压力容器设计人员培训班讲稿-容规2009.ppt
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1、2009年江苏省D类压力容器设计人员培训班,在D类压力容器设计中如何执行压力容器安全技术监察规程江苏省化工机械研究所有限责任公司韩 建 新,0.概述:0.1 容规在特种设备安全监察法规中的作用,我国特种设备法规体系的构成(五个层次)法律 特种设备安全法(调整特种设备安全各方面 关系,明确各方面责任,解决安全监察工作 法律地位问题)行政法规 特种设备安全监察条例(为安全监察工作 的依据,解决安全监察制度的建立问题)行政规章 事故处理规定等(管理要求,解决安全监 察工作程序问题)安全技术规范 各项技术规程、规则(安全监察工作 的主体,解决特种设备安全性能基本要求问题)TSG 特种设备安全技术规范
2、TSG R0004-2008固定式压力容器安全技术监察规程(报批中)安全技术规范引用的标准(基础,解决特种设备安全监 察的技术支撑问题),0.概述:0.1 容规在特种设备安全监察法规中的作用,容规在压力容器设计中的地位 作为安全技术规范,是对设计人员在设计工作中的强制性约束因素。压力容器的设计、制造(组焊)、安装、使用、检验、修理和改造,均应执行规程。规程是压力容器质量监督和安全监察的基本要求,技术标准、部门规章、单位规定与规程不一致时,宜按高的要求执行。规程是压力容器安全技术监督和管理的的依据,不涉及具体技术细节,除容规中引用的标准应强制执行外,只要产品符合其安全要求即可。,0.概述:0.1
3、 容规在特种设备安全监察法规中的作用,容规与标准的关系 容规和强制性标准都具有强制性;推荐性标准的采用是志愿的,只有被法规引用后才具有 强制性。容规只提出安全技术的基本要求,不过多涉及具体的 技术方法;标准指导技术方法的实现,是规范的技术支撑。标准具有相对的统一性、固定的特征、在理论上是可协 调的;法规因国家和文化特征的差异,技术贸易壁垒等,各国 不统一。标准一般只针对某种产品、某种工艺;法规不仅可针对某种产品,还可覆盖某一行业/领域。法规标准应当相互融合,协调发展,互不排斥,一起构 成和谐统一的体系。,0.概述:0.2 容规管辖范围与GB150的适用范围的主要区别,容规与GB150的适用情况
4、比较,容规与GB150的适用情况比较(续表),0.概述:0.3 容规的内容:,第一章 总则第二章 材料第三章 设计第四章 制造第五章 安装、使用管理与修理改造第六章 定期检验第七章 安全附件第八章 附则附件一 压力容器的应力等级、品种、介质毒性程度和易燃介质的划分附件二 全国月平均最低温度低于零下20和零下10的地区附件三 压力容器产品质量证明书附件四 压力容器档案卡片附件五 安全阀和爆破片的设计计算附件六 产品铭牌与注册铭牌附件七 受压元件产品质量证明书,第一章.总 则:1.1 容规规定的适用范围,1)同时具备的三个条件(容规第2条第1款):最高工作压力(pw)大于等于0.1Mpa(不含液体
5、静压力);内直径(非圆形截面指其最大尺寸)大于等于0.15m,且容积(V)大于 等于 0.025m3;盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。2)需符合容规第三、四、五章规定的压力容器(容规第2条第1款)3)容规不适用的压力容器(容规第3条),1.1 容规规定的适用范围,注:1.判断容规管辖范围是指最高工作压力而不是设计压力。最高工 作压力是指正常使用过程中,容器顶部可能出现的最高压力。2.容器内主要介质为最高工作温度低于标准沸点的液体时,如气相空 间(非瞬间)大于等于0.025m3,且最高工作压力大于等于0.1Mpa 时,也属容规管辖。3.条例中压力容器定义:“.压力与
6、容积的乘积大于或等于 2.5MpaL”,在容规未作修订时,仍然按原定义。4.外压容器根据具体结构分析,一般不会出现最高工作压力(pw)大于等于0.1Mpa的状况。5.容积计算时按名义尺寸计算,且不扣除内件的体积。6.正常运行最高工作压力小于0.1Mpa,瞬间承受压力大于等于0.1Mpa 的压力容器容规不管辖,但“消毒、冷却等工艺过程中需要短 时承受压力大于等于0.1Mpa的压力容器”属容规管辖,主要是 考虑如发酵罐等设备的大型化和重要性。,1.1 容规规定的适用范围,4)容规的适用范围还包括:(1)适用范围内压力容器所用的安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、安全联锁装置、压力表、液位计、测温仪表
