贮罐加工工艺设计

1、课程设计贮罐加工工艺设计材料成型及控制工程【摘要】随着国民经济的高速发展，石油化工及空分产品被大规模使用，大容量贮存低温低压液体的贮罐被视为优先开发生产的重要产品。结合实际，论述了贮罐工艺设计中的材料选择、结构设计以及焊接制造焊接工艺焊后热处理等方面的问题。关键词：贮罐工艺 设计 焊接 检查 焊接工艺卡相关标准：GB150-89钢质压力容器 JB/T4709-92钢质压力容器焊接规程 GB985-88气焊，手弧焊几气体保护焊焊缝坡口的基本型式尺寸 GB986-88埋弧悍焊缝坡口的基本型式一 综述1. 根据压力容器安全技术监察规程，压力容器划分为三类：1.1 下列情况之一的，为第三类压力容器：（

2、1）高压容器；（2）中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；（3） 中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于10MPam3）；（注2）（4） 中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于0.5MPam3）；（5）低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且pV乘积大于等于0.2MPam3）；（6）高压、中压管壳式余热锅炉；（注4）（7）中压搪玻璃压力容器；（8）使用强度级别较高（指相应标准中抗拉经度规定值下限大于等于540MPa）的材料制造的压力容器；（9） 移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车液化气体运输（

3、半挂）车、低温液体运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体）等；（10） 球形储罐（容积大于等于50m3）；（11） 低温液体储存容器（容积大于5m3）1.2下列情况之一的，为第二类压力容器（本条第1款规定的除外）：（1）中压容器；（2）低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；（3） 低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性程度为中度然危害介质）；（4）低压管壳式余热锅炉；（5）低压搪玻璃压力容器。1.3本次课程设计的压力容器0.15MPa属低压容器为第一类压力容器1.4.按压力容器在生产工艺过程中的作用原理，分为反应压力容器、换热压力容器、分离

4、压力容器、储存压力容器。具体划分如下： （一）反应压力容器（代号R）：主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器，如反应器、反应釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球、蒸压釜、煤气发生炉等；（二）换热压力容器（代号L）：主要是用于完成介质的热量交换的压力容器，如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、加热器、消毒锅、染色器、烘缸、蒸炒锅、预热锅、溶剂预热器、蒸锅、蒸脱机、电热蒸汽发生器、煤气发生炉水夹套等；（三）分离压力容器（代号S）：主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体分离的压力容器，如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、铜洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等；（四）储存压

5、力容器（代号C，其中球罐代号B）：主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器，如各种型式的储罐。在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的主要作用来划分品种。2. 制造、检验与验收2.1 容器主要受压部分的焊接接头分为A、B、C、D四类。a) 圆筒部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头除外）、球形封头与圆筒连接的环向接头、各类凸形封头中的所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接连接的接头，均属A类焊接接头。b) 壳体部分的环向接头，锥形封头小端与接管连接的接头、长颈法兰与接管连接的接头，均属B类焊接接头，但已规定为A、C、D类的焊接接头除外。c) 平盖

6、、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头。 d) 接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头，均属D类焊接接头，但已规定为A、B类的焊接接头除外。凡制造受压元件的材料应有确认标记。在制造过程中，如原有确认标记被裁掉或材料分成几块，应于切割前完成标记的移植。确认标记的表达方式由制造单位规定。对有防腐蚀要求的不锈钢以及复合钢板制容器，不得在防腐蚀面采用硬印作为材料的确认标记。二. 工艺说明书2 焊接材料2.1 焊接材料包括焊条、焊丝、钢带、焊剂、气体、电极和衬垫等。 2.2 焊接材料选用原则 应根据母材的化学成

7、分、力学性能、焊接性能，并结合压力容器的结构特点、使用条件及焊接方法综合考虑选用焊接材料，必要时通过试验确定。本次设计的主体材料是A3F，根据JBT4709-2007压力容器焊接规程可以使用的焊条为E4303（J422），埋弧焊为HJ431-H08A。 焊接低温贮罐用的最合适的填充金属和焊接方 法的选择，取决于所要求的性能和可能获得的设备 的形式。在选择填充金属时必须考虑的一些因素 是：设计金属温度、抗拉和屈服强度、韧性、焊接 材料的热处理状态、结构焊后热处理等。 焊接这种现场装配的贮罐，其采用的最普通的 焊接方法是手弧焊、熔化极气体保护焊和自动埋弧 焊。手弧焊需要的设备最少，因而应用起来简单

