压力容器设计计算公式手册

基于 GB/T 150.3-2024 · 公式手册、交互式计算器与标准库

设计实用工具
杭州华诺

标

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以下为本手册引用的全部标准。请核对各标准是否有更新版本替代。

一、核心设计标准（GB/T 150系列）

标准编号	标准全称	本手册用途	生效日期	版本核对提示
GB/T 150.1-2024	《压力容器第1部分：通用要求》	适用范围、术语定义、设计载荷	2024-10-01 替代GB/T 150.1-2011	替代GB/T 150.1-2011
GB/T 150.2-2024	《压力容器第2部分：材料》	许用应力[σ]t查取、材料选用	2024-10-01 替代GB/T 150.2-2011	替代GB/T 150.2-2011
GB/T 150.3-2024	《压力容器第3部分：设计》	核心计算公式来源（筒体/封头/外压/开孔补强）	2024-10-01 替代GB/T 150.3-2011	替代GB/T 150.3-2011
GB/T 150.4-2024	《压力容器第4部分：制造、检验和验收》	焊接接头系数φ的确定依据、无损检测要求	2024-10-01 替代GB/T 150.4-2011	替代GB/T 150.4-2011

二、安全监察规程

标准编号	标准全称	本手册用途	生效日期	版本核对提示
TSG 21-2016	《固定式压力容器安全技术监察规程》	压力试验要求、安全泄放量计算	2016-10-01 现行版，2025修订稿征求意见中	现行版；修订稿（送审稿）已公开征求意见，尚未正式实施
TSG 7001-2023	《压力容器定期检验规则》	在用压力容器检验（参考）	2023-06-01 2023版为最新	2023版为最新

三、化工容器强度计算

标准编号	标准全称	本手册用途	生效日期	版本核对提示
HG/T 20582-2020	《钢制化工容器强度计算规定》	凸缘法兰校核公式来源（Waters法）	2020-10-01 2021年1月1日实施，替代HG/T 20582-2011	2021年1月1日实施，替代HG/T 20582-2011

四、材料标准

标准编号	标准全称	本手册用途	生效日期	版本核对提示
GB/T 713.1~8-2023	《承压设备用钢板和钢带》（共8部分，Q345R在第2部分）	Q345R钢板技术要求、力学性能	2024-04-01 替代GB/T 713-2014	替代GB/T 713-2014
GB/T 700-2024	《碳素结构钢》	Q235系列钢板（参考）	2024-10-01 替代GB/T 700-2006	替代GB/T 700-2006
GB/T 8163-2018	《输送流体用无缝钢管》	20钢无缝钢管（N4接管φ32×4）	2019-02-01 2018版现行	2018版现行
GB/T 9948-2025	《石化和化工装置用无缝钢管》	接管材料备选标准（参考）	2025-06-30 替代GB/T 9948-2013	替代GB/T 9948-2013
NB/T 47008-2017	《承压设备用碳素钢和合金钢锻件》	16Mn锻件（凸缘法兰材料）	2017-08-01 替代2010版	替代2010版

五、钢板/钢管偏差标准

标准编号	标准全称	本手册用途	生效日期	版本核对提示
GB/T 709-2019	《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》	筒体C₁=0.3mm取值依据（厚度负偏差）	2020-02-01 2019版现行	2019版现行
GB/T 8163-2018	《输送流体用无缝钢管》附录	钢管厚度负偏差C₁取值依据	2019-02-01 同标准	同标准
GB/T 28897-2021	《流体输送用钢塑复合管及管件》	焊接钢管厚度偏差（参考）	2021-12-01 2021版现行	2021版现行

六、封头制造标准

标准编号	标准全称	本手册用途	生效日期	版本核对提示
GB/T 25198-2023	《压力容器封头》	椭圆形封头型式参数、成形减薄量、K值表	2023-12-01 替代2010版	替代2010版

七、无损检测标准

标准编号	标准全称	本手册用途	生效日期	版本核对提示
NB/T 47013-2015	《承压设备无损检测》（共13个部分）	焊接接头系数φ的确定依据（探伤比例和质量等级）	2015-09-01 正按部分逐项更新（2024-2025）	部分已更新，如NB/T 47013.8-2025（泄漏检测）、NB/T 47013.17-2024（磁记忆检测）等

八、法兰与紧固件标准

标准编号	标准全称	本手册用途	生效日期	版本核对提示
HG/T 20592-2009	《钢制管法兰(PN系列)》	法兰型式、密封面尺寸（参考）	2009-07-01 2009版现行，修订稿征求意见中	2009版现行；2025年修订稿（征求意见稿）已公开
HG/T 20615-2009	《钢制管法兰(Class系列)》	Class系列法兰（参考）	2009-07-01 2009版现行	2009版现行
GB/T 1228-2023	《钢结构用高强度大六角头螺栓》	螺栓规格（参考）	2023-12-01 2023版最新	2023版最新

九、焊接标准

标准编号	标准全称	本手册用途	生效日期	版本核对提示
GB/T 150.3-2024 第6章	焊接接头分类与设计	A/B/C/D类焊接接头分类	2024-10-01 随GB/T 150.3-2024更新	随GB/T 150.3-2024更新
NB/T 47014-2023	《承压设备焊接工艺评定》	焊接工艺评定要求（参考）	2023-12-01 替代2011版	替代2011版
NB/T 47015-2023	《压力容器焊接规程》	焊接施工规范（参考）	2023-12-01 替代2011版	替代2011版

十、换热器标准

标准编号	标准全称	本手册用途	生效日期	版本核对提示
GB/T 151-2026	《热交换器》	管壳式换热器设计的核心理标准（含固定管板、浮头式、U形管式等）	2026-01-28 替代GB/T 151-2014	替代GB/T 151-2014
NB/T 47004.1-2017	《板式热交换器第1部分：可拆卸板式热交换器》	可拆卸板式换热器设计	2017-08-01 替代2009版	替代2009版
NB/T 47004.2-2017	《板式热交换器第2部分：焊接板式热交换器》	焊接板式换热器设计	2017-08-01 替代2009版	替代2009版
GB/T 27698.1-2011	《热交换器及传热元件性能测试方法第1部分：通用要求》	换热器性能测试（参考）	2012-03-01 2011版现行	2011版现行
GB/T 27698.2-2011	《热交换器及传热元件性能测试方法第2部分：管壳式换热器》	管壳式换热器性能测试（参考）	2012-03-01 2011版现行	2011版现行
NB/T 47006-2017	《铝制板翅式热交换器》	铝制板翅式换热器设计（参考）	2017-08-01 替代2009版	替代2009版
NB/T 47007-2017	《锆制压力容器》	锆制换热器设计（参考）	2017-08-01 替代2009版	替代2009版

十一、简单压力容器标准

标准编号	标准全称	本手册用途	生效日期	版本核对提示
GB/T 150.1-2024	《压力容器第1部分：通用要求》第5章	简单压力容器的定义和设计规定	2024-10-01 2024版为最新	2024版为最新
TSG 21-2016	《固定式压力容器安全技术监察规程》第1.4条	简单压力容器的安全监察要求	2016-10-01 现行版	现行版
NB/T 47052-2016	《简单压力容器》	简单压力容器的专项标准（产品标准）	2016-09-01 2016版现行	2016版现行
GB/T 18442.1-2019	《固定式真空绝热深冷压力容器第1部分：总则》	深冷简单压力容器（参考）	2020-05-01 2019版最新	2019版最新

版本核对要点：
① GB/T 150系列：2024版为最新（替代2011版），若计算书引用的是GB/T 150-2011需注意公式编号差异
② GB/T 25198：2023版为最新（替代2010版），封头K值表可能有更新
③ GB/T 709：2019版为最新（替代2006版），厚度偏差等级（N/A/B/C类）有调整
④ GB/T 713：2023版为最新（替代2014版），标准拆分为8个部分（GB/T 713.1~8-2023），Q345R在第2部分（GB/T 713.2-2023）
⑤ HG/T 20582：2020版为当前现行版（2021年1月1日实施）
⑥ NB/T 47013：2015版为当前现行版（原JB/T 4730已废止），正按部分逐项更新（2024-2025年发布新分册）
⑦ GB/T 151：2026版为最新（替代2014版），换热器设计需特别注意
⑧ NB/T 47004：2017版为最新（替代2009版），板式换热器标准
⑨ NB/T 47052：2016版为现行版，简单压力容器专项标准
⑩ GB/T 700：2024版为最新（替代2006版），碳素结构钢标准
⑪ GB/T 9948：2025版为最新（替代2013版），标准名称改为《石化和化工装置用无缝钢管》
⑫ JB/T 4736 → NB/T 11025：补强圈标准已更新为NB/T 11025-2022（2023年5月4日实施），替代JB/T 4736-2002
⑬ GB/T 5782 / GB/T 5780：2025版为最新（替代2016版），六角头螺栓标准
⑭ TSG 21：2016版为现行版，2025年修订稿（送审稿）已公开征求意见，尚未正式实施

1

内压圆筒计算

GB/T 150.3-2024《压力容器第3部分：设计》式(3-1)~(3-7)

内压圆筒是最基本的压力容器受压元件。计算基于薄膜理论（薄壁圆筒的环向应力），考虑材料许用应力和焊接接头系数的折减。

1.1 计算厚度 δ

GB/T 150.3-2024 式(3-1) — 内压圆筒计算厚度

δ = p_c · D_i2[σ]^tφ − p_c

式(3-1)

符号	含义	单位	本例取值
δ	计算厚度（仅满足强度要求的理论厚度）	mm	0.747 mm
p_c	计算压力（设计压力，含液柱静压力）	MPa	0.40
D_i	圆筒内直径	mm	600
[σ]^t	设计温度下材料许用应力	MPa	189 (Q345R, 50℃, 6mm板)
φ	焊接接头系数（局部无损探伤0.85，100%探伤1.0）	—	0.85

公式推导：由薄壁圆筒环向应力 σ_θ = pD/(2δ) ≤ [σ]^tφ 推导而来。将平均直径 D ≈ D_i + δ 代入并解出 δ，即得式(3-1)。分母中的 −p_c 项考虑了内径与平均直径的差异，使公式更精确。

