化工设备系列讲座

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1、本文由 djt122 贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。化工设备基础目录1筒体结构分类2 焊缝与焊接接头 3 制造减薄与成品的最小厚度4 坡口表面质量要求解释 5 焊缝余高 6 热处理 7 不锈钢力学性能 8 常压容器的应力腐蚀 9 氢腐蚀 10 固 溶热处理和稳定化处理 11 设计使用寿命 12 耐压实验 13 低温压力容器界限问题 14 20g 材料的解释 15 封头的种类及检测 16 金属材料的应力腐蚀 17 金属热处理基本知识11筒体结构的分类 大家在进行设计时筒体大多是卷焊或锻焊结构，其实筒体的结构有很 多种，因为有些1.1.2

2、主b单层 的优点，进行 d 无缝钢管 注：带为结构应用不是很广泛或其它原因，所以没能纳入 GB150 中。现就筒体结构阐述如下， 仅供 参考！ 1 筒体结构的分类 1.1 整体结构 1.1.1 定义：为满足强度、刚度和稳定性要 求所需要的厚度 不包括为防腐而设置的衬 层）是由一整块连续钢制成的结构。 要形式 a 整体锻造：锻造的筒和筒之间用法兰或螺纹连接。主要用于超高压设备； 卷焊 探）：应用普遍；c锻焊结构 探）：总结了整体锻造和单层卷焊容器 了有机的结合。质量 好，适用于重要场合，如核工业、加氢反应器等； :公称直径较小容器；e复合板结构 探）：在一定厚度下很经济。GB150-1998 所

3、管辖。 1.2 组合式结构 1.2.1 定义：为满足强度、刚度和稳定性要求所需 要的厚度是由钢板对钢板、钢板对钢带、钢板对钢丝制成的结构。内筒是板式结构。b热套结构 探）：内筒和外与内筒结合在一起。适用于超大1.2.2主要形式a多层包扎 探）：最开始为美国专利，但现在已不存在专利了，南京大化 机已研制成 功。但此类设备制造工艺太复杂，生产工期长； 筒的配合采用过盈配合。在安装时外筒加热冷却后很好地 容器，有时分 3 层或更多层进行套合；1c 绕板结构：是日本人发明的。自动化程度很高，先做内筒再用另一筒体搭接。虽然角 焊缝受力不好、不好焊接且不易检测，但进行承压爆破实验效果很好。目前我国因为冶金

4、能 力有限，板长和宽度不太适合，所以采用较少；d钢板对钢带：中国人的发明，ASME已承认其可靠性。内筒单层卷焊，外层缠绕。钢 带在缠绕时分左右两个方向，同时旋转方向相 反。但缠绕后因为中间紧两端松，所以在承压 能力上会低 10 。在小化肥生产装置中有一 些应用；e钢板对钢丝：内筒单层卷焊，外层用高强度的不锈钢丝缠绕，同时给内筒一定 的压应 力，承受的外压甚至等于设计压力，使设备在操作工况时压力趋于0 。世界上设计压力最高 的设备 1000Mpa 就是采用此种结构； f 衬里容器：基层归 GB150 管辖，衬层 GB150不管辖 不好制定制造、检验及验收的最低要求）。 注：带为GB150-199

5、8所管辖。 焊逢和焊接接头的区别 焊逢和焊接接头是大家常见到的两个名词，希望能够准确的运 用，以免出现错误。 因为有图形只好上传。 2 焊逢和焊接接头 2.1 定义 a 焊逢：通常指 焊肉，即熔敷金属； b 焊接接头：是一个组合名词，包括焊逢、融合线和热影响区。在焊接时采用等强度原则。 但因为在焊接时焊逢区有些化学元素会被烧损，为补充烧损 的化学元素， 所以根据实践经验相应的焊接材料会添加一些化学元素，也就是说焊料要比母材品质好。 焊逢的化学成分能得到补偿， 而热影响区却没有得到补偿， 而热影响区在焊 接时也会有 一些烧损，所以焊接接头中最薄弱部位是热影响区。通常的无损检测是焊接接头的检测，两