8、， 且灵活。贮罐的立环焊缝采用手工氩弧焊焊接。在 焊接时，关键要注意：小心谨慎的控制所采用的焊 接输入热量，以便在焊缝金属和热影响区内部获得 足够的缺口韧性。在焊接接合处应避免缺口影响， 防止穿透裂纹发生。2.3 焊前准备 焊接坡口 焊接坡口应根据图样要求或工艺条件选用标准坡口或自行设计。选择坡口形式和尺寸应考虑下列因素： a)焊接方法； b)焊缝填充金属尽量少； c)避免产生缺陷； d)减少残余焊接变形与应力； e)有利于焊接防护； f)焊工操作方便；g)复合钢板的坡口应有利于减少过渡焊缝金属的稀释率。表1 常用钢号推荐选用的焊接材料钢 号焊条电弧焊埋 弧 焊电 渣 焊CO2 气保焊氩弧焊焊

9、 条焊丝钢号 (标准号)焊 剂焊丝钢号(标准号)焊 剂焊丝钢号(标准号)焊丝钢号(标准号)型 号 (标准号)牌号示例型号(标准号)牌号示例型号(标准号)牌号示例Q235一A·Fq235一A10(管)20(管)E4303(GBT5117)J422H08AH08MnA(GBT14957)H1401一H08A(GBT5293)HJ431H08MnSi(GBT14958)Q235一BQ235一C20G，20g20R,20(锻)EA316(GBT5117)J426H08AH08EH08MnA(GBT14957)HJ401一H08A(GBT5293)HJ431H08MnSi(GBT14958)E

10、4315(GBr 5117)J42709MnDE5015一G(GBT5118)W60709MnND09MnNiDRW70716Mn,16MnRE5016(GB/T5117)J506H10MnSiH10Mn2(GBT14957)HJ401一H08A(GBT5293)HJ402一H10Mn2(GBT5293)H1404一H08MnA(GBT5293)H1431H1350SJl01H08MnMoAH1318Mn2SiA(GBT14957)HI401一H08A(GBT5293)H1431H08Mn2SiA(GBT14958)H10MnSi(GBT14957)E5015(GBT5117)J50

11、7 坡口制备 碳素钢和标准抗拉强度下限值不大于540Mpa的强度型低合金钢可采用准予加工方法,也可采用热加工方法制备坡口. 耐热型低合金钢和高合金钢、标准抗拉强度下限值大于540Mpa的强度型低合金钢,宜采用冷加工方法.若采用热加工方法,对影响焊接质量的表面层,应用冷加工方法去除. 焊接坡口应保持平整,不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷,形式和尺寸应符合相应规定.2.4 坡口表面及两侧(以离坡口边缘的距离计焊条电弧焊和10mm,埋弧焊、气体保护焊各20mm,电渣焊各40mm)应将水、铁锈、油污、积渣和其它有害杂质清理干净.2.5 为防止沾附焊接飞溅,奥氏体高各金钢坡口两侧各100mm范围内应刷涂料.

12、2.6 焊条、焊剂接规定烘干、保温,常用焊材烘干温度及保持时间见表4;焊丝需去除油、锈;保护气体应保持干燥.2.7 预热 根据母材的化学成分、焊接性能、厚度、焊接接头的拘束程度、焊接方法和焊接环境等综合考虑是否预热,必要时通过试验确定.常用钢号推荐的预热温度见表5. 不同钢号相焊时,预热温度按预热温度要求较高的钢号选取. 采取局部预热时,应防止局部应力过大.预热的范围为焊缝两侧各不小于焊件厚度的3倍,且不小于100mm.2.3 本次课程设计坡口图 气焊，手弧焊几气体保护焊焊缝坡口的基本 本次人孔坡口形式2.8 根据制造工艺确定加工裕量，以确保凸形封头和热卷筒节成形后的厚度不小于该部件的名义厚度

13、减去钢板负偏差。冷卷筒节投料的钢板厚度s不得小于其名义厚度减钢板负偏差。制造中避免钢板表面的机械损伤。对于尖锐伤痕以及不锈钢容器防腐蚀表面的局部伤痕、刻槽等缺陷应予修磨，修磨范围的斜度至少为1：3。修磨的深度应大于该部位钢材厚度s的5%，且不大于2mm，否则予以补焊。对于复合钢板的成形件，其修磨深度不得大于复层厚度的3%，且不大于1mm，否则应予补焊。2.9 坡口表面要求：a)坡口表面不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷。b)标准抗拉强度下限值b540MPa的钢材及Cr-Mo低合金钢经火焰切割的坡口表面，应进行磁粉或渗透检测。当无法进行磁粉或渗透检测时，应由切割工艺保证坡口质量。c)施焊前，应清除坡口

