GB150及压力容器设计基础共70页
GB150钢制压力容器
Steel pressure vessels
主要内容
1、总论 2、受压元件 3、外压元件（园筒和球壳） 4、开孔补强 5、法兰 6、低温压力容器（附录C） 7、超压泄放装置（附录B）
主要内容
1、总论
2、受压元件 3、外压元件（园筒和球壳） 4、开孔补强 5、法兰 6、低温压力容器（附录C） 7、超压泄放装置（附录B）
1、总论
各厚度之间的相互关系
1、总论
1.4 设计参数
1.4.4 许用应力 许用应力是材料力学性能与相应安全系数之比值：
σb/nb σs/ns σD/nD σn/nn 当设计温度低于20℃取20℃的许用应力。
主要内容
1、总论
2、受压元件
3、外压元件（园筒和球壳） 4、开孔补强 5、法兰 6、低温压力容器（附录C） 7、超压泄放装置（附录B）
1、总论
1.4 设计参数
1.4.1 压力（6个压力） Pw 正常工况下，容器顶部可能达到的最高压力 Pd 与相应设计温度相对应作为设计条件的容器顶部的最高压力 Pd≥PW Pc 在相应设计温度下，确定元件厚度压力（包括静液柱） Pt 压力试验时容器顶部压力 Pwmax 设计温度下，容器顶部所能承受最高压力， 由受压元件有效厚度计算得到。 Pz 安全泄放装置动作压力 Pw＜Pz ≤(1.05-1.1)Pw Pd ≥Pz
2、受压元件——园筒和球壳
2.1园筒和球壳
园筒和球壳壁厚是根据弹性力学最大主应力理论中径公式导出：
H
4
Di2
Pc
Di
Di Pc
4
t
Pc Dil
2 ·l
Pc Di
2
t
1
Pc Di
GB150.1~4-2011《压力容器》新旧版内容对照表
修订 150.1 4.3.3c
制造单位对其制造的每台容器产品应在容器设计使用年限 内至少保存下列技术文件备查： 设计一般规定 “失效措施” 载荷 内压、外压或最大压差 载荷,其中b)增加“当液体静压力小于设计压力的5%，可 忽略不计。” （原“内装物料”改为“内装介质”）
修订 150.1 4.3.2b
修订 150.1 4.3.2c 未变 150.1 4.3.2d 未变 150.1 4.3.2e 未变 150.1 4.3.2f 未变 150.1 4.3.2g 未变 150.1 4.3.2h 修订 150.1 4.3.2i 未变 150.1 4.3.2j 修订 150.1 4.3.3 未变 150.1 4.3.3a
未变 150.1 4.2.2.3c
制造单位的检查部门在容器制造过程中和完工后，…… 3.2.2.2.2
修订 150.1 4.2.2.3d
制造单位在检验合格后，出具产品质量合格证
3.2.2.2.4
修订 150.1 4.2.2.3e
修订 150.1 4.3 新增 150.1 4.3.1 修订 150.1 4.3.2 未变 150.1 4.3.2a
3.5.6
新增 150.1 4.3.8
容器元件的名义厚度和最小成形厚度一般应标注在设计图 样上。
修订 150.1 4.4
许用应力
3.6
安全系数3.0改为2.7；1.6改为1.5；表1中增加“钛及钛
修订 150.1 4.4.1
其他金属材料制容器按本部分相应标准中列入的材料允许 使用温度确定 本标准适用的结构形式 本标准适用钢制容器的结构形式按本部分以及GB150.2~4 的相应规定。
GB150-1998 1 1.1
新GB150 压力容器设计基础、总论
23
失效准则及设计理论基础
•压力容器设计理论基础
压力容器的结构部件应力状态的计算 GB150标准的计算方法 整体部件：薄膜无力矩理论；边缘区域总体上不考 虑（不排除个别区域的计及）。 JB4732标准的计算方法 整体部件：弹性力学的分析结果 ；局部区域采用应 力分析，或应力指数法。
6
设计管理与标准、法规的选用
压力容器设计依据
• GB150标准范围内的压力容器： 应依据GB150进行设计，并符合以GB150为基础标 准的相关标准的规定。当设计温度小于以钢材蠕变 控制其许用应力的相应温度时，还可选用JB4732标 准进行设计（单位和个人应具备相应资格）。当设 计的压力容器在《固容规》范围内时还必须符合 《容规》的规定。
s按Biblioteka 四强度理论的强度条件为2 1
2 2
2 3
1 2
2 3
1 3
[ ]
试验结果表明第四强度理论比第三强度理论与试验结果符合得更好。
22
失效准则及设计理论基础
•压力容器设计理论基础
压力容器的设计准则
GB150 常规设计： 弹性失效、第一强度理论；
JB4732 分析设计： 塑性或弹塑性失效、第三强度理论；
•压力容器相关法规体系构成 法律—行政法规—部门规章—安全技术规范—引用标准”五个层次。 第一层次：法律 根据宪法和立法法的规定，全国人民代表大会及其常委会制定法律。 如安全生产法、劳动法和已颁布的《特种设备安全法》。
