压力容器制造

压力容器制造,2007年11月,第一章 概述,1.1压力容器的特点 1.1.1压力容器的基本概念 容器按所承受的压力大小分为常压容器和压力容器两大类。压力容器和常压容器相比不仅在结构上有较大的差别，而且在设计原理方面也不相同，所谓压力容器和常压容器划分是人为规定的。一般泛指最高工作压力P0.1MPa，用于完成反应、换热、吸收、萃取、分离和储存等生产工艺过程，并能承受一定压力的密闭的容器称为压力容器。另外，受外压（或负压）和真空容器也属于压力容器。,1.1.2容器的分类 1、按制造方法分 根据制造方法的不同，压力容器可分为焊接容器，铆接容器、铸造容器、锻造容器等。 2、按承压力方式分可分为内压容器和外压容器。 3、按设计压力分 a)低压容器0.1MPaP1.6MPa b)中压容器1.6MPaP10MPa c)高压容器10MPaP100MPa d)超高压容器P100MPa,4、按容器的设计温度分 a)低温容器T-20 b)常温容器-20T150 c)中温容器150T400 d)高温容器T400 5、按容器的制造材料分 钢制容器、铸铁容器、有色金属容器和非金属容器等。 6、按容器外形分 圆筒形容器、球形容器，矩形容器和组合式容器等。,7、按容器在生产工艺过程中的作用原理分 反应容器（代号为R） 换热容器（代号为E） 分离容器（代号为S） 储存容器（代号为C） 8、按容器的使用方式分 固定式和移动式容器 9、根据容器的压力高低、容积大小，使用特点、材质，介质的危害程度以及它们在生产过程中的很重要性分 为便于安全技术监察和管理，“容规”将容器分为第一、二、三类。,1.1.3压力容器的基本结构及其制造特点 压力容器虽然种类繁多，形式多样，但其基本结构不外乎都是一个密闭的壳体，壳体内部大多数情况下都有内件，有的内件与壳体一样也承受一定压力，此时这些内件与壳体就都属于受压无件，在制造过程中都要按要求认真对待。常见的压力容器多为圆筒形壳体，其基本结构主要由以下几大部件组成。,1）筒体 一台容器的筒体通常由用钢板卷焊而成，这时的筒体有纵环焊缝。也有些小直径容器筒体用无缝钢管制成。对于厚壁高压容器的筒体还经常采用数个锻造筒节通过环缝焊接连接而成，这种容器则称为锻焊结构的压力容器。 2）封头 按几何形状不同，有椭圆形封头、球形封头、碟形封头、锥形封头和平盖等各种形式。封头和筒体组合在一起构成一台容器壳体的主要组成部分，也是最主要的受压元件之一。,3）接管和法兰 为使容器壳体与外部管线连接或供入进入容器内部，在一台容器上总是有一些大大小小的接管与法兰，这也是容器壳体的主要组成部分。在“容规”中规定，人孔接管、人孔法兰及人孔盖、设备法兰，为壳体开孔补强而设的补强圈及公称直径DN250mm的接管和法兰都是容器的主要受压元件。,4）密封元件 密封元件是两法兰之间保证容器内部介质不发生泄漏的关键元件。对于不同的工作条件要求有不财的密封结构形式和不同材质及形式的密封垫片。 5）容器内件 在容器壳体内部的所有构件称为内件。有的内件如换热器中的换热管也是一种受压元件，在“容规”中还列为主要受压元件。 6）容器支座 压力容器是通过支座支承设备自重加上介质的重量，还要承受风载地震载荷给容器造成的弯曲力矩载荷，它是容器的主要受力元件之一。,1.2压力容器制造的基本要求 1.2.1严格贯彻压力容器制造许可证制度。 1.2.2严格执行和遵守各项法规和标准。 1.2.3要具有一定的制造能力、实力和基本条件。 1.2.4要具有完善的压力容器质量保证体系。 1.2.5以上仅是对压力容器制造所提出的最基本最起码的要求。,第二章 压力容器制造的主要工序及方法,2.1备料 2.1.1放样、画线 放样、画线是压力容器制造过程的第一道工序，直接决定零件成型后的尺寸和几何形状精度，对以后的组对和焊接工序都有很大的影响。 放样、画线包括展开、放样、画线、打标记等环节。