Q/ZTG-60-2023 钢丝缠绕式压力容器

以下是河南中原特钢装备制造有限公司企业标准 ​​Q/ZTG 60-2023《钢丝缠绕式压力容器》​​ 的详细内容总结：

​​1. 范围​​

• 适用于设计压力 ​​≥100 MPa​​、设计温度 ​​-40℃~400℃​​ 的钢丝缠绕式压力容器。
• 容器结构：由 ​​内筒（或同轴圆筒）​​ 和 ​​至少10层预拉伸扁钢丝缠绕层​​ 构成，缠绕层以螺旋方式边靠边缠绕。
• 适用对象包括承受封闭件载荷的 ​​绕丝框架​​（如机架、立柱、半圆梁）。
• 核心要求：圆筒或缠绕层不承受端部载荷。

​​2. 规范性引用文件​​

• 引用 ​​46项​​ 国家标准（GB/T）、行业标准（NB/T、JB/T）及国际规范（ASME VIII 3），涵盖材料冶炼、力学性能、无损检测、安全规程等。
• 关键标准：
  • ​​GB/T 150​​（压力容器通用规范）
  • ​​GB/T 34019​​（超高压容器专项标准）
  • ​​Q/ZTG 43-2021​​（30CrMo钢锻件企业标准）
  • ​​TSG 21​​（固定式压力容器安全技术监察规程）

​​3. 术语和定义​​

• ​​缠绕容器​​：内套、外套、法兰经预应力钢丝缠绕，承受 ​​径向压力​​。
• ​​缠绕机架​​：立柱、半圆梁经钢丝缠绕，承受 ​​轴向载荷​​。
• ​​设计压力​​：容器顶部的最高设定压力（≥工作压力）。
• ​​设计温度​​：元件金属截面的平均温度。

​​4. 形式和基本参数​​

​​4.1 结构​​

• 组成部件：圆筒、缠绕层、法兰、封闭件、半圆梁、立柱（见图1）。
• ​​关键要求​​：
  • 采用预应力钢丝缠绕结构。
  • 禁止焊接（仅允许扁钢丝对接焊）。
  • 机架需设双到位发讯开关。

​​4.2 零部件要求​​

• ​​圆筒/法兰/封闭件/半圆梁/立柱​​：

  • ​​材料​​：
    • 圆筒： ​​35CrNi3MoVR​​ 或 ​​36CrNi3MoVR​​（按GB/T 34019）。
    • 其他： ​​30CrMo​​（按Q/ZTG 43-2021）。
  • ​​制造​​：
    • 锻件锻造比 ​​≥3​​，禁止补焊缺陷。
    • 冶炼需经 ​​炉外精炼或电渣重熔​​。
  • ​​化学成分​​（表1）：
    • 严格控制C、Si、Mn、P、S、Cr等元素，限值精确（如P≤0.012%）。
    • 有害元素（As、Sn等）总量 ​​≤0.035%​​。
  • ​​力学性能​​（表2）：
    • 高强度要求（如35CrNi3MoVR：Rp0.2≥960 MPa，Rm=1070~1230 MPa）。
    • 低温冲击韧性（-40℃ KV2≥47 J）。
    • 断裂韧性（KIC≥130 MPa·√m）。
  • ​​均匀性​​：硬度差≤40 HBW（环线间）或≤20 HBW（同环线）。
  • ​​组织要求​​：
    • 低倍组织无裂纹/白点，偏析≤2.0级。
    • 晶粒度≥6.0级，非金属夹杂物≤2.0级。

• ​​扁钢丝​​：

  • ​​材质​​：65Mn（符合GB/T 1222）。
  • ​​尺寸​​：(1.5±0.06)mm×(6±0.15)mm 或 (1.0±0.06)mm×(4±0.15)mm。
  • ​​力学性能​​：Rm≥1650 MPa，Rp0.2≥1450 MPa，A≥3%。
  • ​​焊接接头强度​​：≥1080 MPa。

​​4.3-4.6 试验与检验​​

• ​​检测方法​​：
  • 化学成分（GB/T 223）、拉伸（GB/T 228.1）、冲击（GB/T 229）、硬度（GB/T 231.1）。
  • 无损检测：超声（NB/T 47013.3）、磁粉/渗透（NB/T 47013.4-5）。
• ​​取样规则​​：
  • 锻件质量>3500 kg时取2组试样（180°对称分布）。
  • 取样方向优先切向/纵向。
• ​​耐压试验​​：
  • 试验压力公式： P_T = 1.12P /frac{R_{p0.2}}{R_{p0.2}^t}
  • 合格标准：无渗漏、无变形、无异常声响。

​​5. 应力分析​​

• ​​核心公式​​：计算缠绕引起的残余应力（切向σt、径向σr）和直径变形δ（见5.2）。
• ​​关键约束​​：
  • 缠绕螺旋角<1.0°，丝间间隙<丝宽5%或0.25mm。
  • 内筒/绕丝均不得屈服。
• ​​强度极限​​：
  • 缠绕层应力强度≤局部薄膜应力极限（PL）。
  • 焊接接头应力强度≤（2/3）PL。
• ​​框架预应力​​：需保证105%液压试验下载半圆梁与立柱不分离。

​​6. 疲劳评价​​

• ​​寿命定义​​：疲劳设计寿命（ND）对应10%破坏概率（裂纹平均间距2000m）。
• ​​试验要求​​：
  • 丝材试样长度≥截面尺寸30倍。
  • 4种应力幅水平下各测6根试样。
• ​​设计曲线推导​​：
  • 基于丝材疲劳曲线转换（考虑平均应力修正）。
  • 设计系数KS、KN计及长度/分散性影响。
• ​​缠绕层焊接接头​​：
  • 最小间距2000m，平均间距3700m。
  • 最外层禁止焊接。

​​7. 特殊制作要求​​

• ​​禁止焊接​​：仅允许扁钢丝对接焊以延长长度。
• ​​缠绕工艺​​：
  • 需用专用缠绕机，记录拉力曲线。
  • 压缩值实测与理论偏差≤5%，拉力调整≤10%。
  • 焊接接头需经强度测试（≥1080 MPa）。

​​8. 检验规则​​

• ​​无损检测​​：
  • 圆筒调质前后各做1次100%超声检测（纵/横波）。
  • 缺陷验收：
    • 单个缺陷≤Φ3 mm，密集区≤Φ2 mm。
    • 表面检测：无裂纹/白点，线性缺陷≤2 mm。
• ​​出厂检验​​：需经特种设备检验机构监检合格。
• ​​定期检验​​：交付后2年起，每年检测预应力状态。

​​9. 标志、包装、运输和贮存​​

• ​​铭牌​​：符合TSG 21要求，标注关键参数。
• ​​技术文件​​：
  • 质量证明书、安装调试手册、操作/维修手册、图样。
• ​​运输贮存​​：防雨淋、倒置、暴晒及潮湿环境。

​​核心创新与严格性​​

1. ​​材料高纯净度​​：严控有害元素（P/S≤0.012%/0.005%），气体含量（H≤0.0002%）。
2. ​​预应力精准控制​​：缠绕拉力实时监测，压缩值偏差≤5%。
3. ​​缺陷零容忍​​：锻造禁止补焊，超声/表面检测标准严于常规压力容器。
4. ​​疲劳寿命量化​​：基于概率统计和试验数据推导设计曲线。

此标准体现了超高压容器的 ​​高安全性设计理念​​ 和 ​​精密制造要求​​，适用于极端工况下的关键装备制造。