7、等安全附件。(2)除本体外:压力容器与外部管道或装置焊接连接的第一道环向焊接接头的焊接坡口、螺纹连接的第一个螺纹接头、法兰连接的第一个法兰密封面、专用连接件或管件连接的第一个密封面;压力容器开孔部分的承压盖及其紧固件;非受压元件与压力容器本体连接的连接焊缝。,第一章.总 则:1.2 压力容器分类,1.2.1 容规中压力容器分类原则:1)符合第2条适用范围的压力容器;2)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。1.2.2 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)0.1Mpap1.6Mpa 中压(代号M)1.6Mpap10Mp
8、a 高压(代号H)10Mpap100Mpa 超高压(代号U)p100Mpa,第一章.总 则:1.2 压力容器分类,1.2.3 压力容器的品种:1)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。,第一章.总 则:1.2 压力容器分类,1.2.3 压力容器的品种:2)按压力容器的结构特点、材料等,分为 固定式压力容器、移
9、动式压力容器;管壳式余热锅炉;球形储罐;低温储存容器;(特指结构为双层壳体中间绝热,内 壳体承压,介质为低温液体的储存容器)高强度级别材料制造的容器;搪玻璃压力容器等。,第一章.总 则:1.2 压力容器分类,1.2.4 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:1)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14、附表12中所列介质的分类确定。2)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()最高允许浓度 0.1mg/m3;高度毒性()最高允许浓度 0.11.0 mg/m3;中度毒性()最高允许浓度 1.010
10、 mg/m3;轻度毒性()最高允许浓度 10 mg/m3。3)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。,第一章.总 则:1.2 压力容器分类,1.2.5 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,详见容规第6条1、2、3款。注:1.按容规划分类别的压力容器必须是符合第2条适用范围的 压力容器。2.第2条第2款中所列的压力容器其设计、制造和安装、使用管 理与修理改造应符合容规的要求。也要按相应条件划分 压力容器类别。3.多腔压力容器的类别划分:1)
11、分别按各腔的设计压力、容积等进行类别划分;2)按照类别高的压力腔作为该容器的类别,并按该类别进行 使用管理;3)按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。4.图样中技术特性表中的容器类别应按“第三类”、“第二类”、“第一类”的型式标注。,压 力 容 器 类 别 的 简 明 判 断,压力容器类别划分举例:,1)工作压力Pw=0.07Mpa,设计压力P=0.1Mpa,充装系数0.9的反应容器。无类别2)换热器工作压力Pw=5Mpa,设计压力P=5Mpa,换热面积F=2m2,筒体直径=1595。无类别3)一储存容器,工作压力Pw=0.5Mpa,设计压力P=0.6Mpa,介质为纯净水,温度为
12、50,容积V=1m3,充装系数0.9。一类压力容器4)一储存容器,工作压力Pw=0.3Mpa,设计压力P=0.33Mpa,筒体直径=2400,温度为40,材料为07MnCrMoVR。三类压力容器5)一搪玻璃容器,工作压力Pw=1.5Mpa,设计压力P=1.6Mpa,容积V=5m3,介质为硫酸,温度为80。三类压力容器6)一容器,工作压力Pw=0.2Mpa,设计压力P=0.22Mpa,介质为极度危害,温度为50,容积V=0.8m3。二类压力容器7)一储存容器,设计压力P=0.79Mpa,介质为易燃,设计温度为50,容积V=5m3。二类压力容器,容规修订版中关于压力容器分类,1.分类时考虑的因素:
13、1.1 介质分组 第一组介质:毒性程度为极度危害、高度危 害的 化学介质;易燃介质;液化气体。第二组介质:由除第一组以外的介质组成,如水 蒸汽、氮气等。1.2 压力容器分类方法 压力容器应当先按照介质组别,选择分类图,再根据设计压力P(单位MPa)和容积V(单位为L),标出坐标点,确定压力容器类别。(引入危害性、失效模式的概念,从单一因素、单一理念上对压力容器进行分类监管,突出本质安全思想。国际接轨、使划分更明确),图A1 第一组介质的压力容器分类图,图A2 第二组介质的压力容器分类图,第二章.材 料:2.1 容规中压力容器用材料的范围:,2.1.1 材料指压力容器用材的统称,包括焊接材料;2
14、.1.2 容规中规定的压力容器用材料的范围包括:1.钢制压力容器用材料(包括钢板、锻件、钢管、螺柱等);2.压力容器用铸铁、铸钢材料;(第15条、第16条规定)3.压力容器用有色金属(包括铝、钛、铜、镍及其合金)。(第1721条规定)2.1.3 钢制压力容器用材料的力学性能、弯曲性能和冲击实验要求,应符合GB150的有关规定;,第二章.材 料:2.2 容规中对压力容器用材料的要求:,2.2.1 压力容器用材料的质量及规格,应符合相应的国家标 准、行业标准的规定,其使用方面的要求应当符合相应压力容器产品标准的规定;2.2.2 压力容器材料的生产应经国家安全监察机构认可批准。压力容器专用钢板的生产
15、单位应当取得相应的特种设备制造许可证。新标准:GB713-2008锅炉和压力容器用钢板 正在起草和报批的:GB3531低温压力容器用低合金钢钢板 GB19189压力容器用调质强度钢 GB承压设备用不锈钢钢板及钢带 JB/T4726承压设备用碳素钢和低合金钢锻件 JB/T4733压力容器用爆炸焊接复合板 JB/T4727低温承压设备用低合金钢锻件 JB/T 4728承压设备用不锈钢锻件,第二章.材 料:2.2 容规中对压力容器用材料的要求:,2.2.3 压力容器选材除应考虑力学性能和弯曲性能外,还应 考虑与介质的相容性;材料与介质的相容性,如:湿H2S应力腐蚀环境时,对碳钢和低合金钢的性能有规
16、定,碳当量有限制,材料使用状态有要求,焊后热处 理等;NaOH溶液(或与烃类混合物)环境时,碳钢和低合金 钢制压力容器,如不进行焊后热处理,则使用温度有 限制;氢腐蚀环境时,设计温度大于等于200,碳素钢、珠 光体耐热钢在一定温度和氢分压下使用,碳素钢和珠 光体耐热钢需进行消除应力热处理;,第二章.材 料:2.2 容规中对压力容器用材料的要求:,液氨应力腐蚀环境下,碳钢和低合金高强度钢的性能有 规定,碳当量有限制,焊接有要求,焊后热处理等,对 温度和含水量也有一定规定;干氯气环境时,不能选用钛材,因为钛材遇到干氯气会 发生爆炸;搪玻璃压力容器用钢板的含碳量不要超过0.19%,含碳量 高影响搪烧
17、时搪玻璃层质量;考虑介质对压力容器用材的腐蚀性,如海水不能用304;考虑介质的特性,如毒性为高度、极度危害的不能选用 Q235-B;考虑容器使用温度、压力等因素,如压力P1.6Mpa,或温度t350时,不能选用Q235-B材料等。,第二章.材 料:2.2 容规中对压力容器用材料的要求:,2.2.4 对材料中元素的控制:1.用于焊接结构压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢,其含碳量不应大于0.25%;(碳含量高影响焊接性能)2.压力容器专用钢材的磷含量不应大于0.030%;(降低钢的塑性和韧性,尤其是低温韧性)3.压力容器专用钢材的硫含量不应大于0.020%。(产生热脆,导致开裂,并使焊缝产生
18、气孔和裂纹)在GB713中Q245R(20R)、Q345R(16MnR)钢板的含磷量降低为不大于0.025%,含硫量不大于0.015%。对于高强度钢和低温用钢其硫、磷含量要求更高。,第二章.材 料:2.2 容规中对压力容器用材料的要求:,2.2.5 压力容器受压元件采用国外材料应符合的要求:1.应选用国外压力容器规范允许使用且国外已有使用实例的材料,其使用范围应符合材料生产国相应规范和标准的规定;2.技术要求一般不得低于国内相应材料的技术指标;(如磷、硫含量,冲击试样的取样部位、取样方向和冲击指标等)3.制造单位应有该材料的质量证明书,首次使用前,应进行焊接工艺评定和焊工考试,并对化学成分、力
19、学性能进行复验;4.国内材料生产单位按国外牌号生产的材料,应通过产品鉴定并经国家安全监察机构批准。5.国内首次使用抗拉强度下限大于等于540Mpa的材料,应进行报批。,第二章.材 料:2.2 容规中对压力容器用材料的要求:,2.2.6 压力容器受压元件采用新材料应符合的要求:1.新材料指新研制的材料(包括国内外没有应用实例的进口材料)或未列入GB150等标准的材料;2.应将试验验证资料和第三方的检测报告提交全国容标委进行技术评审并获容标委的准许试用的证明文件;3.报省级安全监察机构审核、国家安全监察机构批准,方可进行试制、试用。通过一定周期的试用验证,进行型式试验或技术鉴定后,报国家监察机构备
