过程装备制造与检测课程设计

1 选题背景工程科学是关于工程实践的科学基础，现代过程装备与控制工程是工程科学的一个分支，因此，生产实习是工科学习的重要环节。在兰州兰石集团实习期间，对化工设备的发展前景和各种化工容器如反应釜、换热器、储罐、分液器和塔器等的有所了解和学习。生产实习的主要任务是学习化工设备的制造工艺和生产流程，将理论知识与生产实践相结合，理论应用于实际。因此，过程装备与检测的课程设计的设置是十分必要的。该换热器属于三类容器，壳程走循环氢，管程走反应产物，壳程进出口温度：194331，管程进出口温度：362352;加氢反应器是石油化工行业的关键设备，其生产工艺和设计制造在化工设备中具有显著的代表性，为此，选择循环氢与反应产物换热器这一典型的化工设备作为课程设计的设计题目。2 方案论证2.1 筒体制作工艺流程材检喷砂探伤号料下料刨坡口探伤筒体成形装焊纵缝校圆喷砂打磨探伤加工环缝组焊环缝打磨探伤堆焊过渡层探伤堆焊表层探伤组装石油工业中常用的循环氢与反应产物换热器有两类：一类用于高沸点液体或固体（固体需先溶于溶剂或加热熔融）原料的液相加氢过程，如油脂加氢、重质油品的加氢裂解等。另一类反应器用于气相连续加氢过程，如苯常压气相加氢制环己烷、一氧化碳高压气相加氢合成甲醇等，反应器的类型可以是列管式或塔式。根据化工生产的实际情况，相应选择合理的结构形式。循环氢与反应产物换热器是石油化工行业的关键设备，通常是在高温(350-480)、高压(0一25MPa)、临氢、有硫化氢等腐蚀介质的恶劣工作条件下运行。早期由于冶金水平和制造工业水平有限，多采用冷壁结构形式的加氢反应器。所谓冷壁一般指设计金属壁温在300以下的加氢反应器，为保持温度，一般在反应器壳体内壁装焊保温钉增设一定厚度的隔热内衬层。20世纪70年代以来，随着冶金、轧制、锻造工艺技术的不断提高，已能够生产出既严格控制化学成分又能保证良好综合力学性能的优质、大厚度加氢用钢板或大型锻件，且先进的可保证特殊技术要求的不锈钢堆焊材料和堆焊技术、工艺技术也已经成熟，近30年来，加氢技术发展迅速，热壁加氢反应器的应用更加广泛。热壁加氢反应器与冷壁加氢反应器相比具有以下显著优点:(1)在相同外形尺寸条件下，增大了反应器内部的有效容积，提高了生产能力;(2) 由于无内衬隔热层，避免了内衬板易破坏造成壳体局部超温导致局部鼓泡破坏;(3) 避免了上述原因造成设备频繁停车修复所造成经济和产量上的损失。因此，热壁加氢反应器逐步取代了冷壁加氢反应器，且具有越来越大型化的趋势。3 过程论述3.1 引用的主要标准及规范国家质量技术监督局颁发的压力容器安全技术监察规程（99）版 GB150-1998 钢制压力容器 GB6654-1996 压力容器用钢板（含1、2号修改单） JB4708-2000 钢制压力容器焊接工艺评定 JB/T4709-2000 钢制压力容器焊接规程 JB4744-2000 钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验 JB/T4730-2005 承压设备无损检测 JB4726-2000 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件 JB4728-2000 压力容器用不锈钢锻件 GB/4237-2007 不锈钢热轧钢板和钢带 GB/T3280-2007 不锈钢冷轧钢板和钢带 GB/T3077-1999 合金结构钢 GB/T14976-2002 流体输送用不锈钢无缝钢管 JB/T4711-2003 压力容器涂敷与运输包装3.2 主要技术参数（见表）设计压力5.750.1MPa设计温度375177最高工作压力4.88MPa最高工作温度343容器类别三类容器容积78.2立方米腐蚀裕量0水压试验立式7.47卧式7.55MPa盛装介质石脑油、油气、氢气、硫化氢主体材质15CrMoR3.3 结构特点该加氢精制反应器为板焊结构，其内径4000，壁厚98，由2节组成；封头内半径2022，壁厚78，总重量94550Kg。整个容器位于裙座圈上，总高度约14011，容器内壁（包括封头、筒体、法兰以及接管和弯管）全部堆焊309L+347 不锈钢，反应器设有油气进出口、催化剂卸料口、冷氢进口、热电偶口、人孔等接管孔，所有接管均采用整体补强结构，裙座采用对接结构，各接管密封采用八角垫结构，设备上下各有一个弯管。容器内部焊有凸台（一周），安装有冷氢盘、分配盘等内件。3.4 使用特点及需解决的问题由于热壁加氢反应器是在高温、高压、临氢及硫和硫化氢介质条件下使用的，因此决定了该设备在使用过程中将会出现：氢腐蚀、氢脆、高温高压硫化氢腐蚀、硫化物应力腐蚀开裂、堆焊层的剥离