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壓力容器的設(shè)計、制造和檢驗

  
評論: 更新日期:2011年04月12日

  (7)封頭

  壓力容器封頭有半球形、橢球形、錐形、準(zhǔn)球形、平板形等幾種類型。在材料、直徑和壓力負(fù)荷都相同的條件下,前四種類型封頭的壁厚按序增加,而平板形封頭的壁厚還沒有簡單的計算關(guān)系。

  半球形封頭在各種類型封頭中應(yīng)力分布最好,而且一定的容積所需要的材料最少。但是球形封頭會使筒體產(chǎn)生較大的附加彎曲應(yīng)力,因而只適用于直徑較小、壓力較低的無毒、非易燃介質(zhì)的容器。

  長短軸之比為2的橢球形封頭與準(zhǔn)球形封頭比較,前者的應(yīng)力分布要好一些;直徑超過1.5 m、壓力負(fù)荷在1 MPa以上,前者的制造也要經(jīng)濟(jì)一些。與凸面形和碟形封頭一樣,橢球形封頭的大小也是由其內(nèi)徑而不是由其外徑來決定。

  錐形封頭一般是沖壓、而不是滾壓或旋壓制造,其制造費用相當(dāng)高。錐形封頭常用于蒸煮或提煉容器,有時用于排除固體或濃稠物料。截頭錐形封頭常用做容器直徑不同的兩部分之間的過渡段。設(shè)計規(guī)范允許在某些情況下,可以應(yīng)用無過渡轉(zhuǎn)向節(jié)的錐形封頭,但這些封頭只能在低溫、低壓條件下使用。

  標(biāo)準(zhǔn)折邊碟形封頭的碟形凸面半徑應(yīng)該等于或小于封頭折邊的外徑,但凸面和折邊間的過渡轉(zhuǎn)向節(jié)的半徑應(yīng)不小于封頭折邊外徑的6%,而且不小于封頭壁厚的三倍。

  平板焊接封頭除小型低壓容器密封外,一般壓力容器不宜采用。平板封頭會把嚴(yán)重不連續(xù)的應(yīng)力引入圓柱形殼體,如確需應(yīng)用,殼體和封頭應(yīng)該有足夠的厚度,而且要采用全焊透的焊接結(jié)構(gòu)。

  三、壓力容器的制造和安裝

  1.壓力容器制造

  為了確保壓力容器的制造質(zhì)量,國家規(guī)定凡制造鍋爐、壓力容器的專業(yè)單位,須經(jīng)主管部門和勞動部門的審查、批準(zhǔn),發(fā)給制造許可證書,無證單位不準(zhǔn)制造承壓設(shè)備。非專業(yè)單位若自制自用壓力容器,須辦理申請、審查和批準(zhǔn)手續(xù)。

  材料復(fù)驗是保證承壓設(shè)備制造質(zhì)量的第一關(guān),直接關(guān)乎承壓設(shè)備的使用安全和壽命。材料復(fù)驗的主要內(nèi)容是:材料必須具有質(zhì)量合格證明書;根據(jù)材料的機(jī)械性能和化學(xué)成分進(jìn)行必要的復(fù)驗,以證實材料的可靠性;復(fù)驗程序必須按有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

  壓力容器制造可以采用栓接、鉚接、鍛冶、澆鑄、釬接等連接方法的一種或多種的組合。雖然過去一些年,管式鍋爐的管座與蒸氣和水的箱體一直采用螺栓連接,但到了目前除法蘭外,螺栓連接已不再廣泛用于壓力容器的結(jié)構(gòu)中。鉚接結(jié)構(gòu)也幾乎成為過去的事情。

  加工圓柱形殼體,如果其壁厚和直徑的比值較大,滾壓和沖壓難以成型。所以鍛法除鍛造零配件外,也廣泛用于高壓筒體的加工中。

  澆鑄適用于特殊形狀筒體的加工。根據(jù)壓力容器標(biāo)準(zhǔn),鑄鐵有確定的壓力和溫度限制,而鑄鋼沒有這些限制。使用鋅銅合金的釬焊多用于公用設(shè)施小型空氣筒的加工,且限制溫度最高到207.8℃,壁厚最大到2.54 cm。許多非鐵材料采用釬焊。

