2022年过程设备制造检测--课程设计指导书

1、普通高等学校“十一五”国家级规划教材过程设备制造检测 课程设计指导书 陕西科技大学机电教研室 编著 过控专业系主任 审化学工业出版社教材出版中心1. 课设选题1.1加氢反应器设计题目加氢反应器筒体制造工艺设计二、加氢反应器的设计背景工程科学是关于工程实践的科学基础，现代过程装备与控制工程是工程科学的一个分支，因此，生产实习是工科学习的重要环节。在兰州兰石集团实习期间，对化工设备的发展前景和各种化工容器如反应釜、换热器、储罐、分液器和塔器等的有所了解和学习。生产实习的主要任务是学习化工设备的制造工艺和生产流程，将理论知识与生产实践相结合，理论应用于实际。因此，过程装备与检测的课程设计的设置是十分

2、必要的。由于我们实习的加工车间正在进行加氢反应器的生产，而加氢反应器是石油化工行业的关键设备，其生产工艺和设计制造在化工设备中具有显著的代表性，为此，选择加氢反应器这一典型的化工设备作为课程设计的设计题目。三设备介绍及其发展石油工业中常用的加氢反应器有两类：一类用于高沸点液体或固体（固体需先溶于溶剂或加热熔融）原料的液相加氢过程，如油脂加氢、重质油品的加氢裂解等。另一类反应器用于气相连续加氢过程。反应器的类型可以是列管式或塔式。根据化工生产的实际情况，相应选择合理的结构形式。加氢反应器是石油化工行业的关键设备，通常是在高温(350-480)、高压(0一25MPa)、临氢、有硫化氢等腐蚀介质的恶

3、劣工作条件下运行。早期由于冶金水平和制造工业水平有限，多采用冷壁结构形式的加氢反应器。所谓冷壁一般指设计金属壁温在300以下的加氢反应器，为保持温度，一般在反应器壳体内壁装焊保温钉增设一定厚度的隔热内衬层。20世纪70年代以来，随着冶金、轧制、锻造工艺技术的不断提高，已能够生产出既严格控制化学成分又能保证良好综合力学性能的优质、大厚度加氢用钢板或大型锻件，且先进的可保证特殊技术要求的不锈钢堆焊材料和堆焊技术、工艺技术也已经成熟，近30年来，加氢技术发展迅速，热壁加氢反应器的应用更加广泛。热壁加氢反应器与冷壁加氢反应器相比具有以下显著优点:(1)在相同外形尺寸条件下，增大了反应器内部的有效容积，

4、提高了生产能力;(2) 由于无内衬隔热层，避免了内衬板易破坏造成壳体局部超温导致局部鼓泡破坏;(3) 避免了上述原因造成设备频繁停车修复所造成经济和产量上的损失。因此，热壁加氢反应器逐步取代了冷壁加氢反应器，且具有越来越大型化的趋势。四设计相关内容4.1引用的主要标准及规范 国家质量技术监督局颁发的压力容器安全技术监察规程（99）版GB150-1998 钢制压力容器GB6654-1996 压力容器用钢板（含1、2号修改单）JB4708-2000 钢制压力容器焊接工艺评定JB/T4709-2000 钢制压力容器焊接规程JB4744-2000 钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验JB/T4730

5、-2005 承压设备无损检测JB4726-2000 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件JB4728-2000 压力容器用不锈钢锻件GB/4237-2007 不锈钢热轧钢板和钢带GB/T3280-2007 不锈钢冷轧钢板和钢带GB/T3077-1999 合金结构钢GB/T14976-2002 流体输送用不锈钢无缝钢管JB/T4711-2003 压力容器涂敷与运输包装4.2主要技术参数表一设计压力5.750.1MPa设计温度375177最高工作压力4.88MPa最高工作温度343容器类别三类容器容积立方米腐蚀裕量0水压试验立式7.47卧式7.55MPa盛装介质石脑油、油气、氢气、硫化氢主体材质15Cr

6、MoR4.3.结构特点该加氢精制反应器为板焊结构，其内径，壁厚，由2节组成；封头内半径，壁厚，总重量。整个容器位于裙座圈上，总高度约14011，容器内壁（包括封头、筒体、法兰以及接管和弯管）全部堆焊309L+347 不锈钢，反应器设有油气进出口、催化剂卸料口、冷氢进口、热电偶口、人孔等接管孔，所有接管均采用整体补强结构，裙座采用对接结构，各接管密封采用八角垫结构，设备上下各有一个弯管。容器内部焊有凸台（一周），安装有冷氢盘、分配盘等内件。4.4.使用特点及需解决的问题由于热壁加氢反应器是在高温、高压、临氢及硫和硫化氢介质条件下使用的，因此决定了该设备在使用过程中将会出现：氢腐蚀、氢脆、高温高压

7、硫化氢腐蚀、硫化物应力腐蚀开裂、堆焊层的剥离、CrMo = 5 * CHINESENUM3 五钢的回火脆性破坏等问题。五方案论证过程条件：加氢反应是可逆、放热和分子数减少的反应，根据吕查德里原理，低温、高压有利于化学平衡向加氢反应方向移动。加氢过程所需的温度决定于所用催化剂的活性，活性高者温度可较低。对于在反应温度条件下平衡常数较小的加氢反应（如由一氧化碳加氢合成甲醇），为了提高平衡转化率，反应过程需要在高压下进行，并且也有利于提高反应速度。采用过量的氢，不仅可加快反应速度和提高被加氢物质的转化率，而且有利于导出反应热。过量的氢可循环使用。 筒体直径系列25002800300032003400

