大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶(大直徑鉻鉬鋼)

1、大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶介紹趙京茂（石家莊安瑞科氣體機械有限公司河北石家莊050061）摘要：介紹了人容積鋼質(zhì)無縫氣瓶的用途、規(guī)格、材料、設(shè)計、制造、檢驗和試驗等方聞 的耍求。Abstract： The article introduce the requirements of usage、 dimension、 materials design、 manufacture、 inspection and test of large seamless steel cylinder 關(guān)鐵詞：人容積 鋼質(zhì)無縫氣瓶 介紹前言隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)達(dá)國家 20世紀(jì)60年代成功開發(fā)出單體容積在500 升以

2、上的大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶,打破了一直以來采用中、小容積氣瓶裝運氣體的傳統(tǒng)運輸 方式。他們將兒個或十兒個人容積鋼質(zhì)無縫氣瓶的頭部連通在一起并組裝在框架里，放在 拖車上運送氧、氮、氫、氮、犬然氣等永久氣體，作為儲罐用以給用戶供氣.我國門上世紀(jì)80年代開始，陸續(xù)從美國、口木或韓國進(jìn)II上述人容積鋼質(zhì)無縫氣瓶， 用丁天然氣、氮氣等壓縮氣體的中、短途運輸。這些進(jìn)II的大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶均按照美 國運輸部D0T-3AAX或3T規(guī)范設(shè)計、制造。隨著我國陜氣進(jìn)京、西氣東輸?shù)软椖康膶嵤?人們對清潔燃料的需求日益增加,這正 好為人容積鋼質(zhì)無縫氣瓶帶來了發(fā)展良機。石家莊安瑞科氣體機械冇限公司（原新奧集團(tuán) 石家莊化匚機

3、械股份仃限公司）抓住這一歷史機遇，J- 2001年開始投入巨資進(jìn)行研制，終 在2002年成功研制出中國第一只人容枳鋼質(zhì)無縫氣瓶。由我國尚無人容枳鋼質(zhì)無縫氣 瓶的國家標(biāo)準(zhǔn)，我們在參照美國DOT規(guī)范、ISO標(biāo)準(zhǔn)以及國家令關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，制定 了氣瓶的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)全國氣瓶標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會審査、備案。在研制中，根據(jù)國家質(zhì) 檢總局的耍求，結(jié)合中國特點，増加了氣瓶熨式試驗的耍求。卜而重點介紹我公司研制的人容積鋼質(zhì)無縫氣瓶的仃關(guān)情況。1氣瓶規(guī)格大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶的公稱丁作斥力在基準(zhǔn)溫度時可為15MPa或15MPa以上，最高可 達(dá)27MPa H前國內(nèi)常用的人容積鋼質(zhì)無縫氣瓶的公稱丁作壓力為16.6MPa

4、、20MPa、25MPa 三種。單個氣瓶的容積一般都在500L以上，最人可達(dá)2600L。氣瓶t度一般在5m以上，最 長可達(dá)12. 19m （40英尺）。其自徑一般為406mm. 559nnn,以559mm為雖常見。主婆規(guī)格見 表1表1人容積鋼質(zhì)無縫氣瓶主耍規(guī)格衷公稱工作 壓力外ri徑計算壁厚公稱容積瓶體材質(zhì)盛運 介質(zhì)備注MPapsimmmmLmmkg16.6240055913.71080540011104130X空氣 氮氣 氧氣 氮氣 氮氣 天然氣氫氣相當(dāng)于D0T-3AAX230010975225520290055916.522501097527301700850021201650823520

5、7010505400135040612.0120010975146025362540615.0117010975180055920.7200010070311520.79204985155020290055912.823001097521404145不能用r 盛儲運氫 氣、天然氣相當(dāng)于D0T-3T1760850016601710823516101080540010602材料人容積鋼質(zhì)無縫氣瓶采用大宜能倂樹鋼材料的無縫鋼管制造國際I:該種氣瓶也筋采 用銘IH鋼制造。俗鉗鋼貝冇優(yōu)良的綜合機械性能，Jt最人優(yōu)點是在高強度水平上仍能保持 良好的塑性和足夠的韌性，甚至在一40條件卜還JI仃出色的韌性。這

