承压设备设计与制造

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1.1材料选用与安全
承压设备的用途极广，工作条件也千差万别，因此在设计过程 中正确地选择材料是一件极为复杂而又特别重要的工作。很多 承压设备造成事故的重要原因之一就是选用材料不当。 所以，在选择材料时，必须根据承压设备的工作条件（如壁温、 压力、介质腐蚀性、介质对材料的脆化作用及其是否易燃、易 爆、有毒等）选择具有合适力学性能、物理性能和耐腐蚀性能 的材料，所选用的材料还必须考虑加工工艺的影响（可焊性、 是否便于加工），并考虑其经济合理性及来源等情况。
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⑵ 主要零部件的结构设计
承压设备的结构比较简单，基本上都是由筒体、封头、接管、 法兰、支座等零部件组成。承压设备的结构设计除了整体结构设计 外，主要进行的就是零部件的结构设计，包括焊缝结构设计、设备 各部位开孔设计等。 一般要求：各受压部件应有足够的强度，并装有可靠的安全保 护设施，防止超压；受压元件、部件结构的形式、开孔和焊缝的布 置应尽量避免或减小复合应力和应力集中；承重结钩应具有足够的 强度、刚度、稳定性及防腐蚀性；承压设备的整体结构应便于安装、 检修和清洗；承压设备的结构应便于检验检测。
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3.1设计单位条件
⑴ 设计单位基本条件 根据相关规定，设计单位必须具有或具备： i企业法人营业执照或事业单位法人证书； ii中华人民共和国组织机构代码证； iii健全的质量保证体系和切实可行的设计管理制度； iv与设计级别相适应的技术法规、标准； v专门的设计工作机构和场所； vi必要的设计装备和设计手段
按照《监督管理办法》的规定，锅炉压力容器制造许可划分为 A、B、C、D四个等级。
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4.2制造许可的工作程序
⑴ 申请 申请的提出：申请A、B、C级锅炉或压力容器以及安全阀、爆破 片、气瓶阀门等安全附件制造许可的境内制造企业须向国家监管部 门提交申请。申请资料应先经省级监管部门审核并签署意见。
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五、参考文献 [1]国家质量技术监督局 GB150-1998 钢制压力容器. 1998 [2]国家技术监督局. GB9222-1988 水管锅炉受压元件强 度计算. 1988 [3]国家技术监督局. GB/T 16508-1996 锅壳锅炉受压元件 强度计算. 1996 [4]国家质量技术监督局. 压力容器安全技术监察规程. 北 京：中国劳动社会保障出版社，1999
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1.1材料选用与安全
⑴ 材料性能 ① 力学性能② 物理性能③ 耐腐蚀性能④ 制造工艺性能 ⑵ 材料性能影响因素 影响材料性能的因素除冶炼方法和合金元素以外，制造工艺、操作 温度和介质的腐蚀性等也都是有较大影响的因素。 ① 制造工艺② 腐蚀③ 温度 ⑶ 材料选用 选择承压设备用材料必须考虑其操作条件（如设计压力、设计温度、 介质特性等）、材料的焊接性能、冷热加工性能、热处理以及承压 设备的结构等，并在此前提下，考虑经济合理性。
锅炉、压力容器本体大多是圆筒形壳体加两端封头，大部分的 壳体、封头都属于薄壁结构。最常用的制造方法是卷制焊接筒体与 旋压成型或冲压封头，用焊接或法兰连接的方法连成一体。
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2.2焊接
壳体的焊接，重要的是筒体（包括封头、筒节法兰等）纵缝、 环缝的焊接，是壳体制造中最关键的工序。常用的焊接方法是埋弧 自动焊和电渣焊。筒体环缝焊接几乎全部采用埋弧自动焊，筒壁较 薄的纵缝也采用埋弧自动焊。电渣焊用于焊接厚壁筒节的纵缝，只 要在被焊纵缝间保持适当的间隙，不用开坡口即可一次焊成。
2.3焊后热处理
热处理是保证壳体制造质量的重要技术手段。承压设备制造中， 热处理一般分为两类，一类是焊后热处理，另一类是改善机械性能 热处理。消除焊缝残余应力的热处理也有采用焊缝局部加热的方法。
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2.4制造缺陷
