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普通高等学校“十一五”规划教材过程设备制造课程设计——筒体制造实例陕西科技大学编著化学工业出版社教材出版中心第1章氮气储罐制造工艺设计说明书模板一,制造背景
1.1液化石油气,英文名称Liquefiedpetroleumges,主要成分乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等随着石油化学工业的发展,液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料,已愈来愈受到人们的重视在化工生产方面,液化石油气经过分离得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等,用来生产合塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、染料等产品用液化石油气作燃料,由于其热值高、无烟尘、无炭渣,操作使用方便,已广泛地进入人们的生活领域此外,液化石油气还用于切割金属,用于农产品的烘烤和工业窑炉的焙烧等而液化石油气储罐是具有较大危险性的储存容器,一旦出现问题,将给人民的生命、财产带来极大的损失吉林、西安等地的液化气储罐事故给人们以深刻的教训为了保证液化石油气储罐的安全运行,避免事故发生,必须从个方面严格把关,其中,筒节的制作过程是关键中的关键产品名称40M3液化石油气卧式储罐产品类别三按照《特种设备安全监察条例》的规定,该台产品经制造单位监督检验,安全性能符合《压力容器安全基数监察规程》,《GB150-1998钢制压力容器标准》及设计图样的规定
1.2设计参数技术特性表容器类别类三设计压力MPa
1.86设计温度℃-19~50最高工作压力MPa
1.86水压试验压力MPa
2.33气密性试验压力MPa
1.86焊接接头系数1腐蚀余量量mm2操作介质液化石油气充装系数
0.9设备容积立方米
401.3技术要求
(1)本设备按照GB150-1998《钢制压力容器》进行制造,检测与验收,并接受《压力容器安全技术监察规程》的监督
(2)制造筒体、封头、人孔接管、用16MnR钢板符合GB6654-1996及第二次改造通知单的规定,人孔法兰盖用钢板正火状态供货帯颈对焊法兰、接管用16MnR应符合JB4726-2000,壳体用16MnR钢板应逐张进行冲击试验,方法按照GB/T229的规定,三个试样的平均值大于等于54J
(3)设备焊接工艺规程按照JB/T4709-2000,焊接工艺评定按照JB4708-
2000.所有角接接头的焊接表面须打磨圆滑过渡
(4)设备中每条A、B类焊接接头应进行100%射线检测,按照JB/T
4730.2-2005的规定,二级合格所用D类焊剂接头、DN250的接管与法兰的B类焊接接头及所有与承压件相焊接的角接接头,应进行100%表面磁粉检测,按照JB/T
4730.4-2005的规定,一级合格
(5)设备应进行整体焊后消除应力热处理,热处理后不得在设备本体上进行施焊(6最终热处理后,对设备中AB、D类焊接接头进行硬度检测,其硬度应小于等于200HB检测数量按照每条A、D类焊接接头测一组,每条B类焊接接头每隔120度测一组,每组包括母材、热影响区和焊缝各一处7)未注明角接接头焊脚高度均等于两相焊件中之较薄件的厚度,且须为连续焊(8设备制造完毕后进行水压试验水压试验应力见技术要求表水压试验合格后应将积水排净吹干9)水压试验合格后,应进行气密性试验,试验应力见技术特性表(10设备制造完毕后除锈涂铁红醇酸底漆一遍,再涂银粉醇酸清漆一遍,沿罐体水平中心线用红漆刷一道红色色带,宽度为150mm,在筒体两侧的重心处用红色油漆喷印重新标志,应在重心标志上方喷印LPG字样,重心标志的左侧喷应严禁烟火字样,右侧喷应禁止施焊的字样,标志、字样高度不得小于200mm11设备的油漆、包装、运输按照JB/T4711-2003《压力容器涂覆与运输包装》的规定12本储罐安装时,其纵轴应向排污方向倾斜千分之三13固定支座的连接采用一个螺母拧紧;活动支座用两个螺母,第一个螺母不拧紧,与支座的距离为1至3毫米,用第二个螺母锁紧14本储罐必须在有遮阳和水喷淋装置的条件下适用
1.4储气罐的结构分析储气罐的结构储气罐是一个承受内压的钢制焊接压力容器在规定的使用温度和对应的工作压力下,应保证安全可靠,罐体的基本结构部件应包括人孔、封头、筒体、法兰、支座
1.
4.1筒体结构分析筒体材料为16MnR公称内径为2600mm,长度的6500mm.名义壁厚为18mm整个筒体是用3个筒节组对拼焊而成,这时的简体有纵环焊缝,纵焊缝采用埋弧焊方式焊接查相关标准,焊缝形式采用Y形其筒节间环焊缝亦可采用U形焊缝应合理设计筒节坡口形式及尺寸设计焊缝的相对位置二,筒体材料对受内压的筒体,由于其工作介质为液化石油气,考虑其腐蚀性以及易燃易爆,选择16MnR作为材料三.筒体具体制造工艺
1.材料的进厂入库检测筒体结构材料16MnR,按技术要求符合GB6654-1996及第二次改造通知单的规定验收合格后,应按企业标准入库存放
1.1结构材料预处理钢材进入车间加工之前进行表面预处理,是金属结构制造中最重要的首要工序可增强装备耐腐蚀能力延长其使用寿命预处理工艺1,钢板表面净化钢板的表面净化是钢板预处理一个步骤,运用特定的方法或设备祛除表面的油污、铁锈、杂质、氧化皮等表面净化的方法大体分两类机械法和化学法化学法主要有酸洗、碱洗、盐洗等机械法主要有砂轮打磨、喷沙、喷丸处理本钢板选用喷沙作为表面净化的处理方式,除去铁锈和氧化皮用喷砂法做表面净化,所得钢板质量好,且效率高,但是,粉尘太大,所以一般都是在密闭的喷砂室里进行操作需要注意的是,近年来钢板出厂时,大都会喷一层防护漆,来避免它的腐蚀,防护漆不影响以后的加工和焊接,此时,表面净化这一工序就可省略矫形钢材在轧制、运输、装卸和堆放过程中,由于自重、支承不当或装卸条件不良及其他原因,可能会产生弯曲、扭曲、翘曲、波浪变形及表面不平等变形当这些变形超过一定程度时,会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困难,而且会影响到成形后零件的尺寸和几何形状的精度,从而又会影响到装配、焊接和整个产品的质量所以在划线下料前应予以矫形钢材在加工过程中,也会由于受力不均等工艺原因和其他原因而使工件产生变形,为不影响下道工序的加工和确保加工质量,也需进行矫形另外,在装配一焊接之后,工件也会因焊接等原因,产生某些变形,亦需矫形,此为成品矫形矫形就是使钢材或工件在外力作用下产生与原来变形相反的塑性变形,以消除弯曲、扭曲、皱折、不平等现象,从而获得正确形状的过程矫形的实质就是将被拉长的纤维缩短或将缩短的纤维拉长,以恢复原状,或是使其他部分的纤维也拉长或缩短,产生与局部纤维相同的变形从而达到矫形的目的矫形的方法按操作方法的不同,可分为手工矫形、机械矫形和火焰矫形三种本设计采用多辊矫平机进行机械矫形多辊矫板机矫平钢板,是使板料通过矫板机的上下两列辊子之间,在辊子压力的作用下,受到多次反复弯曲,整个钢板得到均匀的拉长,使多种原始曲率逐步趋向一致变为单一,并不断减小,最终得到矫平此处采用GYX-3M钢材预处理装置利用抛丸机械除锈的先进大型机械设备,钢材经此处理,并经喷保护底漆,烘干处理等工序后,即可保证钢材在生产和使用过程中不在生锈,有不影响机械加工和焊接质量2,矫形钢材在轧制、运输、装卸和堆放过程中,由于自重、支承不当或装卸条件不良及其他原因,可能会产生弯曲、扭曲、翘曲、波浪变形及表面不平等变形当这些变形超过一定程度时,会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