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全钛制容器的结构要求

2021-01-14 17:54:54

      全钛制容器

  全钛制容器系指主要零部件,如壳体、封头和接管等采用钛制作,次要零部件可非钛制作,例如,活套法兰及其连接螺栓也可用碳钢制成。

  全钛制容器壳体最小厚度为2mm,主要考虑在制造时满足焊接工艺对厚度的要求和保证几何尺寸公差的要求,满足制造、运输和吊装过程中所需的刚度要求,以及节省钛材,降低成本。

  设计选用原则

  由于钛材在温度大于或等于200℃时,机械强度显著下降,而且钛的弹性模量又低,因此,全钛结构在高温、高压或中压和大型设备上应用是不适宜的。

  全钛压力容器的许用温度不宜超过250℃,并认为压力在0.5MPa,温度在150℃以下的中小型容器选用全钛制结构是比较经济的。从投资费用考虑计算厚度大于13mm时,使用纯钛可能不经济。

  结构要求

  全钛制容器虽然在结构设计上与不锈钢有些相似,但由于钛材本身的一些特殊性能,使之在设计和加工制造中又有其独特性,因此在结构设计时,须注意以下几点:

  1)在设计焊接结构时,必须使焊接部位便于氢弧焊焊具的操作,并使所有处于高温(400℃以上)的焊接接头区域都能得到有效的保护。

  钛在熔融状态下,几乎能和任何元素起化合作用,因此在焊接和热加工过程中必须采取特殊的保护。为了达到有效的保护目的,零部件结构形状要简单,壳体上的接管开孔尽可能垂直于壳体的轴线,以便保护夹具制作方便,保护效果更好。

  2)严格避免钢、钛互熔的焊接结构。由于铁等其他金属熔于钛焊缝中会形成硬而脆的中间金属化合物,极大地降低焊缝塑性,除爆炸焊接和钎焊外,钛与钢不能相焊。

  3)对接焊接接头的钝边间隙要适当。全钛制压力容器的对接焊接接头的钝边间隙要比钢的要小,这是由于钛的熔点高、导热性差、热容量小和电阻系数大以及焊接熔池金属流动性大的缘故。

  4)钛制容器的设计应保证结构的连续性和焊接接头的平滑过渡,尽量避免出现应力集中。

  5)钛制零部件的弯曲和翻边应采用较大(与钢材相比)的弯曲半径,胀管时,应采用较小的胀管率。

  6)工业纯钛在某些介质中易产生缝隙腐蚀,在设计、处理与这些介质相接触的容器时,应尽量避免出现缝隙和滞流区,在缝隙处采用耐缝隙腐蚀的钛合金(如钛钯合金)或涂层。

  7)在设计、处理与导电性腐蚀介质相接触的容器时,如发现钛与其他金属接触可导致产生电偶腐蚀,应在结构上采取措施(如采用第三种材料作为过渡层)或采用阳极保护。

  8)在设计易产生腐蚀的设备时,腐蚀介质的流速应低于临界流速,并尽量避免流速或流向的突然变化;或在易产生腐蚀和磨蚀的部位设置防护挡板。

  ①当介质有腐蚀或磨蚀性且ρv2>740kg/(m·s2)或者介质无腐蚀或无磨蚀性,但ρv2>2355kg/(m·s2)(ρ为介质密度,kg/m3,v为物料流的线速度,m/s)时,物料进口处应设置防冲板。

  ②当腐蚀介质沿切向进入设备,或进口管正对器壁,且其间的距离小于2倍管外径时,应设置保护板。



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