1、 壓力容器專業(yè)知識(shí) 2005年09月13日12一.壓力容器設(shè)計(jì)、制造的主要特點(diǎn) 1. 壓力容器設(shè)計(jì)一般包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(選擇)、設(shè)計(jì)計(jì) 算與材料選擇其中結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)，即 根據(jù)各類承壓零部件不同的結(jié)構(gòu)、形狀,分別進(jìn) 行設(shè)計(jì)計(jì)算. 3一.壓力容器設(shè)計(jì)、制造的主要特點(diǎn)2.壓力容器設(shè)計(jì)計(jì)算一般要解決如下三類問(wèn)題:2.1 強(qiáng)度-在外壓作用下不允許產(chǎn)生塑性(永久)變形,是 涉及安全的主要問(wèn)題,如筒體、封頭等；2.2 剛性-在外力作用（制造、運(yùn)輸、安裝與使用）下產(chǎn) 生不允許的彈性變形，如法蘭（密封）、管板等；2.3 穩(wěn)定性-在外力作用下防止突然失去原有形狀的穩(wěn) 定性，如外壓及真空容器。4一. 壓力容器設(shè)

2、計(jì)、制造的主要特點(diǎn)3. 依各類承壓零部件不同的結(jié)構(gòu)、形狀,采用不同的 加工方法分別制造,然后通過(guò)多種方法(焊接、法 蘭螺栓、螺紋)連接在一起,構(gòu)成一臺(tái)完整的容器, 然后焊接是主要方法.5一. 壓力容器設(shè)計(jì)、制造的主要特點(diǎn) 4. 在制造的全過(guò)程中要采用多種冷、熱加工方法, 其中熱加工(焊接、熱處理、熱成形)以其技術(shù)的 復(fù)雜性、質(zhì)量要求的多樣性以及質(zhì)量檢驗(yàn)的難度, 成為影響產(chǎn)品安全運(yùn)行的關(guān)鍵. 6一. 壓力容器設(shè)計(jì)、制造的主要特點(diǎn)5. 壓力容器產(chǎn)品的質(zhì)量主要是安全要求,而非性能 要求,因此采取嚴(yán)格的市場(chǎng)準(zhǔn)入(單位、人員)制度, 以及全過(guò)程 (設(shè)計(jì)、制造、使用)質(zhì)量控制區(qū).7二. 壓力容器的分類 分

3、類方法很多,主要有如下幾種: 1.按壓力、品種、介質(zhì)及易燃介質(zhì)分類 1.1 按壓力分為低、中、高及超高壓，前三種在材料、失效判據(jù)（準(zhǔn)則）、計(jì)算方法、制造要求上基本一致，而超高壓則截然不同。 1.2 按介質(zhì)毒性及易燃性分類，主要出自安全考慮，即一旦發(fā)生事故（爆炸、泄漏等）的危害程度。8二. 壓力容器的分類 2. 按制造許可級(jí)別分類 2.1 按制造許可級(jí)別分類,一般考慮如下一些因素安全性及制造難易程度的不同,這里涉及P、P V、介質(zhì)特性、材料強(qiáng)度級(jí)別等;工作(安放)位置分為固定與移動(dòng),移動(dòng)的安全要求高于固定,且應(yīng)對(duì)減輕自重、防沖擊、各類儀表的裝設(shè)做特殊考慮;材料, 金屬與非金屬制容器在制造與檢驗(yàn)方

4、法上有很大不同;考慮制造特點(diǎn),利于專業(yè)化生產(chǎn),如球罐. 2.2 對(duì)不同制造許可級(jí)別的企業(yè),提出不同的資源條件與安全質(zhì)量要求. 9二. 壓力容器的分類 3. 按生產(chǎn)工藝過(guò)程中作用原理分類 分為反應(yīng)、換熱、分離、儲(chǔ)存四類,其中反應(yīng)容器安全性 要求最高,因其在進(jìn)行物理、化學(xué)反應(yīng)時(shí),可能造成壓力、 溫度的變化.10二. 壓力容器的分類 4. 此外,尚有如下一些常見(jiàn)的分類方法： 4.1 按形狀分類,如圓筒形、球形、組合型(前者均為回轉(zhuǎn)殼體)以及方形、矩形等; 4.2 按筒體結(jié)構(gòu)分為整體式、組合式,詳見(jiàn)后. 4.3 按制造方法分為焊接(最為普通)、鍛造(主要用于超高壓)、鑄造(主要優(yōu)點(diǎn)是方便制造),但因其

5、質(zhì)量問(wèn)題需加大安全系數(shù),多用于小型、低壓.11二. 壓力容器的分類 4. 此外,尚有如下一些常見(jiàn)的分類方法：4.4 按材料分為金屬與非金屬兩大類,其中:金屬中分為鋼、鑄鐵、有色金屬與合金.其中有色金屬與合金主要用于腐蝕等特殊工況,在生產(chǎn)條件、生產(chǎn)裝備、原材料驗(yàn)收與堆放、吊裝、運(yùn)輸包裝，尤其是焊接等環(huán)節(jié)有一系列特殊要求。鋼中以其化學(xué)成份又分為碳素鋼、低合金鋼（前兩者主要是強(qiáng)度鋼）及高合金鋼（主要用于腐蝕、低溫、高溫等特殊工況）。我國(guó)以標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限540MPa 作為高強(qiáng)度鋼分界的理由。 12三. 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)薄壁容器應(yīng)力簡(jiǎn)化 1.1 應(yīng)力合理簡(jiǎn)化的主要內(nèi)容將三向受力狀態(tài)簡(jiǎn)化為兩向(切向

