壓力容器講座25日上午劉福錄

1、 壓力容器設計工程師 培訓教材 目 錄24.1 型式24.2 球殼板24.3 裝量高度24.4 標準24.5 設計24.6 材料24.7 零部件附件24.8 球殼板成形 24.9 組焊24.10 無損檢測24.11 焊后整體熱處理24.12 產品焊接試板24.13 壓力試驗和氣密性試驗24.14 特種球罐球 形 儲 罐 簡 介 球形容器在石油化工冶金城市煤氣等工業(yè)領域被廣泛應用于儲存液化石油氣液化天然氣液氨液氮液氫液氧天然氣城市煤氣壓縮空氣等物料。我們把用于儲存液體和氣體物料的球形容器稱為球形儲罐。 球形儲罐殼體受力均勻,在相同直徑和相同工況下,球形容器的薄膜應力僅為圓筒形容器環(huán)向應力的一半,

2、相應承壓能力強且相同容積下球殼表面積最小,質量輕但因球形儲罐容積大,需制造廠成形球殼板,安裝單位現(xiàn)場組裝焊接,制造安裝有一定難度,技術要求相對較高。24.1 型式 球形儲罐型式多樣,從形狀看有圓球形和橢球形從殼體的層數(shù)看,有單層多層雙金屬層和雙重殼球罐從支承方式看有柱式和裙式從球殼板結構型式分有桔瓣式足球瓣式和混合式(見圖24-1)。(a)桔瓣式 (b)足球瓣式 (c)混合式圖24-1 球殼板結構型式 思考題 1、 球形儲罐的主要特點是什么2、球殼板結構型式分幾種各有什么優(yōu)缺點 24.2 球殼板設計 球殼板設計要點 （1）球殼板的幾何尺寸應盡可能大。 GB12337規(guī)定了每塊球殼板均不得拼接,

3、球殼板最小寬度不小于500mm。 （2）選擇合適的鋼板規(guī)格,提高板材利用率。 （3）規(guī)格要少,互換性要好。 （4）相鄰帶縱焊縫應相互錯開。 （5）焊縫布局應均勻,減少裝配應力拘束應力與殘余應力。 思考題 球殼板設計應考慮那些要點？ （6）必須考慮壓機及起重能力。 設計時須綜合考慮以上各要點,經(jīng)驗表明,采用寬而不很長的鋼板來制作球殼板是比較經(jīng)濟的。24.3 裝量高度 規(guī)定了盛裝液化氣體(含液化石油氣)的固定式壓力容器裝量系數(shù)一般取0.9。對容器容積經(jīng)實際測定者,可取大于0.9,但不得大于0.95。 球罐裝量系數(shù)與裝量高度關系: 裝量系數(shù)K系球缺體積V與球殼體積V之比值:3234)3(iRHRiH

4、VVK 思考題: 1、 對盛裝液化石油氣的球罐裝量系數(shù)有何規(guī)定 2、試計算內徑15700mm,2000m3乙烯罐,其裝量高度為12300時的裝量系數(shù)是多少表24.3 常用裝量系數(shù)K與裝量高度系數(shù)k的關系 K 0.80 0.85 0.90 k 0.7129 0.7556 0.8042 24.4 標準 國內現(xiàn)行的球罐標準有GB12337-1998鋼制球形儲罐,GB50094-98,GB/T17261-1998 ,SH512-90,SH3048-99等。 GB12337-1998和 GB50094-98在我國都具有技術法規(guī)的效用,且為球罐工程建造的強制性國家標準。表24.4-2列出了兩項標準在控制值

