低溫壓力容器及管道系統(tǒng)在用檢驗

1、低溫壓力容器及管道系統(tǒng)在用檢驗,合肥通用所壓力容器檢驗站袁榕,2024/3/30,2,概 況,低溫技術(shù)是19世紀末在液態(tài)空氣工業(yè)上發(fā)展起來的，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，低溫技術(shù)在近30年中得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。低溫壓力容器和管道系統(tǒng)是低溫工業(yè)過程的關(guān)鍵設(shè)備。碳鋼和低合金鋼制低溫壓力容器的特點是容易產(chǎn)生低溫脆性破壞。低溫脆斷是在沒有預(yù)兆的情況下突然發(fā)生的，危害性很大，因此在選材、試驗方法和制造等方面均要采取措施，防止低溫脆

2、斷事故發(fā)生。鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、銅及銅合金、鎳及鎳合金和奧氏體不銹鋼等制低溫壓力容器則沒有低溫脆斷的情況。對于深低溫條件下運行的容器，應(yīng)有良好的低溫絕熱結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)。 表1 常見的低溫工業(yè)過程,2024/3/30,3,低溫壓力容器的低溫界限,1、按常規(guī)設(shè)計的壓力容器規(guī)范多采用經(jīng)驗的總結(jié)，包括失效、破壞的經(jīng)驗總結(jié)。所以各國根據(jù)各自的使用經(jīng)驗，人為劃分低溫界線。我國壓力容器規(guī)范多年來習(xí)慣把小于或等于-20℃作為低溫界線。實踐表明這

3、樣劃分具有足夠的安全性。目前世界各國按常規(guī)設(shè)計的壓力容器規(guī)范，對低溫壓力容器劃分的溫度界限各不相同，如表2所示。 2、按應(yīng)力分析法設(shè)計的壓力容器規(guī)范要求容器在整個使用（包括制造）過程中，無論在常溫或低溫下使用，都應(yīng)具有一致的韌性要求，以防止在各個使用環(huán)節(jié)上發(fā)生脆性斷裂。因此，按應(yīng)力分析法進行設(shè)計的壓力容器規(guī)范，如ASMEⅧ-2，中國的JB4732都不劃分低溫與常溫的溫度界限。,,表2 各國按常規(guī)設(shè)計鋼制容器規(guī)范的低溫界線

4、,2024/3/30,4,低溫壓力容器和管道典型結(jié)構(gòu)⑴,,⑴ 液氧、液氮和液氬壓力容器,圖1 15L杜瓦容器,2024/3/30,5,低溫壓力容器和管道典型結(jié)構(gòu)⑵,,⑴ 液氧、液氮和液氬壓力容器,圖2 CF-100000液氧儲槽,1、儀表箱；2、液氧蒸發(fā)器；3、抽真空管；4、蓋板,2024/3/30,6,低溫壓力容器和管道典型結(jié)構(gòu)⑶,,⑴ 液氧、液氮和液氬壓力容器,圖3 WYN-180型運輸用低溫容器,1、真空封口；2、支承

5、；3、輸液管；4、定點液位計；5、引線管；6、擋板；7、外殼；8、吸附劑；9、安全閥；10、增壓系統(tǒng)；11、壓差液位計；12、蓋板；13、儀表板、14、內(nèi)膽；15、增壓管。,2024/3/30,7,低溫壓力容器和管道典型結(jié)構(gòu)⑷,,⑴ 液氧、液氮和液氬壓力容器,圖4 38M3鐵路液氧槽車,,1、外殼體；2、內(nèi)容器；3、吊桿；4、排液閥；5、排液管。,2024/3/30,8,低溫壓力容器和管道典型結(jié)構(gòu)⑸,,⑵ 液氫和液氦壓力容器,圖5

6、 液氮保護的液氫容器,2024/3/30,9,低溫壓力容器和管道典型結(jié)構(gòu)⑹,,⑵ 液氫和液氦壓力容器,圖6 100L多屏絕熱液氦容器,2024/3/30,10,低溫壓力容器和管道典型結(jié)構(gòu)⑺,,⑶ 液化天然氣儲存容器,圖7 東京煤氣公司130000 M3地下液化天然氣儲罐,2024/3/30,11,低溫壓力容器和管道典型結(jié)構(gòu)⑻,,⑷ 低溫液體輸送壓力管道及設(shè)備,圖8 低溫閥門,1、擺動桿；2、可拆卸的罩；3、閥。,2024/3

7、/30,12,低溫壓力容器的結(jié)構(gòu)材料,低溫壓力容器內(nèi)膽常采用奧氏體不銹鋼、鋁合金、銅合金（鈦）；液化天然氣的內(nèi)膽也可用9%Ni鎳鋼和鎳合金；液氟容器內(nèi)膽多用蒙乃爾合金或不銹鋼。低溫壓力容器外殼常用碳鋼（如Q235、16MnR等）。內(nèi)膽與外殼連接管道和構(gòu)件常用奧氏體不銹鋼、蒙乃爾合金。,2024/3/30,13,低溫鋼制壓力容器（標準）,國內(nèi)： 1 GB150-1998《鋼制壓力容器》； 2《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》；

8、 3 JB4732《鋼制壓力容器分析設(shè)計標準》。 國外： 1 美國ASME鍋爐壓力容器規(guī)范Ⅷ-1、Ⅷ-2； 2 英國BS5500-1997《非直接受火熔焊壓力容器規(guī)范》； 3 德國AD《壓力容器規(guī)范》； 4 日本JISB8270-1993《壓力容器基礎(chǔ)標準》； 5 日本JISB8240-1993《制冷用壓力容器結(jié)構(gòu)》； 6 法國CODAP-1995《壓力容器構(gòu)造》。,2024/3/30,14,低

