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                低温压力容器在市场中发挥的重要影响及其制作工艺

                作者: 浏览:106 时间:2021-09-28

                液空业中发展起来的低温技术,随着科技的进步,低温技↘术也得到了快速的发展和广泛的应用。但低温压力容器作为低温工业过程中的关键设备,极大地推动了低♂温压力容器建设的发展...

                液空业中发展起来的低温技术,随着科技的进步,低温技术也得到了快速的发展和广泛的应用。但低温压力容器作为低温工业过程中的关键设备,极大地推动了低温压力容器建设的发展。使用温度较低的低温压力容器,钢的韧性和塑性与常温→相比会有不同程度的降低,钢的脆性∮增加。使用温度低于≡某一特定温度时,如果存在足够锐利的缺口或缺陷,低温压力容器可导致在低应力下出现脆性断↘裂,并出现】突发性断裂。压力容器、化工设备、管道等多处发生脆性断裂,造成较大损失。设计时应从低温容器√设计温度的确定、材料的合理选择『、结构设计、焊接材料㊣ 选择、制造检验、焊后消除应力热处理等方面作出合理的设计。

                一、设计温度;


                如果设计温◥度低于-20℃,就需要判断碳钢、低合金钢、双相不锈钢及铁素体不锈钢容器作为低●温容器█,而设¤计温度低于-196℃对判断奥氏体不锈∞钢容器是否为低温容器至关重要。设计时,要充分了解和分析影响容器温度ξ的有关因素,容器的使用位置,室内〓或室外,正常工作温度下对容器外壳金属温度的影响及容器内介质温度对金属的影响。


                二、压力容器选材要点。


                但低温压力容器的主要失效形ξ 式是脆性断裂,低温下,钢〓的脆性增加,韧性下降。因此,在选材上要比非低温容器材料有更高的要求。对钢种在熔炼方法、化学成分、热处理状态等方面◥有严格的规定和要求,并对所用◣钢提出了低温冲击要求。对于设计温度低◇于-20℃,且下拉伸强度低于540MPa的钢材P<0.025%,S≤0.012%;钢材P<540MPa设计温度低于-20℃且抗拉强度下限值大ぷ于540MPa的钢材P<0.02%,S≤0.01%。在低温压力容器中,以及与受╳压件直接焊在一起的非压件材料,应该是具有良好焊接性能的钢。当前,我国根据使用温度主要分为以下三种类型。1)设计温▽度在-20℃以下》不低于-40℃,此种容器采√用16MnDR钢制造,主要用于Ψ 安装在外界温度影响的空气储罐、氮气储罐等。2)设计温度低于-40℃时,可选用-196℃以下的低温钢⌒ 生产低温容器;09MnNiDR,适▅用于温度-70℃以下的低温容★器;08Ni3DR适用于液氨设备的制造;08Ni3DR可用于生产使用温度-100℃的低温容器。设计温度╱在-196℃以下,不低于-273℃,容器一般选用奥氏体不锈钢。例如S30408奥氏体不锈钢。

                三、结构设计要点。


                3.1容器〗结构设计应注意的要点。


                1)结构应尽可能简单,减少限制,避免∑产生过多的附加应力,避免温度变化过大,材料选用一致。2)要尽可能地避免结构形状突变,降低局』部应力,提高△局部应力是引起裂纹的关键因素。3)接管与壳体连接○处的角焊缝要凹形圆滑过渡,接管端部内壁处做圆角处理。4)接管补强应尽可能采用整体补强或厚壁管补◎强,如采︽用补强圈结构,应采用全焊透●结构,焊缝平滑过渡。5)支架与壳体焊接时,应有衬垫。


                3.2封口扣件设计。


                使用螺柱式紧々固件,不能使用普通的铁素体紧固件,设计温度低于-40℃~-70℃螺柱材料应选择35CrMoA;设计温度低于-70℃~-100℃螺柱材料选用30CrMoA。确定了硫☆磷的限定含量,并进行了低温冲击试验。高于以上的设计温度应选择奥氏体钢螺杆。在中空螺纹部分中,应选用直径╲不大于0.95倍◥螺纹根径或全螺纹的弹性螺柱。


