【正文】 ........................................................ 24 西安石油大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)說明書 1 1. 概述 壓力容器 壓力容器的 簡述 述 壓力容器是一種特殊的容器，但目前對于容器尚無一個(gè)嚴(yán)格的科學(xué)定義，容器是石油化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)工程中的一種設(shè)備，而壓力容器又是其中的一種設(shè)備，而壓力容器又是其中的一種特殊設(shè)備。從狹義上說，容器是指內(nèi)部不進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或其他物理，化學(xué)過程的那些設(shè)備。壓力容器 相對常壓容器而言，不僅在安全性能方面有較高的要求，而且在設(shè)計(jì)原理上也有很大的不同。 工業(yè)生產(chǎn)中具有特定的工藝功能并承受一定壓力的設(shè)備，稱壓力容器，壓力容器英文縮寫為 pressure vessel。壓力容器制造工序一般可以分為：原材料驗(yàn)收工序、劃線工序、切割工序、除銹工序、機(jī)加工（含刨邊等）工序、滾制工序、組對工序、焊接工序（產(chǎn)品焊接試板）、無損檢測工序、開孔劃線 工序、總檢工序、熱處理工序、壓 力試驗(yàn)工序、防腐工序。對壓力容器可以從不同的角度進(jìn)行分類，分類的目的在于了解不同類型壓力容器有何特點(diǎn)，適用于何種場合，進(jìn)而能對各種容器的設(shè)計(jì)、制造及管理方面有一個(gè)初步的認(rèn)識。 (2). 按材料分類：有鋼制容器、有色金屬容器和非金屬容器。容器外徑 與內(nèi)徑之比小于或等于；大于 。 (5). 按設(shè)計(jì)溫度分類： 西安石油大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)說明書 2 高溫容器： t≧ 450℃； 常溫容器： 20℃〈 t 450℃； 低溫容器： t ≦ 20℃； (6). 按形狀分類：有球形容器、圓筒形容器、圓錐形容器、 矩形容器、組合式容器。 (8). 按使用中工藝過程的作用原理分類：可分為反應(yīng)容器、換熱容器、分離容器和貯存容器四種。 壓力容器組成 封頭：包括橢圓形封頭、碟形封頭、無折邊球面封頭、錐形封頭、帶法蘭凸形封頭及平蓋等等 .其形狀設(shè)計(jì)是否合理 ,影響壓力容器的安 全。其主要作用是為貯藏物料或?yàn)橥瓿苫瘜W(xué)反應(yīng)提供所必須的壓力空間，因此，筒體的容積大小由工藝決定。 法蘭：如果容器有外接管時(shí)，必須采用法蘭來連接容器和管道。 支座：壓力容器靠支座支撐固定在基礎(chǔ)上。主要用于固定筒體 ,便于運(yùn)輸。 焊縫結(jié)構(gòu)的分類及設(shè)計(jì)與選用 焊接接頭分類 A 類：圓筒部分的縱向接頭（多層包扎容器層板層縱向接頭除外）、球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭、各類凸形封頭中的所有拼焊接頭以及嵌入式接管與殼體對接連接的接頭。但已規(guī)定為 A、 C、 D 類的焊接接頭除外。 西安石油大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)說明書 3 D 類：接管、人孔、凸緣、補(bǔ)強(qiáng)圈等與殼體連接的接頭。 注意：焊接接頭分類的原則僅根據(jù)焊接接頭在容器所處的位置而不是按焊接接頭的結(jié)構(gòu)形式分類，所以，在設(shè)計(jì)焊接接頭形式時(shí)，應(yīng)由容器 的重要性、設(shè)計(jì)條件以及施焊條件等確定焊接結(jié)構(gòu)。 