Steel Pressure Vessels - Design by Analysis
1 Subject Contents and Scope
1.1 Subject content
This standard is related to steel pressure vessels based on design by analysis. Design methods are provided based on elastic stress analysis, plastic failure criteria and elastic-plastic failure criteria. More strict requirements are specified for manufacture, inspection and acceptance than GB 150 "Steel Pressure Vessels".
This standard shall be implemented with GB 150 simultaneously. Any one of them can be applied, if their own requirements are met.
1.2 Scope
1.2.1 This standard is applicable to:
a) Vessels whose design pressures are greater than or equal to 0.1 MPa and less than 100 MPa;
b) Vessels whose vacuum degrees are higher than or equal to 0.02 MPa.
1.2.2 The applicable design temperature of this standard shall be lower than the corresponding temperature by which the steel creep controlling its admissible stress intensity.
1.2.3 This standard is not applicable to the following various vessels:
a) Vessels in the nuclear-energy plant;
b) The compression vessel chamber as an entirety or component in the rotary or reciprocating mechanical equipments (such as pump, compressor, turbine and hydraulic cylinder);
c) Frequently-transported vessels;
d) Vessels whose internal diameter (as for noncircular section, width, height or diagonal) is less than 150mm;
e) Directly-fired vessels.
2 Normative References
GB 150 Steel pressure vessels
GB/T 196 General purpose metric screw threads - Basic dimensions
GB/T 197 General purpose metric metric screw threads-Tolerances
GB/T 228 Metallic materials - Tensile testing at ambient temperature
GB/T 229 Metallic materials - Charpy notch impact test
GB/T 232 Metallic materials - Bend test
GB 567 Bursting discs and bursting discs devices
GB/T 699 Quality carbon structural steels
GB/T 1220 Stainless steel bars
GB/T 1804 General tolerances - Tolerances for linear and angular dimensions without individual tolerance indications
GB/T 3077 Alloy structure steels
GB/T 3280 Cold rolled stainless steel plate sheet and strip
GB 3531 Low alloy steel plates for low temperature pressure vessels
GB/T 4237 Hot rolled stainless steel plate sheet and strip
GB 6479 Seamless steel tubes for high-pressure for chemical fertilizer equipments
GB 6654 Steel plates for pressure vessels
GB/T 8163 Seamless steel tubes for liquid service
GB 9948 Seamless steel tubes for petroleum cracking
GB 12337 Steel spherical tanks
GB 13296 Seamless stainless steel tubes for boiler and heat exchanger
GB/T 14976 Stainless steel seamless tubes for fluid transport
GB 16749 Bellows expansion joints for pressure vessel
GB 19189 Quenched and tempered high strength steel plates for pressure vessels
JB 4700~4707 Pressure vessel flanges
JB 4708 Welding procedure qualification for steel pressure vessels
JB/T 4710 Steel vertical vessels supported by skirt
JB/T 4711 Coating and packing for pressure vessels transport
JB 4726 Carbon and low - alloy steel forgings for pressure vessels
JB 4727 Low-alloy steel forgings for low temperature pressure vessels
JB 4728 Stainless steel forgings for pressure vessels
JB/T 4730.1~4730.6 Nondestructive testing of pressure equipments
JB 4733 Explosive stainless clad steel plate for pressure vessels
JB 4744 Mechanical property tests of product welded test coupons for steel pressure vessels
3 General Provisions
3.1 The design, manufacture, inspection and acceptance of the vessels at the scope of jurisdiction of this standard shall not only be in accordance with the requirements of this standard, but also the national decrees, legislations and regulations related to the pressure vessels.
3.2 The scope of jurisdiction of this standard means the vessel body and the connecting compression parts connected with it, which is restricted within the following scope.
3.2.1 Connection between the vessel and the outer pipeline:
a) The first circumferential welding seam between the vessel nozzle and the outer pipeline;
b) The first nipple of threaded connection;
c) The first flange sealing surface of flange connection;
d) The first sealing surface of special connecting piece or pipe fittings connecting.
3.2.2 Bearing head, flat cover and fastening pieces of the nozzle, hatch and hand-hole, etc.
3.2.3 The welding seams between the non-pressure components and the internal & external surface of the vessels. The components outside of the welding seams, such as the reinforcing ring, lug support, supporting lug and skirt, shall be in accordance with the requirements of this standard or relevant standards.
3.3 The overpressure relief devices directly connected on the vessels shall be in accordance with the requirements of Annex E. Accessories such as instruments connected on the vessels shall be in accordance with relevant standards.
3.4 Qualification and Responsibilities
3.4.1 The design and manufacturing organizations of the vessels must be possessed of sound total quality control system. The design organization shall be possessed of the corresponding design organization instrument of ratification and the manufacturing organization shall be possessed of the corresponding manufacturing license.
3.4.2 The manufacture and application of the pressure vessels must be under the supervision of the safety supervision organization of the Ministry of Labor or authorized inspection organizations.
Note: the authorized inspection organizations are authorized by the pressure vessel safety supervision organization of the Ministry of Labor.
3.4.3 Responsibilities of the design organizations
3.4.3.1 The design organizations shall confirm the accuracy and integrity of the design condition analysis (trust deed).
3.4.3.2 The design organizations shall be responsible for the accuracy and integrity of the design document.
3.4.3.3 The design documents of the vessels shall at least contain stress analysis statement and design drawings.
3.4.3.4 The general vessel design drawing shall be sealed with the instrument of ratification mark of the design organizations who apply this standard.
3.4.3.5 The design data shall be kept for at least 7 years.
3.4.4 Responsibilities of the manufacturing organizations
3.4.4.1 The manufacturing organizations must manufacture in accordance with the requirements of the drawing drawings and can modify the original design only when approved by the original design organization.
3.4.4.2 The inspection departments of the manufacturing organizations shall carry out various specific inspections and tests for the vessels according to the requirements of this standard and drawings in the process of the vessel manufacture and completion, propose inspection report and be responsible for the accuracy and integrity of the reports.
3.4.4.3 The manufacturing organizations shall at least be possessed of the following technical documents for future reference for each vessel. The technical documents shall be kept for at least 7 years.
a) Manufacture process drawing or process card;
b) Material certificates and material lists;
c) Records of the vessel welding process and heat treatment process (see Chapter 11 for their retention period);
d) Records of the selective items for the manufacturer in the standard;
e) Inspection records in the process of the manufacture and completion;
f) Original design drawings and completion drawings of the vessels.
3.4.4.4 The manufacturing organizations shall deliver the product quality certificate to the users after confirmed by the authorized inspection organizations.
3.4.5 The legal or authorized inspection organizations shall carry out supervision and inspection for the pressure vessels in accordance with the national relevant regulations or rules and relevant requirements classified into supervision clauses in this standard.
3.5 Definition
3.5.1 Pressure: means the manometer pressure unless otherwise indicated.
3.5.2 Operating pressure: means the maximum pressure the top of the vessel may reach, under normal operating conditions.
3.5.3 Design pressure: means the setting maximum pressure of the top of the vessel; greater than or equal to the operating pressure; as the design load conditions with corresponding design temperature; as the foundation of the set pressure of the overpressure relief devices.
3.5.4 Calculated pressure: means the pressure for determining the calculated thickness of the components under corresponding design temperature (according to Table 3-1).
3.5.5 Test pressure: means the pressure on the top of the vessel in the process of the pressure test.
3.5.6 Design temperature: means the metal temperature (mean temperature along the metal section of the components) of the setting components under the normal operating conditions of the vessels.
The design temperature is used as the design load condition together with the design pressure.
3.5.7 Test temperature: means the metal temperature of the vessel shell in the process of the pressure test.
3.5.8 Thickness:
a) Calculated thickness: means the thickness calculated according to the formulae of each chapter;
b) Design thickness: means the sum of the calculated thickness and the corrosion allowance;
c) Nominal thickness: means the sum of the design thickness and the steel thickness negative deviation1) rounded up to the thickness of the standard steel specification, namely thickness indicated in the drawing;
————————
1) When the negative thickness deviation specified by the steel standard is not greater than 0.25mm and 6% of the nominal thickness, it may be neglected.
d) Effective thickness: means the nominal thickness subtracting the corrosion allowance and the negative deviation of the steel thickness.
3.6 Design requirements
3.6.1 In the design, the stress analysis and fatigue analysis shall be carried out according to the requirements of Chapter 5, Annex A, Annex B, Annex C, Annex J and Annex K. The stress intensity in the structure must not exceed the permissible limit. If the stress intensity can meet the requirements of 3.9 and 3.10, the stress analysis and fatigue analysis can be omitted.
3.6.2 As for the structure with instability as the main failure mode, not only the requirements of 3.6.1 shall be met, but also the structural stability shall be checked (see Chapter 8 for the conditions of bearing external pressure and axial compression).
3.6.3 General requirements for the design
3.6.3.1 When the design pressure is determined, the following points shall be considered:
When the overpressure relief devices are loaded on the vessels, the design pressure shall be determined according to the requirements of Annex E.
The vacuum vessel shall be designed with regard to bearing the external pressure. If the safety control device is installed (such as the vacuum release valve), the design pressure shall adopt the minimum value between 1.25 times of the maximum internal and external pressure difference and 0.1 MPa; if the safety control device is not installed, the design pressure shall adopt 0.1 MPa.
As for the vessels with different operating conditions, they shall be designed according to the strictest operating conditions.
The maximum pressure difference shall be considered for the vessels bearing the internal and external pressure or with more than two pressure chambers.
3.6.3.2 When the design temperature is determined, the following points shall be considered:
The design temperature shall not be lower than the maximum temperature that the component metals may reach under the operating conditions. As for the metal temperature below 0℃, the design temperature must not be higher than the minimum temperature that the component metal may reach. In any case, the temperature of the metal surface must not exceed the allowable steel service temperature.
If the metal temperature of each part of the vessels is different under operating conditions, the design temperature of each part can be determined respectively.
3.6.3.3 Load
Various loads and load combination shall be considered in the design; at least the following loads shall be considered:
a) Internal pressure, external pressure or the maximum pressure difference;
b) Hydrostatic head;
c) Deadweight of the vessel and the gravity load of the fillings under the normal working conditions or test conditions;
d) Additional loads, such as the gravity loads of other auxiliary facilities, heat insulating materials, lining, pipeline, staircase and platform, etc.;
e) Wind load, snow load and earthquake load;
f) The counterforce of lug support, base ring, supporting lug and other bases;
g) Impact load including the rapid pressure fluctuation;
h) The inhomogeneous strain loads caused by various temperature conditions and the acting force caused by the expansion or shrinkage of the connecting pipes or other components.
3.6.3.4 The minimum thickness of the steel plates used for the compression parts of the vessels and their accessories shall be in accordance with the following requirements:
a) The carbon steel and low alloy steel plate shall not be less than 6mm after deducting the corrosion allowance;
b) The high alloy steel plate shall not be less than 3mm after deducting the corrosion allowance.
