压力容器耐压试验压力的探讨

压力容器耐压试验压力的探讨

达运社1达卿文2

1青岛电力设备股份有限公司山东胶州266300；

2中国石油天然气第七建设有限公司设计院山东青岛266100

摘要：介绍了压力容器耐压试验压力选取中容易忽视且对其安全运行产生重大影响的几个关注点；探讨了与耐压试验压力相关的确定压力容器最高允许工作压力思路。

关键词：压力容器；耐压试验压力；最高允许工作压力

压力容器耐压试验的目的是对其材料及焊缝中存在的缺陷部位进行考核（是否开裂和渗漏），并同时考核密封性。通过观察承压部件有无明显变形和破裂，检验承压部件的宏观强度，来验证压力容器是否具有设计压力下安全运行必须的承压能力，检验焊缝及其它受压元件、密封件的密封性，及时发现压力容器潜在的局部缺陷。

耐压试验是压力容器安全可靠运行的保障，是制造过程中的最后一道防线，是运行前第一道安全防线。耐压试验压力的确定直接影响着压力试验的合规性、压力容器安全运行的可靠性，对压力容器的安全使用有着举足轻重的作用。设计工作中往往由于概念理解的不同而对试验压力的选取出现偏差。从设计理念出发，正确理解法规、标准条文是压力容器设计的第一步。

1、试验压力的取值不当，会出现液压试验压力的偏小，不能达到耐压试验的目的。

液压试验的最低压力为pT=1.25p[σ]/[σ]t（文献[2]）。液压试验压力pT的含义就是将容器在设计压力、设计温度下的所产生的的应力等价为容器在液压试验压力、试验温度下产生的应力，并将其提高25%，以检验容器的安全可靠性，是通过[σ]/[σ]t将容器在设计温度下的许用应力表示为常温下的许用应力的当量数。将容器设计温度下的设计压力表示为常温下的当量设计压力—p[σ]/[σ]t，液压试验压力则是将当量设计压力至少提高25%进行液压试验，即：pT=1.25p[σ]/[σ]t。

有关[σ]/[σ]t是指主要受压元件，如圆筒、封头接管设备法兰（或人孔法兰）及紧固件所用材料在常温下的许用应力与设计温度下的许用应力比值[σ]/[σ]t中的最小值，其中的[σ]t不应低于材料受抗拉强度和屈服强度控制的许用应力的最小值——在材料许用应力表粗线左侧的数据。

但在设计过程中，有些设计软件并没有考虑各元件的[σ]/[σ]t，而只考虑了筒体（封头）的[σ]/[σ]t，当设计温度小于或等于20℃时，对设计压力pT的选取没有影响，但当设计温度大于20℃时，试验压力pT就会变小。

例一：有一容器筒体材质为Q245R，封头材质为Q345R，壁厚均为20mm，接管材质为：20（GB9948），法兰材质为：１６MnⅡ（NB/T47008），螺柱M16材质为20；设计压力为1.6MPa，设计温度为20℃和350℃时液压试验压力详见表一。

表一试验压力选取表

当设计温度高于材料受抗拉强度和屈服强度控制的许用应力对应的温度时，应特别注意[σ]t的取值。

例二、一容器筒体封头均采用15CrMoR，壁厚为20mm，，螺栓直径M24mm，材料35CrMoA，设计压力为2.7MPa。设计温度分别为20℃、500℃时液压试验压力详见表二。

表二试验压力选取表

2、对有气密性试验要求的容器耐压试验时压力的确定。

文献[1]规定“带有安全阀、爆破片等安全泄放装置的压力容器，如果设计时提出气密性试验要求，则设计者应当给出该压力容器的最高允许工作压力。”确定最高允许工作压力的目是：确保气密性试验的正常进行。气密性试验时，为了安全，一般应当将安全附件装配齐全。气密性试验压力为设计压力，压力试验时安全附件的整定压力必须大于气密性试验压力才能保证试验的正常进行。为了验证气密性试验压力下容器的安全性，就要求标出容器的最高允许工作压力。

文献[2]规定：耐压试验时，当“容器铭牌上规定有最高允许工作压力时，应以最高允许工作压力代替设计压力”笔者认为：此种情况属于以最高允许工作压力代替设计压力的情况，其目的是充分利用各受压元件的壁厚裕量，最大限度地利用其承载能力，这是在安全可靠的基础上，对经济性、合理性以及市场竞争的考虑。