焊縫結(jié)構(gòu)的分類 （ 1）對接焊縫： 將兩快鋼板或一塊鋼板的兩個(gè)端面彎轉(zhuǎn)后 (如筒體縱焊縫 )對在一起進(jìn)行焊接的焊縫。 （ 3）搭接焊縫：指一塊搭板在另一塊板上進(jìn)行焊接的焊縫 ,常用于壓力容器中的加強(qiáng)圈與筒體 ,坐墊板與器壁以及外壁上視孔凸緣與容器本體的連接焊縫。不僅可以提高焊接質(zhì)量 ,而且便于對焊縫內(nèi)部進(jìn)行無損檢測。這樣既保證了焊縫質(zhì)量又可以減少應(yīng)力集中。 （ 2）焊縫處的應(yīng)力集中，是由焊縫內(nèi)部和外部兩個(gè)方面引起的。飲泣焊縫應(yīng)力集中的外部原因，主要是焊縫的外部缺陷，如焊縫咬邊，焊縫角變形，接縫錯邊等。注意焊條是按抗拉強(qiáng)度分等級的，而鋼材是按屈服強(qiáng)度分等級的。 （ 2）對耐熱鋼和不銹鋼 ,應(yīng)按化學(xué)成分相近為原則 ,以保證焊縫的特殊性能。 （ 2）對于形狀復(fù)雜 ,鋼性大，焊后殘余應(yīng)力大的工件 ,也應(yīng)選用抗裂性好的低氫焊條。焊接是現(xiàn)代壓力容器制造中最常用的加工方法，也是關(guān)鍵的工藝手段。在壓力容器制造過程中常用的焊接方法有手工電弧焊、埋弧焊、 TIG 焊、 CO2保護(hù)焊等方法。它具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 要求不高，工藝靈活： 適合各種結(jié)構(gòu)形狀、各種位置的焊接并且對焊接接頭裝置精度要求較低。 （ 3） 易于通過工藝的調(diào)整（如對稱焊等）來控制工件的變形，改善應(yīng)力狀態(tài)。 焊條電弧焊的不足：生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度較大，對于焊工的操作技術(shù)要求較高?？梢约犹畛浠虿患犹畛浣z。由于氦氣的價(jià)格較貴，常用氬氣作為保護(hù)氣體，用氬氣作為保護(hù)氣的鎢極惰性氣體保護(hù)焊稱為鎢極氬弧焊。電弧在氣流壓縮下燃燒，熱力集中，熔池較小，故焊接速度較快，熱影響區(qū)較窄，焊件焊后變形小，適用于薄板焊接。明弧焊接，便于焊工操作及調(diào)整工藝參數(shù)，焊接質(zhì)量易于控制。 電弧氣氛中的含氫量較容易控制，可減小焊縫冷裂紋傾向。 直流反接時(shí) 鎢極是電弧的陽極，不具有發(fā)射電子的能力，而是接受大量電子及其攜帶的大量能量，因而鎢極易產(chǎn)生過熱，甚至融化，所以鎢極為陽極時(shí)的許用電流受限。由于上述原因， TIG 焊直流反接用的較少，只用于厚度約 3mm 以下的鋁，鎂及其合金焊接 西安石油大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)說明書 5 直流正接 焊件接直流電源正極時(shí)，鎢極接直流電源負(fù)極。適用于焊接除鋁，鎂及其合金以外的金屬材料焊接。 埋弧焊 將電弧覆蓋的焊劑層下燃燒，底下焊劑熔化蒸發(fā)成氣體，排開周圍熔渣，形成一個(gè)封閉的空腔，電弧在空腔內(nèi)燃燒，不斷送入焊絲，以熔滴狀落入熔池并與母材金屬熔合成焊縫，埋弧焊時(shí)，熔化的焊劑對熔池金屬起還原、凈化和合金化的作用。 埋弧焊時(shí)，多采用直流反接，以獲得較大熔深；埋弧堆焊時(shí)，采用直流正接以減小熔深；交流多用于焊接電流比較大或采用直流時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重磁偏吹的場合；直流設(shè)備多用于對焊接參數(shù)要求較高，或焊劑穏弧性較差，或電流比較小，快速引弧短焊縫高速焊的場合。 