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1、压力容器检验总论 提纲 压力容器定义压力容器术语压力容器的分类压力容器结构压力容器的失效与损伤压力容器检验工作的性质压力容器法规标准体系压力容器检验人员的工作内容范围和职责 压力容器的定义 一般压力容器的定义 条例 的定义固定式和移动式容器气瓶氧舱 条例 与 固容规 的适用范围 固容规 除本体外的监察范围 压力容器术语 1 压力 除注明者外 压力均为表压力 1 工作压力Pw 在正常工作情况下 容器顶部可能达到的最高压力 2 设计压力P 指设定的容器顶部的最高压力 与相应的设计温度一起作为设计载荷条件 其值不低于工作压力 3 计算压力PC 指在相应设计温度下 用以确定元件厚度的压力 包括液柱静压
2、力等附加载荷 当元件所承受的液柱静压力小于5 设计压力时 可忽略不计 4 试验压力PT 在压力试验时 容器顶部的压力 压力容器术语 1 压力 除注明者外 压力均为表压力 5 最高允许工作压力 Pw 在指定的相应温度下 容器顶部所允许承受的最大压力 该压力是根据容器各受压元件的有效厚度 考虑了该元件承受的所有载荷而计算得到的 且取最小值 注 当压力容器的设计文件没有给出最高允许工作压力时 则可以认为该容器的设计压力即是最高允许工作压力 最高允许工作压力可作为确定保护容器的安全泄放装置动作压力 安全阀整定压力或爆破片设计爆破压力 的依据 6 安全阀的整定压力 开启压力 PZ 安全阀阀瓣开始离开阀座
3、 介质呈连续排出状态时 在安全阀进口测得的压力 7 爆破片的标定爆破压力Pb 爆破片铭牌上标明的爆破压力 压力容器术语 压力容器术语 2 温度 1 温度金属温度 容器元件沿截面厚度的温度平均值 工作温度 容器在正常工作情况下介质温度 2 最高 最低工作温度 容器在正常工作情况下可能出现介质最高 最低温度 3 设计温度 容器在正常工作情况 设定的元件的金属温度 沿元件金属截面的温度平均值 设计温度与设计压力一起作为压力容器的设计载荷条件 4 试验温度 进行耐压试验或泄漏试验时 容器壳体的金属温度 5 最低设计金属温度 设计时 容器在运行过程中预期的各种可能条件下各元件金属温度的最低值 压力容器术
4、语 3 厚度 1 计算厚度 按本标准相应公式计算得到的厚度 需要时 尚应计入其他载荷所需厚度 对于外压元件 系指满足稳定性要求的最小厚度 按相应公式计算得到的不包括厚度附加量的厚度 2 设计厚度 d 计算厚度与腐蚀裕量之和 3 名义厚度 n 即图样标注厚度 设计厚度加上钢材厚度负偏差后 向上圆整至材料标准规格的厚度 4 有效厚度 e 名义厚度减去厚度附加量 腐蚀裕量与材料厚度负偏差之和 5 最小成形厚度 受压元件成形后保证设计要求的最小厚度 6 最小实测厚度 实际测量的容器壳体厚度的最小值 7 厚度附加量 设计容器受压元件时所必须考虑的附加厚度 包括钢板 或钢管 厚度负偏差C1及腐蚀裕量C2
5、注意 容器壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度 min 对碳素钢 低合金钢 不小于3mm对高合金钢 不小于2mm 压力容器的分类 1 按压力 品种 介质及易燃介质分类1 1按压力分为低 中 高及超高压 前三种在材料 失效判据 准则 计算方法 制造要求上基本一致 1 2按介质毒性及易燃性分类 主要出自安全考虑 即一旦发生事故 爆炸 泄漏等 的危害程度 压力容器的分类 2 固容规 中的分类 2 1按制造许可级别分类2 1根据危险程度 本规程适用范围内的压力容器划分为三类 以利于进行分类监督管理 压力容器类别划分方法见附件A 与99版容规相比的主要变化 改变类别划分方法 仍然划分为三类 类 类和
