淺談壓力容器設(shè)計與檢驗（畢業(yè)論文）

1、山東化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目：淺談壓力容器設(shè)計與檢驗?zāi)昙墝I(yè)：機械制造與自動化專業(yè)學(xué)牛姓名： 學(xué) 號： 200903020013指導(dǎo)教師：職稱：講師導(dǎo)師單位：山東化工職業(yè)學(xué)院自動化糸畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書發(fā)給學(xué)生1. 設(shè)計（論文）題目：淺談壓力容器設(shè)計與檢驗2. 學(xué)生完成設(shè)計（論文）期限：2011 年 12 月2（） h3. 設(shè)計（論文）課題要求：（1）所選課題應(yīng)體現(xiàn)專業(yè)基本訓(xùn)練，有利 于鞏固，深化和擴充所學(xué)知識；（2）設(shè)計結(jié)構(gòu)要合理，條理要鮮明；理論分析與計算準確，數(shù)據(jù)可 靠，圖表單位等符合國家或行業(yè)標準，引用的技術(shù)數(shù)據(jù)，應(yīng)注明出處。（3）設(shè)計內(nèi)容應(yīng)能充分體現(xiàn)實際t作中的需要，并能

2、根據(jù)需要提出 自己的觀點或具體的解決措施，要有自己獨到的見解，不能套用和抄 襲他人成果；（4）設(shè)計格式必須符合山東化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）組 織管理要求，按照規(guī)定的格式來書寫畢業(yè)設(shè)計論文。（5）設(shè)計（論文）寫作過程中要查閱相關(guān)文獻資料，以加深對理論知識的理解，提高解決實際工作問題的能力；（6）嚴格按時間控制點完成畢業(yè)設(shè)計。4. 實驗（上機、調(diào)研）部分要求內(nèi)容：1）嚴格按照畢業(yè)設(shè)計程序進行切實有效的實踐調(diào)研；2）調(diào)研實踐活動要結(jié)合所選課題有針對性有計劃地實施；3）在實際調(diào)研中檢驗論證有關(guān)結(jié)論或方案的實用性；4）利用計算機等現(xiàn)代化媒體工具進行圖形圖表等的繪制實踐。5）調(diào)研課題相關(guān)的主要設(shè)備的運

3、行、調(diào)試、維護、設(shè)計、改造的金 部過程；收集與畢業(yè)設(shè)計（論文）有關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)、圖紙資料。6）調(diào)查了解有關(guān)環(huán)節(jié)中存在的技術(shù)、工藝問題和解決這些問題的初 步設(shè)想。5. 文獻查閱要求：1）查閱圖書、期刊等文獻資料了解當前相關(guān)課題研究的最新成果及發(fā)展趨勢。2）參閱廠方內(nèi)部資料，熟悉與課題相關(guān)設(shè)備、流程、工藝等。3）結(jié)合所選課題，利用網(wǎng)絡(luò)等多種渠道查閱人量資料，使自己的設(shè)計符合時代發(fā)展，具有前瞻性，科學(xué)性，實用性。4）查閱的資料要真實可靠。6. 發(fā)出日期：2011年7月10 日指導(dǎo)教師簽名：學(xué)生簽名：附注：1、任務(wù)書應(yīng)附于完成的設(shè)計（論文）中，并與設(shè)計（論文）一并提交答辯委員會;2、任務(wù)書須由指導(dǎo)教師填

4、寫。審批意見：系:任簽名：年月日摘要在設(shè)計壓力容器吋，都應(yīng)該參照有關(guān)的國家規(guī)范和標準的最 新版本。設(shè)計得正確、合理與否，不僅涉及到制造、檢驗等環(huán)節(jié)的難 易程度，影響到壓力容器產(chǎn)品的制造成本和運轉(zhuǎn)費用，而且直接關(guān)系 到產(chǎn)晶運行的可靠性。關(guān)鍵詞壓力容器；設(shè)計；問題淺冃錄概述第一章定義1第二章壓力容器設(shè)計2. 1壓力容器的設(shè)計耍求 2. 2壓力容器的設(shè)計方法 第三章 壓力容器設(shè)計中容易忽視的問題第四章壓力容器的檢驗4.1壓力容器外部檢查 4.2壓力容器內(nèi)外部檢驗 4.3壓力容器全面檢驗 第五章壓力容器制造變形的成因及預(yù)防5. 1 應(yīng)力變形及預(yù)防 5.2加工誤差變形 概述壓力容器投入運行之前，要經(jīng)過設(shè)

