毕业论文8000m179石油液化气球罐的工艺设计

毕业论文8000m179石油液化气球罐的工艺设计内容摘要：

第一章 球罐设计 6 （ 3） U 形柱结构 成为 用钢板卷制成 U 形管 和 球壳连接，使支柱与球壳连接逐渐过渡，避免急剧 变形 ，特别适合 在 低温球罐 和 支柱连接的要求。 该结构制造工艺简单，施焊方便，没有工艺难点，不存在焊接死角，在三种结构中与球壳的连 接长度最长，这样对局部应力的改善也最有效。 球罐的局部应力是不可避免的，只能靠改进结构来减小，如增加支柱与球壳的接触面积，减少支柱的刚性，支柱与球壳的连接避免急剧变化，使其逐渐过渡等方法， U 形柱结构则集中了这些特点。 GB1233798 增加了 U形柱结构，解决了低温球罐支柱连接无法解决的难题。 图 13 支柱与球壳连接下部结构 接管补强结构 大型球罐的接管补强一般采用两种结构型式，第一种型式为厚壁管补强结构；第二种采用锻制凸缘，在应力集中部位局部加厚的密集补强型式。 人孔和接管 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 球罐设计 7 （ 1） 接管材料与球壳相焊的接管最好选用与壳体相同的材料 ,低温球罐应选用低温用的钢管 ,并保证在低温下具有足够的冲击韧性 ,接管的补强结构材料 ,也应遵循同样的要求 （ 2） 孔的补强尺寸 一般压力容器规范都规定了不需补强的最大接管开孔尺寸，但在球罐上不宜采用这个 “不需补强的最大接管开孔尺寸的概念。 由于球罐容积大，一般其壳体壁厚都较接管厚很多，为了保证焊接质量，接管应采用厚壁管。 即使对小直径接管，例如 DN20 也应采用厚壁管焊接结构。 （ 3） 接管的补强结构 球罐接管的补强结构有如下几种类型 （ 4） 接管的补强结构 球罐接管的补强结构有如下几种类型。 ① 补强圈补强的接管补强结构； ② 厚壁管补强结构； ③ 整体凸缘补强结构。 接管最好 应用 厚壁管补强，而 尽力 不用补强圈补强。 （ 5） 提高接管的抗疲劳 的 性能措施 球壳 在于 接管的连接焊缝， 而且 除了应具有 一定 的强度外，还应 该 具有抗疲劳的能力， 用 克服进出料的冲击 很大 、管道的震动、操作压力 在 波动 与 工艺配管 力量 等因素引 发的 疲劳破坏。 （ a）厚壁管补强 （ b）整体锻件凸缘补强 图 14 球罐的补强形式 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 球罐设计 8 球罐的设计方法 球壳的设计计算有两种方法，即常规设计方法与分析设计方法。 我国 的 球罐设计标准 在 GB1233798 其中的 常规设计方法 中 标准， 到现在 ，大部分球罐均按这个标准进行设计、制造、安装。 我国分析设计法的标准有 JB473295《钢制压力容器应力分析法设计标准》，这是个通用性的标准， 到现在 我国 还是 尚无球罐设计专用的分析设计 的 标准。 随着球罐的大型化方向发展，外国已开始采用分析设计法设计球罐，大型球罐采用分析设计法设计更为科学、经济合理，因此，利用分析设计法设计大型球罐有着广阔的前景。 常规设计方法常规设计方法是基于弹性失效原则，丧失弹性状态为失效，规设计只考虑最大载荷的工况，对结构，尺寸，形状等有明确限制。 常规设计应该用 弹性 失效准则而不适 用 于 规则 进行疲劳分析 的 容器，而分析设计 应用了 包含疲劳失效准则在内 在 的多种 方法 失效准则，因而在必要时 比较合适 进行疲劳分析。 分析设计需要 用 详细的应力分析报告为 主要的 依据，需要近代的分析计算 的 工具和实验技术 手法 ，常规设计法 和 分析设计 方法 主要区别详见表。 表 常规设计法与分析设计法的主要区别 比较对象 常规设计方法 分析设计方法 设计原则 弹性失效，不允许出现塑性变形，一旦出现塑性变形，就认为容器已经失效 塑性失效，弹塑性失效允许出现塑性变形但必须是可控制的，是局部的。 对于一次加载要计算极限载荷，对于交变载荷，要计算安定载荷。 