压力容器基本知识 - 图文 下载本文

①均匀腐蚀 金属表面出现各部分的腐蚀速度大致相同的连续腐蚀; ②非均匀腐蚀 金属表面各部分具有不同速度的连续性破坏;

③局部腐蚀 局部发生腐蚀,如点蚀(呈一个个的点状)和斑点腐蚀(呈一个个的斑点状);

④应力腐蚀 由侵蚀介质和应力同时作用下所导致的腐蚀; ⑤晶间腐蚀 是金属晶粒界面的腐蚀。

标准中的材料的腐蚀速率,是对于均匀腐蚀而言,亦即钢材表面的腐蚀速率(毫米/年)各处基本相同。

腐蚀裕量C2 = 腐蚀速率 X 设计使用年限 (毫米/年 X 年 = 毫米)

在考虑腐蚀的同时,也应考虑容器可能发生的机械磨损。

此外,由于金属所处的介质情况(如介质的腐蚀性、浓度和温度)不同,腐蚀程度不同,因此,采用不同的腐蚀裕量。

GB150中规定“介质为压缩空气、水蒸气的碳素钢或低合金钢制容器,腐蚀裕量不少于1 mm”。 3.5.6 最小厚度

容器在较低内压力作用下,按厚度计算方法得到的厚度很小,虽然能满足容器的强度要求,但刚度不够。为解决刚度问题,GB150中规定了壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度:

a)对碳素钢、低合金钢制容器,不小于3 mm; b)对高合金钢制容器,不小于2 mm。

因此,碳素钢和低合金钢制的容器的最小名义厚度应不小于4 mm。 3.6 许用应力

容器使用钢材常用指标是力学性能,在D类容器中,主要指标是材料的抗拉强度σb和屈服点σs(或σ0.2)。

容器使用中达到屈服或断裂时即为破坏,在实际应用中必须控制容器的材料受力处在安全范围内,即除以系数n,n称为材料许用应力系数(即是设计安全系数)。

从钢常温抗拉强度考虑,设计安全系数取3;

按钢的设计温度下的屈服强度考虑选用的设计安全系数:对碳素钢和低合金钢取1.6;对高合金钢取1.5。

将钢材的抗拉强度σb和屈服点σs分别除以各自的设计安全系数后,取二值的小者作为材料的许用应力。

说明:考虑安全系数是基于如下因素:

①材料的性能稳定性存在偏差;②估算载荷状态及数值偏差;③计算方法的精确程度;④制造工艺及允许偏差;⑤检验手段及严格程度;⑥使用中的操作经验等六个方面。

在确定具体材料的许用应力时,还要结合材料的质量因素。

GB150所用钢板材料的许用应力按GB150标准的第4章各材料表中的规定。 螺栓材料的许用应力,是从考虑屈服的情况考虑,安全系数选高了一些,详见GB150表3-1和表3-2。

3. 7 焊接接头和焊接接头系数 3.7.1 焊接接头分类和要求

压力容器筒体与筒体,筒体与封头的连接,封头的拼接,不允许采用搭接结构。也不允许存在十字焊缝。

容器主要受压部分的焊接接头分为A、B、C、D 四类,具体规定是:

a)A类焊接接头 圆筒部分的纵向接头,半球形封头与圆筒连接的环向接头,各种凸形封头的所有拼焊接头,嵌(qian)入式接管与壳体对接的接头。

b)B类焊接接头 壳体部分的环向接头,锥形封头小端、长颈法兰等与接管连接的接头。

c)C类焊接接头 平盖、管板与圆筒非对接连接的接头,法兰与壳体、接管连接的接头,内封头与圆筒连接的搭接接头。

d)D类焊接接头 接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头。 压力容器的所有A、B类焊接接头均需按GB150标准和设计图样的规定进行无损检测(RT或UT)。

下列情况的压力容器的A类及B类焊接接头应进行100%射线或超声检测(材料厚度≤38mm时,应采用射线检测):

① 第二类压力容器中,易燃介质的反应容器或储存容器; ② 设计压力大于5.0MPa的压力容器;

③ 筒体厚度大于30mm的碳素钢和厚度大于25mm的低合金钢或奥氏体不锈耐酸钢制压力容器;

④ 盛装高度和极度危害介质的压力容器; ⑤ 耐压试验为气压试验的压力容器;

⑥ 使用后无法进行内部检验或耐压试验的压力容器;

⑦ 焊缝系数为1.0的压力容器(无缝钢管制的筒体和压力容器本体最后焊接的一条环焊缝除外,但应提供保证其焊接质量的相应焊接工艺);

图样规定进行局部无损检测A类和B类焊接接头,局部无损检测的检测长度为不少于每条焊缝长度的20%,且不小于250mm。且下列焊接接头应全部检测:①所有的T型焊接接头;

②开孔区域内(以开孔中心为圆心,1.5倍开孔直径为半径的圆内)的焊接接头;③被补强圈支座垫板等其他元件所覆盖的焊接接头; ④拼接封头和拼接管板的焊接接头;

⑤公称直径大于250mm接管的环焊缝按容器本体考虑。合格级别按容器要求。

除另有规定,不允许采用降低焊接接头系数而不进行无损检测。 设计用的焊接结构可参见GB150的附录J。焊接结构。 3.7.2 焊接接头系数

焊接接头系数ф应根据受压元件的焊接接头型式及无损检测的长度比例确定。

注:焊接接头系数有的称为焊缝系数,即是焊缝的强度与母材强度之比。 双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透的对接接头: 100%无损检测 ф = 1.00

局部无损检测 ф = 0.85

说明:相当于双面焊的全焊透的对接焊缝,是指单面焊双面成型的焊缝,按双面焊评定(含焊接试板的评定),如氩弧焊打底的焊缝或带陶瓷、铜衬垫的焊缝等。

单面焊对接接头(沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板): 100%无损检测 ф = 0.9

