加热炉汽化冷却用汽包的制作工艺及工装设计.docx
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加热炉汽化冷却用汽包的制作工艺及工装设计
摘要
本设计的主要内容为加热炉汽化冷却用汽包的制作工艺及工装设计。
根据压力容器的分类标准，此贮罐属于Ⅰ类容器，其制造、检验和验收符合GB150－2011之规定。
本文在讨论16MnR焊接性的基础上，详细制定了汽包的制作工艺并设计了自调式焊接滚轮架。
16MnR钢是制造压力容器的专用钢。
16MnR的硫、磷和碳含量低，抗拉强度、延伸率、冲击韧性高。
因此，16MnR的力学性能和工艺性能良好，焊接性优良，一般不会因焊接而出现严重的硬化组织或淬硬组织，除环境温度很低或钢板厚度很大时，冷裂纹倾向较大以外，不易产生其它种类的裂纹。
产品制作工艺说明书中，简要分析了汽包的构成、各部分的材料及力学性能和制作使用要求；详细论述了该容器的装配焊接工艺；对产品易出质量问题的环节进行了分析说明，并提出了一定的解决方案。
结合本产品的技术要求，采用无损探伤和水压试验进行检验。
最后，为了防止产品生锈需对产品进行涂饰。
说明书中还对汽包生产制作过程中所用的自调式焊接滚轮架进行了设计。
对自调式焊接滚轮架的设计的功能、用途、结构也进行了扼要的说明。
关键词：
压力容器；汽包；焊接工艺；工装卡
Abstract
Themaincontentsofthedesignfortheuseofevaporativecoolingsteamheatingequipmentdesignandproductionprocess.Accordingtotheclassificationstandardofpressurevessels,thetankcontainer,Ⅰbelongstothemanufactureofinspectionandacceptance,conformstotheprovisions–2011.Basedonthediscussion16MnRweldability,onthebasisofthedetailedprocessofdrumsetforthedesignandthedebuggerweldingroller.
16MnRsteelismadeofspecialsteelpressurevessel.The16MnRsulphur,phosphorus,andcarboncontentislow,tensilestrengthandelongation,impacttoughness.Therefore,themechanicalpropertiesand16MnRprocessperformanceisgood,goodweldability,generalwon'tbecauseofweldingandsevereatherosclerosisorganizationorhardeningorganization,exceptforverylowtemperatureenvironmentorplatethicknessisverybig,thecoldcrackstendtoproducelargerthanthatofothertypesofcrack.
Productcraftinstruction,brieflyanalyzedthedrum,eachpartofmaterialsandmakinguseofmechanicalpropertiesandrequirements,Thedetaileddiscussiononthecontainerassemblyweldingtechnics;Forproductqualityproblemisthatthelinkisanalyzed,andputsforwardsomesolutions.Combinedwiththeproducttechnicalrequirements,useNDThydrostatictestandinspection.Finally,inordertopreventrustingofproductsshouldbeprevented.
ThespecificationsofproductionprocessUSESsteamfromtheelementsoftheweldingroller-stingdesign.Toindicatethedesignofroller-stingweldingstructure,functionandpurposearebrieflydescribedalso.
Keywords:
Pressurevessel;Drum;Weldingtechnology;Fixtures.
引言
汽包（亦称锅筒）是自然循环锅炉中最重要的受压元件，主要用于进行汽水分离、向循环回路供水、蒸汽清洗、锅内加药和连续排污。
根据本次设计的工作状况，选定汽包筒体制作的具体工艺流程，从而根据加工工艺条件，以确定汽包筒体制作的焊接方法，根据工艺结构尺寸结合已知条件，进一步分析判断具体的焊接性分析以及焊接注意事项，最后对于产品进行检验与成形处理。
同时还了解了相关焊接滚轮架的工装设计与计算，深入的认知了工装部分的传动方式，与其应用在实际生产中的原理与方法。
18世纪上半叶，英国煤矿使用的蒸汽机，包括瓦特的初期蒸汽机在内，所用的蒸汽压力等于大气压力。
18世纪后半叶改用高于大气压力的蒸汽。
19世纪，常用的蒸汽压力提高到0.8MPa左右。
与此相适应，最早的蒸汽锅炉是一个盛水的大直径圆筒形立式锅壳，后来改用卧式锅壳，在锅壳下方砖砌炉体中烧火。
