Вопросы и ответы по проектированию сосудов под давлением (II)

Thread Content

Вопрос 1: Как выбирать материалы для сварки металлов разных видов? Ответ: Сварка аустенитных нержавеющих сталей и ферритных сталей (включая низкосодержащие углеродистые стали, низколегированные высокопрочные стали, перлитные термостойкие стали, ферритные нержавеющие стали). (1) При сварке сталей ферритного класса следует по возможности использовать сварочные материалы с такой же структурой и составом. Однако при использовании аустенитных сварочных материалов с целью отказа от термообработки для устранения напряжений после сварки или совершенствования процесса сварки необходимо учитывать следующие факторы: 1) коэффициенты линейного расширения аустенитной и ферритной стали сильно различаются; в условиях высоких температур или частых изменений температуры следует учитывать возникающие в результате этого тепловые напряжения ； 2) В процессе сварки в результате миграции углерода на границе слияния металла аустенитной сварной зоны и основного материала из ферритной стали образуются слой декарбонизации (с стороны основного материала из ферритной стали) и слой карбидизации (с стороны аустенитного сварного металла), что приводит к снижению прочности и пластичности при высоких температурах. (2) При сварке стали ферритной с использованием сварочных материалов аустенитного типа температура предварительного нагрева может быть снижена примерно на 100°C по сравнению с случаем сварки такой же стали с использованием сварочных материалов с аналогичным составом сплава; после сварки термообработка, как правило, не требуется. (3) При соединении аустенитных нержавеющих сталей и ферритных сталей методом соединения «шов на шов» или «угол на угол» обычно используются электроды типа A302. Однако при температурах, превышающих 450–550 °C, и когда соединение подвергается высоким нагрузкам, следует использовать электроды с высоким содержанием никеля, такие как A502, A507, A607. При температурах, превышающих 550 °C, и при высоких нагрузках на соединение необходимо использовать сварочные материалы на основе никеля. Для сварки дуговым способом с электродом могут использоваться материалы ENiCrFe-3 и ENiCrFe-2, соответствующие стандарту AWS A5.11. Вопрос 2: Каковы требования к проектированию сред, подверженных коррозии водородом? Ответ: (1) Среда коррозии. Среда химической коррозии существует тогда, когда температура эксплуатации химических сосудов под давлением превышает 200°C и они находятся в контакте с водородной средой. В условиях коррозии под действием водорода, когда одновременно присутствуют такие факторы, как коррозия под действием серы при высоких температурах, крепление материала при высоких температурах, синергетический эффект между креплением и коррозией под действием водорода, хрупкость после отжига и другие факторы, необходимо учитывать их влияние на механические свойства стали при высоких температурах. (2) Требования к материалам и ограничения 1) Сталь должна использоваться в условиях коррозии под действием водорода в соответствии с установленными стандартами, а после сварки необходимо провести термообработку для устранения напряжений ； 2) Границы температур использования ферритных сталей в условиях коррозии под действием водорода определяются согласно кривой Нельсона, причем должен соблюдаться запас прочности при температуре, превышающей на 20°C указанную величину ； 3) Аустенитная нержавеющая сталь не подвергается водородной коррозии при температурах и давлении водорода, указанных на кривой Нельсона, поэтому не требуется термообработка для устранения напряжений после сварки. Вопрос 3: Когда необходима термообработка для восстановления механических свойств? Ответ: Для восстановления механических свойств материала, ухудшившихся в результате холодной обработки, стандарт GB150.4 предусматривает, что давящие элементы, соответствующие определенным условиям, должны подвергаться термообработке с целью восстановления их механических свойств. Термообработка для восстановления механических свойств и термообработка для устранения напряжений после сварки относятся к аннелированию для снижения напряжений (аннелированию при низких температурах). Поэтому, при необходимости, можно совместить термообработку для восстановления механических свойств сырья и термообработку для устранения напряжений после сварки в продуктах из сосудов под давлением. Требования к термообработке для восстановления механических свойств материалов часто упускаются из виду при проектировании сегментов люков в резервуарах. Вопрос 4: Что такое обработка для удаления водорода после сварки? Ответ: В процессе