                3.3密封衬垫设计。


                密封件用非金属材料应采用石棉橡胶板、石墨等在低温下具有良好弹塑性的材料,使用温度低于-40℃时选用金№属材料密封垫片(例如金属包垫的金属壳)。卷绕金属带及实心金属垫),应使用奥氏体不锈钢、铜、铝等在低温下不会发生明显转变。

                四、压力容器焊接卐接头设计及焊材的选择。


                低温压力容器工作时各种焊接接头所受的力大小和性质各不相同,各种焊接接头的设计要求也不相同。根据所处位置将低温◢压力容器的受压件的焊接接头分↑为A、B、C、D、四个等级,其分级原则与GB150-2011规定相同。另外,基座、支耳、托架、垫板和其它非受压附件与容器内外壳壁的连接接头,均规定为E级焊接⌒接头。级焊接接ξ头应采用双面对接焊,或者采用确保焊接透性和双面成形,并有相同质量的单面对接焊与双面焊。如单面焊带,焊接后需拆下垫♂板。尽管B类焊接接头主要受轴向应力影响,但其结构设◥计应与A类焊接接头相同。C级焊接接头无论采用何种形式,都是焊接结构。法兰和筒『体、接管如采用平焊结构当全截面焊透结构时,适用于设计温度不低于-40℃,并且设计压力不大于4.0MPa。D级焊接接头接管和容器器壁角连接头应采用全焊透结构。2)人工电ㄨ弧焊焊条与低温压力容器受压元件或加压元件焊接时,应该选择低氢碱性焊条,而埋弧自动焊则选择碱性或中性焊剂。3)低温压力容器异种钢焊接头♀的性能要求。与奥氏体钢直接焊接时,铁素体与奥氏体钢的线胀系数有很大差异,在低温条件下会产生温差应力,并且在熔焊过程中铁素体一侧的碳向焊←缝金属转移,将导致铁素体侧强度的下降和焊缝金属的塑性降ぷ低。焊焊应符合下列要求。(1)一般应选择Cr23Ni13或Cr26Ni21型高铬镍或镍基焊接材料,焊后,不能再进行消〗除应力热处理;(2)此类╲异种钢的焊接工艺评定和产品焊接试板应满足以下要求。①焊接接头拉伸强度不小于两侧基体小抗拉强度值。②铁素体侧熔合线和热影响〒区的冲击功应按⌒ 铁素体钢抗拉强度确定对应的V型缺口冲击功值KV2。③接头要进行侧弯试验,弯曲中心直径为4倍的试样厚度,180°。实验结束卐后,在拉伸面上任意方向都不能有超过1.5mm的裂※纹缺陷,熔合线处不能有超过3mm的裂纹缺ω陷。

                五、生产检验。


                在焊接低温容器时,线能量要严格〗控制,一般采用较细的焊条、较小的焊接线,多道焊接。当温度较低时,压力容器的对接焊缝长♂度不能小于焊∏接接头长度的50%,这是根据低温压力容器的特性,从安全角度考虑的,其检测长度→要求与常温容器不同。根据常温容器检验长度不能少于每一焊点▂长度的20%是不正确的。对于具有A级纵焊接头的容器,应逐个逐台准备产▃品焊接试件,产品焊接试件必须在产品制造过程中由焊工在生产过程中↓生产相同的材料。同一种焊接工艺及条件同一种产品焊接接头,不允许另一名焊工在产品完成后补焊。


                六、焊接后消除应力热处理。


                如果低温容器材料及〓焊接接头厚度满足设计制造标准热处理规范,则必须对容器进行去应力热处理◥。焊后热可消除焊接过程中所产生的焊接残余应力,改善ζ 其力学性能,减少钢低温脆性█断裂倾向。