压力容器设计

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临界温度与临界压力
答：物质具有气、液、固三种状态，在不同的温度和压力下，物态之间可以相互转化。通常说某物质为气体是指在大气压力和环境温度下呈气体，对其施加压力或降低温度可能使其变为液体，但液化受温度条件的限制。当气体温度高于某一限度时，无论施加多大的压力它也不能被液化而只能以气态存在。气体能在一定的压力作用下被液化的最高温度，称为该气体的临界温度。换句话说，超过这个温度气体就不能用压缩体积的办法将它变为液体，因而高于临界温度，该气态物质不能变为液体。
气体在临界温度时，使其液化的最小压力称为该气体的临界压力。根据这个概念，要使气体液化必须在低于临界温度和高于临界压力的条件下才能实现。在临界温度和临界压力下，该物质气液两相平衡共存，气液之间也没有分界面，物质处于这种状态时称为临界状态。
不同气体有不同的临界温度，其数值差别很大。有的临界温度很低，如氧为一118.6;
而有些气体的临界温度在自然环境温度范围内，如氙为16.6C;还有一些气体的临界温度**超过自然环境温度，如氯为143.8℃、氨为132.4。
临界温度的高低反映了该气体是否易被液化以及在环境温度下以什么状态存在。临界温度很低，说明它不易被液化，要使它液化必须将它降低到很低的温度。这类气体在容器内呈单一气态，称为压缩气体。临界温度高，说明气体易于液化，在低于临界温度的条件下，用较小的压力就可使其变为液体，这类气体在容器内可能处于气液两相共存的状态，称为液化气体。

饱和蒸气压力
答：液体的汽化就是它的分子不断从液体表面逸出形成蒸气的过程，与此同时，也会有分子重新又回到液体中去。当在同一时间内逸出液体的分子和进人液体的分子数目相同时，这种液体和它的蒸气处于平衡状态，这种蒸气称为饱和蒸气。如果温度保持不变，在单位空间容积内只能容纳一定的气体分子，此时，饱和蒸气所具有的压力就称为饱和蒸气压力。

传热系数的换算
答：查文献22    1 kcal /㎡•h•℃=1.16222 W/(m2.K)
    查文献27    1 kcal /㎡•h•K=1.163 W/(m2.K)
那K与摄氏度（℃）的关系，是否影响传热系数的计算
与开尔文（K）是国际单位制中的温度单位，它与摄氏度（℃）的换算是基于绝对零度的概念。绝对零度是温度的最低极限，定义为-273.15摄氏度，用开尔文表示则是0K。开尔文温度标度和摄氏度标度之间的转换关系简单明了：

从摄氏度转换到开尔文：[开尔文(K) = 摄氏度(℃) + 273.15]
从开尔文转换到摄氏度：[摄氏度(℃) = 开尔文(K) - 273.15]
这种转换关系表明，每变化1K相当于变化1℃，但它们的零点不同。摄氏度的零点是基于水的冰点温度（在标准大气压下），而开尔文的零点是绝对零度。因此，水的冰点在摄氏度下是0℃，在开尔文下是273.
  结论：计算时，采用的是温差，采用开尔文(K)作为单位，与采用摄氏度(℃)，每相差1K相当于变化1℃，不影响计算结果。

为何卧式容器多采用双支座?
答:由支座支承的卧式容器在受力分析中往往都是将其简化为承受均布载荷的两支点(或多支点)的外伸梁。由材料力学可知，具有一定几何尺寸和承受一定载荷的梁采用多支座时梁内产生的应力小，因此从产生的应力大小来考虑支座的数目应该多一些，但对于大型卧式容器而言，由于地基的沉降不均匀，基础水平度的误差或筒体不直，不圆等因素的影响，将造成支座反力分配不均匀，反而使容器的局部应力增大，因此卧式容器一般多采用双支座。仅当容器的长径比很大，如比值大于15，厚度较薄时，为避免跨距过大，导致筒体产生过度变形及较大应力时，才采用三支座或多支座。