困难,而且会影响到成形后零件的尺寸和几何形状的精度,从而又会影响到装配、焊接和整个产品的质量所以在划线下料前应予以矫形钢材在加工过程中,也会由于受力不均等工艺原因和其他原因而使工件产生变形,为不影响下道工序的加工和确保加工质量,也需进行矫形另外,在装配一焊接之后,工件也会因焊接等原因,产生某些变形,亦需矫形,此为成品矫形矫形就是使钢材或工仵在外力作用下产生与原来变形相反的塑性变形,以消除弯曲、扭曲、皱折、不平等现象,从而获得正确形状的过程矫形的实质就是将被拉长的纤维缩短或将缩短的纤维拉长,以恢复原状,或是使其他部分的纤维也拉长或缩短,产生与局部纤维相同的变形从而达到矫形的目的矫形的方法按操作方法的不同,可分为手工矫形、机械矫形和火焰矫形三种本设计采用多辊矫平机进行机械矫形多辊矫板机矫平钢板,是使板料通过矫板机的上下两列辊子之间,在辊子压力的作用下,受到多次反复弯曲,整个钢板得到均匀的拉长,使多种原始曲率逐步趋向一致变为单一,并不断减小,最终得到矫平下图为多辊式矫平机的工作原理图本设计中,钢材16MnR,板厚为18mm选用九辊矫正机,其参数情况见下表矫正机参数表辊数辊距(mm钢板最小厚度(mm辊径(mm最大矫正度(m/s主电机最大功率(kw
925052200.3180应注意的是,不是所有的钢板都能一次矫平,是否容易矫平除与矫平机有关外,还与其本身的性质和厚度有关
2.放样,划线与号料放样,划线与号料是决定焊接坯料形状与尺寸公差的重要工艺,也是焊接过程中主要的质量控制点之一放样是在制造金属结构之前,按照设计图样,在放样平台上用11的比例尺寸,划出结构或者零件的图形和平面展开尺寸号料和划线采用划针或者磨尖的石笔、粉线作线三部分操作内容和步骤放样,展开、制作样杆样板、在钢材上进行号料号料尺寸公差是反映钢板的划线、号料划线和号料就是根据施工图样及工艺上的要求,正确地确定一个欲加工零件的配料尺寸和形状,并用划线的方法在钢材上号料,同时标注上必要的加工符号及其他必要内容,用以指导以后各道工序的加工它直接决定着零件的尺寸和几何形状的精度,而且对以后的装配和焊接工序也有很大的影响总体来看,划线和号料大致可以分为以下整个划线工序的最终允许公差,根据GB/T9019-2001,压力容器公称直径标准的规定,长×宽及其他外廓尺寸线为+lmm,超过一米的为L/lOOO,但不超过3mm;中心线、基准线为士
0.5mm;正方形或长方形,其对角线Ll-L2之差2mm应注意的是,放样展开最后获得的尺寸是零件的设计尺寸或者说是零件加工后应得的尺寸,而样板是用来号料的,其外部尺寸应该是零件加工前坯料尺寸,这两者是不一样的零件的坯料尺寸是由零件展开尺寸、工艺余量和加工余量三部分组成的工艺余量是零件加工过程中由于工艺条件和工艺因素的影响而造成的尺寸变化和偏差在焊接结构制造中,主要是焊接收缩量和成型后的修边余量本设计中,16MnR板厚18mm焊缝横向收缩余量为
2.1--
2.6mm.参照过程设备制造与检测-表6-26)纵向收缩余量为
0.15-
0.3mm参照过程设备制造与检测-表6-27加工余量加工余量主要包含切割余量,边缘加工余量两项气割时会产生一定宽度的割缝,但是当沿外侧切割时可不考虑工艺余量切割后尚需进行边缘机械加工,留3mm的加工余量,号料划线公差图如下图所示
2.1筒节下料筒节的划线是在钢板上划出展开图筒节的展开计算比较简单,即以筒节的平均直径为基准由于钢板在卷板机上弯卷是受辊子的碾压,厚度会减薄,长度会伸长因此,下料尺寸应比计算出来的尺寸短一些筒节展开长按下式计算L=πDm-ΔL=πDi+S-ΔL1+ΔL2+ΔL3式中,L—筒节展开式,mmDm—筒节平均直径,mmDi——筒节内径,mmS—板厚,mmΔL1—钢板伸长量,mmΔL2—钢板加工余量,mmΔL3—焊缝横向收缩余量mm通常ΔL=1-KπDmK—修正系数,K=
0.9931-
0.9960综合考虑ΔL2取5mm所以将数据带入公式可得L=8204m由于整个筒体是用3个筒节组对拼焊而成,因此筒节下料单个钢板的长度为具体尺寸为(长x宽×高)8204x2170x18mm筒节钢板的下料选择机械剪切下料常用的机械剪切下料多采用圆板剪和龙门剪板机,而以龙门剪板机的应用最为广泛,通常只能做直线剪切本次选择的剪板机的型号为Q11-50x3200型Q11-50x3200型剪板机参数最大板厚最大板宽板料强度喉口深度剪切角度可剪次数行程次数飞轮转速刀片长度50320049070054/Min8/Min82r42003,简体的卷制成形筒节的弯卷成型是用钢板,在卷板机上弯卷而成的根据钢板的材质,厚度弯曲半径,卷板机的形式和能力,在实际弯卷过程中分为冷卷和热卷本设计中钢板为18mm厚的16MnR根据ε=δ/2Rm1-Rm/Ro×100%单向拉伸)式中ε——弯卷变形率,100%;δ——钢板名义厚度,mm;Rm——筒节中性层半径,mm;Ro——钢板弯曲前的中性层半径,mm代入数值计算的ε=
0.69%3%(16MnR单向拉伸是的临界变形率)故此处选择冷卷,卷制成形通常在三辊筒或四辊筒卷板机上进行的所选卷板机型号为CDWII-数控制上调式40x4000对称式三辊卷板机CDWII参数规格最大宽度×最大厚度上辊直径/mm下辊直径/mm下辊中心距/mm主电动机功率/kW40×400055053061080根据Dmin=d1+
0.15-
0.20d1式中d1——卷板机的上辊直径计算得Dmin=600mm2600mm故可知所选卷板机满足要求钢板在卷板机上卷制时,钢板的两端总有一段长为a的直边无法卷制,其长度取决与两下辊的中心距为消除此剩余直边,在钢板卷圆钱应作板边预弯曲通常采用水压机在专用模具上预弯4,筒节坡口加工与焊接焊接接头坡口形状和几何尺寸的设计,应遵循以下原则1保证焊接质量2坡口加工简易3便于焊接加工4节省焊接材料按焊接技术要求加工坡口,坡口两侧30mm范围内清理污物,然后按焊接工艺施焊;
41.1简体纵焊缝坡口加工简体是由钢板卷制而成,其边缘部分由于变形和冷作硬化作用其性能已发生变化,不能满足设计要求,应此需将此区域除去筒节卷制成形后,按图样规定的筒体名义直径测量简节的实际周长,并划二次线,割去余量后按焊接工艺要求加工坡口简体的纵缝的焊接采用埋弧焊,根据埋弧焊坡口加工要求其坡口形式为V形坡口,具体尺寸如下纵缝对接坡口根据具体尺寸,可选择氧气切割加工坡口,氧气切割的加工方法具有设备简单投资费用少,操作灵活方便的一系列特点,切割质量好
41.2简体环焊缝坡口压力容器筒身环焊缝坡口形式,取决于其壁厚及所选用的焊接工艺方法对于薄壁容器,壳体环焊缝多采用V形坡口;而对于厚壁容器壳体环焊缝,为了减少焊缝的横截面,通常采用U形坡口对于此次所设计的容器,属于厚壁型其环焊缝包括简节对接焊缝和简体与封头的对接焊缝,都采用相同的坡口形式如下图环焊缝坡口示意图该类型坡口也可采用气割工艺加工,气割加工币机械方法加工效率高,周期短,且不需要投资高的机床设备U形坡口的下部有圆弧段在具体加工过程中,铁的氧化反应不能像一般气割时那样垂直向下,当达到一定深度后应转向侧面方向为此需要多割炬同时加工,如可使用三割炬U型坡口板自动切割机
41.3焊接此处焊接采用埋弧自动焊,焊机型号(MZA-1000)按技术要求中对焊接工艺要求施焊,并进行焊后热处理具体参数确定a焊接电流根据H=KmI式中H——焊缝熔深,mmI——焊接电流,AKm——系数,mm/AKm根据设计中具体条件取
1.25×10-2mm/Ab电弧电压电压与电弧长度成正比,且随电弧电压增高焊缝宽深显著增大而熔深与余高略有减小c焊缝速度对熔深与熔宽均有影响最终参数确定如下焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/m*h-1线能量/kj*cm-15700-75036-
4037.