9、溫鋼制壓力容器,19世紀末以來，在嚴寒地帶的鐵軌、橋梁和結(jié)構(gòu)件曾發(fā)生一系列低溫脆性斷裂事故。本世紀40年代以來，許多壓力容器、管道、化工設(shè)備及大型結(jié)構(gòu)等焊接結(jié)構(gòu)，多次發(fā)生低應(yīng)力脆斷，造成了巨大的損失。低應(yīng)力脆斷具有下列特點： 1、斷裂時容器名義應(yīng)力低于材料的屈服強度，在斷裂之前沒有或者只有局部極小的塑性變形； 2、裂紋擴展速率大； 3、低應(yīng)力脆斷多屬解理斷裂或準解理斷裂（穿晶斷裂），及脆性斷裂（沿晶斷

10、裂），斷口有晶粒狀特點，光亮和平滑； 4、低應(yīng)力脆斷往往發(fā)生在有缺口或裂紋的容器上，并以筒體自身存在的各種工藝缺陷及雜質(zhì)作為裂紋源； 5、斷裂一般發(fā)生在較低溫度，此時材料的韌性很差。 通過對金屬斷裂機理進行分析，發(fā)現(xiàn)金屬的低溫韌性，即缺口尖端處的金屬微觀塑性變形能力是決定壓力容器抵抗應(yīng)力脆斷破壞的能力。,2024/3/30,15,低溫鋼容器-影響低溫韌性因素,1、晶體結(jié)構(gòu)因素：體心立方結(jié)構(gòu)的鐵素體鋼

11、脆性轉(zhuǎn)變溫度較高，脆性斷裂傾向較大；面心立方結(jié)構(gòu)金屬如銅、鋁、鎳和奧氏體鋼則沒有這種溫度效應(yīng)，即不產(chǎn)生低應(yīng)力脆斷。 2、化學(xué)成分的影響：對低溫壓力容器而言，增加含碳量將增大材料的脆性，提高脆性轉(zhuǎn)變溫度，低溫用鋼含碳量不超過0.2%。錳、鎳改善鋼材低溫韌性，少量V、Ti、Nb、Al彌散析出碳化物和氮化物，進行沉淀強化改善鋼材低溫韌性。 3、晶粒度的影響：晶粒尺寸是影響鋼低應(yīng)力脆斷重要因素。細晶粒使金屬有較高斷裂強

12、度，且使脆性轉(zhuǎn)變溫度降低。 4、夾雜物的影響：磷易產(chǎn)生晶界偏析，鋼中的氧以各種氧化物的形式在晶界析出，顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，導(dǎo)致低應(yīng)力脆斷。 5、熱處理和顯微組織影響：對鋼的低應(yīng)力脆斷有很大影響。調(diào)質(zhì)處理可以改善鋼材低溫韌性，但回火溫度不應(yīng)過高；正火處理用得最多；退火處理組織粗大，一般不采用。 6、冷變形的影響：冷變形使鋼的韌性降低，應(yīng)變時效使低溫韌性惡化，脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。 7、應(yīng)力

13、狀態(tài)的影響：焊接接頭中有裂紋存在又具有殘余應(yīng)力時，低應(yīng)力脆斷性質(zhì)更為明顯。,2024/3/30,16,低溫壓力容器用鋼的韌性要求,大部分國家將低溫容器設(shè)計重點放在選材上，并在制造、結(jié)構(gòu)上加以某些限制。早期的ASME規(guī)范，對于低碳鋼及某些低合金鋼制成的容器，在低溫工作時要求其材料的夏比（V形缺口）沖擊試驗沖擊功不小于20J。 該規(guī)定是建立在大量的破壞事故及其材料試驗基礎(chǔ)上的，對當時規(guī)范所推薦鋼板的大量夏比（V形缺口）沖擊試驗

14、結(jié)構(gòu)中，發(fā)現(xiàn)起裂型鋼板的最大沖擊功約為14J，傳裂型鋼板最大沖擊功不超過18J，大于27J的均屬于止裂型。基于當時的研究結(jié)果，將V形缺口）沖擊試驗沖擊功AKV=20J作為材料在其最低使用溫度下的韌性考核指標。到了1953年，由于使用了較高強度的鋼種，其臨界轉(zhuǎn)變溫度基點轉(zhuǎn)移到AKV沖擊功曲線的較高位置上去了，20J的AKV沖擊功指標并不能避免脆斷的發(fā)生。因而對高強度鋼而言，不同的鋼種應(yīng)分別對指標進行校正（或附加側(cè)向膨脹量≥0.38mm)。

15、 目前國外容器規(guī)范采用20J作為低碳鋼在最低工作溫度或設(shè)計溫度下鋼材缺口韌性唯一判據(jù)的有：美國ASME Ⅷ-1及Ⅷ-2，法國規(guī)范等。AD規(guī)范W10采用DVM試樣的沖擊功作為判據(jù)，即在設(shè)計溫度下的DVM試樣沖擊功韌性為橫向35J/cm2，此值相當于采用V形缺口夏比試樣，在設(shè)計溫度提高10℃的試驗溫度下達到縱向27J。一般認為在采用相同試樣型式的前提下，縱橫向的沖擊功之比大約為1∶0.7。 GB150參考采用了A

16、SME Ⅷ-1的有關(guān)規(guī)定，以20J作為低碳鋼強度級別的鋼材的驗收判據(jù)。對鋼板來講國內(nèi)要求橫向取樣，其沖擊功要求并不低于國外規(guī)則對鋼材的韌性要求。,2024/3/30,17,鋼材低溫韌性的評定方法,自40年代鋼結(jié)構(gòu)的脆性斷裂引起人們重視以來，各國對鋼材低溫韌性的評定方法以及評定指標進行了廣泛的研究及試驗。其中與壓力容器關(guān)系較為密切的試驗方法有下列幾種：低溫沖擊韌性試驗（V形缺口、U形缺口、DVM試樣）；落錘試驗；全厚度的大型試驗（寬板試驗

17、、雙重拉伸試驗、ESSO試驗）；斷裂力學(xué)試驗（平面應(yīng)變斷裂韌性KIC及裂紋尖端張開位移COD法）。 其中以低溫夏比（V形缺口）沖擊試驗應(yīng)用最為廣泛，低溫壓力容器用鋼的沖擊試驗溫度應(yīng)低于或等于殼體或主要受壓元件的最低設(shè)計溫度。并以在沖擊試驗中對應(yīng)的一定的吸收功AKV（J）或一定的斷口纖維百分率的溫度，即脆性轉(zhuǎn)變溫度（50%FATT）來評定材料的低溫韌性。 1、美國ASME規(guī)范Ⅷ-1、Ⅷ-2；日本JIS8243；德國

