第七章高壓容器制造

第四節(jié)高壓容器制造高壓容器制造及結(jié)構(gòu)型式單層結(jié)構(gòu)型式多層結(jié)構(gòu)型式以單層卷焊式為主熱套式扁平鋼帶傾角錯(cuò)繞式層板包扎式單層容器和多層容器制造工藝比較①◆單層容器制造工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率較高?！舳鄬尤萜鞴に囘^(guò)程較復(fù)雜,工序較多,生產(chǎn)周期長(zhǎng)。②◆單層容器使用鋼板相對(duì)較厚,而厚鋼板的軋制比較困難,抗脆裂性能比薄板差,質(zhì)量不易保證,價(jià)格昂貴?！舳鄬尤萜魉娩摪逑鄬?duì)較薄,質(zhì)量均勻易保證,抗脆裂性好。③多層容器的安全性高即使個(gè)別層板存在缺陷,也不容易延展至其他層板，不會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)的脆性破壞,。另外,多層容器鉆有透氣孔,可以排出層間氣體,若內(nèi)筒發(fā)生腐蝕破壞,介質(zhì)由透氣孔泄出易于發(fā)現(xiàn)。④由于層間間隙,導(dǎo)熱性小得多,高溫工作時(shí)熱應(yīng)力大。⑤層板間隙的存在,環(huán)焊縫處必然存在缺口的應(yīng)力集中

為提高厚壁筒的承載能力,在內(nèi)壁面產(chǎn)生預(yù)壓縮應(yīng)力,達(dá)到均化應(yīng)力沿壁厚分布的目的。多層也采用內(nèi)層預(yù)緊，改善受力。⑥沒(méi)有深的縱焊縫,但它的深環(huán)焊縫難于進(jìn)行熱處理。⑦單層厚壁容器在內(nèi)壓作用下,筒體沿壁厚方向的應(yīng)力分布很不均勻,筒體內(nèi)壁面應(yīng)力大、外壁面應(yīng)力小,隨著簡(jiǎn)體外直徑和內(nèi)直徑之比的增大,這種不均勻性更為突出。①分段熱套合利用熱套法套合成幾段多層筒節(jié)、再焊環(huán)縫制成整體容器。這種方法技術(shù)成熟,應(yīng)用較廣泛。

1、有兩種熱套形式段熱套合、整體熱套合。一、熱套式容器下料筒節(jié)各層板成型筒節(jié)各層板焊接并加工三層分段熱套合容器(氨合成塔）工藝過(guò)程如下：熱套。外層加熱，把內(nèi)層套入再熱套筒節(jié)成形并加工環(huán)坡口筒節(jié)間焊接筒體與封頭焊接②整體熱套合如圖是雙層箍式容器。然后分段熱套外筒先焊好內(nèi)筒全長(zhǎng)頂塞底塞外筒之間(軸向)不焊接，容器軸向力完全由內(nèi)筒承受。整體套合不方便特點(diǎn):層數(shù)增多,可以減薄各層圓筒的厚度,提高抗脆性斷裂能力；但會(huì)影響筒壁的傳熱,增加制造的復(fù)雜性,費(fèi)用高；以3層較普遍，層數(shù)一般不超過(guò)5層,通常各層厚度相同更為方便。

對(duì)腐蝕性介質(zhì)，內(nèi)筒采用耐腐蝕的材料。2、熱套層數(shù)要求過(guò)盈量取套合直徑的0.1%～0.2%。4、每個(gè)套合圓筒上，必須鉆泄放孔。3、過(guò)盈量的選擇1、制造工藝

(1)制造內(nèi)筒①板厚為12～25mm，若有防腐要求，可選用不銹鋼板或鈦板；②制造工藝大致同單層容器，但要加工焊縫表面。⑵層板加工

①預(yù)先將層板彎卷成瓦片狀,層板厚6～12mm,國(guó)外層板已選12～20mm。二、層板包扎式高壓容器②將預(yù)彎的瓦片狀層板，放在內(nèi)筒上，用鋼絲繩拉緊、點(diǎn)固并焊接縱縫。

(注意縱縫位置要預(yù)先安排好，不能重疊或太近)

③修磨焊縫，準(zhǔn)備下層的包扎。④每層層板包扎后需要進(jìn)行松動(dòng)面積檢查。

GB150中規(guī)定，對(duì)內(nèi)徑不大于100Omm的容器,每一松動(dòng)部位：沿環(huán)向長(zhǎng)度不得超過(guò)Dn的30%；沿軸向長(zhǎng)度不得超過(guò)600mm;

