压力容器制造的特征、常见问题及对策VIP

技术研究 中国石油和化工标准与质量 第8 期 压力容器制造的特征、常见问题及对策 王健 七冶建设有限责任公司 贵州贵阳5 5 0 0 0 0 【摘要】压力容器在工业、农业以及国防等领域应用广泛。而且制造实践中对压力容器的安全性要求较高。因此在制造过程中除了要 满足各项标准和规范外，还应该相应的管理措施来控制整个制造过程以达到安全性的要求。本文从分析压力容器制造的典型特征入手， 针对其制造过程容易出现的问题，提出了具有一定指导意义的应对措施。 【关键词】压力容器制造特征问题对策 1 压力容器的制造特征 1 1 压力容器的结构多样、种类繁杂 压力容器的使用范围遍布工业、农业和 国防的各个领域，其使用领域或行业的不同 决定了压力容器的功用、类别的多变性，即 使在同一领域使用的压力容器也因工作环境 和功能需求的差异，使得压力容器的设计制 造必须与现场实际情况为依据来实施，这就 必然导致了其结构、参数、品种的多样性。 比如以换热压力容器为例，虽然都是用来完 成热量交换的压力容器，但因其内部介质i 功用的不同分为管壳式余热锅炉、热交换器、 冷却器、冷凝器、蒸发器等等。 1 2 安全性要求高 压力容器的使用环境一般都比较恶劣， 大多数都处在高温度、高压力、强腐蚀的环 境中，容器内盛装的介质基本都是易腐蚀、 易燃、易爆等物质，所以在压力容器的设计 和制造中首先要保证其使用安全，同时各项 参数都必须严格遵照强制性的技术规范和标 准。 1 3 压力容器的设计具有很强的专业性 压力容器在什么行业使用就应该具有满 足该行业特殊条件和需求的特征，因此压力 容器的设计人员除具备一般机械设计的相关 知识外，还应该在压力容器使用的行业知识 方面具备一定的专业能力，比如为化工行业 设计的压力容器就要具备化工设备的整体要 求，并且要掌握该行业的相关安全规范和标 准，以确保所设计压力容器的安全性。 2 压力容器制造过程中的问题 2 1 材料代用问题 压力容器的材料代用问题主要有两个方 面，一是以优代劣，即指在压力容器的材料 选择中简单的用级别较高、性能较好的材料 来代替级别较低、性能较差的材料，但要明 确的一点是一股状态下一种材料的性能优良 并不代表所有情况下都能表现出优良的性 能，所以，在压力容器材料选用上简单的以 优代劣对压力容器的安全性能是无益的：二 是以厚代薄。以厚代薄是在压力容器的选材 上简单的用同钢号而规格较厚的材料代替较 薄的材料，这种现象实际操作中更为常见， 一群一 且危害性更大，因为以厚代薄后在壳体受力 的情况下其所受的平面应力状态会转变成平 面应变状态，对容器的受力状况有百害而无 一利。 2 2 压力容器制造过程中的变形问题 压力容器制造过程中的变形形成原因大 致有三个方面，一是下料尺寸误差引起的变 形，即在制造过程中某一构件的下料不准导 致该部件不合设计标准要求，使用后会影响 压力容器的整体性能：二是模具形状尺寸不 合标准或操作不合规范，也会引起压力容器 的变形；三是压力容器组装过程中，存在过 大的不直度误差或者错口，而导致压力容器 不同程度的变形。压力容器产生变形会使其 严密性和可靠性降低，投入运行后会影响到 其安全性。 2 3 压力容器的焊接缺陷问题 焊接作业是压力容器的制造过程中必须 经历而且至关重要的一个工艺环节，压力容 器焊接质量的优劣直接影响其使用功能的实 现及安全性的要求，但是进行压力容器焊接 旌工的技术人员都知道，任何压力容器的焊 接作业不可能完美无缺，不存在缺陷是相对 的，存在缺陷是绝对的，而焊接缺陷的表现 形式又有多样化和差异性的特点，本文在此 简要的叙述集中重要的影响焊接质量的缺 陷。 2 3 1 表面几何缺陷 压力容器焊接作业中最容易出现的宏观 化的几何缺陷主要有两种，一是错边和角变 形。即两个工件在厚度方向上产生一定的错 位或角变形，错边和角变形会形成几何应力 集中，甚至会危及到压力容器的使用安全： 二是焊缝咬边。