化工容器整理资料2016年12月10日

目录1、焊接接头系数22、不锈钢表面拉丝、磨砂、喷砂的区别23、奥氏体不锈钢在氯离子介质中使用的腐蚀危害34、压力容器设计使用寿命65、对有不可拆保温层的压力容器，对全部焊接接头进行X射线探伤的要求66、碳素钢、16MnR钢板厚度不小于3%Di，其它低合金钢厚度不小于2.5%Di的冷成形圆筒应经热处理合格。67、人、手孔法兰的选用78、造过程中发生加工尺寸变更的处理79、甲型平焊法兰、乙型平焊法兰与壳体或短节间连接焊缝的检测要求710、小直径压力容器B类焊缝无损检测比例及长度87、焊接接头系数87、焊接接头系数81、焊接接头系数由于焊缝金属可能存在着未被发现的缺陷，夹渣、未焊透、裂纹、气孔等缺陷使焊接接头金属的强度降低。同时在焊接接头的热影响区往往形成粗大晶粒而使金属母材强度或塑性也有所降低，因此形成压力容器薄弱的区域。实践证明，许多容器破坏总是在其热影响区或焊缝开始的。所以在强度计算中要引用焊接接头系数以弥补焊接接头对容器强度的削弱。 焊接接头系数=焊缝区材料强度/本体材料强度1 焊接接头系数大小与以下主要因素有关： a. 焊接接头的结构形式：焊接接头设计是保证焊缝质量的重要条件。一般双面焊的对接焊缝以及相当于双面焊（氩弧焊打底单面焊双面成型）的对接焊缝，焊接接头能焊透焊缝质量容易保证，故焊接接头系数可取大些。单面焊不易保证焊透，带垫板的单面焊焊缝根部易形成初始裂纹，故焊接接头系数应取小些。 b. 焊接接头无损检测的长度比例。经过无损检查（包括射线透视和超声波探伤等）焊接接头质量有保证，无损检查比例越高（100%），缺陷愈少，焊接接头系数可取大些。c.补充一下，带垫板的单面焊焊缝目前已经很少被采用了，氩弧焊打底的焊接工艺可以保证焊缝的质量；但是对于焊工工人整体能力不足的情形下应该保持带垫板的单面焊！速度快，效率高，但里面容易溶穿。2、不锈钢表面拉丝、磨砂、喷砂的区别关于不锈钢的表面处理: 目前有4种:磨砂(拉丝),喷砂(哑光珍珠银面),抛光(镜面),压纹. 1、其中,磨砂(拉丝盆)就是不锈钢本色,它的优点是越用越亮,2、拉丝,实际上就是用砂轮磨出来的,这种表面处理,是我自己最喜欢的；3、喷砂电化的盆,出来的效果是珍珠哑光,它的优点是不沾油,而且很漂亮,应该说它更防油,但在耐磨方面赶不上压纹和磨砂;4、抛光,是最容易划伤的盆,看起来好看,用久了,最头痛,最难看,所以,目前基本在国内没人用了;5、压纹,采用的是压纹材料做成,但它的造价比较高,它很耐磨，但相对来说它又比较难清理. 所以,我认为比较理想的表面处理方式是:喷砂(珍珠银面)和磨砂.但请大家记住:不锈钢的东西,不要用钢丝球去擦,无论是哪种表面处理,都会留下划痕的.可抛出多种效果：拉丝、亚光、麻光、镜面。1、拉丝就是指表面有一条一条清晰丝路（当然是很密的）2、镜面是指表面光滑如镜，可以像镜子一样照人3、亚光既是指表面平整但不会反光其实区别就在于表面粗糙度，都有相应的标号（例如16#镜面，600#拉丝等）3、奥氏体不锈钢在氯离子介质中使用的腐蚀危害1、奥氏体不锈钢概述奥氏体不锈钢以304,321,304L,316L为典型代表，由于合金元素的不同而分别耐多种介质条件的腐蚀，广泛应用于石油、化工、制药、电力以及民用工业等。304与321相比，后者为了改善焊接性能在材料中添加了钛元素。