不銹鋼及復(fù)合鋼板的壓力容器設(shè)計與施工技術(shù)

1、淺談不銹鋼及復(fù)合鋼板的壓力容器設(shè)計與施工技術(shù)摘要：本文介紹不銹鋼及復(fù)合鋼板的壓力容器設(shè)計與施工技術(shù)。關(guān)鍵字：不銹鋼及復(fù)合鋼板；設(shè)計；施工方案。1. 前言不銹鋼及復(fù)合鋼板是一種以碳鋼為基體單面或雙面整體連續(xù)地包覆216mm不銹鋼的金屬高效材料。它充分發(fā)揮兩種材料特性優(yōu)勢，既具有不銹鋼的耐腐蝕、耐磨性、抗磁性、豪華性和裝飾性；又具有碳鋼良好的可焊性、成型性、拉延性和導(dǎo)熱性，因而它是一種多功能材料。同時由于它可節(jié)約不銹鋼，可降低成本，價格低廉，因而被廣泛用于石油、化工、制鹽制堿等國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)，用于取代全不銹鋼，甚至取代b30銅和蒙及爾合金，具有巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。2. 不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器設(shè)計

2、2.1材料的選擇及要求a) 基材 基材主要作用是是承受載荷的部分，其技術(shù)要求（如交貨狀態(tài)、力學(xué)性能檢驗(yàn)率、超聲波檢測）應(yīng)該符合gb 150或jb 4732的規(guī)定，以鍛件為基材時，應(yīng)采用級或級鍛件。基材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值大于或等于540mpa的復(fù)合板，須經(jīng)技術(shù)評定后才能使用1。b) 覆材 覆材是與介質(zhì)直接接觸的部分，主要利用其耐腐蝕、耐磨性、抗磁性等特點(diǎn)。覆材選用的不銹鋼板，對不計入強(qiáng)度計算的奧氏體型不銹鋼覆材，可選用gb24511以外的國家標(biāo)準(zhǔn)中的鋼材，該覆材鋼號的技術(shù)要求（如磷、硫含量，強(qiáng)度指標(biāo)等）允許低于gb 24511相應(yīng)鋼號的規(guī)定2。選擇覆材時，應(yīng)考慮容器內(nèi)的介質(zhì)對覆層不銹鋼的影響，

3、比如應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕等。c) 常見復(fù)合鋼板選取可按表一進(jìn)行選擇：表一 覆材和基材1覆材基材標(biāo)準(zhǔn)號牌號示例標(biāo)準(zhǔn)號牌號示例gb/t 2054yb/t 5253yb/t 5253n5n6n7ncu30ns111ns112ns142ns312ns334ns335gb 713q245r,q345r,15crmorjb 472616mn,20mnmo,15crmogb 353116mndrjb 472716mndgb 24511s31603jb 472800cr17ni14mo22.2設(shè)計及技術(shù)要求的提法1）按照工藝專業(yè)所提委托，選擇合適的基材和覆材，并且根據(jù)所提設(shè)計參數(shù)計算基層材料的厚度。確定基層名義

4、厚度時應(yīng)考慮容器的強(qiáng)度以及剛度等問題，須留有適當(dāng)?shù)陌踩嗔?。在確定覆層厚度時應(yīng)滿足以下兩點(diǎn)的要求： 覆材厚度為2mm16mm1； 基材最小厚度為6mm，且基材厚度與覆材厚度之比通常不小于31。2）復(fù)合鋼板壓力容器設(shè)計中常常需要涉及的對制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收的要求主要有：鋼板的超聲復(fù)驗(yàn)、焊接接頭無損檢測比例、力學(xué)性能、沖擊試驗(yàn)、結(jié)合狀態(tài)檢驗(yàn)及彎曲性能檢驗(yàn)、是否需要做焊接試板、是否需要進(jìn)行熱處理等。 超聲波檢測 復(fù)合板應(yīng)經(jīng)超聲波檢測，掃查方式采用100%掃查。其結(jié)合狀態(tài)應(yīng)符合表二的規(guī)定。表二 結(jié)合狀態(tài)1級別代號單個未結(jié)合指示長度，mm單個未結(jié)合區(qū)面積，cm2未結(jié)合率，%b1000b250202b3754

