續(xù)前

（61）鋼的可焊性（Weldabipity of steel）
　　鋼的可焊性是指鋼材是否具有在規(guī)定的焊接工藝條件下獲得質量優(yōu)良的焊接接頭的性能。制造鍋爐與壓力容器的焊接部件，材料必須具有良好的可焊性，以防產生焊接裂紋等嚴重缺陷。鋼的可焊性主要決定于它的化學組成。其中影響最大的是含碳量。鋼的含碳量越高，可焊性越差。鋼中的其它合金元素成分大部分也不利于它的焊接，但其影響程度一般都比碳小得多。含碳量小于0.3%的碳鋼（普通碳鋼，優(yōu)質碳鋼）和含碳量小于0.2%的普通低合金鋼，一般都具有良好的可焊性。合金鋼，特別是高強度合金鋼，由于加入較多的合金元素，可焊性不僅與它的含碳量有關，還與其它合金元素的含量多少有關。根據化學組成確定合金鋼的可焊性，目前通用的指標是碳當量。所謂碳當量，是指鋼中的含碳量與其它合金元素含量折算成相當的碳含量（根據各種元素對焊接性能的影響與碳的影響相比較進行折算）的總和。一般認為，碳當量小于0.45%的合金鋼，可焊性良好。
　?。?/SPAN>62）對接焊、搭焊與角焊（Butt weld、 lap weld and filled weld）
　　對接焊是將兩焊接構件相互對齊，在它們的對接接縫中進行焊接。厚的焊件從兩面施焊，稱雙面對接焊，薄的焊件可采用單面對接焊。鍋爐壓力容器的承壓部件，如筒體的縱縫、環(huán)縫、球體或封頭的拼接縫以及凸形封頭與筒體的接縫，一般都采用對接焊。對接焊能基本保持焊件結構形狀的連續(xù)性，承載時應力分布比較均勻，所以應盡量采用。
　　搭焊是將兩焊接構件在接頭處疊合（搭接），在焊件的端部或側面施焊。搭焊的構件承載時接頭的作用力不在同一直線或弧線上，使焊縫產生附加的剪力和彎矩。搭焊只用于一些不能對接焊的結構，如筒體或封頭開孔周圍的補強板等，其它情況一般不宜采用。
　　角焊是兩焊件成直角或一定角度組對，在其連接邊緣施焊。部件采用角焊連接時，由于結構形狀不連續(xù)，產生較大的不連續(xù)應力，應力集中現象嚴重。在一些小型鍋爐或容器中，筒體與管板、筒體與平封頭等必須采用角焊時，應采用全焊透結構。
　?。?/SPAN>63）焊接缺陷（Weld defect）
　　焊接缺陷泛指存在于構件的焊縫及其附近，因焊接而產生的一切缺陷。常見的焊接缺陷有裂紋、未焊透或未熔合、夾渣、氣孔、咬邊以及其它的焊接表面缺陷。其中以焊接裂紋為最嚴重的缺陷，鍋爐和壓力容器的脆性破裂事故有很多是由焊接裂紋引起的，裂紋還會加速鍋爐壓力容器的疲勞破裂與應力腐蝕破裂。未焊透或未溶合，性質同裂紋缺陷相同，也是一種不允許存在的缺陷。它不僅降低焊接接頭的強度與塑性，而且往往是殼體開裂的起始點。焊縫咬邊雖然不會明顯減少焊縫的承載截面積，削弱它的靜力強度，但其根部應力集中現象比較嚴重，也是一種脆性破裂的根源。鍋爐壓力容器的承壓部件不允許深度大于0.5mm或連續(xù)長度超過100mm的焊縫咬邊。氣孔和夾渣一般屬于體積型缺陷，它減弱了焊縫的承載截面積，但缺陷的端部一般不會是尖銳的缺口。氣孔和夾渣缺陷較多或較大時也會影響焊件的疲勞強度。鍋爐壓力容器的焊縫中允許有少量的氣孔或夾渣缺陷。
　?。?/SPAN>64）焊縫錯邊與角變形（Offset and angular misalignment）
