壓力容器專業(yè)知識 李景辰.doc

壓力容器專業(yè)知識一、壓力容器設(shè)計、制造的主要特點1 壓力容器設(shè)計一般包括結(jié)構(gòu)設(shè)計（選擇）、設(shè)計計算與材料選擇。其中結(jié)構(gòu)是設(shè)計計算的基礎(chǔ)，即根據(jù)各類承壓零部件不同的結(jié)構(gòu)、形狀，分別進行設(shè)計計算。2 壓力容器設(shè)計計算一般要解決如下三類問題：2.1 強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題，如筒體、封頭等；2.2 剛性在外力作用（制造、運輸、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)定性在外壓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。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，然后通過多種方法（焊接、法蘭螺栓、螺紋）連接在一起，構(gòu)成一臺完整的容器，然后焊接是主要方法。4在制造的全過程中要采用多種冷、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)量檢驗的難度，成為影響產(chǎn)品安全運行的關(guān)鍵。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，因此采取嚴格的市場準入（單位、人員）制度，以及全過程（設(shè)計、制造、使用）質(zhì)量控制。二、壓力容器的分類 分類方法很多，主要有如下幾種：1 按壓力、品種、介質(zhì)毒性及易燃介質(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)（準則）、計算方法、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。2按制造許可級別分類2.1 按制造許可級別分類，一般考慮如下一些因素： a) 安全性及制造難易程度的不同，這里涉及P、PV、介質(zhì)特性、材料強度級別等； b) 工作（安放）位置分為固定與移動，移動的安全要求高于固定，且應(yīng)對減輕自重、防沖擊、各類儀表的裝設(shè)做特殊考慮； c) 材料,金屬與非金屬制容器在制造與檢驗方法上有很大不同； d) 考慮制造特點，利于專業(yè)化生產(chǎn)，如球罐。2.2 對不同制造許可級別的企業(yè)，提出不同的資源條件與安全質(zhì)量要求3按生產(chǎn)工藝過程中作用原理分類 分為反應(yīng)、換熱、分離、儲存四類，其中反應(yīng)容器安全性要求最高，因其在進行物理、化學反應(yīng)時，可能造成壓力、溫度的變化。3 此外，尚有如下一些常見的分類方法：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)點是方便制造，但因其質(zhì)量問題需加大安全系數(shù)，多用于小型、低壓）。4.4 按材料分為金屬與非金屬兩大類，其中：a) 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、原材料驗收與堆放、吊裝、運輸包裝，尤其是焊接等環(huán)節(jié)有一系列特殊要求。b) 鋼中以其化學成份又分為碳素鋼、低合金鋼（前兩者主要是強度鋼）及高合金鋼（主要用于腐蝕、低溫、高溫等特殊工況）。我國以標準抗拉強度下限540MPa作為高強鋼分界的理由。三、壓力容器設(shè)計基礎(chǔ)知識1 薄壁容器應(yīng)力簡化1.1 應(yīng)力合理簡化的主要內(nèi)容a) 將三向受力狀態(tài)簡化為兩向（切向、軸向）受力狀態(tài)b) 將應(yīng)力沿壁厚非均布視為均布c) 將應(yīng)力沿軸向非均布視為均布1.2 簡化的目的依據(jù)外載方便計算應(yīng)力1.3 薄壁容器的范疇（即簡化造成誤差的允許范圍）D外/D內(nèi)1.5（力學）；D外/D內(nèi)1.2（工程）；即高、中、低壓容器。2 強度理論的選擇2.1 強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，以便計算壁厚2.2 主要強度理論的分類及選擇a) 第一強度理論（最大主應(yīng)力理論）最大主應(yīng)力達到或超過材料強度極限構(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)驗豐富、簡便，采用一定的限制條件（壓力、結(jié)構(gòu)、元件系數(shù)）可保證安全。b) 第三強度理論（最大剪應(yīng)力理論）最大剪應(yīng)力達到或超過材料屈服極限構(gòu)件即破壞（塑性屈服），較適用于壓力容器，ASME-2與JB4732采用。