6、種輕就化、安全經(jīng) 濟的輅鉗鋼氣瓶已在歐美各國廣泛使用。制造人容枳鋼質(zhì)無縫氣瓶材料的主耍牌號為4130X 及4145,其化學(xué)成分見表2,熱處理后的機械性能見表3。表2 化學(xué)成分化學(xué)成分，4130X4145C0. 250. 350. 430 48Mn0.40 0. 900. 75 1.00Si0. 15 0. 350. 15 0. 35PCO. 020CO. 035SW0 010WO. 010Cr0. 80 1. 100. 801. 10Mo0. 15a 250. 150. 25表3熱處理后的機械性能牌號RMPaR?0 2MPaRp0.2 / Rx%A$o%-40C Axv JHB三個試樣平均值單

7、個試樣 最小值4130X720869485745W86N20左40M321952694145930106076091016$32M26277330注:4145材料不得用于盛運氫氣和天然氣。3氣瓶設(shè)計根據(jù)氣瓶安全監(jiān)察規(guī)定的要求，氣瓶設(shè)計實行設(shè)計文件鑒定制度。氣瓶設(shè)計文件W當(dāng)經(jīng)國家質(zhì)檢總局特種設(shè)備安全監(jiān)察機構(gòu)核準(zhǔn)的檢驗檢測機構(gòu)鑒定，方町用制造。本文僅対氣瓶瓶體壁厚計算和附加應(yīng)力校核作一介紹。3.1壁厚計算國產(chǎn)人容積鋼質(zhì)無縫氣瓶壁厚計算公式與美國氣瓶標(biāo)準(zhǔn)的D0T-3AAX和D0T-3T的壁厚計算公式一致，即為巴赫公式。見卜式:+ 0.4 代式中：7 瓶壁應(yīng)力的許用值，MPa；Pb規(guī)定的最小試驗壓力(

8、5/3倍工作壓力)，MPa；Do瓶體外徑，mm。在設(shè)計屮，當(dāng)選用4130X材料時，瓶壁應(yīng)力的許用值不得人材料址小抗拉強度的67%, 且不得大F482MPa (70000PSI) 當(dāng)選用4145材料時,瓶壁應(yīng)力的許用值不得大于材料最 小抗拉強度的67%,且不得大i 62IMPa (90500PSI) 3.2附加應(yīng)力校核由J人容積鋼質(zhì)無縫氣瓶較長，使用時僅孤兩端水T支承，氣瓶自身匝屆造成的彎曲 會在氣瓶軸向形成拉應(yīng)力。此外，在進(jìn)行水壓試臉時，宙氣瓶廣I重及內(nèi)部水的重屆，還 會在軸向形成拉應(yīng)力。因此，在人容積氣瓶設(shè)計時，除需進(jìn)行常規(guī)的壁療計算外，還應(yīng)進(jìn) 行附加應(yīng)力校核。附加應(yīng)力校核的原則是，由于彎曲

9、形成底部金屬的最大拉應(yīng)力的兩倍,加上在同一部 位由水斥試驗形成軸向拉應(yīng)力的和，應(yīng)不超過所用鋼的授小屈服強度的80%,即：r9.8MD。 P. 2a. + 6 = + 7 80%b1/ K2-l3式屮：6瓶體材料屈服強度卜凰值，MPa；6由J：彎曲產(chǎn)牛的拉W力，MPa：cr 由水壓試驗產(chǎn)生的拉應(yīng)力，MPa；彎矩財/8, Kg mm：K系數(shù)，KDo/Dz （Di瓶體內(nèi)苴徑，mm：）Pb規(guī)定的最小試驗斥力（5/3倍匸作斥力），MPa：Do瓶體外徑，nrnu4制造人容積鋼質(zhì)無縫氣瓶按批組織生產(chǎn)，為保證氣瓶質(zhì)彊，確?？勺匪菪?，每只氣瓶都仃 獨立且不亜復(fù)的編碼，并帶有“工序檢査單”，自鋼管進(jìn)廠檢驗到完工入