18、AD《壓力容器規(guī)范》；法國CODAP-1995《壓力容器構(gòu)造》以（V形缺口）沖擊試驗為依據(jù)。 2、英國BS5500-1997《非直接受火熔焊壓力容器規(guī)范》以寬板試驗為基礎(chǔ)，以（V形缺口）沖擊試驗為工程評定方法； 3、日本W(wǎng)ES3003《低溫結(jié)構(gòu)用鋼板評定基準》及JISB8250《壓力容器構(gòu)造-另一標準》以溫度梯度型雙重拉伸試驗，以ESSO試驗為基礎(chǔ)，以缺口沖擊試驗作為工程評定方法。 4、美國ASME規(guī)

19、范Ⅲ《核動力裝置設(shè)備》是國外唯一的以斷裂力學(xué)理論為基礎(chǔ)的規(guī)范，采用缺口沖擊試驗及落錘試驗作為工程的評定方法。,2024/3/30,18,低溫壓力容器用鋼板和鍛件,一、國內(nèi)、外常用的低溫用鋼主要采用低溫鋁鎮(zhèn)靜鋼和鎳系低溫鋼 1、低溫鋁鎮(zhèn)靜鋼：16MnDR、09Mn2VDR、09MnTiCuRe、06MnVAl、06AlNbCuN 2、鎳系低溫鋼（廣泛用于液氧儲罐,強度高,具有良好的低溫韌性。） ① 0

20、.5～2.25%Ni：（-70℃）；(2.5Ni,-60℃，AKV≥47J)；　 ② 3.5% Ni：(-100℃，AKV≥47J)　 ③ 5% Ni：（–120～－170℃）　 ④ 9% Ni (-170℃，AKV≥47J)； 3、鎳合金（鎳含量30%～99%的合金） 鎳基合金（鎳含量大于或等于50%的合金）鎳銅合金（蒙乃爾）、鎳鉻鐵合金（因康鎳合金、INCONEL）、鎳鉬合金（哈

21、氏合金）。 4、奧氏體不銹鋼：1Cr18Ni9(-196℃（ AKV≥47J) ）～700 ℃ ）,2024/3/30,19,低溫壓力容器用鋼板和鍛件,二、低溫壓力容器用鋼板（GB150《鋼制壓力容器》、GB3531《低溫用壓力容器鋼板》。16MnDR(-40℃，AKV≥24J)；15MnNiDR (-45℃，AKV≥27J)；09Mn2VDR(-40℃，AKV≥27J)；09MnNiDR(-40℃，AKV≥27J)；07M

22、nNiCrMoVDR(-40℃，AKV≥47J)。 三、低溫壓力容器用鋼鍛件JB4727-2000 09Mn2VD(-50℃，AKV≥27J)；20MnMoD(-30℃，AKV≥27J)；08MnNiMoVD (-40℃，AKV≥47J)；10Ni3MoD(-50℃，AKV≥47J)；16MnD(-40℃，AKV≥20J)； 09MnNiD(-70℃，AKV≥27J)。,2024/3/30,20,防止低應(yīng)

23、力脆斷的設(shè)計原則,目前所有的容器規(guī)范對低溫壓力容器的設(shè)計，是根據(jù)室溫抗拉強度或屈服強度所決定的許用應(yīng)力進行設(shè)計。該方法能有效地防止發(fā)生大塑性變形的破壞。如何確定需要的韌性水平，應(yīng)根據(jù)采用何種原則決定。 第一種原則：允許存在一定的缺陷，但應(yīng)能防止開裂。在焊接部位一般來說存在缺陷較多且韌性較差。而斷裂總是從缺陷和韌性較差的地方開始的。因此采用這一原則時必須測定熱影響區(qū)和熔合線的性能。要求韌性最差的地方能承受外載荷所產(chǎn)生的應(yīng)變。

24、 第二種原則：允許有缺陷存在并有可能自韌性較差的焊接區(qū)開裂，主要靠母材來防止裂紋擴展而避免產(chǎn)生斷裂事故。由于焊接接頭金屬、熔合線和熱影響區(qū)的韌性較母材差，所以裂紋往往沿著焊接接頭區(qū)而擴展，因而用這種方法來防止脆斷并不可靠。 第三種原則：允許自缺陷處發(fā)生開裂，而容器的各個部位均能止裂。它存在二個缺點。①、采用這種防止脆斷方法時要選用韌性非常好的材料，這意味著材料成本費非常高昂；②、作為一個絕對安全準則的有效性是

25、和結(jié)構(gòu)類型有關(guān)的。對帶缺陷容器的爆破試驗結(jié)果表明，在完全液壓狀態(tài)下止裂較容易，在氣壓或帶有部分氣體的液壓情況下，由于系統(tǒng)中儲藏的能量較大，止裂較困難或須設(shè)計專門的止裂結(jié)構(gòu)。而對于石油化工及制冷空分行業(yè)的低溫壓力容器來說，其內(nèi)部介質(zhì)往往是氣相、氣液二相，因此不能用止裂原則來防止低溫力脆斷。 由此可見，對于低溫壓力容器最適當?shù)姆乐勾鄶嗟霓k法是第一種原則即防止開裂原則。目前世界各國的壓力容器規(guī)范都采用這一原則。,2024/3/3

26、0,21,低溫低應(yīng)力工況⑴,1、1972年德國AD規(guī)范首先在低溫容器中，把使用溫度和應(yīng)力水平聯(lián)系在一起綜合考慮。試驗表明如焊接構(gòu)件在使用前，先在高于材料無塑性轉(zhuǎn)變溫度下進行超載試驗，只要這個預(yù)加的試驗載荷與操作時應(yīng)力是同種類型和同樣方向，則脆性斷裂就不會在低于預(yù)加的試驗載荷下發(fā)生。因此水壓試驗為焊態(tài)容器在低應(yīng)力工況下避免脆性開裂提供保證。 2、在制冷和空分設(shè)備中，Q235-A·F曾用于-196℃的制氧蓄冷器，鑄鐵

