程过设备制造课程设计筒体制造实例--毕业设计.doc

普通高等学校“十一五”规划教材过程设备制造课程设计筒体制造实例 陕西科技大学 编著化学工业出版社教材出版中心第一章 氮气储罐制造工艺设计说明书模板 一，制造背景1.1液化石油气，英文名称： Liquefied petroleum ges，主要成分： 乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等。随着石油化学工业的发展，液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料，已愈来愈受到人们的重视。在化工生产方面，液化石油气经过分离得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等，用来生产合塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、染料等产品。用液化石油气作燃料，由于其热值高、无烟尘、无炭渣，操作使用方便，已广泛地进入人们的生活领域。此外，液化石油气还用于切割金属，用于农产品的烘烤和工业窑炉的焙烧等。而液化石油气储罐是具有较大危险性的储存容器，一旦出现问题，将给人民的生命、财产带来极大的损失。吉林、西安等地的液化气储罐事故给人们以深刻的教训。为了保证液化石油气储罐的安全运行，避免事故发生，必须从个方面严格把关，其中，筒节的制作过程是关键中的关键。产品名称： 40M3液化石油气卧式储罐产品类别： 三按照特种设备安全监察条例的规定，该台产品经制造单位监督检验，安全性能符合 压力容器安全基数监察规程，GB150-1998 钢制压力容器标准及设计图样的规定。1.2设计参数技术特性表 容器类别类三设计压力 MPa1.86设计温度 -1950最高工作压力MPa1.86水压试验压力MPa2.33气密性试验压力MPa1.86焊接接头系数1腐蚀余量量 mm2操作介质液化石油气充装系数0.9设备容积 立方米401.3技术要求 （1）本设备按照GB150-1998钢制压力容器进行制造，检测与验收，并接受压力容器安全技术监察规程的监督。 （2）制造筒体、封头、人孔接管、用16MnR钢板符合GB6654-1996及第二次改造通知单的规定，人孔法兰盖用钢板正火状态供货。帯颈对焊法兰、接管用16MnR应符合JB4726-2000，壳体用16MnR钢板应逐张进行冲击试验，方法按照GB/T229的规定，三个试样的平均值大于等于54J。 （3）设备焊接工艺规程按照JB/T4709-2000，焊接工艺评定按照JB4708-2000.所有角接接头的焊接表面须打磨圆滑过渡。 （4）设备中每条A、B类焊接接头应进行100%射线检测，按照JB/T4730.2-2005的规定，二级合格。所用D类焊剂接头、DN250的接管与法兰的B类焊接接头及所有与承压件相焊接的角接接头，应进行100%表面磁粉检测，按照JB/T4730.4-2005的规定，一级合格。 （5）设备应进行整体焊后消除应力热处理，热处理后不得在设备本体上进行施焊。 （6)最终热处理后，对设备中A。B、D类焊接接头进行硬度检测，其硬度应小于等于200HB。检测数量按照每条A、D类焊接接头测一组，每条B类焊接接头每隔120度测一组，每组包括母材、热影响区和焊缝各一处。 (7）未注明角接接头焊脚高度均等于两相焊件中之较薄件的厚度，且须为连续焊。 （8)设备制造完毕后进行水压试验。水压试验应力见技术要求表。水压试验合格后应将积水排净吹干。 (9）水压试验合格后，应进行气密性试验，试验应力见技术特性表。 （10)设备制造完毕后除锈涂铁红醇酸底漆一遍，再涂银粉醇酸清漆一遍，沿罐体水平中心线用红漆刷一道红色色带，宽度为150mm，在筒体两侧的重心处用红色油漆喷印重新标志，应在重心标志上方喷印LPG字样，重心标志的左侧喷应严禁烟火字样，右侧喷应禁止施焊的字样，标志、字样高度不得小于200mm。 (11)设备的油漆、包装、运输按照JB/T4711-2003压力容器涂覆与运输包装的规定。 (12)本储罐安装时，其纵轴应向排污方向倾斜千分之三。 (13)固定支座的连接采用一个螺母拧紧；活动支座用两个螺母，第一个螺母不拧紧，与支座的距离为1至3毫米，用第二个螺母锁紧。 (14)本储罐必须在有遮阳和水喷淋装置的条件下适用。 1.4储气罐的结构分析 储气罐的结构 储气罐是一个承受内压的钢制焊接压力容器。在规定的使用温度和对应的工作压力下，应保证安全可靠，罐体的基本结构部件应包括人孔、封头、筒体、法兰、支座。 1.4.1筒体结构分析 筒体材料为16MnR,公称内径为2600mm，长度的6500mm.名义壁厚为18mm。整个筒体是用3个筒节组对拼焊而成，这时的简体有纵环焊缝。，纵焊缝采用埋弧焊方式焊接。查相关标准，焊缝形式采用Y形。其筒节间环焊缝亦可采用U形焊缝。应合理设计筒节坡口形式及尺寸。设计焊缝的相对位置。二，筒体材料 对受内压的筒体，由于其工作介质为液化石油气，考虑其腐蚀性以及易燃易爆，选择16MnR作为材料。三筒体具体制造工艺 1.材料的进厂入库检测 筒体结构材料16MnR，按技术要求符合GB6654-1996及第二次改造通知单的规定验收合格后，应按企业标准入库存放。 1.1结构材料预处理 钢材进入车间加工之前进行表面预处理，是金属结构制造中最重要的首要工序。可增强装备耐腐蚀能力延长其使用寿命。预处理工艺 1， 钢板表面净化钢板的表面净化是钢板预处理一个步骤，运用特定的方法或设备祛除表面的油污、铁锈、杂质、氧化皮等。表面净化的方法大体分两类：机械法和化学法。化学法主要有酸洗、碱洗、盐洗等。机械法主要有砂轮打磨、喷沙、喷丸处理。本钢板选用喷沙作为表面净化的处理方式，除去铁锈和氧化皮。用喷砂法做表面净化，所得钢板质量好，且效率高，但是，粉尘太大，所以一般都是在密闭的喷砂室里进行操作。需要注意的是，近年来钢板出厂时，大都会喷一层防护漆，来避免它的腐蚀，防护漆不影响以后的加工和焊接，此时，表面净化这一工序就可省略。矫形 钢材在轧制、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支承不当或装卸条件不良及其他原因，可能会产生弯曲、扭曲、翘曲、波浪变形及表面不平等变形。当这些变形超过一定程度时，会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困难，而且会影响到成形后零件的尺寸和几何形状的精度，从而又会影响到装配、焊接和整个产品的质量。所以在划线下料前应予以矫形。钢材在加工过程中，也会由于受力不均等工艺原因和其他原因而使工件产生变形，为不影响下道工序的加工和确保加工质量，也需进行矫形。另外，在装配一焊接之后，工件也会因焊接等原因，产生某些变形，亦需矫形，此为成品矫形。矫形就是使钢材或工件在外力作用下产生与原来变形相反的塑性变形，以消除弯曲、扭曲、皱折、不平等现象，从而获得正确形状的过程。矫形的实质就是将被拉长的纤维缩短或将缩短的纤维拉长，以恢复原状，或是使其他部分的纤维也拉长或缩短，产生与局部纤维相同的变形。从而达到矫形的目的。矫形的方法按操作方法的不同，可分为手工矫形、机械矫形和火焰矫形三种。本设计采用多辊矫平机进行机械矫形。多辊矫板机矫平钢板，是使板料通过矫板机的上下两列辊子之间，在辊子压力的作用下，受到多次反复弯曲，整个钢板得到均匀的拉长，使多种原始曲率逐步趋向一致变为单一，并不断减小，最终得到矫平。 