8、360038004000筒体厚度mm7882859095959898半球形封头厚度7072757880808082计算半球形封头R？1.2 精馏塔制造工艺设计多晶硅，是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以HYPERLINK /view/14770.htm金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。 多晶硅具有HYPERLINK /view/19928.htm半导体性质，是极为重要的HYPERLINK /view/50720.htm半导体材料。但微量的杂质即可大大影响其导电性。在电子工业中广泛用于制造半导体收音机、HY

9、PERLINK /view/29010.htm录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等基础材料。多晶硅是是当代HYPERLINK /view/2949.htm人工智能、HYPERLINK /view/294361.htm自动控制、HYPERLINK /view/553565.htm信息处理、HYPERLINK /view/1361492.htm光电转换等半导体器件的HYPERLINK /view/1831222.htm电子信息基础材料，被称为“HYPERLINK /view/78025.htm微电子大厦的基石”。当前，晶体HYPERLINK /view/696577.htm硅材料（包括多晶硅

10、和单晶硅）是最主要的HYPERLINK /view/909581.htm光伏材料，其市场占有率在90%以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是HYPERLINK /view/174609.htm太阳能电池的主流材料。多晶硅的需求主要来自于半导体和太阳能电池。其按纯度要求不同，分为电子级和太阳能级。其中，用于HYPERLINK /view/2198857.htm电子级多晶硅占55%左右，太阳能级多晶硅占45%，随着HYPERLINK /view/2205415.htm光伏产业的迅猛发展，太阳能电池对多晶硅需求量的增长速度已高于半导体多晶硅的速度，到2008年HYPERLINK /view/275

11、8636.htm太阳能多晶硅的需求量已超过电子级多晶硅。 目前多晶硅主要的生产技术有（改良）西门子法（三氯氢硅氢还原法），硅烷法(硅烷热分解法)，流化床法。硅烷法是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、硅的直接氢化法等方法制取，硅烷气提纯后在热分解炉中生产纯度较高的棒状多晶硅。硅烷法也有废料，也是氯化物的提纯，工艺难度大，安全要求高，每一步都有转化率，投资更大，以前只有日本小松掌握此技术，由于发生过严重的爆炸事故后，没有继续扩大生产，使得硅烷法尚不能取代西门子法。流化床法是以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内高温高压下生成三氯氢硅，在将三氯氢硅进一步歧化加氢生成二氯二氢硅，继而生成硅烷气

12、。制得的硅烷气通入加入小颗粒硅粉的流化床内进行连续热分解，生成大颗粒多晶硅产品。在流化床内参与反应的硅面积大，生产效率高,电耗低且成本低,适用于大规模生产太阳能多晶硅。但安全性差，危害性大，产品纯度不高。西门子法生产多晶硅的主要工序是高纯石英（经高温焦碳还原）工业硅（酸洗）硅粉（加HCL）SiHCL3（经过粗馏精馏）高纯SiHCL3（和H2反应）高纯多晶硅。西门子生产工艺经过数十年的发展，几经改造，产能规模、自动化控制水平有了很大提高，生产成本不断降低，其关键技术也由敞开生产发展到闭式循环。实践证明，三氯氢硅生产多晶硅，具有安全性相对良好、沉积速率和一次转化率较高，产品纯度较高，同时可适于连续

13、稳定运行等优点，所以成为高纯度多晶硅生产的首选生产技术。世界上主要的多晶硅工厂和我国多晶硅项目均采用了西门子法。在西门子法的生产工序中，为了满足高纯度的需要，必须进一步将工业硅提纯。在第二步中把工业硅粉碎并用无水氯化氢(HCl)与之反应在一个流化床反应器中，生成拟溶解的三氯氢硅(SiHCl3)。其化学反应Si+HClSiHCl3+H2 反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合物(2,1,Si13,SiC14,Si)。 产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解:过滤硅粉，冷凝Si13,SiC14，而气态2,1返回到反应中或排放到大气中。然后利用精馏法分解冷凝物Si13,SiC14

14、。SiHCL3纯度直接影响了多晶硅的纯度，因此精馏工段尤为重要。本次设计以内蒙古鄂尔多斯3000吨多晶硅项目TCS精馏塔的设计为背景，旨在对塔体进行多载荷下的强度稳定性校核。通过对兰州四方容器公司的调研了解到，目前对于大型精馏塔的设计通常采用等径变壁厚结构。在保证塔体强度的基础上，此结构能减少钢材的用量，从而大大节约了成本。对于塔器，受到的外载荷较多，在风载荷，地震载荷，自重载荷以及偏心载荷的联合作用下，塔器能否满足强度和稳定性要求就显得尤为重要。目前，国内的压力容器制造公司主要利用SW6软件进行塔体的强度计算，首先按照常规内压设计出塔体及封头的壁厚，在此基础上，依据结构设计设定出每段筒节的长

