یک ظرف فشار بزرگ چیست؟ طراحی، ساخت و کاربرد

جواب دادن به سوال اصلي:یک ظرف تحت فشار در مقیاس بزرگ چیست و چه چالش های مهندسی آن را از تجهیزات تحت فشار استاندارد متمایز می کند؟یک ظرف تحت فشار در مقیاس بزرگ یک ظرف تحت فشار با کد ASME بخش VIII بخش 2 یا بخش 3 است که وزن آن بیش از 100 تن است و ضخامت دیواره آن بین 50 تا 300 میلی متر است.قطر 2 تا 7 متراین کشتی ها، معمولاً راکتورهای هیدروپروسیسنگ، تبدیل کننده های آمونیاک یا سازه های محاصره هسته ای، نیاز به جعل صفحه سنگین خاص دارند.جوش چند گذر با جوش قوس غرق شده خودکار (SAW)، چرخه های درمان حرارتی پس از جوش (PWHT) طولانی مدت 620-690 °C برای 4-12 ساعتو بررسی پیشرفته غیر مخرب از جمله مجموعه فاز UT و TOFD (تفاوت زمان پرواز) برای تشخیص نقص حجمی.

1اصول اصلی طراحی و ساخت

طراحی ظرف فشار در مقیاس بزرگ فراتر از محاسبات استاندارد ASME بخش VIII بخش 1 برای رسیدگی به توزیع استرس دیواره ضخیم، محدودیت های ساخت میدان، لجستیک حمل و نقل،و توان جوشکاری فولاد های آلیاژ بالا.

• ** تجزیه و تحلیل تنش دیوار ضخیم و بخش 2 ASME **در ضخامت دیواری بالاتر از 50 میلی متر، فرضیات دیواری نازک (t / R < 0.1) دیگر معتبر نیستند. معادلات لامه توزیع فشار سه محوری را از طریق دیوار توصیف می کنند:فشار شعاعی σr = [(Pi·Ri2 - Po·Ro2) / ((Ro2 - Ri2) ] - [(Pi-Po) ·Ri2·Ro2/(Ro2-Ri2) ·r2) ]، که نشان می دهد که تنش های سطح داخلی می تواند 30-50٪ بالاتر از پیش بینی های دیواره نازک باشد. بخش VIII ASME بخش 2 نیاز به تجزیه و تحلیل عناصر محدود (FEA) برای ظروف با t / R > 0 دارد.166، با طبقه بندی استرس به غشاء اولیه (Pm) ، خم شدن اولیه (Pb) و محدودیت های ثانویه (Q) بر اساس بخش VIII Div.2 ضمیمه 5-A ASME BPVC.تجزیه و تحلیل خستگی بر اساس ضمیمه 5-F برای سرویس چرخه ای بیش از 1 مورد اجباری است.،000 چرخه.
• **تعویض چند مرتبه SAW و الزامات NDE:**جوش های طولی و حاشیه ای دیواری سنگین با استفاده از جوش قوس فرو رفته خودکار (SAW) با 2-4 سر جوش ساخته می شوند و 3-5 میلی متر در هر گذر در 50-100+ گذر قرار می گیرند.برای جلوگیری از ترکیدن ناشی از هیدروژن، گرمایش اولیه (100 تا 200 درجه سانتیگراد) و کنترل دمای میان مسیر (150 تا 250 درجه سانتیگراد برای فولاد های Cr-Mo) بسیار مهم است.بررسی غیر مخرب شامل 100٪ آزمایش رادیوگرافیک (RT) یا UT-PA (مجموعه مرحله ای) در تمام جوش های نفوذ کامل است.با *TOFD (Time-of-Flight Diffraction) * که دقت بالاتر در اندازه گیری ترک (± 1 mm) را برای کاربردهای دیواره ضخیم بالاتر از 50 mm فراهم می کندآزمایش سختی در سراسر HAZ، انطباق با الزامات NACE MR0175 برای سرویس ترش را تأیید می کند.
• **اجازه رسانی حمل و نقل و ساخت میدان:**Road transport of shop-fabricated vessels is limited to approximately 80-120 tonnes (SPMT—Self-Propelled Modular Transporter) or 40-60 tonnes (standard trailer) depending on route and bridge load limitsظرف هایی که از این محدودیت ها فراتر می روند، نیاز به ساخت در میدان دارند: رولینگ و جوشاندن صفحه در محل با استفاده از محفظه های موقت برای حفاظت از آب و هوا،PWHT محلی با استفاده از گرم کننده های گره سرامیکی با پتو های عایق حرارتی، و رادیوگرافی میدان با استفاده از منابع Ir-192 نوع خزنده.* پارامتر لارسون-میلر* LMP = T * (20 + log t) * 10-3 تایید می کند که میدان PWHT به معادل فلز کاری تخفیف استرس برای درمان حرارتی کوره مبتنی بر فروشگاه می رسد.

