路径: 主页 > GB/T > 第316页 > GB/T 4732.1-2024 | 标准编号 | GB/T 4732.1-2024 (GB/T4732.1-2024) | | 中文名称 | 压力容器分析设计 第1部分：通用要求 | | 英文名称 | Pressure vessels design by analysis - Part 1: General requirements | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J74 | | 国际标准分类 | 23.020.30 | | 字数估计 | 24,264 | | 发布日期 | 2024-07-24 | | 实施日期 | 2024-07-24 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 4732.1-2024: 压力容器分析设计 第1部分：通用要求
ICS 23.020.30
CCSJ74
中华人民共和国国家标准
压力容器分析设计
第1部分:通用要求
Part1:Generalrequirements
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
引言 Ⅳ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义、符号 2
4 失效模式 9
5 基本要求 9
附录A(规范性) 风险评估报告 17
参考文献 18
前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
本文件是GB/T 4732《压力容器分析设计》的第1部分。GB/T 4732已经发布了以下部分:
---第1部分:通用要求;
---第2部分:材料;
---第3部分:公式法;
---第4部分:应力分类方法;
---第5部分:弹塑性分析方法;
---第6部分:制造、检验和验收。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由全国锅炉压力容器标准化技术委员会(SAC/TC262)提出并归口。
本文件起草单位:中国特种设备检测研究院、中国机械工业集团有限公司、浙江大学、江苏省特种设
备安全监督检验研究院、甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司、清华大学、大连金州重型机器集团有限
公司、中国石化工程建设有限公司、中国天辰工程有限公司。
本文件主要起草人:杨国义、陈学东、徐锋、郑津洋、李军、缪春生、张延丰、陆明万、刘静、陈志伟、
段瑞、曲建平。
引 言
GB/T 4732《压力容器分析设计》给出了压力容器按分析设计方法进行建造的要求,GB/T 150基于
规则设计理念提出了压力容器建造的要求。压力容器设计制造单位可依据设计具体条件选择两种建造
标准之一实现压力容器的建造。
GB/T 4732由6个部分构成。
---第1部分:通用要求。目的在于给出按分析设计建造的压力容器的通用要求,包括相关管理要
求、通用的术语和定义以及GB/T 4732其他部分共用的基础要求等。
---第2部分:材料。目的在于给出按分析设计建造的压力容器中的钢制材料相关要求及材料性
能数据等。
---第3部分:公式法。目的在于给出按分析设计建造的压力容器的典型受压元件及结构设计要
求。具体给出了常用容器部件按公式法设计的厚度计算公式。GB/T 4732.3可作为
GB/T 4732.4、GB/T 4732.5的设计基础,也可依据GB/T 4732.3自行完成简化的、完整的分
析设计。
---第4部分:应力分类方法。目的在于给出按分析设计建造的压力容器中采用应力分类法进行
设计的相关规定。
---第5部分:弹塑性分析方法。目的在于给出按分析设计建造的压力容器中采用弹塑性分析方
法进行设计的相关规定。
---第6部分:制造、检验和验收。目的在于给出按分析设计建造的压力容器中所涵盖结构形式容
器的制造、检验和验收要求。
GB/T 4732包括了基于分析设计方法的压力容器建造过程(即指材料、设计、制造、检验、试验和验
收工作)中需要遵循的技术要求、特殊禁用规定。由于GB/T 4732没有必要,也不可能囊括适用范围内
