ICS 23.020.30 J 74
GE
中华人民共和国国家标准
GB150.32011 部分代替GB150-1998
压力容器 第3部分：设计
Pressure vessels--Part 3 :Design
2012-03-01实施
2011-11-21发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布
89 GB150.3—2011
目 次
前言范围· 2 规范性引用文件
91 93 ·93 93 95 115 152 183 217 244 247 289 313
内压圆筒和内压球壳外压圆简和外压球壳· 封头
3
4
5 6开孔与开孔补强 7法兰
附录A（规范性附录） 非圆形截面容器附录B（规范性附录） 钢带错绕筒体附录C（资料性附录） 密封结构附录D（资料性附录） 焊接接头结构附录E（规范性附录） 关于低温压力容器的基本设计要求
90 GB150.3—2011
前言
本标准的本部分附录C、附录D为推荐性的，其余为强制性的。 本标准GB150《压力容器》分为以下四个部分：一第1部分：通用要求；一第2部分：材料；
第3部分：设计；第4部分：制造、检验和验收。
-
本部分为GB150《压力容器》的第3部分：设计。本部分按照GB/T1.1一2009《标准化工作导则》 给出的规则起草。
本部分在GB150一1998第5章至第9章、附录C、附录D、附录G和附录J的基础上，结合压力容器基本受压元件设计的实际需要及相关标准修订提案，同时为满足《固定式压力容器安全技术监察规程》的要求，进行修订编制。与GB150—-1998相比，主要变化如下：
-对应于原GB150-1998第5章：内压圆筒和内压球壳，本部分第3章增加了按外径进行壁厚设计计算的相应公式。 -对应于原GB150一1998第6章：外压圆筒与外压球壳，本部分第4章主要变化内容为： a) 修订了外压曲线图，增加了对应于高强度材料的外压曲线； b) 增加了相对应的应力系数B曲线图选用表； c) 加强圈的结构设计作了部分修改。 对应于原GB150一1998第7章：封头，本部分第5章中主要变化内容为： a） 增加了偏心锥壳、低压折边平封头、带筋平封头和拉撑结构的设计计算方法； b） 调整了部分平盖的结构特征系数K； c) 增加了适用于平封头与简体全焊透连接结构的塑性分析设计方法； d) 增加了/R<0.002时，球冠形封头与锥壳的设计方法。 对应于原GB150一1998第8章：开孔和开孔补强，本部分第6章对开孔和开孔补强设计计算方法内容进行了扩充，引入了简体径向接管的整体补强设计方法，开孔率适用范围可达0.9。 -对应于原GB150一1998第9章：法兰，本部分第7章中主要内容变化为： a）增加了整体法兰和按整体法兰计算的任意法兰的刚度校核计算要求： b）增加了波齿垫片设计选用参数。 将GB150一1998附录C"低温压力容器”中与设计相关的内容调整为本部分的附录E。 将GB150一1998附录D、附录G和附录J内容纳入本部分的附录A、附录C和附录D。 主要调整或变化内容为： a）增加附录B"钢带错绕筒体设计” b）附录C扩大了双锥密封的适用范围； c） 附录D焊接结构根据实际情况进行了整理和补充。
一
-
本部分由全国锅炉压力容器标准化技术委员会（SAC/TC262)提出并归口。 本部分起草单位：中国特种设备检测研究院、中国石化工程建设公司、清华大学、浙江大学、浙江工
业大学、中国石化集团上海工程有限公司、中国石油寰球工程公司。
本部分主要起草人：寿比南、杨国义、李世玉、薛明德、徐锋、郑津洋、高增梁、桑如苞、秦叔经、 叶日新、冯清晓、谢铁军、陈朝晖、陈志伟、陈冰冰、张迎恺、朱国栋。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为：
GB150—1989、GB150—1998。
91 GB 150.3—2011
压力容器第3部分：设计
1范围
GB150.3规定了压力容器基本受压元件的设计要求。 本部分适用于内压圆筒和内压球壳、外压圆筒和外压球壳、封头、开孔和开孔补强以及法兰的设计
