压力容器制造单位工艺责任工程师培训讲义演示教学

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1、,压力容器制造单位工艺责任工程师,培训讲义 二0一一年七月,自我介绍,郝文生 Email: Tel: +86 429 2980488 Fax: +86 429 2980610,中航黎明锦西化工机械（集团）有限责任公司-总工程师/副总经理 全国全国锅炉压力容器标准化技术委员会移动式压力容器分技术委员会委员兼副秘书长 中国机械工程学会压力容器制造分委会-副主任委员 全国化学工业机械设备标准化技术委员会委员-副主任委员,第1章 概述 第2章 压力容器法规、安全技术规范、标准 第3章 压力容器制造质量保证体系的建立及运行 第4章 压力容器制造的主要工序及装备 第5章 压力容器的检验及竣工资料 第6章

2、计算机技术在压力容器制造及工艺编制中的应用 第7章 压力容器制造专题 第8章 压力容器制造案例,目 录,日程安排,第一天 上午第一部分 下午第二部分 第二天 上午第三部分 下午第四部分 第三天 上午第五部分 下午第六七部分,压力容器制造质量的重要性,原因分析-液氨贮罐质量低劣。 该贮罐全部焊缝均未开坡口，焊缝熔合面极小，焊接质量极差，X光探伤表明，焊缝全部未焊透； 封头冲刷问题严重，无直边，封头直径与焊体直径不相等，平均错边7.5mm，最大错边15mm； 集油筒与筒体焊接角焊缝不合要求，开孔无加强，焊后未进行整体退火处理和探伤；,压力容器制造质量的重要性,制造质量不良引起的氨冷凝器爆炸事故 (

3、1).设备情况： 300000吨年化肥厂氨冷凝器是列管式高压冷凝设备，管程设计压力为20Mpa，壳程设计压力为1.6Mpa，工作温度为2525。管程介质为氨、氮气，壳程介质为液氨，壳体内径420mm，壁厚8mm，封头内径350mm，壁厚32mm，管板厚45mm，管板和封头材质为20g。,压力容器制造质量的重要性,氨冷凝器的封头与管板联接采用平面焊结构。几起事故的爆破断口都发生在管板与封头联接处的环焊缝上。从断口上可清楚地看到：焊缝根部未焊透，长度占80，深度一般24mm，最深达6mm。断口检查：这种氨冷凝器的爆炸断口中部表面平滑平坦，经电镜观察有明显的疲劳断裂特征，断口外部表面租糙，则属强度不

4、足而塑性撕裂。,压力容器制造质量的重要性,（2）.爆炸事故原因分析：氨冷凝器的爆炸原因，主要是设计不当，制造时焊接工艺不当产生的根部未焊透等缺陷，在实际运行中存在的疲劳循环载荷(压力、温度波动、频繁启停等)的作用下，导致疲劳裂纹萌生和扩展，以致引起设备疲劳断裂，即低周循环应力下的疲劳断裂。,压力容器制造质量的重要性,设计时技术要求不严：氨冷凝器管板与封头焊接连接属角焊缝结构，这种结构上的不连续性使环缝根部表面应力很高，所以在设计此种结构时必须慎重对待。,压力容器制造质量的重要性,我国钢制压力容器管板与壳体、封头的连接应采用全焊透结构。美国ASME锅炉及压力容器规范D4焊接接头章节中规定了全焊透

5、的角焊缝接头；英国BS5500非直接火压力容器附录E“推荐用于压力容器的焊接连接”其中管板与壳体、封头的角焊缝推荐双面焊结构，当壳体、封头壁厚超过16mm时必须采用全焊的焊缝；联邦德国AD压力容器规范也规定，当采用平面焊根部有未焊透结构时，能够承受的疲劳循环次数只有全焊透结构的五分之一的次数，考虑变动载荷时焊缝结构则必须是全焊透的。,压力容器制造质量的重要性,然而该氨冷凝器中的管板与封头的焊接连接采用的单面焊结构型式，未明确提出必须全焊透的技术要求。这种易于发生根部未焊透的角焊透，在我国标准和美国ASME等规范中，都明确不允许。,压力容器制造质量的重要性,制造质量差，通过爆破断口解剖观察到：

