钢制压力容器国家标准GB150-1998标准释义高清晰版

GB 150-1998 《钢制压力容器》 标准释义 全国压力容器标准化技术委员会 GB 150-1998《钢制压力容器》标准释义 2 目 录 一、标准包含内容的变化...............................................................................................................4 二、适用范围...................................................................................................................................4 1. 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 压力......................................................................................................................4 2. 设计温度......................................................................................................................4 3. 真空度..........................................................................................................................5 4. 主要受压元件算式的适用范围 ..................................................................................5 5. 各标准的适用范围及其概况......................................................................................5 三、标准的理论依据及解 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 方法...................................................................................................9 1. 考虑的载荷..................................................................................................................9 2. 计算方法......................................................................................................................9 3. 容器的强度控制........................................................................................................10 四、许用应力值的确定.................................................................................................................11 1. 基本许用应力............................................................................................................11 2. 局部许用应力极限....................................................................................................15 3. 螺栓的许用应力........................................................................................................15 4. 控制失稳的安全系数................................................................................................17 五、各章、节元件计算的理论依据概述.....................................................................................18 1. 内压圆筒（本标准第 5 章）....................................................................................19 2. 内压球壳（本标准第 5 章）....................................................................................19 3. 圆筒受内压并加其他载荷引起的轴向应力作用时的计算 ....................................19 4. 外压圆筒（本标准第 6 章）....................................................................................21 5. 外压球壳和凸面受压的凸形封头 ............................................................................21 6. 外压圆筒加强圈（本标准第 6 章） ........................................................................21 7. 椭圆形封头（本标准第 7 章）................................................................................22 8. 碟形封头（本标准第 7 章）....................................................................................22 9. 球冠封头（本标准第 7 章）....................................................................................23 10. 锥体（本标准第 7 章）..........................................................................................23 11. 锥体大端与圆筒连接处的壁厚（本标准第 7 章） ..............................................23 12. 锥体小端与圆筒体连接处的壁厚（第 7 章） ......................................................24 13. 折边锥体（本标准第 7 章）..................................................................................24 14. 平盖（本标准第 7 章）..........................................................................................25 15. 带法兰球冠形封头（本标准第 7 章） ..................................................................25 16. 开孔补强（本标准第 8 章）..................................................................................26 17. 法兰（本标准第 9 章）..........................................................................................26 18. 非圆形截面容器（本标准附录 D） ......................................................................27 19. 密封结构设计（本标准附录 G） ..........................................................................31 六、材料的改变.............................................................................................................................33 1. 增加的钢号与修订....................................................................................................33 2. 钢板超声波检测要求的改动....................................................................................35 3. 材料的补充 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 （本标准附录 A） ........................................................................36 七、制造、检验与验收.................................................................................................................41 GB 150-1998《钢制压力容器》标准释义 3 八、各章节的主要修改内容.........................................................................................................42 1. 