9
压力容器相关法规及标准体系构成
《中华人民共和国特种设备安全法》由中华人民共和国 第十二届全国人民代表大会常务委员会第3次会议于 2013年6月29日通过，2013年6月29日中华人民共和国主 席令第4号公布。《中华人民共和国特种设备安全法》 分总则，生产、经营、使用，检验、检测，监督管理， 事故应急救援与调查处理，法律责任，附则7章101条， 自2014年1月1日起施行。
GB 150压力容器讲解
GB150-1998《钢制压力容器》讲解一、概述1、标准适用的压力范围GB150－1998《钢制压力容器》设计压力P：0.1～35 MPa ；真空度：≥0.02 MPaJB4732－95《钢制压力容器-分析设计标准》设计压力P：0.1～100 MPa真空度：≥0.02 MPaJB／T4735－1997《钢制焊接常压容器》设计压力P：圆筒形容器：-0.02 MPa≤P≤0.1 MPa立式圆筒形储罐、圆筒形料仓 -500Pa≤P≤0.2000 Pa矩形容器：连通大气JB4710－2000《钢制塔式容器》设计压力P：0.1～35MPa(对工作压力<0.1MPa内压塔器,P取 0.1MPa)高度范围 h>10m 且h/D(直径)>52.设计时应考虑的载荷1) 内压、外压或最大压差；2) 液体静压力(≥5%P)；需要时，还应考虑以下载荷3) 容器的自重（内件和填料），以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷；4) 附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷；5) 风载荷、地震力、雪载荷；6) 支座、座底圈、支耳及其他形式支撑件的反作用力；7) 连接管道和其他部件的作用力；8) 温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力；9) 包括压力急剧波动的冲击载荷；10) 冲击反力,如流体冲击引起的反力等；11) 运输或吊装时的作用力。
3、设计单位的职责1) 设计单位应对设计文件的正确性和完整性负责。
2) 压力容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。
3) 压力容器的设计总图应盖有压力容器设计资格印章。
4．容器范围GB150管辖的容器范围是指壳体及其连为整体的受压零部件1) 容器与外部管道连接2) 接管、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件3) 非受压元件与受压元件的焊接接头。
接头以外的元件，如加强圈、支座、裙座等4) 连接在容器上的仪表等附件。
直接连接在容器上的超压泄放装置。
GB 150-2011(压力容器)目录及关键词
4.3.8 4.4 4.5 4.6 4.6.1 4.6.2 4.6.3 4.6.4 4.7 4.8 4.9 附录A 附录B 附录C 附录D 附录E 附录F
11 12 13 14 14 14 15 15 15 15 15 16 17 27 28 32 33
GB 150.2-2011 章节 1 2 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.1.6 4.1.7 4.1.8 4.1.9 4.1.10 4.1.11 4.1.12 4.1.13 规范应用文件 总则
GB 150.4-2011 1 2 3 4 5 6 7 8 8.1 8.2 8.3 9 9.1.1 9.1.1 9.1.2 9.1.3 略 10 10.2 10.3 10.3.1 10.3.2 10.4 10.5 10.6 10.7 11 11.4 11.4.9 11.4.10 11.5 无损检测 无损检测实施时机 射线和超声检测 范围 规范性引用文件 名词术语 总则
压力容器第1部分《通用要求》 目录 内容关键词
（第1页） 页数 5 5 5 5 5 5 6 6 7 7 8 9 10 10 10 10 11 11 11 11
术语与符号（5种压力，3种温度，3种温度） 通用要求 通则 资格与职责 设计一般规定 设计单位设计依据 载荷（设计时应考虑得载荷） 确定设计压力或计算压力，应考虑内容 设计温度的确定 工况组合及设计备注 厚度附加量 壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度 碳素钢、低合金钢制容器不小于3mm 高合金钢制容器一般不小于2mm 容器元件的名义厚度和最小成形厚度一般应标注在设计图样上 许用应力 焊接接头分类和焊接接头系数（如何选取系数） 耐压试验 通用要求（分类及基本要求）试验液体见150.4 耐压试验压力（含内压和外压） 耐压试验应力校核 耐压试验的免除 泄漏试验 焊接接头结构设计要求（参照150.3-2011 附录D） 超压泄放装置，参照附录B（P17） 标准符合性声明及修订 超压泄放装置（动作压力、整定压力、设计爆破压力、标定爆破压力） 以2验证性爆破试验确定容器设计压力 对比经验设计方法 局部结构应力分析和评定 风险评估报告
