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日志

 
 

压力容器设计问题  

2015-04-14 23:18:02|  分类: 压力容器 |  标签: |举报 |字号 订阅

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1.  GB150.2要求受压元件用钢板冶炼问题

?    受压元件用钢板应当是氧气转炉或者电炉冶炼的镇静钢;

?    对于标准抗拉强度下限值大于或等于540MPa的低合金钢钢板和奥氏体-铁素体型双相不锈钢钢板,以及用于使用温度低于-20℃的低温钢板和低温钢锻件,还应当采用炉外精炼工艺;

?    炉外精炼把传统的炼钢分为两步:①初练:在氧化性气氛下进行炉料的熔化、脱磷、脱碳、和主合金化;②精炼:在真空、惰性气氛或可控气氛下进行脱氧、脱硫、去除杂质、微调成分等;

?    炉外精炼:炉外精炼就是把转炉或电炉中所炼的钢水移到另一个容器中进行精炼的过程。也叫“二次炼钢”或钢包精炼

炉外精炼的冶金作用:

①   使钢水温度和成分均匀化;

②   使成品钢的化学成分控制在很窄的范围之内;

③   钢中硫含量降到非常低(如S含量可达小于0.005%甚至更低)、改变钢中夹杂物形态及组成和去除有害元素;

④   降低钢中的氢氮等气体含量(如H含量可小于2ppm)。

采用“转炉(电炉)冶炼→炉外精炼→连铸”已成为现代化钢厂冶炼技术的普遍模式。因此,对于标准抗拉强度下限值大于或等于540MPa的低合金钢钢板和奥氏体-铁素体型双相不锈钢钢板,以及用于使用温度低于-20℃的低温钢板和低温钢锻件,还应当采用炉外精炼工艺。

典型案例:

13MnNiMoR、16MnDR、09MnNiDR、Cr-Mo钢等,要求转炉(或电炉)冶炼外,还应采用炉外精炼工艺。

 

2. 正火的定义及目的

正火的定义:将钢件加热到AC3以上30~50℃或更高的温度,保温一定的时间,然后在空气中冷却的一种热处理工艺(AC1与AC3的含义)。

正火的目的:

(1)细化晶粒,提高钢材韧性和稳定钢材的力学性能;

(2)得到所要求的金相组织(珠光体组织)。

下列碳素钢、低合金钢应在正火状态使用:

①   用于多层包扎容器的内筒的Q245R和Q345R;

②   用于壳体厚度大于36mm的Q245R和Q345R;

③   用于湿H2S腐蚀环境的任意厚度的Q245R和Q345R;

④   用于设计温度低于-20℃的Q245R和Q345R;

⑤   用于其它受压元件(法兰、管板、平盖等)的厚度大于50mm的Q245R和Q345;

⑥   用于球壳板厚度大于30mm的Q245R和Q345R。

 

3.   钢板及钢管超声检测

下列条件下应逐张进行钢板超声检测:

①   厚度符合GB150.2表3规定的压力容器用钢板(厚度>36mmQ345R);JB/T4732碳素钢及低合金钢板>20mm;

②   厚度> 30mm的Q245R及Q345R的球壳板(GB12337);

③   湿H2S腐蚀环境、介质毒性为高度或极度危害的,厚度大于或等于12mm的碳素钢及低合金钢钢板(“固容规”);

④   厚度大于20mm的低温容器壳体用钢板(GB150.2表3)。

厚度大于16~20mm的低温容器壳体用钢板,每批抽检20%,最少1张钢板。

低温容器用无缝钢管应逐根进行超声检测(HG/T20585)。

 

4.   钢板拉伸和低温冲击试验

符合下列要求之一者应逐热处理张钢板进行拉伸和低温冲击试验:

①   调质状态使用的钢板;

②   厚度大于60mm的碳素钢和低合金钢板(JB/T4732厚度大于50mm);(但应根据设备类别、介质特性等扩大范围)

③   多层包扎容器的内筒板;

注意符合下列要求者应考虑逐热处理张钢板进行低温冲击试验

①   低温压力容器壳体用钢板;