此处采用GYX-3M钢材预处理装置。利用抛丸机械除锈的先进大型机械设备，钢材经此处理，并经喷保护底漆，烘干处理等工序后，即可保证钢材在生产和使用过程中不在生锈，有不影响机械加工和焊接质量。 2， 矫形 钢材在轧制、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支承不当或装卸条件不良及其他原因，可能会产生弯曲、扭曲、翘曲、波浪变形及表面不平等变形。当这些变形超过一定程度时，会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困难，而且会影响到成形后零件的尺寸和几何形状的精度，从而又会影响到装配、焊接和整个产品的质量。所以在划线下料前应予以矫形。钢材在加工过程中，也会由于受力不均等工艺原因和其他原因而使工件产生变形，为不影响下道工序的加工和确保加工质量，也需进行矫形。另外，在装配一焊接之后，工件也会因焊接等原因，产生某些变形，亦需矫形，此为成品矫形。矫形就是使钢材或工仵在外力作用下产生与原来变形相反的塑性变形，以消除弯曲、扭曲、皱折、不平等现象，从而获得正确形状的过程。矫形的实质就是将被拉长的纤维缩短或将缩短的纤维拉长，以恢复原状，或是使其他部分的纤维也拉长或缩短，产生与局部纤维相同的变形。从而达到矫形的目的。矫形的方法按操作方法的不同，可分为手工矫形、机械矫形和火焰矫形三种。本设计采用多辊矫平机进行机械矫形。多辊矫板机矫平钢板，是使板料通过矫板机的上下两列辊子之间，在辊子压力的作用下，受到多次反复弯曲，整个钢板得到均匀的拉长，使多种原始曲率逐步趋向一致变为单一，并不断减小，最终得到矫平。下图为多辊式矫平机的工作原理图。本设计中，钢材16MnR，板厚为18mm。选用九辊矫正机，其参数情况见下表 矫正机参数表 辊数 辊距 （mm)钢板最小厚度 （mm) 辊径 （mm)最大矫正度 （m/s)主电机最大功率（kw) 9 250 5 220 0.3 180 应注意的是，不是所有的钢板都能一次矫平，是否容易矫平除与矫平机有关外，还与其本身的性质和厚度有关。2. 放样，划线与号料 放样，划线与号料是决定焊接坯料形状与尺寸公差的重要工艺，也是焊接过程中主要的质量控制点之一。 放样是在制造金属结构之前，按照设计图样，在放样平台上用1：1的比例尺寸，划出结构或者零件的图形和平面展开尺寸。号料和划线采用划针或者磨尖的石笔、粉线作线。 三部分操作内容和步骤：放样，展开、制作样杆样板、在钢材上进行号料。号料尺寸公差是反映钢板的划线、号料划线和号料就是根据施工图样及工艺上的要求，正确地确定一个欲加工零件的配料尺寸和形状，并用划线的方法在钢材上号料，同时标注上必要的加工符号及其他必要内容，用以指导以后各道工序的加工。它直接决定着零件的尺寸和几何形状的精度，而且对以后的装配和焊接工序也有很大的影响。 总体来看，划线和号料大致可以分为以下整个划线工序的最终允许公差，根据GB/T 9019-2001，压力容器公称直径标准的规定，长宽及其他外廓尺寸线为+lmm，超过一米的为L/lOOO，但不超过3mm;中心线、基准线为士0.5mm;正方形或长方形，其对角线Ll-L2之差2mm。应注意的是，放样展开最后获得的尺寸是零件的设计尺寸或者说是零件加工后应得的尺寸，而样板是用来号料的，其外部尺寸应该是零件加工前坯料尺寸，这两者是不一样的。零件的坯料尺寸是由零件展开尺寸、工艺余量和加工余量三部分组成的。工艺余量是零件加工过程中由于工艺条件和工艺因素的影响而造成的尺寸变化和偏差。在焊接结构制造中，主要是焊接收缩量和成型后的修边余量。