压力容器套合筒节的成形

原创 胡伟明  2020-11-16 20:56:00  阅读 160 次 评论 0 条
摘要:

热套压力容器有两种不同类型的热套压力容器。一种是超高压条件使用的热套容器。其层间过盈量需经精确计算并采用单层筒内、外壁精加工的方法来加以准确控制,使套合应力能有效改变工作应力沿壁厚的分布状态,从而满足超高压条件的要求。另一种热套容器,是指在化肥、石油化工、煤化工等一般高压条件使用的套合压力容器。GB/T 150.4所列入的热套容器是后者,为避免理解歧义,专门给以“套合压力容器”的术语定义。套合筒节,是由数层具有一定过盈量的单层筒,经加热逐层套合而构成,并经热处理消除其套合应力,经机加工后,一个或

热套压力容器

有两种不同类型的热套压力容器。

一种是超高压条件使用的热套容器。其层间过盈量需经精确计算并采用单层筒内、外壁精加工的方法来加以准确控制,使套合应力能有效改变工作应力沿壁厚的分布状态,从而满足超高压条件的要求。

另一种热套容器,是指在化肥、石油化工、煤化工等一般高压条件使用的套合压力容器。GB/T 150.4所列入的热套容器是后者,为避免理解歧义,专门给以“套合压力容器”的术语定义。

套合筒节,是由数层具有一定过盈量的单层筒,经加热逐层套合而构成,并经热处理消除其套合应力,经机加工后,一个或数个套合筒节用环向焊缝(属B类焊接接头)连接在一起构成筒体。单层筒厚度一般为25mm~50mm。

单层筒的成形

套合压力容器各单层筒的成形方法和单层卷焊压力容器一样,在卷板机上卷制,需要时也可在压机上压成两个半圆后组焊成一个压焊圆形筒节。

为了方便套合及尽量减小层间间隙,套合容器单层筒与单层卷焊筒节相比,在如下几方面提高或增加了要求:

(1)套合容器单层筒的圆度要求(即同一断面最大与最小内径差)比单层卷焊壳体要求高,且明确规定应沿圆筒的轴向分上、中、下三个断面测量。

(2)增加了单层筒的直线度要求,如单层筒成形不良,呈现腰形或鼓形,则套合筒的中间部位或两端就会产生过大的间隙,且中间部位的间隙是无法检查的。

(3)单层筒A类焊接接头棱角的存在;是产生套合间隙的主要原因且极易产生沿圆筒轴向的贯穿性间隙,因此,要求A类接头的表面应进行机加工或修磨加工,一方面去除余高、错边、咬边,一方面使焊接接头区的圆度与筒身尽量一致。

套合操作

为了使层与层之间紧密贴合,一定要采用过盈配合,即内层筒的外径应略大于外层筒的内径,套合时将外层筒加热使之膨胀,然后将冷的内层筒套入,冷却后在过盈量的作用下使内、外筒紧紧贴合在一起,且外层筒会对内层筒产生一预压缩应力,称为套合(预)应力。这一过程涉及三个技术问题,:

(1)过盈量的确定。过盈量大使层间贴合紧密但不利于套合操作。过盈量的选择一般应根据单层筒的直径(直径越大,加热后膨胀的绝对最值越大,越方便套合操作)、厚度(厚度越大,其热容最越大,套合操作时不易冷却收缩)及套合加热温度综合考虑。在保证顺利套合的前提下,加大过盈量有利于层间紧密贴合。

(2)加热温度的选择。显而易见,外筒加热温度越高越利于套合操作,但应注意不能因加热而影响材料的力学性能,这一点对正火+回火、调质钢尤为重要,加热温度一定不能超过钢材的原始回火温度。

(3)套合操作。操作时一定要靠筒身自重自由套入,绝不允许强力压入,强力压入会使套合面产生轴向划痕,影响容器的运行安全。为了改善操作条件,保证套合顺利进行,最好将外层筒置于井式(地)炉内加热。

套合间隙的检查

由于单层筒厚度较厚,不可能采用敲击法通过声音来判别贴合质量,而只能用塞尺检查套合筒两端的套合间隙。间隙的合格指标受两方面因素制约:一是间隙的径向尺寸,二是间隙的面积(即间隙沿筒体轴向的深度与间隙弧长的乘积)。间隙径向尺寸超过某一数值时,限制其所允许的间隙面积,间隙径向尺寸再大,需进行补焊处理,详见标准( GB/T 150.4)的有关规定。这些规定均来自国内试验研究的成果,实践证明,规定内间隙的存在,对产品的应力状态即产品的使用是没有影响的。

套合应力的消除

套合应力的存在虽能在一定程度上改善应力沿壁厚的分布状态,但由于其量值无法控制(即设计时无法加以利用),且套合应力过大再叠加上工作应力,有可能使外筒内表面的应力接近甚至达到材料的屈服点,影响产品的运行安全。因此,标准(GB/T 150.4)要求通过热处理尽量将其消除。套合应力的消除程度与加热温度、保温时间这两个热处理工艺参数有关,其中温度起主要作用。消除套合应力与消除焊接应力的热处理规范基本一致,因此,标准(GB/T 150.4)允许将二者合并进行。

套合还应注意5个问题:

(1)套合前应清除各单层筒内外表面的氧化皮、铁锈、油污和其他影响贴合的杂物,非机械加工单层筒的内外表面一般采用喷砂或喷丸处理。

(2)套合前检查每个筒节是否存在因吊运等引起的局部凹凸、端部变形。

(3)各单层筒的A类接头相互错开,错开角度不小于300。

(4)除内筒外,每个单层筒上都应按图样要求钻泄放孔。泄放孔的位置多在单层筒的两端,其直径及数量随容器直径的不同而不同,其作用与多层筒节包扎容器的检漏孔的作用相同。

(5)单层筒按单层卷焊容器制备产品焊接试件的条件制备产品焊接试件。

套合压力容器的特点

套合压力容器属组合式圆筒体结构,具有如下特点:

(1)层间过盈量一般根据容器规格的大小由套合工艺确定。

(2)套合面无需机械加工或只经粗加工。

(3)套合应力需经热处理尽量消除。

套合容器具备了多层筒节包扎容器的各种优点,由于板厚( 25mm—50mm)、层数较少(一般不超过5层)又比多层筒节包扎结构工艺简单,材料来源广、利用率高,工效高。实际上,它是一种兼有单层焊接、多层筒节包扎二者长处的壳体结构,可满足容器大型化的需求。

套合结构的不足有:

(1)与多层筒节包扎容器一样,存在深环向焊接接头。

(2)套合过盈量不易控制。

(3)容器较大时,消除套合应力热处理消耗的能源大,且需要有大型加热装置。


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