6、.根部未焊透严重，占周长的80，最深达6mm； .有24mm大气孔一处和三处夹渣，最大尺寸为810mm； .焊缝中发现超出规范规定的硅酸盐夹渣，局部有增碳引起的小裂纹。 .埋弧自动焊缝的裂口靠管板一侧，断裂起源于焊缝根部未焊透处，并靠管板一侧沿着与轴成为60方向在焊缝中扩展，直至失效破环。,压力容器制造质量的重要性,从氨冷凝器的制造工艺和解剖发现的问题，可以看出其焊接工艺是不合理的，在施工中没有采用单面焊双面成型的特殊焊接工艺和焊接方法，如氩弧焊封底等工艺方法来防止末焊透，而采用了一般的焊接方法，并用45mm焊条进行封底，如此粗的焊条作封底施焊必将发生未焊透。,压力容器制造质量的重要性,对于高

7、压容器封头一侧的环焊缝焊前应采取预热，高压换热器的管箱焊后需要进行消除应力的热处理。该设备在施工时，没有进行焊前预热、焊后热处理的工艺措施。这样，焊缝一侧为32mm的封头，另一侧为45mm厚的管板，刚性大，散热快，焊接时焊接残余应力较大，且容易在管板一侧出现未焊透、未熔合乃至微裂纹等缺陷。,压力容器制造质量的重要性,此外，焊接工艺管理也是不健全的。如没有焊接工艺评定，焊条管理也是欠妥的，以至采用了45mm的封底焊条，出现了超出常规的硅酸盐夹渣等现象。,压力容器制造质量的重要性,制造质量检验不严：该氨冷凝器的制造单位擅自将超声波探伤灵敏度从2mm平底孔降低到3mm平底孔，以致未能有效地查出焊缝中

8、存在的缺陷。 综上所述，该氨冷凝器在设计上有缺陷，在制造上没有可靠的焊接工艺，加之使用压力、温度波动频繁，因此氨冷凝器的爆炸事故是不可避免的。,压力容器制造质量的重要性,二0一0年三月事故,压力容器制造质量的重要性,压力容器制造质量的重要性,压力容器制造质量的重要性,压力容器制造质量的重要性,原因： 1.焊条用错 2.焊前预热存在问题 3.焊后消氢处理存在问题,压力容器制造质量的重要性,印度尼西亚PT Petro Widada公司 时间：2004年月日,压力容器制造质量的重要性,地点：印度尼西亚东爪哇省锦石镇 后果：至少人受伤，150多人吸入有害气体而住院，7000多人逃离家园。 原因：焊缝断

9、裂,第 1 章 概 述,压力容器的诞生是随着动力装备的诞生而诞生的 十七世纪的英国资产阶级革命，推翻了英国的封建专制制度，建立了以资产阶级和土地贵族联盟为基础的君主立宪制度，从而成为世界上第一个确立资产阶级政治统治的国家。资产阶级利用国家政权加速推行发展资本主义的政策和措施，促进了工业革命各种前提条件的迅速形成。,第 1 章 概 述,随着英国君主立宪制的确立，加速了圈地运动，产生了大批无产者。同时海外贸易和殖民地的开发，使大量财富集中到英国资产阶级手中。 经典力学、热力学等学科的理论创新也为工业革命带来了契机。,1769年詹姆斯瓦特根据前人的成果，成功发明了单向蒸汽机。,第 1 章 概 述,1

10、782年又制造出双向蒸汽机。蒸汽机的出现推动了工业革命的发展。1800年，英国拥有蒸汽机321台、5210匹马力。1825年猛增到15000台、375000匹马力。 瓦特发明蒸汽机后，人们知道了锅炉的作用，工业上开始大量使用锅炉作为动力源。压力容器的诞生是随着动力装备的诞生而诞生的。,从此，压力容器广泛地应用于石油、化工、机械、冶金、轻工、航空、航天、国防等工业部门的生产以及人民的生活。在化肥、炼油、化工、农药、医药、有机合成等行业，压力容器都是主要的生产设备。 压力容器是具有爆炸危险性的承压类特种设备，它承载着高压、高温、低温、易爆、剧毒或腐蚀介质的作用，一且发生爆炸或泄漏往往并发火灾、中毒