　　焊縫錯邊是指對接焊縫中的兩塊接板的板沒有對齊而產生的位置偏移。它雖然也可能產生在球體或圓筒體的縱接縫上，但更多的是見于筒體的環(huán)接縫口兩個對接的筒節(jié)的直徑偏差會產生整個接縫錯邊；任一節(jié)筒節(jié)的截面不圓也可以產生局部的接縫錯邊。接縫角變形是指對接的板邊雖已對齊，但兩對接板的中心線不連續(xù)，因而在外形上形成棱角。這種缺陷多產生在球體或圓筒體的縱接縫上。角變形是卷板時板邊沒有壓成弧形，或曲率半徑存在偏差而造成的。焊縫錯邊與角變形是鍋爐壓力容器在組裝過程中較常見的缺陷。由于這種缺陷造成承壓殼體的幾何形狀不連續(xù)，輕的可以降低部件的疲勞強度或疲勞壽命，嚴重的錯邊和角變形也可以直接造成壓力容器的脆性斷裂。在組裝焊接的部件中，要求完全沒有錯邊或角變形缺陷是難以實現的，但應該控制在一定的范圍內。在鍋爐和壓力容器的有關規(guī)范或標準中，都規(guī)定有允許的最大偏差。
　?。?/SPAN>65）消除應力熱處理（Stress relif heat treatment）
　　消除應力熱處理就是把構件加熱到能消除應力的溫度范圍內（碳鋼為600~650℃），使材料具有良好的延性。在這種情況下，存在構件內的殘余應力就會使材料產生塑性變形從而達到應力釋放的目的。消除應力熱處理不但可以有效地消除焊接時產生的高殘余拉伸應力，改善構件因冷作而引起的硬化現象，還可以消滅或減小焊縫附近的局部脆化，使它的韌性和塑性提高到接近材料的水平。焊接壓力容器是否需要進行消除應力的熱處理，主要取決于它的殘余應力大小以及工作介質是否具有應力腐蝕的特性。一般來說，焊件越厚，焊接殘余應力就越大，所以器壁較厚的容器，應進行消除應力熱處理。合金鋼焊制的容器，因金屬的可焊性稍差，也應在焊后進行熱處理。泠成形的凸形封頭或冷卷的厚圓筒，也應經過消除應力熱處理。工作介質對容器材料能產生應力腐蝕時，殘余應力的存在會大大加劇應力腐蝕的進程，因此這樣的容器也必須進行熱處理。
　?。?/SPAN>66）安全泄壓裝置（Relief safety feature）
　　安全泄壓裝置是裝設在鍋爐壓力容器上，用以防止設備運行時壓力超過規(guī)定最大負荷的一種保護性裝置。它具有這樣的性能，當承壓設備或系統(tǒng)在正常工作壓力下運行時，它保持嚴密不漏，而一當壓力超過規(guī)定，它就立即自動地把系統(tǒng)內部的氣體迅速排出，使設備內的壓力始終保持在最高許用壓力范圍以內。安全泄壓裝置還有自動報警的功能。因為當它開放泄壓時，由于氣體流速較高而發(fā)出較大的音響，成為設備壓力異常的訊號。鍋爐以及在運行過程中器內壓力有可能升高的容器，都應單獨裝設安全泄壓裝置。但如果一個連續(xù)的壓力系統(tǒng)中有多臺壓力容器，它們的許用壓力相同，而且氣體在每個容器中又不會自行升高時，則可以在整個系統(tǒng)（連接管道或其中的一個容器上）內裝設一個安全泄壓裝置。安全泄壓裝置的類型有閥型（安全閥）、斷裂型（爆破片、爆破帽）、熔化型（易熔塞）和組合型（閥型與斷裂型組合使用）等幾種。
　?。?/SPAN>67）壓力容器安全泄放量（Safety dicharge quantity）
　　壓力容器安全泄放量是指壓力容器在超壓時，為保證它的壓力不再繼續(xù)升高，在單位時間內所必須排放的氣量。它的單位中kg/h。壓力容器裝設的安全泄壓裝置，其排氣能力（排量）應根據容器的安全泄放量來選定，即安全泄壓裝置的排量必須不小于容器的安全泄放量。各種壓力容器的安全泄放量是按它的最大產氣（或輸入氣體）能力來確定的。例如，鍋爐的安全泄放量就等于它的蒸發(fā)量；一般的氣體或水蒸氣貯罐，安全泄放量就是它在單位時間內由產生氣體壓力的設備（如壓縮機、鍋爐等）所能輸入的最大氣量（按進氣管徑及壓力考慮）；周圍環(huán)境有發(fā)生火災可能的液化氣體貯罐，安全泄放量按容器周圍發(fā)生火災的情況下罐內液體的吸熱蒸發(fā)量考慮；而器內有發(fā)生分解、放熱等化學反應的容器，安全泄放量就是它在單位時間內所能產生的最大氣量。
