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1、 压压 力力 容容 器器 制制 造造 基基 础础 知知 识识主讲：富泽林主讲：富泽林湖北宜化集团化工机械设备制造安装有限公司前言压力容器由于操作条件苛刻（高温、高压、介压力容器由于操作条件苛刻（高温、高压、介质易燃、易爆、剧毒等），一旦发生事故，将会质易燃、易爆、剧毒等），一旦发生事故，将会带来灾难性后果，而压力容器产品的安全使用不带来灾难性后果，而压力容器产品的安全使用不但取决于合理的设计和正确的使用管理，更主要但取决于合理的设计和正确的使用管理，更主要的是保证的是保证制造质量制造质量的优良。的优良。国家法规、标准体系对压力容器制造提出了相国家法规、标准体系对压力容器制造提出了相应的要求。应
2、的要求。内容导视内容导视第一章组对装配装配压力容器概述力容器概述第二章划划线下料下料第三章部件成型部件成型第四章第五章焊接概述接概述第六章质量量检验第一章第一章 压力容器概述压力容器概述1、压力容器的类型 压力容器的定义 是指压力和容积达到一定的数值，容器所处的工作温度使其内部介质呈气态的密闭容器。按固容规的规定，同时具备下列条件的容器称为压力容器。 工作压力大于等于0.1MPa（不含液柱静压力）； 工作压力与容积的乘积2.5MPaL； 介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。 压力容器的分类 按工艺用途分类 反应容器(R)、换热容器(E)、分离（传质）容器(S)、 储存容器
3、 (C) 按承压方式分类 内压容器、外压容器 按强度计算的理论基础分类 薄壁容器（无力矩理论）、厚壁容器（弹性应力分析、拉美公式 ） 按设计压力高低分类 低压容器低压容器 0.1 0.1 MPaMPap p1.6 1.6 MPaMPa。中压容器中压容器 1.6 1.6 MPaMPap p10.0 10.0 MPaMPa。高压容器高压容器 10.0 10.0 MPaMPap p100 100 MPaMPa。超高压容器超高压容器 p p100 100 MPaMPa。 常见的典型化工设备有四类。这是反应器这是反应器这是换热器这是换热器这是塔器这是塔器这是储存这是储存容器容器 按容器的工作温度分类 低
4、温容器低温容器 设计温度设计温度-20-20。 常温容器常温容器 设计温度设计温度-20-20200200。中温容器中温容器 设计温度设计温度-200-200450450。高温容器高温容器 设计温度设计温度-450-450 （低温容器特点？什么是低温低应力工况？）（低温容器特点？什么是低温低应力工况？） 按固容规分类按固容规分类 分分类、类、类、类、类类 原则：失效的概率、失效后的危害性原则：失效的概率、失效后的危害性考虑因素：考虑因素：P、V、介质组别、介质组别特点：简单、唯一、与国际接轨特点：简单、唯一、与国际接轨 其他分类方法 按照容器的相对壁厚分 薄壁容器、厚壁容器， 按照容器安装时的
5、相对位置分 立式容器、卧式容器 按照容器的几何形状分 圆筒形容器、球形容器、锥形容器 椭圆形容器、矩形容器二、压力容器规范介绍 中国主要的压力容器标准和管理规范 固定式压力容器安全技术监察规程 该规范是压力容器安全管理的一个技术法规，同时也是政府对压力容器实施技术监督和管理的依据 GB1501998钢制压力容器 GB1501998是中国压力容器方面一部最重要的国家标准，该标准规定了钢制压力容器在设计、制造、检验与验收方面的要求。（新版：GB150.1GB150.4-2011 压力容器,2012年3月实施） GB1511999管壳式换热器 GB1511999是管壳式换热器的国家标准，是管壳式换热
