高压洗氨塔标准与规范课程设计

1、目 录摘 要11高压洗氨塔产品结构分析11.1 产品结构分析12标准22.1 标准应用23材料复查33.1 成分及性能标准34预处理44.1 钢材矫正的基本原理和方法44.2 钢板矫正设备55筒体制造65.1 筒体的划线、号料65.2 钢板的下料及边缘加工75.3 筒节卷制75.4 筒节装配116封头制造126.1下料126.2 封头冲压设计136.3二次切割146.4影响封头成形质量的主要因素156.5筒体与封头装配焊接16参考文献18高压洗氨塔标准与规范课程设计摘 要本次设计的产品是筒体容积为1.7m的洗氨装置，高压洗氨塔。洗氨过程是日常工业生产中一个非常重要的过程，因此，高压洗氨塔设备就

2、会显得尤为重要。设计本产品时要严格要求各项技术参数。对高压洗氨塔结构做一个简明的介绍，筒体总长约为9438mm，内径为500mm，筒体内层板厚均为16mm，外面包扎三层厚度均为8mm。该产品的主要设计参数为：设计压力14MPa，设计温度80，说明制作构件符合的标准。由于各个构件所用的钢材不同，还要对每一种钢材进行焊接性分析。详细介绍封头、筒体的制作工艺以及封头和筒体的尺寸计算。装配过程中，主要介绍筒体的环缝、纵缝的焊接以及筒体与封头之间的环缝焊接。装配过后需要对焊缝进行无损探伤检测。关键词：高压洗氨塔；技术参数；主要设计参数1高压洗氨塔产品结构分析1.1 产品结构分析高压洗氨塔属于III类压力

3、容器。高压洗氨塔主要由封头、筒节、法兰、裙座、接管组成，高压洗氨塔内径=500mm，壁厚40mm，高压洗氨塔筒体长度L=9438mm,筒体两端配封头，内筒材料16MnR(热轧)，内筒名义厚度16mm。层板或绕带材料材料16MnR(热轧)，每层厚度8mm，共三层总厚度24mm。上封头为静密封材料为16Mn，厚度140mm。下封头球形密封材料16MnR(正火)，厚度30mm。如图1高压洗氨塔结构图。图1 高压洗氨塔结构图2标准2.1标准应用产品纵、环对接焊缝按GB/T4730.2-2005-2005钢熔化焊对接接头射线照相标准进行100%射线探伤，级为合格。本设备按GB150-98钢制压力容器进行

4、制造、试验和验收，并接受压力容器安全技术监察规程的监察。焊接材料质量管理规程：GB/T3323-1996GB150-1998 钢制压力容器JB/4709-2000 钢制压力容器焊接规程筒体16MnR符合GB66544-1996标准，20MnMo、16Mn等锻件符合JB4726-2000标准。3材料复查3.1成分及性能标准筒体由16MnR(热轧)构成,封头由16MnR(正火)和16Mn构成。其主要成份见表1，主要性能见表2。化学成份CMnSiSPNbN百分比0.18%1.70%0.50% 0.025%0.030%0.07%0.50%CuMoV TiCrMoAl0.30%0.10%0.15% 0.

5、20%0.30%0.10%0.015%表1 16MnR(热轧)的化学成份性能屈服强度抗拉强度伸长率要求345MPa450-630MPa21%表2 16MnR(热轧)检验性能封头由16Mn构成，主要成分见表3，主要性能见表4。表3 16Mn的化学成份化学成分CSiMnPSNiCrCu百分比0.13-0.190.20-0.600.35-0.650.0350.0350.300.300.25表4 16Mn主要性能性能抗拉强度 (MPa)屈服强度 (MPa)伸长率 ()冲击试验20要求41034325 34J4预处理按照GB/T8923-1988涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级，规定钢材涂装前表面除锈质