27、設(shè)備也成功地應(yīng)用于低溫場合。從制冷劑溫度與飽和蒸氣壓關(guān)系可知，采用標準沸騰溫度大于-50℃的制冷劑的制冷壓力容器，設(shè)計壓力與低溫下的工作壓力的比值都在6以上。當容器的工作壓力由介質(zhì)的飽和蒸汽壓決定，且殼體的一次總體薄膜應(yīng)力僅考慮由內(nèi)壓引起，在低溫工況下，其應(yīng)力水平是相當?shù)偷摹?3、日本焊接學(xué)會證實外加應(yīng)力對最低使用溫度有影響，一般許用應(yīng)力由σS//2降到σS//6，使用溫度可降低30℃左右。 4、AD規(guī)范把應(yīng)

28、力分為三類。一類按常溫的設(shè)計應(yīng)力，二類按常溫設(shè)計許用應(yīng)力的75%或50%，三類按常溫設(shè)計許用應(yīng)力的25%。如以DIN 17100 Ⅰ組鋼為例，在一類應(yīng)力范圍的許用工作溫度為-10℃，二類應(yīng)力水平的許用溫度為-60℃，三類應(yīng)力范圍的許用工作溫度為-85℃。見表4。,2024/3/30,22,低溫低應(yīng)力工況⑵,GB150對“低溫低應(yīng)力工況”作了定義，系指在低溫操作條件下，其環(huán)向應(yīng)力≤鋼材標準常溫屈服點的六分之一，且＜50MPa時的工況。

29、 在“低溫低應(yīng)力工況” ，若設(shè)計溫度加上50℃后高于-20℃，則不必遵循低溫壓力容器的有關(guān)規(guī)定；若設(shè)計溫度調(diào)整后低于或等于-20℃時，按調(diào)整后的設(shè)計溫度執(zhí)行低溫壓力容器的有關(guān)規(guī)定。沖擊試驗溫度也≤調(diào)整后的設(shè)計溫度。 “低溫低應(yīng)力工況”不適用于鋼材標準抗拉強度下限值大于540MPa的低溫容器。,2024/3/30,23,低溫低應(yīng)力工況⑶,隨著斷裂力學(xué)不斷發(fā)展和低溫壓力容器應(yīng)用范圍日益擴大，世界各國容器的規(guī)范或標準中都

30、規(guī)定了低應(yīng)力工況下低溫壓力容器特殊處理方法。,2024/3/30,24,低溫鋼制壓力容器的監(jiān)檢要點⑴,1. 低溫鋼材牌號選用 低溫壓力容器用鋼按韌性達到的最低使用溫度來分類。圖紙和設(shè)計資料審查時應(yīng)注意：所用鋼材（板材、管材、鍛件及其它受壓元件材料）牌號是否是低溫用鋼，所用溫度范圍是否符合標準規(guī)定。 2. 鋼材發(fā)放和標記移植 低溫壓力容器材料用錯將產(chǎn)生重大隱患。因此，鋼材發(fā)放必須嚴格執(zhí)行有關(guān)管理規(guī)定。材

31、料監(jiān)檢抽查要特別注意材料質(zhì)保書和領(lǐng)料單內(nèi)容的審查，現(xiàn)場巡檢應(yīng)重點檢查標記移植情況。材料的標記應(yīng)采用油漆，不得打鋼印。 3、低溫鋼材的沖擊試驗和韌性要求 低溫壓力容器及其受壓元件所采用的鋼材，必須進行低溫夏比V形缺口沖擊試驗。試驗細節(jié)及要求如下： 試驗方法：鋼材的沖擊試驗方法，應(yīng)符合GB4159《金屬低溫夏比沖擊試驗方法》的有關(guān)規(guī)定。 沖擊試樣為GB2106《金屬夏比V形缺口沖擊試驗方法》規(guī)

32、定的10mm×10mm×55mm標準試樣。若無法制備標準試樣時，也可采用7.5mm×10mm×55mm、5mm×10mm×55mm的小尺寸試樣，小尺寸試樣的缺口寬度一般應(yīng)小于鋼材名義厚度的80%。試樣的缺口應(yīng)沿厚度方向（棒材沿徑向）切取，并以三個試樣為一組。,2024/3/30,25,低溫鋼制壓力容器的監(jiān)檢要點⑵,4、試驗溫度 低溫壓力容器用鋼的沖擊試驗溫度須低于

33、或等于容器或其受壓元件的設(shè)計溫度。當容器或其受壓元件使用在“低溫低應(yīng)力工況”時，鋼材的沖擊試驗溫度須低于或等于調(diào)整后的設(shè)計溫度。 5、沖擊功指標 鋼材試驗溫度下的沖擊功指標，按鋼材標準規(guī)定的最低抗拉強度確定，具體要求須滿足表15.1-1的規(guī)定。小試樣的沖擊功指標根據(jù)試樣寬度按比率縮減。表 低溫夏比（V形缺口）沖擊試驗最低沖擊功規(guī)定值,注：1.試驗溫度下三個試樣的沖擊功平均值不得低于表4-5的規(guī)定；其中單個試樣的沖擊功

34、可小于平均值，但不得小于平均值的70%。 2.抗拉強度大于650MPa的螺栓等鋼材的沖擊功值按抗拉強度等于650MPa的要求，但40CrNiMo的低溫沖擊功應(yīng)不小于31J（三個試樣平均值）。,2024/3/30,26,低溫鋼制壓力容器的監(jiān)檢要點⑶,6、 免做低溫夏比（V形缺口）沖擊試驗的規(guī)定 低溫壓力容器用鋼若符合下列條件之一者可免做低溫夏比（V形缺口）沖擊試驗。 （1）因鋼材的尺寸限制，無法制備5mm

