压力容器的设计步骤

储气罐储气罐 压力容器的设计步骤压力容器的设计步骤 1 确定压力容器设备的各项参数 压力 介质 温度确定压力容器设备的各项参数 压力 介质 温度 最高工作压力为最高工作压力为 1 5MPa 工作温度为常温 工作温度为常温 20 工作介质为压缩空气 容积 工作介质为压缩空气 容积 为为 2m3 确定压力容器的类型确定压力容器的类型 容器类别的划分在国家质量技术监督局所颁发的容器类别的划分在国家质量技术监督局所颁发的 压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程 以下简称容规 第一章中有详细的规定 主要是根据工作压力的大小 介质 以下简称容规 第一章中有详细的规定 主要是根据工作压力的大小 介质 的危害性和容器破坏时的危害性来划分 的危害性和容器破坏时的危害性来划分 储气罐为低压 储气罐为低压 成型成型 焊接焊接 无损检测无损检测 组对 焊接组对 焊接 无无 损检测损检测 热处理热处理 耐压实验耐压实验 一 选材及下料一 选材及下料 一 压力容器的选材原理 一 压力容器的选材原理 1 具有足够的强度 塑性 韧性和稳定性 具有足够的强度 塑性 韧性和稳定性 2 具有良好的冷热加工性和焊接性能 具有良好的冷热加工性和焊接性能 3 在有腐蚀性介质的设备必须有良好的耐蚀性和抗氢性 在有腐蚀性介质的设备必须有良好的耐蚀性和抗氢性 4 在高温状态使用的设备要有良好的热稳定性 在高温状态使用的设备要有良好的热稳定性 5 在低温状态下使用的设备要考虑有良好的韧性 在低温状态下使用的设备要考虑有良好的韧性 二 压力容器材料的种类 二 压力容器材料的种类 1 碳钢 低合金钢 碳钢 低合金钢 2 不锈钢 不锈钢 3 特殊材料 特殊材料 复合材料 复合材料 16MnR 316L 刚镍合金刚镍合金 超级双向不锈钢超级双向不锈钢 哈氏合金 哈氏合金 NiMo 78 20 合金 合金 三 常用材料 三 常用材料 常用复合材料 常用复合材料 16MnR 0Gr18Ni9 A 按形状分 钢板 棒料 管状 铸件 锻件 按形状分 钢板 棒料 管状 铸件 锻件 B 按成分分 按成分分 碳素钢 碳素钢 20 号钢号钢 20R Q235 低合金钢 低合金钢 16MnR 16MnDR 09MnNiDR 15CrMoR 16Mn 锻件 锻件 20MnMo 锻件锻件 高合金钢 高合金钢 0Cr13 0Cr18Ni9 0Cr18Ni10Ti 尿素级材料 尿素级材料 X2CrNiMo18 143mol 尿素合成塔中使用 有较高耐腐蚀性 尿素合成塔中使用 有较高耐腐蚀性 二 下料工具与下料要求二 下料工具与下料要求 一 下料工具及试用范围 一 下料工具及试用范围 1 气割 碳钢 气割 碳钢 2 等离子切割 合金钢 不锈钢 等离子切割 合金钢 不锈钢 3 剪扳机 剪扳机 8 L 2500 切边为直边切边为直边 4 锯管机 接管 锯管机 接管 5 滚板机 三辊 滚板机 三辊 二 椭圆度要求 二 椭圆度要求 三 错边量要求 见下表 三 错边量要求 见下表 四 直线度要求 四 直线度要求 三 焊接三 焊接 一 焊前准备与焊接环境 一 焊前准备与焊接环境 1 焊条 焊剂及其他焊接材料的贮存库应保持干燥 相对湿度不得大 焊条 焊剂及其他焊接材料的贮存库应保持干燥 相对湿度不得大 于于 60 2 当施焊环境出现下列任一情况 且无有效防护措施时 禁止施焊 当施焊环境出现下列任一情况 且无有效防护措施时 禁止施焊 A 手工焊时风速大于 手工焊时风速大于 10m s B 气体保护焊时风速大于 