  除少數(shù)特殊情況外,幾乎所有的工業(yè)用壓力容器都是焊接結(jié)構(gòu)。焊接工藝有許多種,如釬焊、鍛焊、氣焊、鋁熱劑焊、電弧焊、感應(yīng)電焊、接觸電阻焊、射流焊接等。壓力容器一般采用手工的或自動的,電弧焊或氣焊。對于焊接的工藝要求和操作者的資格,鍋爐和壓力容器規(guī)程都有詳細(xì)的說明。

  因為焊接接頭往往存在著某些焊接缺陷,如氣孔、夾渣、裂紋、未焊透、未熔合、咬邊等;存在著組織和性能的不均勻性。因此,焊接接頭的質(zhì)量直接反映了壓力容器的制造質(zhì)量。為提高焊接質(zhì)量,制造廠除嚴(yán)格焊工的培訓(xùn)和考核外,還應(yīng)該保持良好的焊接環(huán)境;按評定合格的焊接工藝施焊;做好焊接的預(yù)熱、后熱及焊后的熱處理工作。

  2.壓力容器安裝

  鍋爐和壓力容器的專業(yè)安裝單位須經(jīng)勞動部門審核批準(zhǔn)方可從事承壓設(shè)備的安裝工作。安裝作業(yè)必須嚴(yán)格執(zhí)行國家規(guī)范,按安裝規(guī)程的要求施工。安裝過程應(yīng)該對安裝質(zhì)量分段驗收和總體驗收。驗收由使用單位和安裝單位共同進(jìn)行,總體驗收應(yīng)有上級主管部門和勞動部門參加。

  設(shè)計中考慮的安全技術(shù)措施,制造中有關(guān)安全的技術(shù)要求,在安裝時也應(yīng)滿足。此外,支柱、平臺、扶梯等附件的制作和安裝都應(yīng)該符合有關(guān)規(guī)定的要求。安裝中還應(yīng)考慮基礎(chǔ)沉降危險及接管安全的問題。

  組裝焊件不得用強力使焊件對正;組裝所需的焊接耳柄、拉筋板等應(yīng)采用與容器相同的或焊接性能相似的材料;現(xiàn)場組裝的焊接容器應(yīng)對焊縫做表面探傷。對于脹接,為保證質(zhì)量事前應(yīng)做好試脹工作,確定合理的脹管率。在脹接過程中應(yīng)隨時檢查脹口的質(zhì)量,及時發(fā)現(xiàn)并消除缺陷。

  四、壓力容器定期檢驗

  壓力容器的定期檢驗,由當(dāng)?shù)劐仩t和壓力容器安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)授權(quán)或批準(zhǔn)的檢驗單位進(jìn)行。從事檢驗的人員應(yīng)經(jīng)當(dāng)?shù)貏趧尤耸虏块T考核批準(zhǔn)。

  1.檢驗周期

  壓力容器的定期檢驗周期,可分為外部檢查、內(nèi)外部檢驗和全面檢驗三個類型的周期。檢驗周期由使用單位根據(jù)容器的技術(shù)狀況和使用條件自行確定。但至少每年作一次外部檢查,每三年作一次內(nèi)外部檢驗,每六年作一次全面檢驗。

  壓力容器遇有以下情況,檢驗周期應(yīng)予縮短:用于強腐蝕介質(zhì)并在運行中發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重缺陷,每年至少進(jìn)行一次內(nèi)部檢驗;無法進(jìn)行內(nèi)部檢驗的容器,每三年進(jìn)行一次耐壓試驗;使用期已達(dá)15年,每兩年進(jìn)行一次內(nèi)外部檢驗;使用期已達(dá)20年,每年進(jìn)行一次內(nèi)外部檢驗;介質(zhì)對容器材料的腐蝕情況不明,材料焊接性能差或制造時多次產(chǎn)生裂紋并經(jīng)多次返修的容器,交付使用滿一年后應(yīng)進(jìn)行內(nèi)部檢驗。另外,壓力容器停用兩年以上,恢復(fù)使用前應(yīng)進(jìn)行內(nèi)外部檢驗,必要時進(jìn)行全面檢驗。

  壓力容器的檢驗周期在以下情況可以適當(dāng)延長:非金屬襯里完好、殼體無損壞,全面檢驗周期可適當(dāng)延長,但不得超過八年;非腐蝕介質(zhì)或有可靠的金屬襯里,經(jīng)1~2次內(nèi)部檢驗確認(rèn)無腐蝕,全面檢驗周期也可適當(dāng)延長,但不得超過九年。檢驗周期的延長應(yīng)慎重考慮,必須有可靠的科學(xué)依據(jù)。

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