35、×10mm×55mm沖擊試樣者，且設(shè)計溫度不低于－45℃者； （2）在GB150所列的低碳鋼和碳錳鋼鋼管，因鋼管尺寸限制，無法制備5mm×10mm×55mm沖擊試樣，且設(shè)計溫度不低于表15.1-2； （3）螺母用鋼； （4）在“低溫低應(yīng)力工況”下使用的容器或受壓元件所用鋼材； （5）含碳量≤0.10%的標準鉻鎳奧氏體不銹鋼，設(shè)計溫度高于或等于－196

36、℃者。,2024/3/30,27,低溫鋼制壓力容器的監(jiān)檢要點⑷,1、焊接材料的選用原則 低溫壓力容器用鋼焊接材料選擇必須保證焊接接頭含有的有害雜質(zhì)硫、磷、氧、氮最少，尤其是含Ni鋼應(yīng)嚴格限制雜質(zhì)含量，因為雜質(zhì)含量增加，會明顯降低焊接接頭的韌性。 與低溫受壓元件焊接的非受壓附件焊接接頭，當承載較大時，應(yīng)按受壓元件焊接接頭同樣要求；當承載較小時，可按焊接性要求選用相應(yīng)的焊接材料。 低溫壓力容器受壓元件或受

37、壓元件與非受壓元件焊接用手工電弧焊焊條應(yīng)選用GB5117《碳鋼焊條》和GB5118《低合金焊條》低氫堿性焊條。埋弧焊劑應(yīng)選用堿性或中性焊劑。 2、 產(chǎn)品焊接試板 鐵素體鋼產(chǎn)品焊接試板的低溫沖擊試驗規(guī)定如下：鐵素體鋼之間的焊接一般應(yīng)采用鐵素體型焊接材料（9%Ni鋼除外）。焊接接頭的低溫沖擊試驗溫度以及焊接接頭金屬、熔合線、熱影響區(qū)低溫沖擊功要求應(yīng)符合圖樣或相關(guān)技術(shù)文件規(guī)定，且不得小于27J。,2024/3/30,28,低

38、溫壓力容器的監(jiān)檢要點⑸,3、鐵素體鋼之間的異種鋼焊接用焊接材料一般按韌性要求較高側(cè)的母材選用。焊接接頭金屬的沖擊試驗溫度應(yīng)不高于兩側(cè)母材中的較低者。異種鋼焊接工藝評定和產(chǎn)品焊接試板熱處理狀態(tài)應(yīng)與容器使用狀態(tài)相同。性能符合下列要求： ①、焊接接頭拉伸和彎曲試驗要求符合兩側(cè)母材中的較低要求； ②、低溫沖擊功要求應(yīng)符合圖樣或相關(guān)技術(shù)文件規(guī)定，且不得小于27J。 4. 奧氏體鋼的焊接材料選用注意事項

39、 ⑴ 奧氏體鋼之間的焊接材料選用應(yīng)符合下列要求： ①、焊接接頭金屬含碳量≤0.10%； ②、焊接接頭金屬的化學(xué)成分應(yīng)符合GB983《不銹鋼焊條》中E0-19-10、E00-19-10、E00-23-13和GB4233《惰性氣體保護焊接用不銹鋼棒及鋼絲》、GB4242《焊接用不銹鋼鋼絲》中H0Cr21Ni10、H00Cr21Ni10、H0Cr26Ni21的要求； ③、設(shè)計溫度低于－100℃時，應(yīng)按

40、JB4708《鋼制壓力容器焊接工藝評定》進行焊接接頭低溫夏比（V形缺口）沖擊試驗，并符合標準中表4-5要求。,2024/3/30,29,低溫壓力容器的監(jiān)檢要點⑹,⑵ 鐵素體鋼與奧氏體鋼之間焊接的有關(guān)注意事項 鐵素體鋼與奧氏體鋼之間異種鋼焊接，一般應(yīng)選用Cr23Ni13或Cr26Ni21型高鉻鎳或鎳基焊接材料，焊后原則上不再進行消除應(yīng)力熱處理。異種鋼焊接應(yīng)符合下列要求： 　　① 接頭抗拉強度不低于兩側(cè)母材最低抗拉強度較小值

41、； 　?、?鐵素體鋼側(cè)的熔合線和熱影響區(qū)的沖擊功應(yīng)按鐵素體鋼的抗拉強度要求； 　?、?接頭應(yīng)作側(cè)彎試驗，試驗方法按GB150確定。 5、現(xiàn)場焊接質(zhì)量監(jiān)檢控制要點 低溫壓力容器的現(xiàn)場焊接必須嚴格按照評定合格的焊接工藝施焊。焊接線能量增大會導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)的韌性下降。因此要最大限度地減小過熱，采用小的焊接線能量。焊接線能量的監(jiān)督可通過控制電流、電壓、焊接速度、以及規(guī)定每根焊條的焊接長度等方法進行。在多道焊時

42、，應(yīng)盡可能降低焊道間的溫度（層間溫度），即盡可能不要連續(xù)施焊?？焖俣嗟篮赣欣诰Я＜毣?，提高焊縫的韌性。,2024/3/30,30,低溫壓力容器的監(jiān)檢要點⑺,低溫容器結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能地限制峰值應(yīng)力及各種局部應(yīng)力： 1、結(jié)構(gòu)盡可能簡單，減少焊接件的約束； 2、避免產(chǎn)生過大的溫度梯度； 3、盡量避免結(jié)構(gòu)形狀的突然變化，以減少局部高應(yīng)力；焊縫不允許存在咬邊，所有咬邊必須打磨消除。 4、焊接時

43、不應(yīng)使用不連續(xù)焊或筒節(jié)組對時用點焊連接； 5、容器支座或支腿需設(shè)置墊板，不得直接焊在殼體上。 具體做法包括：各幾何形狀不連續(xù)的連接元件之間應(yīng)有足夠大的過渡圓弧半徑；厚薄不一致的連接件之間應(yīng)有足夠斜度的削薄過渡；盡可能使各構(gòu)件在外載荷作用下可以自由變形，不受約束；各支座和容器受壓元件的接觸處應(yīng)設(shè)置墊板，使局部載荷盡可能均勻地作用在各受壓元件上；在加熱或冷卻物料的進出口處，應(yīng)盡量使流體和受壓元件均勻接觸；優(yōu)先采用厚