6、、軸向）受力狀態(tài)將應(yīng)力沿壁厚非均布視為均布將應(yīng)力沿軸向非均布視為均布1.2 簡(jiǎn)化的目的依據(jù)外載方便計(jì)算應(yīng)力1.3 薄壁容器的范疇（即簡(jiǎn)化造成誤差的允許范圍）D外/D內(nèi)1.5（力學(xué)）；D外/D內(nèi)1.2（工程），即高、中、低壓容器。 13三. 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 2. 強(qiáng)度理論的選擇2.1 強(qiáng)度理論的作用在外載引起的應(yīng)力與材料極限應(yīng)力間建立聯(lián)系，以便計(jì)算壁厚。2.2 主要強(qiáng)度理論的分類及選擇第一強(qiáng)度理論（最大主應(yīng)力理論）是最大主應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)材料強(qiáng)度極限構(gòu)件即破壞（脆斷）。適用于脆性材料破壞，但ASME-1與GB150等仍采用，主要原因在于經(jīng)驗(yàn)豐富、簡(jiǎn)便，采用一定的限制條件（壓力、結(jié)構(gòu)、元件系數(shù)

7、）可保證安全。142. 強(qiáng)度理論的選擇 2.2 主要強(qiáng)度理論的分類及選擇第三強(qiáng)度理論（最大剪應(yīng)力理論） 最大剪應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)材料屈服極限構(gòu)件即破壞（塑性屈服），較適用于壓力容器，ASME-2與JB4732采用。第四強(qiáng)度理論（能量理論）均方根剪應(yīng)力（考慮最大剪應(yīng)力的同時(shí)，兼顧其他剪應(yīng)力對(duì)安全的影響）達(dá)到或超過(guò)材料屈服極限構(gòu)件即破壞（塑性屈服），最適用壓力容器，但需試算使用不便。15三. 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)3. 失效判據(jù)（準(zhǔn)則）的選擇3.1 失效判據(jù)的作用設(shè)定整部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（即產(chǎn)品）的安全底線3.2 失效判據(jù)（準(zhǔn)則）的分類及選擇彈性失效判據(jù)容器在整個(gè)使用過(guò)程（含耐壓試驗(yàn)）材料應(yīng)處于彈性，不得屈服。

8、偏安全、經(jīng)驗(yàn)豐富，ASME-1及GB150采用。塑性失效判據(jù)內(nèi)壁材料進(jìn)入塑性但外壁材料仍為彈性，可提高材料利用率，ASME-2及JB4732等采用。16三.壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)3. 失效判據(jù)(準(zhǔn)則)的選擇3.2 失效判據(jù)(準(zhǔn)則)的分類及選擇爆破失效判據(jù)-因材料屈服強(qiáng)化，內(nèi)、外壁材料同時(shí)進(jìn)入塑性仍不會(huì)破壞，應(yīng)力直至材料強(qiáng)度限前均可使用，我國(guó)超高壓容器設(shè)計(jì)采用。174. 設(shè)計(jì)條件的確定4.1 設(shè)計(jì)條件的作用-設(shè)計(jì)依據(jù)4.2 設(shè)計(jì)條件包含的內(nèi)容-主要為壓力、溫度、介質(zhì)、腐蝕裕量、焊縫系數(shù)，自然基礎(chǔ)條件等。4.3 （最高）工作壓力-正常工況（安全責(zé)任界限）容器頂部（最小、唯一）可能（并非必然）出現(xiàn)的最

9、大壓力，由用戶工藝人員提供。4.4 設(shè)計(jì)壓力-設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度一起成為設(shè)計(jì)載荷條件（可能出現(xiàn)的最危險(xiǎn)工況），由設(shè)計(jì)人員根據(jù)最高工作壓力設(shè)定（大于或大于等于）。4.5 腐蝕裕量-年腐蝕速率設(shè)計(jì)壽命，指均勻腐蝕。對(duì)應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕及氫腐蝕等需采用其他（如選材）解決。18三.壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 5. 安全系數(shù) 5.1安全系數(shù)的作用-安全性與經(jīng)濟(jì)性辯證統(tǒng)一，整部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的核心。 5.2 為何有安全系數(shù) 載荷誤差;設(shè)計(jì)誤差;材料誤差;制造與檢驗(yàn)的誤差;使用中的問(wèn)題;未可知因素 19三.壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 5. 安全系數(shù) 5.3 安全系數(shù)發(fā)展的歷史與趨向單一走向多元-nb(強(qiáng)

