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(xué)化工設(shè)備設(shè)計研究所,2,本次課程主要內(nèi)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(yīng)力產(chǎn)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(zhì)的狀態(tài) 采用液壓介質(zhì)還是氣態(tài)介質(zhì),5,對于奧氏體不銹鋼容器，若由于結(jié)構(gòu)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(yīng)控制水中的氯離子含量不超過25mg/L。避免應(yīng)力腐蝕,液壓試驗,,1、對試驗介質(zhì)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(dǎo)致發(fā)生危險的其它液體。試驗時液體的溫度應(yīng)低于其閃點和沸點。。,6,液壓試驗,,2、內(nèi)壓容器的試驗壓力,,壓力試驗前的應(yīng)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(yīng)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(jīng)過校驗的壓力表,壓力表應(yīng)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(nèi)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(yīng)設(shè)排氣口，充液時

5、應(yīng)將容器內(nèi)的空氣排凈。試驗過程中應(yīng)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(shè)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(yīng)修補之后重新試驗。試驗完畢后，應(yīng)將液體排凈并用壓縮空氣將容器內(nèi)部吹干,10,5、夾套容器的壓力試驗,,1、先做內(nèi)筒 后做夾套,夾套進行水壓試驗時，內(nèi)筒先進行穩(wěn)定性校核

6、 不滿足要求，應(yīng)使內(nèi)筒 同時保持一定壓力,11,因結(jié)構(gòu)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?qū)е庐a(chǎn)品品質(zhì)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(zhì)時，會因為自重導(dǎo)致容器本身或基礎(chǔ)破壞，這主要指直徑大、壓力低且充滿氣態(tài)介質(zhì)的容器。,12,液壓試驗,,1、對試驗介質(zhì)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(zhì)的

7、溫度要求,13,氣壓試驗,,內(nèi)壓容器的氣壓試驗壓力,,壓力試驗前的應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(xiàn)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(yīng)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(jīng)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(yīng)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(jīng)液壓試驗合格后方可進行,當介質(zhì)的毒性程度為極度、高度危害或設(shè)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(shè)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(yīng)在設(shè)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(shè)計壓力的1．05倍（《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定為1.0倍的設(shè)計壓力）,1、氣密性試驗試驗壓力,2、氣密性試驗試驗介質(zhì),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(zhì),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(jīng)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(cè)涂以煤油，使表面得到足夠的浸潤，經(jīng)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(yīng)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(jīng)液壓試驗合格后方可進行,當介質(zhì)的毒性程度為極度、高度危害或設(shè)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(shè)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(yīng)在設(shè)計圖樣上規(guī)定。,20,壓力容器制造——熱處理,,根據(jù)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(fù)力學(xué)性能熱處理改善力學(xué)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(yīng)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(yīng)力退火、消除應(yīng)力熱處理）,爐內(nèi)冷卻,松弛焊接殘余應(yīng)力，軟化淬硬區(qū)，改變組織形態(tài)，

13、減少含氫量,22,焊接應(yīng)力的產(chǎn)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(xié)調(diào)產(chǎn)生的。,焊縫區(qū)與其母材間存在較高溫度梯度,23,焊接應(yīng)力的產(chǎn)生原因、特點及危害,,焊縫區(qū)與周邊部位變形不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的。,焊接應(yīng)力的產(chǎn)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(gòu)件剛性及其周圍冷態(tài)金屬的約束，產(chǎn)生熱應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力退火、消除應(yīng)力熱處理）,爐內(nèi)冷卻,松弛焊接殘余應(yīng)力，軟化淬硬區(qū)，改變組織形態(tài)，減少含氫量,25,焊接應(yīng)力的特點,,焊接應(yīng)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(yīng)力內(nèi)應(yīng)力，難以測量,26,焊接應(yīng)力

