1、扁平鋼帶傾角錯繞式壓力容器9/19/20221基本情況 又稱扁平繞帶壓力容器；浙江大學化工機械研究所朱國輝教授發明；在20世紀70年代小化肥生產中發揮重要作用，全國生產7000多臺。獲國家發明三等獎1996年和1997年被列入ASME -1和ASME -2標準的規范案例CODE CASE，編號分別為2229和2269 9/19/20222基本結構9/19/20223基本結構（2）9/19/20224基本結構（2）9/19/20225基本特點內筒薄 薄內筒的厚度通常占容器總厚的1/61/4，可為單層或多層組合結構（對100mm厚容器其單層薄內筒厚度一般不超過30mm）。 薄鋼板取材容易，易制作，

2、同時原材料、焊接和無損檢測的質量易于保證；原始缺陷少，且可通過預應力纏繞，使內筒處于低應力水平，降低裂紋在使用中萌生和擴展的可能性。 9/19/20226基本特點（2）鋼帶窄，預應力交錯纏繞 扁平鋼帶厚度一般為48mm，具有優良的金屬纖維性能，其金相組織和力學性能都比較均勻，脆性轉變溫度比厚鋼板低得多，即使萬一發生斷裂，也可根本避免產生碎片；同時，預應力交錯錯繞使內筒軸向、環向的強度同時得到加強。 9/19/20227基本特點（3）層數多，無深厚環焊縫，具有自我抑爆抗爆特性 容器大部分厚度由多層交錯纏繞的鋼帶組成，且全長無深厚環焊縫，層間有止裂作用。繞帶層既是承壓強度層，也是保障容器安全使用的

3、非常可靠的抑爆保護層。因而在工作條件下，即使內筒存在原始裂紋或腐蝕與疲勞裂紋，繞帶式容器也絕不會發生環向與軸向的突然斷裂爆破事故。 9/19/20228基本特點（4）兩端為斜面分散焊縫，可防止法蘭或端蓋斷裂飛出引起嚴重事故 繞帶結構將深厚環焊縫轉化為斜面分散焊縫，不僅使焊縫受力面積增大，焊接工藝得到簡化，而且還由于改變了焊縫結構，即使內筒環縫a處斷裂，繞帶層斜面焊縫b也不致立即引起擴展斷裂而使封頭飛出事故。 9/19/20229基本特點（5）最簡化的制造技術 整個容器的制造過程基本上是內筒制作加鋼帶纏繞過程，鋼帶繞完，容器也就基本制造完成，工序少、周期短。 9/19/202210基本特點（6）

4、可實施功能全面可靠的在線安全監控保障技術 由于繞帶層有天然“透氣孔”，即使因意外因素內筒發生了裂紋擴展而泄漏，所泄漏出的氣體可被外保護薄殼自然收集，實現泄漏介質自動排放（如返回生產工藝管線）和通過密閉循環系統對氣體化學成份的檢測，實現安全狀態及腐蝕狀態計算機在線自動監控。這種監控技術已在內徑1000mm繞帶式高壓容器上試驗成功，并被鑒定為國際首創技術。這樣全面的在線安全保障技術是現有其他鋼制壓力容器和監控技術難以做到的，其成本不超過現有聲發射監控技術的10%。 9/19/202211納入ASME規范情況從1993年開始繞帶式壓力容器申請納入美國ASME（美國機械工程師學會）鍋爐壓力容器規范（國

5、際上最早、最權威的壓力容器標準），經兩輪五個層次數百位同行專家審查，以免于在美國再作任何驗證試驗的優惠條件，先后于1996年和1997年全票通過列入ASME鍋爐壓力容器第八篇Division 1（按規則設計） 和 Division 2（分析設計）標準，編號分別為2229和2269號，成為唯一被列入ASME鍋爐壓力容器標準來自中國的重大技術，也是繼日本和德國之后的ASME第三項重大外國技術。 9/19/202212納入ASME規范情況（2） ASME規范明確繞帶式壓力容器的內徑范圍為1212(約300mm3600mm)，容器內筒厚度不低于總壁厚的1/6，容器長度由工藝要求決定，容器設計溫度范圍決

6、定于材料的許用溫度。即允許在世界上推廣制造內徑達3.6m包括尿素合成塔、石油加氫反應器在內的各種高壓、低溫、高溫、耐腐蝕等重大承壓裝備。這為扁平繞帶式壓力容器的應用提供了非常寬廣的范圍，而且尚可根據應用需要，今后逐步作出修改擴充。 9/19/202213使用情況1970S有大量使用，主要用于小化肥生產裝置1980S在合成氨裝置有使用生產企業僅剩12家21世紀，在高壓儲氫裝置上得到突破GB/T26466-2011固定式高壓儲氫用鋼帶錯繞式容器GB 150.3-2011壓力容器 第3部分 設計附錄B 鋼帶錯繞筒體9/19/202214制造技術制造內筒體一般采用鋼板卷焊組裝（焊接）內筒體至規定長度焊

