压力容器制造基础知识(富泽林).ppt

压 力 容 器 制 造 基 础 知 识,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但取决于合理的设计和正确的使用管理，更主要的是保证制造质量的优良。 国家法规、标准体系对压力容器制造提出了相应的要求。,内容导视,第一章 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 (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 0.1 MPap1.6 MPa。 中压容器 1.6 MPap10.0 MPa。 高压容器 10.0 MPap100 MPa。 超高压容器 p100 MPa。,常见的典型化工设备有四类。,这是反应器,这是换热器,这是塔器,这是储存容器, 按容器的工作温度分类 低温容器 设计温度-20。 常温容器 设计温度-20200。 中温容器 设计温度-200450。 高温容器 设计温度-450 （低温容器特点？什么是低温低应力工况？）, 按固容规分类 分类、类、类 原则：失效的概率、失效后的危害性 考虑因素：P、V、介质组别 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 划线下料,2.1,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 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 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。,1）计算法,例2：正圆锥面 展开后为一扇形， 求出L，E，。,例1：正圆柱面(筒体） 展开后为一矩形 LB=(DN +S) H,方法,图 9,展图,2.1.1,展图把零件坯料的空间曲面 展开成平面。其实质是求实长。,2）作图法,例4：天圆地方 展开的关键是找出空 间线段的真实长度。,2. 方法,例3：天圆地方作图 1）天圆地方是由四个三角形和四个曲面组成； 2）找出三角形边长和曲面各素线的实长。,2）几何作图法,作图步骤： 1）作二垂直直线，交于点F； 2）量取主视图DF，由点F交于点L， 使：DFFL； 3）量取俯视图DB，由点F交于点N， 使：DBFN；则：LN为DB实长；,4）量取视图BFBF，NLBD， 则ABD为三角形实际大小； 5）量取俯视图OFOF， 以O为圆心，以OC为半径作圆； 6）任意等分圆弧（如1, 2, ,5 )； 7）分别量取B1F1, B2F2, ； 则：L1, L2, 为圆锥素线实长；,1）以B为圆心，分别以L1, L2, 为 半径作弧， 2）量取D1D1”，121”2”， ； 3）圆滑连接D, 1”, 2”, 3”, 4”, 5”, C 各点； 则：ADCBA即为天圆地方中一个 三角形和一个曲面的展开图；,2.1.2,号 料,号料把展开图配置在钢 板上的过程。,注意： 1. 划线要准确。 Eg.筒体对角线误差,2. 留出必要的余量 通常总余量包括切割余量和 边缘加工余量,3. 合理排料 节约用料，充分利用边角料，最大限度提高 钢材利用率达,4. 合理配置焊缝 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,5. 打标号 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 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 晰，有利于加强管理。,2.2.1,机械切割,1. 剪切 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23mm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。,2. 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）,1.,氧气切割,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 形状的零件，切割厚度范围大，可由很 薄板材到厚度大于100mm的板材，适 应于切割含碳量0.7%的碳素钢和低合 金钢。 氧气切割示意图见右图。,1）割嘴；2）切割氧流； 3）预热火焰；4）工件,1）氧气切割过程,预热,燃烧,吹渣,前进,移动,氧化物被高速氧气流吹走。,C2H2+O2火焰 从喷嘴喷出， 将切口处金属 加热至燃点。,氧气流从喷嘴中心喷出，金属氧化燃烧成氧化物，称为渣。,形成切口,实质,循环,引燃切割,2）氧气切割原理,割炬氧气切割 的主要工具。其作 用是使可燃气体与 氧气混合，形成一 定的热能和形状的 预热火焰，并在火 焰中心喷射切割氧 气流，以便进行氧 气切割。如图8。,右图为两种主 要的割嘴断面 形状，中心孔 通过割氧，周 围通混合气。,3）. 氧气切割特点,1） 设备简单、成本低、灵活方便，不需电源。,2） 切口质量好。能准确控制切口，保证一定精度。,3） 切割厚度大。目前最大切割厚度已达1800mm。,6）气割金属种类受限，切割切口表面金属会发生某些变化。,4） 能切割形状复杂及任何位置的工件。对于不便移动的割件，极为方便。,5） 节省材料。由于不受形状限制，划线是可按最经济原则排板。,2,等离子切割,1）. 等离子体及其产生,等离子体物质达到一定高温后， 会全部离解成等离子体。,等离子切割利用高温、高速的等 离子弧，将工件局部熔化，并借等离 子焰流和气体的高速冲刷力将熔渣吹 掉，形成割缝来切割的方法。