48個(gè)壓力容器常見(jiàn)技術(shù)知識問(wèn)答,看看你會(huì )多少個(gè)?
壓力容器的選材應考慮材料的力學(xué)性能、化學(xué)性能、物理性能和工藝性能。
壓力容器受壓元件用鋼,應當是氧氣轉爐或者電爐冶煉的鎮靜鋼。
對標準抗拉強度下限值大于或者的等于540MPa的低合金鋼鋼板和奧氏體—鐵素體不銹鋼鋼板,以及用于設計溫度低于-20℃的低溫鋼板和低溫鋼鍛件,還應當采用爐外精練工藝。
鑄鐵不得用于盛裝毒性程度為極度、高度或者中毒危害介質(zhì),以及設計壓力大于或者等于0.15MPa的易爆介質(zhì)壓力容器的受壓元件,也不得用于管殼式余熱鍋爐的受壓元件。
壓力容器的名稱(chēng)、類(lèi)別,設計、制造所依據的主要法規、標準;
工作條件,包括工作壓力、工作溫度、介質(zhì)毒性和爆炸危害程度等;
設計條件,包括設計溫度、設計載荷(包括壓力在內的所有應當考慮的載荷)、介質(zhì)(組分)、腐蝕裕量、焊接接頭系數、自然條件等,對儲存液化氣體的儲罐應當注明裝量系數,對有應力腐蝕傾向的儲存容器應當注明腐蝕介質(zhì)的限定含量;
主要受壓元件材料牌號與標準;
主要特性參數(如壓力容器的容積、換熱器換熱面積與程數等);
壓力容器設計使用年限(疲勞容器表面循環(huán)次數);
特殊制造要求; 熱處理要求;
無(wú)損檢測要求;
耐壓試驗和泄露試驗要求;
預防腐蝕的要求;
安全附件的規格和訂購特殊要求(工藝系數已考慮的除外);
壓力容器銘牌的位置;
包裝、運輸、現場(chǎng)組焊和安裝要求。
檢查孔的開(kāi)設應合理、恰當,便于觀(guān)察或清理內部;
手孔應開(kāi)設在封頭上或封頭附近的筒體上。
符合下列條件之一的:
筒體內徑小于等于300mm的壓力容器;
壓力容器上設有可以拆卸的封頭、蓋板等或其他能夠開(kāi)關(guān)的蓋子,其封頭、蓋板或蓋子的尺寸不小于所規定檢查孔的尺寸;
無(wú)腐蝕或輕微腐蝕,無(wú)需做內部檢查和清理的壓力容器;
制冷裝置用壓力容器。
壓力容器用液面計應符合有關(guān)標準的規定,并應符合下列要求:
應根據壓力容器的戒指、最高工作壓力和溫度正確選用。
在安裝使用前,低、中壓容器用液面計,應進(jìn)行1.5倍液面計公稱(chēng)壓力的液壓試驗;高壓容器的液面計應進(jìn)行1.25倍液面計公稱(chēng)壓力的試驗。
盛裝0℃以下介質(zhì)的壓力容器,應選用防霜液面計。
寒冷地區室外使用的液面計,應選用夾套型或保溫型結構的液面計。
用于易燃、毒性程度為極度、高度危害介質(zhì)的液化氣體壓力容器上,應有防止泄露的保護裝置。
要求液面計指示平穩的,不應采用浮子(標)式液面計。
移動(dòng)式壓力容器不得使用玻璃板式液面計。
壓力容器筒體板材焊接坡口形式主要有單面V形坡口,雙面V形坡口,單面U形坡口、雙面U形坡口、X形坡口等五種。
容器焊接缺陷主要有氣孔、夾渣、裂紋、咬邊、未熔合、錯邊咬邊、變形等七種。
容器板材焊前要預熱是由于容器選用材料的特性決定的,是為了減少焊接產(chǎn)生裂紋、殘余應力等焊接缺陷。
壓力容器是嚴格按照國家法律法規進(jìn)行設計、制造、使用的設備,一般情況下不允許改變用途,一旦改變用途將操作溫度、壓力、介質(zhì)等于發(fā)生改變后可能會(huì )造成事故。經(jīng)過(guò)申報,地方質(zhì)量技術(shù)監督局核準后,方可改造它用。
對容器直徑不超800的圓筒與封頭的最后一道環(huán)向封閉焊縫,當用不帶墊板的單面焊對接接頭,且無(wú)法進(jìn)行射線(xiàn)或超聲檢測時(shí),允許不進(jìn)行檢測,但需采用氣體保護焊打底。
液壓試驗、氣壓試驗。氣液組合試驗。
試驗液體一般采用水,需要時(shí)也可采用不會(huì )導致發(fā)生危險的其它液體;試驗時(shí)液體的溫度應低于其閃點(diǎn)或沸點(diǎn).
