48個壓力容器常見技術(shù)知識問答,看看你會多少個?
壓力容器的選材應考慮材料的力學性能、化學性能、物理性能和工藝性能。
壓力容器受壓元件用鋼,應當是氧氣轉(zhuǎn)爐或者電爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼。
對標準抗拉強度下限值大于或者的等于540MPa的低合金鋼鋼板和奧氏體—鐵素體不銹鋼鋼板,以及用于設計溫度低于-20℃的低溫鋼板和低溫鋼鍛件,還應當采用爐外精練工藝。
鑄鐵不得用于盛裝毒性程度為極度、高度或者中毒危害介質(zhì),以及設計壓力大于或者等于0.15MPa的易爆介質(zhì)壓力容器的受壓元件,也不得用于管殼式余熱鍋爐的受壓元件。
壓力容器的名稱、類別,設計、制造所依據(jù)的主要法規(guī)、標準;
工作條件,包括工作壓力、工作溫度、介質(zhì)毒性和爆炸危害程度等;
設計條件,包括設計溫度、設計載荷(包括壓力在內(nèi)的所有應當考慮的載荷)、介質(zhì)(組分)、腐蝕裕量、焊接接頭系數(shù)、自然條件等,對儲存液化氣體的儲罐應當注明裝量系數(shù),對有應力腐蝕傾向的儲存容器應當注明腐蝕介質(zhì)的限定含量;
主要受壓元件材料牌號與標準;
主要特性參數(shù)(如壓力容器的容積、換熱器換熱面積與程數(shù)等);
壓力容器設計使用年限(疲勞容器表面循環(huán)次數(shù));
特殊制造要求;
熱處理要求;
無損檢測要求;
耐壓試驗和泄露試驗要求;
預防腐蝕的要求;
安全附件的規(guī)格和訂購特殊要求(工藝系數(shù)已考慮的除外);
壓力容器銘牌的位置;
包裝、運輸、現(xiàn)場組焊和安裝要求。
檢查孔的開設應合理、恰當,便于觀察或清理內(nèi)部;
手孔應開設在封頭上或封頭附近的筒體上。
符合下列條件之一的:
筒體內(nèi)徑小于等于300mm的壓力容器;
壓力容器上設有可以拆卸的封頭、蓋板等或其他能夠開關的蓋子,其封頭、蓋板或蓋子的尺寸不小于所規(guī)定檢查孔的尺寸;
無腐蝕或輕微腐蝕,無需做內(nèi)部檢查和清理的壓力容器;
制冷裝置用壓力容器。
壓力容器用液面計應符合有關標準的規(guī)定,并應符合下列要求:
應根據(jù)壓力容器的戒指、最高工作壓力和溫度正確選用。
在安裝使用前,低、中壓容器用液面計,應進行1.5倍液面計公稱壓力的液壓試驗;高壓容器的液面計應進行1.25倍液面計公稱壓力的試驗。
盛裝0℃以下介質(zhì)的壓力容器,應選用防霜液面計。
寒冷地區(qū)室外使用的液面計,應選用夾套型或保溫型結(jié)構(gòu)的液面計。
用于易燃、毒性程度為極度、高度危害介質(zhì)的液化氣體壓力容器上,應有防止泄露的保護裝置。
要求液面計指示平穩(wěn)的,不應采用浮子(標)式液面計。
移動式壓力容器不得使用玻璃板式液面計。
壓力容器筒體板材焊接坡口形式主要有單面V形坡口,雙面V形坡口,單面U形坡口、雙面U形坡口、X形坡口等五種。
容器焊接缺陷主要有氣孔、夾渣、裂紋、咬邊、未熔合、錯邊咬邊、變形等七種。
容器板材焊前要預熱是由于容器選用材料的特性決定的,是為了減少焊接產(chǎn)生裂紋、殘余應力等焊接缺陷。
壓力容器是嚴格按照國家法律法規(guī)進行設計、制造、使用的設備,一般情況下不允許改變用途,一旦改變用途將操作溫度、壓力、介質(zhì)等于發(fā)生改變后可能會造成事故。經(jīng)過申報,地方質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局核準后,方可改造它用。
對容器直徑不超800的圓筒與封頭的最后一道環(huán)向封閉焊縫,當用不帶墊板的單面焊對接接頭,且無法進行射線或超聲檢測時,允許不進行檢測,但需采用氣體保護焊打底。
液壓試驗、氣壓試驗。氣液組合試驗。
試驗液體一般采用水,需要時也可采用不會導致發(fā)生危險的其它液體;試驗時液體的溫度應低于其閃點或沸點.
