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1.1 GB150适用范围压力：适用于设计压力不大于35MPa,

不低于0.1MPa及真空度高于0.02MPa温度：钢材允许使用温度

适用范围

适用范围

1、总论1.2 GB150管辖范围容器壳体及与其连为整体的受压零部件1)容器与外部管道连接 焊缝连接第一道环向焊缝端面

法兰连接第一个法兰密封面螺纹连接第一个螺纹接头端面 专用连接件第一个密封面 2)接管、人孔、手孔等的封头、平盖及紧固件 3)非受压元件与受压元件焊接接头(如支座、垫板、吊耳等) 4)连接在容器上的超压泄放装臵

1、总论1.3 容器的失效形式压力容器在载荷作用下丧失正常工作能力称之为失效。压力容器设 计说到底是壁厚的计算，壁厚确定主要是对材料失效模式的判别:弹性失效 壳体应力限制在弹性范围内，按弹性强度理论，壳体承 载在弹性状态。

塑性失效 壳体应力限制在塑性范围内，按塑性强度理论，壳体承 载在塑性状态。爆破失效 限。 压力容器失效表现为强度(断裂、泄漏)、刚度(泄漏、变形)和 稳定性(失稳)。 壳体爆破是承载能力最大极限，表示材料承载能力的极

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 安全泄放装臵动作压力

Pw<Pz ≤(1.05-1.1)PwPd ≥Pz

1、总论1.4 设计参数1.4.2 温度 Tw 在正常工况下元件的金属温度，实际工程中，往往以介质的温度表示 工作温度。 Tt 压力试验时元件的金属温度，工程中也往往以试验介质温度来表示 试验温度。 Td 在正常工况下，元件的金属截面的平均温度，由于金属壁面温度计 算很麻烦，一般取介质温度加或减10-20℃得到。

1、总论1.4 设计参数1.4.3 壁厚(6个厚度)

δc 计算厚度，由计算公式得到保证容器强度，刚度和稳定的厚度δd 设计厚度，δd =δc +C2(腐蚀裕量) δn 名义厚度，δn =δd +C1(钢材负偏差)+△(圆整量)

δe 有效厚度，δe=δn-C1-C2=δc+△δmin 设计要求的成

形后最小厚度，δmin≥δn-C1 (GB150 3.5.6壳体加工成形后最小厚度是为了满足安装、运输中刚度 而定；而δmin是保证正常工况下强度、刚度、寿命要求而定。) δ坯 坯料厚度δ坯=δd +C1+△+C3 (其中：C3 制造减簿量，主要考虑材料(黑色，有色)、工艺(模压 ，旋压；冷压，热压),所以C3值一般由制造厂定。)

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)

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 t 4

1

4 t

Pc Di

Pc Di l Pc Di t 2 · l 2 中径(Di+δ)替代Di

2

2 t

Pc Di

1

4 Pct

Pc Di

2

2 Pct

Pc Di

适用范围Pc 0.4 , 相当于K 1.5

2、受压元件——园筒和球壳 H , 是以 K D0 1.2 薄壁容器内径公式导出，认为应力是均匀分布。 Di 随壁厚增加K值增大，应力分布不均匀程度加大，当K=1.5时，由薄壁公式 计算应力比拉美公式计算应力要低23%,误差较大；当采用(Di+δ)替代 Di内径后，则其应力仅相差3.8%,这样扩大了公式应用范围(K≤1.5), 误差在工程允许范围内。

园筒受力图

2、受压元件——园筒和球壳园筒环向应力是轴向应力2倍，最大主应力为环向应力，所以公 式中焊接接头系数为纵向焊缝接头系数。 而球壳环向应力和径向应力是相等。按中径公式可推导出，球壳 壁厚

Pc Di t 4 Pc适用范围Pc≤0.6[σ]tΦ,相当于K≤1.353 公式中焊接接头系数为所有拼接焊缝接头系数。

2、受压元件——封头2.2 封头椭圆封头 2.2.1

1)应力分布 标准椭圆封头(a/b=2)应力分布： r pa

pa

pa 2

pa

r

2、受压元件——封头径向应力σr为拉伸应力，封头中心最大，沿径线向封头底边逐渐 减小。 周向应力σθ封头中心拉伸应力，并沿径线向封头底边逐渐减小， 由拉伸应力变为压缩应力，至底边压应力最大。且a/b越大，底部压应 力愈大。出于上述考虑，GB150规定a/b≯2.6。 所以在内压作用下，封头短轴要伸长，长轴要缩短称之为趋园现象 ，在曲面与直边相连部分，封头底边径向收缩

,园筒径向胀大，在边界 力作用下产生附加弯距(弯曲应力),封头上最大应力为薄膜应力和弯 曲应力之和。

2、受压元件——封头

2、受压元件——封头2.2.1 计算公式

2 0.5Pct

KPc Di

K 其中：

max (封头上最大总应力) 表示为封头形状系数， (园筒周向应力)

可近似理解为，椭圆封头壁厚是园筒壁厚的K倍。

a/b越大，越扁平，长轴收缩多，变形越大，应力也大。 K与Di/2hi关系查表 7.1

2、受压元件——封头3)稳定性在内压作用下，长轴缩短，产生压应力，存在周向失稳可能，标准 控制最小厚度来保证。(GB150 表7-1 下部说明) 在外压作用下，短轴缩短，产生压应力，球面部分存在失稳可能， 用图表法进行校核计算。

2、受压元件——封头2.2 封头 0

2.2.2 碟形封头1)应力分布 碟形封头由球面、环壳和园 筒组成，应力分布与椭圆封头相 似。 径向应力 σr为拉伸应力， 在球面部分均匀分布，至环壳应 力逐渐减小，到底边应力降至一 半。 周向应力 σθ在球面部分为 均匀分布拉伸应力，环壳上为压 缩应力，在连接点到底边逐渐减 小，而在球面与环壳连接处最大 。 r

Ri 2r0h r0 2

碟形壳的应力与变形