在双支座卧式容器设计中,为什么要求A≤0.2L,并尽可能满足A≤0.5Ra?
答:主要是有以下几方面的原因：
1)为减小支座处筒体的最大弯矩，使其应力分布合理，使支座跨距中心与支座处的最大弯矩相等。据此推导出的支座中心与封头切线间的距离A=0.207L,如果偏离此值，则支座处的轴向弯曲应力将显著增加;
2)封头的刚性一般较筒体大，对筒体局部有加强作用。试验证明:当A≤0.5Ra
时，封头对筒体才有加强作用；
3)当A>0.5Ra时或筒体无加强措施而刚性不足时，在周向弯矩的作用下，鞍座处筒体上将产生“扁塌”变形，而不起承载作用，成为无效区。这不但会使鞍座处筒体中的各种应力增大，而且还会使轴向组合应力，切向剪应力和周向组合压应力最大值的作用点下移。

垫片的选用原则
答：在选用垫片时，必须对垫片的密封性能、操作压力、操作温度、介质特性、密封面形式、结构装拆的简易程度、经济等因素作综合、全面的分析。其中介质特性、操作压力、操作温度为选择垫片的主要依据。选择垫片的原则如下:
①一般来说，对低压(p≤1.6MPa)及温度不高(t≤200)的普通非强腐蚀系统，
考虑采用非金属垫片;对中压(p<10MPa)、中温(t≤500C)及腐蚀性、渗透性强的介质
采用金属包覆垫、金属缠绕垫;对高压系统则采用金属垫片。
②垫片有良好的弹性及回复性，且具有适当的柔软性，能与密封面很好贴合。
③垫片不能污染介质，亦不能腐蚀密封面。
④耐工作介质的腐蚀，并有良好的物理性能，既不因低温而硬化脆变，也不因高温而软化塑流.
⑤具有良好的加工性能，垫片材料易得，成本低廉。
垫片系数与宽度无关，因此，垫片越窄，越易夹紧。但其宽度下限有限制，通常宽度应大于5mm。对金属垫片，为了不产生过大的螺栓力，取较小的宽度是一个重要准则。由于垫片在工作时，与操作介质接触，直接受介质压力、温度等因素的影响，因此，制造垫片的材料应满足如下要求。

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15269377660 发表于 2024-9-30 07:46
垫片的选用原则
答：在选用垫片时，必须对垫片的密封性能、操作压力、操作温度、介质特性、密封面形式、结 ...

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以无缝钢管为容器壳体在计算壳体壁厚时,焊接接头系数取法的问题
答：以无缝钢管为容器壳体时,在计算设计温度下厚度时,不少设计人员在取中时不是取1，而是按该容器壳体的环向焊接接头型式及无损检验长度的比例来确定,这是错误的。在推导GB/T150.3-2024计算公式时,是以容器的最危险应力,即纵向应力为依据得出的,故在公式中应要用相的纵向焊接接头系数,而焊接接头系数φ=焊接接头材料强度/ 本体材料强度。由于无缝钢管无A类焊接接头，故中取1。

对制造主要受压元件用铬镍奥氏体型不锈钢开平板复验的规定(取消)原因
答：(1)本世纪初始，封头制造单位发现成形过程中开平板制封头的开裂明显多于非开平板制封头，原因尚未查明。在这种情况下，业内商定在标准中增加对制造主要
受压元件用奥氏体型不锈钢开平板复验的规定。
(2)根据从大量使用奥氏体型不锈钢开平板的某地区三家单位收集的复验数据，开平操作使材料的断后伸长率略有下降，但断后伸长率仍不低于50%，高于标准规定值。
这使得奥氏体型不锈钢开平板复验变得没有意义。
(3)奥氏体型不锈钢封头开裂原因也已查明，开平操作影响不是主因(主因:形变马氏体)。

