壓力容器的設(shè)計(jì)步驟

1、儲(chǔ)氣罐壓力容器的設(shè)計(jì)步驟1. 確定壓力容器設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)：壓力，介質(zhì)，溫度最高工作壓力為 1.5MPa ，工作溫度為常溫 20 ，工作介質(zhì)為壓縮空氣，容積為 2m3確定壓力容器的類型容器類別的劃分在國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局所頒發(fā)的壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程（以下簡(jiǎn)稱容規(guī)） 第一章中有詳細(xì)的規(guī)定， 主要是根據(jù)工作壓力的大小、 介質(zhì)的危害性和容器破壞時(shí)的危害性來(lái)劃分。儲(chǔ)氣罐為低壓（1.6MPa ）且介質(zhì)無(wú)毒不易燃，應(yīng)為第I類容器。2. 確定設(shè)計(jì)參數(shù)（ 1 ）確定設(shè)計(jì)壓力容器的最高工作壓力為1.5MPa，設(shè)計(jì)壓力取值為最高工作壓力的1.051.10倍。取 1.05 還是取 1.10 ，取決于介質(zhì)的危害性和容

2、器所附帶的安全裝置。介質(zhì)無(wú)害或裝有安全閥等就可以取下限1.05 ，否則上限1.10 。介質(zhì)為壓縮空氣，管路中有泄壓裝置，符合取下限的條件，則得到設(shè)計(jì)壓力為Pc=1.05x1.4（ 2 ）確定設(shè)計(jì)溫度一般是在用戶提供的工作溫度的基礎(chǔ)上，再考慮容器環(huán)境溫度而得。如在室外在工作， 無(wú)保溫， 容器工作溫度為 30 ， 冬季環(huán)境溫度最低可到 20 ，則設(shè)計(jì)溫度就應(yīng)該按容器可能達(dá)到的最惡劣的溫度確定為 20 。 容規(guī)提供了一些設(shè)計(jì)所需的氣象資料供參考。假定在容器在室內(nèi)工作，取常溫為設(shè)計(jì)溫度。（ 3 ）確定幾何容積按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后的實(shí)際容積填寫。（ 4 ） 確定腐蝕裕量根據(jù)受壓元件的材質(zhì)、 介質(zhì)對(duì)受壓元件的

3、腐蝕率、 容器使用環(huán)境和容器的使用壽命來(lái)確定。先選定受壓元件的材質(zhì)，再確定腐蝕裕量。容規(guī) 對(duì)一些常見介質(zhì)的腐蝕裕量進(jìn)行了一些規(guī)定。 工作介質(zhì)對(duì)受壓元件的腐蝕率主要按實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定， 受使用環(huán)境影響很大， 變數(shù)很多， 目前無(wú)現(xiàn)成的數(shù)據(jù)。介質(zhì)無(wú)腐蝕的容器，其腐蝕裕量取12mm即可滿足使用壽命的要求。取腐蝕裕量為 2mm 。（ 5 ）確定焊縫系數(shù)焊縫系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)叫法叫焊接接頭系數(shù)， GB150 對(duì)其取值與焊縫檢測(cè)百分比進(jìn)行了規(guī)定。具體取值，可以按容規(guī)所規(guī)定的種情況選擇：其焊縫系數(shù)取1 ， 即焊接接頭應(yīng)進(jìn)行100% 的無(wú)損檢測(cè)， 其他情況一般選焊縫系數(shù)為 0.85 。本例選焊縫系數(shù)為 0.85 。