對(duì)于內(nèi)徑大于100Omm的容器,每一松動(dòng)的部位：沿環(huán)向長(zhǎng)度不得超過(guò)300mm；沿軸向長(zhǎng)度不得超過(guò)600mm。

⑤每個(gè)多層筒節(jié)上必須鉆泄放孔。

多層包扎式尿素合成塔筒體制造工藝介紹

目前我國(guó)制造的尿素合成塔規(guī)格十分繁多，有φ800mm、φ1000mm、φ1250mm、φ1400mm、φ1500mm、φ1600mm、φ1800mm、φ2100mm、φ2200mm、φ2650mm、φ2800mm等，適用于年產(chǎn)4萬(wàn)噸、8萬(wàn)噸、11萬(wàn)噸、12萬(wàn)噸、16萬(wàn)噸、21萬(wàn)噸和52萬(wàn)噸的尿素生產(chǎn)裝置。

尿素合成塔的操作壓力根據(jù)不同的工藝也不盡相同，主要有21MPa和16MPa兩種系列，操作溫度均小于200℃。

由于尿素合成塔是一種典型的耐壓、耐較高溫度和耐強(qiáng)烈腐蝕的反應(yīng)器；制造質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到正常運(yùn)行，甚至影響到整個(gè)尿素生產(chǎn)裝置的安全可靠性。制造廠必須嚴(yán)格按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的工程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、選材、制造和驗(yàn)收，制造竣工后進(jìn)行認(rèn)真的質(zhì)量評(píng)議，得到行業(yè)專(zhuān)家的認(rèn)可后才能出廠交付使用。高壓筒體承受著高壓、高溫和強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的作用。其組合形式主要有以下幾種類(lèi)①單層外殼、復(fù)合板不銹鋼襯里層;②熱套多層殼體，熱套內(nèi)層不銹鋼襯里層;③多層多層包扎焊接殼體，包扎不銹鋼內(nèi)層;④外層多層包扎焊接殼體，內(nèi)筒熱套不銹鋼襯里。

經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐和比較，目前用得最多的，最可靠的結(jié)構(gòu)形式有：以不銹鋼作為內(nèi)筒，外層直接包扎焊接多層層板。以南京化工機(jī)械廠尿素合成塔制造工藝為例（公稱(chēng)直徑1500~1850mm)，簡(jiǎn)介其筒體的制造。在制造上，具有許多優(yōu)點(diǎn)：①不需要大型復(fù)雜機(jī)械國(guó)內(nèi)許多壓力容器生產(chǎn)廠家都可以制造；②層板逐層焊接各層縱焊縫不重合，相互不影響；③逐層縱縫在圓周上均勻分布收縮應(yīng)力均勻，筒體圓周幾何度均勻。④襯里受緊壓內(nèi)筒工作應(yīng)力大大降低，甚至為壓應(yīng)力，應(yīng)力腐蝕的可能性降低；⑤襯里焊縫在塔外焊接便于進(jìn)行RT檢測(cè)和PT檢測(cè)，有缺陷時(shí)返修方便，可充分保證主焊縫的質(zhì)量。⑥設(shè)置一層過(guò)渡層(盲板)

盲層板的縱焊縫——間斷焊、不焊透；

盲層板的內(nèi)壁也開(kāi)出縱橫交錯(cuò)的溝槽，作為檢漏通道。在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，襯里層、盲層板均不計(jì)入。層板不接觸介質(zhì)，因此主要考慮強(qiáng)度方面。內(nèi)筒制造Ⅰ內(nèi)筒材料：耐腐蝕，選用厚度為8~10mm的316L不銹鋼。Ⅱ內(nèi)筒的制造工藝過(guò)程是:①材料復(fù)驗(yàn)、準(zhǔn)備、下料（詳細(xì)）等離子弧切割下料——按內(nèi)筒中徑展開(kāi)計(jì)算，加焊后收縮量等；下料時(shí)必須嚴(yán)格控制板材對(duì)角線之差<1mm；②刨邊——刨出內(nèi)筒縱焊縫坡口；③卷圓——冷卷成形；必須在專(zhuān)用的卷板機(jī)上進(jìn)行。避免卷制過(guò)程中壓出麻點(diǎn)、劃傷以及鐵離子污染。④組對(duì)焊接應(yīng)控制對(duì)口錯(cuò)邊量<1.5mm，并嚴(yán)格按焊接工藝施焊；⑤探傷焊縫100%RT檢驗(yàn)，按JB4730-1994中的I級(jí)要求；⑥熱處理:

作消除焊接應(yīng)力熱處理；⑦焊縫內(nèi)外表面磨平，并校圓；⑧尺寸檢查檢驗(yàn)員測(cè)量?jī)?nèi)筒周長(zhǎng)（兩端及中間部分共3處），換算成直徑，記錄于表中，作為盲板層下料的依據(jù)；⑨探傷縱縫作UT復(fù)探和PT檢驗(yàn)，按JB4730-1994中的I級(jí)要求；⑩大車(chē)筒節(jié)兩端加工平，并以一端作為基準(zhǔn)端，作好標(biāo)記；⑾劃線劃內(nèi)筒檢漏孔線，并將檢漏孔中心線延長(zhǎng)到內(nèi)筒端面，作出標(biāo)記，以備層板包扎用；⑿待熱套。制造過(guò)程注意事項(xiàng):①卷圓、矯圓內(nèi)筒時(shí)必須在專(zhuān)用的卷板機(jī)上進(jìn)行。避免卷制過(guò)程中壓出麻點(diǎn)、劃傷以及鐵離子污染。②制造場(chǎng)地和環(huán)境清潔避免鐵素體污染和磕碰劃傷，否則會(huì)影響不銹鋼的耐蝕性能。③打磨用含有橡膠氧化鋁的砂輪，打磨時(shí)間不應(yīng)太長(zhǎng)，避免造成回火色。④不能用普通的粉筆當(dāng)做記號(hào)筆在不銹鋼上亂寫(xiě)亂畫(huà)。標(biāo)記移植用的記號(hào)筆應(yīng)采用不含氧離子、硫化物的顏料。盲層板制造盲層板主要是保護(hù)內(nèi)筒，只要求可焊性，采用Q235。厚度6~8mm

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在盲層板內(nèi)壁要加工出縱向和環(huán)向榴若干條。的深為2.5mm，寬6mm。盲層板是在平板狀態(tài)時(shí)開(kāi)槽，要在專(zhuān)用的工裝上進(jìn)行?？v向槽深度應(yīng)適當(dāng)控制。過(guò)深了、在育層板卷制成圓后會(huì)有棱角出現(xiàn)，不利于將來(lái)的層板包扎。盲板筒體——卷制盲板層縱縫焊接焊接過(guò)程檢驗(yàn)要求1清理堆焊坡口2加墊板，組對(duì)、點(diǎn)焊3焊條電弧焊堆焊。筒節(jié)端面150mm內(nèi)必須焊滿外觀4（1）焊接時(shí)防止燒穿。（2）間斷焊接，間隔100mm，焊150mm（3）嚴(yán)禁在內(nèi)筒上引弧和收弧。（4）外口焊縫加強(qiáng)高打磨光滑，平滑過(guò)渡層次焊接方法焊材牌號(hào)規(guī)格電流(A)電壓(V)速度(cm/min)烘烤溫度保溫時(shí)間2手工J427φ3.2100~13022~241~23502注:預(yù)熱溫度:100℃;層間溫度≤150℃。盲板層縱縫焊接表4-4盲板層縱縫焊接工序

盲板與不銹鋼內(nèi)筒的熱套工藝：1盲板筒體加熱盲板筒立起來(lái)后裝入爐內(nèi)，加熱到350℃~400℃，保溫20分鐘（內(nèi)徑增加10—14mm）注意：在套合操作前需進(jìn)行噴砂或噴丸處理，清除油污及影響層間貼合的雜物。套合操作應(yīng)靠筒身自重自由套入，不允許強(qiáng)力壓入。2套合內(nèi)筒將加熱好的盲板層放在專(zhuān)用的底座上，將裝好內(nèi)撐胎的內(nèi)筒吊入盲板層進(jìn)行套合。套合時(shí)動(dòng)作要快，中途不允許停留3套合質(zhì)量檢查筒體冷卻后，用木槌敲襯里表面檢查其貼合間隙。單個(gè)不貼合長(zhǎng)度應(yīng)小于300mm，面積小于250mm,總的不貼合面積小于內(nèi)筒總表面積的10℅為合格。且用0.5mm的塞尺檢查筒體兩端的間隙，插入深度應(yīng)<35mm；環(huán)向長(zhǎng)度不得超過(guò)該圓周的10℅為合格。層板的制造材料——16MnR，厚度8~12mm；