10、度)、ns(屈服)、nst(設(shè)計(jì)溫度下屈服)、nD(持久)、nn(蠕變)。取五者中最小許用應(yīng)力。從高到低，下降趨勢(shì)（技術(shù)進(jìn)步，經(jīng)驗(yàn)積累）。針對(duì)不同應(yīng)力對(duì)安全的不同影響，取不同的安全系數(shù)。 20三.壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 5. 安全系數(shù) 5.4 螺栓安全系數(shù)的特殊性-避免過(guò)度上緊一般只對(duì)屈服點(diǎn)取安全系數(shù)依材料而異依規(guī)格而異21三.壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)6. 焊縫(焊接接頭)系數(shù)6.1 焊縫系數(shù)的作用-設(shè)計(jì)系數(shù)?？紤]焊縫對(duì)容器強(qiáng)度的削弱，用整個(gè)增加壁厚的方式補(bǔ)足.6.2 焊縫系數(shù)的選取-依焊接接頭型式及無(wú)損檢測(cè)長(zhǎng)度（比例）確定。22三.壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)6. 焊縫(焊接接頭)系數(shù)6.3 幾個(gè)問(wèn)題的解

11、釋相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接接頭，可采用多種方法實(shí)現(xiàn)，最終由無(wú)損檢測(cè)判斷；一般均指縱縫，環(huán)縫焊接接頭系數(shù)僅在特定條件（如高塔風(fēng)載）下采用;容規(guī)對(duì)無(wú)墊板單面焊環(huán)向接頭焊縫系數(shù)的規(guī)定，應(yīng)理解為對(duì)無(wú)墊板單面焊使用的限制。23三.壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)7.主要受壓元件設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題7.1多數(shù)元件（如筒體、封頭、球殼）可通過(guò)公式直接得出 壁厚，部分元件（如法蘭、外壓）需先假定尺寸然后進(jìn) 行試算校核。7.2 設(shè)計(jì)時(shí)因難以搞清開(kāi)孔與焊縫的相對(duì)位置，故均按在焊 縫上進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)，制造時(shí)應(yīng)盡量使開(kāi)孔遠(yuǎn)離焊 縫。7.3 GB150對(duì)開(kāi)孔規(guī)格的限制，是等面積補(bǔ)強(qiáng)方法的限制， 如需要開(kāi)大孔可另尋補(bǔ)強(qiáng)設(shè)

12、計(jì)方法，如極限分析、安定 性分析。24三.壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)7.主要受壓元件設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題7.4 除十字焊縫外，對(duì)封頭拼板焊縫無(wú)限制，但均需100% 探傷，合格級(jí)別與容器一致。大型封頭制造后，因運(yùn) 輸原因切開(kāi)到現(xiàn)場(chǎng)再組焊，不屬拼板焊縫。7.5 為減少計(jì)算工作量，避免錯(cuò)誤，將常用規(guī)格的封頭、 法蘭編制成標(biāo)準(zhǔn)封頭、標(biāo)準(zhǔn)法蘭，供設(shè)計(jì)者選用，并 非限制設(shè)計(jì)者自行設(shè)計(jì)計(jì)算。7.6 GB150中要求筒節(jié)長(zhǎng)度不小于300mm屬懲罰條款，并非 合理要求。25三.壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)8.應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的一般概念8.1 應(yīng)力分析設(shè)計(jì)（JB4732）與規(guī)則設(shè)計(jì)（GB150）的主 要區(qū)別 GB150將復(fù)雜

13、（真實(shí)）應(yīng)力狀態(tài)簡(jiǎn)化，只考慮一次膜 應(yīng)力對(duì)安全的影響，其他應(yīng)力的影響用結(jié)構(gòu)限制、元 件系數(shù)等方法簡(jiǎn)單處理，可滿足多數(shù)一般產(chǎn)品安全， 設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)便，同一臺(tái)容器采用統(tǒng)一的安全系數(shù)； JB4732需進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力計(jì)算與分類，可滿足高參 數(shù)重要產(chǎn)品的安全，設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜必須采用計(jì)算機(jī)， 根據(jù)不同應(yīng)力的各種組合（應(yīng)力強(qiáng)度）對(duì)安全的不 同影響分別加以不同限制。26三.壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)8.應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的一般概念8.1 應(yīng)力分析設(shè)計(jì)（JB4732）與規(guī)則設(shè)計(jì)（GB150）的主 要區(qū)別 GB150采用第一強(qiáng)度理論，彈性失效準(zhǔn)則，不適用 于疲勞容器，壓力適用上限35MPa，安全系數(shù)較高； JB4732采用第三強(qiáng)

14、度理論，塑性失效準(zhǔn)則，可用于 疲勞容器，壓力適用上限100MPa，安全系數(shù)較低。二者的制造檢驗(yàn)要求無(wú)本質(zhì)差別，僅JB4732要求更嚴(yán)格，如不允許采用局部無(wú)損檢測(cè)、每臺(tái)容器均制備產(chǎn)品焊接試板、對(duì)接管開(kāi)孔倒圓倒角有明確要求、疲勞容器不得保留焊縫余高等。 27三. 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)8. 應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的一般概念8.2 應(yīng)力分類的基本知識(shí)按各類應(yīng)力對(duì)容器安全的不同影響,將其分為一次應(yīng)力、二次應(yīng)力與峰值應(yīng)力.28三. 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)8. 應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的一般概念8.2 應(yīng)力分類的基本知識(shí)一次應(yīng)力即基本應(yīng)力，它有二大特征：第一，是外載荷（壓力、重量、其他外載）引起的，外載消失一次應(yīng)力亦不復(fù)存在；第二

