标准编号:	JB 4732-2005
中文名称:	钢制压力容器——分析设计标准
英文名称:	Steel Pressure Vessels - Design by Analysis
行业分类:	JB    机械行业标准
发布日期:	1995-03-07
实施日期:	1995-10-15
标准状态:	valid
翻译语言:	英文
文件格式:	PDF
中文字符数:	150000 字
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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

钢制压力容器—分析设计标准 1 主题内容与范围 1.1 主题内容 本标准是以分析设计为基础的钢制压力容器标准，提供了以弹性应力分析和塑性失效准则、弹塑性失效准则为基础的设计方法；对选材、制造、检验和验收规定了比GB 150《钢制压力容器》更为严格的要求。 本标准与GB 150同时实施，在满足各自要求的条件下，可选择其中之一使用。 1.2 范围 1.2.1 本标准适用于： a） 设计压力大于或等于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 本标准适用的设计温度应是低于以钢材蠕变控制其许用应力强度的相应温度。 1.2.3 本标准不适用于下列各类容器： a） 核能装置中的容器； b） 旋转或往复运动的机械设备（如泵、压缩机、涡轮机、液压缸等）中自成整体或作为部件的受压器室； c） 经常搬运的容器； d） 内直径（对非圆形截面，指宽度、高度或对角线）小于150mm的任何长度的容器； e） 直接火焰加热的容器。 2 规范性引用文件 GB 150 钢制压力容器 GB/T 196 普通螺纹 基本尺寸 GB/T 197 普通螺纹公差 GB/T 228 金属材料 室温拉伸试验方法 GB/T 229 金属夏比缺口冲击试验方法 GB/T 232 金属材料 弯曲试验方法 GB 567 爆破片与爆破片装置 GB/T 699 优质碳素结构钢 GB/T 1220 不锈钢棒 GB/T 1804 一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差 GB/T 3077 合金结构钢 GB/T 3280 不锈钢冷轧钢板和钢带 GB 3531 低温压力容器用低合金钢钢板 GB/T 4237 不锈钢热轧钢板和钢带 GB 6479 高压化肥设备用无缝钢管 GB 6654 压力容器用钢板 GB/T 8163 输送流体用无缝钢管 GB 9948 石油裂化用无缝钢管 GB 12337 钢制球形储罐 GB 13296 锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管 GB/T 14976 流体输送用不锈钢无缝钢管 GB 16749 压力容器波形膨胀节 GB 19189 压力容器用调质高强度钢板 JB 4700～4707 压力容器法兰 JB 4708 钢制压力容器焊接工艺评定 JB/T 4710 钢制塔式容器 JB/T 4711 压力容器涂敷与运输包装 JB 4726 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件 JB 4727 低温压力容器用低合金钢锻件 JB 4728 压力容器用不锈钢锻件 JB/T 4730.1～4730.6 承压设备无损检测 JB 4733 压力容器用爆炸不锈钢复合钢板 JB 4744 钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验 3 总论 3.1 本标准管辖范围内的容器之设计、制造、检验与验收除应符合本标准规定外，还必须遵守国家颁布的有关压力容器的法令、法规和规章。 3.2 本标准管辖的容器范围是指容器本体及与之连为整体的连通受压零部件，且划定在下列范围内。 3.2.1 容器与外管道连接： a） 容器接管与外管道焊接连接的第一道环向焊缝； b） 螺纹连接的第一个螺纹接头； 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。 3.2.2 接管、入孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件。 3.2.3 非受压力元件与容器内、外表面的连接焊缝。焊缝以外的元件，如加强圈、支座、支耳、裙座等应符合本标准或相应标准的规定。 3.3 直接连在容器上的超压泄放装置应符合附录E的规定。连接在容器上的仪表等附件，应符合有关标准。 3.4 资格与职责 3.4.1 容器的设计、制造单位必须具备健全的全面质量管理体系。设计单位应持有相应的设计单位批准书，制造单位应持有相应的制造许可证。 压力容器的制造和使用必须置于国家劳动部门安全监察机构或授权的检验机构监督之下。 注：授权的检验机构是指由国家劳动部门压力容器安全监察机构授权进行监督检验的机构。 3.4.3 设计单位的职责 3.4.3.1 设计单位应对分析设计条件（委托书）的准确性和完整性予以确认。 3.4.3.2 设计单位应对设计文件的准确性和完整性负责。 3.4.3.3 容器的设计文件至少应包括应力分析报告书和设计图样。 3.4.3.4 容器设计总图应盖有应用本标准的设计单位批准书标志。 3.4.3.5 设计资料保存期应不少于7年。 3.4.4 制造单位的职责 3.4.4.1 制造单位必须按照设计图样要求进行制造，如需要对原设计进行修改，应取得原设计单位认可。 