壓力試驗和壓力容器熱處理

1、1,,壓力試驗和壓力容器熱處理,2007年7月,武漢工程大學化工設備設計研究所,2,本次課程主要內容,1、壓力試驗的必要性與目的2、壓力試驗要求3、熱處理的分類4、焊接應力產生原因、處理方 法等,3,壓力試驗(耐壓試驗、強度試驗）的必要性與目的,,內壓容器的壓力試驗考驗容器的宏觀強度，檢驗焊接接頭的致密性及密封結構的密封性能,整體強度和密封性能,外壓容器的壓力試驗考驗檢驗焊接接頭的致密性及密封結構的密封性能，而

2、不是考驗容器的外壓穩(wěn)定性．,4,壓力試驗的危險性取決的因素,,壓力（P）與體積（V）的乘積，值越大，容器內積聚的勢能越大，一旦發(fā)生事故的破壞力越大,材料特性：試驗時是否會發(fā)生脆斷、金屬碎片飛出。,試驗介質的狀態(tài) 采用液壓介質還是氣態(tài)介質,5,對于奧氏體不銹鋼容器，若由于結構原因而不能將水漬去除干凈時，為了防止氯離子的腐蝕，則應控制水中的氯離子含量不超過25mg/L。避免應力腐蝕,液壓試驗,,1、對試驗介質的要求,為了避免試驗時發(fā)生

3、危險的低溫脆性破壞，對于碳素鋼、16MnR和正火15MnVR制壓力容器，液體溫度不得低于5℃；其它低合金鋼制壓力容器、液體溫度不得低于15℃。,液壓試驗一般采用潔凈的水，必要時也可以采用不會導致發(fā)生危險的其它液體。試驗時液體的溫度應低于其閃點和沸點。。,6,液壓試驗,,2、內壓容器的試驗壓力,,壓力試驗前的應力校核,,,,,直立容器在臥置狀態(tài)下進行液壓試驗時、試驗壓力應為立置時的試驗壓力加液柱靜壓力,,,若容器各元件材料不同是，

4、取小值,7,液壓試驗,,3、對壓力表的要求,,,,,,,,要求準確測量壓力,至少采用兩個量程相同且經過校驗的壓力表,壓力表應安裝在容器頂部,壓力表量程選用2倍試驗壓力，但不低于1.5倍試驗壓力,不高于3倍試驗壓力 精度不低于1.5級,8,4、液壓試驗方法,,排氣,,緩慢升壓,保壓,,檢查,,排液吹干,排氣接管不能采用內伸式,,滲漏、異常變形、聲響,使其有充分變形時間,9,4、液壓試驗方法,,在進行液壓試驗時，容器頂部應設排氣口，充液時

5、應將容器內的空氣排凈。試驗過程中應保持容器觀察表面的干燥，當壓力容器壁溫與液體溫度接近時，才能緩慢升壓至設計壓力；確認無泄漏后繼續(xù)升壓到規(guī)定的試驗壓力，保壓30分鐘，然后將壓力降至規(guī)定試驗壓力的80％，并保持足夠長的時間以對所有焊縫和連接部位進行檢查。如有滲漏，應修補之后重新試驗。試驗完畢后，應將液體排凈并用壓縮空氣將容器內部吹干,10,5、夾套容器的壓力試驗,,1、先做內筒 后做夾套,夾套進行水壓試驗時，內筒先進行穩(wěn)定性校核

6、 不滿足要求，應使內筒 同時保持一定壓力,11,因結構原因液壓試驗后難以將殘液吹干排凈，而又不允許殘存任何液體（如毒化觸媒或導致產品品質劣化）,氣壓試驗,,1、什么情況下進行氣壓試驗?,容器充滿液體介質時，會因為自重導致容器本身或基礎破壞，這主要指直徑大、壓力低且充滿氣態(tài)介質的容器。,12,液壓試驗,,1、對試驗介質的要求,對于碳素鋼、低合金鋼制壓力容器，氣體溫度不得低于15℃；,干燥潔凈的空氣、氮氣或其他惰性氣體,2、對試驗介質的

