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構型式單層結構型式多層結構型式以單層卷焊式為主熱套式扁平鋼帶傾角錯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程簡單、生產(chǎn)效率較高?！舳鄬尤萜鞴に囘^程較復雜,工序較多,生產(chǎn)周期長。②◆單層容器使用鋼板相對較厚,而厚鋼板的軋制比較困難,抗脆裂性能比薄板差,質量不易保證,價格昂貴?！舳鄬尤萜魉娩摪逑鄬^薄,質量均勻易保證,抗脆裂性好。③多層容器的安全性高即使個別層板存在缺陷,也不容易延展至其他層板，不會產(chǎn)生瞬時的脆性破壞,。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,介質由透氣孔泄出易于發(fā)現(xiàn)。④由于層間間隙,導熱性小得多,高溫工作時熱應力大。⑤層板間隙的存在,環(huán)焊縫處必然存在缺口的應力集中

為提高厚壁筒的承載能力,在內(nèi)壁面產(chǎn)生預壓縮應力,達到均化應力沿壁厚分布的目的。多層也采用內(nèi)層預緊，改善受力。⑥沒有深的縱焊縫,但它的深環(huán)焊縫難于進行熱處理。⑦單層厚壁容器在內(nèi)壓作用下,筒體沿壁厚方向的應力分布很不均勻,筒體內(nèi)壁面應力大、外壁面應力小,隨著簡體外直徑和內(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。這種方法技術成熟,應用較廣泛。

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: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；但會影響筒壁的傳熱,增加制造的復雜性,費用高；以3層較普遍，層數(shù)一般不超過5層,通常各層厚度相同更為方便。

對腐蝕性介質，內(nèi)筒采用耐腐蝕的材料。2、熱套層數(shù)要求過盈量取套合直徑的0.1%～0.2%。4、每個套合圓筒上，必須鉆泄放孔。3、過盈量的選擇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預先將層板彎卷成瓦片狀,層板厚6～12mm,國外層板已選12～20mm。二、層板包扎式高壓容器②將預彎的瓦片狀層板，放在內(nèi)筒上，用鋼絲繩拉緊、點固并焊接縱縫。

(注意縱縫位置要預先安排好，不能重疊或太近)

③修磨焊縫，準備下層的包扎。④每層層板包扎后需要進行松動面積檢查。

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

對于內(nèi)徑大于100Omm的容器,每一松動的部位：沿環(huán)向長度不得超過300mm；沿軸向長度不得超過600mm。

⑤每個多層筒節(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)4萬噸、8萬噸、11萬噸、12萬噸、16萬噸、21萬噸和52萬噸的尿素生產(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、耐較高溫度和耐強烈腐蝕的反應器；制造質量的優(yōu)劣直接影響到正常運行，甚至影響到整個尿素生產(chǎn)裝置的安全可靠性。制造廠必須嚴格按國家標準和相應的工程標準進行設計、選材、制造和驗收，制造竣工后進行認真的質量評議，得到行業(yè)專家的認可后才能出廠交付使用。高壓筒體承受著高壓、高溫和強腐蝕介質的作用。其組合形式主要有以下幾種類①單層外殼、復合板不銹鋼襯里層;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)過多年的實踐和比較，目前用得最多的，最可靠的結構形式有：以不銹鋼作為內(nèi)筒，外層直接包扎焊接多層層板。以南京化工機械廠尿素合成塔制造工藝為例（公稱直徑1500~1850mm)，簡介其筒體的制造。在制造上，具有許多優(yōu)點：①不需要大型復雜機械國內(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力均勻，筒體圓周幾何度均勻。④襯里受緊壓內(nèi)筒工作應力大大降低，甚至為壓應力，應力腐蝕的可能性降低；⑤襯里焊縫在塔外焊接便于進行RT檢測和PT檢測，有缺陷時返修方便，可充分保證主焊縫的質量。⑥設置一層過渡層(盲板)

