压力容器安全管理技术论文.doc

1、新疆大学毕业论文 (设计 )题 目: 压力容器安全管理技术指导教师： 学生姓名： 所属院系： 化学化工学院 专 业： 过程装备与控制工程 班 级： 过程装备与控制工程 08-1 完成日期： 2012 年 月 日 2声 明本人郑重声明：本文是在 老师的指导下由本人独立完成，本人拥有自主知识产权，本文没有抄袭、剽窃他人的成果，他人也不得抄袭和篡改本文，由此造成的知识产权纠纷均由本人负责。文中依法引用他人成果均已做出明确标注，或得到许可。本人签名：2012 年 06 月 01 日新疆大学本科生毕业论文新 疆 大 学毕业论文（设计）任务书班 级：过程装备与控制工程 08-1 姓 名： 论文（设计）题目

2、： 压力容器安全管理技术 专 题： 要 求 完 成 的 内 容 ： 1. 压力容器安全概论 2.压力容器的应力与设计方法 3.压力容器的材料与结构设计 4.压力容器制造与焊接 5.压力容器检测试验技术 6.压力容器的无损检测 发题日期： 2012 年 2 月 20 日 完成日期：2012 年 6 月 1 日实习实训单位：化 学 化 工 学 院 地点：校 本 部 论文页数： 页； 图纸张数： 指 导 教 师 ： 教研室主任： 院 长 ： 4摘要在化学工业生产过程中,压力容器广泛的应用于石油、石化、能源等工业区域，在国民经济发展中起着重要的作用。作为特种设备的压力容器，具有一定的危险性和危害性，因

3、此关系到人民的生命安全，影响国民经济的建设。压力容器的安全涉及到材料、设计、制造、安装、使用、检验、管理等多个环节。本文主要通过对压力容器的概念、特点、基本要求，压力容器的强度与应力分析，压力容器的材料与结构，压力容器的制造与焊接以及压力容器的检测试验技术等方面的论述，初步探讨和了解压力容器制造、使用、管理过程中的安全技术问题，藉此严格按照各项安全规定，以科学严谨的态度，力求将基础理论与实际应用相结合，保证设备运行安全。关键字：压力容器 ； 安全 ； 管理ABSTRACTIn the production process of the chemical industry，Pressure ve

4、ssel widely used in petroleum、Petrochemical, energy and other industrial areas，Plays an important role in national economic development。As special equipment, pressure vessels, with a certain degree of risk and danger，Related to the safety of peoples lives, affecting the construction of the national

5、economy.The safety of pressure vessels related to materials, design, manufacture, installation, use, inspection, management and other. In this paper, through the pressure vessel concepts, features, basic requirements, the strength and stress analysis of pressure vessels, Exposition of the manufactur

6、ing and welding of pressure vessel materials and structures, pressure vessels and pressure vessel testing technology，Preliminary study and understand the technical issues of security in the pressure vessel manufacture, use, management process，To take strict accordance with the safety requirements, a

7、 scientifically rigorous manner, and strive to be the combination of the basic theory and practical application, to ensure the safe operation of equipment. Keywords: pressure vessel ; security ; management新疆大学本科生毕业论文目录第一章 压力容器安全概论 1第一节、压力容器的定义与分类 1一、 压力容器的定义 1二、 压力容器的分类 1第二节、 压力容器的运行特性与基本要求 3一、 压力容器

8、运行的特性 3二、 压力容器的基本要求 3第三节、 压力容器的失效 4一 、 强度失效 4二、 其他失效 4第二篇 压力容器的应力与设计方法 5第一节、 压力容器的载荷 5一 工作压力 5二 重力载荷 5三 风载荷 5四 地震载荷 5五 温度载荷 6第二节、 压力容器的应力分析 6一、一次应力 P.6二、 二次应力 Q.6三、 峰值应力 F 6第三节 压力容器的局部应力 7一、边缘应力 7二、 热应力 7三、 制造偏差引起的附加应力 8四、 焊接接头的局部应力 8第三篇 压力容器的材料与结构设计 9第一节 、 压力容器的材料 9一、 材料的力学性能 9二、 压力容器常用材料 10第二节、 压力

9、容器用钢材的要求 11一、压力容器用钢材的要求 11二、 压力容器常用的钢种 11第三节、 压力容器材料的脆化与劣化 12一、 钢的冷脆性 12二、 其他脆化形式 13三、 高温材料性能的劣化 13第四节 热处理 14一 普通热处理 14二 表面热处理 15第五节、 压力容器的结构设计 156一、压力容器结构设计的一般原则 15二、压力容器零部件设计 15三、 法兰结构与密封设计 16四、 开孔及开孔补强 17五、 结构设计中注意的问题 17第四篇 压力容器制造与焊接 18第一节、 压力容器制造 18一、 板焊结构压力容器制造 18二、 压力容器的焊接 19二、 焊缝与焊接接头 21三、 焊接