15、，作用范圍廣，與結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度或容器半徑屬同一量級(jí)。由內(nèi)壓在圓筒與封頭上引起的切向、軸（經(jīng)）向應(yīng)力即屬一次應(yīng)力。 一次應(yīng)力按其在壁厚方向分布的均勻程度，又可分為一次膜應(yīng)力（均布部分）和一次彎曲應(yīng)力（扣除一次膜應(yīng)力后的線性分布部分）。 一次膜應(yīng)力對(duì)容器安全影響最大，應(yīng)嚴(yán)格限制；對(duì)一次彎曲應(yīng)力的限制可稍寬。29三. 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)8. 應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的一般概念8.2 應(yīng)力分類的基本知識(shí)二次應(yīng)力是由相鄰部件的約束或結(jié)構(gòu)自身約束而產(chǎn)生的應(yīng)力，其特點(diǎn)是：第一，分布局域較一次應(yīng)力小，與 屬同一量級(jí)；第二，二次應(yīng)力達(dá)到材料屈服點(diǎn)時(shí)，僅引起局部屈服，大部分材料仍屬?gòu)椥?，且二次?yīng)力有自限性。 封頭與筒體連接處由附

16、加彎矩引起的軸、切向應(yīng)力屬二次應(yīng)力。溫差應(yīng)力一般亦屬二次應(yīng)力。 對(duì)二次應(yīng)力的限制寬于一次應(yīng)力。30三. 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)8. 應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的一般概念8.2 應(yīng)力分類的基本知識(shí)峰值應(yīng)力.扣除一次、二次應(yīng)力后，沿壁厚非線性分布的部分即為峰值應(yīng)力。峰值應(yīng)力多在殼體與接管連接處產(chǎn)生，其分布區(qū)域極小，與t一個(gè)量級(jí)，僅對(duì)疲勞破壞產(chǎn)生影響。 31四. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求1. 結(jié)構(gòu)的重要性-設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)，對(duì)安全與經(jīng)濟(jì)性影響極大。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求是安全、方便制造與檢驗(yàn)。任何結(jié)構(gòu)都不是萬(wàn)能的，需合理設(shè)計(jì)與選擇。 2. 筒體結(jié)構(gòu)2.1 筒體結(jié)構(gòu)分為整體式與組合式兩大類32四. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求2. 筒體

17、結(jié)構(gòu)2.2 整體式整體式結(jié)構(gòu)即滿足強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性需要的厚度（不含耐蝕層）是由一整塊連續(xù)鋼材構(gòu)成。常見(jiàn)整體式結(jié)構(gòu)有：?jiǎn)螌雍附樱☉?yīng)用最廣）、鍛造（主要用于超高壓）、鍛焊（用于大型重要工況）、無(wú)縫管（小容器）。33四. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求2. 筒體結(jié)構(gòu)2.3 組合式滿足強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性需要的厚度（不含耐蝕層）由板-板、板-帶、板-絲組合而成，主要用于高壓容器。 板-板有多層包扎、整體包扎、熱套、繞板等板-帶有型槽繞帶、扁平綱帶 板-絲有繞絲（主要用于超高壓） 34四. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求2. 筒體結(jié)構(gòu)2.4 整體式與組合式之比較在安全性方面組合式優(yōu)于整體式，理由如下：以薄攻厚，中厚板、薄板性能

18、優(yōu)于厚板; 缺陷只能在本層內(nèi)擴(kuò)展；危險(xiǎn)的縱縫（整體包扎含環(huán)縫）化整為零，各層均布； 安全泄放孔，利于報(bào)警； 預(yù)應(yīng)力增加安全裕度。 組合式工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，且不適于做熱容器35四.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求3.封頭結(jié)構(gòu)3.1 封頭分為凸形封頭、錐形封頭、平蓋等三大類 3.2 凸形封頭依形狀（受力）分為半球、橢圓、碟形、球冠。受力前優(yōu)于后，制造方便后優(yōu)于前。制造方法主要為沖壓（適于批量）、旋壓（適于單件）。 制造方式主要有整板成形（小封頭）；先拼板后成形（大、中型封頭）；分辨成形后組焊（特大型封頭）。36四.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求3.封頭結(jié)構(gòu)3.3 錐形封頭主要用于變速或方便卸料；依半頂角分為30（無(wú)折邊

19、）、45（大端折邊）、60（大、小端折邊）；主要制造方法卷焊3.4 平蓋包括平蓋和鍛造平底封頭等，與筒體連接分為可拆與固接。 制造方法多為鍛造37四. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求4. 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)4.1 補(bǔ)強(qiáng)圈.加工方便,但補(bǔ)強(qiáng)效果有限,使用范圍有一定限制4.2 厚壁管補(bǔ)強(qiáng)4.3 另加補(bǔ)強(qiáng)元件(鍛件)補(bǔ)強(qiáng),受力好,將角度改為對(duì)接易保證焊接質(zhì)量,但加工復(fù)雜.5. 法蘭5.1 法蘭與密封墊、緊固件合為一個(gè)結(jié)構(gòu)整體，屬可拆結(jié)構(gòu)，其基本功能是連接與密封，法蘭結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)三位一體綜合考慮。38四. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求5. 法蘭5.1 法蘭與密封墊、緊固件合為一個(gè)結(jié)構(gòu)整體，屬可拆結(jié)構(gòu)，其基本功能是連接與密封，

