带衬里的非标设备反应器的辅助设计.docx
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带衬里的非标设备反应器的辅助设计
本科毕业设计说明书
带衬里的非标设备（反应器）的辅助设计
WITHALININGOFNON-STANDARDEQUIPMENT（REACTOR）AIDEDDESIGN
学院（部）：
机械工程学院
专业班级：
过控11-1
学生姓名：
刘士淼
指导教师：
宋克俭副教授
2015年5月20日
带衬里的非标设备（反应器）的辅助设计
摘要
反应器的设计是一种重要的化工设备的研究。
首先，我们要考虑到反应器的类型，不同的企业与生产工厂会需要不同类型的反应设备，我们要根据各企业不同的要求设计出满足它们要求的反应设备。
在查阅许多资料后，我大致把反应器的设计分为以下几部分：
第一步，我们要搭设预制平台，为反应器的制作打下基础；然后，我们要将反应器分段制作，接着对这些片段进行焊接；第三步，衬里的施工，以提高反应器的耐磨与耐高温的属性；最后，我们会对反应器实行整体吊装的工作。
这样，一个完整的反应器就可以投入到各需要企业的生产工作中。
随着国民经济水平的不断提高，各个企业对生产效率的要求也在一天天的提高，所以，如火制造出更加稳定，更加高效，更加安全，更加经济的反应器成了非常重要的一个环节。
上面说到反应器制作工序中最重要的便是衬里的施工，因为它直接关系到反应器的耐磨性与耐热性，进一步影响到反应器的工作状态和使用寿命，因此要特别的注意。
关键词：
预制平台、焊接、衬里施工、吊装
WITHALININGOFNON-STANDARDEQUIPMENT（REACTOR）AIDEDDESIGN
Abstract
Thedesignofthereactorisanimportantresearchofchemicalequipment..Firstofall,wehavetotakeintoaccountthetypeofreactor,thedifferententerprisesandfactorieswillneeddifferenttypesofreactionequipment,weshouldaccordingtothedifferentdesignrequirementsofthereactionequipmenttomeettheirrequirements.Afterconsultingalotofdata,Igenerally,thereactordesignisdividedintothefollowingseveralparts:
thefirststep,wearegoingtotheerectionofprefabricatedplatform,fortheproductionofthereactorplayfoundation;then,wewillreactorsectioned,thenthesefragmentsofwelding;thethirdstep,liningconstruction,inordertoimprovethewearresistanceofreactorandresistantpropertiesofhightemperature.Finally,wewillimplementationofintegralhoistingofthereactor.Inthisway,acompletereactorcanbeputintotheproductionworkoftheenterprise..
Withthecontinuousimprovementofthelevelofthenationaleconomy,eachenterpriseonproductionefficiencyrequirementsalsoinimprovingdaybyday,sofiretocreatemorestable,moreefficient,safer,moreeconomicalreactorintotheveryimportantlink.Mentionedabove,thereactorproductionprocedures,themostimportantistheconstructionoflining,becauseitisdirectlyrelatedtothereactorwearresistanceandheatresistanceandfurtheraffecttheworkingstateofthereactorandtheservicelifeofthe,sospecialattention.