　　（68）安全閥（Relief valve safety valve）
　　安全閥是鍋爐壓力容器最常用的一種安全泄壓裝置。它是通過閥的自動開啟排放氣體來降低容器內的壓力的。安全閥由三個主要部分構成，即閥座，閥瓣和加載機構。工作時閥座和容器連通，閥瓣（常常帶有閥桿）緊扣在閥座上，并利用砣上面的加載機構的壓力來保持密封。加載機構的載荷大小是可調節(jié)的。當容器內的壓力在規(guī)定的工作壓力范圍以內時，內壓作用于閥瓣上的力小于加載機構施加在它上面的力，兩者之差構成閥瓣與閥座之間的密封力，使閥瓣緊壓閥座，容器內的氣體無法排出。而當器內的壓力超過規(guī)定的工作壓力時，內壓作用在閥瓣上的力就大于加載機構施加之力，于是閥瓣離開閥座，安全閥開啟，容器內的氣體即通過閥座排出。待器內壓力下降以后，閥瓣又緊壓著閥座，容器又保持密封狀態(tài)。與其它類型的安全泄壓裝置相比較，安全閥的特點是它僅僅泄放容器內高于規(guī)定的部分壓力，而一當器內壓力降回至正常操作壓力時，它即自動關閉，容器又繼續(xù)運行，可以避免容器因超壓排出全部氣體而中斷生產。由于這個原因，安全閥被廣泛用于各種壓力容器中。安全閥的缺點是：密封性能較差，在正常工作壓力下也難免有微量泄漏；由于開閉機構的滯后作用，它不能用于壓力急劇升高的反應容器；當介質是一些不潔凈的氣體時，閥座有被粘結或堵塞的可能。按整體結構及加載機構的形式，安全閥有杠桿式、彈簧式與脈沖式三種。
　　（69）杠桿式安全閥（lever safety valve）
　　杠桿式安全閥利用重錘和杠桿作加載機構。杠桿的作用是可以使用重量小的重錘通過杠桿原理獲得較大的載荷（即施加在閥瓣上的作用力），以減小安全閥的自重和體積。還可以通過移動重錘在杠桿上的位置，來調整校正安全閥的整定壓力。杠桿式安全閥結構簡單，調整容易而又比較準確，加載機構的作用力不因閥瓣的開啟而增加，又適宜用于溫度較高的場合下，因此過去用得比較普遍，特別是用在鍋爐或工作溫度較高的壓力容器上。但它也存在不少的缺點：結構比較笨重，重錘與閥體的尺寸很不相稱，用于壓力較高場合下就受到限制。它的加載機構（在長的杠桿上懸掛著重錘）常因振動而造成閥的泄漏。由于對振動比較敏感，杠桿式安全閥不宜用于移動式容器，如火車罐車，汽車罐車等。特別是可燃液化氣體罐車更不能使用。這種結構的安全閥，目前國內尚無批量生產，只有少量的產品與鍋爐配套供應。
　　（70）彈簧式安全閥（Spring loaded safety valve）
　　彈簧式安全閥的加載機構是一個螺旋圈形彈簧，利用壓縮彈簧的彈力來平衡作用在閥瓣上的力。通過調節(jié)彈簧壓緊螺母（調整螺母），可以增加或降低彈簧的彈力，從而能按需要校正安全閥的整定壓力。彈簧式安全閥結構輕便緊湊，靈敏度也比較高，安裝的方位不受嚴格限制，而且對振動的敏感性差，可以用于移動式壓力容器。這種安全閥的缺點是所加的載荷會隨著閥的開啟而發(fā)生變化。因為閥瓣開啟升高，彈簧的壓縮量即增大，作用在閥瓣上的力也跟著增加，這不利于安全閥的迅速開啟。另外，閥上的螺旋形彈簧用于溫度較高的場合時，會因長期受高溫的作用而致彈力減小，甚至消失。這樣，高溫容器使用的安全閥就得考慮彈簧的隔熱或散熱問題，至使它的結構變得復雜起來。目前國內壓力容器上使用的安全閥絕大部分是彈簧式安全閥。