安定性载荷主要针对疲劳和棘轮现象 载荷 非交变材料力学方法，薄膜原理 可以考虑交变载荷弹性式塑性力学分析，薄膜原理理论方法 应力评定 应力不分类，许用应力一样，第一强度理论，安全系数大 应力分类用应力强度来评定 第三强度理论，安全系数小 制造 全焊透 全焊透 球罐不同于一般压力容器，由于球罐容积较大，不可能在制造厂一次制造完成，首先要在制造厂压制成瓜片形状，再运到到现场进行组装、焊接、检验和试验最终完沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 球罐设计 9 成建造。 在制造厂的核心工作是球壳板的压制成形、坡口加工及零部件的制造。 国内外普遍采用的球瓣成形技术是冲压成形，它一般可分为冷压成形、温压成形和热压成形。 其它一些成形方法也在发展之中，如液压成形、爆炸成形等无模成型方法。 对于液压成形、爆炸成形等无模成型法，由于对材料的损伤较大，主要还是停留在理论研究方面，实现应用较少；热压和温压成型是早年压力机能力不够时的权宜之计，由于对材料有损伤、球壳板减薄量大及需要设置大型加热炉等因素，也基本停止使用。 目前国内外球罐冷压成形技术主要还是依靠制造厂的经验，根据经验选择一定曲率的胎具试压确定胎具的曲率，压制时结合加钢垫局部调整使球壳板 达到要求的曲率，因此不同厂家冷压球片的精度和效率差别很大。 国外在球罐大型化制造技术研究方面开展较早，对大板片球罐的制造技术和精度控制较为成熟，国内大型化制造技术发展也很快，近年来对球罐制造技术研究工作也开展了很多，包括下料技术、大板片、薄板压制技术等等，但特大型大板片制造精度还没有很好地掌握。 球罐安全与安装技术 球罐现场安装是球罐建造的关键环节之一，包括组装、焊接、热处理、检验、试验等工作，内容多、工作量大，对球罐最终质量起到至关重要的作用。 组装技术随着球罐的大型化、球瓣尺寸的大型化，组 装技术从早期的分带组装或分块组装向整体组装发展，目前国内外球罐组装技术都是以整体组装为主。 整体组装的优点是组装速度快，几何精度高，便于对称施焊、焊接变形小等；缺点是卡具要求多，焊接全部为高空作业，劳动强度大等。 球罐安装中焊接工作量大，焊接质量要求高，不同的球罐钢有不同的焊接特点和工艺要求，要严格按评定合格的焊接工艺执行。 球罐的焊接方法除手工焊外还有自动焊，在国外前苏联、德国、日本美国等国家都较早采用了大型球罐自动焊，我国上世纪 90 年代开始大型球罐自动焊试验研究，并应用于球罐的建造中，主要是自保护和气保护全位置自动焊工艺。 但从目前总体上看，国内外球罐焊接方法主要还是以手工焊接为主，原因是球罐是全位置焊接，手工焊质量相对可靠，自动焊提高一次合率、减少返修工作量还是今后球罐焊接要研究的工作之一。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 球罐设计 10 球罐用钢的要求 6MnR 钢板是我国目前使用最多、最普遍的一种低合金高强度压力容器用钢。 钢材的焊接性能 非常好 ， 多 用于建造各类压力容器 与 中小型球罐，具有一定的抗 H2S 腐蚀性能，但是强度 很低 ，且 16MnR 板厚效应 非常 严重，其强度和韧性随板厚 度 的增加下降 很 大，厚度为 48mm 的时候 ， 16MnR 钢板实物 在 韧性储备量不高， 其中 设计厚度 ≤50mm 的时候 使用。 07MnCrMoVR 钢是我国 “七五 ”期间 创新 出来的新钢种，该钢的力学 能力 相当于 WELTEN62CF 钢的实际水平。 07MnCrMoVR 钢 应用 低碳多元微合金 在 严格控制碳当量 (Ceq≤ ％ )在 焊接裂纹敏感性组织 (Pcm ≤％ )，并 且通过合理的调质热处理 之后 获得最佳强韧比 其中 组织结构，从根本上保证了其焊接性能 与 优良的低温韧度。 07MnCrMoVR 的力学性能 在其中 及其稳定性好，国内 的 大部分设计、制造和组焊单位掌握 其中 其特性，具有成 熟 而且富有 经验，但对贮存液化石油气介质中 存在 硫化氢含量有 很严 的要求，此外钢厂提供宽板能力有限，不能满足大型球罐的制造要求 [9]。 