15、度，根据厂的实际加工能力，确定出相邻筒节的壁厚差，再利用软件进行强度校核。如果满足强度稳定性等要求，则再分析强度的富余量，如果富余量过大，则可在之前壁厚的基础上减少壁厚，在进行校核；若不满足强度要求，则需要增加壁厚，直到满足强度稳定性要求为止。本次设计的主要任务就是对塔器进行强度稳定性计算。全部手工计算，旨在熟悉塔器强度设计的基本流程，这样就能更加深刻的理解软件计算的原理，熟悉各个参数的含义，为以后更好的应用SW6软件奠定理论基础。目前，ansys在压力容器上的应用越来越广泛，本次毕业设计除了对塔器进行强度校核外，还利用solidworks建立了塔器的三维模型。三维模型的建立，对以后更好的利用

16、应力分析软件奠定了良好的基础。材料选择在多晶硅工艺中，所涉及的气态或液态介质大多具有腐蚀性。在三氯氢硅合成气中，无水状态下三氯氢硅对铁和不锈钢不腐蚀，但三氯氢硅遇水会发生反应，产生有毒的氯化氢。在高温条件下，三氯氢硅能被氢气还原生成硅，同时产生氯化氢气体，再加之氯化氢本身就是反应原料，因此设备的选材必须考虑到氯离子对材料的腐蚀作用。对于奥氏体不锈钢在氯离子环境下的腐蚀，各种权威的书籍均有严格的要求，氯离子含量要小于25ppm，否则就会发生应力腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀。分析氯离子对不锈钢的腐蚀，采取预防措施，延长使用寿命是很重要的。奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%

17、、Ni 8%10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Si、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐HYPERLINK /view/692851.htm晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢对浓硝酸具有良好的耐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。常见奥氏体不锈钢有304（0Cr18Ni9），304L（00Cr19Ni10）,316(06Cr17Ni12Mo2)等。304不锈钢是最廉价、使用最广泛的奥氏体不

18、锈钢（如食品、HYPERLINK /化工、原子能等工业设备）。适用于一般的有机和无机介质。但在硫酸和盐酸中的耐蚀性差，尤其对含氯介质(如冷却水)引起的缝隙腐蚀最敏感。316型不锈钢适用于一般的有机和无机介质。例如,天然冷却水、冷却塔水、软化水，碳酸。但是不宜用于硫酸。由于约含2的Mo，在海水和其他含氯介质中的耐蚀性比304型好,完全可以替代304型。316L型不锈钢耐蚀性和用途与316型基本相同，由于含碳量更低（0.03），故可焊性和焊后的耐蚀性也更好。316Ti(06Cr18Ni12Mo2Ti)是在316型钢的基础上添加Ti元素来增加钢板抗晶间腐蚀能力的材料。此钢板由于抗腐蚀能力强，因此广泛

19、应用于石油化工，化肥，船舶，化肥等行业。在多晶硅行业中，316Ti钢板是普遍被接受的，应用最广泛的材料。本次设计所做的精馏塔，此材料是较好的选择。 塔体条件如表3-1所示。表3-1 塔体已知条件设计已知条件塔体内径Dimm塔体高度 H50860 mm设计压力 p0.6 MP设计温度 t200 oC塔 体材 料06Cr18Ni12Mo2Ti许用应力 t134 MP设计温度下的弹性模量 E2.06105 MP常温屈服点 s205 MP厚度附加量 C1 mm塔体焊接接头系数 1介质密度 1207 /m3塔盘数 N99每块塔盘残存液体高度hw20 mm基本风压值 q0550N/m2地震防裂度8度设计地

20、震基本加速度0.2 g场地类型级地面粗糙度B类偏心质量 me4000 kg偏心距 e2000 mm塔外保温层厚度 s150 mm裙座材料Q345R许用应力st160MP常温屈服点 s345MP设计温度下的弹性模量 Es1.9105 MP人孔 平台数7制造技术条件的规定（1）、 制造用的原材料：应符合各项要求，如设计要求GB150，HG20581，对入厂的材料进行检查和验收，如有必要可进行复检。（2）、 加工和成型：塔体材料在加工过程中，标记应保留。必要时，应将标记转移到工件上，并保证转移标记的正确、无误、清晰、耐久。（3）、 焊接和切割：塔体上开孔应尽量不安排在焊缝及其临近区域，焊接采用电弧焊

21、。不锈钢主要用于耐腐蚀,但也用作耐热钢和低温钢。因此,在焊接不锈钢时,焊条的性能必须与不锈钢的用途相符。焊条烘干温度150-200度，保温1-2小时，不锈钢焊条必须根据母材和工作条件(包括工作温度和接触介质等)来选用8。a）. 一般来说,焊条的选用可参照母材的材质,选用与母材成分相同或相近的焊条。b）. 由于碳含量对不锈钢的抗腐蚀性能有很大的影响,因此,一般选用熔敷金属含碳量不高于母材的不锈钢焊条。c）. 奥氏体不锈钢的焊缝金属应保证力学性能。可通过焊接工艺评定进行验证。d）. 对于在各种腐蚀介质中工作的耐蚀不锈钢,则应按介质和工作温度来选择焊条,并保证其耐腐蚀性能(做焊接接头的腐蚀性能试验)

