气液分离罐罐体制作工艺综述.doc

气液分离罐罐体制作工艺综述绪 论压力容器产品是各工业行业均涉及的通用性产品。由于压力容器在承压状态下工作，并且所处理的介质多为高温或易燃易爆，一旦发生事故，将会对人们的生命和财产造成不可估量的损失，因此世界各国均将压力容器作为特种设备予以强制性管理。压力容器的类型千差万别，功能也随应用场合而变化。因此，压力容器行业的国际地位在一定程度上反映了国家的综合实力。随着全球经济一体化的发展，承压设备法规和标准的国际化趋势也已经越来越明显。10年来，国内外锅炉、压力容器和管道的焊接技术取得了引人注目的新发展。随着锅炉、压力容器和管道工作参数的大幅度提高及应用领域的不断扩展，对焊接技术提出了愈来愈高的要求。所选用的焊接方法、焊接工艺、焊接材料和焊接设备首先应保证焊接接头的高质量，同时必须满足高效、低耗、低污染的要求。因此，在这一领域内，焊接工作者始终面临复杂而艰巨的技术难题，要求不断寻求最佳的解决方案。通过不懈的努力已在许多关键技术上取得重大突破，并在实际生产中得到成功的应用，取得了可观的经济效益，使锅炉、压力容器和管道的焊接技术达到了新的发展水平。一、 压力容器的结构特点和分类1.1 压力容器结构特点压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器。为了与一般容器(常压容器)相区别，只有同时满足下列三个条件的容器，才称之为压力容器： 1） 工作压力大于或者等于0.1Mpa(工作压力是指压力容器在正常工作情况下，其顶部可能达到的最高压力（表压力）); 2） 工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa-L(容积，是指压力容器的几何容积）; 3）剩装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点得液体. 1.2 压力容器的分类压力容器的分类方法很多，从使用、制造和监检的角度分类，有以下几种。1） 按承受压力的等级分为：低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器。2） 按盛装介质分为：非易燃、无毒；易燃或有毒；剧毒。3） 按工艺过程中的作用不同分为： 反应容器：用于完成介质的物理、化学反应的容器。换热容器：用于完成介质的热量交换的容器。分离容器：用于完成介质的质量交换、气体净化、固、液、气分离的容器。贮运容器：用于盛装液体或气体物料、贮运介质或对压力起平衡缓冲作用的容器。按压力容器的设计压力可分为四个承受等级。1） 低压容器（代号L）：0.1MPa p1.6Mpa。2） 中压容器（代号M）：1.6Mpap10MPa。3） 高压容器（代号H）：10MPap100MPa。4） 超高压容器（代号U）：p100Mpa。二、 气液分离罐罐体结构构成特点分析本次设计的的压力容器是29.5m3气液分离罐罐体，是储罐中的卧式储罐容器。其结构形式是圆柱形。下面介绍圆柱形压力容器的结构构成并做分析。1） 筒体 筒体是该压力容器的重要组成部分，由它构成存储氮气所需要的压力空间。由于本次设计的罐体直径大于2600mm,再者是容器的长度达到了4600mm，因此需要用钢板卷制后焊接而成。从压力分类可以看出该容器属于低压容器（1.2MPa），应该为单层结构。2） 封头 根据图纸以及封头的分类（凸形封头、锥形封头、和平盖封头），该罐体的封头属于凸形封头中的椭圆形封头。封头规格为Dg260020(直径厚度)。见图中2号件。3） 法兰 根据法兰的分类（管法兰和容器法兰）得知该结构的法兰结构属于容器法兰。法兰与法兰之间一般加密封元件，并且用螺栓连接起来。 4） 开孔 为了工艺要求和检修时的需要，用来检查容器内部并用来装拆和洗涤容器内部装置常需要开人孔或是手孔。该处的强度被消弱，应该给予补偿。 5） 接管 同人孔一样，接管也是压力容器不可缺少的结构，便于物料的进出，以及安装压力表、液位计、流量计和安全阀等接管的开孔。规格为53012(直径厚度)。见图中16、20、22号件。 6） 支座 压力容器依靠支座并固定在基础上。该容器采用的是立式容器支座和卧式容器支座中的卧式容器支座。 7） 梯子 该容器虽为卧式，但是由于其直径较大，以及人孔的设计位置，需要制作一个梯子。梯子与地面所成角度为60。 8） 工作台 就是方便工作人员进行操作的工作平台，其置于卧式容器上方，与梯子和人孔相互连接。三、 该罐体的制作难点与解决措施由于该罐体容器是属于薄壁容器，其制造难点是可分如下几点：1) 焊接变形的控制，尤其是壳体的波浪变形和焊接区域的棱角（失稳变形）。 