其工作 原理和温度分布分别见图11和图12。,等离子体的产生 将60008000K的电弧，通过喷嘴被压缩、收细，电流 密度增加，使热量更集中，温度显著升高，最终导致全部电离成等离子体。,能切割100mm以下的任何材料，且不受工件形状、 切口形状和空间位置的限制，但切口宽度大，切口精度及光洁度都不如氧 气切割。等离子切割由于成本最高，目前仅用于氧气切割无法应用的材料 切割。,2）. 等离子切割的应用,3,电弧气刨,电弧气刨又称碳弧气刨，是用碳棒作为电极产生电弧，将金属局部熔化， 同时用压缩空气流把熔化的金属吹走，从而达到切割目的的方法。其工作 原理如图17所示。电弧温度高不受金属种类限制，作为切割，由于生产率 低，切割精度差，仅用于切割薄不锈钢。目前仅用于挑焊根，开坡口等。,碳弧气刨的主要设备是气刨枪、碳棒、 压缩空气和电源设备等。碳棒电极是包 铜皮的的实心碳棒，要求耐高温，烧损 少，导电性好，强度较高。电流对加工 精度影响大，其大小与碳棒直径有关， 电流大则加工深且宽，速度高，表面光 滑。压缩空气压力一般为0.40.6MPa。,第三章 成型,3.1,筒体的弯曲,主要设备为卷板机。,上下调整上辊 改变曲率半径,1. 对称三辊式卷板机工作原理,接触 位置,产生连续均匀 的塑性弯曲,筒体的弯曲主要采用卷板机滚弯方式。,下辊,上辊,钢板,2. 对称三辊卷板机结构特点,a,1）两下辊驱动，并支承钢板。两辊同向等速转 动，带动钢板运动。 2）上辊可上下调整，以改变钢板曲率半径。 3）上辊一端可快速拆卸，以抽出圈圆后的钢板。 4）上辊另一端需延长，并在尾部施加平衡力。 5）三辊严格平行，以保证形状正确。,图18,几何关系,3. 辊子排列位置与直边量,1）两下辊驱动，并支承钢板。两辊同向等速转 动，带动钢板运动。 2）上辊可上下调整，以改变钢板曲率半径。 3）上辊一端可快速拆卸，以抽出卷圆后的钢板。 4）上辊另一端需延长，并在尾部施加平衡力。 5）三辊严格平行，以保证形状正确。,4. 解决对称三辊卷板机直边问题的方法,1）预压 用于批量生产。 2）预留 用于要求严容器。（浪费材料） 3）预弯 厚板、弯曲半径小。 不管 焊后再卷（如专一中变炉的 筒体成型）,5. 卷板缺陷及检验,常见缺陷： 1）锥度：上下辊不平行。 2）错口：进料倾斜。 3）不匀：上下辊间距变化不均。,检验方法：内样板检验 1）两侧透光：弯曲不足； 2）中间透光：弯曲过度。避免,3.2,锥形封头的弯曲,特点： 曲率半径从小端到大端逐渐变大。展开图是一扇形面。,困难： 1）辊筒表面线速度从小端到大端逐渐变大，且能够满足不同锥角、 直径的锥体的速度变化要求。 2）卷板机的上下辊间距应与其大端到小端曲率半径的变化相适应。,利用卷板机卷制锥形封头的常用方法： 1）上辊轴倾斜法：一端下压量增加。 2）小端摩擦减速法：与上辊轴向对称安装一对辅助滚轮， 3）旋转送料法：在坯料的大小头加导向轮，使辊压线基本与素线吻合。 4）分区卷制法：在扇形面上划射线，以跨区的移动来近似的调速。,3.3,管子的弯曲,1）弯管方法分类,（1）,（2）,（3）滚弯：卷板机或滚弯装置,2）、弯管质量要求,1）中低压管：,1、椭圆度：,2、弯曲角偏差：,3、壁厚减薄量：,4、内壁折皱高：,通球率：通球直径与管内径之比。 U形换热管：,2）高压管：,封头的成形分整体和分瓣成形两种。整体成形有冲压、旋压、爆炸三种。 整体冲压成形是目前应用最广的方法。,3.4,封头的成形,材料检验,划线,加工坡口,加热,切割,组对焊接,边缘加工,冲压,检验,小直径,毛坯对中 放在下模上,封头的成形过程,下模,压边圈,上模,脱模,挡块,启动 水压机,活动横梁空程向下,压边缸压紧毛坯边缘,开动主缸使 冲头向下冲压,挡块 翻转,挡块 限位,加润滑 油、脂,冲压中的常见缺陷,折皱区,最薄,最厚,减薄区,1）壁厚减薄、拉裂：加热氧化、过热、拉应力过大。,2）折皱：Da过大、压边力不够、r 过大、模具间隙过大等。,3）鼓包：加热、润滑不均；模具间隙不均、表面有杂物等。,主要技术要求,1）最小壁厚：,2）内表面形状偏差： 1.25%Di ， 且不应是突变。,3）拼制封头焊缝布置：,e D i, 3S ，且 100mm,3.5,膨胀节的成形,逐点依次成形，近似弯曲来达到成形目的。,波形 膨胀节,用于设备温差应力大时,冲压,冲压,滚压,筒体旋转 水平移动,外滚轮 旋转,筒体 旋转,内滚轮移动,展成环形平板,F,F,施加轴向力,边缘加工,主要设备： 1）加工平板直边坡口：龙门刨床、龙门铣床、刨边机； 2）圆形工件坡口：车床、立车等； 3）气割坡口结合下料进行； 4）不规则坡口（如相贯线上坡口等）：弹簧气刨。,作用：1）去除多余金属； 2）加工适当形状的坡口； 3）去除切割边缘缺陷； 4）去除焊口杂质等。,对零件精度 有重要作用,为组对焊接 提供好条件,解决焊缝熔透的有力措施,第四章 组对装配,装配凡用螺栓等可拆连接进行拼装的工序称为装配，装配完后设备就 可以试验、使用。,对设备制造有重要意义,设备制造的最后工序。,4.1,组对中的焊接接头,容器主要受压部分的焊接接头分为A、B、C、D四类，如下图所示。,焊接部位应开坡口，两母材对接处应留有间隙。间隙有以下的作用：,1. 保证焊接熔深 当坡口形状确定后，焊条末端到焊口底部的距离取 决于间隙大小，见书图72；,2. 补偿焊缝收缩 调节间隙是补偿焊缝收缩的辅助措施。多层包扎式高压 容器的层板组对时，加大间隙提高焊缝横向收缩量以促进层间贴紧是间隙 的一个特殊用途。,3. 调整焊缝化学成分坡口型式和间隙一起 能调节焊缝中母材金属所占比例，对调整 焊缝成分有作用。,4. 电渣焊和气体保护电弧窄 间隙焊时，间隙是重要的焊 接参数。