5、55 力學(xué)性能 復(fù)合板復(fù)合界面的結(jié)合剪切強(qiáng)度不小于210mpa，對于雙面復(fù)合板，分別保留不同側(cè)覆材進(jìn)行剪切試驗(yàn)。復(fù)合板一般只保留一種覆材進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，當(dāng)基材厚度大于40mm或需方指定時，只進(jìn)行基材的拉伸試驗(yàn)。復(fù)合板只進(jìn)行基材的沖擊試驗(yàn)，沖擊溫度和沖擊功應(yīng)符合基材標(biāo)。 準(zhǔn)的規(guī)定。如基材標(biāo)準(zhǔn)中無沖擊試驗(yàn)要求，則復(fù)合板不進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。 彎曲性能 單面復(fù)合板內(nèi)彎曲（覆材表面受壓）和外彎曲（覆材表面受拉）試驗(yàn)，雙面復(fù)合板外彎曲（兩種覆材表面分別受拉）試驗(yàn)，其結(jié)果應(yīng)符合表三的規(guī)定?；臑殄懠膹?fù)合板不進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。表三 彎曲性能1彎曲角度彎曲直徑合格標(biāo)準(zhǔn)180內(nèi)彎曲按基材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，外彎曲d=4a（d為彎

6、曲直徑，a為試樣厚度）在彎曲部分的外側(cè)不得有裂紋，復(fù)合界面不得有分層3. 不銹鋼復(fù)合鋼板焊接3.1 焊前準(zhǔn)備 下料 不銹鋼復(fù)合鋼板的下料宜采用機(jī)械加工方法，也可以采用等離子弧切割、氧熔劑切割、氣割（從基層表面起割）等方法。采用這些方法下料時，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)募庸び嗔俊?接頭形式 不銹鋼復(fù)合鋼板焊接接頭主要采用對接和角接兩種形式。 焊前清理 焊前應(yīng)采用機(jī)械方法及有機(jī)溶劑清除焊絲表面和焊接坡口應(yīng)不小于20mm范圍內(nèi)的油污、銹跡、金屬屑、氧化膜及其它污物。多層焊道時，應(yīng)清除前道焊縫表面的熔渣和缺陷等。3.2 焊條選擇由于不銹鋼復(fù)合鋼板自身所具有的特點(diǎn)，其焊接材料的選擇可按表四進(jìn)行選擇表四 焊接材料3母材

7、焊條電弧焊埋弧焊氣體保護(hù)焊類別牌號焊絲焊劑焊絲氣體基材aa1q235b、q235c、20、q245r、ccs-a、ccs-be4303、e4315、e4316h08ah08mnahj431sj101h10mn2h08mn2siaco2或ara2q345、q345re5003、e5015、e5016h08mnah10mn2h10mnsih10mnsiah08mn2moahj431hj430hj350sj101sj301sj501h08mn2siah08mn2moah10mn2moaa3q390、q420e5003、e5015、e5016、e5501-g、e5515-g、e5516-ga413mn

8、nimore6016-d1e6015-d1h08mn2moahj350sj101h08mn2moaa514cr1mo 、14cr1more5515-b215cr1mo、14cr1more5515-b2h13crmoah08crmoahj350sj101h13crmoah08crmoa覆材bb106cr13e308-15e308-16b206cr13alarb306cr19ni1012cr18ni9h0cr21ni10b406cr18ni11tie347-15、e3417-16h0cr20ni10tih0cr20ni10nbb5022cr19ni10e308l-16h00cr21ni10b606

9、cr17ni12mo2e316-16h0cr19ni12mo206cr19ni13mo3e317-16h0cr20ni14mo3b706cr17ni12mo2tie318-16h0cr19ni12mo2b8022cr17ni12mo2e316l-16h00cr19ni12mo2022cr19ni13mo3e317l-16過渡層異種剛(a1a3)+(b1b5)e309-15、e309-16e310-15、e310-16h1cr24ni13h0cr26ni21h1cr26ni21h1cr24ni13mo2過渡層異種剛(a1a3)+(b6b8)e309mo-16e310mo-16h1cr24ni13