10、剩余应力与变形 23四、 焊接质量控制方法 24五、 焊接性能评定 25第五篇 压力容器检测实验技术 26第一节、 宏观检查 26一、 外观检查 26二、 结构检查 26三、 几何尺寸检查 26第二节、 理化实验 27一、 硬度测定 27二、 化学元素分析 27三、 应力应变试验 284、 耐压试验的温度 305、 耐压试验时的应力校核 306、 耐压试验操作过程 317、 耐压试验结果的评定 328、气密性试验 32第六篇 压力容器 的无 损检测 33第一节、 缺陷的种类及产生原因 33一、钢焊缝中常见的缺陷及产生原因 33二、表面缺陷 33三、 气孔 35四、 夹渣 36五、 焊接裂纹 3

11、6六、 未焊透 37七、 未熔合 37第二节、 无损检测方法 38一、无损检测的方法 38二、 无损检测的特点 39三、 无损检测应用原则 39四、无损检测 39结论 45参考文献 46致谢 47新疆大学本科生毕业论文1第一章 压力容器安全概论第一节、压力容器的定义与分类一、 压力容器的定义承受流体介质压力的密闭壳体都可属于压力容器。中国压力容器安全技术监察规程中定义，同时具备下咧三个条件的容器可作为压力容器。（一）最高工作压力大于等于 0.1MP（不含液体静压力） ；（二）内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于或等于 0.15m，且容积大于或等于 0.025m3；（三）承装介质为气体、液化气体

12、或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。二、 压力容器的分类压力容器的种类很多，根据不同的要求，有许多种分类的方法。（一）按承压性质可将容器分为内压容器和外压容器两类：内压容器按其设计压力，可划分为低压、中压、高压和超高压四个压力等级，见下表内压容器的分类容器的分类 设计压力 p/MPa 容器的分类 设计压力p/MPa低压容器中亚容器0.1p1.61.6p10高压容器超高压容器10p100P 1001. 按容器壁温可分为常温容器（20200） 、中温容器（在常温和高温之间） 、高温容器（达到蠕变温度，对低合金钢容器，温度超过 420，合金超过 450，奥氏体不锈钢炒锅 550）和低温容器（20）

13、 。2. 按制造方法可分为焊接容器、锻造容器、铸造容器。3. 按制造材料科分为金属制和非金属制两类。4. 按容器在生产工艺过程中的用途可分为反应容器、盛装容器、换热容器2和分离容器。5. 按容器的使用特点和安全管理方面考虑，可分为固定式容器和移动式容器两大类。6. 按安全监察管理分类。a. 第三类容器：1. 高压容器;2. 毒性程度为极高和高度危害介质的中压容器；3. 易燃或毒性程度为中度危害介质，且 pV 乘积大于等于10MPam3的中压贮存容器；4. 易燃或毒性程度为中度危害介质，且 pV 乘积大于等于0.5MPam3的中压反应容器；5. 毒性程度为极高和高度危害介质，且 pV 乘积大于等

14、于0.2MPam3的低压容器；6. 高压、中压管壳式余热锅炉；7. 使用强度级别较高的材料制造的容器；8. 移动式压力容器，包括铁路罐车、罐式汽车和管事集装箱等；9. 容积大于等于 50 m3的球形储罐；10.容积大于 5 m3的低温液体贮存容器。b第二类容器：1. 毒性程度为极高和高度危害介质的低压容器；2. 易燃介质灬毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和低压贮存容器；3. 低压管壳式余热锅炉；4. 低压搪玻璃压力容器。c. 第一类压力容器：除以上规定的低压容器为第一类压力容器。新疆大学本科生毕业论文3第二节、 压力容器的运行特性与基本要求一、 压力容器运行的特性压力容器是在特殊条件下运行

15、的特种设备，其安全可靠性是设计、制造中的关键问题。因此，了解压力容器运行中的基本特性是十分必要的。这些基本特性主要包括压力、温度以及介质的特性。（一）压力压力是压力容器运行的主要特性参数。压力容器内的压力主要来源于以下两个方面。1. 来自容器以外，有各类气体压缩机、泵、蒸汽锅炉、废热锅炉 提供的压力。2. 在容器内产生或增大。（二）温度容器的设计温度是指在正常操作情况是，在相应的设计压力条件下，壳体或受压元件可能达到的最高或最低温度。温度是压力容器材料选用的主要依据之一，也是压力容器设计和使用中需要考虑的因素。 （三）介质特性由用途和生产工艺所决定的压力容器的介质品种繁多复杂，从安全方面考虑，

