【文章內(nèi)容簡介】 ）應(yīng)遵循GB1277191《流體輸送用不銹鋼焊接鋼管》的規(guī)定。具體要求是：壁厚允許偏差為177。%；；逐根進行蝸流或射線（對大直徑管）及水壓試驗合格；檢測標(biāo)準按JB/《承壓設(shè)備無損檢測》中的相關(guān)部分，水壓試驗壓力為容器設(shè)計壓力的2倍，保壓時間為10秒，管壁無滲漏現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼焊接鋼管的使用范圍規(guī)定如下：容器使用溫度定為0Cr18Ni 00Cr19Ni10 和0Cr18Ni10Ti等鋼號的相應(yīng)允許使用溫度；；管壁厚不大于8mm；不得用于毒性程度為極度危害的介質(zhì)；。4．4 鋼鍛件鋼鍛件的標(biāo)準及許用應(yīng)力按GB150表45的規(guī)定，鋼鍛件的標(biāo)準和常用鋼鍛件為： JB47262000《壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件》中的 35和16Mn JB47272000《低溫壓力容器碳素鋼和低合金鋼鍛件》中的16MnD JB47282000《壓力容器用不銹鋼鍛件》中的0Cr18Ni00Cr19Ni10 和0Cr18Ni10。壓力容器受壓元件焊接選用的焊條（焊接材料）的參考原則是：①滿足力學(xué)性能的要求，保持等強度，考慮滿足沖擊韌性和伸長率的要求；②化學(xué)成分相當(dāng)；③根據(jù)工程重要性、危險性、焊接位置、剛性大小、施焊條件、焊接經(jīng)驗選擇焊條；④考慮經(jīng)濟性和容易獲得；碳鋼和低合金鋼之間焊接，一般要求所選用的焊材焊成的焊接接頭，其強度不低于強度較低的一側(cè)母材標(biāo)準抗拉強度下限值，而接頭的韌性和塑性應(yīng)不低于強度較高而塑性韌性較差的母材。首次選用的焊接材料，應(yīng)按JB47082000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》和JB/T47092000《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》的規(guī)定。壓力容器用焊條定貨時，應(yīng)按JB/T 47472002《壓力容器用焊條訂貨技術(shù)條件》。焊接材料的標(biāo)準有：GB/T51171995《碳鋼焊條》； GB/T51181995《低合金鋼焊條》； GB/T9831995《不銹鋼焊條》；GB/T9842001《堆焊焊條》；GB/T149571994《熔化焊用鋼絲》； GB/T149581994《氣體保護焊用鋼絲》；GB/T81101995《氣體保護電弧焊用碳鋼，低合金鋼焊絲》GB424184《焊接用不銹鋼盤條》； GB424284《焊接用不銹鋼絲》； GB434384《惰性氣體保護焊接用不銹鋼棒及鋼絲》。YB/T50911993《惰性氣體保護焊用不銹鋼棒及鋼絲》；YB/T50921996《焊接用不銹鋼絲》；GB/T52931999《埋弧焊用碳素鋼焊絲和焊劑》；GB/T124701999《埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑》；4．6 采用國外鋼材的要求采用國外的鋼材，應(yīng)是國外相應(yīng)壓力容器最新標(biāo)準所允許使用的鋼材；其使用范圍不應(yīng)超出該標(biāo)準的規(guī)定，同時也不應(yīng)超過GB150第4章材料相近鋼材的規(guī)定。4．7 一些鋼材的代用規(guī)定1）鋼材的代用的一般原則是：代用材料應(yīng)與被代用的鋼材具有相同或相近的化學(xué)成分、交貨狀態(tài)、檢驗項目、性能指標(biāo)和檢驗率以及尺寸公差和外形質(zhì)量等。2）代用圖樣規(guī)定的鋼材時，應(yīng)取得原設(shè)計單位的同意。