压力容器设计论文

压力容器的质量包括设计质量、制造质量、安装质量，其中制造质量的好坏起着关键的作用。压力容器的制造单位为了使本企业的质量管理更科学和系统化，使压力容器的制造过程处于管理状态和控制状态之下，从而制造出达到国家标准、规程和设计要求的产品，建立了适合本单位的一套完整的压力容器制造质量保证体系［在IS09000系列标准中又叫“质量体系”］。根据我们多年基层监检工作的经验和对法规、标准的理解，笔者认为：在质量体系的运转过程中，必须对影响压力容器制造质量的关键环节进行严格控制，才能确保压力容器的制造质量。 1 材料的控制 由于压力容器广泛地应用于各行各业，所处的工况既复杂又恶劣，如高温、低温、高压、疲劳载荷、介质有毒、剧毒、易燃、易爆、腐蚀性强，这就决定了压力容器所用的原材料种类繁多，质量要求高。针对压力容器用材的特点，从原材料入厂到产品合格出厂，必须自始自终坚持主要受压元件材料的可靠性和可追踪性。 1.1 材料进厂后，按订货协议核对材料生产厂提供的材质证明书(或复印件)，各项指标应符合相应的材料标准，方可入库；然后编制入库号，建立材质档案，按照质量手册的有关规定，逐件打钢印，为防止钢印锈蚀，打钢印后立即涂上防锈涂料，分类(按板材、管材、锻件、焊材……)整齐摆放。 1.2 材料发放应手续齐备，检验员、保管员和领料员三方共同到场，确认材质和数量。材料到车间后按工艺程序流转，并按规定进行标志移置，还要有检验员的确认印记，余料也是如此。 1.3 主要受压元件材料的选用和代用手续应符合《压力容器安全技术监察规程》(以下简称《容规》)、GB150等有关规程和标准的要求。材料的选用和代用必须按审批手续进行。 由于我国多数情况下都是由工程公司或设计单位进行压力容器的结构设计和强度计算，制造厂根据图纸加以制造，设计部门在设计时并未考虑到制造厂的材料库存情况以及制造过程中可能采用的焊接工艺、板厚、制造质量及检验手段等因素，而制造厂往往从经济效益角度出发，根据工厂材料的库存情况或市场上的供货情况投料，就可能碰到材料的代用问题。有些特殊情况，制造者并不是十分清楚压力容器所处的工况，在工艺流程中的作用以及设计者的意图，因此材料的代用，除以薄代厚、以劣代优、以低代高必须经原设计部门同意外，下面一些特殊情况的材料代用也应征得原设计部门的同意。 (1)石油、天然气行业使用的压力容器16MnR代20g、Q235系列； (2)对于热套容器，以厚板代薄板； (3)有氯离子介质的压力容器，用18－8不锈钢代低合金钢、碳钢； (4)碳钢、低合金钢在热处理临界厚度时以厚代薄。 2 工艺的控制 与普通的机械产品加工相比，压力容器制造具有多品种单台套的特点，因此制造厂对每一台压力容器都要编制一套完整的工艺文件。这些工艺文件具有指导生产、保证质量、提高效率的作用。制定了正确、合理的工艺后，关键是在施工过程中严格执行已定的工艺，每道工序完成后，操作者和工厂检验员都要在工艺流程卡上签字认可，做到在制品随工艺流程卡一同进入下道工序。 笔者在压力容器产品安全质量的监督检验工作中，发现一些工艺控制方面的问题，现提出来，以引起同行的重视。 2.1 铆装时不按容器主焊缝布置图来组装筒节对接焊缝的位置，造成不必要的焊缝上开孔； 2.2 鞍座垫板未钻φ10的排气孔，垫扳与容器的角焊缝两侧未间断焊，采用全封闭式焊接结构； 2.3 换热器设置膨胀节应注意的问题：根据GB151－89附录A的要求：U形膨胀节与换热器圆筒的连接，一般采用对接，膨胀节本身的环焊缝及膨胀节与圆筒连接的环焊缝，均应采用全 熔透结构；卧式换热器的U形膨胀节，必须在其安装位置的最低点设置排液接口。 