6、器设计、制造、检验与验收、安装、试车和维护的基本依据。 JB47102005钢制塔式容器 JB47102005是压力容器方面的行业标准，是塔式容器设计、制造、检验与验收的直接依据。 JB47312005钢制卧式容器 卧容器设计、制造、检验与验收的直接依据。第二章第二章 划线下料划线下料2.12.1划划 线线 划线划线将设备零件的空间几何形体，展开成平面图形并画在钢材上的将设备零件的空间几何形体，展开成平面图形并画在钢材上的工序。常分为展图和号料两部分。工序。常分为展图和号料两部分。划线工序的重要性：划线直接决定零件成型后的尺寸和几何形状，并影响划线工序的重要性：划线直接决定零件成型后的尺寸和几
7、何形状，并影响到后面的组对和焊接工序。划线对节约原材料也有重要意义。到后面的组对和焊接工序。划线对节约原材料也有重要意义。重要概念：中性尺寸重要概念：中性尺寸板材弯曲时尺寸不变的称中性尺寸或中性层尺寸，即平板材弯曲时尺寸不变的称中性尺寸或中性层尺寸，即平均厚度上的尺寸。一般按中性层尺寸展图，对曲线曲面和厚板要修正。均厚度上的尺寸。一般按中性层尺寸展图，对曲线曲面和厚板要修正。1 1）计算法）计算法例例2 2：正圆锥面：正圆锥面展开后为一扇形，展开后为一扇形，求出求出L L，E E， ， 。例例1 1：正圆柱面：正圆柱面( (筒体）筒体）展开后为一矩形展开后为一矩形L LB=B= (DN(DN
8、+S) H+S) H 方法方法图图 9 9展图展图2.1.12.1.1展图展图把零件坯料的空间曲面把零件坯料的空间曲面展开成平面。其实质是求实长。展开成平面。其实质是求实长。2 2）作图法）作图法例例4 4：天圆地方：天圆地方展开的关键是找出空展开的关键是找出空间线段的真实长度。间线段的真实长度。2. 2. 方法方法例例3 3：天圆地方作图：天圆地方作图1 1）天圆地方是由四个三角形和四个曲面组成；）天圆地方是由四个三角形和四个曲面组成；2 2）找出三角形边长和曲面各素线的实长。）找出三角形边长和曲面各素线的实长。2 2）几何作图法）几何作图法作图步骤：作图步骤：1 1）作二垂直直线，交于点）
9、作二垂直直线，交于点F F；2 2）量取主视图）量取主视图DFDF，由点，由点F F交于点交于点L L， 使：使：DFDFFLFL；3 3）量取俯视图）量取俯视图DBDB，由点，由点F F交于点交于点N N， 使：使：DBDBFNFN；则：；则：LNLN为为DBDB实长；实长；4 4）量取视图）量取视图BFBFBFBF，NLNLBDBD， 则则ABDABD为三角形实际大小；为三角形实际大小；5 5）量取俯视图）量取俯视图OFOFOFOF， 以以OO为圆心，以为圆心，以OCOC为半径作为半径作圆；圆；6 6）任意等分）任意等分圆弧（如圆弧（如1, 2, ,5 )1, 2, ,5 )；7 7）分别
10、量取）分别量取B1B1F1, B2F1, B2F2, F2, ； 则：则：L1, L2, L1, L2, 为圆锥素线实长；为圆锥素线实长；1 1）以）以B B为圆心，分别以为圆心，分别以L1, L2, L1, L2, 为为 半径作弧，半径作弧，2 2）量取）量取D1D1D1”D1”，12121”2”1”2”， ；3 3）圆滑连接）圆滑连接D, 1”, 2”, 3”, 4”, 5”, CD, 1”, 2”, 3”, 4”, 5”, C 各点；各点； 则：则：ADCBAADCBA即为天圆地方中一个即为天圆地方中一个 三角形和一个曲面的展开图；三角形和一个曲面的展开图；2.1.22.1.2号号 料料
11、号料号料把展开图配置在钢把展开图配置在钢板上的过程。板上的过程。注意：注意：1. 1. 划线要准确。划线要准确。EgEg. .筒体对角线误差筒体对角线误差2. 2. 留出必要的余量留出必要的余量通常总余量包括切割余量和通常总余量包括切割余量和边缘加工余量边缘加工余量 3. 3. 合理排料合理排料节约用料，充分利用边角料，最大限度提高节约用料，充分利用边角料，最大限度提高钢材利用率达钢材利用率达4. 4. 合理配置焊缝合理配置焊缝保证焊缝分布和间隔较合理，符合规范要求。保证焊缝分布和间隔较合理，符合规范要求。尽量避免十字焊缝和出现焊缝上开孔等现象尽量避免十字焊缝和出现焊缝上开孔等现象5. 5.