44、壁管補強或整體鍛件補強結(jié)構(gòu)而盡量少用補強圈結(jié)構(gòu)；圓筒或封頭上的開孔盡可能在徑向開孔；盡可能采用整體法蘭；各類焊接接頭盡可能采用全熔透結(jié)構(gòu)。,2024/3/30,31,鋁合金制壓力容器⑴,鋁在地殼外層16Km范圍內(nèi)約占有7.5%,儲量不僅比鐵(4.7%)多，而且比其他有色金屬的總和還多。鋁合金主要用作耐腐蝕容器、防鐵污染容器及低溫壓力容器。鋁是面心立方晶格，沒有其他同素異構(gòu)體，低溫下不存在象鐵素體鋼那樣的脆性轉(zhuǎn)變。 鋁合金主要

45、用于制作耐腐蝕、防鐵污染和低溫容器。我國已經(jīng)設(shè)計、制造和使用了大量的鋁合金容器。技術(shù)上取得一定經(jīng)驗。我國在發(fā)布JB741-80《鋼制焊接壓力容器技術(shù)條件》之前就制訂了JB1580-75《鋁制焊接容器技術(shù)條件》，但只包括了制造、檢驗方面的內(nèi)容，沒有包括設(shè)計、材料方面的內(nèi)容。90和99版《容規(guī)》均包括了鋁合金容器有關(guān)安全技術(shù)的內(nèi)容。 JB/T4734-2002《鋁制焊接容器》是國內(nèi)第一個內(nèi)容完整（包括設(shè)計、選材、制造和檢驗）的

46、鋁制壓力容器標準。包括了壓力容器和常壓容器。也包含了全鋁和襯鋁兩種焊制容器。設(shè)計壓力≤8MPa，使用溫度下限為-269℃。,2024/3/30,32,鋁合金制壓力容器⑵,國外標準：美國、日本、前蘇聯(lián)、德國、英國、法國等均有鋁制壓力容器的標準。其中德國、英國、法國除鋁制壓力容器外，沒有列入其他有色金屬的標準。 ①、美國ASME鍋爐壓力容器規(guī)范； ②、英國BS5500《非直接受火熔焊壓力容器規(guī)范》AA章；

47、 ③、德國AD壓力容器規(guī)范； ④、日本JISB8270-1993《壓力容器基礎(chǔ)標準》； ⑤、日本JISB8240-1993《制冷用壓力容器結(jié)構(gòu)》； ⑥、法國CODAP-1995《非直接火壓力容器規(guī)范》M13節(jié)等； ⑦、前蘇聯(lián)гост26158《有色金屬容器和構(gòu)件強度計算方法的一般要求》。 國內(nèi)標準：①、GB151《管殼式換熱器》； ②、 JB/

48、T2549《鋁制空氣分離設(shè)備制造技術(shù)規(guī)范》； ③、GB11640《鋁合金無縫氣瓶》； ④、HGJ29-1990《鋁襯里設(shè)備》； ⑤、GB10479-89《鋁制鐵道罐車技術(shù)條件》。 ⑥、 JB/T4734-2002《鋁制焊接容器》,2024/3/30,33,鋁合金制壓力容器應(yīng)用特點,⑴ 鋁在一些氧化性介質(zhì)中有良好的耐蝕性，在高溫濃硝酸中，純鋁的耐蝕性優(yōu)于不銹鋼。鋁容器的應(yīng)用之

49、一是耐腐蝕。 ⑵ 對腐蝕產(chǎn)物含鐵會污染物料的工藝流程，鋼不能滿足要求。鋁有較好的抗腐蝕性，而且可以防鐵污染。鋁容器的應(yīng)用之二是防鐵污染。 ⑶ 鋁是面心立方晶格，沒有其他同素異構(gòu)體。低溫下不存在脆性轉(zhuǎn)變。鋁容器的應(yīng)用之三是低溫容器。 ⑷ 在各種金屬容器中，鋁容器是強度和剛度最低的容器，是相對重量最輕的容器，也是允許使用溫度最低的容器。,2024/3/30,34,鋁合金制壓力容器用材特點,⑴ GB/T31

50、90-1996《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》中有143個牌號，容器用鋁只取用部分牌號，主要為鋁鎂合金和鋁錳合金。按照德、法兩國對鋁材的要求，容器用鋁基本上選用伸長率（橫向）不低于14%的變形鋁。 ⑵ 為了得到好的塑性，純鋁、鋁錳合金和鋁鎂合金的變形鋁材都只在退火狀態(tài)或熱作狀態(tài)使用，不采用冷作狀態(tài)。熱作狀態(tài)鋁的焊接接頭，焊接熱對熱影響區(qū)有退火作用，因而其許用應(yīng)力取退火狀態(tài)鋁材的許用應(yīng)力。只有鋁鎂硅合金和鋁銅合金采用固溶時效狀態(tài)，以

51、保證其高強度。 ⑶ 鎂在鋁中的極限溶解度為14.9%，但室溫溶解度僅為0.34%，鎂含量較高時，會鋁鎂合金在某些介質(zhì)中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕敏感性，只有在65℃以下使用才不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，因此含鎂量超過了3%的鋁鎂合金規(guī)定設(shè)計溫度不超過65℃。同時析出相過多也會降低沖擊韌性，因此含鎂量超過3%的鋁鎂合金及其焊接接頭應(yīng)檢驗沖擊韌性。其他鋁和鋁容器，包括低溫鋁容器均不要求進行沖擊韌性檢驗。 ⑷ 鋁沒有同素異構(gòu)體，純鋁、鋁錳合金