22、。A212焊条应为最佳选择。A类焊接接头，故采用100%无损检测探伤。射线探伤不低于JB4730规定的二级为合格。焊前准备：焊前：组对前将坡口两侧20mm范围内油污赃物清理干净(用不锈钢刷)，对于有油污不可以用钢丝刷和砂轮清理，用丙酮和或酒精进行清理。坡口加工或下料采用机械加工或等离子加工，不能用火焰切割机。在搬用、坡口的制备、装配个过程，应避免损伤钢材的表面。（4）、 焊后热处理：应符合GB150第10章的有关规定22。4、 耐压试验及泄漏试验耐压试验 液压试验压力: 试验液体一般采用水，试验合格后应立即将水渍清除干净。当无法完全清除水渍时，对奥氏体不锈钢制容器，应控制水的氯离子的含量不超过

23、25mg/L。试验温度对于碳钢不低于5；其它钢制容器进行液压试验时，液体温度不得低于15；试验程序和步骤:试验容器内的气体应当排净并充满液体，试验过程中，应保持容器观察表面的干燥；当试验容器壁金属温度与液体温度接近时，方可缓慢升压至设计压力，确认无泄漏后继续升压之规定的试验压力，保压足够的时间；然后降至设计压力，保压足够的时间进行检查，检查期间应保持不变。液压试验的合格标准：试验过程中，容器无渗漏，无可见的变形和异常声响。液压试验完毕后，应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。由于压力试验已保证塔器的强度，而且证明设备不会有太大的泄漏，综合考虑到介质的毒害性以及设备制造的经济性，所以不用做泄漏试验

24、。例：筒体直径1000mm时：上封头厚度12mm,下封头厚度40mm,筒体各段尺寸如下表： 筒体各段壁厚及对应长度筒体直径1000mm一段二段三段四段五段筒体壁厚(mm)1216222834长度(mm)1382567006400116005025筒体直径系列1000150020002500筒体厚度mm以1000mm为基准各段厚度+5各段厚度+10各段厚度+12上封头厚度mm12182225下封头厚度mm404550521.3 聚酯反应器制造工艺设计 聚酯反应器的结构，由容器和夹套两大部分组成。本聚酯反应器设计压力0.6MPa，内直径mm，壁厚为mm，介质为酯化物。夹套材料为16MnR，筒体材料

25、为16MnR+304。夹套是最常用的外部传热构件，夹套安装在容器的外部，它是一个薄壁筒体，多数还带有一个底封头，套在搅拌反应器的筒体和封头的外部，夹套与容器壁之间形成密封的压力空间，载热体(加热介质)或载冷体(冷却介质)在此压力空间通过容器壁加热或冷却容器内的物质。夹套的主要结构型式有：整体夹套（U型、圆筒型）、通道式夹套(型钢夹套)、蜂窝夹套(短管支撑式或折边锥体式)、半管夹套(半管或弓形管)在夹套容器设计中，通常采用两种夹套结构：容器外壁焊有螺旋形刚性环，其作用是对容器壳体起加强作用，又可以对夹套内的介质流动起导向作用，同时增加传热效果；采用在夹套和容器间焊短管，其作用同前。本设计采用第一

26、种有螺旋导流板的夹套。在夹套内设置螺旋导流板，则螺旋导流板为夹套内的流体导流，能更好地加热或冷却容器内的物料。二：材料验收与复检2.1原材料进厂验收：本夹套选用的材料为16MnR，它属于低合金钢，入库前要对材料进行超声波无损检测，利用超声波无损检测仪对钢板进行检测，如出现偏析、夹杂、疏松和裂纹等情况一律视为不合格产品。其次对材料质证书进行验收，包括材料牌号、规格、供货状态、检验项目及数据、执行标准等；材料质证书经检验合格后，按要求对材料质证书与实物的一致性进行检验；经以上检验合格的原材料还需对一下内容进行检验：外观质量、几何尺寸、凡需复检的原材料应按复检要求的项目进行复检；对无质证书、材料无原

27、始标记、质证书与原材料不一致或复检不合格的原材料，应拒绝接收入库；经验收合格的原材料应按牌号、规格码放在材料合格区内，材料保管员在材料上按规定进行标记移植，该标记经检验人员确认核实2.2焊材的验收：(一)焊接材料进厂后，对焊材质证书的项目、数据是否符合标准、订货协议、技术条件及特殊要求进行检验，检验合格后，材料质量控制负责人给出材料检验编号（二）焊接材料质证书经检验合格后，采购人员会同材料保管员对焊材实物的批号、包装等与质证书进行核实，其内容应统一（三）凡需有复验项目的还应进行复检（四）经检验和复验合格的焊接材料码放在符合管理要求的焊材库，并由保管员在明显的位置做出材料标记。存放焊材的焊材库必

28、须具备以下条件：a.焊材库内温度在5以上；b.焊材库内相对湿度应低于60%，并设置必要的祛湿装置；c.保管员应对焊材库内的温度及湿度，每天上下午各记录一次；d.焊材库内严禁放置油类及水等有害介质（五）焊接材料的发放，应做到先进库的先发放，防止焊接材料在库内存放时间过长（六）对特殊焊材应有专人保管，并设置专门区域存放，以防用混在制造过程中，将两个L型夹套作为一成型体，成型后再切割成两部分。经过计算下料：长mm，宽mm，厚16mm。为保证周边质量，须用刨边机将周边加工光滑。4.1夹套直径D2 与筒体直径D1的关系：D1500600 7001800 20003000D2 D1+50 D1+100 D

