第七章压力容器的设计与计算机辅助设计引言这一章我们主要学习压力容器设计的基本方法，学习如何运用SW6-1998V20《过程设备强度计算软件包》及PVCAD《计算机辅助设计软件包》使我们能更进一步对所学知识全面巩固和提高。设计步骤:工艺计算机械计算主要规程及标准:《压力容器安全技术监察规定》《钢制压力容器》《钢制管壳式换热器》《钢制塔式容器》7压力试验工作压力：指在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高工作压力。设计压力：指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。计算压力：指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。试验压力：指在压力试验时，容器顶部的压力设计温度：指容器在正常工作情况下，设定的元件的温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度和设计压力一起作为设计载荷条件。试验温度：指压力试验时，壳体的金属温度。3厚度计算厚度：指按各公式计算得到的厚度。需要时尚应计入其他载荷所需厚度（见下面的载荷）设计厚度：指计算厚度与腐蚀裕量之和名义厚度：指设计厚度加上钢板负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度，既标注在图样上的尺寸有效厚度：指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板负偏附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷钢材（除螺栓材料外）的许用应力选取的依据可按表7-1；螺栓材料的许用应力选取的依据可按表7-2表7-1材料许用应力取下列各值中的最小值，MPa碳素钢、低合金钢1）对奥氏体高合金钢受压元件，当设计温度低于蠕变温度范围，且允许有微量的永久变形时，可适当提高许用应力至09。此规定不适用于法兰或其他有微量永久变形就产生泄漏或故障的场合。表7-2材料螺栓直径mm热处理状态许用应力Mpa取下列各值中的最小值M22碳素钢M24~M48热扎、正火低合金钢、马氏体高合金钢M52调质—钢材在设计温度下经10万小时断裂的持久强度的平均值在设计中，如需计入复层材料的强度时，其设计温度下的许用应力按下式确定：对容器来说，主要存在两种对接焊缝，即纵向对接焊缝与环向对接焊缝双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头100%无损检测φ=100对于单面焊对接接头（沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板）100%无损检测φ=09液压试验气压试验气密性试验压力试验的确定：内压容器液压试验：气压试验：外压容器和真空容器液压试验：气压试验：—试验压力，Mpa—设计压力，MPa容器在压力试验前还必须进行应力校核，校核公式为：—试验压力下圆筒的应力MPa—圆筒内直径mm—试验压力MPa—圆筒的有效厚度mm应满足的条件：液压试验时，09φ气压试验时，09φ—圆筒材料在试验温度下的屈服点（或02%屈服强度），MPa压力容器用钢材类型主要有钢板、钢管、锻件、螺柱和螺母。选择压力容器用钢应考虑容器的使用条件，例如：设计压力、设计温度、介质特性、和操作特点等，从而选择钢材为焊接性能良好的钢材，同时还要考虑到容器的制造工艺和经济合理性。下面我们谈谈这些类型的钢材在压力容器中使用过程中的一些规定。钢材名称使用压力MPa使用温度使用厚度mm不得使用场合Q235-AF060～25012易燃介质，中、高或极度毒性Q235-A100～35016液化石油气，高或极度毒性Q235-B160～35020高或极度毒性Q235-C250～4003020R壳体＞30mm20R其他受压元件＞50mm16MnR（壳体）＞30mm16MnR其他受压元件＞50mm15MnVR＞16mm进行拉伸和夏比（V型缺口）冲击（常温或低温-20以上）试验碳素钢和低合金钢使用规定材料名称使用温度使用厚度mm调质状态供货的钢板多层包扎压力容器内筒钢板用于壳体钢板所有厚度20R＞2516MnR＞3815MnVR＞3815MnVNR＞3818MnMoNbR所有厚度13MnNiMoNbR所有厚度Cr-Mo所有厚度20R＜-10＞1216MnR＜-10＞2015MnVR＜-10＞2015MnVNR＜-10＞20钢板名称钢板厚度mm质量等级20R＞3016MnR＞3015MnVR＞2515MnVNR＞2518MnMoNbR＞2513MnNiMoNbR＞2516MnDR＞2015MnNiDR＞2009Mn2DVR＞2009MnNiDR＞20碳素钢和低合金钢钢板使用温度低于-20时，对使用状态及最低冲击试验温度按相应标准高合金钢板一般用GB4237标准。