气化炉结构设计及制造基本工艺

气化炉构造 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 及制造 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 摘要煤炭资源在国内一次能源中占70%以上，所觉得了适应国内缺油、少气、富煤基本国情，本设计针对水煤浆制取合成气大型设备——气化炉进行研究，依照一开始所选取炉型，对其重要零部件设计计算，涉及上下封头、筒体、支座、密封和人孔等构造，并绘制出气化炉装配草图。然后对整个气化炉制造过程及以上各零部件制造工艺研究分析，阐述核心制造工序并提出解决制造难点 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。结合设备制造过程经验，针对SA387Gr11CL2材料表面堆焊耐蚀层、复合钢板对接、各零部件组焊等焊接工艺也做了重点分析，并做出总结。通过查阅有关资料，最后选取适当热解决方式，即分部件单个热解决并辅助加工手段逐级消除保证后，做最后整体消除应力热解决以达到最后效果。同步，由于设备大型化，难以运送，因此本文对设备现场组装、压力实验等也做了一定简介。核心词：德士古气化炉，构造设计，制造工艺，焊接StructureDesignandManufacturingProcessofGasifierABSTRACTCoalresourcesaccountedformorethan70%inChina'sprimaryenergy，inordertoadapttoChina'sbasicnationalconditionsoflackingoilandgasandrichingincoalresources，thedesignmainlydiscussgasifyingfurnacewhichisusedtoproducesyntheticgasfromcoalwaterslurry，firstIdesignandcalculatethemainpartsofthegasifieraccordingtothefurnacetypebefore，includingtheheadsofgasifier，cylinders，supportingseats，sealingandmanholestructure，nextdrawtheassemblysketchesofgasifier.Then，analyzethemanufacturingtechnologyofthewholegasifierandthemajorparts，elaboratethekeymanufacturingprocedureandputforwardtheplantosolvethequestionsofdifficultmanufacturingprocess.AnalyzeandsummarizethesurfacingprocessofSA387Gr11CL2，thebuttweldingofthecompositesteel，andtheweldingtechnologyofthepartsbycombiningwiththeprocessexperiencesoftheequipmentmanufacturing.Andchoosethesuitableheattreatmentfinally，throughaccessingtorelevantinformation，whichisheatingthepartsofgasifierwiththeauxiliarymeansofprocessinglayerbylayertoeliminatestress.Then，heatthewholeofgasifiertoeliminatingstresstoachievethefinaleffect.Atthesametime，duetothelarge-scaleofequipment，itisdifficulttotransport，sothispaperalsointroducesthefieldofequipment.Keywords：Texacogasificationfurnace，structuredesign，manufacturingprocess，welding目录TOC\o"1-3"\h\uHYPERLINK\l_Toc16258摘要PAGEREF_Toc16258IHYPERLINK\l_Toc12814ABSTRACTPAGEREF_Toc12814IIHYPERLINK\l_Toc111031绪论PAGEREF_Toc111031HYPERLINK\l_Toc260461.1课题研究背景及理论意义PAGEREF_Toc260461HYPERLINK\l_Toc143641.2气化炉选型PAGEREF_Toc143641HYPERLINK\l_Toc80071.3煤气化炉发展趋势PAGEREF_Toc80071HYPERLINK\l_Toc263411.4德士古气化炉简介PAGEREF_Toc263412HYPERLINK\l_Toc43131.4.1德士古炉型气化炉技术特点PAGEREF_Toc43132HYPERLINK\l_Toc266241.4.2水煤浆气化特点PAGEREF_Toc266242HYPERLINK\l_Toc74771.5气化炉容器外壳选材PAGEREF_Toc74772HYPERLINK\l_Toc247171.5.1反映室壳体选材PAGEREF_Toc247172HYPERLINK\l_Toc299011.5.2激冷室壳体选材PAGEREF_Toc299013HYPERLINK\l_Toc183