GB 150—2011對壓力容器經(jīng)濟性的實例分析

童金薈 劉曉波

（杭州忠澤機械工程有限公司，杭州310000）

經(jīng)驗交流

GB 150—2011對壓力容器經(jīng)濟性的實例分析

童金薈 劉曉波

（杭州忠澤機械工程有限公司，杭州310000）

紹了GB 150－2011中對壓力容器經(jīng)濟性影響較大的修訂內(nèi)容，并從設(shè)計角度出發(fā)，結(jié)合工程設(shè)計實例進行對比分析。GB 150—2011比之前標準減小了安全系數(shù)，這樣可節(jié)省壓力容器材料，提升壓力容器的經(jīng)濟性；一些新材料在這次標準修訂中被錄入，擴大了可選擇材料的范圍。

GB 150—2011；壓力容器；經(jīng)濟性

1989年我國正式頒布實施第1版GB 150《鋼制壓力容器》，并在1998年進行了第1次修訂。新版GB 150—2011系列已于2011年11月21日發(fā)布，并于2012年3月1日正式實施[1-4]。

GB 150是我國壓力容器行業(yè)的一部強制性標準，經(jīng)過20多年的應(yīng)用和實踐，已成為我國壓力容器行業(yè)的核心基礎(chǔ)標準，是我國壓力容器設(shè)計、制造、檢驗的核心依據(jù)，也是我國壓力容器行業(yè)在國際上知名度最高的標準。GB 150結(jié)合一系列相關(guān)標準，形成了一整套完善的對于壓力容器設(shè)計、制造、檢驗的質(zhì)量控制體系。在這套標準體系的控制和引領(lǐng)下，我國的壓力容器產(chǎn)業(yè)在幾十年的發(fā)展歷程中取得了令世人矚目的進步與成就。

1 經(jīng)濟性相關(guān)修訂內(nèi)容

GB 150—2011中與壓力容器經(jīng)濟性相關(guān)的修訂內(nèi)容有2點：1)材料的安全系數(shù)降低；2)錄入了一些新的材料可供選擇使用。

對比新舊標準，新標準條例中對于壓力容器設(shè)計影響最大是抗拉強度的安全系數(shù)由3.0調(diào)整為2.7，對碳鋼和低合金鋼屈服強度的安全系數(shù)由1.6調(diào)整為1.5。壓力容器設(shè)計過程中，主要遵循的原則有安全性、可靠性和經(jīng)濟性等。在保證設(shè)備安全可靠的前提下，制造成本也是一個重要的考慮因素。安全系數(shù)的降低使許多材料的許用應(yīng)力值有所提高，從而在設(shè)計過程中設(shè)備的計算厚度也有所減小，最終材料使用量也會隨之減少，設(shè)備的經(jīng)濟性得到提升。

一些新材料的錄入讓設(shè)計人員在設(shè)計過程中有了更多選擇，如一些性能優(yōu)良的高溫鋼的錄入不僅增加了設(shè)備的安全性，同時也減少了設(shè)備制造的材料使用，提升了經(jīng)濟性。

2 工程實例分析

2.1 實例一

某項目一臺液化石油氣臥式儲罐，介質(zhì)為液化石油氣，易爆介質(zhì)，工作壓力為1.62 MPa，設(shè)計壓力為1.77 MPa，設(shè)計溫度-19～50℃；使用材料Q345R，設(shè)備內(nèi)徑為3 m，筒體長度為13 m，容器兩端封頭采用標準橢圓封頭，焊接接頭系數(shù)φ為1.0。此設(shè)備為III類容器，需進行100%射線檢測?，F(xiàn)對設(shè)備主體分別按照GB 150—2011和GB 150—1998進行設(shè)計，設(shè)計參數(shù)及計算結(jié)果見表1。

從表1對于材料重量的計算結(jié)果可以得出，根據(jù)新舊標準選取相同牌號的材料設(shè)計同一臺設(shè)備，計算厚度主要由材料的許用應(yīng)力決定。在50℃時Q345R的許用應(yīng)力為Rm/抗拉強度安全系數(shù)，在GB 150—1998中抗拉強度安全系數(shù)為3，在GB 150—2011中抗拉強度安全系數(shù)為2.7，安全系數(shù)降低后，許用應(yīng)力值變大，從而根據(jù)GB 150—2011設(shè)計的設(shè)備材料減少約10%。