5、計、制造、檢驗、安裝、運 行監(jiān)督和維修等多個環(huán)節(jié)，設(shè)計是其中一個十分重要的環(huán)節(jié)，遵照某 一實用的標準和規(guī)范。按我國標準化法的規(guī)定，標準可分為國家標準、 行業(yè)標準、地方標準和企業(yè)標準。壓力容器的規(guī)范和標準為了適應(yīng)設(shè) 計、制造和檢驗各個方面的發(fā)展，必須立期進行審查并做出修訂。第一章定義為了與一般容器（常壓容器）相區(qū)別，只有同時滿足下列三個 條件的容器，才稱z為壓力容器：（1）工作壓力（注1）大于或者等于0. lmpa（工作壓力是指 壓力容器在正常工作情況下，其頂部可能達到的最高壓力（表壓 力_）；（不含液體靜壓力）（2）內(nèi)直徑（對非圓形截面指寬度高度或?qū)蔷€如矩形為對 角線橢圓為長軸）不小于150

6、mm的容器（3）工作介質(zhì)為氣體、液化氣體或者溫度高于標準沸點的液 體；使用簡介壓力容器壓力容器的用途十分廣泛。它是在右油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟的各個部門都起著重要作用的設(shè)備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六 大部分構(gòu)成容器本體。此外，還配有安全裝置、表計及完全不同 生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)件。壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)等原因， 容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財產(chǎn)的安全及污染 環(huán)境的事故。目前，世界各國均將其列為重要的監(jiān)檢產(chǎn)品，由國 家指定的專門機構(gòu)，按照國家規(guī)定的法規(guī)和標準實施監(jiān)督檢查和 技術(shù)檢驗。第二章壓力容器設(shè)計2. 1壓力容器的設(shè)計要求

7、石油、化學(xué)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)過程非常復(fù)雜，設(shè)備生產(chǎn)工藝過程中任何 設(shè)備出了事故都會影響產(chǎn)品質(zhì)，或使生產(chǎn)無法繼續(xù)進行甚至會危及設(shè) 備和人身的安全。因此石油化工用壓力容器一般需要滿足以下兒個方 面的要求：1）保證完成工藝生產(chǎn)。石油化工壓力容器必須能承擔工 藝過程所要求的壓力、溫度及具備工藝生產(chǎn)所要求的規(guī)格（直徑、厚 度、容積）和結(jié)構(gòu)（開孔接管、密封等）。2）運行交全可靠。化工生 產(chǎn)的物料往往具有強烈的腐蝕性、毒性，容易燃燒引起火災(zāi)，甚至發(fā) 生爆炸等惡性事故壓力容器工作吋內(nèi)部儲存著一定的能量，一旦發(fā)生 破壞，容器內(nèi)部儲存的能量將在極短的時間釋放出來，具有極大的摧 毀力。3）預(yù)定的使用壽命。影響石油化工用壓力

8、容器使用壽命的主 要因素是化工物料對殼體結(jié)構(gòu)材料的腐蝕，它會使容器器壁減薄甚至 爛穿，因此在設(shè)計容器時必須考慮附加腐蝕裕量來保證滿足使用年限 的要求。4）制造、檢驗、交裝、操作和維修方便。提出這一要求的 目的，一方面是基于安全性的考慮，因為結(jié)構(gòu)簡單、易于制造和探傷 的設(shè)備，其質(zhì)量就容易得到保證，即使存在某些超標缺陷也能夠準確 地發(fā)現(xiàn)，便于及時予以消除；其次，這樣做的目的也是為了滿足某些 特殊的使用要求，如對于頂蓋需要經(jīng)常裝拆的試驗容器，要盡量采用 快拆的密封結(jié)構(gòu)，避免使用笨重的主螺栓連接；又如對于有清洗、維 修內(nèi)件要求的容器，需設(shè)置必要的人孔或手孔；再是，這樣做自然會 帶來經(jīng)濟上的好處，可以降