,筒节的展开计算比较简单，即以筒节的平均直径为基准（式2-1） L=D-L=（Di+S)-L (式2-1） L筒节展开长，mm D筒节平均直径，mm Di筒节内径，mm S板厚，mm L钢板伸长量，mm,筒节的放样、划线工作一般靠人工进行，而压力容器的制造大多为单件小批生产，因些划线的劳动量大，速度慢。容器的划线又是十分重要的工作，一旦产生错误，将导致整个筒节报废。 近年来，在划线工序的改进方面，已出现数控自动划线及电子 照相划线。 2.1.2下料 1）剪切下料 2）冲落下料 3）火焰切割 4）等离子切割,火焰切割通常称为气割，它是利用可燃气体与氧气混合燃烧产生的火焰流（通常称为预热火焰），将被切割的金属材料加热到其燃烧温度，然后喷射高速氧流（称为切割氧），使割缝处被 加热到燃点的金属发生剧烈灼灼，并吹除掉燃烧后产生的氧化物，从而把金属分割开来。 等离子切割原理 众所周知，常温下的气体是不导电的，它是由中性的分子和原子所组成。如果设法提高气体分子和原子的能量，使原子外层电子具有足够能量，从原子中分离出来。这样，原来是中性的原子就变成了带负电的电子和带正电的离子，这个过程称为气体的电离。充分电离了的气体就是等离子气体，它是一种特殊的物质状态，现在物理学上把它列于固体、液体、气体之后，作为物质第四态。由于等离子体全部由正离子和电子组成，因而具有极高的导电能力，可以承受很大的电流密度，从而具有极高的温度，并有极好的导热性。,等离子弧具有下特点： 1）能量高度集中。由于等离子具有很高的导电性，可以通过极大的电流，具有极高的温度，故等离子的弧的能量是高度集中的。 2）极大的温度梯度。由于等离子弧的横截面积很小，从温度最高的弧柱中心到温度较低的弧柱边缘，其温度的变化是很大的。 3）具有很强的冲刷力。高能量的等离子弧由喷嘴的细孔中喷出，可达到极高的速度，因耐 使之具有很强的机械冲刷力。 4）等离子弧具有很大的调节范围。对等离子弧的喷射速度、冲击力、能量密度等均可进行调节，以得到“钢性弧”和柔性弧“，适应不同工作的要求。 由于等离子弧具有上述特点，用来进行切割工作有具有其特殊优点，可用以切割各种火焰切割所不能切割的材料，如不锈钢、铝及其合金、铜及其合金能及其它特殊合金和各种非金属材料。而且切口狭窄，切缝边缘质量好，等离子弧切割已在我国获得比较广泛的应用。,2.2成形 成形的方法很多，主要讲述卷制成形 2.2.2卷制成形 卷制成形是单层卷焊式压力容器筒节制造的主要工艺手段。卷制成型是将钢板放在卷板机上进行滚卷成筒节，其优点为：成形连续，操作简便、快速、均匀。 筒节的弯卷过程是钢板的弯曲塑性变形过程。在卷板过程中，钢板产生的塑性变形沿钢板厚度方向是变化的。其处圆周伸长、内圆周缩短，中间层保持不变。,众所周知，变形率的大小直接影响到材料所产生的冷加工硬化现象。钢板越厚或卷成筒节直径越小，则钢板的变形率越大，其冷加工硬化现象也愈严重，在钢板内产生的内应力也就愈大。这样，就会严重地影响筒节的制造质量，甚至会产生裂纹，导致筒节的报废。 为了保证筒节的制造质量，根据长期生产实践中积累的经验，一般冷太弯卷时，最缝外圆周伸长率应限制在下列范围内：,对于碳素钢、16MnR外圆周伸长率3%； 对于高强度低合金钢，外圆周伸长率2.5% 板料经过多次不变形量的冷弯卷后，其各次伸长量的总和也不得超过上述允许佱，否则应进行消除冷卷变形影响的热处理，或采用热卷成型工艺。 筒节卷制工作通常是在卷板机上进行的。常用的卷板机可分为三辊卷板机和四辊卷板机两类。,用三辊卷板机卷制钢板 如图所示。三辊卷板机的上辊是 从动的，它可以上下辊之间来回 移动，产生塑性变形， 使整块钢板卷成圆筒形。 但在钢板的两端各有一段 无法弯卷的部分，通常称 为平直段。平直段的长度 卷板机结构有关，对于常 用的对称三辊卷板机，平 直段约为其下辊中心距的 一半，（即图中a的一半）。 因些，为了获得完整的圆 筒形，在弯卷前，必须先将 钢板的两端钢板的两端预制 成所需弯曲半径的弧形，此 项工作称为预弯。