3.4.4.2 制造单位的检验部门在容器制造过程中和完工后应按本标准和图样规定对容器进行各项具体检验和试验，提出检验报告，并对报告的准确性和完整性负责。 3.4.4.3 制造单位对其制造的每台容器产品至少应具有下列技术文件备查，技术文件保存期应不少于7年。 a） 制造工艺图或制造工艺卡； b） 材料证明文件及材料表； c） 容器的焊接工艺和热处理工艺记录（其保存期见第11章）； d） 标准中允许制造厂选择的项目的记录； e） 容器制造过程中及完工后的检验记录； f） 容器的原设计图和竣工图。 3.4.4.4 制造单位应将产品质量证明书提交授权的检验机构确认后交付用户。 3.4.5 法定或授权的检验机构，按国家有关法规或条例以及本标准中列入监察条款的有关规定对压力容器进行监督检验。 3.5 定义 3.5.1 压力：除注明者外，均指表压力。 3.5.2 工作压力：系指正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 3.5.3 设计压力：系指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷的条件，并作为超压泄放装置调定压力的基础，其值大于或等于工作压力。 3.5.4 计算压力：系指在相应设计温度下，用以确定元件计算厚度的压力（按表3-1确定）。 3.5.5 试验压力：系指在压力试验时，容器顶部的压力。 3.5.6 设计温度：系指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）。 设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。 3.5.7 试验温度：系指压力试验时容器壳体的金属温度。 3.5.8 厚度： a） 计算厚度：系指按各章公式计算所得到的厚度； b） 设计厚度：系指计算厚度与腐蚀裕量之和； c） 名义厚度：系指将设计厚度加上钢材厚度负偏差1）后向上圆整至钢材标准规格的厚度，即是图样上标注的厚度； ———————— 1） 当钢材标准规定的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6％时，可忽略不计。 d） 有效厚度：系指名义厚度减去腐蚀裕量与钢材厚度负偏差。 3.6 设计要求 3.6.1 设计时，应按第5章、附录A、附录B、附录C、附录J及附录K的规定做应力分析和疲劳分析，结构中的应力强度不得超过许用极限。但能满足3.9与3.10的规定时，可免除应力分析和疲劳分析。 3.6.2 对于以失稳为主要失效模式的结构，除应符合3.6.1的要求外，尚应校核结构的稳定性（对承受外压及轴向压缩的情况，见第8章）。 3.6.3 设计的一般规定 3.6.3.1 确定设计压力时，应考虑以下各点： 容器上装有超压泄放装置时，应按附录E的规定确定设计压力。 真空容器按承受外压设计，当装有安全控制装置（如真空泄放阀）时，设计压力取1.25倍的最大内外压力差或0.1MPa两者中的低值；当无安全控制装置时，取0.1MPa。 对具有不同操作工况的容器，应按最苛刻的工况进行设计。 对容器承受内、外压力或具有两个以上的压力室时，应考虑相互间的最大压差。 3.6.3.2 确定设计温度时，应考虑： 设计温度不得低于元件金属在工作状态下可能达到的最高温度。对0℃以下的金属温度，设计温度则不得高于元件金属可以达到的最低温度。任何情况下，金属表面的温度不得超过钢材的允许使用温度。 当容器各部分在工作状态下的金属温度不同时，可分别确定各部分的设计温度。 3.6.3.3 载荷 设计时应考虑各种载荷及载荷组合，至少应考虑以下载荷： a） 内压、外压或最大压差； b） 液体静压头； c） 容器的自重，以及正常工作条件下或试验状态下内装物料的重力载荷； d） 附加载荷，如其他附属设备、隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷； e） 风载荷、雪载荷及地震载荷； f） 支座、底座圈、支耳及其他型式底座的反作用力； g） 包括压力急剧波动的冲击载荷； h） 由各种温度条件引起的不均匀应变载荷及由连接管道或其他部件的膨胀或收缩所引起的作用力。 3.6.3.4 容器及其配件的受压部分所用板材的最小厚度按下列规定： a） 碳素钢及低合金钢钢板，扣除腐蚀裕量后不小于6mm； b） 高合金钢板，扣除腐蚀裕量后应不小于3mm。 3.6.3.5 不锈钢复合钢板的设计应力强度： a） 当复层材料的设计应力强度值大于或等于基层材料设计应力强度值的70％时，允许将复层厚度计入强度计算之内。计入强度计算的复合材料的折算厚度可按式（3-1a）计算： （3-1a） 式中： δe——复合材料的折算厚度，mm； δ1——基层金属的名义厚度，mm； δ2——复层金属的厚度，不计腐蚀裕量，mm； Sm1——基层金属的设计应力强度，MPa； Sm2——复层金属的设计应力强度，MPa； b） 对于复层与基层结合率达到JB 4733标准中2级板以上，在设计计算中，如需计入复层材料的强度时，复合钢板在设计温度下的设计应力强度值可按式（3-1b）确定： （3-1b） 3.6.3.6 衬里 耐腐蚀衬里是指不与容器壁连成整体的衬里，故计算容器壁厚时，衬里层的厚度不应计入。 3.6.3.7 腐蚀裕量 容器元件由于受到腐蚀、冲蚀、机械磨损或其他环境影响而造成板厚削弱减薄时，应在计算公式或应力分析所确定的计算厚度之外，予以适当地增加厚度。可根据预期的容器寿命与介质对材料的腐蚀速率确定之。 当容器各部分腐蚀程度不同时，对容器的各部分也可采用不同的腐蚀裕量。 