4、（ 6 ）主要受壓元件材質(zhì)的確定材質(zhì)的確定在滿足安全和使用條件的前提下，還要考慮工藝性和經(jīng)濟(jì)性。GB150 對(duì)材料的使用有規(guī)定。比較常用的材料有Q235 ， 16MnR 和 0Cr18Ni9 這幾種材料。1.0Cr18Ni9 一般用于低于 20 的低溫容器和對(duì)介質(zhì)有潔凈要求的容器，如低溫分離器、氟利昂蒸發(fā)器等；2.16MnR 一般用于對(duì)安全性要求較高、 使用 Q235-B 時(shí)壁厚較大的容器， 如油、天然氣等。3.Q235-B 使用最廣也最經(jīng)濟(jì)， GB150 第 9 頁(yè)對(duì)其使用條件作了詳細(xì)規(guī)定：規(guī)定設(shè)計(jì)壓力0 1.6MPa ;鋼板使用溫度0350 ；用于殼體時(shí)厚度不得大于20mm ，且不得用于高

5、度危害的介質(zhì)。儲(chǔ)氣罐使用壓力、溫度和介質(zhì)都符合Q235-B 的條件，厚度還未知，若超過(guò)了20mm ，能使用 16MnR 。暫定使用 Q235-B 。3. 確定設(shè)備基本尺寸（ 1 ）確定容器直徑首先要確定容器直徑。如果是圓筒型壓力容器，一般取長(zhǎng)徑比為25,很多情況下取23就可以了。本例要求容器的幾何容積為 2m3 。先設(shè)定直徑， 再根據(jù)此直徑和容積求出筒體高度， 驗(yàn)算其長(zhǎng)徑比。 設(shè)定的直徑應(yīng)符合封頭的規(guī)格。有了容器直徑，可按照 GB150 公式計(jì)算出厚度。此厚度即為計(jì)算厚度，其名義厚度為計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和，再向上圓整到鋼板的商品厚度。如果腐蝕裕量為 2mm ，與計(jì)算厚度之和為 10.30mm

6、 ，與之最接近的鋼板商品厚度為 12mm ，故確定容器厚度為 12mm ，并且此值符合Q235-B 對(duì)厚度不超過(guò) 20mm 的要求。另外本例若選擇腐蝕裕量為 1mm 經(jīng)濟(jì)性會(huì)好得多，可以思考一下為什么？至此，得到容器外形。（ 2 ）按照工藝要求確定配置各管口的法蘭和接管。容器上開孔要符合GB150 的規(guī)定，要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，如滿足GB150 不需補(bǔ)強(qiáng)的條件，可不必再計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)。應(yīng)盡量滿足GB15 條件，安全性和經(jīng)濟(jì)性都最好，避免增加補(bǔ)強(qiáng)圈。法蘭及其密封面型式法蘭及其密封面型式是設(shè)計(jì)協(xié)議書中要求的，1. 壓力等級(jí)必須高于設(shè)計(jì)壓力；2. 其材質(zhì)一般與筒體相同；3. 確定管口在殼體上的位置時(shí)， 在空間較

7、為緊張的情況下， 一般也應(yīng)保持焊縫與焊縫間的距離不小于 50mm ，以避免焊接熱影響區(qū)的相互疊加。檢查孔除了用戶要求的管口外， 容規(guī)第 45 條（ p26 ）還對(duì)檢查孔的設(shè)置進(jìn)行了規(guī)定。本例直徑為 1000mm ，按規(guī)定必須開設(shè)一個(gè)人孔。查回轉(zhuǎn)蓋平焊法蘭人孔標(biāo)準(zhǔn) JB580-79 壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè) p614 ，選擇壓力 1.6MPa 級(jí)、 公稱直徑450的人孔，密封型式為A型，其接管為（）480x10。因人孔開孔較大，所以人孔一定要使用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，查補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)JB/T4736 ，補(bǔ)強(qiáng)圈外徑為760 ，厚度一般等同于筒體。人孔的位置以方便出入人孔為原則，應(yīng)盡量靠近下封頭。本例選定人孔中