⑴ 焊接缺陷 国内外所发生的大量承压设备事故中，有相当一部分是由焊接 缺陷直接或间接引起的。由于焊接加工工艺的特点，焊接过程中有 些缺陷是难以完全避免的。因此要保证不因制造质量而发生事故， 就必须要求承压设备不存在危险性缺陷和超出允许范围的一般性缺 陷。 承压设备的焊接缺陷包括气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹、 咬边、弧坑和擦伤、焊缝尺寸不符合要求及组织缺陷等。 ⑵ 加工成型与组装缺陷 加工成型与组装中产生的缺陷主要是几何形状不符合要求。包 括表面凹凸不平、截面不圆、接头错边对接接头角变形等缺陷。
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⑵ 设计单位应建立的质量保证体系 设计单位应建立符合本单位实际情况的设计质量保证体系，并 且切实贯彻执行。质量保证体系文件应包括：术语和缩写； 质量方针；质量体系（含：设计组织机构，各级设计人员，设 计、校核、审核、批准（或审定）人员的职、责、权，各级设计人 员任命书）； 设计控制（含：总则，工作程序，设计类别、级别、品种范围， 材料代用，设计修改，设计审核修改单）； 各级设计人员的培训、考核、奖惩；设计管理制度。
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五、参考文献 [5]中华人民共和国劳动部. 蒸汽锅炉安全技术监察规程. 1996 [6]中华人民共和国劳动部. 热水锅炉安全技术监察规程. 1997 [7]国家质量监督检验检疫总局. 锅炉压力容器压力管道焊 工考试与管理规则. 2002 [8]中华人民共和国国务院. 特种设备安全监察条例. 北京： 中国计量出版社，2003
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二、承压设备制造安全技术
承压设备能否在设定的环境与工艺条件（压力、温度、介质特 性）下安全运行，首先取决其本身的安全可靠性。这种可靠性除了 其在设计上符合安全要求外，在制造上也应确保制造质量。根据设 计图样和技术要求严格按有关的规程和标准进行制造。
2.1壳体成型
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1.2结构设计与安全
承压设备的正确设计是保证其安全运行的一个最根本的环节。 设计不当，必然给以后的运行带来先天性的不足，由此酿成的事故 国内外屡见不鲜。美国总电站公司调查的339件容器及压力管道事 故中，按原因分类统计，其中由于设计方面的原因导致的事故有 73件，占事故总数的l8.3％。国内出于设计不当或未经认真设计计 算而使容器发生事故的例子也是较多的。 ⑴ 结构设计遵循的原则 ⑵ 主要零部件的结构设计
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4.2制造许可的工作程序
制造锅炉压力容器的单位，必须首先进行制造单位资格认可， 并取得《中华人民共和国锅炉压力容器制造许可证》，未取得《制 造许可证》的企业，其产品不得在境内销售、使用。 锅炉压力容器制造许可工作程序指锅炉压力容器及其安全附件 制造许可申请、受理、审查、证书的批准颁发及有效期满时的换证 程序。国家质检总局特种设备安全监察部门设制造许可办公室（简 称“发证部门”），负责办理制造许可日常事务。
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4.1锅炉压力容器制造许可条件
为了确保锅炉压力容器的制造质量，对其制造单位的条件上有 一定的要求。锅炉压力容器制造企业制造许可条件由锅炉压力容器 制造许可资源条件、质量管理体系和产品安全质量要求三部分构成。
资源条件要求包括基本条件和专项条件，前者是制造各级别锅 炉压力容器产品的通用要求，后者是制造相关级别锅炉压力容器产 品的专项要求，企业应同时满足基本条件和相应的专项条件。
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• 一、承压设备设计安全
• 1.1材料选用与安全 1.2结构设计与安全 1.3强度设计与安全
• 二、承压设备制造安全技术
• 2.1壳体成型 • 2.3焊后热处理 • 3.1设计单位条件 2.2焊接 2.4制造缺陷 3.2管理与监督
• 三、承压设备设计监察管理 • 四、承压设备制造监察管理
⑵ 申请受理 负责受理申请的监管部门对企业提交的申请资料进行审查后，应在 十五个工作日内确定是否予以受理。