GB 150压力容器讲解
GB150-1998《钢制压力容器》讲解一、概述1、标准适用的压力范围GB150－1998《钢制压力容器》设计压力P：0.1～35 MPa ；真空度：≥0.02 MPaJB4732－95《钢制压力容器-分析设计标准》设计压力P：0.1～100 MPa真空度：≥0.02 MPaJB／T4735－1997《钢制焊接常压容器》设计压力P：圆筒形容器：-0.02 MPa≤P≤0.1 MPa立式圆筒形储罐、圆筒形料仓 -500Pa≤P≤0.2000 Pa矩形容器：连通大气JB4710－2000《钢制塔式容器》设计压力P：0.1～35MPa(对工作压力<0.1MPa内压塔器,P取 0.1MPa)高度范围 h>10m 且h/D(直径)>52.设计时应考虑的载荷1) 内压、外压或最大压差；2) 液体静压力(≥5%P)；需要时，还应考虑以下载荷3) 容器的自重（内件和填料），以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷；4) 附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷；5) 风载荷、地震力、雪载荷；6) 支座、座底圈、支耳及其他形式支撑件的反作用力；7) 连接管道和其他部件的作用力；8) 温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力；9) 包括压力急剧波动的冲击载荷；10) 冲击反力,如流体冲击引起的反力等；11) 运输或吊装时的作用力。
3、设计单位的职责1) 设计单位应对设计文件的正确性和完整性负责。
2) 压力容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。
3) 压力容器的设计总图应盖有压力容器设计资格印章。
4．容器范围GB150管辖的容器范围是指壳体及其连为整体的受压零部件1) 容器与外部管道连接2) 接管、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件3) 非受压元件与受压元件的焊接接头。
接头以外的元件，如加强圈、支座、裙座等4) 连接在容器上的仪表等附件。
直接连接在容器上的超压泄放装置。
GB150钢制压力容器基础知识
GB150 钢制压力容器基本解析一、压力容器类别及制造许可证级别划分二、压力容器分类《容规》中压力容器分类原则：✓符合第2条适用范围的压力容器；✓根据压力容器的压力等级、品种、介质的毒性程度和爆炸危险程度进行划分。
压力容器的压力等级：根据压力容器的设计压力（p）划分为四个压力等级低压（代号L）0.1Mpa≤p＜1.6Mpa中压（代号M）1.6Mpa≤p＜10Mpa高压（代号H）10Mpa≤p＜100Mpa超高压（代号U）p≥100Mpa压力容器的品种：✓按生产工艺过程中的作用原理，分为：反应压力容器（代号R）：主要用于完成介质的物理、化学反应的压力容器；换热压力容器（代号E）：主要用于完成介质的热量交换的压力容器；分离压力容器（代号S）：主要用于完成介质的流体压力平衡和气体净化分离的压力容器；储存压力容器（代号C）：主要用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器。
✓按压力容器的结构特点、材料等，分为◆固定式压力容器、移动式压力容器；◆管壳式余热锅炉；◆球形储罐；◆低温存储容器；◆高强度级别材料制造的容器；◆搪玻璃压力容器等。
压力容器中化学介质的毒性程度的分级和爆炸危险程度的划分：✓按照HG20660《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》中表1～4、附表1～2中所列介质的分类确定。
✓HG20660中未列入的，可查找《化学危险品手册》中的参数，按以下原则确定其毒性程度极度毒性（Ⅰ）最高允许浓度< 0.1mg/m3；高度毒性（Ⅱ）最高允许浓度0.1～<1.0 mg/m3；中度毒性（Ⅲ）最高允许浓度1.0～<10 mg/m3；轻度毒性（Ⅳ）最高允许浓度≥ 10 mg/m3。
✓爆炸危险介质的确定：气体或液体的蒸气、薄雾与空气混合形成爆炸混合物，其爆炸下限小于10％，或其爆炸下限与上限的差值大于、等于20％的介质。