2.2 實例二

某項目中1臺分氣缸，介質(zhì)為過熱水蒸汽，工作壓力為10 MPa，設(shè)計溫度為470℃，設(shè)備安全閥開啟壓力為11 MPa，設(shè)計壓力取11.5 MPa，設(shè)備內(nèi)徑為1 m，筒體長度為5.1 m，設(shè)備兩端封頭為標準橢圓，封頭焊接接頭系數(shù)φ為1.0。此設(shè)備為III類容器，需進行100%射線檢測。在實際設(shè)計過程中按GB 150—2011選用了新錄入的材料12Cr2Mo1VR，按GB 150—1998設(shè)計該設(shè)備應(yīng)選用14Cr1MoR，同時按照GB 150—2011選用14Cr1MoR進行設(shè)計計算，設(shè)計計算結(jié)果見表2。

表1 液化石油氣臥式儲罐計算結(jié)果Tab 1 Calculated results of horizontal reservoir of liquefied petroleum gas

表2 分氣缸計算結(jié)果Tab 2 Calculated results of cylinder

從表2中可以看出，在470℃時14Cr1MoR的許用應(yīng)力為Rel/屈服強度安全系數(shù)，在GB 150— 1998中抗拉強度安全系數(shù)為1.6，在GB 150—2011中屈服強度安全系數(shù)為1.5，安全系數(shù)降低后，許用應(yīng)力變大，從而，同樣取14Cr1MoR根據(jù)GB 150—2011設(shè)計的設(shè)備材料減少約8%。

按GB 150—2011選用12Cr2Mo1VR設(shè)計的設(shè)備質(zhì)量要比按GB 150—1998選用14Cr1MoR減少約1/3。材料厚度大幅度減薄能減小加工、焊接的難度，同時也減小了設(shè)備殼體內(nèi)外側(cè)應(yīng)力差，使設(shè)備更趨于安全。12Cr2Mo1VR是GB 150—2011中新增的材料，此材料的耐高溫性能也優(yōu)于14Cr1MoR，在經(jīng)濟性、安全性、可靠性等各個方面都得到了提升。

3 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國壓力容器制造水平和材料的生產(chǎn)制造水平也在不斷的提升，材料性能的穩(wěn)定性也更有保障，許多性能優(yōu)越的新材料也得以開發(fā)生產(chǎn)，同時逐漸在實際工程中得到應(yīng)用。因此在保證壓力容器安全性、可靠性的前提下，修訂標準降低相應(yīng)的安全系數(shù)，引入性能優(yōu)越的新材料提升設(shè)備的經(jīng)濟性是非常有必要的。

在設(shè)計過程中，在確定的工況下，對材料計算厚度影響最大的是材料本身的許用應(yīng)力值。從設(shè)計標準而言，安全系數(shù)又對許用應(yīng)力值產(chǎn)生了決定性的影響。在本次GB 150修訂中，減小了安全系數(shù)值，這必將對壓力容器材料的節(jié)省產(chǎn)生積極的作用，為提升壓力容器的經(jīng)濟性帶來了極大的幫助。一些新材料在這次標準修訂中被錄入，擴大了以后設(shè)計工作中材料可選擇的范圍。一些性能優(yōu)越的新材料將提升壓力容器經(jīng)濟性、安全性、可靠性等綜合性能。

我國是壓力容器出口大國，GB 150—2011的實施，可為壓力容器經(jīng)濟性的提升帶來極大的幫助，從而在激烈的國際市場競爭中保持一定優(yōu)勢，讓我國壓力容器的產(chǎn)品占據(jù)更為積極主動的國際市場地位。

[1]GB 150.1—2011壓力容器第1部分：通用要求[S].

[2]GB 150.2—2011壓力容器第2部分：材料[S].

[3]GB 150.3—2011壓力容器第3部分：設(shè)計[S].

[4]GB 150.4-2011壓力容器第4部分：制造、檢驗和驗收[S].

TQ050.2

BDOI10.3969/j.issn.1006-6829.2014.01.011

2013-11-27；

2013-12-05