29、1+2004.3封闭件材料封闭件的材料选用与夹套相同的材料，即16MnR，低合金钢。4.4封闭件几何尺寸确定（一）封闭件厚度计算：封闭件厚度等于夹套厚度16mm，带圆弧过渡锥形封闭件的锥角一般取45o，过渡部分圆弧半径一般为R20R40mm。（二）封闭件大小端直径的确定：确定封闭件小端内直径时，应考虑筒体卷制时出现的不圆度以及封闭件、容器留有的装配间隙，其值比容器外直径大2mm3mm。封闭件大端内径与夹套筒体内径相同。4.6螺旋导流板设计尺寸计算：a=(D2-D1)/2- D2/500=(4400-4300)/2-4400/500=41.2mm，螺旋导流板高42mm；厚度12mm；内筒直径系列

30、20002200250028003000320035004000筒体厚度mm20+622+625+628+630+632+635+640+61.4 球罐工艺设计丁烯球形储罐结构设计所需的原始数据：设计压力：0.8 MPa设计温度：常温公称容积：10003000m储存物料：丁烯冲装系数：0.9地震设防烈度：7级壳体钢板的选用由于球罐的储存物料是丁烯，丁烯在常温下是无色气体，不溶于水，溶于有机溶剂，并且是易燃易爆气体，并且丁烯会使钢板发生氢脆腐蚀，所以应选择低温并且抗氢的材料，根据GB150附录A（材料补充规定），各种钢材的比较选用了07MnNiCrMoVDR低温低合金钢板，即含碳量7的抗氢抗硫D

31、级的压力容器专用钢板。07MnNiCrMoVDR的力学性能：使用状态（交货状态）：调质；钢板厚度：1670；常温强度指标：屈服点=490 MPa；抗拉强度=610 MPa；伸长率21 温度：-40 20下的许用应力 ：203 MPa1.1 球罐的特点 随着世界各国综合国力和科学技术水平的提高，球形容器的制造水平也在高速发展。近年来，我国在石油化工、合成氨、城市燃气建设中，大型化球形容器得到了广泛的应用。在石化企业、国防工业、冶金工业及城市燃气中，用于储存液态丙烷、丁烷、丙烯、丁烯及其混合物(LPG)、液化天然气(LNG)、液氧、液氮和液氨、液氢等物料。球形容器广泛应用于石油、化工、冶金等部门，

32、它可以用来作为液化石油气、液化天然气、液氧、液氨、液氮及其他介质的储存容器。也可作为压缩气体的储罐。 球形储罐与其他型式的压力容器比较，有许多突出的优点。如与同等容量，相同工作压力的圆筒形压力容器比较，球罐具有表面积小，所需钢板厚度较薄，因而具有耗钢量少，重量轻的优点。此外，球罐还有制造方便，易于大型化、占地面积小、操作管理和检修方便等特点。由于这些特点，再加上球罐基础简单、受风面小、外形美观，可用于美化工程环境等原因，使球罐的应用得到很大发展，球形储罐是一种钢制容器设备。在石油炼制工业和石油化工中主要用于贮存和运输液态或气态物料。操作温度一般为-5050,操作压力一般在3MPa以下。但球罐的

33、制造、焊接和组装要求很严，检验工作量大，制造费用较高。 国内外球罐技术发展的方向都是高参数大型化，球罐大型化可以降低单位容积存储能力的投资，节省占地，也节省了辅助设施的费用，同时便于管理。国外先进工业国家开展石油液化气球罐大型化工作较早，技术水平较高，由于石油化工的高速发展，需要将液化天然气及液化石油气进行大规模的运输和贮存，球罐的应用得到进一步发展,不仅数量迅速增加,日趋大型化，而且向超高压、极低温发展。国际上目前最大液态介质球罐直径27.4m,容积10770m；最大城市煤气球罐直径 72.55m，容积200000m。中国目前大多数球罐容积为2001000m,最大容积8250m、直径25.1

34、m。随着科学技术的不断进步，材料、焊接、制造、现场组焊技术的不断提高、球罐也正向着高参数和多品种方向发展。设计压力从0.093兆帕的真空度到几十个兆帕，工作温度为-250850，球壳结构从单层到多层，品种非常广泛。但球罐大型化是最主要的发展趋势。 球罐与常用的圆筒形容器相比具有以下特点：（1）球罐表面积最小，即在相同容量下球罐所需钢材面积最小；（2）球罐板壳承载能力比圆筒形容其大一倍，即在相同直径，相同压力下，采用同样的钢板时，球罐的板厚只需圆筒形容器板厚的一半；（3）球罐占地面积小，且可向空间高度发展，有利于地表面积的利用。综合以上特点，再加上球罐基础简单，受风面小，外观漂亮，使球罐的应用得

35、到很大的发展。1.2 球罐的分类球罐可按不同方式分类，如按储存温度、结构形式等。按储存温度分类：球罐一般用于常温或低温。（1） 常温球罐 如液化石油气、氨、煤气、氮、氧等球罐。常温球罐的设计温度大于-20。（2） 低温球罐 这类球罐的设计温度或等于-20，一般不低于-100。压力属于中等。（3） 深冷球罐 设计温度在-100以下，往往在介质液化点以下储存，压力不高，有时为常压。由于保冷要求高，常采用双层球壳。按结构形式分：圆球形、椭球形、水滴形或以上形式的混合。圆球形按分瓣方式有橘瓣式、足球瓣式、混合式三种。圆球形按照支撑方式分为支柱式和裙座式两大类。每班一组，每组3人。球壳直径系列15001