10、庫全過程進(jìn)行控 制。當(dāng)匸序丁作完成后，操作者自檢合格后簽字提交檢杳員檢森，未經(jīng)檢驗介格，不得轉(zhuǎn) 入下道工序。人容積鋼質(zhì)無縫氣瓶主耍制造工藝如卜 Io鋼管檢査：由無縫鋼管是軋制或鍛制產(chǎn)胡，制造過程屮鋼骨內(nèi)、外表面難免會存 在缺陷。氣瓶質(zhì)吊:取決鋼管質(zhì)吊:，因此在鋼管卜料之前，先沿鋼管長度進(jìn)行100弔的超聲 檢測，以檢杳軸向和環(huán)向缺陷，亢介格標(biāo)準(zhǔn)是缺陷深度不得超過壁厚的5虬與此同時還對 鋼管進(jìn)行100%超聲測厚，以確保鋼管最小壁療滿足圖樣和工藝耍求。O鋼管內(nèi)壁磨光：鋼管扎制或鍛制過程中，內(nèi)衣面會存在氧化皮及農(nóng)面缺陷（如夾層、 裂紋、折皺等，采用砂輪磨削清除內(nèi)壁缺陷,使內(nèi)壁露出金屬光澤。o鋼管卜料：

11、采用機械方法或火焰切割將鋼管切割成所要求的尺寸。O管端加熱：采用火焰或電將管端加熱，以便將管端加工成形。o端部成型：采川滾輪或刮板式旋壓機或模鍛設(shè)備，將加熱好的便端旋壓或鍛壓成所 需要的形狀和尺寸。o熱處理：將成形后的氣瓶進(jìn)行熱處理，以獲得所需的機械性能。熱處理方法為“淬 火十回火”（即調(diào)質(zhì)）。為檢驗氣瓶熱處理后的機械性能是否滿足標(biāo)準(zhǔn)或圖樣的耍求，應(yīng) 將試驗環(huán)與氣瓶同爐進(jìn)行熱處理。同批氣瓶應(yīng)帶個試驗環(huán)，試驗環(huán)的2度至少為610mm。 試驗環(huán)應(yīng)與It所代表的同批鋼瓶JI仃相同的公稱直徑和設(shè)計毬庁、采用同-爐罐號鋼、同 爐熱處理，試驗環(huán)兩端應(yīng)封閉以與氣瓶熱處理狀態(tài)-致。O硬度檢測：采用便攜式布氏硬

12、度儀対熱處理后的氣瓶進(jìn)行破度檢測。沿氣瓶長度方向 的兩端和中間部位至少選取3個截面,截面間距不超過3m.每個截面沿圓周每隔90測一點, 氏碩度值應(yīng)符介設(shè)計圖樣的規(guī)定，同一環(huán)向截面外表而的ii更度值偏差不人J：30HBO機械性能試驗及金相檢測：門試驗環(huán)上切取試樣，進(jìn)彳亍拉伸試驗、沖擊試臉、壓扁試 驗（適用P4130X材料氣瓶）及金相檢測。O外表面拋丸除銹：対檢測合格的氣瓶外表面進(jìn)行拋九除銹，以便進(jìn)行磁粉探傷。O磁粉檢測：檢資氣瓶冇無因淬火不肖而產(chǎn)生的表面裂紋。O瓶II螺紋：采用數(shù)控螺紋加工機床加工瓶端螺紋，以裝配連接時所需的附件。采用 螺紋規(guī)檢測螺紋加匚質(zhì)帚。O外測法水斥試驗：采用水套法測定氣瓶

13、的匝駅、容枳和容積殘余變形率。氣瓶試驗 壓力為5/3倍的公稱匸作斥力，在試驗壓力卜至少保壓30秒，以保證氣瓶充分膨脹。保壓 期間不產(chǎn)生泄漏，并且容積殘余變形率不超過105為介格。O超川檢測及測厚：對（瓶進(jìn)tr 100%超川檢測，以無超過氣瓶敲小壁厚5$的缺陷存在 為合格。同時對氣瓶直段進(jìn)行100%超聲測厚,所測得的垠小電丿7值不得小于圖樣規(guī)定的最 小設(shè)計厚度。O內(nèi)表而噴砂及清理：先進(jìn)行內(nèi)表面噴砂，之后用高壓水清洗，再熱風(fēng)吹干，以獲得 清潔、干燥、光滑的內(nèi)表面。O內(nèi)壁檢測：采用內(nèi)窺攝像系統(tǒng)及反光鏡対氣瓶及瓶肩內(nèi)壁進(jìn)行檢測，確保內(nèi)壁消潔、 干燥、光滑。O氣密性試驗：對氣瓶進(jìn)行氣密性試驗，試驗壓力為