c) 第四強度理論（能量理論）均方根剪應(yīng)力（考慮最大剪應(yīng)力的同時，兼顧其他剪應(yīng)力對安全的影響）達到或超過材料屈服極限構(gòu)件即破壞（塑性屈服），最適用壓力容器，但需試算使用不便。3失效判據(jù)（準則）的選擇3.1 失效判據(jù)的作用設(shè)定整部標準規(guī)范（即產(chǎn)品）的安全底線3.2 失效判據(jù)（準則）的分類及選擇a) 彈性失效判據(jù)容器在整個使用過程（含耐壓試驗）材料應(yīng)處于彈性，不得屈服。偏安全、經(jīng)驗豐富，ASME-1與GB150等采用。b) 塑性失效判據(jù)內(nèi)壁材料進入塑性但外壁材料仍為彈性，可提高材料利用率，ASME-2與JB4732等采用。c) 爆破失效判據(jù)因材料屈服強化，內(nèi)、外壁材料同時進入塑性仍不會破壞，應(yīng)力直至材料強度限前均可使用，我國超高壓容器設(shè)計采用。4設(shè)計條件的確定4.1 設(shè)計條件的作用設(shè)計依據(jù)4.2 設(shè)計條件包含的內(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（安全責任界限）容器頂部（最小、唯一）可能（并非必然）出現(xiàn)的最大壓力，由用戶工藝人員提供。4.4 設(shè)計壓力設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)設(shè)計溫度一起成為設(shè)計載荷條件（可能出現(xiàn)的最危險工況），由設(shè)計人員根據(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)計壽命，指均勻腐蝕。對應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕及氫腐蝕等需采用其他（如選材）解決。5安全系數(shù)5.1 安全系數(shù)的作用安全性與經(jīng)濟性辯證統(tǒng)一，整部標準規(guī)范的核心5.2 為何有安全系數(shù)a) 載荷誤差；b) 設(shè)計誤差；c) 材料誤差；d) 制造與檢驗的誤差；e) 使用中的問題；f) 未可知因素。5.3 安全系數(shù)發(fā)展的歷史與趨向a) 單一走向多元nb(強度)、ns(屈服)、nst(設(shè)計溫度下屈服)、nD(持久)、nn(蠕變)。取五者中最小許用應(yīng)力。b) 從高到低，下降趨勢（技術(shù)進步，經(jīng)驗積累）。c) 針對不同應(yīng)力對安全的不同影響，取不同的安全系數(shù)。5.4 螺栓安全系數(shù)的特殊性避免過度上緊a) 一般只對屈服點取安全系數(shù)b) 依材料而異c) 依規(guī)格而異6焊縫（焊接接頭）系數(shù)6.1 焊縫系數(shù)的作用設(shè)計系數(shù)?？紤]焊縫對容器強度的削弱，用整個增加壁厚的方式補足6.2 焊縫系數(shù)的選取依焊接接頭型式及無損檢測長度（比例）確定。6.3 幾個問題的解釋a) 相當于雙面焊的全焊透對接接頭，可采用多種方法實現(xiàn)，最終由無損檢測判斷；b) 一般均指縱縫，環(huán)縫焊接接頭系數(shù)僅在特定條件（如高塔風載）下采用；c) 容規(guī)對無墊板單面焊環(huán)向接頭焊縫系數(shù)的規(guī)定，應(yīng)理解為對無墊板單面焊使用的限制。7.主要受壓元件設(shè)計計算中應(yīng)注意的幾個問題7.1 多數(shù)元件（如筒體、封頭、球殼）可通過公式直接得出壁厚，部分元件（如法蘭、外壓）需先假定尺寸然后進行試算校核。7.2 設(shè)計時因難以搞清開孔與焊縫的相對位置，故均按在焊縫上進行開孔補強的設(shè)計，制造時應(yīng)盡量使開孔遠離焊縫。7.3 GB150對開孔規(guī)格的限制，是等面積補強方法的限制，如需要開大孔可另尋補強設(shè)計方法，如極限分析、安定性分析。7.4 除十字焊縫外，對封頭拼板焊縫無限制，但均需100%探傷，合格級別與容器一致。大型封頭制造后，因運輸原因切開到現(xiàn)場再組焊，不屬拼板焊縫。7.5 為減少計算工作量，避免錯誤，將常用規(guī)格的封頭、法蘭編制成標準封頭、標準法蘭，供設(shè)計者選用，并非限制設(shè)計者自行設(shè)計計算。7.6 GB150中要求筒節(jié)長度不小于300mm屬懲罰條款，并非合理要求。8應(yīng)力分析設(shè)計的一般概念8.1 應(yīng)力分析設(shè)計（JB4732）與規(guī)則設(shè)計（GB150）的主要區(qū)別：a) GB150將復(fù)雜（真實）應(yīng)力狀態(tài)簡化，只考慮一次膜應(yīng)力對安全的影響，其他應(yīng)力的影響用結(jié)構(gòu)限制、元件系數(shù)等方法簡單處理，可滿足多數(shù)一般產(chǎn)品安全，設(shè)計計算簡便，同一臺容器采用統(tǒng)一的安全系數(shù)； JB4732需進行詳細的應(yīng)力計算與分類，可滿足高參數(shù)重要產(chǎn)品的安全，設(shè)計計算復(fù)雜必須采用計算機，根據(jù)不同應(yīng)力的各種組合（應(yīng)力強度）對安全的不同影響分別加以不同限制。