塔体工艺分析

课程过程装备设计学号0121204930505武汉理工大学卓越工程师企业课程报告题目浮阀精馏塔塔体加工工艺分析学院机电工程学院专业过程装备与控制工程班级过控zy1201姓名余千指导教师赵维玮2015年8月15日目录1引言····························12主要技术要求·······················22.1浮阀精馏塔设计基本要求概述···············22.2塔体筒体的制造工艺介绍·················32.3塔体封头的制造工序及质量要求··············32.4塔体的组对技术要求···················43设计与分析························63.1备料与材料的处理····················63.2划线··························63.3切割及边缘加工·····················93.4筒节的弯卷成型·····················103.5封头的成型·······················113.6封头开孔························123.7封头成型后热处理及其检测················123.8塔段的组装与焊接····················133.9封头与塔体的组对与焊接·················144结束语··························14参考文献··························15武汉理工大学卓越工程师企业课程报告1浮阀精馏塔塔体加工工艺分析余千武汉理工大学，机电工程学院，过控zy1201，学号0121204930505摘要：塔体作为浮阀精馏塔的主要组成部分，起着承接塔体内件、密封反应环境等作用，基于其长高且直立安装等特点，其承受的压力较大，故其加工工艺要求规范，质量要求较高。塔体主要由筒体、封头组成，两者均需成型加工工艺制造而成，焊接工艺保证两者的接合。本文分别就塔体筒体、封头的成型加工工艺进行详细的介绍，运用组对技术规范两者的拼焊过程，对整个加工过程提出有效的质量控制措施，以期加工出满足基本生产要求的塔体，为类似塔体的加工提供借鉴。关键词：浮阀精馏塔；筒体；封头；成型工艺；焊接工艺1引言装备制造业作为现代国民经济的支柱产业之一，它的发展不仅是一个国家社会生产力全面发展的基本条件，是实现现代化的基础，也是一个国家国际竞争力的根本体现。制造业非一些人认为的“夕阳”产业，据统计，美国制造业对其GDP的直接贡献值在20%左右，其出口产品中72%是制造业产品；而日本也出台名为《振兴制造业基础技术基本法》来加强其基础产业建设，足见制造业对世界经济的影响。“十一五”期间，我国明确把装备制造业作为重要战略部署，石化工业重点改造五套60~70万吨/年乙烯设备，新建或扩建一批10~20万吨/年的聚酯装备等，以上充分说明了装备制造业仍然是一个欣欣向荣的重要产业，对其加工工艺的健全与完善仍然是相关专业从业人员的重点研究内容。过程装备主要是指化工、石油、制药、轻工、能源、环保和食品等行业生产工艺过程中所涉及的关键典型装备。从过程装备制造角度可将上述过程装备大致分为两大类：以焊接为主要制造手段的过程设备部分，如换热器、塔器、反应容器、储存容器及锅炉等；以机械加工为主要手段的过程机器部分，如泵、压缩机、离心机。本文研究的是精馏塔，属于过程设备部分，以成型、焊接工艺为主。过程设备都由一个压力容器和内件组成，压力容器又由筒体、封头、法兰、接管、支座等零件组成，浮阀精馏塔的塔体实际上属于压力容器的一种，属于承压部件。在过程设备的制造中，其承压壳体的制造是核心问题。