14、及其母材两侧表面20mm范围内（以离坡口的边缘的距离计）的氧化物、油污、熔渣及其它有害杂质。封头.1封头各种不相交的拼接焊缝中心线间距离至少应为封头钢材厚度s的3倍，且不小于100mm。封头由成形的瓣片和顶圆板拼接制成时，焊缝方向只允许是径向的和环向的。先拼板后成形的封头，其拼接焊缝的内表面以及影响成形质量的拼接焊缝的外表面，在成形前应打磨与母材齐平。2.9.2 圆筒与壳体10.2.4.1 A、B类焊接接头对口错边量b应符合表10-1的规定。锻焊容器A、B类焊接接头对口错边量b应不大于对口处钢材厚度s的1/8，且不大于5mm。 复合钢板的对口错边量b不大于钢板复层厚度的5%，且不大于2mm。

15、对口处钢材厚度s按焊接接头类别划分对口错边量bAB121/4s1/4s122031/4s204035405031/8s5016/1s，且101/8s，且20注：球形封头与圆筒连接的环向接头以及嵌入式接管与圆筒或封头对接连接的A类接头，按B类焊接接头的对口错边量要求。.2棱角度焊接接头环向形成的棱角度E，用弦长等于1/6Di，且不小于300mm的内样板或外样板检查，其E值不得大于（s/10+2）mm，且不大于5mm。 焊接接头轴向形成的棱角度E，用长度不小于300mm的直尺检查，其E值不得大于（s/10+2）mm，且不大于5mm。.3 B类焊接接头以及圆筒与球形封头相连的A类焊接接头，当两侧钢板

16、厚度不等时，若薄板厚度10mm，两板厚度差超过3mm；或薄板厚度10mm，两板厚度差大于薄板厚度的30%，或超过5mm 时，均应按大于1：3的斜度单面或双面削薄厚板边缘，或按同样要求采用堆焊的方法将薄板边缘焊成斜面。 当两板厚度差小于上列数值时，则对口错边量b按.1的要求，且对口错边量b以较薄板厚度为基准确定。在测量对口错边量b时，不应计入两板厚度的差值。.4除图样另有规定外，壳体直线度允差应不大于壳体长度的1。当直立容器的壳体长度超过30m时，其壳体直线度允差应符合JB4710-92钢制塔式容器的规定。 注：壳体直线度检查是通过中心线的水平和垂直面，即沿圆周0°、90°、

17、180°、270°四个部位拉0.5mm的细钢丝测量。测量位置离A类接头焊缝中心线（不含球形封头与圆筒连接以及嵌入式接管与壳体对接连接的接头）的距离不小于100mm。当壳体厚度不同时，计算直线度时应减去厚度差。.5筒节长度应不小于300mm。组装时，相邻筒节A类接头焊缝中心线间外圆弧长，以及封头A类接头焊缝中心线与相邻筒节A类接头焊缝中心线间外圆弧长应大于钢材厚度的3倍，且不小于100mm。.8容器内件和壳体焊接的焊缝应尽量避开筒节间相焊及圆筒与封头相焊的焊缝。.9容器上凡被补强圈、支座、垫板等覆盖的焊缝，均应打磨至与母材齐平。103 焊接1031 焊前准备及施焊环境。103

18、11 焊条、焊剂及其他焊接材料的贮存库应保持干燥，相对湿度不得大于60%。103 当施焊环境出现下列任一情况，且无有效防护措施时，禁止施焊：a)手工焊时风速大于10m/s；b)气体保护焊时风速大于2m/s；c)相对湿度大于90%；d)雨、雪环境。10313 当焊件温度低于0时，应在始焊处100mm范围内预热到15左右。1032 焊接工艺10321 容器施焊前的焊接工艺评定，应按JB4708进行。10322 焊接工艺评定报告、焊接工艺规程、施焊记录及焊工的识别标记，其保存期不少于7年。1033 焊缝表面的形状尺寸及外观要求。10331 A、B类接头焊缝的余高e1、e2按下表和下图的规定。标准抗拉

19、强度下限值b>540MPa的钢材及Cr-Mo低合金钢钢材其它钢材单面坡口双面坡口单面坡口双面坡口e1e2e1e2e1e2e1e2010%s且3且1.5010%1且3010%2且3015%s且41.5015%1且4015%2且410332 C、D类接头的焊脚，在图样上无规定时，取焊件中较薄者之厚度。补强圈的焊脚，当补强圈的厚度不小于8mm时，其焊脚等于补强圈厚度的70%，且不小于8mm。10333 焊缝表面不得有裂纹、气孔、弧坑和飞溅物。10334 用标准抗拉强度下限值b>540MPa的钢材及Cr-Mo低合金钢钢材和不锈钢材制造的容器以及焊接接头系数取为1的容器，其焊缝表面不得有咬边