16、对介质特性主要考虑三个方面：一是介质与压力和温度相关的无力特性；二是介质对材料的腐蚀性；三是戒指的化学特性，主要是易燃和易爆性质，以及毒性程度。二、 压力容器的基本要求对压力容器最基本的要求是在确保安全的前提下长期有效地运行，因此压力容器应满足以下几个方面的要求。（一）强度 强度是指容器在外力作用下不失效和不被破坏的能力。（二）刚度 刚度是指容器在外力作用下保持原来形状的能力。（三）稳定性 稳定性是容器在外力作用下保持其几何形状不发生突然改变的性能。4（四）密封 压力容器往往盛装一些易燃、易爆或有毒的介质，一旦泄露，不仅会对环境带来污染，也会引起财产损失和人员伤亡，因对于密封性能的要求至关重要

17、。（五）使用寿命 压力容器的设计使用年限一般为 1015 年。（六）制造与维修压力容器的结构应便于制造、安装和检查，以保证容器安全运行。第三节、 压力容器的失效压力容器在规定的使用期限内，因设计结构不合理、制造质量不良、使用维护不当或应其他原因失去按原设计参数正常工作的能力，称为压力容器的失效。压力容器失效可分为强度失效、刚度失效、失稳失效、和泄露失效四大类，其中强度失效时最重要的失效形式。一 、 强度失效强度失效失效是指因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，包括韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂和腐蚀断裂等。（一）韧性断裂 韧性断裂是压力容器在载荷作用下，产生的应力达到或接近所用材料的强度

18、极限而引起的断裂。（二）脆性断裂 脆性断裂 是指变形量很小、且在壳体中的应力值远远低于材料的强度极限是发生的断裂（三）疲劳断裂 疲劳断裂指在使用中的压力容器，在交变载荷作用下，经一定循环次数之后产生裂纹和突然发生断裂失效的过程。二、 其他失效（一）刚度失效 由于构件过度的弹性变形引起的失效称为刚度失效。（二）失稳失效 在压应力作用下，压力容器突然失去其原有的几何形状新疆大学本科生毕业论文5引起的实效称为失稳失效。（三）泄漏失效 由于泄露引起的实效，称为泄漏失效。第二篇 压力容器的应力与设计方法第一节、 压力容器的载荷作用于容器及其附件上的力称为载荷。和其他的机械设计一样，在压力容器的设计中首先

19、就要确定容器在使用中所承受的实际载荷。压力容器设计中需要考虑的主要载荷有：工作压力、容器的自重以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷、风载荷、地震载荷、温度梯度或热膨胀量不同引起的温度载荷，有时还要考虑支承件的反作用力、管道载荷与冲击载荷以及雪载荷一 工作压力正常运行中的压力容器都将承受一定的压力载荷，对多数容器来说，压力往往是确定壁厚的唯一载荷。压力容器的工作压力根据容器承受的压力载荷情况不同而不同。 二 重力载荷容器的重力载荷包括容器的自重、所容纳的介质重力以及永久性的连接于容器上的工艺附件、保温材料及操作平台等的重力。重力载荷对器壁的作用与容器的支承方式有关，通常是局部地作

20、用于支承部位的器壁上，如具有鞍式支座的卧式容器和具有支柱式支座的球形容器等。三 风载荷对于安置于室外的高耸设备必须考虑风载荷的作用。当风载荷吹到设备的迎风面上时，相对于设备作用了一个脉动的力矩，相当于风力矩的作用将设备受到平行于风向的静弯矩作用，在迎风面的器壁产生轴向拉应力，被风面产生轴向压应力。风载荷的大小与风俗、空气密度、所在地区和季节有关。四 地震载荷6地震时，地面突然产生水平或垂直的运动，是固定于地面的容器产生惯性力，即地震力。地震波的作用下有三个方向的运动：水平方向振动、垂直方向振动和扭转，其中以水平方向振动的危害较大。五 温度载荷对于操作温度高于（或低于）是问的容器，在使用时其壁温

21、将高于（或低于）安装温度。很据热胀冷缩的原理，容器元件的壁温变化也会引起相应的膨胀（收缩）变形，构建内部就会产生温差应力。第二节、 压力容器的应力分析将压力容器的应力进行分类是分析设计与常规设计的区别之一。一、一次应力 P一次应力是指为平衡压力与其他外加机械载荷所必须的应力。一次应力必须满足外载荷与内力及内力距的静力平衡关系，它随外载荷的增加而增加，不会因达到材料的屈服点而自己行限制。一次应力可以分为一下三种:1. 一次总体薄膜应力 Pm 在容器总体范围内存在的薄膜应力即为一次总体薄膜应力。2. 一次弯曲应力 Pb 平衡压力或其他机械载荷所需的沿截面厚度线性分布的应力3. 一次局部薄膜应力 P

