《特种设备目录》中将大型游乐设施列为特种设备的一个种类,分成观览车类、滑行车类、架空游览车类、陀螺类、飞行塔类、转马类、自控飞机类、赛车类、小火车类、碰碰车类、电池车类、观光车类、水上游乐设施、无动力游乐设施、游乐设施部件15个类别。 8. 压力管道元件的分类
《特种设备目录》将压力管道元件单列为一个种类,分为压力管道管子、压力管道管件、压力管道阀门、压力管道法兰、补偿器、压力管道密封元件、压力管道特种元件7大类别。
其中,压力管道管子分为无缝钢管、焊接钢管、有色金属管、球墨铸铁管、非金属材料管、复合管6个品种;压力管道管件分为非焊接管件(无缝管件)、焊接管件(有缝管件)、锻制管件、非金属管件、复合管件5个品种;压力管道阀门分为金属阀门、非金属阀门、特种阀门3个品种;压力管道法兰分为锻造钢制法兰、非金属法兰2个品种;补偿器分为金属波纹膨胀节、非金属膨胀节、旋转补偿器3个品种;压力管道密封元件分为金属密封元件、非金属密封元件2个品种;压力管道特种元件分为元件组合装置1个品种;
a 压力管道管件 b 金属阀门
图1-10 压力管道元件图
9. 场(厂)内专用机动车辆的分类
场(厂)内专用机动车辆是指除道路交通、农用车辆以外仅在工厂厂区、旅游景区、游乐场所等特定区域使用的专用机动车辆。
《特种设备目录》将场(厂)内专用机动车辆分为机动工业车辆、非公路用旅游观光车辆2大类别。其中,机动工业车辆分为固定平台搬运车、牵引车、推顶车、叉车4个品种;非公路用旅游观光车辆分为内燃观光车、电动观光车2个品种。
a 叉车 b 电动观光车 图1-11 场(厂)内专用机动车辆图
第二节 特种设备的典型焊接结构 一、压力容器典型结构
压力容器是一种内部或外部承受气体或液体压力,并对安全性有较高要求的密封容器。压力容器早期主要应用于化学工业,压力多在10MPa以下。合成氨和高压聚乙烯等高压生产工艺出现后,要求压力容器承受的压力提高到100MPa以上。随着石油和化学工业的发展,压力容器的工作温度范围也越来越宽,新工作介质的不断出现,还要求压力容器能耐介质腐蚀。许多工艺装置规模越来越大,压力容器的容量也随之不断增大。在工厂内制造的压力容器单台重量就达千余吨,在现场制造的球形压力容器、预应力混凝土压力容器的直径可达数十米。20世纪60年代开始,核电站的发展对反应堆压力容器提出了更高的安全和技术要求,进一步促进了压力容器的发展。许多生产工艺过程需要在一定的压力下进行,许多气体和液化气需要在压力下储存,因此压力容器越来越广泛地应用于各个行业。近年来,许多新技术的发展对压力容器的设计、制造和检验不断提出了新的更高的要求。如煤转化工业的发展需要单台重量达数千吨的高温压力容器;快中子增殖反应堆的应用需要解决耐高温耐腐蚀的压力容器;海洋工程的发展需要能在水下几百至几千米深度工作的外压容器。 1.压力容器的典型结构和特点
压力容器的类型虽然很多,但是它的基本构成都可以分解为筒体、端盖(封头)、法兰、开孔与接管、支座等几种元件。
石油、化工生产中大量采用的低、中压容器,一般属于薄壁容器(Do/Di≤1.2;Do指容器的外径,Di指容器的内径),它的外形结构形式大都是球形和圆筒形,在个别情况下才使用矩形、串接球形、椭圆形、扁圆形等特殊形状的容器。 (1)圆筒形的筒体结构形式
圆筒形筒体是低、中压容器的最常见的筒体结构。这种容器便于在内部装设工艺附件并便于工作介质在内部相互作用,因此被广泛用作反应、换热和分离容器。常见的立式和卧式压力容器的典型结构。图1-12所示为卧式压力容器。
1 一接管 2 一人孔 3 一封头 4 一筒身 5 一支座 6 一液面计
图1-12 卧式压力容器
圆筒形筒体除了在直径较小的情况下可以直接采用无缝钢管外,一般是用焊接结构,即用钢板先制成圆筒形后进行焊接。小直径的圆筒体可采用一条纵焊缝,而大直径的圆筒体因受钢板宽度尺寸的限制,需采用二条以上的纵焊缝。同样,短的圆筒体只有与封头相组焊的两条环焊缝,长的圆筒体则有很多条环焊缝。 (2)球形容器
体积较大的压力容器一般制成球形容器,因为它的直径比较大,所以球形容器大多是由许多块按一定的尺寸压制成形的球面板组焊而成。其制造、安装有一定难度,特别是由于它的焊缝长,焊接工作量大,焊接质量和无损检测要求也较高。球形容器一般只用作贮存容器。《钢制球形储罐》中规定了三种结构型式,如图1-13所示。
8
a)三带储罐 b)五带储罐 c) 七带储罐
1、8、15--下极 2、6、12一赤道带 3、4、9一上极 5、11一上温带 7、13下温带 10一上寒带 14一下寒带
图1-13常见的球形储罐结构形式