2.4 耐压试验时安全意识差，在试压时发现渗漏，不按规定卸压后再补焊或紧固螺栓，而是带压补焊或带压紧固螺栓，甚至在带压设备上作无关试压的作业。 2.5 试验压力值的确定：对设计温度大于等于 200℃的钢制或大于等于150℃的有色金属制成的压力容器，应重视Pr=1.25 公式的应用，否则试验压力值达不到GB150规定要求；直立容器卧置液压试验时，试验压力要考虑立置时液柱静压力；夹套容器在进行压力试验时，必须校核内筒在试验压力下的稳定性。如不能满足稳定要求，必须同时在内筒内保持一定压力，以使在整个试验过程中的任一时间内，夹套和内筒的压力差不超过设计压差。 2.6 压力试验的顺序问题 (1)容器内部的盘管和有对接接头的换热管(特别是U型换热管)，必须是压力试验合格后，才能与壳体组装； (2)浮头式换热器第一步：用试验压环和浮头专用试压工具进行管头试压，第二步：管程试压，第三步：壳程试压； (3)如图1所示的夹套容器，必须是内筒液压试验合格后，才能组焊夹套，然后再对夹套试压。如图2所示的夹套容器，前二步与如图1所示的相同，待在内筒上开孔、焊好接管后，还应再对内筒试压，一共是三次试压。

图1 图2 3 焊接质量的控制 一般来讲，焊接质量在很大程度上，决定着压力容器的安全与寿命，因此控制焊接质量成为压力容器制造质量保证的关键。 3.1 焊接材料的管理 必须建立严格的焊接材料的验收、保管、烘干、发放和回收制度。购进的焊材须有质量证明书和产品合格证，标记清晰、牢固。经检查、验收合格后，方能按要求登记入库。设立焊材一级库、二级库。一级库应具有保温、去湿的必要条件。入库、发料手续及记录齐全。二级库应具有良好的环境和烘干、保温设备。设备上的各种仪表应在周检期内使用。详细记录由一级库领出焊材的规格、型号、编号、数量及领取日期。应详细记录烘干的温度和时间。一般酸性焊条150～200℃，1～2h,碱性焊条烘干380～420℃，2h。注意焊丝在使用前应除锈、去油。根据领料单发放焊材，并记录所发放焊材的日期、规格、型号、批号(厂编号)、数量及所焊产品或部件编号。 3.2 焊工资格与管理 从事压力容器生产的焊工必须持证上岗。焊工必须通过《锅炉压力容器焊工考试规则》规定的相应考试项目，取得焊工合格证，并在有效期内承担合格规定范围内的焊接工作。焊工应在焊缝的相应位置上打钢印，并记录在产品档案资料中。 建立焊工焊绩档案，作为今后办理免考延期的依据。 3.3 焊接工艺评定 受压元件之间的焊缝，受压元件与受压元件之间的焊缝及其上述定位焊缝和受压元件母材表面堆焊、补焊均应按JB4708－92《钢制压力容器焊接工艺评定》标准进行评定。有色金属的焊接工艺评定须按有关标准进行评定。 3.4 焊接工艺 根据图样的技术要求、焊接规程及焊接工艺评定，制订焊接工艺。焊接工艺还应对焊接工作环境提出要求。对超次返修的焊缝，还应制定返修工艺措施，并应得到焊接技术负责人的同意。 3.5 焊缝质量的检验 焊缝质量的全面检验包括焊缝的外观检查；化学成分和金相组织检验；硬度、拉力、抗弯和冲击试验；以及对焊缝区的无损检测。在特殊环境下使用的压力容器，还应包括疲劳、蠕变和抗应力腐蚀性能的检验。 在压力容器产品上，通常只能做焊缝的外观检查以及焊缝表面和内部缺陷的无损检测，对于焊缝质量的破坏性检验就只能在产品试板上进行。 