壓力容器的設計步驟

1、儲氣罐一一壓力容器的設計步驟1,確定壓力容器設備的各項參數(shù)：壓力，介質(zhì)，溫度最高工作壓力為1.5MPa,工作溫度為常溫20C,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(以下簡稱容規(guī))第一章中有詳細的規(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的危害性來劃分。儲氣罐為低壓(<1,6MPa)且介質(zhì)無毒不易燃，應為第I類容器。2,確定設計參數(shù)(1)確定設計壓力容器的最高工作壓力為1.5MPa,設計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)的危害性和容器所附帶的安全裝置。

2、介質(zhì)無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，則得到設計壓力為Pc=1.05x1.4(2)確定設計溫度一般是在用戶提供的工作溫度的基礎上，再考慮容器環(huán)境溫度而得。如在室外在工作，無保溫，容器工作溫度為30C,冬季環(huán)境溫度最低可到20C,則設計溫度就應該按容器可能達到的最惡劣的溫度確定為-20C。容規(guī)提供了一些設計所需的氣象資料供參考。假定在容器在室內(nèi)工作，取常溫為設計溫度。(3)確定幾何容積按結(jié)構(gòu)設計完成后的實際容積填寫。(4)確定腐蝕裕量根據(jù)受壓元件的材質(zhì)、介質(zhì)對受壓元件的腐蝕率、容器使用環(huán)境和容器的使用壽命來確定。先選定受

3、壓元件的材質(zhì)，再確定腐蝕裕量。容規(guī)對一些常見介質(zhì)的腐蝕裕量進行了一些規(guī)定。工作介質(zhì)對受壓元件的腐蝕率主要按實測數(shù)據(jù)和經(jīng)驗來確定，受使用環(huán)境影響很大，變數(shù)很多，目前無現(xiàn)成的數(shù)據(jù)。介質(zhì)無腐蝕的容器，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)的標準叫法叫焊接接頭系數(shù)，GB150對其取值與焊縫檢測百分比進行了規(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,即焊接接頭應進行100%的無損檢測，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。(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)濟性。

4、GB150對材料的使用有規(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20c的低溫容器和對介質(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一般用于對安全性要求較高、使用Q235-B時壁厚較大的容器，如油、天然氣等。3.Q235-B使用最廣也最經(jīng)濟，GB150第9頁對其使用條件作了詳細規(guī)定：規(guī)定設計壓力01.6MPa；鋼板使用溫度0C350C；用于殼體時厚度不得大于20mm,且不得用于高度危害的介質(zhì)。儲氣罐使用壓力、溫度和介質(zhì)都符合Q235-B的條件，厚度還未知，若超過了20mm,能使用16MnR。暫定使用Q235-B。

5、3確定設備基本尺寸(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。先設定直徑，再根據(jù)此直徑和容積求出筒體高度，驗算其長徑比。設定的直徑應符合封頭的規(guī)格。有了容器直徑，可按照GB150公式計算出厚度。此厚度即為計算厚度，其名義厚度為計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,與計算厚度之和為10.30mm,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對厚度不超過20mm的要求。另外本例若選擇腐蝕裕量為1mm經(jīng)濟性會好得多，可以思考一下為

6、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，要進行補強計算，如滿足GB150不需補強的條件，可不必再計算補強。應盡量滿足GB15條件，安全性和經(jīng)濟性都最好，避免增加補強圈。法蘭及其密封面型式法蘭及其密封面型式是設計協(xié)議書中要求的，1 .壓力等級必須高于設計壓力；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，在空間較為緊張的情況下，一般也應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)還對檢查孔的設置進行了規(guī)定。本例直徑為1000mm,按規(guī)定必須開設

7、一個人孔。查回轉(zhuǎn)蓋平焊法蘭人孔標準JB580-79壓力容器與化工設備實用手冊p614,選擇壓力1.6MPa級、公稱直徑450的人孔，密封型式為A型，其接管為6480x10。因人孔開孔較大，所以人孔一定要使用補強圈補強，查補強圈標準JB/T4736,補強圈外徑為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，應盡量靠近下封頭。本例選定人孔中心距下封頭環(huán)焊縫500。立式容器的支座一般選用支承式支座JB/T4724(壓力容器與化工設備實用手冊(3)技術(shù)要求的書寫1本設備按GB150-1998鋼制制壓力容器進行制造、試驗和驗收，并接受國家質(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。