是指沿着焊趾在母材部形成 沟槽或凹陷，主要成因是由于电流过大、运 条太快、电弧拉的太长，咬边会使母材接头 的工作面积减小，从而在缺陷处形成应力集 中给容器造成安全隐患。 2 3 2 焊缝内的缺陷 压力容器焊接作业时在焊缝内部容易产 生的缺陷主要有四种，一是夹渣。即焊后的 熔渣残留在焊缝中的情况；二是气孔，是指 焊接过程中熔池里的气体未在金属凝固前及 时逸出，而残留在焊缝中形成的空穴，气孔 是造成冷裂纹的重要因素。三是未焊透及未 熔合，未焊透是指焊接时接头根部未完全熔 透而留下的部分，未熔合是一种常见的缺陷。 四是焊接裂纹，焊接裂纹是一种非常严重的 焊接缺陷，压力容器使用过程中的大多数破 坏都是源于裂纹。 不管是那种焊接缺陷的产生，都会一定 程度上影响压力容器的整体性能及质量，在 实施作业时应尽量避免，但现实情况是不可 能完全避免所有的缺陷发生，这也是制约压 力容器制造质量目标实现的一个很重要的因 素和问题。 3 应对措施 3 1 材料选择措施 在压力容器材料的选用上必须遵照国家 及行业相关标准，如果现场操作时由于各种 原因确需材料代用时，应该出具书面报告提 出申请。由图纸设计师和现场技术人员重新 计算和调整后，做出书面同意后才能实施。 对于以厚代薄问题也必须像材料代用一样事 先获得设计人员的同意并出具设计变更证明 材料，并且对变更部分做好变更记录。而设 计人员接到以厚代薄的变更申请书时，应该 对以厚代薄对压力容器可能造成的影响做综 合考虑和对相应结构作必要的调整，从而最 大限度的削弱因以厚代薄产生的不利影响。 3 2 防范变形措施 对压力容器加工过程中的变形问题应该 从三个方面入手进行防范，是要提高下料 人员的技术水平，同时还要建立严格的下料 尺寸核对机制；二是在容器成型时，应该严 格按照工艺技术标准操作，严格控制检查样 板的形状，在模具的设计和制作上应该在考 虑加工件的理论形状尺寸的同时充分考虑压 力容器加工成型中和成型后的变化情况。对 于冷成型模具要充分考患成型件的回弹性， 熟成型模具要考虑成型件冷却后的收缩性。 三是在压力容器壳体组装时，要对其用定位 卡具进行定位，直径大、厚度薄的壳体。筒 节应该增加支撑，以限制壳体对接边的错口； 卧式壳体组装应在托辊上进行。且用经纬仪 来测量其不直度 ( 下转第6 6 页) 固定T l ，T 2 ，分析P m 继对表皮系数的 影响。 结合南海东部6 0 余口动态负压射孔参 数具体设计及储层物性，及通过压力恢复数 据试井分析表皮系数，得到不同参数对表皮 系数的影响。 O 吨5 l 鉴一l 瓣 一1 5 - 2 I I M I ( h J 图3 最大动态负压对表皮系数的影响 从图3 中可以看出随着P m a ) 【的增加， 表皮系数变小，射孔通道清洗效果更好，随 着P m 旺的继续增加，曲线斜率越来越小， 也就是P 眦x 达到一定值后，表皮基本不再 变化，并且动态负压达到峰值的时间T l 对 表皮的影响也较大。 从图4 中可以看出随着T l 的增加，表 皮增大，射孔效果变差；随着T l 的继续增 加，表皮系数变化越来越小。明显可以看出， 在3 0 m s 以内，T l 对表皮系数的影响最为突 出，T l 越小，表皮系数就越小，射孔效果越 好。并且从图中可以得出负压维持时间砣 对表皮的影响可以忽略。所以在现场射孔参 数设计时，只需考虑P m 麒T l ，使动态负 压峰值尽量大，在较短时间内达到负压峰值。 4 结论 4 1 无论初始情况下。井筒为负压还是正压。 该技术皆可实现较大动态负压，便于施工， 应用性强。 4 2 相对常规静态负压射孔动态负压射孔过 程中射孔孔道清洗更为彻底。可以产生更小 的表皮系数。 4 3 通过简化动态负压射孔压力变化曲线并 l 】许彬，熊友明等，负压射孔参数优化设计f J l 重庆科技学院学报，2 0 l O 。