承压筒体裂纹的止裂抑爆方法及装置制造方法及图纸

一种承压筒体贴板加绕丝抑爆方法及装置，在筒体（或管道）裂纹处，贴有环向均布的，其内径与筒体外径相同的多块弧形板条组成的贴板，贴板经预应力的绕丝缠绕后，与筒体贴合产生摩擦力，并与筒体保持变形协调和形成约束应力，既可降低筒体的轴向应力幅值，减小裂纹扩展推动力，又可增加扩展阻力，具有止裂、抑爆功能。本发明专利技术可在设备运行状态下和不动火焊接下处理，经抑爆处理后，安全系数可提高１．６倍以上，处理费用低，对带超标缺陷的压力容器具有止裂、抑爆、安全延寿的作用。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压力容器，具体地说是一种对存在超标缺陷的承受内压的筒体采用加强抑爆的装置。压力容器广泛应用于石油、化工、炼油、医药、食品、城市煤气、宇航工程和热能电站等许多重要工业生产部门。由于设计和制造中的各种原因，造成各种先天缺陷，例如结构严重不合理产生的活缺陷(应力腐蚀和裂纹)，焊接质量低劣引起的焊缝开裂;或由于如高温、低温、高压、频繁压力波动以及强腐蚀性介质等原因，造成各种后天缺陷，例如高温环境下产生的蠕变、脆化，操作压力频繁波动引起的疲劳裂缝，以及各种恶劣环境引起的材料失效等。一旦缺陷扩展到临界状态，就将引起灾难性的事故，造成重大的人身伤亡和财产损失。为了防止事故的发生，国内外大批科技人员从多方面进行研究，并取得了出色的成果，推进了压力容器安全工程的发展，但仍然存在一些问题1。严格钢材冶炼、轧制、锻造和结构强度设计与焊接、检验及热处理工艺技术，其要求愈高，所付出的代价也越大;2.严格使用过程中的安全管理与定期开罐检查和断裂疲劳与可靠性等安全评定分析，其停产开罐检查的损失，随着生产规模的扩大，其损失也越大;3.在发展安全阀、防爆帽等多种安全附件的同时，采用防爆护架、防爆容器、声发射监控系统等等防爆报警装置，这些装置都要花费高昂的代价，其效果也不理想。目前在役压力容器及大型管道超标缺陷的抑爆主要技术关键在于1.不仅要考虑压力容器壳体的轴向、环向裂纹，甚至在接管开孔部位产生的缺陷，这些裂纹或缺陷可能存在于筒体外壁、也可能存在于筒体内壁，情况复杂;2.现场处理这些超标缺陷有时需要在设备不停车、带压运行条件下进行，处理过程中往往禁止动火，条件苛刻;3.如何引进多层抑爆止裂的机理，实施简便的缠绕加强，尤其对大直径的压力容器和管道，在技术上是有很大难度的。本专利技术的目的是提出了对带超标缺陷的压力容器可在不动火焊接，甚至在设备不停车，带压运行的条件下，通过轴向贴板并缠绕抑爆后，不仅可处理压力容器筒体上的轴向裂纹，而且可以处理环向、斜向裂纹。本专利技术的技术方案是在筒体(或管道)裂纹处，贴上弧形贴板，贴板经预应力的绕丝缠绕后，靠贴板与筒体之间的贴合产摩擦力，并与筒体保持变形协调和形成约束应力，既可降低筒体的轴向应力幅值，减小裂纹扩展推动力，又可增加扩展阻力，从而使压力容器的环向、轴向或斜向均有止裂、抑爆功能。其装置是在筒体(或管道)裂纹处，贴有环向均布的，其内径与筒体外径相同的多块弧形板条组成的贴板，在贴板上缠绕多圈、多层有予应力的线丝。本专利技术与
技术介绍
相比所具有的有益的效果1.可在设备运行状态下处理，无须停车修理;2.不动火焊接，不会因修复不当造成新的缺陷;3.经抑爆处理后的安全系数可提高1.6倍以上;4.抑爆处理的费用低，而且安全性能高。由此可见，本专利技术对带超标缺陷的压力容器具有止裂、抑爆，安全延寿的作用，它具有重大的社会效益和经济效益。下面结合附图对本专利技术作详细描述。附图说明图1、具有裂纹的承压筒体抑爆装置示意图;图2、贴板结构参数示意图。如图1所示，贴在裂纹4上的轴向贴板2由环向均布的多块弧形板条组成，数目视筒体1直径大小而定，板条之间的间隙一般为2mm左右;贴合面制作成具有一定粗糙度，以利贴合面有较大的摩擦系数。贴板2与筒体1可以直接贴合，环向绕丝3在受预拉应力下缠于贴板之外。贴板及绕丝的选材①贴板的材质一般应选择与筒体或管道相同材料来制作。如果筒体或管道系贵重金属，则主要考虑选择具有优良的力学性能和选用热胀系数α(其中也包括绕丝)与筒体或管道材料热胀系数相接近的材料。但由于贴板的厚度一般均小于筒体或管道的壁厚，在温差不大的情况下，由热胀系数不相同所产生的影响一般可不予考虑。