本标准的第 1 章和第 2 章........................................................................................42 2. 第 3 章 总论..............................................................................................................43 3. 第 5 章 内压圆筒和内压球壳 ..................................................................................45 4. 第 6 章 外压圆筒和外压球壳 ..................................................................................45 5. 第 8 章 开孔和开孔补强..........................................................................................46 6. 低温压力容器（本标准附录 C） ............................................................................47 GB 150-1998《钢制压力容器》标准释义 4 一、标准包含内容的变化 按照 1990-1195 年筹划安排的标准系统及 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ，对 GB 150-89 做了以下较大的改变： （1）制订了行业标准 JB 4710-92《钢制塔式容器》，帮在标准中撤消了第 9 章“直立容器”， 及其相关的附录 F“直立容器高振型计算”。 （2）制订了行业标准 JB 4731-xx《钢制卧式容器》，现正在审批中，帮撤消了第 8 章“卧式 容器”。 （3）制订了行业标准 JB4730-94《压力容器无损检测》，撤消了附录 H“钢制压力容器渗透 探伤”。 （4）制订了国家标准 GB 16749-97《压力容器波形膨胀节》，撤消了附录 E“U 形膨胀节”。 上述删改主要考虑了易于查找，方便于复审、修订及使用。现在的日本标准自 1993 年始已 经将原 JIS B 8243 及 JIS B 8250 改成 JIS B8270-JIS B 8285，共 16 个单项标准；欧共体标准 也是按此原则编排的。 （5）按照 GB/T 1.1-1993 的规定增加了“前言”、第 1 章“范围”和第 2 章“引用标准”。 二、适用范围 国家标准 GB 150-1998《钢制压力容器》在下列适用范围内是必须遵循的规定。 1. 设计压力 设计压力最高为 35MPa，最低为 0.1MPa。其中的最高设计压力 35MPa 系沿袭中国石油 化工总公司和机械、化工两部《钢制石油化工压力容器设计规定》；最低设计 0.1MPa 系考 虑与劳动部《压力容器安全监察规程》协调一致，并考虑与大多数国家的容器标准所划的界 限相同［例如，美国 ASME 第 VIII 卷第 1 篇（以下简称 ASME-VIII-1）、英国 BS 5500、日 本 JIS B 8270 等］。 当设计压力高于 35MPa 时，可采用 JB 4732-95《钢制压力容器――分析设计标准》（设 计压力适用范围可达 100MPa）；当设计压力低于 0.1MPa 时，可采用 JB/T 4735-1997《钢制 焊接常压容器》。 2. 设计温度 容器的设计温度是按材料允许使用温度，根据钢材的特性确定，可从-196℃至钢材的蠕 变范围。 具体设计温度范围是： z 非受压容器用碳素钢 ‹ 沸腾钢 0-250℃ ‹ 镇静钢 0-350℃ z 压力容器用碳素钢 -19-475℃ z 低合金钢 -40-475℃ GB 150-1998《钢制压力容器》标准释义 5 z 低温用钢 至-70℃ z 碳钼钢及锰钼铌钢 至 520℃ z 铁素体高合金钢 至 500℃ z 奥氏体高合金钢 -196-700℃（低于-100℃使用时，需补做设计温度下焊接接 头夏比 V 形冲击试验） 3. 真空度 2000mm 水柱（19.61kPa），低于 2000mm 水柱时采用 JB/T 4735-1997《钢制焊接常压容 器》，以考虑经济效用。 4. 主要受压元件算式的适用范围 标准中几个主要受压元件计算式规定的适用范围系考虑公式的精确程度或元件边缘效 应等超出设定的强度、稳定以及刚度范围而定，如表 1 所示。 5. 各标准的适用范围及其概况 我国的钢制容器标准已完备了从常压至 100MPa 体系，为便于选择，列出了 GB 150-1998、JB 4732-95 以及 JB/T 4735-1997 三个标准之间适用范围及其主要的技术要求的区 别及比较，详见表 2（其中 GB 150 的有关详细叙述将在以下各节中说明）。 