15MnNbR 是 GB1501998 国家标准第 1 号修改单新增钢号，它是低合金钢领域中的新一代钢种 (350MPa 级 )，其强度和韧性优于 16MnR，同时也优于日本 SPV355N，厚板韧性也较好，而焊接性能及抗硫化氢性能与其相近。 该钢种采用先进的冶炼工艺，钢材的化学成分、力学性能及冷弯性能得到很好的保证。 15MnNbR 具有良好的综合性能，可大大提高球罐使用的安全可靠性，该钢性价比较高，是大型球罐的理想钢种。 该钢材取代进口钢板后，能满足我国大型液化气球罐用钢的迫切需求[10]。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 球罐的发展趋势与面临问题 11 第二章 球罐的发展趋势与面临问题 球罐发展趋势 随着材料、焊接、制造、施工安装 技术不断提高，球罐也正向大型化、多结构、高参数的方向发展。 设计压力从 的真空度到上百个大气压力，工作温度从250℃ 到 850℃ ，球罐结构从单层到多层，品种非常广泛。 其中，最主要的是向大型化方向发展。 目前，国外最大的球罐已作到压力为 6～ 7MPa，体积为 30000m3 左右的大型球罐。 球罐大型化面临的问题 由于大型化的经济性十分显著，已成为世界各国优先重视的重要的课题与重点的科研方向。 球罐大型化的进程在不同国家、不同时期受着不同因素的制约。 随着相应技术的发展，这些制约因素不断得到解决，又使球罐大型化的发展。 我国的发展情况和发展要求，制约和状态来分析并且从对比我国和外国的发展情况看，目前限制球罐向大型化方向发展的影响因素主要有 （ 1） 球罐用钢 由于国内冶炼技术方面的因素，压力容器专用钢种的种类较少，钢材综合性能较差，制造不了大规格，大吨位的钢板。 因此要发展球罐的大型化必须着重于发展球罐用钢的研制 工作。 高强度的钢材对于球罐大型化是至关重要的，国际上对此也都做了大量工作。 （ 2） 球罐现场热处理 随着球罐向大型化方向发展，球壳板壁厚的增加有可能超过不进行整体热处理的板厚上限，大型球罐的整体热处理势在必行。 因此，必须深入探讨和研究大型球罐的热处理设备和工艺措施，并在标准规范中予以体现。 （ 3） 球壳板尺寸精度 大型球罐球壳板块数相当多，以天然气球罐球壳板为例： 5000m3 总数为 156 块，37000m3 总数为 234 块。 为提高其组装尺寸精度、改善施焊条件、避免强力组装，应沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 球罐的发展趋势与面临问题 12 更好和有效 地提高球壳板尺寸精度和组装间隙尺寸精度等。 （ 4） 吊装运输能力 球罐大型化后，单块球壳板的厚度、规格尺寸和重量均随之增大，必将涉及至吊装及其运输能力。 因此在对大型球罐设计施工时，对此问题也应进行充分的考虑。 （ 5） 球罐现场组装和焊接问题 由于大型球罐均为现场组装组合，施工条件不好、人员流动性很大，所以在大型球罐施工时需要进行严格的质量管理要求，建立完善的质量保证体系。 目前，国内已部分采用并将较多采用 σs≥490MPa 的高强度钢。 （ 1） 16MnR 钢板是我国目前使用最多、最普遍的一种低合金高强度压力容器用钢。 钢材的焊接性能 很 好，广泛 制作与 建造各类压力容器 与 中小型球罐，具有 一些的抗 H2S 腐蚀性能 很大 ，但是强度 很 低， 并且在 16MnR 板厚效应 非常 严重，其强度与 韧性随板厚的增加下降 很 大，厚度 在 48mm 的时候 ， 16MnR 钢板实物 其中 韧性储备量不 是很高 ，在设计厚度 ≤50mm 的时候 使用。 （ 2） 7MnCrMoVR 钢是 在 我国 “七五 ”期间 创新 出来的新钢种， 这 钢的力学性能 应该是 WELTEN62CF 钢 在 实际水平。 07MnCrMoVR 钢 应用 低碳多元微合金以严格 的 控制碳当量 (Ceq≤ ％ )和焊接裂纹 期间的 敏。