,预弯工作可用各 种压力机进行，也 可利用预弯模在三 辊卷板机上进行， 如图所示，在两下 辊的上面搁置一块 由厚钢板制成的预 弯模，将钢板的端 部放入预弯模中， 依靠上辊把它压弯 成形。 改变预弯模在下辊中位置以及钢板的伸入长度，便可获得不同的预弯半径，用这种方法进行预弯，也只能弯板厚1214mm的钢板，否则只能在油压机上借助于预弯模进行板头的预弯，因而这类对称式三辊还很难适应卷制成形工艺的发展需要。,近年来，在工业上开始应用一些可以直接进行预弯工作的三辊和四辊卷板机，以便于卷制工作的进行。 这种卷板机的上辊 是主动的，电动机通过 减速箱带动上辊转动。 下辊可上下移动，用于 夹紧钢板，两侧可沿斜 向升降，用于对钢板施 加变形力，把钢板端头 压紧在上下辊之间，然 后利用侧辊的移动，使 钢板端部产生了弯曲变形， 达到所要求的曲率。两头 可分别预卷而不需调头。,2.3机械加工与坡口制备 2.3.1焊接坡口加工 压力容器承压壳体上的所有A、B类焊缝均为全焊透焊缝。都要进行无损检测。为保证焊缝质量，坡口的制备显得十分重要。坡口形式由焊接工艺确定，而坡口尺寸精度、表面粗糙度及清洁度取决于加工方法。筒体纵缝通常可采取刨边、铣边，车削加工、火焰切割等工艺手段来制备。壳壁开孔可采用气割、车削、镗、钻等方法。,2.3.1.1刨边机加工坡口 压力容器壳体焊缝坡口在下列情况下可选择刨边。 1）允许冷卷成形的纵环缝、封头坯料拼接。 2）不锈钢、有色金属及复合板的纵环缝 3）坡口形式不允许用气割方法制备或坡口尺寸较确的，如U形坡口；窄间隙坡口。 4）其他不适宜采用热切割方法制备的坡口，如低合金高强度材料等。 采用刨边（可铣边）加工坡口的方式，在我国压力容器行业十分普遍。刨边机加工坡口与金属切削加工一样。刨边机长度一般为315m，加工厚度60120mm.,2.3.1.2立式车床加工坡口 对于大型厚壁、合金钢容器，大多采用热卷，温卷成形，其环缝坡口则可在立式车床上加工完成，其优点是对各类坡口形式都适宜，钝边直径尺寸精度高。钝边加工直径容易控制。又能保证环缝装配组对准确。封头环缝及顶部中心开孔的坡口也可在立式车床上加工。,2.3.1.3火焰切割方法制备坡口 目前压力容器行业广泛应用的最为经济的手段是采用火焰切割方法制备坡口。切割坡口时，通常是将分离切割与坡口制备合并一步完成的。 利用电子 计算机对切割过程进行自动控制，使切割过程更便捷。目前国内的压力容器厂已广泛采用国产的或引进的数控火焰等离子切割机。数控切割机已替代了繁杂的人工划线、放样等工作，也替代了不太经济的刨边机制备坡口的工艺方式。切割过程可人工编程或计算机编程。可自动喷粉划线、自动点火、自动升降、自动穿孔、自动套料。切割全过程全部自动完成。,筒体端面的切割、封头余量切割、筒体人孔等开孔切割、管子端口要害等工序，目前均已有相应的切割设备对其进行半自动切割。割出的坡口经打磨后即可进行组装、焊接。需要求特别指出的是，作为压力容器的焊接坡口，当材料为b540MPa及Cr-Mo低合金钢，如采用火焰切割方法制备坡口时，应对坡口表面先进行打磨然后作磁粉或渗透检测。,2.4装配 2.4.1筒体装配 筒节的制造过程中，至少有一条纵缝是在卷制后组焊的，同盱纵缝的组装没有积累误差，组装质量较易控制 ，但对于壁厚为2045mm、直径为10006000mm的筒节，若弯卷过程控制不好，就会产生如下偏差,筒节的板料预弯质量不佳还会造成纵缝棱角超差。这时靠组装过程来控制是无能为力的，而只能在筒节纵缝焊后校圆工序中予以修正。,2.4.2壳体环缝的组装 环焊缝的组装比纵焊缝困难。一方面由于制造误差，每个筒节和封头的圆周长度往往不同，即直径大小有偏差；另一方面，筒节和封头往往有一定的圆度误差。此外组装时还必须控制环缝的间隙，以满足容器最终的总体尺寸要求。 可采用螺栓撑圆器、间隙调节器、筒式万能夹具等辅助工具有有关量具来矫正，对中、对齐。,2.4.3人孔、接管、支座等零部件与壳体的组装 2.4.3.1筒体划线 在筒体总装、焊接、无损检测等工序完成后，作总体尺寸检验，并找出筒体两端的四条中心线，并核查是否等分，然后检查筒体两端中心线是否扭曲。