GB 150-1998《钢制压力容器》标准释义 6 表 1 主要受压元件计算式的适用范围 序号 计算公式 适用范围 备注 1 圆筒 2[ ] i t pD p δ σ φ= − 0.4[ ]tp σ φ≤ 即 K≤1.5 0 1/K D D= K≤1.5，可控制圆筒内壁实 际应力不超过设计应力的 1.25 倍，且外壁应力不会超 出材料的屈服限 2 圆筒 4[ ] i t pD p δ σ φ= − 0.6[ ]tp σ φ≤ 即 0 1/ 1.353D D ≤ K≤1.353，其外壁实际应力 基本相等 3 椭圆形封头 2[ ] 0.5 i t pD K p δ σ φ= − 控制封头厚度不小于封头内直径的 0.15%（标准封头）和 0.30%（非标准封 头）。规定封头直径与封头深度之比 2.6 2 i i D h ≤ 控制封头最小厚度 eδ 为封 头直径的 0.15%或 0.30%，以 防止封头转角区发生稳定失 效。控制封头的长短轴比值 2.6 2 i i D h ≤ ，以避免形状系 数 K 值过大 4 碟形封头 2[ ] 0.5 i t MpR p δ σ φ= − 控制封头的球面曲率半径 iR D≤ ，封 头转角内半径 10%i ir D≥ ，且不小于 3 eδ ；封头的厚度 0.15e iDδ ≥ 或 0.3% iD 控制封头最小厚度 eδ 及球 面曲率半径 R 和转角半径 ir 的理由同椭圆形封头 5 无折边球面封头 2[ ] i t QpD p δ σ φ= − 控制封头的球面半径为圆筒直径的 0.7-1.0 系考虑结构需要 a. 锥壳计算厚度： 1 2[ ] cos i t pD p δ σ φ α= ⋅− 只用于锥壳半顶角 30α ≤ °。当锥壳 大端有折边，其小端锥壳在 45α ≤ ° 时，可以采用无折边结构 控制半顶角α 为避免封头过 厚 b. 封头大端： 2[ ] i r t QpD p δ σ φ= − 式中 Q 值系封头与圆筒连接处的应力 集中系数，主要为轴向弯曲应力，只用 于 30α ≤ ° 为避免 Q 值过大 6 无 折 边 锥 形 封 头 c. 封头小端： 2[ ] i r t QpD p δ σ φ= − 式中 Q 值系封头与圆筒连接处的应力 集中系数，主要为平均环向拉应力和平 均径向压应力，只用于 45α ≤ ° 为避免 Q 值过大 GB 150-1998《钢制压力容器》标准释义 7 表 2 钢制容器各标准的概况 标准名称 项目 JB 4732-1995 《钢制压力容器―― 分析设计标准》 GB 150-1998 《钢制压力容器》 JB/T 4735-1997 《钢制焊接常压容器》 设计压力范围 <100MPa 0.1-35MPa <0.1MPa 设计温度范围 低于以钢材蠕变（ 510 h 蠕变率为 1%）控制其许用应力强度的相应温 度（其温度范围约在 475℃以下） 按钢材允许的使用温度确定 （－196-700℃） 大于-20℃至 350℃（奥氏体 钢不受此限制） 许用应力或许用应 力强度的基准（即安 全系数的取值） 碳素钢或低合金钢： 2.6bn ≥ ， 1.5sn ≥ 奥氏体钢： 1.5sn ≥ 对特殊要求的低合金高强度钢将取 2.4bn ≥ 碳素钢或低合金钢： 3.0bn ≥ ； 1.6sn ≥ 1.5pn ≥ ； 1.0nn ≥ 奥氏体钢： 1.5an ≥ ； 1.5Dn ≥ 1.0nn ≥ （ tDσ 取 最 小 值 时 ， 其 1.25Dn ≥ ） 碳素钢或 16MnR： 2.5bn ≥ ， 1.5sn ≥ 奥氏体钢： 1.5sn ≥ 对盛装物料（介质） 的限制 不限 不限 不得用于盛装毒性为极度或 高度危害的介质 是否需要应力分析 或疲劳分析 需要，但有免除条件，见标准的 3.9 条和 3.10 条 一般不需要，当超出本标准 规定，尤其是无法用常规确 定结构尺寸，允许用应力分 析为基础的设计，见标准中 1.4 条 不需要 容器壳体的无损检 验要求 所有焊接接头均须 100%无损检测， 对需要逐张进行超声波检测的钢 板，见标准的 6.2.5 条 按钢种及厚度条件确定无损 检测的要求 ，见标准的 10.8.2.1-10.8.2.3 条。局部无 损检测不得少于各条接头长 度的 20%。对需要逐张进行 超声波检测的钢板，见标准 的 4.2.9 条 按容器的公称容积、壁厚、 设计温度、盛装的物料，以 及高合金钢制容器，确定是 否无损检测，检测的长度不 少于各类焊接接头长度的 10%。见标准的第 15.1.3 条 和 15.2.4 条 强度理论 用第三强度理论：以结构的最大剪 应力作为构作判断依据，并引入了 当量应力强度 S 为最大剪应力的 2 倍作为控制值，将其限制在设计应 力强度极限 Sm 以下，S=2τmax 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 采用安全系数不同，但多年来都未作改动。我国虽然在执行中存在不同意见， 因考虑到会影响大局，故在本标准中也未做更改。表 4 列出了各国压力容器基本许用应力的 安全系数供比较。 （3）表 3 所列的安全系数是在调研了以往的使用情况和参考了国外同类标准（参见表 4），并使其尽可能与以往的使用经验相符的基础上确定的。在确定许用应力时引用了以下见 解。 a. 认为使用钢材的抗拉强度 σb 连同安全系数作为防止断裂的设计意图是可取的。此点对高 强度钢尤其重要。帮本标准中除按材料屈服点确定设计应力以控制弹性或塑性失效处，还把 用 σb 确定许用值作为防止断裂的措施。 b. 对于奥氏体不锈钢，因其有良好的韧性和应变强化性能，当其变形量高达 1%时，其条件 屈服限可提高 30%，尚可满足钢的塑性和韧性要求。