9、低容器的制造成本。5）經(jīng)濟性。壓力容 器的設(shè)計，要盡量結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、重量:輕、節(jié)約貴重材料以 降低制造成本和維修費用。2. 2壓力容器的設(shè)計方法1）常規(guī)設(shè)計。常規(guī)設(shè)計的理論基礎(chǔ)是彈性失效準則，認為容器內(nèi)某一最大應(yīng)力 點達到屈服極限，進入塑性，喪失了純彈性狀態(tài)即為失效。在應(yīng)力分 析方法上，是以材料力學(xué)及板殼薄膜理論的簡化計算為基礎(chǔ)，不考慮 邊緣應(yīng)力、局部應(yīng)力以及熱應(yīng)力等，也不考慮交變載荷引起的疲勞問 題。所有類型的應(yīng)力均應(yīng)采用同一的許用應(yīng)力值（通常為1倍許用應(yīng) 力）；為了保證安全，通常釆用較高的安全系數(shù)，以彌補應(yīng)力分析的 不足。2）分析設(shè)計。隨著壓力容器參數(shù)的增高，高強鋼的采用以及近代計算

10、與試驗技 術(shù)的發(fā)展采用彈性失效的觀點使許多問題難于解決，常規(guī)設(shè)計的結(jié)果 過于保守，設(shè)計的結(jié)構(gòu)尚有很大承載潛力。為了適應(yīng)現(xiàn)代壓力容器的 發(fā)展，必須采用新的失效觀點來解決這些問題。分析設(shè)計放棄了傳統(tǒng) 的彈性失效準則，采用了彈塑性或塑性失效準則，合理地放松了對計 算應(yīng)力的過嚴限制，適當?shù)靥岣吡嗽S用應(yīng)力值，但又嚴格地保證了結(jié) 構(gòu)的安全性。我國的分析設(shè)計的標準為jb4732-95鋼制壓力容器一 分析設(shè)計標準，是以第三強度理論即最大剪應(yīng)力理論為基礎(chǔ)，認為 不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要最大剪應(yīng)力達到材料屈服時的最人 剪應(yīng)力值，材料就發(fā)生屈服破壞。對于壓力容器設(shè)計所采用的失效準 則，除彈性失效準則、彈塑性失

11、效準則和塑性失效準則外，還有爆破 失效、斷裂失效以及可靠性設(shè)計等。第二章壓力容器設(shè)計中容易忽視的問題材料化工用鋼材的選用必須考慮設(shè)備的設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、介 質(zhì)特性、材料的焊接性能、冷熱加t性能、熱處理以及容器的結(jié)構(gòu)外, 還需要考慮經(jīng)濟合理性。盲目地提高鋼板等級是錯誤的。1）當設(shè)計壓力較高、結(jié)構(gòu)尺寸較大而使設(shè)備殼體壁厚較大時，如殼 體材料仍選用碳素鋼（如q235）將導(dǎo)致壁厚增大、質(zhì)量增加，不僅 多用金屬材料，而且導(dǎo)致制造、運輸、安裝、土建基礎(chǔ)等的費用提高, 因而提高了總的t程造價。般在以強度控制為主的情況下，當殼體 壁厚超過8nnn時，應(yīng)優(yōu)先選用低合金鋼。當設(shè)計壓力較小、直徑較大、 以剛度控制

12、或以結(jié)構(gòu)設(shè)計為主時，應(yīng)盡量選用普通碳素鋼。2）iig205811998鋼制化工容器材料選用規(guī)定中第5. 1.2條“同 時符合下列條件的高溫壓力容器主要受壓元件用鋼應(yīng)按爐罐號，復(fù)驗 設(shè)計溫度下的屈服強度值，其值不得低于相應(yīng)許用應(yīng)力值的1.6倍（奧氏體鋼為15倍）。包括：設(shè)計溫度大于300°c；設(shè)計壓力大于1.6mpa；鋼材厚度大于等于20 m m；鋼材主要截面以承受一次薄膜 應(yīng)力為主，且其厚度取決于強度計算的結(jié)果。第四章壓力容器的檢驗4.1壓力容器外部檢查亦稱運行中檢查，檢查的主要內(nèi)容有：壓力容器外表面有無 裂紋、變形、泄漏、局部過熱等不正?，F(xiàn)象；安全附件是否齊全、 靈敏、可靠；緊|古