5、上存在的差異。24.4-2 GB12337 與 GB50094 控制值的差異 項 目 GB12337 GB50094 支柱安裝找正后,H8m 時,在球罐徑向和周向兩個方向的垂直允許偏差mm 10 12 碳素鋼球殼對接接頭應進行 100%射線或超聲檢測的厚度 mm 30 38 碳素鋼應進行焊后熱處理的厚度 mm n32 n34 20R 16MnR 熱處理工藝 60025 62525 熱處理升降溫控制起始點 400 300 壓力試驗時對液體溫度要求 5 0 思考題: 1、 GB12337-1998主要包括哪些內容2、GB12337-1998適用范圍是什么3、GB12337-1998與GB50094

6、-98兩者關系如何 24.5 設計 設計壓力和設計溫度是球罐設計的兩大參數(shù)。 球殼的計算需計入液柱凈壓力。 球罐的腐蝕裕量取不小于1mm。 球罐設計時應考慮以下載荷: 1、壓力 2、液體靜壓力 3、球罐自重（包括內件）及正常工作條件下或壓力試驗狀態(tài)下內裝物料的重力載荷 4、附屬設備與隔熱材料管道支柱拉桿梯子平臺等的重力載荷 5、風載荷,地震力,雪載荷。 序號 內容 公式 備注 1 設計溫度下球殼的 計算應力 eeDiPcit4)(t Pci 計算壓力包括液柱靜壓力 MPa t設計溫度下球殼材料許用應力 MPa 操作狀態(tài)下 cWWZmMAWEXp)8 . 01 (000 2 支柱穩(wěn)定性 液壓試驗

7、 狀態(tài)下 cWWZmMAWEXTpT)8 . 01 (0 c支柱材料許用應力 5 . 1sc，MPa 3 地腳螺栓的螺紋小徑 dB BBdCnFsFc13. 1 B地腳螺栓材料許用剪應力 sB4 . 0，MPa 表24.5 球罐設計中應校核的內容 序號 內容 公式 備注 拉桿螺紋小徑 TTrCFd13. 1 拉桿材料許用應力 5 . 1s，MPa 銷子直徑 prpTd8 . 0 p銷子材料的許用剪應力 sp4 . 0，MPa 耳板厚度 cpTcdF c耳板材料許用應力 5 . 1sc，MPa 翼板厚度 2ssca s翼板材料的屈服點 MPa 耳板與支柱 的焊縫 WTSLF1141. 1 w焊縫

8、材料的許用剪應力 sw4 . 0，MPa 4 拉桿 焊縫強度 拉桿與翼板 的焊縫 wTSLF2282. 2 w焊縫的許用剪應力 sw4 . 0，MPa 序號 內容 公式 備注 操作狀態(tài)下 t001 t設計溫度下球殼材料許用應力 MPa 5 支柱與 球殼連接 最低點 a 的應力 液壓試驗 狀態(tài)下 s9 . 01 s試驗溫度下球殼材料的屈服點,MPa 6 支柱與球殼連接焊縫的 強度校核 wwwSLW41. 1 w焊縫的許用剪應力 asw4 . 0，MPa 7 底板厚度 bbbbcbCL23 b底板材料許用彎曲應力 5 . 1sb，MPa 思考題: 1、 球罐設計應考慮哪些載荷？2、 怎樣計算球殼厚

9、度？ 24.6 材料 球罐用鋼應考慮球罐的使用條件(如設計溫度設計壓力物料特性等)材料的焊接性能球罐的制造工藝和組焊要求以及經(jīng)濟合理性。球罐用鋼許用應力按GB12337 3.6節(jié)選取。 24.6.1球殼用鋼板 鋼板的標準及使用狀態(tài)見表24.6-1。表 24.6-1 鋼板的標準使用狀態(tài) 鋼號 20R 16MnR 15MnNbR 07MnCr MoVR 16MnDR 07MnNiCr MoVDR 鋼板 標準 GB6654 GB3531 使用 狀態(tài) 30 熱軋 30 正火 正火 調質 正火 調質 厚度 6-100 6-120 10-60 16-50 6-100 16-50 24.6.2球罐用鍛件 球