20、。其他容器焊缝表面的咬边深度不得大于0.5mm，咬边连续长度不得大于100mm，焊缝两侧咬边的总长度不得超过该焊缝总长度的10%。10335 C、D类接头焊缝与母材呈圆滑过渡。6 后热7.1 对冷裂纹敏感性较大的低合金钢和拘束度较大的焊件应采取后热措施.7.2 后热应在焊后立即进行.7.3 后热温度一般为200350,保温时间与焊缝厚度无关,一般不低于0.5h.7.4 若焊后立即进行热处理则可不做后热.7 焊后热处理、8.1 根据母材的化学成分、焊接性能、厚度、焊接接头的拘束程度、容器使用条件和有关标准综合确定是否需要进行焊后热处理.8.2 压力容器或受压元件焊后热处理厚度PWHT按如下规定选

21、取. 等厚度全焊透对接接头的焊后热处理厚度PWHT为其焊缝厚度,也即容器或其受压元件钢材厚度so.焊缝厚度是指焊缝横截面中,从焊缝正面到焊缝背面的距离(余离不计). 不等厚焊接接头的焊后热处理厚度PWHT:.1 对接接头取其较薄一侧母材厚度.2 在壳体上焊接管板、平封头、盖板、凸缘或法兰时,取壳体厚度.3 接管、人孔与壳体组焊时,在接管颈部厚度、壳体厚度、封头厚度、补强板厚度和连接角焊缝度中取其较大者.4 接管与高颈法兰相焊时取管颈厚度.8225 管子与管板相焊时取其焊缝厚度。823 非受压元件与受压元件相焊取焊接处的焊缝厚度。824 焊接返修时，取其所填充的焊缝金属厚度。83 常用钢号的焊后

22、热处理规范见表6表6 常用钢号焊后热处理规范钢号焊后热处理温度,最短保温时间电弧焊电渣焊10Q235A,20Q235B,20RQ235C,20G20g600640a) 当焊后热处理厚度 £ 50 mm时, (dPWHT/25)h, 但最短时间不低于 1/4 hb) 当焊后热处理厚度 dPWHT >50 mm时, 为09MnD58062016MnR600640900930正火后600640回火16Mn,16MnD,16MnDR15MnVR,15MnNbR54058020MnMo,20MnMoD58062018MnMoNbR13MnNiMoNbR600640950980正火后600

23、640回火20MnMoNba) 当焊后热处理厚度dPWHT £ 125 mm时, 为 (dPWHT/25)h ,但最短时间不小于1/4 hb) 当焊后热处理厚度 dPWHT >125 mm时,为 07MnCrMoVR07MnNiCrMoVDR08MnNiCrMoVD55059009MnNiD,09MnNiDR15MnNiDR54058012CrMo12CrMoG60015CrMo15CrMoG60015CrMoR890950正火后600回火12Cr1MoV12Cr1MoVG14Cr1MoR14Cr1Mo64012Cr2Mo12Cr2Mo112Cr2Mo1R12Cr2Mo1G66

24、01Cr5Mo660 当碳素钢、强度型低合金钢焊后热处理温度低于表6规定温度的下限值时,最短保温时间如表7规定.表7 焊后热处理温度低于规定值的保温时间比规定温度范围下限值降低温度数值，降低温度后最短保温时间 1), h25255480102)110202)1)最短保温时间适用于焊后热处理厚皮dPWHT不大于25mm焊件，当焊后热处理厚度dPWHT大于25mm时，厚度每增加25mm，最短保温时间则应增加15min。2)仅适用于碳素钢和16MhR钢。831 调质钢焊后热处理温度应低于调质处理时的回火温度。 832 不同钢号相焊时，焊后热处理规范应按焊后热处理温度要求较高的钢号执行，但温度不应超 过两者中任一钢号的下临界点Acl o 833 非受压元件与受压元件相焊时，应按受压元件的焊后热处理规范。 834 采用电渣焊，焊后应进行正火十回火的热处理。 84 对有再热裂纹倾向的钢，在焊后热处理时应注意防止产生再热裂纹。 85 奥氏体高合金钢制压力容器一般不进行焊后消除应力热处理。 86焊后热处理应在压力试验前进行。 87 应尽可能采取整体热处理。当分段热处理时，加热重叠部分长度至少为1