壓力容器是內(nèi)部或外部承受氣體或液體壓力摊桅、并對安全性有較高要求的密封容器办悟。
壓力容器早期主要應(yīng)用于化學工業(yè)躬厌,壓力多在10兆帕以下铛碑。合成氨和高壓聚乙烯等高壓生產(chǎn)工藝出現(xiàn)后裂体,要求壓力容器承受的壓力提高到100兆帕以上。
隨著化工和石油化學工業(yè)的發(fā)展倔晚,壓力容器的工作溫度范圍也越來越寬街粟;新工作介質(zhì)的出現(xiàn)屉胳,還要求壓力容器能耐介質(zhì)腐蝕封均;許多工藝裝置規(guī)模越來越大,壓力容器的容量也隨之不斷增大履剔。20世紀60年代開始篇臭,核電站的發(fā)展對反應(yīng)堆壓力容器提出了更高的安全和技術(shù)要求,這進一步促進了壓力容器的發(fā)展轨来。
許多生產(chǎn)工藝過程需要在壓力下進行肢抚,許多氣體和液化氣需要在壓力下貯存,因此壓力容器越來越廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)部門基霞。許多新技術(shù)的發(fā)展别主,對壓力容器不斷提出了新的更高的要求。如:煤轉(zhuǎn)化工業(yè)的發(fā)展阎瘩,需要單臺重量達數(shù)千噸的高溫壓力容器色罚;快中子增殖反應(yīng)堆的應(yīng)用碰缔,需要解決高溫耐液態(tài)鈉腐蝕的壓力容器;海洋工程的發(fā)展戳护,需要能在水下幾百至幾千米工作的外壓容器金抡。
壓力容器在使用中如果發(fā)生爆炸,會造成災(zāi)難性事故腌且。歷史上曾多次發(fā)生過使成百人傷亡的壓力容器爆炸事故梗肝,就是小型液化石油氣瓶的爆炸也會造成人身傷亡;核電站用反應(yīng)堆壓力容器如發(fā)生事故铺董,就會使放射性物質(zhì)外逸巫击,造成更為嚴重的后果。
因此柄粹,防止壓力容器發(fā)生事故喘鸟,始終是壓力容器設(shè)計、制造和使用者首要的任務(wù)驻右。為了使壓力容器在確保安全的前提下達到設(shè)計先進什黑、結(jié)構(gòu)合理、便于制造境猜、使用可*和造價經(jīng)濟等目的伺罗,各國都制定了有關(guān)壓力容器的標準、規(guī)范和技術(shù)條件胸叠,對壓力容器的設(shè)計奇巍、制造、檢驗 和使用等各個方面提出具體和必須遵守的規(guī)定债烹。隨著壓力容器技術(shù)的發(fā)展含罪,在不斷積累經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,標準闪侨、規(guī)范惠服、技術(shù)條件的內(nèi)容也不斷得到完善和提高。
壓力容器主要為圓柱形挑明,少數(shù)為球形或其他形狀断猩。圓柱形壓力容器通常由筒體、封頭沪翔、接管肪瘤、法蘭等零件和部件組成,壓力容器工作壓力越高潮瓶,筒體的壁就應(yīng)越厚陶冷。
壓力容器有多種結(jié)構(gòu)形式,如多層式、繞板式埂伦、型槽繞帶式摸恍、熱套式、厚板卷焊式和鍛焊式等赤屋。
多層式壓力容器在20世紀30年代就已開始在工業(yè)上使用立镶。這種結(jié)構(gòu)的壓力容器由若干個多層筒節(jié)組焊而成,各筒節(jié)由內(nèi)筒和在外面包扎的層板組成类早。
多層式壓力容器的優(yōu)點是制造設(shè)備較筒單媚媒,材料的選用有較大的靈活性。這種結(jié)構(gòu)即使在某一層鋼板中出現(xiàn)裂縫涩僻,裂縫也只能在該層層板中擴展缭召,不會擴展到其他層板上,所以安全性高是這種容器的突出優(yōu)點逆日,它的缺點是生產(chǎn)工序多嵌巷、勞動生產(chǎn)率低。
繞板式壓力容器是將成卷的薄鋼板連續(xù)地纏繞在內(nèi)筒外面芭贬,達到所需要壁厚為止恋都,因而不必逐層包扎層板和焊接每層層板的縱焊縫。
型槽繞帶式壓力容器是在繞帶機床上坚呜,對型槽鋼帶通電加熱到紅熱狀態(tài)程伞,再用壓輥將鋼帶壓合到內(nèi)筒表面預(yù)先加工出的螺旋溝槽內(nèi),使之相互嚙合闸虹,每繞完一層鋼帶后再繞下一層暴既,直到所需的筒體厚度為止。這種結(jié)構(gòu)的型槽鋼帶層層嚙合敌痴,可使鋼帶層承受容器的一部分軸向力磁饮;筒體上沒有貫穿整個壁厚的環(huán)焊縫;使用安全性高溪臊;缺點是需要使用特殊軋制的型槽鋼帶和專用機床减少。