11、等灾难性事故，造成严重的环境污染，会给社会经济、企业生产和人民生活带来损失和危害，直接影响社会安定。,第 1 章 概 述,压力容器承受各种静、动载荷或交变载荷，有些还有附加的机械或温度载荷。其运行温度和压力变化范围相当宽广：从-196的低温到1000以上的高温；从真空到300MPa的超高压。上述因素使压力容器从设计、制造到使用都不同于一般机械设备。因此，压力容器比一般的机械设备有着更高的安全要求。,第 1 章 概 述,1.1压力容器的定义及分类 从广义上说，凡承受流体介质压力的密闭壳体都可称作压力容器。 按GB150钢制压力容器的规定，设计压力低于0.1MPa的容器属于常压容器，而设计压力大于

12、或等于0.1MPa的容器则属于压力容器。 从安全角度看，单纯以压力高低定义压力容器不够全面，因为压力不是表征安全性能的唯一指标。在相同压力下，容器的容积越大，其积蓄的能量就越多，一旦发生破,第 1 章 概 述,裂，造成的损失和危害也就越大。此外，容器内的介质特性对安全的影响也很大，气体的危害程度大于液体，尤其易爆的气体或液化气体。如果容器发生事故，除了爆炸造成的损失外，由于介质泄漏或扩散而引起的化学爆炸、起火燃烧、中毒污染，导致的后果极其严重。因此，压力、容积、介质特性是与安全相关的三个重要参数。 固定式压力容器安全技术监察规程(以下简称：容规)从安全管理角度出发，将同时具备下列三个条件的容器

13、称为压力容器：,第 1 章 概 述,工作压力大于或等于0.1MPa(工作压力，是指压力容器在正常工作情况下，其顶部可能达到的最高压力)； 工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPaL (容积，是指压力容器的几何容积，即由设计图样标注的尺寸计算（不考虑制造公差）并且圆整。一般应当扣除永久连接在压力容器内部的内件的体积。)； 盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体（容器内介质为最高工作温度低于其标准沸点的液体时，如果气相空间的容积与工作压力的乘积大于或者等于2.5MPaL时,也属于本规程的适用范围。,第 1 章 概 述,2003年3月颁布的特种设备安全监察条例附

14、则中规定，压力容器的含义是：盛装气体或液体，承载一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力(pw)大于或等于0.1MPa(表压)，且压力与容积的乘积大于或等于2.5MpaL的气体或液化气体和最高工作温度高于或等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器，盛装公称工作压力大于或等于0.2MPa(表压)，且压力与容积的乘积大于或等于10MPaL的气体、液化气体和标准沸点等于或低于60液体的气瓶；医用氧舱等。 这是对压力容器作出的最权威的定义，其设计、制造、安装、使用、检验、修理、改造和管理都必须接受安全监察。,第 1 章 概 述,压力容器的形式、品种繁多，其分类方法有很多种： 按材质分类: 分为钢

15、制压力容器、铝制焊接容器、钛制焊接容器和非金属容器等； 按制造方法分类：分为板焊容器、锻焊容器、铸造容器、包扎式容器、绕带式容器等； 按壳体承压方式分类：分为内压容器、外压容器； 按壁厚分类：分为薄壁容器(容器外径与内径之比小于或等于1.2)和厚壁容器(容器外径与内径之比大于1.2)；,第 1 章 概 述,按压力容器的设计压力(p)分类： a)低压(代号L) 容器 0.lMPap 1.6MPa b)中压(代号M) 容器 1.6MPap 10MPa； c)高压(代号H) 容器 10MPap 100MPa； d)超高压(代号U)容器 p 100MPa。 按压力容器在生产工艺过程中的作用原理分类：分

16、为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器、储存压力容器。 a)反应压力容器(代号R)：主要是用于完成介质物理、化学反应的压力容器，如反应器、反应釜、分解锅、聚合釜、高压釜、超高压釜、合成塔、变换炉、蒸球、煤气发生炉等；,第 1 章 概 述,b)换热压力容器(代号E)：主要用于完成介质的热量交换的压力容器，如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器、消毒锅、烘缸等； c)分离压力容器(代号S)：主要用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器，如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、干燥塔、分汽缸、除氧器等； d)储存压力容器(代号C，其中球罐代号B)：主要是用于储存和盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器，如储罐。 在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的主要作用来划分品种。,第 1 章 概 述,按固定式压力容器安全技术监察规程的规定分类： 容规将适用范围内的压力容器划分为三类。