　　（71）脈沖式安全閥（Pilot operated safety valve）
　　脈沖式安全閥也稱先導式安全閥，由主閥和輔閥組合構成，通過輔閥的先導作用驅動主閥動作。主閥和輔閥分別用管道與容器相連。輔閥是一個小型的杠桿式或彈簧式安全閥。當容器內的壓力超過規(guī)定的工作壓力時，輔閥首先開啟，排出的氣體進入主閥的活塞室，活塞在氣體的壓力作用下，通過閥桿將主閥的閥瓣頂開，大量氣體即從主閥排出。在器內壓力降回至工作壓力以后，輔閥關閉，主閥活塞室內的氣體壓力降低，主閥隨即閉合，容器連續(xù)運行。脈沖式安全閥結構復雜，但它的排量很大，啟閉的延遲作用較小，一般用于電站鍋爐或安全泄放量很大的壓力容器。
　?。?/SPAN>72）微啟式安全閥與全啟式安全閥（Low lift safety valve and full bore safety valve）
　　根據安全閥閥瓣最大開啟高度的大小，安全閥又有微啟式與全啟式之分。全啟式是指它的閥瓣開啟高度已經使閥的簾面積（即閥瓣與閥座間的環(huán)形面積）大于或等于閥的流道截面積，即已經完全開啟。因為閥的間隙面積為πd h（d為閥孔直徑，h為閥瓣最大開啟高度），而閥的流道面積為πd²/4，因此要達到閥的簾面積不小于閥的流道面積的條件便是h≥d/4也就是全啟式安全閥的最大開啟高度應不小于閥孔直徑的1/4。要使安全閥的開啟高度達到孔徑的1/4以上，必須在閥的封閉機構中有幫助閥瓣升高的輔助結構。它可以通過兩種途徑，一是增加氣體壓力所直接作用的面積，二是利用氣流轉向對閥瓣產生反作用力。所以全啟式安全閥的封閉結構比較復雜，在閥座及閥瓣上都增設調節(jié)圈，以實現上述兩種作用。微啟式的封閉機構就比較簡單，制造、維修和調整都比較方便，但它的開啟高度一般都小于d/20。所以它的排氣能力就要比全啟式安全閥小得多，因而只宜用于排量不大、要求不高的場合。目前，大多數壓力容器及鍋爐所用的安全閥都是全啟式安全閥。
　?。?/SPAN>73）全封閉、半封閉與敝開式安全閥（Clossed、half clossed and open type saf—ety valve）
　　安全閥和各種類按照氣體排放的方式又可以分為全封閉式、半封閉式與敝開式三種。全封閉式安全閥排出的氣體全部通過排氣管排至室外安全地帶，整個閥各連接處密封良好，介質不會通過各連接處的間隙向周圍泄漏。這種安全閥主要用于有毒、易燃氣體的容器上。半封閉式安全閥各連接處的間隙不太嚴密，主要是防止塵土等雜物進入閥內閥開啟排氣時，氣體也可能有一部分從閥蓋與閥桿之間的間隙中漏出，多用于不會污染環(huán)境的氣體。敝開式安全閥的閥蓋是敝開的，彈簧室與大氣相通，目的是降低彈簧腔內的溫度。多用于蒸氣及高溫氣體容器。
　?。?/SPAN>74）安全閥排量（Flow capacity of safety valve）
　　安全閥排量是指它完全開啟時，在排放壓力下，單位時間內所能排出的氣體流量。一般稱為安全閥的額定排量，單位是kg/h。額定排量是安全閥的一個重要參數，它不但決定于氣體的溫度、壓力等工藝參數，還和安全閥的結構型式和完善程度有關。鍋爐壓力容器選定或校核安全閥規(guī)格時，常常要對安全閥的排量進行計算，以便與容器的安全泄放量進行對比。對于一般的安全閥（指出口側為大氣壓力或壓力不太大的密閉系統(tǒng)），其排量可以按下式計算：

