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| 标准编号 | GB/T 150.3-2024 (GB/T150.3-2024) | | 中文名称 | 压力容器 第3部分：设计 | | 英文名称 | Pressure vessels - Part 3: Design | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J74 | | 国际标准分类 | 23.020.30 | | 发布日期 | 2024-07-24 | | 实施日期 | 2025-02-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 150.3-2011 | GB/T 150.3-2024: 压力容器 第3部分：设计
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 150.3-2011
压力容器 第3部分:设计
2024-07-24发布
2025-02-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
1 范围
1.1 本文件规定了压力容器的一般设计要求和基本受压元件的设计要求。
1.2 本文件适用于内压圆筒和内压球壳、外压圆筒和外压球壳、封头、开孔和开孔补强以及法兰的设计
计算。
1.3 本文件规定了非圆形截面容器(见附录A)、钢带错绕筒体(见附录B)、常用密封结构(见附录C)、
焊接接头结构(见附录D)、夹套容器(见附录G)的基本设计要求、设计温度低于-20℃的容器的基本
设计要求(见附录E)和压力容器防止低温脆断的校核方法(见附录F)。
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。
3 术语和定义
GB/T 150.1-2024、GB/T 26929和GB/T 4732界定的术语和定义适用于本文件。
4 通则
4.1 一般要求
4.1.1 接受用户或委托方提出的设计条件并核对其完整性、规范性和可行性。
4.1.2 确定主要失效模式和相应的失效准则,必要时应进行风险评估。
4.1.3 确定设计所依据的主要标准、规范和计算方法。
4.1.4 确定或确认介质特性(爆炸危险性和毒性危害程度、腐蚀性等)及介质分组、腐蚀类型和腐蚀裕
量、设计使用年限。
4.1.5 确定或确认设计工况及设计条件。
4.1.6 根据GB/T 150.2-2024确定各元件的材质,包括确定材料牌号、材料的许用应力、力学性能、供
货状态,必要时还应提出元件材料的复验要求以及低温和高温性能指标,当压力容器的设计温度低于
GB/T 150.2-2024中规定的材料的使用温度下限时,应按附录F进行防止低温脆断校核。
4.1.7 确定或确认受压元件连接形式,容器的支撑形式等。
4.1.8 确定所需考虑的载荷、载荷的组合原则等。
4.1.9 提出相应的制造技术要求,包括加工成形、焊接、组装、无损检测、热处理和耐压试验、泄漏试验
等要求。
4.2 附加要求
本文件规定了非圆形截面容器、钢带错绕筒体、常用密封结构、焊接接头结构、夹套容器、设计温度
低于-20℃的容器的基本设计要求和压力容器防止低温脆断的校核方法,其中:
a) 非圆形截面容器的设计、制造和验收的附加要求按附录A的规定;
b) 钢带错绕筒体的设计的附加要求按附录B的规定;
c) 常用密封结构的设计的附加要求按附录C的规定;
d) 焊接接头结构的设计和制造的附加要求按附录D的规定;
e) 设计温度低于-20℃的容器的材料和设计的附加要求按附录E的规定;
f) 压力容器防止低温脆断的校核方法的附加要求按附录F的规定;
g) 夹套容器的基本设计要求按附录G的规定。
5 内压圆筒和内压球壳
5.1 一般规定
承受内压的单层、多层包扎、套合圆筒和球壳按本章公式进行计算。钢带错绕筒体设计计算按附录
B进行。
5.2 术语和定义、符号
5.2.1 术语和定义
GB/T 150.1-2024界定的术语和定义适用于本章。
6 外压圆筒和外压球壳
6.1 一般规定
本章规定适用于外压圆筒(包括管子)和外压球壳的设计。
6.2 术语和定义、符号
6.2.1 术语和定义
GB/T 150.1-2024中的术语和定义适用于本章。
6.2.2 符号
6.3 外压圆筒的稳定性校核
6.3.1 计算长度的确定