8、2焊接采用電弧焊，焊條牌號：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；法蘭的焊接按相應法蘭標準的規(guī)定。4容器上的A類和B類焊接接頭應進行射線探傷檢查，探傷長度不小于每條焊縫長度的20%,其結(jié)果應以符合JB4730規(guī)定中的m級為合格4 .進行強度計算校核壓力容器的制造工藝壓力容器，儲氣罐，規(guī)格1000X2418X10,設計壓力1.78MPa,設計溫度40C,屬二類壓力容器。通過該壓力容器的試制，對壓力容器的制造工藝流程有了更深的了解。工藝流程：下料

9、一一成型一一焊接一一無損檢測一一組對、焊接一一無損檢測一一熱處理一一耐壓實驗一、選材及下料（一）壓力容器的選材原理1.具有足夠的強度，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)的設備必須有良好的耐蝕性和抗氫性。4 .在高溫狀態(tài)使用的設備要有良好的熱穩(wěn)定性。5 .在低溫狀態(tài)下使用的設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：復合材料（16MnR+316L）剛鍥合金超級雙向不銹鋼哈氏合金（NiMo:78%20%合金）（三）常用材料常用復合材料：16MnR+0Gr18Ni9A:按形狀分：鋼板、棒料、管狀、鑄件、鍛件

10、B:按成分分：碳素鋼：20號鋼20RQ235低合金鋼：16MnR、16MnDR、09MnNiDR、15CrMoR、16Mn鍛件、20MnMo鍛件高合金鋼：0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti尿素級材料：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：&<8mmL02500nlm切邊為直邊4、鋸管機：接管5、滾板機：三輾（二）橢圓度要求：（三）錯邊量要求：見下表（四）直線度要求：三、焊接（一）焊前準備與焊接環(huán)境1、焊條、焊劑及其他焊接材料的貯

11、存庫應保持干燥，相對濕度不得大于60%。2、當施焊環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況，且無有效防護措施時，禁止施焊：A）手工焊時風速大于10m/sB）氣體保護焊時風速大于2m/sC）相對濕度大于90%D）雨、雪環(huán)境（二）焊接工藝1、容器施焊前的焊接工藝評定，按JB4708進行2、A、B類焊接焊縫的余高不得超過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1、焊逢的同一部位的返修次數(shù)不宜超過兩次。如超過兩次，返修前均應經(jīng)制造單位技術(shù)總負責人批準，返修次數(shù)、部位和返修情況應記入容器的質(zhì)量證明書2、要求焊后熱處理的容器，一般應在熱處理前進行返修。如在熱處理后返修時，補焊后應做必要的熱

12、處理四、無損探傷（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器及其結(jié)構(gòu)的情況下對它們的化學性質(zhì)、機械性能以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行檢測。2 .目的：確保工件和設備的質(zhì)量，保證設備的正常運行。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備的可靠性3 .應用特點：無損檢測要與破壞性試驗相結(jié)合。正確的選用最適當?shù)臒o損檢測。正確使用無損檢測的時機綜合應用各種無損檢測方法4 .應用范圍：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。材料和機械的質(zhì)量檢測。表面測厚5 .焊縫缺陷：裂紋

13、：有冶金因素和應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：焊接過程中溶入液體金屬的氣體在金屬凝固結(jié)晶時來不及逸出而留在焊縫內(nèi)形成的空紋。夾渣：焊接過程中，溶池內(nèi)冶金反應所生成的非金屬夾雜物，由于各種原因來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的局部空隙。夾鴇（二）射線照相探傷法1 .X射線2 .丫射線Ir19274天<100mmCo605.3年<200mm射線性質(zhì)：都是電磁波具有兩重性：波動性、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