13、|螺栓是否完好、全部旋緊；基礎(chǔ)有無下沉、傾 斜以及防腐層有無損壞等異?，F(xiàn)象。外部檢查既是檢驗人員的工 作，也是操作人員日常巡回檢查項目。發(fā)現(xiàn)危及安全現(xiàn)象（如受 壓元件產(chǎn)生裂紋、變形、嚴重泄?jié)B等）應(yīng)予停車并及吋報告有關(guān) 人員。4.2壓力容器內(nèi)外部檢驗壓力容器內(nèi)外部檢驗這種檢驗必須在停車和容器內(nèi)部清洗干 凈后才能進行。檢驗的主要內(nèi)容除包括外部檢查的全部內(nèi)容外， 還要檢驗內(nèi)外表面的腐蝕磨損現(xiàn)象；用肉眼和放大鏡對所有焊縫、 封頭過渡區(qū)及其他應(yīng)力集中部位檢查有無裂紋，必要時采用超聲 波或射線探傷檢查焊縫內(nèi)部質(zhì)量；測量壁厚。若測得壁厚小于容 器最小壁厚時，應(yīng)重新進行強度校核，提出降壓使用或修理措施; 對可

14、能引起金屬材料的金相組織變化的容器，必要時應(yīng)進行金相 檢驗；高壓、超高壓容器的主要螺栓應(yīng)利用磁粉或著色進壓力容器行有無裂紋的檢查等。通過內(nèi)外部檢驗，對檢驗出的缺陷要分析 原因并提出處理意見。修理后要進行復(fù)驗。壓力容器內(nèi)外部檢驗 周期為每三年一次，但對強烈腐蝕性介質(zhì)、劇毒介質(zhì)的容器檢驗 周期應(yīng)予縮短。運行中發(fā)現(xiàn)有嚴重缺陷的容器和焊接質(zhì)量差、材 質(zhì)對介質(zhì)抗腐蝕能力不明的容器也均應(yīng)縮短檢驗周期。4.3壓力容器全面檢驗壓力容器全面檢驗除了上述檢驗項冃外，還要進行耐壓試驗（一般進行水壓試驗）。對主要焊縫進行無損探傷抽查或全部焊 縫檢查。但對壓力很低、非易燃或無毒、無腐蝕性介質(zhì)的容器， 若沒有發(fā)現(xiàn)缺陷，取

15、得定使用經(jīng)驗后，可不作無損探傷檢查。容 器的全面檢驗周期，一般為每六年至少進行一次。對盛裝空氣和 惰性氣休的制造合格容器，在取得使用經(jīng)驗和一兩次內(nèi)外檢驗確 認無腐蝕后，全面檢驗周期可適當延長。第五章壓力容器制造變形的成因及預(yù)防5. 1應(yīng)力變形及預(yù)防1火焰切割變形(1) 筒節(jié)：大直徑殼體短筒節(jié)下料(料較長且較窄)吋，其端口 的火焰切割加工邊易發(fā)生變形。因切割高溫冷卻后，加工邊產(chǎn)生 收縮，直線邊變?yōu)椤盎【€”邊，筒節(jié)輻圓后，其端口就不在一個 水平面上，誤差較大時，滿足不了組對和焊接的要求。應(yīng)采取對 稱切割或機械加工等方法避免產(chǎn)生變形。(2) 封頭：成型封頭火焰凈料切割后，其端口周邊會產(chǎn)生收縮, 使封

16、頭口徑變小。嚴重時，收縮后的封頭口徑滿足不了尺寸要求。 對整體成型的封頭端口加工，如采取火焰切割，則其成型模具設(shè) 計時要考慮切割后的收縮量；對瓣片式組合封頭的端口加工，如 采取火焰切割，則封頭組裝時口徑要適當放大，以彌補切割后的 收縮量。也可采取機械加工的方法避免產(chǎn)生變形。(3) 機加工件坯料(主要是鋼板坯料):這種坯料多用于壓力容 器上的大型法蘭或密封圈等?；鹧媲懈詈?，由于鋼板脹縮不均， 致使坯料板面不平，嚴重時造成坯料面的加工量不夠。應(yīng)在坯料 板切割后進行平整矯形，對難以矯形的坯料板，可適當增大其加 工余量。2加工失穩(wěn)變形加工失穩(wěn)變形往往是在已成型的封頭或筒節(jié)上開大型孔(如 容器的裝卸孔)