奧氏體不銹鋼制容器用水進(jìn)行液壓試驗后應將水漬去除干凈,當無(wú)法達到這一要求時(shí),應控制水的氯離子含量不超過(guò)25mg/L。
碳素鋼Q345R等鋼制容器液壓試驗時(shí),液體溫度不得低于5℃,其他低合金鋼不得低于15℃,如果由于板厚等因素造成材料無(wú)延性轉變溫度升高。則需相應提高試驗液體溫度。
無(wú)滲漏;無(wú)可見(jiàn)的變形;試驗過(guò)程中無(wú)異常的響聲
容積體積過(guò)大,無(wú)法承受水的重量;結構復雜,水壓試驗不足以充分檢驗各個(gè)部位的試壓要求;由于設計結構的原因,用水不適合的(如不允許容器內殘留試驗液體);其他難以克服的困難,諸如大型容器供水困難者。
氣壓試驗過(guò)程中,壓力容器無(wú)異常響聲,經(jīng)過(guò)肥皂液或者其他檢漏液檢查無(wú)漏氣,無(wú)可見(jiàn)的變形即為合格;
對于氣液組合壓力試驗,應保持容器外壁干燥,經(jīng)檢查無(wú)液體泄漏后,再以肥皂液或其他檢漏液檢查無(wú)漏氣,無(wú)異常聲響,無(wú)可見(jiàn)變形。
考查容器的整體強度、剛度和穩定性;檢查焊接接頭的致密性;驗證密封結構的密封性能;消除或降低焊接殘余應力、局部不連續區的峰值應力;對微裂紋產(chǎn)生閉合效應,鈍化微裂紋尖端。
氣密性試驗以及氨檢漏試驗、鹵素檢漏試驗和氨檢漏試驗等。
介質(zhì)毒性程度為極度、高度危害或者不允許有微量泄露的容器,應在耐壓試驗合格后進(jìn)行泄露試驗。
介質(zhì)毒性程度為極度、高度危害或者不允許有微量泄露的容器,應在耐壓試驗合格后進(jìn)行泄露試驗。
氣密性試驗應在液壓試驗合格后進(jìn)行。對設計圖樣要求氣壓試驗的壓力容器,是否需要再做氣密性試驗,應在設計圖樣上規定。
碳素鋼和低合金鋼制壓力容器,其試驗用氣體的溫度不低于5℃。
壓力容器進(jìn)行氣密性試驗時(shí),安全附件應安裝齊全。
氣密性試驗所用氣體應為干燥、潔凈的空氣,氮氣或其他惰性氣體。
氣密性試驗壓力應在圖樣上注明。
試驗壓力應緩慢上升,達到規定試驗壓力后保壓30分鐘。對所有焊縫和連接部位進(jìn)行泄露檢查,小型容器亦可浸入水中檢查。如有泄漏。修補后重新進(jìn)行液壓試驗和氣密性試驗。經(jīng)檢查無(wú)泄漏即為合格。
凸形封頭(橢圓形封頭、蝶形封頭、球冠型封頭和半球形封頭)、錐形封頭、平蓋。
從受力情況看,依次為:半球形、橢圓形、碟形、錐形,平蓋最差;
從制造上,平蓋最容易制造,其次為錐形、碟形、橢圓形、半球形;
錐形封頭雖然受力效果不佳,但有利于流體的排料。
圓筒公式中的焊縫系數為縱焊縫(即A類(lèi)焊縫)的焊縫系數。球殼公式中的焊縫系數為球殼上各焊縫的最小焊縫系數,其中包括球殼與圓筒相連接的環(huán)焊縫(即A類(lèi)焊縫)的焊縫系數。
外壓容器破壞主要有強度不足引起的破壞和剛度不足引起的失穩破壞兩種;設計應包括強度計算和穩定性校核。
因失穩往往在強度破壞前發(fā)生,所以穩定性計算是外壓容器設計中主要考慮的問(wèn)題。
壓力容器因機械載荷或溫度載荷過(guò)高而喪失正常工作能力,稱(chēng)為失效。形式包括:
強度失效:因材料屈服或斷裂引起的;
剛度失效:容器發(fā)生過(guò)大彈性變形,導致運輸安裝困難或喪失工作能力;
穩定失效:在載荷作用下形狀突然發(fā)生改變導致喪失工作能力;
泄漏失效。
常規設計法:是以彈性失效為準則,以薄膜應力為基礎,來(lái)計算元件的厚度限定最大應力不超過(guò)一定的許用值(通常為一倍的許用應力)。
對容器中存在的較大的邊緣應力等局部應力以增強系數等形式加以體現,并對計及局部應力后的最大贏(yíng)利取與薄膜應力相同的強度許用值。
