1、承压类特种设备基础知识王 涛 全RT- UT- MT- PT- 绵阳市特种设备监督检验所 电话：0816-2307624 2305161,承压类特种设备无损检测相关知识1特种设备概述2承压类特种设备基本知识3金属材料及热处理基本知识 4焊接基本知识 5常见缺陷的种类及其产生原因 6无损检测概论 7承压类特种设备无损检测基本要求8无损检测质量管理,1 特种设备概述 1.1特种设备的定义及分类 特种设备（最新定义）：指涉及生命和财产安全、危验性较大的设备（源自TSG Z7003-2004），包括锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施、场（厂）内机动车辆（等八类）
2、。 特种设备可分为两大类： 承压类特种设备：锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道。,机电类特种设备：电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施、场（厂）内机动车辆。1.2特种设备的危险性危及公共安全：一旦发生事故，会造成人身伤亡（群死群伤）和财产损失。承压类特种设备的事故特点：爆炸、燃烧、有毒介质泄漏等。1.3特种设备的安全监察安全监察：指负责特种设备安全的政府行政机关为实现安全目的而从事的决策、组织、管理、控制和监督检查等活动的总和。由于特种设备具有潜在危险，世界各国对,这类设备都相当重视，形成了一套行之有效的安全监察体制。 我国特种设备的安全监察体制： 组织机构 国家级：国家质检总局特种设备安全
3、监察局 中国特种设备检测研究院（中心） 省级：省质监局特种设备安全监察处 省特种设备检测研究院（所） 地（市）级：地（市）质监局特种设备安全监察科 地（市）特种设备监督检验所 县级：有的设股，没有设的也有专门人员 主管部门：各级质量技术监督局,职责分工：属地管理监察环节（七个环节）：设计、制造、安装、使用、检验、维修、改造、运输（仅针对气瓶）1.4特种设备法律法规体系特种设备法律法规体系由“法律行政法规部门规章安全技术规范引用标准”五个层次构成。第一层次：法律根据宪法和立法法的规定，全国人民代表大会及其常委员制定法律。如安全生产法、劳动法以及正在争取立法的特种设备安全监察法。,第二层次：行政法
4、规由国家最高行政机关（国务院）制定的行政法规和省、自治区、直辖市以及省会市和较大市人大及其常委员制定的地方性法规。如特种设备安全监察条例和特种设备地方性法规。第三层次：行政规章国务院各部门制定的部门规章和省、自治区、直辖市以及省会市和较大市的人民政府制定的政府规章。如总局令、事故处理规定、锅炉压力容器制造监督管理办法，特种设备地方政府规章。第四层次：安全技术规范政府对特种设备的安全性能和相应的设计、制造、安装、,使用、检验、维修、改造等所作出的一系列规定，是必须强制执行的文件。安全技术规范是特种设备法规标准体系的主体，是在世界经济一体化中各国贸易性保护措施在安全方面的体现形式，其作用是把法律、
5、法规和行政规章的原则规定具体化。包括安全监察规程类蒸汽锅炉安全技术监察规程热水锅炉安全技术监察规程有机热载体锅炉安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程超高压容器安全技术监察规程,压力管道安全管理与监察规定实施办法及考核规则类锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则特种设备无损检测人员考核与监督管理规则特种设备作业人员监督管理办法技术检验规则类锅炉定期检验规则压力容器定期检验规则在用工业管道定期检验规程第五层次：引用标准锅炉压力容器压力管道相关标准。包括：材料标准GB/T699 碳素结构钢,GB713 锅炉用钢板 GB6654 压力容器用钢板 GB/T5117 碳钢焊条 设计制造标准GB150
6、钢制压力容器 GB151 管壳式换热器 GB12337 钢制球形储罐 GB9222 水管锅炉受压元件强度计算 JB/T1609 锅炉锅筒制造技术条件 试验方法标准GB228 金属材料 室温拉伸试验法 GB229 金属夏比缺口冲击试验方法 GB226 钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验方法,1.5特种设备无损检测人员考核与监督管理规则（考规） （国质检锅2003248号） 2003-8-8发布，发布之日起施行。 主要内容： 适用的检测方法包括：射线（RT）、超声（UT）、磁粉（MT）、渗透（PT）、电磁（ET）、声发射（AE）、热像红外（TIR）；（7种方法） 检测人员级别：I级（低级）、II级（中级）
7、、III（高级） 报考条件 ：初试年龄在1860周岁，身体健康；复试满65周岁以上的不再予以受理。,报考III级，至少有2个II项目考核项目及合格标准：、级人员为笔试、实际操作考核，70分（百分制）合格 证件有效期：4年对考官的要求：考委会考官 65周岁,且不得从事器材的制造和销售 对持证人员的管理：持证人员不得同时在2个以上单位中执业 ；持证人员更改受聘单位时，应当向发证机关（国家质检总局）申请换发证件。检测报告的有效性： 检测报告的编制人、审核人的持证项目不符合要求或签发单,位与签发人、审核人所持证件中注明的聘用单位不一致时，该检测报告无效。2 承压类特种设备基本知识2.1 锅 炉2.1.
