常压脱硫塔的制造工艺设计.doc
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1、(完整word)常压脱硫塔的制造工艺设计目 录1 前 言11。1本次毕业设计课题的目的、意义11。2 脱硫塔工艺原理11。3 压力容器制造简介22塔体的强度校核计算32。1材料的选型32.2筒体壁厚校核计算32。3封头壁厚校核计算42。4水压试验校核计算43 开口补强校核计算64 裙座强度校核计算84。1裙座强度校核84.2 地脚螺栓直径计算84。3 基础环厚度计算94.4 裙座焊缝校核104.5 本设计校核计算与原设计参数比较105 常压脱硫塔制造简介115.1 脱硫塔结构115.2 相关设计、制造、检验标准和规范115。3 主体材料及相关要求115.4 主要设备选型115。5 无损检测12
2、6 封头冲压成形及工艺计算136。1 椭圆形封头制造工艺过程136。2 检查146。3 椭圆形封头毛坯的展开尺寸计算156。4 封头冲压工艺156.4.1 封头冲压条件156.4.2 冲压方法156.5 封头冲压力的计算166。6 封头冲压时压边力计算176。7 封头冲压模具设计186。7.1 冲头的设计计算186.7.2 冲环的设计计算196。7。3 压边圈设计206。8 封头冲压应力和变形206.8。1 径向应力分析216。8。2 切向应力分析216.9 封头冲压缺陷及其防止227 筒体制造工艺及计算237。1 钢材的预处理237。1。1 净化处理237.1.2 钢板矫形237。1.3 筒
3、体展开计算247。1。4切割下料及边缘加工247。2 筒节制造工艺267。2.1 钢板弯卷变形率277.2。2 筒节制造工艺277。2。3 筒节制造过程中重点检验措施287。3 其它结构制造297.3.1 裙座制造297。3.2 栅板制造297.3.3 弯管制造297。3。4 螺纹加工307.4 筒体的组装307。4。1 塔体总装工艺307。4.2 筒体组对检查318 焊接结构设计338。1 焊接性分析338.1.1 工艺焊接性分析方法338.1。2 冷裂纹分析338。2 焊接工艺确定348。2.1 环焊缝和纵焊缝焊接结构设计348.2.2 接管与筒体焊接结构设计388。3 焊后热处理408。
4、4 施焊及防止缺陷措施409 塔体焊缝无损检测419.1 常规检测419.2 焊缝超声波检测419.2.1 超声波检测原理419.2。2 超声波探伤仪选择429。2。3 超声波探头选择429.2。4 耦合剂选择429.3 超声波检测等级选择4210 结论43符号说明44参考文献46致 谢47外文翻译48附 件69831 前 言1。1本次毕业设计课题的目的、意义 本次设计是以原设计合成氨净化工段设计及常压脱硫塔的设计为基础,对常压脱硫塔的制造工艺进行计算和设计。通过这次毕业设计,可以融汇、贯通几年里所学习的专业基础知识和专业理论知识与具体实践结合起来,在阅读有关资料时,不仅加强对理论知识的理解,
5、又可以学到许多书本中所没有的东西,达到综合运用所学专业理论知识和技能提高独立分析问题和解决实际问题的能力。并且培养和提高与设计群体合作、相互配合的工作能力.同时,在设计过程中,对当前计算机软、硬件技术的发展有进一步的了解,应用到设计中,以优化毕业设计.在合成氨生产过程中,由于是以煤、天然气为原料制备原料气,所以,原料气中都会含有一定的杂质,如硫化物、碳化物等。这些杂质不但会增加气体对金属的速度,而且还会使生产中所用的催化剂中毒失去活性,使生产的效率和稳定性下降,近而影响最终产品的收率和和质量。当其作为民用燃料时,产出的废气中的硫化物会污染环境,危害健康。此外,硫本身是一种重要的资源,应当予以回
6、收利用。所以,必须对其进行脱硫,即脱硫塔的制造对整个合成氨工段有重要的意义。1。2 脱硫塔工艺原理由原设计可知选用栲胶法脱硫,反应过程如下:碱性水溶液吸收H2S:Na2CO3 + H2S =NaHS + NaHCO3 (11)五价钒氧化HS1-析出硫,五价被还原成四价钒: 2V5+ + HS1 =2V4+ + S + H1+ (12)同时醌态栲胶氧化HS1-析出硫磺,醌态栲胶被还原成酚态栲胶。醌态栲胶氧化四价钒为五价钒: TQ(醌态) + V4+ + 2H2O =V5+ + THQ(酚酞) + 2OH1- (13)空气中的氧氧化酚态栲胶,使栲胶再生,同时生成H2O2.H2O2氧化四价钒和HS1