气体保护焊时风速大于 2m s C 相对湿度大于 相对湿度大于 90 D 雨 雪环境 雨 雪环境 二 焊接工艺 二 焊接工艺 1 容器施焊前的焊接工艺评定 按 容器施焊前的焊接工艺评定 按 JB4708 进行进行 2 A B 类焊接焊缝的余高不得超过类焊接焊缝的余高不得超过 GB150 的有关规定的有关规定 3 焊缝表面不得有裂纹 气孔 弧坑和飞溅物 焊缝表面不得有裂纹 气孔 弧坑和飞溅物 三 焊缝返修 三 焊缝返修 1 焊逢的同一部位的返修次数不宜超过两次 如超过两次 返修前均 焊逢的同一部位的返修次数不宜超过两次 如超过两次 返修前均 应经制造单位技术总负责人批准 返修次数 部位和返修情况应记入容器的质应经制造单位技术总负责人批准 返修次数 部位和返修情况应记入容器的质 量证明书 量证明书 2 要求焊后热处理的容器 一般应在热处理前进行返修 如在热处理后 要求焊后热处理的容器 一般应在热处理前进行返修 如在热处理后 返修时 补焊后应做必要的热处理返修时 补焊后应做必要的热处理 四 无损探伤四 无损探伤 一 理论 一 理论 1 定义 借用于现今的手段和一起在不损坏和破坏材料机器及其结构的情况下 定义 借用于现今的手段和一起在不损坏和破坏材料机器及其结构的情况下 对它们的化学性质 机械性能以及内部结构进行检测 对它们的化学性质 机械性能以及内部结构进行检测 2 目的 目的 确保工件和设备的质量 保证设备的正常运行 确保工件和设备的质量 保证设备的正常运行 射线 射线 RT 超声波超声波 UT 焊缝 锻件 焊缝 锻件 磁粉磁粉 MT 检查铁磁性表面 检查铁磁性表面 渗透渗透 PT 表面开口缺陷 表面开口缺陷 改善制造工艺改善制造工艺 降低成本降低成本 提高设备的可靠性提高设备的可靠性 3 应用特点 应用特点 无损检测要与破坏性试验相结合 无损检测要与破坏性试验相结合 正确的选用最适当的无损检测 正确的选用最适当的无损检测 正确使用无损检测的时机正确使用无损检测的时机 综合应用各种无损检测方法综合应用各种无损检测方法 4 应用范围 应用范围 组合件的内部结构或内部组成的检查 不破坏对象 利用射线检查内部情况 组合件的内部结构或内部组成的检查 不破坏对象 利用射线检查内部情况 材料 铸 锻件和焊缝间检查 材料 铸 锻件和焊缝间检查 材料和机械的质量检测 材料和机械的质量检测 表面测厚表面测厚 5 焊缝缺陷 焊缝缺陷 裂纹 有冶金因素和应力因素或者是由组织因素和致脆因素 裂纹 有冶金因素和应力因素或者是由组织因素和致脆因素 氢等的综合作用所引起的局部断裂 氢等的综合作用所引起的局部断裂 气孔 焊接过程中溶入液体金属的气体在金属凝固结晶时来不及气孔 焊接过程中溶入液体金属的气体在金属凝固结晶时来不及 逸出而留在焊缝内形成的空纹 逸出而留在焊缝内形成的空纹 夹渣 焊接过程中 溶池内冶金反应所生成的非金属夹杂物 由夹渣 焊接过程中 溶池内冶金反应所生成的非金属夹杂物 由 于各种原因来不及浮出表面而留在焊缝内 于各种原因来不及浮出表面而留在焊缝内 未焊透 是焊缝金属与母材或焊缝金属之间未被热源熔化而留下未焊透 是焊缝金属与母材或焊缝金属之间未被热源熔化而留下 来的局部空隙 来的局部空隙 夹钨夹钨 二 射线照相探伤法 二 射线照相探伤法 1 X 射线射线 2 射线射线 Ir192 74 天天 100mm Co60 5 3 年年 200mm 射线性质 射线性质 都是电磁波都是电磁波 具有两重性 波动性 粒子性具有两重性 波动性 粒子性 射线特性 射线特性 不可见不可见 直线传播 有衍射 绕射能穿透物质 使物质电离 能使胶片直线传播 有衍射 