3.6.3.5 The design stress intensity of the stainless clad steel plate:
a) When the design stress intensity of the clad materials is greater than or equal to 70% of that of the base materials, the clad thickness is allowed to be counted in the intensity calculation. The reduced thickness of the composite materials counted in the intensity calculation may be calculated according to formula (3-1a):
(3-1a)
Where:
δe——Reduced thickness of the composite materials, mm;
δ1——Nominal thickness of the base metal, mm;
δ2——Thickness of the clad metal (corrosion allowance is omitted), mm;
Sm1——Design stress intensity of the base metal, MPa;
Sm2——Design stress intensity of the clad metal, MPa;
b) As for the combination ratio of the clad and the base reaching the 2-level plate or the above in standard JB 4733, if the intensity of the clad materials shall be counted in the design calculation, the design stress intensity of the clad steel plate under the design temperature may be determined according to formula (3-1b):
(3-1b)
3.6.3.6 Lining
Corrosion resistant lining is not the lining forming into an entirety with the vessel wall, so the thickness of the lining layer shall not be counted in calculating the vessel wall thickness.
3.6.3.7 Corrosion allowance
When the plate thickness of the vessel components is reduced due to corrosion, washout, mechanical wear or other environmental influence, thickness shall be increased properly except the calculated thickness determined through calculation formula or stress analysis. The thickness may be determined according to the prospective vessel life span and the corrosion rate of the media to the materials.
Different corrosion allowance may be adopted for each part of the vessel with different corrosion degree.
If the experience shows that corrosion does not occur in the similar application process, the corrosion allowance may not be considered.
3.6.4 Relations among the pressure, temperature and static head
In the process of designing each part of the vessel, the relation among the pressure, temperature and static head must be considered according to Table 3-1.
Table 3-1 Relation between the pressure and temperature
State Pressure Static head1) Temperature Remark
1 The whole vessel Design pressure Omitted Concurrent design temperature Pressure and temperature indicated on the nameplate 2)
If the temperature is different on each part of the vessel, the whole vessel shall adopt the maximum temperature therein
Every part Pressure of each part corresponding to the design pressure Static head of each part Concurrent design temperature
2 Every part Pressure corresponding to the design temperature Static head of each part Design temperature Compared with state 1, the combination of the higher temperature and the lower pressure must be checked, or each part shall be designed according to the combination of the pressure (including the static head) and the design temperature of each part
3 The whole vessel Test pressure Omitted Test temperature
Every part Test pressure Static head of each part Test temperature
4 The whole vessel Pressure corresponding to the minimum allowable temperature Omitted Minimum allowable temperature The suitability of the materials to the operating temperature shall be co-determined by the minimum allowable temperature and the material notch ductility test or the maximum stress under the low temperature
Every part Pressure of each part corresponding to the minimum allowable temperature Static head of each part Minimum allowable temperature
5 Every part Operating pressure Static head of each part Metal temperature For the secondary stress and the peak stress analysis
1) Is also applicable to the pressure fluctuation caused by fluid flow.
2) If the vessel can operate under different pressure and temperature conditions, other corresponding pressure and temperature values can be indicated simultaneously.
3.6.5 Design stress intensity
The design stress intensity Sm of the materials used in this standard shall adopt the values stated in Chapter 6. The basis is as follows:
3.6.5.1 Steels
Except the bolt materials, the design stress intensity of general steels shall be the minimum of the following values:
a) 1/2.6 of the lower limit value of the standard tensile strength under the normal temperature;
b) 1/1.5 of the yield strength ReL (Rp0.2) under the normal temperature;
c) 1/1.5 of the yield strength R (R ) under the design temperature.
As for the components made of austenitic stainless steels, according to the application parts, 90% of the yield strength R under the design temperature may be adopted for the components for which slight permanent deformation is allowable, but the design stress intensity must not exceed 1/1.5 of the yield strength Rp0.2 under the normal temperature. This requirement is not applicable to the flange or other components for which slight deformation will cause leakage or fault.
3.6.5.2 Bolt materials
The design stress intensity of the bolt materials is shown in Table 3-2.
Table 3-2 Bolt design stress intensity
Materials Bolt diameter, mm Heat treatment condition Design stress intensity
Design temperature is lower than the creep range
Carbon steel ≤M22
M24~M48 Hot rolled and normalizing R /2.7
R /2.5
Low alloy steel Martensite high alloy steel ≤M22
M24~M48
≥M52 Slack quenching R (R ) /3.5
R (R ) /3.0
R (R ) /2.7
Austenite high alloy steel ≤M22
M24~M48 Solid solution R (R ) /1.6
R (R ) /1.5
Note: R (R ) is the yield point or 0.2% yield strength under the design temperature, MPa.
3.7 Allowable limit of the stress intensity
3.7.1 Allowable limit of the primary stress intensity
The allowable limit of the primary stress intensity shall be in accordance with the following requirements, but not subject to the restriction once in accordance with 5.4.2.
3.7.1.1 When the vessel and its lug support are designed according to the combination conditions of design load and test load listed in Table 3-3, the allowable limit of the primary stress intensity shall be in accordance with the requirements of 5.3.1~5.3.3.
Table 3-3 Load combination coefficient K
Conditions Load combination (see 3.6.3.3) K Basic reference for the calculated stress
Design load A Design pressure; vessel deadweight; gravity load of fillings, auxiliary facilities and external accessories 1.0 Under the design temperature; the thickness of the corrosion allowance is omitted
B A + wind load 1), 2) 1.23)
C A + earthquake load1), 2 1.23)
