多层包扎厚壁圆筒层板松动面积控制及检查

1、多层包扎厚壁圆筒层板松动面积控制及检查杨文明 丁洪涛（山西丰喜化工设备有限公司 山西永济 044500）摘要：层板包扎是影响多层包扎式压力容器厚壁圆筒制造质量好环的关键环节，通过BZ1型层板包扎机对制造实例的应用过程，提出了对内筒、层板制作质量控制要点、层板与封头、筒体端部连接尺寸的相配及处理，层板包扎过程中松动面积的控制检查方法。关键词： 多层包扎 厚壁圆筒 层板 松动面积 贴合率The research of laminates loose area control and inspection formulti-layer wrapped thick-walled cylinderYAN

2、G Wen ming, DING Hong tao(Yangmei FengXi Chemical Equipmentco., LTD.，Shanxi Yongji 044500,China)Abstract: Layer banding is a key link of thick-walled cylinder manufacturing process quality control for multi-layer wrapped Pressure Vessel，by taking practical application with the BZ-1 layer banding. Th

3、e inspection quality control of laminates and inner liner, the assembly dimension relations of laminates and head, cylinder end, the loose area control Inspection methods of Layer banding process, were expounded.Keywords: multi-layer wrapped; thick-walled cylinder; laminates loose area; the rate of

4、laminates attaching 1、引言多层包扎式压力容器由于其安全可靠性和技术的成熟性已被许多国家所采用.层板包扎则是影响多层包扎式压力容器厚壁圆筒制造质量好坏的关键环节，一般是利用液压夹紧钳和层板预先设置的工艺孔将包扎层板时的夹紧力直接作用在层板两端头上，夹紧力可达到16Mpa以上。行业里较普遍地认为层板包扎工艺较为繁琐、费工时，本文通过采用可连续完成层板定位、预紧、包紧等工序的BZ-1型层板包扎机和对合成热交换器外壳的制造实例，阐述多层包扎式压力容器厚壁圆筒的制造及层板松动面积的控制检查。2 制造实例2.1、合成热交换器外壳的主要技术参数及结构合成热交换器外壳的主要技术参数详见表

5、1，其壳体部分的结构详见图1。壳体部分由球形封头、筒体和筒体端部三大部件组成，其设计、制造、检验按GB150、HG3129和99版压力容器安全技术监察规程的规定，筒体内筒及层板与球形封头、筒体端部的连接结构如图1中节点I、节点II 所示。筒体内筒的内径尺寸为，长度表1 主要技术参数项目参数设计压力 MPa31.4工作压力 MPa31.4设计温度 170工作温度 150物料名称/特性原料气（H2、N2CH4）/易燃腐蚀裕量 mm3焊接接头系数（内筒体/封头/层板）1/1/0.95主要受压元件材料Q345R、Q345R（正火）、20MnMoIV液压试验压力 MPa39.4（卧）容器类别三类图1 壳

6、体部分结构图12750mm，采用24mm、Q345R板。层板共8层，采用12mm、Q345R板，含内筒筒体总厚度为120mm。球形封头名义厚度90mm,采用Q345R正火板。筒体端部是20MnMo整体锻件，按JB4726IV级锻件要求。2.2 BZ-1型层板包扎机(图2)结构简介BZ-1型层板包扎机结构如图2所示，主要由专用操作机、液压站、预紧钳、夹紧钳、层板吊装机构、控制系统组成。整机设置有轨道行走和可旋转180°的机械传动机构，操作机的横臂上设置装配有两个预紧钳、三个夹紧钳，横臂和工作平台可沿立柱导轨升降。另外，在操作机横臂上还装有3吨电动葫芦一个，可用于层板吊装。控制操作由设置

7、在工件平台上的控制柜通过面板实现，操作简便，安全可靠。其夹紧钳特有的设计结构能有效控制夹紧时作用力的方向，而使层板边缘贴合更紧。为便于层板的套入，旋转滚架下配套设置有工件顶车A、B。主要技术参数：可包扎设备的公称直径：DN600DN3000mm横臂的上、下行程： 2500mm液压油缸最大工作压力： 20MPa层板提升重量： 2000kg包扎最大板宽： 2200mm图2 BZ-1型层板包扎机机构示意图2.3、 筒体内筒制作多层包扎式压力容器筒体内筒的制作技术要求高于单层容器。这是因为多层包扎容器的密封性靠内筒保证，而且内筒制作的圆度、直线度、错边量、棱角度的偏差是否符合规定，也直接影响到层板包扎