521.53-
23.075,校圆筒体要求最大与最小直径差e以及棱角度E最小值以及对口错边量b不得超过以下要求a.棱角度E≦δ/10+2mm且≦5mmE=
3.8mm用弦长为1/6Dn,且不小于300mm的内样板或外样板检查如下图示b.最大与最小直径差ee应不大于即全面直径的1%,且不大于25mm,有开孔补强时应离补强圈边缘100mm以外的位置测量此处e=25mm如下图所表示c.对口错边量b厚度相同的单层钢板纵焊缝的对口错边量b≦10%δ且不大于3mmb=10%×18mm=
1.8mm如下图所表示6,检测按技术要求中探伤工艺对AB类焊缝进行100%RT检测,按照JB/T
4730.2-2005的规定,二级合格7,组对按筒体布板图要求组对各节筒节,定位焊要求同4;筒体B类焊缝组对错边量b,棱角度E;筒体直线度应符合相关要求a.对错边量b≦10%δ+1δ10mmb=
2.8mm如下图所表示b.棱角度E≦δ/10+2mm且≦5mmE=
3.8mm用长度不小于300mm的检查尺检查如下图所表示c.筒体直线度ΔW筒体长度≦20000mm时,ΔW≦2L/1000且不大于20mm本设计中L=6500mm计算得ΔW≦13mm8,焊接此处焊接采用埋弧自动焊,焊机型号(MZA-1000)按技术要求中对焊接工艺要求施焊,并进行焊后热处理最终参数确定如下焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/m*h-1线能量/kj*cm-15700-75036-
4037.
521.53-
23.079,检测按技术要求中探伤工艺对A.B类焊缝进行100%RT检测,按照JB/T
4730.2-2005的规定,二级合格第2章锁斗筒体制造工艺设计说明书模板锁斗制造工艺设计一.背景介绍锁斗在煤化工行业用的比较多,特别是在一些加压的粉煤/煤渣气力输送系统中应用,其主要的作用是在起到一个压力缓冲容器的作用,一般安装在常压容器和加压容器之间锁渣系统主要有渣罐、锁渣阀、排渣阀、渣罐和冲洗水罐组成,锁渣阀一般有两个,排渣阀一个煤粉贮存在煤粉贮仓中,当煤粉锁斗处于常压状态时,关闭煤粉锁斗的下阀,打开煤粉锁斗的上阀,使煤粉贮仓的煤粉自流进入煤粉锁斗,料满后关闭上阀,通入高压氮气加压后打开下阀使煤粉自流进入煤粉给料仓中,卸完后关闭下阀,排出氮气降至常压,再循环上述过程锁斗也可用于收集渣,通过下阀来实现间断排渣锁斗由接管法兰、衬筒、锥体、筒体、椭圆封头及连接组件组成其主要作用是将气化炉燃尽的煤灰冷却,粉碎处理后排出,是一部连续运转的疲劳设备它主要应用于煤化工制气,特别是在一些加压的粉煤/煤渣气力输送系统中应用锁斗控制包括卸压--清洗--排渣--充压--集渣等过程涉及渣水工艺联锁、渣池搅拌器联锁、碳洗塔给料泵联锁、灰水泵联锁等落入激冷室底部的固态熔渣,经破渣机破碎后进人锁斗系统(锁渣系统),锁斗系统设置了一套复杂的自动循环控制系统,用于定期收集炉渣在排渣时锁斗和气化炉隔离锁斗循环分为减压、清洗、排渣、充压四部分,每个循环约30分钟,保证在不中断气化炉运行的情况下定期排渣国内对此设备的设计,制造与检验已具有一定的经验和业绩二.设计条件材质16MnR容器类别二类最高工作压力
4.8MPa设计压力
4.8MPa工作介质汽化炉渣/黑水设计温度260℃产品编号Ⅱ2957——00腐蚀裕度5mm焊接接头系数
1.0设计基本风压400Pa地震烈度6全容积46m3充装系数
1.0安全阀开启压力
4.8Mpa液压试验压力
7.38MPa(卧放)
7.30Mpa立放三.制造所遵循的规范
1.《钢制压力容器》GB150——
19982.《压力容器安全技术监察规程》99版
3.《钢制塔式容器》JB/T4710—
20054.《塔器设计技术规定》HG20652——
19985.《钢制压力容器焊接规程》JB/T4709—
20006.《钢制化工容器制造技术要求》HG20584——
19987.《压力容器涂敷与运输包装》JB/T4711—
20038.《压力容器用钢焊条订货技术条件》JB/T4747—2002四.筒体制造工艺的设计
4.
1.筒体制造工艺简明流程图材检——喷丸——探伤——号料——气割——刨坡口——坡口探伤——压头——卷板——装焊——退火——校圆——打磨——探伤——装焊——炉外消氢——打磨——最终探伤——组装
4.
2.锁斗筒体制造工艺过程卡片工序号工序名称工艺要求及工序图1材检1钢板除应符合GB6654《压力容器用钢板》的有关规定外,尚应符合3311-00JT中的有关要求2质证齐全、标记清楚2喷丸1钢板单面喷丸,彻底除锈3探伤1对钢板进行100%UT检测,按JB/T
4730.3-2005及3311-00JT中的有关要求执行4号料1号出筒体的下料线,筒体的下料尺寸为L=3400mm2号筒体的纵向焊接接头试板一对5气割1按线气割下料并清理熔渣6刨坡口1按图纸要求刨筒节纵、环缝坡口7探伤1坡口表面100%MT检查,按JB/T
4730.4-2005中一级合格8压头1用大型油压机压头9卷板1用日本三辊卷板机进行冷卷10装焊1组装纵向焊接接头并进行尺寸检查错边量1mm.2焊接详见焊接工艺说明书3纵向焊接接头试板一对4焊接接头取样做化学成分分析,其结果应符合
4.
1.4的规定11退火1进行退火热处理,执行热处理工艺2带筒体纵向焊接接头试板一对12校圆1筒体进行冷校圆,椭圆度3mm.13打磨1对坡口表面进行打磨清理2处理干净坡口表面的锈质3仔细检查直到合格为止14探伤1对焊接接头进行100%RT检测,按JB/T
4730.2-2005中二级合格2焊接接头进行100%UT检测,按JB/T
4730.3-2005中一级合格3焊接接头表面进行100%MT检测,按JB/T
4730.4-2005中一级合格15装焊1组装筒体与管箱侧法兰环缝,焊接详见焊接工艺说明书16炉外消氢1用环形加热装置进行炉外消氢执行热处理工艺17打磨1对焊接接头表面进行打磨,内表面与母材平齐,外表面焊缝加强金属高2mm焊缝表面不允许存在咬肉、裂纹、气孔、弧坑、夹渣等缺陷18探伤1对焊接接头进行100%RT检测,按JB/T
4730.2-2005中二级合格2焊接接头进行100%UT检测,按JB/T
4730.3-2005中一级合格3焊接接头表面进行100%MT检测,按JB/T
4730.4-2005中一级合格
4.
3.筒体工艺设计
4.
3.1选材
(1)压力容器的选材原理1.具有足够的强度,塑性,韧性和稳定性2.具有良好的冷热加工性和焊接性能3.在有腐蚀性介质的设备必须有良好的耐蚀性和抗氢性4.在高温状态使用的设备要有良好的热稳定性5.在低温状态下使用的设备要考虑有良好的韧性
(2)筒体选材压力容器材料的种类1.碳钢,低合金钢;2.不锈钢;3.特殊材料
①复合材料(16MnR+316L);
②刚镍合金;
③超级双向不锈钢;
④哈氏合金(NiMo:78%20%合金)常用材料常用复合材料16MnR+0Gr18Ni9,A按形状分钢板、棒料、管状、铸件、锻件B按成分分碳素钢20号钢20RQ235;低合金钢16MnR、16MnDR、09MnNiDR、15CrMoR、16Mn锻件、20MnMo锻件;高合金钢0Cr
13、0Cr18Ni
9、0Cr18Ni10Ti锁斗是煤气化装置重要设备之一,主要起储存和排放炉渣的作用,是一台承受循环载荷的压力容器按其载荷性质设备遵循压力容器应力分析设计规范进行设计和制造,该设备分析设计采用国家标准,材料宜采用16MnR锁斗内的工作介质为气化炉渣/黑水,含有硫化氢氯离子,硫酸根离子等腐蚀性介质,锁斗循环水中的氯离子浓度确实最高,这股水应该与激冷室黑水和洗涤塔黑水的水质差不多,因此具有强腐蚀性,因此需要在锁斗内堆焊6mm厚的不锈钢材料以满足防腐蚀要求,因此国内采用低合金钢锻件16MnR.