2انواع اصلی ظروف فشاری بزرگ

ظرف های فشاری در مقیاس بزرگ نقش مهمی در صنایع انرژی، پتروشیمی و هسته ای دارند. سه دسته اصلی بخش عمده ای از تاسیسات ظرف های دیواری سنگین را تشکیل می دهند:

• **خازن های رآکتور های هیدروپروسیسنگ:**این راکتورهای دیواری یا صفحه ای که در پالایشگاه ها استفاده می شوند، در 8-20 MPa و 350-450 ° C کار می کنند. از 2.25Cr-1Mo-0 ساخته شده است.فولاد 25 ولت با ضخامت دیواره 100 تا 250 میلی متر، وزنه کشتی 500 تا 1500 تن برای هیدروکرکر های بزرگ معمول است. بستر های کاتالیزور داخلی (3-5 لایه) با مناطق خنک کننده هیدروژن سرد کنترل دمای exothermic را حفظ می کنند.پارامتر لارسون-میلر 200 را تایید می کند.طول عمر شکستگی خزیدن 1000 ساعت. ویژگی های پیشرفته شامل پوشش پوششی (3-6 میلی متر از فولاد ضد زنگ TP.347) برای مقاومت در برابر خوردگی در برابر بیسولفید آمونیوم (NH4HS) در بخش فاضلاب است.
• **تغییر دهنده های آمونیاک و متانول سنتز:**این ظروف با فشار بالا و دمای بالا (10-30 MPa، 350-550°C) حاوی بستر کاتالیزور برای سنتز آمونیاک هابر بوش (کاتالیزور Fe-K2O-Al2O3) یا سنتز متانول (کاتالیزور Cu-ZnO-Al2O3) است.ضخامت دیواری 80-200 میلی متر از فولاد Cr-Mo، با کارتریج های داخلی یا سبد کاتالیزور جریان شعاعی، معمول است. وزنه کشتی 200-600 تن نیاز به ساخت ماژولار با جوشگاه میدان دوره های پوسته دارد.معادله حرکتی تمکین - پیژف r = k·(PN2·PH2^1.5 / PH2 ^ 0.5) · ((1 - (1 / K) ^ 2) شرح سرعت سنتز آمونیاک را ارائه می دهد و اندازه گیری حجم کاتالیزور را برای نرخ تولید هدف از 1000 تا 3000 تن در روز هدایت می کند.
• **حاویه های فشار راکتور هسته ای (RPV):**این ظروف فشار حلقه ای تقلبی (طراحی 15-17 MPa، 290-350 ° C کار) هسته راکتور هسته ای را در نیروگاه های PWR و BWR در خود جای می دهند.1) با ضخامت دیواره 150-250 میلی متر، RPV ها در میان بزرگترین قطعات تک قطعه ای ساخته شده هستند (تا 400 تن برای طرح های مدرن 1500 MW)).جوش های محوری نفوذ کامل که حلقه های جعل شده را به هم متصل می کنند، تحت 100% UT-PA و بازرسی دوره ای در استفاده از بخش XI ASME قرار می گیرند.* دمای انتقال صفر انعطاف پذیری مرجع (RTNDT) * باید در طول زندگی طراحی 60 ساله زیر +33 °C باقی بماند، با برنامه های کپسول نظارت بر ردیابی شکنندگی نوترون.

