近代压力容器的设计与制造

近代压力容器的设计与制造下 日佐伯俊造等 五 、 制造技术 像日本制钢所那样 , 从材料生产到容器制 造完毕为止 , 可以最大限度地发挥连续生产的 优点 。 前面所讲的材料方面的大量技术革新 , 给容器的制造方式也带来了很大的变革 。 这些 变革的共同 目标是在大量减少焊缝 , 使制造工 序简化的 同时 , 采用高效率的焊接方法以缩短 制造周期 , 提高综合质量与经济效果 。 现在 , 以锻造环焊接结构为主体的大型压力容器的连 续生产线 已接近完成 。 制造体系确定后 , 可使 石油精炼反应塔等容器的制造效率大大提高 。 下面对容器制造 方面的最新技术的主要方 面作一些介绍 。 整体封头的制造 厚度超过毫米的封头大都采用半球 形 。 以往 , 这些封头凡属大直径的都分成六块梯形 板分别成形 , 再焊接组装而成 。 因此 , 对于组 装焊接给制造工艺带来的影响以及保证质量方 面的问题必须给予关注 。 近年来 , 由于整体热 态成形法及大直径圆板压延技术的研究 , 使直 径为米 , 壁厚为毫米的整体封头也有可 能制造出来了 。 整体大型封头的制造不仅可以 缩短工程周期 , 还可以不再担心管座与封头拼 接焊缝的重合 。 所以 , 给结构设计也带来了好 处 。 照片为整体大型封头成形的实例 。 主焊缝焊接技术 在使大多数压力容器能高效率的制作和缩 短大型厚壁容器的生产周期方面 , 制造者最费 乙机的问题 , 可以说是如何能确保获得无缺陷 的焊缝 , 并能缩短焊接工序 。 着重研究一下 , 则主要关键在于焊工技术的提高 , 采用窄间隙 焊以及焊接 自动化 。 由于锻造环的采用 , 使精 洲今知今加洲 吃只立 斌 洲 减 加 洲二 几 泳 减 从二 念 嘴吞 仁 ,今 合 戒今 心合 净 心 , 月合今 试 峭 心心 谧 二 心 心 今 二 亡心 嘴 户之 心洲心城心成 卜 一 刁 了 勺曰。迁 一刁户,才 厂 广 刀值较大时也有一定误差 。 此外 , 当螺旋叶片垂直于转鼓圆锥段母线 时二值与螺旋叶片垂直于回转轴线时二值相 比较 , 按 手册 中的公式计算得到的结果 , 两者只稍有相差 , 可是按本文公式计算得到的 结果相差略大一些 。 由此 可知 , 在条件允许的 情况下 , 应尽量采用螺旋叶片垂直于转鼓 圆锥 段母线的这种装置方式 。 另外可以看到 , 当螺 旋升角在 。一粤 。 盆李 之间由小变大时 , 推料 一 ” 一 。 坑 一 一 “ 一 一 ”“ ” 功率明显下降 。 因此对于 内摩擦较大 的物料应 尽量采用较大 的螺旋升角 。 为 了 增大螺旋升 角 , 相应的措施应该减少转数差 , 以保证物 料在转鼓内有足够 的停 留时间 , 此外还要增加 螺旋线头数 。 至于螺旋升角刀应该取怎样的值 最合适 , 这与转鼓对物料能施加 多大 的 圆周力 有关 , 这方面的具体分析留待以后进行 。 参考文献 机械工程手册 、 电机工程手册 编 辑委 员会编 机械工程手册 第 篇离心机 、 阀门 , 机械 工业出版社出版 , 年月 尤兆玮 “离心机功率计算” 化工与通用机械 , , 掩 且 皿盆 江 , 。中。八二。二二, 双 皿 , 入 吸石且“, 东超次郎 , 又, 少沙 处理夕 口电 久 己夕下。逮 心脱水法 , 别册化学工业 , 掩 , 柯尔钦主编 “ 机械零件 ” , 高等 教育出版社 一 , “ , , , , 。