4.
3.2材检
4.
3.
2.1化学成分分析1化学成分如下表所示查表
3.416Mn专业用钢的化学成分/%【Ⅰ】钢号CSiMnPS16MnR
0.
20.20~
0.
601.20~
1.60=
0.035=
0.035化学成分钒V
0.02%~
0.15%;铌Nb
0.015%~
0.060%钛Ti
0.02%~
0.20%物理性质综合力学性能好,焊接性、冷、热加工性能和耐蚀性能均好,C、D、E级钢具有良好的低温韧性
4.
3.
2.2力学性能和工艺性能查表
3.516Mn专业用钢的力学性能【Ⅰ】℃钢号板厚/mm状态σs/Mpaσb/Mpaδ5/%弯曲180度温度/℃冲击功Akv/J时效冲击16MnR60~110热轧或热处理=265450-590=18d=3a室温=27横向----
4.
3.
2.3试验温度牌号钢板厚度mm200℃250℃300℃350℃400℃450℃500℃16MnR高温规定的残余应力Map60~
1002252051851751651554.
3.
2.4室温弯曲试验d=3a弯曲180℃,无裂纹
4.
3.3材料要求a.16Mn之类的低合金钢大都采用正火工艺,细化晶粒,均匀组织b.该材质正火之后一般不需要回火,大件最好回下火回火温度以下50度左右,可以去疲劳,提高寿命c.16Mn锻件和钢板的材料力学性能总体上差不多,但低温冲击和疲劳性能差异较大d.正火处理
1.≤250℃装炉,升温≤180℃/h,5小时;
2.900℃保温4小时;
3.空冷注筒体钢板使用状态为正火+回火处理,钢板生产商必须以试板进行正火+回火+模拟焊后热处理其各项性能均满足本技术条件的要求e.钢板应按JB/T
4730.3-2005进行超声检测,必须进行100%扫查,验收标准为I级
4.
3.4划线
4.
3.
4.
1.筒体的展开计算a.已知筒体高度H、公称直径Dg、中性层直径Dm、壁厚δ,计算时以中性层为基准b.分析确定零件展开后图形的形状及所求的几何参数,圆柱形筒体展开后为矩形,所求的几何参数分别为长和宽则L=πDm=π(Dg+δ);h=Hc.筒体公称直径Dg,Dg选取3400㎜L=π(3400+90)=
10964.16㎜H=3400㎜
4.
3.
4.
2.号料工程上把零件展开图画在板料上的过程,该过程中主要注意两个方面的问题全面考虑各道工序的加工余量;考虑划线的技术要求a.加工余量加工余量主要包括变形余量,机加工余量,切割余量,焊焊接工艺余量等由于实际加工制造方法,设备,工艺过程等内容不尽相同,因此加工余量的最后确定是比较复杂的,要根据实际情况来确定筒节卷制伸长量,与被卷材质,厚板,卷制直径大小,卷制次数,加热等条件有关边缘加工余量包括焊接坡口余量,主要考虑内容为机加工(切屑加工)余量和热加工切割余量焊接坡口余量主要考虑坡口间隙,坡口间隙的大小主要有破口形式,焊接工艺,焊接方法等因素来确定焊缝的收缩量,弯曲变形量等受多种因素影响,在划线时若能准确的考虑由于焊接变形所产生的各种焊接余量是十分困难的,因此查表取近似值筒节卷制伸长量冷卷伸长量较小,通常忽略,约7~8㎜焊缝收缩量对接接头双边焊,3~4㎜焊缝坡口间隙单U型坡口,2~3㎜边缘机加工双边余量根据加工长度,查表10㎜切割余量钢板切割加工,查表14㎜划线公差保证产品符合国家制造标准,取1㎜展开尺寸
10967.16㎜b.划线技术要求实际用料线尺寸=展开尺寸-卷制伸长量+焊缝收缩量-焊缝坡口间隙+边缘加工余量=
10964.16-7+3-3+10=
10967.16㎜切割下料线尺寸=实际用料尺寸+切割余量+划线公差=
10967.16+14+1=
10982.16㎜c.合理排料
(1)充分利用原材料,边角余料,使材料利用率达到90%以上
(2)零件排料要考虑到切割方便、可行例如,剪板机下料必须是贯通的直线等
(3)筒节下料时注意保证筒节的卷制方向应与钢板的轧制方向一致
(4)排料必须符合国家标准规定,充分利用原材料
(5)在钢板上划线下料,规格L=10983×1715,10983×1715,并号试板一对600×120×101㎜
4.
3.5下料下料的加工方法分析及选用常用的切割方法有机械切割、氧气切割和等离子切割机械切割操作简单,成本低,但其生产效率低,切口精度差,而且不适合用于切割太厚、形状较复杂的钢板,它只适用于切割矩形或棒料等离子切割机的特点是切割速度快、切缝狭窄、切口平整、热影响区小、工件变形度低、操作简单,并且具有显著的节能http://info.electric.hc
360.com/list/jdzl.shtml效果它是用于任何材料的切割,但是它的成本太高气割是用可燃气体与氧气混合燃烧的预热火焰,将金属加热到燃烧点,并在氧气射流中剧烈燃烧而将金属分开的加工方法可燃气体与氧气的混合及切割氧的喷射是利用割炬来完成的气割所用的可燃气体主要是乙炔、液化石油气和氢气等氧炔焰气割过程是预热一燃烧一吹渣并不是所有金属都能被气割,只有符合下列条件的金属才能被气割1金属能同氧剧烈反应,并放出足够的热量2金属导热性不应太高3金属燃烧点要低于它的熔点4金属氧化物的熔点要低于金属本身的熔点5生成的氧化物应该易于流动与机械切割相比较,气割的最大优点是设备简单操作灵活、方便,适应性强,它可以在任意位置,任何方向切割任意形状和任意厚度的工件,生产效率高、切口质量也相当好有些焊接坡口可一次直接用切割方法切割出来,切割后直接进行焊接气体火焰切割的精度和效率大幅度提高,依据以上分析,筒体钢板切割选用氧气切割
4.
3.6筒节弯卷
4.
3.
6.
1.筒节弯卷成形分析筒节的弯卷成形时用钢板在卷板机上弯卷而成形的根据钢板的材质、厚度、弯曲半径、卷板机的形式和卷板能力,实际生产中筒节的弯卷基本上可分为冷卷和热卷筒体选用材料16MnR锻件筒节的最小冷弯半径计算公式Rmin=10δ(双向拉伸)筒节实际壁厚90mm允许最小冷弯半径的最大值Rmin=10δ=900㎜筒节内径D=3400㎜即筒节的实际半径D/2大于允许的最小冷弯半径Rmin,可以冷弯卷制因为D/2=1700mmRmin=900mm所以采用冷卷成型冷卷成形通常是指在室温下的弯卷成形,不需要加热设备,不产生氧化皮,操作工艺简单且方便操作,费用低
4.
3.
6.
2.成形设备的选择卷板机有三辊卷板机、四辊卷板机和立式卷板机,其中对称式三辊卷板机的主要特点如下
(1)与其他类型卷板机相比,其构造简单,价格便宜,应用很普遍
(2)被卷钢板两端各有一段无法弯卷而产生直边,直边长度大约为两个下辊中心距的一半直边的产生使筒节不能完成整圆,也不利于校圆、组对、焊接等工序的进行因此在卷板之前通常将钢板两端进行预弯曲
4.