压力容器建造中的所有技术细节,因此,在满足安全技术规范所规定的基本安全要求的前提下,不限制
GB/T 4732中没有特别提及的技术内容。GB/T 4732不能作为具体压力容器建造的技术手册,也不能
替代培训、工程经验和工程评价。工程评价是指由知识渊博、娴于规范应用的技术人员所作出针对具体
产品的技术评价。工程评价需要符合GB/T 4732的相关技术要求。
GB/T 4732不限制实际工程建造中采用其他先进的技术方法,但工程技术人员采用先进的技术方
法时需要作出可靠的判断,确保其满足GB/T 4732的规定。
GB/T 4732既不要求也不限制设计人员使用计算机程序实现压力容器的分析设计,但采用计算机
程序进行分析设计时,除需要满足GB/T 4732的要求外,还要确认:
---所采用程序中技术假定的合理性;
---所采用程序对设计内容的适用性;
---所采用程序输入参数及输出结果用于工程设计的正确性。
进行应力分析设计计算时可以选择或不选择以 GB/T 4732.3作为设计基础,进而采用
GB/T 4732.4或GB/T 4732.5进行具体设计计算以确定满足设计计算要求中防止结构失效所要求的
元件厚度或局部结构尺寸。当独立采用 GB/T 4732.4或 GB/T 4732.5作为设计基础时,无需相互
满足。
压力容器分析设计
第1部分:通用要求
1 范围
1.1 GB/T 4732规定了采用分析设计方法设计的钢制压力容器(以下简称“容器”)的建造要求,提供了
以弹性应力分析或弹塑性应力分析为基础,基于失效模式的设计方法。本文件规定了采用分析设计方
法设计的容器材料、设计、制造、检验和验收的通用要求。
1.2 GB/T 4732适用的设计压力:
a) 大于或等于0.1MPa且小于100MPa的容器;
b) 真空度高于或等于0.02MPa的容器。
1.3 GB/T 4732适用的设计温度范围按各部分适用的温度范围确定。
1.4 下列容器不在GB/T 4732的适用范围内:
a) 设计压力小于0.1MPa且真空度低于0.02MPa的容器;
b) 旋转或往复运动机械设备中自成整体或作为部件的受压器室(如:泵壳、压缩机外壳、涡轮机外
壳、液压缸等);
c) 核能装置中存在中子辐射损伤失效风险的容器;
d) 直接火焰加热的容器;
e) 内直径(对非圆形截面,指截面内边界的最大几何尺寸。如:矩形为对角线,椭圆形为长轴)小
于150mm的容器。
1.5 容器结构界定范围
1.5.1 容器与外部管道连接:
a) 焊接连接的第一道环向接头坡口端面;
b) 螺纹连接的第一个螺纹接头端面;
c) 法兰连接的第一个法兰密封面;
d) 专用连接件或管件连接的第一个密封面。
1.5.2 接管、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件。
1.5.3 非受压元件与受压元件的连接焊缝。
1.5.4 直接连接在容器上的非受压元件,如支座、裙座等。
1.5.5 容器的超压泄放装置(见GB/T 150.1)。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
本文件。
GB/T 150.1 压力容器 第1部分:通用要求
GB/T 151 热交换器
GB/T 4732.2 压力容器分析设计 第2部分:材料
GB/T 4732.3 压力容器分析设计 第3部分:公式法
GB/T 4732.4 压力容器分析设计 第4部分:应力分类方法
GB/T 4732.5 压力容器分析设计 第5部分:弹塑性分析方法
GB/T 4732.6 压力容器分析设计 第6部分:制造、检验和验收
GB/T 12337 钢制球形储罐
GB/T 26929 压力容器术语
JB/T 4756 镍及镍合金制压力容器
NB/T 47041 塔式容器
NB/T 47042 卧式容器
TSG21 固定式压力容器安全技术监察规程
TSGR0005 移动式压力容器安全技术监察规程
3 术语和定义、符号
3.1 术语和定义
GB/T 26929和GB/T 150.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1
压力 pressure
垂直作用在容器单位表面积上的力。
注:除注明外,压力均指表压力。
3.1.2