压力容器的划分方法很多，这里从两个方面进行分类，分别是：（1）按压力等级进行分类：内压容器和外压容器，表1.1给出了不同分类的压力范围武汉理工大学卓越工程师企业课程报告2表1.1不同压力容器的压力等级名称代号压力p范围（aMP,含下限）低压容器L0.1~1.6中压容器M1.6~10.0高压容器H10~100超高压容器U100真空容器-小于一个绝对大气压（约0.1aMP）（2）按制造方法不同，分为单层容器和多层容器两大类，具体如图1.1树状图所示：锻造法卷焊法瓦片拼焊法单层容器电渣重溶法全焊肉法按压力容器的制造方法划分热套法层板包扎法成型钢带绕制法多层容器绕带法绕板法扁平钢带绕制法图1.1压力容器的分类过程设备的制造有其鲜明的特点，一是制造过程的主要工序顺序基本上是固定的，即按钢板的划线、切割、坡口加工、成形，组对焊接、总装到试压等工序顺序进行；二是过程设备制造大都属于单件和小批生产性质，即一些典型设备的组装精度和其他质量要求都已经标准化，以保证设备运行的安全性、过程工艺要求。本文就是基于这些基本标准和要求，对塔体的筒体和封头部分进行制造工序设计和分析，为保证制造精度提出质量控制措施，以降低成本、提高生产率，生产出满足生产要求的塔体产品。2主要技术要求介绍2.1浮阀精馏塔设计基本要求概述机械设计小组给出的浮阀精馏塔设计基本要求如下：现设计一200040000的浮阀塔，已知该塔所在地区的基本风压为oq=294N/m，塔内装有63层浮阀塔盘，每块塔盘上的堰高为50mm，塔盘上介质密度为800Kg/3m,壳体外保温层为100mm，保温层材料的密度是300Kg/3m,塔上每隔8m安装一层操作平台，共5层，平台宽1.2m,单位质量150Kg/2m,包角180，设计压力为1.0MPa,设计温度150℃，壳体厚度附加量3mm，裙座武汉理工大学卓越工程师企业课程报告3壁厚附加量2mm，裙座高3m。经机械设计小组成员计算得出：塔体筒体壁厚取12mm，为了便于焊接，取封头壁厚与筒体壁厚等厚，由计算值10.2mm取为12mm，塔体材料采用16MnR。2.2塔体筒体的制造工艺介绍该塔体的筒体由若干同节拼接而成，筒节是最基本的弯曲件。筒节滚弯习惯称为滚圆，也称卷板，是筒节的基本制造方法。滚圆是该制造工序中一步，其完整的制造工艺如表2.1所示：表2.1单个筒节的制造工序过程工序号工序名称所需设备备注05备料（矫形和净化）平台及净化设备10划线（打标记和标记移植）划线平台划线工具15切割下料剪板机或气割机割具20边缘、切口加工刨边机或气割机25预弯直边油压机、卷板机30弯曲（滚圆）卷板机35纵缝的焊接电焊机40矫形卷板机45形状尺寸、焊缝质量检查X光机、量具、样板注：表中倾斜字体的工序是本文重点介绍工序，将在“设计与分析”展开叙述。2.3塔体封头的制造工序及质量要求封头主要有平板形、锥形、蝶形、椭圆形等类型可供选择，该塔体的封头采用的是椭圆形封头，目前国内以冲压成形作为加工封头的主要加工方法，具体加工工艺如表2.2所示：表2.2封头的制造工艺规程工序号工序名称所需设备备注05备料（矫形与净化）平台及净化设备10划线划线平台15切割下料气割机20边缘、坡口加工气割机（或刨边机）25拼装（组对）平台30焊缝的焊接电焊机35焊缝质量检查X光机40加热加热炉武汉理工大学卓越工程师企业课程报告445冲压成型油压机、冲压模具50形状尺寸检查量具、样板55焊缝质量检查X光机60边缘、坡口加工气割机（或车床）在封头加工的过程中要求封头满足以下质量要求：（1）封头应尽量用整块钢板制成，必须拼接时，焊缝数量及位置参见封头的划线技术要求；（2）封头冲压前应清除钢板毛刺，冲压后去除表面的氧化皮，表面不允许有裂纹等缺陷。对于微小的表面裂纹和高度达3mm的个别凸起应进行修整。人孔板边外圆柱部分上距板边圆弧起点大于5mm处的裂口，经检验部门同意后可修磨、补焊。修磨后的板厚不得超过相关规定。