3.
6.
3.筒节弯卷的设计和计算1)直边预弯1X$预弯是筒节成型的一个关键工序,制造完成预弯模具后将下料钢板放在油压机上进行预弯工序为了保证预弯曲率的一致性,在钢板两端进行每隔50mm划线工作,每次压机的下压点均落在线上,而且保证每次的压力大小均等预弯成型后预制样板进行检查,间隙保证小于
0.5m2)直边预留留一部分直边,此方法浪费直边部分钢材,而且工艺麻烦,适用于单台装备制造或筒节制造精度要求较高的情况所以通常采用第一种的方案,直直边预弯3)筒节弯卷的回弹估算弯卷钢板在辊子压力下既有塑性弯曲,又有弹性弯曲,故钢板卸载后,会有一定的弹性回复,即回弹筒节在热弯卷时,回弹量很小,不予考虑只要掌握好筒节的下料尺寸,使弯卷钢板两端面刚好闭合即可,直至钢板温度下降到500℃以下为止但是,在冷弯卷时,钢材的强度越大,回弹量越大为了尽量控制回弹量,冷弯卷时要过卷同时,在最终成行前进行一次退火处理a.冷卷回弹量的计算筒节回弹前的内径Dn1可按下式估算Dn1=(1-2Koσs/E)Dn/1+K1σSDn1/Eδb.过卷量△l可按下式计算△l=π(Dn-Dn1)/2式中Dn——筒节内径,3400mmσs——钢材屈服极限,MPaE——钢材弹性模量,MPaK1——钢板界面形状系数,矩形K1=
1.5δ——钢板厚度,90mmKo——钢材相对强化模数,16MnR钢材的Ko=
5.8查阅标准,得σs=345MPa,E=200GPa.根据设计数据,筒节回弹前的内径Dn1={(1-2×
5.8×345)×
0.000005/(1+
1.5×345×Dn1)}÷(200000×90)×3400得Dn1=
3664.1mm过卷量△l=π(Dn-Dn1)/2=
3.14×4000-
3664.1/2=
527.5mm3)筒节弯卷成形预弯工序结束后即采用对称式三辊卷板机进行筒节的成型工序为保证卷圆的质量及椭圆度指标,按照工艺要求规定卷板机下压成型的次数在6次以上,保证椭圆度在5mm以内
4.
3.7装焊纵缝
4.
3.
7.1焊接方法
①手工电弧焊手工电弧焊适合于各种不规则形状,各种焊接位置的焊接手弧焊是主要根据焊件厚度,破口形式,焊缝位置等选择焊接工艺参数在保证焊接质量的前提下,应尽可能采用大直径焊条和大电流焊接,以提高生产效率
②16Mn自动焊方法是埋弧自动焊,电渣焊,CO2气体保护焊等埋弧自动焊由于具有熔敷率高,大溶深以及机械自动化操作的优点,适合于大型焊接结构的制造,广泛应用,多用于平焊和平角焊位置,电渣焊焊缝及热影响区过热,晶粒粗化,焊后要进行热处理焊接基本金属为低合金钢16MnR,筒体规格φ3400×90mm,所要求的焊工资格代号SAW-1GK-07/09焊接方法为埋弧自动焊,焊接姿势为平焊,焊丝直径为
4.0mm焊接电流正700~720,反720~740,焊接电压36-38V;焊接速度
0.6cm/s;焊接顺序先正焊,在反焊;焊接材料为E50点焊,焊丝牌号H08MnA,焊剂SJ
507.(查表
3.1916Mn钢对接埋弧焊工艺参数【Ⅰ】)
4.
3.
7.2坡口的形式当压力容器板厚超过一定厚度是,为保证压力容器的焊缝全部焊透而无缺陷,应将钢板接头处开各种形状的坡口这些坡口的尺寸和形状取决于被焊材料和采用的焊接方法常用的对接接头形式a.直边对接,用于不开坡口的单面焊或背面双面焊;b.单面V形坡口,用于单面焊或背面清根的双面焊;c.不对称X形坡口,用于手工电弧焊封底的埋弧自动焊或双面埋弧自动焊;d.对称X形坡口,用于双面手工电弧焊或埋弧自动焊;e.单面U形坡口,用于背面手工电弧焊封底的埋弧自动焊或正面手工氩弧焊封底的埋弧自动焊;f.双U形坡口,用于双面埋弧自动焊或双面手工电弧焊;g.单面双V形坡口,用于手工电弧焊或手工氩弧焊封底的埋弧自动焊根据两个筒体筒节的厚度90mm和110mm,查表
11.21对称双U形对接坡口【Ⅰ】焊接方法坡口及焊缝尺寸/mm坡口角/°适用范围δbPREC=c1H=h1α埋弧自动焊40-600-27-910-1123-3329-390-310-14钢板拼焊缝、筒节纵焊缝95-1600-27-910-1132-4338-490-38-12手工电弧焊30-900-21-36-714-2020-460-36-895-1500-21-36-717-2223-280-34-6结论对于90mm厚的筒节采用手工电弧焊,而对于110mm厚的筒节采用埋弧自动焊焊缝的形状见CAD图纸
4.
3.
7.3焊接工艺预热温度≥120℃,层间温度控制在(120--250)℃,后热温度及时间(600--650)℃×2hr回火,坡口加工方法为机加工坡口,清理焊口焊前检查坡口、组装间隙是否符合要求,定位焊是否牢固,焊缝周围不得有油污、锈物清除油锈,清根方法为碳弧气刨并打磨,焊缝外形要求为焊缝与母材圆滑过渡,e≤2,并打磨平齐焊丝牌号H08MnA焊剂牌号HJ250,焊后采用回火热处理并进行100%UT、RT、MT检测分别按JB/T
4760.3-2005中Ⅰ级合格、JB/T
4760.2-2005中Ⅱ级合格、JB/T
4760.2-2005中Ⅰ级合格
4.
3.8装焊环缝
4.
3.
8.1焊接方法由于两个筒节的壁厚不一样,所以厚壁筒节与薄壁焊接时,需要将厚壁削平一个过渡部分,削平的角度为5°-10°根据两个筒体筒节的厚度90mm和110mm,查表
11.22U-V形组合对接坡口【Ⅰ】,其焊缝的尺寸见下图,形状见CAD图纸焊接方法坡口及焊缝尺寸/mm坡口角度/°适用范围δbPHREcC1H=h1α1α手工电弧焊封底的埋弧自动焊30-600-22-49-1110-1123-3426-4016-200-38-170-75筒节环缝65-900-22-49-119-1132-4038-4616-200-36-1070-7595-1300-22-49-1110-1134-4840-5416-200-36-870-75130-2000-22-49-1110-1139-5145-5716-200-35-670-75双面手工电弧焊30-600-21-39-116-715-2121-2716-200-36-870-7565-900-21-39-116-719-2225-2816-200-34-670-75结论根据壁厚90mm,采用手工电弧焊封底的埋弧自动焊
4.
3.
8.2坡口形式当压力容器板厚超过一定厚度是,为保证压力容器的焊缝全部焊透而无缺陷,应将钢板接头处开各种形状的坡口这些坡口的尺寸和形状取决于被焊材料和采用的焊接方法常用的对接接头形式a.直边对接,用于不开坡口的单面焊或背面双面焊;b.单面V形坡口,用于单面焊或背面清根的双面焊;c.不对称X形坡口,用于手工电弧焊封底的埋弧自动焊或双面埋弧自动焊;d.对称X形坡口,用于双面手工电弧焊或埋弧自动焊;e.单面U形坡口,用于背面手工电弧焊封底的埋弧自动焊或正面手工氩弧焊封底的埋弧自动焊;f.双U形坡口,用于双面埋弧自动焊或双面手工电弧焊;g.单面双V形坡口,用于手工电弧焊或手工氩弧焊封底的埋弧自动焊查书【Ⅰ】表
11.22,根据适用范围选择适合筒体环缝的U-V形组合对接坡口
4.
3.
