);
④应力腐蚀 由侵蚀介质和应力同时作用下所导致的腐蚀;
⑤晶间腐蚀 是金属晶粒界面的腐蚀。
标准中的材料的腐蚀速率,是对于均匀腐蚀而言,亦即钢材表面的腐蚀速率(毫米/年)各处基本相同。
腐蚀裕量C2 = 腐蚀速率 X 设计使用年限
(毫米/年 X 年 = 毫米)
在考虑腐蚀的同时,也应考虑容器可能发生的机械磨损。
此外,由于金属所处的介质情况(如介质的腐蚀性、浓度和温度)不同,腐蚀程度不同,因此,采用不同的腐蚀裕量。
GB150中规定“介质为压缩空气、水蒸气的碳素钢或低合金钢制容器,腐蚀裕量不少于1 mm”。
3.5.6 ***小厚度
容器在较低内压力作用下,按厚度计算方法得到的厚度很小,虽然能满足容器的强度要求,但刚度不够。为解决刚度问题,GB150中规定了壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的***小厚度:
a)对碳素钢、低合金钢制容器,不小于3 mm;
b)对高合金钢制容器,不小于2 mm。
因此,碳素钢和低合金钢制的容器的***小名义厚度应不小于4 mm。
3.6 许用应力
容器使用钢材常用指标是力学性能,在D类容器中,主要指标是材料的抗拉强度σb和屈服点σs(或σ0.2)。
容器使用中达到屈服或断裂时即为***,在实际应用中必须控制容器的材料受力处在安全范围内,即除以系数n,n称为材料许用应力系数(即是设计安全系数)。
从钢常温抗拉强度考虑,设计安全系数取3;
按钢的设计温度下的屈服强度考虑选用的设计安全系数:对碳素钢和低合金钢取1.6;对高合金钢取1.5。
将钢材的抗拉强度σb和屈服点σs分别除以各自的设计安全系数后,取二值的小者作为材料的许用应力。
说明:考虑安全系数是基于如下因素:
①材料的性能稳定性存在偏差;②估算载荷状态及数值偏差;③计算方法的***程度;④制造工艺及允许偏差;⑤检验手段及严格程度;⑥使用中的操作经验等六个方面。
在确定具体材料的许用应力时,还要结合材料的质量因素。
GB150所用钢板材料的许用应力按GB150标准的第4章各材料表中的规定。
螺栓材料的许用应力,是从考虑屈服的情况考虑,安全系数选高了一些,详见GB150表3-1和表3-2。
3. 7 焊接接头和焊接接头系数
3.7.1 焊接接头分类和要求
压力容器筒体与筒体,筒体与封头的连接,封头的拼接,不允许采用搭接结构。也不允许存在十字焊缝。
容器主要受压部分的焊接接头分为A、B、C、D 四类,具体规定是:
a)A类焊接接头 圆筒部分的纵向接头,半球形封头与圆筒连接的环向接头,各种凸形封头的所有拼焊接头,嵌(qian)入式接管与壳体对接的接头。
b)B类焊接接头 壳体部分的环向接头,锥形封头小端、长颈法兰等与接管连接的接头。
c)C类焊接接头 平盖、管板与圆筒非对接连接的接头,法兰与壳体、接管连接的接头,内封头与圆筒连接的搭接接头。
d)D类焊接接头 接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头。
压力容器的所有A、B类焊接接头均需按GB150标准和设计图样的规定进行无损检测(RT或UT)。
下列情况的压力容器的A类及B类焊接接头应进行100%射线或超声检测(材料厚度≤38mm时,应采用射线检测):
① 第二类压力容器中,***介质的反应容器或储存容器;
② 设计压力大于5.0MPa的压力容器;
③ 筒体厚度大于30mm的碳素钢和厚度大于25mm的低合金钢或奥氏体不锈耐酸钢制压力容器;
④ 盛装高度和极度危害介质的压力容器;
⑤ 耐压试验为气压试验的压力容器;
⑥ 使用后无法进行内部检验或耐压试验的压力容器;
⑦ 焊缝系数为1.0的压力容器(无缝钢管制的筒体和压力容器本体***后焊接的一条环焊缝除外,但应提供保证其焊接质量的相应焊接工艺);
图样规定进行局部无损检测A类和B类焊接接头,局部无损检测的检测长度为不少于每条焊缝长度的20%,且不小于250mm。且下列焊接接头应全部检测:①所有的T型焊接接头;
②开孔区域内(以开孔中心为圆心,1.5倍开孔直径为半径的圆内)的焊接接头;③被补强圈支座垫板等其他元件所覆盖的焊接接头;
④拼接封头和拼接管板的焊接接头;
⑤公称直径大于250mm接管的环焊缝按容器本体考虑。合格级别按容器要求。
除另有规定,不允许采用降低焊接接头系数而不进行无损检测。
设计用的焊接结构可参见GB150的附录J。焊接结构。
3.7.2 焊接接头系数
焊接接头系数ф应根据受压元件的焊接接头型式及无损检测的长度比例确定。
注:焊接接头系数有的称为焊缝系数,即是焊缝的强度与母材强度之比。
双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透的对接接头:
100%无损检测 ф = 1.00
局部无损检测 ф = 0.85
说明:相当于双面焊的全焊透的对接焊缝,是指单面焊双面成型的焊缝,按双面焊评定(含焊接试板的评定),如***弧焊打底的焊缝或带陶瓷、铜衬垫的焊缝等。
