压力容器基础知识.pdf

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1、压 力 容 器 设 计 基 础 压 力 容 器 设 计 基 础 一.概 述 1、标 准 适 用 的 压 力 范 围 G B 150-1998 钢 制 压 力 容 器 设 计 压 力 P：0.1-35 MPa真 空 度：0.02 MPaG B 151-1999 管 壳 式 换 热 器 设 计 压 力 P：0.1-35 MPa真 空 度：0.02 MPa公 称 压 力 PNW35 M P a,公 称 直 径 DNW2600mmPN DNH.75x104JB 4732-95 钢 制 压 力 容 器-分 析 设 计 标 准 设 计 压 力 P：0.1100 MPa真 空 度：0.02 MPaJ B/T

2、 4 7 3 5-1 9 9 7 钢 制 焊 接 常 压 容 器 设 计 压 力 P：圆 筒 形 容 器：-0.02 MPaP0.1 MPa立 式 圆 筒 形 储 罐、圆 筒 形 料 仓-500PaP0.2000 Pa矩 形 容 器：连 通 大 气 GB12337-1998 钢 制 球 形 储 罐 设 计 压 力 PW4MPa,公 称 容 积 V250M3JB4710-2000 钢 制 塔 式 容 器 设 计 压 力 P：0.1 35MPa（对 工 作 压 力 10m且 h/D（直 径）52.设 计 时 应 考 虑 的 载 荷 1）内 压、外 压 或 最 大 压 差；2）液 体 静 压 力 伫

3、 5%P）；需 要 时，还 应 考 虑 以 下 载 荷 3）容 器 的 自 重（内 件 和 填 料），以 及 正 常 工 作 条 件 下 或 压 力 试 验 状 态 下 内 装 物 料 的 重 力 载 荷；4）附 属 设 备 及 隔 热 材 料、衬 里、管 道、扶 梯、平 台 等 的 重 力 载 荷；5）风 载 荷、地 震 力、雪 载 荷；6）支 座、座 底 圈、支 耳 及 其 他 形 式 支 撑 件 的 反 作 用 力；7）连 接 管 道 和 其 他 部 件 的 作 用 力；8）温 度 梯 度 或 热 膨 胀 量 不 同 引 起 的 作 用 力；9）包 括 压 力 急 剧 波 动 的 冲 击

4、 载 荷；10）冲 击 反 力,如 流 体 冲 击 引 起 的 反 力 等；11）运 输 或 吊 装 时 的 作 用 力。3、设 计 单 位 的 职 责 1）设 计 单 位 应 对 设 计 文 件 的 正 确 性 和 完 整 性 负 责。2）压 力 容 器 的 设 计 文 件 至 少 应 包 括 设 计 计 算 书 和 设 计 图 样。3）压 力 容 器 的 设 计 总 图 应 盖 有 压 力 容 器 设 计 资 格 印 章。4.容 器 范 围 G B150管 辖 的 容 器 范 围 是 指 壳 体 及 其 连 为 整 体 的 受 压 零 部 件 1）容 器 与 外 部 管 道 连 接2）接

5、管、人 孔、手 孔 等 的 承 压 封 头、平 盖 及 其 紧 固 件 3）非 受 压 元 件 与 受 压 元 件 的 焊 接 接 头。接 头 以 外 的 元 件，如 加 强 圈、支 座、裙 座 等 4）连 接 在 容 器 上 的 仪 表 等 附 件。直 接 连 接 在 容 器 上 的 超 压 泄 放 装 置。5.定 义 压 力 除 注 明 者 外，压 力 均 为 表 压 力。工 作 压 力 Pw1）内 压 容 器 在 正 常 工 作 情 况 下，容 器 顶 部 可 能 出 现 的 最 高 压 力。2）真 空 容 器 在 正 常 工 作 情 况 下，容 器 可 能 出 现 的 最 大 真 空

6、度。3）外 压 容 器 在 正 常 工 作 情 况 下，容 器 可 能 出 现 的 最 大 内 外 压 力 差。设 计 压 力 Pd设 定 的 容 器 顶 部 的 最 高 压 力，与 相 应 的 设 计 温 度 一 起 作 为 设 计 载 荷 的 条 件，其 值 不 低 于 工 作 压 力。计 算 压 力 Pc计 算 压 力 指 在 相 应 设 计 温 度 下，用 以 确 定 元 件 厚 度 的 压 力，其 中 包 括 液 柱 静 压 力。当 壳 体 各 部 位 或 元 件 所 承 受 的 液 柱 静 压 力 小 于 5%设 计 压 力 时，可 忽 略 不 计。最 大 允 许 工 作 压 力

7、Pw在 指 定 温 度 下，压 力 容 器 安 装 后 顶 部 所 允 许 的 最 大 工 作 压 力。该 压 力 应 是 按 容 器 各 受 压 元 件 的 有 效 厚 度 减 去 除 压 力 外 的 其 他 载 荷 所 需 厚 度 后，计 算 得 到 的 最 大 允 许 工 作 压 力（且 减 去 元 件 相 应 的 液 柱 静 压 力）中 的 最 小 值。最 大 允 许 工 作 压 力 可 作 为 确 定 保 护 容 器 的 安 全 泄 放 装 置 动 作 压 力（安 全 阀 开 启 压 力 或 爆 破 片 设 计 爆 破 压 力）的 依 据。安 全 阀 的 开 启 压 力 Pz安 全