Test load A Test pressure; vessel deadweight; gravity load of fillings, auxiliary facilities and external accessories 1.25 in hydraulic test, 1.15 in pneumatic test Under the test temperature; actual design value
1) Wind load and earthquake load are not required to be considered simultaneously.
2) The calculation methods for wind load and earthquake load shall be in accordance with the relevant requirements.
3) Primary general membrane stress shall be below the yield point.
3.7.1.2 In the test, if the pressure (including the static head) of any point of the vessel exceeds 6% of the test pressure specified in formula (3-2) and formula (3-3), the upper limit of the test pressure shall be determined according to the following requirements:
In the hydraulic test:
a) The primary general membrane stress intensity SⅠ calculated under the test temperature shall not exceed 90% of the material yield strength ReL (RP0.2) under the test temperature;
b) The stress intensity SⅡ of the calculated primary membrane plus the primary bending stress shall not exceed the limit given by the following formulae:
When SⅠ≤0.67ReL (RP0.2), SⅡ≤1.35ReL (RP0.2);
When 0.67ReL (RP0.2)
Contents
1 Subject Contents and Scope
1.1 Subject content
1.2 Scope
2 Normative References
3 General Provisions
4 Terms
4.1 Stress intensity
4.2 Gross structural discontinuity
4.3 Local structural discontinuity
4.4 Normal stress
4.5 Shear stress
4.6 Membrane stress
4.7 Bending stress
4.8 Primary stress
4.9 Secondary stress Q
4.10 Peak stress F
4.11 Load stress
4.12 Thermal stress
4.13 Operating cycle
4.14 Stress cycle
4.15 Deformation
4.16 Inelasticity
4.17 Fatigue
5 General Standards of Design by Analysis
5.1 General rules
5.2 Calculation of stress intensity
5.3 Allowable limit of various stress intensity
5.4 Application of plastic analysis
5.5 Three-dimensional stress
5.6 Nozzle transition
6 Materials
6.1 General rules
6.2 Steel plate
6.3 Steel tube
6.4 Forgings
6.5 Stud and nut
7 Shell of Revolution Bearing the External Pressure
7.1 Scope
7.2 Symbol Description
7.3 Circular Cylinder
7.4 Spherical Shell
7.5 Conical Shell
7.6 Forming head
7.7 Connection between the larger end of the conical shell and the cylinder
7.8 Connection between the smaller end of the conical shell and the cylinder
7.9 Coupling of Larger and Smaller Ends
7.10 Reducer Section
8 Shell of revolution bearing the external pressure
8.1 Symbol description
8.2 Calculation of the external pressure cylinder and external pressure sphere
8.3 Design of reinforcing ring of the external pressure cylinder
8.4 Forming head
8.5 conical shell and conical head bearing external pressure
8.6 Axially-compressed cylinder
9 Flat Cover
9.1 Symbol Description
9.2 Thickness of Flat-Cover
10 Opening and Opening Reinforcement
10.1 Symbol description
10.2 Equal-area reinforcement
11 Manufacturing, Inspection and Acceptance
11.1 General Provisions
11.2 Cold and hot forming
11.3 Welding
11.4 heat treatment
11.5 Test plate and sample
11.6 Multi-layer pressure vessel
11.7 Shrunk-fit pressure vessel
11.8 Forged and welded pressure vessel
11.9 Nondestructive testing
11.10 Pressure test and gas-tightness test
11.11 Quality certificate, mark, painting, package and transportation
Annex A (Normative) Stress Analysis of Basic Components and Combined Components
A.1 Application Scope
A.2 Deformation and Stress Analysis of the Basic Components
A.3 Stress at the Joint of Various Heads and Cylindrical Shell
A.4 The Stress Analysis Method of the Integrally-reinforced Shell Opening
A.5 Temperature Stress
Annex B (Normative) Experimental Stress Analysis
B.1 General Rules
B.2 Test Types
B.3 Test Methods
B.4 Test Results
B.5 Tests to Determine Collapse Load
Annex C (Normative) Design Basing on Fatigue Analysis
C.1 General Provisions
C.2 Procedures of Fatigue Analysis
C.3 Local Structural Discontinuity
C.4 Attenuation Coefficient of the Fatigue Strength of the Fillet Weld
C.5 Fatigue Analysis of the Stud
C.6 Thermal Stress Ratchet Action in the Shell
C.7 Test Methods for Determining the Fatigue Life
C.8 Stress Index Method for the Opening Fatigue Evaluation
Annex D (Normative) Flanges
D.1 General Provisions
D.2 Symbol Explanation
D.3 Flange Types
D.4 Flange Connection
D.5 External Pressure Flange
Annex E (Normative)
E.1 Application scope
E.2 Definition
E.3 Symbol explanation
E.4 General Rules
E.5 Calculation of the vessel safety release quantity
E.6 Safety valve
E.7 Bursting discs devices
E.8 The combined device of the safety valve and the bursting discs devices
E.9 Installation of the overpressure relief devices
E.10 Release pipe
Annex F (Normative)
F.1 General Rules
F.2 Steel plate
Annex G (Informative)
Annex H (Informative)
H.1 Classification and requirements of the welded joints
H.2 Other welded connection and requirements
Annex I (Informative)
I.1 Forms of tube plate connection structure
I.2 Symbol description
I.3 Stress analysis on the tube plate of the U-tube heat exchanger and other relevant components
I.4 Stress analysis on the tube plate of the floating head and packing-gland heat exchanger and other relevant components
I.5 Stress analysis on the tube plate of the fixed heat exchanger and other relevant components
Annex J (Informative) Stress Analysis of Cylindrical Shell Opening Nozzle
J.1 Application Scope
J.2 Symbol Explanation
J.3 Calculation Procedures
J.4 Thickness Adjustment
Annex K (Informative) basic requirements for finite element calculation procedures and analysis staff
K.1 Calculation Procedures
K.2 Analysis Staff
鋼制壓力容器—分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
1 主題內(nèi)容與范圍
1.1 主題內(nèi)容
本標(biāo)準(zhǔn)是以分析設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)，提供了以彈性應(yīng)力分析和塑性失效準(zhǔn)則、彈塑性失效準(zhǔn)則為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法；對(duì)選材、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收規(guī)定了比GB 150《鋼制壓力容器》更為嚴(yán)格的要求。
本標(biāo)準(zhǔn)與GB 150同時(shí)實(shí)施，在滿足各自要求的條件下，可選擇其中之一使用。
1.2 范圍
1.2.1 本標(biāo)準(zhǔn)適用于：
a） 設(shè)計(jì)壓力大于或等于0.1MPa且小于100MPa的容器；
b） 真空度高于或等于0.02MPa的容器。
1.2.2 本標(biāo)準(zhǔn)適用的設(shè)計(jì)溫度應(yīng)是低于以鋼材蠕變控制其許用應(yīng)力強(qiáng)度的相應(yīng)溫度。
1.2.3 本標(biāo)準(zhǔn)不適用于下列各類容器：
a） 核能裝置中的容器；
b） 旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備（如泵、壓縮機(jī)、渦輪機(jī)、液壓缸等）中自成整體或作為部件的受壓器室；
c） 經(jīng)常搬運(yùn)的容器；
d） 內(nèi)直徑（對(duì)非圓形截面，指寬度、高度或?qū)蔷€）小于150mm的任何長(zhǎng)度的容器；
e） 直接火焰加熱的容器。
2 規(guī)范性引用文件
GB 150 鋼制壓力容器
GB/T 196 普通螺紋 基本尺寸
GB/T 197 普通螺紋公差
GB/T 228 金屬材料 室溫拉伸試驗(yàn)方法
