ГОСТ 34233.1-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования (с Поправкой ред. от 01.09.2023).

        ГОСТ 34233.1-2017

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

 Сосуды и аппараты

 НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

 Общие требования

 Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation. General requirements

___________________________________________________________

МКС 71.120

          75.200

Дата введения 2018-08-01

 Предисловие

Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 523 "Техника и технологии добычи и переработки нефти и газа", Акционерным обществом "Научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения" (АО "НИИХИММАШ"), Закрытым акционерным обществом "ПЕТРОХИМ ИНЖИНИРИНГ" (ЗАО "ПХИ"), Акционерным обществом "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения" (АО "ВНИИНЕФТЕМАШ"), Обществом с ограниченной ответственностью "Научно-техническое предприятие ЦЕНТРХИММАШ" (ООО "НТП ЦЕНТРХИММАШ")

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 14 июля 2017 г. N 101-П)

За принятие проголосовали:

(Поправка. ИУС N 9-2023).

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 декабря 2017 г. N 1989-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 34233.1-2017 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 августа 2018 г.

5 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих международных стандартов:

- ISO 16528-1:2007* "Котлы и сосуды, работающие под давлением. Часть 1. Требования к рабочим характеристикам" ("Boilers and pressure vessels - Part 1: Performance requirements", NEQ);

- ISO 16528-2:2007 "Котлы и сосуды, работающие под давлением. Часть 2. Процедуры выполнения требований ISO 16528-1" ("Boilers and pressure vessels - Part 2: Procedures for fulfilling the requirements of ISO 16528-1", NEQ)

6 Стандарт подготовлен на основе применения ГОСТ Р 52857.1-2007*

_______________

* Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 декабря 2017 г. N 1989-ст ГОСТ Р 52857.1-2007 отменен с 1 августа 2018 г.

7 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

8 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Апрель 2019 г.

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.

В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге "Межгосударственные стандарты"

ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 9, 2023 год

 Введение

Настоящий стандарт разработан с целью соблюдения требований безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением, и устранения противоречий в техническом содержании стандартов, имеющих одинаковую область распространения.

В настоящем стандарте реализованы основные положения следующих нормативных документов: Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 032/2013 "О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением"; Директивы 2014/68/ЕС Европейского парламента и Совета от 15 мая 2014 г. по сближению законодательств государств-членов, касающейся оборудования, работающего под давлением; ЕН 13445-3:2014 "Сосуды, работающие под давлением. Часть 3. Расчет" (EN 13445-3:2014 "Unfired pressure vessel - Part 3: Design").

 1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы расчета на прочность сосудов и аппаратов из углеродистых и легированных сталей, сплавов на железоникелевой основе, цветных металлов (алюминия, меди, титана и их сплавов), применяемых в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, работающих в условиях однократных и многократных статических нагрузок под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным давлением, под действием осевых и поперечных усилий и изгибающих моментов, инерционных нагрузок и пр., а также устанавливает значения коэффициентов запаса прочности и устойчивости, допускаемых напряжений и коэффициентов прочности сварных швов.

Нормы и методы расчета на прочность применимы, если свойства материалов, требования к конструкции, изготовлению и контролю сосудов и аппаратов отвечают требованиям ГОСТ 34347.

Если отклонения от геометрической формы, неточности или качество изготовления, характеристики материала отличаются от требований нормативных технических документов, то при расчете на прочность эти отступления должны быть учтены корректировкой коэффициентов запаса и допускаемых напряжений, а также использованием иных методов расчета.