8、阀 阀 瓣 开 始 离 开 阀 座，介 质 呈 连 续 排 出 状 态 时，在 安 全 阀 进 口 测 得 的 压 力。爆 破 片 的 标 定 爆 破 压 力 Pb爆 破 片 铭 牌 上 标 的 爆 破 压 力。温 度 金 属 温 度 容 器 元 件 沿 截 面 厚 度 的 温 度 平 均 值。工 作 温 度 容 器 在 正 常 工 作 情 况 下 介 质 温 度。最 高、最 低 工 作 温 度 容 器 在 正 常 工 作 情 况 下 可 能 出 现 介 质 的 最 高、最 低 温 度。设 计 温 度 容 器 在 正 常 工 作 情 况,在 相 应 的 设 计 压 力 下，设 定 的 元 件

9、的 金 属 温 度。容 器 的 设 计 温 度 是 指 壳 体 的 金 属 温 度（沿 元 件 金 属 截 面 的 温 度 平 均 值）。试 验 温 度 试 验 温 度 指 压 力 试 验 时，壳 体 的 金 属 温 度。（3）厚 度 最 小 厚 度 6min容 器 壳 体 加 工 成 型 后 不 包 括 腐 蚀 裕 量 的 最 小 厚 度。计 算 厚 度 6 按 各 章 公 式 计 算 得 到 的 厚 度容 器 受 压 元 件 为 满 足 强 度 及 稳 定 性 要 求，按 相 应 公 式 计 算 得 到 的 不 包 括 厚 度 附 加 量 的 厚 度。厚 度 附 加 量 C=C1+C2设

10、计 容 器 受 压 元 件 时 所 必 须 考 虑 的 附 加 厚 度，包 括 钢 板（或 钢 管）厚 度 附 加 量 的 厚 度。设 计 厚 度 6d计 算 厚 度 与 腐 蚀 裕 量 之 和 名 义 厚 度（即 图 样 厚 度）6n设 计 厚 度 加 上 钢 材 厚 度 负 偏 差 后，向 上 圆 整 至 钢 材（钢 板 或 钢 管）标 准 规 格 的 厚 度。有 效 厚 度 6e名 义 厚 度 减 去 厚 度 附 加 量（腐 蚀 裕 量 与 钢 材 厚 度 负 偏 差 之 和）。二.材 料（一）选 材 的 基 本 原 则 选 择 压 力 容 器 用 材，须 根 据 容 器 的 使 用 条

11、 件（如 温 度、压 力、介 质 腐 蚀 性、介 质 对 材 料 的 脆 化 作 用 及 其 是 否 易 燃、易 爆、有 毒 等）、制 造 工 艺、材 料 的 焊 接 性 能 及 经 济 合 理 性 选 择 具 有 适 宜 的 机 械 性 能、耐 腐 蚀 性 能、物 理 性 能 等 的 材 料。注 意 在 同 一 工 程 中 应 尽 量 注 意 用 材 统 一，具 体 的 选 材 过 程 中 必 须 仔 细 考 虑 如 下 因 素：（二）材 料 的 基 本 性 能 1.机 械 性 能 金 属 的 机 械 性 能 是 指 金 属 材 料 在 外 力 作 用 下 表 现 出 来 的 特 性，如 强

12、度、弹 性、硬 度、韧 性 及 塑 性 等。也 可 称 为“力 学 性 能”。金 属 材 料 就 是 用 其 在 为 同 受 力 条 件 下 所 表 现 出 来 的 不 同 特 性 指 标，来 衡 量 金 属 材 料 的 机 械 性 能。（1）机 械 强 度 强 度 是 材 料 抵 抗 外 力 作 用 不 致 破 坏 的 性 能 特 性。常 用 的 特 性 指 标 有 屈 服 极 限（Ots）和 强 度 极 限（Ob）o 数 值 由 拉 伸 试 验 获 得。高 温 时 还 要 考 虑 蠕 变 极 限（otn）和 持 久 极 限（otD）。压 力 容 器 用 材 要 求 材 料 不 仅 具 有

13、高 的 屈 服 极 限，而 且 具 有 一 定 的 屈 强 比（os/ob）o 屈 强 比 反 映 了 材 料 承 受 外 载 能 力 的 能 力,屈 强 比 愈 小，结 构 零 件 的 可 靠 性 愈 高，万 一 超 载，由 于 塑 性 变 形 的 产 生 而 使 金 属 材 料 的 强 度 提 高 而 不 致 立 刻 破 坏。压 力 容 器 用 材 的 屈 强 比 一 般 为 0.60.7O碳 素 钢 的 屈 强 比 一 般 为 0.6左 右，低 合 金 高 强 度 钢 为 0.650.75,合 金 结 构 钢 为 0.85（2）塑 性 材 料 的 塑 性 是 指 金 属 材 料 在 外

