氨合成塔DF主螺栓預(yù)緊狀態(tài)載荷計(jì)算及液壓上緊裝置最終油壓計(jì)算及施工程序

氨合成塔(DF1401)主螺栓預(yù)緊狀態(tài)載荷計(jì)算及液壓上緊裝置最終油壓計(jì)算及施工程序業(yè)主審批：杜杰編制人：宋桂森編制單位：中油吉林化建本溪項(xiàng)目部設(shè)計(jì)審核：王群編制日期：2006年6月30日DF1401氨合成塔主螺栓預(yù)緊狀態(tài)載荷計(jì)算及液壓上緊裝置最終油壓計(jì)算及施工程序主題：1.本溪35萬(wàn)噸合成氨裝置氨合成塔主螺栓預(yù)緊狀態(tài)載荷計(jì)算2.合成塔主螺栓液壓上緊裝置最終油壓計(jì)算3.主螺栓上緊、松開(kāi)施工程序一、編制說(shuō)明在我公司承建的遼寧本溪北方煤化工工程有限公司的35萬(wàn)噸/年合成氨項(xiàng)目中，氨合成塔（位號(hào)DF1401）是從南非AECI公司進(jìn)口的閑散二手核心設(shè)備。因?yàn)榇伺_(tái)設(shè)備南非資料不全，沒(méi)有大蓋主螺栓預(yù)緊狀態(tài)載荷，所以在試壓和安裝時(shí)必須重新核算，另外重新安裝時(shí)因主螺栓的規(guī)格大，設(shè)備設(shè)計(jì)壓力高，現(xiàn)場(chǎng)使用液壓上緊裝置，進(jìn)行螺栓緊固，因此需要進(jìn)行液壓上緊裝置最終油壓的計(jì)算，現(xiàn)應(yīng)業(yè)主委托要求，我單位根據(jù)現(xiàn)有的南非DF1401資料、國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初步計(jì)算，并由五環(huán)設(shè)計(jì)院校核審定，業(yè)主批準(zhǔn)后執(zhí)行。二、編制、計(jì)算依據(jù)2.1、DF1401氨合成塔圖紙2.2、《鋼制壓力容器》-GB150-982.3、《螺栓液壓上緊裝置》-HG/T2173-952.4、液壓拉伸器廠家的公司標(biāo)準(zhǔn)及圖紙參數(shù)三、氨合成塔（DF1401）主要工藝參數(shù)3.1設(shè)計(jì)壓力：24.6MPa設(shè)計(jì)溫度：300OC外形尺寸：φ2512×12908mm×131mm設(shè)備重量：148t3.2筒體主螺栓尺寸參數(shù)：M134×6×1044mm數(shù)量：32個(gè)材質(zhì)：螺栓ASTMSA193GRADEB16螺母SA194GRADEB16螺栓、圓螺母尺寸：見(jiàn)附圖8.13.3密封形式：氨合成塔采取的是雙錐環(huán)密封加金屬軟墊片形式3.3.1雙錐密封結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)附圖3.3圖3.3：雙錐環(huán)尺寸標(biāo)注：g：雙錐環(huán)與大蓋間隙：1.2mmA：雙錐環(huán)高度：150mmC.：雙錐環(huán)外側(cè)面高度：30mmB：雙錐環(huán)厚度：70mmα：雙錐環(huán)密封面錐角及公差α=30O0＋15ˊD1：雙錐環(huán)內(nèi)徑：2180.5mmDg：密封面平均直徑2285.86mm3.3.2墊片材質(zhì)：采用退火鋁板密封，厚度δ=1.0mm退火鋁墊片的密封壓力比，根據(jù)GB150-98表9-2查得y=60.7MPa3.3.3雙錐密封的摩擦角選擇查GB150-98附錄G：鋼與鋁接觸時(shí)摩擦角ρ=15O四、DF1401主螺栓預(yù)緊狀態(tài)的載荷計(jì)算根據(jù)GB150-98中雙錐密封主螺栓預(yù)緊狀態(tài)載荷公式（G4）得Wa=1.57Dg（A-C）*y*(sin（α+ρ）/cosα*cosβ)……………….G4=1.57*2285.86*120*60.7*(sin45/cos30*cos15)N=430656.024*60.7*(0.707/0.866*0.9659)N=22096822NWa-預(yù)緊狀態(tài)主螺栓載荷（N）五、液壓上緊裝置最終油壓計(jì)算5.1螺栓液壓上緊裝置執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：HG/T21573-955.2液壓拉伸器型號(hào)為：（DH）圓螺母M100*6液壓拉伸器裝配示意圖見(jiàn)附圖8.2制造單位：南通東亞液壓設(shè)備制造有限公司5.3液壓上緊裝置參數(shù)（由廠家提供）5.3.1最大拉伸力：1800KN（原為1450KN）5.3.2最大行程15mm5.3.3油缸截面積A=25132mm2(原為19248mm2)5.4上緊油壓的計(jì)算5.4.1符號(hào)說(shuō)明PO—操作狀態(tài)下上緊最終油壓（MPa）PT—水壓試驗(yàn)情況下上緊最終油壓（MPa）A—液壓上緊裝置油缸截面積25132mm2WMr=Wa=22096822NN—主螺栓數(shù)量=32ηO—操作狀態(tài)下，雙錐密封上緊油壓增值系數(shù)見(jiàn)A-1表ηT—水壓狀態(tài)下，雙錐密封上緊油壓增值系數(shù)見(jiàn)A-1表5.4.2雙錐密封上緊油壓增減系數(shù)A-1表設(shè)計(jì)壓力（Mpaa）32.025.022.015.0ηO2.432.262.182.03ηT2.632.422.322.115.4.3雙錐墊的上緊油壓計(jì)算，根據(jù)HG/T21573-95式（A-3）（A-4）計(jì)算1.