熱套式壓力容器是在內(nèi)筒外面套合上一至數(shù)層外筒,組成筒節(jié)膛胜。通常先將外層筒體加熱缔莲,使其直徑增大哥纫,以便套在內(nèi)層筒體上霉旗。冷卻后的外層筒體就能緊貼在內(nèi)筒上,同時對內(nèi)筒產(chǎn)生一定的預(yù)加壓縮應(yīng)力蛀骇。熱套壓力容器用的鋼板比多層壓力容器的層板厚厌秒,層數(shù)少,所以生產(chǎn)效率較高。
鍛焊式壓力容器是由鍛造的筒節(jié)經(jīng)組焊而成鸵闪,結(jié)構(gòu)上只有環(huán)焊縫而無縱焊縫檐晕。70年代以來,由于冶煉蚌讼、鍛造和焊接等技術(shù)的進步辟灰,已可供應(yīng)570噸重的大型優(yōu)質(zhì)鋼錠,并能鍛造最大外徑為10米篡石、最大長度為4.5米的筒體鍛件芥喇,因而大型鍛焊式壓力容器得到了發(fā)展,成為輕水反應(yīng)堆壓力容器凰萨、石油工業(yè)加氫反應(yīng)器和煤轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的主要結(jié)構(gòu)形式继控。
壓力容器的設(shè)計通常包括:分析壓力容器的使用要求和操作條件,確定合理的結(jié)構(gòu)形式笤碍;選擇合適的材料况饥,規(guī)定制造工藝和質(zhì)量要求;按容器可能發(fā)生的失效破壞形式支赖,確定最佳結(jié)構(gòu)尺寸荸冒,使容器各部位均能滿足所需的強度、剛度或不致引起斷裂等要求访跪。
在各國制定的規(guī)范中积苞,大多數(shù)仍將容器壁筒化成為均勻受力的薄膜進行處理,以薄膜應(yīng)力來描述整個容器的應(yīng)力水平乳吉。然而这疟,容器各部位的實際應(yīng)力狀態(tài)是很復(fù)雜的,所以設(shè)計時多采用較大的安全系數(shù)醋躏。為了避免容器發(fā)生脆性破壞虹婿,除對材料要求具有足夠的強度外,還要考慮沖擊值等要求擒买。
在實際使用中朝刊,壓力容器的破壞大多是由于腐蝕、疲勞蜈缤、輻照和容器器壁中存在過大的缺陷等原因造成的拾氓,因此按常規(guī)的強度設(shè)計有時還不夠嚴密,還應(yīng)區(qū)別不同情況進行特殊設(shè)計底哥。如對高溫壓力容器必須按持久強度進行計算咙鞍,因為在這種情況下溫度對材料的性能有重大的影響;對于操作壓力或溫度頻繁變動的壓力容器趾徽,壓力或溫度的反復(fù)升降還可能引起疲勞失效续滋,對這類壓力容器應(yīng)當進行疲勞強度設(shè)計翰守;在存在缺陷的情況下,還應(yīng)根據(jù)疲勞裂紋擴展理論對容器的使用壽命作出估算疲酌。
很多壓力容器造成事故的重要原因之一是選用材料不當蜡峰。例如,采用焊接性差的鋼材焊制壓力容器時朗恳,就容易在焊接接頭中產(chǎn)生裂縫湿颅;有些鎳鉻不銹鋼的壓力容器,常因鋼號或成分選用不當渠余,在使用中發(fā)生晶間腐蝕暇寸、應(yīng)力腐蝕等形式的破壞;選用鐵素體鋼制造低溫壓力容器時积碍,如鋼的轉(zhuǎn)變溫度高于容器的工作溫度庸磅,則容器工作時容易發(fā)生脆性破壞。
壓力容器的選材不僅要考慮機械強度的要求蚌斑,也需要考慮其耐蝕性奋完。介質(zhì)的成分、溫度和壓力等操作條件慰适,往往對材料的耐蝕性有很大的影響淫兑。
為保證壓力容器的安全使用,在制造時就必須按照有關(guān)標準饺斧、規(guī)范二谤,對壓力容器的原材料和加工制造過程進行嚴格的質(zhì)量檢驗,因此读囤,對投入運行的壓力容器也需要進行定期檢驗继射。
壓力容器的檢驗內(nèi)容主要有:對材料的化學成分和力學性能的常規(guī)理化檢驗;對焊接接頭的各種性能檢驗挎袜;對壓力容器各部分存在的各類缺陷的無損檢測顽聂;用高于操作壓力的液體對容器進行耐壓試驗等。
質(zhì)量檢驗在壓力容器制造過程中占重要的地位盯仪。在有些反應(yīng)堆壓力容器的生產(chǎn)周期中紊搪,有一半的時間都是用于質(zhì)量檢驗。
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