411.6重要材料力学性能PAGEREF_Toc183413HYPERLINK\l_Toc248371.7气化炉制造问题PAGEREF_Toc248374HYPERLINK\l_Toc238401.7.1运送问题PAGEREF_Toc238404HYPERLINK\l_Toc220921.7.2装备问题PAGEREF_Toc220924HYPERLINK\l_Toc40321.7.3制造与检查PAGEREF_Toc40324HYPERLINK\l_Toc276862德士古气化炉重要部件设计PAGEREF_Toc276865HYPERLINK\l_Toc55362.1气化炉构造特点与技术特性PAGEREF_Toc55365HYPERLINK\l_Toc47032.2重要部件设计计算PAGEREF_Toc47035HYPERLINK\l_Toc207482.2.1燃烧室筒体壁厚计算与校核PAGEREF_Toc207485HYPERLINK\l_Toc217572.2.2激冷室筒体设计PAGEREF_Toc217576HYPERLINK\l_Toc115672.2.3上球形封头设计PAGEREF_Toc115677HYPERLINK\l_Toc196362.2.4下锥体封头设计PAGEREF_Toc196367HYPERLINK\l_Toc146622.2.5密封构造设计PAGEREF_Toc146628HYPERLINK\l_Toc2.2.6人孔补强构造设计PAGEREF_Toc8HYPERLINK\l_Toc159172.2.7支座构造设计PAGEREF_Toc1591712HYPERLINK\l_Toc225853气化炉制造工艺研究PAGEREF_Toc2258513HYPERLINK\l_Toc106203.1制造 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 及规定PAGEREF_Toc1062013HYPERLINK\l_Toc51643.1.1制造规范PAGEREF_Toc516413HYPERLINK\l_Toc170573.1.2技术规定PAGEREF_Toc1705713HYPERLINK\l_Toc35623.2重要部件制造工艺流程PAGEREF_Toc356213HYPERLINK\l_Toc3923.2.1重要部件成型前通用工艺流程PAGEREF_Toc39213HYPERLINK\l_Toc230253.2.2上球形封头成型PAGEREF_Toc2302514HYPERLINK\l_Toc235143.2.3激冷室筒体成型PAGEREF_Toc2351417HYPERLINK\l_Toc15103.2.4燃烧室筒体成型PAGEREF_Toc151021HYPERLINK\l_Toc176243.2.5下锥体封头成型PAGEREF_Toc1762423HYPERLINK\l_Toc111204气化炉制造中焊接技术研究PAGEREF_Toc1112026HYPERLINK\l_Toc157024.1SA387Gr11CL2耐热钢焊接性分析PAGEREF_Toc1570226HYPERLINK\l_Toc263134.2耐热型低合金钢焊接规定PAGEREF_Toc2631327HYPERLINK\l_Toc318564.3重要构造焊接工艺分析PAGEREF_Toc3185627HYPERLINK\l_Toc141214.3.1上球形封头环向坡口焊接PAGEREF_Toc1412127HYPERLINK\l_Toc160984.3.2燃烧室筒体纵焊缝焊接PAGEREF_Toc1609828HYPERLINK\l_Toc161824.3.3激冷室（复合钢板）筒体纵焊缝焊接PAGEREF_Toc1618229HYPERLINK\l_Toc312814.3.4筒体锻件局部堆焊PAGEREF_Toc3128131HYPERLINK\l_Toc199814.3.5下锥形封头与大法兰组焊PAGEREF_Toc1998132HYPERLINK\l_Toc230434.3.6接管与复合钢板筒体焊接PAGEREF_Toc2304334HYPERLINK\l_Toc76034.3.7筒体锻件与内件焊接PAGEREF_Toc760335HYPERLINK\l_Toc249235气化炉组装PAGEREF_Toc2492337HYPERLINK\l_Toc23226致谢PAGEREF_Toc2322638HYPERLINK\l_Toc6225参照文献PAGEREF_Toc6225391绪论1.1课题研究背景及理论意义国内石油和化学工业在迅速发展同步，正面临着资源、能源和环境等多重压力。由于国内石油和天然气短缺，煤炭相对丰富资源特性，加之国际油价持续高位运营状态，煤炭在国内能源和化工将来发展中所处地位会变得越来越重要。国家在“十五”规划中明确指出，“必要下大力气调节能源构造，从各个方面采用办法节约石油消耗，大力发展干净煤气化技术”。由于煤化工气头，即气化方式是煤产品根源，因而煤气化炉就成为煤化工产品龙头。国外煤气化技术早在20世纪50年代已实现工业化，20世纪70年代因石油天然气供应紧张使得煤气化新工艺研究和开发得到迅速发展，并成功地开发出对煤种适应性广、气化压力高、气化效率高、污染少新一代煤气化炉。其中具备代表性有荷兰壳牌（Shell）炉、美国德士古（Texaco）炉和德国鲁奇（Lurgi）炉等。在国内运用最为广泛为GE水煤浆和Shell煤粉气化工艺。运用煤碳在气化炉中发生一系列化学反映，制取合成气，为合成氨、制取甲醇提供原料气。针对国内国情，可以充分运用煤炭这一能源。采用德士古气化炉设备，有着较高转化率和可靠性，并且对环境无污染，环保性能好。