若经验表明，在类似的使用过程中不发生腐蚀时，则不必考虑腐蚀裕量。 3.6.4 压力、温度、静压头的关系 在设计容器各部分时，必须按表3-1考虑压力、温度及静压头之间的相互关系。 表3-1 压力与温度的关系 状态 压力 静压头1） 温度 备注 1 容器整体 设计压力 不考虑 同时发生的设计温度 铭牌上所标注的压力及温度2） 容器各处温度不同时，容器整体则取其中的最高温度 各处 与设计压力相对应的各处压力 各处的静压头 同时发生的设计温度 2 各处 与设计温度相对应的压力 各处的静压头 设计温度 与状态1相比，必须校核较高温度与较低压力的组合。或者对各部分，按各处的压力（包括静压头）和设计温度的组合设计 3 容器整体 试验压力 不考虑 试验温度 各处 试验压力 各处的静压头 试验温度 4 容器整体 与最低许用温度相对应的压力 不考虑 最低许用温度 用最低许用温度与材料的缺口韧性试验或与低温下的最高应力共同决定材料是否适用于工作温度 各处 与最低许用温度相对应各处的压力 各处的静压头 最低许用温度 5 各处 工作压力 各处的静压头 金属温度 二次应力、峰值应力分析用 1） 例如由于流体流动等产生的压力波动也同样适用。 2） 若容器允许在不只一个压力和温度条件下工作时，则可同时标出其他相应的压力和温度值。 3.6.5 设计应力强度 本标准所用材料的设计应力强度值Sm，用第6章中所给出的数值。其确定依据如下： 3.6.5.1 钢材 除螺栓材料外，一般钢材的设计应力强度为下列各值中的最低值： a） 常温下标准抗拉强度下限值的1/2.6； b） 常温下屈服强度ReL（Rp0.2）的1/1.5； c） 设计温度下屈服强度R （R ）的1/1.5。 对用奥氏体不锈钢材制成的部件，根据使用部位，对允许有微量永久变形的部件，可取设计温度下屈服强度R 的90％，但最高不超过常温下屈服强度Rp0.2的1/1.5。此规定不适用于法兰或其他有微量变形就产生泄漏或故障的情况。 3.6.5.2 螺栓材料 螺栓材料的设计应力强度如表3-2所示。 表3-2 螺栓设计应力强度 材料 螺栓直径，mm 热处理状态 设计应力强度 设计温度低于蠕变范围 碳素钢 ≤M22 M24～M48 热轧，正火 R /2.7 R /2.5 低合金钢 马氏体高合金钢 ≤M22 M24～M48 ≥M52 调质 R （R ）/3.5 R （R ）/3.0 R （R ）/2.7 奥氏体高合金钢 ≤M22 M24～M48 固溶 R （R ）/1.6 R （R ）/1.5 注：R （R ）为设计温度下的屈服点或0.2％屈服强度，MPa。 3.7 应力强度的许用极限 3.7.1 一次应力强度的许用极限 一次应力强度的许用极限按下列规定，但按5.4.2时不在此限。 3.7.1.1 容器及其支座按表3-3所列的设计载荷及试验载荷各组合条件进行设计时，一次应力强度的许用极限应满足5.3.1～5.3.3的规定。 表3-3 载荷组合系数K 条件 载荷组合（参见3.6.3.3） K值 计算应力的基准 设计载荷 A 设计压力、容器自重，内装物料、附属设备及外部配件的重力载荷 1.0 设计温度下，不计腐蚀裕量的厚度 B A+风载荷1）、2） 1.23） C A+地震载荷1）、2 1.23） 试验载荷 A 试验压力、容器自重，内装物料、附属设备及外部配件的重力载荷 液压试验为1.25，气压试验为1.15 试验温度下，实际设计数值 1） 不需要同时考虑风载荷与地震载荷。 2） 风载荷与地震载荷的计算方法按有关规定。 3） 一次总体薄膜应力在屈服点以下。 3.7.1.2 试验时容器任何点上的压力（包括静压头）超过式（3-2）、式（3-3）规定的试验压力的6％时，应按下列规定确定试验压力的上限： 液压试验时： a） 试验温度下计算求得的一次总体薄膜应力强度SⅠ应不超过试验温度下材料的屈服强度ReL（RP0.2）的90％； b） 计算求得的一次薄膜加一次弯曲应力的应力强度SⅡ，应不超过下列两式给出的限制值： 当SⅠ≤0.67ReL（RP0.2）时，SⅡ≤1.35ReL（RP0.2）； 当0.67ReL（RP0.2）＜SⅠ≤0.90ReL（RP0.2）时，SⅡ≤2.15ReL（RP0.2）－1.2SⅠ。 气压试验时： 液压试验时对一次薄膜应力加一次弯曲应力之应力强度的限制亦适用于气压试验；仅计算求得的一次薄膜应力强度SⅠ应不超过试验温度下材料的ReL（RP0.2）屈服强度）的80％。 3.7.1.3 多室容器，压力可同时施加于相邻各室，以维持上列应力强度极限值。 3.7.2 一次加二次应力强度的许用极限按5.3.4的规定。 3.7.3 一次加二次加峰值应力强度的许用极限按5.3.5的规定。 3.7.4 特殊应力的许用极限 3.7.4.1 支承载荷 3.7.4.1.1 在最大设计载荷作用下，为防止压毁的平均支承应力必须限制在所处温度下的屈服强度ReL（RP0.2）以下。当到自由端的距离（非承压部分）大于支承载荷作用的距离时，支承应力允许为所处温度下屈服强度ReL（RP0.2）的1.5倍。 评定复合材料复层表面上的支承应力时，应采用复材的屈服强度ReL（RP0.2）；如果所取的支承面积为实际接触面积或者支持接触表面的基层面积两者中的较小值，则可采用基材的屈服强度ReL（RP0.2）。 3.7.4.1.2 当支承载荷作用于具有悬臂自由端的部件上时，例如凸缘处，应考虑剪切失效的可能性。在仅有载荷应力（见4.11）时，平均剪应力应不超过0.6Sm；在载荷应力加二次应力时，平均剪应力不得超过下列数值： a） 对奥氏体不锈钢，在40℃时为0.5RP0.2及所有其他温度时下为0.675RP0.2，取二者较低值； b） 对其他所有材料，在任何温度下均为0.5ReL（RP0.2）； c） 剪切破坏主要发生于复合材料的复层内部时，应根据与该复层材料等效的锻材性能来决定其许用剪应力。 