GB/T 229 金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法
GB/T 232 金屬材料 彎曲試驗(yàn)方法
GB 567 爆破片與爆破片裝置
GB/T 699 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼
GB/T 1220 不銹鋼棒
GB/T 1804 一般公差 未注公差的線性和角度尺寸的公差
GB/T 3077 合金結(jié)構(gòu)鋼
GB/T 3280 不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶
GB 3531 低溫壓力容器用低合金鋼鋼板
GB/T 4237 不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶
GB 6479 高壓化肥設(shè)備用無(wú)縫鋼管
GB 6654 壓力容器用鋼板
GB/T 8163 輸送流體用無(wú)縫鋼管
GB 9948 石油裂化用無(wú)縫鋼管
GB 12337 鋼制球形儲(chǔ)罐
GB 13296 鍋爐、熱交換器用不銹鋼無(wú)縫鋼管
GB/T 14976 流體輸送用不銹鋼無(wú)縫鋼管
GB 16749 壓力容器波形膨脹節(jié)
GB 19189 壓力容器用調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板
JB 4700～4707 壓力容器法蘭
JB 4708 鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定
JB/T 4710 鋼制塔式容器
JB/T 4711 壓力容器涂敷與運(yùn)輸包裝
JB 4726 壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件
JB 4727 低溫壓力容器用低合金鋼鍛件
JB 4728 壓力容器用不銹鋼鍛件
JB/T 4730.1～4730.6 承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)
JB 4733 壓力容器用爆炸不銹鋼復(fù)合鋼板
JB 4744 鋼制壓力容器產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能檢驗(yàn)
3 總論
3.1 本標(biāo)準(zhǔn)管轄范圍內(nèi)的容器之設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收除應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外，還必須遵守國(guó)家頒布的有關(guān)壓力容器的法令、法規(guī)和規(guī)章。
3.2 本標(biāo)準(zhǔn)管轄的容器范圍是指容器本體及與之連為整體的連通受壓零部件，且劃定在下列范圍內(nèi)。
3.2.1 容器與外管道連接：
a） 容器接管與外管道焊接連接的第一道環(huán)向焊縫；
b） 螺紋連接的第一個(gè)螺紋接頭；
c） 法蘭連接的第一個(gè)法蘭密封面；
d） 專用連接件或管件連接的第一個(gè)密封面。
3.2.2 接管、入孔、手孔等的承壓封頭、平蓋及其緊固件。
3.2.3 非受壓力元件與容器內(nèi)、外表面的連接焊縫。焊縫以外的元件，如加強(qiáng)圈、支座、支耳、裙座等應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)或相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
3.3 直接連在容器上的超壓泄放裝置應(yīng)符合附錄E的規(guī)定。連接在容器上的儀表等附件，應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
3.4 資格與職責(zé)
3.4.1 容器的設(shè)計(jì)、制造單位必須具備健全的全面質(zhì)量管理體系。設(shè)計(jì)單位應(yīng)持有相應(yīng)的設(shè)計(jì)單位批準(zhǔn)書(shū)，制造單位應(yīng)持有相應(yīng)的制造許可證。
壓力容器的制造和使用必須置于國(guó)家勞動(dòng)部門(mén)安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)或授權(quán)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)監(jiān)督之下。
注：授權(quán)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是指由國(guó)家勞動(dòng)部門(mén)壓力容器安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)授權(quán)進(jìn)行監(jiān)督檢驗(yàn)的機(jī)構(gòu)。
3.4.3 設(shè)計(jì)單位的職責(zé)
3.4.3.1 設(shè)計(jì)單位應(yīng)對(duì)分析設(shè)計(jì)條件（委托書(shū)）的準(zhǔn)確性和完整性予以確認(rèn)。
3.4.3.2 設(shè)計(jì)單位應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)文件的準(zhǔn)確性和完整性負(fù)責(zé)。
3.4.3.3 容器的設(shè)計(jì)文件至少應(yīng)包括應(yīng)力分析報(bào)告書(shū)和設(shè)計(jì)圖樣。
3.4.3.4 容器設(shè)計(jì)總圖應(yīng)蓋有應(yīng)用本標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)單位批準(zhǔn)書(shū)標(biāo)志。
3.4.3.5 設(shè)計(jì)資料保存期應(yīng)不少于7年。
3.4.4 制造單位的職責(zé)
3.4.4.1 制造單位必須按照設(shè)計(jì)圖樣要求進(jìn)行制造，如需要對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，應(yīng)取得原設(shè)計(jì)單位認(rèn)可。
3.4.4.2 制造單位的檢驗(yàn)部門(mén)在容器制造過(guò)程中和完工后應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)和圖樣規(guī)定對(duì)容器進(jìn)行各項(xiàng)具體檢驗(yàn)和試驗(yàn)，提出檢驗(yàn)報(bào)告，并對(duì)報(bào)告的準(zhǔn)確性和完整性負(fù)責(zé)。
3.4.4.3 制造單位對(duì)其制造的每臺(tái)容器產(chǎn)品至少應(yīng)具有下列技術(shù)文件備查，技術(shù)文件保存期應(yīng)不少于7年。
a） 制造工藝圖或制造工藝卡；
b） 材料證明文件及材料表；
c） 容器的焊接工藝和熱處理工藝記錄（其保存期見(jiàn)第11章）；
d） 標(biāo)準(zhǔn)中允許制造廠選擇的項(xiàng)目的記錄；
e） 容器制造過(guò)程中及完工后的檢驗(yàn)記錄；
f） 容器的原設(shè)計(jì)圖和竣工圖。
3.4.4.4 制造單位應(yīng)將產(chǎn)品質(zhì)量證明書(shū)提交授權(quán)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)確認(rèn)后交付用戶。
3.4.5 法定或授權(quán)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，按國(guó)家有關(guān)法規(guī)或條例以及本標(biāo)準(zhǔn)中列入監(jiān)察條款的有關(guān)規(guī)定對(duì)壓力容器進(jìn)行監(jiān)督檢驗(yàn)。
3.5 定義
3.5.1 壓力：除注明者外，均指表壓力。
3.5.2 工作壓力：系指正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力。
3.5.3 設(shè)計(jì)壓力：系指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷的條件，并作為超壓泄放裝置調(diào)定壓力的基礎(chǔ)，其值大于或等于工作壓力。
3.5.4 計(jì)算壓力：系指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件計(jì)算厚度的壓力（按表3-1確定）。
3.5.5 試驗(yàn)壓力：系指在壓力試驗(yàn)時(shí)，容器頂部的壓力。
3.5.6 設(shè)計(jì)溫度：系指容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。
設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力一起作為設(shè)計(jì)載荷條件。
3.5.7 試驗(yàn)溫度：系指壓力試驗(yàn)時(shí)容器殼體的金屬溫度。
3.5.8 厚度：
a） 計(jì)算厚度：系指按各章公式計(jì)算所得到的厚度；
b） 設(shè)計(jì)厚度：系指計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和；
c） 名義厚度：系指將設(shè)計(jì)厚度加上鋼材厚度負(fù)偏差1）后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，即是圖樣上標(biāo)注的厚度；
————————
1） 當(dāng)鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的厚度負(fù)偏差不大于0.25mm，且不超過(guò)名義厚度的6％時(shí)，可忽略不計(jì)。
d） 有效厚度：系指名義厚度減去腐蝕裕量與鋼材厚度負(fù)偏差。
3.6 設(shè)計(jì)要求
3.6.1 設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按第5章、附錄A、附錄B、附錄C、附錄J及附錄K的規(guī)定做應(yīng)力分析和疲勞分析，結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力強(qiáng)度不得超過(guò)許用極限。但能滿足3.9與3.10的規(guī)定時(shí)，可免除應(yīng)力分析和疲勞分析。
3.6.2 對(duì)于以失穩(wěn)為主要失效模式的結(jié)構(gòu)，除應(yīng)符合3.6.1的要求外，尚應(yīng)校核結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性（對(duì)承受外壓及軸向壓縮的情況，見(jiàn)第8章）。
3.6.3 設(shè)計(jì)的一般規(guī)定
3.6.3.1 確定設(shè)計(jì)壓力時(shí)，應(yīng)考慮以下各點(diǎn)：
容器上裝有超壓泄放裝置時(shí)，應(yīng)按附錄E的規(guī)定確定設(shè)計(jì)壓力。
真空容器按承受外壓設(shè)計(jì)，當(dāng)裝有安全控制裝置（如真空泄放閥）時(shí)，設(shè)計(jì)壓力取1.25倍的最大內(nèi)外壓力差或0.1MPa兩者中的低值；當(dāng)無(wú)安全控制裝置時(shí)，取0.1MPa。
對(duì)具有不同操作工況的容器，應(yīng)按最苛刻的工況進(jìn)行設(shè)計(jì)。
對(duì)容器承受內(nèi)、外壓力或具有兩個(gè)以上的壓力室時(shí)，應(yīng)考慮相互間的最大壓差。
3.6.3.2 確定設(shè)計(jì)溫度時(shí)，應(yīng)考慮：
設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)下可能達(dá)到的最高溫度。對(duì)0℃以下的金屬溫度，設(shè)計(jì)溫度則不得高于元件金屬可以達(dá)到的最低溫度。任何情況下，金屬表面的溫度不得超過(guò)鋼材的允許使用溫度。
當(dāng)容器各部分在工作狀態(tài)下的金屬溫度不同時(shí)，可分別確定各部分的設(shè)計(jì)溫度。
3.6.3.3 載荷
設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮各種載荷及載荷組合，至少應(yīng)考慮以下載荷：
a） 內(nèi)壓、外壓或最大壓差；
b） 液體靜壓頭；
c） 容器的自重，以及正常工作條件下或試驗(yàn)狀態(tài)下內(nèi)裝物料的重力載荷；
d） 附加載荷，如其他附屬設(shè)備、隔熱材料、襯里、管道、扶梯、平臺(tái)等的重力載荷；
e） 風(fēng)載荷、雪載荷及地震載荷；
f） 支座、底座圈、支耳及其他型式底座的反作用力；
g） 包括壓力急劇波動(dòng)的沖擊載荷；
h） 由各種溫度條件引起的不均勻應(yīng)變載荷及由連接管道或其他部件的膨脹或收縮所引起的作用力。
3.6.3.4 容器及其配件的受壓部分所用板材的最小厚度按下列規(guī)定：
a） 碳素鋼及低合金鋼鋼板，扣除腐蝕裕量后不小于6mm；
b） 高合金鋼板，扣除腐蝕裕量后應(yīng)不小于3mm。
3.6.3.5 不銹鋼復(fù)合鋼板的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度：
a） 當(dāng)復(fù)層材料的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度值大于或等于基層材料設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度值的70％時(shí)，允許將復(fù)層厚度計(jì)入強(qiáng)度計(jì)算之內(nèi)。計(jì)入強(qiáng)度計(jì)算的復(fù)合材料的折算厚度可按式（3-1a）計(jì)算：
（3-1a）
式中：
δe——復(fù)合材料的折算厚度，mm；
δ1——基層金屬的名義厚度，mm；
δ2——復(fù)層金屬的厚度，不計(jì)腐蝕裕量，mm；