8、心距下封頭環(huán)焊縫500 。立式容器的支座一般選用支承式支座JB/T4724（ 壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)（ 3 ）技術(shù)要求的書寫1 本設(shè)備按 GB150-1998 鋼制制壓力容器進(jìn)行制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收，并接受國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程的監(jiān)督。2 焊接采用電弧焊，焊條牌號(hào)：焊接采用 J422 。3 焊接接頭型式和尺寸除圖中注明外， 按 HG20583 的規(guī)定進(jìn)行施焊： A 類和B 類焊接接頭型式為 DU3 ； 接管與筒體、封頭的焊接接頭型式見接管表；未注角焊縫的焊角尺寸為較薄件的厚度；法蘭的焊接按相應(yīng)法蘭標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。4 容器上的 A 類和 B 類焊接接頭應(yīng)進(jìn)行射線探傷檢查，

9、探傷長(zhǎng)度不小于每條焊縫長(zhǎng)度的20% ,其結(jié)果應(yīng)以符合JB4730規(guī)定中的m級(jí)為合格。5 . 進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算校核壓力容器的制造工藝壓力容器，儲(chǔ)氣罐，規(guī)格1000 X2418 X10,設(shè)計(jì)壓力1.78MPa ,設(shè)計(jì)溫度40 ，屬二類壓力容器。通過(guò)該壓力容器的試制，對(duì)壓力容器的制造工藝流程有了更深的了解。工藝流程：下料 > 成型 > 焊接 > 無(wú)損檢測(cè) > 組對(duì)、焊接 >無(wú)損檢測(cè) > 熱處理 > 耐壓實(shí)驗(yàn)一、選材及下料（一）壓力容器的選材原理1 具有足夠的強(qiáng)度，塑性，韌性和穩(wěn)定性。2 具有良好的冷熱加工性和焊接性能。3 在有腐蝕性介質(zhì)的設(shè)備必須有良好的耐蝕性和

10、抗氫性。4 在高溫狀態(tài)使用的設(shè)備要有良好的熱穩(wěn)定性。5 在低溫狀態(tài)下使用的設(shè)備要考慮有良好的韌性。（二）壓力容器材料的種類1 碳鋼，低合金鋼2 不銹鋼3 .特殊材料：復(fù)合材料（16MnR+316L ）剛鎳合金超級(jí)雙向不銹鋼哈氏合金（NiMo:78% 20% 合金）（三）常用材料常用復(fù)合材料： 16MnR+0Gr18Ni9A:按形狀分：鋼板、棒料、管狀、鑄件、鍛件B ：按成分分： 碳素鋼： 20 號(hào)鋼 20R Q235低合金鋼： 16MnR 、 16MnDR 、 09MnNiDR 、 15CrMoR 、 16Mn 鍛件、20MnMo 鍛件高合金鋼： 0Cr13 、 0Cr18Ni9 、 0Cr1

11、8Ni10Ti尿素級(jí)材料： X2CrNiMo18.143mol （尿素合成塔中使用，有較高耐腐蝕性）二、下料工具與下料要求（一）下料工具及試用范圍：1 、氣割：碳鋼2 、等離子切割：合金鋼、不銹鋼3、剪扳機(jī)：&< 8 mm LW2500 mm 切邊為直邊4、鋸管機(jī)：接管5 、滾板機(jī)：三輥（二）橢圓度要求：（三）錯(cuò)邊量要求：見下表（四）直線度要求：三、焊接（一）焊前準(zhǔn)備與焊接環(huán)境1 、焊條、焊劑及其他焊接材料的貯存庫(kù)應(yīng)保持干燥，相對(duì)濕度不得大于 60% 。2 、當(dāng)施焊環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況，且無(wú)有效防護(hù)措施時(shí)，禁止施焊：A ）手工焊時(shí)風(fēng)速大于10m/sB）氣體保護(hù)焊時(shí)風(fēng)速大于2m/s

