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焊接专业压力容器制造毕业设计论文

毕业设计（论文）

题目压力容器结构与制造

系（部）机械工程系

专业焊接技术及自动化

指导教师

作者

完成日期2011/4/27

摘要

随着科学技术的进步和工业生产的发展，特别是国民经济领域持续稳定的发展，压力容器已在石油、化工、轻工、医药、环保、冶金、、食品、生物工程、及国防等工业领域以及人们日常的生活中得到广泛的应用，且数量日益增大，大容积的设备也越来越多。

石油、化工、医药等产品是按照一定的工艺过程，在一定的条件下利用与之相匹配的机械设备生产出来的。

例如，生产尿素就需要与之配合的合成塔、换热器、分离器、反应器、储罐等压力容器；加工原油就需要与原油生产工艺配套的精馏塔、换热器、加热炉等压力容器；此外用于精馏、解析、吸收、萃取等工艺的各种塔类设备也为压力容器；用于流体加热、冷却、液体气化、蒸汽冷凝及废热回收的热交换设备仍属于压力容器；石油化工中三大合成材料生产中的聚合、加氢、裂解等工艺用的反映设备，用于原料、成品及半成品的储存、运输、计量的各种储运设备等都是压力容器。

据统计，化工厂中80%左右的设备都是属于压力容器的范畴。

压力容器种类多，操作条件复杂，有真空容器，也有高压、超高压设备和核能容器；温度也存在从低温到高温的较大范围，处理的介质大多具有腐蚀性，或易燃、易爆、有毒，甚至剧毒。

这种多样性的操作特点给压力容器从选材、制造、检验到使用、维护以至管理等诸方面造成了复杂性，因此压力容器的设计与制造、检验等诸多环节都有着越来越高的要求！

化工生产的特殊性决定了压力容器的复杂多样性，压力容器属于特种设备。

由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故，具有潜在的危险性，一旦发生事故，将会对人民财产、生命造成巨大损失；此外，还具有生产过程复杂，生产装置大型化及生产过程的连续性、自动化程度高等特点。

因此，要求压力容器既能满足工艺要求，又能安全可靠运行，同时还要经济合理。

本论文以煤气分离器为例，论述了压力容器的结构标准，主要研究了压力容器的焊接工艺、工艺评定、设计与制造。

压力容器的制作是一个复杂而又严紧的过程，压力容器的每个部分都需要确定使用的材料与焊接工艺，不可忽视每一个很小的环节。

压力容器涉及多个学科，综合性很强，一台压力容器从参数确定到投入正常使用，要通过很多的环节及相关部门的各类工程技术人员的共同努力才能实现。

关键词：

压力容器设计与制造焊接工艺结构生产

Abstract

Alongwiththescienceandtechnologyprogressandindustrialproduction,thedevelopmentofnationaleconomy,especiallythedevelopmentofcontinuous,stable,pressurealreadyintheoil,letdevicechemicalindustry,thelightindustry,pharmaceutical,environmentalprotectionandsmeltinggold,andfoods,biologicalengineering,andnationaldefenseindustryandPeople'sDailylifearewidelyused,andtheamountislargevolumeincreasesdaybyday,thedevicewillbemoreandmore.Petroleum,chemical,pharmaceuticalproductsaccordingtocertainprocessisundercertainconditionsusingitsmatchingmechanicalequipmentproductioncomesout.Forexample,productionofureaneedsandwithsynthetictower,heatexchanger,separator,reactor,tanks,etcpressurevessels;Processingcrudeoilproductiontechnologyneedandcrudedistillation,heatexchanger,supportingsuchpressurevessels;heatingBesidesusedfordistillation,analytic,absorption,theextractionprocessofvarioustowerforpressurevesselequipment;Usedforheating,cooling,liquidfluidgasification,steamcondensationandheatrecoveryofheatexchangeequipmentstillbelongtopressurevessels;Petrochemicalproductioninthethreesyntheticmaterialssuchaspolymerization,hydrogenation,crackingthetechnologyusedforrawmaterials,equipment,reflectthefinishedandsemi-finishedproductsofthestorage,transportationandmeasurementofstorageandtransportationequipmentetcisapressurevessel.Accordingtothestatisticsinthechemicalindustry,80%oftheequipmentistobelongtothecategoryofpressurevessels.