Keywords:
Prefabricatedplatform,welding,liningconstruction,hoisting
第一章绪论
反应设备定义为：
化学反应或生物质变化等过程发生的场所，对于流程性材料产品生产，反应设备是核心设备。
化工、石油、冶金、医药、新能源、轻工和食品等领域的重要生产方式是：
通过生物质变化或化学反应等将原料加工成产品。
我们可以把任意一种流程性产品的制造流程概括为：
预处理原料、生物质变化或化学反应、分离与提纯反应产物等。
反应器可开发一定要考虑以下因素：
1.投入物料的物理及化学性质，比如腐蚀性、密度、相态等。
2.发生反应需要的条件，比如压力、浓度、温度等；3.发生反应过程的特点,比如固相的沉积、气相的构成与多相的输送等。
反应器在设计是要满足流体流动、传热、传质的要求，这些因素会通过对化学平衡、选择性和反应速率的影响来对产品的环保、能耗、生产成本等起着决定性作用。
综合运用机械设计和机电控制、传递过程原理、反应动力学等知识，正确的选用反应器的结构形式，以便取得最好的控制方式和反应操作特性，开发出绿色、节能、高效的反应设备，是现代工业设计中的重中之重。
工业反应器主要有微反应器、电化学反应器、生物反应器、化学反应器等。
另外，按反应物的的相态划分，分为多相反应器和均相反应器；反应器按操作方式可分为连续式反应器、间歇式反应器和半连续式反应器；用流体力学的知识可以把反应器分为全混流型反应器、泡状流型反应器、柱塞流型反应器；按结构原理可划分为：
微反应器、电极式反应器、滴流床反应器、移动床反应器、流化床反应器、固定床反应器、塔式反应器、釜式反应器和管式反应器。
第二章反应器设计导言
2.1施工难点及特点
反应器安装于标高13.75m的混凝土基础和钢框架基础之上，主体进行整体吊装。
金属材料主要由Q245R组成。
该工程工序工种交叉作业频繁，部件种类多杂，施工作业区域狭窄，高空作业繁多，危险性高，安装、焊接质量控制不易控制，是本项施工的难点及特点。
制定合理的施工工序，科学的施工方法和细致的安全、质量措施，是工程施工的关键。
2.2工程概况
2.2.1概况
某石油天然气公司年产120吨烯烃，反应器安装后塔顶标高57m，总重177t施工现场反应器基础标高为36.4m,基础间距1.1m。
反应器采用立式正装法，安装时分四段进行，具体要求如下图所示：
序号
过程
备注
1
裙座加下球形封头和两节筒体
首先进行组对焊接下球形封头
2
把筒体加到过渡段
将此段组为整体
3
锥体
组对、焊接、安装工作
4
上球形封头
组对、焊接、安装工作
表2-1
2.2.2反应器安装的施工步骤
1>基础验收2>设备验收
3>组对焊接下封头组片4>组对安装裙座、下封头和筒体
5>组对过渡段和上段筒体6>安装过渡段和上段筒体
7>拼接阻焊两端锥体8>安装两段锥体
9>组对、焊接上封头组片10>吊装、点焊上封头
11>热处理整体设备12>上封头拆除
13>安装内件14>吊装、点焊上封头
15>过渡段与上封头环缝热处理16>设备水压试验
17>焊缝磁粉检测18>气密试验
19>设备的检查验收
2.3反应器的安装部分
设备基础验收
对基础设备进行交接验收在设备安装前是要提前进行的，以下部分要在基础上明显划出：
沉降观测点、纵横中心线、标高基准线。
位置偏差和基础各部位尺寸以下表为准：
序号
偏差
允许范围值（mm）
1
纵、横轴线
±20
2
各个不同平面的基础标高
+0
-20
3
外形尺寸
±20
4
不水平度
每米全长
5
10
5
顶端地脚螺栓预留标高
根部、顶部中心距
-0+20
±2
表2-2
混凝土强度
混凝土强度要达到预定设计要求，应整平、夯实、回填周围的土方，损坏和锈蚀现象不应该出现在地脚螺栓的螺纹部分。
2.4搭设预制平台
2.4.1所需材料
反应器在安装之前两座10*10m的预制钢需要提前搭设，充足的水平度在搭设平台时要保证。
所需材料如下表：
序号
材料
材质与规格
数量及大小
1
钢材
Φ30Q235
200㎡
2
轻型工字钢材
I22a
120m
3
道木
200*200*2500
90
4
角铁
10*110
100m
5
钢板
Φ20Q235