10、罐用鍛件主要用于人孔和接管。鍛件應有足夠強度塑性和韌性,用于焊接時還應注意其可焊性。鍛件用材一般依據(jù)球殼用材進行選取,見表24.6-5。 鍛件級別由設計者確定,并在圖樣中注明如16Mn。人孔鍛件的級別不應低于級,大于DN150的接管用鍛件級別一般也不應低于級。 表 24.6-5 按球殼用鋼選取鍛件鋼號 球殼鋼號 20R 16MnR 15MnNbR 16MnDR 07MnNiCr MoVDR 鍛件鋼號 20 16Mn 20MnMo 16MnR 08MnNiCr MoVD 鍛件標準 JB4726 JB4727 24.6.3焊條 焊條應具有質量部門證明書,質量證明書應包括熔敷金屬的化學成分力學性能擴

11、 散 氫 含 量 等 。 各 項 指 標 應 符 合GB/T5117,GB/T5118,GB/T984等標準的有關規(guī)定。 球罐的焊縫以及直接與球罐焊接的焊縫,應選用低氫型藥皮焊條,并按批號進行擴散氫試驗,方法按GB/T3965的規(guī)定進行。 思考題: 1、 球罐所用材料許用應力如何選取 2、球罐用鋼應考慮哪些因素 3、球罐用國產鋼板有哪些對其使用狀態(tài)有何要求 4、設計溫度低于0而高于-20的球罐用鋼板有什么要求 5、球罐用鋼板什么情況下應逐張進行超聲檢測,其檢測標準號及質量等級是什么 24.7零部件附件 球罐除球殼板外,通常還有人孔接管支柱拉桿平臺梯子安全附件等組成。 24.7.1人孔接管 球罐

12、上一般開設物料進出口壓力表溫度計液位計口安全閥口放空口排污口等。球殼上下極板上應各設置一個公稱直徑不小于500mm的人孔。 接管多采用厚壁管或整體鍛件凸緣補強措施,球罐接管應盡量設計在上下極帶上,便于集中控制。24.7.2支柱拉桿 球罐支承有柱式和裙式兩大類。裙式包括圓筒裙式支承,錐形支承及用鋼筋混凝土連續(xù)基礎支承的半埋式支承錐底支承。柱式包括赤道正切柱式支承V型柱式支承和三合一柱式支承。支柱蓋板殼體蓋板支柱殼體殼體蓋板支柱支柱形柱連接板殼體蓋板托板向視圖向視圖形柱翻邊加托板直接連接圖24.7-1支柱與殼體的連接形式1.支柱 支柱頂部與球殼的連接結構分平板式半球式和橢圓式三種。GB12337規(guī)

13、定用球形或橢圓形的防雨蓋板。 支柱下部與球殼的連接結構有直接連接加托板U形柱和翻邊四種,見圖24.7-1。2.拉桿 拉桿結構有可調式和固定式兩種。松緊節(jié)拉桿支耳支耳拉桿固定板可調式固定式圖24.7-3 拉桿的連接形式24.7.3平臺梯子 球罐外部設有頂部平臺,中間平臺以及為了從地面進入這些平臺的斜梯直梯或盤梯。大型球罐為便于檢修可在內部設置旋轉的內梯。24.7.4隔熱保冷 儲存液化石油氣可燃性氣體及有毒氣體的球罐殼體和支柱,應設置隔熱設施。隔熱設施可采用水噴淋裝置或采用不燃性絕熱材料覆蓋。降溫噴淋裝置應設計成可向整個球罐表面均勻淋水,其淋水量按球罐外表面積的0.03L/S.m2進行計算。 當球