1.2气化炉选型按照气化炉内料流形式，气化技术大体分为固定床、流化床和气流床三大类典型固定床气化炉有间歇式固定床气化炉、加压鲁奇固定床气化炉；流化床有灰熔聚流化床气化炉、恩德炉等，气流床有德士古气流床、Shell粉煤气化炉等。气流床技术由于煤种适应性强，效率高，合成气中有效成分高，运营可靠且环保性能良好。因此气流床技术在国内也运用较为普遍，其代表炉型为德士古气化炉和壳牌干粉煤气化两种气化炉。德士古气化炉设备构造简朴，内件很少；理论上可以用任何煤种；其有较长运营实践经验，操作危险性小，可用率达80%～85%；气化炉运营费用较低。Shell气化炉碳转化率虽然比较高，但投资也高，设备造价较高，配合干燥、磨煤、高压氮气及回炉激冷用合成气加压所需功耗较大。因此本次设计以德士古气化炉作为研究对象。1.3煤气化炉发展趋势（1）气化压力向高压发展提高气化效率、碳转化率和气化炉能力，实现气化装置大型化和能量高效回收运用，减少合成气压缩能耗或实现等压合成。（2）气化炉能力向大型化发展大型化便与实现自动控制和优化操作，减少能耗和操作费用。（3）气化温度向高温发展气化温度高，煤中有机物质分解气化，消除或减少环境污染，对煤种适应广。1.4德士古气化炉简介1.4.1德士古炉型气化炉技术特点GE水煤浆气化炉是一种以水煤浆为原料、氧气为气化剂加压气化技术。水煤浆经原料加压泵加压后与高压氧通过气化炉顶部气化烧嘴进入气化炉，在燃烧室（气化反映室）内在表压5.56MPa，约1400℃条件下水煤浆与氧发生某些氧化反映，生成CO、H、CO、HO和少量CH、HS、COS及微量NH、HCOOH等气体。从气化反映室出来粗合成气，直接向下通过下降管进入气化炉激冷室完毕合成气激冷洗涤，出激冷室合成温度260℃左右。粗合成气中炭黑在激冷室中大某些被清除，由渣水出口进入破渣机。气化室温度大概在1400℃，耐火材料设计温度可达1540℃左右。气化炉壳体外壁设有壁温监测系统，反映室内温度通过伸入到耐火材料内热电偶来测量，当反映室外壁某区域温度达到345～370℃时高温报警。因合成气中具有少量HS气体，为防止湿HS腐蚀，气化炉外壁温度不低于225℃，以避免内壁结露导致露点腐蚀。1.4.2水煤浆气化特点a）气化炉构造简朴，气化强度高，设备体积小，布置紧凑、生产能力大。b）水煤浆气化工艺规定原料水煤浆要有良好稳定性、流动性，较低灰熔点及泵易输送等。c）与干粉进料相比，简化了干粉煤给料及加压煤仓加料过程，体现出了安全并容易控制特点，取消了气化前对原料干燥，节约能源。d）持续性生产。e）对环境污染小。1.5气化炉容器外壳选材1.5.1反映室壳体选材考虑反映室外壳操作、设计条件，壳体材料在设计温度下，强度不应有明显下降，同步还应有良好抗腐蚀性能。奥氏体不锈钢具备良好抗腐蚀能力，但是成本太高，并且在温度升高到设计温度时，奥氏体不锈钢强度明显下降。按ASMESECⅡ(锅炉和压力容器规程),最经济合用容器钢板为SA387Gr11CL2耐热钢，由于Gr、Mo元素存在，提高了钢在高于350℃温度下工作高温强度和持久强度，这种钢普通称为耐热性低合金钢。同步该材料尚有良好抗氢腐蚀能力。在所有铬钼钢里，SA387Gr11CL2板材韧性、强度、焊接性能都比较好，因此作为反映室壳体材料使用。但由于Gr、Mo元素提高了钢淬透性，使焊接性能变差，易产生冷裂纹和再热裂纹。为保证焊接焊接质量，预热、后热和焊后消除应力热解决等办法必不可少。1.5.2激冷室壳体选材为了避免异种钢焊接，减少气化炉造价，气化炉激冷室壳体基材也采用SA387Gr11CL2。同步为了避免HS、SO等酸性气体以及渣水腐蚀，在基层上应堆焊耐腐蚀奥氏体不锈钢（316L），并且采用含镍较高材料作为过渡层堆焊（319L），因此最后采用轧制复合钢板SA387Gr11CL2+316L。1.6重要材料力学性能表1-1316L不锈钢和SA182力学性能材料N/%屈服强度/MPa抗拉强度/MPa伸长率/%316L0.0622052045SA18223550021表1-2316L化学成分化学成分C%Si%Mn%P%S%Cr%Ni%Mo%N%316L≦0.03≦1≦2≦0.03≦0.0350.8～1.113.5～162.2～3≦0.2表1-3SA182化学成分化学成分C%Si%Mn%P%S%Cr%Ni%Mo%SA1820.12～0.180.17～0.370.4～0.7≦0.035≦0.0350.8～1.1≦0.30.4～0.55表1-4SA387Gr11CL2化学成分C%Si%Mn%P%Gr%Mo%Ni%0.05%～0.17%0.50%～0.80%0.40%～0.65%0.010%～0.012%0.10%~0.15%0.45%～0.65%0.20%～0.25%表1-5SA387Gr11CL2力学性能钢板厚度/mm抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率A/%温度/℃冲击吸取能量KV2/J180°弯曲实验弯曲直径（b≧35mm）6～100520～680≧310≧1920≧34d=3a>100～150510～670≧300≧1920≧34d=3a1.7气化炉制造问题当前随着国家技术发展，国内煤化工和石油化工公司得到了大力地发展。每个公司都在追求最佳经济效益，设备装置持续走大型化发展路线。设备装置大型化给中华人民共和国化工机械制造行业带来机遇同步，也变化了大型压力容器制造方式。重要存在问题有：1.7.1运送问题由于当前设备大型化，直接面对便是设备高参数、大直径、重吨位。有些设备重量甚至超过两千吨，唯一选取就是分段、分部件运送现场组装。1.7.2装备问题设备大型化带来再一种问题就是为满足制造过程中各方面规定而配备加工装配问题。如锻造、成型、机加、焊接、无损 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 、热解决等装备。