8、能否正常进行和包扎质量。内筒制作的一般工艺路线如下：钢板复验下料坡口加工板头预弯卷圆焊接A类接头（产品试板）100%RTII检测消除应力热处理校圆组对检验B类接头焊接B类接头100%RTII检测A、B类焊接接头内、外焊缝打磨与母材平齐检验。其制作过程控制要点:（1）、在考虑焊缝横向收缩量和单节筒体热处理后径向尺寸变小的因素后，选择偏差允许的最大值1009作为理论计算下料尺寸，并检查控制下料时的对角线偏差来保证筒体的端面平行度和避免筒体出现锥度。（2）、内筒A、B类焊接接头均采用对称X型坡口，避免焊接接头处的塌陷，保证焊缝能与母材打磨平齐。（3）、由于单节筒体进行消除应力热处理后，其形状尺寸会产

9、生变化，所以筒体的校圆选择在热处理后进行，并实测校圆后的单节筒体内、外径的实际尺寸值，目的是确定有无必要微调筒体内筒与球形封头及筒体端部的设计连接尺寸（详见图1），以保证B类接头的错边量趋于最小，有利于第一层层板的包扎贴合。（4）、内筒的卧置组对在组对滚轮架上进行，并沿0°、90°、180°、270°方位拉四根0.5mm钢丝检查直线度偏差，并同时保证B类接头的错边量，棱角度符合要求。（5）、内筒外焊缝的打磨质量必须制作专用样板配合直尺进行检查。手工打磨效率低、打磨质量差，可自行设计制作升降工作平台，采用手推式砂带机机械打磨焊缝余高，打磨质量好、打磨效率高

10、。2.4、 层板制造质量控制要点（1）、 钢板表面质量要求，不得有裂纹、划痕、大面积麻点、凹坑等缺陷，并应在成形前经过校平。（2）、 层板采用定尺钢板，尺寸应满足纵、环焊缝相互错开的要求，并兼顾所用BZ-1型层板包扎机的设备能力，采用板宽18002100mm时有利于在保证包扎质量的前提下，提高包扎效率，表2是合成热交换器外壳筒体的层板用料，其中理论下料长度中减去了纵缝预留间隙10mm，并且未考虑压割头余量，理论半径给出的是各层层板的理论外半径尺寸，以满足层板包扎的检查需要。表2 层板用料参数（按筒体内筒内径1007计算）层板层数理 论 下 料 长 度宽度尺寸/筒节数层板轴向长度A类接 头位置理

11、论半径（外径）13352-10=33422100/5,2075/112615180°、270°539.523428-10=34181000/1,2100/5,1107/1126550°、90°551.533503-10=34942100/5,2155/112695180°、270°563.543578-10=35681000/1,2100/5,1170/1127180°、90°575.553654-10=3644 2200/1，2100/4,2101/112741180°、270°587.563

12、729-10=37191000/1,2100/5,1171/1127190°、90°599.573805-10=37952100/5,2147/112687180°、270°611.583880-10=38701000/1,2100/5,1106/1126540°、90°623.5（3）、层板板头两端的51工艺孔，参照BZ-1型层板包扎机的技术参数和设计图样的规定，以板宽中心线为基准对称布置，孔与孔的中心间距为700mm，孔距板料边缘为100mm。 （4）、层板压头预弯和卷圆时，必须按照层板所处位置和所对应的理论外半径尺寸逐层制作铁皮

13、样板，并使用样板检验压头预弯和卷圆质量符合要求，在各部弧度符合样板的情况下，层板卷制不需要卷制至完全合拢，留出200mm左右空隙（不含留头余量），以便包扎时弹性拉开套入。（5）、每层层板的最终周长尺寸均应实测上一层层板的实际尺寸相配，每一带层板至少应测量所在装配位置的上一层层板两处尺寸，经换算后在层板筒体上划线，割去压头工艺余量并同时割磨纵向焊接接头的焊接坡口。实践证明，只有严格按上述控制要点，进行层板制作和验收，才能保证层板的制造质量，满足层板包扎要求。2.5、层板与球形封头、筒体端部的组对尺寸问题。从图1的节点、节点中可以看出，层板前四层与球形封头、前两层与筒体端部为一阶梯型连接结构。台阶

14、高度的名义尺寸等于钢板的名义厚度，设计者一般均按照钢板名义厚度计算和标注台阶及各部尺寸,但在实际制作时,所采用的钢板按GB713锅炉压力容器用钢板5.2条规定：厚度偏差按GB/T709的B类偏差。在层板采用板宽18002100mm,板厚12mm时，厚度偏差为-0.03+1.00，多层层板叠加时,存在明显的积累误差，所以实际制作时应采取以下措施：（1）、实测层板的实际厚度值，确定正负偏差值的大小。根据在对合成热交换器外壳所用层板实测时，偏差值均为：。如存在偏差不同的情况时，则应将实测值相同或相近的钢板用于同一层层板。（2）、考虑钢板正负偏差的因素后(本设备所用钢板为正偏差)，调整设计图样的台阶尺