8、1 概述2.1.1.1 定义锅炉是利用燃料燃烧时产生的热能或其它能源的热能，把工质加热到一定温度和压力的热能转换设备。特种设备安全监察条例对锅炉作了如下限制性定义：,锅炉，是指利用各种燃料、电或者其它能源，将所盛装的液体加热到一定的参数，并承载一定压力的密闭设备。其范围规定为： 容积（V）30L的承压蒸汽锅炉； 出口水压力（P）0.1MPa（表压），且额定功率0.1MW的承压热水锅炉； 有机热载体锅炉。 锅炉广泛应用于工农业生产和人民生活中，它可以为工农业生产、交通运输和人民生活提供动力和热能。 2.1.1.2 锅炉的特点 连续运行 锅炉一旦投用，不能随意停车,工作条件较恶劣 锅炉在承受较高压
9、力的同时，还在高温下工作，受热面内外受火、烟、灰、水、汽等侵蚀。 具有爆炸的危险性。 一旦发生爆炸，其破坏性很大。 2.1.1.3 锅炉的主要参数 容量（输出功率） 蒸汽锅炉指蒸发量，即每小时产生的蒸汽量，通常以符号D表示，单位为t/h。 热水锅炉和有机热载体炉指供热量，即每小时输出的热量，通常以符号Q表示，单位MW（大卡/小时）。,压力 指锅炉出口处（锅筒或过热器）的工作压力（表压），通常以符号P表示，单位MPa。 温度 指锅炉出口介质温度。对于蒸汽锅炉为出口处饱和蒸汽或过热蒸汽温度，对于热水锅炉或有机热载体炉为进、出口热水或有机热载体（导热油）的温度，单位。 2.1.1.4 锅炉的工作过程
10、 锅炉产生蒸汽或热水需要以下三个过程： 燃料的燃烧过程：燃料在炉膛内燃烧放出热量的过程。,传热过程：燃料燃烧后产生的热量，通过受热面传递给锅内的水或蒸汽的过程。 水的加热、汽化、分离和蒸汽的过热过程：锅内的水吸收热量转换成具有一定温度和压力的热水或蒸汽以及蒸汽进一步转变成过热蒸汽的过程。 这三个过程进行得好坏，不仅影响锅炉的蒸发量和经济性，同时影响锅炉的安全性。 2.1.2 锅炉的分类及型号 2.1.2.1 锅炉的分类 按用途分类：电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉、船舶锅炉、机车锅炉。,按载热介质（出口介质）分类：蒸汽锅炉、热水锅炉、汽水两用锅炉、热风炉、有机热载体炉。 按燃料和热源分类：燃煤锅炉
11、、燃油燃气锅炉、燃烧生物质燃料（木柴、甘蔗渣、稻壳、椰子壳、生活垃圾、工业垃圾等）锅炉、原子能锅炉、余热锅炉、电热锅炉。 按本体结构分类：水管锅炉、火管锅炉、水火管锅炉、热管锅炉、真空相变锅炉。 按介质循环方式分类：自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉。,按出厂方式分类：散装锅炉、组装锅炉、整装锅炉。按燃烧方式分类：层燃锅炉（可进一步分为固定炉排和机械化炉排、链条炉排、振动炉排、抽板顶升炉排、往复炉排、抛煤机炉）、室燃锅炉、沸腾炉（又称流化床锅炉）。按压力等级分类低压锅炉：P2.45MPa（P：出口介质压力）中压锅炉：P3.82MPa 次高压锅炉：3.82P9.82MPa高压锅炉：P9.82M
12、Pa,超高压锅炉：P13.7MPa 亚临介锅炉：P16.7MPa（15.717.7MPa） 超临介锅炉：P22.4MP（23.526.5MPa） 按制造管理分类（依据锅炉压力容器制造监督管理办法） A级锅炉 参数不限 B级锅炉 额定蒸汽压力P2.5MPa的蒸汽锅炉；额定出水压力P2.5MPa，额定出水温度t120的热水锅炉。 C级锅炉 额定蒸汽压力P0.8MPa且额定蒸发量1t/h的蒸汽锅炉；额定出水压力P0.8MPa，额定出水温度t120的热水锅炉。,D级锅炉 额定蒸汽压力P0.1MPa；额定出水温度120且额定热功率2.8MW的热水锅炉。 2.1.2.2 我国锅炉型号表示方法 2.1.2.