3）鋼板代用：①GB71288《船體用結(jié)構(gòu)鋼》中的A級鋼板，可代用Q235A（不得作受壓元件）；B級鋼板在鋼廠按標(biāo)準要求進行沖擊試驗合格后，可代用Q235C鋼板，未作沖擊試驗的鋼板，則只能代用Q235B鋼板；②GB7131997《鍋爐用碳素鋼和低合金鋼鋼板》中的20g鋼板可代用Q235C鋼板。4）鋼管代用：GB308782《低中壓鍋爐用無縫鋼管》中的10和20鋼管，可代用 GB81631999 《輸送流體用無縫鋼管》中相應(yīng)的鋼管。4．8 特殊工作環(huán)境下的選材 關(guān)于介質(zhì)處于NaOH濕H2S應(yīng)力腐蝕時的選材問題，可見《容規(guī)》126頁，關(guān)于“壓力容器選材與介質(zhì)”的說明。5．內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球體的計算 1）強度理論：內(nèi)壓容器的破壞有四種強度理論，比較為人們接受的有第一、第三和第四強度理論。 ①第一強度理論即最大主應(yīng)力理論，它認為引起材料斷裂破壞的主要因素是最大主應(yīng)力。亦即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要最大主應(yīng)力達到材料單向拉伸斷裂時的最大應(yīng)力值，材料則發(fā)生斷裂破壞，其當(dāng)量應(yīng)力強度為S = б1 。 ②第三強度理論即最大剪應(yīng)力理論，它認為引起材料屈服破壞的主要因素是最大剪應(yīng)力。亦即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要最大剪應(yīng)力達到材料屈服時的最大剪應(yīng)力值，材料則發(fā)生屈服破壞，其當(dāng)量應(yīng)力強度為S = б1б3 。 ③第四強度理論即最大應(yīng)變能理論，它認為引起材料屈服破壞的主要因素是最大變形能。亦即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要其內(nèi)部積累的變形能達到材料單向拉伸屈服時的應(yīng)變能，材料即發(fā)生屈服破壞，其當(dāng)量應(yīng)力強度為：2）GB1501998標(biāo)準中計算公式主要以第一強度理論為基礎(chǔ)（結(jié)果比較接近）。并采用平面應(yīng)力狀態(tài)（忽略第三向應(yīng)力）。如果考慮第三向的應(yīng)力，則是第三強度理論。5．2 內(nèi)壓圓筒計算1）設(shè)計溫度下的計算厚度按下式計算： 公式適用范圍：Pc≤[σ]t 或 Do/Di≤ 式中：δ 圓筒的計算厚度 mm；Pc– 計算壓力，MPa； Di – 圓筒內(nèi)直徑，mm； [σ]t –設(shè)計溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力，MPa； Ф – 焊接接頭系數(shù)。2）公式來源：用第一強度理論，以圓筒平均直徑為基準計算的環(huán)向應(yīng)力，考慮了圓筒內(nèi)壁上最大主應(yīng)力與平均拉應(yīng)力的差值進行了修正，并考慮了縱向焊縫（A類焊接接頭）在強度方面相對于母材的削弱。公式中應(yīng)力的推導(dǎo)是根據(jù)薄膜應(yīng)力理論。3) 公式推導(dǎo)： 設(shè)直徑D筒體受內(nèi)壓力為P的作用，圓筒上的任一小單元上受三個主應(yīng)力環(huán)向應(yīng)力σ1 、軸向應(yīng)力σ2和徑向應(yīng)力σ3的作用，求應(yīng)力時，可通過中心軸線沿縱向?qū)A筒切成兩部分，去除一部分以應(yīng)力代替，根據(jù)力平衡理論，在縱向截面厚度產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力σ1，其合力與外部作用的壓力作用平衡，設(shè)圓筒直徑為D，長度為L，厚度為δ，按平衡關(guān)系則有：2 Lδσ1 = P D Lσ1 = P D/2δ 沿垂直主軸線的截面將圓筒體切開，在圓形橫截面上的應(yīng)力為σ2，產(chǎn)生平衡的條件為：．