由于金属钛的活泼性高于碳元素，使钛对焊接热影响区的铬起到稳定的化合作用，从而避免了材料在焊接热影响区由于贫铬而导致的晶间腐蚀。304和321在大多数介质条件中的耐腐蚀能力是相当的，只是在强酸冲刷腐蚀环境中，321材料的焊缝边缘有刀状腐蚀现象。304L则是以进一步控制碳的方法来改善材料的焊接性能，但由于碳含量的降低，导致材料的强度与321相比有所下降。316L（00Cr17Ni14Mo2）奥氏体钢是超低碳且含Mo的奥氏体不锈钢，在许多介质条件中有良好的耐均匀腐蚀和坑点腐蚀性能。Ni含量的提高(14%)有利于奥氏体相的稳定。316L在抗晶间腐蚀、高温硫、高温环烷酸和坑点腐蚀的能力方面要明显优于304（0Cr18Ni9）和321（0Cr18Ni10Ti）不锈钢材料。根据大量的实验和实际使用证明，316L在Cl腐蚀环境中的耐应力腐蚀能力仅与304和321材料相当，在工程使用中由于应力腐蚀失效的概率要大于50%，当使用介质中含有10ppm以上的Cl时，其应力腐蚀的危害性就相当明显了，因为Cl会在某些部位产生聚集，如循环水当中的垢下、换热管与管板之间的缝隙、机械损伤、以及焊缝热影响区的应力集中部位等。需要指出的是，经固熔或稳定化处理的奥氏体不锈钢材料在没有加工应力和焊接应力的情况下，它们导致应力腐蚀的破坏性并不很明显。2、Cl对金属材料的腐蚀机理2.1点腐蚀任何金属材料都不同程度的存在非金属夹杂物，如硫化物、氧化物等等，这些在材料表面的非金属化合物，在Cl的腐蚀作用下将很快形成坑点腐蚀形态。而一旦形成坑点以后，由于闭塞电池的作用，坑外的Cl将向坑内迁移，而带正电荷的坑内金属离子将向坑外迁移，从而形成电化学腐蚀。由于Cl的原子半径非常小，金属当中的任何非金属夹杂物以及焊接缺陷都将成为Cl渗透的腐蚀源头。对于合金含量较低且不含钼的不锈钢材料，虽然表面具有较致密的氧化膜，但在Cl的作对于合金含量较低且不含钼的不锈钢材料，虽然表面具用下很容易发生坑点腐蚀，继而诱导应力腐蚀。在不锈钢材料中，加Mo的材料比不加Mo的材料在耐点腐蚀性能方面要好，Mo含量添加的越多，耐坑点腐蚀的性能越好。而点腐蚀是诱发应力腐蚀的起源，当钢中的Mo含量3%时，就能达到充分阻止Cl向材料基体渗透的作用。在奥氏体不锈钢中，Ni的主要作用是形成并稳定奥氏体，使钢获得完全奥氏体组织，提高材料的韧性，同时可以起到很好的抗氧化腐蚀能力。但普通奥氏体钢中的Ni在有Cl腐蚀的环境中起不到抗点腐蚀的作用。2.2缝隙腐蚀缝隙腐蚀与坑点腐蚀机理一样，是由于缝隙中存在闭塞电池的作用，导致Cl富集而出现的腐蚀现象。这类腐蚀一般发生在法兰垫片、搭接缝、螺栓螺帽的缝隙，以及换热管与管板孔的缝隙部位，缝隙腐蚀与缝隙中静止溶液的浓缩有很大关系，一旦有了缝隙腐蚀环境，其诱导应力腐蚀的几率是很高的。2.3应力腐蚀Cl对奥氏体不锈钢的应力腐蚀破坏性极大。奥氏体不锈钢应力腐蚀的重要变量是温度、介质、非金属夹杂物的形态/大小和分布以及加工应力的影响。应力腐蚀的破裂方向一般与应力的作用垂直，并呈树枝状扩展。应力来源于冷变形、焊接和金属钝击后的残余应力等，这些应力的产生使金属内部稳定的组织得到了破坏，导致晶粒在应力方向的作用下位错而形成滑移台阶，这些滑移台阶的构成给Cl带来了吸附和渗透的机会。耐氯化物应力腐蚀性能试验【1】在上述腐蚀环境中，超纯铁素体不锈钢和双相不锈钢的试验时间均超过1000小时而不发生断裂。