高壓洗氨塔標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范課程設(shè)計

1、摘要11高壓洗氨塔產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析11.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析12標(biāo)準(zhǔn)2標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用23材料復(fù)查3成分及性能標(biāo)準(zhǔn)34預(yù)處理4鋼材矯正的基本原理和方法4鋼板矯正設(shè)備55筒體制造65.1 筒體的劃線、號料65.2 鋼板的下料及邊緣加工75.3 筒節(jié)卷制7筒節(jié)裝配116封頭制造12下料126.2 封頭沖壓設(shè)計13二次切割14影響封頭成形質(zhì)量的主要因素15筒體與封頭裝配焊接16參考文獻18摘 要本次設(shè)計的產(chǎn)品是筒體容積為1.7m³的洗氨裝置，高壓洗氨塔。洗氨過程是日常工業(yè)生產(chǎn)中一個非常重要的過程，因此，高壓洗氨塔設(shè)備就會顯得尤為重要。設(shè)計本產(chǎn)品時要嚴(yán)格要求各項技術(shù)參數(shù)。對高壓洗氨塔結(jié)構(gòu)做一個簡明的介紹，筒

2、體總長約為9438mm，內(nèi)徑為500mm，筒體內(nèi)層板厚均為16mm，外面包扎三層厚度均為8mm。該產(chǎn)品的主要設(shè)計參數(shù)為：設(shè)計壓力14MPa，設(shè)計溫度80，說明制作構(gòu)件符合的標(biāo)準(zhǔn)。由于各個構(gòu)件所用的鋼材不同，還要對每一種鋼材進行焊接性分析。詳細介紹封頭、筒體的制作工藝以及封頭和筒體的尺寸計算。裝配過程中，主要介紹筒體的環(huán)縫、縱縫的焊接以及筒體與封頭之間的環(huán)縫焊接。裝配過后需要對焊縫進行無損探傷檢測。關(guān)鍵詞：高壓洗氨塔；技術(shù)參數(shù)；主要設(shè)計參數(shù)1高壓洗氨塔產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析高壓洗氨塔屬于III類壓力容器。高壓洗氨塔主要由封頭、筒節(jié)、法蘭、裙座、接管組成，高壓洗氨塔內(nèi)徑=500mm，壁厚

3、40mm，高壓洗氨塔筒體長度L=9438mm,筒體兩端配封頭，內(nèi)筒材料16MnR(熱軋)，內(nèi)筒名義厚度16mm。層板或繞帶材料材料16MnR(熱軋)，每層厚度8mm，共三層總厚度24mm。上封頭為靜密封材料為16Mn，厚度140mm。下封頭球形密封材料16MnR(正火)，厚度30mm。如圖1高壓洗氨塔結(jié)構(gòu)圖。圖1 高壓洗氨塔結(jié)構(gòu)圖2標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用產(chǎn)品縱、環(huán)對接焊縫按GB/T-2005鋼熔化焊對接接頭射線照相標(biāo)準(zhǔn)進行100%射線探傷，級為合格。本設(shè)備按GB150-98鋼制壓力容器進行制造、試驗和驗收，并接受壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程的監(jiān)察。焊接材料質(zhì)量管理規(guī)程：GB/T3323-1996GB150-

4、1998 鋼制壓力容器JB/4709-2000 鋼制壓力容器焊接規(guī)程筒體16MnR符合GB66544-1996標(biāo)準(zhǔn)，20MnMo、16Mn等鍛件符合JB4726-2000標(biāo)準(zhǔn)。3材料復(fù)查成分及性能標(biāo)準(zhǔn)筒體由16MnR(熱軋)構(gòu)成,封頭由16MnR(正火)和16Mn構(gòu)成。其主要成份見表1，主要性能見表2?；瘜W(xué)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% 0.20%0.30%0.10%0.015%表116MnR(熱軋)的化學(xué)成份性能屈服強度抗拉強度伸長率要求345MPa450-63

5、0MPa21%表2 16MnR(熱軋)檢驗性能封頭由16Mn構(gòu)成，主要成分見表3，主要性能見表4。表3 16Mn的化學(xué)成份化學(xué)成分CSiMnPSNiCrCu百分比表4 16Mn主要性能性能抗拉強度 (MPa)屈服強度 (MPa)伸長率 ()沖擊試驗20要求4103432534J4預(yù)處理按照GB/T8923-1988涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級，規(guī)定鋼材涂裝前表面除銹質(zhì)量，按照GB/T13288涂裝前鋼材表面粗糙度等級的評定（比較樣塊法），用標(biāo)準(zhǔn)樣塊比較評比粗糙度等級，或用儀器直接測定表面粗糙度值。對材料的預(yù)處理一是對材料表面的清理，去除氧化層；二是對鋼板的矯正，消除變形。預(yù)處理完成后要求材