13、2.1 电站锅炉型号 2.1.2.2.2 工业锅炉型号 2.1.3 锅炉的设备构成及结构特点 2.1.3.1 锅炉的构成 顾名思义，锅炉是由“锅”和“炉”以及保证“锅炉”安全正常运行所必需的安全附件、阀门仪表和附属设备等三大部分组成的。 锅：是指锅炉中盛装水和蒸汽的部份，是,锅炉的吸热部门。主要包括：锅筒、对流管束、水冷壁管、集箱（联箱）、过热器、再热器和省煤器等。 炉：是指锅炉中使燃料燃烧产生热量的部分，是锅炉的发热部分。主要包括：燃烧设备、燃烧室（炉膛）、炉墙、烟道等。 安全附件、阀门仪表和附属设备：主要包括安全阀、压力表、水位表、温度计、自动控制联琐保护装置；各类阀门、测控仪表、给水设备
14、、送风机、引风机、除尘器、输煤与出渣设备等。 通常，也把锅炉分为本体（锅筒、水冷壁,管、集箱、过热器、再热器和省煤器、炉膛、炉墙、钢架等）和辅机（给水设备、送风机、引风机、除尘器、输煤与出渣设备等）两大部分。 2.1.3.2 锅炉的主要受压部件 尽管锅炉结构型式众多，制造难易也悬殊很大，但它们总包含下列受部件中的部分。 锅筒：用于汇集、贮存、分离汽水和补充给水，是锅炉设备中最重要的部件。 锅壳：又称筒壳，是锅壳式锅炉中“包围”汽水、风烟、燃烧系统的外壳，具有和锅筒相同的作用。,炉胆：锅壳式锅炉中包围燃料燃烧空间的壳体，承受外压力，只在立式锅炉和卧式内燃锅炉中存在。炉胆有直圆筒形和锥形两种型式，
15、当其长度超过3m时，应采用波纹形结构。 集箱：又称联箱，用来连接受热面管、下降管、连通管、排污管等，按其用途分为水冷壁集箱、过热器集箱、省煤器集箱。 下降管：其作用是与水冷壁、集箱、锅筒形成水循环回路。由较大直径的锅炉钢管制成，一般不受热，布置在炉膛外面。 受热面管子：锅炉的主要受热面，由锅炉,钢管制成。按管内流动介质不同分为水管和火管，凡管内流水或汽水混合物，管外受热的称水管，凡管内走烟气管外被水冷却的称火管。 省煤器：用以降低排烟温度，提高锅炉热效率。 过热器：由碳钢或耐热合金钢管弯制成蛇形管后组合而成，其作用是将锅筒出来的饱和蒸汽进一步加热成过热蒸汽，以满足生产工艺的需要。 减温器：用以
16、调节过热蒸汽的温度，将过热蒸汽的温度控制在一定的范围内，以确保,安全和满足生产需要。分面式和混合式两种结构型式。再热器：一般只用在D400t/h的电站锅炉中，利用它将汽轮机高压缸排出的蒸汽再加热到与过热蒸汽相同或相近的温度后，再回到中低压缸去做功，以提高电站的热效率。下脚圈、炉门圈、喉管、冲天管：连接锅壳和炉胆的部件，均在立式锅炉中使用，后三者均受外压。2.1.3.3 锅炉的安全附件锅炉的安全附件主要包括安全阀、压力表、水位表、测温仪表、排污和放水装置以,及联锁保护装置等，它们是锅炉运行中不可缺少的重要组成部分。其中，安全阀、压力表、水位表是保证锅炉安全运行的基本附件，常被人们称为锅炉的三大安
17、全附件。2.1.1.3.4 锅炉的结构特点锅炉按其结构型式可分为两大类：锅壳锅炉和水管锅炉。锅壳锅炉根据锅壳放置方式不同分为立式锅壳锅炉和卧式锅壳锅炉，其主要部件都在锅壳之内，高温烟气在炉胆或火管（烟管）中流动，水在炉胆或火管外侧吸热和汽化。优点是结构紧凑，整装出厂、运输安装,方便、占地面积小，便于使用管理；缺点是热效率低、受热面积少、出力小，易发生爆炸事故。水管锅炉中水或蒸汽在管内流动吸热和汽化，高温烟气在管外侧冲刷流动。其优点是受热面布置时比较自由，锅炉的出力和介质参数可以很大，热效率高；缺点是必须进行水处理，以保证给水品质良好。 2.2 压力容器2.2.1 概述2.2.1.1 定义及范围
18、容器：由曲面构成的用于盛装物料的空间,构件。压力容器：承受压力（内压或外压）的密闭容器。静止设备化工设备在石油化工行业中，运转设备化工机器容器盛装原料、中间产品、产品 化工设备：设备用于完成化工单元操作化工单元操作往往都在压力下进行，就需要带压力的外壳提供压力空间。化工压力容器：化工容器、承压设备外壳,条例对压力容器的界定： 压力容器：盛装气体或液体，承载一定压力的密闭设备，其范围规定为Pw0.1MPa（表压），且PV2.5MPa.L的气体、液化气体和最高工作温度标准沸点的液体的固定式和移动式容器；盛装PN0.2MPa(表压)，且PV1.0MPa.L的气体、液化气体和标准沸点60液体的气瓶；氧
