第七章高压容器制造.

第四节高压容器制造高压容器制造及结构型式单层结构型式多层结构型式以单层卷焊式为主热套式扁平钢带倾角错绕式层板包扎式单层容器和多层容器制造工艺比较①◆单层容器制造工艺过程简单、生产效率较高。◆多层容器工艺过程较复杂,工序较多,生产周期长。②◆单层容器使用钢板相对较厚,而厚钢板的轧制比较困难,抗脆裂性能比薄板差,质量不易保证,价格昂贵。◆多层容器所用钢板相对较薄,质量均匀易保证,抗脆裂性好。③多层容器的安全性高即使个别层板存在缺陷,也不容易延展至其他层板，不会产生瞬时的脆性破坏,。另外,多层容器钻有透气孔,可以排出层间气体,若内筒发生腐蚀破坏,介质由透气孔泄出易于发现。④由于层间间隙,导热性小得多,高温工作时热应力大。⑤层板间隙的存在,环焊缝处必然存在缺口的应力集中为提高厚壁筒的承载能力,在内壁面产生预压缩应力,达到均化应力沿壁厚分布的目的。多层也采用内层预紧，改善受力。⑥没有深的纵焊缝,但它的深环焊缝难于进行热处理。⑦单层厚壁容器在内压作用下,筒体沿壁厚方向的应力分布很不均匀,筒体内壁面应力大、外壁面应力小,随着简体外直径和内直径之比的增大,这种不均匀性更为突出。①分段热套合利用热套法套合成几段多层筒节、再焊环缝制成整体容器。这种方法技术成熟,应用较广泛。1、有两种热套形式段热套合、整体热套合。下料筒节各层板成型筒节各层板焊接并加工三层分段热套合容器(氨合成塔）工艺过程如下：热套。外层加热，把内层套入再热套筒节成形并加工环坡口筒节间焊接筒体与封头焊接②整体热套合如图是双层箍式容器。然后分段热套外筒先焊好内筒全长顶塞底塞外筒之间(轴向)不焊接，容器轴向力完全由内筒承受。整体套合不方便层数增多,可以减薄各层圆筒的厚度,提高抗脆性断裂能力；但会影响筒壁的传热,增加制造的复杂性,费用高；以3层较普遍，层数一般不超过5层,通常各层厚度相同更为方便。对腐蚀性介质，内筒采用耐腐蚀的材料。2、热套层数要求过盈量取套合直径的0.1%～0.2%。4、每个套合圆筒上，必须钻泄放孔。3、过盈量的选择1、制造工艺(1)制造内筒①板厚为12～25mm，若有防腐要求，可选用不锈钢板或钛板；②制造工艺大致同单层容器，但要加工焊缝表面。⑵层板加工①预先将层板弯卷成瓦片状,层板厚6～12mm,国外层板已选12～20mm。②将预弯的瓦片状层板，放在内筒上，用钢丝绳拉紧、点固并焊接纵缝。(注意纵缝位置要预先安排好，不能重叠或太近)③修磨焊缝，准备下层的包扎。④每层层板包扎后需要进行松动面积检查。GB150中规定，对内径不大于100Omm的容器,每一松动部位：沿环向长度不得超过Dn的30%；沿轴向长度不得超过600mm;对于内径大于100Omm的容器,每一松动的部位：沿环向长度不得超过300mm；沿轴向长度不得超过600mm。⑤每个多层筒节上必须钻泄放孔。多层包扎式尿素合成塔筒体制造工艺介绍目前我国制造的尿素合成塔规格十分繁多，有φ800mm、φ1000mm、φ1250mm、φ1400mm、φ1500mm、φ1600mm、φ1800mm、φ2100mm、φ2200mm、φ2650mm、φ2800mm等，适用于年产4万吨、8万吨、11万吨、12万吨、16万吨、21万吨和52万吨的尿素生产装置。尿素合成塔的操作压力根据不同的工艺也不尽相同，主要有21MPa和16MPa两种系列，操作温度均小于200℃。由于尿素合成塔是一种典型的耐压、耐较高温度和耐强烈腐蚀的反应器；制造质量的优劣直接影响到正常运行，甚至影响到整个尿素生产装置的安全可靠性。制造厂必须严格按国家标准和相应的工程标准进行设计、选材、制造和验收，制造竣工后进行认真的质量评议，得到行业专家的认可后才能出厂交付使用。高压筒体承受着高压、高温和强腐蚀介质的作用。其组合形式主要有以下几种类①单层外壳、复合板不锈钢衬里层;②热套多层壳体，热套内层不锈钢衬里层;③多层多层包扎焊接壳体，包扎不锈钢内层;④外层多层包扎焊接壳体，内筒热套不锈钢衬里。