 2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 5949 Металлопродукция из сталей нержавеющих и сплавов на железоникелевой основе коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных

ГОСТ 8479 Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали. Общие технические условия

ГОСТ 19281 Прокат повышенной прочности. Общие технические условия

ГОСТ 25054 Поковки из коррозионно-стойких сталей и сплавов. Общие технические условия

ГОСТ 34233.2 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек

ГОСТ 34233.3 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер

ГОСТ 34233.4 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений

ГОСТ 34233.5 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок

ГОСТ 34233.6 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках

ГОСТ 34233.7 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Теплообменные аппараты

ГОСТ 34233.8 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты с рубашками

ГОСТ 34233.9 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Аппараты колонного типа

ГОСТ 34233.10 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты, работающие с сероводородными средами

ГОСТ 34233.11 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Метод расчета на прочность обечаек и днищ с учетом смещения кромок сварных соединений, угловатости и некруглости обечаек

ГОСТ 34233.12 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Требования к форме представления расчетов на прочность, выполняемых на ЭВМ

ГОСТ 34283 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность при ветровых, сейсмических и других внешних нагрузках

ГОСТ 34347 Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (www.easc.by) или по указателям национальных стандартов, издаваемых в государствах, указанных в предисловии, или на официальных сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации. Если на документ дана недатированная ссылка, то следует использовать документ, действующий на текущий момент, с учетом всех внесенных в него изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то следует использовать указанную версию этого документа. Если после принятия настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение применяется без учета данного изменения. Если документ отменен без замены, то положение, в котором данная ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

 3 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

	- сумма прибавок к расчетным толщинам, мм;
	- прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;
	- прибавка для компенсации минусового допуска, мм;
	- прибавка для компенсации утонения стенки при технологических операциях, мм;
	- модуль продольной упругости при расчетной температуре, МПа;
	- коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению разрыву (запас по пределу прочности);
	- коэффициент запаса прочности по пределу текучести;
	- коэффициент запаса прочности по пределу длительной прочности;
	- коэффициент запаса прочности по пределу ползучести;
	- коэффициент запаса устойчивости;
	- коэффициент запаса по пределу прочности для алюминия, меди и их сплавов;
	- коэффициент запаса по пределу прочности для титана и его сплавов;
	- расчетное давление для элемента сосуда или аппарата, МПа;
	- минимальный предел текучести при расчетной температуре, МПа;
	- минимальный предел текучести при температуре 20°С, МПа;
	- минимальный условный предел текучести при остаточном удлинении 0,2% при расчетной температуре, МПа;
	- минимальный условный предел текучести при остаточном удлинении 0,2% при температуре 20°С, МПа;
	- минимальный условный предел текучести при остаточном удлинении 1,0% при расчетной температуре, МПа;
	- минимальный условный предел текучести при остаточном удлинении 1,0% при температуре 20°С, МПа;
	- минимальное значение временного сопротивления разрыву (предел прочности) при расчетной температуре, МПа;
	- минимальное значение временного сопротивления разрыву при температуре 20°С, МПа;
	- среднее значение предела длительной прочности при растяжении для ресурса 10 ч при расчетной температуре, МПа;
	- средний 1,0%-ный предел ползучести при растяжении за 10 ч при расчетной температуре, МПа;
	- исполнительная толщина стенки элемента сосуда, мм;
	- толщина основного слоя двухслойной стали, мм;
	- толщина коррозионно-стойкого слоя двухслойной стали, мм;
	- расчетная толщина стенки элемента сосуда, мм;
	- длительность этапов эксплуатации в условиях ползучести при -м сочетании температур и нагрузок ( 1, 2, ..., ), ч;
	- расчетное допустимое время эксплуатации при -м сочетании температур и нагрузок ( 1, 2, ..., ), ч;
	- расчетная температура стенки элемента сосуда, °С;
	- коэффициент линейного расширения материала, 1/°С;
	- поправочный коэффициент к допускаемым напряжениям стальных отливок;
	- общие мембранные напряжения, МПа;
	- местные мембранные напряжения, МПа;
	- общие изгибные напряжения, МПа;
	- местные изгибные напряжения, МПа;
	- общие температурные напряжения, МПа;
	- местные температурные напряжения, МПа;
	- допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа;
	- допускаемое напряжение основного металла для элементов из двухслойной стали при расчетной температуре, МПа;
	- допускаемое напряжение коррозионно-стойкого слоя для элементов из двухслойной стали при расчетной температуре, МПа;
	- допускаемое напряжение при температуре 20°С с коэффициентами запаса прочности для рабочих условий, МПа;
	- допускаемое условно-упругое напряжение при расчетной температуре для оценки напряжений, определяемых по суммам составляющих общих или местных мембранных и общих изгибных напряжений, МПа;
	- допускаемое значение суммарных мембранных (общих или местных), изгибных (общих и местных) и температурных напряжений, МПа;
	- средние по сечению сдвигающие напряжения, МПа;
	- максимальные сдвигающие напряжения, МПа;
	- коэффициент прочности сварных и паяных швов.

