淺談不銹鋼材料的壓力容器制造與設(shè)計(jì)

1、淺談不銹鋼材料的壓力容器制造與設(shè)計(jì)摘要： 因?yàn)閴毫θ萜魉幍沫h(huán)境具有多樣性,所以對(duì)制造與設(shè)計(jì)的質(zhì)量有著非常高的技術(shù)要求。作為制造壓力容器的企業(yè)，最終的追求就是要能制造出符合設(shè)計(jì)要求和國(guó)家規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。本文以變換器脫硫塔的制造為實(shí)例,論述了使用不銹鋼復(fù)合板為材料,如何控制和提高壓力容器的制造質(zhì)量。關(guān)鍵詞：復(fù)合板；不銹鋼；壓力容器；質(zhì)量控制引言 不銹鋼復(fù)合板是利用如熱軋成形、爆炸成形等一定的方式，把低合金鋼與碳素鋼或不銹鋼板結(jié)合成一個(gè)整體，通常把低合金鋼或碳素鋼稱(chēng)作基層，而把不銹鋼稱(chēng)為復(fù)層。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)時(shí)，不銹鋼復(fù)層僅僅用作耐氧化、抗腐蝕，并沒(méi)有計(jì)入到強(qiáng)度計(jì)算中，所以一般取復(fù)層的厚度為3mm。通

2、常使用爆炸不銹鋼復(fù)合鋼板來(lái)作為壓力容器的不銹鋼復(fù)合板，要求基層和復(fù)層的結(jié)合率達(dá)到BZ級(jí)板以上。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)上，不銹鋼復(fù)合板容器和一般的單一材質(zhì)的壓力容器不同，所以本文擬對(duì)不銹鋼復(fù)合板容器的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中的技術(shù)關(guān)鍵要點(diǎn)，如無(wú)損檢測(cè)及熱處理、焊接接頭設(shè)計(jì)、殼體壁厚的設(shè)計(jì)等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析，以期對(duì)建造不銹鋼復(fù)合板容器有一定的借鑒作用。 1.設(shè)備概況 變換器脫硫塔的筒體是2800(18+2),是類(lèi)容器,各由一個(gè)橢圓形的封頭構(gòu)成了兩頭。此容器的介質(zhì)是烤膠液體、變換氣,最高的操作溫度是450,最高的工作壓力是1.1Mpa,選用的主體材料Q345R+S32168。設(shè)備的制造檢驗(yàn)及驗(yàn)收根據(jù)GB150-9

3、8進(jìn)行,同時(shí)必須要接受固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程的監(jiān)督；根據(jù)JB/T4730-2005承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)對(duì)復(fù)合鋼板進(jìn)行100%UT檢查，對(duì)全部復(fù)層焊縫進(jìn)行100%PT檢查，對(duì)A、B類(lèi)焊縫進(jìn)行20%RT檢查。技術(shù)要求：根據(jù)勞動(dòng)部門(mén)頒發(fā)的固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(2009版)進(jìn)行監(jiān)督，根據(jù)SH35241999石油化工鋼制塔類(lèi)容器現(xiàn)場(chǎng)組焊施工工藝標(biāo)準(zhǔn)、CDl30A31984不銹鋼復(fù)合鋼板焊制壓力容器技術(shù)條件和JB/T47102005鋼制塔式容器進(jìn)行制造，試驗(yàn)及驗(yàn)收；依據(jù)JBT47302005壓力容器無(wú)損檢測(cè)的要求對(duì)設(shè)備上的A、B類(lèi)焊縫進(jìn)行20RT檢查，級(jí)為合格；應(yīng)對(duì)復(fù)層焊縫進(jìn)行100滲透檢查

4、，I級(jí)為合格；不銹鋼復(fù)層和內(nèi)件在試驗(yàn)合格后均應(yīng)進(jìn)行酸洗鈍化處理。 2.筒體成型質(zhì)量控制 2.1控制錯(cuò)邊量 必須對(duì)筒節(jié)板的下料尺寸進(jìn)行嚴(yán)格的控制，因?yàn)閮蓪?duì)接筒節(jié)板的下料尺寸偏大會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)邊量的超標(biāo)?？刂棋e(cuò)邊量不超標(biāo)的關(guān)鍵就是使相鄰?fù)补?jié)的下料誤差小于1.5。 （1）卷制筒節(jié)應(yīng)把筒節(jié)卷制成略比圖樣要求小的曲率，同時(shí)對(duì)板頭200mm內(nèi)變形度的控制要特別注意，再者要使采用卷制，焊接及校圓一次成型的工藝。為了保證筒體的圓度，焊完后就應(yīng)立即在筒節(jié)內(nèi)使用米字形支撐加固。復(fù)合鋼板彎曲或深拉加工時(shí)一般應(yīng)采用冷卷加工,當(dāng)不得不采用熱加工時(shí),必須注意如下幾點(diǎn):加熱前應(yīng)除去油污和附著物;燃料含硫低;加熱時(shí)間為2min/m