经过多年的实践和比较，目前用得最多的，最可靠的结构形式有：以不锈钢作为内筒，外层直接包扎焊接多层层板。以南京化工机械厂尿素合成塔制造工艺为例（公称直径1500~1850mm)，简介其筒体的制造。在制造上，具有许多优点：①不需要大型复杂机械国内许多压力容器生产厂家都可以制造；②层板逐层焊接各层纵焊缝不重合，相互不影响；③逐层纵缝在圆周上均匀分布收缩应力均匀，筒体圆周几何度均匀。④衬里受紧压内筒工作应力大大降低，甚至为压应力，应力腐蚀的可能性降低；⑤衬里焊缝在塔外焊接便于进行RT检测和PT检测，有缺陷时返修方便，可充分保证主焊缝的质量。⑥设置一层过渡层(盲板)盲层板的纵焊缝——间断焊、不焊透；盲层板的内壁也开出纵横交错的沟槽，作为检漏通道。在强度计算时，衬里层、盲层板均不计入。层板不接触介质，因此主要考虑强度方面。内筒制造Ⅰ内筒材料：耐腐蚀，选用厚度为8~10mm的316L不锈钢。Ⅱ内筒的制造工艺过程是:①材料复验、准备、下料（详细）等离子弧切割下料——按内筒中径展开计算，加焊后收缩量等；下料时必须严格控制板材对角线之差1mm；②刨边——刨出内筒纵焊缝坡口；③卷圆——冷卷成形；必须在专用的卷板机上进行。避免卷制过程中压出麻点、划伤以及铁离子污染。④组对焊接应控制对口错边量1.5mm，并严格按焊接工艺施焊；⑤探伤焊缝100%RT检验，按JB4730-1994中的I级要求；⑥热处理:作消除焊接应力热处理；⑦焊缝内外表面磨平，并校圆；⑧尺寸检查检验员测量内筒周长（两端及中间部分共3处），换算成直径，记录于表中，作为盲板层下料的依据；⑨探伤纵缝作UT复探和PT检验，按JB4730-1994中的I级要求；⑩大车筒节两端加工平，并以一端作为基准端，作好标记；⑾划线划内筒检漏孔线，并将检漏孔中心线延长到内筒端面，作出标记，以备层板包扎用；⑿待热套。制造过程注意事项:①卷圆、矫圆内筒时必须在专用的卷板机上进行。避免卷制过程中压出麻点、划伤以及铁离子污染。②制造场地和环境清洁避免铁素体污染和磕碰划伤，否则会影响不锈钢的耐蚀性能。③打磨用含有橡胶氧化铝的砂轮，打磨时间不应太长，避免造成回火色。④不能用普通的粉笔当做记号笔在不锈钢上乱写乱画。标记移植用的记号笔应采用不含氧离子、硫化物的颜料。盲层板制造盲层板主要是保护内筒，只要求可焊性，采用Q235。厚度6~8mm结构特点在盲层板内壁要加工出纵向和环向榴若干条。的深为2.5mm，宽6mm。盲层板是在平板状态时开槽，要在专用的工装上进行。纵向槽深度应适当控制。过深了、在育层板卷制成圆后会有棱角出现，不利于将来的层板包扎。盲板筒体——卷制盲板层纵缝焊接焊接过程检验要求1清理堆焊坡口2加垫板，组对、点焊3焊条电弧焊堆焊。筒节端面150mm内必须焊满外观4（1）焊接时防止烧穿。（2）间断焊接，间隔100mm，焊150mm（3）严禁在内筒上引弧和收弧。（4）外口焊缝加强高打磨光滑，平滑过渡层次焊接方法焊材牌号规格电流(A)电压(V)速度(cm/min)烘烤温度保温时间2手工J427φ3.2100~13022~241~23502注:预热温度:100℃;层间温度≤150℃。盲板层纵缝焊接表4-4盲板层纵缝焊接工序盲板与不锈钢内筒的热套工艺：1盲板筒体加热盲板筒立起来后装入炉内，加热到350℃~400℃，保温20分钟（内径增加10—14mm）注意：在套合操作前需进行喷砂或喷丸处理，清除油污及影响层间贴合的杂物。套合操作应靠筒身自重自由套入，不允许强力压入。2套合内筒将加热好的盲板层放在专用的底座上，将装好内撑胎的内筒吊入盲板层进行套合。套合时动作要快，中途不允许停留3套合质量检查筒体冷却后，用木槌敲衬里表面检查其贴合间隙。单个不贴合长度应小于300mm，面积小于250mm,总的不贴合面积小于内筒总表面积的10℅为合格。且用0.5mm的塞尺检查筒体两端的间隙，插入深度应35mm；环向长度不得超过该圆周的10℅为合格。层板的制造材料——16MnR，厚度8~12mm；层板筒体——瓦片（2~3片）焊接而成。