【原】高压容器设计

压力容器设计圈 2022-09-30 发布于江苏

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先简单说一下自己曾经犯过的错误。多年前第一次来南京，上班第一天领导分配给我三台高压换热器强度核算（工作压力都20多兆帕）。按照GB150.1中1.5规定，P×DN超限了。正版SW6软件不能计算，只能用盗版的。由于条件图模糊不清，只能连蒙带猜，再加上当时对伯明翰线规不是太了解，误把线规号码BWG12当成壁厚1.2,换热器用SW6计算结果都合格。在后期设计的时候，生成word时才发现换热管外压计算不合格。吃一堑长一智，之后对于换热器设计，中高压的换热器我都会引起警觉，换热管外压是否合格，一定要生成计算书检查换热管的外压计算。

涉及到企业商业机密，本文就不赘述多层包扎高压容器的设计了,只针对常规高压容器:国标高压容器设计和ASME高压容器设计。

一、按照GB150或JB/T4732设计的高压容器

1.圆筒与封头的连接(GB150.3 附录D.2.2)

只说明一点：高压球形封头用球缺。

2. 开孔补强

2.1安放式接管(GB150.3附录D.3.3)

采用此结构是壳体开孔处的钢板截面上应无分层现象。GB150中有4种安放式结构，但高压容器一般用的比较多的结构就是以下2种。

2.2 嵌入式接管(GB150.3附录D.3.2)

嵌入式接管一般用于封头中心部位的接管与封头或其他特殊部件的连接。可以采用SW6 整锻件补强计算。

3. 高压密封的结构形式（GB150.3附录C）

还有一个高压密封用得比较多的结构：透镜垫密封。

HG/T20582-2011第17章有透镜垫的详细计算过程。设计用的比较多的是金属平垫和八角垫，但根据一些老工程师的多年使用的经验，八角垫不太好压紧，优选平垫密封，比如齿形垫。

4. 高压螺栓的设计要求

4.1 35CrMoA、30CrMoA材质的螺柱的技术要求:

1.材料的化学成分和热处理后的机械性能应符合GB150的规定。

2.热处理后每个螺柱、螺母须经硬度检查，螺柱硬度=241~286HB，螺母硬度=187~229HB。

3.螺柱粗加工后须进行超声检测,按NB/T47013.3-2015 UT-I级为合格。

4.螺柱、螺母精加工后螺纹进行磁粉检测,按NB/T47013.4-2015 MT-I级为合格。表面不允许有碰伤、毛刺等缺陷存在。

5.螺纹基本尺寸按GB/T196-2003规定;螺纹公差按GB/T197-2003中规定的，

螺柱5h-L, 螺母6H-L,螺纹牙底倒圆。

6.螺柱、螺母的其他尺寸公差按GB/T3103.1中的A级。

7.螺柱、螺母表面须经磷化处理。

8.外露螺柱需要设置保护罩保护。

9.其余制造、检验及验收按GB150-2011中的要求。

10.压试验合格后螺栓再次进行磁粉检测,按NB/T47013.4-2015 MT-I级为合格。

另附高压螺栓、螺母、垫圈及液压上紧装置标准。

5. 无损检测

纵、环焊缝采用100% TOFD +100% MT检测

C、D、E类接头MT检测，技术等级荧光磁粉检测。科普下荧光和非荧光法。

荧光法：采用荧光磁粉，在黑光灯下观察磁痕。

非荧光法：采用普通黑色磁粉或者红色磁粉，在正常光照条件下观察磁痕（低中压设备）。

6. 热处理

筒体变形率超标，碳钢、合金钢材料需要做恢复材料性能热处理。

附GB150对高压容器的一些规定。

1、δ≥12mm 的碳素钢和低合金钢板（不包括多层压力容器的层板）用于制造压力容器壳体时，应逐张进行超声检测，合格等级不低于Ⅱ级。

2、壳体用钢板厚度≥12mm时，应逐张进行超声检测，Ⅱ级合格。

3、设计压力≥4.0MPa时，不得采用GB/T 8163 的10、20和Q345D钢管。

4、设计压力≥1.6MPa时，受压元件不得采用Q235 系列钢板。

5、若采用安放式接管，则壳体开孔处的钢板截面上应无分层现象：

(1)开孔处壳体钢板进行超声检测，Ⅱ 级合格。

(2)镗孔后壳体钢板截面应进行磁粉或渗透检测，Ⅰ级合格。

二、按照ASME Ⅷ-1或Ⅷ-2卷设计的高压容器

直接拿我曾经设计的一台设备举例说明吧。该设备设计压力21 MPa/FV,设计温度570℃；筒体φ810×95,材料 SA-335P91;封头材料SA-387 Gr.91 CL.2；接管、法兰材料SA-182 F91。

1.根据UCS-56判断设备需要热处理，按UW-10整体热处理，封头成型后进行热处理。

2.根据UCS-66判断设备需要冲击（螺栓、螺母除外），按UG-84进行冲击。

3.管道受高温影响，产生的热膨胀对设备进出口管口的热位移计算。

4.筒体采用钢管制造，在软件计算时候考虑钢管的负偏差，负偏差达到12.5%，这个值很大喔。

5. 部分外伸接管是锻管，无法兰连接。很多设计人员会按照ASME B16.5的焊接端坡口尺寸设计法兰对接结构，这个方法是错误的。由于外伸接管后期要和管道连接，因此锻管结构设计要符合ASME B16.25 《管端对接尺寸》。

This Standard applies to any metallic materials for which a welding procedure can be satisfactorily qualified but does not prescribe specific welding processes orprocedures. Unless otherwise specified by the purchaser, it does not apply towelding ends conforming.It dose not apply to welding end conforming to ASMEB16.5, B16.9, or B16.47.