本设计中，16MnR板厚18mm。 焊缝横向收缩余量为2.1- 2.6mm.(参照过程设备制造与检测-表6-26）。 纵向收缩余量为0.15-0.3mm。 (参照过程设备制造与检测-表6-27)。 加工余量 加工余量主要包含切割余量，边缘加工余量两项。气割时会产生一定宽度的割缝，但是当沿外侧切割时可不考虑工艺余量。切割后尚需进行边缘机械加工，留3 mm的加工余量，号料划线公差图如下图所示。2.1筒节下料 筒节的划线是在钢板上划出展开图。筒节的展开计算比较简单，即以筒节的平均直径为基准。由于钢板在卷板机上弯卷是受辊子的碾压，厚度会减薄，长度会伸长。因此，下料尺寸应比计算出来的尺寸短一些。 筒节展开长按下式计算： L=Dm-L=(Di+S)-L1+L2+L3式中， L筒节展开式，mm Dm 筒节平均直径，mm Di筒节内径，mm S板厚，mm L1钢板伸长量，mm L2钢板加工余量，mm L3焊缝横向收缩余量, mm 通常 L= (1-K)Dm K修正系数，K=0.9931-0.9960 综合考虑L2 取5mm 所以将数据带入公式可得： L=8204m 由于整个筒体是用3个筒节组对拼焊而成，因此筒节下料单个钢板的长度为：具体尺寸为（长x宽高）：8204x2170x 18mm筒节钢板的下料选择机械剪切下料。常用的机械剪切下料多采用圆板剪和龙门剪板机，而以龙门剪板机的应用最为广泛，通常只能做直线剪切。 本次选择的剪板机的型号为：Q11-50 x3200型 Q11-50x3200型剪板机 参数最大板厚最大板宽板料强度喉口深度剪切角度可剪次数 行程次数飞轮转速刀片长度50320049070054/Min8/Min82r4200 3，简体的卷制成形 筒节的弯卷成型是用钢板，在卷板机上弯卷而成的。根据钢板的材质，厚度弯曲半径，卷板机的形式和能力，在实际弯卷过程中分为冷卷和热卷。本设计中钢板为18mm厚的16MnR。根据： =/2Rm (1-Rm/Ro)100% (单向拉伸） 式中 弯卷变形率 ，100%; 钢板名义厚度，mm; Rm 筒节中性层半径，mm; Ro 钢板弯曲前的中性层半径，mm 代入数值计算的=0.69%3%（16MnR单向拉伸是的临界变形率）故此处选择冷卷，卷制成形通常在三辊筒或四辊筒卷板机上进行的。 所选卷板机型号为：CDWII-(数控制上调式)40x4000。 对称式三辊卷板机CDWII 参数 规 格 最大宽度最大厚度 上辊直径 /mm 下辊直径 /mm下辊中心距 /mm 主电动机功率 /kW 404000 550 530 610 80 根据 Dmin=d1+(0.15-0.20)d1 式中 d1 卷板机的上辊直径 计算得 Dmin=600mm10mm) b=2.8mm 如下图所表示 b. 棱角度 E/10+2mm,且5mm E=3.8mm 用长度不小于300mm的检查尺检查。如下图所表示 c. 筒体直线度W 筒体长度20000mm时，W2L/1000且不大于20mm 本设计中L=6500mm 计算得 W13mm8，焊接此处焊接采用埋弧自动焊，焊机型号（MZA-1000）按技术要求中对焊接工艺要求施焊，并进行焊后热处理。 最终参数确定如下 焊丝直径 /mm 焊接电流 /A 电弧电压 /V 焊接速度 /m*h-1 线能量 /kj*cm-1 5 700-750 36-40 37.521.53-23.07 9，检测按技术要求中探伤工艺对A.B类焊缝进行100%RT检测，按照JB/T4730.2-2005的规定，二级合格。第二章 锁斗筒体制造工艺设计说明书模板锁斗制造工艺设计一 背景介绍锁斗在煤化工行业用的比较多，特别是在一些加压的粉煤/煤渣气力输送系统中应用，其主要的作用是在起到一个压力缓冲容器的作用，一般安装在常压容器和加压容器之间。