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压力容器制造中几个常见问题述评(二)点击：2168 日期：[ 2014-04-26 22:55:14 ] |
| 作者:唐超 【论文摘要】就压力容器制造中常常遇到的几个问题进行了讨论，在综合分析现行不同观点的基础上提出了个人观点，目的在于达成共识，确保产品制造质量。4.2 其它问题 ①根据实际用材情况，焊接工艺应作相应修改。②对于用高级材料代用低级材料时，其试验与验收仍应按低级材料执行，而无须再提高验收要求。③材料不同，其低温韧度储备也不同，相应的最低水压试验温度将可能有所变化，此时应严格按照GB 150的规定执行。此外，如当板厚加厚超过了GB 150规定的冷卷厚度时，必须对筒体作消除应力热处理。当钢板达到一定厚度时还须超声波探伤。必要时还应适当提高水压试验压力，有的甚至还将导致设备结构上的重大改变。5 水压试验 水压试验作为设备制造的最后一道工序，除了对设备的强度进行检验外，还将对焊缝的致密性或密封结构的严密性能进行检验。同时可降低或消除残余应力，并使缺陷(裂纹)尖端钝化，从而防止在较低工作压力下裂纹的扩展或减缓其扩展速度，提高其寿命。在合理的超载比下尤能提高其疲劳寿命，且能提高压力容器的承载能力，爆破压力将明显提高［19～21］。可见，压力试验的意义重大，对于压力容器的安全使用有着重要作用。然而，由于GB 150-89规定的不够严谨，使得应用中出现了一些理解上的混淆，以致于在有些情况下的试压已失去意义。另外，对于夹套设备的试压问题，标准规范的规定又显得过于武断，给制造带来一些不必要的麻烦。再有，当壳体材料代用后，试验压力是否应有所更改也是一个值得探讨的问题。5.1 试验压力取值及试验应力限制［22］ GB 150-89规定水压试验应力为： p试=1.25p设［σ］／［σ］t (3) 当立式容器卧置试压时，还应计及试验时的液柱静压力，即： p试=1.25p设［σ］／［σ］t+γH (4) GB 150-89要求将试验应力提高到设计应力的1.25倍来检验设备的强度、密封结构的致密性以及焊缝的致密性等。文［22］的分析表明，按式(3)的计算值只是水压试验的最低要求，对于立式液气共存或充满液体的容器，式(3)就不可能满足要求，此时应用下式的计算压力取代设计压力： p计=p设γ′h (5) 式中，γ为液体物料的密度；h为液体物料的充装高度。若此时容器卧置试压，其试验压力应为［22］： p试=1.25p计［σ］／［σ］t-γH (6) 式中，γ为液压试验用介质的密度；H为容器容空总高度［22］。 显然，式(6)比式(4)更合适，因为按式(4)计算试验压力就有可能为满足液压试验而增加设备厚度，可见，以p计代替p设来计算试验压力较为合理，ASME［23］、BS 5500［24］、AD［7］等也以p计进行计算，尽管ASME也采用p设进行计算，但它只用于立式未充液容器的情况，并不涉及液柱静压力的情况。从国外规范的情况来看，它们所规定的试验压力往往都很高，实际的试验应力倍数也都接近标准规定的倍数。 如在BS 5500中， 其p试为： (7) 式中，S为名义厚度，C为附加量。为使容器能真正接受考验，把壳体设计时的富裕量用于承受提高的试验应力。 由此可见，各国规范都是将标准给出的试验压力作为下限进行规定的，基本上都以p计代替p设，且实际试验压力都很高，目的在于使试验应力高于设计应力一定倍数以检验容器，即实际试验压力一般均大于等于p试。但GB 150-89似乎不是很明确，以致于在执行中有很多人认为不能超过GB 150-89规定的计算值。而且GB 150-89规定的是用p设计算p试，在低压高塔设备中常增加设备厚度来满足试压要求，很显然这是不科学的。在已出版的GB 150-1998［25］中已对上述部分问题进行了修改，但在立式容器卧置试压的规定方面似乎仍有些问题。 关于试压时的应力控制问题，分析讨论的文章比较多，普遍认为按GB 150-89计算试验压力可以不必进行应力校核，因为试验应力不可能超过0.9σs或0.8σs。但是这些文章在分析时，仅仅是把试验压力取在GB 150-89规定的计算值上讨论的。随着GB 150-1998的执行，实际的试验压力有提高的趋势，因此在实际的试验压力下就有可能出现试验应力超过0.9σs或0.8σs的情况，从而影响到设备的安全。从国外规范的情况来看，它们也都作出了限制。ASME Ⅷ-1虽未作出直接限制［23］，但它指出，若有意无意超过按其公式计算的试验压力进行试验，使容器出现明显的永久性变形(塑性变形)时，检验员有权拒绝验收，所以实际上还是对试验应力作出了限制。因此笔者认为，试验应力仍应按GB 150-1998加以限制。为了提高试验压力，必要时可以按笔者推导的公式来计算液压试验压力［19］，以保证试验应力σT≤0.9σs，即： (8) 式中符号意义见文［19］。5.2 夹套设备试压工序调整与改进［26］ 按GB 150和《压力容器安全技术监察规程》，对于夹套设备，应将内筒组装焊接并试压合格后再组焊夹套并试压，必要时夹套试压还须对内筒保压(这由设计确定)。但是，由于实际结构的限制，往往夹套组焊后内筒仍需再次试压，因此夹套设备通常都要试3次压。然而，由于夹套设备的种类及结构型式较多，对于有些结构型式，完全没有必要试3次压。如图1a和图1b所示的夹套结构，在试压时可以对内筒进行检查，只要夹套压力高于内筒压力且夹套试压时内筒不需保压，则完全可以将内筒及夹套一起组焊完毕后进行试压。