压力容器材料基本知识--讲义

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压力容器材料基本知识
(湖南) 孙 斌
机械设计高级工程师
压力容器设计A2 级审批员
机电工程一级建造师
微信:sb5050sb
邮箱:sb5050 @163.com 博客:http://sb5050.blog.163.com/
目 录
一、压力容器基本概念
1 压力容器的基本法规标准 2 压力容器的管辖范围 3 压力容器的分类
(2)钢材的耐蚀性能
1、耐大气、海水腐蚀 2、耐酸腐蚀 3、耐碱腐蚀
注意:耐蚀性不是材料的固有特性,它随材料的工作条件 而改变。例如:铁、碳钢、不锈钢、铜不同条件下 的耐蚀性。
工程应用意义:选材 硫酸—碳钢;尿素—S31603
1 材料基础知识--钢材的性能
(3)钢材的化学成份与钢材牌号 1、钢材的常用合金元素及其作用(铁、碳之外)
、焊接接头硬度)。
4、特殊性能:耐高温、耐低温和耐腐蚀性。
1 材料基础知识--压力容器用钢选用
1.4 压力容器用钢选用原则
设计温度 设计压力 1)容器的使用条件 介质特性 操作特点 2)材料性能
3)容器制造工艺 4 )经济合理性
力学性能 工艺性能 物理性能 化学性能
2 压力容器材料
2.1 2.2 2.3 2.4 压力容器用钢板 压力容器用钢管 压力容器用锻件 压力容器用棒料
2 压力容器的管辖(适用)范围
2.1 TSGR0004-2009《固容规》)
(★ ★ ★监检) ①PW5≥0.1MPa; ②PV ≥ 2.5MPa.L; ③盛装介质为气体、液化气体以及最高工作温度高于或者 等于其标准沸点的液体。
2.2 GB 150.1∽4-2011《压力容器》
①P≮0.1MPa,且≯35MPa,或者真空度(外压)不低于 0.02MPa ; ②设计温度:-269℃~900℃; ③内直径:不小于 150mm
2)反应容器
反应容器-中温变换炉 (左图)结构示意 1-裙座2、6、8、14 -气体进、出管口 3 -椭圆封头4-耐火保 温层5-圆筒壳体 7- 球冠形封头9-填料支 承结构10、14-人孔、 卸料孔 11—吊耳 12— 接管 13、15—温度计 16—填料(触媒) 17—检查孔 反应器-搅拌容器 (右图)结构示意 1-内壳封头2-夹套 筒体3-盘管 4-压出 管 5-支座 6-搅拌 轴7-上封头 8-轴 9 -传动装置 10-人孔 11-搅拌浆叶
1 材料基础知识--钢材的性能
2、钢材牌号 1) 碳钢的编号
A 以钢材的屈服点及质量等级进行编号,如:Q235A.F, 各字符含义如下: Q — 钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母; 235表示钢材的屈服强度为235MPa。 A、B、C、D— 分别为质量等级; F— 沸腾钢“沸”字汉语首位字母; B— 半镇静钢“半”字汉语拼音首位字母; Z— 镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母; TZ— 特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音首位字母; 在牌号组成表示方法中,“Z”与“TZ”符号予以省略。 B 碳钢编号除按屈服强度编号外,还有一种编号方法,以钢 材的含碳量的万分之几表示: 如10#钢、20#钢等,其碳含量分别为0.1%和0.2% 。
3)换热器
换热器结构示意图(上图浮头式、下图固定管板式) 1-封头 2-垫圈 3-螺栓 4-螺母 5-筒体 6-换热管7-法兰 8-右管箱9-浮头盖 10-浮头管板11-鞍座 13-耳座 14-膨胀节
4)分离容器
板式塔器(左图)的结构示意图 1-吊柱2-气体出口 3-回流液入口 4-蒸馏段塔盘5-壳体 6-料液进口 7-人孔 8-提馏段塔盘 9--气体入口 10—裙座 11—釜液出口 12—检查孔
Βιβλιοθήκη Baidu 材料基础知识--钢材分类
1.1 钢材分类 压力容器用钢
压力容器用钢
碳素钢
碳 素 结 构 钢 低 合 金 高 强 钢
低合金钢
低 温 用 钢
高合金钢
低 合 金 耐 蚀 钢
中 温 抗 氢 钢
不 耐 锈 热 钢 钢
1 材料基础知识--钢材的性能