10、mo2(a4a5)+(b1b5)3.3焊接程序不銹鋼復(fù)合鋼板的焊接與其它鋼焊接有所不同，其焊接分為：基層的焊接、過渡層的焊接和復(fù)層的焊接，而且各層焊接采用的焊條也不盡相同。因此，不銹鋼復(fù)合鋼板的焊接工藝較為復(fù)雜。焊接時，宜先焊基層，經(jīng)清根及規(guī)定的質(zhì)量檢驗(yàn)合格后，再焊過渡層，最后焊復(fù)層。若不能按上述順序進(jìn)行焊接時，也可先焊復(fù)層，再焊過渡層，最后焊基層。但這種情況下，基層的焊接，宜選用性能不低于過渡層焊接的焊條或焊絲。3.4焊接接頭檢驗(yàn) 不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器焊接接頭可采用射線或超聲波檢測，其檢測比例根據(jù)實(shí)際情況而定。一般的不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器焊接接頭可采用檢測比例不小于20%的射線檢測，檢測技

11、術(shù)等級為ab級。3.5晶間腐蝕傾向試驗(yàn)和水壓試驗(yàn)不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器根據(jù)所盛裝的介質(zhì)決定是否進(jìn)行晶間腐蝕傾向試驗(yàn)，對能引起復(fù)層不銹鋼晶間腐蝕傾向或者不能確定能否引起復(fù)層不銹鋼晶間腐蝕的介質(zhì)，都應(yīng)該進(jìn)行晶間腐蝕傾向試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)時應(yīng)嚴(yán)格控制水中氯離子含量不超過 25mg/l，試驗(yàn)合格后應(yīng)立即將水漬吹掃干凈。4.實(shí)際應(yīng)用4.1設(shè)計參數(shù)表五 設(shè)計實(shí)例工作壓力0.3mpa設(shè)計壓力0.48mpa工作溫度80設(shè)計溫度100介質(zhì)聚合液、水、堿液(5%)介質(zhì)特性易燃、易爆、輕度危害內(nèi)徑2000mm攪拌釜規(guī)格20004000（12+3）筒體4000mm筒體及封頭材料q345r+s31603上表中的設(shè)計參數(shù)來自

12、武漢魯華粵達(dá)化工有限公司碳五、碳九及裂解燃料油綜合利用項(xiàng)目2萬噸/年碳五碳九共聚樹脂裝置堿洗釜工程圖設(shè)計，此設(shè)備采用的是基層為q345r，復(fù)層為s31603（316l）不銹鋼的不銹鋼復(fù)合鋼板?；鶎雍穸葹?2mm，復(fù)層厚度為3mm，基層與復(fù)層的厚度之比為4大于3，滿足規(guī)范的要求。設(shè)備的焊接按nb/t47015-2011執(zhí)行。根據(jù)設(shè)備所盛裝的介質(zhì)，查sh/t 3075-2009石油化工鋼制壓力容器材料選用規(guī)范naoh溶液腐蝕環(huán)境可知設(shè)備碳鋼焊接接頭及彎管應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。由于naoh溶液對奧氏體的晶間腐蝕傾向，本設(shè)備按gb/t4334.1-2000不銹鋼10%草酸浸蝕實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行了晶間腐蝕敏感性

13、檢驗(yàn)。水壓試驗(yàn)對水質(zhì)的要求比較嚴(yán)格，要求水中氯離子含量不得超過 25mg/l，試驗(yàn)合格后應(yīng)立即將水漬吹掃干凈。由于工程圖的設(shè)計比詳細(xì)設(shè)計較為簡略，其余針對不銹鋼復(fù)合鋼板容器的設(shè)計、制造和檢驗(yàn)等要求應(yīng)嚴(yán)格按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，在此就不再贅述。4.2設(shè)計圖紙下圖為武漢項(xiàng)目五碳九共聚樹脂裝置堿洗釜工程圖設(shè)計圖紙。圖一 堿洗釜工程圖5. 結(jié)語不銹鋼復(fù)合鋼板由于其巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益，廣泛應(yīng)用于石油化工、精細(xì)化工、制鹽制堿等行業(yè)。設(shè)備用不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容的設(shè)計，除了須滿足設(shè)備自身的強(qiáng)度和剛度要求外，還應(yīng)該滿足基材厚度與覆材厚度之比不小于3的要求。材料選擇尤其是覆材的選擇時應(yīng)根據(jù)盛裝介質(zhì)考慮應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕等