Pressurevessel,types,operatingconditionsiscomplex,hasahighvoltagevacuumcontainer,also,andultrahigh-pressureequipmentandnuclearcontainers;Lowtemperaturealsoexisttohightemperaturefromthewiderangeofmost,processing,orcorrosivemediuminflammable,explosive,toxic,evenpoisonous.Suchdiversityofoperatingcharacteristicstopressurevesselinspectionfromselectmaterial,manufacturing,touse,maintenanceandmanagementaspectssuchasthecomplexity,thereforecausepressurevesseldesignandmanufacturing,inspection,andmanyotherlinkshavehigherrequest!

Theparticularityofchemicalproductioncomplexdiversity,pressurevesselpressurevesselbelongstothespecialequipment.Becausesealing,confinedandmediaandotherreasons,easyexplosion,burningfireandendangerpersonnel,equipmentandpropertysafetyandenvironmentalpollutionaccidents,ispotentiallydangerous,once,anaccidentofpeople'sproperty,willbecausedheavylossoflife;Inaddition,stillhastheproductionprocessiscomplicated,productionequipmentandtheproductionprocessoflarge-scalecontinuityandadvancedinautomatization.Therefore,requirethepressurevesselcanmeetthetechnologicalrequirements,andthesafeandreliableoperation,butalsoeconomicandreasonable.

Thisthesiswithgasseparatorasanexample,elaboratedthepressurevesselstructurestandard,mainlystudiesthepressurevesselweldingtechnology,processevaluation,designandmanufacturing.Pressurevesselmanufactureisacomplicatedandlatticedprocess,pressurevesseltoeverypartoftheneedtomakesurethattheuseofmaterialsandweldingtechnology,everysmallcannotignorethelink.Pressurevesselinvolvingmultipledisciplines,verystrong,apressurevesselintegratedparameterdeterminationtoinputfromnormaluse,throughalotoflinkandtherelateddepartmentsofallkindsofengineeringandtechnicalpersonnelworktogethertoachieve.

Keywords:

PressurevesselDesignandmanufacturing

WeldingprocessStructureproduction

引言

压力容器是一种承压设备，一般是指用于一定压力流体的贮存、运输或者是传质、传热、反应的密闭容器。

广泛应用于采矿、炼油、冶金、化工、医药等行业以及人民生活的很多方面。

随着科学技术的发展，压力容器制造水平越来越高，压力容器涉及多个学科，综合性很强。

石油、化工、医药等产品是按照一定的工艺过程，在一定的条件下利用与之相匹配的机械设备生产出来的。

随着科学技术的进步和工业生产的发展，特别是国民经济领域持续稳定的发展，压力容器已在石油化工轻工医药环保冶金食品生物工程及国防等工业领域以及人们的日常生活中得到广泛应用，且数量日益增大，大容积的设备也越来越多。

据统计，化工厂中80%左右的设备都属于压力容器的范畴。

工业中的压力容器储罐压力容器涉及多个学科，综合性很强。

压力容器向大型化发压展随着生产和降低基建投资的需要，便于实现自动化，要求设备大型化，这就意味着压力容器的参数和直径的增加。

在工艺要求上也有功能要求和寿命要求。

综合性是衡量压力容器优劣的重要指标，经济性不好的容器缺乏市场竞争力，最终会被市场淘汰，即所谓的经济失效，压力容器的经济性主要体现在：

1生产效率高、消耗低；2结构合理、制造方便；3易于运输和安装。

压力容器的操作、维护控制要求在我国还没有完全实现自动化，要求设计、制造时做到操作简单、可维护性和可修理性好、便于控制等。

在环境保护方面随着人们对环境意识的增强，对压力容器概念有了新的认识，除对传统的破裂、塑性变形、失稳和泄漏等功能失效外，现在又提出“环境失效”，如有害物质泄漏到环境中、无法清除的有害物质、噪音等。

因此，压力容器必须考虑这些因素，必要时应增设有泄漏捡漏功能的装置，以满足对环境的需求。

压力容器制造的技术水平也越来越高，已逐渐向大型化发展，大型化可以节省材料、降低投资、节约能源、提高生产效率降低生产成本，这同时也导致对压力容器用钢要求日益严格，促使材料发展，在要求钢材强度越来越高时还要提高冶炼技术以降低杂质保证钢材的抗裂性和韧性，这就必须降低焊缝中氢的含量，因此超氢材料的研制和使用受到了容器制造厂家的关注。

第一章压力容器介绍

压力容器英文：

pressurevessel，指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。

贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器。

1.1定义：

为了与一般容器（常压容器）相区别，只有同时满足下列三个条件的容器，才称之为压力容器：

1.1.1工作压力大于或者等于0.1Mpa（工作压力是指压力容器在正常工作情况下，其顶部可能达到的最高压力（表压力））;（不含液体静压力）。

1.1.2内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m。

且容积（V）大于等于0.025立方米，工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa-L（容积，是指压力容器的几何容积）。

1.2.3盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体.