8.3焊接工艺查表
3.25低合金钢焊接结构预热,层温,后热和焊后热处理的规范【Ⅰ】预热温度≥150℃,层间温度不限,后热温度不需要,坡口加工方法为机加工坡口,清理焊口焊前检查坡口、组装间隙是否符合要求,定位焊是否牢固,焊缝周围不得有油污、锈物清除油锈,清根方法为碳弧气刨并打磨,焊缝外形要求为焊缝与母材圆滑过渡,e≤2,并打磨平齐手工电弧焊焊条牌号为J506或J507,焊后采用600-650℃回火热处理保温
2.4h并进行100%UT、RT、MT检测分别按JB/T
4760.3-2005中Ⅰ级合格、JB/T
4760.2-2005中Ⅱ级合格、JB/T
4760.2-2005中Ⅰ级合格
4.
3.9筒体内壁堆焊
4.
3.
9.1堆焊原理石油化工行业的加氢反应器、原流合成塔、煤液化反应器及核电站的厚壁压力容器等内表面均需大面积堆焊耐高温,抗氧及硫化氢等腐蚀的不锈钢衬里带极电渣堆焊是利用导电熔渣的电阻热熔化堆焊材料和母材的,除引线阶段外,整个堆焊过程应设有电弧产生堆焊技术可以改变零件表面的化学成分和组织结构强化机械零件表面或修复磨损和崩裂部分,为材料表面改性,完善其性能延长零件的使用寿命具有重要的经济价值.常用的工艺方法有:手工电弧堆焊、振动电弧堆焊、氧-乙炔焰堆焊、等离子堆焊等几种堆焊方法特点比较堆焊方法稀释率(%)熔敷速度埋弧堆焊单丝30~
604.5~
11.3多丝15~
2511.3~
27.2单带极10~2012~36多带极8~1522~68等离子弧堆焊手工送丝5~
150.5~
3.6自动送丝5~
150.5~
3.6双热丝5~1513~27熔化极气体自保护电弧堆焊10~
400.9~
5.4带极电渣堆焊10~1415~75为了最有效地发挥堆焊层的作用,希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能.带极电渣堆焊技术具有比带极埋弧难焊更高的生产效率、更低的稀释率和良好的焊缝成形等优点,得到迅速发展和较普遍的应用
4.
3.
9.2工艺参数的控制影响带极电渣堆焊质量的工艺参数最主要的有焊接电压、电流和焊接速度,其次还有干伸长,焊剂层厚度,焊道间搭接量、焊接位置等
①控制焊接电压,当电压太低,有带极粘连母材的倾向电压太高,电弧现象明显增加,熔池不稳定,飞溅也增大,推荐的焊接电压可在20~30V之间优选
②焊接电流增加,焊道的熔深、熔宽、堆高均增加,而稀释率略有下降,但电流过大,飞溅会增加不同宽度的带极应选择不同的焊接电流,对φ75mm×
0.4mm的带极,电流可在1000~1300A之间优选
③随着焊接速度的增加,焊道的熔宽和堆高减小,熔深和稀释率增加,焊速过高,会使电弧发生率增加,为控制一定的稀释率,保证堆焊层性能,焊接速度一般控制在15~17cm/min
④带极电渣堆焊时,母材倾角会影响稀释率和焊道成形,采用水平位置或稍带坡度(1º~2º)的上坡焊为宜
⑤带极电渣堆焊热输入较高,故一般用于堆焊50~200mm的厚壁工件
4.
3.
9.3优缺点及应用范围带极电渣堆焊与带极埋弧堆焊相比1)熔敷效率高,在中等电流下,比埋弧焊高50%;2)熔深浅而均匀,母材稀释率低,可控制在10%以下,单层堆焊即可满足性能要求3)堆焊层成形良好,不易有夹渣等缺陷,表面质量优良,需机械加工,省料省时4)带极中合金元素烧损和不利元素增量极少,堆焊层的塑性和韧性高于埋弧难焊5)接头熔合区性能优于带极埋弧堆焊由于带极电渣堆焊上述优点,在加氢反应器、煤气工程热壁交换炉、核电站设备中压力容器的内表面大面积堆焊中均得到了广泛应用
4.
3.
9.4堆焊工艺设计表-筒体内壁堆焊工艺要求钢材的屈服强度/Map钢号预热条件及温度层温后热处理电弧焊电渣焊34516Mnδ32预热100℃不限不需要600-650℃回火900-930正火600-630回火基本金属16MnR焊接方法带极埋弧堆焊+带极电渣堆焊焊丝309L+347焊剂SJ
304、SJ-15B预热温度≥5℃坡口加工及清理清理待堆焊面层间温度(100-250)℃(5-100)℃后热温度及时间(250-300)×2hr(过渡层)焊后热处理SR无损探伤检查UT、MT表二筒体内壁对焊焊接规范位置焊接方法焊材牌号直径电源种类及极性焊接电流A焊接电压V焊接速度㎜/min过渡层带极埋弧堆焊309L+SJ30475×
0.4直流反接900-110026-28≥9表层带极电渣堆焊347+SJ-15B75×
0.4直流反接1000-105026-28≥91)过渡层堆焊后进行100%PT检测,按JB/T
4730.5-2005中Ⅰ级合格2)表层进行100%PT检测,按JB/T
4730.5-2005中Ⅰ级合格3)焊层及熔合面进行100%UT,符合Ⅱ1572-00-JT中的有关要求4)堆焊层进行厚度检测,符合图纸要求焊后进行SR消除应力热处理,具体方法和参数筒体的制造过程完成,待总装
五、筒体接管设计
5.1接管的工艺流程加热设备装炉温度加热速度热电偶加热<400℃≤50℃/H加热温度均热后保温时间冷却方式675℃(+15℃-10℃)3H≤60℃/H冷至400℃停机序号工序名称工艺要求负责人签字1材检材检一般包括对材料的外观,实物与质量证明书,炉批号,化学成分,力学性能的全面核实和综合实验等,综合以上选用材料为Q235-B钢板,除应满足GB150{钢制管壳式换热器}Ⅰ级进行制造检验和验收,并接受国家质监局颁发的{压力容器安全技术检查规程}监督2初车将材检的板材进行初车3探伤UT超声波检测对于的薄板小于6mm采用板波检测对于中厚板6mm-60mm之间和厚板大于60mm采用纵波进行检测钢板须按JB/T
4730.3-2005的要求逐张进行超声波检测合格等级为Ⅰ级.4立车立车加工接管坡口符合图样要求5探伤MT100%磁粉检测利用表面或者近表面而缺陷的工件被磁化后产生的漏磁场.首先进行表面准备;然后磁化施加磁粉;检查;最后退磁清洗.随着被检工件的不同检测工序的不同具体的过程也不相同.最后按照JB47304-2005评价Ⅰ级为合格.6堆焊过度层筒体的堆焊分为两层第一层就是过渡层通常堆焊309L堆焊是需要进行预热焊后需要进行中间消除应力或者消氢处理.7炉外消氢为了使焊缝熔池金属在结晶和冷却过程中吸收空气中的氢给扩散出来,又称扩氢,是防治延迟裂纹的产生而导致的脆性断裂,温度一般为300-400度,时间为2小时,如果在焊接完成后立即进行消除应力热处理时,可不单独进行消氢处理8立车立车加工接管坡口符合图样要求9探伤PT渗透检测焊缝,渗透检测可以工件及焊缝表面开口的裂纹疏松针孔等缺陷工作原理简明易懂不限尺寸设备简单成本低使用方便.焊缝100%PT检测按JB/
4730.2-2005Ⅱ级验收.10堆焊面层堆焊的第二层就是面层一般采用焊条电弧堆焊或者采用二氧化碳药芯自动堆焊质量较好.应该在最终热处理后进行堆焊这样可以减少应力腐蚀11CT对工件进行化学检测,取样进行化学成分分析,按工件要求进行验收12立车立车加工接管法兰13探伤PT.CT.MT
1.焊缝100%MT检测按JB/
4730.4-2005Ⅰ级验收.
2.焊缝100%CT检测按JB/
4730.3-2005Ⅰ级验收.
3.焊缝100%PT检测按JB/
4730.2-2005Ⅱ级验收.