12、打标号打标号号料完成后，为指导切割、成型、组焊等号料完成后，为指导切割、成型、组焊等后续工序的进行，在钢板的图形轮廓上打后续工序的进行，在钢板的图形轮廓上打样冲眼，并用油漆标注出指示性符号、标样冲眼，并用油漆标注出指示性符号、标记，及产品工号等，以保证各加工尺寸清记，及产品工号等，以保证各加工尺寸清晰，有利于加强管理。晰，有利于加强管理。2.22.2切切 割割 切切 割割冷切割冷切割剪板机剪板机等离子切割等离子切割热切割热切割剪切剪切锯切锯切氧气切割氧气切割砂轮锯砂轮锯带带 锯锯圆盘锯圆盘锯碳弧气刨碳弧气刨激光切割激光切割2.2.12.2.1机械切割机械切割 1. 1. 剪切剪切将剪刀压入工件
13、中使剪切应力超过材料抗剪强度而达到剪断的目的。将剪刀压入工件中使剪切应力超过材料抗剪强度而达到剪断的目的。特点：生产效率高，切口精度高，适用范围广。但切口附近特点：生产效率高，切口精度高，适用范围广。但切口附近2 23mm3mm内的内的金属有明显的硬化现象，对于重要设备，应把硬化区加工掉。金属有明显的硬化现象，对于重要设备，应把硬化区加工掉。2. 2. 锯切锯切锯切属于切削加工，设备制造中主要用来切割管材、棒料等（常用砂轮切割机）锯切属于切削加工，设备制造中主要用来切割管材、棒料等（常用砂轮切割机）2.2.22.2.2热切热切 割割 1. 1.氧气切割氧气切割氧气切割是应用最广的切割方法之一。
14、氧气切割是应用最广的切割方法之一。其设备简单，使用灵活，可以切割各种其设备简单，使用灵活，可以切割各种形状的零件，切割厚度范围大，可由很形状的零件，切割厚度范围大，可由很薄板材到厚度大于薄板材到厚度大于100mm100mm的板材，适的板材，适应于切割含碳量应于切割含碳量0.7%12203 S S204035405031/8S S501/16S S且且101/8S S且且201）单层筒体A、B类焊接接头对口错边量b的规定 2）.复合钢板对口错边量b的规定 1）.焊接在环向形成的棱角规定 2. 2. 棱角棱角2）.焊接在轴向形成的棱角规定 3. 3. 不等厚元件组对要求不等厚元件组对要求当薄板厚为
15、S1 ，厚板厚为S2 ，若S110mm，S2S13mm,若S110mm，S2S1 5mm 或30%S1 时，应将厚板削薄或将薄板加厚。4. 4. 直线度直线度GB150-1998钢制压力容器：10.2.4.4 除图样另有规定外，壳体直线度允差应不大于壳体长度的1，当直立容器的壳体长度超过 30m 时，其壳体直线度允差应符合JB4710的规定。 沿圆周0、90、180、270四个部位拉0.5mm的细钢丝测量；当壳体厚度不同时，应减去壁厚差。0 0 9090 180180 270270 壳体壳体细钢丝细钢丝水平面水平面垂直面垂直面壳体直线度壳体直线度的检验方法的检验方法5. 5. 相邻焊缝间距和筒
16、节最小长度相邻焊缝间距和筒节最小长度 相邻元件A类焊缝之间的距离应大于名义厚度的 3倍，且不小于100mm。6 6、法兰面垂直度及其螺栓孔位置、法兰面垂直度及其螺栓孔位置 法兰面应垂直或水平。偏差不得大于法兰外径的1%，且不大于3mm。螺孔位置：沿壳体主轴线或铅垂线跨中布置（见右图）。螺栓孔布置螺栓孔布置7 7、底座及其螺栓孔位置 应跨中布置，其中心圆允差、任意两孔弦长允差不大于 2mm.8.容器内件和壳体焊接的焊缝边缘应尽量避开圆筒间相焊及圆筒与封头相焊的焊缝，详见下图 9.容器内件和壳体焊接的焊缝边缘应尽量避开圆筒间相焊及圆筒与封头相焊的焊缝平，详见下图 1010、内压容器的圆度 内压容器
17、按最大内径与最小内径之差检查壳体圆度。DDmaxDDminDDminDDmax1 1测量测量4.44.4组对方法及工具组对方法及工具 组对重点是解决形状、尺寸、位置，故测量是必不可少的。由于设备精度要求不高，误差以毫米为单位，测量长度、角度（包括方位）以及形状多用直尺、卷尺及细绳（包括钢丝）等简单量具，见图。拉线和吊垂线测量接管的伸出长度、方位角与法兰面的垂直度用在平台上画线及吊垂线的方法。确定接管孔的方位角或彼此的夹角用卷尺（或线）测量筒体表面周向弧长。 2 2调整调整 调整的作用是使零件或坯料达到应到的位置，通过导向、定位和校正三种手段使零件就位。 1）定位零件沿某方向移动到组对位置时，用