式中，P為安全閥的絕對排放壓力；T為排氣的絕對溫度（K）；M為分子量；A為安全閥的最小流通面積。
　　全啟式安全閥，A=πd²/4；微啟式安全閥，A=πdh。流通面積的單位是mm，C為流量系數，一般的安全閥，C=0.6~0.8；X是氣體特性系數，是氣體絕熱指數的函數，常用的雙原子氣體，X=27。Z是氣體在壓力P和溫度T下的壓縮系數，一般中低壓常用氣體，可取Z=1。
　?。?/SPAN>75）爆破片（Rupture disc）
　　爆破片又稱防爆片，爆破膜。是一種斷裂型的安全泄壓裝置。當容器內的壓力超過正常工作壓力時，爆破片上的膜片即斷裂，器內的氣體即通過這破裂孔而泄放。與安全閥相比較，爆破片的優(yōu)點是密封性能良好，氣體一般不會滲漏；泄壓反應較快，達到爆破壓力后膜片立即破裂，氣體即可大量排出；對介質中所含的污物不太敏感，氣體中即使含有少量的粘稠物或粉狀晶體一般不會影響它的動作與排放。但是由于它是利用膜片的斷裂來泄壓的，所以泄壓以后即不能繼續(xù)使用，器內的氣體被全部排放，容器也被迫停止運行。因此爆破片只是在不宜裝設安全閥的壓力容器中使用。包括工作介質為不潔凈氣體的容器（因為用安全閥有可能發(fā)生堵塞或粘結），器內物料化學反應，壓力急劇升高的反應容器（安全閥有滯后作用，不能迅速排放）以及介質為劇毒氣體的容器（安全閥密封性能差，有可能使劇毒氣體滲漏）。爆破片不宜用作液化氣體貯罐的安全泄壓裝置。根據失效時的受力狀態(tài)和基本結構型式，爆破片可以分為剪切型、彎曲型、拉伸型和壓縮型等四種。
　　（76）剪切型爆破片（Shearing type rupture disc）
　　剪切型爆破片又稱切破式爆破片。是指膜片承受壓力時周邊受剪切而破裂的一種爆破片。這種爆破片的膜片中間較厚，而周邊較薄，目的是防止膜片承壓時閣下較大的彎曲變形，保持它的周邊受較大的剪切載荷而沿邊緣破裂。膜片一般是用不銹鋼、銅、鎳、鋁等延性好的材料制造。剪切型爆破片的特點是：全面積排放，阻力小，排量系數大；在相同條件下，膜片較厚，較易于加工制造；膜片的動作壓力（爆破壓力）受周邊條件（夾持邊緣的鋒利程度等）的影響很大，因而不夠穩(wěn)定；膜片切破后常被整體沖出，易阻塞排氣管道。剪切式爆破片是早期廣泛使用的一種爆破片，由于上述原因，特別是動作壓力不易控制，目前在壓力容器中已很少采用。
　?。?/SPAN>77）彎曲型爆破片（Bending type ruptupe disc）
　　彎曲型爆破片，又稱碎裂式爆破片，它是利用膜片碎裂而排氣的，即當膜片在較高的壓力載荷下產生的彎曲應力，達到材料的抗彎強度極限時即碎裂。膜片常用鑄鐵、硬塑料、石墨等脆性材料制造，為平板型。周邊有夾緊式和自由嵌入式兩種。彎曲型爆破片的特點是：破裂時無明顯的塑性變形，故動作反應最快；膜片比較厚，容易按需要的尺寸制造加工；在動載荷與脈動載荷下膜片不易疲勞；爆破片的動作壓力受材料強度及裝配誤差的影響，波動很大，最不穩(wěn)定；膜片強度低，常因安裝不慎而破裂；膜片破裂后碎片飛出，影響排氣管路的暢通。彎曲型爆破片也是用得較早的一種型式。目前，在一些常壓或較低壓力下操作、而又有發(fā)生化學反應爆炸可能的容器中仍在使用。