19、舱等。 压力容器安全技术监察规程从安全管理的角度，将压力容器界定为同时具备下列三个条件的容器： （1）最高工作压力Pw0.1MPa（不含液,柱静压力）； （2）内直径Di（非圆形截面，指其最大尺寸）0.15m，且容积（V）0.025m3； （3）盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度标准沸点的液体。压力容器的应用领域极为广泛，在石油化工、能源工业、冶金、食品、科研、军工等各行各业里都起着重要的作用。2.2.1.2 压力容器的危险性压力容器使用条件比较苛刻，不仅要承受压力载荷，还要承受重力、地震、风雪等附加载荷，而往往载荷是波动的，有的容器还,在高温或低温下工作，有的容器介质具有强烈的腐蚀性，这
20、些对容器的安全运行及使用寿命都有很大的影响。压力容器的危险性表现在两个方面：介质复杂：有毒、可燃、高压；潜在危险：爆炸（并可能产生二次爆炸）、泄漏（涉及范围广泛）。压力容器是具有爆炸危险的特种设备，一旦发生事故，不仅容器本身遭到破坏，而且会对周围的人身、财产以及环境造成重大的伤害和损失。2.2.1.3 压力容器的主要工艺参数,工艺参数是进行压力容器设计的主要依据，是由生产工艺要求确定的。影响压力容器设计的主要工艺参数有压力、温度和直径。 （1）压力容器的压力参数包括最高工作压力、设计压力、试验压力、公称压力等。 最高工作压力（Pw）：压力容器在正常操作条件下，容器顶部可能出现的最大压力值。对承
21、受内压的容器，指顶部的最高压力（表压）；对于承受外压的容器，指顶部的最高内外压力差值；对于夹套容器，指夹套顶部可能出现的最大压力差值。 设计压力（P）：设定的容器顶部的最高压,力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于最高工作压力。 试验压力（PT）：压力试验时，容器顶部的压力。 公称压力（PN）：一系列经标准化后的压力数值。容器的公称压力是指容器在规定温度下的最大工作压力。 （2）温度 压力容器的温度参数有工作温度（操作温度）、设计温度和试验温度。 工作温度：容器在工作过程中，壳体元件金属可能达到的最高或最低温度。,设计温度：容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截
22、面的平均温度值）。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。标志在铭牌上的设计温度是壳体设计温度的最高值或最低值。 试验温度：压力试验时，容器壳体的金属温度。 （3）直径 对于钢板卷焊制成的容器壳体，容器直径指其内径；对于无缝钢管制造的容器壳体，其直径指容器的外径。 公称直径是一种经标准化后的尺寸，在确,定容器直径时选取与之相近的公称直径，以利于封头、法兰等零部件的标准化。2.2.1.4 压力容器的分类压力容器的种类繁多，分类方法不一。同一台压力容器按不同的分类方法有不同的叫法。1、按压力容器的技术特性分类（1）按设计压力分类低压容器（代号L） 0.1MPaP1.6MPa中压容器（代号M） 1.
23、6MPaP10MPa高压容器（代号H） 10MPaP100MPa超高压容器（代号U） P100MPa,（2）按壳体承压方式分类 内压容器 壳体内部承受介质压力的容器。设计时根据强度理论确定容器的壁厚。 外压容器 壳体外部承受压力的容器。设计时主要考虑壳体的稳定性。 （3）按压力容器设计温度分类 高温容器 t350（对于碳钢、低合金钢而言） 常温容器 -20t350 低温容器 t-20 2、从安全技术管理角度分类 固定式压力容器 有固定的安装和使用,地点，工艺条件和操作人员也比较固定，一般不单独装设，而是用管道与其它设备相连接。移动式压力容器 没有固定的使用地点，一般也无专职的的操作人员，使用环
24、境时常变化。其主要用途是装运有压力的气体或液化气体。这类容器管理比较复杂，事故率较高。3、按在生产工艺过程中的作用原理分类反应容器（代号R） 主要用于完成介质的物理、化学反应。换热容器（代号H） 主要用于完成介质的热量交换。,分离容器（代号R） 主要用于完成介质的流体压力平衡和气体净化分离等。 储存容器（代号C，其中球罐以B表示） 主要用于盛装生产用的原料气体、液体、液化气体等。 4、容规对压力容器的分类 容规根据压力、压力与容积的乘积、介质特性、用途以及设计、制造特点综合考虑，将其管辖范围内的容器划分为三类。 （1）下列情况之一的，为第三类压力容器： a）高压容器 b）中压容器（仅限毒性程度
25、为极度和高度,危害介质）c）中压储存容器（易燃或中度危害介质，且PV10MPa.m3）d）中压反应容器（易燃或中度危害介质，且PV0.5MPa.m3）e）低压容器（极度和高度危害介质，且PV0.2MPa.m3）f）高、中压管壳式余热锅炉g）中压搪瓷玻璃压力容器h）较高强度级别（相应标准中b规定下限540MPa）材料制造的压力容器i）移动式压力容器，包括铁路罐车、罐式,汽车和罐式集装箱j）球形储罐（V50m3）k）低温液体储存容器（V5m3）（2）下列情况之一的，第二类压力容器（已被规定为第三类压力容器的除外）：a）中压容器b）低压容器（极度和高度危害介质）c）低压反应和储存容器（易燃或中度危害
