高壓蓄勢(shì)氣水罐整體包扎的設(shè)計(jì)與工藝

摘要：蓄勢(shì)氣水罐是一種高壓的設(shè)備，主要用于存儲(chǔ)高壓空氣及高壓水，廣泛應(yīng)用于軋鋼行業(yè)。本文通過(guò)對(duì)蓄勢(shì)氣水罐結(jié)構(gòu)的描述，并針對(duì)該結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、制造中的難點(diǎn)提出了相應(yīng)的處理方法，揭示了高壓蓄勢(shì)氣水罐整體包扎的優(yōu)越性，明確了作為新產(chǎn)品的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：高壓、整體包扎、自緊密封

總述

早期高壓容器一般為單層，易使焊縫疲勞，表面出現(xiàn)微裂紋，影響其使用性及安全性。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為了提高壓力容器的安全性，采用包扎筒節(jié)可減緩A類焊接接頭對(duì)容器運(yùn)行的危害程度，如果再采用整體包扎還可減緩沿整個(gè)壁厚貫通的B類焊接接頭的危害程度。該項(xiàng)技術(shù)為目前國(guó)內(nèi)的先進(jìn)項(xiàng)目，這項(xiàng)開(kāi)發(fā)也是添補(bǔ)了這一領(lǐng)域的空白，并成為一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。我們?yōu)槟臣瘓F(tuán)公司生產(chǎn)該設(shè)備的過(guò)程中，通過(guò)認(rèn)真分析研究，制訂出既符合標(biāo)準(zhǔn)要求，又符合生產(chǎn)工藝，并滿足設(shè)計(jì)和制造要求的施工方案，最終定型為施工藍(lán)圖。

設(shè)備概況

高壓蓄勢(shì)氣水罐的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1

主要技術(shù)特性

主要技術(shù)特性見(jiàn)表1

主要材料

高壓蓄勢(shì)氣水罐主體材料見(jiàn)表2

材料化學(xué)成分，力學(xué)性能等指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3、設(shè)計(jì)、制造及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

高壓蓄勢(shì)氣水罐的設(shè)計(jì)、制造和驗(yàn)收應(yīng)符合GB150-1998《鋼制壓力容器》、《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、HG20584-1998《鋼制化工容器制造技術(shù)要求》、HG3129-1998《整體多層夾緊式高壓容器》等設(shè)計(jì)、制造規(guī)范及化工設(shè)備圖樣的要求。

3、技術(shù)關(guān)鍵

(1)、它的壁厚是由中厚板組合成的，將受力最大的A類焊接接頭劃整為零，逐層分開(kāi)布置，從而減緩了A類焊接接頭對(duì)容器運(yùn)行的危害程度，并將多層的環(huán)向焊接接頭也相互錯(cuò)開(kāi)，整個(gè)筒體既無(wú)沿整個(gè)壁厚貫通的A類焊接接頭，也無(wú)沿整個(gè)壁厚貫通的B類焊接接頭，從而進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的安全性。由于多層之間不連續(xù)，某一層層板上的缺陷只會(huì)在本層內(nèi)擴(kuò)展，不會(huì)貫穿整個(gè)壁厚，而且泄放孔可起到安全報(bào)警的作用。

(2)、在技術(shù)要求上也比一般容器嚴(yán)格，

內(nèi)筒的A類焊接接頭處對(duì)口錯(cuò)邊量≤1mm，B類焊接接頭處對(duì)口錯(cuò)邊量≤1.5mm;

A類焊接接頭處形成的棱角E1 ，用弦長(zhǎng)等于1/6Di且不小于300mm內(nèi)樣板或外樣板檢查，其E1值不大于1.5mm， B類焊接接頭處形成的棱角E2 ，用長(zhǎng)度不小于300mm的直尺檢查，其E2值不大于1.5mm;

焊接的筒體圓度要求外圓周長(zhǎng)允差小于或等于3‰Di，且不大于3mm;

內(nèi)筒最短筒節(jié)長(zhǎng)度不小于300mm;

同一斷面上最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑差不大于4‰，且不大于5mm;組焊后相鄰兩節(jié)內(nèi)筒的直線度不大于1mm，筒體總長(zhǎng)直線度不大于6mm;

內(nèi)筒與封頭連接對(duì)口錯(cuò)邊量≤1mm;

根據(jù)要求，內(nèi)筒與封頭、凸緣組焊合格后做消除應(yīng)力熱處理，為防止內(nèi)筒體熱處理變形，要采取防變形措施，做了兩個(gè)工裝支架，將產(chǎn)品整體支平以防止變形。