6、类 利用PV值在不同介质分组坐标图上查取相应的类别 简单易行 科学合理 准确唯一 设计压力 容积和介质危害性三个因素决定压力容器类别 不再考虑容器在生产过程中的作用 材料强度等级 结构形式等因素 简化分类方法 强化危险性原则 从风险控制的理念上对压力容器进行分类监管 突出本质安全思想 2 2对不同制造许可级别的企业 提出不同的资源条件与安全质量要求 压力容器的分类 2 固容规 中的分类具体分类方法压力容器的介质分为以下两组 包括气体 液化气体以及最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体 1 第一组介质 毒性程度为极度危害 高度危害的化学介质 易爆介质 液化气体 2 第二组介质 除第一组以外的介质
7、压力容器类别的划分应当根据介质特性 按照以下要求选择类别划分图 再根据设计压力p 单位MPa 和容积V 单位L 标出坐标点 确定压力容器类别 简单压力容器安全技术监察规程 的适用范围 图压力容器类别划分图 第一组介质 压力容器的分类 图压力容器类别划分图 第二组介质 压力容器的分类 压力容器的分类 3 按生产工艺过程中作用原理分类 分为反应 换热 分离 储存四类 其中反应容器安全性要求最高 因其在进行物理 化学反应时 可能造成压力 温度的变化 压力容器的分类 4 其他分类方法 4 1按形状分类 如圆筒形 球形 组合型 前者均为回转壳体 以及方形 矩形等 4 2按筒体结构分为整体式 组合式 4
8、3按制造方法分为焊接 最为普通 锻焊 锻造 主要用于超高压 铸造 主要优点是方便制造 但因其质量问题需加大安全系数 多用于小型 低压 压力容器的分类 4 其他分类方法 4 4按材料分为金属与非金属两大类 其中 金属中分为钢 铸铁 有色金属与合金 其中有色金属与合金主要用于腐蚀等特殊工况 在生产条件 生产装备 原材料验收与堆放 吊装 运输包装 尤其是焊接等环节有一系列特殊要求 钢中以其化学成份又分为碳素钢 低合金钢 前两者主要是强度钢 及高合金钢 主要用于腐蚀 低温 高温等特殊工况 我国以标准抗拉强度下限 540MPa作为高强度钢分界 压力容器结构 压力容器一般是由筒体 又称壳体 封头 又称端盖
9、 法兰 接管 人孔 支座 密封元件 安全附件等组成 它们统称为过程设备零部件 这些零部件大都有标准 其典型过程设备有换热器 反应器 塔式容器 储存容器等 压力容器的结构形状主要有圆筒形 球形 和组合形 圆筒形容器是由圆柱形筒体和各种成型封头 半球形 椭圆形 碟形 锥形 所组成 球形容器由数块球瓣板拼焊成 承压能力很好 但由于安置内件不便和制造稍难 故一般用作贮罐 压力容器的筒体 封头 端盖 人孔盖 人孔法兰 人孔接管 膨胀节 开孔补强圈 设备法兰 球罐的球壳板 换热器的管板和换热管 M36以上的主螺栓及公称直径大于250mm的接管和管法兰均作为主要受压元件 压力容器结构 典型结构 压力容器结构
10、 典型结构 压力容器结构 典型结构 压力容器结构 典型结构 压力容器结构 典型结构 压力容器结构 典型结构 压力容器结构 零部件 1 筒体圆柱形筒体是压力容器主要形式 制造容易 安装内件方便 而且承压能力较好 因此应用最广 圆筒形容器又可以分为立式容器和卧式容器 由于容器的筒体不但存在与容器封头 法兰相配的问题 而且卧式容器的支座标准也是按照容器的公称直径系列制定的 所以不但管子有公称直径 筒体也制定了公称直径系列 对于用钢板卷焊的筒体 用筒体的内径作为它的公称直径 其系列尺寸有300 400 500 600 等 如果筒体是用无缝钢管制作的 用钢管的外径作为筒体的公称直径 压力容器结构 零部件
11、 2 封头 1 球形封头 壁厚最薄 用材比较节省 但封头深度大 制造比较困难 2 椭圆形封头 椭圆形封头纵剖面的曲线部分是半个椭圆形 直边段高度为h 因此椭圆形封头是由半个椭球和一个高度为h的圆筒形筒节构成 椭圆壳体周边的周向应力为压应力 应保证不失稳 3 碟形封头 碟形封头是由三部分组成 第一部分是以半径为Ri的球面部分 第二部分是以半径为Di 2的圆筒形部分 第三部分是连接这两部分的过渡区 其曲率半径为r Ri与r均以内表面为基准 不连续过渡导致边缘应力 压力容器结构 零部件 4 球冠形封头 球冠形封头可用作端封头 也可以用作容器中两独立受压室的中间封头 由于封头为一球面且无过渡区 在连接