20、案。,第二章.材 料:2.3 压力容器设计时需考虑的材料检验要求:,2.3.1 用于制造压力容器壳体的碳素钢和低合金钢钢板,符合下例条件之一,应逐张进行超声检验:1.盛装介质毒性为极度、高度危害的压力容器;(合格等级为级)2.盛装介质为液化石油气且硫化氢含量大于100mg/l的压力容器;(合格等级为级)3.最高工作压力大于等于10Mpa的压力容器;(合格等级为级)4.GB150第2章和附录C、GB151、GB12337及其他国家标准和行业标准中规定应逐张进行超声检验的钢板;(合格等级按相应标准的规定)5.移动式压力容器。(合格等级为级),第二章.材 料:2.3 压力容器设计时需考虑的材料检验要
21、求:,2.3.2 压力容器的主要受压元件及对材料的复验要求:1.压力容器的主要受压元件包括:筒体、封头(端盖)、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、开孔补强圈、设备法兰;球罐的球壳板;换热器的管板和换热管;M36以上的设备主螺栓及公称直径大于等于250mm的接管和管法兰。2.复验内容:钢板包括表面质量和材料标志;化学成分;力学性能、冷弯性能;超声检验等。锻件按国家标准或行业标准规定的项目。3.主要受压元件用材的复验:1)用于制造第三类压力容器的钢板必须复验;2)用于制造第一、二类压力容器的钢板当设计图样要求复验或用户要求复验时,应复验。(修订:因实行材料生产单位行政许可制度,取消三类容器的钢板
22、必须复验的条款),第二章.材 料:2.4 主要受压元件的材料代用:,2.4.1 制造单位对主要受压元件的材料代用,原则上应事先由原设计单位设计更改批准文件;2.4.2 制造单位有相应的设计资格,且代用材料优于被代用材料(仅限于16MnR、20R、Q235系列钢板,16Mn、10、20锻件或钢管的相互代用),可由制造单位的设计部门批准并承担相应责任,同时需向原设计单位备案。原设计单位有异议时,应及时向制造单位反馈。,第三章.设 计:3.1 容规对压力容器设计单位及设计图样的要求:,3.1.1 设计单位:1.压力容器的设计单位资格、设计类别和品种范围的划分应符合压力容器设计单位资格管理与监督规则(
23、注)的规定;(设计单位实施行政许可制度)2.设计单位应对设计质量负责;3.设计单位不准在外单位设计的图样上加盖压力容器设计资格印章。注:压力容器压力管道设计单位资格许可和管理规则已由 TSG R1001-2008压力容器压力管道设计许可规则取代,自2008年4月30日施行。,第三章.设 计:3.1 容规对压力容器设计单位及设计图样的要求:,3.1.2 设计图样:(1)压力容器的设计总图(蓝图)上,必须加盖压力容器设计资格印章(复印章无效);(2)设计总图上应有设计、校核、审核人员的签字;(3)设计总图上应注明:1)压力容器名称、类别;(建造所依据的主要标准)2)设计条件(包括压力、温度、介质、
24、腐蚀欲量、焊缝系数、自然基础条件等);工作条件:如最高工作压力、工作温度、介质毒性程度和特殊的腐蚀条件等。设计条件:设计载荷(包括压力在内的所有应当考虑的载荷)、3)主要受压元件材料牌号及材料要求;4)主要特性参数;,第三章.设 计:3.1 容规对压力容器设计单位及设计图样的要求:,3.1.2 设计图样:5)制造要求;6)热处理要求;7)防腐蚀处理要求;8)无损检测实验要求。9)耐压试验和气密性试验要求。10)安全附件的规格和订购特殊要求。11)压力容器铭牌的位置。12)包装、运输、现场组焊和安装要求。13)其它特殊要求等。(详见第30条)(4)为防止压力容器超寿命运行引发的安全问题,设计单位
25、一般应在设计图样上注明压力容器设计使用寿命。,第三章.设 计:3.2 压力容器设计文件:,3.2.1 压力容器设计文件包括:设计图样、技术条件、强度计算书,必要时还应包括设计或安装、使用说明书。3.2.2 强度计算书:1)强度计算书内容应包括:设计条件、所用规范和标准、材料、腐蚀欲量、计算厚度、名义厚度、计算应力等;2)钢制压力容器受压元件的强度计算,以及安全系数的选取,应按照GB150、GB151、GB12337和JB4732等标准的有关规定执行;3)对某些结构特殊的受压元件按常规标准无法解决强度计算时,局部可以参照JB4732规定的方法进行分析计算。(按JB4732进行局部分析计算的单位可
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