一种提高薄壁压力容器外压稳定性的方法与流程

本发明是关于压力容器制造领域，特别涉及一种提高薄壁压力容器外压稳定性的方法。

背景技术：

薄壁压力容器一般是指壁厚小于等于直径的1/10的壳体构成的压力容器，通常用作化工、炼油和核电等行业中储存、换热、反应、分离设备以及锅炉汽包等。

在外压载荷的作用下，薄壁压力容器可能突然失去原有几何形状，发生屈曲失效，造成严重破坏，故而防止屈曲失效对于外压薄壁容器以及可能承受外压的内压薄壁容器极为重要。由于薄壁压力容器的外压稳定性对于圆度等形状缺陷十分敏感，国家标准gb150-2011《压力容器》作出规定，压力容器圆筒组焊完成后，需要采用内弓形或外弓形样板检查壳体圆度，并判定圆度是否满足要求。

采用样板检测压力容器的圆度，存在如下不足：多道工序存在误差，如样板加工误差和读数误差等；由于容器尺寸和形状千变万化，若针对每个容器都制作样板，会造成资源浪费。若圆筒尚未与封头焊接，筒体圆度不满足要求时，通常使用卷板机滚圆，对于尺寸较大容器操作不便。若圆筒与封头已经焊接完成，筒体圆度不满足要求时，尚无良好的解决方案。

现有压力容器制造过程中存在上述缺点和不足，目前亟待提出一种可以快速方便地改善薄壁压力容器圆度并能够有效提高其外压稳定性的技术方案。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种提高薄壁压力容器外压稳定性的方法。该方法通过对薄壁压力容器进行内压超压处理，改善薄壁压力容器圆度等形状缺陷，进而有效提高薄壁压力容器外压稳定性。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种提高薄壁压力容器外压稳定性的方法，是利用加压泵对注满水的压力容器进行内压提升，在升压至内压超压处理压力pu后保压一段时间，然后泄压；其中，

(1)对于内压容器，内压超压处理压力pu为设计压力的1.6到1.8倍；

(2)对于外压容器，内压超压处理压力pu为计算压力pc的1.6到1.8倍；其中，

圆筒形外压容器的计算压力pc按公式计算获得；

球壳形外压容器的计算压力pc按公式计算获得；

上述公式中，[σ]^t为容器器壁材料的许用应力，φ为焊接接头系数，δ为圆筒或球壳的计算厚度，di为容器的内直径。

本发明中，在升压过程中，按如下方式控制升压速率：

(1)对于内压容器，压力升至设计压力之前，最大升压速率不超过0.5mpa/min；压力升至设计压力后，最大升压速率不超过0.1mpa/min；

(2)对于外压容器，压力升至计算压力pc之前，最大升压速率不超过0.5mpa/min；压力升至计算压力pc后，最大升压速率不超过0.1mpa/min。

本发明中，所述保压的时间不少于30分钟。

发明原理描述：

对于薄壁内压容器，为考察容器的整体强度、刚度和稳定性，检查焊接接头的致密性，验证密封结构的密封性能，消除或降低焊接残余应力、局部不连续区的峰值应力，对微裂纹产生闭合效应，钝化微裂纹尖端等，通常会在制造完成后进行耐压试验。对于薄壁外压容器，耐压试验的主要目的是检查焊接接头的致密性和验证密封结构的密封性能。对于内压容器、外压容器和真空容器，液压耐压试验压力值为设计压力的1.25倍。

本发明创造性地提出，对薄壁压力容器进行内压超压处理。对于内压容器而言，内压超压处理压力pu为设计压力的1.6到1.8倍，对于外压容器而言，内压超压处理压力pu为计算压力pc的1.6到1.8倍。内压超压处理压力pu要远远高于通常压力测试所用数值，其目的是：超压处理时，容器发生塑性变形并鼓胀趋圆，使外压稳定性提高。在处理过程中，薄壁压力容器鼓胀趋圆，从而能够实现改善薄壁压力容器圆度等形状缺陷，进而有效提高薄壁压力容器外压稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过对薄壁压力容器进行内压超压处理，改善薄壁压力容器圆度等形状缺陷，进而有效提高薄壁压力容器外压稳定性。

2、本发明避开了繁琐的压力容器圆度检测的过程，而且能够主动方便地改善外压容器的圆度等多种形状缺陷，提高薄壁压力容器的外压稳定性。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为压力容器内压超压处理装置的布置图。

图3为实施例中压力容器的剖视图。

图中的附图标记为：1装置支架；2压力传感器；3无纸记录仪；4加压泵。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

首先搭建内压超压处理装置：将薄壁压力容器固定在装置支架1上，向容器内注满洁净的水。然后将加压泵4与压力容器以管路连接，管路上安装压力传感器2，压力传感器2与无纸记录仪3连接。

提高薄壁压力容器外压稳定性的方法，是利用加压泵4对注满水的压力容器进行内压提升，在升压至内压超压处理压力pu后保压不少于30分钟，然后泄压；其中，

(1)对于内压容器，内压超压处理压力pu为设计压力的1.6到1.8倍；

(2)对于外压容器，内压超压处理压力pu为计算压力pc的1.6到1.8倍；其中，

圆筒形外压容器的计算压力pc按公式计算获得；

球壳形外压容器的计算压力pc按公式计算获得；

上述公式中，[σ]^t为容器器壁材料的许用应力，φ为焊接接头系数，δ为圆筒或球壳的计算厚度，di为容器的内直径。

在升压过程中，按如下方式控制升压速率：

(1)对于内压容器，压力升至设计压力之前，最大升压速率不超过0.5mpa/min；压力升至设计压力后，最大升压速率不超过0.1mpa/min；

(2)对于外压容器，压力升至计算压力pc之前，最大升压速率不超过0.5mpa/min；压力升至计算压力pc后，最大升压速率不超过0.1mpa/min。

具体应用示例：

(1)按图2所示搭建内压超压处理装置，本示例中处理对象是圆筒形外压容器；

(2)确定内压超压处理压力：根据圆筒内直径(di＝300mm)、计算厚度(δ＝1.1mm)、焊接接头系数(φ＝1)和材料的许用应力([σ]^t＝270mpa)，按照公式计算pc＝2.0mpa。按照内压超压处理压力pu是计算压力pc的1.6倍计算，pu＝3.2mpa。

(3)执行内压超压处理过程：施加内压，内压小于等于2.0mpa时，每分钟加压0.4mpa；超过2.0mpa后，每分钟加压0.1mpa；加压到3.2mpa时，开始保压30分钟。

(4)保压后卸压：保压完成后，开始卸压。

在本示例中，先后利用两个相同尺寸的圆筒形外压容器进行试验。圆筒形外压容器设计内直径为300mm，名义厚度为2mm，计算厚度为1.1mm(如图3所示)。两筒体圆度分别为2.98％和2.51％，但仅对后者进行超压处理。经处理后再进行外压屈曲压力测试，未经过超压处理的容器外压屈曲压力为244kpa，经过超压处理的外压屈曲压力为462kpa。因此，内压超压处理后外压屈曲压力相比前者提高89.3％。

经申请人多次试验后进行数据统计：经过内压超压处理后，通常能够实现将圆筒容器圆度平均降低51.09％，屈曲压力数值平均提升34.60％。因此，本发明的技术效果是非常显著的。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。