可见，确定最高允许工作压力的目的一是以确保气密性试验的正常进行为目的的，二是以提高压力容器承载能力为目的。

3、最高允许工作压力的确定

确定最高允许工作压力是设计计算书的一个组成部分，属强度计算后的一个校核环节，在此之前，压力容器所选材（材质、厚度）已经完成。确定最高允许工作压力时，必须要考虑试验温度、设计温度以及各受压元件所承受的压力、重力及外载荷（受压元件所承受的集中载荷、弯矩、扭矩等）；充分考虑受力元件（鞍座、裙座等）应力状态以及补强角焊缝尺寸；考虑各受压元件的有效厚度、封头的最小成型厚度（不能取名义厚度）。目的不同，最高允许工作压力计算思路、考虑因素以及方法也不同。

3.1以确保气密性试验的正常进行为目的的最高允许工作压力的计算。

a计算参数的选取

计算公式中的设计温度取环境温度；许用应力[σ]t应为水压试压时的环境温度下（常温下）各受压元件的许用应力值，而不是设计温度下的许用应力；其它参数按标准要求选取。

b最高允许工作压力的计算

按照相应的压力容器标准（如GB/T151-2014《热交换器》NB/T47042-2014《卧式容器》等）规定的计算方法，对压力容器的整体强度进行校核，针对每一个受压元件强度计算公式中的计算压力值，采用从小到大分别试输入（计算）的方法，在满足强度要求的前提下，都可以得到一个比设计压力大的、接近极值的压力，再将这些数值比较，其中一个最小的压力值就是该产品的最高允许工作压力。即：压力容器水压试验时最高允许工作压力。注意为了耐压试验时的操作（读数）方便，其值最好保留一位小数。

3.2以提高压力容器承载能力为目的的最高允许工作压力的计算。

a铭牌上规定的最高允许工作压力的确定

计算公式中的设计温度取设计温度；许用应力取设计温度下的许用应力[σ]t；其它参数按标准要求选取。

按照相应的压力容器标准（如GB/T151-2014《热交换器》NB/T47042-2014《卧式容器》等）规定的计算方法，针对每一个受压元件强度计算公式中的计算压力值，采用以设计压力为起点，从小到大分别试输入（计算）的方法，在满足强度要求的前提下，都可以得到一个比设计压力大的、接近极值的压力，再将这些数值比较，其中一个最小的压力值就是该产品铭牌上规定的最高允许工作压力。

b水压试验时最高允许工作压力的确定

强度计算公式中的设计温度取环境温度；许用应力取水压试验温度下的许用应力[σ]t；其它参数按标准要求选取。

按照相应的压力容器标准（如GB/T151-2014《热交换器》NB/T47042-2014《卧式容器》等）规定的计算方法，针对每一个受压元件强度计算公式中的计算压力值，采用以铭牌上规定的最高允许工作压力为起点，从小到大分别试输入（计算）的方法，在满足强度要求的前提下，都可以得到一个比铭牌上规定的最高允许工作压力大的、接近极值的压力，再将这些数值比较，其中一个最小的压力值就是该产品的最高允许工作压力。

4水压试验压力的确定

虽然试验压力选取的基本公式pT=1.25p[σ]/[σ]t依然未变，但应用最高允许工作压力目的不同，试验压力p的取值则各异。

4.1以确保气密性试验的正常进行为目的时，p值取“3.1b”所计算的最高允许工作压力；以提高压力容器承载能力为目的时，p值应取铭牌规定的最高允许工作压力。

4.2特别注意当立式容器采用卧式压力试验时，试验压力p一定要减去液体静压力。

4.3两种情况，压力的比较

a以确保气密性试验的正常进行为目的：

工作压力＜设计压力＜整定压力＜最高允许工作压力。

b以提高压力容器承载能力为目的：

此时，工作压力＜设计压力＜铭牌上规定的最高允许工作压力＜整定压力＜最高允许工作压力。

结束语

完整、准确地理解压力容器规范、标准，准确地确定压力容器耐压试验压力是做好压力容器设计工作的前提。为了完整地表述设计意图，减少歧义，笔者建议在设计文件上应写明最高允许工作压力的目的；同时，图样上应分别标注两种整定压力，即正常工作状态下的整定压力和气密性试验试的整定压力

参考文献：

[1]TSG21-2016固定式压力容器安全技术监察规程

[2]GB150.1~.4-2011压力容器