奧氏體不銹鋼制容器用水進行液壓試驗后應將水漬去除干凈,當無法達到這一要求時,應控制水的氯離子含量不超過25mg/L。
碳素鋼Q345R等鋼制容器液壓試驗時,液體溫度不得低于5℃,其他低合金鋼不得低于15℃,如果由于板厚等因素造成材料無延性轉(zhuǎn)變溫度升高。則需相應提高試驗液體溫度。
無滲漏;無可見的變形;試驗過程中無異常的響聲
容積體積過大,無法承受水的重量;結(jié)構(gòu)復雜,水壓試驗不足以充分檢驗各個部位的試壓要求;由于設計結(jié)構(gòu)的原因,用水不適合的(如不允許容器內(nèi)殘留試驗液體);其他難以克服的困難,諸如大型容器供水困難者。
氣壓試驗過程中,壓力容器無異常響聲,經(jīng)過肥皂液或者其他檢漏液檢查無漏氣,無可見的變形即為合格;
對于氣液組合壓力試驗,應保持容器外壁干燥,經(jīng)檢查無液體泄漏后,再以肥皂液或其他檢漏液檢查無漏氣,無異常聲響,無可見變形。
考查容器的整體強度、剛度和穩(wěn)定性;檢查焊接接頭的致密性;驗證密封結(jié)構(gòu)的密封性能;消除或降低焊接殘余應力、局部不連續(xù)區(qū)的峰值應力;對微裂紋產(chǎn)生閉合效應,鈍化微裂紋尖端。
氣密性試驗以及氨檢漏試驗、鹵素檢漏試驗和氨檢漏試驗等。
介質(zhì)毒性程度為極度、高度危害或者不允許有微量泄露的容器,應在耐壓試驗合格后進行泄露試驗。
介質(zhì)毒性程度為極度、高度危害或者不允許有微量泄露的容器,應在耐壓試驗合格后進行泄露試驗。
氣密性試驗應在液壓試驗合格后進行。對設計圖樣要求氣壓試驗的壓力容器,是否需要再做氣密性試驗,應在設計圖樣上規(guī)定。
碳素鋼和低合金鋼制壓力容器,其試驗用氣體的溫度不低于5℃。
壓力容器進行氣密性試驗時,安全附件應安裝齊全。
氣密性試驗所用氣體應為干燥、潔凈的空氣,氮氣或其他惰性氣體。
氣密性試驗壓力應在圖樣上注明。
試驗壓力應緩慢上升,達到規(guī)定試驗壓力后保壓30分鐘。對所有焊縫和連接部位進行泄露檢查,小型容器亦可浸入水中檢查。如有泄漏。修補后重新進行液壓試驗和氣密性試驗。經(jīng)檢查無泄漏即為合格。
凸形封頭(橢圓形封頭、蝶形封頭、球冠型封頭和半球形封頭)、錐形封頭、平蓋。
從受力情況看,依次為:半球形、橢圓形、碟形、錐形,平蓋最差;
從制造上,平蓋最容易制造,其次為錐形、碟形、橢圓形、半球形;
錐形封頭雖然受力效果不佳,但有利于流體的排料。
圓筒公式中的焊縫系數(shù)為縱焊縫(即A類焊縫)的焊縫系數(shù)。球殼公式中的焊縫系數(shù)為球殼上各焊縫的最小焊縫系數(shù),其中包括球殼與圓筒相連接的環(huán)焊縫(即A類焊縫)的焊縫系數(shù)。
外壓容器破壞主要有強度不足引起的破壞和剛度不足引起的失穩(wěn)破壞兩種;設計應包括強度計算和穩(wěn)定性校核。
因失穩(wěn)往往在強度破壞前發(fā)生,所以穩(wěn)定性計算是外壓容器設計中主要考慮的問題。
壓力容器因機械載荷或溫度載荷過高而喪失正常工作能力,稱為失效。形式包括:
強度失效:因材料屈服或斷裂引起的;
剛度失效:容器發(fā)生過大彈性變形,導致運輸安裝困難或喪失工作能力;
穩(wěn)定失效:在載荷作用下形狀突然發(fā)生改變導致喪失工作能力;
泄漏失效。
常規(guī)設計法:是以彈性失效為準則,以薄膜應力為基礎,來計算元件的厚度限定最大應力不超過一定的許用值(通常為一倍的許用應力)。
對容器中存在的較大的邊緣應力等局部應力以增強系數(shù)等形式加以體現(xiàn),并對計及局部應力后的最大贏利取與薄膜應力相同的強度許用值。