20、法蘭結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)三位一體綜合考慮。5.2 法蘭按其整體性程度分為三種:整體法蘭-法蘭、法蘭頸與容器（或接管）合為一整體，強(qiáng)度與剛性好，連接與密封效果好，但加工困難；松式法蘭-法蘭未能與容器（或接管）有效合為一整體，連接與密封效果較差，但加工方便；任意式法蘭介于二者之間。39四. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求5. 法蘭5.3 以密封壓緊面型式分為:平面密封密封效果差，但加工方便凹凸面密封-單面限制墊片流動(dòng)，密封效果較好，但加工 較難椎槽密封雙面限制墊片流動(dòng)，密封性好，但加工復(fù)雜40四. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求6. 焊接結(jié)構(gòu)6.1 焊接結(jié)構(gòu)的主要作用為方便施焊，從結(jié)構(gòu)上保證焊透，且盡 量減少焊接工作量。6.

21、2 焊接結(jié)構(gòu)與工藝因素（工人技能、習(xí)慣、方法、裝備等）關(guān)系密切，設(shè)計(jì)者可提要求，具體結(jié)構(gòu)與尺寸原則上應(yīng)由制造 方確定，標(biāo)準(zhǔn)（GB150附錄J）為提示性，非強(qiáng)制。7. 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)7.1 盡量避免外形突變,關(guān)注倒角、倒圓。7.2 開(kāi)孔（尤其是大孔）盡量開(kāi)在強(qiáng)度裕量大的部位，如平蓋、筒體端部，它們的厚度是由剛性及螺栓個(gè)數(shù)、排列與上緊空 間決定的。41四. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求7. 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)7.3 應(yīng)盡量避免靜不定結(jié)構(gòu)（如臥式容器只允許雙鞍座），對(duì) 靜不定結(jié)構(gòu)（如球罐支承）應(yīng)做特殊考慮。7.4 應(yīng)注意防止過(guò)大的溫差應(yīng)力，如膨脹節(jié)的設(shè)置，支承中的 活動(dòng)支承。7.5 支承設(shè)計(jì)中除考

22、慮承重能力外，還應(yīng)考慮支座反力對(duì)殼體 的影響，決定是否加墊板。7.6 對(duì)法蘭螺栓通孔、地腳螺栓通孔跨中均布的考慮。42五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 1. 產(chǎn)品焊接試板1.1 產(chǎn)品焊接試板的作用 產(chǎn)品施焊后，用檢驗(yàn)試板焊縫力學(xué)性能的辦法，來(lái)考核產(chǎn) 品焊縫的力學(xué)性能是否合格。它不能替代無(wú)損檢測(cè)與外觀檢查。43五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 1. 產(chǎn)品焊接試板1.2 制備產(chǎn)品焊接試板的條件需按臺(tái)制備的條件與材質(zhì)有關(guān):Cr-Mo低合金鋼；b540MPa；經(jīng)熱處理改善材料力學(xué)性能 與介質(zhì)有關(guān):極度、高度危害與設(shè)計(jì)溫度有關(guān):低溫；-10t-20以及0t-10厚度超過(guò)某一界限的20

23、R、16MnR與厚度有關(guān)：s20mm的15MnNbR其他以批代臺(tái)制備44五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 1. 產(chǎn)品焊接試板1.3 制備試板的要求 從材料（鋼號(hào)、規(guī)格、熱處理）、焊工、施焊條件、工藝、熱處理、位置等方面提出要求，使試板焊縫盡量代表產(chǎn)品焊縫.1.4 試樣與試驗(yàn) 需做拉伸、彎曲以及必要時(shí)的沖擊 45五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 1. 產(chǎn)品焊接試板1.5 不合格處理允許重新取樣復(fù)驗(yàn)允許重新熱處理如仍不合格且無(wú)試板,則代表的產(chǎn)品焊縫為不合格1.6 應(yīng)注意的問(wèn)題試板焊縫應(yīng)探傷，但無(wú)合格級(jí)別且不需返修，目的在于 避開(kāi)缺陷處取樣，防止缺陷造成試驗(yàn)結(jié)果不合格。環(huán)縫不做，

24、需要時(shí)做鑒證環(huán)。 46五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 2. 焊后(消除應(yīng)力)熱處理2.1 目的 消除過(guò)大焊接應(yīng)力,細(xì)化晶粒2.2 焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因、特點(diǎn)及危害焊接應(yīng)力因焊接過(guò)程中變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生焊接應(yīng)力的特點(diǎn):量值高,可能屈服極限；一直存在； 屬二次應(yīng)力有“自限性”；測(cè)量困難（x光衍射、小孔）。對(duì)容器的主要危害為應(yīng)力腐蝕。 47五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 2. 焊后(消除應(yīng)力)熱處理2.3 需進(jìn)行焊后熱處理的條件通用條件-依據(jù)材質(zhì)、厚度、預(yù)熱溫度的不同組合判定； 必需條件-圖樣注明應(yīng)力腐蝕、盛裝極度、高度危害介質(zhì)；免做條件-奧氏體不銹鋼； 關(guān)注應(yīng)力腐蝕的復(fù)雜性（介質(zhì)、