Sm1——基層金屬的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度，MPa；
Sm2——復(fù)層金屬的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度，MPa；
b） 對(duì)于復(fù)層與基層結(jié)合率達(dá)到JB 4733標(biāo)準(zhǔn)中2級(jí)板以上，在設(shè)計(jì)計(jì)算中，如需計(jì)入復(fù)層材料的強(qiáng)度時(shí)，復(fù)合鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度值可按式（3-1b）確定：
（3-1b）
3.6.3.6 襯里
耐腐蝕襯里是指不與容器壁連成整體的襯里，故計(jì)算容器壁厚時(shí)，襯里層的厚度不應(yīng)計(jì)入。
3.6.3.7 腐蝕裕量
容器元件由于受到腐蝕、沖蝕、機(jī)械磨損或其他環(huán)境影響而造成板厚削弱減薄時(shí)，應(yīng)在計(jì)算公式或應(yīng)力分析所確定的計(jì)算厚度之外，予以適當(dāng)?shù)卦黾雍穸取？筛鶕?jù)預(yù)期的容器壽命與介質(zhì)對(duì)材料的腐蝕速率確定之。
當(dāng)容器各部分腐蝕程度不同時(shí)，對(duì)容器的各部分也可采用不同的腐蝕裕量。
若經(jīng)驗(yàn)表明，在類似的使用過(guò)程中不發(fā)生腐蝕時(shí)，則不必考慮腐蝕裕量。
3.6.4 壓力、溫度、靜壓頭的關(guān)系
在設(shè)計(jì)容器各部分時(shí)，必須按表3-1考慮壓力、溫度及靜壓頭之間的相互關(guān)系。
表3-1 壓力與溫度的關(guān)系
狀態(tài) 壓力 靜壓頭1） 溫度 備注
1 容器整體 設(shè)計(jì)壓力 不考慮 同時(shí)發(fā)生的設(shè)計(jì)溫度 銘牌上所標(biāo)注的壓力及溫度2）
容器各處溫度不同時(shí)，容器整體則取其中的最高溫度
各處 與設(shè)計(jì)壓力相對(duì)應(yīng)的各處壓力 各處的靜壓頭 同時(shí)發(fā)生的設(shè)計(jì)溫度
2 各處 與設(shè)計(jì)溫度相對(duì)應(yīng)的壓力 各處的靜壓頭 設(shè)計(jì)溫度 與狀態(tài)1相比，必須校核較高溫度與較低壓力的組合。或者對(duì)各部分，按各處的壓力（包括靜壓頭）和設(shè)計(jì)溫度的組合設(shè)計(jì)
3 容器整體 試驗(yàn)壓力 不考慮 試驗(yàn)溫度
各處 試驗(yàn)壓力 各處的靜壓頭 試驗(yàn)溫度
4 容器整體 與最低許用溫度相對(duì)應(yīng)的壓力 不考慮
最低許用溫度 用最低許用溫度與材料的缺口韌性試驗(yàn)或與低溫下的最高應(yīng)力共同決定材料是否適用于工作溫度
各處 與最低許用溫度相對(duì)應(yīng)各處的壓力 各處的靜壓頭 最低許用溫度
5 各處 工作壓力 各處的靜壓頭 金屬溫度 二次應(yīng)力、峰值應(yīng)力分析用
1） 例如由于流體流動(dòng)等產(chǎn)生的壓力波動(dòng)也同樣適用。
2） 若容器允許在不只一個(gè)壓力和溫度條件下工作時(shí)，則可同時(shí)標(biāo)出其他相應(yīng)的壓力和溫度值。
3.6.5 設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度
本標(biāo)準(zhǔn)所用材料的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度值Sm，用第6章中所給出的數(shù)值。其確定依據(jù)如下：
3.6.5.1 鋼材
除螺栓材料外，一般鋼材的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度為下列各值中的最低值：
a） 常溫下標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值的1/2.6；
b） 常溫下屈服強(qiáng)度ReL（Rp0.2）的1/1.5；
c） 設(shè)計(jì)溫度下屈服強(qiáng)度R （R ）的1/1.5。
對(duì)用奧氏體不銹鋼材制成的部件，根據(jù)使用部位，對(duì)允許有微量永久變形的部件，可取設(shè)計(jì)溫度下屈服強(qiáng)度R 的90％，但最高不超過(guò)常溫下屈服強(qiáng)度Rp0.2的1/1.5。此規(guī)定不適用于法蘭或其他有微量變形就產(chǎn)生泄漏或故障的情況。
3.6.5.2 螺栓材料
螺栓材料的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度如表3-2所示。
表3-2 螺栓設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度
材料 螺栓直徑，mm 熱處理狀態(tài) 設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度
設(shè)計(jì)溫度低于蠕變范圍
碳素鋼 ≤M22
M24～M48 熱軋，正火 R /2.7
R /2.5
低合金鋼
馬氏體高合金鋼 ≤M22
M24～M48
≥M52 調(diào)質(zhì) R （R ）/3.5
R （R ）/3.0
R （R ）/2.7
奧氏體高合金鋼 ≤M22
M24～M48 固溶 R （R ）/1.6
R （R ）/1.5
注：R （R ）為設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)或0.2％屈服強(qiáng)度，MPa。
3.7 應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限
3.7.1 一次應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限
一次應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限按下列規(guī)定，但按5.4.2時(shí)不在此限。
3.7.1.1 容器及其支座按表3-3所列的設(shè)計(jì)載荷及試驗(yàn)載荷各組合條件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一次應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限應(yīng)滿足5.3.1～5.3.3的規(guī)定。
表3-3 載荷組合系數(shù)K
條件 載荷組合（參見(jiàn)3.6.3.3） K值 計(jì)算應(yīng)力的基準(zhǔn)
設(shè)計(jì)載荷 A 設(shè)計(jì)壓力、容器自重，內(nèi)裝物料、附屬設(shè)備及外部配件的重力載荷 1.0 設(shè)計(jì)溫度下，不計(jì)腐蝕裕量的厚度
B A+風(fēng)載荷1）、2） 1.23）
C A+地震載荷1）、2 1.23）
試驗(yàn)載荷 A 試驗(yàn)壓力、容器自重，內(nèi)裝物料、附屬設(shè)備及外部配件的重力載荷 液壓試驗(yàn)為1.25，氣壓試驗(yàn)為1.15 試驗(yàn)溫度下，實(shí)際設(shè)計(jì)數(shù)值
1） 不需要同時(shí)考慮風(fēng)載荷與地震載荷。
2） 風(fēng)載荷與地震載荷的計(jì)算方法按有關(guān)規(guī)定。
3） 一次總體薄膜應(yīng)力在屈服點(diǎn)以下。
3.7.1.2 試驗(yàn)時(shí)容器任何點(diǎn)上的壓力（包括靜壓頭）超過(guò)式（3-2）、式（3-3）規(guī)定的試驗(yàn)壓力的6％時(shí)，應(yīng)按下列規(guī)定確定試驗(yàn)壓力的上限：
液壓試驗(yàn)時(shí)：
a） 試驗(yàn)溫度下計(jì)算求得的一次總體薄膜應(yīng)力強(qiáng)度SⅠ應(yīng)不超過(guò)試驗(yàn)溫度下材料的屈服強(qiáng)度ReL（RP0.2）的90％；
b） 計(jì)算求得的一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力的應(yīng)力強(qiáng)度SⅡ，應(yīng)不超過(guò)下列兩式給出的限制值：
當(dāng)SⅠ≤0.67ReL（RP0.2）時(shí)，SⅡ≤1.35ReL（RP0.2）；
當(dāng)0.67ReL（RP0.2）＜SⅠ≤0.90ReL（RP0.2）時(shí)，SⅡ≤2.15ReL（RP0.2）－1.2SⅠ。
氣壓試驗(yàn)時(shí)：
液壓試驗(yàn)時(shí)對(duì)一次薄膜應(yīng)力加一次彎曲應(yīng)力之應(yīng)力強(qiáng)度的限制亦適用于氣壓試驗(yàn)；僅計(jì)算求得的一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度SⅠ應(yīng)不超過(guò)試驗(yàn)溫度下材料的ReL（RP0.2）屈服強(qiáng)度）的80％。
3.7.1.3 多室容器，壓力可同時(shí)施加于相鄰各室，以維持上列應(yīng)力強(qiáng)度極限值。
3.7.2 一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限按5.3.4的規(guī)定。
3.7.3 一次加二次加峰值應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限按5.3.5的規(guī)定。
3.7.4 特殊應(yīng)力的許用極限
3.7.4.1 支承載荷
3.7.4.1.1 在最大設(shè)計(jì)載荷作用下，為防止壓毀的平均支承應(yīng)力必須限制在所處溫度下的屈服強(qiáng)度ReL（RP0.2）以下。當(dāng)?shù)阶杂啥说木嚯x（非承壓部分）大于支承載荷作用的距離時(shí)，支承應(yīng)力允許為所處溫度下屈服強(qiáng)度ReL（RP0.2）的1.5倍。
評(píng)定復(fù)合材料復(fù)層表面上的支承應(yīng)力時(shí)，應(yīng)采用復(fù)材的屈服強(qiáng)度ReL（RP0.2）；如果所取的支承面積為實(shí)際接觸面積或者支持接觸表面的基層面積兩者中的較小值，則可采用基材的屈服強(qiáng)度ReL（RP0.2）。
3.7.4.1.2 當(dāng)支承載荷作用于具有懸臂自由端的部件上時(shí)，例如凸緣處，應(yīng)考慮剪切失效的可能性。在僅有載荷應(yīng)力（見(jiàn)4.11）時(shí)，平均剪應(yīng)力應(yīng)不超過(guò)0.6Sm；在載荷應(yīng)力加二次應(yīng)力時(shí)，平均剪應(yīng)力不得超過(guò)下列數(shù)值：
a） 對(duì)奧氏體不銹鋼，在40℃時(shí)為0.5RP0.2及所有其他溫度時(shí)下為0.675RP0.2，取二者較低值；
b） 對(duì)其他所有材料，在任何溫度下均為0.5ReL（RP0.2）；
c） 剪切破壞主要發(fā)生于復(fù)合材料的復(fù)層內(nèi)部時(shí)，應(yīng)根據(jù)與該復(fù)層材料等效的鍛材性能來(lái)決定其許用剪應(yīng)力。
剪切破壞的一部分發(fā)生在基層，另一部分發(fā)生在復(fù)層，則評(píng)定這種類型破壞的綜合抗力時(shí)，應(yīng)采用各材料的許用剪應(yīng)力。
3.7.4.1.3 銷(xiāo)子及類似部件的支承應(yīng)力不得超過(guò)該溫度下ReL（RP0.2）；但距板邊一個(gè)銷(xiāo)子直徑范圍以內(nèi)無(wú)承壓面積時(shí)，可使用1.5ReL（RP0.2）。
3.7.4.2 純剪切
受純剪切的截面（例如：鍵、抗剪環(huán)、螺紋）的平均一次剪應(yīng)力不得超過(guò)0.6Sm。承受扭力的實(shí)心圓形截面外周上，不計(jì)集中應(yīng)力時(shí)的最大一次剪應(yīng)力不得超過(guò)0.8Sm。
3.7.4.3 非整體連接件的擴(kuò)展性變形
螺帽、絲堵、.環(huán)狀抗剪鎖緊裝置、栓狀鎖緊裝置等非整體連接件，由于喇叭狀或其他形狀的擴(kuò)展性變形而受到損壞，以致不能?chē)Ш希鸱钦w連接件之間產(chǎn)生滑移。為防止發(fā)生此類現(xiàn)象，一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度不得超過(guò)ReL（RP0.2）。
3.8 壓力試驗(yàn)
容器制成后必須進(jìn)行壓力試驗(yàn)。壓力試驗(yàn)的項(xiàng)目和要求應(yīng)在圖樣上注明。
壓力試驗(yàn)一般采用液壓試驗(yàn)，試驗(yàn)液體按第11章的要求，對(duì)于不適合做液壓試驗(yàn)的容器，例如容器內(nèi)不允許有微量殘留液體，或由于結(jié)構(gòu)原因不能充滿液體的容器可以采用氣壓試驗(yàn)。做氣壓試驗(yàn)的容器必須滿足第11章的要求。
對(duì)只有底部受靜液壓作用的高塔，用液壓試驗(yàn)或氣壓試驗(yàn)都不適合的容器可以采用液壓和氣壓的組合試驗(yàn)。組合試驗(yàn)的壓力與氣壓試驗(yàn)相同。
3.8.1 組合容器的壓力試驗(yàn)
由兩個(gè)以上受壓室組成的容器按下列方法進(jìn)行壓力試驗(yàn)。
a） 按獨(dú)立操作設(shè)計(jì)的組合容器的受壓室可作為單獨(dú)容器處理，即在鄰室無(wú)壓力的情況下進(jìn)行壓力試驗(yàn)；
b） 按相鄰各室的壓差設(shè)計(jì)的容器，對(duì)兩室共用部件按設(shè)計(jì)壓差的1.25倍的壓力值并按3.8.3作溫度修正后進(jìn)行壓力試驗(yàn)；
c） 共用部件按b）條進(jìn)行試驗(yàn)并經(jīng)檢查之后，相鄰器室應(yīng)同時(shí)進(jìn)行液壓試驗(yàn)，且應(yīng)限制受壓室之間的壓差，使其不超過(guò)試驗(yàn)共同部件時(shí)采用的壓力值。
3.8.2 真空和外壓容器
真空（或部分真空）或外壓容器，應(yīng)以內(nèi)壓進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)壓力為：PT=1.25p。
3.8.3 試驗(yàn)壓力
液壓試驗(yàn)：
（3-2）
氣壓試驗(yàn)：