4㎡
6
钢板
Φ10Q235
2㎡
7
钢板
Φ6Q235
2㎡
8
钢板
Φ4Q235
2㎡
表2-3
2.4.2要求
搭建预制平台要求：
基础夯实的工作应由全密度项目部负责，表面要平整
2.5验收预组装件和反应器组片
在接收到反应器组片后，必须经过公司相关的监理部门和施工单位联合检查，确认合格后才能进行下一道工序。
球壳板弦长（m）
样板弦长（m）
间隙允许值（mm）
＜2
等于球壳板弦长
3
≥2
2
3
表2-4
序号
对象
偏差允许范围
1
长度方向的弦长
±2.5
2
宽度方向的弦长
±2
3
对角线弦长
±3
4
两对角线间的垂直距离
5
2.6检查预组装件
1>在对预组装片组对时不能采用机械方法强力组对。
2>对口间隙的允许范围是2±2mm。
3>对口错边量应小于等于0.25φ，另外不能超过3mm。
4>样板应选用弦长大于等于1000mm的，测量点沿对接接头每500mm选用一点，棱角应该小于等于7mm。
2.7安装垫铁
修正工作
修正工作要在反应器安装前对基础表面进行。
垫铁放置的地方要铲平，被铲平的地方水平度偏差允许值是2mm/m。
垫铁选用
80组垫铁需要在本设备中设置，即每相邻两螺栓间需要安装一组垫铁。
垫铁应选用220*100的斜垫铁和平垫铁。
序号
垫铁规格
数量（块）
1
200*100*30
100
2
200*100*20
60
3
200*100*10
40
4
200*100*6
40
5
200*100*4
40
表2-5
垫铁数量
每一组垫铁的数量在设置时都应尽力减少，最好不要超过4块，薄垫铁要减少使用。
最薄的放于中间位置，最厚的之余下面，各块垫铁在调整后需要互相焊牢。
2.7.4垫铁安装
对于安装垫铁的要求：
整齐平稳的放置，良好的接触，表面要保持清洁，各垫铁都应被压紧在设备找平后。
第三章反应器的焊接及外壳预制
3.1焊接、组对下封头
3.1.1组对需要材料
序号
规格
单位
数量
备注
1
无缝钢管89*5
m
30
2
槽钢
m
10
3
钢板16MnRφ20
㎡
2
定位板用
4
钢板16MnRφ16
㎡
2
定位板用
表3-1
3.1.2下封头焊接
由于下封头是由1块极盖板和6个球壳板构成，应采取先让6名焊接人员在6条纵缝上朝同一个方向进行焊接，再让4名焊接人员均匀分布在4个地方朝同一个方向焊接盖板环缝的方法，这样就能更好地使焊接残余应力和焊接变形得到减少。
3.2焊接、组对两端椎体
3.2.1锥体焊接
分别在1号、2号预制平台上进行上段椎体和下段椎体的焊接、组对工作，在完成对两端椎体的焊接、组对后，在1号预制平台上吊装下段椎体，当上段椎体和下段椎体在平台上合成一个整体后再进行安装、吊装工作。
3.2.2需要材料及工艺评定项目
序号
母材
焊接材料
焊接方法
1
Q245R+Q245R
J427
SMAW
2
Q245R+Q245R
H08Mn2SiA
GTAW
3
Q245R+07Cr19Ni10
A302
SMAW
4
15CrMoR+Q245R
J427
SMAW
5
S30408+S30408
A132
SMAW
焊接工艺评定项目见表3-1。
表3-2焊接工艺评定项目
序号
母材
焊接方法
焊接位置
板厚（覆盖范围）mm
1
Q245R+Q245R
SMAW
立焊
30（22.5～60）
2
Q245R+Q245R
SMAW
立焊
38（5～不限）
3
15CrMoR+Q245R
SMAW
立焊
20（15～40）
4
Q245R+S30408
SMAW
立焊
24（18～48）
5
S30408+S30408
GTAW打底SMAW填充
水平固定
6（1.5～12）
3.2.3减少残余应力
由于椎体都是由8片瓣片组成，所以在减少焊接残余应力与焊接变形时，我们要用这个方法：
先让8名焊接人员于8条纵缝上分别朝同一方向上进行焊接，然后让6名焊接人员均匀分布在6个位置朝同一个方向对椎体间环缝进行焊接。
3.3焊接反应器的技术要求
3.3.1焊接方法
应该采用手工电弧焊来进行反应器的焊接工作，在焊接之前必须进行预热，最好采用液化气加热法及电加热法，需要注意的是：
氧气-乙炔焰是不能用于焊接之前的预热的。