4.取样进行化学成分分析14划线号料划线直接决定了零件成形后的尺寸和几何形状精度对以后的组队和焊接工序都有很大的影响,划线完成后,接下来就是将划线展开图画在板料上号料时不仅考虑展开尺寸同时还要考虑各个加工工序的加工余量还有要考虑划线的技术要求.15探伤PT渗透检测可以工件及焊缝表面开口的裂纹疏松针孔等缺陷工作原理简明易懂不限尺寸设备简单成本低使用方便焊缝100%PT检测按JB/
4730.2-2005Ⅱ级验收.16钻孔根据钢板厚度选用刀具,并按照规定进行钻孔工艺规范
5.2接管与筒体焊接设计在压力容器的设计,制造中会经常遇到角接接头问题根据角接接头的重要性和传递载荷的大小可把焊接接头分为主要角接接头和辅助角接接头主要角接接头以某种方式承受着全部载荷,如果焊缝破坏,所以说主要角接接头必须和其连接的结构具有相同的强度,设计成连续的全焊透形式由于焊接接头的特殊结构,制造时大多采用单面焊,角接接头的几何尺寸较复杂,位于不连续部位焊后难以进行射线及超声波检测在设计角接接头应该遵循这样原则重要的焊接接头尽量避免采用角接头,即使采用也应保证其尽量全焊透,对于疲劳容器或高压等重要设备中接管与筒体的连接应尽可能的采用交接结构,而且尽量采用双面焊交接接头,同时为了保证焊透,应先焊一面,背面清根在焊,而且焊接各层间的夹渣应该清净,如果不能采用双面焊时,应该采取类似于双面焊的单面焊如氩弧焊打底加手工焊盖面的工艺就满足要求,对于需预热的钢种,接管与壳体的焊接应选用从设备外侧施焊的单面焊,要求全焊透时刻采用带垫板的结构工艺要求采用氩弧焊打底加手工焊,手工焊平焊;焊前预热100℃焊条直径5-6mm表
2.9板厚与焊条直径的关系【Ⅱ】;碱性焊条,直流电源35-40A;坡口形式角接头表面应该修成圆弧形,与壳体表面形成圆滑过渡;焊接角度由于壁厚不相等,所以焊条与管子的角度尽量小;接管与筒体的焊接采用角接的形式,由于壁厚为90mm所以角接采用两个3焊后检测采用磁粉检测或渗透检测,进行外观检测第3章接管设计一.课程设计目的 本课程课设是学完了过程装备制造与检测课程,进行了生产实习之后的一个重要实践教学环节其目的如下
1.1培养学生解决设备制造工艺问题的能力通过课程设计,使学生熟练运用本课程的基础理论以及生产实习的实践知识,正确的解决过程设备整体的生产流程;正确的解决设备零件在加工中的预处理方法和工艺;正确的进行零件的展开计算、拼接设计;正确的进行封头成型工艺设计及相关计算、模具设计、设备选用等;正确的进行筒节成型工艺设计及相关计算、设备选用等;正确的进行接管成型工艺设计及相关计算、设备选用等;正确的进行相关的焊接工艺设计及工艺参数选用;正确的选择零件制造过程中的检测方法及工艺;正确的选择零件制造过程中的热处理方法及工艺;正确的进行设备组对工艺设计
1.2培养学生熟悉并运用有关手册、标准规范等技术资料的能力
1.3进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件的基本技能二.设计背景 连续重整反应器连续重整装置的核心设备,是炼油静设备中技术要求最高的设备之一该装置将4个直径不同的反应器通过锥体变径段重叠连接成一台“四合一”连续重整反应器,其工艺先进、结构合理,具有占地面积小、反应物料均匀,催化剂利用充分,动能消耗低等优点但由于该设备精度要求高、制造难度大,世界上仅有个别工业发达国家可以设计制造,因而我国除少数炼厂从国外引进该设备外,国内设备制造企业也仅能生产传统的单体重整反应器供炼厂使用为改变这种落后局面,使我国炼油深加工技术赶上世界先进水平,采用先进的连续重整工艺技术是必然的选择,而关键设备设计制造的国产化就成了重中之重三.技术特性及要求
3.1技术特性 设计压力p
0.78MPa 设计温度T549℃ 操作介质HZHC 地震裂度8度 基本风压值450Pa 设备规格φ1950mmx26mm+φ2000mmx 26mm+φ2100mmx30mm+ φ2600mmx36mm 设备总长
39908.5mm 材料壳体SA387GrllCL
21.25Cr-
0.5Mo-Si 内件材料TP321 设备净重120t 设备操作重量175t
3.2技术要求
3.
2.1技术要求详见Ⅱ1682-00JT;
3.
2.2催化剂输送管中心圆直径偏差及相邻两输送管弦长偏差不得超过±5mm;
3.
2.3支撑板应位于两扇形筒之间,每周6块按圆周等距布置;
32.4安装完中心管太膨胀节保护筒内支撑圈和久支持圈上表面应在同一水平面上,最高点与最低点之差不得大于3mm;
3.
2.5所有与管筒体太及封头拼焊的吊耳,支撑,支撑板等都应双面开坡口,要求全焊透;
3.
2.6加强环上表面应与在中间蝶形封头上,筒体焊接并热处理完成进行机械加工,中间碟形封头应双面开坡口再与加强环相焊,且要求全焊透;
3.
2.7该重整重整反应的主要结构特点是将四个不同直径和壁厚的第
一、第
二、第
三、第四重整反应器和顶部还原段、底部催化剂收集器重叠安装为一个“四合一”连续重整反应器反应器的内部结构复杂,装备精度高,公差要求严,加之在消化吸收国际先进技术的同时,对个别结构和要求进行了改进和优化,使得该重反应器成为迄今为止国内设计和制造的炼化设备中结构最为复杂,技术要求最高的设备之一主要表现在以下几个方面a.主体材料回火脆性指标的考核反应器用
1.25Cr-
0.5Mo-Si钢板和16MnR锻件,焊接金属需满足抗回火脆化性能的要求b.裙坐与设备壳体采用对接焊接形式反应器支撑采用了在壳体堆焊过渡段后与裙座焊接的形式,结构可靠,检验方便c.开口接管的整体补强与加工反应器具有多个油气进出口与人孔,这些开口均设在锥形壳体上,由于其应力复杂,且设备内操作温度又高,必须采用设备整体补强,并与锥体对接焊接d.防止温度膨胀对内件的影响反应器内件的材料为
1.25Cr-
0.5Mo-Si
3.3制造所遵循的规范《钢制压力容器》GB150——1998《压力容器安全技术监察规程》99版《钢制塔式容器》JB/T4710—2005《塔器设计技术规定》HG20652——1998《钢制压力容器焊接规程》JB/T4709—2000《钢制化工容器制造技术要求》HG20584——1998《压力容器涂敷与运输包装》JB/T4711—2003《压力容器用钢焊条订货技术条件》JB/T4747—2002四.接管制造主要工艺流程及锻件技术要求
4.1主要工艺流程确定锻件尺寸、采购技术条件→锻件采购→锻件复验(性能、无损探伤)→机加工接管内外壁和端面(注密封面留余量)
4.2碳素钢和低合金钢锻件的特殊要求(JB4726-2000)
4.
2.1适用于设计压力不大于35MPa,温度大于-20℃的压力容器用碳素钢和低合金钢锻件
4.
2.2锻件级别锻件分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别,每个级别的检验项目按下表规定
4.
2.3热处理交货状态应该为热处理状态如供方改变热处理状态时,应征得需方同意处理状态得代号为N—正火,Q—淬火,T—回火
4.
2.4外观质量锻件经外观检查,应无肉眼可见得裂纹、夹层、折叠、夹渣等有害缺陷如有缺陷,允许清除,但修磨部分应平滑过渡清除深度应符合
(1)当缺陷存在于非机械加工表面,清除深度不应超过该处公称尺寸下偏差;2)当缺陷存在于机械加工表面,清除深度不应超过该处余量的75%
4.
2.5内部缺陷锻件应保证不存在白点,用超声检测锻件内部缺陷,检测表面得表面粗糙度不大于
6.
34.