36、800200022002400260028003000筒体厚度mm30353540404550501.5 锁斗制造工艺设计设计背景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

37、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

38、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。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：295700 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： m 3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)制造所遵循的规范1.钢制压力容器GB15019982.压力容器安全技术监察规程99版3.钢制塔式容器JB/T471020054.塔器设计技术规定HG 2065

39、219985.钢制压力容器焊接规程JB/T470920006.钢制化工容器制造技术要求HG2058419987.压力容器涂敷与运输包装JB/T471120038.压力容器用钢焊条订货技术条件JB/T47472002四、整体结构分析1锁斗的制造难点及解决方案锁斗锥体成型材质：16MnR锁斗锥体制造难点在于如何保证锥体大小端面的平行度和上下端面的同心度。锁斗锥体由4瓣压制组成，下料按锥体展开放样划下料线，每边留20mm余量，压制时由于没有合适的模具，不能一次压制成型。如果当时现提工装模具，一是耽误周期，再者也增加了制造成本。根据实际情况，工艺果断采取用现有模具通过水压机逐步压制，使其达到设计尺寸要

40、求。压制时采用平面样板检验上下口尺寸以及轮廓处的R，保证样板与单片锥体间的间隙在1 mm左右，压制成型后，用1：1的立体样板进行实际测量，根据测量情况，用水压机对不符合尺寸要求的部为进行校正，然后根据立体样板的尺寸划出余量线，气割取出余量线后，再用立体样板进行精整型直至达到设计要求。锁斗的整体检验 由于锁斗的形状不规则，许多关键尺寸为空间尺寸，给装配后的测量带来很大困难。利用机加中心的数显功能进行测量，方便、快捷、准确，解决了整体测量的难题。经测量，锁斗的整体尺寸完全符合图纸要求，均在公差范围内。总体制造工艺设计材检喷砂探伤号料气割水压机装配焊接热处理气割打磨喷丸气割打磨探伤号料气割焊接立车镗

41、气割打磨探伤装配焊接热处理打磨探伤筒体直径系列20002400280032003400360038004000筒体厚度mm50607080859095100椎体厚度mm50607080859095100锥体锥角(度)6060606060606060锥体出料口直径系列mm300300350350400400450450计算锥体高度mm1.6 循环氢压缩机入口分液罐顶封头制造工艺一设计背景： 随着社会的发展，工业技术更是突飞猛进，无论从种类还是强度上，对容器的要求也越来越高，工业生产中工艺条件越来越复杂，需要各种各样的设备来满足社会的需求，比如一些设备无法对气体和液体的混合物进行压缩，那么流体在进

42、入该容器之前必须对其要进行分离，分液罐正是由于这种需要的需求而生产的设备。它是一种放空气中酸性气液体成分在其中分离并储存的装置。在反应装置后加装分液罐可以大大增加产品分离速率，提高生产效率。因工业生产的需要，分液罐的设计与生产成为工业研究的一项不可缺少的任务。二产品介绍及工艺流程：循环氢压缩机入口分液罐是一种放空气中酸性气液体成分在其中分离并储存的装置。在反应装置后加装分液罐可以大大增加产品分离速率，提高生产效率。工艺流程如下：装配底封头打磨探伤堆焊裙座外侧退火打磨探伤组装上封头探伤装焊下端裙座装焊下接管及附件探伤终检喷砂测HB水压试验探伤喷砂.清理油漆.包装.运输。三技术特性及要求：31.

43、技术要求：1）本设备应按108061D113070002/N1容器外行尺寸允许偏差和108061D113070002/N5纯净钢设备制造和验收技术条件进行制造和验收；2）本设备外防腐应符合00000SPSTOP0205R.3涂漆规定的要求； 3）图中所注明筒体和封头的厚度系成品后的最小尺寸； 4）图中所注明的开口外伸高度系指法兰密封面至开孔中心线与设备外壁交点的距离；5）合成脱液器支持圈厚度是16mm，材料为Q235-B;6) 所有与设备壁相焊的附件应在制造厂焊接完毕，并与设备一起热处理；7）材料表中紧固件的数量不包含备份数量；8）接管的端面与中心线垂直，偏差不得超过0.5;9) 密封面应该光

44、滑，不能有划痕，划线等降低法兰密封和强度的缺陷。3.2技术特性：压力容器等级：三级； 介质名称：油以及含硫污水和氧气；最高（低）工作温度：150； 工作压力：13.94MPa; 基本风压：750Pa; 地面粗糙度：B类；设计温度：170； 设计压力15.2 MPa; 腐蚀余量：6mm； 焊后热处理：是；焊接接头系数：1.0； 抗震强度：7级； 材料：SA516Cr70(HIC);执行标准：681501998，108061D113070002/N5 ；液压试验压力：立试（19.0 MPa），卧试（19.1 MPa）;每班两组，每组3人。筒体直径系列220024002600280030003200

45、34003600筒体厚度mm7882858590909595半球形封头厚度7072757578788282计算半球形封头R？2.精馏塔制造实例介绍2.1 精馏塔上封头制造工艺设计模板 上封头的总体生产工艺过程（工艺过程）：原材料入库原材料复检预处理划线及标记下料边缘加工开破口拼接修平焊缝热冲压成型修正并去除氧化皮热处理无损探伤封头制造的准备：包括如钢板的检测和保存，钢板的预处理方法和工艺；展开计算、划线，切割加工等，封头的拼接设计； 钢板的检测和保存：外观检验、几何尺寸检验、理化检验和钢板的超声波探伤，其中超声波探伤结果按ZBJ74003-88压力容器用钢板超声波探伤规定的质量分级，应不低于级