b) GB150采用第一強度理論，塑性失效準則，不適用于疲勞容器，壓力適用上限35MPa，安全系數(shù)較高； JB4732采用第三強度理論，彈性失效準則，可用于疲勞容器，壓力適用上限100MPa，安全系數(shù)較低。c) 二者的制造檢驗要求無本質(zhì)差別，僅JB4732要求更嚴格，如不允許采用局部無損檢測、每臺容器均制備產(chǎn)品焊接試板、對接管開孔倒圓倒角有明確要求、疲勞容器不得保留焊縫余高等。8.2 應(yīng)力分類的基本知識a) 按各類應(yīng)力對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。b) 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，作用范圍廣，與結(jié)構(gòu)長度或容器半徑屬同一量級。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)力對容器安全影響最大，應(yīng)嚴格限制；對一次彎曲應(yīng)力的限制可稍寬。c) 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，其特點是：第一，分布局域較一次應(yīng)力小，與屬同一量級；第二，二次應(yīng)力達到材料屈服點時，僅引起局部屈服，大部分材料仍屬彈性，且二次應(yīng)力有自限性。 封頭與筒體連接處由附加彎矩引起的軸、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。 對二次應(yīng)力的限制寬于一次應(yīng)力。d) 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一個量級，僅對疲勞破壞產(chǎn)生影響。四、結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般要求1 結(jié)構(gòu)的重要性設(shè)計計算的基礎(chǔ)，對安全與經(jīng)濟性影響極大。結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求是安全、方便制造與檢驗。任何結(jié)構(gòu)都不是萬能的，需合理設(shè)計與選擇。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2.2 整體式 a) 整體式結(jié)構(gòu)即滿足強度、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。 b) 常見整體式結(jié)構(gòu)有：單層焊接（應(yīng)用最廣）、鍛造（主要用于超高壓）、鍛焊（用于大型重要工況）、無縫管（小容器）。2.3 組合式 a) 滿足強度、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。 b) 板板有多層包扎、整體包扎、熱套、繞板等 c) 板帶有型槽繞帶、扁平綱帶 d) 板絲有繞絲（主要用于超高壓）。2.4 整體式與組合式之比較 a) 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、薄板性能優(yōu)于厚板； 缺陷只能在本層內(nèi)擴展； 危險的縱縫（整體包扎含環(huán)縫）化整為零，各層均布； 安全泄放孔，利于報警； 預(yù)應(yīng)力增加安全裕度。 b) 組合式工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，且不適于做熱容器。3封頭結(jié)構(gòu)3.1 封頭分凸封頭、錐形封頭、平蓋等三大類3.2 凸形封頭 a) 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。 b) 制造方法主要為沖壓（適于批量）、旋壓（適于單件）。 c) 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）。3.3 錐形封頭 a) 主要用于變速或方便卸料； b) 依半頂角分為30（無折邊）、45（大端折邊）、60（大、小端折邊）； c) 主要制造方法卷焊。3.4 平蓋 a) 包括平蓋和鍛造平底封頭等，與筒體連接分為可拆與固接。 b) 制造方法多為鍛造。4開孔補強結(jié)構(gòu)4.1 補強圈。加工方便，但補強效果有限，使用范圍有一定限制。4.2 厚壁管補強4.3 另加補強元件（鍛件）補強，受力好，將角接改為對接易保證焊接質(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)計計算應(yīng)三位一體綜合考慮。