14、力 作 用 下 产 生 塑 性 变 形 而 不 破 坏 的 能 力。材 料 的 塑 性 是 用 延 伸 率（6）及 断 面 收 缩 率（ip）来 表 示。它 们 的 数 值 由 拉 伸 试 验 获 得。一 般 情 况 下，塑 性 材 料 的 延 伸 率 和 断 面 收 缩 率 较 大，而 脆 性 材 料 则 较小。金 属 材 料 的 塑 性 指 标 在 压 力 容 器 设 计 具 有 重 要 的 意 义。首 先，塑 性 良 好 的 材 料 可 以 顺 利 地 进 行 某 些 成 型 工 艺，如 冷 冲 压、冷 弯 曲 等。其 次，良 好 的 塑 性 使 零 件 在 使 用 时 万 一 超 载，

15、也 能 由 于 塑 性 变 形 使 用 权 材 料 强 度 提 高 而 避 免 突 然 袭 击 断 裂。压 力 容 器 的 主 要 零 部 件 都 是 承 压 的，无 论 从 制 造 工 艺 的 要 求 不 是 从 使 用 安 全 的 要 求，都 希 望 金 属 材 料 具 有 良 好 的 塑 性。一 般 碳 钢、碳 镒 钢 任 16%,其 它 合 金 钢 8 1 4%。（3）硬 度 所 谓 硬 度 是 指 金 属 材 料 抵 抗 压 入 物 压 陷 能 力 的 大 小，也 可 以 说 是 材 料 对 局 部 塑 性 的 抗 力。硬 度 可 采 用 不 同 的 方 法 在 不 同 的 仪 器

16、上 测 定，其 所 得 的 硬 度 指 标 也 各 不 相 同。最 常 用 的 硬 度 指 标 为 布 氏 硬 度（HB）、洛 氏 硬 度（HRC）、和 维 氏 硬 度（HV）,其 数 值 可 以 互 相 换 算。硬 度 是 金 属 材 料 的 重 要 性 能 之 一。一 般 情 况 下，材 料 的 硬 度 高，其 耐 磨 性 也 较 好。材 料 的 硬 度 与 强 度 之 间 也 有 一 定 的 关 系（因 为 硬 度 是 反 映 材 料 局 部 塑 性 变 形 的 抗 力），根 据 经 验，硬 度 与 抗 拉 强 度 有 如 下 近 似 关 系：轧 制、正 火 或 退 火 的 低 碳 钢

17、ob=0.36HB;轧 制、正 火 或 退 火 的 中 碳 钢 ob=0.35HB;硬 度 HB250经 热 处 理 的 合 金 钢 ob=0.34HB;硬 度 HB250-400,经 热 处 理 的 合 金 钢 ob=0.33HB;由 于 测 定 硬 度 方 便，在 生 产 中 常 用 测 定 硬 度 的 方 法 来 估 算 钢 材 的 强 度。对 焊 接 接 头，也 常 用 测 定 热 影 响 区 硬 度 的 方 法 来 确 定 其 淬 硬 程 度。换 热 管 与 管 板 的 连 接 采 用 胀 接 时，换 热 管 材 料 的 硬 度 值 一 般 须 低 于 管板 材 料 的 硬 度 值。

18、螺 栓 和 螺 母 匹 配 使 用，一 般 螺 栓 材 料 的 硬 度 值 须 高 于 螺 母 3 0HBo（4）韧 性 韧 性 是 指 材 料 抵 抗 冲 击 载 荷 的 性 能 指 标，材 料 韧 性 用 冲 击 功 AKV来 衡 量，冲 击 功 AKV是 指 材 料 受 到 冲 击 负 荷 的 作 用 下，产 生 断 裂 时 所 消 耗 能 量 大 小 的 特 性，即 冲 击 试 样 所 消 耗 的 功，其 单 位 为 J。由 于 冲 击 功 AKV是 金 属 材 料 各 项 机 械 性 能 标 中 对 材 料 的 化 学 成 分、冶 金 质 量、组 织 状 态 及 内 部 缺 陷 等

19、比 较 敏 感 的 一 个 质 量 指 标，而 且 也 是 衡 量 材 料 脆 性 转 变 和 断 裂 特 性 的 重 要 指 标，所 以 对 压 力 容 器 用 钢 来 说，尤 其 是 低 温 压 力 容 器 冲 击 功 是 一 项 重 要 的 性 能 指 标。（5）温 度 对 材 料 机 械 性 能 的 影 响 材 料 的 屈 服 极 限、强 度 极 限 和 弹 性 模 量 随 温 度 的 升 高 而 降 低。如 果 设 备 的 操 作 温 度 较 高，则 必 须 选 用 在 相 应 温 度 下 能 保 持 其 强 度 指 标 的 材 料。如 果 材 料 在 高 温 下 承 受 高 的 应