 4 Общие положения

4.1 Расчет на прочность необходимо проводить для всех прогнозируемых состояний сосудов и аппаратов, работающих под давлением, возникающих во время их эксплуатации, испытания, транспортирования, монтажа. При этом следует учитывать все нагрузки и внешние факторы, которые могут оказать влияние на прочность и устойчивость конструкции, а также учитывать вероятность их одновременного воздействия.

В частности, при определении расчетных параметров для каждого элемента сосуда или аппарата необходимо учитывать при условии их наличия следующие нагрузки и факторы:

- внутреннее и/или наружное давление;

- температуры окружающей среды и рабочие температуры;

- разность температур в переходных состояниях или разность коэффициентов линейного расширения;

- нагрузки от массы сосуда и его содержимого в рабочих условиях и условиях испытания;

- нагрузки при транспортировании и монтаже сосуда;

- инерционные нагрузки при движении, остановках и колебаниях элементов сосудов и аппаратов;

- нагрузки от ветровых и сейсмических воздействий;

- реактивные усилия (противодействия), которые передаются от опор, креплений, трубопроводов и т.д.;

- ударные нагрузки от воздействия газожидкостной смеси или иных причин;

- разность температур в переходных состояниях и/или разность коэффициентов линейного расширения;

- нагрузки от стесненности температурных деформаций;

- изменения давления и температуры как в процессе нормальной эксплуатации, так и при возможных нарушениях режима работы;

- ползучесть металла;

- усталость при переменных нагрузках;

- вибрацию;

- резонанс;

- коррозию и эрозию;

- старение металла, охрупчивание под действием среды и другие механизмы деградации материала.

4.2 При проектировании сосудов и аппаратов и выполнении расчетов на прочность необходимо учитывать все возможные предельные состояния, которые могут привести к выходу конструкции из строя и/или потере работоспособности.

4.2.1 К основным предельным состояниям при статическом нагружении, не зависящим от времени эксплуатации, относятся:

а) недопустимая общая пластическая деформация, разрушение, связанное с образованием трещин при значительной общей пластической деформации, пластическая потеря устойчивости, пластическое разрушение из-за чрезмерных местных деформаций;

б) упругая или упругопластическая потеря устойчивости конструкции в целом или ее отдельных частей;

в) значительная упругая или пластическая деформация, приводящая к потере герметичности разъемных соединений или к потере работоспособности конструкции при эксплуатации;

г) хрупкое разрушение.

4.2.2 К основным предельным состояниям при статическом нагружении, зависящим от времени эксплуатации, относятся:

а) разрушение при ползучести, связанное с деградацией свойств материала и исчерпанием запаса длительной прочности;

б) значительная деформация, вызванная ползучестью, приводящая к потере герметичности разъемных соединений или к потере работоспособности конструкции при эксплуатации;

в) потеря устойчивости при ползучести;

г) коррозия и/или эрозия;

д) сероводородное коррозионное растрескивание под напряжением, водородное растрескивание и т.д.

4.2.3 К основным предельным состояниям при повторно-статическом и циклическом нагружениях относятся:

а) накопление местных пластических деформаций при повторно-статическом нагружении, приводящее к образованию трещин при значительном уровне местных пластических деформаций и сравнительно небольшом числе циклов;

б) малоцикловая усталость, приводящая к образованию усталостных трещин при местных упругопластических деформациях;

в) усталость, приводящая к образованию усталостных трещин при номинальных упругих деформациях;

г) совместное воздействие усталости и ползучести;

д) усталость, в условиях воздействия сред, вызывающих коррозионное растрескивание под напряжением, сероводородное коррозионное растрескивание и т.д.;

е) прогрессирующая пластическая деформация при циклическом нагружении, приводящая к недопустимым изменениям формы конструкции и потере работоспособности.

