壓寶計劃 : 壓力容器保障計劃

  壓寶計劃（壓力容器保障計劃）/ Ya-Bao Prject 簡介：壓力容器在定義上通常是指一個專門設計能承受一定壓力載荷，以盛裝氣體或液體的密閉容器，材質包括金屬及非金屬材料。各國都有一套標準去管理使用壓力容器的使用狀況，而合格的建造設計及後續判定使用的安全性各種法規有各種不同的法規。而壓寶計劃是為了設計安全的壓力容器而推動的資料蒐集及程式開發計劃。  其中將會包含圖面設計及強度計算程式的建制。在網站提供合格及安全的設計文件。  本計劃由「 各申機械設計工作室 」(Each Application Mechanical Design Studio) 推動。  計劃相關資訊 各申機械設計工作室 圖形設計   碟形端板容積計算   如何準備使用者設計需求/UDR   設計法規 ASME CODE 壓力容器焊道型式的位置及最大容許焊接效率  應用程式 計算碟形端板的內容積/calculate internal volume of spherically dished   壓力容器設計問答 壓寶計劃 | Ya-Baao Project 網上資訊  壓寶計劃 | Ya-Baao Project 首頁 計劃背景與定位      

     一般注意事項：       （a）錐形部分縱向應力所需所需的厚度如下：t = pd / [4 cos（α）]（s + 0.4 p）]。       （b）參見 UW-11（A）（4）用於噴嘴的 B 類和 C 對接焊縫，並將腔室相當於或小於 NPS 10 和厚度 1 1/8 英寸（30 mm）或更少。       （c）不允許為 UW-2（C）設計的焊接接頭類別 2 型接頭。       （d）允許類別 2 型接頭類別用於 UW-2（b）設計的焊接接頭，用於奧氏體不銹鋼 304 型。   壓力容器焊道型式的位置及最大容許焊接效率      

壓力容器設計是一個完整的機械設計工程的實踐。它包含了製圖、材料科學、力學設計及系統設計。在金屬加工業如板金的下料、成形、焊接及熱處理等等，壓力容器的設計、材料採購及生產製造，一直到最後的品管等等都離不開機械設計。可以說壓力容器是機械設計行業中最容易完成的設計工程。在現今追求快速結案的時代，市面上常有人拿著圖面過來詢問能不能提供強度計算，其中包括了十年前我們設計的圖面。當然，提供壓力容器強度計算文件是工作室的服務，但是重點是使用者要的是什麼？ 在業主找工作室執行設計案時，他們會問 你們工作室會做壓力容器/桶槽的設計嗎？ 可以為我們的設備提供強度計算嗎？ 你們有使用 PV Elite 這個軟體嗎？ 解決方案 我們提供設備的估價用圖面、其設備的強度計算及後續用於取得合格證的設設計文件。其具體方案是？ 對於國際認證的 ASME 壓力容器設備，我們提供已採購的 PV Elite 的進行計算，足以用於 ASME "U" 設備設計及建造的成本分析。並同步處理設計圖面、設備重量報告和後續設計文件。 對於超出建造法規的設計要求，我們可以提供有限元素分析法的分析報告，以協助補足設備強度分析文件的內容。 我們提供特殊結構的支撐腳座、攪拌機座及工作平台分析。 我們可以提供合於法規的地震及防風計算，提高安全數值並減少材料成本。  殼板上開大孔-FEM   特殊設計 協助選擇安全閥、法蘭墊片及設計本體法蘭。我們提供依業主使用需求及合於建造法規的法蘭設計計算，如德制法蘭、日制法蘭或是其他的特殊法蘭。 我們協助設計熱交換器，已提供了中油使用的熱交換器設計及冷凍空調的換熱器。 協助製造廠取得 ASME "U" 認證設計文件。 壓力容器設計案作業流程  

 展示桶槽/ Pressure Vesel: OD 609mm 設計 使用文武邊設計，這一組壓力容器為空氣乾燥器的設備。其雙桶設計為控制乾燥器可以單一操作並在其一更換內部乾燥劑時，另一部份可以連續作業，而不造成廠內系統因維修保養時停機。本體設計檢查以符合 ASME 法規規範。