層板筒體——瓦片（2~3片）焊接而成。層板可分為兩等分，三等分，四等分。其中兩等分的模具設(shè)計(jì)稍顯麻煩，沖壓性能差；四等分會(huì)導(dǎo)致焊縫增多，增加工作量。所以，采用三等分比較合適。包扎層瓦片——沖壓制作層板制造工藝過(guò)程1下料根據(jù)上層內(nèi)筒實(shí)際外徑計(jì)算下料尺寸；并考慮其他因素；

層板按三等分下料；并在每層板上編號(hào)做標(biāo)記。2校平為保證包扎質(zhì)量，每層層板須校平，并用300mm的平尺檢查不平度，最大的間隙應(yīng)小于0.3mm3噴砂清理板內(nèi)外表面4沖壓見(jiàn)沖壓頁(yè)5鉆孔為防止鉆孔時(shí)鉆傷內(nèi)筒表面，第一二層板是上的?8mm的透氣孔必須在包扎前鉆完。6層板縱焊縫坡口加工用自動(dòng)切割機(jī)切割坡口7待包扎包扎工藝1將內(nèi)筒置于包扎機(jī)上，兩端各裝一個(gè)包扎內(nèi)撐胎，以防止變形；2找好內(nèi)筒與待包扎層板上的檢漏孔標(biāo)記和基準(zhǔn)端，先將帶有檢漏孔的層板包扎在內(nèi)筒上，保證檢漏孔對(duì)中，然后將層板兩端與內(nèi)筒固定，再包扎上不帶檢漏孔的板；3啟動(dòng)包扎機(jī)，將層板拉緊，點(diǎn)固、焊縱縫；4將焊縫打磨平整，用外圓弧樣板和平尺檢查。并作層板松動(dòng)面積檢查；5每包扎完4層后鉆出檢漏孔塞焊處，每次鉆時(shí)，要根據(jù)層板的實(shí)際深度確定鉆孔深度，并塞焊檢漏孔，塞焊處要做著色檢驗(yàn)。待筒節(jié)包扎完后，鉆出檢漏孔和透氣孔，并做0.1MPa空氣試驗(yàn)，保證檢漏孔與透氣孔不串氣。焊縫位置的設(shè)計(jì)多層包扎筒體能夠有效防止單壁容器中，焊縫裂紋缺陷擴(kuò)展到整個(gè)筒壁的情況，但是如果焊縫相錯(cuò)角度設(shè)計(jì)不合理，同樣會(huì)影響其強(qiáng)度。最佳的焊縫相錯(cuò)角度時(shí)通過(guò)計(jì)算得來(lái)的。

計(jì)算得：當(dāng)n=9時(shí)，焊縫相錯(cuò)角度48?最后一層HB焊接過(guò)程檢驗(yàn)要求1清理坡口2組對(duì)、點(diǎn)焊3埋弧自動(dòng)焊焊縫逐層100%PT(JB/T4730-2005I級(jí))4焊縫表面磨平每層層板焊縫100%MT(JB/T4730-2005I級(jí))注：（1）每條縱縫必須焊兩層；

(2)每條縱縫焊完后必須打磨平整。層板縱縫焊接檢漏系統(tǒng)筒體組對(duì)環(huán)縫焊接注:預(yù)熱溫度:100℃;

層間溫度≤150℃;

保護(hù)氣體種類(lèi)Ar(99.99%);端面封焊焊接過(guò)程檢驗(yàn)要求1清理堆焊坡口100%MT(JB/T4730-2005I級(jí))2氬弧焊(1)[25/22/2LMn]外觀PT(JB/T4730-2005I級(jí))3氬弧焊（2)[H10MnSi]外觀PT(JB/T4730-2005I級(jí))4預(yù)熱100℃5焊條電弧焊（3）外觀PT(JB/T4730-2005I級(jí))焊接過(guò)程檢驗(yàn)要求1加工清理檢測(cè)坡口兩側(cè)面100%MT(JB/T4730-2005I級(jí))2組對(duì)、點(diǎn)焊,預(yù)熱100℃3氬弧焊打底(1)4焊條電弧焊外口(2)至20㎜100%RT(JB/T4730-2005II級(jí))5埋弧自動(dòng)焊(3)至70㎜100%RT(JB/T4730-2005II級(jí))6焊條電弧焊里口(4)焊滿逐層PT(JB/T4730-2005I級(jí))100%RT(JB/T4730-2005II級(jí))PT≤0.6%(每一根焊條測(cè)一點(diǎn))7外口埋弧自動(dòng)焊焊滿(5)100%RT(JB/T4730-2005II級(jí))100%MT+20%UT(JB/T4730-2005I級(jí))8水壓試驗(yàn)100%MT(JB/T4730-2005I級(jí))外口100%PT(JB/T4730-2005I級(jí))里口環(huán)縫焊接材料的選擇（下封頭）