分析設計法:以塑性失效和彈性失效準則為基礎,計及容器中的各種應力,進行準確計算,并對應力加以分類,按照不同應力引起的不同破壞形式,分別予以不同的強度限制條件,以此對元件的厚度進行計算。
按照厚度t與其中曲率半徑R的比值大小,一般(t/R)MAX≤0.1稱為薄殼,反之為厚殼。對于圓柱殼體若外直徑與內(nèi)直徑的壁紙K=(Do/Di)MAX≤1.1~1.2,則稱為薄壁圓筒。
相同:均產(chǎn)生兩向薄膜應力,且各處一致。
不同:圓筒中環(huán)向薄膜應力為軸向應力的兩倍。球殼中的兩向薄膜應力相等,其值等于等徑圓筒中的軸向應力。為此在直徑和壓力相同時,球殼所需壁厚僅為圓筒一半。
局部性——邊緣應力中以經(jīng)向彎曲應力為主,但其作用范圍不大,在經(jīng)向方向上,離開邊緣迅速下降。
自限性——邊緣應力是由于滿足相鄰元件的變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生,當其應力達到材料的屈服點時,由于材料產(chǎn)生塑性流動,使變形協(xié)調(diào)得到滿足。
一旦變形得到滿足,則材料的塑性流動也就自動中止。為此其應力和變形能自動得到限制。
避免封頭與圓筒的連接焊縫與邊緣應力作用區(qū)重合。
容器在壓應力作用下,形狀突然發(fā)生改變而產(chǎn)生癟塌的失效形式成為失去穩(wěn)定,其器壁受力由原先的薄膜應力狀態(tài)突變?yōu)閺澢鷳顟B(tài)容器被壓癟時的最小外壓應力稱為臨界壓力。
薄壁容器中只要存在壓縮應力,就有失穩(wěn)的可能。承受內(nèi)壓的標準橢圓形封頭,因其過渡區(qū)域存在周向薄膜壓縮應力,故也有穩(wěn)定性問題,因此會對其最小厚度加以限制。
分為周向失穩(wěn)和經(jīng)向失穩(wěn)。
周向失穩(wěn)是因容器周向壓縮薄膜應力所引起;經(jīng)向失穩(wěn)是由容器軸向壓縮薄膜應力造成。
容器周向失穩(wěn),其橫截面由圓形變成波形,經(jīng)向失穩(wěn)時,橫截面仍為圓形,其經(jīng)線由直線變?yōu)椴ㄐ尉€。
失穩(wěn)時器壁中的薄膜壓縮應力小于材料的比例極限,應力與應變符合虎克定律時,稱為彈性失穩(wěn),由于此時失穩(wěn)臨界壓力與材料屈服極限無關,僅與彈性模數(shù)及泊松比有關,且各種鋼材的彈性模數(shù)和泊松比差別不大,故以高強度鋼代替低強度剛幾乎無效。
若失穩(wěn)時器壁中的壓縮應力大于材料的比例極限,應力與應變程非常線性關系,稱為非彈性失穩(wěn),非彈性失穩(wěn)時的臨界壓力與材料屈服極限有關,此時可用高強度鋼代替低強度鋼。
橢圓封頭在內(nèi)壓作用下有“趨圓現(xiàn)象”,在外壓作用下有“趨扁現(xiàn)象”,使封頭過渡區(qū)產(chǎn)生周向拉伸薄膜應力,而不存在失穩(wěn)問題,但在其“球面部分”則存在壓縮薄膜應力,如同外壓球殼,故須以球殼進行穩(wěn)定計算。對橢圓封頭則須計算其“球面部分”的當量球殼半徑。
內(nèi)壓內(nèi)加熱:內(nèi)壁應力減小,而外壁應力增大,應力狀態(tài)有可能惡化。當△t≤1.1P,可以不考慮熱應力的影響。
內(nèi)壓外加熱:內(nèi)壁的綜合應力增大,而外壁應力減小,應力狀態(tài)惡化。必須考慮溫差應力。
消除熱應力的措施:
控制設備的加熱和冷卻速度;
控制和減小構(gòu)件的熱變形約束;
設置膨脹節(jié);
采用良好的保溫層。
等面積法是基于薄膜應力的受力面積的補償而來,而與力平衡無關。而壓力面積法是基于開孔處的力平衡(以薄膜應力計算下保持在許用應力之下)。一般來說開孔較大時用壓力面積法所需的面積較大。