風險在哪？ 壓力容器是屬於危險性設備，桶槽儲存著內容物為了避免它與外界大氣接觸，所以要維持密閉。以物理的熱漲冷縮的原理，所以槽內在沒有內容物交換時仍然會因為桶壁的熱交換造成內部壓力的變化。桶槽放在建築物受風吹雨打，要考量防銹處理是否達到客戶要求，也考驗地震來時支撐座是否可以持續支持。吊裝時考驗吊車工班的能力，也要視作業時的外在因素，如風速、吊升距離及安裝的地台狀態。吊耳要依吊裝的角度去考量其尺寸及位置。管嘴的規格也要注意，要避免發生如美國慣用標準尺寸的凸緣無法與歐洲使用的公制尺寸的凸緣無法對接的狀況。在細部要注意焊道品質，諸如焊接材料、焊冠高度和非破壞檢查的項目等等。再來要注意壓力容器使用的狀況，例如使用者把移動式容器當成固定式容器使用？容器在製程使用上是否要保溫或保冷，壓力洩壓作用在製程的哪一段？總之一切的考量都要以桶槽的安全使用為重點。 信任感 以上是從業以來遇到的壓力容器/桶槽要設計要注意的風險評估。以往製造廠只需要拿著客戶提供的圖面採購施工就可以驗收，很單純也很直接。然而以工程公司內部的基末要求，由於工程公司是統包無法接受風險承擔，所以一切採購的部件都必需達要合約中敘述的標準。所以製造廠進而要取得設備的認證，如 CNS 9788 或是 ASME Sec.VIII Div.1 等法規認證。工程公司的採購合約是否能與其提供的圖紙中的標準不一定一致，所以常會發生「為什麼以前可以，現在不行？」這些對話。我們在作這一類壓力容器設計時，常要注意太多的變數。如果沒有紙本註記，常會發生討論的內容與實際執行的狀況不同。傳統產業沒有這類的習慣，總以為口中答應的決策就是確認了，沒有考慮雙方認知的差距。整個製造工程跨越四五個月，加上後續的驗收程序，會發生其最初採購的製品規格與最後驗收的規格不同。其中產生的成本差異由誰哪方吸收常會造成爭議。如何取得雙方的共識在工程開始前應該進行細節的評估。 認證過程中，專業要維持住。因為公司外部人員僅能提供對於法規的意見，但是公司內部的實際狀況只有自己知道。要靠外人管理自己的公司，如果沒有細部的規範會造成污煙瘴氣。 專業分工 壓力容器設計分工，以往製圖人員要負擔機械設計製圖及加工製圖。機械設計製圖包含計算書及計算用的圖面，其說明零件設計參數及相關說明。而加工製圖屬於製造下料時所需的尺寸圖面。現在的設計文件要求越來越專業，要符合客戶的採購合約內容，會增...

  最小厚度要求 依 ASME 壓力容器設計法規 ，一般壓力容器的承壓件允許的最小厚度，不管任何型式和材料在成型之後，不包括腐蝕裕度的情形下不小於 1 / 16 in (1.5 mm)。除了以下例外： 板式熱交換器的熱傳遞板不適用最小厚度要求。 雙管熱交換器的內管，封閉不受外殼、套管或管道造成機械損壞影響的管道，且等級為 NPS 6 (DN 15) 或更低等級的管子或換熱管。 在這裡要求熱交換管及管子必須是全封閉的，應考慮用於避免由熱交換管/管子洩漏在保護腔內積聚壓力。熱交換器除了上述的熱交換管或管不受最小厚度要求，其他承壓件則須滿足 1 / 16 in (1.5 mm) 最小厚度要求。 非燃蒸汽鍋爐的殼體和端板最小厚度應為 1 / 4 in (6 mm)。 設備的用途為壓縮空氣、水或蒸氣，殼板和端板由表 UCS-23 中列出的材料製成其最小厚度要求為 3 / 32 in (2.5 mm) 。 此最小厚度不適用於風冷和冷卻塔熱交換器中的管子，如果符合以下所有規定： (-a) 管子不得用於致命的 UW-2(a) 服務申請； (-b) 管子應有翅片或其他保護機械手段； (-c) 管外徑最小 3 / 8 in（10 mm）和最大 1-1 / 2 in（38 mm）； (-d) 使用的最小厚度不得小於比通過 UG-27 中給出的公式計算的值或1-1 並且在任何情況下都不小於 0.022 in（0.5 mm）。 以上參考 ASME 設計法規，實際數據依壓力容器使用者設計需求 (UDR) 及其指定的設備設計法規要求。 參考: 如何準備使用者設計需求/UDR 各申機械設計工作室  