分析設計法:以塑性失效和彈性失效準則為基礎,計及容器中的各種應力,進(jìn)行準確計算,并對應力加以分類(lèi),按照不同應力引起的不同破壞形式,分別予以不同的強度限制條件,以此對元件的厚度進(jìn)行計算。
按照厚度t與其中曲率半徑R的比值大小,一般(t/R)MAX≤0.1稱(chēng)為薄殼,反之為厚殼。對于圓柱殼體若外直徑與內直徑的壁紙K=(Do/Di)MAX≤1.1~1.2,則稱(chēng)為薄壁圓筒。
相同:均產(chǎn)生兩向薄膜應力,且各處一致。
不同:圓筒中環(huán)向薄膜應力為軸向應力的兩倍。球殼中的兩向薄膜應力相等,其值等于等徑圓筒中的軸向應力。為此在直徑和壓力相同時(shí),球殼所需壁厚僅為圓筒一半。
局部性——邊緣應力中以經(jīng)向彎曲應力為主,但其作用范圍不大,在經(jīng)向方向上,離開(kāi)邊緣迅速下降。
自限性——邊緣應力是由于滿(mǎn)足相鄰元件的變形協(xié)調而產(chǎn)生,當其應力達到材料的屈服點(diǎn)時(shí),由于材料產(chǎn)生塑性流動(dòng),使變形協(xié)調得到滿(mǎn)足。
一旦變形得到滿(mǎn)足,則材料的塑性流動(dòng)也就自動(dòng)中止。為此其應力和變形能自動(dòng)得到限制。
避免封頭與圓筒的連接焊縫與邊緣應力作用區重合。
容器在壓應力作用下,形狀突然發(fā)生改變而產(chǎn)生癟塌的失效形式成為失去穩定,其器壁受力由原先的薄膜應力狀態(tài)突變?yōu)閺澢鷳顟B(tài)容器被壓癟時(shí)的最小外壓應力稱(chēng)為臨界壓力。
薄壁容器中只要存在壓縮應力,就有失穩的可能。承受內壓的標準橢圓形封頭,因其過(guò)渡區域存在周向薄膜壓縮應力,故也有穩定性問(wèn)題,因此會(huì )對其最小厚度加以限制。
分為周向失穩和經(jīng)向失穩。
周向失穩是因容器周向壓縮薄膜應力所引起;經(jīng)向失穩是由容器軸向壓縮薄膜應力造成。
容器周向失穩,其橫截面由圓形變成波形,經(jīng)向失穩時(shí),橫截面仍為圓形,其經(jīng)線(xiàn)由直線(xiàn)變?yōu)椴ㄐ尉€(xiàn)。
失穩時(shí)器壁中的薄膜壓縮應力小于材料的比例極限,應力與應變符合虎克定律時(shí),稱(chēng)為彈性失穩,由于此時(shí)失穩臨界壓力與材料屈服極限無(wú)關(guān),僅與彈性模數及泊松比有關(guān),且各種鋼材的彈性模數和泊松比差別不大,故以高強度鋼代替低強度剛幾乎無(wú)效。
若失穩時(shí)器壁中的壓縮應力大于材料的比例極限,應力與應變程非常線(xiàn)性關(guān)系,稱(chēng)為非彈性失穩,非彈性失穩時(shí)的臨界壓力與材料屈服極限有關(guān),此時(shí)可用高強度鋼代替低強度鋼。
橢圓封頭在內壓作用下有“趨圓現象”,在外壓作用下有“趨扁現象”,使封頭過(guò)渡區產(chǎn)生周向拉伸薄膜應力,而不存在失穩問(wèn)題,但在其“球面部分”則存在壓縮薄膜應力,如同外壓球殼,故須以球殼進(jìn)行穩定計算。對橢圓封頭則須計算其“球面部分”的當量球殼半徑。
內壓內加熱:內壁應力減小,而外壁應力增大,應力狀態(tài)有可能惡化。當△t≤1.1P,可以不考慮熱應力的影響。
內壓外加熱:內壁的綜合應力增大,而外壁應力減小,應力狀態(tài)惡化。必須考慮溫差應力。
消除熱應力的措施:
控制設備的加熱和冷卻速度;
控制和減小構件的熱變形約束;
設置膨脹節;
采用良好的保溫層。