绕射能穿透物质 使物质电离 能使胶片 感光 也能使增感材料产生荧光 伤害有生命的细胞 感光 也能使增感材料产生荧光 伤害有生命的细胞 防护学 防护学 时间时间 距离距离 躲避躲避 三 超声波探伤法 三 超声波探伤法 利用超声波在组件中的传播 经反射接收后根回波判断是否有缺陷的方法 利用超声波在组件中的传播 经反射接收后根回波判断是否有缺陷的方法 四 四 MT 磁粉探伤 磁粉探伤 操作简单 直观 操作简单 直观 铁磁性材料 表面和内表面 首先铁磁性材料 表面和内表面 首先 MT 检测缺陷位置和表面长度而不能确定深度 检测缺陷位置和表面长度而不能确定深度 特点 检查静表面缺陷特点 检查静表面缺陷 五 五 PT 渗透渗透 涂上渗透液涂上渗透液 进入毛细管进入毛细管 清洗清洗 回渗回渗 检测 开口缺陷 表面光洁度检测 开口缺陷 表面光洁度 五 压力容器的热处理 五 压力容器的热处理 一 一 正火正火 目的 细化晶粒 提高母材及常化处理焊缝的综合机械性能 消除冷作硬化 目的 细化晶粒 提高母材及常化处理焊缝的综合机械性能 消除冷作硬化 便于切削加工 便于切削加工 方法 把要正火的零件放入加热炉中加热到一定温度按每毫米方法 把要正火的零件放入加热炉中加热到一定温度按每毫米 1 5 分 分 2 5 分保温出炉空冷 风冷或雾冷 分保温出炉空冷 风冷或雾冷 应用 应用 16MnR 高温保温时间过长 使奥氏体晶粒大 正火 高温保温时间过长 使奥氏体晶粒大 正火 35 锻件 正锻件 正 火 封头 筒体 正火 火 封头 筒体 正火 二 二 调质处理 调质处理 目的 提高零件的综合机械性能 目的 提高零件的综合机械性能 方法 淬火方法 淬火 高温回火 高温回火 500 以上 以上 得到索氏体 得到索氏体 应用 封头 筒体 法兰 管板等 应用 封头 筒体 法兰 管板等 20MnMo 20MnMoNb 13MnNiMoNb 900 950 2 分 分 3 5 分分 mm 水冷水冷 空冷 空冷 螺栓螺母 螺栓螺母 35CrMoA 25Cr2MoVA 35CrMoVA 30Mn 40Mn 35CrMoA 硬度硬度 HB 187 229 用亚温淬火 用亚温淬火 三 固溶处理 针对奥氏体不锈钢 即在室温条件下保留奥氏体 三 固溶处理 针对奥氏体不锈钢 即在室温条件下保留奥氏体 目的 将零件加热使碳化物溶到奥氏体中 再以足够快的冷却速度将碳化物目的 将零件加热使碳化物溶到奥氏体中 再以足够快的冷却速度将碳化物 固定在奥氏体中 具有最低的强度 最高塑性 最好的耐蚀性 固定在奥氏体中 具有最低的强度 最高塑性 最好的耐蚀性 应用 封头应用 封头 方法 加热到方法 加热到 1000 1150 以 以 2 分到分到 4 分分 保温后快冷 然后水冷 再保温后快冷 然后水冷 再 进行空冷 进行空冷 四 焊后热处理 消除应力 退火 四 焊后热处理 消除应力 退火 PWHT 一般热处理 一般热处理 SR ISR 目的 目的 A 改善焊接接头及热影响区的组织和性能 改善焊接接头及热影响区的组织和性能 B 消除焊接和冷作硬化的应力 消除焊接和冷作硬化的应力 C 防止产生焊接裂纹 防止产生焊接裂纹 方法 方法 A 优先采用炉内整体消除应力方法 另一法 把容器视为加热炉 在优先采用炉内整体消除应力方法 另一法 把容器视为加热炉 在 设备内部加热外壳保温 设备内部加热外壳保温 99 版压力容器规则 高压容器 中压反应器 储存容器 石油液化版压力容器规则 高压容器 中压反应器 储存容器 石油液化 器储罐 不能用内部加热法 器储罐 不能用内部加热法 B 分段热处理 一端在炉内 