容规宣贯-设计章讲稿zhanglish.ppt
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1、1,容规宣贯,固定式压力容器安全技术监察规程设计江苏省特种设备安全监督检验研究院 缪春生2009年10月,2,容规宣贯设计,主要变化1、设计资质 国内外关于设计单位资质管理要求的不同目前,境内实行设计单位资质行政许可,但对境外设计单位没有实施行政许可制度。对采用国际标准或境外标准设计制造的压力容器,改变目前单纯由国家质检总局特种设备局批准的行政方式。本规程颁布后,国家质检总局特种设备安全监察局将组织安全技术委员会压力容器分委会归纳、提炼其中的基本安全要求,并与境外主要压力容器产品标准进行比较分析,形成按境外压力容器标准设计制造在中国境内使用的压力容器设计制造指南。今后,凡是按境外标准设计制造的
2、压力容器,也必须符合本规程的基本安全要求。对于采用国际标准或者境外标准设计的压力容器,在向国家质检总局申请审查批准时,进行设计的单位(包括境内外的设计单位、制造单位或者工程公司)应当同时提供一份设计与本规程基本安全要求的符合性申明,由国家质检总局对其设计文件和申明与我国压力容器基本安全要求的符合性进行审查,并做出是否批准的决定。在制造监检或者进口产品安全性能监督检验过程中,如果发现其产品安全性能不符合本规程要求,将予以处罚。,3,容规宣贯设计,2、设计文件设计条件 压力容器的设计委托者应当以正式书面形式向设计单位提出压力容器设计条件,保障设计输入条件的可靠性。设计条件至少包含以下内容:(1)操
3、作参数(包括工作压力、工作温度范围、液位高度、接管载荷等);(2)压力容器使用地及其自然条件(包括环境温度、抗震设防烈度、风和雪载荷等);(3)介质组分与特性;(4)预期使用年限;(5)几何参数和管口方位;(6)设计需要的其他必要条件。强度计算书的问题(要求全部提供)对第类压力容器,设计时要求设计者出具包括主要失效模式、风险控制等内容的风险评估报告。设计单位认为必要时,还应当包括安装与使用维修说明;,4,容规宣贯设计,3、节能要求 对压力容器的设计提出基本的节能降耗要求。4、液化气体压力对盛装液化气体的固定式压力容器,原来规定50饱和蒸气压力为设计压力,现修改为工作压力。5、安全系数调整 通过
4、专项研究,调整钢材安全系数。对钢材规则设计,抗拉强度的安全系数由3.0调整为2.7、屈服强度的安全系数由1.6调整为1.5;分析设计,抗拉强度的安全系数由2.6调整为2.4、屈服强度的安全系数1.5不变。同时,钛及钛合金、镍及镍合金规则设计抗拉强度的安全系数相应地由3.0调整为2.7。除钢材、钛镍及其合金外,其他有色金属、螺栓、铸铁等尚未开展有关研究,故其安全系数暂不调整。,5,容规宣贯设计,6、焊接接头系数 对焊接接头系数只提出要考虑对强度削弱的原则要求,具体取值按引用标准选取,不在法规中列出具体焊接接头系数。明确不允许降低焊接接头系数而免除无损检测。7、快开门结构的要求 明确快开门结构的定
5、义(指进出容器通道的端盖或者封头和主体间带有相互嵌套的快速密封锁紧装置的容器,用螺栓(例如活节螺栓)连接的不属于快开门式压力容器),并要求在设计时考虑疲劳载荷因素的影响。强调快开门应当具有安全联锁功能,不再强调安全联锁装置。同时,去掉“同步的报警功能”要求。,6,容规宣贯设计,3.1 设计单位资格及责任(1)对设计质量负责 压力容器设计许可证=设计类别、级别和品种范围应当符合压力容器压力管道设计许可规则规定;原28条;释义:本条为对设计单位资格及责任的通用要求。1.条例第十一条,对压力容器设计单位实行行政许可制度2.具体规定见安全技术规范TSG R1001-2008压力容器压力管道设计许可规则