18、“定位铁”限制其移动。分瓣封头组对时在平台上点焊的定封头外周定位柱法兰焊接时确定管端在法兰盘内位置的定位块定两个筒节筒心的滚轮架（转胎） 2）矫正用一定的力迫使零件就位称为矫正。强力组对用较大的外力强迫改变零件的局部形状以达到组对要求。矫正力去掉后，零件弹性恢复力会在焊口处造成较大附加应力。尽量避免强力组对。方法：提高零件或坯料的精度或事先修理。 矫正的常用工具1. 杠杆3. 液压工具4. 其他2. 螺栓 3 3）翻转翻转 滚轮架，变位器组对、焊接过程中翻转工件。1. 滚轮架滚轮架滚轮架结构密封圈管板 定距管 折流板 螺母拉杆 密封圈管箱换热管筒体支座接管封头短节设备法兰接管等管箱4.54.5
19、列管式换热器的组对列管式换热器的组对 组对前要对管子进行探伤、矫直、切断、去除端部毛刺、清除端部铁锈，采用胀接时还要对端部进行退火软化。4.4.14.4.1管子的准备管子的准备4.4.24.4.2管板和折流板定位管板和折流板定位4.4.34.4.3穿穿 管管X 主要工序过程 1. 竖一管板; 2. 固接拉杆; 3. 穿定距管.折流板; 4. 固定定距管.折流板; 5. 穿入换热管； 6. 套入筒体； 7. 对装另一管板； 8. 点焊筒体与管板； 9. 焊接管板与筒体；10. 焊接换热管；11. 焊接接管.支座；12. 外观及几何检验；13. 壳程水压试验；14. 装管箱；15. 管程水压试验；
20、16. 清洗,油漆4.4.44.4.4换热器组对过程换热器组对过程焊管焊管管板拉杆定距管 折流板 螺母换热管筒体管板支座接管密封圈管箱密封圈管箱过程- 注意事项1 管板：两块组合钻孔1 折流板：组合钻孔并做好标记1 筒体：一般先开孔1 水压试验：放净空气、试验过程1 清理和清洗：内、外部，特别是内部胀接焊接胀焊结合 机械胀接法 橡胶胀接法 液压胀接法 爆炸胀接法 强度胀密封焊 强度焊贴胀4.4.54.4.5管子与管板的固定管子与管板的固定光孔、一槽孔、多槽孔胀接接头型式机械胀接液压胀接高合金高压热交换器半自动管焊接第五章第五章 焊接（概述）焊接（概述）1焊工要求 （1）必须持有锅炉压力容器安全
21、监察部门颁发的相应类别焊工合格证。 （2）在规定部位打上焊工钢印。对于有防腐要求的不锈钢和复合钢板制压力容器，不得在防腐面采用硬印作为焊工的识别标记。 2焊材保管 贮存库应保持干燥，相对湿度不得大于60% 3施焊环境 4焊前预热 5焊接工艺 6焊缝表面的形状尺寸及外观要求 （1）A、B类接头焊缝的余高 （2）C、D类焊接接头焊脚高度 （3）焊接接头咬边 a. b. （4）焊接接头外观 （5）C、D类接头焊缝 7焊接返修 8.产品焊接试板 检验焊接接头的力学性能第六章第六章 检验检验6.16.1概概 述述 化工设备制造质量的检验应有独立部门专人检验。化工设备制造质量的检验应有独立部门专人检验。
22、化工设备制造质量的检验贯穿设备制造全过程。检验的重点是焊接接头。化工设备制造质量的检验贯穿设备制造全过程。检验的重点是焊接接头。 化工设备制造质量检验的分三个阶段：原材料验收、中间工序检验和总化工设备制造质量检验的分三个阶段：原材料验收、中间工序检验和总 检验。检验。 化工设备制造质量检验的数量：化工设备制造质量检验的数量： 抽检抽检一般按百分比表示，如按焊缝的长度或按个数、条数计算等。一般按百分比表示，如按焊缝的长度或按个数、条数计算等。 总检总检百分之百检验。百分之百检验。 化工设备制造质量的方法：化工设备制造质量的方法：爆破试验爆破试验 1 1、破坏性试验、破坏性试验机械性能试验机械性能
