【正文】 面以國(guó)際工程設(shè)計(jì)中最常使用的方法，且為我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 150所采用的等面積補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行介紹。 所以： (mm) （2）補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 為了使容器能夠進(jìn)行正常的操作并滿(mǎn)足容器制造、安裝、檢驗(yàn)、維修等要求，在容器殼體和封頭上不可避免的需要開(kāi)孔。此次研究的是與燃燒器相連的凸緣法蘭的密封裝置——八角墊，其結(jié)構(gòu)如圖22所示。 (mm)圓整后取其厚度為85mm。 球形封頭的中心開(kāi)孔采用整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)，其補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)如圖21所示，它的優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)強(qiáng)金屬集中于開(kāi)孔應(yīng)力最大的部位，應(yīng)力集中系數(shù)最小，且與殼體采用對(duì)接焊縫，使焊縫及熱影響區(qū)離開(kāi)最大應(yīng)力點(diǎn)的位置，故抗疲勞性能好。(MPa) (MPa)所以計(jì)算所得的壁厚滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。取以下數(shù)值較小者：MPa MPaMPa MPa取MPa.于是 (mm)圓整后取筒體厚度為75mm，則筒體的直徑比為。工作介質(zhì)高溫煤氣、煤氣、熔渣、黑水等，屬Ⅲ類(lèi)壓力容器。TOFD技術(shù)是利用超聲波衍射的時(shí)差反應(yīng)來(lái)對(duì)焊縫進(jìn)行掃描，從而對(duì)焊縫中的缺陷進(jìn)行定位。對(duì)于大型設(shè)備，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行水壓試驗(yàn)也是裝備的一個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)榇笮驮O(shè)備一般都選擇現(xiàn)場(chǎng)合攏，這樣就無(wú)法再制造廠(chǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)水壓試驗(yàn)，而且有些設(shè)備注水后總重上千噸，對(duì)支撐點(diǎn)也會(huì)有很大的作用力。有些設(shè)備重量甚至超過(guò)兩千噸，唯一的選擇就是分段、分部件運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)組裝。彎曲試驗(yàn)彎曲直徑（b≧35mm）6～100520～680≧310≧1920≧34d=3a100～150510～670≧300≧1920≧34d=3a 氣化爐的制造問(wèn)題現(xiàn)在隨著國(guó)家技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)煤化工和石油化工企業(yè)得到了大力地發(fā)展。為保證焊接焊接質(zhì)量，預(yù)熱、后熱和焊后消除應(yīng)力熱處理等措施必不可少。按ASME SEC Ⅱ(鍋爐和壓力容器規(guī)程),最經(jīng)濟(jì)適用的容器鋼板為SA387Gr11CL2耐熱鋼，因?yàn)镚r、Mo元素的存在，提高了鋼在高于350℃溫度下工作的高溫強(qiáng)度和持久強(qiáng)度，這種鋼通常稱(chēng)為耐熱性低合金鋼。 d）連續(xù)性生產(chǎn)。因合成氣中含有少量的HS氣體，為防止?jié)馠S腐蝕，氣化爐外壁溫度不低于225℃，以避免內(nèi)壁結(jié)露造成露點(diǎn)腐蝕。從氣化反應(yīng)室出來(lái)的粗合成氣，直接向下通過(guò)下降管進(jìn)入氣化爐的激冷室完成合成氣的激冷洗滌，出激冷室的合成溫度260℃左右。 （2）氣化爐的能力向大型化發(fā)展 大型化便與實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和優(yōu)化操作，降低能耗和操作費(fèi)用。 