25、溫度、酸堿度、材質(zhì)、 殘余應(yīng)力等） 48五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 2. 焊后(消除應(yīng)力)熱處理2.4 焊后熱處理 整體進(jìn)爐、分段進(jìn)爐、局部、現(xiàn)場(chǎng)熱處理2.5 熱處理工藝要求 進(jìn)、出爐爐溫；升、降溫速度；保溫時(shí)溫差；爐內(nèi)氣氛。目的在于熱透；避免過(guò)大溫差應(yīng)力造成的損害.49五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 3. 耐壓試驗(yàn)與氣密性試驗(yàn)3.1 耐壓試驗(yàn)的目的內(nèi)壓竣工后出廠前全面考核(驗(yàn)證)強(qiáng)度;檢漏3.2 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力的確定-試驗(yàn)壓力計(jì)算公式中的系數(shù)（1.25） 與安全系數(shù)有關(guān)，試驗(yàn)前的應(yīng)力校核是基于彈性失效準(zhǔn)則。液壓試驗(yàn)的危險(xiǎn)性主要來(lái)自能量觀點(diǎn)（PV）和金屬碎片。 5

26、0五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 3. 耐壓試驗(yàn)與氣密性試驗(yàn)3.3 氣壓試驗(yàn)氣壓試驗(yàn)的危險(xiǎn)性遠(yuǎn)高于液壓，除PV和碎片外，氣體 會(huì)高速恢復(fù)被壓縮的體積形成沖擊波；允許氣壓試驗(yàn)的條件：因承重等原因無(wú)法液壓；液體無(wú) 法吹干排凈生產(chǎn)中不允許殘留液體。51五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 3. 耐壓試驗(yàn)與氣密性試驗(yàn)3.4 氣密試驗(yàn)?zāi)康?檢漏條件-極度高度危害介質(zhì);生產(chǎn)工藝過(guò)程中不允許泄漏；試驗(yàn)介質(zhì)-空氣氨、惰性氣體等，氣壓試驗(yàn)后是否再 做氣密與介質(zhì)有關(guān)試驗(yàn)合格指標(biāo)與檢漏方法52五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 4. 壓力容器的改造與維修4.1 應(yīng)充分關(guān)注改造與維修的難度和

27、質(zhì)量 在使用現(xiàn)場(chǎng)對(duì)在役容器進(jìn)行維修、改造,尤其是動(dòng)火(焊接)維修、改造在技術(shù)上是件十分困難的事,主要難點(diǎn)在于:缺陷的去除、坡口加工、開(kāi)孔等由于位置、工具等原因，難度大于制造廠；焊接修復(fù)由于位置、施焊環(huán)境、預(yù)熱條件、拘束度等原因，難度大于制造廠。 在役產(chǎn)品的材料可能早被淘汰，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中因老化、腐蝕等原因可能造成材料性能質(zhì)量的改變，均會(huì)加 大維修、改造的難度。53五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 4. 壓力容器的改造與維修4.2 對(duì)提高維修改造的建議措施提高對(duì)維修改造單位、人員的市場(chǎng)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。焊補(bǔ)前一定要嚴(yán)格進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)確保缺陷除凈，并應(yīng)進(jìn) 行必要的焊接工藝評(píng)定。對(duì)Cr-Mo低合金

28、鋼及高強(qiáng)鋼的維修改造應(yīng)慎之又慎，最 好由原制造廠或其他經(jīng)驗(yàn)豐富的單位實(shí)施。是否值得維修改造要充分考慮容器的使用年限與價(jià)值。 54五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 5. 管子與管板的脹接5.1 脹接的分類貼脹。貼脹在管板孔內(nèi)表面可不開(kāi)槽。貼脹一定要與強(qiáng) 度焊聯(lián)合使用，其目的在于減少管子與管板間的間隙， 防止震動(dòng)。強(qiáng)度脹。強(qiáng)度脹管板孔內(nèi)表面應(yīng)開(kāi)矩形槽，并應(yīng)達(dá)到全 厚度脹接。強(qiáng)度脹可單獨(dú)使用，亦可與密封焊聯(lián)合使用，對(duì)重要場(chǎng)合亦可與強(qiáng)度焊聯(lián)合使用。55五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 5. 管子與管板的脹接5.2 脹接方法 一般分為柔性脹（如液壓脹、橡膠脹、液袋式液脹等）和機(jī)械脹。

29、5.3 脹接質(zhì)量控制要求嚴(yán)格檢查管端與管板孔內(nèi)表面的尺寸精度、清潔度、硬度、粗糙度，尤其不應(yīng)有縱向或螺旋狀刻痕。脹接前應(yīng)計(jì)算脹接壓力并進(jìn)行試脹，測(cè)試脹接接頭的拉 脫力 .脹后應(yīng)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，檢查脹口嚴(yán)密性。 56五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 6.鍛鋼、鑄鐵、不銹鋼及有色金屬制壓力容器的制造6.1 鍛鋼容器主要有（整體）鍛造容器（主要用于超高壓）、鍛焊容 器（主要用于大型重要產(chǎn)品）以及其他容器所用的鍛件（如平蓋、平底封頭、筒體端部等）。關(guān)鍵是鍛件質(zhì)量，基本要求為JB47264728.鍛焊容器環(huán)縫焊接缺乏經(jīng)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)于施焊前做鑒證環(huán).57五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 6.