7、: H2O2 + 2V4+=2V5+ + 2OH1- (14) H2O2 + HS1= H2O + OH1- (15)自造气工段送来半水煤气,硫含量为35g/Nm3a送入脱硫塔底部,通过塔内填料层时,与塔顶喷淋而下的栲胶溶液逆流接触,根据(11)反应式,稀碱溶液吸收硫化氢而生成NaHS,塔顶出来的净化气中硫含量降至20mg/Nm3一下,脱硫后的半水煤气由塔顶引出进入下一工序。1。3 压力容器制造简介随着国民经济的发展,必然要求我们掌握先进的生产技术和和制造技术。并且合成氨的生产在国民经济中占有举足轻重的作用。此外,氨是生产硫酸铵、硝酸铵、尿素等化学肥料的主要原料,也是硝酸燃料、炸药、医疗、有机
8、合成、塑料合成纤维、石油化工等工业的重要原料。因此,在合成氨生产净化工段中,脱硫塔的制造占有重要的地位.近年来化工、石油、能源、锅炉等工业迅速发展,压力容器制造技术的进展主要表现在四个方面:(1)压力容器向大型化发展,容器的直径、厚度和质量等参数增大,容器的工作条件,如温度、压力、介质越来越恶劣、复杂,而且这一大型化的趋势仍在继续;(2)压力容器用钢逐渐完善,专业用钢特点越来越明显,主要表现在:a.随着钢材强度的提高,同时要改善钢材的抗裂性和韧性指标。通过降低碳的含量,同时加入微量合金元素以保证钢材具有一定的强度,不断提高炼钢技术使钢水杂质含量大幅度降低。b.对于高温抗氢用钢,尽量减轻钢的回火
9、脆性和氢脆倾向.c。降低大型钢锭中的夹杂物及偏析等缺陷以保证内部性能均匀,提高钢锭的利用率。随着容器大型化,钢锭重量明显增大,出现了大厚度钢板。d.出现了大线能量下焊接性良好的钢板。(3)焊接新材料新材料、新技术的不断出现和利用,使焊接质量日趋稳定并提高。焊接产品制造过程引起的缺陷,因焊接工艺与设备条件的偏差,残余应力状态和冶金因素变化的影响以及结构材料与尺寸的异等,往往会在焊缝中产生不同程度与数量的气孔、夹渣、未熔合与未焊透及裂纹等缺陷.焊接结构在服役或超期服役过程中有的经受高温、高压或兼有介质腐蚀的环境,有的承受疲劳、冲击及中子辐照等工况条件,这就往往会引发材质恶化,应力变动以及产生新的裂
10、纹。一般焊接结构都是巨大工业财富的组成部分,于是要分析引起结构失效的因素,开发出有效的检测技术,达到早期预报发生事故的机制,就可以达到焊接构件安全运行的目的。(4)无损检测技术的可靠性逐渐提高,有力的保证了装备制造及运行的安全。无损检测在工程上主要的检测方法有:射线检测、超声波检测、表面探伤、声发射等。其中超声波检测是应用最广泛的无损检测方法,它能发现钢板及焊缝中的各类缺陷,切定位较准确、安全、自动化和计算机程序高,制造和役检验都较方便。2塔体的强度校核计算2。1材料的选型筒体和封头的材料选用16MnR。其,化学成分见表21。表2-1 16MnR钢元素与含量元素CSiMnS PCrNi质量分数
11、()0.160.361。530。0150。0140。0030.0062。2筒体壁厚校核计算筒体的壁厚计算公式如下: (21)式中:设计压力,MPa;筒体直径,mm;许用应力,MPa;-焊接接头系数,取=0。85;液注压力,取0.022MPa. 已知工作压力为0.115MPa,几乎为常压,所以设计压力按常压再加静液注压力确定,即设计压力P=0.115+0.022=0.137MPa.已知工作温度,则选择设计温度65。则筒体的壁厚 =1.8mm设计壁厚: (22)名义厚度; (23)有效厚度: (2-4)和分别为壁厚的附加厚度和腐蚀余量,分别取0和2mm.则: = 1。8 + 2=3。8mm还考虑到
12、刚度,稳定性及各种载荷等因素,取筒体的名义厚度。则 = 12 2=10mm2。3封头壁厚校核计算 椭圆封头壁厚: (25) 则 =1.8mm。经圆整得.有效厚度。所以取筒体、封头及裙座的名义厚度均为12mm。2。4水压试验校核计算 取液注静压力为:=0.022MPa 塔体的水压试验压力为: (26) 则 (27)则 (28) = =45。584MPa 0。9。由计算可知,水压试验满足要求。3 开口补强校核计算 下面对人孔进行开孔补强计算. 已知人孔的尺寸为,选用材料20钢,其,,=1。 接管的计算厚度为: (31)接管的有效厚度: (3-2)开孔直径d: (33)接管有效补强宽度: (34)式