6、料平整，表面光潔無劃痕。對于板材的局部不平度，使用長度為1m的平尺檢查,在任意 1m2范圍內(nèi),當(dāng)鋼板厚度大于14mm時,間隙應(yīng)小于或等于1mm; 當(dāng)鋼板厚度小于或等于14mm時,間隙小于或等于1.5mm;否則使用平板機矯正。鋼材矯正的基本原理和方法鋼材的任何變形都是由于鋼材在外力的作用下其局部發(fā)生塑性變形使某一部分纖維被拉長，而另一部分纖維被壓縮而造成的。因此，矯正的實質(zhì)就是將被拉長的纖維縮短或?qū)⒖s短的纖維拉長，以恢復(fù)原狀，或是使其它部分的纖維也拉長或縮短，產(chǎn)生與局部纖維相同的變形，從而達到矯正的目的。按操作的方法矯正可分為手工矯正、機械矯正、火焰矯正三種。本設(shè)計選擇機械矯正，如圖2所示。圖2

7、多輥式矯平機工作原理圖鋼板的矯正，一般情況下都是采用多輥板料矯正機進行機械矯正，但特殊情況，如對于厚板、小塊板料的矯正，也可以用三輥卷板機和各種壓力機來代替多輥板材矯平機進行矯正，少數(shù)情況下也可進行手工校正。本工藝中鋼材16MnR，板厚為16mm。選用11輥矯正機，其參數(shù)情況見表5。表5矯正機參數(shù)輥數(shù)輥距/mm輥徑/mm鋼板最小厚度40kg/mm2/mm最大矯正度/m·-主電機最大功率/kw1136032052205筒體制造 筒體的劃線、號料劃線與號料就是根據(jù)施工圖樣及工藝上的要求，正確地確定待加工的零件的坯料尺寸及形狀，用劃線的方法在鋼板上號料，同時標(biāo)注上必要的加工符號及其他必要內(nèi)

8、容，用以指導(dǎo)以后各道工序的加工。它直接決定著零件的尺寸和幾何形狀的精度，同時也對以后的裝配和焊接工序有一定的影響。筒節(jié)在劃線、下料之前應(yīng)先選取制作筒節(jié)鋼板的尺寸規(guī)格。筒體的展開長度即為鋼板的下料長度，對于16MnR材質(zhì)的鋼板規(guī)格及殼體長度8070mm，故設(shè)計為6節(jié)筒節(jié)，裝配間隙為2mm，加工余量為30mm。此鋼板采用自動等離子切割方法，切割后尚需進行邊緣機械加工，留取3mm的加工余量。由于筒節(jié)為回轉(zhuǎn)體，劃線前要進行展開，可采用計算展開法，考慮壁厚因素，按中徑展開。根據(jù)公式： L=（D g+）+S 式中：L筒節(jié)毛坯展開長度（mm）;D g容器公稱直徑（mm）;容器壁厚（mm）;S加工余量（包括切

9、割余量、刨邊余量和焊接收縮量等）（mm），與加工方法和板厚有關(guān)，如果兩側(cè)均需刨邊，則取10-15mm。內(nèi)筒的展開長度L= 3.14×(500 + 16) +10= 1630mm。最內(nèi)層層板展開長度L= 3.14×(500 + 32+8) +10= 1705mm。中層層板展開長度L= 3.14×(500 + 32+16+8) +10= 1755mm 。外層層板展開長度 L= 3.14×(500 + 32+16+16+8) +10= 1806mm。內(nèi)筒節(jié)的展開長度即為選用板材的長度，選用筒體所選用的鋼板長度為1700mm、寬度為1500mm、厚度為16mm。

10、最內(nèi)層層板的展開長度即為選用板材的長度，選用層板所選用的鋼板長度為1800mm、寬度為1500mm、厚度為8mm。中層與外層層板的展開長度即為選用板材的長度，選用層板所選用的鋼板長度為1900mm、寬度為1500mm、厚度為8mm。鋼板的下料及邊緣加工鋼板經(jīng)過劃線和號料后即轉(zhuǎn)入下料工序。鋼板的下料可采用機械切割或熱切割完成。如果材料有加工硬化或淬硬現(xiàn)象，切割后待焊邊緣應(yīng)作進一步的機械加工，對于厚板則要作邊緣坡口加工。不銹鋼切割時要注意要盡量減少熱影響區(qū)厚度，防止造成敏化區(qū)晶間腐蝕，可選用能量集中的切割方法。Q345R低合金高強鋼選擇等離子弧切割下料。5.3 筒節(jié)卷制卷制成形是將鋼板放在卷板機上

