压力容器讲座日上午刘福录

1、 压力容器设计工程师 培训教材 目 录24.1 型式24.2 球壳板24.3 装量高度24.4 标准24.5 设计24.6 材料24.7 零部件附件24.8 球壳板成形 24.9 组焊24.10 无损检测24.11 焊后整体热处理24.12 产品焊接试板24.13 压力试验和气密性试验24.14 特种球罐球 形 储 罐 简 介 球形容器在石油化工冶金城市煤气等工业领域被广泛应用于储存液化石油气液化天然气液氨液氮液氢液氧天然气城市煤气压缩空气等物料。我们把用于储存液体和气体物料的球形容器称为球形储罐。 球形储罐壳体受力均匀,在相同直径和相同工况下,球形容器的薄膜应力仅为圆筒形容器环向应力的一半,

2、相应承压能力强且相同容积下球壳表面积最小,质量轻但因球形储罐容积大,需制造厂成形球壳板,安装单位现场组装焊接,制造安装有一定难度,技术要求相对较高。24.1 型式 球形储罐型式多样,从形状看有圆球形和椭球形从壳体的层数看,有单层多层双金属层和双重壳球罐从支承方式看有柱式和裙式从球壳板结构型式分有桔瓣式足球瓣式和混合式(见图24-1)。(a)桔瓣式 (b)足球瓣式 (c)混合式图24-1 球壳板结构型式 思考题 1、 球形储罐的主要特点是什么2、球壳板结构型式分几种各有什么优缺点 24.2 球壳板设计 球壳板设计要点 （1）球壳板的几何尺寸应尽可能大。 GB12337规定了每块球壳板均不得拼接,

3、球壳板最小宽度不小于500mm。 （2）选择合适的钢板规格,提高板材利用率。 （3）规格要少,互换性要好。 （4）相邻带纵焊缝应相互错开。 （5）焊缝布局应均匀,减少装配应力拘束应力与残余应力。 思考题 球壳板设计应考虑那些要点？ （6）必须考虑压机及起重能力。 设计时须综合考虑以上各要点,经验表明,采用宽而不很长的钢板来制作球壳板是比较经济的。24.3 装量高度 规定了盛装液化气体(含液化石油气)的固定式压力容器装量系数一般取0.9。对容器容积经实际测定者,可取大于0.9,但不得大于0.95。 球罐装量系数与装量高度关系: 装量系数K系球缺体积V与球壳体积V之比值:3234)3(iRHRiH

4、VVK 思考题: 1、 对盛装液化石油气的球罐装量系数有何规定 2、试计算内径15700mm,2000m3乙烯罐,其装量高度为12300时的装量系数是多少表24.3 常用装量系数K与装量高度系数k的关系 K 0.80 0.85 0.90 k 0.7129 0.7556 0.8042 24.4 标准 国内现行的球罐标准有GB12337-1998钢制球形储罐,GB50094-98,GB/T17261-1998 ,SH512-90,SH3048-99等。 GB12337-1998和 GB50094-98在我国都具有技术法规的效用,且为球罐工程建造的强制性国家标准。表24.4-2列出了两项标准在控制值

5、上存在的差异。24.4-2 GB12337 与 GB50094 控制值的差异 项 目 GB12337 GB50094 支柱安装找正后,H8m 时,在球罐径向和周向两个方向的垂直允许偏差mm 10 12 碳素钢球壳对接接头应进行 100%射线或超声检测的厚度 mm 30 38 碳素钢应进行焊后热处理的厚度 mm n32 n34 20R 16MnR 热处理工艺 60025 62525 热处理升降温控制起始点 400 300 压力试验时对液体温度要求 5 0 思考题: 1、 GB12337-1998主要包括哪些内容2、GB12337-1998适用范围是什么3、GB12337-1998与GB50094

6、-98两者关系如何 24.5 设计 设计压力和设计温度是球罐设计的两大参数。 球壳的计算需计入液柱净压力。 球罐的腐蚀裕量取不小于1mm。 球罐设计时应考虑以下载荷: 1、压力 2、液体静压力 3、球罐自重（包括内件）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、附属设备与隔热材料管道支柱拉杆梯子平台等的重力载荷 5、风载荷,地震力,雪载荷。 序号 内容 公式 备注 1 设计温度下球壳的 计算应力 eeDiPcit4)(t Pci 计算压力包括液柱静压力 MPa t设计温度下球壳材料许用应力 MPa 操作状态下 cWWZmMAWEXp)8 . 01 (000 2 支柱稳定性 液压试验