5.2 法蘭按其整體性程度分為三種 a) 整體法蘭法蘭、法蘭頸與容器（或接管）合為一整體，強度與剛性好，連接與密封效果好，但加工困難； b) 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； c) 任意式法蘭介于二者之間。5.3 以密封壓緊面型式分為： a) 平面密封密封效果差，但加工方便 b) 凹凸面密封單面限制墊片流動，密封效果較好，但加工較難。 c) 榫槽密封雙面限制墊片流動，密封性好但加工復(fù)雜。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。6.2 焊接結(jié)構(gòu)與工藝因素（工人技能、習慣、方法、裝備等）關(guān)系密切，設(shè)計者可提要求，具體結(jié)構(gòu)與尺寸原則上應(yīng)由制造方確定，標準（GB150附錄J）為提示性，非強制。7. 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計的注意事項7.1 盡量避免外形突變，關(guān)注倒角、倒圓。7.2 開孔（尤其是大孔）盡量開在強度裕量大的部位，如平蓋、筒體端部，它們的厚度是由剛性及螺栓個數(shù)、排列與上緊空間決定的。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)注意防止過大的溫差應(yīng)力，如膨脹節(jié)的設(shè)置，支承中的活動支承。7.5 支承設(shè)計中除考慮承重能力外，還應(yīng)考慮支座反力對殼體的影響，決定是否加墊板。7.6 對法蘭螺栓通孔、地腳螺栓通孔跨中均布的考慮。五、壓力容器制造、安裝、維修、改造基本知識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，用檢驗試板焊縫力學性能的辦法，來考核產(chǎn)品焊縫的力學性能是否合格。它不能替代無損檢測與外觀檢查。1.2 制備產(chǎn)品焊接試板的條件a) 需按臺制備的條件 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性能與介質(zhì)有關(guān)：極度、高度危害與設(shè)計溫度有關(guān)：低溫；-10t-20以及0t-10厚度超過某一界限的20R、16MnR與厚度有關(guān)：s20mm的15MnNbRb) 其他以批代臺制備1.3 制備試板的要求 從材料（鋼號、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 試樣與試驗需做拉伸、彎曲以及必要時的沖擊1.5 不合格處理a) 允許重新取樣復(fù)驗b) 允許重新熱處理c) 如仍不合格且無試板，則代表的產(chǎn)品焊縫為不合格。1.6 應(yīng)注意的問題a) 試板焊縫應(yīng)探傷，但無合格級別且不需返修，目的在于避開缺陷處取樣，防止缺陷造成試驗結(jié)果不合格。b) 環(huán)縫不做，需要時做鑒證環(huán)。2焊后（消除應(yīng)力）熱處理2.1 目的 消除過大焊接應(yīng)力，細化晶粒。2.2 焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因、特點及危害a) 焊接應(yīng)力因焊接過程中變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生。b) 焊接應(yīng)力的特點：量值高，可能屈服極限；一直存在；屬二次應(yīng)力有“自限性”；測量困難（x光衍射、小孔）。c) 對容器的主要危害為應(yīng)力腐蝕。2.3 需進行焊后熱處理的條件a) 通用條件依據(jù)材質(zhì)、厚度、預(yù)熱溫度的不同組合判定；b) 必需條件圖樣注明應(yīng)力腐蝕、盛裝極度、高度危害介質(zhì)；c) 免做條件奧氏體不銹鋼；d) 關(guān)注應(yīng)力腐蝕的復(fù)雜性（介質(zhì)、溫度、酸堿度、材質(zhì)、殘余應(yīng)力等）2.4 焊后熱處理方法 整體進爐、分段進爐、局部、現(xiàn)場熱處理2.5 熱處理工藝要求 進、出爐爐溫；升、降溫速度；保溫時溫差；爐內(nèi)氣氛。目的在于熱透；避免過大溫差應(yīng)力造成的損害。3耐壓試驗與氣密性試驗3.1 耐壓試驗?zāi)康腶) 內(nèi)壓竣工后出廠前全面考核（驗證）強度；檢漏b) 外壓（真空）檢漏3.2 液壓試驗a) 試驗壓力的確定試驗壓力計算公式中的系數(shù)（1.25）與安全系數(shù)有關(guān)，試驗前的應(yīng)力校核是基于彈性失效準則。b) 液壓試驗的危險性主要來自能量觀點（PV）和金屬碎片。3.3 氣壓試驗a) 氣壓試驗的危險性遠高于液壓，除PV和碎片外，氣體會高速恢復(fù)被壓縮的體積形成沖擊波；b) 允許氣壓試驗的條件：因承重等原因無法液壓；液體無法吹干排凈生產(chǎn)中不允許殘留液體。