17、、由于開孔區(qū)及其附近穩(wěn)定性減弱，造成殼體局部 或部件的變形。盡量避免在單獨筒節(jié)或單獨封頭上直接開大孔， 可視情況將殼體組裝成大段或整體后再開大孔；開大孔前將開孔 區(qū)用緊貼殼體的筋板進行加強，組焊接管后殼體處于整體穩(wěn)定狀 態(tài)時，再把加強板撤掉。3焊接變形焊接工藝是容器焊接的技術(shù)要求和操作規(guī)定，包括：采用的 焊接方法、焊接坡口、焊條種類及直徑，焊接工藝參數(shù)、焊接順 序、焊道層數(shù)、焊前和焊后的處理、焊接環(huán)境要求以及防變形、 反變形措施等。焊接工藝必須經(jīng)過工藝評定達到合格，而且在焊 接操作過程中必須嚴格執(zhí)行工藝要求。根據(jù)壓力容器和大型部件的焊接條件和焊接量，預(yù)先分析焊 接將要產(chǎn)生的變形人小和形態(tài)，有針

18、對性地制定的控制措施：(1) 對多焊道的大型壓力容器，例如球形容器，應(yīng)先組裝聯(lián)結(jié) 成整體后再進行焊接，焊接應(yīng)對稱進行，并要遵守規(guī)定的焊接順 序。(2) 對多焊道的大型部件，如瓜瓣式組合封頭和由瓣片組合的 殼體過渡段，除執(zhí)行上述耍求外，還應(yīng)在施焊場地設(shè)口形固定卡 具。較長分多節(jié)組焊的壓力容器，其筒節(jié)下料時尺寸要適當 放出焊接收縮量，以避免出現(xiàn)焊后殼體縮短現(xiàn)象。(4) 對壓力容器，特別對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壓力容器的組焊，要采取 合理的組裝順序和焊接防變形措施，確保其制造中不變形。(5) 反變形措施：根據(jù)實踐經(jīng)驗或推算，預(yù)先在焊接件上向焊 接變形相反的方向給以變形，焊接后這個預(yù)變形量剛好得到抵消, 具體做法

19、是：壓力容器筒節(jié)的縱縫對接處兩端頭壓弧吋，在發(fā)生 焊接變形方向的相反向留出反變形量；組合式瓣形封頭和過渡段 模具尺寸考慮抵消焊接變形的反變形量。4熱處理變形的預(yù)防措施(1) 熱處理爐必須符合規(guī)范要求，爐內(nèi)溫度均勻準確，爐壁火 焰噴嘴處應(yīng)設(shè)擋火墻，嚴禁火焰直接接觸或接近熱處理件。(2) 長度較大的壓力容器進爐后，要加臨時支座支墊，所用數(shù) 量視容器具休尺度而定。(3) 直徑較大、厚度較薄的殼體，一般應(yīng)進行內(nèi)部加強。(4) 分段預(yù)制的壓力容器，分段端口處應(yīng)設(shè)加強支撐。(5) 對受高溫易失去穩(wěn)定的壓力容器部件，也應(yīng)根據(jù)具體情況 進行加固加強。5.2加工誤差變形1下料誤差變形由于下料尺寸不準，使成型后的

20、部件形狀超出了標準規(guī)定。下料尺寸不準主要是由于計算或放大樣有誤，除了提高下料人員 的技術(shù)水平，還應(yīng)施行下料尺寸校對制，并盡可能采取下料尺寸 計算機軟件管理。2成型誤差變形壓力容器部件在加工成型中，由于操作不當或模具不標準而 產(chǎn)生變形：熱成型封頭脫模溫度有一定要求，如溫度尚高就過早 脫模會導(dǎo)致封頭收縮較大，嚴重時可使其幾何尺寸超標；機械餛 制或壓制的容器部件，因操作不當使之產(chǎn)生變形；模具設(shè)計考慮 不周或有誤，使成型后壓力容器部件的幾何尺寸不符合要求。主 要預(yù)防措施有：(1) 成型操作嚴格按工藝技術(shù)要求進行。(2) 用檢查樣板嚴格控制加工件的形狀。(3) 模具設(shè)計在依照加工件的理論尺寸形狀的基礎(chǔ)上，充分考 慮壓力容器部件加工成型小和成型后發(fā)生的變化，冷成型模具要 考慮成型件的回彈量，熱成型模具要考慮成型件冷卻后的收縮量。3組裝誤差變形壓力容器殼體組裝時由于錯口或不直度誤差等超標所產(chǎn)生的 變形，稱組裝變形。其預(yù)防措施：(1) 殼體組裝應(yīng)使用定位卡具，直徑較大、厚度較薄的殼體, 組裝時筒節(jié)還要加支撐，嚴格限制殼體對接邊的錯口。(2) 殼體臥式組裝應(yīng)在托輾上進行，并用直線檢查