设计条件的提出
答：一个完美的化工设备设计，并不是一个设备设计人员可以单独完成的。要根据设计条件进行设计，那设计条件提出有哪些要求？
一个完整的化工设计，除了化工工艺设计外，还需要非工艺专业的相应配合。非专业人员是根据化工工艺人员提供的设计条件进行设计的。如化工设备图的绘制，是由设备专业人员进行设计完成的。其设计依据就是工艺人员提供的“设备工艺条件图”，该图提出了该设备的全部工艺要求，一般包含下列内容。
1.设备简图用单线条绘成的简图表示工艺设计所要求的设备结构形式、尺寸、所需管口及其初步方位等。
2.技术特性指标列表给出工艺要求提出的设备操作压力、温度、介质名称、容积、材质以及传热面积等各项要求。
3.管口表列表注明各管口的符号、用途、公称尺寸和连接面形式等项。
设备的工艺条件图格式，目前尚无统一规定。各专业各部门按各自规格绘制。
TSG21-2016《固容规》3.1.3 设计条件
压力容器的设计委托方应当以正式书面形式向设计单位提出压力容器设计条件。设计条件至少包含以下内容:
(1)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);
(2)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);
(3)介质组分与特性;
(4)预期使用年限;
(5)几何参数和管口方位;
(6)设计需要的其他必要条件。
GB/T150.1-2024        《压力容器 第1部分：通用要求》5.2.2.1用户或设计委托方的职责
用户或设计委托方应履行以下职责。
a)容器的用户或设计委托方应以正式书面形式向设计单位提出容器设计条件(User's DesignSpecification,UDS),其中至少包含以下内容:
1)容器设计所依据的主要标准和规范;
2)操作参数(包括工作压力、工作温度范围、交变载荷条件、液位高度、接管载荷等);
3)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);
4) 介质组分与特性;
5) 预期使用年限;
6) 几何参数和管口方位;
7)容器服役过程中的超压可能性及原因;
8)设计需要的其他必要条件。
b)容器的用户或设计委托方遵循如下规定。
1)考虑容器可能的超压风险。
2)当压力源来自压力容器外部,并且得到可靠控制时,超压泄放装置可不直接安装在压力容器上;当工艺或环保等因素无法装设超压泄放装置时,采用可靠性不低于超压泄放装置的系统安全设计方法防止压力容器超压。
3)用户应在容器首次操作前确认超压泄放装置已正确安装到指定位置上。

药芯焊丝怎么选用？
  答：先看一篇网文：
自1998年起，我国与美国药芯焊丝标准中都用大段条文警示读者：“药芯焊丝熔敷金属力学性能不稳定”。若用于焊接承压设备，产品焊接接头的力学性能肯定也不稳定，只能判为不合格品。
近期网上曝出2002～2003年XX公司采用普通药芯焊丝焊制18台压力容器，也有人自曝在2007年使用普通药芯焊丝焊接4台压力容器。更有甚者，NB/T 47018-2011的参编人员，在2015年仍坚持用普通药芯焊丝“开焊了”2次共4台压力容器，这些违规做法，误导了承压设备建造单位，改用、偷用、私用普通药芯焊丝越演越烈，在全国范围内广泛埋下“地雷”，隐患极大。
究其原因是在打着“挑战ASME”破旗、践踏标准、法规，“粗制烂造”承压设备。这些不良风气也会体现在其它文件、标准与工程实践中，应当批判、抵制。
使用着普通药芯焊丝建造承压设备的单位与个人，应当整理当年资料向业主、监检、使用单位如实报告，协助做好安全防范工作，防止灾难性事故。对于在制承压设备应坚持执行符合NB/T 47018规定的专用药芯焊丝标准。  
                                                        戈兆文
                                2023年10月10日
戈兆文老师是我国压力容器焊接方面的专家。是NB/T47014-2023《承压设备焊接工艺评定》、        NB/T47015-2023《压力容器焊接规程》、NB/T47016-2023《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》及NB/T47018.1～47018.3-2017 、NB/T47018.4-2022、NB/T47018.5-2017《承压设备用焊接材料订货技术条件》的起草人。
我们再看一下NB/T47065.1-2018的要求：
7 制造技术要求
7.1
焊接可采用电弧焊或气体保护焊(使用药芯焊丝除外)，焊材应根据支座材料参照有关标准选用。焊接接头型式和尺寸应符合GB/T9851的规定。
NB/T47065.3～47065.5-2018有同样的央要求。
GB/T150.2-2024   《压力容器  第2部分：材料》
9 焊接材料
9.1压力容器受压元件用焊接材料应符合 NB/T 47018.1～NB/T 47018.5 的规定。
GB/T150.4-2024   《压力容器  第4部分：制造、检验和验收》
4.3.1.2焊接材料除应符合NB/T47018(所有部分)外，还应满足GB/T150.2的要求。当需要时,压力容器制造单位可提出焊接材料经历模拟最小热过程处理和/或模拟最大热过程处理后的性能要求。
5.1.2.2焊接受压元件的药芯焊丝应按批进行熔敷金属化学成分、力学性能复验,其熔敷金属化学成分应符合相应标准的规定,冲击吸收能量应符合NB/T47018.2相对应的焊条(具有相同的最小抗拉强度代号及化学成分分类代号)规定。
5.1.2.4制造单位应采用GB/T3965 中的水银法或热导法对下列焊接材料的熔敷金属扩散氢含量按批进行复验,其扩散氢含量不应大于5mL/100g。
a)焊接受压元件使用的药芯焊丝;
d) 经熔敷金属扩散氢含量复验合格的有缝药芯焊丝，若其真空包装发生损坏，则施焊前应再次对真空包装损坏的药芯焊丝进行熔敷金属扩散氢含量复验。
7.1.1.1施焊钢制焊件，若出现下列任一情况,且无有效防护措施时,不应施焊:
b) 实心焊丝、药芯焊丝气体保护焊时风速大于2m/s;
c)焊件表面有结露或有缝药芯焊丝气体保护焊相对湿度大于80%,其他焊接方法相对湿度大于 90%;
7.1.2 焊材准备
7.1.2.1
焊接用气体应符合GB/T 150.2。
7.1.2.2焊接材料的贮存、质量管理应符合JB/T3223,有缝药芯焊丝应真空包装保存。
7.1.2.6药芯焊丝可用于Fe-8-1组铬镍奥氏体型不锈钢母材之间和Fe-1-1组母材之间的焊接,但不应使用其焊接其中的低温压力容器、按简单疲劳设计压力容器、盛装毒性为极度和高度危害介质的压力容器、现场组装压力容器中在现场施焊的受压元件焊接接头以及厚度大于60mm的Fe-1-1组母材制受压元件焊接接头。
7.3.3.2采用有缝药芯焊丝焊接受压元件时,施焊前方可打开药芯焊丝的真空包装,真空包装打开8h后未使用完的药芯焊丝应进行除湿处理后方可继续使用;完成施焊后剩余的药芯焊丝,应进行除湿处理后置于真空环境中保存,方可继续使用。  
9.1产品焊接试件
9.1.1制备产品焊接试件条件
9.1.1.1凡符合以下条件之一、有A类纵向焊缝的压力容器,应逐台制备产品焊接试件:
e)采用药芯焊丝焊接的压力容器;
10.3 射线和超声检测
10.3.1全部(100%)射线或超声检测
凡符合下列条件之一的压力容器,应采用设计文件规定的方法,对其A类和B类焊接接头,进行全部射线或超声检测:
k)采用药芯焊丝焊接的压力容器;
GB/T150.4附录E中E.2.1.5a)条
受压元件之间、受压元件与非受压元件之间的焊接材料符合NB/T 47018,并选用碱性低氢型焊条或焊剂, 不应选用药芯焊丝。