12、边缘有较大边缘应力 要求封头与筒体联接处的T形接头采用全焊透结构 5 锥形封头 锥形封头有无折边锥形封头和折边锥形封头 6 平盖 弯曲应力较大 在等厚度 同直径条件下 平板内产生的最大弯曲应力是圆筒壁薄膜应力的20 30倍 但结构简单 制造方便 压力容器结构 零部件 3 支座支座是用来支承容器重量和用来固定容器的位置 支座一般分为立式容器支座 卧式容器支座 立式容器支座分为耳式支座 支承式支座 腿式支座和裙式支座 卧式容器多使用鞍式支座 4 法兰法兰连接主要优点是密封可靠和足够的强度 缺点是不能快速拆卸 制造成本较高 法兰分类主要有以下方法 1 按其被连接的部件分为压力容器法兰和管法兰 2 按
13、法兰接触面的宽窄可分为窄面法兰和宽面法兰 3 按整体性程度分为整体法兰 松式法兰和任意式法兰 5 人孔与手孔 压力容器结构 开孔与补强 1为何要进行开孔补强通常所用的压力容器 由于各种工艺和结构的要求 需要在容器上开孔和安装接管 由于开孔去掉了部分承压金属 不但会削弱容器的器壁的强度 而且还会因结构连续性受到破坏在开孔附近造成较高的局部应力集中 这个局部应力峰值很高 达到基本薄膜应力的3倍 甚至5 6倍 再加上开孔接管处有时还会受到各种外载荷 温度等影响 并且由于材质不同 制造上的一些缺陷 检验上的不便等原因的综合作用 很多失效就会在开孔边缘处发生 主要表现不疲劳破坏和脆性裂纹 所以必须进行开
14、孔补强设计 2压力容器为何有时可允许不另行补强压力容器允许可不另行补强是鉴于以下因素 容器在设计制造中 由于用户要求 材料代用等原因 壳体厚度往往超过实际强度的需要 厚度的增加使最大应力有所降低 实际上容器已被整体补强了 例如 在选材时受钢板规格的限制 使壁厚有所增加 或在计算时因焊接系数壁厚增加 而实际开孔不在焊缝上 还有在设计时采用封头与筒体等厚或大一点 实际上封头已被补强了 在多数情况下 接管的壁厚多与实际需要 多余的金属起到了补强的作用 压力容器结构 开孔与补强 3开孔补强结构所谓开孔补强设计 就是指采取适当增加壳体或接管壁厚的方法以降低应力集中系数 其所涉及的有补强形式 开孔处内 外
15、圆角的大小以及补强金属量等 1 加强圈是最常见的补强结构 贴焊在壳体与接管连接处 如图a b c 该补强结构简单 制造方便 但加强圈与金属间存在一层静止的气隙 传热效果差 当两者存在温差时热膨胀差也较大 因而在局部区域内产生较大的热应力 另外 加强圈较难与壳体形成整体 因而抗疲劳性能较差 这种补强结构一般用于静压 常温及中 低压容器 2 接管补强 即在壳壁与接管之间焊上一段厚壁加强管 如图d e f 它的特点是能使所有用来补强的金属材料都直接处在最大应力区域内 因而能有效地降低开孔周围的应力集中程度 低合金高强度钢制的压力容器与一般低碳钢相比有较高的缺口敏感性 采用接管补强为好 3 整锻件补强
16、结构如图g h I 此结构的优点是补强金属集中于开孔应力最大的部位 补强后的应力集中系数小 由于焊接接头为对接焊 且焊接接头及热影响区可以远离最大应力点位置 所以抗疲劳性能好 但这种结构需要锻件 且机械加工量大 所以一般只用于要求严格的设备 压力容器结构 开孔与补强 图补强结构 压力容器的主要失效形式 过量的弹性变形 包括弹性不稳定过量的塑性变形脆性断裂蠕变塑性垮塌疲劳破坏应力腐蚀复合型破坏 承压设备损伤模式判别 标准草案 及数据库 4类82种 第1类 机械损伤变形 磨损 机械疲劳 第2类 腐蚀减薄 全面腐蚀 均匀腐蚀 无机酸 盐酸 硫酸 硝酸 磷酸 碳酸 氢氟酸 有机酸 环烷酸 乙酸 醋酸 甲酸 对苯二甲酸 乙二酸 石碳酸 N 甲基吡咯烷酮 萘胺酸 盐 有机物 水 二氧化碳 烟气 苛性碱 氨 硫化物 高温氧化 大气 土壤 露点腐蚀 局部腐蚀 非均匀腐蚀 局部减薄 点腐蚀 坑蚀 晶间腐蚀 选择性腐蚀 电偶腐蚀 缝隙 垢下腐蚀 微生物腐蚀 压力容器的主要损伤模式 承压设备损伤模式判别 标准草案 及数据库 4类66种 第3类 环境开裂氢致开裂 应力导向型氢致开裂 硫化物应力腐蚀开裂 氰化物