预热温度的范围：
150-200℃，层间温度的范围在焊接时也要保持在这个范围内。
焊接的过程中，焊接速度、电压、电流等工艺参数一定要严格遵守焊接工艺评定的要求选择。
3.3.2焊接人员要求
焊接人员必须持有当地技术监督部门颁发的合格证，焊接时所需要的焊接位置、焊接方法和施焊的钢材种类必须与证书上一致。
没有相关压力容器证书的人员是严禁进行焊接工作的。
焊接人员在进行焊接工作时必须根据自己的相关合格证书以及个人的现状去承担相应的项目
焊接人员领取的焊材必须是经过技术要求检验的时间烘烤和温度合格的焊材，在领取的时候要携带检验合格的焊条保温筒。
3.3.3准备工作
焊接前的准备工作：
处于坡口表面和两侧的铁锈和油渍必须清理干净；一定要严格根据焊接评定要求进行焊接前的层温控制和预热工作；焊接完成后，一定要把飞溅物和焊接熔渣打扫干净。
焊接进行的过程中，最好一次性连续完成每条焊缝的焊接。
当焊缝厚度较厚时，我们可以对焊缝进行分层或分段处理。
段数在进行分段焊接时要尽量减少，另外，各侧各段应该连续焊完；在进行分层焊接时，应连续焊满坡口2/3以上，而且接头在每层都要错开。
当出现意外中断的情况时，为了防止裂纹的产生，需要用保温缓冷的办法，重新仔细检查。
应在坡口内进行焊接引弧，引弧点要依次错开50mm以上。
后退引弧法时不错的选择，熄弧结束后应该将弧坑填满。
需要用砂轮清理弧坑缺陷。
而且，我们一定要错开多层焊道的层间接头。
外侧较大的坡口在焊接工作开始时提前进行，，内侧较小的坡口的焊接在清根后进行。
需采用砂轮机修磨和碳弧气刨进行清根后工作，一定要把定位焊的金属层清理干净，坡口的宽度在清根后应保持一致；根部磁粉探伤检查在清根完成后进行，要求根部焊道没有气孔、夹渣和裂纹。
壳体和接管的连接焊接一定要保证焊透，焊角的高度一定要符合图纸要求，过渡焊缝时要圆滑过渡焊缝对接处的金属不能低于母材，但是余高要受到严格控制，焊缝的外形尺寸要一致、均匀，不允许咬边。
反应器的锥壳对接接头在焊后要打磨，要求和壳体内壁保持齐平，其他部分的对接接头要圆滑过渡到内壁。
在完成组对固定卡和壳体焊接后，必须把它打磨到和母材齐平，超过1.5mm打磨深度的位置一定要依据标准焊接工艺规定进行补焊工作，完成后实行外观检查。
定位板、临时卡具的材质一定要与母材保持一致。
在完成反应器各段组对后，需要用长度大于等于1000mm的样板沿着对接接头每500mm处测量一点，棱角度一定不能小于5mm；环口水平度的偏差允许值是2mm；环口圆度偏差允许值要小于等于25mm；环口直径的偏差允许值是±3mm；环口外周长的偏差允许值是±10mm；
双面坡口
e1
e2
0-10%φ且≤3
0-10%φ2且≤3
表3-3
焊接施工后要及时做好相关记录，在图纸上记录好每个焊接人员具体的焊接位置，确定每一个程序的进行都具有可追溯性。
3.4焊接要求的环境
3.4.1焊接环境
焊接时出现以下任一情况都应采取有效的安全防护措施，否则，焊接工作不允许继续进行：
1.当风速超过10m/s时
2.当湿度超过90%时
3.下雨、下雪时
4.温度低于零下20℃时
3.4.2焊接材料的选择
1.焊丝和焊条这些用于现场施焊的材料必须具有合格证与质量证明书，另外，不允许使用超过一年有效期的焊接材料。
2.对现场焊接材料进行管理的部门一定要建立有序严格的发放、烘干、保管、验收和回收制度，每个环节都要有相关的负责人进行负责；焊接材料库要在焊接施工前在现场准备好，而且焊接材料库的湿度应该小于等于60%；使用前要严格按照说明书对焊接材料进行充分的烘烤，并把那些经过合格烘烤的焊接材料保存在温度处于100-150℃的保温箱中，以便可以随时取用；焊条不能随意发放，一定要严格按照相关技术负责人签发的合格证才可以。
3.现场进行焊接工作使用焊条时，一定要将焊条放在保温性能好的保温桶里，而且不要超过4小时，如果超过了规定时间，那么焊条必须经过重新烘烤后才能再次使用，当重新烘烤的次数超过两次时，焊条就不能再使用；焊接开始前一定要将焊丝表面的铁锈和油污清理干净。
3.5焊接检验
反应器要采用多种无损检测方法进行检查工作，检测人员一定要持有相关法律规定的考试合格证，而且还要有当地省级质量监督局发放的能对压力容器进行无损检测的证书。