工作压力 operatingpressure
在正常工作情况下,容器顶部可能达到的最高压力。
3.1.3
设计压力 designpressure
设定的容器顶部的最高压力。
注:设计压力与相应的设计温度一起作为容器的基本设计载荷条件,其值不低于工作压力。
3.1.4
计算压力 calculationpressure
在相应设计温度下,用以确定元件厚度的压力。
注:计算压力包括液柱静压力等附加载荷。
3.1.5
试验压力 testpressure
进行耐压试验或泄漏试验时,容器顶部的压力。
3.1.6
在指定的相应温度下,容器顶部所允许承受的最大压力。
注:该压力是根据容器各受压元件的有效厚度,考虑了该元件承受的所有载荷而计算得到的,且取最小值。当压力
容器的设计文件没有给出最高允许工作压力时,将该容器的设计压力作为最高允许工作压力。
3.1.7
设计温度 designtemperature
容器在正常工作情况下,设定的元件的金属温度(沿元件金属截面的温度平均值)。
注:设计温度与相应的设计压力一起作为容器的基本设计载荷条件。设计温度的上限值称为最高设计温度,设计
温度的下限值称为最低设计温度。
3.1.8
试验温度 testtemperature
进行耐压试验或泄漏试验时,容器壳体的金属温度。
3.1.9
设计时,容器在运行过程中预期的各种可能条件下各元件金属温度的最低值。
3.1.10
计算厚度 requiredthickness
按GB/T 4732相应公式或方法基于所计及的载荷计算得到的厚度。
3.1.11
设计厚度 designthickness
计算厚度与腐蚀裕量之和。
3.1.12
名义厚度 nominalthickness
设计厚度加上材料厚度负偏差后向上圆整至材料标准规格的厚度。
3.1.13
有效厚度 effectivethickness
名义厚度减去腐蚀裕量和材料厚度负偏差。
3.1.14
受压元件成形后保证设计要求的最小厚度。
3.1.15
设计温度低于-20℃的低合金钢、双相不锈钢和铁素体不锈钢制容器,以及设计温度低于-196℃的
奥氏体不锈钢制容器。
3.1.16
当量应力 equivalentstress
由强度理论定义的用作任意应力状态下强度判据的组合应力。
注:GB/T 4732.3公式法设计总体上采用第三强度理论;GB/T 4732.4基于应力分类方法进行设计或强度核算,以
及GB/T 4732.5基于弹塑性应力分析方法进行强度设计采用第四强度理论。
3.1.17
几何形状、材料或载荷的不连续使结构在较大范围内的应力或应变发生变化,对结构总的应力分布
和变形影响显著。
示例:总体结构不连续的实例,如封头、法兰、接管、支座等与壳体的连接处,以及不等直径或不等壁厚的壳体连接
处等。
3.1.18
几何形状、材料或载荷的不连续使结构在很小范围内的应力或应变发生变化,对结构总的应力分布
和变形无显著影响。
注:局部结构不连续的实例,如小的过渡圆角处、壳体与小附件连接处,以及未全熔透的焊缝等。
3.1.19
正应力 normalstress
正交于所考虑截面的应力分量。
注1:也称“法向应力”。
注2:通常正应力沿部件厚度的分布是不均匀的,可分解成沿厚度均匀分布的薄膜应力、线性分布的弯曲应力和非
线性分布的峰值应力三个成分。
3.1.20
切应力 shearstress
与所考虑截面相切的应力成分。
注:也称“剪应力”。
3.1.21
薄膜应力 membranestress
沿截面厚度均匀分布的应力成分,等于沿所考虑截面厚度的应力平均值。
3.1.22
弯曲应力 bendingstress
沿厚度方向线性变化,且与离中性轴的距离成正比的正应力。
注:对于非线性分布的应力可用等效线性化得到弯曲应力。
3.1.23
一次应力 primarystress
为平衡压力与其他机械载荷所必需的正应力或切应力。
注1:对理想塑性材料,一次应力所引起的总体塑性流动是非自限的,即当结构内的塑性区扩展到使之变成几何可
变的机构时,达到极限状态,即使载荷不再增加,仍产生不可限制的塑性流动,直至破坏。
注2:一次应力分为一次总体薄膜应力、一次局部薄膜应力和一次弯曲应力。
3.1.24
Pm
影响范围遍及整个结构的一次薄膜应力。
注:在塑性流动过程中一次总体薄膜应力不会发生重新分布,它将直接导致结构破坏。