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4.2制造许可的工作程序 ⑶ 审查 制造企业完成产品试制后，应当约定审查机构安排进行 实地条件的审查，并在约定的时限内完成审查工作。 ⑷《制造许可证》的批准颁发和换证 发证部门对审查报告进行审核并提出审核结论意见，对 于审核结论意见为符合《制造许可条件》的企业，为其 签发《制造许可证》。
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3.2管理与监督
审查机构每年应向所备案的国家或省级监管部门书面报告工作 情况。必要时，国家或省级监管部门可对审查机构进行工作质量抽 查，对存在问题的，可按有关规定进行处理，直至取消其资格。 发现审查机构没有严格按照本规则进行审查的，国家或省级监 管部门应当及时纠正，并通报批评；情节严重的应停止其审查工作。 被停止审查工作的审查机构，应在规定期限内对审查工作进行整顿， 期间不得再承担审查工作。 对于负有相应责任的人员，应由设计单位做出相应的处理。
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⑴ 结构设计遵循的原则
i应力集中或削弱强度结构应相互错开，避免高应力叠加。
ii结构不连续处应平滑过渡。受压壳体存在几何形状突变或其它结 构上的不连续，都会产生较高的不连续应力，设计时应尽量避免 iii避免采用刚性过大的焊接结构。
iv受热系统及部件的胀缩应不受限制。受热部件的热膨胀如果受到 外部或自身的限制，在部件内部就会产生热应力。
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1.3强度设计与安全
设计工作中直接影响其安全运行的内容包括：正确选用材料、 合理设计可靠结构以及考虑全面确定设备最小壁厚。要确定容器最 小壁厚就要分析其由各类载荷引起的应力，再根据强度条件规定的 许用应力计算出所需的壁厚。 进行设计时，主要任务是对各个部分进行应力分析，确定最大 应力值并将其限制在许用范围内。任一台承压设备至少存在两种应 力，一种是一次应力或薄膜应力，如圆筒体中间部分的应力；另一 种是不连续应力或二次应力，如接管与封头连接处的应力。
• 4.1锅炉压力容器制造许可条件 • 4.2制造许可的工作程序
• 五、参考文献
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一、承压设备设计安全
• 承压设备承压部件的可靠性，在很大程度上取决于它的设计是 否正确。其安全设计主要包括以下三个方面： • 合理选用材料：这是保证承压设备安全运行的一个重要措施。 如果材料选择不当，即使具有较大的强度裕度，也可能在运行 中发生破坏事故。 • 选择合适的结构形式：在承压设备的破坏事故中，有相当一部 分是由于结构不合理引起的。结构不合理往往使得承压设备在 制造和使用过程中容易产生缺陷。要考虑尽量降低局部附加应 力和应力集中。 • 满足强度要求：为保证承压设备安全运行，其承压部件必须具 有足够的强度，即具有适当的壁厚以抵抗外加载荷的作用。
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三、承压设备设计监察管理
在我国锅炉、气瓶、高压氧舱等采用设计图纸审查监督制度， 而压力容器和压力管道采用设计资格认可制度。为了加强对压力容 器和压力管道设计单位的质量监督和安全监察，确保设计质量，根 据《特种设备安全监察条例》[4-8]、《压力容器安全技术监察规程》 [4-4]、《压力管道安全管理和监察规定》[4-9]、《压力容器压力管 道设计单位资格许可与管理规则》[4-10]（简称“设计许可规则”） 等的有关规定，从事压力容器压力管道设计的单位（以下简称“设 计单位”），必须具有相应级别的设计资格，取得《压力容器压力 管道设计许可证》（以下简称“设计许可证”）。
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四、承压设备制造监察管理
在中华人民共和国境内制造锅炉压力容器，实行制造资格许可 制度和产品安全性能强制监督检验制度。自2003年1月1日起实施 的《锅炉压力容器制造监督管理办法》（以下简称《监督管理办 法》）[4-11]及2004年１月１日起实施的《锅炉压力容器制造许可 条件》（以下简称《制造许可条件》）[4-12]、《锅炉压力容器制 造许可工作程序》[4-13]和《锅炉压力容器产品安全性能监督检验 规则》[4-14]分别对制造许可和产品安全性能监督检验做出了明确 的规定。