1.7.3制造与检查1）现场热解决和水压实验由于现场条件限制，因此在现场热解决状况比在制造厂内效果要差，因此当前诸多工厂在现场搭建积木式炉，对设备进行整体热解决。对于大型设备，在现场进行水压实验也是装备一种难点，由于大型设备普通都选取现场合拢，这样就无法再制造厂内实现水压实验，并且有些设备注水后总重上千吨，对支撑点也会有很大作用力。因而，诸多大型设备，其水压实验选取在设备安装现场。2）质量检查因运送条件限制，大型设备制造过程中诸多工作往往会遗留到现场进行，对焊接质量等检查也提出了更高规定。如今国内大型设备制造厂家采用TOFD超声检测办法代替射线检测，对焊缝进行探伤。TOFD技术是运用超声波衍射时差反映来对焊缝进行扫描，从而对焊缝中缺陷进行定位。3）焊接技术设备大型化也使得设备壁厚增大，当前解决办法是采用双丝进行双行窄间隙焊接。2德士古气化炉重要部件设计2.1气化炉构造特点与技术特性气化炉由喷嘴、球形封头、燃烧室、激冷室、Y形锻件、下锥体、大法兰等构成。本次研究气化炉技术参数为：设计压力5.56MPa,操作压力为4MPa，上球形封头锻件材料为SA387Gr11CL2，直径为3200mm；燃烧室筒体锻件为SA387Gr11CL2，直径为3200mm,操作温度为1400℃左右，设计温度455℃；激冷室筒体采用轧制复合钢板SA387Gr11CL2+316L，堆焊总厚度为6mm,直径3188mm,操作温度约260℃，设计温度为455℃。工作介质高温煤气、煤气、熔渣、黑水等，属Ⅲ类压力容器。水压实验压力为7.57MPa。由于气化炉内件构造较为复杂，因此本次构造设计以重要部件作为研究对象，分别有：上球形封头，燃烧室筒体，激冷室筒体和下锥体封头以及其她比较重要部件。2.2重要部件设计计算2.2.1燃烧室筒体壁厚计算与校核高压容器筒体壁厚计算公式为：(2-1)——筒体壁厚，mm；P——设计压力，MPa；——燃烧室筒体内径，mm；——焊接接头系数；——设计温度下材料许用应力，MPa;SA387Gr11CL2机械性能为：常温=310MPa=515MPat=455℃=230MPa=373MPa已知燃烧室筒体直径为3200mm,设计压力为5.56MPa；双面对接焊缝100%无损探伤，=1。取如下数值较小者：MPaMPaMPaMPa取MPa.于是(mm)圆整后取筒体厚度为75mm，则筒体直径比为。2）内压与温差同步作用时强度校核气化炉壳体外壁设有壁温检测系统，当反映室内温度通过伸入到耐火材料内热电偶来测量，当反映室温度外壁温度达到345℃～380℃时高温报警，因此，取壳体内壁温度为290℃。因合成气中具有少量HS气体，为防止湿HS腐蚀，气化炉外壁温度不应低于225℃，以避免内壁结露导致露点腐蚀，因此取壳体外壁温度为240℃。℃内壁壁温高于外壁壁温时，校核外壁叠加应力：当加热状况，两种应力叠加，外壁应力恶化，此时应校核外壁叠加应力，即：(2-2)其中，(MPa)(2-3)温差应力工程近似计算:(2-4)其中，其值接近1，，令，则m值见下表，由此温差应力近似计算办法为：(2-5)表2-1材料m值材料高碳钢低碳钢低合金钢Cr-Co钢，Mo钢，Cr-Ni钢m1.51.61.71.8铬钼钢为低合金钢，因此m=1.7。(MPa)(MPa)因此计算所得壁厚满足强度规定。2.2.2激冷室筒体设计激冷室腐蚀比较严重，因此采用复合钢板，筒体过渡层堆焊厚度为3mm，复层堆焊厚度为3mm,总堆焊厚度为6mm，激冷室筒体内径为3188mm,激冷室筒体壁厚计算和燃烧室同样，考虑堆焊层总厚度，因此筒体厚度取为（75+6）mm。2.2.3上球形封头设计球形封头壁厚计算办法：(2-6)已知球形封头壁厚为3200mm，双面对接焊缝100%无损探伤，=1；MPa。因此有：(mm)取球封壁厚t=60mm。球形封头中心开孔采用整体锻件补强，其补强构造如图2-1所示，它长处是补强金属集中于开孔应力最大部位，应力集中系数最小，且与壳体采用对接焊缝，使焊缝及热影响区离开最大应力点位置，故抗疲劳性能好。整体锻件补强普通用于有严格规定重要设备。例如：高强度（MPa）钢和铬钼钢制造容器等。图2-1球形封头补强构造2.2.4下锥体封头设计锥形封头壁厚计算公式为：(2-7)——锥体半顶角，℃；锥体半顶角为30℃，其计算内径为3200mm。(mm)圆整后取其厚度为85mm。2.2.5密封构造设计高压容器密封部件是高压设备中除筒体外另一种重要部件。高压设备密封原理与中压和低压设备密封原理基本相似，防止流体在密封口处泄露基本途径是在密封面处增长流体流动阻力。当压力介质通过密封面阻力不不大于密封面两侧压力差时，介质就可以被密封住。本次研究是与燃烧器相连凸缘法兰密封装置——八角垫，其构造如图2-2所示。八角垫属于径向自紧密封，它压紧面是梯形槽内外锥面（重要是外锥面）与垫圈接触而形成密封，这种压紧面普通与槽中心轴线成23℃夹角。密封垫圈材料可用纯铁、低碳钢、Cr5Mo、0Cr13等。图2-2八角垫垫圈和槽2.2.6人孔补强构造设计（1）人孔接管壁厚计算可以将人孔接管看作是单层厚壁圆筒，单层厚壁圆筒算法如下，即在计算压力不超过0.4[σ]t时，按公式：(2-8)式中，——计算厚度，mm；图2-3人孔接管P——计算压力，p=5.56MPa；——焊接接头系数,普通状况下焊接接头系数取=1.0；——筒体内径，mm；——许用应力（组合许用应力），接管锻件SA182F11,CL2在0~455℃范畴内许用应力值为120MPa。因此：(mm)（2）补强构造设计为了使容器可以进行正常操作并满足容器制造、安装、检查、维修等规定，在容器壳体和封头上不可避免需要开孔。