6、量，按照GB/T13288涂装前钢材表面粗糙度等级的评定（比较样块法），用标准样块比较评比粗糙度等级，或用仪器直接测定表面粗糙度值。对材料的预处理一是对材料表面的清理，去除氧化层；二是对钢板的矫正，消除变形。预处理完成后要求材料平整，表面光洁无划痕。对于板材的局部不平度，使用长度为1m的平尺检查,在任意 1m2范围内,当钢板厚度大于14mm时,间隙应小于或等于1mm; 当钢板厚度小于或等于14mm时,间隙小于或等于1.5mm;否则使用平板机矫正。4.1钢材矫正的基本原理和方法钢材的任何变形都是由于钢材在外力的作用下其局部发生塑性变形使某一部分纤维被拉长，而另一部分纤维被压缩而造成的。因此，矫正

7、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，或是使其它部分的纤维也拉长或缩短，产生与局部纤维相同的变形，从而达到矫正的目的。按操作的方法矫正可分为手工矫正、机械矫正、火焰矫正三种。本设计选择机械矫正，如图2所示。图2多辊式矫平机工作原理图4.2钢板矫正设备钢板的矫正，一般情况下都是采用多辊板料矫正机进行机械矫正，但特殊情况，如对于厚板、小块板料的矫正，也可以用三辊卷板机和各种压力机来代替多辊板材矫平机进行矫正，少数情况下也可进行手工校正。本工艺中钢材16MnR，板厚为16mm。选用11辊矫正机，其参数情况见表5。表5矫正机参数辊数辊距/mm辊径/mm钢板最小厚度40kg/mm2

8、/mm最大矫正度/m-主电机最大功率/kw1136032050.32205筒体制造5.1 筒体的划线、号料划线与号料就是根据施工图样及工艺上的要求，正确地确定待加工的零件的坯料尺寸及形状，用划线的方法在钢板上号料，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，同时也对以后的装配和焊接工序有一定的影响。筒节在划线、下料之前应先选取制作筒节钢板的尺寸规格。筒体的展开长度即为钢板的下料长度，对于16MnR材质的钢板规格及壳体长度8070mm，故设计为6节筒节，装配间隙为2mm，加工余量为30mm。此钢板采用自动等离子切割方法，切割后尚需进

9、行边缘机械加工，留取3mm的加工余量。由于筒节为回转体，划线前要进行展开，可采用计算展开法，考虑壁厚因素，按中径展开。根据公式： L=（D g+）+S 式中：L筒节毛坯展开长度（mm）;D g容器公称直径（mm）; 容器壁厚（mm）;S加工余量（包括切割余量、刨边余量和焊接收缩量等）（mm），与加工方法和板厚有关，如果两侧均需刨边，则取10-15mm。内筒的展开长度L= 3.14(500 + 16) +10= 1630mm。最内层层板展开长度L= 3.14(500 + 32+8) +10= 1705mm。中层层板展开长度L= 3.14(500 + 32+16+8) +10= 1755mm 。外

10、层层板展开长度 L= 3.14(500 + 32+16+16+8) +10= 1806mm。内筒节的展开长度即为选用板材的长度，选用筒体所选用的钢板长度为1700mm、宽度为1500mm、厚度为16mm。最内层层板的展开长度即为选用板材的长度，选用层板所选用的钢板长度为1800mm、宽度为1500mm、厚度为8mm。中层与外层层板的展开长度即为选用板材的长度，选用层板所选用的钢板长度为1900mm、宽度为1500mm、厚度为8mm。5.2 钢板的下料及边缘加工钢板经过划线和号料后即转入下料工序。钢板的下料可采用机械切割或热切割完成。如果材料有加工硬化或淬硬现象，切割后待焊边缘应作进一步的机械加