局部无损检测 ф = 0.8

说明:这里应注意到1)是对接接头;2)全焊透结构;3)沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板。垫板如何才算密贴,看法并不一致,一般以焊接工艺评定为准。

3.8 压力试验和试验压力

压力试验是容器制造中检查容器质量的必需工序。它主要检查容器的强度、刚度和焊接接头及可拆的密封连接处的密封质量。压力试验方法有液压试验、气压试验和气密性试验。

压力试验的种类、试验压力值和要求,应在图样中注明。 3. 8。1 液压试验

液压试验是压力容器常用耐压试验方法。试验液体一般采用水,也可采用不致发生危险的其它液体。

对奥氏体不锈钢制造的容器水压试验应控制水的氯离子含量不超过25mg/L 3.8.1.1内压容器

液压试验 PT = 1.25P [σ]/[σ]t 式中P-- 设计压力 MPa ;

PT -- 试验压力 MPa

[σ] -- 容器元件材料在试验温度下的许用应力, MPa [σ]t -- 容器元件材料在设计温度下的许用应力。MPa 此液压试验压力PT为常用的压力,也是最小试验压力。 如果名义厚度远大于计算厚度,为达到试验的目的,也可适当的提高试验压力,但确定新的试验压力值时,应进行应力校核,用试验压力值计算的换算应力σΤ应符合如下规定:

бs(б0.2)—圆筒材料在试验温度下的屈服点(或残余变形为0.2%时的屈服强度), MPa

3.8.1.2 外压和真空容器,

以内压进行液压试验: PT= 1.25 P

容器液压试验合格的条件是:①无滲漏;②无可见的变形;③试验过程中无异常的响声。

3. 8。2 气压试验

对于不适合作液压试验的容器,例如容器内不允许有微量残留液体,或由于结构原因不能充满液体的容器,可采用气压试验。

内压容器的气压试验压力PT= 1.15 P[σ]/[σ]t,设计校核结果,应满足如下要求:

外压和真空容器,以内压进行气压试验,气压试验压力为:PT = 1.15 P 气压试验应有安全措施,该安全措施应经单位技术负责人批准,单位安全部门检查监督。试验所用气体应为干燥洁净的空气、氮气或其他惰性气体,碳素钢

和低合金钢压力容器气压试验用气体的温度不得低于150C。设计采用气压试验,应注明安全要求。 3.8,3 气密性试验:

压力容器的气密性试验要求,见《容规》第101条和第102条的规定。 介质的毒性程度为极度和高度危害的压力容器,应在压力试验合格后进行气密性试验,需作气密性试验时,试验压力、试验介质和检验要求应在图样中注明。 夹套容器压力试验的试验压力和方法,应在图样中注明。 4.对材料的要求

GB150在压力容器用钢的要求方面含三部分,即: ①正文第4章:材料;

②附录A(标准的附录):材料的补充规定; ③附录H(提示的附录):材料的指导性规定。 在这些章节中,主要是对受压元件用材料的规定。 GB150对受压元件未定义。

注:根据《容规》第25条规定,压力容器的主要受压元件是:压力容器的筒体、封头(端盖)、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、开孔补强圈、设备法兰、球罐的球壳板、换热器的管板和换热管、M36以上的设备主螺栓及公称直径大于等于250mm的接管和管法兰。 4.1 选择压力容器用钢应考虑的因素

1)选材地合理性是保证压力容器设计质量的关键环节,压力容器选择受压元件用钢材时,必须选用GB150第四章的材料表中列出的钢材。而非受压元件与受压元件焊接者,也应选用焊接性能良好的钢材。

2)选择压力容器用钢应考虑的因素有:压力容器的使用条件,如设计压力、设计温度、介质特性和操作特点;可焊性良好;制造工艺的可行性(加工难度)和经济合理等。

说明:可焊性方面,应靠虑控制钢的含碳量或碳当量,含碳量大的,焊接性能下降,容易产生裂纹,且塑性下降,不利于冷热成形,压力容器焊接用钢的碳含量应为C≤0.25%。 从钢的冶炼上,应采用平炉电炉或氧气转炉冶炼的镇静钢。因为沸腾钢中含有FeO,脱氧情况

差,成材率虽高,但质量差。镇静钢是一种充分脱氧的钢,成材率较低,但钢中杂质少,气泡和疏松性少,质量高。

目前,由于平炉冶炼时间长,占地面积大,生产效率低,此法逐步被淘汰。

降低钢中的硫、磷含量:因为硫、磷均为钢中的有害杂质,硫与铁在晶界处生成低熔点硫化铁(FeS),热加工时易产生热脆,即称热脆性,焊接时,硫和氧结合产生SO2 使焊缝中产生气孔和疏松,影响焊接接头的质量;磷与铁形成磷化三铁(Fe3P),明显的降低钢的塑性韧性,尤其是低温时更差,属冷脆现象,磷过多,焊接变坏,易产生裂纹。

由于磷和硫是矿石中带来的,随着冶炼技术的进长和压力容器质量要求的提高,磷、硫含量将逐步降低,要求的磷、硫含量为:P≤0.030%;S≤0.020%.

3)GB150中对材料的修改情况是:

2002年起,取消Q235-A.F和Q235-A钢板在受压元件中的应用;

《制造许可》中规定,对用于焊接接构的压力容器用钢磷、硫含量:磷P≤0.O30%,硫S≤0.020%。,并规定钢的含碳量应不大于0.25%,且按下式计算的碳当量Ceq不大于0.45%。

Ceq = C + Si∕24 + Mn∕6 + Ni∕40 + Cr∕5 + Mo∕4 + V∕14