7、溫度要求,13,氣壓試驗,,內壓容器的氣壓試驗壓力,,壓力試驗前的應力校核,,,對于碳素鋼和低合金鋼制壓力容器，其試驗用氣體的溫度應不低于15℃，并且必須有可靠的安全保護措施,14,氣壓試驗方法,,在進行氣壓試驗時，壓力應緩慢上升至規(guī)定試驗壓力的10％，保壓5～10分鐘，然后對所有焊縫和連接部位進行初次泄漏檢查，如無泄漏，再繼續(xù)緩慢升壓至規(guī)定試驗壓力的50％。如無異?，F象，其后按規(guī)定試驗壓力的10％的級差逐級增壓至規(guī)定的試驗壓力。保壓3

8、0分鐘、然后降至規(guī)定試驗壓力的87％，保持足夠時間再次進行泄漏檢查。如有泄漏，應修補后再按上述規(guī)定重新試驗。氣壓試驗過程中，壓力容器無異常響聲，經肥皂液或其它檢漏液檢查無漏氣、無可見的變形即為合格。,15,對于碳素鋼和低合金鋼制壓力容器，其試驗用氣體的溫度應不低于5℃，并且必須有可靠的安全保護措施,氣密性試驗,,1、什么情況下進行氣密性試驗?,氣密性試驗必須在容器經液壓試驗合格后方可進行,當介質的毒性程度為極度、高度危害或設計不允許有微

9、量泄漏的壓力容器，必須進行氣密性試驗。對設計圖樣要求做氣壓試驗的壓力容器，是否需再做氣密性試驗，應在設計圖樣上規(guī)定。,16,致密性試驗,,壓力容器氣密性試驗的壓力為設計壓力的1．05倍（《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定為1.0倍的設計壓力）,1、氣密性試驗試驗壓力,2、氣密性試驗試驗介質,空氣 在待檢部位刷肥皂水或其他鼓泡劑 此方法簡便易行 可判斷泄漏位置,17,致密性試驗,,2、氣密性試驗試驗介質,氨 具有較強的滲透能力

10、且極易在水中擴散被水吸收氨滲漏 氨—空氣 1%體積空氣 氨—氮氣 100%氨氣 氦氣,18,致密性試驗,,3、氣密性試驗保壓時間及合格判斷,經檢查無泄漏,保壓不少于30分鐘即為合格。煤油滲漏試驗僅要求焊縫在能夠檢查的一面清理干凈，涂以白粉漿，晾干后在焊縫另一側涂以煤油，使表面得到足夠的浸潤，經半小時后白粉上沒有油漬為合格。,19,對于碳

11、素鋼和低合金鋼制壓力容器，其試驗用氣體的溫度應不低于5℃，并且必須有可靠的安全保護措施,致密性試驗,,1、什么情況下進行氣密性試驗?,氣密性試驗必須在容器經液壓試驗合格后方可進行,當介質的毒性程度為極度、高度危害或設計不允許有微量泄漏的壓力容器，必須進行氣密性試驗。對設計圖樣要求做氣壓試驗的壓力容器，是否需再做氣密性試驗，應在設計圖樣上規(guī)定。,20,壓力容器制造——熱處理,,根據不同目的將材料及其制件加熱到規(guī)定溫度、保溫、隨后以不同的方

12、法冷卻，改變其金相組織以獲得所要求的性能。,1、熱處理,2、分類,焊后熱處理 恢復力學性能熱處理改善力學性能熱處理 消氫處理,21,焊后熱處理,,焊后能改變焊接接頭的組織和性能，或降低焊接殘余應力的熱過程。,1、目的,將焊接接頭及其臨近局部在金屬相變點Ac1以下均勻加熱到足夠高的溫度，并保持一定時間，然后緩慢冷卻的過程。（消除應力退火、消除應力熱處理）,爐內冷卻,松弛焊接殘余應力，軟化淬硬區(qū)，改變組織形態(tài)，