剪切破坏的一部分发生在基层，另一部分发生在复层，则评定这种类型破坏的综合抗力时，应采用各材料的许用剪应力。 3.7.4.1.3 销子及类似部件的支承应力不得超过该温度下ReL（RP0.2）；但距板边一个销子直径范围以内无承压面积时，可使用1.5ReL（RP0.2）。 3.7.4.2 纯剪切 受纯剪切的截面（例如：键、抗剪环、螺纹）的平均一次剪应力不得超过0.6Sm。承受扭力的实心圆形截面外周上，不计集中应力时的最大一次剪应力不得超过0.8Sm。 3.7.4.3 非整体连接件的扩展性变形 螺帽、丝堵、.环状抗剪锁紧装置、栓状锁紧装置等非整体连接件，由于喇叭状或其他形状的扩展性变形而受到损坏，以致不能啮合，引起非整体连接件之间产生滑移。为防止发生此类现象，一次加二次应力强度不得超过ReL（RP0.2）。 3.8 压力试验 容器制成后必须进行压力试验。压力试验的项目和要求应在图样上注明。 压力试验一般采用液压试验，试验液体按第11章的要求，对于不适合做液压试验的容器，例如容器内不允许有微量残留液体，或由于结构原因不能充满液体的容器可以采用气压试验。做气压试验的容器必须满足第11章的要求。 对只有底部受静液压作用的高塔，用液压试验或气压试验都不适合的容器可以采用液压和气压的组合试验。组合试验的压力与气压试验相同。 3.8.1 组合容器的压力试验 由两个以上受压室组成的容器按下列方法进行压力试验。 a） 按独立操作设计的组合容器的受压室可作为单独容器处理，即在邻室无压力的情况下进行压力试验； b） 按相邻各室的压差设计的容器，对两室共用部件按设计压差的1.25倍的压力值并按3.8.3作温度修正后进行压力试验； c） 共用部件按b）条进行试验并经检查之后，相邻器室应同时进行液压试验，且应限制受压室之间的压差，使其不超过试验共同部件时采用的压力值。 3.8.2 真空和外压容器 真空（或部分真空）或外压容器，应以内压进行试验，其试验压力为：PT=1.25p。 3.8.3 试验压力 液压试验： （3-2） 气压试验： （3-3） 式中： PT——试验压力，MPa； P——设计压力，MPa； Sm——容器元件材料在试验温度下的设计应力强度，MPa； S ——容器元件材料在设计温度下的设计应力强度，MPa。 注：容器各元件（筒体、封头、接管、法兰及紧固件等）所用材料不同时，应取各元件材料Sm/S 比值中最小者。 3.8.4 气密性试验 储存毒性程度为极度或高度危害介质的容器，即使渗漏微量气体也是不允许的。对此种容器应在压力试验合格后，将安全附件安装齐全，以等于设计压力的试验压力进行气密性试验。 做气压试验的容器，是否需要再做气密性试验，应在图样上规定。 需做气密性试验时，试验压力和要求，应在图样上注明。 3.9 应力分析的免除 当载荷的组合、部件的形状、材料、边界条件等符合本标准的规定，且分别满足下列各条要求时，可免做5.1.2的应力分析。 3.9.1 分别满足第7章、第8章、第9章及附录A.4、附录D、附录I、附录J等的规定者。 3.9.2 过去曾分析过与该容器或容器部件相类似的形状、载荷条件，根据其分析结果，证明可以满足第5章的规定者。 3.9.3 由异种材料组合的部件，能满足3.9.3.1、3.9.3.2或3.9.3.3中任一条全部条件的异种材料焊接接头。 3.9.3.1 环向焊接接头 a） 不等厚材料连接时，是在设计应力强度高的材料一端加工斜坡或者进行了堆焊； b） 除壁厚、弹性模量不同之外，没有其他不连续（如结构等的）之处； c） 满足 。 其中Sm为材料的设计应力强度，E为弹性模量，角标1、2分别表示设计应力强度较低与较高的数值。 3.9.3.2 补强件与容器材料的组合，满足10.2.5.3的规定。 3.9.3.3 除3.9.3.1、3.9.3.2以外的焊接接头： a） 与3.9.3.1的a）条相同； b） 满足 。 其中符号及角标与3.9.3.1的c）条的说明相同。 3.10 疲劳分析的免除 满足3.10.1、3.10.2.1、3.10.2.2或3.10.3任一条所有要求时，可免做疲劳分析。 3.10.1 使用经验 当所设计的容器与已有成功使用经验的容器有可类比的形状与载荷条件，且根据其经验能证明不需要做疲劳分析者。但对下列情况所产生的不利影响应予特别注意： a） 非整体结构，如使用补强圈补强或角焊缝连接件； b） 管螺纹连接接头，特别是管径超过70mm； c） 螺柱连接件； d） 局部熔透的焊缝； e） 相邻部件之间有显著的厚度变化。 3.10.2 容器整体部件满足3.10.2.1或3.10.2.2的全部条件时，可免作疲劳分析。 3.10.2.1 对于常温抗拉强度Rm≤550MPa的钢材，下列各项循环次数的总和不超过1000次。 a） 包括启动与停车在内的全范围压力循环的预计（设计）循环次数； b） 压力波动范围超过设计压力20％的工作压力循环的预计（设计）次数。压力波动不超过设计压力20％的循环不限次数。大气压波动的影响不需考虑； c） 包括接管在内的任意相邻两点1）之间金属温差波动的有效次数。这种有效次数是将金属温差的波动循环次数乘以表3-4中所列的相应系数，再将所得次数相加而得到总次数； 表3-4 金属温度差波动系数 金属温度差波动，℃ 系数 ≤25 0 26～25 1 51～100 2 101～150 4 151～200 8 201～250 12 ＞250 20 d） 由热膨胀系数不同的材料组成的部件（包括焊缝），当（α1－α2）ΔT＞0.00034时的温度波动循环次数。