2.6焊补锻件允许用相匹配的焊材进行补焊允许焊补的部位,深度和面积由供需双方确定焊补应按经JB4708评定合格的焊接工艺进行,焊工应持有合格证焊补前应彻底清除缺陷并开坡口,坡口底部应圆滑过渡清除缺陷后的表面需经磁粉或渗透检测,Ⅰ级为合格根据不同刚号、焊补面积的大小,深度及焊补环境等,须相应采取焊前预热,焊后缓冷或消除应力热处理等措施焊补一般应在锻件最终热处理前进行如在锻件最终热处理后进行,需经双方同意焊补后的部位须经磁粉或渗透检测合格当焊补深度大于或等于6mm时,还需经超声检测合格供方应向需方提供锻件焊补部位、深度、面积简图、焊接材料、焊接工艺参数及无损检测报告五.接管制造工艺过程.
5.1工艺卡片序号工序名称工艺要求负责人签字1确定采购技术条件和尺寸
1.φ200mmx20mm16MnR
2.接管材料除应符合GB6654《压力容器用钢板》的有关规定外,尚应符合3311-00JT中的有关要求
3.质证齐全、标记清楚2锻件采购按上述要求进行采购3锻件复验
1.进行宏观检查,看是否存在明显的缺陷,是否有裂纹、气孔、夹渣,去除接管表面的锈质物.
2.对接管进行100%UT检测,按JB/T
4730.3-20及3311-00JT中的有关要求执行.
3.按上表中的锻件的IV级检验要求检验.4机加工接管喷砂除表面铁锈密封面要留余量.表面粗糙度不得大于
6.35探伤对接管进行100%UT检测,按JB/T
4730.3-20及3311-00JT中的有关要求执行
5.2工艺分析
5.
2.1选材接管材料选用16MnR比较好,因为16MnR是低合金高强钢中应用最为广泛的钢,有比较成熟的使用经验,是制造中低压容器和一般钢构够的代表材料,焊接性很好韧性性也较好,基本属于热轧的低合金钢,是普通低合金钢中发展最早的钢,其综合性能、焊接性能及加工工艺性能均优于普通碳素钢,且质量稳定,与碳素钢相比,使用16MnR可以节省20%—30%的钢材,使用温度范围较广,因此广泛应用于压力容器、桥梁、船舶、飞机和其他装备16MnR钢元素与含量如下表所示元素CSiMnSPCrNi质量分数(%)
0.
160.
361.
530.
0150.
0140.
0030.
0065.
2.2材检对已经选择好的材料16MnR接管锻件宏观检查,看是否存在明显的缺陷,是否有裂纹、气孔、夹渣,去除钢板表面的锈质物,除此之外所选的材料还应该符合GB6654《压力容器用钢板》的有关规定质证要齐全,标记要清楚
5.
2.3机加工
5.
2.
3.1粗车,标记移植超探锻件按JB/
4730.3-2005进行超声波探伤,验收按JB/4726-2000的规定精车1)按图纸尺寸进行加工接管(接管的端口留5mm的余量暂不加工,与顶封头相焊后再加工接管的端面,密封面)2)加工后进行尺寸检查磁探坡口表面进行100%MT检测,按JB/
4730.4-2005规定的I级合格
5.
2.
3.2切割切割的方法主要有等离子切割,氧气切割,机械切割1).等离子切割等离子切割主要分为等离子氧气切割,等离子空气切割和等离子氮气切割主要用于切割碳钢的是等离子氧气切割,氧的离解热高、携热性好粒子复合时的放热量大投入切割的热量多因此可获得较高的切割速度在加工碳钢时因切割过程中的铁与氧反应提供了大量的附加热量促进了切割速度的进一步提高,它设备复杂、成本高、但生产率高、易于实现机械化与自动化、切割质量好,不受工件的形状与尺寸的限制并且随着社会的进一步发展,工业化程度进一步提高等离子氧气切割法在切割碳钢时有以下优点:切割速度快;切割面光洁呈金属光泽尤其是无氮化层切割后可直接用于焊接;切割变形小精度高可切割任何材料,但是其价格昂贵,一般不采用2)氧气切割氧气切割简称气割,也称火焰切割,切割时需要一个预热火焰预热,切割的关键是高速纯氧气流,是焊接结构制造中应用最广泛的下料方法之一,它设备简单、成本低、生产率高、易于实现机械化与自动化、切割质量好,不受工件的形状与尺寸的限制并且随着社会的进一步发展,工业化程度进一步提高,特别是数控技术在切割中的应用,使气割的生产率与质量获得了飞跃的进步,也使气割方法得到更广泛的的应用3)机械切割机械切割分为平口剪和斜口剪,其中斜口剪冲击较小,主要用来切比较薄的钢板综上所述,对接管的加工应该选用机加工比较合适
5.
2.4喷丸常用的机械除锈方法有喷丸和喷砂两种
5.
2.
4.1喷丸除锈原理与应用原理:以压缩空气带动铁丸通过专门工具高速喷射于金属表面利用铁丸的冲击和摩擦作用清除金属表面的铁锈及其他污染并得到有一定粗糙度的显露金属本色的表面.应用:为了提高防护层的结合力.
5.
2.
4.2喷砂的原理与应用原理喷砂是利用压缩空气把石英砂高速吹出去对零件表面进行清理的一种方法应用喷砂不仅去锈,还可以顺带除油,对涂装来说非常有用常用于零件表面除锈;对零件表面修饰(市场卖的小型的湿式喷砂机就是这个用途,砂粒通常是刚玉,介质是水);在钢结构中,应用高强螺栓进行联接是一种比较先进的方法,由于高强联接是利用结合面之间的摩擦来传力的,所以对结合表面的质量要求很高,这时必须用喷砂对结合表面进行处理喷砂用于形状复杂,易于用手工除锈的场合,但其效率不高,现场环境不好,除锈不均匀;喷丸对工件有强化作用可以显著的提高材料的抗疲劳强度而锁斗是以不连续运转的疲劳设备,喷丸可以提高其的抗疲劳强度,因此采用喷丸工艺除锈外观检查无问题后,再对接管进行喷丸处理,彻底除去表面的锈质,经喷丸后的接管洁净明亮,为后面的无损检测做好准备
5.
2.5探伤无损检测主要有射线检测超声波检测,磁粉检测和渗透检测几种方式,这里选用超声波检测射线检测又包含三种,即a射线,β射线和γ射线在用射线检测之前,首先要对钢板的检测要求、验收标准了解清楚,再根据实际条件选择合适的射线检测设备及附件,如射线源、胶片、增感屏、象质计等,为制定必要的检测工艺、方法做好准备工作首先由于钢板比较厚,故需要选用较大能量的射线源,能量大穿透能力强,检测效果比较明显γ射线胶片底片的黑度选择如下表所示材料种类无余高的焊缝有余高的焊缝其他底片黑度最佳黑度
2.53-
3.
51.5-
2.0由表可选择母材的黑度为
2.5象质计的选择比较麻烦,从表中选择象质计的相对灵敏度为
0.75%,相对灵敏度的计算公式K=d/δX100%计算得底片上可识别出的最细金属直径为d=90X
0.75%=
0.675mm,这样对材料的微观检测比较到位但射线检测一般需要专门的一套设备,成本较大,而且比较麻烦,容易对操作人员产生辐射,故不采用超声波检测用的是频率超过20000Hz的机械波它具有良好的方向性,具有相当高的强度和很强的穿透力,而且对人体无害超声波检测对缺陷的检测主要包括对缺陷位置的检测(定位),对缺陷尺寸和数量的确定(定量),和对缺陷性质如裂纹,气孔,判别(定性评估)目前基本是采用A型脉冲反射式探伤仪检测缺陷,根据脉冲反射波的位置,幅值,形状等来判断对表面进行检测,可用磁粉检测和渗透检测,磁粉检测适用于能被磁化的材料,能直观地显示出缺陷的形状、尺寸、位置,进而能做出缺陷的定性分析,检测灵敏度较高,可以检测形状复杂,大小不同的工件,检测工艺简单,效率高、成本低,而渗透检测设备简单,操作方便,对大面积的表面缺陷检测效率高,周期短,但所使用的渗透检测剂有刺激性气味气体,应注意通风,若被检表面受到严重污染,缺陷开口被阻塞且无法彻底清除时,其检测灵敏度将显著下降综上所述,对接管表面检测选用磁粉检测,且进行100%超声波检测,按JB/T
4730.4-2005中规定的I级合格。