, 了 一一 照片大型整体成型封头 度要求高的窄间隙有可能实现了 。 现在使用的 焊接坡口对于埋弧焊来讲 , 说他已经改进到 了 极限也并不过言 , 随着焊敷金属量的减少 , 缩 短周期与节约材料方面都可取得很大的收获 。 焊接自动化除了轴向管座之类复杂形状的 焊缝以外 , 几乎所有焊接接头上都使用 了 , 且 已取得了很好的效果 。 在厚壁圆筒的环焊缝上 采用串联焊接法的高效率焊接已经用于 实际生 产了 。 其它如厚壁材料用的电渣焊 , 被称为未 来的焊接法的电子束焊 , 还有如用于薄壁碳素 钢的半自动焊等很多新的焊接方法也都相 继采用 了 。 另一方面 , 对于厚壁焊缝 , 由于采取了防 止再热裂纹等焊接裂纹的措施 , 如彻底的预热 与焊后热处理 , 限制焊接输人热量 , 改进焊接 顺序及控制焊接材料的成分等 , 裂纹问题也可 以解决了 。 由于上述的技术上的改进 , 现在厚度达 毫米的自动焊也可以进行了 。 照片为壁厚为 毫米的自动焊缝断面 , 照片为大型原子 反应堆压 力容器接管带的焊缝断面 。 照片接管带的焊缝断面 照片壁厚为毫米的焊缝断面 焊接堆焊技术 用焊接堆焊法生产的耐蚀衬里 已经广泛采 用于厚壁容器上 。 这项技术约在年前以串联 电弧的埋弧自动堆焊的方法被采用以来 , 又研 究了其它各种方法 , 是一项比较新的焊接技 术 。 可以说是随着脱硫用的高压容器等石油精 炼压力容器的需求的增大而发展起来的一门技 术 。 现在不仅在日本 , 世界各国都采用自己研 制的技术 , 但主流是趋 向于使用带钢的带极堆 焊法 。 大多是采用埋弧焊接法 。 但是 , 日本制 钢所研制成功的电渣焊式堆焊法法 , 是 一项具有成分均匀 , 对母材稀释少 , 焊道表面 光滑等优良性能的新技术 , 现在已在本所所有 堆焊工作中应用 , 取得了很好的效果 。 特别是 以往认为不可能的 , 用一层堆焊获得低碳的奥 氏体不锈钢层 , 现在也可以实现了 , 因而可以 获得很大的经济上的效果 。 目前已采用于几乎 全部奥氏体系不锈钢 , 铁素体系不锈钢 , 英科 镍尔 , 蒙耐尔等合金的堆焊工作 , 其使用范围 还可能逐步扩大 。 照片为堆焊的施工情 况 , 照 片为焊接堆焊层断面 。 焊后热处理 焊后热处理除了缓解焊接残余应力外 , 还 作为适当调整容器材料与焊缝的机械性能 , 韧 性 , 硬度等的一项制造技术 , 特别在提高低合 金钢制容器与大型厚壁容器的质量方面取得 了 很重要的成就 。 因此 , 从材料生产的计划阶段开始 , 就要 确定所需材料的性质与容器制作过程中的热处 理时间和温度在内的综合计划 。 而且 , 在相应 材料生产时 , 遵守考虑 了制造过程中实际加 热 、 冷却过程后制订的工艺 , 用这样的方式来 保证最终状态的质量 。 容器制作过程中的焊后 一一 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 所受到的限制等理由 , 石油精炼反应塔 , 蒸馏 塔 , 流化床催化裂化装置等设备在建设现场就 地制作的很多 。 对于大型反应塔的情况 , 则预 先在工厂内制作考虑了输送至建设现场时运输 限制尺寸与重量后设计的部件 。 在建设现场用 自动焊或手工焊完成这些部件间的环焊缝 , 进 行射线检验等无损探伤及耐压试验 , 就能够提 供与工厂内的产品具有同等质量的反应塔了 。 