本标准利用了奥氏体钢的这一优越性 能，对允许有较大变形的奥氏体钢制受压元件给予了较高的许用应力（比其他钢种高 1.44 倍）――可达 0.9 tsσ 。此时的永久变形量可达 0.1%。 在美国、日本标准中对奥氏体不锈钢都作了下述规定：“当大于 40℃温度下变形量不大 于 0.1%时，其基本许用应力可用标准中所给出的屈服强度或 0.2%屈服点乘以下表所示的系 数所得之值。”在本标准中只了变形量为 0.1%的许用应力，而未列入下表。 永久变形量，% 0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 系数 0.90 0.89 0.88 0.86 0.83 0.80 0.77 0.73 0.69 0.63 按上表可用设定的永久变形量确定不同的许用应力值。故将此表推荐设计者选用。 本标准明确不锈钢复合钢板达到 JB 4733 标准中 B2 级以上的复合钢板可计入复层材料的强 度（参见本标准的 3.6.3 条）。 GB 150-1998《钢制压力容器》标准释义 13 表 4 各国安全系数的取值 规范或标准名称 室温 下屈 服极 限 ns 高温下 屈服极 限 tsn 室 温 下 强 度 极 限 nb 高 温 下 强 度 极 限 t bn 平均蠕变 (105h) 限 σn 平均持 久 (105h) 限 σＤ 最低持久 (105h) 限 σＤ 注 GB150-89 《钢制压力容器》 F=1.6 A=1.5 F=1.6 A=1.11 3.0 - 1.0 1.5 1.25 1975 版三部标准 《钢制石油化工压力 容器设计规定》： 压力： 100kgf/cm2以下 压力： 100-1000kgf/cm2 F=1.6 A=1.5 1.6 F=1.6 A=1.5 1.6 3.0 2.6 - 2.6 1.0 1.5 1.25 我国在 1982 以 前的 20 多年在 压力 100kgf/cm2 以 上容器 nb均用 2.6-2.7 中 国 JB 4732-95 《钢制压力容器―― 分析设计标准》 1.5 F=1.5 A=1.11 2.6 - - - - 美 国 ASME-III(1995V) ASME-VIII-1(1995) ASME-VIII-2(1995V) 1.5 1.5 1.5 F=1.5 A=1.11 F=1.5 A=1.11 F=1.5 A=1.11 3.0 4.0 3.0 3.0 4.0 3.0 - 1.0 - - 1.5 - - 1.25 - JIS B8243-1986 (93 年被 JIS 8270 代替) 1.6 F=1.5 A=1.11 4.0 4.0 1.0 1.5 1.25 日 本 JIS B8250-1983 (93 年被 JIS 8270 代替) 1.5 F=1.5 A=1.11 3.0 3.0 - - - 日 本 JIS B8270-1993 第 1 种（小于 100MPa） 第 2 种（小于 30MPa） 第 3 种（小于 1MPa） 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 3.0 2.4 4.0 4.0 3.0 2.4 4.0 4.0 - - 1.0 1.0 - - 1.0 1.0 - - 1.25 1.25 nb=2.4 为特定 钢材用，即 “高强度钢” GB 150-1998《钢制压力容器》标准释义 14 续表 4 规范或标准名称 室温下屈 服极限 ns 高温下屈 服极限 t sn 室温 下强 度极 限 nb 高温 下强 度极 限 t bn 平均蠕 变 (105h) 限 σn 平均 持久 (105h) 限 σＤ 最低持 久 (105h) 限 σＤ 注 英 国 BS 5500-1991 年 V 碳钢及低合金钢 ≤50℃ ≥150℃ 奥氏体钢 ≤50℃ ≥150℃ 1.5 1.6 1.5 1.35~1.45 1.5 1.6 1.5 1.35~1.45 2.35 2.3 2.5 2.5 2.35 2.3 2.5 2.5 1.0 1.3 德 国 AD-1988 1.5 1.5 - - - - - 法 国 CODAP-1987 受压容器的非奥氏体 合金钢或非合金钢 其它非合金钢 奥氏体钢 1.5or 1.9 2.3 - 1.5or 1.9 2.3 - 2.4or 3.0 4 3.0or 3.5 2.4or 3.0 4 3.0or 3.5 1.0 1.6 左列较高的 安全系数是 用在做一般 校验或简单 鉴别的材料 GB 150-1998《钢制压力容器》标准释义 15 2. 局部许用应力极限 在本文第三节已交待了容器部件边缘或零部件间非连续部位的局部应力，是通过限制元 件结构的某些相关尺寸，或用各种系数计入算式予以控制。在制订标准过程中，确定上述的 结构相关尺寸或各种系数是引用 JB 4732-95《钢制压力容器――分析设计标准》的规定。 局部许用应力极限是建立在 ASME 所曾采用的两个力学成果： z 极限分析――破坏载荷； z 安定性分析。 详细的说明请见 JB 4732-95 的标准释义。 3. 螺栓的许用应力 螺栓的强度控制主要是按材料的弹性行为，即只按材料的屈服极限除以安全系数来决 定。本标准为满足静密封的要求，结合螺栓承载的特点，考虑了下列因素： （1）为控制螺栓初始或操作工况中不产生过分的变形而导致密封渗漏，需给予较大的安全 系数，例如考虑使用中超负荷的影响和产生应力松弛等情况，其具体考虑的因素是： a. 为保证密封，在旋紧螺栓的操作中，所获得的螺栓初始应力，必须大于设计值的需要； b. 压力试验增载可能使螺栓伸长，引起垫片松弛，而有再柠紧螺栓的需要； c. 