德士古氣化爐的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)件很少；理論上可以用任何煤種；其有較長(zhǎng)的運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，操作危險(xiǎn)性小，可用率達(dá)80%～85%；氣化爐的運(yùn)行費(fèi)用較低。采用德士古氣化爐設(shè)備，有著較高的轉(zhuǎn)化率和可靠性，而且對(duì)環(huán)境無(wú)污染，環(huán)保性能好。其中具有代表性的有荷蘭的殼牌（Shell）爐、美國(guó)的德士古（Texaco）爐和德國(guó)的魯奇（Lurgi）爐等。由于我國(guó)石油和天然氣短缺，煤炭相對(duì)豐富的資源特征，加之國(guó)際油價(jià)的持續(xù)高位運(yùn)行狀態(tài)，煤炭在我國(guó)的能源和化工的未來(lái)發(fā)展中所處的地位會(huì)變得越來(lái)越重要。國(guó)家在“十五”規(guī)劃中明確指出，“必須下大力氣調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，從各個(gè)方面采取措施節(jié)約石油消耗，大力發(fā)展?jié)崈裘簹饣夹g(shù)”。在國(guó)內(nèi)運(yùn)用最為廣泛的為GE水煤漿和Shell煤粉氣化工藝。 氣化爐的選型 按照氣化爐內(nèi)料流形式，氣化技術(shù)大致分為固定床、流化床和氣流床三大類(lèi)典型的固定床氣化爐有間歇式固定床氣化爐、加壓魯奇固定床氣化爐；流化床有灰熔聚流化床氣化爐、恩德?tīng)t等，氣流床有德士古氣流床、Shell粉煤氣化爐等。Shell氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率雖然比較高，但投資也高，設(shè)備造價(jià)較高，配合的干燥、磨煤、高壓氮?dú)饧盎貭t激冷用合成氣加壓所需的功耗較大。 （3）氣化溫度向高溫發(fā)展 氣化溫度高，煤中有機(jī)物質(zhì)分解氣化，消除或減少環(huán)境污染，對(duì)煤種適應(yīng)廣。粗合成氣中的炭黑在激冷室中大部分被清除，由渣水出口進(jìn)入破渣機(jī)。 水煤漿氣化特點(diǎn) a）氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣化強(qiáng)度高，設(shè)備體積小，布置緊湊、生產(chǎn)能力大。 e）對(duì)環(huán)境污染小。同時(shí)該材料還有良好的抗氫腐蝕能力。 激冷室殼體選材 為了避免異種鋼焊接，降低氣化爐的造價(jià)，氣化爐激冷室殼體的基材也采用SA387Gr11CL2。每個(gè)企業(yè)都在追求最佳經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)備裝置持續(xù)走大型化發(fā)展路線(xiàn)。 裝備問(wèn)題 設(shè)備大型化帶來(lái)的再一個(gè)問(wèn)題就是為滿(mǎn)足制造過(guò)程中各方面的要求而配備的加工裝配問(wèn)題。因此，很多的大型設(shè)備，其水壓試驗(yàn)選擇在設(shè)備安裝現(xiàn)場(chǎng)。3） 焊接技術(shù) 設(shè)備的大型化也使得設(shè)備壁厚增大，目前的解決方法是采用雙絲進(jìn)行雙行窄間隙焊接。因?yàn)闅饣癄t的內(nèi)件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以主要部件作為研究對(duì)象，分別有：上球形封頭，燃燒室筒體，激冷室筒體和下錐體封頭以及其他比較重要的部件。2）內(nèi)壓與溫差同時(shí)作用時(shí)的強(qiáng)度校核 氣化爐殼體外壁設(shè)有壁溫檢測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)反應(yīng)室內(nèi)的溫度通過(guò)伸入到耐火材料內(nèi)的熱電偶來(lái)測(cè)量，當(dāng)反應(yīng)室溫度外壁溫度達(dá)到345℃～380℃時(shí)高溫報(bào)警，所以，取殼體的內(nèi)壁溫度為290℃。 激冷室筒體的設(shè)計(jì) 激冷室腐蝕比較嚴(yán)重，所以采用復(fù)合鋼板，筒體過(guò)渡層堆焊厚度為3mm，復(fù)層堆焊厚度為3mm,總堆焊厚度為6mm，激冷室筒體的內(nèi)徑為3188mm,激冷室筒體壁厚的計(jì)算和燃燒室一樣，考慮堆焊層總厚度，所以筒體的厚度取為（75+6）mm。