確定墊片材料、形式尺寸;確定螺栓材料、規(guī)格數(shù)量;確定法蘭材料、密封面形式及結(jié)構(gòu)尺寸;進行應力校核(計算中所有尺寸均不包括腐蝕裕量)。
墊片的接觸面位于法蘭螺栓孔包圍的范圍內(nèi)稱窄面法蘭;墊片接觸面分布于螺栓中心圓內(nèi)外兩側(cè)的,稱為寬面法蘭。
松式法蘭:法蘭未能有效地與容器或接管連成一整體。計算中認為容器或接管不與法蘭共同承受法蘭力矩的作用。
整體法蘭:法蘭、法蘭頸部、及容器或接管三者能有效的連接成一整體結(jié)構(gòu),共同承擔法蘭力矩的作用。
任意式法蘭:是一些焊接法蘭,其按整體法蘭計算。
軸向應力,環(huán)向應力,徑向應力,組合應力,剪應力。
為使法蘭承受盡可能小的法蘭力矩,在墊片設計中應盡可能控制較小的墊片載荷。
為此要求,由墊片在預緊時的壓緊載荷Fa所確定的螺栓載荷Wa與由墊片在操作時的壓緊載荷Fp所確定的螺栓載荷Wp相接近。
為使法蘭承受盡可能小的法蘭力矩,在螺栓設計中盡可能控制較小的螺栓中心圓直徑,為此要求法蘭徑向結(jié)構(gòu)要求所確定的螺栓中心圓直徑與由法蘭環(huán)向結(jié)構(gòu)所確定的螺栓中心圓直徑相接近。
應使法蘭的三個應力盡可能與相應的許用應力相接近,目的使法蘭應力趨滿應力狀態(tài),則可最充分的發(fā)揮材料的強度性能。
增大法蘭錐頸尺寸,使錐頸的旋轉(zhuǎn)剛度增加,則錐頸的承載比例加大,為此錐頸與法蘭環(huán)間的邊界力和邊界力矩增大,也即錐頸端部的邊界力,力矩增大,它會引起軸向彎曲應力增大。
但由于錐頸的抗彎截面橫量與錐頸厚度成二次方關系大大增加,最終造成錐頸軸向彎曲應力下降。
邊界力,力矩的增大則使作用于法蘭內(nèi)緣上的徑向彎矩增大,從而導致法蘭環(huán)的徑向彎曲應力增加。由于法蘭內(nèi)緣上的徑向彎矩增大,使法蘭環(huán)的支持加大,則偏轉(zhuǎn)減小,故其環(huán)向應力減小。
有三種:安全閥,爆破片裝置,安全法與爆破片裝置的組合。
安全閥是一種由進口靜壓開啟的自動泄壓閥門,他依靠介質(zhì)自身的壓力排出流體,以防止內(nèi)部壓力超過安全值,當內(nèi)部壓力恢復正常后,閥門自行關閉,阻止介質(zhì)繼續(xù)排出。
爆破片是一種非重閉式泄壓裝置,由進口靜壓使爆破片受壓爆破而泄放介質(zhì),以防止內(nèi)部壓力超過預定值。壓力恢復正常后必須重新裝上新的爆破片。
凡符合下列情況者必須采用爆破片裝置:
容器內(nèi)的介質(zhì)會導致安全閥失靈者;不允許有物料泄漏的容器;容器內(nèi)的壓力增長過快,以致安全閥不能適應者;安全閥不能適應的其他情況。
對于介質(zhì)在操作過程中可能產(chǎn)生壓力劇增,反應速度達到爆轟時的壓力容器不適用這些超壓泄放裝置。
凡按規(guī)定做100%檢查的容器,其T形接頭、對接焊縫,角焊縫,均需做100%磁粉或滲透檢測,與受壓元件相焊的非受壓元件的連接焊縫亦按本條要求檢查。
低溫地應力工況系指容器或其受壓元件的設計溫度雖然低于或等于-20℃,但其環(huán)向應力小于或等于鋼材標準常溫屈服強度,且不大于50MPa的工況。
當容器或其受壓元件使用在“低溫地應力工況”下,若其設計溫度增加50℃后,高于-20℃,不必遵循低溫壓力容器的規(guī)定。
拉伸,彎曲,沖擊試驗。
有防腐要求的奧氏體不銹鋼及復合鋼板制容器的表面,應進行酸洗鈍化處理。
有防腐要求的奧氏體不銹鋼制零部件按圖樣要求進行熱處理后,需做酸洗鈍化處理。