其中α1与α2是两种材料的平均热膨胀系数，ΔT为工作时温度总波动范围。本规定不适用于复合材料的情况。 3.10.2.2 全部满足a）～f）条的条件： a） 包括启动与停车在内的全范围压力循环的预计（设计）循环次数，不超过附录C的疲劳曲线中，以设计温度下材料的设计应力强度Sm的3倍作为Sa所查得的循环次数。Sa为疲劳曲线中对应的应力幅值； b） 正常工作2）时的预计（设计）压力循环范围不超过 ；这里，p为设计压力，Sa是在相应设计疲劳曲线中与规定的显著压力波动循环次数相对应的纵坐标值，Sm是设计温度下材料的设计应力强度；如果规定的显著压力波动次数超过设计疲劳曲线上给出的最大循环数，Sa则取对应于曲线上最大循环次数的值。 显著压力波动是指范围超过 的压力波动，S值规定如下： ———————— 1）相邻两点的定义如下： 对于表面温差： 回转壳的经线方向L＝2.5 ； 对于平板上，L＝3.5a； 在此，L为两相邻点之间的最小距离，mm； R为垂直于表面从壳体中面量到回转轴的半径，mm； δ为所考虑点处部件的厚度，mm； a为板内加热面积或热点的半径，mm。 如果Rδ万之值是变化的，则用两点的平均值。 对于沿厚度方向的温差： 相邻两点定义为任何表面法线方向上的任意两点。 2）正常工作是指除启动与停车之外使容器发挥其应有的功能完成所规定的任何一组工作条件。 如果规定的整个工作循环数小于或等于106，S取为对应于所用设计疲劳曲线上106循环次数的Sa值；如果规定的整个工作循环次数超过106，则S值取设计疲劳曲线上给出的最大循环次数所对应的Sa值； c） 在正常工作及启动与停车过程中，任何相邻两点之间的温度差不超过 ；此处Sa是在规定的启动与停车循环次数下从所用的设计疲劳曲线上查得的纵坐标值，E是在此两点平均温度下的弹性模量，α为此两点平均温度下的瞬时热膨胀系数； d） 正常工作过程中，任意相邻两点间温度差的波动范围不超过 此处Sa是在相应的设计疲劳曲线中与规定的显著温度差波动的总循环数相对应的纵坐标值。 显著温度差波动是指总代数值范围超过 的温度差波动。此处S的规定与b）条相同； e） 对于用弹性模量和（或）热膨胀系数不同的材料制成的部件，在容器正常工作下的温度波动总代数值范围不超过Sa/[2（E1α1－E2α2）]。此处Sa是在相应的设计疲劳曲线中与规定的显著温度波动次数相对应的数值。在平均温度下两种结构材料在瞬时热膨胀系数α1和α2，弹性模量为E1与E2。显著温度波动是指整个变化范围超过S/[2（E1α1－E2α2）]的温度波动，此处S的规定与b）条相同。 若两种材料所适用的设计疲劳曲线不同，使用本规定时应取较低的Sa值。这一规定不适用于复合材料的情况； f） 机械载荷（不包括压力，包括管线反力）的波动范围规定为由此而引起的应力范围不超过Sa；此处Sa是在相应的设计疲劳曲线中与规定的显著载荷波动总次数相对应的幅值。规定的总次数超过106时，则Sa为对应于106循环次数的幅值。 显著载荷波动是指由该载荷所引起的应力强度总幅度超过由相应的设计疲劳曲线中与106循环所对应的Sa值。 3.10.3 带补强圈的接管及非整体结构，满足3.10.3.1或3.10.3.2的全部条件时，可免作疲劳分析。 3.10.3.1 对于常温抗拉强度Rm≤550MPa的钢材，下列各项循环次数的总和不超过400次。 a） 包括启动与停车在内的全过程中，预计（设计）的压力循环次数； b） 压力波动范围超过设计压力15％的工作压力循环的预计（设计）次数。压力波动不超过15％设计压力的循环不限次数。大气压波动的影响不需考虑； c） 包括接管在内的任意相邻两点之间金属温差波动的有效次数。这种有效次数是将金属温差波动的次数乘以表3-4中所列的相应系数，再将所得次数相加而得到总次数； 在计算相邻两点之间的温度差时，仅考虑通过焊缝截面或整体实心截面的传热，而不考虑未焊接接触面的传热； d） 由热膨胀系数不同的材料组成的部件（包括焊缝），当（α1－α2）ΔT＞0.00034时的温度波动循环次数。其中α1与α2是两种材料的平均热膨胀系数，ΔT为工作时温度波动范围。本规定不适用于复合材料的情况。 3.10.3.2将3.10.2.2的各项条件中的数值做如下调整： a） 用数值4代替3.10.2.2条件a）中的数值3； b） 用数值1/4代替3.10.2.2条件b）中的数值1/3； c） 用数值2.7代替3.10.2.2条件c）、d）、e）分母中的数值2；且满足3.10.2.2全部要求。 4 名词术语 4.1 应力强度 stress intensity 系组合应力基于第三强度理论的当量强度，规定为给定点处最大剪应力的2倍，即给定点处最大主应力与最小主应力的代数值（拉应力为正值，压应力为负值）之差。 4.2 总体结构不连续 gross structural discontinuity 系指几何形状或材料的不连续，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与变形产生显著影响。 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。 4.3 局部结构不连续 local structural discontinuity 系指几何形状或材料的不连续，它仅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。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。 4.4 法向应力 normal stress 是垂直于所考虑截面的应力分量，也称为正应力。 