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高壓容器相關要求

發布于:12-25

由于高壓容器設計延伸內容較多,本文只提綱挈領,簡單梳理下高壓容器設計的各項內容,便于大家答辯時做心中有數。

(一)設計的力學基礎

簡單提幾個基本力學概念。

1.  剪應力、扭矩、彎矩

2.  簡支梁、懸臂梁、固支梁

臥式容器、塔器、換熱器管板、膨脹節、平蓋等

3.  彈性模量、泊松比

4.  四個強度理論及失效準則

5.  一次應力、二次應力、峰值應力


(二)高壓容器的設計


一、高壓容器結構特點

1)結構細長

2)采用平蓋或球形封頭

3)密封結構特殊多樣

強制密封、自緊密封、半自緊密封、焊接密封

4)高壓筒身限制開孔


二、高壓容器的材料

1)強度與韌性

2)制造工藝性能

3)耐腐蝕及耐高溫性能


三、高壓容器筒體的結構

1)整體鍛造式

2)單層式

單層卷焊、單層瓦片、無縫鋼管

3) 繞帶式

浙大鄭津洋老師團隊研發

4)多層式

多層筒節包扎、多層整體包扎、熱套、繞板

盡管這些年南化機在九大設計院里面排名已經沒落了,沒有自己特色的項目。但是中國第一臺層板包扎式高壓容器1956年由南化機試制成功,

多層筒節包扎優點:

1.薄板和中厚板性能好,且原材料供應方便

2.層板不需要做熱處理

3.制造不需要大型加工設備

4.沒有深縱焊縫,改善了筒體應力分布

5.較單層安全,薄板韌性好,爆破時無碎片。

6.內筒與層板不同的材料,可以適合介質的需要

7.卷板時預應力,有利于筒體的內外壁應力分布均勻


四、厚壁圓筒的彈性應力分析

區分薄壁圓筒:徑向應力、溫差應力

設計基礎:首先分析內壓圓筒產生的彈性應力,然后分析溫差應力。


五、高壓筒體的失效及強度設計準則

常規設計失效模式:塑形變形、爆破失效

強度失效設計準則:彈性失效準則、塑性失效準則、爆破失效準則

四個強度理論這里就不提了。


六、高壓密封結構

1)一般采用金屬墊圈

退火鋁、紫銅、10#

2)采用窄面密封或線密封

3)盡可能利用介質達到自緊密封


七、高壓主要零部件設計

1.1 高壓螺栓設計

1)雙頭細牙螺栓

2)螺紋加工精度高

3)螺母與墊圈采用球面接觸

4)選用高強度材料

1.2  高壓平蓋設計

1)彈性薄圓平板小撓度理論

平墊密封、雙錐密封

2)工程簡化法:受彎曲載荷的懸臂梁

卡箍連接、卡扎里密封、楔形墊

1.3 高壓筒體端部設計

1)端部法蘭的彎曲強度校核

2)無主螺栓的筒體端部彎曲強度校核

八、高壓容器開孔補強

接管補強、筒體補強、密集補強

(三)高壓容器的應用

先簡單說一下自己曾經犯過的錯誤。多年前第一次來南京,上班第一天領導分配給我三臺高壓換熱器強度核算(工作壓力都23MPa)。按照GB150.1中1.5規定,P×DN超限了。正版SW6軟件不能計算,只能用盜版的。由于條件圖模糊不清,只能連蒙帶猜,再加上當時對伯明翰線規不是太了解,誤把線規號碼BWG12當成壁厚1.2,換熱器用SW6計算結果都合格。在后期設計的時候,生成word時才發現換熱管外壓計算不合格。吃一塹長一智,之后對于換熱器設計,中高壓的換熱器我都會引起警覺,換熱管外壓是否合格,一定要生成計算書檢查換熱管的外壓計算。


一、按照GB150或JB/T4732設計的高壓容器

 1.圓筒與封頭的連接(GB150.3附錄D.2.2)

前段時間還有個朋友問我高壓容器為什么不用標準的整個球形封頭。



2. 開孔補強

2.1安放式接管(GB150.3附錄D.3.3)