我们都知道承压设备上使用的焊材都需要满足NB/T 47018-2017标准要求，该标准更新后引用的标准为GB/T25778《焊接材料采购指南》：对自保护和气保护药芯焊丝用于非合金钢和细晶粒钢、高强钢和热强钢的焊接，提出了化学分析、拉伸试验、 冲击试验、Ｘ射线探伤和扩散氢的检验要求，也规定了用于不锈钢、镍及镍合金的化学分析等检验要求。
我国执行的药芯焊丝国家标准有5个。
GB/T10045-2018 《非合金钢及细晶粒钢药芯焊丝》
GB/T17853-2018《不锈钢药芯焊丝》
GB/T17493-2018 《热强钢焊丝》
GB/T36233-2018《高强钢焊丝》
GB/T41110-2018《捏脊镍合金药芯焊丝》
使用药芯焊丝是否需要重新进行焊接工艺评定
重要因素是影响焊接接头力学性能和弯曲性能的焊接工艺评定因素，如果发生改变，应重新进行评定。
   GB/T47014 -2023规定的重要因素包括：
①填充金属在实芯焊丝、药芯焊丝或金属粉芯焊丝之间变更；
② 改变单一保护气体种类；改变混合保护配比超出GB/T39255公称值制备公差；从单一保护气体改用混合保护气体或反之;增加或取消保护气体
③从粗滴过渡、喷射过渡或脉冲过渡改变为短路过渡，或反之。焊丝直径发生改变为次要因素。
ASME BPVC IX-2019规定重要因素发生改变应重新进行评定，而非重要因素发生变化，只需要重新编制焊接工艺规程（WPS）。在“QW-255焊接工艺评定因素表”（GMAW和FCAW合用一张表）中规定的重要因素有：①填充金属F-编号、A-编号改变；②填充金属产品类型改变，包括裸焊丝（实芯或金属粉芯）、药芯焊丝、外药剂涂层焊丝（实芯或金属粉芯）；③填充金属合金元素发生改变；④从熔滴、喷射或脉冲过渡改变为短路过渡，或反之的电特性改变。
NB/T47018.1-2017 《承压设备用焊接材料订货技术条件》引用的相关标准：
GB/T25778     《焊接材料采购指南》
而NB/T47018.3，NB/T47018.3《承压设备用焊接材料订货技术条件》没有引用GB/T25778     《焊接材料采购指南》

