差影响，存在附加的作用力。,设计常见问题,6.6关于 GB150标准中规定的最小厚度 GB150 .1中4.3.7 规定：4.3.7 壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度 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。主要考虑如下因素：容器制造过程中成形、组对和焊接方法对产品（形状）的影响，满足制造工艺要求。DN1500以下圆筒，兼顾刚度要求。,设计常见问题, GB150 .3中5.3.2规定： 5.3.2 受内压（凹面受压）椭圆形封头 Di/2hi2的椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.15， Di/2hi2的椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的0. 30。但当确定封头厚度时已考虑了内压下的弹性失稳问题，可不受此限。 主要考虑因素：防止内压作用下，由周向压缩应力引起封头弹性失稳失效对封头的刚度要求。,设计常见问题,6.7关于NB/T47041标准中的最小厚度NB/T47041中的4.2.6规定:塔壳加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度：对碳素钢、低合金钢制塔式容器为2Di/1000，且不小于3mm；对高合金钢制塔式容器，一般应不小于2mm； 主要是考虑在制造时满足焊接工艺对厚度的要求和保证几何尺寸的公差要求，还适当考虑了制造和运输过程中所需的刚度要求。 对于不锈钢圆筒，主要是为了节约材料，因而在制造、运输、吊装和运行时应根据具体情况采取相应措施。,设计常见问题,6.8关于卧式固定管板式换热器是否需要进行卧式容器计算的问题 GB/T151适用范围内的卧式固定管板式换热器，不需要进行卧式容器计算；必要时进行鞍座应力校核。NB/T47042卧式容器不适用。即GB/T151没有引用NB/T47042。参考资料：NB/T47042-2014卧式容器标准释义中的“算例4”：带集中载荷非对称布置双鞍座卧式容器（U形管式换热器）,设计常见问题,7、图面技术要求7.1 奥氏体不锈钢压力容器进行水压试验时对水质要求的问题7.2“焊接接头” 和“焊缝”含义不同，不同的场合用词要准确7.3 无损检测要求7.4 碳钢、低合金钢换热器管箱热处理问题7.5 在采用HG/T20583钢制化工容器结构设计规定中“G2”的全焊透结构时，未加以说明的问题7.6 关于焊后消除应力热处理7.7关于耐压试验7.8 关于“开孔附近的焊接接头”的无损检测,设计常见问题,7.1奥氏体不锈钢压力容器进行水压试验时对水质要求的问题 奥氏体不锈钢压力容器进行水压试验时，其所用的水应是洁净的，因为氯根能引起奥氏体不锈钢严重的晶间腐蚀。所以如果不对水质提出要求是不对的。 GB150.4中11.4.9.1规定：试验液体一般采用水，实验合格后应立即将水排净吹干；无法完全排净吹干时，对奥氏体不锈钢制容器，应控制水的氯离子含量不超过25mg/L。 固容规4.1.9.3.1（1）条规定：试验介质应当符合产品标准和设计图样的要求，以水为介质进行液压试验时，试验合格后应当将水排净，必要时将水渍去除干净。,设计常见问题,7.2“焊接接头” 和“焊缝”含义不同，不同的场合用词要准确 焊接接头由焊缝、熔合区、热影响区三部分组成。 焊缝：是指焊件经过焊接后所形成的结合部分。 熔合区：指焊缝金属与母材交接的过渡区。 热影响区：是在焊接过程中母材金相组织、机械性能产生变化的区域。 例如：焊接工艺评定是对“焊缝”而言的，而无损检测是对“焊接接头”而言的。,设计常见问题,7.3 无损检测要求固容规：3.1.16 无损检测的方法、比例、技术要求等由设计者在设计文件中予以规定。3.2.10.2.3 无损检测的技术要求 这条款里包括质量要求和合格级别“质量要求”经常被漏掉。射线检测：AB级，超声检测：B级,设计常见问题,7.4 碳钢、低合金钢换热器管箱热处理问题 GB/T151中8.10.1.2条规定：碳素钢、低合金钢制的管箱符合下列情况之一时，应进行焊后热处理：a）焊有分程隔板；b）侧向开孔直径超过1/3圆筒内径。 其中b）条款经常被遗忘。 当然不要忘记符合GB150.4的 8.2条的情况的管箱也是必须要进行热处理的。