7、 状态下 cWWZmMAWEXTpT)8 . 01 (0 c支柱材料许用应力 5 . 1sc，MPa 3 地脚螺栓的螺纹小径 dB BBdCnFsFc13. 1 B地脚螺栓材料许用剪应力 sB4 . 0，MPa 表24.5 球罐设计中应校核的内容 序号 内容 公式 备注 拉杆螺纹小径 TTrCFd13. 1 拉杆材料许用应力 5 . 1s，MPa 销子直径 prpTd8 . 0 p销子材料的许用剪应力 sp4 . 0，MPa 耳板厚度 cpTcdF c耳板材料许用应力 5 . 1sc，MPa 翼板厚度 2ssca s翼板材料的屈服点 MPa 耳板与支柱 的焊缝 WTSLF1141. 1 w焊缝

8、材料的许用剪应力 sw4 . 0，MPa 4 拉杆 焊缝强度 拉杆与翼板 的焊缝 wTSLF2282. 2 w焊缝的许用剪应力 sw4 . 0，MPa 序号 内容 公式 备注 操作状态下 t001 t设计温度下球壳材料许用应力 MPa 5 支柱与 球壳连接 最低点 a 的应力 液压试验 状态下 s9 . 01 s试验温度下球壳材料的屈服点,MPa 6 支柱与球壳连接焊缝的 强度校核 wwwSLW41. 1 w焊缝的许用剪应力 asw4 . 0，MPa 7 底板厚度 bbbbcbCL23 b底板材料许用弯曲应力 5 . 1sb，MPa 思考题: 1、 球罐设计应考虑哪些载荷？2、 怎样计算球壳厚

9、度？ 24.6 材料 球罐用钢应考虑球罐的使用条件(如设计温度设计压力物料特性等)材料的焊接性能球罐的制造工艺和组焊要求以及经济合理性。球罐用钢许用应力按GB12337 3.6节选取。 24.6.1球壳用钢板 钢板的标准及使用状态见表24.6-1。表 24.6-1 钢板的标准使用状态 钢号 20R 16MnR 15MnNbR 07MnCr MoVR 16MnDR 07MnNiCr MoVDR 钢板 标准 GB6654 GB3531 使用 状态 30 热轧 30 正火 正火 调质 正火 调质 厚度 6-100 6-120 10-60 16-50 6-100 16-50 24.6.2球罐用锻件 球

10、罐用锻件主要用于人孔和接管。锻件应有足够强度塑性和韧性,用于焊接时还应注意其可焊性。锻件用材一般依据球壳用材进行选取,见表24.6-5。 锻件级别由设计者确定,并在图样中注明如16Mn。人孔锻件的级别不应低于级,大于DN150的接管用锻件级别一般也不应低于级。 表 24.6-5 按球壳用钢选取锻件钢号 球壳钢号 20R 16MnR 15MnNbR 16MnDR 07MnNiCr MoVDR 锻件钢号 20 16Mn 20MnMo 16MnR 08MnNiCr MoVD 锻件标准 JB4726 JB4727 24.6.3焊条 焊条应具有质量部门证明书,质量证明书应包括熔敷金属的化学成分力学性能扩

11、 散 氢 含 量 等 。 各 项 指 标 应 符 合GB/T5117,GB/T5118,GB/T984等标准的有关规定。 球罐的焊缝以及直接与球罐焊接的焊缝,应选用低氢型药皮焊条,并按批号进行扩散氢试验,方法按GB/T3965的规定进行。 思考题: 1、 球罐所用材料许用应力如何选取 2、球罐用钢应考虑哪些因素 3、球罐用国产钢板有哪些对其使用状态有何要求 4、设计温度低于0而高于-20的球罐用钢板有什么要求 5、球罐用钢板什么情况下应逐张进行超声检测,其检测标准号及质量等级是什么 24.7零部件附件 球罐除球壳板外,通常还有人孔接管支柱拉杆平台梯子安全附件等组成。 24.7.1人孔接管 球罐

12、上一般开设物料进出口压力表温度计液位计口安全阀口放空口排污口等。球壳上下极板上应各设置一个公称直径不小于500mm的人孔。 接管多采用厚壁管或整体锻件凸缘补强措施,球罐接管应尽量设计在上下极带上,便于集中控制。24.7.2支柱拉杆 球罐支承有柱式和裙式两大类。裙式包括圆筒裙式支承,锥形支承及用钢筋混凝土连续基础支承的半埋式支承锥底支承。柱式包括赤道正切柱式支承V型柱式支承和三合一柱式支承。支柱盖板壳体盖板支柱壳体壳体盖板支柱支柱形柱连接板壳体盖板托板向视图向视图形柱翻边加托板直接连接图24.7-1支柱与壳体的连接形式1.支柱 支柱顶部与球壳的连接结构分平板式半球式和椭圆式三种。GB12337规