22、L 在总体结构不连续区域，有内压或其他机械载荷产生的薄膜应力和连接边缘效应产生的薄膜应力统称为一次局部薄膜应力。二、 二次应力 Q二次应力是由容器自身的约束或相邻部件间的相互约所引起的正应力或切应力。这种盈利的基本特征是它具有自限性，也就是当局部范围内的材料发生屈服或小量的塑性流动时，相邻部分之间的变形约束得到缓解而不再继续发展，新疆大学本科生毕业论文7应力就自动地限制在应范围内。二次应力的实例有 a.总体结构不连续的弯曲应力，如筒体与封头、筒体与法兰、筒体与接管以及不同厚度连接处；b.总体热应力，它指的是解除约束后，会引起结构显著变形的热应力，如厚壁圆筒中径向温度梯度引起的当量线性热应力。三

23、、 峰值应力 F 峰值应力是由于局部结构不连续和局部热应力的影响而叠加到一次加二次应力之上的盈利增值。峰值应力最主要的特点是高度的局部性和自限性，因而不会引起 明显的变形。局部结构不连续是指：几何形状或材料在很小的区域内的不连续，只在很小的范 围内引起应力和应力增大，即应力集中，但对于结构总体应力分布和变形没有显著的影响。局部热应力是指：解除约束后，不会引起结构显著变形的热应力。第三节 压力容器的局部应力一、边缘应力当容器整体承压时，在这些相互连接的部位会因为不能自由变形而产生弯矩，由此引起的弯曲引力有时要比由于内压而产生的薄膜应力大得多。由于这种现象只发生在连接边缘，因此称为边缘效应或边缘问

24、题，而由边缘效应所引起的应力称为边缘应力。边缘应力的特点是它的局部性和局限性。由不同性质的连接边缘产生不同的边缘应力，但由于它们都有一个明显的衰减波特性，在离连接边缘不远的地方就衰减完了。另外，边缘应力是由于薄膜变形不连续，以及由此而产生的对弹性变形的互相约束作用所引起的。二、 热应力在压力容器中，由于温度变化而产生的变形受到约束所引起的应力称为热8应力或温差应力。热应力有时可能很高，足以产生过量塑性变形或断裂。热应力在以下几种情况下产生：1. 容器在较高或较低的温度下运行时因温度变化受到外部的约束或限制；2. 由两个或两个以上的零件组成的容器，当温度分布不均、温升不等或各个零件部件材料的线膨

25、胀系数不相等，也会引起各部分之间的相互作用力，从而引起热应力。热应力是由于零部件的热变形受到约束而产生的，所以它具有自限性。三、 制造偏差引起的附加应力在制造过程中，由于加工成形与组装过程产生的缺陷，也会在容器上产生附加的应力。1.截面不圆引起的附加应力截面圆公差越大，附加弯曲应力越大。2.错变和角变形引起的附加应力错边是指两块对接钢板沿厚度方向没有对齐而产生的错位。角变形是指对接的板边虽已对齐，但板的中心线不连续，形成一定的棱角，因此这样的缺陷也称棱角度。错边和棱角度造成结构上的不连续，结构承载后在错边和棱角度部位产生附加的弯曲应力和切应力，造成局部应力升高。错边和棱角度是压力容器制造中常见

26、的结构缺陷，尤其是球罐等大型容器，由于施工现场条件和工装的影响，组装时错边和棱角度往往较容易产生，必须加以控制。还有表面凹凸不平引起的附加应力四、 焊接接头的局部应力由于焊接过程中在焊接接头各区进行着不同焊接冶金过程，并经受不同的热循环和应变循环的作用，使各区的组织和性能存在较大的差异，造成焊接组新疆大学本科生毕业论文9织的不均匀和力学性能的不均匀性。同时由于焊接接头存在几何不连续，致使其工作应力不均匀，出现应力集中。第三篇 压力容器的材料与结构设计第一节 、 压力容器的材料一、 材料的力学性能为满足各种压力容器每个具体工况的要求，合理的选用材料是设计化工设备的主要环节，也是提高压力容器的安全