法兰（或平盖）与螺栓间的温度差和两者材料的线膨胀系数的不同所引起的热应力； d. 由于扳手过力造成螺栓超载，这对小直径的螺栓可能引起进一步屈服或损伤。对这种常 见的现象，本标准结合成功的使用经验，按直径分级给出不同的超载系数； e. 对经过调质热处理而使强度提高的螺栓，鉴于屈强比很高（在 0.8~0.9 之间），抵抗塑性 变形的能力下降，本标准给予了防止脆断的安全因素。 其中综合 a、b、c 所述情况，给予螺栓的安全裕量比其他受压元件至少大 1.56 倍。 （2）考虑到上述诸因素，将螺栓材料的屈服点除以表 5 所列的安全系数从而得到螺栓的许 用应力值。表 5 中的 ns取值与 GB 150-89 相同。这次修订又查取了国外有关标准列于（3） 条表 6-表 8 中。 表 5 螺栓的安全系数 材料 螺栓直径 mm 热处理状态 对设计温度下的屈服点 的 tsσ 的 ns 碳素钢 M48 调质 2.7 （3）美、日、德、法等国标准的螺栓用安全系数列于表 6～表 8。 GB 150-1998《钢制压力容器》标准释义 16 表 6 ASME-VIII-95、JIS B8270-93 螺栓安全系数表 设计温度下经 105h 断裂的持久强度 tDσ 规定或设计温度下的抗拉强 度 σb 规定或设计温 度下的屈服强 度 σs 平均值 最小值 设计温度下，蠕 变率为 0.01% 蠕变/小时的平 均应力 tnσ 强度指标 安全系数 材料 nb ns nD nn ASME-VIII-1; JIS B8270 第 2 或第 3 种容器 螺栓 5.0 4.0 1.5 1.25 1.0 ASME-VIII-2 螺栓① 4.0 1.5 - - - 螺栓② 5.0 或 4.0 4.0 或 1.5 - - - 螺栓③ - 3.0 - - - ①设计应力强度值； ②经热处理或应变强化增强后的螺栓材料； ③用 ASME-VIII-2 附录 4 的螺栓材料，以应力分析法设计。 表 7 德国 AD-1998 螺栓的安全系数 已经屈服极限按屈服极限安全系数 或 σB/100000 安全系数的材料 状态和质量系数 应力螺栓按 DIN2510 刚性螺栓按 DIN2509 和 931 未知屈服的材料按抗拉 强度安全系数 工作状态 S=1.5 S=1.8 S=5.0 装配和检验状态 S=1.1 S=1.3 S=3.0 表 7 中的安全系数是一般性的规定，在 AD 规范中，在对某一具体结构进行设计时，根 据其载荷及使用条件，对某些特殊材料的安全系数还有进一步的规定，这体现在每一结构设 计部分中的“安全系数”一条中。表中 σB/100000 为材料 105h 断裂的持久强度。 表 8 法国 CODAP-1987 螺栓许用应力取值 一般情况 min{ } 3 5 t t n bσ σ， 非奥氏体合金钢 或合金钢 用双头螺栓、垫圈、2 枚螺母组装并有控制地拧紧 min{ } 3 4 t t n bσ σ， 一般情况 5 t bσ 螺 钉 螺 栓 和 螺 母 奥氏体钢 用双头螺栓、垫圈、2 枚螺母组装并有控制地拧紧 4 t bσ GB 150-1998《钢制压力容器》标准释义 17 4. 控制失稳的安全系数 标准中受外压壳体的稳定许用值是采用临界压力除以稳定安全系数来表达。即： / [ ]crp m p= (3) 式中： crp —临界压力； m—稳定安全系数，对圆筒、锥壳取 m=3.0；对球壳、椭圆形和碟形封头取 m=15； [p] —许用外压力。 在其许算过程中是将 m 值代入有关算图或公式，不直接表达。 稳定安全系数 m 的选择，主要考虑两个因素，一是计算公式的精确程度；另一是制造 所能保证的形状公差。现分述如下。 1) 外压圆筒的稳定 （1）外压圆筒的稳定计算是以米西斯(R.V.Mises)公式为基础，经简化制成算图进行计 算。米西斯公式已被许多试验所证实。我国浙江工业大学进行了一系列试验，也证明了米西 斯公式比较符合外压圆筒的实际失稳条件。 标准中所给出的新算图（图 6-3～图 6-10）是从 ASME 移植过来的，该算图与理论公式 之间有如下关系（各国标准所列计算方法也一并列出）： ASME-VIII-I、JIS B8271、GB150-89、法国 CODAP 规范→按布雷斯-布赖恩(Bresse-Bryan)和美国 海军水槽试验公式作图 ↑ 米西斯公式(Mises)→索思韦尔公式(Southwell) →拉姆公式(Lame) ↑ ↓ 原西德 AD 规范 原苏联 ГOCT 14249 （2）外压圆筒的基本公式： 长圆筒（ 01.1 /o eL D D δ≥ ）用 Bresse-Bryan 公式 32.19 ( / )cr o ep E D δ −= (4) 21.1( / )o eA D δ −≈ (5) 短圆筒用美国海军试验水槽公式（式中取泊松比 μ＝0.3） 2.5 0.5 2.6 ( / ) ( / ) 0.45( / ) o e cr o o e E Dp L D D δ δ − −= − (6) 1.5 0.5 1.3( / ) ( / ) 0.45( / ) o e o o e DA L D D δ δ − −= − (7) 长圆筒所用 Bresse-Bryan 公式是以 Mises 公式为基准，经简化而得。本标准的算图 6-2 GB 150-1998《钢制压力容器》标准释义 18 中，垂直于横轴的 /o eD δ 线系按式（5）绘制，算图中倾斜的 /o eD δ 线系按美国海军试验水 槽公式（7）绘制。 按上述公式绘制的 /o eD δ 、L/Do 和变形 A 的关系曲线，取 m=3.0，并配以材料