单面焊对接接头(沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板):
100%无损检测 ф = 0.9
局部无损检测 ф = 0.8
说明:这里应注意到1)是对接接头;2)全焊透结构;3)沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板。垫板如何才算密贴,看法并不一致,一般以焊接工艺评定为准。
3.8 压力试验和试验压力
压力试验是容器制造中检查容器质量的必需工序。它主要检查容器的强度、刚度和焊接接头及可拆的密封连接处的密封质量。压力试验方法有液压试验、气压试验和气密性试验。
压力试验的种类、试验压力值和要求,应在图样中注明。
3. 8。1 液压试验
液压试验是压力容器常用耐压试验方法。试验液体一般采用水,也可采用不致发生***的其它液体。
对奥氏体不锈钢制造的容器水压试验应控制水的氯离子含量不超过25mg/L
3.8.1.1内压容器
液压试验 PT = 1.25P [σ]/[σ]t
式中P-- 设计压力 MPa ;
PT -- 试验压力 MPa
[σ] -- 容器元件材料在试验温度下的许用应力, MPa
[σ]t -- 容器元件材料在设计温度下的许用应力。MPa
此液压试验压力PT为常用的压力,也是***小试验压力。
如果名义厚度远大于计算厚度,为达到试验的目的,也可适当的提高试验压力,但确定新的试验压力值时,应进行应力校核,用试验压力值计算的换算应力σΤ应符合如下规定:
бs(б0.2)—圆筒材料在试验温度下的屈服点(或残余变形为0.2%时的屈服强度), MPa
3.8.1.2 外压和真空容器,
以内压进行液压试验: PT= 1.25 P
容器液压试验合格的条件是:①无滲漏;②无可见的变形;③试验过程中无异常的响声。
3. 8。2 气压试验
对于不适合作液压试验的容器,例如容器内不允许有微量残留液体,或由于结构原因不能充满液体的容器,可采用气压试验。
内压容器的气压试验压力PT= 1.15 P[σ]/[σ]t,设计校核结果,应满足如下要求:
外压和真空容器,以内压进***压试验,气压试验压力为:PT = 1.15 P
气压试验应有安全措施,该安全措施应经单位技术负责人批准,单位安全部门检查监督。试验所用气体应为干燥洁净的空气、氮气或其他惰性气体,碳素钢和低合金钢压力容器气压试验用气体的温度不得低于150C。设计采用气压试验,应注明安全要求。
3.8,3 气密性试验:
压力容器的气密性试验要求,见《容规》第101条和第102条的规定。
介质的毒性程度为极度和高度危害的压力容器,应在压力试验合格后进***密性试验,需作气密性试验时,试验压力、试验介质和检验要求应在图样中注明。
夹套容器压力试验的试验压力和方法,应在图样中注明。
4.对材料的要求
GB150在压力容器用钢的要求方面含三部分,即:
①正文第4章:材料;
②附录A(标准的附录):材料的补充规定;
③附录H(提示的附录):材料的指导性规定。
在这些章节中,主要是对受压元件用材料的规定。
GB150对受压元件未定义。
注:根据《容规》第25条规定,压力容器的主要受压元件是:压力容器的筒体、封头(端盖)、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、开孔补强圈、设备法兰、球罐的球壳板、换热器的管板和换热管、M36以上的设备主螺栓及公称直径大于等于250mm的接管和管法兰。
4.1 选择压力容器用钢应考虑的因素
1)选材地合理性是保证压力容器设计质量的关键环节,压力容器选择受压元件用钢材时,必须选用GB150第四章的材料表中列出的钢材。而非受压元件与受压元件焊接者,也应选用焊接性能良好的钢材。
2)选择压力容器用钢应考虑的因素有:压力容器的使用条件,如设计压力、设计温度、介质特性和操作特点;可焊性良好;制造工艺的可行性(加工难度)和经济合理等。
说明:可焊性方面,应靠虑控制钢的含碳量或碳当量,含碳量大的,焊接性能下降,容易产生裂纹,且塑性下降,不利于冷热成形,压力容器焊接用钢的碳含量应为C≤0.25%。
从钢的冶炼上,应采用平炉电炉或氧气转炉冶炼的***钢。因为沸腾钢中含有FeO,脱氧情况差,成材率虽高,但质量差。***钢是一种充分脱氧的钢,成材率较低,但钢中杂质少,气泡和疏松性少,质量高。
目前,由于平炉冶炼时间长,占地面积大,生产效率低,此法逐步被淘汰。
降低钢中的硫、磷含量:因为硫、磷均为钢中的***杂质,硫与铁在晶界处生成低熔点硫化铁(FeS),热加工时易产生热脆,即称热脆性,焊接时,硫和氧结合产生SO2 使焊缝中产生气孔和疏松,影响焊接接头的质量;磷与铁形成磷化三铁(Fe3P),明显的降低钢的塑性韧性,尤其是低温时更差,属冷脆现象,磷过多,焊接变坏,易产生裂纹。
由于磷和硫是矿石中带来的,随着冶炼技术的进长和压力容器质量要求的提高,磷、硫含量将逐步降低,要求的磷、硫含量为:P≤0.030%;S≤0.020%.
