Anforderungen an die Konstruktion bei der Herstellung von Druckbehältern

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Anforderungen an die Konstruktion bei der Herstellung von Druckbehältern – Grundanforderungen
Die Konstruktion ist die Grundlage für die Herstellung. Schon in der Planungsphase muss man auf die Machbarkeit der Herstellung sowie auf die Überprüfbarkeit des Produkts achten. Mit anderen Worten: Der Entwerfer muss berücksichtigen, ob das von ihm entworfene Produkt auf zuverlässige, einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden kann. Aus dieser Perspektive heraus lassen sich die Anforderungen an die Konstruktion in mehrere Punkte unterteilen. Bei der Auswahl des Materials müssen nicht nur die mechanischen Eigenschaften, die Biegefestigkeit, die Korrosionsbeständigkeit sowie der Preis berücksichtigt werden, sondern auch Eigenschaften wie die Schweißbarkeit sowie die Verarbeitungseigenschaften bei Hitze und Kälte. Die richtige Auswahl des Materials ist die Hauptverantwortung des Entwicklers und hat direkten Einfluss auf die Schwierigkeit der Herstellung sowie auf die Sicherheit des Produkts. Bei Kohlenstahl und niedriglegierten Stählen muss die Zähigkeit sowie Elastizität des Stahls mit zunehmendem Mindestwert der Standardzugfestigkeit Rm erhöht werden: Bei Kohlenstahl und niedriglegierten Stählen, die zum Schweißen verwendet werden, sind die Gehalte an C, S und P begrenzt. Bei Kohlenstahl und niedriglegierten Stählen, die speziell für Druckbehälter verwendet werden, gelten weitere Beschränkungen bezüglich der Gehalte an C, S und P – abhängig vom Mindestwert der Standardzugfestigkeit Rm sowie davon, ob die Stähle in Kälteteilen eingesetzt werden. Wenn bei der Konstruktion Materialien mit hoher Festigkeitsklasse verwendet werden, muss man darauf achten, dass strenge und durchsetzbare technische Anforderungen vorliegen. Zudem müssen die Fertigungskapazitäten sowie die Erfahrung des Herstellers gründlich geprüft werden. Der Preis darf nicht als einziger Bewertungskriterium dienen. Außerdem sollte man bei Stahlstoffen möglichst Stähle wählen, die speziell für Druckbehälter geeignet sind ； Materialien mit ausländischen Normen, neue Materialien sowie Materialien, die zum ersten Mal von einem Hersteller hergestellt werden, müssen den Vorgaben von TSG 21 entsprechen, um eine einfache Herstellung, Beschaffung und Verwendung zu gewährleisten. Technische Anforderungen: Die technischen Anforderungen an allgemeine Produkte können in den Zeichnungen festgelegt werden – dies nennt man technische Anforderungen aus den Zeichnungen. Für komplexe, wichtige Produkte können außerdem eigene Produkttechnische Vorgaben festgelegt werden. Die von den Entwerfern festgelegten technischen Anforderungen müssen nicht nur korrekt, umfassend und angemessen sein, sondern es muss auch auf die folgenden Aspekte geachtet werden: ① Die technischen Anforderungen müssen vollständig und klar definiert sein. Wenn Anforderungen gestellt werden, müssen auch Methoden zur Überprüfung sowie Qualitätskriterien vorhanden sein. Wenn beispielsweise ein Lecktest an Druckbehältern gefordert wird, müssen gleichzeitig der Typ des Lecktests, die geltenden Standards sowie die zulässige Menge an Leckagen festgelegt werden. Andernfalls bleiben die Anforderungen an den Lecktest nur theoretisch. Das Niveau der technischen Anforderungen hängt eng mit den Kosten zusammen. Es ist die Aufgabe des Entwicklers, die Wirtschaftlichkeit des Produkts zu berücksichtigen. Dennoch darf man die technischen Anforderungen auf keinen Fall willkürlich senken. In einigen Entwürfen wird für Behälter aus Kohlenstahl oder niedriglegierten Stählen eine Betriebstemperatur von -20 °C festgelegt. Der Zweck dabei könnte darin liegen, den Einsatz teurerer Stähle für Behälter unter niedrigen Temperaturen zu vermeiden. Doch diese scheinbar legitime Vorgehensweise kann Probleme mit sich bringen, denn im Laufe des Betriebs kommen unweigerlich Schwankungen vor. Zudem hat die Umgebungstemperatur Einfluss darauf – dadurch steigt das Risiko eines Bruchs bei niedrigen Temperaturen. ②Wärmebehandlung nach dem Schweißen, der Prozentsatz der nicht zerstörenden Prüfungen usw. hängen in der Regel von der Dicke ab. Verschiedene Materialien haben unterschiedliche Dickengrenzen – sogenannte Schwellenwerte. Die technischen Anforderungen liegen je nach Überschreitung oder Unterschreitung dieser Schwellenwerte völlig anders. Wenn die in der Konstruktion vorgesehene Nennstärke dem Schwellenwert nahekommt, müssen die Entwerfer besonders sorgfältig mit den gestellten technischen Anforderungen umgehen. Denn um sicherzustellen, dass die Dicke des Produkts mindestens der im Plan angegebene Mindestwert beträgt, müssen die Hersteller oft die Dicke abrunden – um so die tatsächliche Stärke des Stahls zu bestimmen. Die von den Herstellern gewählte Stärke kann somit größer sein als die Nennstärke und sogar den genannten