此时应先对夹套试压并对被夹套包围的内筒进行检查，然后再对内筒试压并对夹套以外的部分进行检查。当然，对于内筒压力低于夹套且夹套试压时内筒又需保压的情况，原则上仍应按GB 150和《压力容器安全技术监察规程》执行(除了内部加试压用撑圈以满足稳定性要求的情况外)。当对图1所示结构按笔者在文中的介绍安排组装，并实施试压工序时，不仅可以缩短制造周期，而且还减少了一次试压，既降低制造成本，又能达到试压目的，因此应当是可行和允许的，建议压力容器监检部门予以认可。图1 夹套结构5.3 主体材料代用后试验压力值的变更 制造中经常会遇到主体材料代用的情况，当用高级别代用低级别材料以及厚板代薄板时，笔者认为应对试验压力作出相应修改：①提高试验压力后，能够真正达到检验考核容器的目的。②对设备制造过程中的残余应力消除程度可高达70%～80%［21］。③能够提高爆破极限及疲劳寿命等［19～21］。相反，有些设备因选材或材料代用等原因，试验压力下的实际应力水平很低，甚至远远低于许用应力，对于这些情况，如不提高试验压力，则根本达不到试压的目的，也就失去了试压的意义。这从前面叙述的ASME、BS 5500的某些规定不难看出，在计算试验压力时甚至引入了板厚富裕量，即将试验压力提高S/(S-C)倍。对于低压小直径设备，有时K值可高达2～3，因此实际试验压力可能是设计压力的3～4倍，以保证试压的真正目的。笔者在文［19］中的计算实例结果也证实了这一点。因此建议，对于主体材料优代劣、厚代薄以及一些小直径低压设备，可以考虑许用应力及板厚变化因素，将试验压力适当提高(控制试验应力不大于0.9σs或0.8σs)，这对设备的安全使用是有益的。6 结语 笔者对压力容器制造中几个常见问题从理论到实际作了深层的分析叙述，在对问题正反两方面分析的基础上，本着安全、经济和合理的原则，对上述问题进行了归纳，提出了自己的看法与建议。目的在于使有关工程技术人员能从更宽的角度来看待、理解和处理这些问题，取得认识上的统一。也许文中有偏颇之处，恳请读者谅解与指正。作者单位：唐 超（成都化工压力容器厂(大邑 611330) 工程师）参考文献 [1] 李之义.冷近似旋压封头与标准椭圆封头的比较.压力容器，1992，9(1)：60～63 [2] 李 健.标准椭圆封头与旋压椭圆封头的区别.石油化工设备，1998，27(1)：35～38 [3] 丁伯民.近似椭圆封头等效替代标准椭圆封头的可能性与条件.化工设备设计，1992，(6)：1～7 [4] 丁伯民.对冷旋压近似椭圆封头代替标准椭圆封头的分析.压力容器，1994，11(1)：64～67 [5] 夏淑秋，朱军，朱日照等.特大型不锈钢椭圆封头的制造工艺.石油化工设备，1996，25(5)：43～46 [6] 潘建尧.标准椭圆封头允许最大形状偏差值讨论.化工设备设计，1992，(3)：26～29 [7] ASME Boiler and Pressure Vessel Code, SectionⅧ, Division 2,1986 Edition. [8] 唐 超.几种碟形封头与标准椭圆封头替代的合理性探讨.化工设计，1995，5(3)：20～23 [9] 西德AD受压容器规范(1982版).上海：化学工业部设备设计技术中心站，1985. [10] 唐 超.冷旋压封头制造与应用中应注意的问题.石油化工设备技术，1996，17(4)：13～14 [11] 戴自强.凸形封头图样厚度标准方法的探讨.化工设备设计，1991，(3)：35～36 [12] 詹尚贤，杨以华，袁晓峰.对GB 150-89部分条文的探讨.化工设备设计，1991，(3)：27～28 [13] 高宏坤.成型封头最小厚度的确定.石油化工设备，1998，27(1)：33～34 [14] 唐 超.成型封头最小厚度探讨.化工设备设计，1998，(5)：14～15 [15] 孙祥升.换热器管子与管板接头连接方法的试验研究.石油化工设备，1996，25(6)：38～40 [16] 王鸿昌.大型加热器的设计与制造.石油化工设备，1991，20(2)：42 [17] 刘溢恩.压力容器设计时厚度附加量C的讨论.压力容器，1994，11(1)：60～64 [18] 唐 超.干湿H2S环境下设备的选材与设计制造探讨.化肥设计，1998，(4)：31～34 [19] 唐 超.关于液压试验压力值的讨论.化工设备检验，1992，(4)：36～39 [20] 唐 超.如何从制造上提高压力容器的安全可靠性.石油化工设备技术，1997，18(6)：31～35 [21] 唐 超.压力容器消除应力技术评述〈二〉.化工装备技术，1995，16(2)：46～50 [22] 方子凤.关于水压试验问题的分析与比较.石油化工设备，1992，21(4)：10～14 [23] ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section Ⅷ, Division 1, 1986 Edition. [24] 于书田，林羡芝，郑天孙译.BS 5500-1984非直接火压力容器.北京：中国寰球化学工程公司化工设计标准出版组，1987. [25] GB 150-1998钢制压力容器.北京：中国标准出版社，1998.7～8 [26] 唐 超.压力容器制造与成本.化工装备技术，1998，19(4)：35～39 |
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