照片为墨西哥的一台总重量为吨的加氢 裂化反应塔以纵向接长的方式在现场施工 的实 例 。 又照片为在伊朗进行的减压蒸馏塔现场 施工的实例 。 这种在国外的艰难的条件下 , 为 照片堆焊的施工状况 照片焊接堆焊层断面 热处理 , 从节约能源的方面考虑 , 一般尽可能 省略 , 或者仅保留短时间的加热 。 对于厚壁低 合金钢容器 , 为了防止由于开始阶段的回火和 制作过程中的焊后热处理而产生的裂纹 , 保留 了必要的低温热处理 。 把工序最终状态时材料 的回火放在正规的焊后热处理一起来进行材料 性能的调整 , 这种方法 已经普遍采用了 。 这样 可以将由于焊后热处理而使材料强度降低的情 况减少至最低限度 , 同时也可以使材料性质的 调整简单化 。 经过对厚壁材料长时间焊后热处 理间题进行了重新研究后 , 规范从 年的冬季补遗开始 , 将厚壁焊缝的焊后热处理 时间大大缩短了 。 压力容器现场制作 由于能源需求的增加 , 设备的大型化 , 采 油现场精炼的必要性以及设备输送至建设现场 照片在墨西哥的大型反应塔的现场 加氢反应塔内径 、 长度 火 厚度 , 公斤 照片在伊朗的减压蒸馏塔现场 了要成功地进行施工 , 必须事前充分调查国外 的国情 , 气候 , 风土 , 工作条件 , 居住条件以 及当地工人的技术水平情况 。 输送可靠的装备 与熟练工人 , 可以说这是提前完成工程的成功 的秘诀 。 换热器的制造技术 以实现节约能源为主要工作的换热器 , 现 在还和过去一样 , 推测将来也一样 , 需求一直 在增涨 。 凡是使用能源的所有装置上都要使用 它 , 其数量在一个工程项目中有几十台甚至几 百台 。 相应于这些设备的材料供应 , 工序管理 以及生产线就是重要的因素 。 特别是最近 , 各 种材料的采用 , 大型化的趋势 , 管子的装入管 箱的方法 , 焊接方法等方面进行 了很多技术研 究 。 特别是在多轴转床加工管孔的高效率化 , 用全位置自动焊机进行管子与管板的焊接 , 各 种涨管法 , 开闭方便的分配室密封结构等方面 进行了很 多改进与研究 , 且已经用于实践了 。 照片为 甲醇设备用废热锅炉的一个实例 。 照片制造中的废热锅炉管子材料高 镍铬合金钢 一 重量 连 公 斤 六 、 质量控制 年 , 美国法务部关于使用法 规印戳问题的判定决定以来 , 各国压力容器制 造者整顿了法规上载明的 , 责任与权 限明确的质量控制体制 , 倾注全力以争取获得 的印戮 。 日本制钢厂从室兰制作所开始 被承认为原子能设备的材料生产厂以来 , 已取 得了 , 印戳 , 广岛制作所 已取得 , 印戳 , 儿乎所有压力容器 都获得了制造资格 。 一方面 , 在日本国内 , 由于各地的联合企 业出现了各种事故 。 因此 , 不仅对装置的维护 保养 , 而且对所使用的设备在制作过程中的质 量控制也进行 了重新估价 。 年月 , 高压 气体管理法进行了大量修改 。 年月 , 规 定了特定设备检查规程 , 更明确地规定了制作 过程中的试验及检查 , 同时还要由指定的检查 机构在现场并证明 。 为 了满足这样严格的质量控制的要求 , 各 制造厂都编出了说明各有关组织的职能与各自 的职责与权限的质量管理手册 , 根据手册规定 , 由质量管理部门代表组织的最高负责人对设计 部门与制造部门双方进行检查 。 现在 , 日本就 以这种做法作为质量控制的常规逐渐固定下来 了 。 