26、介质）d）低压管壳式余热锅炉e）低压搪瓷玻璃压力容器（3）第一类压力容器,a）无毒、非易燃介质低压容器 b）易燃或中度危害介质的低压换热、分离容器 5、其他分类方法 a）按壁厚分 薄壁容器（K= 1.11.2）厚壁容器（K1.11.2） b）按几何形状分 球形容器、圆筒形容器和圆锥形容器。 c）按容器的安放位置分 立式、卧式容器。 2.2.2 压力容器的构成和结构特点 2.2.2.1压力容器的基本构成 压力容器的壳体由筒体、封头（或端盖 ）,法兰、密封元件、开孔接管和支座六大部分构成。对于储存压力容器，壳体即容器本身。对于反应、换热、分离等压力容器，则要在壳体内安装满足工艺要求的内件，才能构成
27、一台独立而完整的压力容器产品。2.2.2.2压力容器的结构特点一、筒体 （一）中低压容器筒体中低压容器的筒体大多采用单层圆筒形结构。这种结构具有轴对称特点。应力分布比较均匀，承载能力较高。当容器直径较小时，可采用无缝钢管制造。随着容器直径的,增大，采用钢板卷焊而成，直径较小的筒体采用一条纵焊缝，大直径的圆筒体因受钢板宽度的限制采用两条以上的纵焊缝。对于容积较大的储存压力容器常采用球形壳体结构。球形容器由于其几何形状的中心对称性，因而受力均匀，在相同的壁厚条件下球形容器的承载能力最高；在相同容积条件下，球形容器的表面积最小。但球罐的制造、安装比较困难。 （二）高压容器筒体结构高压容器筒体按其结构
28、型式可分为整体式和组合式两大类。整体式包括单层卷焊、整,体锻选、锻焊等，组合式有多层包扎、热套、多层绕板、多层绕带、绕丝等。二、封头（或端盖）封头按结构型式分为平板封头、凸形封头和锥形封头。其中凸形封头包括半球形、椭圆形、折边球形（碟形）、无折边球形几类。半球形封头受力状态较好，节省材料。椭圆形封头应力分布比较均匀，受力状况仅次于半球形封头。a/b=2的椭圆形封头称为标准椭圆形封头。碟形封头的应力分布不如椭圆形封头均匀，但制造比椭圆形封头容易。,无折边球头结构简单、制造方便，常用作容器中两个独立受压室的中间分隔封头。 锥形封头有利于颗粒状、粉末状物料或粘稠液体的卸料，也有利于流体的均匀分布。
29、平板封头结构简单，制造方便，但受力状况最差，在相同压力条件下平板封头厚度要比其它封头大得多。 三、法兰 法兰按其所连接的部件分为管法兰和容器法兰。管法兰用于管道连接与密封，容器法兰用于容器端盖与筒体的连接和密封。 容器法兰按其本身结构分为整体式、活套,式和任意式。四、密封元件密封元件又称密封垫（片），是压力容器密封结构中的重要元件。按所用材料不同，分为非金属密封元件（如石棉垫、橡胶垫）、金属密封元件（如紫铜垫、铝垫、软钢垫）和组合密封元件（如铁包石棉垫、钢丝缠绕石棉垫）；按截面形状不同，分为平垫片、三角形垫片、八角形垫片、透镜式垫片等。五、开孔与接管为满足压力容器工艺要求和检修的需要，常在容器
30、的筒体或封头上开设各种孔洞或安,装按管，如人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管以及安装安全附件和测试装置的开孔接管。容器壳体开孔后，开孔部位的强度被削弱，同时在开孔边缘产生很高的局部应力。为降低开孔边缘的局部应力，需要对开孔进行补强。开孔补强的方法有两种：局部补强（包括补强圈补强和厚壁短管补强）和整体补强。六、支座压力容器靠支座支承并固定在基础上。随着圆筒形容器的安放位置不同，有立式容器支座和卧式容器支座两大类。立式容器支座,包括悬挂式支座（耳座）、支承式支座和裙式支座。卧式容器支座主要采用鞍式支座。球形容器多采用柱式支座和裙式支座。2.2.2.3压力容器焊接接头的分类GB150钢制压力容器将容
31、器主要受压部分的焊接接头分为A、B、C、D四类。A类：圆筒部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头除外）、球形封头与圆筒体连接的环向接头，各类型封头中所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接的接头；B类：圆筒部分的环向接头、锥形封头小端与接管连接的接头、长颈法兰与接管连接,接头，但已规定为A、C、D类的除外；C类：平盖、管板与圆筒连接接头，法兰与壳体、按管连接的接头，内封头与圆筒的,搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头；D类：接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头，但已规定为A、B类的除外。 2.3 压力管道2.3.1定义与分类2.3.1.1定义按条例，压力管道是指利用一定的压力，用于输道