12、C）相對(duì)濕度大于90%D ）雨、雪環(huán)境（二）焊接工藝1 、容器施焊前的焊接工藝評(píng)定，按JB4708 進(jìn)行2 、 A、 B 類焊接焊縫的余高不得超過(guò)GB150 的有關(guān)規(guī)定3 、焊縫表面不得有裂紋、氣孔、弧坑和飛濺物（三）焊縫返修4 、焊逢的同一部位的返修次數(shù)不宜超過(guò)兩次。如超過(guò)兩次，返修前均應(yīng)經(jīng)制造單位技術(shù)總負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)， 返修次數(shù)、 部位和返修情況應(yīng)記入容器的質(zhì)量證明書。5 、要求焊后熱處理的容器，一般應(yīng)在熱處理前進(jìn)行返修。如在熱處理后返修時(shí)，補(bǔ)焊后應(yīng)做必要的熱處理四、無(wú)損探傷（一）理論1 定義：借用于現(xiàn)今的手段和一起在不損壞和破壞材料機(jī)器及其結(jié)構(gòu)的情況下對(duì)它們的化學(xué)性質(zhì)、機(jī)械性能以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)

13、行檢測(cè)。2 目的： 確保工件和設(shè)備的質(zhì)量，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。射線：RT 超聲波UT （焊縫、鍛件） 磁粉MT （檢查鐵磁性表面）透 PT （表面開口缺陷）改善制造工藝降低成本提高設(shè)備的可靠性3 . 應(yīng)用特點(diǎn)：無(wú)損檢測(cè)要與破壞性試驗(yàn)相結(jié)合。正確的選用最適當(dāng)?shù)臒o(wú)損檢測(cè)。正確使用無(wú)損檢測(cè)的時(shí)機(jī)綜合應(yīng)用各種無(wú)損檢測(cè)方法4 . 應(yīng)用范圍：組合件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或內(nèi)部組成的檢查，不破壞對(duì)象，利用射線檢查內(nèi)部情況。材料，鑄、鍛件和焊縫間檢查。材料和機(jī)械的質(zhì)量檢測(cè)。表面測(cè)厚5 .焊縫缺陷：裂紋：有冶金因素和應(yīng)力因素或者是由組織因素和致脆因素、氫 等的綜合作用所引起的局部斷裂。氣孔：焊接過(guò)程中溶入液體金屬的氣體在金

14、屬凝固結(jié)晶時(shí)來(lái)不及 逸出而留在焊縫內(nèi)形成的空紋。夾渣：焊接過(guò)程中，溶池內(nèi)冶金反應(yīng)所生成的非金屬夾雜物，由于各種原因來(lái)不及浮出表面而留在焊縫內(nèi)。未焊透：是焊縫金屬與母材或焊縫金屬之間未被熱源熔化而留下來(lái)的局部空隙。夾鎢（二）射線照相探傷法1 .X 射線2 . 丫 射線 卜19274 天 < 100mmCo60 5.3 年 < 200mm射線性質(zhì)：都是電磁波具有兩重性：波動(dòng)性、粒子性射線特性：不可見直線傳播，有衍射，繞射能穿透物質(zhì)，使物質(zhì)電離，能使膠片感光，也能使增感材料產(chǎn)生熒光，傷害有生命的細(xì)胞。防護(hù)學(xué)：時(shí)間距離躲避（三）超聲波探傷法利用超聲波在組件中的傳播，經(jīng)反射接收后根回波判斷是

15、否有缺陷的方法。（4） MT 磁粉探傷：操作簡(jiǎn)單，直觀。鐵磁性材料（表面和內(nèi)表面）首先 MT檢測(cè)缺陷位置和表面長(zhǎng)度而不能確定深度。特點(diǎn)：檢查靜表面缺陷（5） PT 滲透涂上滲透液-進(jìn)入毛細(xì)管-清洗-回滲檢測(cè)：開口缺陷，表面光潔度五、壓力容器的熱處理：（1） 正火 目的： 細(xì)化晶粒， 提高母材及?；幚砗缚p的綜合機(jī)械性能， 消除冷作硬化，便于切削加工。 方法：把要正火的零件放入加熱爐中加熱到一定溫度按每毫米1.5分2.5分保溫出爐空冷，風(fēng)冷或霧冷。 應(yīng)用：16MnR 高溫保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使奧氏體晶粒大（正火）35 #鍛件（正火）封頭，筒體（正火）（2） 調(diào)質(zhì)處理： 目的：提高零件的綜合機(jī)械性能。