计算。
本部分给出了非圆形截面容器（规范性附录A）、钢带错绕筒体（规范性附录B）、常用密封结构（资料性附录C)和焊接接头结构(资料性附录D)的基本设计要求。
本部分还给出了关于低温压力容器的基本设计要求（规范性附录E）。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB150.1一2011压力容器第1部分：通用要求 GB150.2压力容器第2部分：材料 GB150.4压力容器第4部分：制造、检验和验收 GB/T985.1·气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口 GB/T 985.2 埋弧焊的推荐坡口 JB/T 4700 压力容器法兰与技术条件 JB/T4701 甲型平焊法兰 JB/T4702 乙型平焊法兰 JB/T4703 长颈对焊法兰 JB/T4704 非金属软垫片 JB/T 4705 缠绕垫片 JB/T4706 金属包垫片 JB/T 4707 等长双头螺柱 JB/T4736 补强圈
3内压圆筒和内压球壳
3.1本章计算公式适用于单层、多层包扎、套合圆筒和球壳的计算。钢带错绕简体设计计算按附录B 进行。 3.2术语、定义和符号 3.2.1GB150.1中的术语和定义适用于本部分。 3.2.2符号
C-—厚度附加量（按GB150.1），mm；对多层包扎圆筒简和套合圆筒只考虑内筒的C值； D一一圆筒或球壳的内直径，mm； D。——圆筒或球壳的外直径（D。=D;十28），mm；
93 GB 150.3—2011
pe -计算压力，MPa； LpwJ- 一圆筒或球壳的最大允许工作压力，MPa；
-圆简或球壳的计算厚度，mm； 8. 圆简或球壳的有效厚度，mm； 0. 多层包扎圆筒内筒或套合圆筒内简的名义厚度，mm； on 圆筒或球壳的名义厚度，mm； 0. 多层包扎圆筒层板层和套合圆筒套合层总厚度，mm；
6
设计温度下圆筒或球壳的计算应力，MPa； [Lo]t 设计温度下圆筒或球壳材料的许用应力（按GB150.2），MPa； [o,]t. 设计温度下多层包扎圆筒内筒或套合圆筒内筒材料的许用应力（按GB150.2），MPa； [o,]" -设计温度下多层包扎圆筒层板层或套合圆筒套合层材料的许用应力，MPa；
ot.
焊接接头系数； d:— 多层包扎圆筒和套合圆筒内筒简的焊接接头系数； po 多层包扎圆筒层板层和套合圆筒套合层的焊接接头系数。
8
-
3.3圆筒计算
本节公式的适用范围为p。≤0.4[}"$。设计温度下圆筒的计算厚度按式(3-1)或式(3-2)计算：
P.D 2[$-e
8=
·( 3-1 )
d- 2[0$+pe P.D. = p.(D ±) c = p.(D。 - 8.)
*( 3-2 )
圆筒的计算应力按式（3-3)或式（3-4)计算：
（3-3)
28.
(34)
28.
at值应小于或等于[]"Φ。 多层包扎圆筒及套合圆筒的[}"Φ值按式（3-5)计算：
[o]'Φ = 8. i[o,+ Do [oJ"
·(3-5 )
0
8
公式中=1.0，更。=0.95。 设计温度下圆简的最大允许工作压力按式(3-6)或式(3-7)计算：
[pw] = 28.[01'g
***(3-6)
D: +0. D.-o.
[pw] = 28.[o]$
..(3-7)
3.4球壳计算
本节公式的适用范围为P。≤0.6[]"Φ。设计温度下球壳的计算厚度按式(3-8)或式(3-9)计算：
8 4- p,D; 0 4o$+ p,D.
·(38)
...(3-9)
球壳的计算应力按式(3-10)或(3-11)计算：
p(D +o)
g
·(3-10)
48.
gt= p(D。-8)
.(3-11)
40.
94 GB 150.32011
值应小于或等于[。 设计温度下球壳的最大允许工作压力按式（3-12)或式（3-13)计算：
[pw]= 48.[o]d
.·(3-12)
D; +8. _48.Lo]"
[pw] =
*（3-13)
D.-0.