46、。 钢板的处理方法和工艺 原材料净化:原材料在轧制以后以及运输和库存期间，表面常产生铁锈和氧化皮，粘上油污和泥土。经过划线、切割成型、焊接等工序后，工件表面会粘上铁渣，产生伤痕，焊缝及近缝区会产生氧化膜。这些污物的存在，讲影响设备制造质量，所以必须净化。在设备制造中净化主要有以下目的：（1）清除焊缝两边缘的油污和铁锈物，以保证焊接质量。（2）为下道工序做准备，即是下道工序的工艺要求。（3）保持设备的耐腐蚀性。常用的净化方法有：手工净化、机械净化、化学净化和火焰净化四种。封头原坯料采用机械净化中的喷砂机除锈。喷砂是大面积去除铁锈和氧化膜的先进方法。它是利用高速喷出的压缩空气流带出来的高速运动的砂

47、粒冲击工件表面而打落铁锈和氧化膜的方法。 矫形：设备制造所用的钢板、型钢、钢管等，在运输和存放过程中，会产生弯曲波浪变形或者扭曲变形。这些直接影响了划线切割弯卷和装配等工序的尺寸精度，从而影响了设备的制造质量，有可能造成误差超差而成为废品，所以当材料的变形超过允许范围时必须进行矫正处理。常用的矫形方法有手工矫形，机械矫形，火焰加热矫形。划线：划线是在原材料或经初加工坯料上划出下料线下料线各种位置线和检查线等，划线工序通常包括对零件的展开计算，号料和打标记等一系列操作。(1)封头的展开计算将零件的空间曲面展成平面称为展图，是划线的主要工作环节。该封头为标准椭圆形封头，材料为06Cr18Ni12M

48、o2Ti，封头内径Di=1500mm 封头壁厚=18mm 封头中径Dm=Di+=1500+18=1518mm 直边高度h=40mm 根据等弧长法，将封头展开成圆形板坯，其尺寸：Da=1.213Dg+1.5h=1.2131500+1.540=1880mm（2）号料将展开图正式画在钢板上的作业称为号料，其要考虑加工余量，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。号料时应注意以下问题如表5-1所示： 表5-1加工余量选择：边缘加工余量焊接坡口间隙焊缝收缩量切割余量划线

49、公差7mm4mm-10mm7mm实际用料线尺寸=展开尺寸焊接坡口间隙+焊缝收缩量边缘加工余量=1880-4+7=1883mm切割下料尺寸线=实际用料线尺寸+切割余量+划线公差=1880+10+7=1897mm 考虑余量后，板坯尺寸取200018(mm)排样样板或零件在钢材上如何排列对钢材的利用率影响很大，应尽可能紧凑的排列，充分利用钢板。打标记 线完成后，为保证加工尺寸精度及防止下料尺寸模糊不清等，在切割线、刨边线、开孔中心及装配线等处均匀打上冲眼，用油漆标明标号、产品工号和材料标记移植等，以指导切割，成型，组焊等后续 工序的进行。 切割及边缘加工 按照所划的切割线从原材料上切割下零件毛坯，该

50、工序称为切割，常用方法有机械切割（锯床、圆盘剪板机等），热切割（氧气切割、等离子切割等）。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 HYPERLINK /list/jdzl.shtml 节能效果。它不受物性限制，可切金属也可切非金属，适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

51、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。精馏塔封头钢板切割选用等离子切割 边缘加工：首先，按照划线切割余量，消除切割时边缘可能产生的加工硬化、裂纹、热影响区及其他切割缺陷；其次，根据图样规定，加工各种形式，尺寸的坡口，通常加工方法有手工加工，机械加工，热切割加工。 板坯加热 因为 相对厚

52、度/Do100=18/2000100=0.90.7 且封头冷、热冲压与相对厚度的关系知，该封头为热冲压，冲压前，把板坯加热至始锻温度，放在压力机上冲压，到终锻温度时停止冲压，封头毛坯加工工艺如图5-1曲线所示。 图5-1封头的拼接设计：因为展开计算后的圆形坯料D0为2000mm1500mm，所以拼焊焊缝数取为1，焊缝距圆形中心线距离D0/4=500mm,取400mm.拼接的焊接方法选择、焊接工艺设计，工艺参数确定以及相应的检测、热处理方法等； 拼接的焊接方法选择:手工电弧焊电弧稳定性好，设备简单、操作维护方便适合全位焊接，适用于各种钢种，各种角度和各种结构的焊接，因电弧温度高，焊接速度较快，热

53、影响区小，焊接接头的机械性能较为理想，所以焊接质量好，同时，手工电弧焊易于分散应力和控制变形，所有焊接结构中，因受热应力的影响，都存在着焊接残余应力和变形，采用手工电弧焊，可以通过工艺调整，如跳焊、对称焊等方法来减少变形和改善应力分布。该封头的厚度较小，所以综上选择手工电弧焊。 焊接工艺设计 焊接参数 （1） 焊条的选择和焊条直径奥氏体不锈钢焊条选用要保证焊缝金属具有与母材的化学成分和机械性能大致相近，同时还要求保证焊缝金属具有优良的耐腐蚀性能。含碳量对不锈钢的耐腐蚀性能影响很大，一般选用焊条熔敷金属中的含碳量不高于母材的焊条。根据钢制压力容器焊接规程选用A212型焊条，A212是钛钙型药皮的

