设备作业1研究.doc

第1章 高压容器 1形状特点 厚壁容器一般采用轴对称结构，考虑到高压容器应力水平高、制造的方便（直径大壁厚就比较大，增加了制造难度）以及操作时密封的容易，其直径不宜太大，但是在实际的生产过程中，根据其工艺要求需要有相当的容积，因此将其长度做长些，一般高压容器的长径比L/D=12~15， 2结构特点 高压容器的端盖一般都比较厚，同时其密封结构也比较复杂。中低压容器这些薄壁容器一般采用凸形盖，而高压容器采用的是平板盖，但由于平板盖受力不好，因而需要更大的厚度，有些氨合成塔的平盖厚度达到0.5~0.8m。但还可以用锻造制成，采用平垫片密封结构，不过，这样使端盖笨重，安装检修不方便，也比较浪费材料。 高压容器开孔直径较小，若需要工艺性或其他必要的开孔，为不削弱筒壁的强度，一般开在端盖上。 厚壁容器广泛采用具有良好塑性和韧性的高强度钢，随着技术的发展，相对于200~300级别的高延性低碳钢，300~500Mpa级的低合金强度钢已经广泛应用。 高压容器由于密封结构比较复杂，密封面加工的要求比较高， 高压容器由于器内直径小，器内安装内件不方便，因此，内件均在器外组装好，称为芯子，将整个芯子吊装入塔。 3结构型式 高压容器的型式主要是圆筒式，也有少数是圆球式。圆筒式制造与安装内件都比较方便，特别是增大容器体积不必增大其直径。圆球式器壁的应力比较均匀，受载情况较好，同样的载荷与内径，其壁厚较薄，无大厚度、笨重的端盖。但其安装内件不方便，而且增加容积必须增大直径，使其器壁应力水平提高，给制造与结构都带来了许多复杂的问题。因此，除了较小型的高压容器外，一般不用圆球式。 厚壁圆筒容器筒体的结构样式多种多样，大致可分为单层式与多层式两类。 单层式包括整体锻造式、锻焊式、 卷焊式、 单层瓦片式 、无缝钢管式。 多层式包括多层包扎式、多层绕板式、多层绕带式、多层热套式和多层焊缝错开式。 3.1.1整体锻造式 整体锻造式是高压容器制造中最早采用的一种型式。其制造方法是先将铸造好的钢锭放到万吨的水压机锻成圆柱形，加热后用棒形冲头把钢锭通心，把钢锭套在心轴上锻内壁，是内径大致达到需要尺寸。其优点是结构简单，机械强度较高，筒壁上没有薄弱环节，缺点是加工过程中会产生刀痕、台阶，会引起应力集中，产生疲劳裂纹。并且其锻造过程工作量大，生产周期长，成本较高。 这种结构型式一般适用于直径较小，或者压力较高的超高压容器，直径300~800mm的高压聚乙烯釜式反应器便采用这种结构。 3.1.2锻焊式 其优点是直径可适当加大，总长度不受限制；缺点是由于分段制造，工作量加大，且深环焊缝焊接工艺要求较高并对筒体强度有所削弱。 3.1.3单层卷焊式 其制造方法是将厚钢板（达120mm厚度）加热至700~900℃后，在大型卷板机上卷成圆筒，然后焊接纵缝即得筒节。再通过焊接环缝，将筒节连接成需要长度的筒体，然后将预先锻造好的法兰或半球端盖焊上，即得整个容器。其优点是制造工艺简单、生产率高、周期短、成本较低。400mm才可使用此种结构；可卷制的厚度也受到卷板机能力的限制。（直径大于1000mmδ=110mm）；厚钢板的综合性能不如薄钢板，冲击韧性较差。当壁厚较大时 要注意材料的韧性指标，以防容器低应力下发生脆性破坏。 这种结构型式的适用范围是：容器内径400~3200mm，Mpa，壁厚达120mm。 3.1.4单层瓦片式 其缺点是只能用水压机设备进行制造，还有当两条纵焊缝和瓦片的成型与组对都要十分准确，否则纵缝焊接产生错边，使筒节在工作时产生附加弯矩与应力。单层式厚壁容器不存在壁厚层间松动面问题车，也不存在组合结构上的薄弱环节，但单层式厚壁容器由于其壁厚，一次成型对工具的要求较高，需要万吨水压机，或大型卷板机。另外，它只能用一种材料，贵金属消耗多，再一个缺点就是从断裂力学的角度看，壁上产生缺陷时，可能扩展整个器壁而断裂。 3.2多层式 3.2.1多层包扎式 先用14~34mm的优质钢板或者8~13mm的不锈钢板卷焊成内筒，把厚度4~8mm的薄钢板卷成半圆（瓦片）形做成外表面再焊上。之后用同样的方法包下一层，但纵缝互相错开75°左右，直到层数满足厚度的需要。其优点是制造工艺简单，不需大型复杂加工设备； 安全可靠性高，层板间隙具有阻止缺陷和裂纹向厚度方向扩展的能力； 减少了脆性破坏的可能性；包扎预应力改善筒体的应力分布；对介质适应性强，可选择合适的内筒材料。 其缺点是筒体制造工序多、周期长、效率低、钢材利用率低（仅60%左右）； 深环焊缝对制造质量和安全有显著影响。①无损检测困难，环焊缝的两侧均有层板，无法用超声检测，只能射线检测；②焊缝部位存在很大的焊接残余应力，且焊缝晶粒易变得粗大而韧性下降； ③环焊缝的坡口切削工作量大，且焊接复杂。 这种结构型式一般用在直径在500~3200mm，压