4.3 В качестве критерия прочности, позволяющего использовать прочностные характеристики, полученные при одноосном растяжении, для анализа прочности элементов конструкции, находящихся в двух- или трехосном напряженно-деформированном состоянии, в ГОСТ 34233.1 - ГОСТ 34233.11 используется критерий прочности по теории максимальных касательных напряжений, за исключением сосудов из титана и титановых сплавов, для которых используется критерий прочности Мизеса - Хилла. В настоящем стандарте учет этого критерия для трансверсально-изотропных материалов осуществляют корректировкой коэффициентов запаса прочности. Применение этих критериев обязательно в любых расчетах, использующих коэффициенты запаса и допускаемые напряжения по ГОСТ 34233.1.

4.4 Нормы и методы расчета на прочность, приведенные в ГОСТ 34233.1 - ГОСТ 34233.11, учитывают основные виды нагружения и основные, наиболее часто встречающиеся предельные состояния, которые могут привести к выходу конструкции из строя и/или потере работоспособности. При этом при соблюдении требований к материалам, конструкции, изготовлению и контролю, приведенных в ГОСТ 34347 и в соответствующих нормативных документах для сосудов и аппаратов из цветных металлов, исключается возможность хрупкого разрушения [см. перечисление г) 4.2.1].

В ГОСТ 34233.1 - ГОСТ 34233.11 рассматриваются предельные состояния [см. перечисления а), б), в) 4.2.1, перечисления а), г), д) 4.2.2, перечисления а), б) 4.2.3] при действии основных нагрузок и факторов, приведенных в 4.1. Как правило, проведения расчетов в соответствии с ГОСТ 34233.1 - ГОСТ 34233.11 достаточно для подтверждения прочности и плотности сосуда или аппарата. В отдельных случаях необходимо учитывать особенности нагружения и предельные состояния, методики учета которых не приведены в ГОСТ 34233.1 - ГОСТ 34233.11, и выполнять для подтверждения прочности и работоспособности сосудов и аппаратов специальные дополнительные расчеты и/или испытания, выходящие за рамки ГОСТ 34233.1 - ГОСТ 34233.11.

4.5 Для подтверждения прочности, плотности, устойчивости и работоспособности конструкции могут быть использованы:

- расчет по формулам, приведенным в ГОСТ 34233.1 - ГОСТ 34233.11;

- численное моделирование напряженно-деформированного состояния и предельных состояний конструкции;

- подтверждение прочности, плотности и работоспособности конструкции с помощью экспериментальных исследований и испытаний.

Эти методы могут использоваться как по отдельности, так и совместно для получения наиболее надежных результатов.

4.5.1 Расчеты на прочность элементов сосудов и аппаратов в ГОСТ 34233.2, элементов теплообменных аппаратов с плавающей головкой, U-образными трубами и камер секций аппаратов воздушного охлаждения в ГОСТ 34233.7 выполняются по методу предельных нагрузок.

В основу методов расчета узлов врезки штуцеров, приведенных в ГОСТ 34233.3, положены результаты экспериментальных исследований, приближенные расчеты по методу предельных нагрузок и условный упругий расчет напряжений с оценкой по категориям приведенных напряжений.

Условный упругий расчет напряжений используется также для расчета фланцевых соединений - по ГОСТ 34233.4, оценки малоцикловой усталости - по ГОСТ 34233.6, расчета элементов кожухотрубчатых теплообменных аппаратов с неподвижными трубными решетками и компенсатором на кожухе - по ГОСТ 34233.7, расчета элементов аппаратов с рубашками - по ГОСТ 34233.8.

Для расчета элементов сосудов и аппаратов в узлах опирания в ГОСТ 34233.5 в основном используется смешанный метод, при котором напряженно-деформированное состояние рассматриваемых узлов определяется с помощью условного упругого расчета, а оценка проводится по предельному состоянию пластической балки-полоски.

4.5.2 Основным условием применения расчета по методу предельных нагрузок является достаточная пластичность материалов.