1.2压力容器的结构特点

压力容器最常见的结构形式为圆柱形、球形和圆锥形三种。

大多数压力容器是由封头、端盖、筒体和接管等部件组成。

压力容器的封头按其外形可分为椭圆形，蝶形和球形三种。

厚度在20mm以下的薄壁封头可采用冷冲压或旋压成形制造。

20mm以上的壁厚封头一般采用热冲压成型制造。

大直径封头可由瓜瓣片和圆顶盖拼焊而成。

厚壁容器的顶盖以及热交换器的管板大部分采用大型锻件加工而成。

圆柱形筒体和椎体可采用冷卷或热卷成形，也可采用压制成形工艺制造。

封头、端盖、筒体（椎体）和接管之间几乎全部用焊接而成。

1.3压力容器的分类

压力容器的分类方法很多，从使用、制造和监检的角度分类，有以下几种。

1.3.1.1按承受压力的等级分为：

低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器。

1.3.1.2按盛装介质分为：

非易燃、无毒；易燃或有毒；剧毒。

1.3.1.3压力容器按在生产工艺过程中的作用原理，分为反应压力容器、换1.3.2热压力容器、分离压力容器、储存压力容器。

具体划分如下：

1.3.2.1反应压力容器（代号R）：

主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器，如反应器、反应釜、分解锅、硫化罐、分解塔、聚合釜、高压釜、超高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球、蒸压釜、煤气发生炉等。

1.3.2.2换热压力容器（代号E）：

主要是用于完成介质的热量交换的压力容器，如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器、消毒锅、染色器、烘缸、蒸炒锅、预热锅、溶剂预热器、蒸锅、蒸脱机、电热蒸汽发生器、煤气发生炉水夹套等。

1.3.2.3分离压力容器（代号S）：

主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器，如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、铜洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等。

1.3.2.4储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）：

主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器，如各种型式的储罐、球罐。

　　在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应当按工艺过程中的主要作用来划分品种。

1.4我国分类

为了更有效地实施科学管理和安全监检，我国《压力容器安全监察规程》中根据工作压力、介质危害性及其在生产中的作用将压力容器分为三类。

并对每个类别的压力容器在设计、制造过程，以及检验项目、内容和方式做出了不同的规定。

压力容器已实施进口商品安全质量许可制度，未取得进口安全质量许可证书的商品不准进口。

1.4.1第三类压力容器

具有下列情况之一的，为第三类压力容器：

高压容器；中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；　中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于10MPa·m3）；中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于0.5MPa·m3）；低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且乘积大于等于0.2MPa·m3）；高压、中压管壳式余热锅炉；中压搪玻璃压力容器；　使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540MPa）的材料制造的压力容器；移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车[液化气体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车]和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体）等；球形储罐（容积大于等于50m3）；低温液体储存容器（容积大于5m3）。

低温液体储存容器（容积大于5m3）

1.4.2第二类压力容器

　　具有下列情况之一的，为第二类压力容器：

中压容器；低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；　低压管壳式余热锅炉；　低压搪玻璃压力容器。