6、个焊逢之间的距离指的是焊逢。22.2 焊接接头的分类 2.2.1 习惯分类 a 对接接头：易施焊、变形小、受力好、可控 制、好检测； b 角接接头：受力不好。 对接接头又分纵焊逢 主要承受切向力）和环焊逢 主要承受轴向力）。但封头的 焊逢不好区分纵、环焊逢，所以在实际中以严者来考虑。2.2.2 按 GB3375 的分类方法 GB3375 与习惯分类方法相似，但也有不同。如： 按习惯分 法以上两种焊接接头都应是角接接头，但 GB3375 却进行了所谓的细化，二 者出现了矛 盾，在说法上又没办法统一，协调不了。 2.2.3 矛盾的解决 为解决上述矛盾， GB150-1998 采取了变通的说法，先考

7、虑焊接位置再考虑结构，即分为 A 、B、C、D 类四种焊接接头。所以检测等要求都以 A 、B、 C、D 来表示。3 制造工艺减薄与成品的最小厚度 工艺减薄是制造工艺中不可避免的，但要想办法去 控制。为使设备能安全使用，必须 要求成品的最小厚度。 计算厚度：按第一强度理论同时 考虑制造、运输、安装等因素的影响而得出的厚度。满 足了强度、刚度和稳定性的要求。 设计厚度：考虑腐蚀裕度因素。此厚度在满足强度、刚度和稳定性的要求外，同时预期 了 设备的使用寿命。 名义厚度：考虑了钢板的厚度负偏差，同时与材料的规格有关。 有效厚 度：名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差。真正能可靠承压的厚度。3从以上几个

8、厚度我们可以看出，成品的最小厚度大于设计厚度就可以了。但我国现 状 无法按此厚度来确定。原因是，我国的国家标准最开始是按前苏联标准，之后又根据实际 进行了适当的修改变成自己的标准， 在文革期间又处于无标准状态， 现在基本上是参照欧 美 标准。不管怎样过度，整个风格仍然保留前苏联格调，即主要以设计为主体。目前设计 制造 一体的单位并不很多， 设计与制造分解， 这种体制决定了制造单位不知道设备的设 计厚度究 竟是多少，因为制造厂看不到计算书 坡口表面不 得有裂纹、分层、夹杂等缺陷；b标准抗拉强度下限值d b 540MPa的钢材及Cr-Mo低合金钢材经火焰切割的坡口 表面， 应进行磁粉或渗透检测。

9、当无法进行磁粉或渗透检测 时， 应由切割工艺保证坡口质量； c 施焊前，应清除坡口极其母材两侧表面 20mm 范围内 中所说的“不得有裂纹”是一个相对概念。其实任何坡口表面都有裂纹，就看你用 什 么方法观察，宏观观察可能没有，但在高倍显微镜下观察都有裂纹。文中所指的“不得 有裂 纹”是“不得有用目前无损检测手段能发现的裂纹”。在以往的生产实践中，因为16MnR 的用量最大、实验最全、质量相对稳定。标准中规定 16MnR 的最高标准抗拉强度下限值为510MPa,考虑到冶炼偏差问题加上 30MPa得出540MPa。故此以540MPa为界限， 超出此值的要引起足够的重视，这就是 540MPa 的由来

10、。 同一种裂纹发生在 Q235-B 当中 和发生在标准抗拉强度下限值大于 540MPa 及 Cr-Mo 钢当中产生的危害程度是不能相提并 论的，另外用火焰切割相当于表面淬火。所以才有了b项的规定。4无法进行磁粉或渗透检测的坡口也有一些，如：从东欧引进的自动化程度很高、一次成型的窄间隙电渣焊缝；多层包扎容器的部分焊缝等。对这些焊缝要改善切割工艺，具体 可采用用砂轮轻磨， 去掉表面硬度、 用牛头刨床加工坡口或用等离子切割等方法来保证坡 口 质量。 其它标准没提到的坡口用宏观检查。5 焊缝的余高 1 余高的作用 在焊接过程中应该有焊缝余高。因为最后一层起保温和缓冷的作用，对细化晶粒、 减少焊接应力起