当厚度大于4mm时钢板需保证钢板表面缺陷的厚度不小于钢板的允许最小厚度。对于厚度不大于4mm设计应注明钢板表面质量不锈复合钢板除符合以下规定，还应符合GB8165和GB4733的相应规定。a复合界面的结合剪切强度应不小于200Mpab复合界面的结合率指标及超声检测范围，应在图样或相应技术文件中说明c基板和复材均为GB150所规定的碳素钢和低合金钢钢板或锻件，复材也为GB150中的高合金钢钢板d复合钢板应在热处理后供货，基层的状态应符合GB150规定e复合钢板使用范围应符合基材和复材使用范围的规定当碳素钢及低合金钢钢管使用温度低于-20时，其使用状态为正火状态。另外，钢管的工艺性能试验（压扁、扩口等）要求，应根据钢管使用使用时的加工工艺和各钢管标准中的相应规定提出。锻件级别检验项目检验数量硬度（HB）逐件检查同冶炼炉号、同炉热处理的锻件组成一批，每批抽检一件超声检测逐件检查拉伸（b超声检测逐件检查a锻件的标准及许用应力按附录中的规定b锻件的形状有筒形锻件、环形锻件、饼形锻件、碗形锻件、长颈法兰锻件和条形锻件。c锻件按使用要求分成,,,级,具体见下表锻件的使用技术要求可按JB4726《压力容器用碳钢和低合金钢锻件》、JB4726-27《低温压力容器用低合金钢锻件》以及JB4728《压力容器用不锈钢锻件》当碳素钢及低合金钢锻件使用温度低于-20时，其热处理状态及最低冲击试验见有关标准为了避免螺栓与螺母咬死，螺母的硬度一般要比螺栓低HB30低合金钢螺柱使用温度低于-20时应进行使用温度下的低温冲击试验，其要求见有关标准螺栓和螺母的组合可见下表螺栓用钢螺母用钢钢材标准使用温度范围Q235-AQ235-AGB700＞0~300Q235-AGB699＞-20~3003515GB699＞-20~35040MnB,40MnVB,40Cr35,40Mn,45GB3077＞-20~40030CrMoA30CrMoAGB699-100~50040Mn,45GB3077＞-20~40035CrMoA30CrMoA,35CrMoA GB3077 -100~500 35CrMoVA 35CrMoA,35CrMoV GB3077 ＞-20~500 30CrMoA GB3077 ＞-20~500 25CrMoVA 25Cr2MoA GB3077 ＞-20~550 1Cr5Mo 1Cr5Mo GB1221 ＞-20~600 2Cr13 1Cr13,2Cr13 GB1220 ＞-20~450 25Cr2MoVA GB3077 ＞-20~550 0Cr19Ni9 0Cr19Ni9 GB1220 -196~700 0Cr17Ni12Mo2 0Cr17Ni12Mo2 GB1220 -196~700 SW6《过程设备强度计算软件包》，以下简称SW6- 98。该软件包是以国标GB150《钢制压力容器》； GB151《钢制管壳式换热器》；GB12333《钢制球形 储罐》；JB4710《钢制塔式容器》；JBxxxx《钢制 卧式容器》及HG20582《钢制化工容器强度计算规定》 为编制依据。它的运行环境为WINDOWS系统，此软 件在运行过程中直观、方便、灵活。 该软件包含了10个设备计算程序，每个设备计算程序既可进行设备的整体计算，也可进行该设备中某一个 零部件的单独计算。 1SW6-98 在一个设备计算程序中，各数据输入页面可方便的随意切换 计算结果可用两种形式输出。一种是屏幕显示，另一种是通过WORD以表格形式打印输出或作为文件存放 SW6-98软件有10个设备级计算程序，一个零部件计算程序和一个用户材料数据库管理程序。每 个计算程序有对应的一组图标，只要点击图标就 能使某个程序运行。 SW6-98对一种设备的输入数据文件都规定了一个后缀名。 10个设备计算程序和一个零部件计算程序的后缀名见下表 程序计算内容 输入数据文件 名后缀名 程序计算内容 输入数据文 件名后缀名 塔设备 col 浮头式换热器 efe 填函式换热器 efe 带夹套立式容器 （带或不带搅拌） rec 高压设备 hpv 卧式容器 htk 球形储罐 sph 固定管板换热器 fix 非圆形容器 ncv 形管换热器uex 零部件 par D:sw6aa 浆式反应釜 120-05 098 200 1200 1400 20 085