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

氨合成塔(DF1401)主螺栓預緊狀態(tài)載荷計算及液壓上緊裝置最終油壓計算及施工程序業(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目部設計審核：王群編制日期：2006年6月30日DF1401氨合成塔主螺栓預緊狀態(tài)載荷計算及液壓上緊裝置最終油壓計算及施工程序主題：1.本溪35萬噸合成氨裝置氨合成塔主螺栓預緊狀態(tài)載荷計算2.合成塔主螺栓液壓上緊裝置最終油壓計算3.主螺栓上緊、松開施工程序一、編制說明在我公司承建的遼寧本溪北方煤化工工程有限公司的35萬噸/年合成氨項目中，氨合成塔（位號DF1401）是從南非AECI公司進口的閑散二手核心設備。因為此臺設備南非資料不全，沒有大蓋主螺栓預緊狀態(tài)載荷，所以在試壓和安裝時必須重新核算，另外重新安裝時因主螺栓的規(guī)格大，設備設計壓力高，現(xiàn)場使用液壓上緊裝置，進行螺栓緊固，因此需要進行液壓上緊裝置最終油壓的計算，現(xiàn)應業(yè)主委托要求，我單位根據(jù)現(xiàn)有的南非DF1401資料、國內(nèi)相關標準進行初步計算，并由五環(huán)設計院校核審定，業(yè)主批準后執(zhí)行。二、編制、計算依據(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準及圖紙參數(shù)三、氨合成塔（DF1401）主要工藝參數(shù)3.1設計壓力：24.6MPa設計溫度：300OC外形尺寸：φ2512×12908mm×131mm設備重量：148t3.2筒體主螺栓尺寸參數(shù)：M134×6×1044mm數(shù)量：32個材質(zhì)：螺栓ASTMSA193GRADEB16螺母SA194GRADEB16螺栓、圓螺母尺寸：見附圖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)構圖見附圖3.3圖3.3：雙錐環(huán)尺寸標注：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：鋼與鋁接觸時摩擦角ρ=15O四、DF1401主螺栓預緊狀態(tài)的載荷計算根據(jù)GB150-98中雙錐密封主螺栓預緊狀態(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-預緊狀態(tài)主螺栓載荷（N）五、液壓上緊裝置最終油壓計算5.1螺栓液壓上緊裝置執(zhí)行標準：HG/T21573-955.2液壓拉伸器型號為：（DH）圓螺母M100*6液壓拉伸器裝配示意圖見附圖8.2制造單位：南通東亞液壓設備制造有限公司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上緊油壓的計算5.4.1符號說明PO—操作狀態(tài)下上緊最終油壓（MPa）PT—水壓試驗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A-1表ηT—水壓狀態(tài)下，雙錐密封上緊油壓增值系數(shù)見A-1表5.4.2雙錐密封上緊油壓增減系數(shù)A-1表設計壓力（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算，根據(jù)HG/T21573-95式（A-3）（A-4）計算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.水壓試驗情況下上緊油壓計算根據(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，采用4個拉伸器4個工作頭在同一油壓下同步拉伸，分8次對中分批上緊。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，拉伸器的布置應相互是90O錯開，上一次上緊與下一次上緊拉伸器布置應錯開一定位置，以達到上緊均勻為原則。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上緊油壓分級螺栓的上緊應分級進行，油壓逐漸遞增，以確保密封效果均勻，根據(jù)本文第五部分計算得出的上緊最終油壓計算值取小數(shù)點后一位數(shù)（MPa）作為實際需上緊的最終油壓。6．3氨合成塔上緊油壓的分級6．3．1通常情況下分為4~5級油壓上緊，最終油壓在50.0MPa以上一般可分為五級，50.0MPa以下可分為四級，第一級油壓可取最低油壓數(shù)值的30%~40%用平墊密封時取較大值，采用雙錐密封時考慮雙錐的調(diào)整以準確就取較小值。最終一級的油壓重復前一級油壓，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%，這時需對主螺栓許用應力進行校核。6．3．2水壓情況下，螺栓上緊時油壓分級表（已知PT=66.5MPa）上緊級數(shù)ⅠⅡⅢⅣⅤ油壓PT(%)30%PT60%PT80%PT100%PT100%PT油壓值（MPa）20.039.953.266.566.56．4主螺栓松開程序6．4．1如果因為特殊原因（如泄漏.墊片損壞）需要更換墊片時，主螺栓需要松開，螺栓在松開時，拉伸器布置、順序與螺栓上緊時相同。6．4．2松開時油壓的分級，通常比上緊時少一級，第一級油壓必須比上緊時最終一級油壓高1.0MPa，其他各級均勻遞減。所以：氨合成螺栓水壓試驗情況松開油壓分級表如下松開級數(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)下松開油壓分級松開級數(shù)ⅠⅡⅢⅣ油壓Po(%)100%Po+11.080%Po60%Po30%Po油壓（MPa）63.149.737.318.6七、總結(jié)按照以上的計算結(jié)果和施工程序，我們于2006.10.12日在現(xiàn)場對進口的利舊設備氨合成塔進行了水壓試驗，壓力試驗取得了成功。本項目施工經(jīng)驗可以給以后類似項目