按照有关规定，产品焊接试板是在产品A类焊接接头的延长部位与产品一同施焊，目的在于用其代表和检验产品焊接接头的力学性能，因此，它是控制产品焊接接头质量的重要手段之一。为充分发挥产品焊接试板的作用，GB150将容器分为两类：一类是材料强度级别较高，力学性能的有严格要求以及其安全性有特殊要求的容器［详见GB150第 10.5.1.2款］，需每台制备产品焊接试板；另一类是材料可焊性好，制造厂已经积累了充分生产经验的产品，如Q235系列、16MnR制造的容器，在一定条件下可采用以批代台的方法来制备焊接工艺纪律检查用试板，但以批代台必须履行申报省级劳动部门审查同意后方可实施。当焊接试板各项检验均合格后，产品才能转入下道工序；当产品要求后热和焊后热处理时，试板随产品同炉热处理，并严格执行工艺；当热处理后性能试验不合格时，应重新处理。 在压力容器产品试板、试样的制备和检验过程中应注意下述问题： (1)当一台压力容器产品筒体纵、环焊缝焊接工艺不相同，而这些焊接工艺不能用同一焊接工艺评定覆盖时，试板数量应与工艺相同； (2)有不同焊后热处理要求的压力容器，应分别制备试板； (3)热套压力容器内、外筒材料不一致时，应各作一块试板，材料相同，又是同一厚度范围，作一块试板； (4)产品焊接试板经外观检查和射线探伤，如不合格，允许返修。如不返修，截取试样应避开缺陷部位。 (5)产品试板焊接接头的冲击试验除《容规》第72条已规定的几种情况需做以外，凡设计选用的壳体材料，若该材料相应的技术标准有冲击试验要求的，需做冲击试验；若无冲击试验要求的，则不需做冲击试验，后一种情况，在制造中壳体材料即使发生了代用，其产品试板焊接接头仍可不做冲击试验； (6)对于钢制管壳式换热器管箱部分，是否另作产品焊接试板，由设计单位确定； (7)对于焊缝接头系数设计取为1的焊缝，不管是氩弧焊打底的单面焊，还是单面焊双面成型的手工电弧焊，均属全焊透的对接焊缝，按GB150附录G作试样冷弯试验时，应与双面焊同等对待，否则达不到设计取焊缝接头系数为1的要求。 4 无损检测的控制 一般来说，压力容器生产过程中，无损检测工作量大约占整个产品生产过程工作总量的15%～16%。压力容器从原材料入厂、零部件加工直至产品组装完工都涉及到无损检测的工作，无损检测工作的好坏直接影响着出厂产品的质量。无损检测涉及到检测方法、评定标准、检测比例、合格级别的确定，这是一项十分重要的工作，既需了解产品的设计和使用条件，也要了解产品生产工艺条件和采用无损检测方法的可靠性。过高的要求会造成生产过程中的大量返修；过低的要求可能导致遗留的缺陷在使用过程中诱发事故隐患。 4.1 检测方法、检测标准和合格级别 (1)检测方法的选择按《容规》第86条执行。 (2)无损检测标准执行JB4730。 (3)合格级别。 100%射线检测的A、B类焊接接头，Ⅱ级为合格；局部射线检测的A、B类焊接接头，Ⅲ级为合格。磁粉和渗透检测，Ⅰ级为合格。 4.2 检测比例 (1)内部无损检测 a.按《容规》第85条和GB150第10.8.2.1款进行100%无损检测； b.按《容规》第87条和GB150第10.8.2.2款进行局部无损检测； (2)表面无损检测 按《容规》第90条、第91条和GB150第10.8.31款。 需要说明的是壳体母材无损检测执行GB150第4.2.9款。 4.3 无损检测应注意的问题 (1)以开孔中心为圆心，1.5倍开孔直径为半径的圆中所包容的焊缝，应进行100%无损检测；