20、 力，则 材 料 的 抗 蠕 变 性 能 是 关 键 性 的。材 料 蠕 变 极 限 指 在 某 一 温 度 下 受 恒 定 载 荷 作 用 时，在 规 定 的 持 续 时 间 内（10万 小 时）产 生 1%的 变 形 时 的 应 力;持 久 极 限 是 材 料 在 某 一 温 度 下 受 恒 定 载 荷 作 用 时，在 规 定 的 持 续 时 间 内（10万 小 时）引 起 断 裂 时 的 应 力.在 实 际 试 验 中，常 常 用 较 短 时 间 的 试 验 结 果 来 外 推 长 时 间 的 性 能，但 一 般 限 制 外 推 时 间 不 得 大 于 试 验 时 间 的 10倍。持 久

21、 强 度 是 高 温 元 件 设 计 选 材 的 重 要 依 据，是 GB150中 确 定 许 用 应 力 的 强 度 指 标 之 一.低 温 情 况 下，通 常 塑 性 金 属 材 料 往 往 以 脆 性 方 式 破 坏。引 起 钢 制 焊 接 压 力 容 器 脆 性 破 坏 的 因 素 非 常 复 杂。它 取 决 于 材 料 的 晶 格 结 构，板 材 的 厚 度，加 工 后 的 残 余 应 力、结 构 缺 陷 以 及 材 料 的 使 用 温 度。目 前 各 国 标 准 规 范 均 以 夏 比 V型 缺 口 冲 击 试 验 来 检 验 材 料 对 脆 性 破 坏 的 敏 感 性。2.耐 腐

22、 蚀 性 能 耐 腐 蚀 性 能 是 金 属 材 料 抵 抗 介 质 腐 蚀 的 能 力。压 力 容 器 中 处 理 的 介 质 大 多 数 具 有 腐 蚀 性 的，在 设 计 中 必 须 根 据 操 作 介 质 来 选 择 耐 腐 蚀 材 料。引 起 材 料 腐 蚀 的 因 素 多 种 多 样，工 程 中 常 将 常 见 的 腐 蚀 情 况 分 为：均 匀 腐 蚀、点 蚀、应 力 腐 蚀、晶 间 腐 蚀、氢 脆、磨 蚀 等。(1)均 匀 腐 蚀 均 匀 腐 蚀 是 在 整 个 金 属 表 面 均 匀 地 发 生 腐 蚀，这 种 腐 蚀 相 对 其 它 形 式 的 腐 蚀 其 危 害 最 小。

23、GB150中 C 2只 考 虑 均 匀 腐 蚀 C2=KB其 中 B设 计 寿 命(年)K腐 蚀 速 率(m m/年)一 般 分 为 不 腐 蚀 轻 微 腐 蚀 腐 蚀 重 腐 蚀 B mm/年 0.25C2 mm 0 1 2 3(2)应 力 腐 蚀 应 力 腐 蚀 是 指 金 属 在 持 久 拉 应 力 和 腐 蚀 性 环 境 联 合 作 用 下 产 生 腐 蚀 裂 纹，并 使 裂 纹 迅 速 扩 展，从 而 可 能 出 现 的 早 期 性 破 坏 的 腐 蚀 形 式.几 种 常 见 的 应 力 腐 蚀 环 境:a.碳 钢 及 低 合 金 钢 焊 制 化 工 容 器 对 介 质 NaOH的

24、应 力 腐 蚀 与 介 质 浓 度、温 度 有 关。当 NaOH溶 液 在 其 与 煌 类 的 混 合 物 中 体 积 大 于 等 于 5%时、也 应 根 据 NaOH溶 液 的 浓 度 符 合 该 要 求。NaOH溶 液 浓 度 小 于 等 于 1%或 NaOH溶 液 在 其 与 烧 类 的 混 合 物 中 体 积 小 于 5%时，不 受 此 限 制。NaOH溶 液 NaOH溶 液 重 量 2 3 5 10 15 20 30 40 50 60 70温 度 上 限()90 88 85 76 70 65 54 48 43 40 38当 超 过 以 上 范 围 的 碳 钢、低 合 金 钢 材 料

25、需 焊 后 进 行 消 除 应 力 热 处 理。b.湿 H2S应 力 腐 蚀 介 质 同 时 符 合 下 列 条 件 时，即 为 湿 H 2s应 力 腐 蚀 环 境：温 度 小 于 等 于(60+2P)；P 为 压 力，MPa H 2s分 压 大 于 等 于 0.00035MPa即 相 当 于 常 温 在 水 中 H2S溶 解 度 大 于 等 于 10p.p.m；介 质 中 含 有 液 相 水 或 处 于 水 的 露 点 温 度 以 下；P H 9或 有 氟 化 物(HCN)存 在。C.液 氨 应 力 腐 蚀 环 境 当 容 器 接 触 的 液 氨 介 质 同 时 符 合 下 列 各 项 条