13、減少含氫量,22,焊接應力的產生原因、特點及危害,,母材,焊縫金屬,焊縫區(qū)與周邊部位變形不協調產生的。,焊縫區(qū)與其母材間存在較高溫度梯度,23,焊接應力的產生原因、特點及危害,,焊縫區(qū)與周邊部位變形不協調產生的。,焊接應力的產生原因,焊接屬于快速加熱至高溫后又快速冷卻的過程,,焊縫區(qū)與其母材間存在較高溫度梯度,高溫金屬的熱膨脹受構件剛性及其周圍冷態(tài)金屬的約束，產生熱應力。冷卻時，焊縫金屬受周圍冷態(tài)金屬的約束而無法自由收縮，從而形成殘余

14、應力。,24,焊后熱處理,,焊后能改變焊接接頭的組織和性能，或降低焊接殘余應力的熱過程。,1、目的,將焊接接頭及其臨近局部在金屬相變點Ac1以下均勻加熱到足夠高的溫度，并保持一定時間，然后緩慢冷卻的過程。（消除應力退火、消除應力熱處理）,爐內冷卻,松弛焊接殘余應力，軟化淬硬區(qū)，改變組織形態(tài)，減少含氫量,25,焊接應力的特點,,焊接應力的量值高，達到材料屈服極限一直存在具有自限性　遠小于一次應力內應力，難以測量,26,焊接應力

15、的危害,,會產生應力腐蝕,兩個條件：有一定應力、腐蝕環(huán)境。,機械設備零件在應力（拉應力）和腐蝕介質的聯合作用下，將出現低于材料強度極限的脆性斷裂現象，導致設備零件失效，這種現象稱為應力腐蝕,27,焊接應力的危害,,會產生應力腐蝕,兩個條件：有一定應力、腐蝕環(huán)境。,機械設備零件在應力（拉應力）和腐蝕介質的聯合作用下，將出現低于材料強度極限的脆性斷裂現象，導致設備零件失效，這種現象稱為應力腐蝕,28,焊接應力的危害,,會產生應力腐蝕　產生應

16、力腐蝕開裂,兩個條件：有一定應力、腐蝕環(huán)境。,機械設備零件在應力（拉應力）和腐蝕介質的聯合作用下，將出現低于材料強度極限的脆性斷裂現象，導致設備零件失效，這種現象稱為應力腐蝕,29,焊后熱處理的三個通用條件,,材質,鋼材強度級別越高及合金含量越高，焊接性越差。易產生焊接缺陷。,可減緩焊接部位于其他部位的溫度梯賭，能減緩高峰值應力的產生。,鋼材厚度,預熱溫度,鋼材越厚意味焊縫越深，焊后冷卻收縮性傾向越強；且剛性增大，抵抗局部收縮變形能力

17、越強，從而產生較大焊接殘余應力。,30,焊后熱處理的方法,,爐內整體熱處理,受熱均勻、溫升及降速易于控制，效果好,分段爐內熱處理,局部熱處理,現場熱處理,工件長，受加熱爐尺寸限制，只有采用分段熱處理確定工件重復加熱的長度（小于1500mm、工件裸露在爐外部分的保溫措施。,31,焊后熱處理的方法,,紅外線高溫陶瓷電加熱器 易彎曲、折疊 適用于焊后熱處理、焊前預熱及消氫處理 有足夠功率和準確溫控系統(tǒng)，足夠加熱寬度以及適宜保溫措施。

18、,局部熱處理,現場熱處理,整體爐外熱處理，現場組焊設備 將壓力容器的殼體作為高溫加熱爐的爐體，在殼體內加熱，殼體外用絕熱材料保溫。,32,滿足下列條件，需進行焊后熱處理,,碳素鋼、15MnNbR、07MnCrMoVR厚度大于32mm,如焊前預熱溫度100℃，厚度大于38mm。,16MnR及16Mn厚度大于30mm,如焊前預熱溫度100℃，厚度大于34mm。,15MnVR及15MnV厚度大于28mm,如焊前預熱溫度100℃，厚度大