设计条件的提出
答：一个完美的化工设备设计，并不是一个设备设计人员可以单独完成的。要根据设计条件进行设计，那设计条件提出有哪些要求？
一个完整的化工设计，除了化工工艺设计外，还需要非工艺专业的相应配合。非专业人员是根据化工工艺人员提供的设计条件进行设计的。如化工设备图的绘制，是由设备专业人员进行设计完成的。其设计依据就是工艺人员提供的“设备工艺条件图”，该图提出了该设备的全部工艺要求，一般包含下列内容。
1.设备简图用单线条绘成的简图表示工艺设计所要求的设备结构形式、尺寸、所需管口及其初步方位等。
2.技术特性指标列表给出工艺要求提出的设备操作压力、温度、介质名称、容积、材质以及传热面积等各项要求。
3.管口表列表注明各管口的符号、用途、公称尺寸和连接面形式等项。
设备的工艺条件图格式，目前尚无统一规定。各专业各部门按各自规格绘制。
TSG21-2016《固容规》3.1.3 设计条件
压力容器的设计委托方应当以正式书面形式向设计单位提出压力容器设计条件。设计条件至少包含以下内容:
(1)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);
(2)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);
(3)介质组分与特性;
(4)预期使用年限;
(5)几何参数和管口方位;
(6)设计需要的其他必要条件。
GB/T150.1-2024        《压力容器 第1部分：通用要求》5.2.2.1用户或设计委托方的职责
用户或设计委托方应履行以下职责。
a)容器的用户或设计委托方应以正式书面形式向设计单位提出容器设计条件(User's DesignSpecification,UDS),其中至少包含以下内容:
1)容器设计所依据的主要标准和规范;
2)操作参数(包括工作压力、工作温度范围、交变载荷条件、液位高度、接管载荷等);
3)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);
4) 介质组分与特性;
5) 预期使用年限;
6) 几何参数和管口方位;
7)容器服役过程中的超压可能性及原因;
8)设计需要的其他必要条件。
b)容器的用户或设计委托方遵循如下规定。
1)考虑容器可能的超压风险。
2)当压力源来自压力容器外部,并且得到可靠控制时,超压泄放装置可不直接安装在压力容器上;当工艺或环保等因素无法装设超压泄放装置时,采用可靠性不低于超压泄放装置的系统安全设计方法防止压力容器超压。
3)用户应在容器首次操作前确认超压泄放装置已正确安装到指定位置上。

新的GB/T150.3对开孔附近的焊接接头表述的修改表述更为清晰
答：GB/T150.3-2011中6.1.4开孔附近的焊接接头
容器上的开孔宜避开容器焊接接头。当开孔通过或邻近容器焊接接头时,则应保证在开孔中心的2d。,范围内的接头不存在有任何超标缺陷。
理解1、按两倍直径画圆，此范围内不存在有任何超标缺陷。2、左边1 d。，右边1 d。，即以1倍直径画圆，此范围内不存在有任何超标缺陷。
  在GB/T150.3-2024中8.1.5 开孔位置的要求
容器上的开孔宜避开容器焊接接头。当开孔通过或邻近容器焊接接头时,则应保证在开孔为中心, 半径为d。范围内的接头进行100%无损检测,不存在有任何表面和内部超标缺陷。
理解：半径为d。范围内，即以1倍直径画圆，此范围内不存在有任何超标缺陷。
GB/T150.4-2011   10.3.2.C)c)对于满足GB150.3一2011中6.1.3不另行补强的接管,自开孔中心、沿容器表面的最短长度等于开孔直径的范围内的焊接接头;
GB/T150.4-2024   10.3.2.C)c)对于满足GB/T 150.3-2024 中8.1.4 不另行补强的接管，自开孔中心、沿压力容器表面的最短长度等于开孔直径的范围内的焊接接头。
GB/T150.4-2024   10.3.2.C)没有改动，而GB/T150.3-2024中8.1.5与GB/T150.3-2011中6.1.4对应内容，语言作了更加明晰的改进。
我想这是这次修改的原因吧。