,4.2,坡口与组对间隙,坡口表面要求,制造中应避免钢板表面的机械损伤，对尖锐伤痕及不锈钢容器防腐蚀表面的局部伤痕、刻槽等缺陷应予修磨。,复合板成形件表面要求：,圆筒与壳体的组对精度，应遵循 GB150- 1998 钢制压力容器， 主要内容包括： 1）错边量； 2）棱角度； 3）不等厚元件组对要求； 4）直线度；,5）相邻焊缝间距； 6）法兰面垂直度及其螺栓孔位置； 7）底座及其螺栓孔位置； 8）内件焊缝边缘位置； 9）对被覆盖焊缝的组对要求； 10）内压容器的圆度。,1）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. 棱角,2）.焊接在轴向形成的棱角规定,当薄板厚为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。,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。,壳体直线度 的检验方法,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,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,10、内压容器的圆度,内压容器按最大内径与最小内径之差检查壳体圆度。,Dmax,Dmin,Dmin,Dmax,1,测量,4.4,组对方法及工具,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。,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“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,滚轮架，变位器组对、焊接过程中翻转工件。,滚轮架,滚轮架,结构,4.5,列管式换热器的组对,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； 16. 清洗,油漆,4.4.4,换热器组对过程,过程,注意事项 管板：两块组合钻孔 折流板：组合钻孔并做好标记 筒体：一般先开孔 水压试验：放净空气、试验过程 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,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 焊接（概述）,1焊工要求,（1）必须持有锅炉压力容器安全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 检验,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 检验。,化工设备制造质量检验的数量： 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。 总检百分之百检验。,化工设备制造质量的方法：,爆破试验,1、破坏性试验,机械性能试验,拉伸试验,弯曲试验,冲击试验,硬度试验,疲劳试验,化学分析,腐蚀试验,宏观试验,微观试验,化学分析试验,金相检验,气密性试验,致密性试验,2、非破坏性试验,水压试验 ,射线检验 RT ,超声检验 UT ,氨渗漏试验,煤油渗漏试验,外观检查,无损检测 ,盛水试漏,氦检漏试验,磁粉检验 MT,渗透检验 PT,涡流检验 ET,不损坏或破坏材料、焊件对其不连续缺陷进行检测的方法,6.3,一般规定,6.3.1,1、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 查合格后， 再进行无损探伤检查。（射线、超声、渗透、磁粉） 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； 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 缝的10%，且不小于250mm,若仍有缺陷则应进行100%检查； 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。,压力容器的无损检测,射线探伤属透射探伤法。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 判断缺陷的情况。,射线包括 射线、 射线和中子射线,基本原理,6.3.3,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 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 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。 超声波探伤属反射探伤法。用于探伤的超声波频率为0.510MHz 短波。 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 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 位置。,基本原理,6.3.4,表面缺陷的检测,1、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， 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,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。,提高产品品质让我们共同努力！,谢谢您的聆听！,