②绕丝选用符合标准的钢丝，其含碳量可在(0.1～0.4)%之间选取，硫、磷含量在0.4%以下，确保较好的塑性和良好的韧性，以防止拉伸时发生断裂。亦可选用其它金属或非金属丝。如图2所示，各符号的意义L-贴板压紧面的有效长度，对一般筒体或管道，为消除边缘应力影响，建议取5 ，其中R为筒体或管道外半径，S为筒体或管道壁厚;或取抑爆所要求的最小摩擦长度，取两者的较大值;St-贴板的厚度(包括环境腐蚀裕度)，一般取筒体或管道厚度的1/3～1/5;Dti-贴板内壁直径，等于筒体或管道的外径;t-贴板端部凸肩(凸缘)的厚度，一般取1～2倍绕丝直径，亦可根据缠绕工艺要求设置;h-贴板端部凸肩的高度，根据缠绕层数要求选取;d-绕丝直径或矩形断面尺寸。实施例1某高压管道φ133×4.5mm，工作压力10MPa，工作温度200℃，有毒介质;检测发现有环向裂纹长150mm，深4mm，外表面裂纹;已知材质为20＃钢，屈服限σy＝260MPa，强度限σu＝420MPa，预测爆破压力为13.6MPa。经本专利技术的装置处理时，贴板采用20＃钢，L＝80mm，St＝2mm，绕丝d＝2mm的10＃钢丝，屈服限σcy＝210MPa，强度限σcu＝167MPa，绕层为4层，圈数为35圈，抑爆后的爆破压力为22.7MPa，可见抑爆后的爆破压力净提高1.69倍。实施例2某浮塔阀，设计压力40MPa，设计温度150℃，结构尺寸为φ1400×48000×22mm;材质为16MnR，屈服限σy＝35MPa，强度限σu＝500MPa，焊材T507，强度限σu＝520MPa;检测发现中间环缝处有一条由未熔合扩展成沿外壁开口的表面裂纹，已知裂纹长1500mm，深19mm，预测爆破压力为9.31MPa。经本专利技术的装置处理时，贴板材质为16MnR，L＝580mm，St＝4mm，绕丝d＝2mm的10＃钢丝，绕层为4层，圈数为264圈，绕丝预拉应力330N，处理后的爆破压力可提高到18.6MPa，即抑爆后的爆破压力净提高2倍。权利要求1.一种承压筒体贴板加绕丝的抑爆方法，本专利技术的特征是在筒体(或管道)的裂纹处，贴上弧形贴板，贴板外经预应力的绕丝缠绕后，靠贴板与筒体之间的贴合产生摩擦力，并与筒体保持变协调和形成约束应力，既可降低筒体的轴向应力幅值，减小裂纹扩展推动力，又可增加扩展阻力，从而使压力容器的环向、轴向或斜向均有止裂、抑爆功能。2.根据权利要求1所述方法的抑爆装置，本专利技术的特征是在筒体(或管道)〔1〕的裂纹〔4〕处，贴有环向均布的，其内径与筒体外径相同的多块弧形板条组成的贴板〔2〕，在贴板〔2〕上缠绕多圈、多层有预应力的绕丝〔3〕。3.根据权利要求2所述的抑爆装置，其特征是贴板〔2〕压紧面的长度L＝5，或取抑爆所要求的最小摩擦长度贴板〔2〕的厚度St取筒体的1/3～1/5。4.根据权利要求1或2所述的抑爆装置，其特征是绕丝〔3〕为符合标准的钢丝，含碳量在(0.1～0.4)%，硫、磷含量在0.4%以下，亦可选用其它金属或非金属丝。全文摘要一种承压筒体贴板加绕丝抑爆方法及装置，在筒体(或管道)裂纹处，贴有环向均布的，其内径与筒体外径相同的多块弧形板条组成的贴板，贴板经预应力的绕丝缠绕后，与筒体贴合产生摩擦力，并与筒体保持变形协调和形成约束应力，既可降低筒体的轴向应力幅值，减小裂纹扩展推动力，又可增加扩展阻力，具有止裂、抑爆功能。本专利技术可在设备运行状态下和不动火焊接下处理，经抑爆处理后，安全系数可提高1.6倍以上，处理费用低，对带超标缺陷的压力容器具有止裂、抑爆、安全延寿的作用。文本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种承压筒体贴板加绕丝的抑爆方法，本专利技术的特征是：在筒体（或管道）的裂纹处，贴上弧形贴板，贴板外经预应力的绕丝缠绕后，靠贴板与筒体之间的贴合产生摩擦力，并与筒体保持变协调和形成约束应力，既可降低筒体的轴向应力幅值，减小裂纹扩展推动力，又可增加扩展阻力，从而使压力容器的环向、轴向或斜向均有止裂、抑爆功能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱国辉，陈启松，黄戴生，白忠喜，郑津洋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]