Условно материал считается пластичным, если ударная вязкость на образцах KCV более 27 Дж/см

, удлинение образца при разрыве превышает 14%, а отношение предела текучести к временному сопротивлению не более 0,8. Если материал не обладает достаточной пластичностью, то допускаемое напряжение определяют на основании специальных исследований или применяют другие методы расчета.

4.5.3 Предельная нагрузка определяется на основе анализа, использующего теорему о нижней границе несущей способности и расчетную схему, предполагающую, что материал является жесткопластическим, зависимость деформация - перемещение относится к теории малых перемещений и при решении уравнений равновесия не учитываются перемещения элементов конструкции под нагрузкой.

4.5.4 Для обеспечения единого подхода и удобства расчета коэффициенты запаса прочности по отношению к предельным нагрузкам отнесены к прочностным характеристикам используемого материала и учитываются при назначении допускаемых напряжений.

4.5.5 При расчете на устойчивость допускаемые нагрузки определяют по нижним критическим напряжениям.

4.5.6 Численное моделирование конструкции проводят, когда конструктивные особенности или особенности нагружения не позволяют рассчитать ее с помощью расчетных формул ГОСТ 34233.2 - ГОСТ 34233.11, когда те или иные параметры конструкции выходят за пределы применения расчетных формул ГОСТ 34233.2 - ГОСТ 34233.11 или в ГОСТ 34233.2 - ГОСТ 34233.11 содержатся прямые указания на возможность выполнения альтернативного расчета численными методами, при этом следует руководствоваться дополнительными требованиями, содержащимися в ГОСТ 34233.2 - ГОСТ 34233.11.

4.5.7 Численное моделирование конструкции может осуществляться с использованием следующих моделей поведения материала: условно упругого и упругопластического.

4.5.7.1 Условный упругий расчет проводят с оценкой по категориям напряжений.

Критерии оценки результатов условного упругого расчета приведены в 8.10.

4.5.7.2 Упругопластический расчет проводят с учетом физической и в случае необходимости геометрической нелинейности. Этот метод позволяет получить более точную оценку прочности, устойчивости и работоспособности конструкции, но существенно сложнее условного упругого расчета.

4.5.8 Допускается также при анализе конструкций, отсутствующих в ГОСТ 34233.2 - ГОСТ 34233.11 или выходящих за пределы применения расчетных формул ГОСТ 34233.2 - ГОСТ 34233.11, использовать методы и подходы, аналогичные используемым в соответствующих стандартах и перечисленные в 4.5.1.

 5 Расчетная температура и температурные напряжения

5.1 Расчетную температуру используют для определения прочностных характеристик материала и допускаемых напряжений, а также при расчете на прочность с учетом температурных воздействий.

5.2 Расчетную температуру стенки определяют на основе теплотехнических расчетов или результатов испытаний, а также на основании опыта эксплуатации аналогичных сосудов.

За расчетную температуру стенки сосуда или аппарата принимают наибольшую температуру стенки элемента с учетом температурных условий, ожидаемых в процессе эксплуатации. При рабочей температуре среды ниже 20°С за расчетную температуру при определении допускаемых напряжений принимают температуру 20°С. Минимальные температуры стенки элементов сосудов и аппаратов, находящихся под давлением, используют при выборе материалов для того, чтобы избежать возникновения условий, при которых возможно хрупкое разрушение.

5.3 Если невозможно провести тепловые расчеты или измерения и если во время эксплуатации температура стенки повышается до температуры среды, соприкасающейся со стенкой, то за расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды, но не ниже 20°С.

При обогреве открытым пламенем, отработанными газами или электронагревателями расчетную температуру принимают равной температуре среды, увеличенной на 20°С при закрытом обогреве и на 50°С - при прямом обогреве, если нет более точных данных.

5.4 Если сосуд или аппарат эксплуатируется при нескольких различных режимах нагружения или разные элементы аппарата работают в разных условиях, для каждого режима допускается определять свою расчетную температуру.

5.5 Расчет с учетом температурных напряжений следует выполнять в случаях, указанных в ГОСТ 34233.2 - ГОСТ 34233.4, ГОСТ 34233.6 - ГОСТ 34233.11, и при выполнении расчетов в соответствии с 8.10.