7、接端部封頭或端蓋內筒耐壓試驗鋼帶纏繞（雙數層）耐壓試驗與氣密性試驗焊接外殼保護層9/19/202215制造技術繞帶機床的工作原理圖1-鋼帶； 2-小車； 3-支承托輪； 4-容器； 5-卡盤9/19/202216制造技術繞帶機床結構示意圖1-減速機構；2-打磨焊縫裝置； 3-壓緊輥輪； 4-焊接裝置； 5-繞帶容器；6-支承托輪； 7-扁平鋼帶； 8-機床導軌； 9-小車； 10- 小車傳動裝置；11-單獨移動小車副電機； 12-電磁控制離合器9/19/202217制造技術繞帶式高壓容器繞制現場（已繞完） 9/19/202218制造技術堆放于加工車間的繞帶容器實物照片 9/19/202219失

8、效方式扁平鋼帶傾角錯繞式筒體可能發生的失效方式有：薄內筒發生環向或軸向破壞；鋼帶斷裂；端部斜面焊接接頭破壞；薄內筒和鋼帶層同時破壞爆破失效。工作壓力下內筒的失效方式“只漏不爆”，不會發生整體脆性破壞；工作壓力下鋼帶層的失效方式： 最外層鋼帶斷裂； 鋼帶層內某根鋼帶斷裂； 鋼帶層中鋼帶全部斷裂。端部斜面焊接接頭的安全性9/19/202220端面失效分析端部斜面焊接接頭的受力面積大，焊接質量易于保證。即使內筒和端部法蘭或底部封頭相連的環向焊接接頭斷裂，也不會引起端部斜面焊接接頭斷裂而導致兩端拋飛。其依據為： (1)進行過帶人工裂紋的斜面焊接接頭疲勞試驗，研究表明：不會發生快速脆性破壞。 (2)由于

9、端部法蘭和底部封頭的加強作用，內筒與封頭和法蘭連接處的應力水平要比內筒中部低，其環向應力之比約為80%左右，軸向應力之比約為67%。 (3)一臺內徑1000mm的試驗繞帶容器，由于把18MnMoNb底蓋誤作20MnMo鍛件。因而與內筒連接的焊接接頭質量不好，打壓至約49MPa時，內筒在該焊接接頭處開裂而卸壓，補焊后再打壓至68.6MPa時又嚴重開裂而卸壓，但斜面焊接接頭依然完好無損。經檢查，內筒在環向焊接接頭處幾乎已整圈斷。提高預熱溫度進行補焊后，容器在90.2MPa下發生環向破壞。9/19/202221爆破性能對小型試驗容器和一般性容器開展多個爆破實驗。 實際爆破壓力比同設計參數的單層筒體低

10、5%10%。所有爆破試驗容器均未發生軸向斷裂現象。容器纏繞時即使控制不當，鋼帶纏繞較松，在接近爆破壓力時，內筒可能先行破裂，但其外部繞層仍可保持完整，容器內部高壓介質通過繞層間的縫隙泄漏即可卸壓只漏不爆。9/19/202222疲勞性能研究一繞帶式氨合成塔，筒體內徑450mm，工作壓力15MPa，長度約6000mm，內筒體厚14mm，外面纏繞4層3.5mm厚的鋼帶，容器總厚28mm，材料均為16Mn，制造于1970年。 使用8年后，發現內筒第二筒節縱向焊縫中有長約45mm的夾渣，內筒內壁接近第2條環焊縫處有一塊面積為5050mm2、深約3mm的打磨減薄區等缺陷，決定對其進行疲勞試驗研究。并在容器

11、上另外再人為設置兩個新的缺陷，分別是：在內筒接近第二條環焊縫處鉆多個直徑8mm、深約3.5mm的孔；外層鋼帶上鉆一直徑8mm、深4mm的孔。顯然，上述原始和人為缺陷都是規范不允許的超標缺陷。9/19/202223疲勞性能研究（2） 疲勞試驗壓力32MPa，在疲勞試驗機上進行。同時還在內筒體內壁和外層鋼帶上布置了若干應變片，以監測容器各部位的應力變化。 疲勞循環壓力為0150 MPa，共經歷了20天約270小時的疲勞試驗，循環總次數達40670次；隨后對容器再次進行20MPa的超壓試驗。超壓試驗時監測到的外層鋼帶應力數據與疲勞試驗前相比，沒有增大。同時對容器外部的檢查發現，試驗過程中鋼帶鉆孔部位無任何異樣變化，連涂在外層鋼帶上的防銹漆也未發現有任何細微裂痕，兩端斜面焊縫更無任何變化。試驗結束后，打開容器頂蓋入內檢查，在縱縫夾渣與補焊處，內筒鉆孔與打磨減薄區等部位，也均未發現有任何肉眼可見的變化。 表明容器雖已使用八年之久，且存在超標缺陷，仍