5、m,且不超過(guò)15mm;加熱火焰或固體燃料不得直接接觸復(fù)層,且溫度要分布均勻,以防滲碳;應(yīng)避免在敏化溫度范圍(550850)加工,以防產(chǎn)生晶間腐蝕;加熱氣氛應(yīng)保持弱氧化性,不得采用還原性;根據(jù)不同的復(fù)層材料應(yīng)控制加熱溫度范圍,加工之后最好空冷。 （2）組對(duì)筒體環(huán)縫組對(duì)是組對(duì)筒體的關(guān)鍵,可以使用圓環(huán)形徑向的找圓裝置來(lái)確保環(huán)縫的錯(cuò)邊量不超標(biāo)。利用固定圈的支撐作用和頂絲把力作用在弧形的頂板上，從而達(dá)到全圓周方向頂緊。根據(jù)圖樣筒節(jié)的內(nèi)徑曲率制作弧形頂板,每塊頂板均可頂緊1/6圓周段的圓弧,而且還能分別靈活調(diào)節(jié)。 2.2控制筒節(jié)下料的展開(kāi)尺寸 通常都是根據(jù)筒節(jié)中徑展開(kāi)計(jì)算容器的筒節(jié)下料尺寸,但由于復(fù)合板容

6、器的錯(cuò)邊量有嚴(yán)格的要求,所以我們必須對(duì)焊縫的收縮量、焊接時(shí)的對(duì)口間隙及卷制板材時(shí)的伸長(zhǎng)量等影響因素進(jìn)行綜合的考慮。 L實(shí) = L理 L nC + nC + 2l L理：為理論上的展開(kāi)長(zhǎng)度， L：為周長(zhǎng)伸長(zhǎng)量， n：縱焊縫的條數(shù)， C：對(duì)口間隙， C：為焊縫的收縮量， l：材料的加工余量。 2.3焊接 （1）選擇焊接材料 按照母材化學(xué)成份和力學(xué)性能,根據(jù)GB983-85不銹鋼焊條和GB5117-85碳鋼焊條分別選擇了過(guò)渡層、復(fù)層及基層的焊條為A302、A132、J507。 （2）選擇坡口形式 嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)基層和復(fù)層,為避免出現(xiàn)未熔合和夾渣缺陷，在復(fù)層側(cè)增加了30斜角。在基層刨去了0.51.0mm,

7、增加了復(fù)層厚度,進(jìn)而為復(fù)層和過(guò)渡層的焊接質(zhì)量提供了保障。 （3）產(chǎn)品施焊 應(yīng)該對(duì)焊接順序進(jìn)行合理的選擇，以控制容器的焊接變形。此外可使用以下辦法避免在局部區(qū)域形成較多的馬氏體組織，從而避免焊接接頭韌度的降低: 第一，堆焊過(guò)渡層之前,必須打磨平整基層焊縫組織的堆焊面,不能出現(xiàn)凸起和凹槽,必須進(jìn)行100%PT的滲透檢查； 第二，必須根據(jù)工藝文件的要求執(zhí)行焊接電流,在確保焊道熔合的前提下,盡可能加快焊接速度。 第三，焊過(guò)渡層時(shí)應(yīng)該采用較小的線(xiàn)能量,以防止基層金屬滲入復(fù)層而引起焊縫缺陷。 （4）檢查焊縫質(zhì)量 按照?qǐng)D樣技術(shù)的要求,在堆焊復(fù)層的前后均需要進(jìn)行100%PT檢查,須對(duì)對(duì)接焊縫進(jìn)行20%RT檢查