由此可见，普通奥氏体不锈钢是不耐氯化物应力腐蚀的。3、奥氏体不锈钢在Cl环境中的腐蚀案例尽管奥氏体不锈钢在Cl环境中存在点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀特征，但点腐蚀和缝隙腐蚀都将发展成为应力腐蚀形态，最后将对设备直接构成破坏性的腐蚀失效。现列举几个奥氏体不锈钢腐蚀失效的具体事例，以供探讨。3.1由于焊接问题所引起的应力腐蚀3.1.1焊缝热影响区的应力腐蚀奥氏体不锈钢焊接部位的失效首先表现在焊缝热影响区，继而向焊缝中心和母材两侧扩展。奥氏体不锈钢的热膨胀系数是铁素体钢的1.35倍，在焊接熔池的热膨胀作用下，钢水流动性增强，冷却时在焊接熔池内受收缩作用的影响，产生较大的收缩变形和一定的拉应力，因此产生应力腐蚀的可能性加大。此外，奥氏体不锈钢的敏化温度为650，如果焊后不立即进行快速冷却处理，焊接熔合区和热影响区也会因为贫铬而导致腐蚀电位降低，使Cl容易在该部位吸附，进一步由点蚀扩展成为应力腐蚀裂纹。如某单位一效蒸发器的介质为125的柠檬酸，材料选用为316L，实际应用使用的周期仅46个月时间，腐蚀主要发生在焊缝边缘。柠檬酸本身的腐蚀并不强，但柠檬酸中由工艺水中夹带有200300ppm的Cl，根据其腐蚀实际发生在焊接熔合区和热影响区附近来判断，是氯离子直接构成了对316L不锈钢的应力腐蚀。由于316L材料在焊接过程中，会在焊接熔合线边缘产生贫铬，使材料熔合线附近的晶格产生空隙，给氯离子的聚集提供了条件，因此会造成设备在短时间内腐蚀破坏。该材料的腐蚀破坏为氯离子点腐蚀后在焊接应力的作用下进一步扩展的应力腐蚀特征。3.1.2焊接飞溅所引起的应力腐蚀设备在焊接时若不对母材进行保护，而任由飞溅物和焊瘤与母材熔为一体，这将产生很大的冷却收缩应力，并使飞溅物和焊瘤与母体相连的面积内的母材呈横向柱状晶发展。尽管焊接后可以用砂轮机将焊瘤和飞溅打磨平整，但由于该部位材料的组织已发生变化，晶粒变得粗大，方向性明显，极易造成点蚀和应力腐蚀破坏。如某单位一台316L的环己烷污水分离器，使用1年后就发生腐蚀泄漏。检修时在罐内发现了大量制造过程中经打磨焊瘤和飞溅物所留下来的痕迹。在焊瘤和飞溅物部位，大部分均可用肉眼看到腐蚀坑点，有一些尽管用肉眼看不到坑点，但实际上已经产生了微小的点腐蚀坑。经检测，该设备腐蚀介质条件中，仅有极少量乙酸和氯离子，在入口处的氯离子含量仅25ppm。应该说该腐蚀环境并不足以在如此短的时间内对316L构成应力腐蚀危害，实际上在很容易发生应力腐蚀的焊缝熔合线两侧并没发现腐蚀裂纹。下图为316L的分离罐由于焊接原因，在仅有少量氯离子环境中导致腐蚀泄漏的图片。图1为焊接时野蛮起弧后，在氯离子环境中所构成的贯穿性裂纹。图2为焊接时大量飞溅对设备所构成点腐蚀的破坏性影响。3.2由于加工硬化所引起的应力腐蚀3.2.1由于碰撞和锤击所引起的应力腐蚀不锈钢在机械碰撞和锤击之后，会产生较大的拘束应力，而呈放射状的应力形成方向即是产生树枝状应力腐蚀裂纹的根源。在大量的工程应用中，我们发现了许多类似的腐蚀形态。因此，在制作这类不锈钢时，容规第108条【2】强调了必须使用专业场地和专业设备的必要性。不仅要防止铁离子污染，而且还要防止强力组装和机械撞击。3.2.2由于冷变形所造成的应力腐蚀316L、304和321等普通奥氏体不锈钢在卤化物介质中，最容易导致应力腐蚀的主要原因在于制作方面的因素。