انواع ظرف های فشاری در مقیاس بزرگ ماتریس مقایسه

سوالات متداول (FAQ)

س: چرا بخش VIII ASME بخش 2 را به جای بخش 1 برای ظروف فشاری در مقیاس بزرگ اعمال می کند؟

A: بخش 2 (قوانین جایگزین) اجازه می دهد تا استرس های طراحی بالاتر (تا 1/3 از مقاومت کشش نهایی در مقابل 1/3.5 در Div.1) ،در نتیجه، دیواره های نازک تر و وزن کمتری دارند، اما نیاز به طراحی دقیق تر از طریق تجزیه و تحلیل (FEA) دارند.برای ظروف با ضخامت دیواره بیش از 50 میلی متر،پس انداز مواد (10-20٪) هزینه های مهندسی و ساخت بالاتر را جبران می کندو باعث شد که بخش 2 انتخاب اقتصادی باشد.

سوال: TOFD چیست و چرا برای بازرسی جوش ظرف دیواری ضخیم ترجیح داده می شود؟

ج: TOFD (تکثیر زمان پرواز) از دو سُند شعاع زاویه دار استفاده می کند که امواج فوق صوتی طولی را انتقال می دهند و دریافت می کنند.و تفاوت زمان پرواز بین انعکاس های نوک و پشت دیوار به طور دقیق عیب را پیدا می کند و اندازه می دهد (دقیقیت ± 1 میلی متر در عمق)برخلاف آزمایش رادیوگرافی (RT) ، TOFD می تواند دیوارهای تا ضخامت 300+ میلی متر را بررسی کند، داده های دیجیتال دائمی را برای مقایسه در حال استفاده فراهم می کند و نقص های مسطح (شکاف ها، شکاف ها، شکاف ها) را تشخیص می دهد.عدم فیوژن) که RT اغلب از دست می دهد. ASME Code Case 2235 اجازه TOFD را به عنوان جایگزینی برای RT در جوش ≥ 12.7 میلی متر می دهد.

س: چگونه PWHT در زمینه برای ظروف بزرگ که نمی توانند در کوره فروشگاه قرار بگیرند، به دست می آید؟

A: PWHT میدان از گرم کننده های گره سرامیکی (عناصر مقاومت) استفاده می کند که در اطراف منطقه جوش پیچیده شده و در پتو های عایق حرارتی گنجانده شده است.درجه حرارت توسط ترموپول های جوش داده شده به سطح ظرف در فاصله 300-600 میلی متر کنترل می شود، حفظ 620-690 °C ± 14 °C برای زمان خیس کردن محاسبه شده (1 ساعت در هر ضخامت 25 میلی متر).* پارامتر لارسون-میلر* LMP = T * (20 + log t) * 10-3 تایید می کند که میدان PWHT به کاهش استرس معادل با درمان کوره کارخانه می رسدتفاوت دما بین مناطق گرم و غیر گرم محدود به 150°C/m طول محوری برای جلوگیری از تحریف گرادیانت حرارتی است.

سوال: گزینه های حمل و نقل برای ظروف تحت فشار بیش از 120 تن وجود دارد؟

ج: سه گزینه وجود دارد: (1) حمل و نقل جاده ای SPMT (خودراننده ماژولار) تا 200+ تن، نیاز به بررسی مسیر، تقویت پل و مجوز حمل و نقل شبانه؛(2) حمل و نقل کشتی یا رودخانه ای برای کشتی های ساخته شده در نزدیکی راه های آبی، حمل و نقل 500 تا 1500 تن با بارگذاری مستقیم از حاشیه ساخت؛ (3) ساخت میدان، که در آن مواد صفحه ارسال می شود و ظرف جمع آوری می شود، جوش داده می شود، با PWHT درمان می شود،و در محل تحت محفظه های موقت آزمایش شده است.انتخاب بستگی به وزن کشتی، محل محل و تجزیه و تحلیل هزینه های مقایسه ای دارد (تولید فروشگاه + حمل و نقل در مقابل ساخت میدان).