14、情況，并做好相應(yīng)的檢驗(yàn)或預(yù)防措施。此類壓力容器的焊接應(yīng)嚴(yán)格按焊接規(guī)程進(jìn)行焊接，并且保證焊縫的質(zhì)量。在我們實(shí)際的工作中，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、扎實(shí)可靠的工作經(jīng)驗(yàn)，以及設(shè)計、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收層層的嚴(yán)格把關(guān)都是保證壓力容器安全必不可少的組成部分。參考文獻(xiàn)1 國家能源局 nb/t 47002.2470024-2009 壓力容器不銹鋼復(fù)合板 2 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢疫總局gb 150.1150.4-2011 壓力容器3 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢疫總局gb/t 13148-2008 不銹鋼復(fù)合鋼板焊接技術(shù)要求4 國家工業(yè)和信息化部 sh/t 3075-2009石油化工鋼制壓力容器材料選用規(guī)范一、概述 公司接某項(xiàng)目部

15、委托制造的設(shè)備主筒體使用不銹鋼復(fù)合鋼板材料，由于材質(zhì)的特殊性，在下料、卷制和焊接要求與普通材質(zhì)的技術(shù)要求不論在難度上還是在技術(shù)要求上都很高。為保證工程保質(zhì)保量完工，特編寫施工技術(shù)方案。二、編寫依據(jù)鋼制壓力容器焊接工藝評定jb/t4708-2000鋼制壓力容器焊接規(guī)程jb/t4709-2000 焊接工藝評定：鍋爐壓力容器焊工考試規(guī)則鍋爐壓力容器技術(shù)監(jiān)察規(guī)程鋼制壓力容器gb150-1998承壓設(shè)備無損檢測jb/t4730-2005石油化工不銹鋼復(fù)合鋼板焊接規(guī)程sh/t3527-1999不銹鋼復(fù)合鋼板焊接技術(shù)條件gb/t13148-91三、施工技術(shù)方案 鉚工施工工藝1下料及坡口加工1.1 根據(jù)主筒體

16、材料厚度確定對接接頭坡口形式及尺寸如下： 表示基層厚度，分別為12mm,16mm,24mm p表示坡口鈍邊值 表示對接接頭坡口角度 其中316l16mnr(3+12) 555 p 21。 316l16mnr(3+16) 505 p 21。 316l16mnr(3+24) 655 p 31，為“x”型坡口。 1.2 不銹鋼復(fù)合鋼板在吊裝時，裝卡具前應(yīng)用2mm不銹鋼板襯墊。1.3 不銹鋼復(fù)合鋼板的切割及坡口加工宜采用機(jī)械加工方法，切割面應(yīng)光滑；厚度大于12mm的不銹鋼復(fù)合鋼板可用等離子切割，特別時在用等離子開孔時，應(yīng)在筒體內(nèi)部開孔（焊接前，需去除割口處的氧化物至現(xiàn)露金屬光澤）。以保持復(fù)層朝上，嚴(yán)禁

17、將切割的熔渣落在復(fù)層上。1.4 圓鋼和管子下料、坡口等的加工需用機(jī)械方法進(jìn)行；也可用砂輪切割機(jī)方法下料，并除去割口處砂輪殘屑及毛刺。1.5 加工完的坡口應(yīng)進(jìn)行外觀檢查，不得有裂紋和分層，否則應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)。2、復(fù)材的表面質(zhì)量保護(hù)2.1 下料時，嚴(yán)禁在不銹鋼復(fù)合鋼板材料垛上直接切割下料。2.2 剪好的材料應(yīng)整齊堆放在底架上，以便連同底架吊運(yùn)，板間需點(diǎn)木板等軟質(zhì)材料，以防損傷表面。2.3在卷板、校圓時，應(yīng)將滾軸表面清理干凈，并在壓腳上包橡膠等軟質(zhì)材料；不得用鐵錘錘擊復(fù)材表面。3 組對與定位焊接3.1 筒體在組對前坡口及其兩側(cè)各20mm范圍內(nèi)應(yīng)進(jìn)行表面清理，復(fù)層距坡口100mm范圍內(nèi)應(yīng)涂防飛濺涂料。3.