通常法向应力沿部件厚度的分布是不均匀的，此应力由两种成分组成，一是均匀分布的成分，它等于沿该截面厚度应力的平均值；另一是随着截面厚度各点位置不同而变化的成分。 4.5 剪应力 shear stress 是与所考虑截面相切的应力成分。 4.6 薄膜应力 membrane stress 是沿截面厚度均匀分布的应力成分，它等于沿所考虑截面厚度的应力平均值。 4.7 弯曲应力 bending stress 弯曲应力是法向应力的变化分量，沿厚度上的变化可以是线性的，也可以不是线性的。其最大值发生在容器的表面处，设计时取最大值。本标准是指线性弯曲应力。 4.8 一次应力 primary stress 为平衡压力与其他机械载荷所必须的法向应力或剪应力。 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。一次应力分为以下三类： a） 一次总体薄膜应力Pm general primary membrane stress 影响范围遍及整个结构的一次薄膜应力。在塑性流动过程之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。例如：各种壳体中平衡内压或分布载荷所引起的薄膜应力： b） 一次局部薄膜应力PL primary local membrane stress 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。 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。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，但从方便与稳妥考虑仍归入一次局部薄膜应力。 局部应力区是指经线方向延伸距离不大于1.0 ，应力强度超过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）。局部薄膜应力强度超过1.1Sm的两个相邻应力区之间应彼此隔开，它们之间沿经线方向的间距不得小于2.5 （其中，Rm＝ （R1+R2），δm＝ （δ1+δ2）。而R1与R2分别为所考虑两个区域的壳体中面第二曲率半径；δ1与δ2为每一所考虑区域的最小厚度。 一次局部薄膜应力的例子是：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； c） 一次弯曲应力Pb primary bending stress 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。 一次弯曲应力的例子是：平盖中心部位由压力引起的弯曲应力。 4.9 二次应力Q secondary stress 为满足外部约束条件或结构自身变形连续要求所须的法向应力或剪应力。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。只要不反复加载，二次应力不会导致结构破坏。 例如：总体热应力和总体结构不连续处的弯曲应力。 4.10 峰值应力F peak stress 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。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。 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；复合钢板容器中复层的热应力。 4.11 载荷应力 load stress 由压力或其他机械载荷所引起的应力。 4.12 热应力 thermal stress 由结构内部温度分布不均匀或材料热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。 热应力分为两种： a） 总体热应力。 当解除约束之后，会引起结构显著变形的热应力。当这种应力在不计应力集中的情况下已超过材料屈服强度的2倍时，连续的热循环可引起塑性疲劳或递增塑性变形。故此种应力属于表4-1中的二次应力。 总体热应力的例子： 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当量线性应力1）。 b） 局部热应力。 解除约束后，不会引起结构显著变形的热应力。这种应力仅需在疲劳分析中加以考虑。因此，属于表4-1中的峰值应力。 局部热应力的例子； 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膨胀系数不同而在复层中引起的热应力。 表4-1 一些典型情况的应力分类 容器部件 位置 应力的起因 应力的类型 所属种类 圆筒形或球形壳体 远离不连续处的筒体 内压 总体薄膜应力 沿壁厚的应力梯度 Pm Q 轴向温度梯度 薄膜应力 弯曲应力 Q Q 和封头或法兰的连接处 内压 薄膜应力 弯曲应力 PL Q 任何筒体或封头 沿整个容器的任何截面 外部载荷或力矩， 或内压 沿整个截面平均的总体薄膜应力。应力分量垂直于横截面 Pm 外部载荷或力矩 沿整个截面的弯曲应力。