示例:一次总体薄膜应力的实例,如各种壳体中平衡内压或分布载荷所引起的薄膜应力。
3.1.25
PL
应力水平大于一次总体薄膜应力,但影响范围仅限于结构局部区域的一次薄膜应力。
注1:当结构局部发生塑性流动时,这类应力将重新分布。若不加以限制,则当载荷从结构的某一部分(高应力区)
传递到另一部分(低应力区)时,会产生过量塑性变形而导致破坏。
示例:一次局部薄膜应力的实例,如在壳体的固定支座或接管处由外部载荷和力矩引起的薄膜应力。
注2:总体结构不连续引起的局部薄膜应力,虽具有二次应力的性质,但出于方便与稳妥考虑仍归入一次局部薄膜
应力。
注3:局部应力区是指经线方向延伸距离不大于1.0 Rδ,当量应力超过1.1Sm 的区域(此处R 是该区域内壳体中
面的第二曲率半径,即沿中面法线方向从壳体回转轴到壳体中面的距离;δ为该区域内的最小壁厚)。局部薄
膜当量应力超过1.1Sm 的两个相邻应力区之间彼此隔开,它们之间沿经线方向的间距大于或等于
2.5 Rmδm[其中,Rm=
(R1+R2),δm=
(δ1+δ2)。R1 与R2 分别为所考虑两个区域壳体中面的第二
曲率半径;δ1 与δ2 为每一所考虑区域的最小厚度]。
3.1.26
一次弯曲应力 primarybendingstress
平衡压力或其他机械载荷所需的沿截面厚度线性分布的弯曲应力。
示例:一次弯曲应力的实例,如平盖中心部位由压力引起的弯曲应力。
3.1.27
二次应力 secondarystress
为满足外部约束条件或结构自身变形连续要求所需的正应力或切应力。
注:二次应力的基本特征是具有自限性,即局部屈服和小量变形就可以使约束条件或变形连续要求得到满足,从而
变形不再继续增大。
示例:二次应力的实例,如总体热应力和总体结构不连续处的弯曲应力。
3.1.28
峰值应力 peakstress
由局部结构不连续或局部热应力影响而引起的附加于一次加二次应力的应力增量。
注:峰值应力的特征是同时具有自限性与局部性,它不会引起明显的变形;其危害性在于可能导致疲劳裂纹或脆性
断裂。非高度局部性的应力,如果不引起显著变形者也属于此类。峰值应力的实例,如壳体接管连接处由于局
部结构不连续所引起的应力增量中沿厚度非线性分布的应力,复合钢板容器中覆层的热应力。
3.1.29
载荷应力 loadstress
由压力或其他机械载荷所引起的应力。
3.1.30
热应力 thermalstress
由结构内部温度分布不均匀或材料线膨胀系数不同所引起的自平衡应力;或当温度发生变化,结构
的自由热变形被外部约束限制时所引起的应力。
注:热应力分为总体热应力和局部热应力。
3.1.31
总体热应力 grossthermalstress
影响范围遍及厚度和结构较大范围的热应力。
注:总体热应力属于二次应力。总体热应力的实例如下:
---圆筒中由于轴向温度梯度所引起的应力;
---由壳体与接管间的温度差所引起的应力;
---圆筒中由于径向温度梯度所引起的等效线性应力。等效线性应力是指由应力等效线性化得到的薄膜加弯
曲应力,要求合力相等和合力矩相等。
3.1.32
局部热应力 localthermalstress
影响范围仅占厚度很小部分和结构局部区域的热应力。
注:局部热应力属于峰值应力范畴。
示例:局部热应力的实例如下:
---容器壁上小范围局部过热处的应力;
---筒体中由于径向温度梯度所引起的实际应力与当量线性应力之差;
---复合钢板中因复层与基体金属线膨胀系数不同而在复层中引起的热应力。
3.1.33
工作循环 operatingcycle
由初始状态进入新状态,随后又回到初始状态开始点的过程。
注:工作循环有以下三种情况。
---启动停止循环。以大气压力或大气温度为一个极值,而正常工作条件为另一极值的任一工作循环。
---正常工作循环。从启动到停止之间,容器为了实现其预期目的所需的任何工作循环。
---设计中需要考虑的任何紧急状态或异常情况由起始到恢复的循环。
3.1.34
应力循环 stresscycle
应力由某初始值开始,经过代数最大值和代数最小值,然后又返回初始值的循环。
注:一个工作循环可以引起一个或多个应力循环。
3.1.35
变形 deformation
元件形状或尺寸的改变。
3.1.36
非弹性 lnelasticity
材料的一般性质。即:当卸去全部外加载荷后材料不再恢复到原来的(未变形的)形状与尺寸的