操作情況下：PO=ηOWmR/NA=2.26*22096822N/32*25132mm2（A-3）P0=0.0621*109Pa=0.0621*103Mpa=62.1Mpa2.水壓試驗(yàn)情況下上緊油壓計(jì)算根據(jù)式（A-4）PT=ηTWmR/NA=2.42*22096822N/32*25132mm2=0.06649*109Pa=66.5MPa六、氨合成塔主螺栓的上緊程序及操作方法螺栓液壓上緊裝置組合示意圖見(jiàn)附圖66．1液壓拉伸器布置順序及操作方法氨合成塔主螺栓共32個(gè)，采用4個(gè)拉伸器4個(gè)工作頭在同一油壓下同步拉伸，分8次對(duì)中分批上緊。拉伸器在螺栓上的布置順序，即為在同一油壓下螺栓上緊的順序，拉伸器的布置應(yīng)相互是90O錯(cuò)開(kāi)，上一次上緊與下一次上緊拉伸器布置應(yīng)錯(cuò)開(kāi)一定位置，以達(dá)到上緊均勻?yàn)樵瓌t。氨合成塔主螺栓上緊順序圖如下33333氨合成塔上蓋主螺栓緊固順序圖666625255522777788188116．2上緊油壓分級(jí)螺栓的上緊應(yīng)分級(jí)進(jìn)行，油壓逐漸遞增，以確保密封效果均勻，根據(jù)本文第五部分計(jì)算得出的上緊最終油壓計(jì)算值取小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)（MPa）作為實(shí)際需上緊的最終油壓。6．3氨合成塔上緊油壓的分級(jí)6．3．1通常情況下分為4~5級(jí)油壓上緊，最終油壓在50.0MPa以上一般可分為五級(jí)，50.0MPa以下可分為四級(jí)，第一級(jí)油壓可取最低油壓數(shù)值的30%~40%用平墊密封時(shí)取較大值，采用雙錐密封時(shí)考慮雙錐的調(diào)整以準(zhǔn)確就取較小值。最終一級(jí)的油壓重復(fù)前一級(jí)油壓，均取最終油壓，以確保密封效果，全部上緊后入如發(fā)現(xiàn)有微量泄漏，允許將最終油壓提高5%~10%，這時(shí)需對(duì)主螺栓許用應(yīng)力進(jìn)行校核。6．3．2水壓情況下，螺栓上緊時(shí)油壓分級(jí)表（已知PT=66.5MPa）上緊級(jí)數(shù)ⅠⅡⅢⅣⅤ油壓PT(%)30%PT60%PT80%PT100%PT100%PT油壓值（MPa）20.039.953.266.566.56．4主螺栓松開(kāi)程序6．4．1如果因?yàn)樘厥庠颍ㄈ缧孤?墊片損壞）需要更換墊片時(shí)，主螺栓需要松開(kāi)，螺栓在松開(kāi)時(shí)，拉伸器布置、順序與螺栓上緊時(shí)相同。6．4．2松開(kāi)時(shí)油壓的分級(jí)，通常比上緊時(shí)少一級(jí)，第一級(jí)油壓必須比上緊時(shí)最終一級(jí)油壓高1.0MPa，其他各級(jí)均勻遞減。所以：氨合成螺栓水壓試驗(yàn)情況松開(kāi)油壓分級(jí)表如下松開(kāi)級(jí)數(shù)ⅠⅡⅢⅣ油壓PT=66.5100%PT+11.080%PT60%PT30%PT油壓（MPa）67.553.239.920.06．5操作情況下6．5．1操作狀態(tài)下上緊油壓（同水壓情況）PO=62.1MPa上緊級(jí)數(shù)ⅠⅡⅢⅣⅤ油壓P0(%)30%Po60%Po80%Po100%Po100%Po油壓（MPa）18.637.349.762.162.16．5．2操作狀態(tài)下松開(kāi)油壓分級(jí)松開(kāi)級(jí)數(shù)ⅠⅡⅢⅣ油壓Po(%)100%Po+11.080%Po60%Po30%Po油壓（MPa）63.149.737.318.6七、總結(jié)按照以上的計(jì)算結(jié)果和施工程序，我們于2006.10.12日在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)進(jìn)口的利舊設(shè)備氨合成塔進(jìn)行了水壓試驗(yàn)，壓力試驗(yàn)取得了成功。本項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)可以給以后類似項(xiàng)目