从理论上来说，该类材质在变形量较大时存在冷变形的相变，即在胀接和弯曲时，材料中的奥氏体组织会产生马氏体相变，使变形部位的屈服强度大幅上升，在变形量达到20%以上时会成倍上升至抗拉强度指标附近，而抗拉强度的上升幅度仅为20%左右，导致屈/强比值接近。这是由于一旦冷变形较大时，部分不稳定的奥氏体会发生马氏体转变，即通常所说的冷作硬化。奥氏体不锈钢在有应力腐蚀的环境中使用，所有冷变形较大的部位均要进行固熔处理或稳定化处理，如封头和U型管的R部分等。316L与304相比，尽管在添加Mo的同时提高了Ni，使Ni由原来的9%上升到了14%，增加了钢的奥氏体稳定性能，使加工硬化现象得到较大改善，但仍存在应力腐蚀危害。3.2.3换热管由于胀接应力所引起的应力腐蚀换热管在强度胀和贴胀之后，在台阶处的附加应力很大，据文献介绍，由机械贴胀所引起的附加应力达到100MPa以上【3】，而机械强度胀的附加应力则更大。因此，该材质换热器的应力腐蚀失效主要是在管头部位焊缝边缘的热影响区和机械胀接的台阶处。国内大多数机械制造厂家生产的奥氏体不锈钢换热器的应力腐蚀失效，几乎完全出现在换热管胀接的台阶处和管头焊接的热影响区，其微观腐蚀形态均呈树枝状裂纹。胀接应力所带来的危害要远大于焊接应力所带来的危害，其应力腐蚀优先于焊接应力。在国外，为了避开焊接应力所带来的危害，一般均采取柔性强度胀接的联结方式。国外在管口钻孔的尺寸精度、管子外径的尺寸精度要比国内大多数制造厂精确得多。此外，国外的胀接方式采用的是液袋式的柔性胀接，采取先预胀、后紧胀的方法，使胀接的附加应力达到最低状态，其腐蚀失效的概率比国内机械胀接的要低得多。但在有Cl使用的部位一般也不会随便使用奥氏体不锈钢材料，材质往往上升为双相不锈钢材料，如SAF2205等，但其价格要昂贵得多。如某单位有12台不锈钢换热器，管束材质为1Cr18Ni10Ti，管程使用介质为循环水，入口温度20，管外为油气，入口温度130。换热管的连接方式为强度焊加帖胀。使用一年以后，在管头部分多次发生严重的腐蚀泄露。后经取样分析发现，腐蚀泄露完全发生在管材的胀接部位，裂纹形成于胀与未胀的台阶处，其裂纹扩展的尖端部位已部分贯穿。在该使用工况中循环水的Cl含量为35130ppm，而在水垢中的Cl含量则达到16000多ppm。4、结论综上所述，304、321、316L等奥氏体不锈钢尽管有良好的耐均匀腐蚀性能，但在有Cl等卤素离子介质存在的环境中使用是不太合适的，其应力腐蚀的危害性将给装置的正常生产带来措手不及的麻烦。4、压力容器设计使用寿命压力容器的设计使用寿命是设计文件中的重要内容，它是设备投入运行后制定检验计划、在定期检验时进行安全等级评定的重要依据，一般由设备专业设计人员根据工艺专业提供的设备工作环境考虑腐蚀裕量、疲劳、蠕变等综合因素给出。压力容器安全技术监察规程（以下简称容规）第32条明确规定“设计单位一般应在设计图样上注明压力容器设计使用寿命”。但大多的设计单位在设计图纸上却避免了这一问题，其原因是影响压力容器设计使用寿命的因素很多，与设备的运行管理也密切相关。但就本着提高设计文件质量，对用户负责，对人民的生命财产安全负责的精神，还是应克服种种困难，解决这一难题。5、对有不可拆保温层的压力容器，对全部焊接接头进行X射线探伤的要求作者简介：熊从贵（1982-），男（汉族），重庆市万州区人，从事压力容器设计制造技术工作。