②   Cr-Mo钢制容器壳体用钢板;

③   标准抗拉强度下限值大于等于540MPa壳体用钢板;

④   设计压力大于等于10.0MPa容器壳体用钢板;

⑤   介质毒性程度为极度或高度危害的容器壳体用钢板。

 

5.    延迟裂纹与再热裂纹的定义

延迟裂纹:焊接后经过一段时间才产生的裂纹为延迟裂纹。延迟裂纹是冷裂纹的一种常见缺陷,它不在焊后立即产生,而在焊后延迟几小时、几天或更长时间才出现。有延迟裂纹倾向的常见的材料牌号有:Q345R、Q370R、18MnMoNbR、13MnNiMoR、Cr-Mo钢等。

GB150要求至少焊后24小时(36小时GB12337)进行无损检测

再热裂纹:焊接完成后,焊接接头在一定温度范围内再次加热(消除应力热处理或其它加热过程)而产生的裂纹为再热裂纹。有再热裂纹倾向的常见材料牌号有:Q370R、18MnMoNbR、13MnNiMoR、07MnMoVR、07MnNiMoDR 、Cr-Mo钢等。

  图面技术要求中应规定在焊后热处理后,对此类材料制造的压力容器再次进行无损检测。

 

6.       设计条件有多种工况时,对设计文件的要求

压力容器如果有2种或以上工况时,应在装配图的技术要求中明确给出各工况的设计/工作压力、设计/工作温度以及介质、切换次数以及切换次数是否达到1000次,是否属于疲劳容器;

如果有再生(催化剂)工况时,应在技术要求中注明定期检验(期限应与工艺专业协商确定)的要求。

 

7. 当要求容器进行气密性试验时,应注意的问题:

1)对于带有安全阀、爆破片等超压泄放装置的压力容器,如果设计时提出气密性试验要求,则设计者应当给出该压力容器的最高允许工作压力(“固容规”3.24条);

2)对于设计图样中注明最高允许工作压力的压力容器,允许超压泄放装置的动作压力不高于该压力容器的最高允许工作压力(“固容规”3.9.2条);

3进行气密性试验时,一般应当将安全附件装配齐全(“固容规”4.8.3条);

4GB150.1附录B.4.7 b)条:取容器的设计压力等于或稍大于整定压力。即整定压力等于或小于设计压力。(问题解答中语以最高允许工作压力确定)

5气密性试验压力等于设计压力(“固容规”和GB150的规定);

6满足上述要求时,超压泄放装置的动作压力的设定应高于设计压力低于最高允许工作压力(固容规标准释义)。即,设计压力<整定压力<最高允许工作压力。(动作压力=整定压力)

7所有受压元件包括开孔补强、法兰、开孔法兰盖等计算时的计算压力Pc应以最大允许工作压力带入进行计算。

 

8.   凡符合以下条件之一者应采用双头螺柱连接

1低温(设计温度Td≤-20℃)设备的管法兰;

2设备法兰;

3设计温度Td≥200 ℃设备的管法兰;

4管法兰压力等级PN≥5.0MPa(300#);

5半金属垫(缠绕垫、金属包等)和金属垫;

6介质易爆或毒性程度为中度以上者;

7受循环载荷作用的场合。

 

9.  不能进行内部检验或检查的容器,设计中应注意的问题

1“固容规”要求在图样上应注明计算厚度;

2开孔补强宜采用加厚接管的方式,而且加厚接管的补强面积足够开孔削弱所需要的金属面积(结构原因);

100%RT无损检验,或UT或MT;

3使用中的定期检验要求(期限一般至少为1年或与工艺协商确定)。

 

10.  大直径厚壁封头成形及半球形封头的使用

1如能保证封头上拼接接头在冲压成形并热处理后的力学性能满足GB150对钢板的要求,则可以采用先拼板后成形的制造工艺;如果不能保证拼接接头成形后的力学性能不低于母材板,则应采用分瓣成形后组对的制造工艺;