15、寸，筒体端部、球形封头与层板连接台阶尺寸12改为12.2，调整筒体端部总厚度尺寸120为121.8.（含内筒钢板正偏差）。采取上述措施有利于保证层板包扎时边缘间隙的控制和层板贴合率的提高，并满足HG3129第对层板和筒体端部，球形封头的接头错边量0.8mm的要求。2.6、层板包扎（1）、将“内筒撑紧胀胎”按工艺要求的装配位置均布装配于筒体内筒里。每节内筒板宽尺寸内一般装配不少于2个。（2）、检验合格的单节层板圆筒放入筒体正下方，此时应保证筒体下方的空间高度应大于单节层板直径，然后可利用桥式起重机的主副钩或者配合使用层板包扎机上配置的电动葫芦，将单节层板筒体弹性拉开套入内筒上或已经包扎完成的层板

16、上。上述的层板套入工艺，可以避免层板套入时产生较大塑性变形，其在套入时，层板沿上层层板外壁滑动，瞬间拉开的最大直径等于当前层板筒体的内直径。但在层板筒体直径较大时，难以采用，必须配合使用与BZ-1型层板包扎机配套的“工件顶车A、B”，将工件顶起离开原焊接转台一定高度后，从球形封头处把层板逐一套入，也可以取得很好的效果。（3）、用钢丝绳捆扎单节层板筒体交叉方向后分别挂在层板包扎机预紧钳的弯钩上。调整好环向接头的间隙尺寸，开启夹紧钳油泵，操作台上的油压表会显示实际操作时压力，达到基本预紧后，用铜锤在层板上全方位稍加敲击，并检查层板纵环向边缘的贴合情况，无异常时，将夹紧钳的钳头装入预设的工艺孔中，开

17、启夹紧钳油泵，逐级升压至16Mpa，再用铜锤均匀敲击一遍层板。（4）、用塞尺检查层板筒体二端和纵向接头处的间隙，合格后进行点焊，单层层板全部装配完成后，先进行一次层板松动面积检查。（5）、选择合理的焊接顺序，先将所有纵向接头焊接完成，再逐一将环向接头焊接完成，使纵向焊接接头的横向收缩，能更紧一些包紧层板。（6）、焊接并且焊缝打磨完成后，进行第二次层板松动面积检查，并以第二次检查的结果为最终结果，表3是焊接前后两次层板松动面积检查以层板贴合率表述检查结果的对照表，从表中可以看出，纵向焊缝的收缩对层板贴合率的影响是比较明显的。3. 层板松动面积检查层板包扎后的松动面积检查，应同时满足GB150中1

18、0.6.3.5条和HG3129中3.3.1.6条对松动面积沿环向、轴向长度值的控制要求，行业里较普遍地采用层板贴合率的控制检查方法来实现对松动面积的控制检查。层板贴合率可定义为：层板与内筒或者前一层层板之间贴合紧密，达到理想状态，手锤敲击的声音实而不空的面积占总面积的比例。方法和步骤如下：（1）层板贴合率检查方法：可先后在包扎完成后的每一层层板表面按160×160mm方格划线，不足160×160mm的格数计入总格数，手锤敲击发出空音者划×。贴合率按以下公式计算：贴合率=×100%此项检查时，可将参考文献1中单个松动面积不得大于0.2m2 和总松动面积不得

19、大于10控制值作为参照值予以比对。表3 层板焊接前后贴合率对照表层板层数总长度实测外圆周长理论计算外圆周长总分格数焊前贴合率焊后贴合率11261533913390173883%88%21265534663465173880.4%86%3126953541.53540182079.6%86.8%41271836173616184083%90.5%5127413692.53691.4184081.5%89.4%61271937683766.8192078.5%85.6%7126873843.53842192083%88.5%81265439193917.6197578.6%84.4%平均贴合率80.95%87.4%按参考文献2推荐，贴合率70%80%为合格，85%以上为优良，第二次检查的层板贴合率平均可达到优良级以上（参见表3），但此控制值低于参考文献1总松动面积不得大于10%的要求。包扎时，按HG3129：的要求对“层板端部层间间隙”进行控制，相邻层板的径向间隙高度没有出现过大于或等于0.25mm和层板间隙弧长或者间隙弧长长度之和超过容器内径的情况，在采用BZ-1型层板包扎机和现行的层板包扎工艺中，实测层板边缘径向间隙一般为0-0.05mm。（2） 焊前、焊后各检查一次层板松动面积，第一次检查层板松动面积贴合率难以达到合格标准的，应采取措施予以返修