сварки водород, содержащийся в электродах, флюсе и влаге из воздуха, при высоких температурах разлагается на атомы, которые растворяются в жидком металле. При охлаждении шва растворимость водорода в стали резко снижается. Поскольку шов охлаждается очень быстро, водород не успевает уйти и остается в металле шва. Со временем он скапливается в самом шве или в зоне соединения. При накоплении определенного количества напряжений под действием напряжений, возникающих в процессе сварки, это приводит к появлению холодных трещин в зоне сварки или в зоне, находящейся под ее влиянием, то есть к задержанным трещинам. Поэтому требуется предварительное прогревание электродов, а также последующее нагревание шва до 200°C после сварки. Обычно время такого нагрева составляет 16 часов. Это позволяет снизить скорость охлаждения шва и способствует полному выделению водорода; это процесс называется дегидрированием после сварки. Емкости, которые требуют обработки для удаления водорода после сварки, могут не подвергаться такой обработке, если сразу после сварки проводится термообработка. Вопрос 5: Как рассчитывать плотность среды при расчете горизонтальных резервуаров? Ответ: Плотность среды должна соответствовать плотности реальной среды; нельзя использовать плотность воды. Вопрос 6: Если сосуды из композитных пластин из аустенитной нержавеющей стали соответствуют требованиям стандарта GB150, то в таких случаях необходимо провести термообработку для устранения напряжений. Как решить эту проблему? Ответ: Если в качестве материала для изготовления оборудования используется композитная пластина из аустенитной нержавеющей стали, то необходимо тщательно взвесить вопрос о проведении термообработки с целью устранения напряжений. Ведь температура, при которой проводится такая обработка (620 °C ±20 °C), совпадает с зоной чувствительности нержавеющей стали (400 °C – 850 °C). Это может привести к снижению содержания хрома в кристаллической структуре нержавеющей стали, что, в свою очередь, снижает её способность противостоять межкристаллической коррозии. Поэтому проведение такой термообработки не рекомендуется. При производстве можно рассмотреть использование маленьких электродов, небольшого тока и множества слоев пайки. Если речь идет только о требованиях к чистоте, можно рассмотреть возможность проведения процедуры устранения напряжений. Вопрос 7: Можно ли использовать металлические уплотнительные прокладки для фланцев типа А в сосудах под давлением? Ответ: Для фланцев типа А, предназначенных для сварки, согласно требованиям к фланцам сосудов под давлением, могут использоваться только неметаллические гибкие прокладки; использование винтовых прокладок является ошибкой. Для фланцев типа Б и фланцев с высоким шейком можно использовать винтовые прокладки. Фланцы типа А, как и трубные фланцы типа PL, имеют низкую жесткость и плохие характеристики герметичности. Если среда, находящаяся в контейнере, представляет крайне высокую или значительную опасность, или допускаться не может даже незначительное утечка, то более целесообразно использовать фланцы с высокой шейкой в сочетании с уплотнительными прокладками из спиральной ткани или металлическими прокладками. Вопрос 8: Вопросы, связанные с проектированием конструкции вертикальных теплообменников с фиксированными трубными панелями Ответ: В вертикальных теплообменниках с фиксированными трубчатыми панелями следует по возможности использовать кронштейны-уши, расположенные на корпусе внешней стороны. Плоскость опоры ушковых кронштейнов вертикальных теплообменников с фиксированными трубными панелями, как правило, должна находиться выше центра тяжести оборудования и экспандеров. В вертикальных теплообменниках с фиксированным трубчатым щитом тяговые стержни должны иметь фиксирующий конец на верхнем трубчатом щите, при условии соблюдения требований к сборке, независимо от того, расположен ли вход для среды в корпусе сверху или снизу. Вопрос 9: Какова конструкция опорных плит в корпусе горизонтального конденсатора с фиксированными трубными панелями при прохождении через него конденсирующей среды? Ответ: С точки зрения теплообмена, в конденсаторе, где происходит конденсация среды, проходящей через корпус, не требуется установка перегородок. Однако, чтобы повысить прочность теплообменных труб и предотвратить чрезмерную деформацию или вибрации труб, когда расстояние между опорами труб превышает установленные стандартами значения, необходимо установить небольшое количество опорных плит. Поддерживающие плиты должны располагаться вертикально слева и справа, причем в самой нижней части у них должны быть отверстия для жидкости.