焦炭塔本体的设计

姓名XXXX班级XXXX学号XXXX焦炭塔的制造工艺焦炭塔是炼油工业中延迟焦化装置的核心设备，他把价值低的劣质油转化为价值高的汽油和中馏分油，产生巨大的经济效益。从严格意义上讲，焦炭塔不属于塔设备，而是反映类容器。然而，习惯上讲它是一种特殊的塔设备，下面将介绍焦炭塔设备的制造工艺。选材焦炭塔的下部塔壁通常都附着一层牢固而致密的有焦炭形成的保护层，隔离了服饰介质，因此一般腐蚀不明显选材时考虑采用碳钢或铬钼钢。焦炭塔上部泡沫段以上部分，由于没有焦炭层保护，腐蚀介质直接与塔体接触，在生产过程中该部分塔体会产生高温硫腐蚀与低温露腐蚀，塔体应选用碳钢0CR13AL合板，或铬钼钢0CR13AL复合板，同时符合SH/T30962001加工高硫原油重点装置主要设备设计选材导则表304延迟焦化装置主要设备的推荐用材中有关焦炭塔的选材标准，但需指出，上部复合钢板高度应有焦炭塔顶部到泡沫层以下200MM处。过去国内设计的焦炭塔一般直径较小，选材多以20G为主，焦炭塔原料含硫量较低，因此使用中未出现太多的问题。国内设计的焦炭塔选用碳钢和铬钼钢都有，但近年来发现设计的焦炭塔大部分选用铬钼钢，在含硫量较高时还选用410S型不锈钢复合钢板防腐。由于焦炭塔的大型化，使用碳钢钢板厚度已超出不预热的厚度，而且碳钢在焦炭塔的操作工况条件下长期使用还有可能产生石墨化现象，而铬钼钢的高温机械性能大大优于碳钢，强度高2倍以上，抗高温氧化性及抗疲劳性能均比碳钢好得多。在相同塔径的情况下，材料使用铬钼钢的塔其塔壁较薄，操作时产生的热应力也相应较小，重量较轻可以节约钢材及投资，且使用寿命比碳钢塔长得多，目前国内生产的15CRMOR钢板性能基本稳定，因此设计时多数采用15CRMOR钢板。泡沫段以上部位采用15CRMOR0CR13AL复合板。焦炭塔的的结构组成由于塔器一般均较长（通常10M60M以上）所需桶节为十几节甚至几十节，因此必须采用分段制造，然后组装成一体。焦炭塔的结构如下图所示主要由三部分组成半球形上封头、塔体和圆锥形下封头。塔体的制造工艺材料的切割根据图纸技术要求对原材料或经加工的坯料经行排版和和号料。在号料的过程中要注意考虑各道工序的加工余量和划线的技术要求。号料以后切割工序，切割可分为机械切割和热切割，由于板材尺寸比较大，所以采用热切割的氧乙炔半自动切割（氧乙炔切割的实质是利用氧气乙炔使被切金属加热到燃点，然后在一股纯氧气流中燃烧（猛烈地氧化），并利用高压氧流把燃烧形成的氧化物吹走，从而使金属分割成两份。氧气切割必须满足已下条件金属的燃点必须低于其熔点；金属氧化物熔点必须低于金属本身熔点；金属燃烧时放出的热量应足以维持切割过程连续进行）。右图为氧乙炔切割示意图切割材料的边沿加工经切割加工后可以得到所需的形状和尺寸，但还不能马上进行焊接，应对切割完的材料进行边缘加工，边缘加工的目的在于去除切割时产生的边缘缺陷（如小裂缝、淬火硬化组织等），以改善其焊接条件和提高产品质量。这对高强度合金钢，低温设备或承受动载荷作用的部件的焊接更为重要。另一方面，根据尺寸要求，当切除边缘的多余金属并开出坡口时，应保证焊缝焊透所需的填充金属是最少的。目前常用的边缘加工方法有氧气乙炔火焰切割和机械加工两种延期乙炔火焰切割坡口通常和钢板的下料结合起来，而且多采用自动或半自动的气割方法进行，在缺乏这些设备或不适应时采用手工气割；机械加工坡口可在不同的设备上进行钢板用刨边机；筒节用端面车床；封头用立式车床。筒节的弯曲成型紧接的工序是筒节的弯曲成型，通常是在卷板机上完成的，一般选用对称式三辊卷板机。其工作原理如下图上辊1是从动辊，可以上下移动，以适应各种弯曲半径和厚度需要，并对钢板施加一定的弯曲应力。