26、件 时;即 为 液 氨 应 力 腐 蚀 环 境：介 质 为 液 态 氨，含 水 量 不 高（W0.2%），且 有 可 能 受 空 气（0 2 或 CO2）污 染 的 场 合；使 用 温 度 高 于-5。对 于 应 力 腐 蚀 环 境 的 容 器 除 进 行 焊 后 消 除 应 力 热 处 理，在 焊 接 要 求、焊 接 接 头 硬 度 等 方 面 都 要 提 出 具 体 要 求。奥 氏 体 不 锈 钢 材 料 在 氯 化 物 溶 液、高 温 水、高 浓 度 NaOH等 介 质 往 往 产 生 应 力 腐 蚀。（3）氢 腐 蚀 环 境 氢 在 常 温 常 压 下 不 会 对 铁 碳 合 金 引

27、起 氢 蚀，当 温 度 在 200 300 发 生“氢 脆”，金 属 在 高 温 下 与 氢 反 应 生 成 甲 烷，甲 烷 气 在 晶 界 空 隙 内 引 起 裂 纹，使 材 料 的 塑 性 降 低，引 起 这 种 腐 蚀 有 合 成 氨、合 成 甲 醇、石 油 加 氢 等 工 业 生 产，设 计 温 度 大 于 等 于 200C与 氢 气 氛 相 接 触 的 压 力 容 器 用 钢 应 按 纳 尔 逊 曲 线 选 材，并 应 留 有 20 以 上 的 温 度 安 全 裕 度。满 足 于 曲 线 的 碳 素 钢 和 珠 光 体 耐 热 钢 在 氢 气 氛 中 使 用 须 经 过 焊 后 消

28、除 应 力 热 处 理。奥 氏 体 不 锈 钢 在 氢 分 压 范 围 的 氢 气 中 使 用 都 是 满 意 的，焊 后 也 无 必 要 进 行 消 除 应 力 热 处 理。（4）晶 间 腐 蚀 可 能 引 起 晶 间 腐 蚀 环 境 必 须 是 存 在 电 解 质 的 电 化 学 腐 蚀 环 境，奥 氏 体 不 锈 钢 晶 间 腐 蚀 的 电 解 质 主 要 是 酸 性 介 质。如：工 业 醋 酸、甲 酸、硝 酸、草 酸、盐 酸、硫 酸、磷 酸 等。防 晶 间 腐 蚀 的 措 施：1）固 熔 化 处 理 2）降 低 钢 中 碳 含 量 3）添 加 稳 定 碳 化 物 的 元 素（Nb.Ti

29、.Ni）3.材 料 的 物 理 性 能 材 料 的 主 要 物 理 性 能 包 括：密 度 P、导 热 系 数 入、比 热 c、熔 点 tm、线 膨 胀 系 数 a 等。在 不 同 的 使 用 场 合，对 材 料 的 物 理 性 能 有 不 同 的 要 求，如 用 于 传 热 表 面 的 材 料 要 求 有 较 高 的 导 热 系 数。4.制 造 工 艺 性 能 材 料 的 工 艺 性 能，选 择 不 合 适，会 造 成 加 工 困 难。压 力 容 器 应 考 虑 的 制 造 工 艺 性 能 有 焊 接 性、锻 造 性、切 削 加 工 性、热 处 理 性 及 冲 压 性 等。对 压 力 容 器

30、 来 说 重 要 的 是 材 料 的 焊 接 性,一 般 控 制 材 料 的 含 碳 量 小 于 0.25%o 材 料 的 含 碳 量 越 高，热 影 响 区 的 硬 化 与 脆 化 倾 向 越 大，在 焊 接 应 力 作 用 下 容 易 产 生 裂 纹。奥 氏 体 不 锈 钢 的 使 用 温 度 高 于 525C时，钢 中 含 碳 量 应 不 小 于 0.04%0因 为 奥 氏 体 不 锈 钢 的 使 用 温 度 500550 时，钢 中 含 碳 量 太 低,强 度 和 抗 氧 化 性 会 显 著 下 降。（三）压 力 容 器 用 钢 1.钢 板（1）碳 钢 压 力 容 器 常 用 的 是

31、碳 素 结 构 钢，包 括 普 通 碳 素 结 构 钢 和 优 质 碳 素 结 构 钢。a.普 通 碳 素 结 构 钢 普 通 碳 素 结 构 钢 的 技 术 要 求，按 碳 素 结 构 钢 规 定。质 量 分 A、B、C、D 四 级，以 脱 氧 方 法 不 同 又 分 沸 腾 钢、半 镇 静 钢、镇 静 钢。镇 静 钢，是 钢 液 在 浇 注 前 经 过 完 全 脱 氧，凝 固 时 不 沸 腾，故 称 镇 静 钢。这 种 钢 锭 内 无 气 泡，钢 材 质 量 较 高。钢 牌 号 由 代 表 屈 服 强 度 的 字 母，屈 服 强 度 值，质 量 等 级 符 号 等 部 分 组 成，如：Q2