CO2 保護(hù)焊 利用 CO2氣體在高溫下分解為 CO 和 O2，氧分子繼續(xù)分解為氧原子，原子氧有強(qiáng)烈的氧化作用， 氧化熔池中的 Fe、 Si、 Mn、 C 等元素，形成相應(yīng)的氧化物 FeO、 SiOMnO、 CO 等。 CO2氣體保護(hù) 焊 的特點(diǎn)： （ 1）明弧、可見度好、便于對中、操作方便、可進(jìn)行全位置焊接。 （ 3）熔深較大，由于電弧穿透能力強(qiáng)，對焊件可減少焊接層數(shù)。 （ 4）成本低，是手工電弧焊成本的 50。 CO2保護(hù)焊的缺點(diǎn)是：焊縫成型粗糙，飛濺較大，弧光強(qiáng)烈及紫外線強(qiáng)分別為手工電弧焊的 2～ 3 倍和 20～ 40 倍。 在焊接奧氏體不銹鋼時(shí)不適宜使用 CO2保護(hù)焊。 壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則 (1). 盡量采用對接接頭，易于保證焊接質(zhì)量，所有的縱向及環(huán)向焊接接頭、凸形封頭上的拼接焊接接頭，必須采用對接接頭外，其它位置的焊接結(jié)構(gòu)也應(yīng)盡量采用對接西安石油大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)說明書 6 接頭。未熔透導(dǎo)致脆性破壞的起裂點(diǎn)，在交變載荷作用下，它也可能誘發(fā)疲勞破壞。 對壓力容器的要求 (1). 強(qiáng)度 : 壓力容器是帶有爆炸危險(xiǎn)的設(shè)備，為了保證生產(chǎn)和工人的人身安全，容器的每個(gè)部件都必須具有足夠的強(qiáng)度，并且在應(yīng)力集中的地方還要進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)。容器或其受壓部件 雖然不會因強(qiáng)度不足而發(fā)生破裂和過量的塑性變形，但由于彈性變形過大也會使其喪失正常的工作能力。 (4). 密封性 :對壓力容器的密封性要給予特別的注意，一方面要嚴(yán)格保證焊縫質(zhì)量，另一方面容器制成后一定要接規(guī)定進(jìn)行水壓試驗(yàn)。 ,它們的一些標(biāo)準(zhǔn)如下： 表 2— 1 20g 的化學(xué)成分 鋼號 鋼板標(biāo)準(zhǔn) C Mn Si P S V 20g GB713 — 表 2— 2 20g 的化學(xué)成分 鋼號 鋼板標(biāo)準(zhǔn) 使用狀態(tài) 厚度 /mm 常溫強(qiáng)度指標(biāo) σb/Mp σs/Mp 20g GB6479 — 616 410 245 現(xiàn)在準(zhǔn)備焊接的是回收油罐，它的主體材質(zhì)是 20g， 可選擇的焊接方法有：手工電弧焊，埋弧焊， TIG 焊。 埋弧自動焊焊縫質(zhì)量好，勞動條件好，飛濺小，易于長而規(guī)則焊縫的焊接，適用于低碳鋼、低合金鋼，可焊厚度范圍 4ｍｍ以上，但只能在平焊位置焊接。對于低合金鋼來說，常用于 4mm 以下焊材的打底焊 。容器和管道的環(huán)縫封底焊采用鎢極氬弧焊，可以單面焊也可以雙面焊成型，焊縫質(zhì)量好，功效高。 26號焊縫 是管嘴與封頭角接 ， 屬于 C 類焊接接頭，考慮到施工的可行性及焊縫的重要程度， 所以使用手工電弧焊即可 。焊接材料的選擇時(shí)應(yīng)考慮到木材的化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接性能，并結(jié)合壓力容器的特點(diǎn)、適用范圍和條件，以及焊接方法和其經(jīng)濟(jì)合理性及來源的綜合考慮來選擇。焊劑選擇根據(jù)埋弧焊焊絲與焊劑的匹配原則，即“高錳焊劑配合低碳鋼焊絲或含