27、可靠性，确保其安全运行的前提。为能选择合适的材料制造压力容器，保证压力容器安全正常的运行，必须首先了解材料的基本性能。（一）强度材料的强度是指材料抵御外加载荷而不致失效破坏的能力。按所抵抗外力作用的形式可分为：抵抗外力的静强度；抵抗冲击外力的冲击强度；抵抗交变外力的疲劳强度。（二）弹性与塑性弹性是指材料在外力作用下产生变形，一旦失去外力，仍能恢复原状的性质。塑性是指金属材料在外力作用下产生不能护肤原状的永久变形而又不断裂的能力。1. 延生率 主要反映材料均匀变形的能力，它以试件拉断后总伸长的长度与原始长度的比值百分比 （%）来表示。2. 断面收缩率 主要反映材料局部变形的能力，它以试件拉断后，

28、断面缩小面积与原始截面的面积比值的百分率 （%）表示。材料的延生率与断面收缩率值愈大，材料塑性愈好。一般压力容器材料要求 1016%18%。103.硬度硬度是指材料对外界物体机械作用（如压缩、刻划）的局部抵抗能力。硬度不是金属独立的基本特性，而是反映材料弹性、强度、韧性与塑性等的综合性指标。在工程技术中应用最多的有布氏硬度（HB） 、洛式硬度(HRC、HRB)、和维式硬度(HV)等。4.冲击韧性韧性可理解为材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时并迅速塑性变形的能力。常以时期破坏所消耗的功或吸收的能量来衡量，称为材料的冲击韧性，以 Ak表示，单位 J。二、 压力容器常用材料压力容器使用的主要材料是

29、碳素钢和低合金钢，这两类刚才构成了压力容器的基本材料。（一） 钢材的分类与成分 1. 钢材的分类 钢材通常按化学成分、金属品质、冶炼方式等进行分类。（1）.按化学成分分类，刚分为碳钢和合金钢两类。（2）.按钢的品质分来，钢的品质主要指钢的纯净度。钢的纯净度以钢中所含硫、磷等有害杂质的多少来衡量。（3）.按冶炼方法分类 可细化为按冶炼设备和按脱氧程度、浇注制度不同来分类。（4）.按脱氧程度和浇注制度的不同，钢可分类为：沸腾钢、镇静钢、和版镇静钢。（二） 钢材的元素组成钢中除碳、铁外，还含有少量的锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧(O)、氮(N)/氢(H)等元素。1.锰(Mn) 是一种

30、良好的脱氧剂，又是一种很好的脱硫剂，焊接时经常利用它脱氧和脱硫。锰是低合金钢中最常用的强化学元素。在钢中含量小于 2%时，对于低合金钢来说，可以提高钢的强度和韧性。2.硅（Si） 是强的脱氧剂。可提高钢的抗氧化性、高温疲劳强度、耐热性及耐 H2S 等介质的腐蚀性。新疆大学本科生毕业论文113.硫(S) 是钢中的有害元素，它和铁生成的 FeS 与 Fe 形成低熔点共晶体。再被加热到 10001200时，共晶体熔化，导致钢材在高温时破裂，这种现象称为“热脆” ，在焊接时会产生热裂纹。4.磷(P) 是刚中的有害元素，可使钢材的强度、硬度增加，塑性和韧性下降。特别是降低低温冲击韧性，即钢的“冷脆性”

31、。5.铬(Cr) 在化学性能方面它不仅能提高金属耐腐蚀性能，也提高抗氧化性能。当其含量达到 13%时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，并增加钢的热强性。第二节、 压力容器用钢材的要求一、压力容器用钢材的要求压力容器用材考虑容器的使用条件（设计温度、设计压力、介质特性和操作特点等） 、材料的焊接性能、容器的制造工艺以及经济合理性。对压力容器用钢材的要求主要有冶金质量、力学性能、工艺性能和耐腐蚀性能。5（一）冶金质量 刚才的冶金质量一般包括冶炼方式，硫、磷及偶存于钢中其他有害元素的含量。晶粒度，杂质物的类型、数量和分布，气体含量及疏松、偏析、裂纹等疵病。刚才的含碳量一般不大于 0.25%，为了减少刚才

32、的热脆性和冷脆倾向，钢材的化学成分中控制允许的硫、磷含量。（二）力学性能 为保证安全性和经济性，制造压力容器所有部件都应有足够的强度，以防止在承受压力时发生塑性变形甚至断裂。（三）工艺性能 压力容器一般是采用卷板或冲压成形的焊接结构，而钢材生产是经过锻造、热轧等过程。所以要求钢材应具有良好的冷、热加工性能和焊接性能。（四）耐腐蚀性能 是指材料在使用条件下抵抗工作介质腐蚀的能力。设计压力容器时，必须根据其使用条件，选择适当的耐腐蚀材料。对于高温压力容器，所选用的材料还应具有抗氧化性能。二、 压力容器常用的钢种 对于不同用途的压力容器，其工作压力、工作温度、介质特性各不相同，12因此压力容器使用的