32、15-A Q215-B Q235-A Q235-B Q235-C Q235-D Q255-A 255-B钢 板 使 用 范 围 GB700-88 P（MPa）T（）6（mm）介 质 限 制 Q235-B（做 常 温 冲 击 试 验）1.6 0-350 20 不 得 用 于 毒 性 为 高 度、极 度 危 害 介 质 Q235-C（做 0 冲 击 试 验）2.5 0-350 30Q235-D（做-10 冲 击 试 验）沸 腾 钢，是 在 钢 的 冶 炼 过 程 中 加 入 弱 脱 氧 剂（镒 铁）脱 氧，因 此 在 钢 液 中 还 保 留 相 当 数 量 的 FeO,在 浇 注 与 凝 固 时，

33、由 于 碳 和 FeO反 应,钢 液 中 不 断 析 出 C O,产 生 沸 腾，故 称 为 沸 腾 钢，如 牌 号 Q235-AF这 种 钢 锭 成 材 率 高，但 在 钢 锭 内 有 许 多 小 气 泡（该 气 泡 在 锻 轧 时 能 排 除），且 偏 析 较 严 重，因 此，不 能 确 保 容 器 安 全 运 行，避 免 和 减 少 事 故 的 发 生，在 各 国 压 力 容 器 设 计 规 范 中 都 对 其 使 用 加 以 限 制。半 镇 静 钢 介 于 沸 腾 钢 与 镇 静 钢 之 间，用“b”来 代 替“F”。b.优 质 碳 素 结 构 钢 优 质 碳 素 结 构 钢 与 普

34、通 碳 素 结 构 钢 相 比：硫、磷 含 量 较 少，机 械 强 度 较 高。按 GB699-88 优 质 碳 素 结 构 技 术 条 件 规 定。压 力 容 器 用 钢 与 锅 炉 用 钢 类 同，首 先 要 求 保 证 足 够 的 强 度，还 要 有 足 够 的 塑 性，质 地 均 匀 等。因 此，必 须 用 杂 质 和 有 害 气 体 容 量 较 低 的 碳 镇 静 钢。对 于 专 业 用 钢 符 号，只 需 在 优 质 碳 素 钢 后 面 加 字 母“R”、“g”,如：20R、20go(2)低 合 金 钢 低 合 金 钢 是 指 钢 中 合 金 元 素 总 含 量 在 25%以 下

35、的 钢 种，与 一 般 碳 素 钢 相 比，它 的 机 械 性 能 提 高 了，耐 热 性、耐 腐 蚀 性、耐 磨 性 都 有 所 提 高。因 此，它 在 压 力 容 器 制 造 业 中 得 到 广 泛 的 应 用。压 力 容 器 用 低 合 金 高 强 度 的 钢 的 屈 服 强 度 范 围 为 294696MPa。a.低 合 金 钢 中 最 常 用 的 有：16M nR,它 不 仅 硫、磷 含 量 控 制 较 严，更 重 要 的 是 要 求 保 证 足 够 的 冲 击 韧 性，在 钢 材 验 收 方 面 也 比 较 严 格。因 此 其 使 用 压 力 不 受 限 制。使 用 温 度 下 限

36、 可 达-2 0 C,是 目 前 应 用 极 广 的 好 材 料。b.中 温 抗 氢 钢 氢 在 常 温 压 下 不 会 对 铁 碳 合 金 引 起 显 著 的 腐 蚀，但 当 温 度 为 200300,压 力 高 于 30MPa则 将 产 生 极 强 的 腐 蚀 作 用，发 生 所 谓“氢 脆”现 象。这 种 腐 蚀 常 常 是 合 成 氢、合 成 甲 醇、石 油 加 氢 等 工 业 中 设 备 破 坏 的 主 要 原 因。它 们 都 在 高 温 高 压 氢 的 环 境 中 工 作，会 发 生 氢 腐 蚀 破 坏，氢 渗 入 钢 中 与 钢 中 渗 碳 体 发 生 反 应 生 成 甲 烷，使

37、 渗 碳 体 脱 碳 变 为铁 素 体。甲 烷 气 集 积 于 晶 界 的 微 空 隙 内，形 成 局 部 高 度 应 力 集 中 而 引 起 裂 纹 甚 至 鼓 泡，渗 碳 体 还 原 为 铁 素 体 时 体 积 缩 小 约 7%,由 此 产 生 组 织 间 的 应 力，更 促 进 裂 纹 发 展，这 时 裂 纹 的 扩 展 又 给 氢 与 碳 的 结 合 提 供 了 条 件，使 钢 完 全 脱 碳 而 产 生 裂 纹，这 就 是 氢 腐 蚀 的 实 质。它 既 可 能 发 生 在 金 属 表 面 也 可 发 生 在 金 属 内 部。因 此，它 是 一 种 十 分 危 险 的 晶 间 型 破