11、很大作用。同时也是气孔等杂物的收集区。2 余高的坏处 压力容器不希望有突变，造成局部应力集中。另外余高肯定有缺陷，这种缺陷很可 能是产生疲劳裂纹的核。裂纹源T疲劳扩展T断裂。中国和日本曾经联合做过实验，发现有余高的设备比打磨后没有余高的设备使用寿命短2.02.5倍。3标准对余高的要求JB4732 对疲劳设备要求打磨，其它设备有限制范围。基本上是不影响贴片即可，没要求打磨。 4 欧美国家对余高的要求 打磨。外观质量好是国外产品畅销的原因之一，另外打磨之 后能防环境腐蚀、避免 产生过大的应力集中、延长了焊缝的使用寿命。5 对余高的处理建议 提倡打磨，确实好。标准是最低要求，所以建议对重要设备或投资

12、较大的设备进行打磨，对投资小的设备就没有必要进行打磨了。55 热处理1 分类 按目的） 热处理按目的可分为焊后消除应力热处理、恢复材料力学性能热处理、改善材料力学性 能热处理和消氢热处理。 2 焊后消除应力热处理2.1 热处理的目的：消除过大的焊接应力，细化组织。2.2 应力产生的原因：变形不协调时产生的。焊接时局部受热，收缩时非焊接部位限制其变形，从而造成焊接部位的变形不自由，产生了应力。 2.3 应力的特点： a 量质高。可以接近或超过材料的屈服点； b焊接后就存在；c是一种内应力，有自限性。超过屈服t塑性流动t限制t不流动；d很难测量。最精确的测量t逐层测量，但将设备也破坏了，不适用。可

13、用x光衍射法或钻小孔法。 2.4 应力的危害：是多方面的，最主要的是应力腐蚀。而应力腐蚀是腐蚀的主要 因素。 2.5 焊后热处理的条件 2.5.1 通用条件：由厚度、材料和预热温度决定。厚度达到定程度时是强强相碰，产 生了应力；材料的可焊性好，产生的应力小，反之产生的应力大；预热到一定的温度能缓解蚀，应力产生于焊缝部位和近理。什么时候做热处理，标准中6应力。 一定的应力和腐蚀介质 环境）存在就会发生应力腐焊缝部位。当应力不大时，可以容忍；如果大了，就做热处 有具体的规定。2.5.2 特殊条件：a图样注明有应力腐蚀倾向要做热处理；b介质毒性程度为高度或极度危害时要做热处理。此规定没有任何理论基础

14、，是出于不怕一万就怕万一的原则。一经泄露，对人和环境造成的危害是不言而喻的。也就是说是后果问题不是技术问题。一人得病大家吃药。 2.5.3 免做热处理。如奥氏体不锈钢制压力容器，一般情况下不做热处 理，因为韧性储 备很好。如果做热处理敏化区域不好控制。7 不锈钢的力学性能 不锈钢的力学性能 一） 一、强度 抗拉强度、屈服强度）不锈钢的强度由各种因素来确定， 但最重要的和最基本的因素是其中添加的不同化学元素，主要是金属元素。不同类型的不锈钢因为其化学成分的差异，就有不同的强度特性。1 ）马氏体型不锈钢 马氏体型不锈钢与普通合金钢一样具有通过淬火实现硬化的特性，因此可通过选择牌号及热处理条件来得到

15、较大范围的不同的力学性能。 马氏体型不锈钢从大的方面来区分，属于铁铬碳系不锈 钢. 进而可分为马氏体铬系不锈钢和马氏体铬镍系不锈钢。在马氏体铬系不锈钢中添加铬、 碳和钼等元素时强度的变化 趋势和在马氏体铬镍系不锈钢中添加镍的强度特性如下所 述。 马氏体铬系不锈钢在淬火回火条件下，增加铬的含量可使铁素体含量增加，因而会降 低硬度和抗拉强度。低碳马氏体铬不锈钢在退火条件下，当铬含量增加时硬度有所提 高，而 延伸率略有下降。在铬含量一定的条件下，碳含量的增加使钢在淬火后的硬度也随 之增加， 而塑性降低。 添加钼的主要目的是提高钢的强度、 硬度及二次硬化效果。 在进 行低温淬火后， 钼的添加效果十分明显。含量通常少于1%。 在马氏体铬镍系不锈钢中，含一定量的镍可降低钢中的S铁素体含量，使钢得到最大硬度值。