压力容器上开孔接管对容器所产生影响重要有如下三个方面：一方面是因开孔导致了承载材料削弱；另一方面是由于开孔而导致孔边沿局部应力集中；第三是接管和壳体连接构成了不持续构造，从而在接管一定长度范畴内和壳体孔边附近引起附加边沿力。因而，在开孔接管部位某些局部区域应力将大大超过容器在正常设计状态下应力水平，因而在静载荷下也许引起过大变形或破坏，或在交变载荷下也许逐渐萌生疲劳裂纹直至破坏。因此，压力容器设计中心开孔及其补强设计就显得非常重要。压力容开孔补强计算办法有诸各种，如等面积法、压力面积法、开孔补强等，下面以国际工程设计中最常用法，且为国内国标GB150所采用等面积补强法进行简介。表2-2适合开孔范畴项目在壳体上容许最大开孔直径d筒体内径D≦1500mm内径D>1500mmd≦1/2D且d≦500mmd≦1/3D且d≦1000mm凸缘封头或球壳锥壳（锥形封头）d≦1/3D(D为开孔中心处锥壳内直径）在椭圆形或蝶形封头过渡某些开孔时，其孔中心线宜垂直于封头表面D——壳体内直径，mm；d——开孔直径，圆形孔取接管内直径加两倍厚度附加量，mm；激冷室筒体直径为3200mm>1500mm，开孔直径d=601.6mm1/3D=1066.7mm，因此该人孔需要补强。（3）内压激冷室壳体开孔所需补强面积壳体开孔后，在开孔边沿产生局部高应力。依照局部应力分布衰减规律，在距开孔边沿较远处其应力便恢复到正常水平。为有效发挥补强材料强度，补强材料应设立在开孔附近高应力区域，及有效补强范畴内。有效补强范畴涉及开孔壳体和接管两个某些。a)开孔壳体上有效补强范畴，是以受拉伸开孔大平板孔边应力衰减范畴进行考虑，即补强范畴取2倍开孔直径。b)接管上有效补强范畴，是以端部受均匀分布载荷圆柱壳环向薄膜应力衰减范畴进行考虑，补强范畴取（d为开孔直径；为接管名义厚度）。（4）补强计算内压容器开孔后所需补强面积，按下式计算：(2-9)式中，d——开孔直径，取厚度负偏差为0.3mm，则有d=600+0.82=601.6mm；——强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比值，查得，接管锻件SA182F11CL2在0~455℃范畴内许用应力值为120MPa，前面已经计算过SA387Cr11CL2在0~455℃范畴许用应力，为124.33MPa。两者比值近似为1。因此。——壳体开孔处计算厚度，mm；——接管有效厚度，(mm)；——接管名义厚度，(mm)；C——厚度附加量，mm。钢板负偏差取为0.8mm，该接管和筒体内壁都堆焊6mm不锈钢耐蚀层，因此取腐蚀余量为=0mm。因此厚度附加量：mm(mm)有效补强面积：壳体开孔后，在有效补强范畴内，可作为补强截面积（涉及来自壳体、接管、焊缝金属、补强元件）按下式计算：(2-10)(2-11)(2-12)式中，——补强面积,mm；——壳体有效厚度减去计算厚度之外多余面积，mm；——接管有效厚度减去计算厚度之外多余面积，mm；——焊缝金属截面积，mm；B——有效补强厚度，(mm);——壳体开孔处名义厚度，mm；——壳体有效厚度，mm;——接管外侧有效补强高度，mm；；接管外伸高度为600mm，mm，因此mm。——接管内侧有效补强高度，mm；；接管内伸高度为0,因此=0。——接管计算厚度，mm；——腐蚀余量，此处为0mm。因此，mmmm为额外增长补强金属，取为0mm。mm由于(mm)时，因此该人孔需要补强，可以通过增长接管壁厚来使得构造强度满足规定。可以运用公式来求接管所需最小厚度。mm则接管名义厚度：mm2.2.7支座构造设计立式圆筒形容器支撑可分为耳式支座、支承式支座、支腿式支座、裙式支座等。操作温度较高时，为了避免产生温差应力，普通应设立特制滑动支撑板，其构造如图2-4所示。气化炉制作采用耳式支座，因此如下针对耳式支座两种构造进行讨论。1）不带整体加强环耳式支座普通容器采用4个耳式支座均布。对于大直径且重量较重容器，可以恰当增长耳式支座数量。2）整体加强环耳式支座由于耳式支座处圆筒内局部应力较高，因此本设计采用整体加强环耳式支座，带整体加强环耳式支座可设立2个、3个、4个、6个、8个支撑点，沿环周向均布。其构造见图2-5所示。图2-4立式容器滑动支撑板构造图2-5带加强环耳式支座容器考虑气化炉设备较为庞大，且其操作温度高，因此采用4个带整体加强环耳式支座支撑设备，并在支座下方设立特别滑动支撑版，避免温差应力。3气化炉制造工艺研究3.1制造规范及规定3.1.1制造规范制造规范为GB150-1998《钢制压力容器》；HG20584-1998《钢制化工压力容器制造技术规定》。3.1.2技术规定（1）用作壳板钢板、锻件和焊接材料到达锻件制造厂后需要对材料化学检查及复验化学成分按ASMESA20进行。逐张检查钢板表面质量和材料标志，锻件JB4726-Ⅲ级锻件规定订购，锻件应有符合JB4726-中8.3条内容齐全质量合格书，且符合技术条件及附件二技术条件中《SA387Gr11CL2及SA182F11，CL2压力容器锻件材料阐明书》规定，钢板和锻件还必要按模仿焊后热解决累积最长时间做常温和设计温度下力学性能复验。焊接材料对焊接试样焊缝金属做化学成分分析,对试样做射线照相实验、拉伸实验、冲压实验和扩散氢实验。（2）必要做A类焊缝产品试板，涉及锥形封头堆焊，Gr-Mo钢由堆焊筒体处各做产品焊接试板，且随部件同炉热解决，试样按JB4744-进行涉及拉伸（常温和高温）、弯曲和冲击实验试样制备和实验。（3）设备焊接前预热温度推荐200℃，焊缝消氢（DHT）300℃～350℃，且保温≧2～4h。考虑设备制造周期较长，筒节完毕A、B类焊缝焊接后增长中消除应力热解决（ISR），温度控制在620℃～650℃。（4）筒体和封头在热成型过程中，若破坏了钢板和锻件热解决供货状态，必要进行恢复机械性能热解决，且不容许焊缝熔敷金属参加急速冷却。