38、 坏。防 止 氢 腐 蚀 的 途 径 有：一 是 降 低 钢 中 碳 的 含 量，例 如 采 用 微 碳 纯 铁，可 以 完 全 消 除 氢 腐 蚀 产 生 的 根 源；二 是 采 用 抗 氢 钢，在 钢 中 加 入 铝、铭、鸽、锯、钛 等 元 素，形 成 稳 定 的 铭、铝 等 碳 化 物，使 氢 与 碳 不 能 结 合。我 国 生 产 的 中 温 抗 氢 钢 有：15CrMoR 14Cr1MoR等。c.低 温 用 钢 压 力 容 器 的 破 坏 通 常 都 是 由 于 内 压 产 生 的 机 械 应 力 达 到 容 器 材 料 的 强 度 极 限 而 发 生 的。但 是，当 温 度 降 低

39、 到 某 一 范 围 后，容 器 壁 内 的 应 力 在 没 有 达 到 屈 服 限，甚 至 低 于 许 用 应 力 的 情 况 下 也 会 发 生 破 坏。相 同 的 材 料，相 同 规 格 的 容 器 温 度 愈 低，容 器 的 爆 破 压 力 也 愈 低。这 种 现 象 称 为 低 应 力 脆 性 破 坏。产 生 容 器 低 应 力 破 坏 的 主 要 原 因 之 一 是 由 于 钢 材 在 低 温 下 的 冲 击 功 值 明 显 下 降，因 此，低 温 用 钢 的 质 量 在 很 大 程 度 上 取 决 于 在 使 用 温 度 下 冲 击 功 的 大 小。低 温 容 器 受 压 元 件

40、 用 钢 必 须 是 镇 静 钢，碳 素 钢 和 低 合 金 钢 板 使 用 温 度 低 于 或 等 于-20 时，其 使 用 状 态 及 最 低 冲 击 试 验 温 度 应 符 合 GB150中 4 2 8 节 表 4-2的 要 求。在 低 温 容 器 中 的 受 压 元 件 均 必 须 进 行 低 温 夏 比(V 型 缺 口)冲 击 试 验,钢 材 应 按 批 进 行 冲 击 试 验 复 验。(3)高 合 金 钢 高 合 金 钢 的 合 金 元 素 总 含 量 大 于 1 0%,其 中 奥 氏 体 不 锈 钢 在 常 温 和 低 温 下 有 很 高 的 塑 性 和 韧 性，不 具 磁 性。

41、由 于 这 种 钢 是 单 相 的 奥 氏 体 组 织，在 许 多 介 质 中 有 很 高 的 耐 蚀 性。其 中 锅 是 不 锈 耐 酸 钢 抗 氧 化 性 耐 蚀 性 的 基 本 元 素，合 金 中 含 碳 量 的 增 加 将 降 低 耐 蚀 性 能，所 以 该 含 碳 量 0.080.12%左 右 为 高 碳 级 不 锈 钢，钢 号 前 以“1”表 示。含 碳 量 0.03C0.08%为 低 碳 级 不 锈 钢，钢 号 前 以“O”表 示。含 碳 量 W0.03%为 超 低 碳 级 不 锈 钢，钢 号 前 以“00”表 示。奥 氏 体 辂 银 不 锈 钢 压 力 容 器 在 加 工 和

42、使 用 过 程 中，在 4004 50 c下 重 复 加 热，并 且 持 续 时 间 较 长 时，就 会 产 生 晶 间 腐 蚀 而 破 坏。通 常 把 上 述 温 度 称 为 危 险 温 度。因 此，在 不 锈 钢 焊 接 过 程 中，其 焊 缝 热 影 响 区 产 生 晶 间 腐 蚀 危 险 特 别 大，这 是 由 于 在 焊 接 后 的 冷 却 过 程 中，要 通 过 危 险 温 度 的 缘 故。为 此 在 不 锈 钢 件 焊 接 时，要 求 各 连 接 件 同 时 达 到 熔 点。这 对 等 厚 板 容 易 保 证，而 当 两 连 接 件 相 差 较 多 时，就 要 注 意 将 厚 板

43、 削 薄；容 器 壳 体 上 的 纵 焊 缝 不 允 许 与 环 焊 缝 十 字 交 叉，必 须 将 两 条 焊 缝 拉 开 一 段 距 离 该 距 离 应 大 于 名 义 厚 度 的 三 倍，且 不 小 于 100mm0不 锈 钢 的 导 热 系 数 人 是 碳 钢 的 1/31/4,而 它 的 线 膨 胀 系 数 a 却 是 碳 钢 的 1.5倍。因 此，在 焊 接 时 必 须 注 意，否 则 会 引 起 很 大 的 残 余 应 力。压 力 容 器 常 用 的 此 类 板 材 的 钢 号 有：O C h8N i9、OCr18Ni10Ti OCr17Ni12Mo2；2.钢 管 选 用 钢 管

44、 应 根 据 容 器 的 具 体 设 计 条 件，尽 量 选 用 和 容 器 相 匹 配 的 材 料，和 容 器 一 样 注 意 碳 素 钢、碳 镒 钢 在 高 于 425C温 度 下 长 期 使 用，钢 中 碳 化 物 相 的 石 墨 化 倾 向，奥 氏 体 不 锈 钢 在 特 定 条 件 下 的 晶 间 腐 蚀 倾 向 对 于 较 高 压 力 的 接 管 或 以 增 加 壁 厚 作 为 开 孔 补 强 时，根 据 需 要 选 用 标 准 中 壁 厚 较 大 的 无 缝 钢 管。换 热 管 用 钢 管 使 用 还 应 符 合 GB15 1的 规 定。3.锻 件 锻 件 按 使 用 要 求 分