14、罐中儲存低溫物料(如乙烯液化天燃氣液氨等)時應設置保冷設施,保冷結構應充分防止外界熱量侵入儲罐本體。保冷材料的厚度原則上應為保證在外層材料表面不結露的厚度。保冷結構要在地震風載雨消防水的壓力影響之下,能保證絕熱的效果。24.7.5附件 1 、消防噴淋裝置 2、 壓力表 3、 溫度計 4、 液位計 5、 安全閥 6、 緊急切斷閥 7、 接地1、球罐采用赤道正切柱式支承有什么優(yōu)缺點2、球殼與支柱連接有哪些形式常用何種結構3、支柱結構設計時應考慮哪些因素4、在什么情況下球罐要裝設水噴淋裝置5、球罐安全閥設置有何規(guī)定 思考題: 24.8 球殼板成形 球殼板由制造單位壓制成形。制造單位下料前應按質量證明

15、書對鋼材進行驗收,必要時尚應復驗,并按標準或圖樣要求進行沖擊試驗和超聲檢測。 24.8.1下料 球殼板下料方法有二次下料法和一次下料法兩種。 24.8.2 成型 球殼板可采用冷壓或熱壓(溫壓)成形。 調質鋼應采用冷壓成形法。 1、球殼板表面質量曲率幾何尺寸允差有何要求 2、球殼板坡口表面應符合哪些要求 3、用07MnCrMoVR,07MnNiCrVDR鋼板制造球殼板應采用什么方法成形 思考題:24.9 組焊 24.9.1零部件組焊 分段支柱上段與赤道板人孔接管與極板應在制造單位組焊,并進行消除應力熱處理。若有后熱消氫處理要求者應焊后立即進行。 24.9.2組焊 球罐組焊前應對基礎尺寸進行檢查,

16、對零部件進行復驗。底板與基礎拉桿與支柱的固定連接應在壓力試驗合格后進行。 1、組焊 組焊方法從裝與焊的關系來看,有分片組焊法和分帶組焊法之分。 2、焊接 組焊單位在焊接工藝評定前,應針對鋼板的鋼號厚度焊接方法及焊接材料選取適宜的方法進行裂紋試驗。焊接予熱溫度由組焊單位通過焊接裂紋試驗及焊接工藝評定確定。 思考題: 1、分段支柱的上段與赤道板的組焊為什么要在制造單位進行組焊后質量控制有何要求 2、球罐在焊接工藝評定前對裂紋試驗有什么要求 3、在什么情況下球殼焊縫焊后必須立即進行消氫處理24.10 無損檢測 從事球罐無損檢測人員,必須持有質量技術監(jiān)督部門頒發(fā)的有效期內的鍋爐壓力容器無損檢測人員技術

17、等級資格證書。取得級以上證書的人員方可填寫和簽發(fā)檢驗報告。焊縫表面的形狀尺寸及外觀檢查合格后,方可進行無損檢測。用有延遲裂紋傾向鋼材制作的球罐,應在焊接結束至少經(jīng)36h后.方可進行焊縫的無損檢測。 思考題: 1、 對有延遲裂紋傾向的鋼材,在探傷時有何規(guī)定 2、球罐對接接頭在什么情況下要進 100%的射線或超聲檢測 24.11 焊后整體熱處理 球罐焊后整體熱處理應在水壓試驗前進行。 焊后熱處理的目的是釋放殘余應力,改善焊接接頭的塑性和韌性,恢復冷作時的予應變和時效而喪失的性能,以避免應力腐蝕。 思考題: 1、球罐焊后熱處理目的是什么哪些球罐應進行整體熱處理 2、球罐焊后整體熱處理對支柱有何要求 24.12 產品焊接試板 球罐焊接試板通常有三種:焊工考試試板焊接工藝試板和產品焊接試板。 每臺球罐應做橫焊立焊和平焊加仰焊三個位置的產品試板各一塊。 當產品焊接試板被判為不合格時,允許將試板及其所代表的球罐重新進行熱處理,再按要求重新進行試驗。 1、球罐焊接試板有幾種各有何用途 2、當產品焊接試板被判為不合格時,則其所代表的球罐也為不合格,是否就得判廢 思考題:24.13 壓力試驗和氣密