实例验算

δ = 0.40 × 600 / (2 × 189 × 0.85 − 0.40)
  = 240 / (321.30 − 0.40)
  = 240 / 320.90
  = 0.7476 mm → 文档取值 0.75 mm ✓

1.2 名义厚度与有效厚度

厚度附加量与有效厚度

C = C₁ + C₂ | δ_e = δ_n − C = δ_n − C₁ − C₂

符号	含义	单位	本例取值
δ_n	名义厚度（图纸上标注的钢板厚度，需向上取整至钢板标准厚度）	mm	6
C₁	钢材厚度负偏差（钢板或钢管的厚度允许负偏差）	mm	0.3 (GB/T 709 B级偏差)
C₂	腐蚀裕量（根据介质腐蚀性和设计寿命确定）	mm	1.5
δ_e	有效厚度（扣除附加量后实际承压厚度）	mm	4.20

C₁ 取值依据：按 GB/T 709，6mm 热轧钢板厚度负偏差一般为 0.3mm。封头因冲压成形减薄，C₁ 可由设计者适当加大（本例封头取 1.0mm，带#号表示设计者给定）。
C₂ 取值依据：需根据介质腐蚀速率和设计寿命（通常15~20年）计算。1.5mm 是常见的碳钢腐蚀裕量。

1.3 最大允许工作压力 [p_w]

GB/T 150.3-2024 式(3-3) — 圆筒最大允许工作压力

[p_w] = 2[σ]^tφ · δ_eD_i + δ_e

式(3-3)

此公式由式(3-1)逆推得到：已知有效厚度 δ_e，反求该圆筒能承受的最大内压。分母用 D_i + δ_e（即平均直径），与式(3-1)保持一致。当 [p_w] ≥ p_c 时合格。

实例验算

[p_w] = 2 × 189 × 0.85 × 4.20 / (600 + 4.20)
= 1350.36 / 604.20
= 2.2345 MPa ≥ p_c=0.40 MPa ✓ 合格
安全裕度 = 2.2345/0.40 = 5.59倍

1.4 设计温度下计算应力 σ^t

GB/T 150.3-2024 式(3-5) — 圆筒应力校核

σ^t = p_c(D_i + δ_e)2δ_e ≤ [σ]^tφ

式(3-5)

这是式(3-1)的逆向校核形式：在给定压力 p_c 下计算实际工作应力，要求不超过许用应力与焊接系数的乘积。

实例验算

σ^t = 0.40 × (600 + 4.20) / (2 × 4.20) = 0.40 × 604.20 / 8.40
= 241.68 / 8.40 = 28.77 MPa
[σ]^tφ = 189 × 0.85 = 160.65 MPa
σ^t = 28.77 ≤ [σ]^tφ = 160.65 ✓ 合格

2

内压椭圆形封头计算

GB/T 150.3-2024《压力容器第3部分：设计》式(3-20)~(3-23)

椭圆形封头是压力容器最常用的封头形式。标准椭圆封头长轴与短轴之比 D_i/2h_i = 2（即 h_i = D_i/4），其形状系数 K = 1.0。

2.1 强度计算厚度 δ_c

GB/T 150.3-2024 式(3-20) — 椭圆封头计算厚度

δ_c = K · p_c · D_i2[σ]^tφ − 0.5p_c

式(3-20)

符号	含义	单位	本例取值
δ_c	封头计算厚度	mm	0.636
K	椭圆封头形状系数（与D_i/2h_i有关）	—	1.0（标准椭圆）
h_i	封头曲面深度（内表面）	mm	150 (= 600/4)
φ	焊接接头系数（封头拼焊缝）	—	1.0（整板冲压无拼缝）

与筒体公式的区别：分母为 2[σ]^tφ − 0.5p_c（而非 −p_c），因为椭圆封头的薄膜应力分布与圆筒不同，0.5p_c 是由封头几何特性决定的修正项。
K 值意义：K 反映封头形状偏离球形的程度。标准椭圆封头 D_i/2h_i=2 时 K=1.0；当 D_i/2h_i 变小时（趋近球形），K减小，封头更"坚固"。

实例验算

δ_c = 1.0 × 0.40 × 600 / (2 × 189 × 1.0 − 0.5 × 0.40)
  = 240 / (378 − 0.20)
  = 240 / 377.80
  = 0.6353 mm → 文档取值 0.64 mm ✓

2.2 封头有效厚度与最小厚度要求

有效厚度与最小厚度限制

δ_eh = δ_n − C₁ − C₂ 且 δ_eh ≥ 0.15% D_i

最小厚度限制：GB/T 150.3-2024 规定，标准椭圆封头有效厚度不得小于内直径的 0.15%（即 δ_eh ≥ 0.0015 × 600 = 0.9mm），以防止封头在制造搬运过程中变形。本例 δ_eh = 6 − 1.0 − 1.5 = 3.50mm ≫ 0.9mm，远超要求。

2.3 最大允许工作压力 [p_w]

GB/T 150.3-2024 式(3-22) — 椭圆封头最大允许工作压力

[p_w] = 2[σ]^tφ · δ_ehK · D_i + 0.5δ_eh

式(3-22)

实例验算

[p_w] = 2 × 189 × 1.0 × 3.50 / (1.0 × 600 + 0.5 × 3.50)
= 1323.00 / 601.75
= 2.1986 MPa ≥ p_c = 0.40 MPa ✓ 合格

3

外压圆筒计算（图算法）

GB/T 150.3-2024《压力容器第3部分：设计》外压圆筒计算

外压（真空）工况下，圆筒可能发生失稳（屈曲），其失效模式不是强度破坏而是弹性/弹塑性失稳。因此外压计算的核心是稳定性校核，而非强度校核。GB/T 150.3-2024 采用图算法。

3.1 外压计算长度 L

外压计算长度（两封头之间）

L = L_w + 2 × (h_i/3 + h_s)

符号	含义	单位	本例取值
L	外压计算长度（圆筒等效失稳长度）	mm	1900
L_w	圆筒直段长度（两封头直边之间的净长度）	mm	1750
h_i	封头曲面深度	mm	150
h_s	封头直边段高度	mm	25

L 的物理意义：外压圆筒的失稳不仅发生在直段，还延伸到两端封头的过渡区。 GB/T 150.3-2024 规定，当两端为凸形封头时，计算长度 L 在直段长度基础上，每端增加封头曲面深度的 1/3（h_i/3）和直边段高度（h_s）。这是因为封头过渡区对圆筒提供了部分约束，但不能完全替代刚性支撑。

实例验算

L = 1750 + 2 × (150/3 + 25)
  = 1750 + 2 × (50 + 25)
  = 1750 + 150
  = 1900 mm ✓

3.2 几何参数计算

外压圆筒几何参数

L/D_o 和 D_o/δ_e

符号	含义	单位	本例取值
D_o	圆筒外直径 = D_i + 2δ_n	mm	612
δ_e	有效厚度（同内压计算）	mm	4.20
L/D_o	长径比（判断长圆筒/短圆筒）	—	3.105
D_o/δ_e	径厚比（判断薄壁/厚壁）	—	145.71

L/D_o 和 D_o/δ_e 的作用：这两个无量纲参数是查取外压图表的基础。 L/D_o 决定圆筒属于"长圆筒"还是"短圆筒"——长圆筒的临界压力与长度无关（欧拉失稳），短圆筒的临界压力随长度增加而降低。D_o/δ_e 反映壁厚相对大小，影响失稳模式（弹性失稳或弹塑性失稳）。

3.3 A 值（应变系数）

A 值的确定 — 查 GB/T 150.3-2024 图表

根据 L/D_o 和 D_o/δ_e，查 GB/T 150.3-2024 图3-2（外压圆筒几何参数计算图）
得到 A 值（临界应变）

A 值的物理意义：A 是圆筒在临界外压下的环向应变，是一个无量纲量。它由圆筒的几何参数（L/D_o 和 D_o/δ_e）唯一确定，与材料无关。当 D_o/δ_e < 10 时（厚壁圆筒），A 值可直接用公式计算：
A = 1.1/(D_o/δ_e)²，当 L/D_o 较大时。本例 D_o/δ_e = 145.71 > 10，属于薄壁圆筒，需查图。

实例取值

L/D_o = 1900/612 = 3.105
D_o/δ_e = 612/4.20 = 145.71
查图得 A = 0.0002303 ✓

3.4 B 值（应力系数）与许用外压 [p]

B 值确定与许用外压计算

第一步：根据 A 值和材料，查 GB/T 150.3-2024 材料曲线图，得到 B 值

判断规则：
① 若 A 值在材料曲线的直线段（弹性区）：B = AE / 2
② 若 A 值在曲线段（弹塑性区）：直接读 B 值
③ 若 A 值在曲线右侧（超出范围）：取该材料曲线最高点 B 值

第二步：计算许用外压

GB/T 150.3-2024 式(3-12) — 许用外压

[p] = BD_o/δ_e

式(3-12)

B 值的物理意义：B = [σ]_cr/2，即临界应力的二分之一，引入安全系数后的许用应力值。当 A 在弹性区时，B = AE/2（E 为材料弹性模量），此时失稳是弹性失稳；当 A 落在弹塑性区曲线段时，材料已进入塑性，B 值需从曲线查取，此时为弹塑性失稳。
安全系数：GB/T 150.3-2024 对外压失稳取 m = 3.0 的稳定安全系数，即 [p] = p_cr/3。 B 值已包含了此安全系数。

实例验算

A = 0.0002303
AE/2 = 0.0002303 × 200200/2 = 23.06 MPa
B（查Q345R材料图）= 31.56 MPa > AE/2 = 23.06 → A 在弹塑性区

[p] = B / (D_o/δ_e) = 31.56 / 145.71
= 0.21656 MPa ≥ |p_c| = 0.10 MPa ✓ 合格
安全裕度 = 0.21656/0.10 = 2.17倍