盲層板的縱焊縫——間斷焊、不焊透；

盲層板的內(nèi)壁也開出縱橫交錯的溝槽，作為檢漏通道。在強度計算時，襯里層、盲層板均不計入。層板不接觸介質，因此主要考慮強度方面。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)筒的制造工藝過程是:①材料復驗、準備、下料（詳細）等離子弧切割下料——按內(nèi)筒中徑展開計算，加焊后收縮量等；下料時必須嚴格控制板材對角線之差<1mm；②刨邊——刨出內(nèi)筒縱焊縫坡口；③卷圓——冷卷成形；必須在專用的卷板機上進行。避免卷制過程中壓出麻點、劃傷以及鐵離子污染。④組對焊接應控制對口錯邊量<1.5mm，并嚴格按焊接工藝施焊；⑤探傷焊縫100%RT檢驗，按JB4730-1994中的I級要求；⑥熱處理:

作消除焊接應力熱處理；⑦焊縫內(nèi)外表面磨平，并校圓；⑧尺寸檢查檢驗員測量內(nèi)筒周長（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復探和PT檢驗，按JB4730-1994中的I級要求；⑩大車筒節(jié)兩端加工平，并以一端作為基準端，作好標記；⑾劃線劃內(nèi)筒檢漏孔線，并將檢漏孔中心線延長到內(nèi)筒端面，作出標記，以備層板包扎用；⑿待熱套。制造過程注意事項:①卷圓、矯圓內(nèi)筒時必須在專用的卷板機上進行。避免卷制過程中壓出麻點、劃傷以及鐵離子污染。②制造場地和環(huán)境清潔避免鐵素體污染和磕碰劃傷，否則會影響不銹鋼的耐蝕性能。③打磨用含有橡膠氧化鋁的砂輪，打磨時間不應太長，避免造成回火色。④不能用普通的粉筆當做記號筆在不銹鋼上亂寫亂畫。標記移植用的記號筆應采用不含氧離子、硫化物的顏料。盲層板制造盲層板主要是保護內(nèi)筒，只要求可焊性，采用Q235。厚度6~8mm

結構特點在盲層板內(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)時開槽，要在專用的工裝上進行?？v向槽深度應適當控制。過深了、在育層板卷制成圓后會有棱角出現(xiàn)，不利于將來的層板包扎。盲板筒體——卷制盲板層縱縫焊接焊接過程檢驗要求1清理堆焊坡口2加墊板，組對、點焊3焊條電弧焊堆焊。筒節(jié)端面150mm內(nèi)必須焊滿外觀4（1）焊接時防止燒穿。（2）間斷焊接，間隔100mm，焊150mm（3）嚴禁在內(nèi)筒上引弧和收弧。（4）外口焊縫加強高打磨光滑，平滑過渡層次焊接方法焊材牌號規(guī)格電流(A)電壓(V)速度(cm/min)烘烤溫度保溫時間2手工J427φ3.2100~13022~241~23502注:預熱溫度: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。套合操作應靠筒身自重自由套入，不允許強力壓入。2套合內(nèi)筒將加熱好的盲板層放在專用的底座上，將裝好內(nèi)撐胎的內(nèi)筒吊入盲板層進行套合。套合時動作要快，中途不允許停留3套合質量檢查筒體冷卻后，用木槌敲襯里表面檢查其貼合間隙。單個不貼合長度應小于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<35mm；環(huán)向長度不得超過該圓周的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計稍顯麻煩，沖壓性能差；四等分會導致焊縫增多，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程1下料根據(jù)上層內(nèi)筒實際外徑計算下料尺寸；并考慮其他因素；