3.2重要部件制造工艺流程本设计针对上球形封头、下锥体封头、激冷室和燃烧室筒体等重要部件制造工艺进行详细简介。3.2.1重要部件成型前通用工艺流程表3-1各部件成型前通用工艺流程序号工作内容规定、加工办法、加工设备或工具1原材料入库续表3-1序号工作内容规定、加工办法、加工设备或工具2原材料复验外观检查、几何尺寸检查、理化检查和钢板超声波探伤，有时可委托钢厂进行，其中超声波探伤成果ZBJ74003-88《压力容器用钢板超声波探伤》规定质量分级，应不低于Ⅲ级。3划线及标记钢印标记、板材矫平、划线、钢印移植4下料对于直边用剪切；曲线边用气割；对于不锈钢和有色金属，气割用等离子弧；对于特厚板材，若剪切困难则用气割。5边沿加工用气割或等离子弧开V型、X型坡口，并用砂轮打磨；用机加工办法进行边沿加工或开坡口，其中牛头刨和龙门刨进行直线加工，用立车或大型普通车床进行圆弧轮廓加工；用刨边机刨边和开坡口；3.2.2上球形封头成型球形封头构造具备良好加工工艺，以及较高承载能力、受力均匀，经惯用于高压容器中，且壁厚较其她封头小,成本低。球封采用材料为低合金耐热钢SA387Gr11CL2，封头规格为SR1600mm，壁厚为60mm。为保证封头组件端部平行度及同轴度，规定顶部法兰凸缘内孔及上端面预留二次加工余量，待封头组件中间热解决再二次加工（涉及密封槽等）。（1）冷热冲压条件按冲压前毛坯与否需要预先加热分为冷冲压和热冲压，其选取重要根据如下：a)材料性能对于常温下塑性较好材料，可采用冷冲压；对于热塑性较好材料，可以采用热冲压。b)依照毛坯厚度δ与毛坯直径Do之比即相对厚度δ/Do来选取冷热冲压。（详细见表3-1）表3-1封头冷、热冲压与相对厚度关系冲压状态碳素钢、低合金钢合金钢、不锈钢冷冲压×100<0.5×100<0.7热冲压×100≥0.5×100≥0.7上球形封头材料为SA387Gr11CL2，为低合金钢。球形封头毛坯厚度是68mm，毛坯直径4600mm。因此，该球形封头采用整体热冲压。（2）上球形封头坯料厚度普通在封头曲率大部位，由于经向拉应力和变形占优势，因此壁厚较薄较大。查资料得Gr-Mo钢材料球形封头成型温度在950～1100℃之间，脱胎温度在750～800℃之间，其工艺减薄量普通在12%~14%之间，而直边和接近曲率较小部件，由于切向应力和变形占优势，因此壁厚增长，并且越接近边沿，增长壁厚越大。取球形封头热冲压减薄量可达12%，因此坯料厚度为68mm。其构造如图3-1所示。图3-1球形封头对于厚壁封头，由于所需冲压力较大，同步因毛坯较厚某些不易压缩变形，特别是对球形封头，在成型过程中边沿厚度急剧增厚，因而导致底部材料严重拉薄。普通在压制这种封头时，也可预先把封头坯料车成斜面，再进行冲压。如图3-2所示：图3-2厚壁球形封头冲压（2）封头号料依照面积法展开封头，此时：π/4=π+π(+)(3-1)式中——球形封头边沿机械加工余量，mm；此外，也可按近似公式计算：(3-2)mm取=4600mm。划线时考虑后来加工过程加工余量、切割余量、边沿加工余量、焊缝收缩量等。因此取封头坯料划线尺寸为4630mm，划线完毕后，为保证加工尺寸精度以及防止下料尺寸模糊不清等，在切割线、刨边线、开孔中心线及装配中心线等处均匀打上孔眼，用油漆标明标号、产品工号和材料标记移植等，以指引切割，成型，组焊等后续工序进行。注意，气割下料预热≧150℃，避免浮现淬硬组织及裂纹。（3）坯料拼接采用整体热冲压时，坯料直径较大，难以加工成型，因此采用两张板拼焊后整体热冲压成型。坡口加工使用龙门刨，按焊接工艺加工拼接焊缝坡口。焊后及时消氢解决，300~350℃/2h，100%MT，Ⅰ级合格。封头内表面焊缝修磨与母材平齐，外表面修磨圆滑，必要时还应做表面检测。拼接焊缝位置应满足关于原则规定。即焊缝距封头中心不得不不大于1/4公称直径，公称直径可预先经100%无损检测合格。这可避免在冲压过程中坯料从焊缝缺陷处扯破也许。（4）板坯加热和热解决：图3-3热解决示意图该材料最佳热冲压温度为920～950℃,温度低于920℃要停止冲压，否则容易引起材料脆化。热冲压后，封头进行正火+回火解决，焊接试板、母材试板同炉热解决。检查内容是：测厚mm；拼接焊缝：100%RT，JB/4730-Ⅱ级；100%UT,JB/T4730-Ⅰ级；封头外表面及焊缝100%MT,JB/T4730-Ⅰ级；母材试板检查（化学成分和力学性能检查）；焊接试板检查（保存一半，待整体热解决后再检查），按JB4744-进行常温拉伸实验、高温拉伸实验、冷弯实验、热影响区硬度值HB≧240。对于有缺陷位置要进行修复，修复完毕后再进行X-射线检测。表3-2上球形封头制造工序序号工序名称工序阐明1准备原材料检查、打砂净化、超声波探伤、标志移植、气割下料、刨削拼板接缝直边2车预组合并在大型立车上夹紧，车削外圆边沿坡度；3刨刨床上精加工拼接焊缝坡口；坡口表面100%MT，JB/T4730.4中Ⅰ级合格；4组对拼接组对时在特制装有预热装置场地上进行。预热温度≥200℃→检查，涉及焊缝PT、X光射线探伤以及焊缝及热影响区硬度实验）；打磨焊缝与母材齐平。5热冲压6检测、加工测定成形后球壳各部位实测厚度→焊缝及热影响区内外表面MT正火+回火（带焊接试板），试板机械性能实验、精加工环向端面7车在立车上加工中心孔与法兰锻件焊接坡口，检查坡口合格8组对、焊接与法兰锻件组对→焊条点焊固定（预热）→预热（≥200℃）焊接，焊接9加工加工环向焊接坡口。10组对上封头与筒体组对焊接3.2.3激冷室筒体成型（1）复合钢板选材规定压力容器设计选用复合钢板时要考虑复层材料牌号和热解决状态，复层厚度，贴合质量级别等技术问题，也要综合考虑容器制造、检查技术以及经济性。中华人民共和国不锈钢-钢复合板原则中规定复层厚度为0.5mm~14mm。复合钢板最高许用技术温度是压力容器用复合钢板重要参数。