19、于32mm。,任意厚度 18MnMoNbR 15CrMo 12Cr1MoV鋼等,33,焊后熱處理的特殊條件,,介質有應力腐蝕的容器，如盛裝液化石油氣液氨等的容器（GB150）,液氨 16MnR 有應力腐蝕傾向 水作為緩蝕劑 20R、Q235-C無應力腐蝕傾向,具體分析,預熱溫度,盛裝純凈的液化石油氣是不會產生應力腐蝕，液化石油氣中含H2S 含水量有關系。,34,焊后熱處理的特殊條件,,對于圖樣注明盛裝毒性為極度或高度危害介

20、質的容器應進行焊后熱處理。,奧氏體不銹鋼不需要進行焊后熱處理,35,焊后熱處理的工藝與操作,,條件允許可以加快升溫速度，盡快越過再熱裂紋敏感區(qū)，以防止再熱裂紋。 對于導熱性差的焊件可采用較低的升穩(wěn)速度。,溫度越高 消除應力效果越好，但溫度高低因鋼材而異,保溫時間,保溫溫度,以保證焊件沿厚度方向均勻熱透。,升溫速度,冷卻速度,對構件復雜、厚度相差很大焊件應放慢降溫速度。,36,恢復材料力學性能熱處理,,金屬材料內部晶粒產生滑移后，在滑

21、移面上的晶格發(fā)生扭曲和畸變，使晶粒被拉長、破碎及纖維化，因，而金屬材料的強度硬度升高而朔性、韌性下降。上述現象稱為加工硬化,金屬材料在冷態(tài)朔性變形時，會產生加工硬化。,加工硬化的原因及危害,37,恢復材料力學性能熱處理條件,,1、碳素鋼、16MnR厚度不小于圓筒內徑Di的3%,冷成型和中溫成型的受壓圓筒符合下列條件之一，成型后應進行熱處理,2、其他低合金鋼厚度不小于圓筒內徑Di的2.5%,38,恢復材料力學性能熱處理,,熱處理目的:恢

22、復因加工硬化而降低朔性、韌性保證壓力容器質量與安全,以朔性、韌性的下降與相對變形量以及鋼材種類有關作為標準劃分是否進行熱處理,,加工硬化程度越嚴重，以朔性韌性指標下降越嚴重,39,恢復材料力學性能熱處理,,1、碳素鋼、16MnR厚度不小于圓筒內徑Di的3%,冷成型和中溫成型的受壓圓筒符合下列條件之一，成型后應進行熱處理,2、其他低合金鋼厚度不小于圓筒內徑Di的2.5%,冷成型封頭(奧氏體不銹鋼除外)應成型后應進行消除應力熱處理

23、 (容規(guī)),強度低、朔性韌性儲備量大,40,恢復材料力學性能熱處理,,冷成型封頭(奧氏體不銹鋼除外)應成型后應進行消除應力熱處理 (容規(guī)),足夠韌性儲備量大,封頭成型變形量員大于筒體,消除應力退火,41,消氫處理,,脆性破壞外觀容器無任何可見變形，其破壞不僅具有突然性、而且在低應力水平，其危害很大,氫進入金屬后對金屬的力學性能造成嚴重損傷溶解于金屬晶格的氫使塑性、韌性明顯降低甚至產生裂紋（延遲裂紋），導致脆性破壞。,42,消

24、氫處理,,制造加工工藝過程中 焊接時金屬氫溶入液態(tài)金屬中，冷卻后氫保留在焊縫中。材料長期在高氫環(huán)境下使用，氫被金屬吸收。 焊接時氫有可能來自焊接材料吸附的水分。,氫怎樣進入金屬的？,43,消氫處理條件,,凡標準抗拉強度下限 Cr-Mo低合金鋼及有延遲裂紋傾向的鋼材焊制的容器和受壓元件，如焊后24小時內不能進行熱處理的，須考慮消氫處理,材料、厚度、焊接和制造工藝有關,44,改善力學性能熱處理,,當材料在加工過程