（3-3）
式中：
PT——試驗(yàn)壓力，MPa；
P——設(shè)計(jì)壓力，MPa；
Sm——容器元件材料在試驗(yàn)溫度下的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度，MPa；
S ——容器元件材料在設(shè)計(jì)溫度下的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度，MPa。
注：容器各元件（筒體、封頭、接管、法蘭及緊固件等）所用材料不同時(shí)，應(yīng)取各元件材料Sm/S 比值中最小者。
3.8.4 氣密性試驗(yàn)
儲(chǔ)存毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)的容器，即使?jié)B漏微量氣體也是不允許的。對(duì)此種容器應(yīng)在壓力試驗(yàn)合格后，將安全附件安裝齊全，以等于設(shè)計(jì)壓力的試驗(yàn)壓力進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。
做氣壓試驗(yàn)的容器，是否需要再做氣密性試驗(yàn)，應(yīng)在圖樣上規(guī)定。
需做氣密性試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力和要求，應(yīng)在圖樣上注明。
3.9 應(yīng)力分析的免除
當(dāng)載荷的組合、部件的形狀、材料、邊界條件等符合本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，且分別滿足下列各條要求時(shí)，可免做5.1.2的應(yīng)力分析。
3.9.1 分別滿足第7章、第8章、第9章及附錄A.4、附錄D、附錄I、附錄J等的規(guī)定者。
3.9.2 過(guò)去曾分析過(guò)與該容器或容器部件相類似的形狀、載荷條件，根據(jù)其分析結(jié)果，證明可以滿足第5章的規(guī)定者。
3.9.3 由異種材料組合的部件，能滿足3.9.3.1、3.9.3.2或3.9.3.3中任一條全部條件的異種材料焊接接頭。
3.9.3.1 環(huán)向焊接接頭
a） 不等厚材料連接時(shí)，是在設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度高的材料一端加工斜坡或者進(jìn)行了堆焊；
b） 除壁厚、彈性模量不同之外，沒(méi)有其他不連續(xù)（如結(jié)構(gòu)等的）之處；
c） 滿足 。
其中Sm為材料的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度，E為彈性模量，角標(biāo)1、2分別表示設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度較低與較高的數(shù)值。
3.9.3.2 補(bǔ)強(qiáng)件與容器材料的組合，滿足10.2.5.3的規(guī)定。
3.9.3.3 除3.9.3.1、3.9.3.2以外的焊接接頭：
a） 與3.9.3.1的a）條相同；
b） 滿足 。
其中符號(hào)及角標(biāo)與3.9.3.1的c）條的說(shuō)明相同。
3.10 疲勞分析的免除
滿足3.10.1、3.10.2.1、3.10.2.2或3.10.3任一條所有要求時(shí)，可免做疲勞分析。
3.10.1 使用經(jīng)驗(yàn)
當(dāng)所設(shè)計(jì)的容器與已有成功使用經(jīng)驗(yàn)的容器有可類比的形狀與載荷條件，且根據(jù)其經(jīng)驗(yàn)?zāi)茏C明不需要做疲勞分析者。但對(duì)下列情況所產(chǎn)生的不利影響應(yīng)予特別注意：
a） 非整體結(jié)構(gòu)，如使用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)或角焊縫連接件；
b） 管螺紋連接接頭，特別是管徑超過(guò)70mm；
c） 螺柱連接件；
d） 局部熔透的焊縫；
e） 相鄰部件之間有顯著的厚度變化。
3.10.2 容器整體部件滿足3.10.2.1或3.10.2.2的全部條件時(shí)，可免作疲勞分析。
3.10.2.1 對(duì)于常溫抗拉強(qiáng)度Rm≤550MPa的鋼材，下列各項(xiàng)循環(huán)次數(shù)的總和不超過(guò)1000次。
a） 包括啟動(dòng)與停車(chē)在內(nèi)的全范圍壓力循環(huán)的預(yù)計(jì)（設(shè)計(jì)）循環(huán)次數(shù)；
b） 壓力波動(dòng)范圍超過(guò)設(shè)計(jì)壓力20％的工作壓力循環(huán)的預(yù)計(jì)（設(shè)計(jì)）次數(shù)。壓力波動(dòng)不超過(guò)設(shè)計(jì)壓力20％的循環(huán)不限次數(shù)。大氣壓波動(dòng)的影響不需考慮；
c） 包括接管在內(nèi)的任意相鄰兩點(diǎn)1）之間金屬溫差波動(dòng)的有效次數(shù)。這種有效次數(shù)是將金屬溫差的波動(dòng)循環(huán)次數(shù)乘以表3-4中所列的相應(yīng)系數(shù)，再將所得次數(shù)相加而得到總次數(shù)；
表3-4 金屬溫度差波動(dòng)系數(shù)
金屬溫度差波動(dòng)，℃ 系數(shù)
≤25 0
26～25 1
51～100 2
101～150 4
151～200 8
201～250 12
＞250 20
d） 由熱膨脹系數(shù)不同的材料組成的部件（包括焊縫），當(dāng)（α1－α2）ΔT＞0.00034時(shí)的溫度波動(dòng)循環(huán)次數(shù)。其中α1與α2是兩種材料的平均熱膨脹系數(shù)，ΔT為工作時(shí)溫度總波動(dòng)范圍。本規(guī)定不適用于復(fù)合材料的情況。
3.10.2.2 全部滿足a）～f）條的條件：
a） 包括啟動(dòng)與停車(chē)在內(nèi)的全范圍壓力循環(huán)的預(yù)計(jì)（設(shè)計(jì)）循環(huán)次數(shù)，不超過(guò)附錄C的疲勞曲線中，以設(shè)計(jì)溫度下材料的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度Sm的3倍作為Sa所查得的循環(huán)次數(shù)。Sa為疲勞曲線中對(duì)應(yīng)的應(yīng)力幅值；
b） 正常工作2）時(shí)的預(yù)計(jì)（設(shè)計(jì)）壓力循環(huán)范圍不超過(guò) ；這里，p為設(shè)計(jì)壓力，Sa是在相應(yīng)設(shè)計(jì)疲勞曲線中與規(guī)定的顯著壓力波動(dòng)循環(huán)次數(shù)相對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值，Sm是設(shè)計(jì)溫度下材料的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度；如果規(guī)定的顯著壓力波動(dòng)次數(shù)超過(guò)設(shè)計(jì)疲勞曲線上給出的最大循環(huán)數(shù)，Sa則取對(duì)應(yīng)于曲線上最大循環(huán)次數(shù)的值。
顯著壓力波動(dòng)是指范圍超過(guò) 的壓力波動(dòng)，S值規(guī)定如下：
————————
1）相鄰兩點(diǎn)的定義如下：
對(duì)于表面溫差：
回轉(zhuǎn)殼的經(jīng)線方向L＝2.5 ；
對(duì)于平板上，L＝3.5a；
在此，L為兩相鄰點(diǎn)之間的最小距離，mm；
R為垂直于表面從殼體中面量到回轉(zhuǎn)軸的半徑，mm；
δ為所考慮點(diǎn)處部件的厚度，mm；
a為板內(nèi)加熱面積或熱點(diǎn)的半徑，mm。
如果Rδ萬(wàn)之值是變化的，則用兩點(diǎn)的平均值。
對(duì)于沿厚度方向的溫差：
相鄰兩點(diǎn)定義為任何表面法線方向上的任意兩點(diǎn)。
2）正常工作是指除啟動(dòng)與停車(chē)之外使容器發(fā)揮其應(yīng)有的功能完成所規(guī)定的任何一組工作條件。
如果規(guī)定的整個(gè)工作循環(huán)數(shù)小于或等于106，S取為對(duì)應(yīng)于所用設(shè)計(jì)疲勞曲線上106循環(huán)次數(shù)的Sa值；如果規(guī)定的整個(gè)工作循環(huán)次數(shù)超過(guò)106，則S值取設(shè)計(jì)疲勞曲線上給出的最大循環(huán)次數(shù)所對(duì)應(yīng)的Sa值；
c） 在正常工作及啟動(dòng)與停車(chē)過(guò)程中，任何相鄰兩點(diǎn)之間的溫度差不超過(guò) ；此處Sa是在規(guī)定的啟動(dòng)與停車(chē)循環(huán)次數(shù)下從所用的設(shè)計(jì)疲勞曲線上查得的縱坐標(biāo)值，E是在此兩點(diǎn)平均溫度下的彈性模量，α為此兩點(diǎn)平均溫度下的瞬時(shí)熱膨脹系數(shù)；
d） 正常工作過(guò)程中，任意相鄰兩點(diǎn)間溫度差的波動(dòng)范圍不超過(guò) 此處Sa是在相應(yīng)的設(shè)計(jì)疲勞曲線中與規(guī)定的顯著溫度差波動(dòng)的總循環(huán)數(shù)相對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值。
顯著溫度差波動(dòng)是指總代數(shù)值范圍超過(guò) 的溫度差波動(dòng)。此處S的規(guī)定與b）條相同；
e） 對(duì)于用彈性模量和（或）熱膨脹系數(shù)不同的材料制成的部件，在容器正常工作下的溫度波動(dòng)總代數(shù)值范圍不超過(guò)Sa/[2（E1α1－E2α2）]。此處Sa是在相應(yīng)的設(shè)計(jì)疲勞曲線中與規(guī)定的顯著溫度波動(dòng)次數(shù)相對(duì)應(yīng)的數(shù)值。在平均溫度下兩種結(jié)構(gòu)材料在瞬時(shí)熱膨脹系數(shù)α1和α2，彈性模量為E1與E2。顯著溫度波動(dòng)是指整個(gè)變化范圍超過(guò)S/[2（E1α1－E2α2）]的溫度波動(dòng)，此處S的規(guī)定與b）條相同。
若兩種材料所適用的設(shè)計(jì)疲勞曲線不同，使用本規(guī)定時(shí)應(yīng)取較低的Sa值。這一規(guī)定不適用于復(fù)合材料的情況；
f） 機(jī)械載荷（不包括壓力，包括管線反力）的波動(dòng)范圍規(guī)定為由此而引起的應(yīng)力范圍不超過(guò)Sa；此處Sa是在相應(yīng)的設(shè)計(jì)疲勞曲線中與規(guī)定的顯著載荷波動(dòng)總次數(shù)相對(duì)應(yīng)的幅值。規(guī)定的總次數(shù)超過(guò)106時(shí)，則Sa為對(duì)應(yīng)于106循環(huán)次數(shù)的幅值。
顯著載荷波動(dòng)是指由該載荷所引起的應(yīng)力強(qiáng)度總幅度超過(guò)由相應(yīng)的設(shè)計(jì)疲勞曲線中與106循環(huán)所對(duì)應(yīng)的Sa值。
3.10.3 帶補(bǔ)強(qiáng)圈的接管及非整體結(jié)構(gòu)，滿足3.10.3.1或3.10.3.2的全部條件時(shí)，可免作疲勞分析。
3.10.3.1 對(duì)于常溫抗拉強(qiáng)度Rm≤550MPa的鋼材，下列各項(xiàng)循環(huán)次數(shù)的總和不超過(guò)400次。
a） 包括啟動(dòng)與停車(chē)在內(nèi)的全過(guò)程中，預(yù)計(jì)（設(shè)計(jì)）的壓力循環(huán)次數(shù)；
b） 壓力波動(dòng)范圍超過(guò)設(shè)計(jì)壓力15％的工作壓力循環(huán)的預(yù)計(jì)（設(shè)計(jì)）次數(shù)。壓力波動(dòng)不超過(guò)15％設(shè)計(jì)壓力的循環(huán)不限次數(shù)。大氣壓波動(dòng)的影響不需考慮；
c） 包括接管在內(nèi)的任意相鄰兩點(diǎn)之間金屬溫差波動(dòng)的有效次數(shù)。這種有效次數(shù)是將金屬溫差波動(dòng)的次數(shù)乘以表3-4中所列的相應(yīng)系數(shù)，再將所得次數(shù)相加而得到總次數(shù)；
在計(jì)算相鄰兩點(diǎn)之間的溫度差時(shí)，僅考慮通過(guò)焊縫截面或整體實(shí)心截面的傳熱，而不考慮未焊接接觸面的傳熱；
d） 由熱膨脹系數(shù)不同的材料組成的部件（包括焊縫），當(dāng)（α1－α2）ΔT＞0.00034時(shí)的溫度波動(dòng)循環(huán)次數(shù)。其中α1與α2是兩種材料的平均熱膨脹系數(shù)，ΔT為工作時(shí)溫度波動(dòng)范圍。本規(guī)定不適用于復(fù)合材料的情況。
3.10.3.2將3.10.2.2的各項(xiàng)條件中的數(shù)值做如下調(diào)整：
a） 用數(shù)值4代替3.10.2.2條件a）中的數(shù)值3；
b） 用數(shù)值1/4代替3.10.2.2條件b）中的數(shù)值1/3；
c） 用數(shù)值2.7代替3.10.2.2條件c）、d）、e）分母中的數(shù)值2；且滿足3.10.2.2全部要求。
4 名詞術(shù)語(yǔ)
4.1
應(yīng)力強(qiáng)度 stress intensity
系組合應(yīng)力基于第三強(qiáng)度理論的當(dāng)量強(qiáng)度，規(guī)定為給定點(diǎn)處最大剪應(yīng)力的2倍，即給定點(diǎn)處最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力的代數(shù)值（拉應(yīng)力為正值，壓應(yīng)力為負(fù)值）之差。
4.2
總體結(jié)構(gòu)不連續(xù) gross structural discontinuity
系指幾何形狀或材料的不連續(xù)，使結(jié)構(gòu)在較大范圍內(nèi)的應(yīng)力或應(yīng)變發(fā)生變化，對(duì)結(jié)構(gòu)總的應(yīng)力分布與變形產(chǎn)生顯著影響。