14、命的細胞。防護學：時間距離躲避（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否有缺陷的方法。（四）MT磁粉探傷：操作簡單，直觀。鐵磁性材料（表面和內(nèi)表面）首先MT檢測缺陷位置和表面長度而不能確定深度。特點：檢查靜表面缺陷（五）PT滲透涂上滲透液-進入毛細管-清洗-回滲檢測：開口缺陷，表面光潔度五、壓力容器的熱處理：（一）正火目的：細化晶粒，提高母材及?；幚砗缚p的綜合機械性能，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，風冷或霧冷。 應用：16MnR高溫保溫時間過長，使奧氏體晶粒大（正火）35#鍛件（正

15、火）封頭，筒體（正火）（二）調(diào)質(zhì)處理：目的：提高零件的綜合機械性能。 方法：淬火+高溫回火（500c以上）。得到索氏體。 應用：封頭，筒體，法蘭，管板等。20MnMo20MnMoNb13MnNiMoNb900c950c2分3.5分/mm水冷+空冷。螺栓螺母：35CrMoA25Cr2MoVA35CrMoVA35CrMoA30Mn40Mn硬度HB=187229用亞溫淬火（三）固溶處理：（針對奧氏體不銹鋼）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。具有最低的強度、最高塑性、最好的耐蝕性。應用：封頭方法：加熱到1000c1150C,以2

16、分到4分/mm保溫后快冷，然后水冷，再進行空冷。（四）焊后熱處理：（消除應力，退火）PWHT一般熱處理：SRISR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)整體消除應力方法（另一法：把容器視為加熱爐，在設備內(nèi)部加熱外殼保溫）99版壓力容器規(guī)則：（高壓容器、中壓反應器、儲存容器、石油液化器儲罐）不能用內(nèi)部加熱法。B.分段熱處理：一端在爐內(nèi)，采取適當保溫措施以防有害的溫度梯度（重復加熱的長度1.5m）3.6m加氫反應器，長26mC.對環(huán)縫進行局部消除應力處理-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40

17、0c以下裝爐B.升溫速率5000c/T（有效厚度）/h且0200c/hC.保溫時間T<50mm,25mm/hT>50mm保溫時間=（150+T）/100（h）D.降溫速率：400c以上，6500/TC/h且0260C/h壓力容器焊后熱處理的注意事項（1）容器整體消應力處理須在整體制造完經(jīng)檢驗合格后，水壓試驗之前進行。（2）嚴禁火焰直射工作產(chǎn)生過熱或過燒。（3）產(chǎn)品試板（含母材試板）掛片試樣等應與容器同爐PWHT六、壓力試驗和氣密性試驗（一）壓力試驗壓力試驗按試驗介質(zhì)不同分為液壓試驗及氣壓試驗。1、液壓試驗液壓實驗一般采用水，需要時也可采用不會導致發(fā)生危險的其他液體。試驗時液體的溫度

18、應低于其閃點或沸點。奧氏體不銹鋼制壓力容器用水進行液壓試驗后應將水漬清楚干凈。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。液壓試驗方法：a）試驗時容器頂部應設排氣口，充液時應將容器內(nèi)的空氣排盡。試驗過程中，應保持容器觀察表面的干燥；試驗時壓力應緩慢上升，達到規(guī)定試驗壓力后，保壓時間一般不少于30min。然后將壓力降至規(guī)定試驗壓力的80%,并保持足夠長時間對所有焊接接頭和連接部位進行檢查。如有滲漏，修補后重新試驗；對于夾套容器，先進行內(nèi)筒液壓試驗，合格后再焊夾套，然后進行夾套內(nèi)的液壓試驗；液壓試驗完畢后，應將液體排盡并用壓縮空氣將內(nèi)部吹干。2、氣壓試驗氣壓試驗應有安全措施。該安全措施需經(jīng)試驗單位技術(shù)總負責人批準，并經(jīng)本單位安全部門監(jiān)督檢查。試驗所用氣體為干燥、潔凈的空氣、氮氣或其他惰性氣體。氣壓試驗時壓力應緩慢上升，至規(guī)定試驗壓力的10%,且不超過0.05MPa時，保壓5min,然后對所有焊接接