ASME中对复合钢板容器规定，当只按基层厚度进行强度计算时，最高设计温度上限按基层材料。复合钢板压力容器较相似价格不锈钢板压力容器价格便宜，在满足使用规定状况下，顾客惯用前者。（2）下料激冷室筒体采用SA387Gr11CL2+316L轧制复合钢板，其直径为3188mm，筒体壁厚为（75+6）mm，激冷室筒体展开尺寸计算：图3-4激冷室筒体展开示意图已知激冷室筒体总高度为8795mm。筒体展开长度：=π(+)=π(3188+81)=10269.87mm取展开长度=10270mm；筒体展开宽度：H=B=8795mm。——展开尺寸，mm；——切割下料线尺寸，mm；——切割余量，与切割办法关于，普通为2~3mm，取3mm；表3-3边沿加工余量不加工机加工要去除热影响区0厚度≦25厚度>25>2535——边沿加工余量，与加工办法关于，厚度不不大于25mm时，取为5mm;表3-4焊缝横向收缩量近似值（电弧焊)接头形式板厚/mm3~44~88~1212~1616~2020~2424~30焊缝收缩量/mmV形坡口对接接头0.7~1.31.3~1.41.4~1.81.8~2.12.1~2.62.6~3.1—X形坡口对接接头———1.6~1.91.9~2.42.4~2.82.8~3.2单面坡口十字接头1.5~1.61.6~1.81.8~2.12.1~2.52.5~3.03.0~3.53.5~4.0单面坡口角焊缝0.80.70.60.4—无坡口单面角焊缝0.90.80.70.4—双面断续角焊缝0.40.30.2———表3-5焊缝纵向收缩量近似值焊缝形式焊缝收缩量/mm/m对接焊缝0.15~0.30连接角焊缝0.20~0.40断续角焊缝0~0.10由上表可取焊缝横向收缩量为7.8mm；纵向收缩量为0.3mm。——卷制伸长量，钢板冷卷伸长量较小，普通忽视，约为7~8mm，取8mm。——焊缝坡口间隙，重要由坡口形式、焊接工艺、焊接办法等因素来拟定。取为2mm。(mm)取=10273mm。考虑预弯时压头量（300mm），因此取长度方向切割尺寸10273+300=10573mm，圆整为10580mm。拟定尺寸下划线后，就可如下料了。不锈钢复合板可以用机械切割、气割、等离子弧切割等办法，无论采用哪种办法，一方面必要保护复层材料在该工序中不至于破坏。所有复合钢板都可以气割或等离子切割，但此时应将复层放在下面，重要是防止放在上面复层材料因气割或或等离子切割时尽量发生偏吹、偏烧而遭到破坏。图3-5激冷室筒体排板图（3）卷圆下料完毕后即可以用三辊卷板机进行冷卷卷圆，复合板弯曲，卷圆或深拉加工，复合钢板为正火+回火状态供货，不容许热成型，又由于奥氏体敏化温度范畴450℃~850℃，为防止厚板卷制脆性，采用预热至150℃~200℃后冷卷成型。卷圆时，环缝基层坡口可先不加工，待组焊成筒体后再用边沿车床加工，这样既保证了环缝坡口对接尺寸，又满足了复层焊接规定。同步，还应严格控制错边量，普通错边量不能不不大于金属厚度一半，否则就会浮现复层金属与基层金属短接现象，起不到耐腐蚀效果。（4）组装卷圆完毕纵向焊接后筒节需要校圆，要在最后组装迈进行矫正，尽量用压力或压辊进行。此时注意不得损坏复层材料。达到规定后加工焊接坡口，再与其他筒节或者封头进行对接组装，组装时进行环焊缝对接焊接。对接焊缝装配时错边量，比单层钢板规定更严，许多产品规定其错边量不大于或等于1mm，重要是为了防止复层材料连贯性。（5）其她a)在检查、运送及各种制造作业过程中，都要防止复层材料表面划伤、污染；不得运用针等锐器划线，不得用墨汁，油漆标注等，必要时应设立保护层。b)尽量减少热加工及热解决工序及加热时间，以免减少复合处连接强度，防止复层与基层分离以及防止减少复层抗腐蚀性能。卷板、校圆、冲压、弯曲等最佳在冷态下进行，应尽量减少进炉加热及焊后热解决次数、时间等。由于复合钢板两种金属热膨胀系数不同样，热解决过程中残存应力有也许增大，因此，普通不进行消除应力解决。c)除按图样规定对复合钢板焊缝进行射线检测或超声波检测外，对所有复层焊缝也应做渗入检测，以检查焊缝表面有无裂纹。d)带不锈钢衬里碳钢接管端面应有（41）mm堆焊层，不锈钢接管也应伸入容器内壁（41）mm。e)设备制造完毕，有防腐蚀规定复层表面应进行酸洗钝化解决。表3-6激冷室筒体制造工序序号工序名称工序阐明1准备原材料复验、超声波探伤、标志移植、气割下料、预弯、气割筒节直边段2加工坡口、检测切割纵向焊接坡口，打磨，坡口表面100%MT无损检测3滚圆采用三辊卷板机冷卷筒节，卷前预热4纵向接头基层焊接采用SMAW+SAW焊接，焊前预热，焊后消氢+热解决5检测纵向接头基层焊接：100%MT检测，符合JB4730-94中Ⅱ级规定；内外表面100%MT检测，符合JB4730-94中Ⅰ级规定6纵向接头过渡层堆焊、检测纵向接头过渡层采用MOW方式堆焊309L；表面进行100%PT检测，符合JB4730-94中Ⅰ级规定7纵向接头耐蚀层堆焊、检测采用MOW堆焊316L，将表面沿圆弧打磨光滑；表面进行100%PT检测，符合JB4730-94中Ⅰ级规定8校圆筒节同一端面上最大直径和最小直径差值e≦5mm9纵向接头无损检测20%UT检测，符合JB4730-94中Ⅰ级规定；外表面100%PT检测，符合JB4730-94中Ⅰ级规定；内表面100%PT检测，符合JB4730-94中Ⅰ级规定10加工环向坡口、检测采用刨边机加工环向接头坡口；表面100%MT检测11筒节组对环向接头与纵向接头焊接方式与检测办法相似，组对时采用筒节组对工装保证筒节直线度与同轴度12热解决消除应力热解决620±20℃/h13纵、环向接头检测20%UT，符合JB4730-94中Ⅰ级规定14镗孔、检测采用镗床加工筒节上所有接管与筒节焊接坡口，坡口表面100%MT检测15净化解决对筒体内部酸洗和钝化解决，以提高耐腐蚀能力3.2.4燃烧室筒体成型燃烧器筒体内径为3200mm，壁厚为75mm，总高度为4900mm。