30、鍛鋼、鑄鐵、不銹鋼及有色金屬制壓力容器的制造6.2 鑄鐵容器因其質(zhì)量只能用于小型、非重要場(chǎng)合。表面缺陷只能用加裝螺塞方法修補(bǔ)，但對(duì)塞頭深度與直 徑有限制。首次試制產(chǎn)品應(yīng)進(jìn)行爆破試驗(yàn)。58五.壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識(shí) 6.鍛鋼、鑄鐵、不銹鋼及有色金屬制壓力容器的制造6.3 不銹鋼及有色金屬制容器有色金屬制容器包括鋁、鈦、鎳、鋯及其合金。材料堆放、制造、吊裝、運(yùn)輸全過(guò)程中應(yīng)保持清潔，避 免與鋼等金屬直接接觸，防有害離子污染。下料切割、坡口加工宜采用機(jī)械法，熱切割多用離子切割，加工邊緣應(yīng)打磨去除污染區(qū)。焊接是質(zhì)量關(guān)鍵，包括坡口表面及附近的清潔要求，焊 接方法多采用氣體保護(hù)焊、等離子焊等

31、。 59六. 超高壓容器基本知識(shí)1超高壓容器主要特點(diǎn)：1.1 壓力高（100MPa-1000MPa），規(guī)格較小。1.2 屬厚壁容器（D外/D內(nèi)1.5），內(nèi)、外壁應(yīng)力水平相差大， 不可能簡(jiǎn)化。1.3 采用鍛造方法制造，對(duì)材料（鍛件）要求高強(qiáng)度，優(yōu)良的 塑性、韌性，無(wú)可焊性要求。1.4 內(nèi)、外壁要求精加工，零、部件間多采用法蘭、螺紋連 接，機(jī)加工量大，要求高。1.5 尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，許多問(wèn)題尚待研討。60六. 超高壓容器基本知識(shí)2設(shè)計(jì)要求2.1 失效判據(jù)（準(zhǔn)則）的確定由于是厚壁容器，內(nèi)、外壁應(yīng)力水平相差極大，若選用彈 性失效準(zhǔn)則，不僅材料利用率極低，甚至根本無(wú)法設(shè)計(jì)。 由于高強(qiáng)鋼的“屈服比”高，容

32、器的全屈服壓力與爆破壓力十分接近，若選用塑性失效準(zhǔn)則，不利于安全運(yùn)行。 由于實(shí)際材料為非理想塑性材料，屈服后會(huì)發(fā)生應(yīng)變硬化（即此時(shí)材料的實(shí)際強(qiáng)度有所提高），在容器的極限強(qiáng)度 前運(yùn)行仍是安全的，因此，超高壓容器設(shè)計(jì)宜采用爆破失 效準(zhǔn)則，即對(duì)容器的爆破壓力取安全系數(shù)。61六. 超高壓容器基本知識(shí)2. 設(shè)計(jì)要求2.2 爆破壓力的計(jì)算與安全系數(shù)的選取 爆破壓力計(jì)算方法有多種，“超高壓容器安全監(jiān)察規(guī)程”推薦兩種，一種以材料拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，一種以材料的扭 轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，后者的計(jì)算準(zhǔn)確度高于前者。 對(duì)不同的爆破壓計(jì)算式取不同的安全系數(shù)，當(dāng)用拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算爆破壓時(shí)，安全系數(shù)3；當(dāng)以扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算爆破壓

33、時(shí)，安全系數(shù)2.7。考慮不同計(jì)算方法的準(zhǔn)確度，盡管計(jì)算方法不同，容器實(shí)際安全系數(shù)大致相當(dāng)。62六. 超高壓容器基本知識(shí)2. 設(shè)計(jì)要求2.3 對(duì)開(kāi)孔、形狀過(guò)渡區(qū)等應(yīng)力集中部位應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力分析計(jì)算校核。3制造要求3.1 原材料（鍛件）質(zhì)量是關(guān)鍵，要求采用真空脫氣噴粉、爐外精煉、電渣重熔等先進(jìn)冶煉技術(shù)，保證鋼的純凈度，保證優(yōu)良力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性、韌性、斷裂韌性等）。63六. 超高壓容器基本知識(shí)3制造要求3.2 鍛造比一般應(yīng)大于33.3 制造期間至少做二次（熱處理前后各一次）100%超聲 （探母材），筒體表面應(yīng)做100%磁粉或滲透。3.4 內(nèi)、外表面均需精加工，對(duì)表面粗糙度有較嚴(yán)要求（防 應(yīng)力集中）。

34、 64六. 超高壓容器基本知識(shí)4提高耐壓強(qiáng)度（承載能力）的途徑。4.1 采用多層熱套結(jié)構(gòu) 利用層間過(guò)盈，使外筒對(duì)內(nèi)筒材料造成預(yù)壓應(yīng)力，在承 受內(nèi)壓時(shí)使各層的應(yīng)力水平趨于均勻，提高了外層材料 的利用率。 超高壓熱套與高壓熱套容器的三大區(qū)別： 層間過(guò)盈量的選?。呵罢呓?jīng)精確力學(xué)計(jì)算；后者按套合 工藝選取。套合表面：前者需經(jīng)精加工（以確保過(guò)盈量準(zhǔn)確）；后者 無(wú)需加工或只需粗加工。后者需通過(guò)熱處理消除套合應(yīng)力；前者不允許。65六. 超高壓容器基本知識(shí)4提高耐壓強(qiáng)度（承載能力）的途徑。4.2 自增強(qiáng)處理 通過(guò)壓力使內(nèi)壁材料屈服，外壁仍屬?gòu)椥裕斐蓛?nèi)壁材 料承受預(yù)壓應(yīng)力，從而提高其初始屈服壓力。自增強(qiáng)壓力應(yīng)