4外压圆筒和外压球壳
4.1本章规定适用于外压圆筒(包括管子)和外压球壳的设计。 4.2术语、定义和符号 4.2.1GB150.1中的术语和定义适用于本章。 4.2.2符号
A- 外压应变系数； A。加强圈的横截面积，mm； B—外压应力系数，MPa; C厚度附加量（按GB150.1)，mm； D; 圆筒内直径，mm； D。 圆筒外直径（D。=D:十28.），mm； E -设计温度下材料的弹性模量，MPa； h封头曲面深度，mm; I加强圈与圆筒组合段所需惯性矩，mm*； I。一一加强圈与圆筒起加强作用的有效段的组合截面对通过与圆筒轴线平行的该截面形心轴的惯
性矩，mm"；
L 圆筒计算长度，应取圆筒两相邻支撑线之间的距离（见图4-1），mm； pe 一 计算外压力（按GB150.1的通用要求），MPa；［p]——许用外压力，MPa; R。—球壳外半径，mm； .--圆筒或球壳的名义厚度，mm; 0 -圆简或球壳的有效厚度，mm； [a]t 圆筒或管子材料在设计温度下的许用应力（按GB150.2材料），MPa； Re(Rpo.2)—— 圆筒或管子材料标准在室温下的屈服强度（或0.2%非比例延伸强度），MPa； R（R2）——圆筒或管子材料在设计温度下的届服强度（或0.2%非比例延伸强度），MPa。
4.3外压圆筒的稳定性校核 4.3.1计算长度的确定
圆简计算长度，应取圆筒上两相邻支撑线之间的距离，见图4-1。其中应满足：图a-2)和图c-2)中锥
壳或折边段的有效厚度不得小于相连接圆筒的有效厚度；图b）、e)和f)中锥壳与圆筒的连接处的惯性矩，按5.6.6的规定；计算时应采用图示的L、各段直径和相应的厚度。
a） 如图4-1a)所示，当圆筒部分没有加强圈（或可作为加强的构件）时，取圆筒的总长度加上每个
凸形封头曲面深度的1/3； b）如图4-1c)所示，当圆简部分有加强圈（或可作为加强的构件）时，取相邻加强圈中心线间的最
大距离；
95 GB 150.3—2011
c） 如图4-1d)所示，取圆筒第一个加强圈中心线与凸形封头切线间的距离加凸形封头曲面深度的
1/3; d) 如图4-1b)、e)、f)所示，当圆筒与锥壳相连接，若连接处可作为支撑线时，取此连接处与相邻支
撑线之间的最大距离；图4-1f)中的Lx系指锥壳段的轴向长度，其外压计算长度取当量长度 L.见5.6.6；如图4-1g)所示，对带夹套的圆筒，则取承受外压的圆筒长度；若带有凸形封头，还应加上封头曲面深度的1/3；若有加强圈（或可作为加强的构件)时，则按图4-1c）、d)计算。
e)
注：支撑线系指该处的截面有足够的惯性矩，以确保外压作用下该处不出现失稳现象。
a-2)
b)
9-1)
?1)
c-2)
f)
g)
e)
图4-1外压圆筒的计算长度
96 GB 150.3—2011
4.3.2 D。/8≥20的圆筒 4.3.2.1 确定外压应变系数A
a) 根据L/D。和D。/8。由图4-2或表4-2查取外压应变系数A值（遇中间值用内插法）； b) 若L/D。值大于50，则用L/D。=50查图；若L/D。值小于0.05，则用L/D。=0.05查图。
4.3.2.2 确定外压应力系数B
a) 按所用材料，查表4-1确定对应的外压应力系数B曲线图（图4-3～图4-11），由A值查取B值
（遇中间值用内插法）； b) 若A值超出设计温度曲线的最大值，则取对应温度曲线右端点的纵坐标值为B值； c) 若A值小于设计温度曲线的最小值，则按式（4-1)计算B值：
B= 2AF'
.*****+(4-1)
++*
3
表 4-1 外压应力系数B曲线图选用表
序 S 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
钢 号
RL(Rpo.2)/MPa
设计温度范围/℃
适用B曲线图
图 4-3 图 4-5 图 4-5 图 4-4 图 4-6 图 4-5 图 4-3 图 4-5 图 4-5 图 4-6 图 4-5 图 4-3 图 4-6 图 4-6 图 4-5 图 4-5 图 4-6 图 4-5 图 4-6 图 4-5 图 4-6 图 4-5 图 4-6 图 4-5 图 4-6 图 4-5
205 245 245 345 370 205 225 235 295 195 270 280 250 245 390
≤475 ≤475 ≤475 ≤475 ≤150 150~350 ≤475 ≤475 ≤475 ≤150 150~400 ≤475 ≤150 ≤150 ≤300 ≤200 ≤150 150~475 ≤150 150~400 ≤150 150~475 ≤150 150~475 ≤150 150~475
10 20 Q245R
Q345R,Q345D
Q370R 12CrMo 12Cr1MoVG 12Cr1MoVR 15CrMo 15CrMoR 1Cr5Mo 09MnD 09MnNiD 08Cr2A1Mo 09CrCuSb 18MnMoNbR
13MnNiMoR
390
14Cr1MoR
300
280
12Cr2Mo1
310
12Cr2Mo1R
97