11、進行滾卷成筒節(jié)，其優(yōu)點是操作簡便、成形連續(xù)、均勻、快速。DN1000冷凝液冷卻器筒節(jié)卷制選用對稱式三輥卷板機，其型號為 W11-20×2000。其工作原理如圖3所示。圖3 三輥卷板機工作原理1-上輥；2-下輥；3-鋼板（1）預(yù)彎采用卷板機預(yù)彎。凡是可以進行不對稱彎曲的卷板機或帶彎邊墊板的三輥卷板機都具有彎邊的能力。胎具厚度一般不小于卷制鋼板厚度的兩倍，選取厚度為32mm，其曲率半徑應(yīng)稍微小于被彎鋼板的半徑，預(yù)彎的長度通常要不小于兩下輥中心距的一半，取200mm，如圖4所示。圖4預(yù)彎原理圖（2）對中預(yù)彎后將鋼板放入卷板機上、下輥之間進行滾卷，注意將鋼板放正、對中，使工件的母線與輥子軸線

12、平行，防止產(chǎn)生扭斜。對中方法可先在鋼板上劃出中線，然后與下輥表面的線槽對正，即完成可對中。（3）卷圓鋼板對中以后，就可以調(diào)下上輥壓住鋼板并使之產(chǎn)生一定的彎曲，開動機床進行彎曲。每輥卷一次行程，便適當(dāng)調(diào)整上輥一次，經(jīng)過這樣多次滾卷后就可以將鋼板彎曲成所需要的曲率。冷卷時須考慮到回彈，要有一定的過卷量，一般為2030mm，且當(dāng)曲率達到要求時還應(yīng)在此曲率下多卷幾次。熱卷時不必考慮回彈。（4）縱縫焊接要求在焊接前應(yīng)清除待焊部位及其周圍的污物和油銹等雜質(zhì)。組對時須嚴(yán)格控制間隙、錯邊，并保證間隙的均勻一致性。焊條電弧焊定位焊，間隔100150mm，焊縫長度810mm 具體工藝見焊接工藝卡。焊后焊縫探傷，每

13、個筒節(jié)縱縫焊接后需進行矯圓，矯圓后在進行環(huán)縫焊接。為防止筒體橢圓變形可以在筒體內(nèi)使用徑向推掌器撐圓。工卡具、吊耳、引熄弧板等須統(tǒng)一設(shè)置，保證外表面平齊以免造成焊縫兩端與整條焊縫的不一致性。筒節(jié)縱縫裝配如圖5所示。圖5 筒節(jié)縱縫裝配1-引弧板 2-筒節(jié) 3- 熄弧板（5）矯圓矯圓前筒節(jié)上引（熄）弧板必須采用切割方法取下，不能用錘擊方法取下。一般矯圓分三個步驟：加載 根據(jù)經(jīng)驗或計算將輥筒調(diào)到所需的最大矯正曲率位置。滾圓 將滾筒在矯正曲率下滾卷12圈（著重滾卷近焊縫區(qū)）使整圓曲率均勻一致。卸載 逐漸卸除載荷，使工件在逐漸減少的矯正載荷下多次滾卷。（6）圓筒內(nèi)直徑允許偏差及制作要求用板材卷制時，內(nèi)直徑

14、允許偏差可通過外圓周長加工以控制，其外圓周長允許上偏差為10mm，下偏差為0。圓筒同一斷面上最大最小直徑之差（如圖6所示）e0.5%DN且當(dāng)，DN>1200mm時，其值不大于7mm，即冷卻器的e5mm。圖6 殼體同一斷面上最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑之差圓筒直線度允許偏差是。即管箱直線度允許偏差不大于,殼體的筒節(jié)直線度允許偏差不大于。直線度檢查應(yīng)通過中心線的水平和垂直面，即沿圓周0°、90°、180°、270°四個位置測量。筒節(jié)裝配高壓洗氨塔的筒體是由五個筒節(jié)組焊而成，筒節(jié)制作完成后，要將兩個筒節(jié)裝配焊接在一起，即對筒體環(huán)縫（B縫）進行焊接。此道工序在焊接滾