外压 vs 内压的关键区别：本例内压工况的壁厚仅需 0.75mm 即满足强度，但外压（真空）工况需 4.20mm 有效厚度才能满足稳定性。因此6mm壁厚由外压工况控制，这是真空设备的典型特征。内压容器的壁厚由强度控制，外压容器的壁厚由稳定性控制。

4

外压封头计算

GB/T 150.3-2024《压力容器第3部分：设计》式(3-25)

外压封头同样需要稳定性校核。凸形封头在外压下可能发生整体屈曲，计算方法采用图算法，但 A 值的计算公式与圆筒不同。

4.1 A 值计算

GB/T 150.3-2024 式(3-25) — 外压封头A值

A = 0.125K₁ · D_o / δ_eh

式(3-25)

符号	含义	单位	本例取值
A	封头临界应变系数	—	0.0008099
K₁	外压封头系数（与封头形状有关）	—	0.8827
D_o	封头外直径	mm	612
δ_eh	封头有效厚度	mm	3.50

K₁ 的含义：K₁ 是外压封头的形状系数，取决于 D_i/2h_i。对于标准椭圆封头（D_i/2h_i = 2），GB/T 150.3-2024 表3-1 给出 K₁ = 0.90。本例取 K₁ = 0.8827，差异可能来自2024版标准的更新或更精确的插值计算。
0.125 的由来：此系数源于球壳的临界压力公式 p_cr = 1.21E(δ/R)²，结合安全系数 m = 3.0 和应变关系推导得到。

实例验算

A = 0.125 / (0.8827 × 612 / 3.50)
  = 0.125 / (0.8827 × 174.857)
  = 0.125 / 154.316
  = 0.0008101 → 文档值 0.0008099 ✓

4.2 B 值与许用外压

GB/T 150.3-2024 式(3-26) — 外压封头许用外压

[p] = BK₁ · D_o / δ_eh

式(3-26)

实例验算

A = 0.0008099 → 查Q345R材料曲线图 → B = 106.79 MPa
[p] = 106.79 / (0.8827 × 612 / 3.50)
= 106.79 / 154.316
= 0.69189 MPa ≥ |p_c| = 0.10 MPa ✓ 合格
安全裕度 = 0.69189/0.10 = 6.92倍

封头外压裕度远大于筒体（6.92倍 vs 2.17倍），这是因为椭圆封头的三维曲面结构使其抗失稳能力远优于圆筒。实际设计中，外压封头通常不是控制工况，外压圆筒才是壁厚的决定因素。

5

开孔补强计算（等面积法）

GB/T 150.3-2024《压力容器第3部分：设计》式(3-54)~(3-62)

压力容器壳体上开孔后，开孔处承载面积减小，孔边缘产生应力集中。等面积法是最常用的补强计算方法，其核心原则是：补强的金属截面积应不少于因开孔而减少的金属截面积。

5.1 开孔直径 d

GB/T 150.3-2024 式(3-54) — 开孔计算直径

d = D_{o_t} − 2(δ_nt − C_2t) + 2C₂ （接管为钢管时）

式(3-54)

符号	含义	单位
d	开孔计算直径（考虑腐蚀后的最大开孔直径）	mm
D_{o_t}	接管外直径	mm
δ_nt	接管名义厚度	mm
C_1t	接管厚度负偏差	mm
C_2t	接管腐蚀裕量	mm
C₂	壳体腐蚀裕量	mm

公式含义：d 是考虑腐蚀后开孔的最大有效直径。接管内侧腐蚀掉 C_2t 后，接管内径扩大；同时壳体腐蚀掉 C₂ 后，孔边缘向外扩展。两者叠加，得到最终的开孔计算直径。
另一种形式：当接管为钢管时，d = D_{o_t} − 2(δ_nt − C_1t) + 2C₂，其中 C_1t 为钢管厚度负偏差。

5.2 所需补强面积 A（内压工况）

GB/T 150.3-2024 式(3-55) — 内压所需补强面积

A = d · δ + 2δδ_et(1 − f_r)

式(3-55)

公式拆解：

d·δ：开孔区域壳体所需的强度截面积（δ 为壳体计算厚度）
2δ·δ_et(1−f_r)：接管多余厚度对补强的贡献修正项
f_r：强度削弱系数 = [σ]^t_接管 / [σ]^t_壳体。当接管材料强度低于壳体时 f_r < 1，需额外补强

对于封头开孔，φ = 1.0（封头开孔处无纵焊缝），简化为 A = d·δ·φ。

5.3 所需补强面积 A（外压工况）

GB/T 150.3-2024 式(3-56) — 外压所需补强面积

A = 0.5 × [d · δ + 2δ · δ_et(1 − f_r)]

式(3-56)

外压取内压的0.5倍，因为外压工况下壳体主要承受压应力，开孔对稳定性的削弱小于对强度的削弱。等面积法在此做了简化处理，将外压所需补强面积取为内压的一半。

5.4 补强有效范围

GB/T 150.3-2024 — 补强范围界定

宽度方向：B = max{2d, d + 2δ_n + 2δ_nt}
高度方向：h₁ = min{√(d·δ_nt)1, 接管实际外伸高度}
h₂ = min{√(d·δ_nt)1, 接管实际内伸高度}

补强范围的物理意义：

B（宽度）：孔边缘应力衰减的范围。超出此范围的金属对补强无效
h₁（外伸高度）：接管伸出壳体外侧的有效补强高度
h₂（内伸高度）：接管伸入壳体内侧的有效补强高度
√(d·δ_nt) 是基于应力衰减长度推导的经验公式

5.5 补强面积组成 A_e

GB/T 150.3-2024 式(3-58)~(3-60) — 有效补强面积

A_e = A₁ + A₂ + A₃

A₁ — 壳体多余金属面积

A₁ = (B − d)(δ_e − δ) − 2δ_et(δ_e − δ)(1 − f_r)

A₁ 的含义：壳体有效厚度 δ_e 减去计算厚度 δ 后的多余部分，在补强宽度 B 范围内提供的面积。即壳体本身"富裕"的厚度对补强的贡献。第二项是接管焊缝区域壳体多余面积的修正。

A₂ — 接管多余金属面积

A₂ = 2h₁(δ_et − δ_t)f_r + 2h₂(δ_et − C₂)f_r

A₂ 的含义：接管有效厚度 δ_et 减去接管计算厚度 δ_t 后的多余部分，在有效高度 h₁/h₂ 范围内提供的面积。第一项为接管外伸部分，第二项为接管内伸部分。乘以 f_r 是因为接管材料的强度可能低于壳体。

A₃ — 焊缝金属面积

A₃ = 焊脚面积（根据焊缝形式和焊脚尺寸计算）

A₃ 的含义：接管与壳体连接焊缝的金属截面积。通常按焊脚高度计算三角形面积，如 A₃ = K²/2（每条焊缝，K为焊脚高度），内外焊缝分别计算。

5.6 补强判定

补强合格判定条件

A_e = A₁ + A₂ + A₃ ≥ A ⟹ 合格

实例验算 — N4接管内压补强（φ32×4接管，封头开孔）

接管材料: 20钢(无缝管), [σ]t = 150.12 MPa
壳体材料: Q345R, [σ]t = 189 MPa
f_r = 150.12/189 = 0.7943
d = 30.102 mm (接管腐蚀后内径+壳体腐蚀)
δ(封头计算厚度) = 0.5717 mm

A = d × δ × φ = 30.102 × 0.5717 × 1.0 = 17.21 mm²
A₁ = 86 mm²（壳体多余面积）
A₂ = 36 mm²（接管多余面积）
A₃ = 6 mm²（焊缝面积）
A_e = 86 + 36 + 6 = 128 mm² ≥ A = 17.21 mm² ✓ 合格
裕度 = 128/17.21 = 7.4倍

实例验算 — M接管外压补强（φ273×8接管，大开孔）

开孔率 = d/D_i = 261.6/600 = 43.6%
d = 261.6 mm (接管腐蚀后内径+壳体腐蚀)
δ(筒体计算厚度) = 0.6356 mm

A = 0.5 × d × δ × φ = 0.5 × 261.6 × 0.6356 × 1.0 = 83.1 mm²
A₁ = 292 mm²（壳体多余面积）
A₂ = 365 mm²（接管多余面积）
A₃ = 12 mm²（焊缝面积）
A_e = 292 + 365 + 12 = 669 mm² ≥ A = 83.1 mm² ✓ 合格
Ae/A = 669/408 = 1.64 (外压工况)

等面积法的局限性：等面积法是经验方法，基于"面积补偿"概念，不直接计算应力集中系数。对于大开孔（d/D_i > 0.5）或承受疲劳载荷的容器，应采用更精确的分析方法（如有限元分析）。本例M接管开孔率43.6% < 50%，仍在等面积法适用范围内。

6

凸缘法兰校核

HG/T 20582-2020《钢制化工容器强度计算规定》

凸缘法兰是将接管和法兰锻造成一体的结构，常用于小直径接管（如本例DN150接口）。HG/T 20582-2020 给出了基于Waters法的法兰应力计算方法。

6.1 垫片参数

垫片基本密封宽度与有效密封宽度

N = (D₂ − D₁) / 2   （垫片接触宽度）

b₀ = N/2   （基本密封宽度，平面法兰）

b = 2.53√b₀   （有效密封宽度，当 b₀ > 6.4mm 时）

符号	含义	单位	本例取值
D₁	垫片内径	mm	170
D₂	垫片外径	mm	212
N	垫片接触宽度	mm	21
b₀	基本密封宽度	mm	10.5
b	有效密封宽度	mm	8.198
m	垫片系数（与垫片材料和形式有关）	—	0.5
y	垫片比压力（预紧所需最小压紧应力）	MPa	0

有效密封宽度 b 的含义：螺栓压紧法兰时，垫片上的压应力分布不均匀——靠近螺栓处压紧力大，远离螺栓处压紧力小。有效密封宽度 b 考虑了这种不均匀性，是实际起密封作用的有效宽度。当 b₀ > 6.4mm 时，b = 2.53√b₀，该经验公式反映了应力衰减规律。
m 和 y：由 GB/T 150.3-2024 表3-21 查取。本例垫片为软垫片（m=0.5, y=0），表示所需密封力较小。