其重要制造工序分析阐明：（1）下料燃烧室筒体展开尺寸计算：图3-6燃烧室筒体展开示意图ππ=π(mm)(mm)(mm)此时需要注意是依照既有钢板宽度（B），来求需要筒节数量。同步，注意高压筒节>600mm。筒体内径不不大于1800mm时，纵向拼接焊缝不多于3条。下料线尺寸计算：——展开尺寸，mm；——切割下料线尺寸，mm；——切割余量，与切割办法关于，普通为2~3mm，取3mm；——边沿加工余量，与加工办法关于，厚度不不大于25mm时，取为5mm;——焊缝收缩量，与材料、焊接长度等关于，取为8.4mm；——卷制伸长量，钢板温卷伸长量为14mm；——焊缝坡口间隙，重要由坡口形式、焊接工艺、焊接办法等因素来拟定。取为2mm。(mm)采用三辊卷板机中温卷制Gr-Mo钢时，其工艺减薄量为：4.3%S=4.3%75=3.225mm,因此取其坯料厚度为79mm。考虑布管位置及板幅宽度规定，筒体分两节下料，每节轴向留20mm环向坡口加工余量，周向按切割下料线+300mm压头量气割下料，为保证筒体直线度，下料时控制对角线之差≦1mm。图3-7燃烧室筒体排板图（3）油压依照卷板机规格书中提供技术规定，该厚度直边段长度约为2倍壁厚，将不可避免地导致不必要原材料挥霍，因此在筒节卷圆前，先进行中温压头，受加热炉规格为104.54.5m长度限制，钢板两端需要预弯较长一段时间，使钢板预弯后总长不大于10m。压头时筒节应放正，在三辊卷板机侧面设立两挡板，两挡板在同始终线上，且与卷板机滚筒中心线垂直，以钢板侧面为基准，实行侧面找正。圆弧处用样板严格检查压头质量。（4）卷圆采用三辊卷板机温卷筒节，为了控制终温即保证卷制安全，可以提高钢板温卷出炉温度，控制在66015℃出炉。焊缝组对时，应检查错边量不不不大于2mm。检查合格后施焊。3.2.5下锥体封头成型下锥体构造如图所示，基层材料与球形封头相似，在下锥体内壁厚度为85mm。考虑热压减薄量，基体毛坯厚度选用88mm厚钢板。下锥体采用先分瓣压制，后拼接成型办法制造，然后为了防止腐蚀，在其内表面堆焊3mm高含镍量不锈钢过渡层309L，和3mm不锈钢耐蚀层316L。本次，下锥体封头分三瓣片冲压。其重要制作工序有：（1）下料锥形封头展开尺寸计算：图3-8锥体封头展开示意图展开后锥体图形为扇形，需规定几何参数为展开后圆心角，锥形封头小端半径r和大端半径R。mmmm（2）热压型在压力机上胎具压型，并用径向弧向样板检查。其热压型加热状况同上球形封头压型加热。加热曲线见图3-3所示。（3）拼缝坡口加工及焊接压型合格后，两直边进行二次精准加工并加工拼接焊缝坡口。上下直口待机加工。组对时，把准备好三块瓣片在胎具上放置到位，在锥体专用装配平台上组装，装配过程中，先加工其中2个瓦片拼接坡口并拼装固定，用固定夹焊在两块瓣片间固定尺寸，剩余一片试装调节合格后加工余量和坡口，再与别的两片装焊固定。组对好后，进行焊接。焊接完毕后再拆除固定夹。（4）校圆组焊后在卷板机上校圆，校圆温度150~200℃。表3-7下锥体封头制造工序序号工序名称工序阐明1准备原材料复验、超声波探伤、标志移植、气割下料2油压高温压型，用样板检查压型质量续表3-7序号工序名称工序阐明3热解决4拼缝坡口加工、检测按线切割拼接接头坡口，坡口为X形坡口；坡口表面100%MT检测5焊接、检测SMAW焊接纵向接头，焊前预热，焊后消氢、热解决；100%RT检测，符合JB4730-94中Ⅱ级规定6热解决中间消除应力热解决620±20℃/h7纵向接头无损检测20%UT检测，符合JB4730-94中Ⅰ级规定；表面100%MT检测，符合JB4730-94中Ⅱ级规定8表面清理锥体内表面喷砂除锈，喷砂级别按GB8923-88中Sa2级合格9过渡层堆焊采用同心圆焊道带极埋弧焊堆焊309L，保证堆焊厚度≧3mm10检测堆焊表面进行100%UT检测，符合JB4730-94中9.2.6.1规定；堆焊表面进行100%PT检测，符合JB4730-94中Ⅰ级规定11耐蚀层堆焊采用同心圆焊道带极埋弧焊堆焊316L，保证堆焊厚度≧3mm12检测堆焊表面进行100%UT检测，符合JB4730-94中9.2.6规定；堆焊表面进行100PT检测，符合JB4730-94中Ⅰ级规定13车采用立式车床加工小端接头坡口14检测坡口表面进行100%MT检测15净化解决酸洗、钝化4气化炉制造中焊接技术研究对于高压压力容器，焊接接头质量直接关系到容器安全运营，因此在压力容器制造中最核心焊接质量好坏。焊接接头中各种缺陷和性能变化都也许导致压力容器提前失效，甚至是整台容器破裂导致劫难性后果。国家技术监督局颁布《压力容器安全技术监察规程》，GB150—1998《钢制压力容器》原则和机械工业行业原则JB/T4709—《钢制压力容器焊接规程》都对压力容器焊接接头质量规定、质量控制程序、检查办法和合格原则等做出了详尽规定。所有压力容器制造公司必要严格贯彻。4.1SA387Gr11CL2耐热钢焊接性分析此类钢加热后在空气中冷却，具备明显淬硬倾向，钢中含碳量和含铬量越多，淬硬倾向越大。尚有此类钢焊后，在经受再一次加热过程中（如焊后热解决以及在高温条件下运转），会在焊接接头热影响区产生开裂。为了防止此类钢焊接时淬硬脆化导致产生冷裂纹，以及焊后产生热裂纹，焊接时应注意如下几点：（1）为了防止冷裂纹产生，需要采用预热、控制层间温度和后热工艺（及消氢解决）等办法。对于厚板材，焊前预热、焊后消氢及热解决是防止冷裂纹重要办法。因此在施焊前将坡口两侧均匀预热至200℃左右，并且要保持焊道层间温度在200℃～250℃之间（层间温度是指厚壁接头多层焊接时，焊接区应保持温度）。环、纵缝焊接办法是：一方面用手工焊打底焊两道，然后用埋弧