《容规》中压力容器类别的划分：根据压力容器的压力等级、品种、介质的毒性程度和爆炸危险程度划分为三类.1)下列情况之一的，为第三类压力容器：◆高压容器；◆中压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质)；◆中压储存容器(仅限易娥或毒性程度为中度危害介质，且PV乘积大于等于10Mpa.m3)；◆中压反应容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且PV乘积大于等于0.5Mpa.m3)；◆低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且PV乘积大于等于0.2Mpa.;m3)；◆高压、中压管壳式余热锅炉；◆中压搪玻璃压力容器；◆使用强度级别较高(指相应标准中抗立强度规定值下限大于等于540MPh)的材料制造的压力容器◆移动式压力容器，包括铁路罐车(介质为液化气体、低温液体)、罐式汽车[液化气体运输(半挂)车、低温液体运输(半挂)车、永久气体运输(半挂)车]和罐式集装箱(介质为液化气体、低温液体)等；◆球形储罐(容积大于等于50m3)；◆低温液体储存容器(容积大于5m3)。
GB 150压力容器讲解
GB150-1998《钢制压力容器》讲解一、概述1、标准适用的压力范围GB150－1998《钢制压力容器》设计压力P：0.1～35 MPa ；真空度：≥0.02 MPaJB4732－95《钢制压力容器-分析设计标准》设计压力P：0.1～100 MPa真空度：≥0.02 MPaJB／T4735－1997《钢制焊接常压容器》设计压力P：圆筒形容器：-0.02 MPa≤P≤0.1 MPa立式圆筒形储罐、圆筒形料仓 -500Pa≤P≤0.2000 Pa矩形容器：连通大气JB4710－2000《钢制塔式容器》设计压力P：0.1～35MPa(对工作压力<0.1MPa内压塔器,P取 0.1MPa)高度范围 h>10m 且h/D(直径)>52.设计时应考虑的载荷1) 内压、外压或最大压差；2) 液体静压力(≥5%P)；需要时，还应考虑以下载荷3) 容器的自重（内件和填料），以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷；4) 附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷；5) 风载荷、地震力、雪载荷；6) 支座、座底圈、支耳及其他形式支撑件的反作用力；7) 连接管道和其他部件的作用力；8) 温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力；9) 包括压力急剧波动的冲击载荷；10) 冲击反力,如流体冲击引起的反力等；11) 运输或吊装时的作用力。
3、设计单位的职责1) 设计单位应对设计文件的正确性和完整性负责。
2) 压力容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。
3) 压力容器的设计总图应盖有压力容器设计资格印章。
4．容器范围GB150管辖的容器范围是指壳体及其连为整体的受压零部件1) 容器与外部管道连接2) 接管、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件3) 非受压元件与受压元件的焊接接头。
接头以外的元件，如加强圈、支座、裙座等4) 连接在容器上的仪表等附件。
直接连接在容器上的超压泄放装置。
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压力容器失效准则及设计理论基础
压力容器的失效形式
❖ 强度失效
爆破，过度变形
❖ 稳定性失效
失稳
❖ 刚性失效
泄漏（法兰），变形
❖ 疲劳失效
疲劳裂纹、开裂
❖ 腐蚀失效
均匀腐蚀（以腐蚀裕量解决） 晶间腐蚀（超低碳不锈钢） 应力腐蚀（H2S、NH3等介质，拉应力和腐蚀介质共同作用）
压力容器的概念
正确使用法规、标准、规范
❖ 法规与标准、规范的关系 ❖ 正确使用标准规范（摘自ASME前言）
压力容器的建造包括选材、设计、制造、检验、试验等一系列工作内容 标准规范包括了对压力容器建造工作的如下三方面的基本内容：强制性要
求，特殊禁用规定，非强制性指南 标准规范不可能涉及容器建造的所有方面、细节，对于那些没有提及的内
容不应该认为是被禁用的 标准规范不是手册，它不能替代培训、经验和工程评价 工程评价是由知识渊博、熟悉标准应用的设计师作出的技术评价，必须同