54、低碳含Nb稳定剂的Cr18Ni12Mo2Nb不锈钢焊条，其具有很好的抗晶间腐蚀性能，有优良的操作工艺性能，而且可交直流两用。一般情况下焊条直径根据被焊工件的厚度来选择，水平焊对接时焊条直径的选择见表7-1. 另外还要考虑接头形式、焊接位置、焊接层数等的影响。 表7-1 焊条直径的选择 工件厚度/mm1.52 341281212焊条直径/mm1.62.02.53.23.244556故由工件厚度18mm选择焊条直径5mm（2） 焊接线能量 焊接线能量公式为Q=IU60/V 其中 Q-焊接线能量（J/cm） I-焊接电流（A） U-电弧电压（V） V-焊接速度（cm/min）不锈钢焊接线能量应在保证

55、熔合良好的情况下尽量采用小线能量。（3） 焊接电流 对于手工电弧焊，焊接电流是影响焊接质量的关键。焊接电流过小，电弧燃烧不稳定，对工件加热不充分，易造成未焊透、未熔合、气孔、夹渣等缺陷；焊接电流过大，易使焊条发红、药皮崩落和失效，使其保护作用下降，影响接头成形，使热影响区增宽、晶粒粗大。一般情况下根据焊条直径来选择焊接电流的范围，如表7-2所示，同时还要考虑板厚、接头形式、焊接位置、施焊环境温度、工件材质等因素。 表7-2焊接电流与焊条直径的关系焊条直径/mm1.62.02.53.2456焊接电流/A254040655080100130160210200270260300（4） 焊接电弧电压

56、焊接电弧电压的大小一般为2030V，主要由电弧长度决定。电弧长则电弧电压高；反之电弧电压低。 电弧长度一般为26mm。（5） 焊接速度 焊接速度的大小直接影响着生产效率，通常在保证焊缝熔透的情况下尽量采用较大的焊接速度。（6） 焊接层数 焊接层数用下式估算 n=/d 其中 n-焊接层数 -工件厚度，mm d-焊条直径，mm则 n=18/54焊接坡口设计：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

57、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。 焊接坡口形式的选定要保证全焊透，方便从坡口加工、焊接、修磨整个实焊过程，而且要尽量减少焊接量。钢板厚度为18mm，材料为奥氏体不锈钢，选择手工电弧焊，坡口选择V型焊接坡口，结构尺寸如图7-1所示: 图7-1焊接注意事项 由于材料为奥氏体不锈钢，所以焊接过

58、程中需要注意一下方面：（1） 焊前准备焊件表面清理：焊件待处理两侧各20mm表面应彻底清理干净。焊条的烘干：奥氏 体不锈钢焊缝中的气孔主要是氢气孔，熔滴及熔池中的氢主要来源是药皮中的水分，所以焊条使用前应进行复烘。（2）焊接过程中 1） 不允许焊条在非焊接部位引弧，地线应与工件夹紧，焊接平台不应作地线用，以免引弧点和局部受热出现局部腐蚀。2） 由于奥氏体不锈钢电阻大，导热性差，可采用小焊接电流、高焊速、窄焊道、短弧、不做横向摆动，以降低热输入，提高熔池冷却速度，减少偏析。3） 采用多层多道焊，焊缝的打底采用单面焊双面成形技术，打底焊道应确保熔透。4） 原则上不预热，每焊完一道要彻底清除熔渣，层

59、间温度控制在60以内，每道焊缝焊完后用水冲淋，以减少焊缝的高温停留时间。5） 与腐蚀介质接触的焊层可考虑最后施焊，以提高焊缝金属的耐腐蚀能力。6） 焊后对焊缝进行酸洗钝化处理以增强其耐腐蚀性能。 7.5 检测方法：封头拼接焊缝属于凸型封头上拼接焊缝，为A类焊缝，进行或者超声波检测.探伤标准如表7-3所示 表7-3 探伤标准超声波探伤JB1152-81锅炉和钢制压力容器对接焊缝超声波探伤射线探伤GB3323-87钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级 不锈钢封头成型的注意事项，成形工艺设计及相关计算、模具设计、设备选用等，检测方法选择、热处理方法选择，边缘加工方法等。 不锈钢封头成型的注意事项 封头

60、的冲压过程属于拉延过程，在冲压过程中各部分的应力状态和变形情况都不同，处于压边圈下部分的毛坯边缘A部分，由于封头的下压力使其经受径向拉伸应力，并向中心流动，坯料外直径减小；边缘金属沿切向收缩，产生切向压缩应力，会使边缘丧失稳定性而产生褶皱；常用压边圈将边缘压紧，则在板厚方向又产生压应力，即法兰部分承受三向应力状态。处于下模圆角部分的材料，除受到径向拉伸应力和切向压缩应力外，还受到弯曲应力。空隙部分仍受到径向拉伸应力和切向压缩应力，而板厚方向不受力，处于自由状态，封头底部的材料，径向和切向都受到拉应力，有较小的伸长，所以壁厚略有减薄。 成形工艺设计及相关计算成形工艺设计：由相对厚度18100/2