检查步骤如下： 1）将筒体放在滚轮架上，转动筒体，用吊垂线方法，使一端口的A心在最高位置。 2）在另一端的A心上吊线，与端口交点C测得C心的偏移值b，这说明由于环缝组装后心线发生扭曲。 3）调整中心线偏移，使两端中心线垂线重合，并重表核查等分的正确性。 4）按纠正后的中收线位置重表弹好粉线并做好标记。此时筒体中收线的扭拉已纠正，按图样的各管口位置划出所有接管开了位置线、切割线、检查线，同时划出支座安装位置线，做好标记。,对于长大塔器，尤其是分段发运的塔器，每个分段的四条中收轴线、开孔位置线、塔盘支撑圈的装配位置都要分别精确划出 。,人孔等大管口及壳壁上的斜插管口，还应按相贯线展开后制作开孔切割样板。 2.4.3.2按开孔切割位置线进行切割 坡口经打磨清理后，用焊缝检验尺检测所有管孔坡口尺寸的正确性，如有不符合必须进行认真修正。 2.4.3.3人孔、接管与法兰的装配 法兰有两种类型，一种为平焊法兰，此时只需控制接管与法兰的垂直度偏差不大于1%且不大于3mm即时。如为锻制对焊法兰，则应控制对接环缝间隙均匀。需要特别强调的是严禁将法兰密封面直接与地面或装配平台接触，以避免弄伤密封面。通常的做法是法兰与接管的装配、焊接都在小型变位器上进行。法兰不会被电弧击伤，灶接过程在最佳位置下完成，质量容易保证。,2.4.3.4在壳体上组装人孔与接管 1）首先要按人孔接管伸出高度及补强圈厚度在人孔接管的四条中心上点焊定位筋板，再与筒体上的开孔进行预组装，必要时用气割修正坡口处孔径，使接管顺利装入且装配环隙适当均匀。 2）组对时注意法兰对中安装。 3）接管内伸出余量可按图样要求待内角焊缝焊好后割去。也可用样板划线预先将接管内伸出余量割去。 4）人孔及大直径接管组装后在焊接前，对于薄壁容器，尤其是塔器，内部预先采取支撑加固，以防焊后下塌。 5）角焊缝由于有补强圈而使得无损检测难以实施，该角焊缝的质量主要取决于坡口的清洁度及尺寸精度。而低劣的焊缝质量又会造成泄漏，甚至安全隐患，因些，对于装配的全过程，包括划线、气割、组装、焊接、检查等环节必须认真作好记录，明确质量责任。,2.4.3.5支座的装配 压力容器的安放或安装都要通过各种支座再与基础平面接触。支座作为部件，其本身的制造质量，及其与容器壳壁的装配、焊接质量的好坏，将直接影响到压力容器运行的平稳与操作的安全性。此外，支座与容器壳壁的装配通常都处在该容器的总阶段，因而将直接影响到容器的管口方位、标高、轴线倾斜度等质量要求素。因此支座的制作与装配全过程必须予以足够重视。,根据行业标准，规定有四种类型的支座：鞍式支座、腿式支座、支承式支座及耳式支座。 各类支座有其不同的适用场合、制造与装配质量要求。安装过程及方法也各不相同，但有些要求却是共同的，即：支座底板应保持在同一平面内；底板螺栓也已距离的误差应予以严格控制，支座底平面不允许翘曲、倾斜。,鞍式支座在零部件装配焊接时可将两件成对称状点焊在一起，以减少焊接变形。拆开后检查底板的平面度及立板的气割口弧形，如有 问题应进行火焰矫 正。,2.5压力试验与致密性试验 压力容器在其部件或整体制造完成后，都要进行压力试验。大多数压力容器是在所有制造工序 工序完成后进行的。而有些容器则需要分阶段对其零部件分别试压，如夹套容器，先对内筒进行耐压试验，合格后再装焊夹套，然后进行夹套内的耐压试验。又如列管式浮头换热器，需进行管口、壳程、管程三次耐压试验。 压力试验的目的是检验容器强度和密封性能，它也是压力容器设计、材料、制造质量的综合性检验，因此十分重要。,2.5.1液压试验 （1）试压前的准备 A、容器上的接管开孔补强圈应预先以0.5MPa压缩空气进行检漏，当容器的试验压力较高时，可用氮气、氧气来提高检漏压力。 B、容器如卧置试压时，应考虑注水后不致失稳而变形。应使容器略有倾斜，以利于注水时排尽空气、试压后排尽残液。 C、试压介质通常用水，为保证水温，通常需要先将水加热。