6、。,7,容规宣贯设计,(2)不具有”应力分析设计许可项目”资格者,可以进行:总体采用规则设计标准,局部参照分析设计标准 进行压力容器受压元件分析计算和设计。原40条;释义:压力容器总体采用规则设计标准,对某些局部或结构可以采用应力分析方法进行强度校核,但校核所取材料许用应力应当是规则设计标准中规定的材料许用应力;其设计、制造仍按规则设计制造标准进行。但是:对于进行分析的该局部,其制造、检验要求应参照“分析设计标准”的相关规定。,8,容规宣贯设计,(3)压力容器的设计应当符合本规程的基本安全要求。采用国际标准(或境外标准)设计的压力容器,设计单位 应当提供设计文件与本规程基本安全要求的符合性申明
7、;主要变化:符合性审查符合国际惯例。我国对境外压力容器设计单位尚未实施许可(在境外,一般没有独立的压力容器设计单位,其设计往往由工程公司或制造单位进行)。为保证采用国际标准或境外标准设计制造的压力容器符合我国压力容器的基本安全要求,有必要对其设计文件进行与我国基本安全要求的符合性审查。目前,这种审查采取国家质检总局(特种设备局)对设计文件进行审查批准的方式进行,境内外设计、制造单位如果直接采用国际标准或境外标准设计制造在中国境内使用的压力容器,则制造前需将设计文件报国家质检总局(特种设备局)申请批准,国家质检总局对设计文件与我国压力容器基本安全要求的符合性进行审查,并做出是否批准的决定。,9,
8、容规宣贯设计,(4)压力容器的设计单位应当向设计委托方提供完整的设计文件。主要变化:99版容规中第33条1款规定“压力容器的设计单位,应向压力容器的使用单位或压力容器制造单位提供设计说明书、设计图样和技术条件。”现将这一要求做为对设计单位的基本要求调整到此处。-“设计委托方”的定义确切,包括使用单位和制造单位。很多时候设计单位不直接向使用单位提供设计文件,而是通过制造单位提供(设计文件包括在产品出厂资料中,参见本规程(4)产品出厂资料的规定)。-“完整的设计文件”要求,即本规程3.4条所规定的设计文件,特别是关于所有压力容器都要求提供强度计算书或者应力分析报告。,10,容规宣贯设计,3.2 设
9、计许可印章(1)压力容器的设计总图上,必须加盖压力容器设计许可印章(复印章无效),设计许可印章失效的设计图样和已加盖竣工图章的图样不得用于制造压力容器;(2)压力容器设计许可印章中的设计单位名称必须与所加盖的设计图样中的设计单位名称一致。主要变化:原28条和29条取消了原28条规定的试设计方式,“经压力容器设计单位批准机构指定的图样”-不再要求一定是蓝图;设计资格印章改为设计许可印章。,11,容规宣贯设计,3.3 设计条件设计委托方应当以正式书面形式向设计单位提出压力容器设计条件。设计条件至少包含以下内容:(1)操作参数;(2)压力容器使用地及其自然条件;(3)介质组分与特性;(4)预期使用年
10、限;(5)几何参数和管口方位;(6)设计需要的其他必要条件。主要变化:新增条款。,12,容规宣贯设计,释义:明确设计委托方的责任,以规范设计条件的提出。设计委托方可以是:压力容器的使用单位(用户)、制造单位或者工程公司以及设计单位自身的工艺室等,设计委托方有责任向压力容器设计单位提供充分、准确的设计条件,有利于设计者考虑的因素更加全面。-对于批量制造或者定型产品,设计、制造单位可以自行提出设计条件,但应当满足预期使用条件的要求;-对于小型、简单压力容器,可以根据实际情况适当简化设计条件内容。-第(4)项“预期使用年限”为设计委托方提出的希望,设计者应当与委托方进行协商,根据压力容器使用工况、选
11、材、安全性和经济性合理确定压力容器的设计使用年限(也称设计寿命)。-设计需要的其他必要条件一般指选材要求、防腐蚀要求、表面处理、特殊试验、安装运输要求等。,13,容规宣贯设计,3.4 设计文件 3.4.1 通用要求(1)设计文件包括:强度计算书(或应力分析报告)、设计图样、制造技术条件、风险评估报告(适用于第类压力容器),设计单位认为必要时,还应当包括安装与使用维修说明;主要变化:原33条-原规定:“对移动式压力容器、高压压力容器、第三类中压反应压力容器和储存压力容器,设计单位应向使用单位提供强度计算书。”-现要求设计单位向设计委托方提供所有压力容器的强度计算书或者应力分析报告(包括、类容器的