应力分量垂直于横截面 Pm 在接管或其他开孔的附近 外部载荷或力矩，或内压 局部薄膜应力 弯曲应力 峰值应力（填角或直角） PL Q F 任何位置 壳体和封头间的温差 薄膜应力 弯曲应力 Q Q 碟形封头或锥形封头 顶部 内压 薄膜应力 弯曲应力 Pm Pb 过渡区或和简体连接处 内压 薄膜应力 弯曲应力 PL Q 容器部件 位置 应力的起因 应力的类型 所属种类 平盖 中心区 内压 薄膜应力 弯曲应力 Pm Pb 和筒体连接处 内压 薄膜应力 弯曲应力 PL Q2） 多孔的封头或简体 均匀布置的典型管孔带 压力 薄膜应力（沿横截面平均） 弯曲应力（沿管孔带的宽度 平均，但沿壁厚有应力梯度） 峰值应力 Pm Pb F 分离的或非典型的孔带 压力 薄膜应力 弯曲应力 峰值应力 Q F F 接管 垂直于接管轴线的横截面 内压或外部载荷或力矩 总体薄膜应力（沿整个截面平均）。应力分量和截面垂直 Pm 外部载荷或力矩 沿接管截面的弯曲应力 Pm 接管壁 内压 总体薄膜应力 局部薄膜应力 弯曲应力 峰值应力 Pm PL Q F 膨胀差 薄膜应力 弯曲应力 峰值应力 Q Q F 复层 任意 膨胀差 薄膜应力 弯曲应力 F F 任意 任意 径向温度分布3） 当量线性应力 应力分布的非线性部分 Q F 任意 任意 任意 应力集中（缺口效应） F 1） 必须考虑在直径—厚度比大的容器中发生皱褶或过度变形的可能性。 2） 若周边弯矩是为保持平盖中心处弯曲应力在允许限度内所需要的，则在连接处的弯曲应力可划为Pb类；否则，划为Q类。 3） 应考虑热应力棘轮的可能性。 ———————— 1） 当量线性应力的定义：沿厚度与实际应力分布具有相同纯弯矩的线性分布应力。 4.13 工作循环 operating cycle 是指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。工作循环有三种情况： a） 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； b） 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； c） 设计中必须考虑的任何紧急状态或异常情况由起始到恢复的循环。 4.14 应力循环 stress cycle 是指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。一个工作循环可以引起一个或多个应力循环。 4.15 变形 deformation 是指元件形状或尺寸的改变。 4.16 非弹性 Inelasticity 是材料的一般性质。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。塑性和蠕变是非弹性中的特殊情况。 a） 塑性plasticity 材料中应力超过屈服极限后发生与时间无关的不可恢复的变形。塑性状态有两个主要特点： 应力与应变之间的关系是非线性的； 应力与应变之间的关系非单值对应，与加载历史有关； b） 塑性分析 plastic analysis 是一种考虑材料塑性特征（包括发生在结构中的应变硬化和应力再分配）来计算给定载荷下结构状态的方法（当涉及冲击或其他动力载荷时应变率影响可能是重要的）； c） 塑性不稳定载荷 plastic instability 在主要受拉伸或压缩载荷的构件中，塑性不稳定载荷是指在不增加载荷的情况下，能产生无限塑性变形的载荷。此时，构件中的真应力比材料应变硬化效应所能提供的抗力增加得更快； d） 应变极限载荷 strain limiting load 限定应变为某一极限值时，对应该应变极限的载荷； e） 极限分析 limit analysis 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特性。是塑性力学的一种分析方法。 在极限状态下，结构内的应力与变形若同时满足：极限条件、破损机构条件、平衡条件、几何条件，以及给定的边界条件，这样的解即为极限分析的完全解。 在极限分析中常采用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极限条件的应力场）对应的载荷中，最大的载荷为极限载荷。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）对应的载荷中，最小的载荷为极限载荷。由上、下限定理得到的分别称为上限解、下限解，当二者相同时即为完全解； f） 极限载荷 collapse load 用极限分析方法求得的，以理想塑性材料（无应变硬化的）构成的结构所能承受的最大载荷。在此载荷下，结构的变形将无限制地增大，从而失去承载能力。这种状态称为结构的塑性极限状态，对应于此状态的载荷称为极限载荷； g） 塑性铰 plastic hinge 是用在梁、刚架、板、壳等结构极限分析中的理想化概念。以梁为例，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。在梁或刚架中出现的塑性铰数目足以使结构变成几何可变的机构时，结构即处于塑性极限状态。 在极限状态下，板中会出现塑性铰线，它是塑性铰的连线。壳体结构中除出现塑性铰线外，还要求某些区域的薄膜应力达到屈服点后才会进入极限状态； h） 蠕变creep 是非弹性的一种特殊情况。这种非弹性状态是在载荷作用下由应力引起的、应变随时间变化的现象。由于蠕变，材料在某瞬时的应力状态一般不仅与该瞬时的变形有关，而且与该瞬时前的变形历史有关。在所有外加载荷撤除以后，仍有可能产生与时间有关的较小变形： i） 棘轮现象 ratcheting 一个构件当经受机械应力、热应力，或者两者全有的循环作用，而产生逐次递增的非弹性变形，称为棘轮现象。 热应力棘轮现象是部分或完全地由热应力引起的； j） 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。 