1.4.3第一类压力容器

　　除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。

1.5压力等级划分

压力容器的设计、制造、安装、使用、检验、改造和修理都要受到国家《压力容器安全技术监察规程》的监察。

压力容器的焊接工作有严格的参数，必须遵循国家有关标准、行业标准和专业标准。

1.5.1按压力容器的工作压力p,压力容器可分为低压、中压、高压和超高压容器四类。

这四类容器的压力范围规定如下：

压力容器的设计压力（p）划分为低压、中压、高压和超高压四个压力等级：

低压（代号L）0.1MPa≤p＜1.6MPa；中压（代号M）1.6MPa≤p＜10.0MPa；

高压（代号H）10.0MPa≤p＜100.0MPa；超高压（代号U）p≥100.0MPa。

1.5.2按照压力容器安全技术的角度可将容器分为固定式容器和移动式容器。

1.5.3从压力容器的用途和化工工艺过程的性质，可将压力容器分为反应容器、换热容器、分离容器和贮运容器。

1.5.4鉴于各种容器的工作压力和介质差别较大，容器按工作压力、温度的高低以及在运行过程中的危害程度可以分为一类容器、二类容器和三类容器。

一类容器是指装有非易燃或无毒介质的低压容器，或者是装有易燃或有毒介质的低压分离器和换热器。

二类容器包括中压容器，或者装有剧毒介质的低压容器和装有易燃或有毒介质的低压反应器和贮运容器。

三类容器是指高压或超高压容器。

或者装有剧毒介质的大型低压和中压容器，或者装有剧毒介质的低压容器和装有易燃或有毒介质的中压反应器和贮运容器。

1.6多腔压力容器分类

　　多腔压力容器（如换热器的管程和壳程、夹套容器等）按照类别高的压力腔作为该容器的类别并且按该类别进行使用管理。

但应当按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。

对各压力腔进行类别划定时，设计压力取本压力腔的设计压力，容积取本压力腔的几何容积。

1.6.1同腔多种介质容器分类

一个压力腔内有多种介质时，按组别高的介质分类。

1.6.2介质含量极小容器分类

当某一危害性物质在介质中含量极小时，应当按其危害程度及其含量综合考虑，由压力容器设计单位决定介质组别。

1.7压力容器标准

鉴于压力容器的重要性，为确保其安全运行，各国相继制订了一系列压力容器规范，如美国的ASME规范，日本的JIS规范，欧盟的97/23/EC规范

中国压力容器标准体系中，GB150《钢制压力容器》是最基本，应用最广泛的标准，其技术内容与SANEⅧ-1、JISB8270等国外先进压力容器标准大致相当，但在适用范围、许用应力和一些技术指标上有所不同中国压力容器标准标准名称GB150-89《钢制压力容器》JB4732《钢制压力容器-分析设计标准》

美国ASME标准压力限定≤35＜100标准名称ASMEⅧ-1ASMEⅧ-2ASMEⅧ-3推荐压力范围≤20≤70＞70然而，我国的标准在主体上都以设计规范为主，不同于包含质量保证体系的SAME规范，为保证生产，原国家劳动总局颁布了《压力容器安全监察规程》，1990年原劳动部在总结执行经验的基础上，修订了1981年版的规程，并改名为《压力容器安全技术监察规程》，简称“容规”，并于1991年1月正式开始执行。

1999年国家质量技术监督局又对《压力容器安全监察规程》进行了修订，并颁布了1999年版。

压力容器标准是设计、制造、检验压力容器产品的依据；《压力容器安全技术监察规程》是政府对压力容器实施安全技术监督和管理的依据，属于技术法规规畴，两者的适用范围不同。

《压力容器安全技术监察规程》适用于同时具备以下条件的容器：

（1）最高工作压力≥0.1MPa2）

（2）内直≥0.1m，且容积容积容积≥0.025m3;3）

（3）盛装介绍为气体、液体气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。

第二章压力容器结构与焊接

2.1压力容器焊接接头分类及形式

2.1.1焊接接头分类

目的：

为对口错边量、热处理、无损检测、焊缝尺寸等方面有针对性地提出不同的要求，GB150根据位置，根据该接头所连接两元件的结构类型以及应力水平，把接头分成A、B、C、D四类，如图：

A类：

圆筒部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头除外）、球形封头与圆筒连接的环向接头、各类凸形封头中的所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接连接的接头。

B类：

壳体部分的环向接头、锥形封头小端与接管连接的接头、长颈法兰与接管连接的接头。

但已规定为A、C、D类的焊接接头除外。

C类：

平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头。

D类：

接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头。

但已规定为A、B类的焊接接头除外。

注意：

焊接接头分类的原则仅根据焊接接头在容器所处的位置而不是按焊接接头的结构形式分类，所以，在设计焊接接头形式时，应由容器的重要性、设计条件以及施焊条件等确定焊接结构。

2.1.2接头形式

2.1.2.1对接

两件表面构成大于或等于1350,小于或等于1800夹角的接头。

在各种焊接结构中它是采用最多的一种接头形式。

2.1.2.2交接接头

两焊件端面间构成大于300、小于1350夹角的接头，这种接头受力状况不好，常用于不重要的结构中。

2.1.2.3T形接头

一件之端面与另一件表面构成直角或近似直角的接头。

2.1.2.4搭接接头

两件部分重叠构成的接头。

经综合分