(3)、層板包扎也是關(guān)鍵，包扎過(guò)程中，為保證層板與前一層筒體外表面貼實(shí)貼牢，操作人員須在左右轉(zhuǎn)動(dòng)包扎筒體同時(shí)，用銅錘敲擊滾動(dòng)包扎的筒體，以保證包扎質(zhì)量。

包扎要按事先排板順序進(jìn)行包扎，并保證相鄰層板的環(huán)向接頭最小間距≥300mm，任意兩層層板環(huán)向接頭最小間距＞100mm。

任意層層板縱向焊接接頭應(yīng)以規(guī)定夾角均勻錯(cuò)開(kāi)，同一層層板的縱向焊接接頭應(yīng)90°均勻錯(cuò)開(kāi)。

層板環(huán)向焊接接頭間隙6≤P1≤14mm

層板縱向焊接接頭間隙6≤P2≤8 mm

層板和封頭的連接處對(duì)口錯(cuò)邊量 b4 ≤ 0.1mm

4、設(shè)備主要受壓元件的強(qiáng)度計(jì)算

4.1筒體、封頭、接管等的強(qiáng)度計(jì)算按“全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站”的Sw6程序進(jìn)行，(強(qiáng)度計(jì)算書(shū)略)

4.2平蓋、牽制環(huán)、連接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算

參照GB150-1998中的有關(guān)內(nèi)容

人孔密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

預(yù)緊螺栓校核：

預(yù)緊軸向力：F=3.14Dby

=3.14×422×5×89.6=593635.84N

所需螺栓面積：A=A=W/［σ］= F/［σ］

=593635.84÷228=2604mm

實(shí)際螺栓面積(4-M39)：A=(3.14d×n)/4

=3.14×33×4÷4=3419 mm

A＞A

結(jié)論：合格

牽制環(huán)校核：

預(yù)緊軸向力：F=3.14Dby

=3.14×422×5×89.6=593635.84N

縱向截面的彎曲應(yīng)力：σ=［3 F(D- D)］/［3.14(D- D-2d)δ］

=［3×593635.84×(399-260)］/［3.14× (440-170-2×42) ×60］

=117.7MPa＜0.9［σ］=0.9×157=141.3MPa

結(jié)論：合格

環(huán)向截面當(dāng)量應(yīng)力校核：

σ=［3 F(D- D)］/［3.14 Dh］

=［3×593635.84×(399-260)］/［3.14×399×55］

=65.32MPa

τ= F/［3.14×Dh］

=593635.84/［3.14×399×55］

=8. 61MPa

σ=［σ+3τ］

=［65.32+3×8.61］

=67.00MPa＜0.9［σ］=0.9×157

=141.3MPa

結(jié)論：合格

平蓋校核：

預(yù)緊狀態(tài)下載荷：F=3.14Dby

=3.14×422×5×89.6=593635.84N

M= W×S

=593635.84×81

=48084503.04N.mm

操作狀態(tài)下載荷：W=W=(π/4) ×DP+2πDby

=3.14/4×422×30+2×3.14×422×5×89.6

=5381149.88N..mm

M= W×S

=5381149.88×211

=1135422625N.mm

平蓋截面系數(shù)：W=(π/4)(D-D-2d)H

=(3.14÷4)×(490-0-2×39) ×157

=7971979.58 mm

平蓋應(yīng)力計(jì)算：

預(yù)緊狀態(tài)下：σ= M/W

=48084503.04÷7971979.58

=6.03 MPa＜［σ］f=150MPa

結(jié)論：合格

操作狀態(tài)下： σ= M/W

=1135422625÷7971979.58

=142.43 MPa＜［σ］f=150MPa

結(jié)論：合格

因此得出結(jié)論，平蓋等強(qiáng)度滿足要求。

5、結(jié)論：

本設(shè)備所采用的平蓋自緊密封結(jié)構(gòu)，密封性能好，強(qiáng)度高，并且安全可靠。采用此結(jié)構(gòu)的高壓畜勢(shì)氣水罐，我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了3m3、4 m3、6 m3、8 m3等許多種規(guī)格的產(chǎn)品，并且均投入了使用，設(shè)備運(yùn)行情況用戶非常滿意，從而進(jìn)一步提高了高壓產(chǎn)品的安全性。

參考文獻(xiàn)

GB150-1998《鋼制壓力容器》及附件

HG3129-1998《整體多層夾緊式高壓容器》