3.4 氣密試驗a) 目的檢漏b) 條件極度高度危害介質(zhì)；生產(chǎn)工藝過程不允許泄漏。c) 試驗介質(zhì)空氣、氨、惰性氣體等，氣壓試驗后是否再做氣密與介質(zhì)有關(guān)。d) 試驗合格指標與檢漏方法。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質(zhì)量 在使用現(xiàn)場對在役容器進行維修、改造，尤其是動火（焊接）維修、改造在技術(shù)上是件十分困難的事，主要難點在于：a) 缺陷的去除、坡口加工、開孔等由于位置、工具等原因，難度大于制造廠。b) 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。c) 在役產(chǎn)品的材料可能早被淘汰，在長期使用過程中因老化、腐蝕等原因可能造成材料性能質(zhì)量的改變，均會加大維修、改造的難度。4.2 對提高維修改造的建議措施a) 提高對維修改造單位、人員的市場準入標準。b) 焊補前一定要嚴格進行無損檢測確保缺陷除凈，并應(yīng)進行必要的焊接工藝評定。c) 對Cr-Mo低合金鋼及高強鋼的維修改造應(yīng)慎之又慎，最好由原制造廠或其他經(jīng)驗豐富的單位實施。d) 是否值得維修改造要充分考慮容器的使用年限與價值。5管子與管板的脹接5.1 脹接的分類a) 貼脹。貼脹在管板孔內(nèi)表面可不開槽。貼脹一定要與強度焊聯(lián)合使用，其目的在于減少管子與管板間的間隙，防止震動。b) 強度脹。強度脹管板孔內(nèi)表面應(yīng)開矩形槽，并應(yīng)達到全厚度脹接。強度脹可單獨使用，亦可與密封焊聯(lián)合使用，對重要場合亦可與強度焊聯(lián)合使用。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）和機械脹。5.3 脹接質(zhì)量控制要求a) 嚴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。b) 脹接前應(yīng)計算脹接壓力并進行試脹，測試脹接接頭的拉脫力。c) 脹后應(yīng)進行耐壓試驗，檢查脹口嚴密性。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a) 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）。b) 關(guān)鍵是鍛件質(zhì)量，基本要求為JB47264728。c) 鍛焊容器環(huán)縫焊接缺乏經(jīng)驗時，應(yīng)于施焊前做鑒證環(huán)。6.2 鑄鐵容器a) 因其質(zhì)量只能用于小型、非重要場合。b) 表面缺陷只能用加裝螺塞方法修補，但對塞頭深度與直徑有限制。c) 首次試制產(chǎn)品應(yīng)進行爆破試驗。6.3 不銹鋼及有色金屬制容器a) 有色金屬制容器包括鋁、鈦、鎳、鋯及其合金。b) 材料堆放、制造、吊裝、運輸全過程中應(yīng)保持清潔，避免與鋼等金屬直接接觸，防有害離子污染。c) 下料切割、坡口加工宜采用機械法，熱切割多用離子切割，加工邊緣應(yīng)打磨去除污染區(qū)。d) 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焊、等離子焊等。六、超高壓容器基本知識1超高壓容器主要特點：1.1 壓力高（100MPa1000MPa），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，不可能簡化。1.3 采用鍛造方法制造，對材料（鍛件）要求高強度，優(yōu)良的塑性、韌性，無可焊性要求。1.4 內(nèi)、外壁要求精加工，零、部件間多采用法蘭、螺紋連接，機加工量大，要求高。1.5 尚無統(tǒng)一的標準，許多問題尚待研討。2設(shè)計要求2.1 失效判據(jù)（準則）的確定a) 由于是厚壁容器，內(nèi)、外壁應(yīng)力水平相差極大，若選用彈性失效準則，不僅材料利用率極低，甚至根本無法設(shè)計。b) 由于高強鋼的“屈服比”高，容器的全屈服壓力與爆破壓力十分接近，若選用塑性失效準則，不利于安全運行。c) 由于實際材料為非理想塑性材料，屈服后會發(fā)生應(yīng)變硬化（即此時材料的實際強度有所提高），在容器的極限強度前運行仍是安全的，因此，超高壓容器設(shè)計宜采用爆破失效準則，即對容器的爆破壓力取安全系數(shù)。2.2 爆破壓力的計算與安全系數(shù)的選取a) 爆破壓力計算方法有多種，“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數(shù)據(jù)計算，一種以材料的扭轉(zhuǎn)試驗數(shù)據(jù)計算，后者的計算準確度高于前者。b) 對不同的爆破壓計算式取不同的安全系數(shù)，當用拉伸試驗數(shù)據(jù)計算爆破壓時，安全系數(shù)3；當以扭轉(zhuǎn)試驗數(shù)據(jù)計算爆破壓時，安全系數(shù)2.7。