锁渣系统主要有渣罐、锁渣阀、排渣阀、渣罐和冲洗水罐组成，锁渣阀一般有两个，排渣阀一个。煤粉贮存在煤粉贮仓中，当煤粉锁斗处于常压状态时，关闭煤粉锁斗的下阀，打开煤粉锁斗的上阀，使煤粉贮仓的煤粉自流进入煤粉锁斗，料满后关闭上阀，通入高压氮气加压后打开下阀使煤粉自流进入煤粉给料仓中，卸完后关闭下阀，排出氮气降至常压，再循环上述过程。锁斗也可用于收集渣，通过下阀来实现间断排渣。 锁斗由接管法兰、衬筒、锥体、筒体、椭圆封头及连接组件组成。其主要作用是将气化炉燃尽的煤灰冷却，粉碎处理后排出，是一部连续运转的疲劳设备。它主要应用于煤化工制气，特别是在一些加压的粉煤/煤渣气力输送系统中应用。锁斗控制包括卸压-清洗-排渣-充压-集渣等过程。涉及渣水工艺联锁、渣池搅拌器联锁、碳洗塔给料泵联锁、灰水泵联锁等。落入激冷室底部的固态熔渣，经破渣机破碎后进人锁斗系统（锁渣系统），锁斗系统设置了一套复杂的自动循环控制系统，用于定期收集炉渣。在排渣时锁斗和气化炉隔离锁斗循环分为减压、清洗、排渣、充压四部分，每个循环约30分钟，保证在不中断气化炉运行的情况下定期排渣。国内对此设备的设计，制造与检验已具有一定的经验和业绩。二 设计条件材质：16MnR 容器类别：二类最高工作压力：4.8MPa 设计压力：4.8MPa工作介质：汽化炉渣/黑水 设计温度：260产品编号：295700 腐蚀裕度：5mm焊接接头系数：1.0 设计基本风压：400Pa地震烈度：6 全容积：46 m 3充装系数：1.0 安全阀开启压力：4.8Mpa 液压试验压力：7.38MPa（卧放）7.30Mpa (立放)三 制造所遵循的规范1.钢制压力容器GB15019982.压力容器安全技术监察规程99版3.钢制塔式容器JB/T471020054.塔器设计技术规定HG 2065219985.钢制压力容器焊接规程JB/T470920006.钢制化工容器制造技术要求HG2058419987.压力容器涂敷与运输包装JB/T471120038.压力容器用钢焊条订货技术条件JB/T47472002四筒体制造工艺的设计4.1. 筒体制造工艺简明流程图材检喷丸探伤号料气割刨坡口坡口探伤压头卷板装焊退火校圆打磨探伤装焊炉外消氢打磨最终探伤组装4.2.锁斗筒体制造工艺过程卡片 工序号 工序名称 工艺要求及工序图 1 材检 1 钢板除应符合GB6654压力容器用钢板 的有关规定外，尚应符合3311-00JT中的有 关要求。 2 质证齐全、标记清楚。 2 喷丸 1 钢板单面喷丸，彻底除锈。 3 探伤 1 对钢板进行100%UT检测，按JB/T4730.3-20 05及3311-00JT中的有关要求执行。 4 号料 1 号出筒体的下料线，筒体的下料尺寸为： L=3400mm。 2 号筒体的纵向焊接接头试板一对 5 气割 1 按线气割下料并清理熔渣。 6 刨坡口 1 按图纸要求刨筒节纵、环缝坡口 7 探伤 1 坡口表面100%MT检查，按JB/T4730.4-200 5中一级合格。 8 压头 1 用大型油压机压头 9 卷板 1 用日本三辊卷板机进行冷卷。 10 装焊 1 组装纵向焊接接头并进行尺寸检查错边量 1mm. 2 焊接详见焊接工艺说明书。 3 纵向焊接接头试板一对 4 焊接接头取样做化学成分分析，其结果应符 合4.1.4的规定。 11 退火 1 进行退火热处理，执行热处理工艺。 2 带筒体纵向焊接接头试板一对。 12 校圆 1 筒体进行冷校圆，椭圆度3mm. 13 打磨 1 对坡口表面进行打磨清理。 2 处理干净坡口表面的锈质。 3 仔细检查直到合格为止。 