52、、鋁鎂合金等不可能通過熱處理相變來提高強度，稱為不可熱處理強化鋁。鋁鎂硅合金可通過固溶時效析出Mg2Si強化相提高強度，鋁銅合金可通過固溶時效提高強度，稱為可熱處理強化鋁。 ⑸ 鋁和鋼可以爆炸復(fù)合，但國內(nèi)尚沒有標準和標準產(chǎn)品，因此一般不用復(fù)合板制造容器。 ⑹ 我國尚無適用的鋁鍛件國標或行標，本標準只推薦一些鋁鍛件。,2024/3/30,35,鋁合金制壓力容器設(shè)計特點,⑴ 鋁材比普通鋼材稍貴，尤其是鋁的強度比鋼低得

53、多，純鋁在較高溫度下比鋼的強度更低。因而容器常用襯鋁結(jié)構(gòu)，由鋼層承載，襯鋁層起耐蝕與防止鐵污染的作用。 ⑵ 常溫下鋁的線膨脹系數(shù)為22.9×10-6/℃，而鐵素體鋼為11.7×10-6/℃，襯鋁容器設(shè)計中應(yīng)考慮附加熱應(yīng)力。 ⑶ 選用鋁材除應(yīng)考慮耐均勻腐蝕性能外，還應(yīng)考慮晶間腐蝕、點腐蝕、應(yīng)力腐蝕等性能。 ⑷ 鋁和鋼不能熔焊，襯鋁層常用蓋板搭接焊結(jié)構(gòu)，鋼件上也不能堆焊鋁。

54、 ⑸ 鋁容器耐沖蝕性能不好，高速流體的沖擊和磨會破壞鋁表面的鈍化膜，對介質(zhì)的流速應(yīng)予以限制。腐蝕性介質(zhì)的流速應(yīng)低于1.5m/s，清水的流速應(yīng)低于6m/s。 ⑹ 鋁很軟，用作螺栓容易咬死，鋁容器中應(yīng)盡量使用鋼螺栓。鋁螺栓也應(yīng)采用強度高的鋁。 ⑺ 在濃硝酸等介質(zhì)中，鋁焊縫的耐蝕性比母材差得較多，采用無縫旋壓鋁筒可獲得較好的效果。,2024/3/30,36,鋁合金制容器的制造檢驗特點,⑴ 鋁在高溫下易與空氣中的氧反應(yīng)，

55、鋁容器焊接時要有良好的保護。鋁容器的焊接主要采用氬弧焊。 ⑵ 鋁的熱導(dǎo)率和比熱容約為鐵素體鋼的兩倍多，鋁的熱導(dǎo)率則是奧氏體不銹鋼的十幾倍，因而鋁的焊接應(yīng)盡量采用能量集中、功率大的能源。 ⑶ 焊接時鋁熔池凝固時的體收縮率約為鋼的兩倍，因而鋁焊縫容易產(chǎn)生縮孔、縮松及熱裂紋。 ⑷ 鋁焊接熔池易吸收氫等氣體，焊縫易產(chǎn)生氣孔。熔池中進入氧化鋁易形成夾渣。焊前清除焊件與焊絲的氧化膜、水分、油污、有機物等對鋁的焊接

56、很重要。 ⑸ 鋁焊接熔池金屬固態(tài)與液態(tài)沒有明顯的色澤差別，焊接對應(yīng)注意掌握。 ⑹ 鋁容器焊后一般不要求熱處理。 ⑺ 鋁無磁性，表面無損檢測不能用磁性法，常用滲透法。,2024/3/30,37,鈦合金制壓力容器⑴,鈦在地殼外層10英里范圍內(nèi)約占有0.4%,儲量在金屬中僅次于鋁、鐵、鎂占第四位，世界海綿鈦的年產(chǎn)能力超過10萬噸。由于鈦合金優(yōu)異的耐腐蝕性，在現(xiàn)代工業(yè)的應(yīng)用也更為廣泛。鈦是面心立方晶格，沒有其

57、他同素異構(gòu)體，低溫下不存在脆性轉(zhuǎn)變。 我國生產(chǎn)的鈦材約有75%用于制造容器和換熱器。自從1965年制造了第一臺在鈦合金容器以來，我國已經(jīng)設(shè)計、制造和使用了數(shù)萬噸鈦合金容器。技術(shù)上取得一定經(jīng)驗。在鈦材的設(shè)計、制造、檢驗、使用、維修等方面也制訂一系列專業(yè)標準。90和99版《容規(guī)》均包括了鈦合金容器有關(guān)安全技術(shù)的內(nèi)容。GB151《管殼式換熱器》包括了鈦制管殼式換熱容器。GB16409《板式換熱器》包括了鈦制板式換熱容器。

58、 JB/T4745-2002《鈦制焊接容器》是國內(nèi)第一個內(nèi)容完整（包括設(shè)計、選材、制造和檢驗）的鈦制壓力容器標準。包括了壓力容器和常壓容器。包含了全鈦容器、襯鈦容器和復(fù)合板制容器。該標準的編制形式和GB150相似。鈦合金容器最低設(shè)計溫度可達-269℃。設(shè)計壓力≤35MPa。,2024/3/30,38,鈦合金制壓力容器⑵,國外標準：美國、日本、前蘇聯(lián)、德國、英國、法國等均有鈦制壓力容器的標準。。 ①、美國ASME鍋爐壓力容器規(guī)范

59、； ②、英國CP 3003《化工容器和設(shè)備的襯里》第九節(jié)； ③、日本JISB8240《制冷用壓力容器結(jié)構(gòu)》； ④、法國CODAP《非直接火壓力容器規(guī)范》規(guī)定安全系數(shù)； ⑤、俄OCT 26-01-279《鈦制容器與設(shè)備，強度計算公式與方法》； 俄РДРТМ 26-01-114《鈦制容器與設(shè)備，靜載下開孔補強的計算公式與方法》 ； 俄РДРТМ

60、 26-01-114《鈦合金АТ3制法蘭聯(lián)接的容器與設(shè)備強度與密封的計算方法》； 俄РДРТМ 26-01-133《鈦與鈦合金制容器與設(shè)備，考慮低周載荷時的強度計算公式與方法》； 俄OCT 26-Ⅱ-06《鈦與鈦合金制容器與設(shè)備，一般技術(shù)條件》。 國內(nèi)標準：①JB/T4745-2002《鈦制焊接容器》 ②、GB151《管殼式換熱器》； ③、GB16409《板式