2） 焊缝质量的要求较高。 3） 由于是气体储罐，因此要有很好的气密性。 4） 因为是长度较大的罐体，需要有多节筒体的装焊，因此要保证其筒体曲率一致和完美拼装很是关键。 5） 由于16MnR材料在焊接上对热影响区脆化问题。因此要合理的选择焊接工艺方法和工艺参数。严格控制焊接问题的产生。解决措施如下： 1对于焊接变形的控制我们可以从设计和工艺两方面上进行实施。 1） 合理选择焊缝的尺寸和形式，在保证焊缝质量的前提下，选用最小的焊缝尺寸。 2） 尽可能见少焊缝的数量。例如在一块板材的卷制上，如果有足够大规格的钢板，就不要进行拼版。也可以起到节省材料的好处。 3） 合理安排焊缝的位置。这里的位置主要指的是尽量对称、靠近中性轴。在工艺上也可以采取预先反变形、刚性固定法等处理方式。除此之外还要合理选择装配焊接的顺序，尽量先分部安装施焊。2 16MnR焊缝质量的保证就要从焊接合理选择焊接规范和参数着手。对于短小的焊缝就要选用焊条电弧焊、CO2气体保护焊或者是氩弧焊;而对于长度较大的焊缝要采用埋弧焊进行焊接，保证了焊缝的成形；角焊缝的焊接可以选择角焊机进行施焊，注意角变形的产生；板材与板材之间的对接焊缝开V形坡口，背面适当添加垫板以防焊漏以及背面成型。3 在气密性方面就要做到勤检勤查，可以进行气密性的实验，以保证贮罐具备良好的气密性。4 在筒体卷制过程中，要求采用统一标准，做到从板材的预弯到矫圆完毕都进行同样工序，其中包括预弯的次数；对中的精细程度；卷制的次数，以及对冷卷时候的回弹量考虑，不要图快，一定要认真做到细节上。矫圆之前筒体纵缝的焊接参数和规范，尽量由相同焊工进行施焊。5 对于预防产生裂纹和热影响区脆化问题，在原材料分析上已经有说明。大致措施如下：1） 焊前要进行材料的清理以及降低扩散氢的含量、焊接预热。2） 焊接时焊接热输入、采用小的线能量和能量集中的方式进行焊接。设法减小母材在焊缝中的熔合比，增大焊缝成型系数。 3）焊后及时进行后热或热处理等措施。 4）焊接后要对产品进行无损检测。四、 原材料焊接性分析16MnR牌号Q345是隶属热轧钢范畴，是我国于20世纪50年代研制生产和应用最广泛的热轧钢，屈服强度为295390MPa的低合金钢大多属于热轧钢，是靠合金元素锰的固溶强化获得高强度。热轧钢通常为铝镇静的细晶粒铁素体+珠光体组织的钢，一般在热轧状态下使用。当Q345钢作为低温压力容器用钢或厚板结构时，为改善低温韧性，也可在正火处理后使用。Q345钢的化学成分如下：碳的质量分数为0.12%0.18%，硅的质量分数为0.20%0.60%，锰的质量分数为0.80%1.20%。4.1 冷裂纹及影响因素16MnR钢含有少量的合金元素，碳当量比较低，一般情况下冷裂纹倾向不大。Q345在连续冷却时，珠光体转变右移较多，使快冷过程中铁素体析出后剩下的富碳奥氏体来不及转变为珠光体，而是转变为含碳较高的贝氏体和马氏体，具有淬硬倾向。Q345焊条电弧焊冷却速度时，热影响区会出现少量铁素体、贝氏体和大量马氏体。焊接热影响区产生淬硬的马氏体或者是M+B+F的混合组织时，对氢致裂纹的倾向就比较敏感：而当产生B或者是B+F的组织时，对氢致裂纹的倾向就不敏感。4.2 热裂纹以及影响因素 由于16MnR含碳量较低、而Mn含量较高，这类钢的wMnws 能够达到要求。具有较好的坑裂性能，焊接过程中的热裂纹倾向较小，正常情况下不会出现热裂纹。但是个别情况下也会在焊接中出现热裂纹问题，这主要是与16MnR中C、S、P等元素含量偏高或者严重偏析有关。在措施上主要采取设法减小母材在焊缝中的熔合比，增大焊缝成型系数（即焊缝宽度与厚度之比），也可以通过焊材来调整焊缝金属成分，降低焊缝中的才C含量和提高焊缝中的Mn含量。4.3 热影响区脆化1） 粗晶区脆化 被加热到1200C以上的热影响区过热区可能产生粗晶区脆化，韧性明显降低。这主要是由于正火钢焊接时采用了过大的焊接热输入，粗晶区将因晶粒长大或者出现魏氏组织而降低韧性：焊接热输入过小，粗晶区中马氏体组织所占比例增大而降低韧性，因此在焊接过程中要尽量使用小的焊接热输入。2） 热应变脆化 产生在焊缝熔合区以及最高加热温度抵御AC1的亚临界热影响区。一般认为是C、N原子聚集在位错周围，对位错造成的钉扎作用造成的。在200400C较为明显。可以在钢中加入足够量的氮化物行程元素（如 Al、Ti、V等），也可以进行退火处理。五、 工艺流程图图2 典型的单层卷制薄壁容器生产工艺流程图参考文献1 宗培言. 焊接结构制造技术与装备M. 北京: 机械工业出版社, 2007.3