12、)。压力容器强度计算书或者应力分析报告是压力容器使用管理、定期检验、失效分析、事故处理、安全监察的重要支持性技术文件,不管是什么类别的压力容器,都必须提供给设计委托方(使用单位)。,14,容规宣贯设计,3.4.1 通用要求(2)装设安全阀、爆破片装置的压力容器,设计文件还应当包括压力容器安全泄放量、安全阀排量和爆破片泄放面积的计算书;无法计算时,设计单位应当会同设计委托单位或者使用单位,协商选用超压泄放装置。主要变化:无变化,15,容规宣贯设计,3.4.2 设计总图3.4.2.1 总图的审批 设计总图要求履行审批手续。对于第类压力容器,应当有压力容器设计单位技术负责人或者其授权人的批准签字。主
13、要变化:TSG R1001-2008压力容器压力管道设计许可规则中规定了设计文件的审批手续。释义:-本条强调对所有第类压力容器加强设计管理,还应当有压力容器设计单位技术负责人的批准签字;-如果是授权人签字方式,则应当有压力容器设计单位技术负责人的授权书。,16,容规宣贯设计,3.4.2.2 总图的主要内容压力容器的设计总图上,至少应当注明以下内容:(1)压力容器名称、类别,设计、制造所依据的主要法规、标准;(2)工作条件,包括工作压力、工作温度、介质毒性和爆炸危害程度等;(3)设计条件,包括设计温度、设计载荷(包含压力在内的所有应当考虑的载荷)、介质(组分)、腐蚀裕量、焊接接头系数、自然条件等
14、,对储存液化气体的储罐应当注明装量系数,对有应力腐蚀倾向的储存容器应当注明腐蚀介质的限定含量;(4)主要受压元件材料牌号与标准;(5)主要特性参数(如压力容器容积、换热器换热面积与程数等);(6)压力容器设计使用年限(疲劳容器标明循环次数);(7)特殊制造要求;(8)热处理要求;(9)无损检测要求;(10)耐压试验和泄漏试验要求;(11)预防腐蚀的要求;(12)安全附件的规格和订购特殊要求(工艺系统已考虑的除外);(13)压力容器铭牌的位置;(14)包装、运输、现场组焊和安装要求。,17,容规宣贯设计,主要变化:-某些术语用词规范确切。-增加一些重要内容,例如:(1)设计、制造所依据的主要法规
15、、标准;(2)工作条件,包括工作压力、工作温度、介质毒性和爆炸危害程度等;(4)主要受压元件材料标准;(6)压力容器设计使用年限(疲劳容器标明循环次数),即设计寿命;(11)预防腐蚀的要求等。设计中应当考虑的载荷往往不仅限于压力,还有重力载荷、风载、地震以及接管载荷等,图样中应当注明,便于使用者、制造方和检验方对设备设计的了解。-删除99版容规第56条,在(8)已有要求;涉及制造要求部分,在本规程4.6中进行规定。,18,容规宣贯设计,3.4.2.3 特殊要求-例如下列情况:-(1)多腔压力容器分别注明多腔的试验压力,有特殊要求时注明共用元件两侧允许的压力差值,以及试验步骤和试验要求;(2)装
16、有触媒的压力容器和装有充填物的压力容器,注明使用过程中定期检验的技术要求;(3)由于结构原因不能进行内部检验的压力容器,注明计算厚度、使用中定期检验的要求;(4)不能进行耐压试验的压力容器,注明计算厚度和制造与使用的特殊要求;(5)有隔热衬里的压力容器,注明防止受压元件超温的技术措施;(6)要求保温或者保冷的压力容器,提出保温或者保冷措施。主要变化:为落实节能降耗政策,提出了“保温或保冷的压力容器,应当提出保温或保冷措施”要求。,19,容规宣贯设计,3.5 设计方法可以采用:规则设计方法 或 分析设计方法。-必要时:试验方法或可对比的经验设计方法,但是应当按照本规程1.9的规定通过技术评审。压
17、力容器设计单位应当基于本规程3.3所述的设计条件,综合考虑所有相关因素、失效模式和足够的安全裕量,以保证压力容器具有足够的强度、刚度、稳定性和抗腐蚀性,同时还应当考虑裙座、支腿、吊耳等与压力容器主体的焊接接头的强度要求,确保压力容器在设计使用年限内的安全。主要变化:删除99版容规第48、52条,只在本条中原则规定。本条还明确规定了设计的目标 规定了可采用的设计方法:规则设计方法 或 分析设计方法。必要时:试验方法或可对比的经验设计方法,20,容规宣贯设计,释义:规则设计方法:采用弹性失效准则,对容器各处实际存在的应力一般不进行严格而详细的计算,在对材料、结构、制造、检验等作出相应限定后,用比较