35、經(jīng)慎重計(jì)算與控制，并關(guān)注材料本身的屈 服比。4.3 采用繞絲結(jié)構(gòu) 在內(nèi)筒外纏繞高強(qiáng)度不銹鋼絲，在纏繞時(shí)可通過(guò)加熱等辦法精確控制纏繞預(yù)應(yīng)力，使內(nèi)筒材料呈預(yù)壓縮狀態(tài)。66七. 非金屬壓力容器的基礎(chǔ)知識(shí)1搪玻璃設(shè)備1.1 搪玻璃設(shè)備特點(diǎn)與應(yīng)用 具有優(yōu)良的耐蝕性、耐高溫及不污染介質(zhì)等特點(diǎn)，可替 代部分不銹鋼及鈦材。 在化工、輕工、醫(yī)藥等行業(yè)廣泛應(yīng)用，主要產(chǎn)品有反應(yīng) 釜；貯罐；套筒式、夾套式及列管式換熱器；塔器等。67七. 非金屬壓力容器的基礎(chǔ)知識(shí)1搪玻璃設(shè)備1.2 搪玻璃設(shè)備的制造要點(diǎn)金屬坯體表面涂敷一定厚度底釉與面釉，再經(jīng)約880-950燒結(jié)制成。底釉與金屬表面發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，形 成復(fù)合過(guò)渡層；面

36、釉在設(shè)備表面形成金屬與非金屬相結(jié)合 的復(fù)合層；瓷釉的品質(zhì)是搪玻璃設(shè)備質(zhì)量的關(guān)鍵，對(duì)瓷釉的要求除耐（酸、堿）腐蝕外，還要求一定的耐熱（溫差）性、抗沖 擊性、絕緣性及與鋼材的密著強(qiáng)度等多種性能。68七. 非金屬壓力容器的基礎(chǔ)知識(shí)1搪玻璃設(shè)備1.2 搪玻璃設(shè)備的制造要點(diǎn)燒結(jié)是搪玻璃設(shè)備制造的關(guān)鍵，應(yīng)采用計(jì)算機(jī)控制的大型電爐（國(guó)內(nèi)目前多為煤加熱爐）并配有無(wú)級(jí)調(diào)溫裝置，以保證階梯升溫-保溫-階梯降溫的合理燒結(jié)工藝。69七. 非金屬壓力容器的基礎(chǔ)知識(shí)2石墨制設(shè)備2.1 石墨的分類與應(yīng)用石墨分為天然石墨與人造石墨。化工設(shè)備主要采用人造石墨。人造石墨分為透性石墨與不透性石墨。 透性石墨。人造石墨在焙燒過(guò)程中，

37、原料中有機(jī)物氣化逸出，使材料呈多孔性（且多為通孔），且氣體、液體滲透 性強(qiáng)，多用于電力、冶金、核能；不透性石墨。采取浸漬、澆注、壓制等不同措施，堵塞孔隙，使人造石墨成為不透性石墨，主要用于化工等行業(yè)。70七. 非金屬壓力容器的基礎(chǔ)知識(shí)2石墨制設(shè)備2.2 人造石墨的制造 由焦碳、瀝青混捏、壓制成型；經(jīng)1300真空焙燒，并長(zhǎng)期保溫（約20天）；再經(jīng)2400-3000高溫下石墨化處理。2.3 不透性石墨的制造 它又分為浸漬石墨、壓型石墨、澆注石墨等三類。71七. 非金屬壓力容器的基礎(chǔ)知識(shí)2石墨制設(shè)備2.3 不透性石墨的制造浸漬石墨。化工設(shè)備所用石墨材料多為浸漬石墨。浸漬劑 不僅可填塞孔隙，還可增強(qiáng)石

38、墨的機(jī)械強(qiáng)度。根據(jù)浸漬劑 的不同，又分為合成樹(shù)脂浸漬石墨、水玻璃浸漬石墨和瀝 青浸漬石墨。壓型石墨。主要用于管子、管件的制作。采用石墨粉與粘 接劑比例混合，經(jīng)混捏、壓型（熱擠壓或冷模壓）或高溫 熱處理制成。澆注石墨。以熱固性合成樹(shù)脂為膠結(jié)劑，以石墨粉為填料， 加入固化劑后注入模具制成，主要用于零部件制造。 72七. 非金屬壓力容器的基礎(chǔ)知識(shí)2石墨制設(shè)備2.4 不透性石墨的主要特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的耐蝕性；優(yōu)良的導(dǎo)熱性（優(yōu)于鋼）；線脹系 數(shù)小，耐溫度急變；不污染介質(zhì)；機(jī)加工性能優(yōu)良；質(zhì)量 輕；高溫下不變形。 缺點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度低于金屬，質(zhì)脆。73七. 非金屬壓力容器的基礎(chǔ)知識(shí)2石墨制設(shè)備2.5 不透性石墨設(shè)備制造設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)及應(yīng)用不透性石墨材料的拼接多采用粘接，