13、中: 壳体开孔处的计算厚度;-接管处的名义厚度.另 B=2d (35)去二者中较大者:B=941。4mm。接管外侧有效高度: (36)内侧的高度为: = 接管内伸的实际高度(通常取=0mm) (3-7)所以需补强的面积A为: (38) 壳体的有效厚度减去计算厚度之外的多余面积: (39)接管的有效厚度减去计算厚度之外的多余面积: (310)式中:-强度削弱系数; 。则 A=497.8mm。所以人孔开孔后的强度削弱不严重,强度足够,不需另行补强。其他接管因为管径比人孔管径小,所以,更不用开孔补强。4 裙座强度校核计算4.1裙座强度校核裙座危险截面0-0,现校核此截面是否稳定性合格。筒体与裙座采用
14、对接焊缝,故。裙座计算壁厚裙座的材料选用Q235-A。其中,,裙座截面00的组合压应力为:操作时压最大弯矩: (41) (4-2) 取两者大值,取.则组合压应力: (43) =所以,裙座危险截面00处稳定性校核合格.4.2 地脚螺栓直径计算 按裙座尺寸,在文献中取得地脚螺栓个数12个.则地脚螺栓螺纹小径为: (44)式中:地脚螺栓材料的许用应力,对于碳素钢螺栓材料16Mn,=腐蚀裕度,一般取0。003m. =0.028m选用M30的螺栓即可。结果:地脚螺栓材料 16Mn,12个。4。3 基础环厚度计算 基础环环宽: (4-5)基础环外缘长:在两个地脚螺栓间设两个筋板,其最大间距为L: (46)
15、式中:n-筋板个数,两螺栓间设两个,共24个。;。查文献4得: (4-7) =26118 =15800取和中的最大者,故。基础环厚度: (48)式中:基础环材料的许用应力,基础环材料选用20号钢,其 考虑腐蚀裕度,取=0。020m。4。4 裙座焊缝校核 裙座与筒体的环焊缝处应力为: (49)式中:裙座筒节内径,mm;裙座壁厚,mm。 =故裙座与筒体的环焊缝是安全的。4.5 本设计校核计算与原设计参数比较表4-1 参数比较参数比较壁厚(mm)水压试验(MPa)开孔补强裙座强度筒体封头原设计1212满足不需补强安全本设计1212满足不需补强安全原设计在计算过程中由于计算失误,有些数据计算错误.如在
16、水压试验计算过程中,原设计试验压力PT = 0.14375MPa,得最后薄膜应力T =33。233MPa,经本设计校核计算,实际试验压力PT =0。17125MPa,薄膜应力T =45。584MPa,但计算结果不影响水压试验判断,故满足要求。5 常压脱硫塔制造简介5.1 脱硫塔结构 常压脱硫塔是合成氨装置中酸性气体脱除工序中的关键设备之一,塔总高26800mm,内径4000mm,壁厚12mm,总重量达360吨,主要结构为上、下椭圆形封头加中间塔体(无变径段),是典型的塔结构,该设备主要结构塔及封头材料为16MnR、裙座材料为Q235A.5.2 相关设计、制造、检验标准和规范 钢制塔式容器 JB
17、/T47102005钢制化工容器制造技术要求 HG205841998压力容器安全技术监察规程(1999)塔器设计技术规定 HG2065219985.3 主体材料及相关要求(1)筒体、封头材料均为16MnR, 壁厚12mm,应符合GB4237 1992。化学成分(%)C:0。16,Si:0.36,Mn:1.53,S:0.015,P:0。014,Cr:0.003,Ni:0。006力学性能b=510MPa,s=345MPa,伸长率=20,V型冲击功Ak=31J(2)裙座,材料为Q235A,厚度12mm,应符合GB42371992.具体验收指标与筒体相同。(3)接管法兰等锻件应符合JB47282000
18、。化学成分(%) C:0。140。22,S0。050,P0.045力学性能 b=375MPa,s=235MPa,=265.4 主要设备选型(1)三辊卷板机:冷卷170mm,热卷250mm,最大卷制筒节宽度2500mm。(2)落地车床:最大加工直径5000mm,最大加工长度30000mm.(3)立车:最大加工直径4150mm,最大加工高度:6300mm。(4)3000吨水压机。(5)自动焊机。(6)全套理化设备.5.5 无损检测(1)A、B类焊缝100%RT,按JB/T47302005级合格;50UT,按JB/T47302005II级合格,封头内外表面100%MT,JB4730-94级合格。所有
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