两个下辊2是主动辊，对称于上辊轴线排列，并由电动机经减速机驱动，以同向同速转动。工作时将钢板置于上、下辊之间，然后上辊向下移动，使钢板被压弯到一定程度。接着启动两个下辊转动，借助于辊子与钢板之间的摩擦力带动钢板送进，上辊随之转动。通常一次弯曲很难达到所要求的变形程度，此时可将上辊再下压一定距离，两个下辊同时反向转动，使钢板继续弯卷，这样经过几次反复，可将钢板弯卷成一定弯曲半径的筒节。另外，使用对称式三辊卷板机弯卷，钢板两端会产生直边，长度大约为两个下辊中心距的一半，所以需要对钢板进行弯卷前的预弯加工。筒节的组对焊接钢板经过成型以后就进行筒节的组对焊接，如前面所讲，在焊接前要进行边缘加工，使用手提砂轮打磨以清理坡口上的铁锈。一个筒节由三块钢板组成，当三块钢板组对好后，就进行焊接加工。这里的焊接首先是对筒节内侧进行手工电弧焊打点焊，以焊固钢板，然后再进行埋弧自动焊，焊接前需要清理焊缝表面的焊渣，先焊接完筒节内侧再到外侧。手工电弧焊它是利用焊条和焊件之间产生的电弧将焊条和汉奸局部加热到熔化状态，焊条端部融化后的熔滴和熔化的母体融合一起形成熔池，随着电弧的向前移动，熔池液态金属逐步冷却结晶，形成焊缝，其特点设备简单、操作方便、适合全方位焊接。而埋弧自动焊的特点焊接生产率高、焊缝质量高、节省焊接材料和电能、劳动条件好。下面左图为手工电弧焊，右图为埋弧自动焊手工电弧焊示意图埋弧自动焊示意图最后一道工序是筒体的组对焊接，如果受车间生产条件和运输情况的限制，则需要到室外现场加工。筒体的组对焊接是先每两个筒节组对成一个塔段，然后再由塔段组对成塔体。筒体的环缝焊接工艺与纵缝焊接工艺一样，都是采用埋弧自动焊，不同的是，环缝焊接的埋弧自动焊固定不动，筒体由转台带动转动。另外，焦炭塔在板块组对时应采用多层多道焊，因为多层多道焊可以提高焊缝金属质量，特别是塑性，这是因为后层焊缝对前层焊缝具有热处理的作用，相当于对前层焊缝进行了一次正火处理，因而改善了二次组织。对最后一道焊缝，可在其焊缝上在施焊一次退火焊道。焊后热处理焊后热处理，广义地说，焊后堆焊件或焊接区进行的热处理包括退火、正火、稳定化处理、固溶处理和喷淋淬火等。焦炭塔进行焊后热处理主要是为了消除焊接接头中的残余应力，降低硬化、改善组织、恢复或提高韧性而进行的高温退火，即将焊件或焊接区段均匀加热到钢材的相变点一下的某温度区域并保持一段时间，然后均匀冷却的全过程，以上就是塔体的制造工艺。上封头的制造工艺封头成型方法有冲压成型、旋压成型、爆炸成型。焦炭塔的的封头采用分瓣冲压成型。因为随着风头壁厚的增加，冲压后的减薄量也增加；另外，当封头直径越大时，需要的整体模具制造成本就越高，要求水压机的吨位也越大。分瓣制造就是解决封头减薄过大和水压机负荷问题的措施。其工艺过程为材料检验划线气割破口加工（组对焊接）加热冲压风头余量切割检查，其中冲压过程如下图所示1活动横梁；2压边圈；3上模（冲头）；4毛坯；5下模；6脱模装置冲压过程包括安装上模、润滑坯料加热找正压力全下降加压冲头向下移动冲压回程脱模。瓣片压制成型后，经过边缘加工，就可以通过定位铁块进行封头组对焊接。当封头由瓣片和顶圆拼焊而成时，焊缝方向只允许是径向和环向的。封头组对完后采用手工电弧焊点固，使瓣片连接一体，然后在封头外侧把纵缝打磨干净，用手工电弧焊焊接。至于上封头顶盖则先用氧乙炔火焰把余量切割掉，然后进行组对焊接。因为要安装接管，所以要在封头上切割人孔，并焊上补强圈。值得注意的是，开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患，因此必须考虑开孔的补强问题。所以当封头上设计有人孔时，一种工艺是封头冲压好后，再割人孔，焊上补强圈；另一种工艺是预先在毛坯上割出人孔预切圆，然后在热态下进行翻孔冲压。