层板可分为两等分，三等分，四等分。其中两等分的模具设计稍显麻烦，冲压性能差；四等分会导致焊缝增多，增加工作量。所以，采用三等分比较合适。包扎层瓦片——冲压制作层板制造工艺过程1下料根据上层内筒实际外径计算下料尺寸；并考虑其他因素；层板按三等分下料；并在每层板上编号做标记。2校平为保证包扎质量，每层层板须校平，并用300mm的平尺检查不平度，最大的间隙应小于0.3mm3喷砂清理板内外表面4冲压见冲压页5钻孔为防止钻孔时钻伤内筒表面，第一二层板是上的Ø8mm的透气孔必须在包扎前钻完。6层板纵焊缝坡口加工用自动切割机切割坡口7待包扎包扎工艺1将内筒置于包扎机上，两端各装一个包扎内撑胎，以防止变形；2找好内筒与待包扎层板上的检漏孔标记和基准端，先将带有检漏孔的层板包扎在内筒上，保证检漏孔对中，然后将层板两端与内筒固定，再包扎上不带检漏孔的板；3启动包扎机，将层板拉紧，点固、焊纵缝；4将焊缝打磨平整，用外圆弧样板和平尺检查。并作层板松动面积检查；5每包扎完4层后钻出检漏孔塞焊处，每次钻时，要根据层板的实际深度确定钻孔深度，并塞焊检漏孔，塞焊处要做着色检验。待筒节包扎完后，钻出检漏孔和透气孔，并做0.1MPa空气试验，保证检漏孔与透气孔不串气。焊缝位置的设计多层包扎筒体能够有效防止单壁容器中，焊缝裂纹缺陷扩展到整个筒壁的情况，但是如果焊缝相错角度设计不合理，同样会影响其强度。最佳的焊缝相错角度时通过计算得来的。计算得：当n=9时，焊缝相错角度48˚最后一层HB焊接过程检验要求1清理坡口2组对、点焊3埋弧自动焊焊缝逐层100%PT(JB/T4730-2005I级)4焊缝表面磨平每层层板焊缝100%MT(JB/T4730-2005I级)注：（1）每条纵缝必须焊两层；(2)每条纵缝焊完后必须打磨平整。层板纵缝焊接检漏系统筒体组对环缝焊接注:预热温度:100℃;层间温度≤150℃;保护气体种类Ar(99.99%);端面封焊焊接过程检验要求1清理堆焊坡口100%MT(JB/T4730-2005I级)2氩弧焊(1)[25/22/2LMn]外观PT(JB/T4730-2005I级)3氩弧焊（2)[H10MnSi]外观PT(JB/T4730-2005I级)4预热100℃5焊条电弧焊（3）外观PT(JB/T4730-2005I级)焊接过程检验要求1加工清理检测坡口两侧面100%MT(JB/T4730-2005I级)2组对、点焊,预热100℃3氩弧焊打底(1)4焊条电弧焊外口(2)至20㎜100%RT(JB/T4730-2005II级)5埋弧自动焊(3)至70㎜100%RT(JB/T4730-2005II级)6焊条电弧焊里口(4)焊满逐层PT(JB/T4730-2005I级)100%RT(JB/T4730-2005II级)PT≤0.6%(每一根焊条测一点)7外口埋弧自动焊焊满(5)100%RT(JB/T4730-2005II级)100%MT+20%UT(JB/T4730-2005I级)8水压试验100%MT(JB/T4730-2005I级)外口100%PT(JB/T4730-2005I级)里口环缝焊接材料的选择（下封头）19Mn6钢是德国钢种，与16MnR钢属于同一类碳锰钢，其含碳量高于16MnR，故焊接性略差于16MnR。19Mn6化学成分材料牌号化学成分％CSiMnPSAlt19Mn60.15～0.220.30～0.601.00～1.60≤0.030≤0.025≥0.02019Mn6正火温度890～950℃消应力退火温度520～580℃封头的展开计算封头内径Dg=1866mmδ=89mm。中性层直径Dm=Dg+δ=1955mm利用等面积法计算：Da=2765mm加工余量计算边缘加工余量，加工厚度大于25mm时，边缘加工余量为5mm；焊接变形量，取3mm；修边余量取12mm；钢板氧气切割加工余量为10mm；焊缝坡口间隙，取1mm划线实际用料线尺寸=封头展开直径＋焊接变形量-焊缝坡口