設計文件難產 壓力容器設計有什麼困難的？不過就是幾張圖幾份紙本？工程公司的經理如是說...但，事實並非如此。 隔行如隔山，就如教授應力分析的老師也可能無法流暢的計算一個單腔體的壓力容器的板厚，因為需求向他說明各個參數代表的意義，他才能試著運算公式把需要的承壓件的厚度計算出來。訓練一位壓力容器設計人員花的時間應該在六個月至九個月之間。期間必需了解各個部件的造形及設計法規，例如什麼時候容器要設置檢查孔，何時設備必需在加工時要作熱處理，或時學習如何選擇設備使用的材料等等。基本上包含了大學機械系關於機械設計所有學科，包含材料、應用力學、製造學及製圖。壓力容器設計人員不是只把設備的厚度算出來就可以了，還必須繪製於圖面上。有些公司的作法把強度計算與製圖工作分開來，一人負責一項。其結果是二個人撕破臉，因為壓力容器設備因種種原因需要變更設計，造成雙方在設計文件無法同步修正，造成爭吵。由於壓力容器往往是定製設備，因為已經量產何必要重新設計？所以雙方對於自己製作的文件內容的對錯有一定的堅持，由誰配合誰的問題會不斷的產生。 關於壓力容器的管理 在台灣壓力容器屬於危險性設備，已經納入法規管理。包括操作人員的使用資格都在管理的範圍之內。對於設計人員的管制在於主任設計者，其要求擔任危險性設備製造廠的主任設計者，必需為大學機械系畢業，在相關設備製造廠從事設計工作五年以上；或是非機械系科別，在設備製造廠從事設計工作八年以上。曾經從事國防設備製造廠的機械工程師要申請主任設計者的資格，但是因為資格不符而被主管機關婉拒登錄。政府管理的方式，除了在各區域設置勞檢所及轄下的代檢單位，負責定檢已經取得合格證的設備及新造設備的工程檢查。而在教育訓練時不時提醒，負責危險性設備的主任設計，萬一其設備造成財產及人員傷亡時，必須接受刑事及民事的法律調查。這就是上面提到為什麼強度計算工程師與製圖員對於文件內容對錯發生爭執的原因，不想發生萬一。 降低壓力容器設計的困難度 壓力容器設計人員需要記得其設計的設備是受到法律規範之外，也要考量如何達到業主合約設計要求及製降低製造廠製造成本。其設計法規是這三個問題中的交集點。如果不依管理法承認的設計法規設計，設計人員必需證明其設備的設計是安全的；如果不依業主合約要求的設計規範設計，將受到求償的要求；如果不依設計法規設計，業造廠可能會浪費材料及工時。壓力容器設計設計需求參數很多，如何能...