層板按三等分下料；并在每層板上編號做標記。2校平為保證包扎質量，每層層板須校平，并用300mm的平尺檢查不平度，最大的間隙應小于0.3mm3噴砂清理板內(nèi)外表面4沖壓見沖壓頁5鉆孔為防止鉆孔時鉆傷內(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切割機切割坡口7待包扎包扎工藝1將內(nèi)筒置于包扎機上，兩端各裝一個包扎內(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記和基準端，先將帶有檢漏孔的層板包扎在內(nèi)筒上，保證檢漏孔對中，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啟動包扎機，將層板拉緊，點固、焊縱縫；4將焊縫打磨平整，用外圓弧樣板和平尺檢查。并作層板松動面積檢查；5每包扎完4層后鉆出檢漏孔塞焊處，每次鉆時，要根據(jù)層板的實際深度確定鉆孔深度，并塞焊檢漏孔，塞焊處要做著色檢驗。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，保證檢漏孔與透氣孔不串氣。焊縫位置的設計多層包扎筒體能夠有效防止單壁容器中，焊縫裂紋缺陷擴展到整個筒壁的情況，但是如果焊縫相錯角度設計不合理，同樣會影響其強度。最佳的焊縫相錯角度時通過計算得來的。

計算得：當n=9時，焊縫相錯角度48?最后一層HB焊接過程檢驗要求1清理坡口2組對、點焊3埋弧自動焊焊縫逐層100%PT(JB/T4730-2005I級)4焊縫表面磨平每層層板焊縫100%MT(JB/T4730-2005I級)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)筒體組對環(huán)縫焊接注:預熱溫度:100℃;

層間溫度≤150℃;

保護氣體種類Ar(99.99%);端面封焊焊接過程檢驗要求1清理堆焊坡口100%MT(JB/T4730-2005I級)2氬弧焊(1)[25/22/2LMn]外觀PT(JB/T4730-2005I級)3氬弧焊（2)[H10MnSi]外觀PT(JB/T4730-2005I級)4預熱100℃5焊條電弧焊（3）外觀PT(JB/T4730-2005I級)焊接過程檢驗要求1加工清理檢測坡口兩側面100%MT(JB/T4730-2005I級)2組對、點焊,預熱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)5埋弧自動焊(3)至70㎜100%RT(JB/T4730-2005II級)6焊條電弧焊里口(4)焊滿逐層PT(JB/T4730-2005I級)100%RT(JB/T4730-2005II級)PT≤0.6%(每一根焊條測一點)7外口埋弧自動焊焊滿(5)100%RT(JB/T4730-2005II級)100%MT+20%UT(JB/T4730-2005I級)8水壓試驗100%MT(JB/T4730-2005I級)外口100%PT(JB/T4730-2005I級)里口環(huán)縫焊接材料的選擇（下封頭）

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

19Mn6化學成分材料牌

號

化

學

成

分

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

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

利用等面積法計算：Da=2765mm加工余量計算邊緣加工余量，加工厚度大于25mm時，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劃線實際用料線尺寸=封頭展開直徑＋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。沖壓力的計算

上模具的設計

下模具的設計沖壓工序

1號料、標記移植、氧氣切割。

2車削外圓邊緣坡度。

3模具安裝調(diào)試。4材料加熱。5進行第一次沖壓。

6加熱工件并更換下模具，進行第二次沖壓。

7加熱工件并更換下模具，進行最后一次沖壓。

8對封頭進行正火處理

9對封頭內(nèi)外表面進行噴砂處理。10對內(nèi)外表面做100%PT(JB4730-2005Ⅰ級)+100%UT(JB4730-2005Ⅰ級)下封頭成型后的加工工序序號工序名稱工序說明工種或設備1準備按圖清理檢查各部件2車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組對按工藝要求組對球殼和工裝環(huán)鉚工5焊接按焊接工藝電焊6檢驗幾何尺寸、焊縫表面質量焊縫100%PT（JB/T4730-2005Ⅰ級）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。按相應焊接工藝要求堆焊過渡層，保證圖紙所要求的覆蓋面積和厚度電焊8檢驗鐵素體測定，其含量≤0.6%