13、定用球形或椭圆形的防雨盖板。 支柱下部与球壳的连接结构有直接连接加托板U形柱和翻边四种,见图24.7-1。2.拉杆 拉杆结构有可调式和固定式两种。松紧节拉杆支耳支耳拉杆固定板可调式固定式图24.7-3 拉杆的连接形式24.7.3平台梯子 球罐外部设有顶部平台,中间平台以及为了从地面进入这些平台的斜梯直梯或盘梯。大型球罐为便于检修可在内部设置旋转的内梯。24.7.4隔热保冷 储存液化石油气可燃性气体及有毒气体的球罐壳体和支柱,应设置隔热设施。隔热设施可采用水喷淋装置或采用不燃性绝热材料覆盖。降温喷淋装置应设计成可向整个球罐表面均匀淋水,其淋水量按球罐外表面积的0.03L/S.m2进行计算。 当球

14、罐中储存低温物料(如乙烯液化天燃气液氨等)时应设置保冷设施,保冷结构应充分防止外界热量侵入储罐本体。保冷材料的厚度原则上应为保证在外层材料表面不结露的厚度。保冷结构要在地震风载雨消防水的压力影响之下,能保证绝热的效果。24.7.5附件 1 、消防喷淋装置 2、 压力表 3、 温度计 4、 液位计 5、 安全阀 6、 紧急切断阀 7、 接地1、球罐采用赤道正切柱式支承有什么优缺点2、球壳与支柱连接有哪些形式常用何种结构3、支柱结构设计时应考虑哪些因素4、在什么情况下球罐要装设水喷淋装置5、球罐安全阀设置有何规定 思考题: 24.8 球壳板成形 球壳板由制造单位压制成形。制造单位下料前应按质量证明

15、书对钢材进行验收,必要时尚应复验,并按标准或图样要求进行冲击试验和超声检测。 24.8.1下料 球壳板下料方法有二次下料法和一次下料法两种。 24.8.2 成型 球壳板可采用冷压或热压(温压)成形。 调质钢应采用冷压成形法。 1、球壳板表面质量曲率几何尺寸允差有何要求 2、球壳板坡口表面应符合哪些要求 3、用07MnCrMoVR,07MnNiCrVDR钢板制造球壳板应采用什么方法成形 思考题:24.9 组焊 24.9.1零部件组焊 分段支柱上段与赤道板人孔接管与极板应在制造单位组焊,并进行消除应力热处理。若有后热消氢处理要求者应焊后立即进行。 24.9.2组焊 球罐组焊前应对基础尺寸进行检查,

16、对零部件进行复验。底板与基础拉杆与支柱的固定连接应在压力试验合格后进行。 1、组焊 组焊方法从装与焊的关系来看,有分片组焊法和分带组焊法之分。 2、焊接 组焊单位在焊接工艺评定前,应针对钢板的钢号厚度焊接方法及焊接材料选取适宜的方法进行裂纹试验。焊接予热温度由组焊单位通过焊接裂纹试验及焊接工艺评定确定。 思考题: 1、分段支柱的上段与赤道板的组焊为什么要在制造单位进行组焊后质量控制有何要求 2、球罐在焊接工艺评定前对裂纹试验有什么要求 3、在什么情况下球壳焊缝焊后必须立即进行消氢处理24.10 无损检测 从事球罐无损检测人员,必须持有质量技术监督部门颁发的有效期内的锅炉压力容器无损检测人员技术

17、等级资格证书。取得级以上证书的人员方可填写和签发检验报告。焊缝表面的形状尺寸及外观检查合格后,方可进行无损检测。用有延迟裂纹倾向钢材制作的球罐,应在焊接结束至少经36h后.方可进行焊缝的无损检测。 思考题: 1、 对有延迟裂纹倾向的钢材,在探伤时有何规定 2、球罐对接接头在什么情况下要进 100%的射线或超声检测 24.11 焊后整体热处理 球罐焊后整体热处理应在水压试验前进行。 焊后热处理的目的是释放残余应力,改善焊接接头的塑性和韧性,恢复冷作时的予应变和时效而丧失的性能,以避免应力腐蚀。 思考题: 1、球罐焊后热处理目的是什么哪些球罐应进行整体热处理 2、球罐焊后整体热处理对支柱有何要求 24.12 产品焊接试板 球罐焊接试板通常有三种:焊工考试试板焊接工艺试板和产品焊接试板。 每台球罐应做横焊立焊和平焊加仰焊三个位置的产品试板各一块。 当产品焊接试板被判为不合格时,允许将试板及其所代表的球罐重新进行热处理,再按要求重新进行试验。 1、球罐焊接试板有几种各有何用途 2、当产品焊接试板被判为不合格时,则其所代表的球罐也为不合格,是否就得判废 思考题:24.13 压力试验和气密