1 2 ( 3 ) ：6 7 6 9 f 2 】D e n n i sB & x t e r 。h r r yB e h r 腿柚。L i a n 儿 H g ，e t 1 动态负压射技术进展与应用 【J 】油田新技术，2 0 0 9 ，2 1 ( 3 ) ：4 1 6 【3 】刘方玉，刘桥等，动态负压射孔技术研究【J 】 测井技术。2 0 1 0 ，3 4 ( 2 ) ：1 9 3 1 9 5 【4 1B e h r m a n nI ， 。L i 儿，e t - 1 B o r e h o l eD 7 n a m i c g D I l r i n gu n d e r b & l a n c e dP e r f o r a t i n g I J l S 盹 3 8 1 3 9 1 9 9 7 【5 1B o l c h o v 母r ，瓿l t o nl C P e r f o f a t i 髓啦g e R e 帅v B IB yU n d e r b a l a n c cS u r g eF l 吖【J 】 S 耶9 8 2 2 0 。2 0 0 6 【6 】 I t & l oP i z h n t e ，S t e “ G r i n h 皿，e t 1 O v 。r h I B n c 酣P e f f O r a t i n gY i e l d oN e g - t i “ S k i n 8i nL 丑y e f e dR e s e r i r 【J 】S 盹1 0 4 0 9 9 2 0 0 6 ( 上接第6 4 页) 3 ，3 焊接缺陷应对措施 造成压力容器焊接缺陷的因素有很多， 所以压力容器的焊接缺陷的处理和防范要从 实际情况出发，理论与实践相结合，认真分 析和总结压力容器事故形成的机理，在焊接 环节要采取必要处理方法与措旌予以减少与 避免。 3 3 1 镄边和角变形的处理 在压力容器尤其是大型压力容器的焊接 作业中错边和角变形是很难避免，一旦出 现，要彻底消除也很困难，比较合理的应对 措施是在焊接作业过程中就要严格执行压力 容器制造标准，把此类缺陷控制在允许条件 以内。 3 3 2 气孔和夹渣的处理 气孔和夹渣缺陷属于隐性缺陷，如在检 查中无扩展迹象，投入使用后没有太大变化 就可以不予消除预防气孔产生的措施有： 选择合理的焊接电流及焊速：确保坡口边缘 清洁；严格按照规定保管和焙烘焊接材料、 杜绝变质焊接材料的使用；埋弧焊时，应当 选择合适的焊接工艺参数，尤其是薄板自动 一彩一 焊。焊速要尽量慢些。防止夹渣产生的措施 有：选择合适的坡口尺寸、认真清理坡口边 缘、选择合适的电流和焊速，多层焊时。还 要仔细观察坡口两侧的熔化情况，每焊一层 都要仔细清理焊渣。 3 3 3 未焊透和未熔合的处理 未焊透通常发生与手工焊和自动焊的交 汇处，未熔合通常发生与焊缝的金属与坡口 的交界面上，防范措施是选取合理的坡口尺 寸、合适的焊接电流及焊速、坡口要清理干 净、运条摆动要适当。 3 3 4 裂纹的处理 裂纹是对压力容器危害性较大的缺陷之 一。由于成因复杂，形态多样且极易扩展， 因此必须高度重视，防范措施主要有：第一 选用杂质少的精炼钢做母材、选用低氢焊材 并严格执行焊材焙烘程序；第二，采用在厚 度方向上有最小收缩应力的焊接接头形式； 第三，严格按照焊接工艺进行施焊；第四 对于氢致裂纹焊后缓冷一预热及后热是很 重要的，延长焊缝冷却时间可以有效减低裂 纹产生 4 结束语 压力容器制造过程中有诸多问题需要我 们注意，笔者在这里只是列举了比较重要的 几点，比如还有设计、检测、安装、验收等 环节，压力容器作为一种高安全性要求的装 置任何个环节都不容大意。因此，在压 力容器制造时不仅要明确其质量目标，还应 该采取必要的质量管理措旃，优化设计、规 范操作、严控质量、注重检验验收，只有把 这些工作做到位了，才能确保压力容爨各个 方面的性