（3）封头和筒体对接处的圆柱直边部分长度L应符合表2.3规定；（4）封头的几何形状和尺寸偏差不超过表2.4规定；表2.3封头圆柱形部分长度mm封头壁厚10102020长度LL25L+15L2/+25且L50表2.4封头几何形状和尺寸偏差mm公称內径DN內径偏差nD椭圆度minmaxDD端面倾斜度f人孔板边处厚度11500DN+7-482.010.7这里=12mm.2.4塔体的组对技术要求压力容器的组对，包括筒节纵缝的组对；筒节之间、筒节与封头封头之间环缝的组对，法兰接管、支座与筒体之间的组对。其中前两者的组对较困难，组对要求较高。筒节和封头等零件在制造过程中，由于划线、切割、边缘加工、成形等工序中，都会产生误差，使零件在尺寸和几何形状上都存在误差。为此，提出一些技术要求，综合限制零件在制造和组对的过程中产生的误差。限制焊缝的对口错边量和棱角度，以减小焊缝对口错边量和棱角度引起的附加弯曲力矩，具体要求如下：（1）筒体纵缝对口错边量应符合以下规定①单层钢板b10%，且b不大于3mm。②复合钢板b10%，且b不大于2mm。武汉理工大学卓越工程师企业课程报告5（2）筒体环缝对口错边量应符合以下规定①单层钢板两板厚度相等，壁厚10mm时，b20%；当10mm时，b10%+1mm，且b不大于6mm。当两板厚度不等时，应将厚板边缘按规定削薄。②复合钢板b10%，且b不大于2mm。图2、图3分别是单层钢板的纵缝、环缝对口错边量，双层钢板的纵缝、环缝对口错边量的示意图。图2.1单层钢板纵缝、环缝对口错边量图2.2双层钢板纵缝、环缝对口错边量（3）对接焊缝的棱角度应符合以下要求对接焊缝形成的棱角度E不得大于0.1+2mm，且E不大于5mm，如图所示。检查时，纵缝用弦长等于1/6DN且小于400mm的外样板或内样板检查，环缝用长度小400mm的样本检查。如图2.3所示：图2.3焊缝形成的棱角度（4）筒体同一断面上最大直径与最小直径之差e应符合以下规定①受内压时，e1%DN，且e25mm；②受外压或真空时，e0.5%DN，且e20mm；③常压时，e1%DN。当筒体有开孔补强时，直径的测量应在距补强圈边缘100mm以外的位置。（5）筒体不直度l应符合以下规定当筒体长度H20m时，l2H/1000，且l不大于20mm；当筒体长度H20m时，武汉理工大学卓越工程师企业课程报告6lH/1000，且l不大于30mm，如图2.4所示。图2.4筒体不直度以上规定了塔体制造工艺的技术要求以及给出了筒体、封头的具体制造工序，筒体与封头间组对技术要求，这对指导塔体的制造的制造过程有着重大的意义。下面将遵循这些技术要求，对浮阀精馏塔塔体的制造工序进行具体的设计与分析。3设计与分析3.1备料与材料的处理钢材的预处理是指对钢板、管子和型钢等材料的净化处理、矫形和保护底漆。净化主要是清除钢材表面的锈、氧化皮、油污和熔渣；矫形就是对钢材在运输、吊装或存放过程中因不当所产生的变形进行矫正；涂保护漆是为了增强钢材的耐锈性、防腐蚀性，防止氧化等，提高型钢的使用寿命。1.钢材的净化处理很多，目前国内用得最多的是喷砂法，因为其加工对象可以为大表面钢材，加工范围广，加工效率高，加工产品质量好。但该会造成很多粉尘，所以该工序应在密闭的室内进行，操作人员应穿防护服及待防护面具进行作业。对比显示：抛丸或喷丸除锈后涂漆的钢板比自然风化后经钢丝刷除锈涂漆的钢板耐腐蚀，寿命长5倍之多。2.钢材的变形会对尺寸测量、划线、切割等后续工序造成影响，会间接影响到成形后零件的尺寸和几何形状精度。一般情况下，一般的中低压设备，壁厚在12mm以上时，钢板变形量小，很少进行矫形，但受热筒节则应进行适当矫形。经查表知，12mm厚的钢板供货不平行度、型钢供货弯曲度，设备制造前钢材的变形量允许偏差列表如下：表3.1钢板使用前的技术要求（是否需矫形的依据）mm材料16MnR厚度12mm测量长度公称宽度供货不平行度要求变形量允许偏差1000300010f1.5本工序中钢板未使用前可采用机械矫正法中的辊式矫板机矫正，对于在制造过程中因组装、焊接、运输等因素引起的变形，应采用火焰矫