18、2 組對時以復(fù)層為基準(zhǔn)，對口錯邊量：1.5mm。3.3 定位焊必須焊在基層母材上，且用j507焊條。3.4 在組對過程中，嚴(yán)禁在復(fù)層上焊接工卡具，應(yīng)焊在基層一側(cè)去除工卡具時，嚴(yán)禁損傷基層金屬，焊接處打磨光滑。鋼板吊運(yùn)過程中，要防止鋼板變形，鋼絲繩要加護(hù)套，以防損傷復(fù)層表面。3.5 為防止復(fù)層鐵離子和其它有害雜質(zhì)的污染，不銹鋼復(fù)合鋼板生產(chǎn)場地必須保持清潔、干燥、地面應(yīng)鋪設(shè)木質(zhì)墊板。零部件半成品、成品的堆放需配有木質(zhì)堆放架。 焊接施工工藝1、一般規(guī)定1.1 手弧焊時，風(fēng)速不大于10m/s，氣體保護(hù)焊時，風(fēng)速不大于2m/s。1.2 相對濕度不大于90；1.3 焊接場所有防風(fēng)、雨措施。1.4 焊接設(shè)備

19、應(yīng)處于完好狀態(tài)，并安裝校驗(yàn)合格的電流、電壓表。1.5 焊條、焊劑使用前應(yīng)按產(chǎn)品說明書要求進(jìn)行烘干，烘干好的焊條領(lǐng)出后應(yīng)放在保溫筒中，隨用隨取。焊條在保溫筒中放置時間超過4h，應(yīng)重新進(jìn)行烘干，但烘干次數(shù)不得超過兩次。1.6 施焊時，必須由具有焊接不銹鋼復(fù)合鋼板資質(zhì)的焊工進(jìn)行焊接施工，否則必須考試合格、備案后再施工。1.7 焊前必須用機(jī)械方法及有機(jī)溶劑（如丙酮、酒精、香蕉水等），清除焊絲表面和焊接坡口兩側(cè)至少各20mm范圍內(nèi)的油污、銹跡、金屬屑、氧化膜及其它污物。2、焊接工藝2.1 根據(jù)主筒體坡口加工形式，焊接先焊基層，后焊過渡層和復(fù)層，且焊接基層時不得將基層金屬沉積在復(fù)層上（見下圖）。 表示基層

20、厚度，分別為12mm,16mm,24mm 2.2 基層的焊接主筒體基層材質(zhì)為16mnr,因此在焊接內(nèi)部時使用j507/3.2/4.0打底填充。但其焊道根部表面距復(fù)合界面20.5mm 停止焊接。然后使用過渡層焊接材料焊接過渡層。焊接基層時，其焊道不得觸及和熔化復(fù)材。2.3 過渡層的焊接 過渡層即基層距復(fù)合界面20.5mm和復(fù)層距復(fù)合界面10.5mm之間部分。 過渡層焊接時，在保證熔合良好的前提下，盡量減少基材金屬的熔入量，即降低熔化比。為此，應(yīng)采用較小直徑的焊條或焊絲及較小的焊接線能量，多焊道焊接。2.4 復(fù)材的焊接 焊接復(fù)層前，必須將過渡層焊縫表面和坡口邊緣清理干凈。 復(fù)層焊縫表面應(yīng)盡可能與復(fù)材表面保證平整光滑。對接焊縫的余高應(yīng)不大于1.5mm。2.5 縱縫焊接時，應(yīng)將過渡層及復(fù)層焊縫兩端各留3050mm不焊，待環(huán)縫基層焊接后，再將縱縫焊縫兩端焊接成形。2.6 焊接筒體外表面時，碳弧氣刨清根后，使用埋弧自動焊進(jìn)行施焊。2.7 角焊縫焊接 設(shè)備開口接管組對形式，坡口形式嚴(yán)格按照藍(lán)圖要求進(jìn)行加工，用等離子加工坡口時，復(fù)材必須朝上，嚴(yán)禁切割的熔渣落在復(fù)層上。不銹鋼接管與設(shè)備殼體復(fù)層材料相同，組焊時，不銹鋼接管與筒體基層相焊時選用過渡層焊接材料，與基層相焊時，選用基層焊接材料。2.8 焊接檢驗(yàn) 焊縫表面不得有氣孔、夾渣、裂紋、弧坑和飛濺物。角焊縫的焊腳尺寸符合設(shè)計規(guī)定，并應(yīng)平