薄壁大直径压力容器水压试验中应注意的问题

一 一 技术交流 石 油 和 化 工 设 备 2 01 3 年第1 6 卷 薄壁大直径压力容器水压试验中应注意的问题 杨利娜 ( 辽河石油勘探局油田建设工程一公司，辽宁盘锦 1 2 4 1 2 0 ) 摘要薄壁大直径压力容器水压试压时，由于自身容积较大，试压后放水时，容器内部容易形成逐渐增强的负压，在容 器沿径向截面产生失稳，即椭圆变形，造成容器内部沿径向截面分布的与容器内壁直接相连的零部件受到严重损坏。本文 介绍了一种预防措施，可避免容器沿径向截面产生失稳变形，使容器内的零部件免遭损坏。 关键词压力容器；薄壁大直径；水压试压；失稳变形；预防 1问题的提出 2 0 1 2 年8 月 ，我 公司承制 了辽河 油田某石化 公司5 0 l 0 4 t y 氧化沥青装置的两具氧化塔，外 形尺寸 ： 3 6 0 02 3 0 0 0 1 8 ram，总质量5 1 t ； 主体材料 为Q2 4 5 R，设计温度 1 0 0 ，许用应力 为 1 4 0 MP a 。制作完 工后 ，对该容器进 行水压试 验时发现 ：容器 内部沿径 向截面铅 垂方 向分布 的 支撑件 ，均存在 不同程度 的弯 曲甚至扭 曲变形， 且绝大部分支撑件 的变形 已严重到无法修 复的程 度；容器的内部沿径向截面水平方向分布的支 撑等 零 部件 与容器 内壁 连接 的焊 缝大 都 断开一 端 。很明显，容器沿径 向截面 已产生失稳 即椭 圆 变形 。经测量发现 ：容器沿径向截面垂直方向 直径 为 3 5 3 8 mm，沿径 向截面水平方 向直径 为 3 6 4 3 mm 。 2原 因分析 通常容器 水压试压过程 中发生 的问题 ，起直 接作用的因素主要有 ：容器 自身的重力，即容器 所用材料 的重力 、容器盛装试 压介质 的重力作用 及容器水压试压操作过程的作用力 以及容器所用 材料强度的作用力。 容器自身的重力作用，可由下式得出： F I = Ml g ( 1 ) 式中：F 1 一 容器 自身的重力，N；M1 一 容器自 身的质量，k g ；g 重力加速度 ，m s 。 当 容 器 进 行 水 压 试 压 时 ， 由 于 自身 容 积 2 4 5 5 m ，因此充装入试压介质水的质量近2 5 0 1 ， 形成的作用力，可由下式得 出：F 2 = M2 g ( 2 ) 式中：F 2 一 试压介质水的重力，N；M2 一 试压介 质水的质量 ， ；g 一 重力加速度，m s 。 在施 工现 场 试压 后放 水 时 ， 由于没 有及 时 打开容器顶部 的通气孔 ，且经过 相当一段时 间之 后 ，打开的通气孔孔径远小于容器底部放水孔 的 孔径，因此随着放水的持续进行，在容器内部形 成 了逐渐增强 的、最终达到相当程度 的真空度 ， 即容器内部产生了负压。其表达式为： F3 =PA 式中：F 3 容器 自身的重力和试压介质水的重 力及负压作用力的合力，N；P 容器 内部 的负压 ， N m2 ；A。 容器 内部负压的作用面积 ，m 。 因此，大直径薄壁压力容器受到 自身重力和 试压介质水的重力及容器 内部负压压力的同向叠 加作用，其表达式为：F h = F I + F 2 + F 3 ( 4 ) 式中：F h一 容器 自身重力和试压介质水 的重力 及负压作用力的合力，N 当这个合力形成的 内应力 ，大于容器选 定材 料和容器 内部沿径 向截面分布的、与容器 内壁直 接或 间接相连的零部件 ，在相应几何形状条件下 的许用应力时，会使容器沿径 向截面产 生一定程 度 的失稳 ，即椭 圆变形。即是 ：F h Wh =O h ，也 是： O h O r + O Z ( 5 ) 式中：Wh 容器 的组合截面模量 ，I n ； o h 容器 自身 的重力 、介质水的重 力、放水所形成的 负压压力，三者的合力在容器内部所产生的内应 力，MP a ： O r 一 容器材料 的许用应力 ，MP a ； O z 与容器内壁直接或间接相连的零部件材料的许用 应力，MP a 。 作者简介：杨利娜 ( 1 9 7 9 一)，女，天津蓟县人，西安石油大学 毕业，本科学历，工程师。在辽河石油勘探局油田建设工程一公 司从事压力容器焊接管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第1 期 杨利娜薄壁大直径压力容器水压试验中应注意的问题 一 2 9一 加之容器直径较大 ，壁厚较薄 ，采用 的材料 Q2 4 5 R的许用应力较小，仅为 1 4 0 MP a ，客观上使 得容器的截面稳定性较差。 综合 以上 因素 ，容器沿径 向截面产生 失稳 ， 即发生椭圆变形，是容器内部沿径向截面分布的 与容器内壁直接或间接相连的零部件，受到严重 损坏的根本原因所在。 3解决方案 为确保在试压过程中，不致发生容器沿径向 截面产生 失稳 即椭 圆变形 ，使其中的 内部件严重 弯 曲和扭 曲变形现象 ，采取 了如下解决方案 ：在 充水试压前 ，用千斤顶作动力源 ，并辅以临时支 撑架 ( 1 0 8 6X 3 2 0 0 无缝钢管一根 )和容器 内 弧板 ( 5 0 0 1 2 0 0 1 6 两块钢板 )，将筒体沿径 向 截面撑 圆。然后 ，在容器 内部沿径 向截面 的垂直 方 向上安装五根钢管支撑 ( 沿容器轴线方 向每隔 4 m设置一组 )，如图1 所示 。 图1 氧化塔临时支撑示意图 试压完毕 ，应严格遵循放水程序 ：先打 开试 压泵上面的泄压 阀，使容器 内的压力降至为0 。其 次 ，打开容器顶部的通气 孔 ( 通气孔 的孔径与放 水 口的孔径应基本 相当 )，使外 界的空气与容器 内的试压 介质水相连通 ：最后 ，打开容器底部 的 放水 口进 行放水操 作，如果通气孔 的孔径 比放水 口的孔径 小时，一 定要控制放水 的流量 ，不能过 大过快 ，并随时监测容器外形的变化 。 4结束语 薄壁大直径压力容器进行水压试压 时，必 须 事先采 取相应 的、稳 妥的预 防措施 。以避免容 器 沿径 向截面产生失稳变形 ，造成容器 内的零部件