19Mn6鋼是德國(guó)鋼種，與16MnR鋼屬于同一類(lèi)碳錳鋼，其含碳量高于16MnR，故焊接性略差于16MnR。

19Mn6化學(xué)成分材料牌

號(hào)

化

學(xué)

成

分

％CSiMnPSAlt19Mn60.15～0.220.30～0.601.00～1.60≤0.030≤0.025≥0.02019Mn6正火溫度890～950℃

消應(yīng)力退火溫度520～580℃封頭的展開(kāi)計(jì)算封頭內(nèi)徑Dg=1866mmδ=89mm。中性層直徑Dm=Dg+δ=1955mm

利用等面積法計(jì)算：Da=2765mm加工余量計(jì)算邊緣加工余量，加工厚度大于25mm時(shí)，邊緣加工余量為5mm；焊接變形量，取3mm；修邊余量取12mm；鋼板氧氣切割加工余量為10mm；焊縫坡口間隙，取1mm劃線實(shí)際用料線尺寸=封頭展開(kāi)直徑＋焊接變形量-焊縫坡口間隙+修邊余量

=2765+3-1+12=2779mm

切割下料尺寸=實(shí)際用料線尺寸+邊緣加工余量+劃線公差（近似取為6mm）

=2779+5+6=2790mm

冷、熱沖壓的選擇采用熱沖壓。加熱溫度1050°終壓溫度≤850°

加熱曲線如下圖壓邊圈的采用條件封頭沖壓后一般最大減薄量為14～15%，所以為保證沖壓后封頭的尺寸有：（1—15%）×δ=89有δ=104.7mm

所以取封頭毛胚厚度為105mmDo—Dn=2790-1850=940mm14δ=1260Do—Dn<14δ不用壓邊圈。沖壓力的計(jì)算

上模具的設(shè)計(jì)

下模具的設(shè)計(jì)沖壓工序

1號(hào)料、標(biāo)記移植、氧氣切割。

2車(chē)削外圓邊緣坡度。

3模具安裝調(diào)試。4材料加熱。5進(jìn)行第一次沖壓。

6加熱工件并更換下模具，進(jìn)行第二次沖壓。

7加熱工件并更換下模具，進(jìn)行最后一次沖壓。

8對(duì)封頭進(jìn)行正火處理

9對(duì)封頭內(nèi)外表面進(jìn)行噴砂處理。10對(duì)內(nèi)外表面做100%PT(JB4730-2005Ⅰ級(jí))+100%UT(JB4730-2005Ⅰ級(jí))下封頭成型后的加工工序序號(hào)工序名稱(chēng)工序說(shuō)明工種或設(shè)備1準(zhǔn)備按圖清理檢查各部件2車(chē)按圖示要求加工球殼內(nèi)表面，并保證：球殼最小壁厚σ≥89mm球殼中分面上內(nèi)徑為s*φ1866mm球殼內(nèi)表面粗糙度為Ra12.5，允許局部有黑皮存在。C52253修整修整球殼內(nèi)表面，除去所有黑皮使金屬光澤鉚工4組對(duì)按工藝要求組對(duì)球殼和工裝環(huán)鉚工5焊接按焊接工藝電焊6檢驗(yàn)幾何尺寸、焊縫表面質(zhì)量焊縫100%PT（JB/T4730-2005Ⅰ級(jí)）7堆焊將下封頭吊裝在變位器上、校正、固定，清洗球殼內(nèi)表面。按相應(yīng)焊接工藝要求堆焊過(guò)渡層，保證圖紙所要求的覆蓋面積和厚度電焊8檢驗(yàn)鐵素體測(cè)定，其含量≤0.6%