敷设有保温层的压力容器，而保温层又是不可拆结构，这时给设备的定期检验带来很多的不方便：不能探伤，不能测厚等。这就要求在设计制造时提出更高的要求以保证设备的安全运行，提高设备的安全性。容规第50条规定“图样上应提出对全部焊接接头进行无损检测等特殊要求”，这里的全部焊接接头当然也包括C、D类焊接接头，而实际上有的设计图纸不仅没有对C、D类焊接接头提出无损检测要求，甚至A、B类焊接接头也没有提出全部无损检测的要求。这里没有对无损检测的合格级别作出规定，本人认为可以是A、B类焊接接头X射线探伤，III级合格；C、D类焊接接头着色或渗透探伤，I级合格。容规和相关标准已规定A、B类焊接接头必须全部做无损检测的压力容器不在此列。6、碳素钢、16MnR钢板厚度不小于3%Di，其它低合金钢厚度不小于2.5%Di的冷成形圆筒应经热处理合格。对此项要求，大多设计单位在设备主体筒体的设计中，基本上都注意到这一点，但是在接管的设计中却很容易忽视。例如一设计单位对一325X12的接管提出可以使用16Mn的无缝管，也可以用16MnR钢板卷制，却没有提出对卷制的接管进行成型后的热处理要求。又如428X14的卷制人孔接管没提出热处理要求，此类例子很多。容器的筒体不需要热处理时，往往对厚度超限的卷制人、手孔接管也忽视了热处理要求。钢板冷卷后，晶粒发生破碎、歪扭，由于冷作硬化，钢材的强度和硬度上升，而塑性下降。钢板越厚，直径越小的筒体冷卷后变形率越大，冷作硬化程度越大，钢板的内应力也越大，塑性大幅度下降，甚至有产生裂纹的可能，这将严重威胁到设备的安全运行。这时通过再结晶退火可以使钢板的强度和硬度下降，塑性提高，从而使材料的力学性能得到改善。GB150-1998第10.4.2.1是根据长期的实践经验得出的结论，因此，厚度超限的钢板冷作加工后进行再结晶退火处理是完全必要的。7、人、手孔法兰的选用目前在我国的行业标准中，标准人、手孔的法兰全部采用管法兰。许多设计单位在设备设计时也都愿意选用标准人、手孔，其原因大概就一个方便。但从设计的合理性和经济性来看，选用标准人、手孔并不理想。其原因有三：其一、从法兰的受力情况来看，为了达到理想的密封效果，为了法兰承受尽可能小的力矩，在螺栓设计中应尽可能控制较小的螺栓孔中心圆直径，查阅HG2059320595和JB/T47014703可以看到，同公称压力、同公称直径的法兰，管法兰的螺栓孔中心圆直径比设备法兰的螺栓孔中心圆直径大得多；其二、由于二者如上所述的结构差异，导致管法兰的厚度要比设备法兰厚得多，加上管法兰的外圆大得多，如此整个人、手孔的制造成本比采用设备法兰设计、制造的人孔要高。其三、在有的工作环境中，选用标准法兰显得比较浪费钢材。如工作压力为2.8MPa，此时选用标准法兰得用到4.0MPa，如自行设计，可大大减少钢材厚度。在市场竞争激烈的今天，这对自行设计、自行制造的单位很有必要。8、造过程中发生加工尺寸变更的处理在压力容器制造过程中常常发生材料代用和加工尺寸变更的情况。材料代用时，往往都按照设计修改通知单的要求在竣工图上按要求修改，但对加工尺寸的变更却常常忽视。如一塔设备筒体高18m，采用的钢板公称宽度1.8m，这样刚好用10节筒体，但实际钢板宽度为1.81.82m不等，为了节省工时，多余的宽度不切割，如此一来，塔的总高就会高出约100mm，而在设备竣工图上这一更改却没有反映出来，致