6.2 垫片压紧力作用圆直径 D_G

HG/T 20582-2020 — 垫片压紧力作用圆直径

当 b₀ ≤ 6.4mm：D_G = (D₁ + D₂) / 2
当 b₀ > 6.4mm：D_G = D₂ − 2b

实例验算

b₀ = 10.5 > 6.4 → D_G = D₂ − 2b = 212 − 2 × 8.198 = 195.60 mm ✓

6.3 螺栓载荷计算

预紧状态最小垫片压紧力

F_a = π · D_G · b · y

操作状态最小垫片压紧力

F_p = 2π · D_G · b · m · p_c

F_a（预紧力）：安装拧紧螺栓时，垫片需要被压紧到比压力 y 才能形成初始密封。本例 y=0，故 F_a = 0（软垫片无需大的预紧力）。
F_p（操作密封力）：操作状态下，内压有使垫片松开的趋势。 F_p 是保持密封所需的残余垫片压紧力，与内压 p_c、垫片系数 m 成正比。系数 2 是因为垫片两侧均有密封面。

内压轴向力

F = (π/4) · D_G² · p_c

操作状态螺栓总载荷

F_b = F + F_p

实例验算

F_a = π × 195.60 × 8.198 × 0 = 0 N ✓
F_p = 2π × 195.60 × 8.198 × 0.5 × 0.4 = 2015.13 N ✓
F = (π/4) × 195.60² × 0.4 = 12019.99 N ✓
F_b = 12019.99 + 2015.13 = 14035.12 N ✓

6.4 螺栓面积校核

需要与实际螺栓总截面积

A_m = max{F_a/[σ]_b, F_b/[σ]_tb} （所需最小螺栓面积）

A_b = n · (π/4) · d_bi² （实际螺栓总面积）

校核条件：A_b ≥ A_m

符号	含义	单位	本例取值
[σ]_b	常温下螺栓许用应力	MPa	202.50
[σ]_tb	设计温度下螺栓许用应力	MPa	202.50
n	螺栓数量	个	8
d_bi	螺栓根径（M20螺栓根径=17.294mm）	mm	17.294

实例验算

A_m = max{0/202.50, 14035.12/202.50} = 69.31 mm²
A_b = 8 × (π/4) × 17.294² = 8 × 235.05 = 1880.4 mm²
A_b = 1880.4 ≥ A_m = 69.31 ✓ 合格
裕度 = 1880.4/69.31 = 27.1倍（螺栓面积远超需求）

6.5 法兰应力校核

凸缘法兰应力按 Waters 法计算，校核三个关键应力：

应力项	含义	校核条件	本例结果
σ₁	法兰颈部轴向应力（预紧状态）	σ₁ ≤ [σ]_f	130.39 ≤ 178 ✓
σ₂	法兰环径向应力（操作状态）	σ₂ ≤ [σ]_tf	21.60 ≤ 178 ✓
σ₃	法兰环切向应力（膜+弯组合）	σ₃ ≤ 1.5[σ]_tf	48.01 ≤ 267 ✓

Waters 法原理：将法兰视为环形板，颈部视为锥形壳，建立力学模型求解。三个应力分别对应不同失效模式：

σ₁（颈部轴向应力）：法兰颈与壳体连接处的弯曲应力，是法兰最危险的应力
σ₂（径向应力）：法兰环在螺栓力弯矩作用下的径向弯曲应力
σ₃（切向应力）：法兰环的环向应力，由膜应力+弯曲应力叠加
σ₃ 允许 1.5倍许用应力，因为它是组合应力且非主导失效模式

[σ]_f = 178 MPa 为法兰材料(16Mn锻件)常温许用应力；[σ]_tf = 178 MPa 为设计温度下许用应力。

7

压力试验

GB/T 150.3-2024《压力容器第3部分：设计》/ TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》

压力容器制造完成后必须进行压力试验，以验证整体强度和密封性。液压试验是最常用的方式（本例采用水压试验）。

7.1 试验压力 p_T

GB/T 150.3-2024 — 液压试验压力

p_T = 1.25 × p_c × [σ][σ]^t

符号	含义	单位	本例取值
p_T	试验压力	MPa	0.50
p_c	计算压力（设计压力）	MPa	0.40
[σ]	试验温度下材料许用应力（常温）	MPa	189 (Q345R常温)
[σ]^t	设计温度下材料许用应力	MPa	189 (50℃时无折减)

1.25 系数的含义：液压试验压力取设计压力的1.25倍，是为了保证在试验条件下暴露制造缺陷。该系数考虑了试验温度与设计温度的差异——当 [σ]/[σ]^t = 1（设计温度不高）时，p_T = 1.25p_c。
气压试验区别：气压试验取 1.15p_c（系数更低，因气压试验危险性更高）。

7.2 试验应力校核

GB/T 150.3-2024 — 试验应力校核条件

σ_T = p_T(D_i + δ_e)2δ_e ≤ 0.9R_eLφ

符号	含义	单位	本例取值
σ_T	试验压力下圆筒应力	MPa	35.96
R_eL	材料屈服强度下限值	MPa	345 (Q345R)
φ	焊接接头系数	—	0.85

0.9R_eLφ 的含义：试验应力不得超过材料屈服强度的90%（再乘以焊接系数）。这是为了防止在试验过程中发生塑性变形或屈服。
为什么是0.9而非1.0：留10%的余量是为了： ① 考虑试验时可能的压力波动；② 避免局部应力集中区提前屈服；③ 保证卸载后残余变形在可控范围。
封头试验应力：封头试验应力公式类似，但分母含φ（本例φ=1.0）， σ_{T_封头} = p_T(K·D_i+0.5δ_eh)/(2δ_ehφ) = 42.98 MPa ≤ 0.9×345×1.0 = 310.50 MPa ✓

实例验算 — 筒体试验应力

σ_T = 0.50 × (600 + 4.20) / (2 × 4.20)
  = 0.50 × 604.20 / 8.40
  = 302.10 / 8.40
  = 35.96 MPa
0.9 × R_eL × φ = 0.9 × 345 × 0.85 = 263.93 MPa
σ_T = 35.96 ≤ 263.93 ✓ 合格

注

设计和计算过程中的注意事项

经验总结 · 避坑指南 · 标准跟踪

以下内容总结了压力容器设计计算中的关键注意事项，帮助避免常见错误，提高设计质量和效率。

一、设计参数选取注意事项

① 设计压力 p_c 的确定
• 设计压力 ≥ 工作压力 × 安全系数（通常取1.05~1.10倍）
• 装有安全阀时：设计压力 ≥ 安全阀开启压力（通常1.05~1.10倍工作压力）
• 真空容器：设计压力按外压0.1MPa（真空度）考虑，或按GB/T 150规定
• 本例：工作压力0.40MPa，设计压力取0.40MPa（可能已含安全系数，需确认）

⚠️ 常见错误：直接将工作压力当作设计压力，未考虑安全系数和载荷波动！

② 设计温度 t_c 的确定
• 设计温度 ≠ 介质温度！应取容器壳体金属温度（可能高于或低于介质温度）
• 无保温时：金属温度 ≈ 环境温度与介质温度的加权
• 有保温时：金属温度 ≈ 介质温度
• 本例：设计温度50°C，需确认是介质温度还是金属温度

③ 计算压力 p_c 与设计压力的区别
• 设计压力：容器顶部的最高压力（标志性参数）
• 计算压力：用于某一元件计算时的压力（考虑液柱静压力等）
• 当液柱静压力 < 5%设计压力时，计算压力可取设计压力
• 本例：p_c = 0.40MPa = 设计压力（液柱静压可忽略）

二、材料选择注意事项

① 材料标准的时效性
• Q345R：现行标准 GB/T 713.2-2023（替代GB/T 713-2014，标准拆分为8部分）
• 16Mn：锻件标准 NB/T 47008-2017（替代2010版）
• 20钢：钢管标准 GB/T 8163-2018（替代2008版）
• 每次设计前务必查最新标准！

② 许用应力 [σ]_t 的查取
• 查 GB/T 150.2-2024 材料许用应力表
• 注意：表中数值是室温许用应力和各温度下的许用应力
• 设计温度下许用应力 [σ]_t 需按设计温度查取
• 本例：50°C时 Q345R 的 [σ]_t = 189 MPa（与常温相同，因50°C无折减）

③ 板材/锻件/钢管的区别
• 板材：Q345R（GB/T 713.2-2023）→ 用于筒体、封头
• 锻件：16Mn（NB/T 47008）→ 用于法兰、凸缘
• 钢管：20（GB/T 8163）→ 用于接管
• 许用应力不同！不能混用材料标准

三、焊接接头系数 φ 注意事项

① φ 的确定依据
• φ = 1.0：100% 射线检测（RT）或超声检测（UT）
• φ = 0.85：局部射线检测（RT-20%）
• φ = 0.70：不进行检测（仅适用于特定情况）
• 封头拼接焊缝：必须100%检测，φ=1.0（本例封头φ=1.0）
• 本例筒体：φ=0.85（局部检测）

⚠️ 常见错误：筒体φ=0.85，但封头也用φ=0.85！封头拼接焊缝必须100%检测，φ应取1.0。

四、厚度负偏差 C₁ 注意事项

① C₁ 的查取方法
• 查 GB/T 709-2019《热轧钢板尺寸、外形、重量及允许偏差》
• Q345R 6mm 板材：N类偏差（普通精度）→ C₁ = 0.3mm
• 本例问题：封头 C₁ = 1.0mm（带#号，设计者给定），可能与筒体不一致

② 封头 C₁ 的特殊性
• 封头成形时会有减薄量（冲压/旋压）
• 设计者常将 C₁ 取大值（如1.0mm），已含减薄量
• 标准做法：C₁ 按板材负偏差取（0.3mm），减薄量单独加在附加厚度C₃中
• 需确认：本例封头 C₁=1.0mm 是否已含减薄量

③ 钢管 C₁ 的查取
• 查 GB/T 8163-2018 附录（钢管厚度偏差表）
• 无缝钢管：偏差分 ±10%、±12.5%、±15% 等精度等级
• 本例接管 φ32×4：C₁ = 11.875%（±12.5%精度等级）= 4×12.5% = 0.5mm