15、的危害,,會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕,兩個條件：有一定應(yīng)力、腐蝕環(huán)境。,機械設(shè)備零件在應(yīng)力（拉應(yīng)力）和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下，將出現(xiàn)低于材料強度極限的脆性斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備零件失效，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕,27,焊接應(yīng)力的危害,,會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕,兩個條件：有一定應(yīng)力、腐蝕環(huán)境。,機械設(shè)備零件在應(yīng)力（拉應(yīng)力）和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下，將出現(xiàn)低于材料強度極限的脆性斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備零件失效，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕,28,焊接應(yīng)力的危害,,會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕　產(chǎn)生應(yīng)

16、力腐蝕開裂,兩個條件：有一定應(yīng)力、腐蝕環(huán)境。,機械設(shè)備零件在應(yīng)力（拉應(yīng)力）和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下，將出現(xiàn)低于材料強度極限的脆性斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備零件失效，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕,29,焊后熱處理的三個通用條件,,材質(zhì),鋼材強度級別越高及合金含量越高，焊接性越差。易產(chǎn)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(yīng)力的產(chǎn)生。,鋼材厚度,預(yù)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(chǎn)生較大焊接殘余應(yīng)力。,30,焊后熱處理的方法,,爐內(nèi)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(nèi)熱處理,局部熱處理,現(xiàn)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(fù)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(yù)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(xiàn)場熱處理,整體爐外熱處理，現(xiàn)場組焊設(shè)備 將壓力容器的殼體作為高溫加熱爐的爐體，在殼體內(nèi)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(yù)熱溫度100℃，厚度大于38mm。,16MnR及16Mn厚度大于30mm,如焊前預(yù)熱溫度100℃，厚度大于34mm。,15MnVR及15MnV厚度大于28mm,如焊前預(yù)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(zhì)有應(yīng)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(yīng)力腐蝕傾向 水作為緩蝕劑 20R、Q235-C無應(yīng)力腐蝕傾向,具體分析,預(yù)熱溫度,盛裝純凈的液化石油氣是不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，液化石油氣中含H2S 含水量有關(guān)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(zhì)的容器應(yīng)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(dǎo)熱性差的焊件可采用較低的升穩(wěn)速度。,溫度越高 消除應(yīng)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(gòu)件復(fù)雜、厚度相差很大焊件應(yīng)放慢降溫速度。,36,恢復(fù)材料力學(xué)性能熱處理,,金屬材料內(nèi)部晶粒產(chǎn)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(xiàn)象稱為加工硬化,金屬材料在冷態(tài)朔性變形時，會產(chǎn)生加工硬化。,加工硬化的原因及危害,37,恢復(fù)材料力學(xué)性能熱處理條件,,1、碳素鋼、16MnR厚度不小于圓筒內(nèi)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(yīng)進行熱處理,2、其他低合金鋼厚度不小于圓筒內(nèi)徑Di的2.5%,38,恢復(fù)材料力學(xué)性能熱處理,,熱處理目的:恢

22、復(fù)因加工硬化而降低朔性、韌性保證壓力容器質(zhì)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(guān)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(fù)材料力學(xué)性能熱處理,,1、碳素鋼、16MnR厚度不小于圓筒內(nèi)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(yīng)進行熱處理,2、其他低合金鋼厚度不小于圓筒內(nèi)徑Di的2.5%,冷成型封頭(奧氏體不銹鋼除外)應(yīng)成型后應(yīng)進行消除應(yīng)力熱處理

23、 (容規(guī)),強度低、朔性韌性儲備量大,40,恢復(fù)材料力學(xué)性能熱處理,,冷成型封頭(奧氏體不銹鋼除外)應(yīng)成型后應(yīng)進行消除應(yīng)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(yīng)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(yīng)力水平，其危害很大,氫進入金屬后對金屬的力學(xué)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(chǎn)生裂紋（延遲裂紋），導(dǎo)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(nèi)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(guān),44,改善力學(xué)性能熱處理,,當材料在加工過程