8、,考慮到不銹鋼復(fù)合鋼板制壓力容器結(jié)構(gòu)所具有的特點(diǎn),在焊接完基層后要先進(jìn)行20%RT檢查,如果發(fā)現(xiàn)存在超標(biāo)缺陷就必須立刻進(jìn)行返修,待探傷合格后,必須打磨平整復(fù)層側(cè)的基層焊接接頭表面。待100%PT檢查合格后,再對(duì)復(fù)層和過(guò)渡層進(jìn)行堆焊,完成堆焊后,磨平復(fù)層的焊縫表面，且不能低于母材,此外還要進(jìn)行100%UT檢查,以對(duì)其貼合度進(jìn)行檢查,最后再進(jìn)行100%PT檢查,這樣能夠使基層、過(guò)渡層和復(fù)層嚴(yán)格區(qū)分開(kāi),方便焊縫返修。 3.焊縫質(zhì)量受成型缺陷的影響 由于復(fù)合板的復(fù)層比較薄,如果成型的質(zhì)量不好,就會(huì)導(dǎo)致棱角度和錯(cuò)邊量超標(biāo),從而給焊縫的質(zhì)量帶來(lái)不良的影響: （1）棱角度導(dǎo)致焊縫的余高超標(biāo),造成應(yīng)力集中,使

9、焊縫的疲勞壽命被降低。本設(shè)備要求，對(duì)接焊接接頭的錯(cuò)邊量不能大于1.5mm。 （2）焊接過(guò)渡層時(shí),錯(cuò)邊量造成的外形突變會(huì)在焊接的接頭部位產(chǎn)生局部高應(yīng)力,同時(shí)線(xiàn)膨脹系數(shù)相對(duì)較大,使焊接裂紋產(chǎn)生的可能性加大了。 （3）使焊縫的耐蝕性降低及焊縫接頭的強(qiáng)度減弱。 4.無(wú)損檢測(cè)要求 確保壓力容器產(chǎn)品安全運(yùn)行的重要控制手段之一就是無(wú)損檢測(cè)，設(shè)計(jì)者的重要責(zé)任之一就是對(duì)無(wú)損檢測(cè)的檢測(cè)比例和方法進(jìn)行正確的選擇。對(duì)于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)中對(duì)無(wú)損檢測(cè)的所做出的各項(xiàng)規(guī)定，設(shè)計(jì)者應(yīng)該做到非常明確。尤其是對(duì)于一些重要的壓力容器而言，設(shè)計(jì)者應(yīng)按照容器的所用材質(zhì)以及結(jié)構(gòu)、操作條件等因素來(lái)對(duì)無(wú)損檢測(cè)的檢測(cè)比例和方法來(lái)進(jìn)行確定。無(wú)損檢測(cè)的

10、程序和方法對(duì)于不銹鋼復(fù)合板的容器來(lái)說(shuō)顯得特別重要。通?？梢允褂脙煞N方法來(lái)進(jìn)行不銹鋼復(fù)合板容器的無(wú)損檢測(cè)。 5.熱處理要求 由于復(fù)合鋼板2種金屬的熱膨脹系數(shù)不同,熱處理過(guò)程中殘余應(yīng)力有可能增大,所以必要時(shí)應(yīng)作消除應(yīng)力退火;但一般不作。當(dāng)不得已要進(jìn)行消除應(yīng)力退火時(shí),必須按容器的用途采用適當(dāng)?shù)姆椒?。母材為低碳鋼時(shí),其母材厚度25mm時(shí),不需消除應(yīng)力;當(dāng)母材厚度25mm28mm時(shí),若預(yù)熱溫度在100以上就不需消除應(yīng)力;當(dāng)母材厚度38mm時(shí),才進(jìn)行應(yīng)力消除。當(dāng)不銹鋼復(fù)合板的基層需要預(yù)熱時(shí)，基層焊接應(yīng)按基層要求進(jìn)行預(yù)熱，但預(yù)熱的厚度參數(shù)應(yīng)按復(fù)合鋼板的總厚度考慮。當(dāng)基層或復(fù)層需要預(yù)熱時(shí)，施焊過(guò)渡層焊縫也必須進(jìn)行預(yù)熱，過(guò)渡層焊縫應(yīng)按材質(zhì)預(yù)熱溫度要求較高一種材質(zhì)選取。 6.結(jié)束語(yǔ) 從近兩年時(shí)間該產(chǎn)品的安全正常使用情況來(lái)看,產(chǎn)品的制造質(zhì)量良好,和設(shè)計(jì)要求完全符合。作為特種設(shè)備,壓力容器在各行各業(yè)都被廣泛的應(yīng)用,所處的工況不僅復(fù)雜而且惡劣。特別是石油化工企業(yè)所采用的介質(zhì)具有特殊性,所以對(duì)工藝設(shè)備的耐蝕性能有很高的要求。近些年，由于具備低廉的價(jià)格、良好的耐蝕性和足夠的強(qiáng)度,所以不銹鋼復(fù)合鋼板已經(jīng)越來(lái)越廣泛的