圆筒计算长度,应取圆筒上两相邻支撑线之间的距离,见图6-1,并满足下列规定。
a) 如图6-1中a-1)和a-2)所示,计算长度取圆筒的总长度加上每个凸形封头曲面深度的1/3。按
分图a-2)时,应采用所示长度L、连接处各圆筒外径和对应的厚度进行设计计算,无折边锥壳
或带折边锥壳和过渡段所需厚度不应小于相连圆筒所需的厚度。此外,当锥壳与圆筒连接未
设置折边时,还应满足面积校核要求(见7.6.6.4.1或7.6.6.5.1)。
b) 如图6-1中b-1)所示,计算长度取设备的总长度。此时,应采用所示长度L、连接处各圆筒外
径和对应的厚度进行设计计算,无折边锥壳或带折边锥壳和过渡段所需厚度不应小于相连圆
筒所需的厚度。此外,当锥壳与圆筒连接未设置折边时,还应满足面积校核要求(见7.6.6.4.1或
7.6.6.5.1)。
如图6-1中b-2)所示,圆筒与锥壳相连接处可作为支撑线考虑时,圆筒部分计算长度取圆筒的
总长度。圆筒与锥壳相连接处应满足7.6.6.4或7.6.6.5的要求,当作为支撑线的圆筒-锥壳组
合截面的惯性矩不足时,允许采用圆筒-锥壳-加强圈组合结构来提高组合截面的惯性矩,使其
满足7.6.6.4.2或7.6.6.5.2的要求。
c) 如图6-1中c-1)和c-2)所示,当圆筒部分有加强圈(或可作为加强的构件)时,计算长度取相邻
加强圈中心线间的距离。
按图6-1中c-2)时,应采用所示长度L、连接处各圆筒外径和对应的厚度进行设计计算,无折
边锥壳或带折边锥壳和过渡段所需厚度不应小于相连圆筒所需的厚度。此外,当锥壳与圆筒
连接未设置折边时,还应满足面积校核要求(见7.6.6.4.1或7.6.6.5.1)。
d) 如图6-1中d)所示,计算长度取圆筒第一个加强圈中心线与凸形封头切线间的距离加凸形封
头曲面深度的1/3。
e) 如图6-1中e-1)、e-2)和f)所示,当圆筒与锥壳连接处可作为支撑线时,计算长度取此连接处
与相邻支撑线之间的距离。圆筒与锥壳相连接处应满足7.6.6.4或7.6.6.5的要求;当作为支
撑线的圆筒-锥壳组合截面的惯性矩不足时,允许采用圆筒-锥壳-加强圈组合结构来提高组合
截面的惯性矩,使其满足7.6.6.4.2或7.6.6.5.2的要求。
图6-1中f)中的LX指锥壳段的轴向长度,其外压计算长度取当量长度Le见7.6.6。
f) 如图6-1中g)所示的带夹套的圆筒,计算长度则取承受外压的圆筒长度;若带有凸形封头,还
应加上封头曲面深度的1/3;若有加强圈(或可作为加强的构件)时,则按图6-1中c-1)、c-2)和
d)计算。
6.3.2 Do/δe≥20的圆筒
6.3.2.1 确定外压应变系数A
外压应变系数A 应按步骤a)和b)进行确定:
a) 根据L/Do和Do/δe由图6-2或表6-2查取外压应变系数A(中间值按内插法求得);
b) 若L/Do大于50,则用L/Do=50查图6-2;若L/Do小于0.05,则用L/Do=0.05查图6-2。
6.3.2.2 确定外压应力系数B
外压应变系数B 应按步骤a)~c)进行确定。
a) 按所用材料,查表6-1确定对应的外压应力系数B 曲线图(图6-3~图6-14),由A 查图得到
B(中间值按内插法求得)。
6.3.3 Do/δe< 20的圆筒
6.3.3.1 确定外压应变系数A
6.4.2 确定外压应力系数B
外压应力系数B 应按下列步骤确定:
a) 按所用材料,查表6-1确定对应的外压应力系数B 曲线图,由A 查取B(遇中间值用内插法);
b) 若A 超出设计温度曲线的最大值,则取对应温度曲线右端点的纵坐标值为B;
c) 若A 小于设计温度曲线的最小值,则按公式(6-1)计算B。
6.4.3 确定许用外压力[p]
6.5 外压圆筒加强圈的设计
6.5.1 加强圈的计算
6.5.1.1 惯性矩计算
选定加强圈材料与截面尺寸,计算其横截面积As和加强圈与圆筒有效段组合截面的惯性矩Is,圆
筒有效段指在加强圈中心线两侧有效宽度各为0.55 Doδe的壳体。
若加强圈中心线两侧圆筒有效宽度与相邻加强圈的圆筒有效宽度相重叠,则该圆筒的有效宽度中
相重叠部分每侧按一半计算。
6.5.1.2 确定外压应力系数B
6.5.1.3 确定外压应变系数A
外压应变系数A 按下列步骤确定:
a) 按筒体所用材料,查表6-1确定对应的外压应力系数B曲线图,由B查取A(遇中间值用内插法);
b) 若B 超出设计温度曲线的最大值,则取对应温度曲线右端点的横坐标值为A;