采取适当保温措施以防有害的温度梯度分段热处理 一端在炉内 采取适当保温措施以防有害的温度梯度 重复加热的长度 重复加热的长度 1 5m 3 6m 加氢反应器 长加氢反应器 长 26m C 对环缝进行局部消除应力处理对环缝进行局部消除应力处理 加热宽度 焊缝中心线每侧加热宽度 焊缝中心线每侧 2 倍板厚 倍板厚 焊后热处理工艺 焊后热处理工艺 A 炉温炉温 400 以下装炉以下装炉 B 升温速率升温速率 5000 T 有效厚度 有效厚度 h 且且 200 h C 保温时间保温时间 T 50mm 25mm h T 50mm 保温时间保温时间 150 T 100 h D 降温速率 降温速率 400 以上 以上 6500 T h 且且 260 h 压力容器焊后热处理的注意事项压力容器焊后热处理的注意事项 1 容器整体消应力处理须在整体制造完经检验合格后 水压试验之前进行 容器整体消应力处理须在整体制造完经检验合格后 水压试验之前进行 2 严禁火焰直射工作产生过热或过烧 严禁火焰直射工作产生过热或过烧 3 产品试板 含母材试板 挂片试样等应与容器同炉 产品试板 含母材试板 挂片试样等应与容器同炉 PWHT 六 压力试验和气密性试验六 压力试验和气密性试验 一 压力试验 一 压力试验 压力试验按试验介质不同分为液压试验及气压试验 压力试验按试验介质不同分为液压试验及气压试验 1 液压试验 液压试验 液压实验一般采用水 需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体 试验时液压实验一般采用水 需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体 试验时 液体的温度应低于其闪点或沸点 奥氏体不锈钢制压力容器用水进行液压试验液体的温度应低于其闪点或沸点 奥氏体不锈钢制压力容器用水进行液压试验 后应将水渍清楚干净 当无法达到这一要求时 应控制水的氯离子含量不超过后应将水渍清楚干净 当无法达到这一要求时 应控制水的氯离子含量不超过 25mg L 液压试验方法 液压试验方法 a 试验时容器顶部应设排气口 充液时应将容器内的空气排尽 试验过程中 试验时容器顶部应设排气口 充液时应将容器内的空气排尽 试验过程中 应保持容器观察表面的干燥 应保持容器观察表面的干燥 试验时压力应缓慢上升 达到规定试验压力后 保压时间一般不少于试验时压力应缓慢上升 达到规定试验压力后 保压时间一般不少于 30min 然后将压力降至规定试验压力的 然后将压力降至规定试验压力的 80 并保持足够长时间对所有焊接 并保持足够长时间对所有焊接 接头和连接部位进行检查 如有渗漏 修补后重新试验 接头和连接部位进行检查 如有渗漏 修补后重新试验 对于夹套容器 先进行内筒液压试验 合格后再焊夹套 然后进行夹套内对于夹套容器 先进行内筒液压试验 合格后再焊夹套 然后进行夹套内 的液压试验 的液压试验 液压试验完毕后 应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干 液压试验完毕后 应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干 2 气压试验 气压试验 气压试验应有安全措施 该安全措施需经试验单位技术总负责人批准 并气压试验应有安全措施 该安全措施需经试验单位技术总负责人批准 并 经本单位安全部门监督检查 试验所用气体为干燥 洁净的空气 氮气或其他经本单位安全部门监督检查 试验所用气体为干燥 洁净的空气 氮气或其他 惰性气体 惰性气体 气压