随着锅炉越做越大，为了增加受热面积，在锅壳中加装火筒，在火筒前端烧火，烟气从火筒后面出来，通过砖砌的烟道排向烟囱并对锅壳的外部加热，称为火筒锅炉。
开始只装一只火筒，称为单火筒锅炉或康尼许锅炉，后来加到两个火筒，称为双火筒锅炉或兰开夏锅炉。
1830年左右，在掌握了优质钢管的生产和胀管技术之后出现了火管锅炉。
一些火管装在锅壳中，构成锅炉的主要受热面，火（烟气）在管内流过。
在锅壳的存水线以下装上尽量多的火管，称为卧式外燃回火管锅炉。
它的金属耗量较低，但需要很大的砌体。
19世纪中叶，出现了水管锅炉。
锅炉受热面是锅壳外的水管，取代了锅壳本身和锅壳内的火筒、火管。
锅炉的受热面积和蒸汽压力的增加不再受到锅壳直径的限制，有利于提高锅炉蒸发量和蒸汽压力。
这种锅炉中的圆筒形锅壳遂改名为锅筒，或称为汽包。
初期的水管锅炉只用直水管，直水管锅炉的压力和容量都受到限制。
二十世纪初期，汽轮机开始发展，它要求配以容量和蒸汽参数较高的锅炉。
直水管锅炉已不能满足要求。
随着制造工艺和水处理技术的发展，出现了弯水管式锅炉。
开始是采用多汽包式。
随着水冷壁、过热器和省煤器的应用，以及汽包内部汽、水分离元件的改进，汽包数目逐渐减少，既节约了金属，又有利于提高锅炉的压力、温度、容量和效率。
以前的火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉都属于自然循环锅炉，水汽在上升、下降管路中因受热情况不同，造成密度差而产生自然流动。
在发展自然循环锅炉的同时，从30年代开始应用直流锅炉，40年代开始应用辅助循环锅炉。
辅助循环锅炉又称强制循环锅炉，它是在自然循环锅炉的基础上发展起来的。
在下降管系统内加装循环泵，以加强蒸发受热面的水循环。
直流锅炉中没有汽包，给水由给水泵送入省煤器，经水冷壁和过热器等蒸发受热面，变成过热蒸汽送往汽轮机，各部分流动阻力全由给水泵来克服。
第二次世界大战以后，这两种型式的锅炉得到较快发展，因为当时发电机组要求高温高压和大容量。
发展这两种锅炉的目的是缩小或不用汽包，可以采用小直径管子作受热面，可以比较自由地布置受热面。
随着自动控制和水处理技术的进步，它们渐趋成熟。
在超临界压力时，直流锅炉是唯一可以采用的一种锅炉，70年代最大的单台容量是27MPa压力配1300MW发电机组。
后来又发展了由辅助循环锅炉和直流锅炉复合而成的复合循环锅炉。
在锅炉的发展过程中，燃料种类对炉膛和燃烧设备有很大的影响。
因此，不但要求发展各种炉型来适应不同燃料的燃烧特点，而且还要提高燃烧效率以节约能源。
此外，炉膛和燃烧设备的技术改进还要求尽量减少锅炉排烟中的污染物（硫氧化物和氮氧化物）早年的锅壳锅炉采用固定炉排，多燃用优质煤和木柴，加煤和除渣均用手工操作。
直水管锅炉出现后开始采用机械化炉排，其中链条炉排得到了广泛的应用。
炉排下送风从不分段的“统仓风”发展成分段送风。
1产品介绍
1.1产品结构分析
本文设计的汽包是由筒体、封头、法兰、接管及支座组成。
本产品的容器长9542mm，筒体外径1632mm，筒体板厚16mm，母材16MnR钢。
制造完成后进行水压试验不得有渗漏。
产品的结构如图1所示。
图1加热炉汽化用冷却汽包结构简图
1法兰；2封头；3筒体；4支座；5接管
1）法兰按其所连接的部分分为管法兰和容器法兰。
用于管边接和密封的法兰叫管法兰；用于容器顶盖与筒体连接的法兰叫容器法兰。
法兰与法兰之间一般加密封元件，并用螺栓连接起来。
2）封头根据几何形状的不同，压力容器封头可分为凸形封头、锥形封头和平盖封头三种，其中凸形封头使用最多。
凸形封头包括球形封头和椭圆形封头。
本次设计为椭圆形封头。
3）筒体筒体是压力容器最主要的组成部分，由它构成储存物料所需要的大部分压力空间。
筒体一般用钢板卷制或压制（压成两块半圆或数块弧形板），由于本次设计的筒体直径较小，所以用钢板卷制可以完成。
4）支座压力容器靠支座支承并固定在基础上。
支座主要有鞍式支座、耳式支座等。
本次设计为鞍式支座。
为了保证采气安全性，要求对支座中的对接焊缝进行局部或全部的射线检测。
5）接管与开孔由于工艺要求和检修时的需要，需要在筒体和封头上开设各种孔或安装接管，如人孔、物料进出接管、流量计等接管开孔。
筒体与封头开设孔后，开孔部位的强度被削弱，应进行补强。
上述五部分即构成一台压力容器的外壳。
1.2母材性能分析
1.2.1母材化学成分
产品主要原料使用16MnR钢板，16MnR（Q345D）是一种专门制造压力容器的低合金高强钢，在国内应用相当广泛。
它具有良好的综合力学性能、焊接性能、低温冲击性。
其质量稳定，硫、磷含量略低于16Mn钢。
16MnR以锰为主要合金元素，以热轧状态交货，某些厚板需经正火热处理。
16MnR钢在热轧状态下具有较高的强度和韧性及良好的焊接性。
硅的质量分数超过0.6%对韧性不利，使韧脆转变温度提高。
碳的质量分数超过0.2%和锰的质量分数超过1.6%，焊接时易出现裂纹，在热轧钢焊接区还会出现脆性的淬硬组织。
16MnR的化学成分如表1所示。
表116MnR钢的化学成分
钢号
化学成分（质量分数）（%）
16MnR
C
Si
Mn
S
P
≤0.20
0.20~0.60
1.20~1.60
≤0.035
≤0.035
1.2.2母材力学性能分析
16MnR钢是屈服强度为345MPa的压力容器专用钢板。
它有良好的综合力学性能，它的焊接性在低合金钢中还是较好,其力学性能如表2所示。
表216MnR钢的力学性能
钢号
板厚/mm
热处理状态
力学性能
冲击性能
屈服强度σs/MPa
抗拉强度σb/MPa
伸长率σ5（%）
弯曲180°
温度/℃
冲击功Akv/J
16MnR
6～16
热轧
≥345
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