32、气体或者液体的管状设备，其范围规定为：最高工作压力0.1MPa（表压）介质为气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作,温度标准沸点的液体公称直径大于25mm的管道。2.3.1.2分类1、按用途分类长输管道：产地、储存库、使用单位间用于输送商品介质的管道。公用管道：城市或乡镇范围内用于公用事业或民用的燃气管道和热力管道。工业管道：企业事业单位所属的用于输送工艺介质的管道、公用工程管道及其它辅助管道。2、从安全管理和监察角度按操作工况和用途分类,压力管道安装单位资格认可实施细则依据压力管道的操作工艺和用途，将压力管道划分为GA、GB、GC三类：(1)长输管道（GA类） GA
33、1：有毒、可燃、易爆气体介质，P 1. 6MPa；有毒、可燃、易爆液体介质， L 200Km且DN300mm；浆体介质， L 50Km且DN150mmGA2：有毒、可燃、易爆气体介质， P 1.6MPa ；有毒、可燃、易爆液体介质， L 200Km且DN300mm；浆体介质， L50Km且DN 150mm,(2)公用管道（GB类） GB1：城镇燃气管道GB2：城镇热力管道(3)工业管道（GC类） GC1：极度高度危害介质；可燃有毒介质P4.0MPa；一般介质P10MPa。GC2：可燃有毒介质P4.0MPa且t 400 ；一般介质P10MPa且t400 。GC3：可燃有毒介质P1.0MPa且t4
34、00；一般介质P4.0MPa且t400。 3、按主体材料、敷设位置和介质特性分类敷设位置：架空管道、埋地管道、地沟敷,设管道主体材料：金属管道、非金属管道、复合管道金属管道铸铁管道、碳钢管道、合金钢管道、不锈钢管道、有色金属管道非金属管道塑料管道、陶瓷管道、玻璃管道、混凝土管道复合管道金属复合管道、非金属复合管道、金属与非金属复合管道介质特性：按介质压力、温度、毒性、可燃性、腐蚀性分类介质压力超高压管道(P42MPa) 、,高压管道（10MPaP42MPa）、中压管道（1.6MPa P 10MPa ） 、低压管道（ P 1.6MPa ） 、真空管道 介质温度高温管道（ t200 ）、常温管道（
35、-29 t 200 ）、低温管道（ t -29 ） 介质毒性剧毒管道（极度高度危害介质）、有毒管道（中度危害介质）、无毒管道 介质可燃性可燃介质管道、非可燃介质管道 介质腐蚀性腐蚀介质管道、非腐蚀介,质管道 2.3.2压力管道的用途及特点2.3.2.1压力管道的用途压力管道的主要用途是输送介质。此外， 长输管道还有储存功能，工业管道还有热交换功能。压力管道的应用极为广泛。管道输送是与铁路、公路、水运、航空并列的五大运输行业之一。它作为一种特殊的承压设备越来越广泛地应用于石油、化工、石化、电力等行业以及城市燃气和供热工程中。2.3.2.2压力管道的主要特点,1、种类多，数量大，标准多，设计、制造
36、、安装、应用管理环节多。2、长细比大，跨越空间大，边界条件复杂。3、布置方式多样，现场安装条件差，工作 量大。4、材料应用种类多，选用复杂。5、失效模式多样，失效概率大。6、实施检验的难度大。2.3.3压力管道的组成及结构压力管道是由管道组成件和支承件组成的装配总成。管道组成件指用于连接或装配管道的元件，包括管子、管件、法兰、垫片、,紧固件、阀门以及膨胀接头、挠性接头、耐 压软管、疏水器、过滤器和分离器等。管道支承件是指管道安装件和附着件的总称。 压力管道元件包括：,管子：其种类有无缝钢管、焊接钢管、有色金属管、铸铁管、非金属管等 管件：包括弯头、三通、四通、大小头等许多型式。其种类有无缝管件
37、、有缝管件、锻制管件、铸造管件、非金属材料管件等法兰和紧固件：其种类有锻造法兰、焊接法兰、非金属材料法兰等 阀门：其种类有安全阀、调压阀、闸阀、球阀、碟阀、截止阀、止回阀、非金属材料壳体阀门等 膨胀节和波纹管：其种类有金属波纹膨胀节、金属波纹管、其他型式金属膨胀节、非,非金属膨胀节等 密封元件及特种元件：其种类有金属密封元件、非金属密封元件、防腐管道元件、阻火器等 管道安装件指将负荷从管子或管道附着件上传递到支承结构或设备上的元件，管道附着件指用焊接、螺栓连接或夹紧等方法附装在管子上的零件。压力管道的附属设施包括支吊架、附腐绝缘层、阴板保护装置、沿线加油站、加热站、计量站、配气站、阀室及标志、