33、钢材类型较多，需要结合使用条件来确定。1.碳素钢 压力容器常用的碳素钢有碳素结构钢和专用碳素钢两种。碳素钢板的适用范围钢板材料 不得用于下列介质的压力容器设计压力/MPa使用温度/ 壳体厚度/mmQ235-B 毒性程度为高度或极度危害的介质1.6 0350 20Q235-C 2.5 0400 302.低合金钢 常用的低合金钢材有四类：钢板、钢管、锻件和螺柱，其中属钢板的使用量最大。常用的钢板有：16MnR、15MnNbR、13MnMoNbR。常用钢管有：16Mn、09MnD、10MnWVNb 等。16MnR 是应用最广泛的低合金钢，具有良好的力学性能和工艺性能，一般在热轧状态下使用，主要用于制

34、造中低压石油化工设备和球罐。3.高合金钢 常用的高合金钢材有 0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti 等。4.低温容器用钢 GB150钢制压力容器标准中规定设计温度小于或等于-20的压力容器为低温容器。对于低温容器，破坏的主要原因是低温脆性断裂，因此至关重要的是材料的低温韧性。5. 高温容器用钢 压力容器在常温以上的使用温度一般在 400600.使用的钢材多为低合金耐热钢。耐热钢主要合金元素有铬（Cr） ，铝（Al）,硅（Si）,镍（Ni） ，锰（Mn）,钒（V） ，钛（Ti） ，铌（Nb）等，在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性。第三节、 压力容器材料的脆化与劣化用于压力容

35、器受压元件所用的钢材在常温静载荷条件下一般都有较好的塑性和韧性，工程上习惯称之为塑性材料。但实际上，塑性很好的材料在一些不利的条件下或环境下使用也会出现塑性和韧性降低的现象，即发生脆化。脆性断裂具有快速扩展的特点，所以是最危险的失效形式。一、 钢的冷脆性 金属材料在低温下呈现冲击值明显降低的现象称为冷脆性。钢的冷脆是压新疆大学本科生毕业论文13力容器材料脆化最重要的类型。对于在低温条件下工作的受压元件，考虑钢材冷脆性是选用材料种类的基本要求。影响钢材低温韧性的因素很多，有晶体结构、晶粒尺寸、冶炼的脱氧方法、热处理状态、钢板厚度、合金元素等，其中以合金元素的影响最为显著。为避免钢材在使用中因冷脆

36、而断裂，就要测定该钢种由韧性转变为脆性的温度，即所谓的脆性转变温度 NDT（或称为无塑性转变温度） 。不同的材料具有不同的脆性转变温度。二、 其他脆化形式1.热脆性 钢材长时间停留在 400500后再冷却至室温时，冲击韧性值有明显下降，这种现象称为钢材的热脆性。2.回火脆性 一般来说，进行淬火的钢材还需再做回火处理以改善塑性与韧性。3.应变时效脆性 材料经冷变形加工后在室温下长时间保存，或在100300温度下停留一定时间后，强度与硬度升高而塑性与韧性下降的现象称为应变时效脆性。4.氢脆 钢材中的氢会使材料的力学性能脆化，这种想象称为氢脆，氢脆主要表现为塑性指标大为降低，断裂前无塑性变形。高强钢

37、的氢脆一般表现为低应力下的延迟破坏。氢对钢材的脆化过程是一个微观裂纹在应力作用下的扩展过程。温度是氢脆的重要影响罂粟因素，高强钢氢脆通常发生在-100100的温度范围内。5.苛性脆化 金属材料的局部高应力与具有一定浓度的氢氧化钠溶液相接触而发生的电化学晶间腐蚀脆化现象称为苛性脆化。材料产生苛性脆化必须具备以下三个条件：（1）在材料中必须着较高的局部应力，一般接近钢材的屈服强度；（2）在材料的局部高应力区有与较高浓度的氢氧化钠溶液相接触的条件，以技能加速反应的催化剂（主要是二氧化硅） ；（3）须具有一定的温度。三、 高温材料性能的劣化14常温下钢材的金相组织及力学性能一般都相当稳定，不随时间而变