焊接工作完成后，要对焊缝外观检查，在检查之前一定要把飞溅物和焊渣等清除干净，焊缝的表面不能有飞溅物、弧坑、夹渣、气孔和裂纹。
正面的打底焊缝金属应露出来在焊背面清根时，最好在焊接面进行PT检测或者MT检测当清根后的表面和背部清根表面完成后。
审查确定表面检验、对接焊缝外观合格后，要先对每个焊口RT检测；当检验合格后再进行UT检测；
超声波检测和射线检测对焊接处进行之后，如果发现不允许的缺陷，必须把有缺陷的部分清洗干净后进行补焊工作。
处于反应器上的一切壳体和接管的连接处焊缝进行热处理前要进行ＵＴ检测，直到确定合格。
3.6翻修不合格的焊缝
3.6.1进行水压试验前对不合格焊缝的翻修
1>对于不合格的接头表面的缺陷，要用砂轮打磨掉，经过打磨后剩余的壁厚要大于设计的厚度，周围金属要与打磨的部分平缓过渡。
2>对于不合格的内部缺陷，要铲掉补焊，要用磁粉检测缺陷去除后才可补焊，补焊采用的焊接材料及焊接工艺需要经专门的评定。
3>检测补焊接头要与原接头保持一致。
4>在相同部位的焊接补修次数不能超过两次，一旦超过了这个次数，定要经过用户书面批准或设计。
3.6.2经过水压试验后对不合格焊缝的翻修
1>进行磁粉检测水压试验后，一旦发现了超标缺陷，要按下列要求进行无损检测的步骤:
1、在修补和清除各种缺陷后一定要进行渗透检测或者磁粉检测。
2、表面缺陷修补深度以3mm为限，当超过3mm时，一定要对其进行射线检测或者超声波检测。
3、我们要根据补修的深度和面积确定修补后是否需要重新进行水压试验的工作，应由施工单位负责人来确定。
3.7检测反应器封闭
检查工作
完成反应器内件安装工作后，公司要及时申请施工单位、监理、和业主有关部门人员进行全面检查的工作。
整体安装反应器的技术要求：
项目
允许偏差值及范围（mm）
中心线位置
±10
标高
±5
直线度
总体≤25
高度
±10
表3-4
3.8现场预制反应器外壳
3.8.1反应器参数和分段
反应器的规格是φ3400/φ6400×28300*22/24/26/28，该设备分段尺寸如下图：
3.8.2各段的工艺参数
名称
规格型号
底标高（mm）
顶标高（mm）
净高（mm）
第一段（裙座-下筒体）
Φ3400×2880×22
13750
21110
7360
第二段（锥段）
Φ3400/φ6400×2880×24
21110
23330
2220
第三段（上筒体）
Φ6400×11520×26
23330
34530
11200
第四段（封头）
Φ6400×3200×28
34530
39330
4800
表3-5
第一段（裙座-下筒体）
本段采用倒装法进行组对焊接。
首先将下筒体各段焊接完成，然后将下筒体对准裙座进行组对焊接。
分为3节，3节都在现场进行预制焊接纵缝。
用倒装法进行环缝组对焊接。
焊接完成后按图纸要求进行探伤，探伤可在每圈焊完跟踪探伤，合格后按排版图对这3节筒体进行相关位置的开孔。
开孔的有反应器铺装卸孔1个、反应器藏量计口2个、反应器密相密度口3个、反应器密相热电偶口12个、待生分配器压降口2个、待生塞阀压降口1个、待生套筒密度口2个、主风分布管压降口2个、主风分布管下热电偶口2个、燃烧油入口4个、外取热器催化剂入口1个。
最后采用倒装的方法将这3节和裙座进行组对焊接，焊完做好本段0°方位的标记。
第二段（锥体）
本段根据组装要求，将本段分为六瓣焊接组装。
锥段排版图如：
钢板规格尺寸为24
1200
5000共6块合并焊接成六块。
现场组对施工前，需将各段纵缝完毕。
第一部分，采用合拢。
将切割后的锥形各段逐一焊上
各环缝组对均合格之后，进行环缝的施焊。
焊接完成后，按照图纸要求对各条环缝进行探伤。
探伤合格后，由检验员检查方位合格后方可进行开孔。
开孔结束后，与图纸上的反应器密相热电偶口（D151-4）进行组对，检查合格后再进行焊接，焊接结束后，对图纸上的要求进行探伤。
本段锥段组装完毕，对锥段上下标记号0°方位（用油漆标记）。
将筒体横放，等待与下一段的组装。
第三段（上筒体）
本段从下至上分为5个筒节（1、2、3、4、5），每个筒节的长度均为2240mm.。
5
升级会员 