采用此結構是殼體開孔處的鋼板截面上應無分層現象。GB150中有4種安放式結構,但高壓容器一般用的比較多的結構就是以下2種。




2.2 嵌入式接管(GB150.3附錄D.3.2)

嵌入式接管一般用于封頭中心部位的接管與封頭或其他特殊部件的連接??梢圆捎肧W6 整鍛件補強計算。



3. 高壓螺栓的設計要求

3.1 35CrMoA、30CrMoA材質的螺柱的技術要求:

1.材料的化學成分和熱處理后的機械性能應符合GB150的規定。

2.熱處理后每個螺柱、螺母須經硬度檢查,螺柱硬度=241~286HB,螺母硬度=187~229HB。

3.螺柱粗加工后須進行超聲檢測,按NB/T47013.3-2015UT-I級為合格。

4.螺柱、螺母精加工后螺紋進行磁粉檢測,按NB/T47013.4-2015MT-I級為合格。表面不允許有碰傷、毛刺等缺陷存在。

5.螺紋基本尺寸按GB/T196-2003規定;螺紋公差按GB/T197-2003中規定的,螺柱5h-L, 螺母6H-L,螺紋牙底倒圓。

6.螺柱、螺母的其他尺寸公差按GB/T3103.1中的A級。

7.螺柱、螺母表面須經磷化處理。

8.外露螺柱需要設置保護罩保護。

9.壓力試驗合格后螺栓再次進行磁粉檢測。

另附高壓螺栓、螺母、墊圈及液壓上緊裝置標準。


4. 無損檢測

  縱、環焊縫采用100%TOFD +100% MT檢測C、D、E類接頭MT檢測,技術等級熒光磁粉檢測??破障聼晒夂头菬晒夥?。熒光法:采用熒光磁粉,在黑光燈下觀察磁痕。

非熒光法:用普通黑色磁粉或者紅色磁粉,在正常光照條件下觀察磁痕。 

5. 熱處理

 筒體變形率超標,碳鋼、合金鋼材料需要做恢復材料性能熱處理。

附GB150對高壓容器的一些規定。

1、δ≥12mm 的碳素鋼和低合金鋼板(不包括多層壓力容器的層板)用于制造壓力容器殼體時,應逐張進行超聲檢測,合格等級不低于Ⅱ級。

2、殼體用鋼板厚度≥12mm時,應逐張進行超聲檢測,Ⅱ級合格。

3、設計壓力≥4.0MPa時,不得采用GB/T 8163 的10、20和Q345D鋼管。

4、設計壓力≥1.6MPa時,受壓元件不得采用Q235 系列鋼板。

5、若采用安放式接管,則殼體開孔處的鋼板截面上應無分層現象:

(1)開孔處殼體鋼板進行超聲檢測,Ⅱ 級合格。

(2)鏜孔后殼體鋼板截面應進行磁粉或滲透檢測,Ⅰ級合格。


二、按照ASMEⅧ-1或Ⅷ-2卷設計的高壓容器

直接拿我曾經設計的一臺設備舉例說明吧。該設備設計壓力21 MPa/FV,設計溫度570℃;筒體φ810×95,材料 SA-335P91;封頭材料SA-387 Gr.91 CL.2;接管、法蘭材料SA-182 F91。

1.根據UCS-56判斷設備需要熱處理,按UW-10整體熱處理,封頭成型后進行熱處理。

2.根據UCS-66判斷設備需要沖擊,按UG-84進行沖擊。

3.管道受高溫影響,產生的熱膨脹對設備進出口管口的熱位移計算。

4.筒體采用鋼管制造,在軟件計算時候考慮鋼管的負偏差,負偏差達到12.5%,這個值很大。

5. 部分外伸接管是鍛管,無法蘭連接。很多設計人員會按照ASME B16.5的焊接端坡口尺寸設計法蘭對接結構,這個方法是錯誤的。由于外伸接管后期要和管道連接,因此鍛管結構設計要符合ASME B16.25 《管端對接尺寸》。

This  Standard applies to any  metallicmaterials  for which a  welding  procedure can be  satisfactorily qualified  but does  not  prescribespecific welding processes orprocedures. Unless otherwise specified by thepurchaser, it does not apply towelding ends conforming.It dose not apply towelding end conforming to ASMEB16.5, B16.9, or B16.47.


 


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