五、内外压工况判断注意事项

① 真空容器的特殊性
• 真空容器承受外压（大气压 - 容器内压力 = 0.1MPa）
• 内压工况：按内压公式计算（本例 p_c=0.4MPa）
• 外压工况：按外压公式计算（本例 p_c=0.1MPa）
• 壁厚控制工况：取内压和外压计算所需壁厚的较大值（本例由外压控制）

② 外压计算长度 L 的确定
• L = 筒体长度 + 两端封头直边段 + 2/3封头曲面深度
• 有加强圈时：L 取相邻加强圈之间的最大距离
• 本例：L = 1750 + 2×(25 + 150/3) = 1900mm（无加强圈）

⚠️ 常见错误：外压计算长度 L 取值错误！若忽略封头直边段和1/3曲面深度，会导致 L 偏小，计算结果偏危险。

六、开孔补强注意事项

① 开孔直径 d 的确定
• 内压工况：d = d_op = 开孔外径 - 2×(接管厚度 - C_1t) + 2C₂
• 外压工况：d = d_op = 开孔内径 + 2C₂
• 本例 M 接管：内压 d=261.6mm，外压 d=289.2mm（外压控制）

② 补强范围的确定
• 补强区宽度 B：取 d 和 d+2δ_n+2δ_nt 的较大值
• 补强区外测距离：取 √(d·δ_n) 和接管高度的较小值
• 本例 N4 接管：B = max(30.1, 30.1+2×6+2×4) = 50.1mm

③ 多个开孔的补强
• 开孔中心距 ≤ 2×(d₁+d₂)/2 时，需联合补强
• 联合补强面积 = 两个开孔所需面积之和
• 补强区取两个开孔的共同影响区

⚠️ 常见错误：外压下开孔补强按内压工况计算！外压工况的开孔补强要求更严格（d更大，A更大）。

七、法兰设计注意事项

① 垫片参数的正确选取
• 垫片接触宽度 N：按 HG/T 20592 法兰尺寸确定
• 垫片有效密封宽度 b：b = N/2（当 N ≤ 6.4mm）；b = 2.53√N（当 N > 6.4mm）
• 垫片压紧力作用圆直径 D_G：按 HG/T 20582 公式确定（非简单取平均）
• 本例：N=21mm → b=8.198mm → D_G=195.60mm

② 螺栓面积的校核
• 需要的最小螺栓面积 A_m = 预紧/操作工况下的较大值
• 实际螺栓面积 A_b = n×π×d_bi²/4
• 校核条件：A_b ≥ A_m
• 本例：A_m=69.31mm²，A_b=1879.19mm²，满足要求

③ 法兰应力的三向校核
• σ₁：预紧状态下法兰环向应力（≤ [σ]_f）
• σ₂：操作状态下法兰环向应力（≤ [σ]_tf）
• σ₃：操作状态下法兰径向应力+弯曲应力（≤ 1.5[σ]_tf）
• 必须三向全部校核合格！

八、计算过程中的常见错误

错误1：单位不统一
• 公式中的单位：压力 MPa，长度 mm，应力 MPa
• 常见错误：将长度单位混用 m 和 mm（如 Di=0.6m 代入公式，应为 Di=600mm）
• 建议：计算书中统一用 mm 和 MPa，避免单位换算错误

错误2：四舍五入误差累积
• SW6等软件计算时保留多位小数，但手工计算时常四舍五入
• 本例差异：N4补强面积 A=18mm² vs 验算17.2mm²（差4.6%）
• 建议：关键参数保留至少3位小数，避免误差累积

错误3：符号混淆
• D_i：内径；D_o：外径（外压计算用 D_o=D_i+2δ_n）
• δ：计算厚度；δ_e：有效厚度；δ_n：名义厚度
• [σ]：常温许用应力；[σ]_t：设计温度下许用应力
• 建议：计算书中明确定义每个符号，避免混淆

错误4：焊接接头系数 φ 取值错误
• 筒体 φ=0.85，但封头 φ 也取0.85（错误！封头拼接焊缝必须100%检测，φ=1.0）
• 凸缘法兰（锻件）无焊缝，φ=1.0
• 建议：不同元件分别标注 φ 值，不通用

九、标准更新跟踪注意事项

① 如何查询标准更新
• 国家标准：登录国家标准全文公开系统（https://openstd.samr.gov.cn/）
• 行业标准：登录工业和信息化部行业标准库（https://www.miit.gov.cn/）
• 特种设备标准：登录全国特种设备公示信息查询平台（https://cnse.samr.gov.cn/）
• 出版社：中国标准出版社（https://www.spc.net.cn/）可购买最新版标准

② 版本替代关系（本手册涉及）
• GB/T 150-2011 → GB/T 150-2024（最新版）
• GB/T 713-2014 → GB/T 713.1~8-2023（拆分为8部分，Q345R在第2部分）
• GB/T 700-2006 → GB/T 700-2024（最新版）
• GB/T 9948-2013 → GB/T 9948-2025（更名为《石化和化工装置用无缝钢管》）
• HG/T 20582-2011 → HG/T 20582-2020（最新版）
• NB/T 47008-2010 → NB/T 47008-2017（最新版）
• NB/T 47013-2015 → 各部分逐项更新中（如NB/T 47013.8-2025、NB/T 47013.17-2024等）
• GB/T 151-2014 → GB/T 151-2026（最新版）
• JB/T 4736-2002 → NB/T 11025-2022（补强圈标准，2023年5月4日实施）
• GB/T 5782-2016 → GB/T 5782-2025（六角头螺栓A/B级）
• GB/T 5780-2016 → GB/T 5780-2025（六角头螺栓C级）
• TSG 21-2016 → 修订中（2025年送审稿已公开征求意见，尚未正式实施）

⚠️ 重要提醒：标准更新后，部分公式、系数、材料牌号可能变化！设计前务必核对所用标准为最新版本。

十、与制造和检验相关的注意事项

① 焊接工艺评定（PQR/WPS）
• 压力容器焊接前必须完成焊接工艺评定
• 评定范围覆盖实际焊接工艺（材料、厚度、焊接方法、热处理等）
• 依据标准：NB/T 47014-2023《承压设备焊接工艺评定》

② 无损检测（NDT）要求
• 检测比例：100%（RT/UT）、20%（局部）、0%（不检）
• 检测时机：焊接完成24小时后（延迟裂纹风险）
• 合格级别：GB/T 150.4-2024 规定（如RT：Ⅱ级合格）
• 依据标准：NB/T 47013-2015（正按部分逐项更新，如NB/T 47013.8-2025等）

③ 压力试验的准备
• 试验前必须完成：焊接、无损检测、热处理（如有）
• 试验介质：液体（通常水）或气体（危险性高，需审批）
• 试验温度：≥ 5°C（防止材料脆断）
• 试验压力：按 GB/T 150.3-2024 计算，且 ≥ 安全阀开启压力

④ 最终签署要求
• 设计计算书：设计、校核、审核、批准四级签署
• 设计图纸：设计、校核、审核、审定、批准五级签署
• 依据：TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》

总结：设计计算检查清单

建议在每次设计计算完成后，按以下清单逐项检查：

1. □ 设计压力/温度是否正确？是否有安全系数？
2. □ 材料牌号和标准是否为最新版？许用应力查取是否正确？
3. □ 焊接接头系数 φ 取值是否符合无损检测要求？封头φ是否取1.0？
4. □ 厚度负偏差 C₁ 查取是否正确？封头C₁是否含减薄量？
5. □ 内压/外压工况是否都计算？壁厚控制工况是否取较大值？
6. □ 开孔补强计算时，开孔直径 d 是否按内/外压分别确定？
7. □ 法兰计算时，垫片参数（N, b, D_G）是否按标准确定？
8. □ 所有数值验算是否有单位错误？四舍五入误差是否可控？
9. □ 标准是否为最新版本？公式编号是否对应正确版本？
10. □ 计算书签署是否完整？图纸是否符合制图标准？

全部打勾后，再提交审核！

★

符号总表与材料参数

速查参考

8.1 通用符号说明

符号	含义	备注
p_c	计算压力	内压取正值，外压取绝对值
D_i	内直径	圆筒/封头内表面直径
D_o	外直径	D_o = D_i + 2δ_n
δ / δ_n / δ_e	计算厚度 / 名义厚度 / 有效厚度	δ_e = δ_n − C
C / C₁ / C₂	厚度附加量 / 负偏差 / 腐蚀裕量	C = C₁ + C₂
[σ]^t	设计温度下许用应力	查GB/T 150.2-2024《压力容器第2部分：材料》
φ	焊接接头系数	100%探伤1.0, 局部探伤0.85
R_eL	屈服强度下限	Q345R: 345MPa (6mm板)
E	弹性模量	Q345R 50℃: ~200200MPa
K	椭圆封头形状系数(内压)	标准椭圆(D/2h=2): K=1.0
K₁	外压封头系数	标准椭圆: K₁≈0.8827~0.90
f_r	强度削弱系数	f_r = [σ]t接管/[σ]t壳体

8.2 本例材料参数

部件	材料	厚度	[σ]t (50℃)	ReL	φ	C₁	C₂
筒体	Q345R	6mm	189 MPa	345 MPa	0.85	0.3	1.5
封头	Q345R	6mm	189 MPa	345 MPa	1.0	1.0(#)	1.5
N4接管	20钢(无缝管)	φ32×4	150.12 MPa	—	1.0	—	—
M接管	Q345R	φ273×8	189 MPa	345 MPa	1.0	0.8	1.5
凸缘法兰	16Mn(锻件)	—	178 MPa	—	—	0	—
螺栓	—	M20×8	202.50 MPa	—	—	—	—

8.3 厚度关系总结

厚度名称	定义	本例筒体值	关系
δ	计算厚度	0.75 mm	由强度/稳定性公式算出
δ+C	设计厚度	2.55 mm	δ + C₁ + C₂
δ_n	名义厚度	6.0 mm	设计厚度向上圆整到钢板标准厚度
δ_e	有效厚度	4.20 mm	δ_n − C₁ − C₂（实际承压厚度）