38、测试、拉索围栅等。,压力管道配置有各种安全保护装置，包括紧急切断装置、安全泄压装置、测漏装置、测温测压装置和报警装置等。,3金属材料及热处理基本知识3.1金属材料的性能金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料，广泛应用于承压特种设备制造行业。金属材料的性能包括使用性能和加工工艺性能两个方面。1、使用性能：金属材料在使用条件下所表现的性能，包括材料的物理性能、化学性能和力学性能。,物理性能：指材料的密度、熔点、导热性、导电性、磁性、热膨胀性等。 化学性能：指材料的抗氧化性、耐腐蚀性等。 力学性能：金属在外力作用下所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及应力应变关系的性能，
39、或金属在外力作用时表现出来的性能。它是反映金属抵抗各种损伤作用能力的大小，是衡量金属材料使用性能的重要指标。力学性能指标主要包括强度、塑性、韧性、硬度和断裂韧度。 2、加工工艺性能：材料承受各种冷、热加,工的能力。3.1.1金属材料的力学性能指标1、强度强度：金属抵抗永久变形断裂的能力。常用的强度判据如屈服强度、抗拉强度。屈服强度：当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。包括上屈服强度ReH、下屈服强度ReL。抗拉强度：试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大应力，Rm。材料的强度指标可通过拉伸试验测出。,我国现行锅炉规范强度设计中，安全系数ns=1.5, nb=2.7
40、；压力容器规范强度设计中，ns=1.6,nb=3.0。许用应力= s / ns 或b / nb 。2、塑性塑性：材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力。常用的塑性判据是伸长率A和断面收缩率Z。伸长率：试样断裂后原始标距的伸长（Lu-Lo）与原始标距（Lo）之比的百分率。A= （Lu-Lo）/ Lo100% Lu-Lo为断后标距的残余伸长,A5、A10分别表示用Lo=5d和Lo=10d（d为试 样直径）两种不同长度试样测定的伸长率。同一材料的A5和A10是不同时，只有相同符号的伸长率才能互相比较。断面收缩率：断裂后试样横截面的最大缩减量（SoSu）与原始横截面积（So）之比的百分率。Z=
41、（SoSu）/ So100%Z不受试件标距长度的影响，能更可靠地反映材料的塑性。3、韧性韧性：金属在断裂前吸收变形能量的能力。,金属的韧性通常随加载速度提高、温度降低、应力集中程度加剧而减小。冲击韧度（冲击值）：冲击试样缺口底部单位横截面积上的冲击吸收功，以AK表示。冲击韧度通常在摆锤式冲击试验机上测定，试样缺口型式有夏比U型和夏比V型两种，U型缺口只在GB713锅炉钢板作时效冲击时才使用。4、硬度硬度：材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力。硬度与强度有一定关系，可以通过测试硬,度来估算材料强度。工程上常用的硬度测试 方法有：布氏硬度HB、洛式硬度HR、维氏硬度HV和里氏硬度HL。5、断裂韧度
42、断裂韧度是材料的断裂力学性能指标，反映材料抵抗裂纹失稳扩展，即抵抗脆性断裂的能力，用KIC表示。3.1.2影响金属材料性能的因素1、化学成分（1）含碳量的影响碳是碳素钢中的主要合金元素，随着含碳量的增加，材料的强度、硬度提高，但塑性,和韧性下降。 （2）合金元素各有不同的作用Mn增加可提高强度（但应控制1.9%）V、Ti、Nb等元素可细化晶粒，提高韧性及材料致密度。Mo提高钢的热强性能，在高温时保证足够强度，细化晶粒，防止钢的过热倾向。Cr、Ni提高钢的热强性能、高温氧化性和耐腐蚀性。 （3）有害元素P、S形成低熔点化合物，导致热脆性和冷脆性，使塑性、韧性下降。,（4）微量元素St、稀土元素综
43、合性能有所提高。2、组织结构奥氏体（A）：强度硬度不高，塑性韧性很好，无磁性。铁素体（F）：强度硬度低，塑性韧性好渗碳体（Fe3C）：硬而脆，随着含碳量增加，强度硬度提高，而塑性韧性下降。珠光体（P）：性能介于F和Fe3C之间马氏体（M）：具有很高的强度和硬度，但很脆，延展性差，易导致裂纹。魏氏组织：粗大的过热组织，塑性韧性下,降，使钢变脆，属缺陷组织。带状组织：双相共存的金属材料在热变形时沿主伸长方向呈带状或呈层状分布的组织，导致性能的方向性。3、晶粒度常见18级。8级细小而均匀，综合力学性能好。4、供货状态热轧、调质、正火供货状态，以正火状态组织性能最好。 5、加工工艺冷作变形会带来纤维组