總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)的實(shí)例如：封頭、法蘭、接管、支座等與殼體的連接處，以及不等直徑或不等壁厚的殼體連接處等。
4.3
局部結(jié)構(gòu)不連續(xù) local structural discontinuity
系指幾何形狀或材料的不連續(xù)，它僅使結(jié)構(gòu)在很小范圍內(nèi)的應(yīng)力或應(yīng)變發(fā)生變化，對(duì)結(jié)構(gòu)總的應(yīng)力分布和變形無(wú)顯著影響。例如：小的過(guò)渡圓角處，殼體與小附件連接處，以及未全熔透的焊縫等。
4.4
法向應(yīng)力 normal stress
是垂直于所考慮截面的應(yīng)力分量，也稱為正應(yīng)力。
通常法向應(yīng)力沿部件厚度的分布是不均勻的，此應(yīng)力由兩種成分組成，一是均勻分布的成分，它等于沿該截面厚度應(yīng)力的平均值；另一是隨著截面厚度各點(diǎn)位置不同而變化的成分。
4.5
剪應(yīng)力 shear stress
是與所考慮截面相切的應(yīng)力成分。
4.6
薄膜應(yīng)力 membrane stress
是沿截面厚度均勻分布的應(yīng)力成分，它等于沿所考慮截面厚度的應(yīng)力平均值。
4.7
彎曲應(yīng)力 bending stress
彎曲應(yīng)力是法向應(yīng)力的變化分量，沿厚度上的變化可以是線性的，也可以不是線性的。其最大值發(fā)生在容器的表面處，設(shè)計(jì)時(shí)取最大值。本標(biāo)準(zhǔn)是指線性彎曲應(yīng)力。
4.8
一次應(yīng)力 primary stress
為平衡壓力與其他機(jī)械載荷所必須的法向應(yīng)力或剪應(yīng)力。
對(duì)理想塑性材料，一次應(yīng)力所引起的總體塑性流動(dòng)是非自限的，即當(dāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)的塑性區(qū)擴(kuò)展到使之變成幾何可變的機(jī)構(gòu)時(shí)，達(dá)到極限狀態(tài)，即使載荷不再增加，仍產(chǎn)生不可限制的塑性流動(dòng)，直至破壞。一次應(yīng)力分為以下三類：
a） 一次總體薄膜應(yīng)力Pm general primary membrane stress
影響范圍遍及整個(gè)結(jié)構(gòu)的一次薄膜應(yīng)力。在塑性流動(dòng)過(guò)程之中一次總體薄膜應(yīng)力不會(huì)發(fā)生重新分布，它將直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。例如：各種殼體中平衡內(nèi)壓或分布載荷所引起的薄膜應(yīng)力：
b） 一次局部薄膜應(yīng)力PL primary local membrane stress
應(yīng)力水平大于一次總體薄膜應(yīng)力，但影響范圍僅限于結(jié)構(gòu)局部區(qū)域的一次薄膜應(yīng)力。
當(dāng)結(jié)構(gòu)局部發(fā)生塑性流動(dòng)時(shí)，這類應(yīng)力將重新分布。若不加以限制，則當(dāng)載荷從結(jié)構(gòu)的某一部分（高應(yīng)力區(qū)）傳遞到另一部分（低應(yīng)力區(qū)）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)量塑性變形而導(dǎo)致破壞。總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)引起的局部薄膜應(yīng)力，雖具有二次應(yīng)力的性質(zhì)，但從方便與穩(wěn)妥考慮仍歸入一次局部薄膜應(yīng)力。
局部應(yīng)力區(qū)是指經(jīng)線方向延伸距離不大于1.0 ，應(yīng)力強(qiáng)度超過(guò)1.1Sm的區(qū)域。（此處R是該區(qū)域內(nèi)殼體中面的第二曲率半徑，即沿中面法線方向從殼體回轉(zhuǎn)軸到殼體中面的距離；δ為該區(qū)域內(nèi)的最小壁厚）。局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度超過(guò)1.1Sm的兩個(gè)相鄰應(yīng)力區(qū)之間應(yīng)彼此隔開(kāi)，它們之間沿經(jīng)線方向的間距不得小于2.5 （其中，Rm＝ （R1+R2），δm＝ （δ1+δ2）。而R1與R2分別為所考慮兩個(gè)區(qū)域的殼體中面第二曲率半徑；δ1與δ2為每一所考慮區(qū)域的最小厚度。
一次局部薄膜應(yīng)力的例子是：在殼體的固定支座或接管處由外部載荷和力矩引起的薄膜應(yīng)力；
c） 一次彎曲應(yīng)力Pb primary bending stress
平衡壓力或其他機(jī)械載荷所需的沿截面厚度線性分布的彎曲應(yīng)力。
一次彎曲應(yīng)力的例子是：平蓋中心部位由壓力引起的彎曲應(yīng)力。
4.9
二次應(yīng)力Q secondary stress
為滿足外部約束條件或結(jié)構(gòu)自身變形連續(xù)要求所須的法向應(yīng)力或剪應(yīng)力。二次應(yīng)力的基本特征是具有自限性，即局部屈服和小量變形就可以使約束條件或變形連續(xù)要求得到滿足，從而變形不再繼續(xù)增大。只要不反復(fù)加載，二次應(yīng)力不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。
例如：總體熱應(yīng)力和總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)處的彎曲應(yīng)力。
4.10
峰值應(yīng)力F peak stress
由局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)或局部熱應(yīng)力影響而引起的附加于一次加二次應(yīng)力的應(yīng)力增量。峰值應(yīng)力的特征是同時(shí)具有自限性與局部性，它不會(huì)引起明顯的變形；其危害性在于可能導(dǎo)致疲勞裂紋或脆性斷裂。非高度局部性的應(yīng)力，如果不引起顯著變形者也屬于此類。
例如：殼體接管連接處由于局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)所引起的應(yīng)力增量中沿厚度非線性分布的應(yīng)力；復(fù)合鋼板容器中復(fù)層的熱應(yīng)力。
4.11
載荷應(yīng)力 load stress
由壓力或其他機(jī)械載荷所引起的應(yīng)力。
4.12
熱應(yīng)力 thermal stress
由結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度分布不均勻或材料熱膨脹系數(shù)不同所引起的自平衡應(yīng)力；或當(dāng)溫度發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)的自由熱變形被外部約束限制時(shí)所引起的應(yīng)力。
熱應(yīng)力分為兩種：
a） 總體熱應(yīng)力。
當(dāng)解除約束之后，會(huì)引起結(jié)構(gòu)顯著變形的熱應(yīng)力。當(dāng)這種應(yīng)力在不計(jì)應(yīng)力集中的情況下已超過(guò)材料屈服強(qiáng)度的2倍時(shí)，連續(xù)的熱循環(huán)可引起塑性疲勞或遞增塑性變形。故此種應(yīng)力屬于表4-1中的二次應(yīng)力。
總體熱應(yīng)力的例子：
圓筒中，由于軸向溫度梯度所引起的應(yīng)力；
由殼體與接管間的溫度差所引起的應(yīng)力；
圓筒中由于徑向溫度梯度所引起的當(dāng)量線性應(yīng)力1）。
b） 局部熱應(yīng)力。
解除約束后，不會(huì)引起結(jié)構(gòu)顯著變形的熱應(yīng)力。這種應(yīng)力僅需在疲勞分析中加以考慮。因此，屬于表4-1中的峰值應(yīng)力。
局部熱應(yīng)力的例子；
容器壁上小范圍局部過(guò)熱處的應(yīng)力；
筒體中由于徑向溫度梯度所引起的實(shí)際應(yīng)力與當(dāng)量線性應(yīng)力之差；
復(fù)合鋼板中因復(fù)層與基體金屬膨脹系數(shù)不同而在復(fù)層中引起的熱應(yīng)力。
表4-1 一些典型情況的應(yīng)力分類
容器部件 位置 應(yīng)力的起因 應(yīng)力的類型 所屬種類
圓筒形或球形殼體 遠(yuǎn)離不連續(xù)處的筒體 內(nèi)壓 總體薄膜應(yīng)力
沿壁厚的應(yīng)力梯度 Pm
Q
軸向溫度梯度 薄膜應(yīng)力
彎曲應(yīng)力 Q
Q
和封頭或法蘭的連接處 內(nèi)壓 薄膜應(yīng)力
彎曲應(yīng)力 PL
Q
任何筒體或封頭 沿整個(gè)容器的任何截面 外部載荷或力矩，
或內(nèi)壓 沿整個(gè)截面平均的總體薄膜應(yīng)力。應(yīng)力分量垂直于橫截面 Pm
外部載荷或力矩 沿整個(gè)截面的彎曲應(yīng)力。應(yīng)力分量垂直于橫截面 Pm
在接管或其他開(kāi)孔的附近 外部載荷或力矩，或內(nèi)壓 局部薄膜應(yīng)力
彎曲應(yīng)力
峰值應(yīng)力（填角或直角） PL
Q
F
任何位置 殼體和封頭間的溫差 薄膜應(yīng)力
彎曲應(yīng)力 Q
Q
碟形封頭或錐形封頭 頂部 內(nèi)壓 薄膜應(yīng)力
彎曲應(yīng)力 Pm
Pb
過(guò)渡區(qū)或和簡(jiǎn)體連接處 內(nèi)壓 薄膜應(yīng)力
彎曲應(yīng)力 PL
Q
容器部件 位置 應(yīng)力的起因 應(yīng)力的類型 所屬種類
平蓋 中心區(qū) 內(nèi)壓 薄膜應(yīng)力
彎曲應(yīng)力 Pm
Pb
和筒體連接處 內(nèi)壓 薄膜應(yīng)力
彎曲應(yīng)力 PL
Q2）
多孔的封頭或簡(jiǎn)體 均勻布置的典型管孔帶 壓力 薄膜應(yīng)力（沿橫截面平均）
彎曲應(yīng)力（沿管孔帶的寬度
平均，但沿壁厚有應(yīng)力梯度）
峰值應(yīng)力
Pm
Pb
F
分離的或非典型的孔帶 壓力 薄膜應(yīng)力
彎曲應(yīng)力
峰值應(yīng)力 Q
F
F
接管 垂直于接管軸線的橫截面 內(nèi)壓或外部載荷或力矩 總體薄膜應(yīng)力（沿整個(gè)截面平均）。應(yīng)力分量和截面垂直 Pm
外部載荷或力矩 沿接管截面的彎曲應(yīng)力 Pm
接管壁 內(nèi)壓 總體薄膜應(yīng)力
局部薄膜應(yīng)力
彎曲應(yīng)力
峰值應(yīng)力 Pm
PL
Q
F
膨脹差 薄膜應(yīng)力
彎曲應(yīng)力
峰值應(yīng)力 Q
Q
F
復(fù)層 任意 膨脹差 薄膜應(yīng)力
彎曲應(yīng)力 F
F
任意 任意 徑向溫度分布3） 當(dāng)量線性應(yīng)力
應(yīng)力分布的非線性部分 Q
F
任意 任意 任意 應(yīng)力集中（缺口效應(yīng)） F
1） 必須考慮在直徑—厚度比大的容器中發(fā)生皺褶或過(guò)度變形的可能性。
2） 若周邊彎矩是為保持平蓋中心處彎曲應(yīng)力在允許限度內(nèi)所需要的，則在連接處的彎曲應(yīng)力可劃為Pb類；否則，劃為Q類。
3） 應(yīng)考慮熱應(yīng)力棘輪的可能性。
————————
1） 當(dāng)量線性應(yīng)力的定義：沿厚度與實(shí)際應(yīng)力分布具有相同純彎矩的線性分布應(yīng)力。
4.13
工作循環(huán) operating cycle
是指由初始狀態(tài)進(jìn)入新?tīng)顟B(tài)，隨后又回到初始狀態(tài)開(kāi)始點(diǎn)的過(guò)程。工作循環(huán)有三種情況：
a） 啟動(dòng)停止循環(huán)。
以大氣壓力或大氣溫度為一個(gè)極值，而正常工作條件為另一極值的任一工作循環(huán)；
b） 正常工作循環(huán)。
從啟動(dòng)到停止之間，容器為了實(shí)現(xiàn)其預(yù)期目的所需的任何工作循環(huán)；
c） 設(shè)計(jì)中必須考慮的任何緊急狀態(tài)或異常情況由起始到恢復(fù)的循環(huán)。
4.14
應(yīng)力循環(huán) stress cycle
是指應(yīng)力由某初始值開(kāi)始，經(jīng)過(guò)代數(shù)最大值和代數(shù)最小值，然后又返回初始值的循環(huán)。一個(gè)工作循環(huán)可以引起一個(gè)或多個(gè)應(yīng)力循環(huán)。
4.15
變形 deformation
是指元件形狀或尺寸的改變。
4.16
非彈性 Inelasticity
是材料的一般性質(zhì)。即：當(dāng)卸去全部外加載荷后材料不再恢復(fù)到原來(lái)的（未變形的）形狀與尺寸。塑性和蠕變是非彈性中的特殊情況。
a） 塑性plasticity
材料中應(yīng)力超過(guò)屈服極限后發(fā)生與時(shí)間無(wú)關(guān)的不可恢復(fù)的變形。塑性狀態(tài)有兩個(gè)主要特點(diǎn)：
應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是非線性的；
應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系非單值對(duì)應(yīng)，與加載歷史有關(guān)；
b） 塑性分析 plastic analysis
是一種考慮材料塑性特征（包括發(fā)生在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變硬化和應(yīng)力再分配）來(lái)計(jì)算給定載荷下結(jié)構(gòu)狀態(tài)的方法（當(dāng)涉及沖擊或其他動(dòng)力載荷時(shí)應(yīng)變率影響可能是重要的）；
c） 塑性不穩(wěn)定載荷 plastic instability
在主要受拉伸或壓縮載荷的構(gòu)件中，塑性不穩(wěn)定載荷是指在不增加載荷的情況下，能產(chǎn)生無(wú)限塑性變形的載荷。此時(shí)，構(gòu)件中的真應(yīng)力比材料應(yīng)變硬化效應(yīng)所能提供的抗力增加得更快；