性质。
3.1.37
塑性 plasticity
材料中应力超过屈服强度后发生与时间无关的不可恢复的变形。
注:塑性变形有三个主要特点:
---非线性:应力-应变关系是非线性的;
---加卸载性质不同:加载是塑性,卸载是弹性;
---历史相关性:应力与应变没有一一对应关系,与加载历史有关。
3.1.38
塑性分析 plasticanalysis
考虑材料塑性变形特性(包括塑性应力-应变关系、应力重分布等)来计算给定载荷作用下结构状态
的方法。
3.1.39
极限分析 limitanalysis
假设材料为理想塑性、结构处于小变形状态时,研究塑性极限状态下的结构平衡特性的塑性力学分
析方法。
注:极限分析的理论基础是下限定理与上限定理。下限定理是:在所有与静力容许应力场(满足平衡条件且不违背
屈服条件的应力场)对应的载荷是极限载荷的下限解,其中最大者为极限载荷。上限定理是:在所有与机动容
许位移场(满足几何可能条件形成破损机构的位移场)对应的载荷是极限载荷的上限解,其中最小者为极限载
荷。由上、下限定理得到的分别称为上限解、下限解,当二者相等时称为完全解。
3.1.40
极限载荷 limitload
理想塑性结构在小变形情况下,当载荷不变时发生无限制塑性变形而丧失承载能力时的载荷。
注:用极限分析方法能求得极限载荷。
3.1.41
塑性铰 plastichinge
在梁、刚架、板、壳等结构极限分析中描述弯曲型塑性垮塌机构的理想模型。
注1:塑性铰的实例,如当梁的某一截面全部进入塑性状态后,该处曲率变化率可以任意地增大,称该点处出现了一
个塑性铰。
注2:塑性铰与工程中的机械铰有两个本质区别:
---它是单向铰,只能朝加载时的转动方向转动,卸载是弹性的,不能转动。
---它不是光滑铰,转动时截面上有塑性极限弯矩,在转动过程中做塑性功。在板壳结构中连续的一串塑性
铰会形成塑性铰线。
3.1.42
蠕变 creep
在应力不变的条件下应变随着时间不可逆缓慢增加的现象。
3.1.43
棘轮现象 ratcheting
当构件经受一次应力和循环热应力(或循环一次应力)共同作用时,产生逐次渐增非弹性变形的
现象。
3.1.44
安定性 shakedown
结构除在初始阶段少数几个载荷循环中产生一定的塑性变形外,在继续施加的循环外载荷作用下
不再发生新的塑性变形,或者说不出现塑性疲劳或棘轮现象。此时称结构处于安定状态。
3.1.45
疲劳 fatigue
零部件的某处受循环载荷的作用,在应力集中部位产生局部损伤累积,并在一定载荷循环次数后裂
纹萌生、扩展和断裂的机理。
3.1.46
失效 failure
容器在规定的服役环境和寿命内,因尺寸、形状或材料性能变化而危及安全或者丧失规定功能的
现象。
3.1.47
失效模式 failuremode
容器丧失其规定功能或者危及安全的事件及其本质原因。
3.1.48
短期失效模式 shorttermfailuremode
非循环载荷短期作用导致容器短期失效的模式。
注:短期失效模式包括但不限于脆性断裂、韧性断裂(如塑性垮塌、局部过度应变)、过量变形、屈曲和某些环境助长
导致的短期失效。
3.1.49
长期失效模式 long-termfailuremode
非循环载荷长期作用导致容器失效的模式。
注:长期失效模式包括但不限于蠕变破裂、蠕变过量变形、蠕变失稳、腐蚀和磨蚀、某些环境助长导致的长期失效。
3.1.50
循环失效模式 cyclicfailuremode
循环载荷作用导致容器延迟失效的模式。
注:循环失效模式包括但不限于疲劳、棘轮(渐增塑性)。
3.1.51
脆性断裂 brittlefracture
容器构件未经明显的塑性变形而发生的断裂。
3.1.52
屈曲 buckling
在压应力作用下,处在弹性或弹塑性状态的容器构件失去原有规则几何形状而导致的失效。
3.1.53
塑性垮塌 plasticcolapse
在单调加载条件下容器构件因过量总体塑性变形而不能继续承载导致的失效。
3.1.54
在局部多向拉应力状态下,容器因材料延性耗尽而导致裂纹产生或者撕裂。
3.1.55
泄漏 leakage
容器本体或者连接件失去密封功能。
......
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