其實標題的問題的問法有一些可以質疑的地方；應該是問，為什麼壓力容器設計法規上有哪些地方承壓件的焊接效率，在計算強度時其焊接效率不是 100% ？  各部位的焊接效率 以 《壓力容器焊道型式的位置及最大容許焊接效率》 中有提到 ASME Sec.VIII Div.1 Table UW-12 : Maximum Allowable Joint Efficiencies for Welded Joints 有指出除了 Type 1 之 A、B、C 和 D 的焊道做 FULL RT 其焊接效率為 100% ，其他類型的焊道其焊接效率為 90%~45%。目前就超過外徑 600 mm 的殼板來說還容易分辨；然而外徑小於 600 mm 殼板的 A、B 和 C 焊道又使用單向對接焊接就會有判斷上的問題。先下結論，如果母材不使用管材而是使用板捲的話，應該使用 UW-12 Type 3 的規範，無論是否使用 FULL RT 檢查，其焊接效率只有 60%。 什麼時候可以使用 Type 1？ 這裡常遇到的一個癥節點。以上問題如果是使用氬焊打底呢？不是可以當作 Type 1 來看嗎？這裡筆者覺得有可討論的地方。其中 Table UW-12 Type 1 有要求要符合 UW-35 ，請看 《壓力容器縱向焊道和周向焊道要求/焊冠高度限制 》 。而要符合 UW-35 的要求， 各面焊縫加強件的厚度不得超過其規定的數值。 試問在一個量規無法進入的測量的焊道，如何能證明其內側的焊道高度符合 UW-35 的要求？所以在設計壓力容器時，各個焊道的焊接效率的判斷就會是重點。 可以不做非破壞檢測嗎？ 如果非破壞檢測在 Type 3 對於焊接效率無影響時，是否就可以不用作了？這個答案是看 使用者設計需求 及計算 M.D.M.T 的要求。因為在製造廠或許會為了節省成本而不要求作非破壞檢測，然而非破壞檢測的目的不是只有控制焊接效率進而減少母材厚度這一項，另一個目的是確認焊道焊接的工藝。如果內容物洩漏會造成人命和財產的安全，非破壞檢測就會被壓力容器建造法規重點要求。 例子：在 FULL RT 下，承壓件焊道的焊接效率 若有其他焊接效率相關規定的問題？請提出來大家一起研究討論。 壓力設備工程判斷 Engineering Judgment & Code Interpretation for Press...

管牙連接之螺紋數要求 管牙規格有 PT 、 NPT 及 NPS 等多種規格，除了使用外形及用途上有所區別，然而在設計上 ASME Sec. VIII, Div. 1 中有規定其完整螺紋牙的牙數，以確保其使用上強度上的需求。      參考： 美國慣用標準管公稱號與 SI 制標準管公稱號轉換對照表/ NPS to DN 這個常在 ASME 認證時被拿出來討論，所以放在網路上以供參考。若有任何建議請提出來大家研究和討論。

使用 Maxima 計算內壓殼板所需最小計算厚度。 Thickness of shell under internal pressure, Calculatons for Maxima 狀況： 在設備設計殼板為全滲透焊接且 NDE 使用 X 光全檢。板材使用 SA-516M Gr.485，設計壓力 1.0 MPa，設計溫度 40 度 C ，內徑為 1000.0 mm ，腐蝕裕度 3.0 mm。試計算所需最小計算板厚。設備內容物為氮氣；故最小厚度為 1.5 mm。 使用 maxima 套件「ezunits」，作為單位轉換計算。   執行結果： Maxima runing ================ (%i1) load("ezunits")$ (%i2) ttcs(P, R, S, E):= block([], (P*R)/(S*E-0.6*P))$ (%i3) Pcs(S, E, tt, R):= block([], (S*E*tt)/(R+0.6*tt))$ (%i4) ttls(P, R, S, E):= block([], (P*R)/(2*S*E+0.4*P))$ (%i5) Pls(S, E, tt, R):= block([], (2*S*E*tt)/(R-0.4*tt))$ (%i6) ttss(P, R, S, E):= block([], (P*R)/(2*S*E-0.2*P))$ (%i7) Pss(S, E, tt, R):= block([], (2*S*E*tt)/(R+0.2*tt))$ (%i8) tt["min-UG16"]:1.5`mm $ (%i9) tt["corrosion"] : 3.0`mm $ (%i10) E:1.0$ (%i11) P:1.0`MPa$ (%i12) D:1000.0`mm$ (%i13) R: D/2 + tt["corrosion"]$ (%i14) S:138.0`MPa$ (%i15) tcal(ttcs,ttls,tmin,tcor):=block([cs:qty(ttcs``mm), ls:qty(ttls``mm), min:qty(tmin``mm)],   max(cs, ls, min)`mm+t...