15、輪架上進行，筒體裝配法如圖7所示。高壓洗氨塔的筒體的環(huán)縫施焊前，應(yīng)清除坡口及其母材兩側(cè)表面20mm范圍內(nèi)的油污、熔渣、氧化物及其他有害雜質(zhì)。 圖7 筒體裝配法為了保證定位準(zhǔn)確，進行環(huán)縫焊接前要進行焊條電弧定位焊。定位焊是用來固定各焊接部件之間的相對位置以保證焊件得到正確的幾何形狀和尺寸而進行的焊接。因為定位焊是斷續(xù)焊，焊件溫度比正常焊接時要低，熱量不足容易產(chǎn)生未焊透，故定位焊電流應(yīng)比焊接電流大10%15%，特別注意定位焊后應(yīng)盡快進行焊接，避免中途停頓和間隔時間過長,定位焊長度為810mm，間距100150mm。6封頭制造下料前需要在原鋼材上切取一塊適當(dāng)大小的試樣，需要測試鋼材的物理性能，還要對

16、鋼材的化學(xué)元素含量進行分析，因為鋼材的物理性能會影響封頭的減薄率，同時鋼材的化學(xué)元素含量的多少又會影響焊接質(zhì)量。制作封頭的第一道工序就是下料，最終封頭質(zhì)量的好壞取決于下料下的好不好。封頭的形狀如圖8所示，封頭計算尺寸：=1.42（+）+501.42×50035+50810式中：-毛坯料直徑-封頭內(nèi)徑50-二次切割余量-壁厚圖 8 封頭示意圖 封頭沖壓設(shè)計（1）坯料加熱國標(biāo)在沖壓封頭方法主要有兩種，一種是冷沖壓，另外一種是熱沖壓,選取哪種沖壓方式需要根據(jù)材料的性質(zhì)以及實際生產(chǎn)設(shè)備來選用。本設(shè)計采用熱沖壓工藝。在能保證加熱質(zhì)量的條件下，盡量使加熱速度加快以節(jié)省加熱時間，特別是金屬不宜在高

17、溫條件下長時間停留，避免過度燒損以及氧化。不能再爐膛升溫過程中放入工件，等待爐膛溫度達到工件要求的溫度時，再將需要加熱的工件放入。嚴(yán)格控制被加熱件的加熱溫度和加熱時間，如表6所示。表6 Q345R的加熱溫度和時間加熱溫度（）9601050保溫時間（min）24始壓溫度（）9301000停壓溫度（）800（2）壓延力計算其中：e-壓邊力影響系數(shù)，有壓邊時e=1.2；K-封頭形狀影響系數(shù)，圓形封頭K=1.42；-坯料直徑，mm；-材料的高溫抗拉強度，MPa；-坯料板厚，mm；-下模直徑，mm。代入數(shù)據(jù)：F=1.2×1.42×3.14×（810-580）×35

18、×30（N）=（噸）沖壓設(shè)備可采用大型四立柱式水壓機或油壓機。本設(shè)計選用1000噸四柱式油壓機來壓制封頭。因為在壓制封頭時/×10011.2（為板厚；為封頭坯料直徑），所以要使用壓邊圈，壓邊圈的作用是用來防止起皺的，應(yīng)安裝在凹模上面，與凹模表面之間，留有1.151.2倍板厚的間隙。由于=8100-500=310，所以6-45。因此，高壓洗氨塔的封頭屬于中壁封頭，中壁封頭一般是一次沖壓成形，不需要特殊措施。二次切割修邊余量是考慮在成形加工工藝過程不穩(wěn)定時，出現(xiàn)較難掌握的變形及準(zhǔn)確形狀，在下料時預(yù)先加放的100mm余量，在沖壓完成后，需將多余的部分進行二次劃線，以得到正確的尺寸

19、。劃線后多余的直邊進行割邊操作，割邊時需借助焊接回轉(zhuǎn)臺進行操作。切割的同時還要進行坡口加工，以備部件裝配時使用。影響封頭成形質(zhì)量的主要因素影響封頭壁厚變化的因素很多，歸納起來，大致有下列幾方面： 材料的性能； 封頭的形狀； 下沖模圓角半徑越大，變薄量越?。?上下沖模間的間隙小，則變薄嚴(yán)重； 潤滑情況好，則減薄小； 加熱溫度越高，變薄量大； 壓邊力大，則變薄嚴(yán)重； 封頭成形質(zhì)量檢查方法如圖9所示。圖9 封頭成形質(zhì)量檢查方法筒體與封頭裝配焊接將筒體放置在滾輪支架上，然后在封頭的端部焊接一個吊環(huán)，目的是供吊封頭使用，再用固定板將封頭和筒體固定，調(diào)整好間隙和錯邊量之后進行定位焊，然后采用埋弧焊進行裝配焊接。封頭裝配時可以使用如圖所示的裝配方法，借助帶