Schwellenwert überschreiten. Die in den Standards (GB/T 150.2 sowie Materialstandards) festgelegten Grenzwerte für die Dicke basieren auf der Stärke des Stahls. Was die Struktur angeht, so sollte bei der Strukturplanung genauso viel Wert auf Berechnungen gelegt werden. Die Struktur ist nicht nur die Grundlage für die Berechnungen, sondern beeinflusst auch direkt die Qualität der Herstellung. Unter den möglichen Bedingungen sollte man möglichst Strukturen verwenden, die einfach herzustellen und zu überprüfen sind. Am Beispiel der Schweißnahttypen lässt sich sagen, dass es aufgrund der Möglichkeit, an der Rückseite eine Schweißwurzel zu bilden, einfacher ist, die Schweißqualität zu gewährleisten – im Vergleich zum Einseitenschweißen. Deshalb sollte man diesen Ansatz vorziehen ； Die einseitige Schweißung wird in Schweißen mit Unterlegscheibe und Schweißen ohne Unterlegscheibe unterteilt. Beim Schweißen ohne Unterlegscheibe ist es schwierig, den Bodenbereich vollständig mit Metall zu füllen. Bei hoher Stromstärke kann es zum Durchschneiden des Materials kommen, bei niedriger Stromstärke besteht die Gefahr, dass der Bodenbereich nicht vollständig verschweißt wird. Dadurch lässt sich die Qualität des Schweißnachlasses nicht sicherstellen. Deshalb wird diese Schweißmethode nur für die letzten ringförmigen Schweißverbindungen zwischen Rohren, Rohrflanschen sowie Behältern verwendet. Die Normen (GB/T150.1) verlangen Schweißverbindungen mit vollständiger Durchschweißung – also eine Schweißmethode, bei der eine vollständige Durchschweißung gewährleistet ist, wie beispielsweise das Schweißen unter Schutzgas. Ebenso sollten bei großen Durchmessern der Anschlüsse an wichtigen Behältern, sofern die Bedingungen es zulassen, integrierte Verstärkungsanschlüsse verwendet werden. Diese sind nicht nur zum Schweißen geeignet und verbessern außerdem die Belastbarkeit des Behälters. Zudem lässt sich mit ihnen eine Röntgen- oder Ultraschallprüfung durchführen, wodurch die Qualität der Schweißnähte gewährleistet werden kann. Bei dieser Konstruktion muss jedoch darauf geachtet werden, dass zwischen dem integrierten Anschluss und der Verbindungsseite des Behälters genügend Abstand besteht, damit eine vollständige (100%) Röntgen- oder Ultraschallprüfung möglich ist. Bei der Gestaltung sollte man einerseits auf den Vergleich verschiedener Strukturoptionen achten. Andererseits können die Entwerfer für Strukturen, die eng mit den Fertigungsverfahren verbunden sind, lediglich Anforderungen stellen und die konkrete Gestaltung der Struktur dem Hersteller überlassen. Dies ist besonders wichtig für Entwerfer in Fachplanungsbüros, die mit den Fertigungsverfahren nicht gut vertraut sind. Nehmen wir als Beispiel geschweißte Konstruktionen: Die in den Standards (GBIT 150.3) angegebenen Vorgaben für solche Konstruktionen dienen lediglich als Richtlinien. Sie können bei der Fertigung als Orientierung herangezogen werden, sind jedoch nicht verbindlich. Tatsächlich haben viele Hersteller im Laufe der Jahre eigene, effektive Methoden zur Herstellung von geschweißten Konstruktionen entwickelt. Es besteht keine Notwendigkeit, dass der Entwerfer die Form, Größe und den Winkel der Schneiden festlegt – es reicht aus, in den Zeichnungen die wichtigsten Anforderungen anzugeben (z. B. vollständige oder teilweise Durchschweißung). Wissensvermittlung im Bereich Fertigung: Die Grundkenntnisse, die Entwerfer beherrschen sollten, sind folgende: (1) Ein grundlegendes Verständnis der Methoden, Grundprinzipien sowie der wichtigsten Qualitätsanforderungen in den Schlüsselphasen der Fertigung – wie z. B. Materialbearbeitung, Schweißen, Wärmebehandlung, nicht zerstörende Prüfverfahren sowie Druckprüfungen. Dies trägt nicht nur zur Entwicklung von Strukturen und technischen Anforderungen bei, sondern ermöglicht auch eine richtige Beurteilung der Fähigkeiten des Herstellers sowie der Produktionsprozesse hinsichtlich der Gewährleistung der Produktqualität. (2) Ermitteln Sie, welche Anforderungen an die Herstellung, Prüfung und Abnahme in den Produktionsstandards festgelegt sind, damit sie bei Bedarf im Rahmen der Entwicklungsarbeiten leicht zugänglich sind. Ein gewisses Verständnis für die Gründe hinter den oben genannten Anforderungen kann dabei helfen, die Herstellungsstandards anzuwenden und so eine wirtschaftlich sinnvollere Gestaltung zu erreichen. (3) Es ist notwendig, die wichtigsten Herstellungsprozesse des entworfenen Produkts sowie die entscheidenden Schritte zu kennen, die einen erheblichen Einfluss auf die Produktqualität haben. Dadurch kann man unter Berücksichtigung der Gesamtqualität des Produkts fundiert über Materialwahl, Konstruktion und technische Anforderungen entscheiden. (4) Neue Technologien und Verfahren im Zusammenhang mit Herstellung, Prüfung und Inspektion kennen lernen und diese sinnvoll in den entworfenen Produkten anwenden, um technischen Fortschritt voranzutreiben.