,设计常见问题,7.5 在采用HG/T20583钢制化工容器结构设计规定中“G2”的全焊透结构时，未加以说明的问题 HG/T20583钢制化工容器结构设计规定中对“G2”角接接头的适用范围作了明确规定：用于下列工况： 、低、中压压力容器 、一般&t1/2&s 、一般&s=426mm 当采用G2结构时，如需全焊透，则必须加以注明“全焊透”字样。对要求接管与壳体全焊透时，可以采用氩弧焊打底、单面焊双面成形等焊接工艺。,设计常见问题,设计常见问题,7.6 关于焊后消除应力热处理焊后热处理的方法有：炉内整体热处理、炉内分段热处理、局部热处理、使用现场整体热处理。在设计图纸上，应当明确提出热处理的方法。GB150.4规定：在可能的情况下，应优先采用炉内整体加热方法。,设计常见问题,7.7关于液压试验 GB150.1中的4.6.2.1；4.6.2.24.6.2.1 耐压试验压力的最低值按4.6.2.2和4.6.2.3的规定，并考虑：a） 对于立式容器采用卧置进行液压试验时，试验压力应计入立置试验时的液柱静压力； （注意问题：高塔顶部壁厚较薄时，可能不能承受增加液柱静压力 b）工作条件下内装介质的液柱静压力大于液压试验的液柱静压力时，应适当考虑相应增加试验压力。（液柱静压力=h）,设计常见问题,设计常见问题,设计常见问题,设计常见问题,设计常见问题,8、关于凸形封头8.1 凸形封头的成型方法8.2 凸形封头焊接接头的无损检测要求、合格级别及焊接接头系数的取值8.3 焊接接头无损检测的时机8.4 最小成形厚度,设计常见问题,8.1凸形封头的成型方法 GB/T25198-2010压力容器封头中6.3条：6.3 封头成形6.3.1 依据封头的类型、规格、材质，可采用整板或拼板经冷冲压、热冲压、冷旋压、热旋压、冷卷、热卷等方法成形；也可分瓣成形后再组焊成封头。整板成形：适用于小直径的封头；先拼板后成形：适用于中、大直径的封头；分瓣成形：适用于特大型封头或由于运输条件所限。,设计常见问题,8.2凸形封头拼接接头的无损检测要求、合格级别及焊接接头系数的取值（1）先拼板后成形封头 a）容器整体要求进行100%检测，合格级别为射线检测II级、超声检测I级，焊接接头系数取1.0： 封头拼接接头的无损检测要求、合格级别及焊接接头系数的取值同容器整体要求一致。 b）容器整体要求进行局部检测，合格级别为射线检测III级、超声检测II级，焊接接头系数取0.85： 封头拼接接头进行100%检测；检测长度可计入局部检测长度之内（ GB150.4中10.3.2 a）款）,合格级别：射线检测III级、超声检测II级；焊接接头系数取0.85。,设计常见问题,同时，固容规3.2.10.2.2.4（8）条和GB150.4中10.4的i）规定：凡符合下列条件之一的焊接接头，需按图样规定的方法，对其表面进行磁粉或渗透检测： “先拼板后成形凸形封头上的所有拼接接头”。 这一要求主要是针对封头成形时变形较大，缺陷容易扩展而提出的，目的就是检验焊接接头在封头成形过程中是否被拉坏，与封头厚度计算无关。,设计常见问题,（2）分瓣成形后拼焊的封头 对于分瓣成形后拼焊的封头，由于其焊接接头在焊后不再经受大的弯曲变形，因此其无损检测长度及检测结果和容器的其他A、B类焊接接头完全一致。（3）整张钢板压制的小直径封头 整张钢板压制的小直径封头，由于不存在焊接接头，在厚度计算中当然焊接接头系数取1.0。,设计常见问题,8.3 无损检测的时机 GB150.4中10.2.2：拼接封头应当在成形后进行无损检测（此时的检测结果才能如实反映成品封头的质量）。 固容规4.2.5.1（2）：拼接封头应当在成形后进行无损检测，如果成形前已经进行无损检测，则成形后还应当对圆弧过渡区到直边段再进行无损检测。,设计常见问题,8.4最小成形厚度（1）最小成形厚度定义GB150.1中3.1.14：受压元件成形后保证设计要求的最小厚度。（可以理解为保证强度、刚度及使用寿命的受压元件的最小厚度）GB/T25198-2010符号说明中描述：封头最小成形厚度，即设计要求的成品封头最小厚度。（2）各种厚度之间的关系,设计常见问题,（3）最小成形厚度的取值在设计文件中最小成形厚度可以是：设计厚度。 a）不需考虑开孔补强时：计算厚度+腐蚀裕量 （实际上也是最小的最小成形厚度） b）需考虑开孔补强时：计算厚度+腐蚀裕量+用于开孔补强的壳体厚度名义厚度-厚度负偏差（实际上也是最大的最小成形厚度） 注意：当设计文件中给出了MAWP，同时控制决定该MAWP的受压元件如标注有最小成形厚度，则此最小成形厚度不得小于其有效厚度。,设计常见问题,执行管理制度常见问题,1、压力容器设计条件不符合设计条件的编制与审查制度的问题（1）编制不符合规定。