2一般情况下,Q245R、Q345R制作的封头可以采用先拼板后成形制作工艺,也可以采用分瓣成形后组焊的制作工艺;

3Cr-Mo钢制作的大直径封头,通常应采用整张钢板冲压成型工艺或分瓣成形后组焊的制作工艺;如果采用先拼板后成形制作工艺,往往拼接接头的力学性能在热处理(正火+回火)之后低于母材很多,从而造成接头强度不足的问题;

4 一般筒体厚度较厚(≥80mm)时,一般不再采用标准椭圆封头而采用半球形封头(受力及经济性考虑);

5 由于直径较大封头不得不拼接时,应优先选择分瓣成形的制作工艺

6 采用半球形封头时,焊接接头应采用GB150.3中D.2.2推荐的型式。

 

11.   不同厚度锥体分段设计

1锥体较高(>2500mm),壁厚较厚(> 45mm)时,在锥体高度方向应考虑分段设计;分段高度应以板宽2000mm左右考虑;

2锥体分段设计应注意连接处上下两段锥体厚度是否满足强度计算要求,SW6对于锥体分段设计计算存在问题,需要手工计算;

3锥体是否设置折边应按锥体半顶角大小确定,≤30°不设置折边,>30°应设置折边;

4斜锥封头的计算除按照SW6计算之外,也可以按照HG20583手工计算;

 

12.  管板堆焊不锈钢耐蚀层基本要求

1管板锻件材料应符合NB/T47008的规定,锻件级别为III级或III级以上;

2堆焊前应做堆焊工艺评定;

3不得采用换热管与管板焊接加桥间空隙补焊的方法进行管板堆焊;

4管板堆焊前,待堆焊面应按JB/T4730.4进行100%磁粉检测,I级合格;

5过渡层堆焊厚度应大于等于3mm,过渡层堆焊完毕后应按JB/T4730.5进行100%渗透检测,I级合格;

6过渡层堆焊完毕并经热处理后,按JB/T4730.3第2.1节要求进行超声检测,质量等级I级为合格;(如果腐蚀性试样经敏化处理后进行腐蚀性试验,则可在面层堆焊完毕再进行热处理)

7面层堆焊厚度应大于等于3mm,面层堆焊完毕经机加工后(钻孔前)的表面应按JB/T4730.5进行100%渗透检测,I级合格;面层堆焊后不需再进行热处理;

8堆焊层面层试样应按GB/T4334方法E进行不锈钢腐蚀性试验,弯曲试验后不得有晶间腐蚀裂纹。

 

 13.   焊接残余应力对容器静力强度有何影响?

 焊接残余应力本身不影响容器静力强度。但对脆性断裂、应力腐蚀和疲劳容器会产生不良影响,故需消除。

 

 14.   应力腐蚀:

应力腐蚀是指金属在拉应力和腐蚀性介质联合作用下产生的腐蚀裂纹,并使得裂纹迅速扩散,这种现象称应力腐蚀开裂。

①壳体材料存在拉应力或焊接残余应力;②存在特定的腐蚀性介质:氯化物,湿硫化氢,液氨等;③材料性能或焊接质量有较大缺陷,如硬度,韧性,含碳量及焊接缺陷等。

 

 15.   疲劳容器需要附加的技术要求

a)         消除余高;

b)         打磨圆角;

c)         焊缝表面(MT)检测;

d)         焊后消除应力热处理(非强制);

e)         严格控制错边量,不得强力组装;

f)          材料表面不得打钢印。

 

 16.   钢板冲击试验的试样取横向的原因

   钢板冲击试验的试样一般均取横向。这是由于,钢锭浇铸时会形成偏析或含有杂质,在钢板轧制的过程中,这些不均匀部分和杂质会顺着金属延伸方向形成纤维状带状组织,从而使钢板平行于纤维状组织方向(纵向)的机械性能高于垂直方向(横向),尤其韧性和塑性指标更突出。为提高材料的安全使用及压力容器的可靠性,GB150规定低温冲击试验要取横向作为最低冲击功的规定值。

 

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