16、方法：淬火+ 高溫回火（ 500 以上） 。得到索氏體。 應(yīng)用： 封頭， 筒體， 法蘭， 管板等。 20MnMo 20MnMoNb 13MnNiMoNb900 C950 C 2分3.5分/mm 水冷+空冷。螺栓螺母： 35CrMoA25Cr2MoVA 35CrMoVA 30Mn40Mn 35CrMoA硬度HB=187229 用亞溫淬火。（三）固溶處理： （針對(duì)奧氏體不銹鋼）即在室溫條件下保留奧氏體。目的： 將零件加熱使碳化物溶到奧氏體中， 再以足夠快的冷卻速度將碳化物固定在奧氏體中。具有最低的強(qiáng)度、最高塑性、最好的耐蝕性。應(yīng)用：封頭方法：加熱到1000 c1150 C,以2分到4分/mm保溫后

17、快冷，然后水冷，再進(jìn)行空冷。（消除應(yīng)力，退火） PWHT一般熱處理： SR ISR目的： A. 改善焊接接頭及熱影響區(qū)的組織和性能。B.消除焊接和冷作硬化的應(yīng)力。C.防止產(chǎn)生焊接裂紋。方法： A. 優(yōu)先采用爐內(nèi)整體消除應(yīng)力方法（另一法：把容器視為加熱爐，在設(shè)備內(nèi)部加熱外殼保溫）99 版壓力容器規(guī)則： （高壓容器、中壓反應(yīng)器、儲(chǔ)存容器、石油液化器儲(chǔ)罐）不能用內(nèi)部加熱法。B.分段熱處理：一端在爐內(nèi)，采取適當(dāng)保溫措施以防有害的溫度梯度（重復(fù)加熱的長(zhǎng)度1.5m ）3.6m加氫反應(yīng)器，長(zhǎng)26mC.對(duì)環(huán)縫進(jìn)行局部消除應(yīng)力處理-加熱寬度：焊縫中心線每側(cè)2倍板厚。焊后熱處理工藝：A. 爐溫 400 以下裝爐B

18、.升溫速率5000 C/T （有效厚度）/h且0200 C/hC.保溫時(shí)間 T050mm , 25mm/h T >50mm 保溫時(shí)間=（150+T ）/100 （h）D.降溫速率：400 c 以上，6500/T C/h且0260 C/h壓力容器焊后熱處理的注意事項(xiàng)（ 1 ）容器整體消應(yīng)力處理須在整體制造完經(jīng)檢驗(yàn)合格后，水壓試驗(yàn)之前進(jìn)行。（ 2 ）嚴(yán)禁火焰直射工作產(chǎn)生過(guò)熱或過(guò)燒。（ 3 ）產(chǎn)品試板（含母材試板）掛片試樣等應(yīng)與容器同爐 PWHT六、壓力試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)（一）壓力試驗(yàn)壓力試驗(yàn)按試驗(yàn)介質(zhì)不同分為液壓試驗(yàn)及氣壓試驗(yàn)。1 、液壓試驗(yàn)液壓實(shí)驗(yàn)一般采用水， 需要時(shí)也可采用不會(huì)導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)的其他液體。 試驗(yàn)時(shí)液體的溫度應(yīng)低于其閃點(diǎn)或沸點(diǎn)。 奧氏體不銹鋼制壓力容器用水進(jìn)行液壓試驗(yàn)后應(yīng)將水漬清楚干凈。當(dāng)無(wú)法達(dá)到這一要求時(shí)，應(yīng)控制水的氯離子含量不超過(guò)25mg/L 。液壓試驗(yàn)方法：a）試驗(yàn)時(shí)容器頂部應(yīng)設(shè)排氣口，充液時(shí)應(yīng)將容器內(nèi)的空氣排盡。試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)保持容器觀察表面的