1.2 钢材的性能 (1)机械性能
1、材料的强度 (1)抗拉强度σb(Rm) (2)屈服极限σs( ReH, ReL ) (3)持久强度 (4)蠕变极限 (5)疲劳极限σf 2、材料的塑性 (1)延伸率δ (2)断面收缩率ψ (3)冷加工工艺性能
1 材料基础知识--钢材的性能
3、材料的韧性
(1)冲击韧性 Akv (2)断裂韧性 Kic , COD (3)无塑性转变温度 NDT 4、材料的硬度 (1)布氏硬度 HB (2)洛氏硬度 HR (3)维氏硬度 HV 5、温度对钢的机械性能的影响 升高 强度 降低 韧性 脆性断裂 低温钢
1 材料基础知识--钢材的性能
3 压力容器的分类
3 压力容器的分类
3.4 按压力容器设计、制造许可证分类
A、B、C、D、SAD五个大级别。
A级 (1)A1级:超高压容器、高压容器; (2)A2级:第Ⅲ类低、中压容器; (3)A3级:球形储罐; (4)A4级:非金属压力容器 B级 气瓶 C级。(1)C1级:铁路罐车;(2)C2级:汽车罐车、长管拖车; (3)C3级:罐式集装箱。 D级。 (1)D1级:第Ⅰ类压力容器; (2)D2级:第Ⅱ类压力容器。 SAD级。应力分析设计压力容器。
1 压力容器的基本法规标准
1.1 法律、规程、条例
A 《特种设备安全法》(升级、取代国务院 (2009)549 号 《特种设备安全监察条例》 (2014 0101实施)
B TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》 (20101201实施) (简称《固容规》 C TSGR0005-2009《移动式压力容器安全技术监察规 程》 (20101201实施)
1 材料基础知识--钢材的性能
2)合金钢的编号
数字+化学元素符号+数字表示,第一个数字表示钢材的碳 含量,以万分之几表示,后面的数字表示合金元素的含量,以百 分之几表示,中间的化学元素符号表示合金元素的种类,当合金 元素含量≤1.5%时,一般省略中间的数字。
如:16Mn表示碳含量为0.16%,Mn含量≤1.5%
元素名称 Mn 作 用 抑制FeS生成,防止热脆;细化珠光体组织;提高淬透性。
Si
Cr Ni Mo Ti V Nb Al
提高淬透性和抗回火性;增强在大气环境中的耐蚀性。
增加淬透性;提高高温抗氧化性;增加热强性。 细化铁素体提高塑性和韧性;改善耐蚀性;提高热强性。 提高淬透性;增加热强性;增强耐蚀性(有机酸及还原性介质)。 固溶强化;增加回火稳定性;提高抗晶间和应力腐蚀能力。 增加回火稳定性;细化晶粒提高韧性;提高σn和σD;抗氢腐蚀。 增加回火稳定性;细化晶粒提高韧性;改善焊接性。 固溶强化;细化晶粒;改善抗高温氧化性和对H2S气体耐蚀性。
二、压力容器材料
1 材料基础知识
1.1 钢材分类 1.2 钢材性能 1.3 压力容器用钢的一般要求 1.4 压力容器用钢选用原则
2
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
压力容器材料
压力容器用钢板 压力容器用钢管 压力容器用锻件 压力容器用棒料 压力容器用有色金属及其合金(略) 压力容器用焊接材料(略)
D TSGR1001-2008《压力容器压力管道设计许可规则》 (20030101实施) E《锅炉压力容器制造监督管理办法》(国质监22号令20030101实施)
1 压力容器的基本法规标准
1.2 (强制性)技术标准
A GB150.1∽4-2014 《压力容器》(取代GB150-1998) 通用规定、材料、设计、制造与检验 常规设计--弹性失效 (20120301实施) 简称GB150 B GB151-1999 《管壳式换热器》( GB/T151-2014 《热交换器》 (20150401实施) C JB 4732-1995 《钢制压力容器-分析设计标准》 应力分析设计--弹塑性失效
1 材料基础知识--压力容器用钢要求
2、机械性能:足够高的强度、良好的韧性和塑性、足
够的断裂韧性、低的无塑性转变温度(NDT)。
3、制造工艺性能:良好的塑性、可焊性(C、Ceq、Pcm、 焊接接头硬度)。 4、特殊性能:耐高温、耐低温和耐腐蚀性。
1 材料基础知识--压力容器用钢要求
3、制造工艺性能:良好的塑性、可焊性(C、Ceq、Pcm