特别是为了使在检验单上规定的质量控制 点处的质量检验 , 不合格品的处理方法以及防 止缺陷重复出现的措施等问题更加明确 , 将压 力容器制造过程的详细经过以一定的形式记录 并保存起来 , 这种方法作为与其他方法不同的 可靠的管理方法加以采用 了 。 另一方面 , 压 力容器在制作过程中必须经 常考虑的是确保相对于使用要求来讲的最合适 的质量 。 将质量提高到要求的标准以上 , 则从 装置整体的经济性来考虑 , 会造成很 大的 损 失 。 但如不能充分保证质量 , 则不仅装置没有 生命力 , 而且会出现重大事故 。 因此 , 在确定 制作方法时 , 一方面经常对质量与经济性进行 比较 , 并且努力制订这种容器的结构 、 材料 、 设计 、 工序 、 焊接 , 检查的最佳条件 。 日本质 量管理现状是在大 多数情况下 , 根据所使用 的规范的不同及材质与壁厚的情况来划分质量 等级 。 焊接接头的加工要求 , 制作过程中的焊 接试验要求及无损探伤要求等都已标淮化了 , 再根据使用要求分别规定适当的附加规定 , 按 这些质量等级与附加规定要求来保证质量 。 因此 , 对于原子反应堆压力容器 , 石油精 炼反应塔及肥料合成塔等大型压力容器 , 采取 了以焊接接头为对象 , 用频繁的无损探伤与焊 一一 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 接试验为内容的彻底的质量控制方法来确保安 全性 , 这样一种可靠的质量管理体制 。 为了提 高这种试验及检查的可靠性 , 近年来研究了很 多装置与新技术 。 在射线检查方面使用 了线性 加速器 , 使材料厚度在毫米以内时 , 很容 易判断其内部缺陷 。 各种超声波探伤技术的进 步 , 使其可靠性也提高 了 , 因而也 用其进行水 压试验后的最终检验 。 且表面层近旁的微小缺 陷和焊接堆焊层内缺陷 的探伤也已研究了最佳 的探伤方式 , 在定期检查等检验时也经常采用 它 。 又使其与电子计算机连动 , 使其位置与波 形相符的自动探仿与记录 的探伤方式也进人实 际使用 的阶段 了 。 这种比射线检查设备轻巧 , 使用简单的超声波探伤 , 随着其可靠性与实用 性的提高 , 在西德等各国 , 已有很多地方将超 声波探伤代替射线检查方法了 。 最近才开始很快地被广泛采用的检查技术 是声发射方法 。 原来 , 它是为原子反应堆压力 容器作运行 中监视而研制的 。 最近 , 在球形贮 罐与高压容器的定期检查时使用后 , 取得了很 好的效果 。 在工厂内检验时 , 如脱硫反应塔等 设备则如照片那样 , 在水压试验时同时进行 检验的实际例子也很 多 。 检查装置包括其分析 部分在内 , 结构非常轻巧 。 今后通过技术的积 累 , 再对判别标准进一步研究以后 , 将也 可与 其它无损探伤方法一样普及使用 了 。 于这些问题的解决方法 , 前面已经讲过了 。 但 是对于很多长期运行的装置来讲 , 用定期检查 的方法证实其安全性 , 并计划下一步的运行方 法是很必要的 。 定期检查要根据容器打开的程度 , 确定检 查范围 。 但是 , 一般说来 , 焊接接头的磁粉探 伤检查以及超声波探伤检查 , 内部连接焊缝的 染色渗透探伤检查等已经足够了 。 万一发现缺 陷时 , 必须对其缺陷的性质与大小 , 深度等作 出适当的判断 , 并需对是否需要进行修补及其 后