23、试验拉伸试验拉伸试验弯曲试验弯曲试验冲击试验冲击试验硬度试验硬度试验疲劳试验疲劳试验化学分析化学分析腐蚀试验腐蚀试验宏观试验宏观试验微观试验微观试验化学分析试验化学分析试验金相检验金相检验6.26.2检验方法检验方法气密性试验气密性试验致密性试验致密性试验 2 2、非破坏性试验、非破坏性试验水压试验水压试验 射线检验射线检验 RT RT 超声检验超声检验 UT UT 氨渗漏试验氨渗漏试验煤油渗漏试验煤油渗漏试验外观检查外观检查无损检测无损检测 盛水试漏盛水试漏氦检漏试验氦检漏试验磁粉检验磁粉检验 MTMT渗透检验渗透检验 PTPT涡流检验涡流检验 ETET不损坏或破坏材料、焊件对其不连续缺陷进
24、行检测的方法6.36.3 一般规定一般规定6.3.11 1、壳体、封头及主要受压元件的焊接接头，在形状尺寸和外观检、壳体、封头及主要受压元件的焊接接头，在形状尺寸和外观检 查合格后，查合格后，再进行无损探伤检查。（射线、超声、渗透、磁粉）再进行无损探伤检查。（射线、超声、渗透、磁粉）2 2、射线或超声波探伤，发现不允许的缺陷，应补焊并重新检查，直至合格；、射线或超声波探伤，发现不允许的缺陷，应补焊并重新检查，直至合格；3 3、局部探伤焊缝的复查，应在缺陷两侧延长探伤长度，延长长度为该焊、局部探伤焊缝的复查，应在缺陷两侧延长探伤长度，延长长度为该焊缝的缝的10%10%，且不小于，且不小于250m
25、m,250mm,若仍有缺陷则应进行若仍有缺陷则应进行100%100%检查；检查；4 4、磁粉、渗透检查，发现缺陷，应修磨或补焊，并用原法检查，直至合格。、磁粉、渗透检查，发现缺陷，应修磨或补焊，并用原法检查，直至合格。压力容器的无损检测压力容器的无损检测6.3.26.3.2 射线探伤射线探伤 射线探伤属射线探伤属透射探伤透射探伤法。射线经过工件会产生衰减，而当遇到缺陷时，法。射线经过工件会产生衰减，而当遇到缺陷时， 衰减量就不同，因而引起底片感光程度的不同，根据底片感光程度即可衰减量就不同，因而引起底片感光程度的不同，根据底片感光程度即可 判断缺陷的情况。判断缺陷的情况。射线包括 射线、 射线
26、和中子射线 基本原理基本原理6.3.36.3.3 超声波探伤超声波探伤 超声波是机械波的一种，产生机械波须有作机械波的波源，还要有能传超声波是机械波的一种，产生机械波须有作机械波的波源，还要有能传 播机械波的弹性介质。振动是产生波的根源，波动是振动状态的传播过播机械波的弹性介质。振动是产生波的根源，波动是振动状态的传播过 程，也是振动能量的传播过程。但这种能量的传播不是靠物质的迁移来程，也是振动能量的传播过程。但这种能量的传播不是靠物质的迁移来 实现的，而是靠相邻质点的弹性的位移连续变化来逐渐传递出去的。实现的，而是靠相邻质点的弹性的位移连续变化来逐渐传递出去的。 超声波超声波探伤属反射探伤法
27、。探伤属反射探伤法。用于探伤的超声波频率为用于探伤的超声波频率为0.50.510MHz 10MHz 短波。短波。 由于由于超声波方向性好，能量高，穿透能量强，能在界面上产生反射、折超声波方向性好，能量高，穿透能量强，能在界面上产生反射、折 射和波型转换，故射和波型转换，故根据反射波的强弱和传播的时间来判定缺陷的大小和根据反射波的强弱和传播的时间来判定缺陷的大小和 位置。位置。 基本原理基本原理6.3.46.3.4 表面缺陷的检测表面缺陷的检测 1 1、磁粉检测原理、磁粉检测原理 使工件磁化并接近饱和，磁力线会在缺陷处逸出工件表面而形成漏磁，使工件磁化并接近饱和，磁力线会在缺陷处逸出工件表面而形成漏磁，漏磁会吸住磁粉，滞留磁粉的状况即为缺陷的表征。漏磁会吸住磁粉，滞留磁粉的状况即为缺陷的表征。 磁粉检测磁粉检测 渗透检测 表面缺陷的检测1、荧光探伤：1）净化工件表面；2）涂荧光 渗透液（荧光粉加煤油85%和航空油15%)；3）过一定时间，擦干粉液；4）喷涂显像剂（氧化镁或碳酸镁粉加挥发性溶剂）；5）在紫外线下照射，观察分析缺陷。 2、着色探伤： 1）上色液（染料加煤油或松节油、苯等）； 2）1530分钟后清洗色液； 3）喷显像剂 （氧化锌加有机溶济和稀释剂）观察判别缺陷。