11、工，对于厚板则要作边缘坡口加工。不锈钢切割时要注意要尽量减少热影响区厚度，防止造成敏化区晶间腐蚀，可选用能量集中的切割方法。Q345R低合金高强钢选择等离子弧切割下料。 5.3 筒节卷制 卷制成形是将钢板放在卷板机上进行滚卷成筒节，其优点是操作简便、成形连续、均匀、快速。DN1000冷凝液冷却器筒节卷制选用对称式三辊卷板机，其型号为 W11-202000。其工作原理如图3所示。 图3 三辊卷板机工作原理1-上辊；2-下辊；3-钢板（1）预弯采用卷板机预弯。凡是可以进行不对称弯曲的卷板机或带弯边垫板的三辊卷板机都具有弯边的能力。胎具厚度一般不小于卷制钢板厚度的两倍，选取厚度为32mm，其曲率半径

12、应稍微小于被弯钢板的半径，预弯的长度通常要不小于两下辊中心距的一半，取200mm，如图4所示。图4预弯原理图（2）对中预弯后将钢板放入卷板机上、下辊之间进行滚卷，注意将钢板放正、对中，使工件的母线与辊子轴线平行，防止产生扭斜。对中方法可先在钢板上划出中线，然后与下辊表面的线槽对正，即完成可对中。（3）卷圆钢板对中以后，就可以调下上辊压住钢板并使之产生一定的弯曲，开动机床进行弯曲。每辊卷一次行程，便适当调整上辊一次，经过这样多次滚卷后就可以将钢板弯曲成所需要的曲率。冷卷时须考虑到回弹，要有一定的过卷量，一般为2030mm，且当曲率达到要求时还应在此曲率下多卷几次。热卷时不必考虑回弹。（4）纵缝焊

13、接要求在焊接前应清除待焊部位及其周围的污物和油锈等杂质。组对时须严格控制间隙、错边，并保证间隙的均匀一致性。焊条电弧焊定位焊，间隔100150mm，焊缝长度810mm 具体工艺见焊接工艺卡。焊后焊缝探伤，每个筒节纵缝焊接后需进行矫圆，矫圆后在进行环缝焊接。为防止筒体椭圆变形可以在筒体内使用径向推掌器撑圆。工卡具、吊耳、引熄弧板等须统一设置，保证外表面平齐以免造成焊缝两端与整条焊缝的不一致性。筒节纵缝装配如图5所示。图5 筒节纵缝装配1-引弧板 2-筒节 3- 熄弧板 （5）矫圆矫圆前筒节上引（熄）弧板必须采用切割方法取下，不能用锤击方法取下。一般矫圆分三个步骤：加载 根据经验或计算将辊筒调到所

14、需的最大矫正曲率位置。滚圆 将滚筒在矫正曲率下滚卷12圈（着重滚卷近焊缝区）使整圆曲率均匀一致。卸载 逐渐卸除载荷，使工件在逐渐减少的矫正载荷下多次滚卷。（6）圆筒内直径允许偏差及制作要求用板材卷制时，内直径允许偏差可通过外圆周长加工以控制，其外圆周长允许上偏差为10mm，下偏差为0。圆筒同一断面上最大最小直径之差（如图6所示）e0.5%DN且当，DN1200mm时，其值不大于7mm，即冷却器的e5mm。图6 壳体同一断面上最大内径与最小内径之差圆筒直线度允许偏差是L/1000（L为圆筒总长），且当L6000mm时，其值不大于4.5mm。即管箱直线度允许偏差不大于0.65mm,壳体的筒节直线度

15、允许偏差不大于1.48mm。直线度检查应通过中心线的水平和垂直面，即沿圆周0、90、180、270四个位置测量。5.4筒节装配高压洗氨塔的筒体是由五个筒节组焊而成，筒节制作完成后，要将两个筒节装配焊接在一起，即对筒体环缝（B缝）进行焊接。此道工序在焊接滚轮架上进行，筒体装配法如图7所示。高压洗氨塔的筒体的环缝施焊前，应清除坡口及其母材两侧表面20mm范围内的油污、熔渣、氧化物及其他有害杂质。 图7 筒体装配法为了保证定位准确，进行环缝焊接前要进行焊条电弧定位焊。定位焊是用来固定各焊接部件之间的相对位置以保证焊件得到正确的几何形状和尺寸而进行的焊接。因为定位焊是断续焊，焊件温度比正常焊接时要低，