3)GB150中对材料的修改情况是:
2002年起,取消Q235-A.F和Q235-A钢板在受压元件中的应用;
《制造许可》中规定,对用于焊接接构的压力容器用钢磷、硫含量:磷P≤0.O30%,硫S≤0.020%。,并规定钢的含碳量应不大于0.25%,且按下式计算的碳当量Ceq不大于0.45%。
Ceq = C + Si∕24 + Mn∕6 + Ni∕40 + Cr∕5 + Mo∕4 + V∕14
沸腾钢不允许用于制造压力容器的受压元件。
4)Q235钢板:在图样的材料明细表中不得只标Q235,应根据设计须要在尾部带上“-A或-B或-C”,Q235钢板的具体数据见下表:
Q235热轧厚钢板(板厚≤16mm)的化学成分和力学性能表
4.2 D类压力容器受压元件用钢板
在D类压力容器中,主要使用GB150的表4-1“钢板许用应力”列入的下列钢板:
1)碳素钢板:使用Q235-B 、Q235-C 和 20R钢板。
Q235-B钢板(GB912和GB3274)的适用范围:容器设计压力 P≤1.6MPa; 钢板使用温度为0~3500C;用于壳体时,钢板厚度不大于20mm;不得用于毒性为高度或极度危害介质的压力容器。在表4-1中所列许用应力值,已乘质量系数0.9。
Q235-C钢板(GB912和GB3274)的适用范围:容器设计压力 P≤2.5MPa,钢板使用温度为0~4000C。用于壳体时,钢板厚度不大于30mm
20R钢板(GB6654)的应用:用作壳体时,适宜厚度不超过30mm;使用温度建议为-19~4750C;为避免增加试验项目,当使用温度低于00C时,建议使用厚度小于25mm;使用温度低于-100C时,建议使用厚度小于12mm。
2)低合金钢板:使用 16MnR(GB6654)和16MnDR(GB3531)钢板
16MnR钢板:常温使用时的厚度不宜超过30mm;使用温度建议为-19~4750C。
使用温度低于00C时,建议使用厚度小于35mm;使用温度低于-100C时,建议使用厚度小于20mm,以避免增加试验项目。
16MnDR钢板:使用的***高温度为3500C,厚度不宜超过35mm。
对于有经验的设计单位,也可选用GB6654中的15MnNbR和,15CrMoR;GB3531 中的15MnNbDR 和09MnNiDR。
3)高合金钢板:经常使用奥氏体不锈钢板(GB4237):
用于清洁美观的压力容器用钢板有:0Cr18Ni9 ;
用于***化性介质腐蚀的不锈钢有:00Cr19Ni10和0Cr18Ni10.
用于抗醋酸介质腐蚀用的不锈钢有:OCr17Ni12Mo2,0Cr18Ni12Mo2Ti
00Cr17Ni14Mo2; 0Cr19Ni13Mo3;00Cr19Ni13Mo3 。
说明:①抗腐蚀原理:铬镍奥氏体不锈钢是指上述钢号经固熔热处理而具有均一的奥氏体钢,这种钢在氧化性介质中具有良好的抗腐蚀性,高的塑性和韧性。这种钢的耐腐蚀的基理通常用钢生成氧化膜的理论来解释,即钢在空气中或在氧化性介质中,其表面氧化,生成緻密的氧化薄膜,它阻止内部进一步氧化,或受介质的侵蚀,这种现象称钝化现象。钝化膜的生成与不锈钢的表面的质量有关,机械损伤***的氧化膜会重新生成,但很缓慢,清洁表面后可再度产生氧化膜。钢表面的残余氧化皮、砂眼、起鳞,氧化膜难以生成,会造成局部腐蚀。抛光表面、经磨光和酸洗的表面,可加速氧化膜的形成,提高抗腐蚀性。
②不锈钢晶间腐蚀:晶间腐蚀是钢的晶体边界受到腐蚀的一种***形式。这种腐蚀沿着晶界快速传播到金属内部。晶间腐蚀特别***,因为肉眼不容易发现,由于这种腐蚀的结果,材料的机械强度丧失达到很大的数值。晶间腐蚀的倾向,主要决定于
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