14、氣瓶的公稱工作壓力。O外衷而噴砂、打鋼卬、噴漆。O充氮保護(hù)：氣瓶出廠時,內(nèi)部充以0. 2MPa0. 3MPa的氮氣。5檢驗與試驗人容枳鋼質(zhì)無縫氣瓶的檢驗分為出廠檢驗和型式試驗，出廠檢驗乂分為逐只檢驗和批 杲檢驗。關(guān)人容積鋼質(zhì)無縫氣瓶的申式試驗，美國規(guī)范和ISO標(biāo)準(zhǔn)未做耍求，該耍求是 根據(jù)氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程并參照國內(nèi)無縫氣瓶標(biāo)準(zhǔn)的冇關(guān)規(guī)定而確定的。當(dāng)遇仃卜列情況之時，應(yīng)對氣瓶進(jìn)行型式試驗：a）新設(shè)計的氣瓶：b）改變氣瓶瓶體材料：c）改變氣瓶瓶體的貢徑、壁厚或結(jié)構(gòu)形狀：d）改變氣瓶瓶體冷熱加工成形或熱處理規(guī)范等主耍制造工藝。按照國家仃關(guān)規(guī)定，氣瓶的空式試驗應(yīng)X由國家質(zhì)檢總局核準(zhǔn)的具仃氣瓶型式試驗資

15、格的檢驗機構(gòu)進(jìn)行。人容積鋼質(zhì)無縫氣瓶的主耍檢驗和試驗項H見表4：表4氣瓶主耍檢驗和試驗項忖序號檢驗項目出廠檢驗型式試驗備注逐只檢驗批鼠檢驗1原材料檢驗JJ2瓶體壁厚檢測JJ3瓶體制造公差檢測J4瓶體內(nèi)、外觀檢驗JJ重點是內(nèi)表面5拉伸試驗JJ6沖擊試驗VJ7壓扁試驗J適用P4130X材料 氣瓶8硬度檢測JJ9金相檢測J10超聲檢測JJ11磁粉檢測JJ12瓶端螺紋檢測JJ13外測法水壓試驗JJ14氣密性試驗JJ15瓶體端部解剖檢驗J16疲勞試驗J17爆破試驗J（1）氣瓶疲勞試驗的次數(shù)為15力次。循環(huán)壓力上限為氣瓶水壓試驗壓力，循環(huán)壓力 卜限應(yīng)不超過氣瓶循環(huán)斥力匕限的10%疲勞循環(huán)次數(shù)達(dá)到1. 5萬

16、次鋼瓶瓶體無汕漏和損壞 為合格。（2）氣瓶實際爆破壓力不得低氣瓶公稱工作壓力的25倍，瓶體爆破后破I I必須在瓶體的筒體部分，且無碎片產(chǎn)生。7結(jié)語從以匕介紹可知，石家圧安瑞科氣體機械佇限公司制造的人容枳鋼質(zhì)無縫氣瓶H有以 下特點：(1) 設(shè)計時充分考遐到了實際使用情況，對氣瓶進(jìn)行了附加應(yīng)力校核。(2) 嚴(yán)格控制原材料鋼管(4130X)中硫、磷含量,滿足氫氣、天然氣等有應(yīng)力腐蝕 傾向介質(zhì)對材料的耍求。(3) 設(shè)計瓶壁厚度時，兩種材料分別取不同的瓶壁應(yīng)力許用値，以充分發(fā)揮材料優(yōu)勢, 做到輕炭化。(4) 原材料鋼管進(jìn)廠后進(jìn)Vi 100%無損檢測和超川測厚，確保投料鋼借介格。(5) 熱處理后檢測項H齊全，確保材料在熱處理后