4.17 疲劳 fatigue 在循环加载条件下，发生在结构某点处局部的、永久性的损伤递增过程，经足够的应力或应变循环后，损伤累积可使材料产生裂纹，或使裂纹进一步扩展至完全断裂。 5 分析设计的一般准则 5.1 总则 5.1.1 本章给出了分析设计的基本准则。适用于3.10免做疲劳分析的容器设计；对必须进行疲劳分析的容器还应符合附录C的规定。 5.1.2 进行分析设计的容器应根据本章的设计准则，采用附录A、附录K提供的分析计算方法与原则进行分析，也可采用其他可靠的分析方法（如有限元法）或实验方法进行分析。 5.1.3 设计应使结构中的各类应力强度不超过5.3规定的许用极限。 5.1.4 应力强度的确定 本章所述应力均系结构中的弹性名义应力，即无论载荷多大假定结构材料始终为线弹性时所求得的计算应力。并用本节规定的原则考虑结构的塑性极限承载能力与安定性。 本章规定对复合应力状态采用最大剪应力理论作为失效理论。 5.2 应力强度计算 按下列步骤计算应力分量并归类，对不同类的应力分量分别计算其主应力，进而求得各不同类的应力强度。 5.2.1 在所考虑的点上，选取一正交坐标系，经向、环向与法向分别用x、θ、y表示，用σx、σθ和σy表示该坐标系中的正应力分量，τxθ、τxz、τzθ表示该坐标系中的剪应力分量。 5.2.2 计算在各种载荷作用下的各应力分量，并根据4.6～4.10的定义将各组应力分量分别归入以下的一类： a） 一次总体薄膜应力Pm[（见4.8a）]； b） 一次局部薄膜应力PL[（见4.8b）]； c） 一次弯曲应力Pb[（见4.8c）]； d） 二次应力1） Q[（见4.9）]； e） 峰值应力 F[（见4.10）]。 表5-1 应力分类及应力强度极限值 应力种类 一次应力 二次应力 峰值应力 总体薄膜 局部薄膜 弯曲 说明（例子见表4-1） 沿实心截面的平均一次应力。 不包括不连续和应力集中。 仅由机械载荷引起的 沿任意实心截面的平均应力。 考虑不连续但不包括应力集中。 仅由机械载荷引起的 和离实心截面形心的距离成正比的一次应力分量。 不包括不连续和应力集中。 仅由机械载荷引起的 为满足结构连续所需要的自平衡应力。 发生在结构的不连续处，可以由机械载荷或热膨胀差引起的。不包括 局部应力集中 （1）因应力集中（缺口）而加到一次或二次应力上的增量。 （2）能引起疲劳但不引起容器形状变化的某些热应力 符号1） Pm PL Pb Q2） F2） 应力分量的组合和应力强度 的许用极限 1）符号Pm、PL、Pb、Q和F不是只表示一个量，而是表示σx、σθ、σy、τxθ、τθz、τxz一组共六个mm分量。叠加是指每种分量各自分别叠加。 2）属于Q类的应力组是指扣除该点处一次应力后，由于热梯度与结构不连续引起的应力；应注意的是，通常，详细的应力分析给出的是一次应力与二次应力之和Pm（或PL）+Pb+Q，而不单是二次应力Q；同样，F类应力是指由局部应力集中引起的名义应力的增量部分；例如，一块板中有名义应力S，连接处具有应力集中系数K1，那么Pm=S，Pb=Q=0，F=Pm（K1－1），则峰值应力强度由K1Pm算得。 3）系数K由表3-3给出。 4）此处所限制的应是一次加二次应力强度的范围，而3Sm值应取正常工作循环时（周期性运行期间）最高与最低温度下材料Sm的平均值之3倍。在确定一次加二次应力范围时，应考虑各种不同来源的工作循环的重叠，因而总的应力强度范围可能超出任一单独的循环的范围。由于在每一特定的工作循环或循环组合中对应的温度范围可能是不相同的，因而相应的品值也可以是不相同的，所以对这些工作循环或循环组合下限定不允许超出的3Sm值应当小心地确定。 5）Sa从附录C的疲劳曲线得到，对于全幅度的脉动循环，允许的峰值应力强度值（指应力强度范围）应为2Sa。 ———————— 1） 对于二次应力，无需区分薄膜成分及弯曲成分，因为二者许用应力强度值相同。 5.2.3 将各类应力按同种分量分别叠加，得到Pm组、PL组、PL+Pb组、PL+Pb+Q组和PL+Pb+Q+F组共五组应力分量，每组六个。 5.2.4 由每组六个应力分量，计算每组的主应力σ1、σ2、σ31）。 5.2.5 对于每组三个主应力，计算主应力差： σ12=σ1－σ1 σ23=σ2－σ3 σ31=σ3－σ1 在每组σ12、σ23和σ31中，取绝对值最大者作为该组的应力强度，即可得到： 一次总体薄膜应力强度SⅠ（由Pm算得）； 一次局部薄膜应力强度SⅡ（由PL算得）； 一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应力强度SⅢ（由PL+Pb算得）； 一次加二次应力强度SⅣ（由PL+Pb+Q算得）； 峰值应力强度SⅤ（由PL+Pb+Q+F得）。 5.3 各类应力强度的许用极限 按5.2所求得的五个基本的应力强度值，应依次满足下列各条对许用极限的规定（K按表3-3选取）： 5.3.1 一次总体薄膜应力强度SⅠ的许用极限为KSm。 5.3。2一次局部薄膜应力强度SⅡ的许用极限为1.5KSm。 5.3.3 一次薄膜加一次弯曲应力强度SⅢ的许用极限为1.5KSm。 5.3.4 一次加二次应力强度SⅣ的许用极限为3Sm2）。 5.3.5 峰值应力强度SⅤ的许用极限 是由给定操作压力、其他给定的机械载荷以及总体与局部热效应包括总体与局部结构不连续效应所引起的，沿截面厚度任意点上的全部一次应力、二次应力和峰值应力的总和所导出的应力强度。 峰值应力强度的许用极限取决于导出它的应力差的幅值及其作用次数，该应力强度应按附录C中由疲劳曲线得到的许用值进行评定。 5.4 塑性分析的运用 若采用塑性分析，可不遵循5.3所列相关的应力强度许用极限的规定。