本例 6mm 名义厚度远大于 0.75mm 计算厚度，是因为外压稳定性要求决定了最终壁厚（外压需要 δ_e ≥ 4.20mm → δ_n ≥ 6mm）。内压计算厚度仅0.75mm，说明内压强度远非控制因素。这是真空设备的典型设计特征。

8.4 各模块校核结论汇总

序号	计算模块	控制值	许用值	裕度	结论
1	内压筒体	σ=28.77 MPa	[σ]tφ=160.65	5.6×	合格
2	内压封头	σ≈19.1 MPa	[σ]tφ=189	9.9×	合格
3	外压筒体	\|pc\|=0.10 MPa	[p]=0.21656	2.2×	合格 ⚡控制工况
4	外压封头	\|pc\|=0.10 MPa	[p]=0.69189	6.9×	合格
5a	N4开孔补强(内压)	A=17.2 mm²	Ae=128	7.4×	合格
5b	M开孔补强(外压)	A=83.1 mm²	Ae=669	8.0×	合格
6	凸缘法兰	σ1=130.39	[σ]f=178	1.37×	合格
7	压力试验(筒体)	σT=35.96	0.9ReLφ=263.93	7.3×	合格

SW6

规则设计计算

GB/T 150.1~4 · TSG 21-2016 · SW6 辅助验算

输入参数

设计压力 Pc MPa

设计温度 T °C

内径 Di mm

筒体长度 L mm（非计算用）

材料

焊接接头系数 φ

腐蚀裕量 C₂ mm

钢板负偏差 C₁ mm

δ = Pc×Di / (2×[σ]^t×φ − Pc)

输入参数

设计外压力 P MPa

设计温度 T °C

外径 Do mm

计算长度 Lc mm（含封头深度1/3）

名义厚度 δn mm

材料

腐蚀裕量 C₂ mm

钢板负偏差 C₁ mm

输入参数

设计压力 Pc MPa

设计温度 T °C

内径 Di mm

封头类型

材料

焊接接头系数 φ

腐蚀裕量 C₂ mm

钢板负偏差 C₁ mm

δ = Pc×Di / (2×[σ]^t×φ − 0.5×Pc) 椭圆封头

壳体参数

壳体内径 Di mm

壳体名义厚度 δn mm

壳体材料

腐蚀裕量 C₂ mm

接管参数

接管外径 do mm

接管名义厚度 δnt mm

接管材料

接管内伸长度 h₂ mm

设计压力 Pc MPa

设计温度 T °C

焊接接头系数 φ

接管内径 di mm（自动计算）

A = d×δ + 2δ×δ_et×(1−f_r) 等面积法 GB/T 150.3 §6

法兰简化校核（Waters法）

本模块提供法兰螺栓载荷及法兰环厚度的简化估算，完整Waters法请使用专业有限元软件。

设计压力 P MPa

垫片平均直径 Dg mm

垫片宽度 N mm

垫片系数 m

垫片比压力 y MPa

螺栓数量 n

🧮 常规计算器功能列表

📦 筒体重量计算 🎒 EHA封头计算 🔩 钢管重量计算 📋 钢板重量计算 📏 扁钢/圆钢计算 ⭕ 环板重量计算 funnel 圆锥体计算 🔻 平截圆锥体计算 🧊 容积计算 🌡️ 换热管计算 🔧 补强圈重量表 ⚙️ 螺栓螺母重量表

使用说明：输入参数后自动计算，无需点击按钮。碳钢密度 7850 kg/m³，不锈钢密度 7930 kg/m³。

1

筒体重量计算

输入内径、长度、厚度 → 重量/表面积/容积

📦 筒体参数

内径 D_imm

长度 Lmm

厚度 δmm

数量个

重量 = π × (D_i+δ) × δ × L × ρ / 10⁹
外表面积 = π × (D_i+2δ) × L / 10⁶
容积 = π/4 × D_i² × L / 10⁹

2

EHA椭圆封头计算

GB/T 25198-2023 | 输入内径、厚度、直边 → 重量/容积/表面积

🎒 EHA封头参数

内径 D_imm

厚度 δmm

直边 h_smm

数量个

总深度 H = D_i/4 + h_s
容积 V = π × D_i² × (D_i/24 + h_s/4) / 10⁹
重量 W = π × δ × ρ × (1.36×D_i²/4 + (D_i+δ)×h_s) / 10⁹
注：1.36 为2:1标准椭圆封头曲面表面积经验系数

3

钢管重量计算

输入外径、厚度、长度 → 重量/表面积

🔩 钢管参数

外径 D_omm

厚度 δmm

长度 Lmm

数量根

重量 = π × (D_o-δ) × δ × L × ρ / 10⁹
外表面积 = π × D_o × L / 10⁶
内截面积 = π/4 × (D_o-2δ)² / 10⁶

4

钢板重量计算

输入长×宽×厚×数量 → 总重量

📋 钢板参数

长度 Lmm

宽度 Wmm

厚度 δmm

数量块

重量 = L × W × δ × ρ / 10⁹ × 数量

5

扁钢 / 圆钢重量计算

扁钢：宽×厚×长 | 圆钢：直径×长

📏 扁钢参数

宽度 bmm

厚度 δmm

长度 Lmm

⭕ 圆钢/轴参数

直径 dmm

长度 Lmm

圆钢重量 = π/4 × d² × L × ρ / 10⁹

6

环板重量计算

输入外径、内径、厚度 → 重量/表面积

⭕ 环板参数

外径 D_omm

内径 D_imm

厚度 δmm

数量个

重量 = π/4 × (D_o²-D_i²) × δ × ρ / 10⁹

7

圆锥体计算

输入直径、高度、厚度 → 重量/表面积/容积

🔻 圆锥体参数

大端直径 Dmm

高度 Hmm

厚度 δmm

斜边长 = √((D/2)² + H²)
表面积 = π × (D/2) × 斜边长 / 10⁶
容积 = π/3 × (D/2)² × H / 10⁹
重量 = π × (D/2+δ/2) × √((D/2+δ/2)²+H²) × δ × ρ / 10⁹

8

平截圆锥体（锥台）计算

输入大小端直径、高度、厚度 → 重量/表面积/容积

🔻 锥台参数

大端直径 D₂mm

小端直径 D₁mm

高度 Hmm

厚度 δmm

斜边长 = √((R-r)² + H²)
表面积 = π × (R+r) × 斜边长 / 10⁶
容积 = π × H × (R²+R×r+r²) / (3×10⁹)

9

容器容积计算

筒体+封头 → 全容积（多种配置）

🧊 容器参数

筒体内径 D_imm

筒体长度 Lmm

封头直边 h_smm

筒体容积 = π/4 × D_i² × L / 10⁹
单个封头容积 = π × D_i² × (D_i/24 + h_s/4) / 10⁹
双封头全容积 = 筒体 + 2×封头
平底平盖 = 筒体容积
平底封头 = 筒体 + 1×封头

10

换热管计算

输入外径、厚度、长度、根数 → 总重/换热面积/容积

🌡️ 换热管参数

外径 d_omm

厚度 δmm

长度 Lmm

根数 n根

单重 = π × (d_o-δ) × δ × L × ρ / 10⁹
换热面积 = π × d_o × L × n / 10⁶
外体积 = π/4 × d_o² × L × n / 10⁹
内体积 = π/4 × (d_o-2δ)² × L × n / 10⁹

11

补强圈重量表（NB/T 11025-2022）

点击行查看补强圈重量，支持厚度筛选

🔧 补强圈重量查表

筛选厚度

数据来源：NB/T 11025-2022《补强圈》（替代JB/T 4736-2002）。dN=接管公称直径，D₂=补强圈外径。尺寸系列与JB/T 4736-2002一致。

12

螺栓 / 螺母重量表

GB/T 5782-2025 六角头螺栓(A/B级) + GB/T 5780-2025 六角头螺栓(C级) + GB/T 6170-2015 六角螺母

⚙️ 螺栓重量计算器

螺栓规格

长度 Lmm

数量 n个

单重 = 每100mm长度重量 × L/100

🔩 螺母重量表（GB/T 6170-2015）

🌐 标准更新模式

表格默认显示完整标准库；刷新时自动扫描网络候选版本，并在核对状态中标出可替换标准。

说明：“刷新标准库”会重新扫描网络候选数据。表格始终显示全部标准，若发现新标准会在“核对状态”列标出；若没有新标准，会明确提示没有新标准。

库

统一标准库

完整标准库 / 扫描更新

搜索标准筛选

点击“刷新标准库”开始扫描网络最新数据。

序号	最新标准号	标准名称	最新更新版本	实施日期	核对状态	操作

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📘 压力容器设计技术手册 五卷二十三章 · 设计理论、材料、结构、专项设计与法规标准

标注	含义
📐	GB/T 150-2024 新版变化或新增要求
⚠️	已废止标准/已失效条款，勿再引用
🔑	设计考试高频考点 / 设计审核必掌握
💡	工程设计实用技巧/经验

阶段	设计理念	方法特点	局限性
传统设计	满足强度/刚度要求即可	以强度计算为核心，按公式校核	未系统考虑失效多样性
现代设计	针对失效模式进行设计	选材、结构、制造工艺、热处理均针对预期失效形式	要求设计者具备多学科知识

表现形式	具体现象	设计对策
破裂	超载断裂、应力腐蚀开裂、制造缺陷扩展导致整体破坏	控制应力水平、选材防腐、充分NDT
过度变形	法兰密封面变形→泄漏、局部鼓包、支座倾斜	刚度设计、限制变形、合理支承
泄漏	腐蚀穿孔、裂纹穿透、密封失效、垫片挤出	腐蚀裕量、密封设计、垫片选用

原因	占比估计	典型案例	设计阶段的预防
设计因素	~30%	规范选用不当、未考虑实际工况、应力分析不充分	全面工况分析、正确选用设计方法
制造因素	~35%	焊接缺陷、NDT不到位、热处理不当	明确制造要求、规定NDT比例
使用因素	~20%	工艺条件变化、超温超压、操作失误	安全附件设置、操作限值标定
材料因素	~15%	选材错误、材料代用未经评估	严格按工况选材、代用需设计审批

