Выбор метода изготовления сосудов под давлением

Обычные контейнеры изготавливаются с использованием листового металла. Высокодавлевые контейнеры в зависимости от конструкции корпуса делятся на однослойные и комбинированные. В зависимости от способа изготовления, однослойные цилиндры делятся на такие виды, как цельнокузнечные, однослойные с сварным соединением, полученные путем электролитического плавления, а также кузнечно-сварные. Преимущества цельнокузнечного способа: после кузнечной обработки структура твердая, прочность высокая. Недостатки: для производства требуются крупные прессовые и термообработочные установки, а также большие объемы металла. Во время работы напряжения в стенках контейнера распределяются неравномерно: внутренняя поверхность цилиндра подвергается высоким напряжениям, из-за чего может произойти прогиб или пластическое деформирование. В то же время напряжения на внешней поверхности остаются довольно низкими ； Когда толстостенные цилиндры работают в неэластичном диапазоне, это **влияет на срок службы контейнера» ； Чтобы обеспечить работу цилиндра в пределах его упругости, необходимо использовать материалы с высокой прочностью для его изготовления. Однако по мере повышения прочности материала снижается его пластичность и прочность на разрыв; возникает риск хрупкого разрушения, что делает такой материал небезопасным. К тому же использование высокопрочной стали для изготовления всего цилиндра является неэкономичным ； Кроме того, в случае однослойных толстостенных цилиндров, как только возникает трещина, под действием высоких напряжений она продолжает расширяться; её невозможно сдержать внутри стенки цилиндра. В конечном итоге трещина проникает через всю стенку цилиндра, что приводит к его разрушению. Поэтому у однослойных толстостенных контейнеров, помимо прочности материала на разрыв, нет других надежных средств защиты. Область применения: в основном используется для сверхвысокодавлительных резервуаров с диаметром φ300–500 мм, подходит для работы при различных температурах. Преимущества однослойного сваривания рулоном: простота производства, малое количество операций, высокий уровень автоматизации. Недостатки: характеристики толстых листов значительно хуже, чем у тонких; существует большая разница в свойствах в направлении толщины. Кроме того, наблюдаются значительные различия в пластичности и прочности в направлении прокатки и перпендикулярно ему ； Из-за толщины пластины металлические элементы склонны к депрессии; содержание и распределение включений, а также их форма являются неравномерными. Кроме того, при термообработке из-за большой толщины пластины эффект закалки внутри и на поверхности отличается, что приводит к неоднородности структуры материала. В результате при сварке легко возникают трещины ； У толстых листов температура перехода выше, что увеличивает вероятность хрупкого разрушения. Область применения: диаметр от φ400 до 3200 мм, расчетное давление 10–32 МПа; подходит для использования в условиях различных температур. Преимущества процесса электролитической переработки: высокий уровень механизации и автоматизации производственного процесса, отсутствие необходимости в крупном оборудовании, малое количество рабочего времени и низкая стоимость ； Материал всех частей стенки устройства довольно однороден, отсутствуют такие дефекты, как включения и слоистость. Комбинированные цилиндры делятся на несколько типов: многослойные оболочечные, с перекрестным намотыванием стальных лент, многослойные термоусадочные и другие. Такая оболочка состоит из нескольких или десятков тонких металлических пластин, плотно прилегающих друг к другу. У нее есть следующие преимущества: во-первых, благодаря процессу изготовления можно создать предварительное напряжение между слоями, что позволяет равномерно распределить напряжения по всей толщине стенки. Это способствует более эффективному использованию материала, поэтому толщина стенки может быть немного меньше ； Во-вторых, когда среда в контейнере имеет коррозионные свойства, в качестве внутренней оболочки можно использовать нержавеющую легированную сталь, а в качестве слоев — углеродистую сталь или другую высокопрочную низколегированную сталь. Это позволяет полностью использовать преимущества различных материалов и сэкономить дорогоценные металлы ； В-третьих, когда в материале стенки корпуса имеются серьезные дефекты, такие как трещины, эти дефекты обычно не распространяются на другие слои ； В-четвертых, поскольку используется тонкая пластина, обладающая хорошей стойкостью к трещинам, вероятность хрупкого разрушения снижается ； В-пятых, в процессе изготовления не требуется использование крупного оборудования для ковки. Недостаток заключается в том, что при соединении многолистных толстостенных цилиндров с кованными фланцами или заглушками на краях часто возникают дефекты сварки из-за значительных различий в теплопередаче между двумя соединяемыми элементами; иногда это приводит к хрупкому разрыву конструкции. Преимущества многослойной оболочки: в качестве материала используются тонкие или средне-толстые листы; прочность, структура и характеристики стали во всех слоях одинаковы ； Поскольку многослойные контейнеры получаются путем наложения друг на друга тонких листов для достижения необходимой толщины стенок, в процессе их изготовления требуется лишь специальное устройство для затягивания. Использование устройств типа «портального механизма» способствует повышению степени автоматизации. Сварка продольных швов толстых и средних листов, а также тонких слоистых листов во внутренней трубе позволяет обеспечить высокое качество ； Сварка глубоких кольцевых швов между сегментами цилиндра или между сегментами цилиндра и крышкой не требует термообработки после сварки ； Отличная стойкость к коррозии и воздействию водорода ； При нормальном рабочем давлении многослойные контейнеры обладают теми же упругими свойствами, что и однослойные контейнеры ； Благодаря высокой прочности материала он не так легко подвергается разрушению ； При взрыве многокамерного контейнера из-за внутреннего давления контейнер подвергается сильной пластической деформации. Затем достигается максимальное внутреннее давление, что приводит к появлению трещин от внешнего слоя к внутреннему, в результате чего происходит медленное пластическое разрушение ； Как правило, на внешней поверхности контейнеров, предназначенных для работы при высоких температурах, имеется хороший утеплитель, поэтому влияние тепловых напряжений здесь минимально. Недостатки: процесс производства занимает много времени, он требует больших усилий. Более того, коэффициент использования материала при изготовлении слоистых панелей невысок — около 60%. При производстве крупных контейнеров экономическая эффективность такого подхода низкая ； Сварка многолayerных, толстых кольцевых швов сопряжена с большими трудностями; использование ультразвукового контроля невозможно, поэтому применяется исключительно 100%-ный рентгеновский контроль ； Тепловой сопротивление между слоями велико, поэтому стенки устройства не подходят для передачи тепла. Область применения: диаметр φ500–3200 мм, проектное давление ≤50 МПа, проектная температура ≤500 °C. Преимущества многослойной термоусадочной конструкции: сочетание преимуществ как цельнолитых, так и сборных корпусов; высокая степень использования материала; простота производства; отсутствие необходимости в специальном оборудовании. Недостатки: из-за небольшого количества слоев и использования стали средней толщины её способность противостоять хрупкому разрушению хуже, чем у конструкций с множеством слоев. Оценка

\ud83d\udc4d