为防止低温脆性破坏，对于碳素钢、16MnR和正火的15MnVR钢制容器，水温不得低于5;其他低合金钢容器，水温不得低于15。,D、压力表直径100mm、150mm，精度1.5级至少选用两个规格、精度、量程相同且经校验合格的压力表。量程最好为试验压力的两倍左右，但不得低于1.5倍和高于4倍的试验压力。 D、奥氏体不锈钢容器试压用水的氯离子含量应控制在25ppm以下。 （2）试验压力 耐压试验的压力应符合设计图样要求。 （3）拧紧要求与拧紧顺序 A、按容器图样要求，拧紧所有紧固件。当另外配有试压盲板时，所选用的垫片材料和紧固件级别应与其他管口相当。不允许间隔拧紧螺栓。,B、为做到所有密封接口密封可靠、拧紧螺栓应按规定程序进行，尤其是设备主螺栓的拧紧更要认真对待。,（4）试验过程 法兰连接的螺栓力矩加载过程如下。 第1步：对准法兰螺栓孔并适当加以固定，使之致偏移。 第2步：在螺栓、螺母的螺纹部位琢螺母与法兰（或盲板）接触面处涂抹适用的润滑油脂。 第3步：装好所有的紧固件，并用手旋紧。 第4步：给螺栓编上拧紧顺序号。 第5步：用测力扳手按最终力矩的20%进行预紧。 第6步：按加载排序方式，对称而均匀地拧紧螺栓，直至达到所要求的最终力矩。,（5）试验过程 A、注水时排气口溢出水，表明水已注满，可将出气口及注水口封死。压力表通常应装于容器上部或便于观测的位置。 B、试验压力应缓慢上升，达到试验压力后，保压时间一般不少于30min。然后聊至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间，以便对所有焊接接头和连接部位进行检查。 C、液压试验完毕后，应排尽所有液体并用压缩空气将内部吹干。当容器内部的干燥度有特殊要求时，也可采用如鼓入热风、或整体入炉，利用加热炉余烘干。,（6）液压试验后的压力容器符合下列要求为合格 A、无渗漏 B、无可见变形 C、试验过程中无异常的响声 D、对抗拉强度b540MPa的材料，表面经MT未发现裂纹。,2.5.2气压试验 由于结构可支撑原因，不能向容器内充注液体，以及运行条件不允许残留试验液体的压力容器，可采用气压试验。 压力容器的气压试验是一项非常危险的压力试验工作，事先应制订严密的安全防护措施和操作规程，并需经企业技术总负责人批准 。整个试验过程及现场安全设施应有安全部门监督。,1）试验用气体可为干净的空气、氮气或其他惰性气体。 2）碳素钢、低合金钢容器试验时壳壁温度不应低于15。其他材料的容器壁温要求可按图样确定。 3）试验压力按图样选择。 4）气压试验时，压力应缓慢上升，至规定试验压力的10%，且不超过0.05MPa时，保压510min，然后对所有焊缝和连接部位进行初次泄漏合格后，再继续缓慢升压至规定试验压力的50%，如无异常现象，其后按每级为规定试验压力的10%的级差增至规定的试验压力。保压10min后将压力降至规定的试验压力的87%，并保持足够长的时间后再次进行泄漏检查。检查期间压力应保持不变，不得采用连续加压以维持试验压力不变的做法。不得带压紧固螺栓。经肥皂液检查无漏气、无可见的异常变形即为合格。如有泄漏，应泄压修补后按上述规定重新试验。 5）检漏可采用肥皂液或其他检漏液，只要无漏气，无响场，无变形即为合格。,2.5.3致密性试验 1）介质毒性程度为极度、高度危害或设计上不允许有微量泄漏的压力容器，必须进行气密性试验。试验时，容器的安全附件（安全装置、阀门、压力表、液面计等）应安装齐全。 2）容器需经水压试验合格后方可进行气密性试验。 3）气密性试验时，压力应缓慢上升，达到规定试验压力后保压10min,然后降至设计压力，对所有焊缝和连接部位进行泄漏检查。小型容器亦可浸入水中检查。如有泄漏，修补后重新进行液压试验和气密性试验。,2.6表面处理、油漆包装 2.6.1除锈 竣工后的压力容器，出厂前需进行表面涂装，安既有装饰性作用，但主要是防腐。涂装的第一道工序便是除锈。除锈清理的方法有手一、机械、化学除锈、火焰除锈，也可以采用喷砂、抛丸等方法除锈。 2.6.2油漆 压力容器竣工后需对其进行总体涂