等面積法是基于薄膜應力的受力面積的補償而來(lái),而與力平衡無(wú)關(guān)。而壓力面積法是基于開(kāi)孔處的力平衡(以薄膜應力計算下保持在許用應力之下)。一般來(lái)說(shuō)開(kāi)孔較大時(shí)用壓力面積法所需的面積較大。
確定墊片材料、形式尺寸;確定螺栓材料、規格數量;確定法蘭材料、密封面形式及結構尺寸;進(jìn)行應力校核(計算中所有尺寸均不包括腐蝕裕量)。
墊片的接觸面位于法蘭螺栓孔包圍的范圍內稱(chēng)窄面法蘭;墊片接觸面分布于螺栓中心圓內外兩側的,稱(chēng)為寬面法蘭。
松式法蘭:法蘭未能有效地與容器或接管連成一整體。計算中認為容器或接管不與法蘭共同承受法蘭力矩的作用。
整體法蘭:法蘭、法蘭頸部、及容器或接管三者能有效的連接成一整體結構,共同承擔法蘭力矩的作用。
任意式法蘭:是一些焊接法蘭,其按整體法蘭計算。
軸向應力,環(huán)向應力,徑向應力,組合應力,剪應力。
為使法蘭承受盡可能小的法蘭力矩,在墊片設計中應盡可能控制較小的墊片載荷。
為此要求,由墊片在預緊時(shí)的壓緊載荷Fa所確定的螺栓載荷Wa與由墊片在操作時(shí)的壓緊載荷Fp所確定的螺栓載荷Wp相接近。
為使法蘭承受盡可能小的法蘭力矩,在螺栓設計中盡可能控制較小的螺栓中心圓直徑,為此要求法蘭徑向結構要求所確定的螺栓中心圓直徑與由法蘭環(huán)向結構所確定的螺栓中心圓直徑相接近。
應使法蘭的三個(gè)應力盡可能與相應的許用應力相接近,目的使法蘭應力趨滿(mǎn)應力狀態(tài),則可最充分的發(fā)揮材料的強度性能。
增大法蘭錐頸尺寸,使錐頸的旋轉剛度增加,則錐頸的承載比例加大,為此錐頸與法蘭環(huán)間的邊界力和邊界力矩增大,也即錐頸端部的邊界力,力矩增大,它會(huì )引起軸向彎曲應力增大。
但由于錐頸的抗彎截面橫量與錐頸厚度成二次方關(guān)系大大增加,最終造成錐頸軸向彎曲應力下降。
邊界力,力矩的增大則使作用于法蘭內緣上的徑向彎矩增大,從而導致法蘭環(huán)的徑向彎曲應力增加。由于法蘭內緣上的徑向彎矩增大,使法蘭環(huán)的支持加大,則偏轉減小,故其環(huán)向應力減小。
有三種:安全閥,爆破片裝置,安全法與爆破片裝置的組合。
安全閥是一種由進(jìn)口靜壓開(kāi)啟的自動(dòng)泄壓閥門(mén),他依靠介質(zhì)自身的壓力排出流體,以防止內部壓力超過(guò)安全值,當內部壓力恢復正常后,閥門(mén)自行關(guān)閉,阻止介質(zhì)繼續排出。
爆破片是一種非重閉式泄壓裝置,由進(jìn)口靜壓使爆破片受壓爆破而泄放介質(zhì),以防止內部壓力超過(guò)預定值。壓力恢復正常后必須重新裝上新的爆破片。
凡符合下列情況者必須采用爆破片裝置:
容器內的介質(zhì)會(huì )導致安全閥失靈者;不允許有物料泄漏的容器;容器內的壓力增長(cháng)過(guò)快,以致安全閥不能適應者;安全閥不能適應的其他情況。
對于介質(zhì)在操作過(guò)程中可能產(chǎn)生壓力劇增,反應速度達到爆轟時(shí)的壓力容器不適用這些超壓泄放裝置。
凡按規定做100%檢查的容器,其T形接頭、對接焊縫,角焊縫,均需做100%磁粉或滲透檢測,與受壓元件相焊的非受壓元件的連接焊縫亦按本條要求檢查。
低溫地應力工況系指容器或其受壓元件的設計溫度雖然低于或等于-20℃,但其環(huán)向應力小于或等于鋼材標準常溫屈服強度,且不大于50MPa的工況。
當容器或其受壓元件使用在“低溫地應力工況”下,若其設計溫度增加50℃后,高于-20℃,不必遵循低溫壓力容器的規定。
拉伸,彎曲,沖擊試驗。
有防腐要求的奧氏體不銹鋼及復合鋼板制容器的表面,應進(jìn)行酸洗鈍化處理。
有防腐要求的奧氏體不銹鋼制零部件按圖樣要求進(jìn)行熱處理后,需做酸洗鈍化處理。