45、 为 I、I I、III、IV四 个 级 别，每 个 级 别 的 检 验 要 求 及 指 标 要 求 按 JB47264728-94规 定。用 作 圆 筒 和 封 头 的 筒 形 和 碗 形 锻 件 及 公 称 厚 度 大 于 300m m的 低 合 金 钢 锻 件 应 选 用 HI级 或 W级。a）筒 形 锻 件（LD）,t为 公 称 厚 度 b）环 形 锻 件（L&D）,1 和 t 中 的 小 者 为 公 称 厚 度 c）饼 形 锻 件（t4D）,t为 公 称 厚 度 d）碗 形 锻 件（HMD）,t1和 t 2 中 的 小 者 为 公 称 厚 度 e）长 颈 法 兰 锻 件（HMD）t1

46、和 t 2 中 的 小 者 为 公 称 厚 度 f）条 形 锻 件（LD）,D为 公 称 厚 度锻 件 的 级 别 由 设 计 单 位 确 定，并 应 在 图 样 上 注 明，如 16MnRH。4.紧 固 件 紧 固 件 的 使 用 温 度 范 围 应 符 合 GB150表 4-10,螺 栓 的 硬 度 应 比 螺 母 稍 高（HB30）,可 通 过 选 用 不 同 钢 材 或 不 同 热 处 理 而 获 得。表 紧 固 件 的 使 用 温 度 范 围 螺 柱 钢 号 螺 母 用 钢 钢 号 钢 材 标 准 使 用 温 度 范 围（）其 它 限 制 Q235-A35 Q215-AQ235-A

47、GB700（使 用 状 态，热 轧）-1 9-3 0 0适 用 于 P 10.0Mpa容 器.密 封 要 求 高 时,使 用 温 度 宜 小 于 等 于 200 40MnB、40MnVB40Cr 3540Mn35 GB699（正 火）-1 9 4 0 0适 用 于 P2.5Mpa容 器 及 密 封 要 求 高 时，使 用 温 度 宜 小 于 等 于 40030CrMoA35CrMoA40Mn45GB699GB3077-19-400 适 用 于 P2.5Mpa容 器 及 密 封 要 求 高 时，使 用 温 度 宜 小 于 等 于 400 25Cr2MoVA 30CrMoA35CrMoA GB30

48、77（调 质）-1 9 5 0 0适 用 于 P2.5Mpa容 器 及 密 封 要 求 高 时，使 用 温 度 宜 小 于 等 于 500 1Cr5Mo 1Cr5Mo GB1221-19-600 适 用 于 高 温 密 封 0Cr18Ni9 0Cr18Ni9 GB1220（固 溶）-253-7000Cr17Ni12Mo2 0Cr17Ni12Mo2 GB1220（固 溶）-253-7005.焊 接 材 料 钢 制 压 力 容 器 的 溶 化 焊 接 方 法 有 手 工 电 弧 焊、埋 弧 自 动 焊、等 离 子 弧 焊、气 体 保 护 焊 和 电 渣 焊。焊 接 方 法 在 条 件 允 许 的

49、条 件 下 首 先 选 用 自 动 焊。手 工 焊 焊 条 是 由 焊 条 芯 和 药 皮 两 部 分 组 成。焊 条 芯 起 导 电 和 填 充 焊 缝 金 属 的 作 用，它 的 化 学 成 分 和 非 金 属 夹 杂 物 的 多 少 将 直 接 影 响 焊 缝 质量。药 皮 则 用 于 保 证 焊 接 顺 利 进 行 并 使 焊 缝。一 定 的 化 学 成 分 和 机 械 性 能，是 决 定 焊 缝 金 属 质 量 的 主 要 因 素 之 一。焊 条 药 皮 类 型 较 多，但 大 致 可 分 为 酸 性 焊 条 和 碱 性 焊 条 两 大 类。药 皮 中 不 采 用 强 碱 性 氧 化

50、 物 而 熔 渣 中 含 有 较 多 强 酸 性 氧 化 物 的 钛 型、钛 钙 型、钛 铁 矿 型、氧 化 铁 型 以 及 镒 型 等 类 焊 条 称 为 酸 性 焊 条。而 不 含 铁 或 镒 等 氧 化 物 的 低 氢 型 焊 条 称 为 碱 性 焊 条。采 用 碱 性 焊 条 焊 接 时.，大 理 石 分 解 成 CaO和 大 量 的 二 氧 化 碳 作 为 保 护 气 体，与 酸 性 焊 条 相 比 较，保 护 气 体 中 氢 很 少，因 此 又 称 为 低 氢 焊 条。酸 性 焊 条 由 于 氧 化 性 强，对 合 金 元 素 损 量 大，脱 氢、脱 硫、脱 磷 能 力 弱，故 其