38、化。但在高温下，力学性能会随着温度的升高发生明显的化（一般表现为强度降低而塑性升高）外，钢材在高温下还会出现蠕变、松弛等异常现象。除了前面涉及到的热脆、回火脆化、氢脆外，材料性能劣化的现象还包括：珠光体球化、石墨化、和禁锢严肃的再分配。第四节 热处理 热处理是将固态金属及合金按预定的要求进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要性能的一种工艺过程。根据热处理时外界对金属材料施加的基本作用以及材料的内部组织、结构和状态变化的特点，可将常用的热处理形式分为三类。如表所示。普通热处理：退火与正火淬火与回火 热处理 表面人处理：表面淬火化学热处理 形变热处理一 普通热处理普通热处理是指以热

39、作用为主要过长的热处理，即热作用只对金属材料的内部组织、结构、状态和性能起决定性的影响，材料的化学成分。形状和尺寸在热处理前后并不发生大的变化。1.退火 退火是把钢（工件）放在炉中慢慢加热到临界点（A c1或 Ac3）或再结晶温度上，保温一段时间，随炉缓慢冷却下来的一种热处理工艺。可分为完全退火、消除热应力退火和再结晶退火。2.正火 正火是把钢（工件）加热到临界点（A cm）以上 3050，保温后在空气中冷却的热处理工艺。新疆大学本科生毕业论文153.淬火 淬火是把钢（工件）加热到临界点（A c1或 Ac3）以上 3050，保温一段时间后，以过冷或过饱和形式冷却到是问的一种热处理工艺。淬火一般

40、得到马氏体组织。4.回火 为了消除钢淬火后的剩余应力及获得所需要的组织和性能，把已淬火的钢重新加热到 Ac1以下某个温度，保温后冷却的热处理工艺，称为回火。按回火温度的不同，可分为低温回火、中温回火和高温回火。二 表面热处理1.表面淬火 钢的表面淬火是将工件的表面通过快速加热到临界温度以上，在热量还来及传导至心部之前，迅速冷却。这样改变钢的表层组织，而内部不发生相变仍保持原有的组织状态。经表面淬火，可使零件表面层比内部具有更高的强度。硬度、耐磨性和疲劳强度，而内部则具有一定的韧性。2.化学热处理 化学热处理是将热作用和化学作用有机的结合起来，将零件置于某种化学介质中，通过加热、保温、冷却等方法

41、，使某些元素渗入金属合金中，从而使零件表面具有某些特殊性能。第五节、 压力容器的结构设计由于结构的原因引起容器破坏的因素主要有缺陷和应力两个方面。结构设计不合理，往往使得压力容器在制造和使用过程中容易产生缺陷。因此，首先要求压力容器的结构便于制造。其次是要求结构便于无损检测，使制造和使用中产生的缺陷能及时而准确地被检查出来，通过返修等补救措施消灭缺陷或限制在允许内。一、压力容器结构设计的一般原则对于压力容器结构设计的一般原则为:1.各受压部件应有足够的强度，并装有可靠的安全保护措施，防止超压；2.受压元件、部件结构的形式。开孔和焊缝的布置尽量避免或减小应力集中；3.承重结构在承受设计载荷时应具

42、有足够的强度、刚度、稳定性及防腐蚀性；164.容器的整体结构应便于安装、检修和清洗。二、压力容器零部件设计1.筒体压力容器形状主要有圆筒形、球形、方形组合形。2.封头 封头是压力容器的主要受压元件，常见的形式有凸形封头、锥形封头、变径段，平板盖等。 半球形封头 半球形封头是由半个球壳构成的。为了焊接方便以及降低边界外的边缘压力，半球形封头常和筒体取相同的厚度。 椭圆形封头 椭圆形封头由半个椭球和一个高度为 h 的圆筒形筒节组成。椭圆形的曲率是连续的，因此椭圆形封头的应力也是连续分布的。直边的作用是为了保证封头的制造质量和避免筒体与封头间的环向焊缝受边缘应力作用。压力容器中常用的是长短轴比值为

43、2 的标准椭圆形封头。碟形封头 也称为折边球形封头，由三部分组成：以 Ri 为半径的球面、以 r 为半径的过度圆弧（折边）和高度为 h 的直边。由于球面部分与过渡区、过渡区与直边段的曲率半径不同，结构不连续，会引起连接处的局部高应力，因此规定碟形封头球面部分的半径不大于筒体内径，通常取 0.9倍的封头内直径。 无折边球形封头 球罐形封头相当于把碟形封头的直边及过渡段部分去掉，只留下球面部分，并把它们直接焊在筒体上。由于与筒体的连接处存在明显的形状突变，会引起较大的附加弯曲应力，因此只适合较小、压力较低的容器。 锥形封头 主要应用于许多化工设备的底盖，它的优点是便于收集与卸除这些设备中的固体物料