πDσ2δ =1/4 πD2 P；σ2= P D/4δ徑向應(yīng)力σ3= P ，可見σ1=2σ2，并遠大于σ3 ，故采用σ1 = P D/2δ，即：δ= P D/2σ1 ，令D=Di+δ， P = pc代入，σ1以Ф[σ]t代入，則得到 ： 。4）如已知δn、 Pc、 Di；則圓筒體的計算應(yīng)力σt為： 式中бt≤Ф[σ]t 式中：δe為有效厚度。5）設(shè)計溫度下，筒體的最大允許工作壓力[Pw]為： 5．3 球殼計算1）設(shè)計溫度下的計算厚度公式：2）設(shè)計溫度下，球殼計算應(yīng)力公式： 式中бt≤Ф[σ]t3）設(shè)計溫度下，球殼的最大允許工作壓力公式： ；6．外壓圓筒和外壓球殼的設(shè)計 許多化工石油用的容器，由于工藝原因需要在外壓或真空下操作，如真空罐和真空蒸餾塔，有的容器帶有夾套，夾套內(nèi)是帶壓蒸汽，使內(nèi)筒受到外部壓力。通常，內(nèi)壓低于外壓的容器，稱為外壓容器。 外壓容器的最高工作壓力是指容器在正常使用過程中可能出現(xiàn)的最大壓力差值。對夾套容器，指夾套頂部可能出現(xiàn)的最大壓力差值。 確定外壓容器的設(shè)計壓力時，應(yīng)考慮在正常工作情況下可能出現(xiàn)的最大內(nèi)外壓力差。確定真空容器殼體的厚度時，設(shè)計壓力按受外壓考慮。當(dāng)裝有真空泄放閥，以及相類似的安全控制裝置時，設(shè)計壓力=△P，△P為內(nèi)外壓力差。未裝安全控制裝置時， MPa。容器工作中失效的狀態(tài)有：強度失效，剛度失效和穩(wěn)定失效三種。 ①強度失效：容器在載荷作用下，發(fā)生過量變形或破裂。如內(nèi)壓容器的破壞； ②剛度失效：容器發(fā)生過量的彈性變形，導(dǎo)致喪失正常的承受能力。如容器不能滿足最小厚度要求導(dǎo)致剛度不足而失效； ③穩(wěn)定失效：容器在載荷作用下，形狀突然發(fā)生改變，導(dǎo)致喪失工作能力。如外壓容器的失穩(wěn)破壞。 外壓容器設(shè)計時，必須考慮到上述三種失效的可能性，才能確保容器的安全使用。 在滿足剛度要求的情況下，外壓容器的破壞有兩種形式，即強度不足引起的破壞和失穩(wěn)引起的破壞兩種。因此，設(shè)計應(yīng)包括強度計算和穩(wěn)定性校核。因失穩(wěn)往往在強度破壞之前發(fā)生，故穩(wěn)定性計算是外壓容器設(shè)計中的主要考慮的問題。6． 1受均勻外壓的圓筒（和外壓管子） 在GB150第6章中，外壓圓筒和外壓管子所需的有效厚度δe用查圖計算法，使用的圖為圖62～圖610，計算步驟如下：6．1．1 Do/δe≥20的圓筒和管子1）假設(shè)δn, 令δe =δnC，C=C1+C2 ，定出L/DO和Do/δe Do為筒體的外直徑；L為筒體的計算長度，L值取圓筒上兩相鄰支撐線（此線處的截面有足夠的慣性矩）的距離，其值按圖61的各示圖選取。如圖61a中，L=L1+2hi/3 L1為圓筒部分的長度（含封頭的兩直邊）的總和；hi為封頭曲面深度。2）查圖62，在圖的左方找到L/DO點 ，過此點沿水平線右移，與Do/δe線相交，遇中間值用內(nèi)插法，如L/DO＞50，則取50。若L/DO＜，；3）連此交點沿垂直方向下移，在圖的下方得到系數(shù)A。也可查表61得到A值。4）按所用材料選用圖63～圖610，在圖下方找到系數(shù)A。若A落在設(shè)計溫度下材料線的右方，則過此點上移，與設(shè)計溫度下材料線相交，遇中間溫度值采用插入法，再過此交點水平方向右移，在圖的右方得到系數(shù)B。通過B按下式求出許用外壓力[P]，MPa； 61若所得A值落在設(shè)計溫度下材料線的左方，則計算許用應(yīng)力[P]為： 62 E是設(shè)計溫度下材料的彈性模量，MPa；5）算出的[P]應(yīng)大于或等于PC，PC為計算外壓力，否則，應(yīng)重新按上述步驟重算。直到[P]＞PC，且接近于PC為止。 6．1．