整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)一般用于有嚴(yán)格要求的重要設(shè)備。 密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 高壓容器的密封部件是高壓設(shè)備中除筒體外的另一個(gè)重要部件。八角墊屬于徑向自緊密封，它的壓緊面是梯形槽內(nèi)外錐面（主要是外錐面）與墊圈接觸而形成密封，這種壓緊面一般與槽的中心軸線(xiàn)成23℃夾角。 壓力容器上的開(kāi)孔接管對(duì)容器所產(chǎn)生的影響主要有以下三個(gè)方面：首先是因開(kāi)孔造成了承載材料的削弱；其次是由于開(kāi)孔而造成孔邊緣局部應(yīng)力集中；第三是接管和殼體的連接構(gòu)成了不連續(xù)結(jié)構(gòu)，從而在接管的一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)和殼體的孔邊附近引起附加的邊緣力。表22 適合開(kāi)孔的范圍項(xiàng)目在殼體上允許的最大開(kāi)孔直徑d筒體內(nèi)徑D≦1500mm內(nèi)徑D1500mmd≦1/2D且d≦500mmd≦1/3D且d≦1000mm凸緣封頭或球殼錐殼（錐形封頭）d≦1/3D(D為開(kāi)孔中心處的錐殼內(nèi)直徑）在橢圓形或蝶形封頭過(guò)渡部分開(kāi)孔時(shí)，其孔的中心線(xiàn)宜垂直于封頭表面D——?dú)んw內(nèi)直徑，mm；d——開(kāi)孔直徑，圓形孔取接管內(nèi)直徑加兩倍厚度附加量，mm； 激冷室筒體直徑為3200mm1500mm，開(kāi)孔直徑d=，所以該人孔需要補(bǔ)強(qiáng)。 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍包括開(kāi)孔殼體和接管兩個(gè)部分。兩者的比值近似為1。所以厚度附加量：mm(mm)有效補(bǔ)強(qiáng)面積： 殼體開(kāi)孔后，在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，可作為補(bǔ)強(qiáng)的截面積（包括來(lái)自殼體、接管、焊縫金屬、補(bǔ)強(qiáng)元件）按下式計(jì)算： (210) (211) (212)式中， ——補(bǔ)強(qiáng)面積,mm；——?dú)んw有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積，mm；——接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積，mm；——焊縫金屬截面積，mm；B——有效補(bǔ)強(qiáng)厚度, (mm)?！庸苡?jì)算厚度，mm；——腐蝕余量，此處為0mm。 mm則接管的名義厚度：mm 支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 立式圓筒形容器的支撐可分為耳式支座、支承式支座、支腿式支座、裙式支座等。對(duì)于大直徑且重量較重的容器，可以適當(dāng)增加耳式支座的數(shù)量。3 氣化爐的制造工藝研究 制造規(guī)范及要求 制造規(guī)范 制造規(guī)范為GB 1501998《鋼制壓力容器》；HG 205841998《鋼制化工壓力容器制造技術(shù)要求》。（2）必須做A類(lèi)焊縫產(chǎn)品試板，包括錐形封頭堆焊，GrMo鋼由堆焊筒體處各做產(chǎn)品焊接試板，且隨部件同爐熱處理，試樣按JB47442000進(jìn)行包括拉伸（常溫和高溫）、彎曲和沖擊試驗(yàn)的試樣制備和試驗(yàn)。 主要部件的制造工藝流程本設(shè)計(jì)針對(duì)上球形封頭、下錐體封頭、激冷室和燃燒室筒體等主要部件的制造工藝進(jìn)行詳細(xì)的介紹。球封采用的材料為低合金耐熱鋼SA387Gr11CL2，封頭規(guī)格為SR1600mm，壁厚為60mm。（具體見(jiàn)表31）表31 封頭冷、熱沖壓與相對(duì)厚度的關(guān)系沖壓狀態(tài)碳素鋼、低合金鋼合金鋼、不銹鋼冷沖壓100100熱沖壓100≥100≥ 上球形封頭材料為SA387Gr11CL2，為低合金鋼。查資料得GrMo鋼材料的球形封頭成型溫度在950～1100℃之間，脫胎溫度在750～800℃之間，其工藝減薄量一般在12%~14%之間，而直邊和靠近曲率較小的部件，由于切向應(yīng)力和變形占優(yōu)勢(shì)，所以壁厚增加，而且越接近邊緣，增加壁厚越大。