16、热量不足容易产生未焊透，故定位焊电流应比焊接电流大10%15%，特别注意定位焊后应尽快进行焊接，避免中途停顿和间隔时间过长,定位焊长度为810mm，间距100150mm。6封头制造6.1下料下料前需要在原钢材上切取一块适当大小的试样，需要测试钢材的物理性能，还要对钢材的化学元素含量进行分析，因为钢材的物理性能会影响封头的减薄率，同时钢材的化学元素含量的多少又会影响焊接质量。制作封头的第一道工序就是下料，最终封头质量的好坏取决于下料下的好不好。封头的形状如图8所示，封头计算尺寸：=1.42（+）+50 1.4250035+50810式中：-毛坯料直径-封头内径50-二次切割余量-壁厚 图 8 封

17、头示意图 6.2 封头冲压设计（1）坯料加热国标在冲压封头方法主要有两种，一种是冷冲压，另外一种是热冲压,选取哪种冲压方式需要根据材料的性质以及实际生产设备来选用。本设计采用热冲压工艺。在能保证加热质量的条件下，尽量使加热速度加快以节省加热时间，特别是金属不宜在高温条件下长时间停留，避免过度烧损以及氧化。不能再炉膛升温过程中放入工件，等待炉膛温度达到工件要求的温度时，再将需要加热的工件放入。严格控制被加热件的加热温度和加热时间，如表6所示。表6 Q345R的加热温度和时间加热温度（）9601050保温时间（min）24始压温度（）9301000停压温度（）800 （2）压延力计算 其中：e-压

18、边力影响系数，有压边时e=1.2；K-封头形状影响系数，圆形封头K=1.42；-坯料直径，mm；-材料的高温抗拉强度，MPa；-坯料板厚，mm；-下模直径，mm。代入数据：F=1.21.423.14（810-580）35301292160.24（N）=129.2（吨）冲压设备可采用大型四立柱式水压机或油压机。本设计选用1000吨四柱式油压机来压制封头。因为在压制封头时/10011.2（为板厚；为封头坯料直径），所以要使用压边圈，压边圈的作用是用来防止起皱的，应安装在凹模上面，与凹模表面之间，留有1.151.2倍板厚的间隙。由于=8100-500=310，所以6-45。因此，高压洗氨塔的封头属于

19、中壁封头，中壁封头一般是一次冲压成形，不需要特殊措施。6.3二次切割修边余量是考虑在成形加工工艺过程不稳定时，出现较难掌握的变形及准确形状，在下料时预先加放的100mm余量，在冲压完成后，需将多余的部分进行二次划线，以得到正确的尺寸。划线后多余的直边进行割边操作，割边时需借助焊接回转台进行操作。切割的同时还要进行坡口加工，以备部件装配时使用。6.4影响封头成形质量的主要因素影响封头壁厚变化的因素很多，归纳起来，大致有下列几方面： 材料的性能； 封头的形状； 下冲模圆角半径越大，变薄量越小； 上下冲模间的间隙小，则变薄严重； 润滑情况好，则减薄小； 加热温度越高，变薄量大； 压边力大，则变薄严重

20、； 封头成形质量检查方法如图9所示。图9 封头成形质量检查方法6.5筒体与封头装配焊接将筒体放置在滚轮支架上，然后在封头的端部焊接一个吊环，目的是供吊封头使用，再用固定板将封头和筒体固定，调整好间隙和错边量之后进行定位焊，然后采用埋弧焊进行装配焊接。封头装配时可以使用如图所示的装配方法，借助带有真空夹紧器的专门装置来完成。真空夹紧器原理是利用真空泵或抽气机筒排除夹具内的空气，使夹具内腔形成真空状态，然后借助大气压将工件夹紧的装置。真空夹紧器适用于夹紧特薄的工件。封头的装配示意图如图10所示。图 10 封头装配示意图1.封头 2.筒体 3.吊耳 4.吊钩 5.滚轮架 6.形固定板因为封头与筒体壁的厚度存在差异，所