标准规范的原则相一致，绝不能以工程评价或经验为借口来否定标准规范 的强制性要求或特殊禁用规定 设计和分析所用工具和方法是随着技术进步而变化的，希望工程师们在应 用这些工具时作出可靠的判断 标准所制定的规则，不能理解为任何一种专有或特定的设计准则，不能限 制设计人员自行选择符合规范规则的设计方法或结构形式。
压力容器失效准则及设计理论基础
强度理论
❖ 最大主应力理论——第一强度理论
1 3
当最大拉应力达到某一极限值时材料失效，理论上适用于脆性材料
❖ 最大拉应变理论——第二强度理论
当最大拉伸应变达到某一极限值时材料失效，不适用于金属材料
❖ 最大剪应力理论——第三强度理论
处于复杂应力状态下的材料，当其承受的最大剪应力达到某一极限状
边缘区域总体上不考虑边缘应力的影响（锥壳除外）：封头与筒体分 别计算，不考虑结构不协调而引起的应力
❖ 确定材料许用应力的安全系数
对于板材、锻件、管材和密封螺栓具有不同的确定许用应力的系数 螺栓因工作条件不明确无法预测，因此安全系数较大 直径越小的螺栓安全系数越大，是因为过力超载更容易拧断
GB150 钢制压力容器
压力容器的概念
压力容器的划定范围
❖ 受压元件：容器中直接承受压力载荷（包括内压和外压）的零部件 ，如容器壳体元件、开孔补强圈、外压加强圈等
❖ 非受压元件：为满足使用要求而与受压元件直接焊接成为整体，不 承受压力载荷（只承受重力载荷）的零部件，如支座、吊耳、垫板 等
❖ GB150和《容规》明确规定了压力容器的范围，是指壳体及其连 为整体的受压零部件（受压元件）
压力容器的概念
压力容器的分类
❖ 根据生产过程作用原理：反应压力容器（R），换热压力容器（E ），分离压力容器（S），储存压力容器（C，其中球罐B）
❖ 根据设计压力p等级：低压（0.1MPa≤p<1.6MPa），中压（ 1.6MPa≤p<10MPa ），高压（ 10MPa≤p<100MPa ），超 高压
Steel pressure vessels
主要内容
1、总论 2、受压元件 3、外压元件（园筒和球壳） 4、开孔补强 5、法兰 6、低温压力容器（附录C） 7、超压泄放装置（附录B）
主要内容
1、总论
2、受压元件 3、外压元件（园筒和球壳） 4、开孔补强 5、法兰 6、低温压力容器（附录C） 7、超压泄放装置（附录B）
❖ 图面技术要求与内容
制造要求，焊接要求，检测要求，检验要求 技术特性表（设计数据表），管口表
❖ 工作流程：工程图，施工图，竣工图
压力容器的概念
压力容器的设计管理
❖ 设计管理制度
设计人员条件 设计人员业务考核 设计人员岗位责任制 设计工作程序 设计条件的编制与审查 设计文件的签署、标准化审查、质量评定 设计文件的管理、更改、复用 设计资格印章的使用与管理 等等
态时，材料进入塑性流动而失效 工理论——第四强度理论
考虑了三个主应力对材料强度的共同影响
压力容器失效准则及设计理论基础
GB150压力容器常规设计
❖ 基于第一强度理论，弹性失效，不允许进入塑性变形 ❖ 结构部件的应力状态计算
薄膜无力矩理论：将整体部件视为厚度方向应力相同的薄膜，只能承 受拉、压应力，不能承受弯曲应力
❖ 根据《容规》分为一、二、三类压力容器，其中三类压力容器为介 质危害程度高或材料强度级别高或其它原因技术要求较高而不允许 微量泄漏的容器
❖ 根据压力容器压力管道设计许可证分类：A1、A2、A3、A4，C1 、C2、C3，D1、D2，SAD
❖ 根据压力容器制造许可证分类： A1、A2、A3、A4、A5，B1、 B2、B3，C1、C2、C3，D1、D2
压力容器的概念
压力容器
❖ 盛装压力介质的密闭容器 ❖ 尺寸容积形状，压力和温度条件，介质，制造材料
涉及压力容器的基本法规和标准
❖ 《特种设备安全监察条例》，国务院，2019.6.1 ❖ 《压力容器安全技术监察规程》，国家质监总局，2000.1.1 ❖ 《压力容器、压力管道设计单位资格许可与管理规则》，2019.1.1 ❖ 《锅炉压力容器制造监督管理办法》，2019.1.1 ❖ GB150《钢制压力容器》 ❖ JB4732《钢制压力容器——分析设计标准》 ❖ JB/T4735《钢制焊接常压容器》 ❖ GB151《管壳式换热器》
压力容器失效准则及设计理论基础
失效准则
❖ 强度失效准则
弹性失效准则：GB150，不允许材料进入塑性变形 塑性失效准则：JB4732，全截面屈服进入塑性状态方为失效 爆破失效准则：超高压容器设计，材料应变强化、断裂方为失效
❖ 刚性失效准则
刚性不足，屈曲、跨塌（外压失稳）
❖ 疲劳断裂失效准则
压力容器的概念
压力容器的设计
❖ 各级设计人员：设计，校核，审核，批准（设计技术负责人），审 定（技术总负责人，总工程师）
❖ 设计任务书：标识，结构，介质，管口表，操作条件，设计条件， 设计寿命，主材，载荷条件，其它
❖ 设计文件：
设计任务书 计算书 图样：总图，装配图，部件图，零件图，等 说明书