　?。?/SPAN>78）拉伸型爆破片（Tensile type rupture dise）
　　拉伸型爆破片又稱正拱型爆破片，是指承壓過高時受塑性拉伸而致破裂的膜片。早期的膜片都是平型，承壓以后即發(fā)生塑性變形而向外凸起，成為球面型。隨著壓力的增大，膜片的變形不斷增加，厚度逐漸減薄，到壓力達到一定值后，膜片即被拉斷。由于平型膜片在安裝使用后隨容器的壓力波動而不斷變形，對它的動作壓力產生一定影響，所以近年來制造的膜片都經過液壓預拱面凸型。預拱成型壓力一般都大于容器的正常操作壓力。安裝以后，在正常操作壓力下，膜片的形狀一般不會改變，這樣可以使其動作壓力較為穩(wěn)定。拉伸型爆破片的膜片是用延性良好的材料，如不銹鋼、鎳、銅等箔材制成。拉伸型爆破片的特點是：無碎片飛出，阻力也不大；膜片的動作壓力較剪切型和彎曲型都穩(wěn)定；膜片在較高的拉伸應力長期作用下，壽命較短，尤其是受脈動載荷時。這種膜片還常受成型箔材厚度規(guī)格的限制，難以按需要制取任意動作壓力的膜片。為了解決這個難題，近年來又在普遍拉伸型爆破片的基礎上，發(fā)展出一種型孔式拉伸爆破片。它的膜片是在預拱成凸型后再在上面開一圈小孔，膜片凹側則貼有一層含氟塑料，以保持在正常工作壓力下的密封和變形。這種膜片承壓時，小孔之間的孔橋材料即產生較大的拉伸應力，并在壓力到到規(guī)定值后而斷裂。調節(jié)孔橋間的寬度即可得到任意的動作壓力，不受箔材規(guī)格的限制。但加工工藝復雜，并要求有較高的精度。
　　（79）壓縮型爆破片（Compressive type rupture dise）
　　壓縮型爆破片又稱失穩(wěn)型、反拱型爆破片。此種膜片在工作時凸面承受壓力，爆破片是在彈性失穩(wěn)的條件下，膜片翻轉而破裂排氣的。壓縮型爆破片的膜片也是經預拱成型的球面薄片，但安裝的方向正好與普通拉伸型相反。在壓力作用下，凸形膜片會突然發(fā)生失穩(wěn)，于是整個膜片向外翻轉，被裝設在其上的刀具切破，或整片脫落彈出。膜片的制造材料與拉伸型的相同。壓縮型爆破片的優(yōu)點是：在幾何尺寸一定的情況下，失穩(wěn)翻轉的壓力（臨界壓力）只與比較穩(wěn)定的材料彈性模數E有關，因此膜片在工作壓力下所產生的壓縮應力一般小于材料的屈服強度，對疲勞、蠕變不敏感，因而膜片壽命較長；可能通過調整變形的相對高度來調整動作壓力，因而膜片的厚度能按箔材的成品規(guī)格選用。這種爆破片的缺點是受切破工具等的影響，排量系數較?。粚庸そM裝精度的要求較高，如要求膜片表面無凹凸點，必須緊固良好，無松脫現象。壓縮型爆破片是一種很有發(fā)展價值的新型爆破片。
　?。?/SPAN>80）爆破帽（Rupture cap）
　　爆破帽也是一種斷裂型的安全泄壓裝置。由于它的外形似“帽”，故名。爆破帽的樣式較多，但基本結構與作用原理是一樣的。它的主要元件就是一個一端封閉、中間具有一薄弱斷面的厚壁短管，用可拆聯(lián)接的方式裝在容器上。當容器內的壓力超過規(guī)定，致使它的薄弱斷面上的拉伸應力達到材料的強度極限時，爆破帽即從薄弱斷面處斷裂。氣體即可由管孔中排出。為了防止爆破帽斷裂后飛出傷人，在它的外面常裝有保護裝置。爆破帽的特點是結構簡單，制造也比較容易，而且爆破壓力誤差較小，比較易于控制。但它一般只適用于超高壓容器，因為這些容器的安全泄壓裝置不需要有太大的泄放面積。而且爆破壓力較高，爆破帽的薄弱斷面可以保持有較大的厚度，使它易于加工制造。

待續(xù)