失效子类	机理	设计防范措施
脆性断裂	低温+缺陷+低韧性 → 低应力突然断裂	选韧性材料、控制MDMT、充分NDT
韧性断裂	应力超过材料抗拉强度 → 塑性变形后断裂	控制总体薄膜应力、合理安全系数
超压破坏	压力异常升高超过承载极限	安全阀/爆破片、联锁保护
失稳/屈曲	外压/轴压/弯压→突然失稳变形	外压稳定性校核、加强圈设置

失效子类	机理	设计防范措施
腐蚀减薄	均匀/局部腐蚀使壁厚减小	腐蚀裕量、选耐蚀材料、衬里/涂层
应力腐蚀开裂(SCC)	拉应力+特定介质+敏感材料	选抗SCC材料、消除残余应力
蠕变	高温长期应力下缓慢塑性变形	按持久强度设计、限制温度
材质劣化	石墨化、珠光体球化、σ相脆化等	控制使用温度、定期检测

失效子类	机理	设计防范措施
疲劳	交变载荷→裂纹萌生扩展	疲劳分析(JB 4732)、降低应力集中
棘轮效应	循环载荷下塑性应变累积	安定性控制(3Sm准则)
腐蚀疲劳	腐蚀+交变应力协同加速	选材+保护+疲劳降额

大类	数量	设计相关核心内容	设计工程师的责任
腐蚀减薄	25种	选材决定耐蚀性，腐蚀裕量弥补减薄	根据介质选材、确定C₂值
环境开裂	13种	SCC、氢致开裂等——选材是唯一根本对策	识别环境致裂风险、选抗开裂材料
材质劣化	15种	高温蠕变、珠光体球化、石墨化、回火脆化	控制设计温度、选用合适耐热钢
机械损伤	11种	疲劳、蠕变、冲蚀——应力水平和结构细节控制	合理应力设计、避免应力集中
其他损伤	9种	冲蚀（腐蚀+磨损复合）、腐蚀疲劳等	流速+选材双重控制

元件	采用的设计准则	理由
平盖（平板封头）	极限载荷法	弯曲应力为主，内表面屈服后中性轴向未屈服侧移动
整体法兰	极限载荷法	螺栓力+内压联合作用，局部屈服可接受
管板（GB/T 151）	极限载荷法	多孔板弯曲，应力分布复杂
筒体/封头	弹性失效准则	总体薄膜应力控制，常规设计保持弹性

特性	压力容器	旋转机械
循环次数	低周（<10⁵次）	高周（>10⁶次）
应力水平	高→局部屈服	低→弹性范围
评定方法	应变控制	应力控制
对应标准	JB 4732（附录C）	通用疲劳设计
控制参量	交变应力幅	应力幅/应力比

理论	创立者	判据	当量应力公式	材料适用性	在容器设计中的应用
第一	Rankine	最大主应力 σ₁	σ_eq = σ₁	脆性材料（铸铁、玻璃）	薄壁容器弹性设计历史沿用，现代GB/T 150已不再单独采用
第二	Saint-Venant	最大线应变	σ_eq = σ₁-ν(σ₂+σ₃)	—	各国压力容器规范均未采用 ❌
第三 🔑	Tresca	最大切应力	σ_eq = σ₁-σ₃	塑性材料（碳钢、低合金钢）	ASME VIII-1、GB/T 150规则设计
第四 🔑	von Mises	畸变能	σ_eq=√[½((σ₁-σ₂)²+(σ₂-σ₃)²+(σ₃-σ₁)²)]	塑性材料，与实验吻合最好	ASME VIII-2、JB 4732分析设计

对比维度	Tresca（第三）	von Mises（第四）
当量应力大小	偏保守（偏大）	偏精确（偏小）
薄壁圆筒σ_eq	pD/(2δ)	√3·pD/(4δ) ≈ 0.866 × Tresca
两者差	—	约小13.4%
设计方法	规则设计（公式法）	分析设计（有限元法）
经济性	壁厚偏大，费料	壁厚合理，节省材料
计算复杂度	简单，手算即可	复杂，需要有限元软件
美国对应	ASME VIII-1	ASME VIII-2
中国对应	GB/T 150	JB 4732
安全系数 n_s	1.5	1.5（但应力限值不同）

工况	推荐强度理论	依据标准	理由
常规储罐/反应釜（中低压）	Tresca	GB/T 150	手工公式足够，安全可靠
高压换热器管板	von Mises	JB 4732/GB/T 151	应力分布复杂，需FEA
大型球罐接管区	von Mises	JB 4732	局部应力集中，需精细分析
疲劳工况容器	von Mises	JB 4732附录C	疲劳评定需要精确应力
超高压容器（P≥100MPa）	von Mises	GB/T 34019	Tresca严重偏保守
蠕变温度容器	Tresca	GB/T 150	蠕变按时间相关失效控制
简单形状翻新设计	Tresca	GB/T 150	经验公式互校便捷

理论	核心问题	一句话总结
Rankine（第一）	破坏在哪？	最大拉应力就是破坏点
Saint-Venant（第二）	变形有多大？	变形超出弹性就破坏（无实践价值）
Tresca（第三）	剪切有多大？	最大剪切力是屈服根源
von Mises（第四）	能量有多少？	形状改变能积累到临界值就屈服

术语	英文缩写	定义	工程意义
设计压力 P	DP	设定的容器顶部最高压力	决定壁厚的基准压力
计算压力 Pc	CP	DP + 液柱静压力	实际代入公式的压力值
工作压力 Pw	OP	正常工况顶部最高压力	设计压力 ≥ 工作压力
MAWP	MAWP	由有效厚度反算	操作上限，安全阀整定依据
试验压力 Pt	TP	耐压试验用压力	常为设计压力的1.25倍

符号	含义	取值来源
Pc	计算压力（MPa）	设计压力 + 液柱静压力
Di	筒体内径（mm）	工艺/结构确定
[σ]ᵗ	设计温度下许用应力（MPa）	GB/T 150.2 材料许用应力表
φ	焊接接头系数	双面焊100%RT = 1.0
δ	计算厚度（mm）	公式计算结果

概念	符号	定义	设计/制造中的意义
计算厚度	δ	公式直接得出	纯理论需要——壁厚计算第一步
设计厚度	δ_d	δ + C₂	考虑了使用期内的腐蚀减薄
名义厚度	δ_n	δ_d + C₁ + 圆整	采购下单和图纸标注的依据
有效厚度	δ_e	δ_n − C₁ − C₂	用于强度校核和MAWP反算
最小成形厚度	—	制造保证的最薄处	封头转角处最薄，图面必须标注

介质/工况	C₂（mm）	说明
大气腐蚀（碳钢）	≥1.0	一般规定下限
弱腐蚀介质	1.0~3.0	按设计寿命折算
中度腐蚀介质	3.0~6.0	需要检测计划配合
强腐蚀介质	≥6.0	优先考虑耐蚀材料而非堆裕量
不锈钢（非腐蚀��境）	0	自身的钝化膜提供防护
搪玻璃/衬里	0（衬里承担）	基体仅承受机械载荷

标准体系	n_b（对抗拉）	n_s（对屈服）	设计理念
ASME VIII-1（美）	3.5	1.5	大安全系数 → 对制造检验要求较宽松
EN 13445（欧）	2.4	1.5	小安全系数 → 对制造检验要求极严
GB/T 150-2024（中）	2.7	1.5	介于欧美之间，取平衡

接头形式	100% RT/UT	局部 RT/UT	不检测
双面焊全焊透对接	1.0	0.85	—
单面焊带垫板全焊透	0.9	0.8	—
单面焊不带垫板	—	0.7~0.8	—

载荷类型	来源	性质	设计响应
内压/外压	工艺介质	持续	壁厚计算、外压稳定性校核
液柱静压力	液位高度	持续	计入计算压力 Pc
自重	容器本体	持续	支座/裙座/基础设计
物料重量	介质+催化剂+填料	持续/交变	支座设计、筒体附加应力
风载荷	气象	间歇	高耸设备（塔器）弯矩和稳定性
地震载荷	地质	偶然	按GB 50011或GB/T 50761设防烈度计算
雪载荷	气象	间歇	室外大型卧式容器
管道推力/力矩	热膨胀约束	持续/交变	接管根部局部应力校核
温差应力	温度梯度	持续	膨胀节/柔性结构/热应力分析
运输/吊装	制造安装	一次性	临时支撑、吊耳设计
循环载荷	压力/温度波动	交变	疲劳分析（JB 4732）
冲击载荷	水锤/安全阀排放	偶然	瞬时动态应力分析
试验载荷	耐压试验	一次性	试验应力校核（≤0.9φR_el）

工况	内筒	夹套	设计要点
正常运行	设计压力	设计压力	分别设计
单侧加压	设计压力	0	内筒需承受外压（夹套压力作用于内筒外壁）
单侧加压	0	设计压力	内筒外压+夹套内压
耐压试验	分别试验	分别试验	注意最大允许压差

牌号示例	拆解	命名含义
Q345R	Q=屈服, 345=屈服强度345MPa, R=容器用	容器用低合金钢板
16MnDR	16=平均含碳量0.16%, Mn=主合金锰, D=低温, R=容器用	低温容器钢板
S30408	S=不锈钢, 304=美标304对应, 08=含碳量≤0.08%	奥氏体不锈钢板
S22053	S=不锈钢, 2205=美标2205对应双相钢, 3=含碳量级别	双相不锈钢板
06Ni9DR	06=含C量≤0.06%, Ni9=含Ni约9%, D=低温, R=容器用	9Ni低温钢（LNG用）