61、換熱器》。,2024/3/30,39,鈦合金制壓力容器應(yīng)用特點,⑴、鈦是面心立方晶格，沒有其他同素異構(gòu)體。低溫下不存在脆性轉(zhuǎn)變，可在航空航天工業(yè)制造移動式低溫容器（重量輕、高比強度）。但由于價格昂貴，通常很少用于制造固定式低溫容器。 ⑵、在海水、鹽水等含氯介質(zhì)中，碳鋼、低合金鋼、不銹鋼和鋁合金耐蝕性比較差，約有50%的鈦容器用于抗含氯介質(zhì)的腐蝕。 ⑶、鈦在發(fā)煙硝酸、干氯氣、甲醇、三氯乙烯、液態(tài)四氧化二氮、熔融金屬

62、鹽、四氯化碳、尿吡啶、溴蒸汽等介質(zhì)可能發(fā)生燃燒、爆炸或應(yīng)力腐蝕，鈦容器對這些介質(zhì)應(yīng)回避或慎用。 ⑷、鈦在溫度超過500℃的純氧或1200 ℃ 的空氣中會發(fā)生燃燒，因此鈦容器不得在有純氧或空氣的情況下接觸明火。 ⑸、鈦材和鈦容器一般不要求考核沖擊韌性。,2024/3/30,40,鈦合金制壓力容器用材特點,⑴、鈦的熔煉在真空條件下進行，要消耗大量的能量。單位重量鈦材的價格約為普通鋼材的50倍、不銹鋼材的8倍。因此鈦材

63、應(yīng)合理使用。 ⑵、奧氏體鋼、鋁和鈦均沒有明顯的屈服現(xiàn)象，奧氏體鋼代之于屈服強度σ0.2，鋁代之于規(guī)定非比例伸長應(yīng)力σP0.2，以及鈦代之于規(guī)定殘余伸長應(yīng)力σR0.2 ⑶、容器用鈦的決定性指標是塑性而不是強度。容器用鈦只有在退火狀態(tài)才具有最好的塑性，同時具有最低的屈強比、最好的耐腐蝕性和焊接性能。因此容器用鈦的材料供貨狀態(tài)均為退火狀態(tài)。,2024/3/30,41,鈦合金制壓力容器設(shè)計特點,⑴、鈦容器的抗拉強度安全

64、系數(shù)nb不得低于3，屈服強度（規(guī)定殘余伸長應(yīng)力）不得低于1.5。鈦的屈強比常為0.6～0.8。因此溫度不高時，均以抗拉強度的計算作為決定性因素。鈦的許用應(yīng)力也以抗拉強度作為主要依據(jù)。 ⑵、鈦容器不需要考慮晶間腐蝕的檢驗問題。 ⑶、介質(zhì)的流速如超過臨界流速，會破壞鈦材表面鈍化層，大大加劇腐蝕。設(shè)計時應(yīng)注意介質(zhì)流速不得超過臨界流速。通常在常溫海水中，鈦的臨界流速不超過20m/s。 ⑷、雖然標準規(guī)定鈦容器的

65、設(shè)計溫度可達300℃，但隨溫度的上升，強度下降明顯（比鋼明顯得多）。當溫度為200℃時的抗拉強度僅為室溫的2/3，當溫度為300℃時，鈦材的抗拉強度僅為室溫的一半。設(shè)計時應(yīng)全面衡量，確定設(shè)計方案。 ⑸、鈦與鋼的復(fù)合板制造的容器，在焊接接頭處復(fù)合層鈦和基層鋼不能熔焊成一體，復(fù)層和基層在焊接接頭處沒有連接強度，因此鈦復(fù)合板的復(fù)合層不能參加強度計算。,2024/3/30,42,鈦合金制容器的制造檢驗特點,⑴、鈦比鋼、鋁、銅、鎳等

66、的屈強比高，過量冷成形易開裂，成形量較大的工件宜采用熱成形。 ⑵、鈦在高溫下極易氧化，鈦容器的焊接主要采用真空或惰性氣體保護氬弧焊。 ⑶、鈦的彈性模量僅為鋼的一半，在同樣的焊接應(yīng)力下，鈦的變形量也比鋼大一倍，焊接時應(yīng)盡量減少焊接變形量。 ⑷、鈦容器的推薦消除應(yīng)力退火處理溫度為：500～600℃，保溫15～60min，空冷。 ⑸、溫度不同，鈦表面氧化膜的顏色也不同。銀白色和金黃色為合格；藍色

67、只能用于非重要部位，應(yīng)去除藍色；紫色只可用于常壓容器，應(yīng)去除紫色，去不掉應(yīng)返修；灰色、暗灰色、灰白色和黃色粉狀物應(yīng)為不合格。 ⑹、鐵污染會使鈦容器局部產(chǎn)生氫脆，鈦容器制造完畢可用試劑紙進行鐵污染檢驗（鐵氰化鉀，呈藍色）。,2024/3/30,43,銅制壓力容器,銅制壓力容器是常用的有色金屬壓力容器之一，主要用于耐腐蝕容器、防鐵離子污染容器、換熱容器和低溫容器。美國、日本 、俄羅斯 、德國等都有銅制壓力容器標準，法國也在其壓力

68、容器標準中確定了銅制壓力容器的安全系數(shù)等重要參數(shù)。99版《容規(guī)》對銅制壓力容器的安全技術(shù)做出明確規(guī)定，我國已有了較完整的銅材與銅焊接材料的標準體系，有個別設(shè)備（如空分設(shè)備）已制定相應(yīng)銅產(chǎn)品的標準，國內(nèi)銅制壓力容器的設(shè)計和制造已積累一定的經(jīng)驗。 目前全國鍋容標委會正在組織制定銅制壓力容器的基礎(chǔ)行業(yè)標準－JB/T4755《銅制壓力容器》,標準的重點為材料和制造，由于銅制壓力容器的結(jié)構(gòu)形式、強度計算與鋼相似，該部分內(nèi)容均參照GB