c) 若B 小于设计温度曲线的最小值,则按公式(6-8)计算A:
6.5.2 加强圈的设置
6.5.2.1 加强圈可设置在容器的内部或外部,应整圈围绕在圆筒的圆周上。加强圈两端的接合形式应
按图6-15中A、B所示。
6.5.2.2 容器内部的加强圈,若布置成图6-15中C、D、E或F所示的结构时,则应取具有最小惯性矩的
截面进行计算。
6.5.2.3 在加强圈上需要留出如图6-15中D、E及F所示的间隙时,则不应超过图6-16规定的弧长,否
则应将容器内部和外部的加强圈相邻两部分接合起来,采用如图6-15中C所示的结构。但若能同时满
足以下条件者可以除外。
a) 每圈只允许一处无支撑的壳体弧长。
b) 无支撑的壳体弧长不超过90°。
c) 相邻两加强圈的不受支撑的圆筒弧长相互交错180°。
d) 圆筒计算长度L 应取下列数值中的较大者:
---相间隔加强圈之间的最大距离;
---从封头切线至第二个加强圈中心的距离再加上1/3封头曲面深度。
6.5.2.4 容器内部的构件如塔盘支撑圈等,若设计成起加强作用时,也可作加强圈用。
6.5.2.5 加强圈与圆筒之间可采用连续或间断焊接,当加强圈设置在容器外面时,加强圈每侧间断焊接
的总长,应不少于圆筒外圆周长的1/2,当设置在容器里面时,应不少于圆筒内圆周长的1/3。焊脚尺寸
不应小于焊接件中较薄件的厚度。
间断焊缝的布置与间距可参照图6-17所示的型式,间断焊缝可以相互错开或并排布置。最大间隙
t,对外加强圈为8δn,对内加强圈为12δn。
7 封头
7.1 一般规定
本章规定了受内压或外压的凸形封头、平盖、锥形封头(含偏心锥壳)、变径段、锻制紧缩口以及内压
元件的拉撑结构设计方法。其中,凸形封头包括椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头(见图7-1~图7-3)
和半球形封头。
7.2 术语和定义、符号
7.2.1 术语和定义
GB/T 150.1-2024中界定的术语和定义适用于本章。
7.2.2 符号
下列符号适用于本章:
Di---封头内直径或与其连接的圆筒内直径,mm;
Do---封头外直径或与其连接的圆筒外直径,mm;
hi---凸形封头内曲面深度,mm;
pc---计算压力,MPa;
[pw]---封头的最大允许工作压力,MPa;
RteL---椭圆或碟形封头材料在设计温度下的屈服强度,MPa;
δ---与封头连接的圆筒计算厚度,mm;
δb---防止内压屈曲的封头计算厚度,mm;
δc---按内压强度的封头计算厚度,mm;
δe---与封头连接的圆筒有效厚度,mm;
δeh---凸形封头有效厚度,mm;
δh---凸形封头计算厚度,mm;
δn---与封头连接的圆筒名义厚度,mm;
δnh---凸形封头名义厚度,mm;
δr---与封头和圆筒连接的加强段或过渡段计算厚度,mm;
[σ]t---设计温度下封头材料的许用应力(按GB/T 150.2-2024),MPa;
[σ]ts---设计温度下,封头所连圆筒材料的许用应力(按GB/T 150.2-2024),MPa;
ϕ---焊接接头系数(按GB/T 150.1-2024);
h0---凸形封头外曲面深度,h0=hi+δnh,mm;
α---锥壳半顶角,(°)。
7.3 椭圆形封头
7.3.1 椭圆形封头的选型
椭圆形封头一般采用Di/2hi=2.0的标准型。
7.3.2 受内压(凹面受压)椭圆形封头
考虑强度和屈曲两种失效模式,按以下步骤进行椭圆形封头设计计算:
a) 按7.3.2.1进行内压强度计算,确定椭圆形封头的内压强度计算厚度δc;
b) 按7.3.2.2判断椭圆形封头内压屈曲可能性;
c) 可能发生内压屈曲时,按7.3.2.3确定椭圆形封头防止屈曲计算厚度δb;
d) 按7.3.2.4确定椭圆形封头计算厚度δh和最大允许工作压力[pw]。
7.3.2.1 椭圆形封头内压强度设计
按公式(7-1)或公式(7-2)确定椭圆形封头内压强度计算厚度δc:
7.3.2.2 椭圆形封头内压屈曲判别
根据Di/2hi和Di/δc,按图7-4判断椭圆形封头是否可能发生屈曲。若Di/2hi和Di/δc 落在
图7-4中曲线上或曲线右上方,则封头可能发生屈曲;若Di/2hi和Di/δc落在图7-4中曲线左下方,则
......
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