14 探伤 1 对焊接接头进行100%RT检测，按JB/T4730 .2-2005中二级合格。 2 焊接接头进行100%UT检测，按JB/T4730.3 -2005中一级合格。 3 焊接接头表面进行100%MT检测，按JB/T4 730.4-2005中一级合格。 15 装焊 1 组装筒体与管箱侧法兰环缝，焊接详见焊接 工艺说明书。 16 炉外消氢 1 用环形加热装置进行炉外消氢执行热处理 工艺。 17 打磨 1 对焊接接头表面进行打磨，内表面与母材 平齐，外表面焊缝加强金属高2mm,焊缝表 面 不允许存在咬肉、裂纹、气孔、弧坑、 夹渣等缺陷。 18 探伤 1对焊接接头进行100%RT检测，按JB/T4730 .2-2005中二级合格。 2焊接接头进行100%UT检测，按JB/T4730.3 -2005中一级合格。 3焊接接头表面进行100%MT检测，按JB/T4 730.4-2005中一级合格4.3.筒体工艺设计4.3.1选材（1）压力容器的选材原理1具有足够的强度，塑性，韧性和稳定性。2具有良好的冷热加工性和焊接性能。3在有腐蚀性介质的设备必须有良好的耐蚀性和抗氢性。4在高温状态使用的设备要有良好的热稳定性。5在低温状态下使用的设备要考虑有良好的韧性。（2）筒体选材压力容器材料的种类：1碳钢，低合金钢；2不锈钢；3特殊材料：复合材料（16MnR+316L）；刚镍合金；超级双向不锈钢；哈氏合金（NiMo:78% 20%合金）常用材料：常用复合材料：16MnR+0Gr18Ni9，A：按形状分：钢板、棒料、管状、铸件、锻件B：按成分分：碳素钢：20号钢 20R Q235;低合金钢：16MnR、16MnDR、09MnNiDR、15CrMoR、16Mn锻件、20MnMo锻件;高合金钢：0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti锁斗是煤气化装置重要设备之一，主要起储存和排放炉渣的作用，是一台承受循环载荷的压力容器。按其载荷性质设备遵循压力容器应力分析设计规范进行设计和制造，该设备分析设计采用国家标准，材料宜采用16MnR。 锁斗内的工作介质为气化炉渣/黑水，含有硫化氢,氯离子，硫酸根离子等腐蚀性介质，锁斗循环水中的氯离子浓度确实最高，这股水应该与激冷室黑水和洗涤塔黑水的水质差不多，因此具有强腐蚀性，因此需要在锁斗内堆焊6mm厚的不锈钢材料以满足防腐蚀要求，因此国内采用低合金钢锻件16MnR.4.3.2材检4.3.2.1化学成分分析(1)化学成分如下表所示(查表3.4 16Mn专业用钢的化学成分/% 【】)钢号CSiMnPS16MnR0.20.200.601.201.60=0.035=265450-590=18d=3a室温=27横向-4.3.2.3试验温度牌号钢板厚度mm20025030035040045050016MnR高温规定的残余应力Map601002252051851751651554.3.2.4室温弯曲试验：d=3a,弯曲180，无裂纹4.3.3材料要求a.16Mn之类的低合金钢大都采用正火工艺，细化晶粒，均匀组织。b. 该材质正火之后一般不需要回火，大件最好回下火, 回火温度以下50度左右，可以去疲劳，提高寿命。c. 16Mn锻件和钢板的材料力学性能总体上差不多，但低温冲击和疲劳性能差异较大d.正火处理：1.250装炉，升温180/h，5小时；2. 900保温4小时；3. 空冷。注：筒体钢板使用状态为正火+回火处理，钢板生产商必须以试板进行正火+回火+模拟焊后热处理其各项性能均满足本技术条件的要求。e.钢板应按JB/T4730.3-2005进行超声检测，必须进行100%扫查，验收标准为I级。4.3.4划线4.3.4.1. 筒体的展开计算a.已