压力容器做成球形有两个显著的优点:在相同的内压力作用下,球形压力容器壳体上所受的应力,仅为相同直径和相同壁厚的圆筒形压力容器壳体上切向应力的一半。因此,球形压力容器的壁厚,可减薄到同一直径圆筒形压力容器壁厚的一半;在容积相同时,以球形压力容器表面积为最小。因此,在同一工作压力下,相同容积的压力容器中以球形压力容器的重量为最轻。球形压力容器常用作储罐,因而有时也称为球罐。图1-14为球形储罐的外形图。
球形压力容器可用以储存各种气体、液化石油气、液化天然气、液氮、液氮、液氧和液态氢等。工作压力一般均低于3MPa,但在特殊情况下也可高达100MPa。当用作储罐时,其容积一般为100~1000m3,但少数储罐的容积也可达数万立方米。与圆筒形压力容器相比,球形压力容器制造中的特点是:
1)大型球形压力容器为节省材料、便于制造,常采用强度级别较高的低合金高强度钢,以尽量减薄壁厚,但这类钢的焊接性一般较差,故须采取可靠的焊接工艺措施。
2)球形压力容器由多块球瓣拼装而成,须严格保证装配尺寸精度,以防止在球壳局部部位产生过高的附加应力。
3)很多球形压力容器因体积大,只能在现场拼装焊接,需要更为严格的现场施工质量管
理。
球形压力容器用作储罐时常储存大量的易燃、易爆或有毒介质,一旦泄漏或破裂就会造成严重的恶果。历史上发生的破坏事故曾造成重大的人身伤亡和经济损失。因此,对球形压力容器的制造和运行,必须进行严格的检验和监督。
图1-14 球形储罐的实景照片
2. 压力容器的焊接接头分类及设计的一般原则 (1)压力容器焊接接头的分类
GB150《钢制压力容器》将容器主要受压部分的焊接接头分为A、B、C、D四类,如图1-15所示。
A类焊接接头:圆筒部分的纵向接头(多层包扎容器层板层纵向接头除外)、球形封头与圆筒连接的环向接头,各类形封头中所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接的接头;
B类焊接接头:圆筒部分的环向接头、锥形封头小端与接管连接的接头、长颈法兰与接管连接的接头,但已规定为A、C、D类的焊接接头除外;
C类焊接接头:平盖、管板与圆筒连接的接头,法兰与壳体、接管连接的接头,内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头;
D类焊接接头:接管、人孔、缘、补强圈等与壳体连接的接头,但己规定为A、B类的焊接接头除外
( 括号内的分类是美国 ASME 规范与中国规范不同的分类 )
图 1-15 我国压力容器焊接接头分类
(2)压力容器焊接接头设计的一般原则
焊接是容器制造的重要环节,其结构设计不合理,往往在制造过程中容易产生缺陷,也不利于无损检测;此外焊接结构设计与容器的使用安全也有很大的关系。《固定式压力容器安全技术监察规程》和GB150《钢制压力容器》规定:
1)不宜采用十字焊缝。相邻的两筒节间的纵缝和封头拼接焊缝与相邻筒节的纵缝应错开,其焊缝中心线间的距离一般应大于筒壳厚度的3倍,且不小于100mm。
2)B类焊接接头以及圆筒与球形封头相连的A类焊接接头,当两侧钢材厚度不等时,若薄板厚度不大于10mm,两板厚度差超过3mm;若薄板厚度大于10mm时,两板厚度差大于薄板厚度的30%,或超过5mm,均应按要求单面或双面削薄厚板边缘,或按同样要求采用堆焊方法将薄板边缘焊成斜面。
3)焊缝中的未焊透缺陷好像一个预制的缺口,常成为脆性破坏的起裂点。因此,焊接结构设计中要尽量采用全焊透的结构。低温压力容器、承受交变载荷的压力容器的焊接结构,必须采用全焊透的结构。
4)不锈钢与碳钢焊接时采用过渡件,应避免在不锈钢壳体上直接焊接碳钢支座。
二、几种典型锅炉的结构
锅炉基本组成:锅炉本体和辅助设备组成。
锅炉本体(主要部件):指由锅筒、集箱、受热面及其间的连接管道、燃烧设备、炉墙和构架等所组成的整体;
辅助设备:指由锅炉本体及配合锅炉本体工作的其它设备或机械构成的成套装置,这些配合锅炉本体工作的其它设备或机械我们统称为锅炉辅助设备,有:鼓引风设备,运煤、除灰渣设备,制粉设备(煤粉燃烧锅炉),给水设备,水处理设备及烟气除尘、脱硫及脱硝设备等。
这些锅炉部件结构各异,制造工艺也不同。但对于各种等级的锅炉,如高压、超高压、亚临界以及超临界的锅炉来说,同类的受压部件其结构特点基本相似,制造工艺也相近,只是在结构尺寸和材料选用上有所不同,并且由于锅炉的各种设计流派的差异,在某些具体零部件的实际结构上也有所不同。另外,在超临界锅炉、循环流化床锅炉和联合循环余热锅炉中,由于整体结构布置的不同,还存在一些特殊结构的受压元件,其制造工艺与常规锅炉也不相同。 1.几种典型工业锅炉的结构
(1)偏锅筒快装水火管锅炉(图1-16),其受压元件有锅筒、下降管、联箱、水冷壁、烟管。 (2)单横汽包水管锅炉(图1-17),其受压元件有锅筒、下降管、联箱、水冷壁、过热器、省煤器。