按一般规定：a）单位内部各有关专业或用户提压力容器设计条件时，应按压力容器设计条件图（表）编写规定要求的内容和格式编制设计条件。（b）设计者可受委托代用户编写设计条件图（表），用户如以其他格式提出压力容器设计条件，其内容应符合压力容器设计条件图（表）编写规定的要求。 而在实际工作中常出现用简单的草图或者设计者已完成的成品白图作为设计条件。,执行管理制度常见问题,（2）签署不符合规定。按一般规定：单位内部各有关专业提出的设计条件应三级（编制、校核、审核）签署，单独提出的管口方位图可二级（编制、校核）签署；用户提出的设计条件由用户代表确认签署，否则设计条件无效。 而在实际工作中常出现签署级数不够，甚至不签署的情况，尤其是用户的签署经常是不签署或者代其签署（为应付检查），这一情况必须重视，最好加盖其单位公章，这样更为妥当。,执行管理制度常见问题,（3）设计条件的修改不符合规定。按一般规定：a）设计条件签署确认后，设计者和提出条件者均不得单方面修改。如需要修改时，双方协商同意后由提出条件者修改并签署。b）设计条件中的个别文字、图形修改时，应将修改的文字、图形用细实线划掉，再标注新的文字、图形，然后将修改处用彩云线圈出并在其旁注上修改标记“”，在“”内写上“1”、“2”、“”（第一次修改写“1”，第二次修改写“2”，照此类推）。修改完后，应在设计条件空白处写上修改标记，修改人和校审人在其后签署姓名和日期。c）设计条件需作重大修改（指涉及方案问题或大量图形的修改）时，应更新版次重新提出。,执行管理制度常见问题,而在实际工作中常出现设计条件的修改随随便便，书写不正规，特别是经常发生修改后校审人不再校审，修改人和校审人均无人签署，也不注明修改日期。（4）条件深度不够，必要的数据不全，重要的要求没有填写。（5）用铅笔书写或修改。（6）简图不画或过于简单或用徒手构图。（7）没有按要求进行归档和保存。 （往往是为应付换证检查而整理出有限的几套文件）,执行管理制度常见问题,2、填写设计文件校审记录中常出现的问题（1）没有按各级设计人员岗位责任制的规定认真填写“设计文件校审记录”，而是受“情面”“人际关系”等因素的干扰，不认真填写，大问题化小，小问题化了，甚至简化到“无”（非常普遍），没有任何具体内容。（2）校审人不再其所提问题后面签名和签署日期。（3）设计人不再所提问题后面的“修改情况”栏中填写修改情况，也不签署姓名和日期。更有甚者虽已签署了“已修改”字样，而在设计图样中，并未进行修改。（4）用圆珠笔甚至铅笔书写，随意涂改。（5）不填写校审记录，检查时补填几台“特定”设备的校审记录，应付检查。,执行管理制度常见问题,执行管理制度常见问题,3、质量评定流于形式，不实事求是进行评判 该问题根源是质量评定规定不具操作性，如果按如下评定要求进行，可能该问题会得到解决。质量评定说明：设计文件的质量评定，以一个设备为单位对前一工序的质量等级做出评定。 设计错误个数是折算为每张1#图中的个数。进行错误个数统计时，同样错误（例如错别字）在整套图纸中多次出现，作为一个错误计算；因某个错误引起的其他错误不作统计；对属于设计方法和观点不同且可改可不改的意见，一般应按校审意见修改，也不作错误统计。,执行管理制度常见问题,c）扣分标准：一个技术错误扣50分/1#图，且总扣分不少于5分；一个一般错误扣10分/1#图；一个图面错误扣5分/1#图；对于一般的布置、比例等图面问题和其他问题（文件的完整性等）可酌情扣分。质量评定等级： 质量评定等级分为优级、良级、合格、不合格四级。优 级：95分及以上，且无技术错误。良 级：85-94分，且技术错误不得超过一个（绝对数计）。合 格：75-84分，且技术错误不得超过二个（绝对数计）。不合格：75分以下，或有三个以上技术错误 （绝对数计）。,执行管理制度常见问题,执行管理制度常见问题,年度综合报告编制的真实性无法考证设计许可规则第四十二条 （十）注（2）： 压力容器设计单位每年第1季度内向许可实施机关报送上年度综合报告，并且抄报相应的鉴定评审机构。存档资料中至少有：红头文件+综合报告 实际中，基本见不着红头文件，到底是否上报？无法证明。,执行管理制度常见问题,5 各级设计人员的任命不及时或人员变化超限在各级设计人员管理制度中规定： 压力容器各级设计人员应每年任命一次，个别调整则应及时任命。要求：应有红头文件全部设计人员中每年减少或变更的人数占全部设 计人员总人数的比例不超过20%为符合规定，其中变更人数为更换和减少的人数。,</p>
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