2 Do/δe20的圓筒和管子a)，但對Do/δe 4的圓筒和管子的A值應(yīng)按下式計算： ，當(dāng)A，取A=； 由A值，并根據(jù)材料牌號，通過表62至表69中的相應(yīng)曲線數(shù)據(jù)表查B值；b) [P]按下式計算： 式中：σo為應(yīng)力，其值取　 或 或的較小值。c) 算出的[P]應(yīng)大于或等于PC，PC為計算外壓力，否則，應(yīng)重新假設(shè)名義厚度δn，并重復(fù)上述步驟計算。直到[P]＞PC，且接近于PC為止。6．2 外壓球殼 外壓球殼所需的有效厚度按以下步驟計算：假設(shè)δn,令δe =δnC 定出Ro/δe；用式下計算系數(shù)A 根據(jù)相應(yīng)的材料圖查出B，并按式下求出[P]， 如在材料線圖中A落在材料線的左方，則按下式65計算許用壓力： 65[P]應(yīng)大于或等于Pc,否則須再假設(shè)δn,重復(fù)上述計算，直至[P]大于且接近Pc為止。6．3 受外壓圓筒和球殼計算圖的來源簡介6．3．1 失穩(wěn)現(xiàn)象和臨界壓力1）在外壓圓筒壁厚計算中，GB15O采用圖表計算法，用簡單的計算程序，借助兩種圖(表)求出結(jié)果。兩種圖(表)中，一種是僅與幾何形狀參數(shù)有關(guān)的線圖；另一種是僅與材料有關(guān)的線圖。通過查圖表計算許用壓力，從而確定筒體的厚度。計算受均勻外壓下的圓筒殼體的膜應(yīng)力，只需將外壓力代入內(nèi)壓計算公式則可。實際上，通常使用的外壓圓筒形容器，當(dāng)外壓產(chǎn)生的壓應(yīng)力尚未達到材料的屈服點時，就會突然發(fā)生失去原形的壓扁或褶皺現(xiàn)象，這主要是彎曲應(yīng)力引起的，使殼體喪失穩(wěn)定，這種現(xiàn)象，稱為失穩(wěn)。 容器失穩(wěn)分為周向失穩(wěn)和軸（經(jīng)向）向失穩(wěn)兩種，周向失穩(wěn)是因周向壓縮薄膜應(yīng)力所引起，軸向失穩(wěn)是由容器軸向壓縮薄膜應(yīng)力造成的。容器周向失穩(wěn)時，其橫截面由圓形變成波形，軸向失穩(wěn)時，原為直線的素線變?yōu)椴ㄐ尉€。按容器的失穩(wěn)范圍大小，分整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)，通常外壓容器的壓癟屬于整體失穩(wěn)。在某外壓力下，形狀突然發(fā)生改變而產(chǎn)生癟塌的失效形式，稱為失穩(wěn)，斷面由容器被壓癟失穩(wěn)時的最小外壓力，稱為臨界壓力。臨界壓力大小的影響因素與殼體用的材料及其幾何尺寸有關(guān)，幾何尺寸包括圓筒計算長度L、外直徑D0和有效厚度δe,用比值L/ D0和δe/ D0表達。 2）臨界壓力、臨界應(yīng)力與圓筒計算長度的關(guān)系①非常長的圓筒體（長圓筒），兩端的加強件對圓筒抗外壓的能力起不了加強作用，失穩(wěn)時圓筒截面壓癟成二波形，此時對臨界壓力有影響的只是外直徑D0和筒體的有效厚度δe，即δe/ D0，此時的臨界壓力Pcr為： Pcr=(δe/ D0)3 ① 式中：E材料的彈性模量，MPa；根據(jù)臨界壓力求臨界應(yīng)力бcr的公式為бcr=PcrDo/2δe,該公式可改寫為 Pcr=2бcr(δe/ D0)2бcr(δe/ D0)= (δe/ D0)3 бcr/ E =(δe/ D0)2 ①1 在①式中，如采用穩(wěn)定系數(shù)m（即許用壓力為臨界壓力的1/m，并取計算壓力等于許用壓力,通常取m=3）即[P]=Pcr/m 則計算壓力為：令PC=[P]；；式中可解出有效厚度，相應(yīng)的有效厚度為： ，如以m=3 代入，計算得的名義厚度為 。不起作用的最小長度，稱為臨界長度，用Lcr表示，其值為： 當(dāng)L≥Lcr，則該長度為L的圓筒為長圓筒。②中等長度的圓筒，其長度L＜Lcr，此時圓筒的臨界壓力Pcr與L/ D0和δe/ D0有關(guān)，其值為： Pcr=(δe/ D0)2。5/(L/Do) ② 2бcr(δe/ D0)= (δe/ D0)2。5 /(L/Do) бcr/ E =(δe/ D0)1。5/(L/Do) ②1 A=бcr/ E =(δe/ D0