18、简单的计算公式确定元件厚度以确保容器安全性的设计方法。我国的GB150、美国的ASME-1以及日本JIS B 8265第2、第3种容器的设计即属此。分析设计法:计及容器各种可能失效模式中的大多数,采用弹塑性失效准则,对容器各处应力进行比较严格而详细的计算,并针对不同类应力在各失效模式中所起的不同作用而采用不同的限制条件,对材料、结构、制造和检验的要求也相对较高较严的设计方法。我国的JB4732、美国的ASME-2以及日本JIS B 8265第1种容器的设计即属此。,21,容规宣贯设计,可对比的经验设计方法:对某些难以用解析方法进行应力分析的压力容器元件,容器结构复杂难以确定结构要素,并且所设计
19、的容器具有长期使用经验,可以借助在用容器的使用经验证明该元件的结构参数是否合理或确定其最大许用工作压力。可对比的经验设计属于经验设计范畴。试验方法:对某些难以用解析方法或者数值方法进行应力分析的压力容器元件,借助应力测定或验证性压力试验等以证实该元件的结构参数是否合理或确定其最大许用工作压力的方法。在国外的先进国家的技术标准中均给出了相应的方法和评价准则,我国的压力容器标准中也将提供这类方法。,22,容规宣贯设计,3.6 风险评估对第类压力容器,设计时应当出具包括主要失效模式和风险控制等内容的风险评估报告。主要变化:新增条款释义:设计阶段进行风险评估,是世界压力容器界提出的基于失效模式设计理念
20、的产物,该方法最早在欧洲开始实施,后来的澳大利亚标准中也采用了这个理念。AS1210-1997中要求设计者开始进行风险管理,通过危害识别、风险评估和风险控制来完成风险管理在设计阶段的工作。设计阶段进行风险评估的目的如下:全面分析压力容器在使用过程中可能出现的失效,提出规避这些失效的方法和措施,保证容器的本质安全;依据风险工程的理论,评价风险的水平,采取措施来控制风险水平;告诉容器的用户容器可能出现的破坏形式,以及当发生破坏时应该采取的措施,便于制定合适的应急预案;向压力容器用户提供足够的信息,保证容器的安全使用。根据我国的基础,目前我们仅仅在第类压力容器中实施风险评估,具体做法将在技术标准中规
21、定。,23,容规宣贯设计,3.7 节能要求设计应当充分考虑节能降耗原则,应符合以下要求:(1)充分考虑压力容器的经济性,合理选材,合理确定结构尺寸;(2)对换热容器进行优化设计,提高换热效率,满足能效要求;(3)对有保温或者保冷要求的压力容器,要在设计文件中提出有效的保温或者保冷措施。主要变化:新增条款释义:节能降耗是综合性很强的工作,需要有效的工作体系支撑和保证。按照国家相关产业政策及节能法规,从设计工作的源头上,原则上要求设计人员树立节能减排的意识。要充分考虑压力容器经济性,但绝非是单纯追求减小容器的壁厚、减轻容器的重量,这里涉及到诸多方面的考虑因素,至少包括:确保其使用要求的前提下,选择
22、尽量简单的结构形式;确保其使用年限的前提下,尽量选择低价格的耐用材料和适当的腐蚀裕量;确保其强度、刚度、稳定性的安全前提下,具有尽可能小的元件结构尺寸;确保其制造质量的前提下,尽量降低制造难度、减少检验检测环节中的过高要求。,24,容规宣贯设计,3.8 安全系数确定压力容器材料许用应力(或者设计应力强度)的最小 安全系数,见表3-1至表3-3的规定。安全系数低于这些规定时,应当符合本规程1.9的要求。,表注-从略,3.0,4.0,1.6,25,容规宣贯设计,主要变化:安全系数降低:1、国内钢材质量的提高 2、容器产品的国际竞争力 释义:-虽然境外标准多用“材料许用应力系数”来描述本条的内容,但
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