d） 應(yīng)變極限載荷 strain limiting load
限定應(yīng)變?yōu)槟骋粯O限值時(shí)，對(duì)應(yīng)該應(yīng)變極限的載荷；
e） 極限分析 limit analysis
假設(shè)材料為理想塑性、結(jié)構(gòu)處于小變形狀態(tài)時(shí)，研究塑性極限狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)特性。是塑性力學(xué)的一種分析方法。
在極限狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力與變形若同時(shí)滿足：極限條件、破損機(jī)構(gòu)條件、平衡條件、幾何條件，以及給定的邊界條件，這樣的解即為極限分析的完全解。
在極限分析中常采用下限定理與上限定理。下限定理是：在所有與靜力容許應(yīng)力場(chǎng)（滿足平衡條件且不違背極限條件的應(yīng)力場(chǎng)）對(duì)應(yīng)的載荷中，最大的載荷為極限載荷。上限定理是：在所有與機(jī)動(dòng)容許位移場(chǎng)（滿足幾何可能條件形成破損機(jī)構(gòu)的位移場(chǎng)）對(duì)應(yīng)的載荷中，最小的載荷為極限載荷。由上、下限定理得到的分別稱為上限解、下限解，當(dāng)二者相同時(shí)即為完全解；
f） 極限載荷 collapse load
用極限分析方法求得的，以理想塑性材料（無(wú)應(yīng)變硬化的）構(gòu)成的結(jié)構(gòu)所能承受的最大載荷。在此載荷下，結(jié)構(gòu)的變形將無(wú)限制地增大，從而失去承載能力。這種狀態(tài)稱為結(jié)構(gòu)的塑性極限狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于此狀態(tài)的載荷稱為極限載荷；
g） 塑性鉸 plastic hinge
是用在梁、剛架、板、殼等結(jié)構(gòu)極限分析中的理想化概念。以梁為例，當(dāng)梁的某一截面全部進(jìn)入塑性狀態(tài)后，該處曲率變化率可以任意地增大，稱該點(diǎn)處出現(xiàn)了一個(gè)塑性鉸。在梁或剛架中出現(xiàn)的塑性鉸數(shù)目足以使結(jié)構(gòu)變成幾何可變的機(jī)構(gòu)時(shí)，結(jié)構(gòu)即處于塑性極限狀態(tài)。
在極限狀態(tài)下，板中會(huì)出現(xiàn)塑性鉸線，它是塑性鉸的連線。殼體結(jié)構(gòu)中除出現(xiàn)塑性鉸線外，還要求某些區(qū)域的薄膜應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)后才會(huì)進(jìn)入極限狀態(tài)；
h） 蠕變creep
是非彈性的一種特殊情況。這種非彈性狀態(tài)是在載荷作用下由應(yīng)力引起的、應(yīng)變隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。由于蠕變，材料在某瞬時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)一般不僅與該瞬時(shí)的變形有關(guān)，而且與該瞬時(shí)前的變形歷史有關(guān)。在所有外加載荷撤除以后，仍有可能產(chǎn)生與時(shí)間有關(guān)的較小變形：
i） 棘輪現(xiàn)象 ratcheting
一個(gè)構(gòu)件當(dāng)經(jīng)受機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力，或者兩者全有的循環(huán)作用，而產(chǎn)生逐次遞增的非彈性變形，稱為棘輪現(xiàn)象。
熱應(yīng)力棘輪現(xiàn)象是部分或完全地由熱應(yīng)力引起的；
j） 安定性 shakedown
結(jié)構(gòu)除在初始階段少數(shù)幾個(gè)載荷循環(huán)中產(chǎn)生一定的塑性變形外，在繼續(xù)施加的循環(huán)外載荷作用下不再發(fā)生新的塑性變形，或者說(shuō)不出現(xiàn)塑性疲勞或棘輪現(xiàn)象。此時(shí)稱結(jié)構(gòu)處于安定狀態(tài)。
4.17
疲勞 fatigue
在循環(huán)加載條件下，發(fā)生在結(jié)構(gòu)某點(diǎn)處局部的、永久性的損傷遞增過(guò)程，經(jīng)足夠的應(yīng)力或應(yīng)變循環(huán)后，損傷累積可使材料產(chǎn)生裂紋，或使裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展至完全斷裂。
5 分析設(shè)計(jì)的一般準(zhǔn)則
5.1 總則
5.1.1 本章給出了分析設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則。適用于3.10免做疲勞分析的容器設(shè)計(jì)；對(duì)必須進(jìn)行疲勞分析的容器還應(yīng)符合附錄C的規(guī)定。
5.1.2 進(jìn)行分析設(shè)計(jì)的容器應(yīng)根據(jù)本章的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，采用附錄A、附錄K提供的分析計(jì)算方法與原則進(jìn)行分析，也可采用其他可靠的分析方法（如有限元法）或?qū)嶒?yàn)方法進(jìn)行分析。
5.1.3 設(shè)計(jì)應(yīng)使結(jié)構(gòu)中的各類應(yīng)力強(qiáng)度不超過(guò)5.3規(guī)定的許用極限。
5.1.4 應(yīng)力強(qiáng)度的確定
本章所述應(yīng)力均系結(jié)構(gòu)中的彈性名義應(yīng)力，即無(wú)論載荷多大假定結(jié)構(gòu)材料始終為線彈性時(shí)所求得的計(jì)算應(yīng)力。并用本節(jié)規(guī)定的原則考慮結(jié)構(gòu)的塑性極限承載能力與安定性。
本章規(guī)定對(duì)復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)采用最大剪應(yīng)力理論作為失效理論。
5.2 應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算
按下列步驟計(jì)算應(yīng)力分量并歸類，對(duì)不同類的應(yīng)力分量分別計(jì)算其主應(yīng)力，進(jìn)而求得各不同類的應(yīng)力強(qiáng)度。
5.2.1 在所考慮的點(diǎn)上，選取一正交坐標(biāo)系，經(jīng)向、環(huán)向與法向分別用x、θ、y表示，用σx、σθ和σy表示該坐標(biāo)系中的正應(yīng)力分量，τxθ、τxz、τzθ表示該坐標(biāo)系中的剪應(yīng)力分量。
5.2.2 計(jì)算在各種載荷作用下的各應(yīng)力分量，并根據(jù)4.6～4.10的定義將各組應(yīng)力分量分別歸入以下的一類：
a） 一次總體薄膜應(yīng)力Pm[（見(jiàn)4.8a）]；
b） 一次局部薄膜應(yīng)力PL[（見(jiàn)4.8b）]；
c） 一次彎曲應(yīng)力Pb[（見(jiàn)4.8c）]；
d） 二次應(yīng)力1） Q[（見(jiàn)4.9）]；
e） 峰值應(yīng)力 F[（見(jiàn)4.10）]。
表5-1 應(yīng)力分類及應(yīng)力強(qiáng)度極限值
應(yīng)力種類 一次應(yīng)力 二次應(yīng)力 峰值應(yīng)力
總體薄膜 局部薄膜 彎曲
說(shuō)明（例子見(jiàn)表4-1） 沿實(shí)心截面的平均一次應(yīng)力。
不包括不連續(xù)和應(yīng)力集中。
僅由機(jī)械載荷引起的 沿任意實(shí)心截面的平均應(yīng)力。
考慮不連續(xù)但不包括應(yīng)力集中。
僅由機(jī)械載荷引起的 和離實(shí)心截面形心的距離成正比的一次應(yīng)力分量。
不包括不連續(xù)和應(yīng)力集中。
僅由機(jī)械載荷引起的 為滿足結(jié)構(gòu)連續(xù)所需要的自平衡應(yīng)力。
發(fā)生在結(jié)構(gòu)的不連續(xù)處，可以由機(jī)械載荷或熱膨脹差引起的。不包括
局部應(yīng)力集中 （1）因應(yīng)力集中（缺口）而加到一次或二次應(yīng)力上的增量。
（2）能引起疲勞但不引起容器形狀變化的某些熱應(yīng)力
符號(hào)1） Pm PL Pb Q2） F2）
應(yīng)力分量的組合和應(yīng)力強(qiáng)度
的許用極限
1）符號(hào)Pm、PL、Pb、Q和F不是只表示一個(gè)量，而是表示σx、σθ、σy、τxθ、τθz、τxz一組共六個(gè)mm分量。疊加是指每種分量各自分別疊加。
2）屬于Q類的應(yīng)力組是指扣除該點(diǎn)處一次應(yīng)力后，由于熱梯度與結(jié)構(gòu)不連續(xù)引起的應(yīng)力；應(yīng)注意的是，通常，詳細(xì)的應(yīng)力分析給出的是一次應(yīng)力與二次應(yīng)力之和Pm（或PL）+Pb+Q，而不單是二次應(yīng)力Q；同樣，F(xiàn)類應(yīng)力是指由局部應(yīng)力集中引起的名義應(yīng)力的增量部分；例如，一塊板中有名義應(yīng)力S，連接處具有應(yīng)力集中系數(shù)K1，那么Pm=S，Pb=Q=0，F(xiàn)=Pm（K1－1），則峰值應(yīng)力強(qiáng)度由K1Pm算得。
3）系數(shù)K由表3-3給出。
4）此處所限制的應(yīng)是一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度的范圍，而3Sm值應(yīng)取正常工作循環(huán)時(shí)（周期性運(yùn)行期間）最高與最低溫度下材料Sm的平均值之3倍。在確定一次加二次應(yīng)力范圍時(shí)，應(yīng)考慮各種不同來(lái)源的工作循環(huán)的重疊，因而總的應(yīng)力強(qiáng)度范圍可能超出任一單獨(dú)的循環(huán)的范圍。由于在每一特定的工作循環(huán)或循環(huán)組合中對(duì)應(yīng)的溫度范圍可能是不相同的，因而相應(yīng)的品值也可以是不相同的，所以對(duì)這些工作循環(huán)或循環(huán)組合下限定不允許超出的3Sm值應(yīng)當(dāng)小心地確定。
5）Sa從附錄C的疲勞曲線得到，對(duì)于全幅度的脈動(dòng)循環(huán)，允許的峰值應(yīng)力強(qiáng)度值（指應(yīng)力強(qiáng)度范圍）應(yīng)為2Sa。
————————
1） 對(duì)于二次應(yīng)力，無(wú)需區(qū)分薄膜成分及彎曲成分，因?yàn)槎咴S用應(yīng)力強(qiáng)度值相同。
5.2.3 將各類應(yīng)力按同種分量分別疊加，得到Pm組、PL組、PL+Pb組、PL+Pb+Q組和PL+Pb+Q+F組共五組應(yīng)力分量，每組六個(gè)。
5.2.4 由每組六個(gè)應(yīng)力分量，計(jì)算每組的主應(yīng)力σ1、σ2、σ31）。
5.2.5 對(duì)于每組三個(gè)主應(yīng)力，計(jì)算主應(yīng)力差：
σ12=σ1－σ1
σ23=σ2－σ3
σ31=σ3－σ1
在每組σ12、σ23和σ31中，取絕對(duì)值最大者作為該組的應(yīng)力強(qiáng)度，即可得到：
一次總體薄膜應(yīng)力強(qiáng)度SⅠ（由Pm算得）；
一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度SⅡ（由PL算得）；
一次薄膜（總體或局部）加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度SⅢ（由PL+Pb算得）；
一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度SⅣ（由PL+Pb+Q算得）；
峰值應(yīng)力強(qiáng)度SⅤ（由PL+Pb+Q+F得）。
5.3 各類應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限
按5.2所求得的五個(gè)基本的應(yīng)力強(qiáng)度值，應(yīng)依次滿足下列各條對(duì)許用極限的規(guī)定（K按表3-3選取）：
5.3.1 一次總體薄膜應(yīng)力強(qiáng)度SⅠ的許用極限為KSm。
5.3。2一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度SⅡ的許用極限為1.5KSm。
5.3.3 一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度SⅢ的許用極限為1.5KSm。
5.3.4 一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度SⅣ的許用極限為3Sm2）。
5.3.5 峰值應(yīng)力強(qiáng)度SⅤ的許用極限
是由給定操作壓力、其他給定的機(jī)械載荷以及總體與局部熱效應(yīng)包括總體與局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)效應(yīng)所引起的，沿截面厚度任意點(diǎn)上的全部一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力的總和所導(dǎo)出的應(yīng)力強(qiáng)度。
峰值應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限取決于導(dǎo)出它的應(yīng)力差的幅值及其作用次數(shù)，該應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)按附錄C中由疲勞曲線得到的許用值進(jìn)行評(píng)定。
5.4 塑性分析的運(yùn)用
若采用塑性分析，可不遵循5.3所列相關(guān)的應(yīng)力強(qiáng)度許用極限的規(guī)定。