在焊好顶盖后，把封头翻转再进行内侧的焊缝，同样是采用手工电弧焊焊接。紧接着把接管组焊接上，这样上封头的制造工艺就完成了。下封头制造工艺下封头包括四部分组件主锥台、锥底、圆弧过渡段和裙座。首先是主锥台，它是由八块扇形带弧度的钢板组成的圆锥形封头，其组装工艺与上封头组装工艺相似，不同的是内侧焊缝采用埋弧自动焊焊接。剩下的三个组件（锥底、圆弧过渡段和裙座）的制造工艺与前面所讲的上封头组装工艺一样，最后依次把四个组件组装起来，其中，锥形封头与圆弧过渡段采用立式装配法焊接。另外，需要注意的是裙座的问题，裙座的结构如下面左图所示，不管是圆筒形还是圆锥形裙座，均有裙座筒体、基础环、地脚螺栓、人孔、排气孔、引出管通道、保温支承圈等组成。而裙座与封头间的焊接接头可分为对接及搭接，采用对接接头时，裙座筒体外与塔体封头外径相等，焊缝必须采用全熔透的连续焊；采用搭接接头时，搭接部位可在下封头上，也可以在塔体上。裙座与下封头搭接时，搭接部位必须位于下封头的直边段，搭接焊缝不得与下封头的环缝连成一体。还有，对于焦炭塔而言，为了避免裙座顶部环缝开裂，所以采用圆弧过渡段搭接型或对接型，如下面右图。最后把制造好的封头运往现场与塔体进行组对焊接，在组对过程中要使用手拉葫芦来减少接缝的间隙，调整环缝，其一端挂在塔体上，另一端挂在封头上。手拉葫芦的结构示意图如下手拉葫芦作为升级版的定滑轮，完全继承了定滑轮的优点，同时采用反向逆止刹车的减速器和链条滑轮组的结合，对称排列二级正齿轮转动结构，简单、耐用、高效。手拉葫芦通过拽动手动链条、手链轮转动，将摩擦片棘轮、制动器座压成一体共同旋转，齿长轴便转动片齿轮、齿短轴和花键孔齿轮。这样，装置在花键孔齿轮上的起重链轮就带动起重链条，从而平稳地提升重物。采用棘轮摩擦片式单向制动器，在载荷下能自行制动，棘爪在弹簧的作用下与棘轮啮合，制动器安全工作。塔的检测由于石油化工设备使用周期长，而且多数是在高温高压条件下工作，为了保证设备的寿命和安全生产，所以设备装配完后必须经过严格的全面检验才能安装生产。设备的检验主要有外观检验、几何尺寸检验和焊缝的无损检测等。这里重点介绍下焊缝的无损检测，无损检测又称无损探伤，它是利用声、光、热、电、磁和射线等与被检物质的相互作用在不损伤和破坏材料结构的情况下，对材料或设备构件的物理性质、工作状态和内部结构进行检测，并由所测的不均匀性或缺陷，来判断材料是否合格，是否正常的各种检测技术。其包括射线检测、超声波检测、渗透检测、磁粉检测、涡流检测等。对于焦炭塔可以使用超声波探伤，先用手提砂轮把焊缝两侧钢板的铁锈打磨干净，然后使用超声波探头在焊缝及其周围移动检测，根据荧光屏上频率的波形变化来判断焊缝是否存在缺陷。另外，使用X光照相来抽查20的焊缝，进一步保证焊缝的质量。技术和改进建议焦炭塔塔体外表面保温的好坏对减少局部应力及塔壁腐蚀有着极其重要的作用。当塔体某些部位保温破损,塔壁长期裸露,特别在下雪、下雨时会造成塔内外温差陡增,热应力增大。这是塔体变形、焊缝开裂的潜在隐患。因为焦炭塔操作温度比加氢反应器高得多,为避免因膨胀的差异把“背带”崩断,在“背带”下端和裙座连接处增设拉簧。壳体与裙座连接处的保温采用可拆式结构,便于在操作状态下对壳体与裙座连接焊缝进行检查。由于焦炭塔的鼓凸变形和焊缝开裂经常发生在环焊缝及其周围,所以制造时尽量减少环缝。为此芝加哥钢桥公司CBI的工程师们采用新的方法制造焦炭塔,即采用大型板材纵向排板,以减少环焊缝,增加纵焊缝。裙座与壳体锥体连接部位采用整体锻件代替堆焊结构,其好处在于在此高应力区取消了环焊缝,代之以机加工的锻件。经验表明,焊缝同基材相比对裂纹更敏感,整体锻件结构比焊接结构更能抵抗裂纹。选择合理的结构尺寸可大大提高