考慮不同計算方法的準確度，盡管計算方法不同，容器實際安全系數(shù)大致相當。2.3 對開孔、形狀過渡區(qū)等應(yīng)力集中部位應(yīng)進行應(yīng)力分析計算校核。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、電渣重熔等先進冶煉技術(shù)，保證鋼的純凈度，保證優(yōu)良力學性能（強度、塑性、韌性、斷裂韌性等）。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，對表面粗糙度有較嚴要求（防應(yīng)力集中）。4提高耐壓強度（承載能力）的途徑。4.1 采用多層熱套結(jié)構(gòu)a) 利用層間過盈，使外筒對內(nèi)筒材料造成預(yù)壓應(yīng)力，在承受內(nèi)壓時使各層的應(yīng)力水平趨于均勻，提高了外層材料的利用率。b) 超高壓熱套與高壓熱套容器的三大區(qū)別： 層間過盈量的選?。呵罢呓?jīng)精確力學計算；后者按套合工藝選取。 套合表面：前者需經(jīng)精加工（以確保過盈量準確）；后者無需加工或只需粗加工。后者需通過熱處理消除套合應(yīng)力；前者不允許。4.2 自增強處理a) 通過壓力使內(nèi)壁材料屈服，外壁仍屬彈性，造成內(nèi)壁材料承受預(yù)壓應(yīng)力，從而提高其初始屈服壓力。b) 自增強壓力應(yīng)經(jīng)慎重計算與控制，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)筒外纏繞高強度不銹鋼絲，在纏繞時可通過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)。七、非金屬壓力容器的基礎(chǔ)知識1搪玻璃設(shè)備1.1 搪玻璃設(shè)備特點與應(yīng)用a) 具有優(yōu)良的耐蝕性、耐高溫及不污染介質(zhì)等特點，可替代部分不銹鋼及鈦材。b) 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。1.2 搪玻璃設(shè)備的制造要點a) 金屬坯體表面涂敷一定厚度底釉與面釉，再經(jīng)約880950燒結(jié)制成。底釉與金屬表面發(fā)生物理化學反應(yīng)，形成復(fù)合過渡層；面釉在設(shè)備表面形成金屬與非金屬相結(jié)合的復(fù)合層；b) 瓷釉的品質(zhì)是搪玻璃設(shè)備質(zhì)量的關(guān)鍵，對瓷釉的要求除耐（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度等多種性能。c) 燒結(jié)是搪玻璃設(shè)備制造的關(guān)鍵，應(yīng)采用計算機控制的大型電爐（國內(nèi)目前多為煤加熱爐）并配有無級調(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。2石墨制設(shè)備2.1 石墨的分類與應(yīng)用a) 石墨分為天然石墨與人造石墨?；ぴO(shè)備主要采用人造石墨。b) 人造石墨分為透性石墨與不透性石墨。 透性石墨。人造石墨在焙燒過程中，原料中有機物氣化逸出，使材料呈多孔性（且多為通孔），且氣體、液體滲透性強，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)。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，并長期保溫（約20天）；再經(jīng)24003000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 。a) 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，還可增強石墨的機械強度。根據(jù)浸漬劑的不同，又分為合成樹脂浸漬石墨、水玻璃浸漬石墨和瀝青浸漬石墨。b) 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。c) 澆注石墨。以熱固性合成樹脂為膠結(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。2.4 不透性石墨的主要特點a) 優(yōu)點：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)；機加工性能優(yōu)良；質(zhì)量輕；高溫下不變形。b) 缺點：機械強度低于金屬，質(zhì)脆。2.5 不透性石墨設(shè)備制造設(shè)計的主要特點及應(yīng)用a) 不透性石墨材料的拼接多采用粘接，粘接縫應(yīng)嚴密，粘接劑應(yīng)填滿，拼接時盡量采用階梯形，避免“通天縫”。 零部件采用機加工制成，由于石墨強度低、質(zhì)脆，一般采用兩次浸漬、兩次加工的方法，以保證加工精度