44、织，加工硬化及残,余内应力；热变形会提高材料塑性变形能力及降低变形抗力。3.2金属材料的热处理3.2.1热处理的概念及分类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，从而获得所要求性能的一种工艺过程。金属材料热处理的目的是为了改善其加工性能和使用性能。实际生产中热处理过程是比较复杂的，但其基本工艺过程由加热、保温、冷却三个阶段构成。温度和时间是影响热处理的主要因,素。按照金属材料（钢）的原始组织状态及其在热处理过程中组织性能的变化，可将热处理为分：1、再结晶退火将加工硬化的钢，在高于再结晶温度且低于相变温度加热，经保温后缓慢冷却，使得到再结晶后的稳定组织。2、重
45、结晶迟火将钢加热到相变温度以上，经保温后缓慢冷却，使得到接近平衡状态的组织。3、淬火将钢加热到相变温度以上，经保温后快速,冷却（一般置于水或油中），使得到不平衡的（如马氏体）组织。4、回火由于淬火钢的组织不稳定，所以凡淬火后的钢一般都必须在相变温度以下加热，使淬火钢转变为较稳定的组织，这种热处理过程称为回火。5、化学热处理将钢件在一定的化学介质中加热，使介质的某些元素渗入钢件表面从而改变其表层的成分与组织，以提高其表面性能，这种热处理工艺称为化学热处理。根据渗入元素,不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、碳氮共渗等。3.2.2承压类特种设备常用热处理工艺1、退火将钢件加热至临界点AC3或AC1左右
46、一定范围温度，保温一段时间后缓慢冷却，以获取接近平衡状态组织的热处理工艺。目的：消除残余应力；细化晶粒，改善组织；降低硬度，提高韧性。根据钢的成分和目的不同，退火分为完全退火（又称重结晶退火）、不完全退火、消除应力退火、等温退火、球化退火等。,焊后热处理是承压类特种设备制造中常见的消除应力退火工艺，属低温退火。热处理时将钢件加热到600640，保温一段时间后缓冷或空冷，主要目的是消除焊接残余应力，提高焊缝的抗裂性和韧性。2、正火将钢材加热到临界点AC3或ACCm以上3050，保温进行完全奥氏体（A）化，空冷。目的：细化晶粒，均匀组织，提高综合力学性能；降低内应力；,作为产品的最终热处理工艺（如
47、低合金钢板以正火状态供货）3、淬火将高、中碳钢加热到AC1或AC3以上3070，保温后快速冷却，使A转弯为马氏体（M）的过程。目的：提高钢的硬度和耐磨性。4、回火将经过淬火的钢加热到AC1以下某一温度，保温后冷却到室温，以获取所需要的组织和性能。目的：降低材料的内应力,提高韧性按回火温度不同分为：低温回火（150250），回火后组织为回火马氏体中温回火（350500），回火后组织为回火屈氏体高温回火（500650），回火后组织为回火索氏体其中250350回火时会产生回火脆性，应避免。调质处理：淬火+高温回火的复合热处理工艺。,性能特点：具有一定的强度，同时又有较高的塑性和韧性，即具有良好的综合
48、力学性能。5、奥氏体不锈钢的固溶处理和稳定化处理固溶处理：将Cr-Ni奥氏体不锈钢加热到10501100，保温一段时间后，快速冷却到427以下，以获取均匀的奥氏体组织。性能特点：强度和硬度较低而韧性较好，具有很高的耐腐蚀性能和良好的高温性能。稳定化处理：将含钛或铌的Cr-Ni 奥氏体不锈钢加热到850900，保温6hr.，在空气中冷却或缓冷。,目的：使钢中的碳全部固定在碳化钛或碳化铌中，以防止晶间腐蚀。 3.3承压类特种设备常用材料 承压类特种设备对材料的要求： 1、足够的强度。 2、良好的韧性。 3、良好的加工工艺性能，包括冷热加工成型性能和焊接性能。 4、良好的低倍组织和表面质量。 5、用
49、以制造高温受压元件的材料应具有良好的高温特性。 6、与腐蚀介质接触的材料应具有优良的耐,腐蚀性能。 3.3.1金属材料的分类（以钢为主） 按化学成份分类： 钢：非合金钢、合金钢。 1、碳素钢，简称碳钢，属非合金钢范畴。碳钢除铁、碳两个基本组元外，还含量少量Si、Mn、P、S、O、N、H等杂质，这些元素总含量不超过2%。 按含碳量不同，分为： 低碳钢：C0.25% 中碳钢：0.25C0.6% 高碳钢：C0.6%,按质量等级分类 普通碳素钢：S0.050% P0.045% 优质碳素钢：S0.040% P0.040% 高级优质碳素钢：S0.030% P0.035% 按用途分类 碳素结构钢 一般为低碳钢 碳素工具钢 一般为高碳钢 按冶炼时脱氧程度分类 沸腾钢（F） 未作脱氧处理 半镇静钢（b） 脱氧不够充气 镇静钢（Z省略） 充分脱氧 2、合金钢,