44、。对于锥体大端，当锥壳半顶角 30时，可以采用无折边结构，当 30时，应采用带过渡段的折边结构。对于锥体小端，当锥壳半顶角 45时，可以采用无折边结构，当 45时，应采用带过渡段的折边结构。 平板盖 与其他封头比较，平板盖封头受力情况最差。在相同的受压新疆大学本科生毕业论文17条件下，平板盖比其他形式的封头厚得多。但是，由于平板盖封头结构简单，制造方便，在压力不高，直径较小的容器中，采用平板盖封头比较经济简便。三、 法兰结构与密封设计法兰连接是种常见的可拆卸结构。要保证法兰连接的紧密性，必须合理的选择压紧面的形状。最常采用的压紧面结构形状有平面、凹凸面、榫槽面和梯形槽等。四、 开孔及开孔补强为

45、了满足工艺、安装、检修的要求，往往要在容器的筒体或封头上开各种形状、大小不同的孔或连接接管。容器开孔后，不但削弱了容器壁的厚度，而且在筒体也接管处，由于原壳体结构发生了变化，在开孔区形成了一个局部地高应力集中取，产生应力集中。有于边缘处的峰值应力较高，甚至超过材料的屈服极限，加之容器材料和制造等因素的综合作用，往往成为容器的破坏源。因此，需要对压力容器位置与尺寸、连接结构和补强问题进行设计。1.容器开孔接管处应力集中的特点容器接管处的应力集中远比小孔处的情况严重。2.允许开孔的范围在圆筒壳体上开孔，对于内径小于等于 1500mm 时，最大孔径应小于等于筒体内径的 1/2，且小于等于 520 m

46、m；对于内径大于 1500 mm 的圆筒，最大孔径应小于等于筒体内径的 1/3，求小于等于 1000 mm；凸形封头或球星容器开孔，最大孔径应不大于壳体内径的 1/2；锥形封头的开孔最大直径应不大于孔中心处锥体内径的 1/3。3.开孔尺寸 容器上开孔时，无论开孔尺寸的大小，孔边的应力集中都是存在的。4.开孔补强设计 所谓开孔补强设计是在开孔附近区域增加补强金属，使之达到提高器壁厚度，降低应力集中系数，满足强度设计要求的目的。容器开孔补强的形式有整体补强和补强圈补强。整体补强是指采用增加整个壳体的厚度，或用全焊透的结构形式将壁厚接管与18整体补强锻件与壳体相焊接来降低开孔附近的应力。补强圈补强是

47、指在壳体开孔周围贴焊一圈钢板，即为补强，是最常见的补强结构。五、 结构设计中注意的问题1. 结构不连续处应当平滑过渡受压壳体存在几何形状突变或其他结构上的不连续，都会产生较高的不连续应力。因此，设计时应尽量避免，一般采用圆弧过渡或斜坡过度的形式，防止突变。2. 避免高应力区相互叠加在压力容器中，由于工艺、安装、检修的要求，往往需要开孔或连接接管，从而产生应力集中。设计时应将这些结构相互错开，以防止局部应力叠加造成更恶劣的应力状态。3. 注重角焊缝结构设计压力容器上不可连接的部位多采用角焊缝结构。例如筒体与夹套连接。筒体与平封头连接、法兰与管子连接、支座连接部位等。在结构上，角焊缝结构应力比较集

48、中，它受到拉应力、弯曲应力和切应力的作用，焊缝承受弯曲和切应力的能力较弱。因此，角焊缝中存在的缺陷，在交变载荷或冲击的不断作用下缺口不断扩展，常由此导致断裂引起事故。4. 避免采用刚性过大的焊接结构第四篇 压力容器制造与焊接第一节、 压力容器制造一、 板焊结构压力容器制造板焊结构压力容器应用十分广泛，适用于各类型的压力容器，其制造的基本工艺如图所示。新疆大学本科生毕业论文191. 成形加工成形工艺主要有冲压。卷制、弯曲和旋压等。筒体的卷制实质上是一种弯曲工艺，冷弯工艺一般用于版厚小于 50mm 的钢板，大于 50mm 的钢板应采用热卷或热冲压成形。热卷和热冲压温度应选择在材料的正火温度，以保证热成形后材料的力学性能。如果在热成形过程中温度高于正火温度，则应在成形后，再做一次常规的正火处理，以恢复期力学性能。球形封头、椭圆形封头、顶盖、球罐的球瓣通常采用冷冲压或热冲压而成。2. 装配与焊接装配与焊接是决定容器质量的关键工序。焊件的装配不仅要求部件的尺寸符合设计图的要求，而且要保证接头的装配和定位，以保证焊缝质量符合焊接技术要求。影响焊接质量的重要接头