通常在壓制這種封頭時(shí)，也可預(yù)先把封頭坯料車(chē)成斜面，再進(jìn)行沖壓。 注意，氣割下料預(yù)熱≧150℃，避免出現(xiàn)淬硬組織及裂紋。封頭內(nèi)表面焊縫修磨與母材平齊，外表面修磨圓滑，必要時(shí)還應(yīng)做表面檢測(cè)。（4）板坯加熱和熱處理：圖33 熱處理示意圖 該材料的最佳熱沖壓溫度為920～950℃,溫度低于920℃要停止沖壓，否則容易引起材料的脆化。表32 上球形封頭制造工序序號(hào)工序名稱(chēng)工序說(shuō)明1準(zhǔn)備 原材料檢驗(yàn)、打砂凈化、超聲波探傷、標(biāo)志移植、氣割下料、刨削拼板接縫直邊2車(chē)預(yù)組合并在大型立車(chē)上夾緊，車(chē)削外圓邊緣坡度；3刨刨床上精加工拼接焊縫坡口；坡口表面100%MT，JB/Ⅰ級(jí)合格；4組對(duì)拼接組對(duì)時(shí)在特制的裝有預(yù)熱裝置的場(chǎng)地上進(jìn)行。~14mm。（2）下料 激冷室筒體采用SA387Gr11CL2+316L軋制復(fù)合鋼板，其直徑為3188mm，筒體壁厚為（75+6）mm，激冷室筒體的展開(kāi)尺寸計(jì)算：圖34 激冷室筒體展開(kāi)示意圖已知激冷室筒體的總高度為8795mm?！碇粕扉L(zhǎng)量，鋼板冷卷伸長(zhǎng)量較小，通常忽略，約為7~8mm，取8mm。 考慮預(yù)彎時(shí)的壓頭量（300mm），所以取長(zhǎng)度方向的切割尺寸10273+300=10573mm，圓整為10580mm。圖35 激冷室筒體排板圖（3）卷圓下料完成后即可以用三輥卷板機(jī)進(jìn)行冷卷卷圓，復(fù)合板彎曲，卷圓或深拉加工，復(fù)合鋼板為正火+回火狀態(tài)供貨，不允許熱成型，又由于奧氏體的敏化溫度范圍450℃~850℃，為防止厚板卷制脆性，采用預(yù)熱至150℃~200℃后冷卷成型。此時(shí)注意不得損壞復(fù)層材料。b)盡可能減少熱加工及熱處理的工序及加熱時(shí)間，以免降低復(fù)合處的連接強(qiáng)度，防止復(fù)層與基層分離以及防止降低復(fù)層的抗腐蝕性能。 d)帶不銹鋼襯里碳鋼接管的端面應(yīng)有（41）mm的堆焊層，不銹鋼接管也應(yīng)伸入容器內(nèi)壁（41）mm。其主要制造工序分析說(shuō)明：（1）下料燃燒室筒體展開(kāi)尺寸計(jì)算：圖36 燃燒室筒體展開(kāi)示意圖ππ=π(mm) (mm)(mm) 此時(shí)需要注意的是根據(jù)現(xiàn)有鋼板的寬度（B），來(lái)求需要的筒節(jié)數(shù)量?！缚p收縮量，與材料、焊接長(zhǎng)度等有關(guān)，；——卷制伸長(zhǎng)量，鋼板溫卷伸長(zhǎng)量為14mm；——焊縫坡口間隙，主要由坡口形式、焊接工藝、焊接方法等因素來(lái)確定。圖37 燃燒室筒體排板圖（3）油壓根據(jù)卷板機(jī)規(guī)格書(shū)中提供的技術(shù)要求，該厚度直邊段長(zhǎng)度約為2倍的壁厚，將不可避免地造成不必要的原材料浪費(fèi)，所以在筒節(jié)卷圓前，先進(jìn)行中溫壓頭，鋼板兩端需要預(yù)彎較長(zhǎng)一段時(shí)間，使鋼板預(yù)彎后總長(zhǎng)小于10m。焊縫組對(duì)時(shí)，應(yīng)檢查錯(cuò)邊量不大于2mm。下錐體采用先分瓣壓制，后拼接成型的方法制造，然后為了防止腐蝕，在其內(nèi)表面堆焊3mm的高含鎳量的不銹鋼過(guò)渡層309L，和3mm的不銹鋼耐蝕層316L。其熱壓型的加熱情況同上球形封頭壓型的加熱。組對(duì)時(shí)，把準(zhǔn)備好的三塊瓣片在胎具上放置到位，在錐體專(zhuān)用裝配平臺(tái)上組裝，裝配過(guò)程中，先加工其中2個(gè)瓦片的拼接坡口并拼裝固定，用固定夾焊在兩塊瓣片間固定尺寸，剩余一片試裝調(diào)整合格后加工余量和坡口，再與其余兩片裝焊固定。表37 下錐體封頭制造工序序號(hào)工序名稱(chēng)工序說(shuō)明1準(zhǔn)備原材料復(fù)驗(yàn)、超聲波探傷、標(biāo)志移植、氣割下料2油壓高溫壓型，用樣板檢查壓型質(zhì)量續(xù)表37序號(hào)工序名稱(chēng)工序說(shuō)明3熱處理4拼縫坡口加工、檢測(cè)按線(xiàn)切割拼接接頭坡口，坡口為X形坡口；坡口表面100%MT檢測(cè)5焊接、檢測(cè)SMAW焊接縱向接頭，焊前預(yù)熱，焊后消氫、熱處理；100%RT檢測(cè)，符合J