填料塔器(右图)的结构示意图 1-吊柱2-气体出口 3-喷淋装置 4-人孔5-壳体 6-液体再分配器 7-填料 8-卸填料人孔 9—支承装置 10—气体入口 11—液体出口 12—裙座 13—检查孔
3 压力容器的分类
3.2 按压力等级分类
《固容规》,按压力容器的设计压力(p)划分为低压、 中压、高压和超高压四个压力等级: 1)低压(代号L),0.1MPa≤p<1.6 MPa; 2)中压(代号M),1.6MPa≤p<10.0 MPa; 3)高压(代号H),10.0MPa≤p<100 MPa; 4)超高压(代号U),p≥100.0 MPa。
3 压力容器的分类
3.5 按温度分类
GB150规定,设计温度低于-20℃的碳素钢、低合金钢、 双相不锈钢和铁素体不锈钢制容器,以及设计温度低于196℃的奥氏体不锈钢制容器,属于低温容器。 特殊要求: 材料、设计、结构、制造、检验
3.6 其它分类方法
按容器主体材料分有:钢制(碳素钢、低合金钢、高合金钢)、铝制、 钛制、其它有色金属等。 按结构形式分有:单层、锻焊、多层包扎、绕带、绕板、热套、无缝。 按容器截面形状分有:圆形截面、非圆形截面。 按主轴线方向分有:立式、卧式。 按容器壁厚分有:薄壁、厚壁。
3 压力容器的分类
3.3 按危险性分类
《固容规》,先把压力容器的介质按危害性分为以下两组。 第一组介质:毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质; 易燃介质;液化气体; 第二组介质:由除第一组以外的介质组成,如水蒸汽、氮 气等。 然后,根据 介质特性组别 设计压力p(单位Mpa) 容积V(单位为L) 综合划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类。 具体分类查表确定。
1 材料基础知识--钢材分类
1.1 钢材分类
钢材的分类
按化学成分 分类
按品质分类
按冶炼方法 分类
按金相组织 分类
按用途分类
碳 素 钢
低 合 金 钢
高 合 金 钢
普 通 钢
优 质 钢
高 级 优 质 钢
特 级 优 质 钢
沸 腾 钢
半 镇 奥 镇 静 氏 静 钢 体 钢 钢
铁 素 体 钢
珠 光 体 钢
建 结 工 特 专 筑 构 具 殊 业 及 钢 钢 性 用 工 能 钢 程 钢 用 钢
1)用于焊接的碳素钢和低合金钢 C≤0.25% 、P≤0.035%、S≤0.035%。 2)压力容器专用钢中碳素钢和低合金钢 (钢板、钢管和钢锻件)的磷、硫含量应当符合下列要求: a 碳素钢和低合金钢钢材基本要求, P≤0.030%、S≤0.020 %; b Rm大于等于540MPa的钢材,P≤0.025%、S≤0.015%; c 用于设计温度低于-20℃,并且Rm小于540MPa的钢材, P≤0.025%、S≤0.012%。 d 用于设计温度低于-20℃,且Rm大于等于540MPa的钢材, P≤0.020%、S≤0.010%。
3)特殊钢的编号
A体不锈钢,含碳量≯0.1%(晶间腐蚀)---低碳、超低碳 当含碳量≤0.08%及0.04%时分别用0(08)以及00(03)表示。 如:0Cr18Ni9(S30408)、00Cr17Ni14Mo2(S31603)
1 材料基础知识--压力容器用钢要求
1.3 压力容器用钢的一般要求 1、 化学成分 (C、P、S限制)
2 压力容器材料--钢板
二、压力容器基本材料
1 材料基础知识 1.1 钢材分类 1.2 钢材性能 1.3压力容器用钢的一般要求 1.4 压力容器用钢选用原则
2 压力容器材料 2.1 压力容器用钢板 2.2 压力容器用钢管 2.3 压力容器用锻件 2.4 压力容器用棒料
一、压力容器基本概念
1 压力容器的基本法规标准 2 压力容器的管辖范围 3 压力容器的分类
3 压力容器的分类
3.1 按作用原理分类 反应、换热、分离、储存 图例说明
1)储存容器
储存容器-卧式容器结构示意图 1-液位计2-封头 3-接管 4-法兰5-筒体 6-人孔 7-补强圈 8-支座
液氨球罐结构示意图 1-接地板 2-拉杆 3-下极管口 4-支 柱5-防火隔热层 6-球壳 7-极板 8-上极管口 9-人孔
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