牌号	类型	标准	厚度范围mm	使用温度°C	许用应力特点	典型用途
Q235B	碳素结构钢	GB/T 3274	≤16	0~300	最低	低压非危害介质、辅助件
Q235C	碳素结构钢	GB/T 3274	≤30	-20~300	低	低压容器
Q245R	非合金钢（容器）	GB/T 713	3~250	-20~525	中等	中低压常温容器
Q345R	低合金钢	GB/T 713	3~250	-20~475	最常用	中高压容器（省料约30%）
Q370R	低合金高强度	GB/T 713	10~60	-20~350	较高	球罐、厚壁容器
Q420R	低合金高强度	GB/T 713	10~60	-20~250	高	大型厚壁容器

牌号	使用温度下限	标准	交货状态	冲击试验	典型用途
16MnDR	-40°C	GB/T 3531	正火	-40°C, KV₂≥47J	低温储罐（LPG）
09MnNiDR	-70°C	GB/T 3531	正火/调质	-70°C, KV₂≥60J	低温储罐（丙烯/乙烯）
08Ni3DR	-100°C	GB/T 3531	调质	-100°C, KV₂≥60J	乙烯球罐
06Ni9DR	-196°C	GB/T 3531	调质	-196°C, KV₂≥80J	LNG储罐内胆

压力容器设计计算公式手册

A₁ — 壳体多余金属面积

A₂ — 接管多余金属面积

A₃ — 焊缝金属面积

输入参数

计算结果

输入参数

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压力容器设计技术手册

关于本手册

第一卷 设计理论与基础

第1章 设计理念与失效模式控制

1.1 压力容器设计的核心理念演变

1.2 压力容器设计的五个步骤

1.3 失效的定义与表现形式

失效的三种主要表现形式

失效的四大原因及占比

1.4 ISO 16528 三大类失效模式（📐 GB/T 150-2024采纳）

短期失效（Short-term Failure）

长期失效（Long-term Failure）

循环失效（Cyclic Failure）

1.5 GB/T 30579-2014 损伤模式体系（5大类73种）

第2章 设计准则体系

2.1 六大设计准则与防范的失效形式

2.2 弹性失效准则（🔑 最核心）

2.3 塑性失效准则（极限载荷设计）

2.4 弹塑性失效准则 —— 安定性原理

2.5 疲劳失效准则

2.6 外压失稳准则

2.7 脆性断裂与防断设计

第3章 强度理论与当量应力

3.1 为什么需要强度理论

3.2 四大强度理论全景对比

3.3 逐理论深度解析

第一强度理论 · Rankine（最大主应力理论）

第二强度理论 · Saint-Venant（最大线应变理论）

第三强度理论 · Tresca（最大切应力理论）🔑

第四强度理论 · von Mises（畸变能理论）🔑

3.4 Tresca vs von Mises —— 工程设计意义

3.5 工程实践选型速查

3.6 一句话记忆法

第4章 设计参数与计算基础

4.1 压力系列术语（🔑 必考）

4.2 内压薄壁圆筒厚度计算（🔑 核心公式）

4.3 壁厚相关的重要概念

4.4 安全系数（🔑 中国与欧美对比）

4.5 焊接接头系数 φ

4.6 设计温度与材料选择

第5章 载荷分析与组合

5.1 全面载荷分析

5.2 载荷组合原则

5.3 设计需特殊考虑的载荷工况

5.3.1 多腔容器（夹套容器）

5.3.2 共用元件（换热器）

5.3.3 高耸设备（塔器）

第二卷 材料选用与焊接匹配

第6章 压力容器用钢的分类与选用

6.1 压力容器用钢的分类体系

6.2 牌号命名规则

6.3 常用容器钢板完整选用表

6.3.1 碳钢/低合金钢板

6.3.2 低温钢板

6.3.3 奥氏体不锈钢板（GB/T 24511）

6.3.4 锻件（NB/T 47008~47010）

第7章 材料使用条件与限制

7.1 Q235系列钢板使用限制（TSG 21-2016 第2.2.1条）

7.2 Q245R/Q345R 使用限制

7.3 20号钢管使用限制（GB/T 8163）

7.4 低温钢板通用要求

7.5 高温用钢温度限制

7.6 奥氏体不锈钢六大使用限制

第一卷设计理论与基础

第1章设计理念与失效模式控制

第2章设计准则体系

第3章强度理论与当量应力

第4章设计参数与计算基础

第5章载荷分析与组合

第二卷材料选用与焊接匹配

第6章压力容器用钢的分类与选用

第7章材料使用条件与限制

第8章焊接材料选配

第9章材料代用与复验

第三卷结构设计

第10章筒体设计

第11章封头设计

第12章开孔与补强设计

第13章法兰与密封设计

第14章支座与支承设计

第四卷专项设计

第15章规则设计与分析设计

第16章低温容器设计

第17章高温容器设计

第18章疲劳容器设计

第19章换热器设计要点

第20章塔器设计要点

统一数字代号	牌号	含碳量	使用温度	适用场景	禁忌
S30408	06Cr19Ni10	≤0.08%	-196~700°C	深冷/一般腐蚀/食品级	Cl⁻>50ppm环境会SCC
S30403	022Cr19Ni10	≤0.03%	-196~400°C	焊后不热处理（超低碳防晶间腐蚀）	不耐Cl⁻ SCC
S31603	022Cr17Ni12Mo2	≤0.03%	-196~700°C	含Cl⁻环境（Mo防点蚀）	成本为304约1.5倍
S31608	06Cr17Ni12Mo2	≤0.08%	-196~700°C	高温含Cl⁻环境	焊接需固溶处理
S32168	06Cr18Ni11Ti	≤0.08%	-196~700°C	无法固溶处理时（Ti稳定化）	Ti/C比需≥5

牌号	对应钢板	使用温度	级别	特点
16Mn	Q345R	-20~475°C	II/III/IV	最常用容器锻件，法兰/管板
20MnMo	—	-20~475°C	III/IV	中温高压锻件
S30408	S30408	-196~700°C	III/IV	不锈钢法兰/管板
06Ni9D	06Ni9DR	-196°C	—	📐 2024新增，LNG用锻件

项目	Q235B	Q235C
设计压力上限	≤1.6 MPa	≤2.5 MPa
设计温度范围	0°C ~ 300°C	-20°C ~ 300°C
厚度上限	≤16mm	≤30mm（特殊情况40mm）
介质限制	❌ 不得用于极度/高度危害	❌ 不得用于极度/高度危害
容器类别限制	仅用于第Ⅰ类	仅用于第Ⅰ/Ⅱ类
不得用于	❌ 液化石油气	❌ 液化石油气
冲击试验	不要求（0°C以上使用）	0°C冲击合格（KV₂≥27J）

限制项	具体要求
温度上限	Q245R ≤ 525°C（>425°C需评估石墨化倾向）；Q345R ≤ 475°C
温度下限	-20°C（不含更低温度，低温容器须选用低温钢）
磷(P)含量	≤0.025%（熔炼），≤0.030%（成品）
硫(S)含量	≤0.010%（熔炼），≤0.012%（成品）
正火要求	Q245R厚度>30mm / Q345R厚度>32mm 必须正火
冲击试验	使用温度<0°C必须做夏比V型冲击，厚度每增一档试验温度降一档
逐张超声	厚度>36mm（Q245R）/ >60mm（Q345R）100%超声检测

项目	限制要求
设计压力	≤4.0 MPa
使用温度	-20°C ~ 425°C（超过425°C需考虑石墨化）
壁厚范围	≤16mm
介质限制	❌ 极度/高度危害介质不得使用
	❌ 液化石油气不得使用
	⚠️ 可燃介质/中度危害介质——允许但需设计者评估
检验要求	逐根液压试验（试验压力≥1.5倍设计压力，保压≥10s）

项目	要求
交货状态	必须正火或调质（不得以热轧状态使用）
晶粒度	必须细晶粒（晶粒度≥6级）
冲击试验	必须做，试验温度 ≤ 最低设计金属温度（MDMT）
钢板超声	按厚度逐张100%超声检测
表面质量	不允许有裂纹、结疤、折叠、气泡、夹杂

牌号	MDMT	冲击功 KV₂（J）	试样方向
16MnDR	-40°C	≥47	横向
09MnNiDR	-70°C	≥60	横向
08Ni3DR	-100°C	≥60	横向
06Ni9DR	-196°C	≥80	横向

温度区间	材料选择	限制条件
400~475°C	Q345R, 16Mn	注意强度随温度下降
475~550°C	15CrMoR, 14Cr1MoR	低合金耐热钢，需正火+回火
550~650°C	12Cr2Mo1R	Cr-Mo耐热钢，蠕变强度高
>425°C（碳钢）	—	⚠️ 必须评估石墨化倾向
>475°C（0.5Mo钢）	—	⚠️ 必须评估高温珠光体球化
>540°C（Cr-Mo钢）	—	⚠️ 需考虑回火脆化和蠕变空洞

限制类型	温度/条件	危害机制	防范措施
晶间腐蚀	450~850°C敏化	Cr₂₃C₆沿晶界析出→晶界贫Cr(<12%)	①选超低碳L级（C≤0.03%）②添加Ti/Nb稳定化 ③固溶处理：1050~1150°C→水冷
应力腐蚀开裂(SCC)	含Cl⁻+拉应力+>60°C	晶间/穿晶裂纹扩展→突发泄漏	①选含Mo的316系 ②控制Cl⁻浓度 ③消除残余应力
σ相脆化	600~900°C长时间	Fe-Cr金属间化合物析出→硬度/脆性剧增	避免该温度区间长期使用
475°C脆化	400~500°C长期	铁素体相分解→硬度↑韧性↓	双相钢控制铁素体含量
冷加工硬化	封头旋压/弯管后	形变诱发马氏体→硬度↑塑性↓	必须固溶处理后再使用
晶粒长大	>1150°C固溶	晶粒粗大→强度/韧性下降	严格控制固溶温度/时间

限制项	要求	参考标准
硬度	母材≤22 HRC，焊缝≤22 HRC	NACE MR0175
硫含量(S)	≤0.003%（比常规低5倍）	—
磷含量(P)	≤0.015%	—
屈服强度	≤690 MPa（限强匹配）	—
焊后热处理	必须PWHT（消残余应力）	TSG 21第4章
材料	优先抗HIC钢（HIC试验合格）	GB/T 8650