1、1湖 北 科 技 职 业 学 院焊 接 结 构 课 程 设 计题目：低温钢压力容器丙烯精馏塔制造工艺学号：100109009姓名：刘 洋专业班级：10 焊接（1）班指导老师：周 碧 芬2目 录前言- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2 一焊接结构应用介绍- - - - - - - - - - -3一）课程设计的目的和要求- - - - - - - -4 二）课程设计的目的- - - - - - - - - - -4三）课程设计的基本要求- - - - - - - - -5 二丙烯精馏塔的总体设计- - - - - - - - -6
2、一）丙烯精馏塔结构工作原理- - - - - - -6二）丙烯精馏塔的主要部件- - - - - - - -6三）丙烯精馏塔结构焊接接头设计- - - - -7 3四）丙烯精馏塔结构焊缝的受力分析- - - -8三分析丙烯精馏塔材料的焊接性- - - - - 10四编制丙烯精馏塔的制造工艺流程- - - -13 五编制封头工艺过程卡- - - - - - - - - -14 六编制封头工艺焊接工艺卡- - - - - - - -15 七参考文献- - - - - - - - - - - - - - -16八结束语- - - - - - - - - - - - - - - -17前言焊接结构是学
3、生的一门重要的技术基础课，其课程设计涉及多学科知识，包括4化工，制图，控制，机械等各种学科，是一项综合性很强的工作；是锻炼工程观念和培养设计思维的好方法，是为以后的各种设计准备条件；是化工原理教学的关键环节，也是巩固和深化理论知识的重要环节。在设计过程中，得到了周碧芬老师的指导，得到了同学们的帮助，同学们一起讨论更让我感受到设计工作是一种集体性的劳动，少走了许多弯路，避免了不少错误，也提高了效率。鉴于学生的经验和知识水平有限，设计中难免存在错误和不足之处，请老师给予指正感谢老师的指导和参阅！焊接结构应用介绍焊接技术历史都是随着科学技术的整体进步而发展和变革的，在19 世纪初的电气产业革命中，电
4、弧用于焊接，开始了电弧焊的纪元。520 世纪前期发明和推广了焊条电弧焊，中期发明和推广了埋弧焊和气体保护焊；随着现代科学的发展和进步，各种高能束（电子束，激光束）也在焊接上得到应用。到了 20 世纪 70 年代，在世界范围内，焊接技术已成为机械制造业中的关键技术之一。特别是 20 世纪后期，随着电子技术及自动控制技术的进步，焊接产业开始向高新技术方向发展，焊接技术更加突出的反映了整个国家的工业生产水平和机械制造水平。焊接结构是将各种经过轧制的金属材料及铸，锻等采用焊接方法制成能承受一定载荷的金属结构。随着焊接技术的发展和进步，焊接结构的应用越来越广泛，焊接结构几乎渗透到国民经济的各个领域，如工
5、业中的石油与化工机械，重型与矿山机械，起重与吊装设备，冶金建筑，各类锻压机械等；交通运输业中的汽车，船舶，车辆，拖拉机的制造；兵器工业中的常规兵器，火箭，深浅设备航空航天技术中的人造卫星和载人飞船等。甚至对于许多产品，例如用于核电站的工业设备以及开发海洋资源所需的海上平台，海底作业机械或潜水装置等，为了确保加工质量和后期使用的可靠性，除了采用焊接结构外，难以找到比焊接更好的制造技术，也难以找到比通过焊接工艺保证这些机械机构满足其实用性能要求的更好的其他方法。因此，目前各国的焊接结构用钢量，均已占到其钢材消费量的40%60%。一、课程设计的目的和要求6（一）课程设计的目的1. 培养知识应用能力加
6、深学生对该课程基础知识和理论的理解和掌握，培养学生综合运用所学知识，独立分析和解决工程技术问题的能力。2. 培养动手能力培养学生在理论计算、绘图、运用标准和规范、查阅设计手册与资料检索以及应用计算机网络等方面的能力。3. 培养科学创新及想互合作能力加强理论联系实际，培养学生科学严谨、实事求是的工作作风和勇于创新、和谐协作精神。（二）课程设计的基本任务根据设计题目，收集资料，分析该结构材料的焊接性，对该结构的焊缝、焊接接头按有关标准进行设计。绘制焊接结构图，编制该结构的制造工艺流程，制定主要零部件工艺过程卡，焊接工艺卡。（三）课程设计的基本要求1.看懂焊接结构施工图，收集资料了解该结构的工作原理
7、、结构特点、技术要求。2.通过对该结构材料焊接性的分析，找出该材料焊接的主要问题，制定相应的工艺措施。73.对该结构的焊缝、焊接接头按有关标准进行设计、明确该结构各部分的受压情况及技术要求。4.根据机械制图国家标准并参考焊接结构图的习惯画法，完整明确的绘制焊接结构施工总图（用 A3纸单独画出） 。5.编制该结构的制造工艺流程，对主要的零部件，如压力容器中的筒体和封头结合加工制造工序绘制准确的制造工艺流程图。6.制定主要零部件工艺过程卡，对主要零部件，如压力容器中的筒体和封头等，编制制造工艺过程卡。7.制定主要零部件的焊接工艺卡、参考焊接工艺课程所学内容及有关焊接工艺评定报告制定合理的焊接工艺。
8、二 丙烯精馏塔焊接结构总体设计（一）丙烯精馏塔工作原理精馏是化工生产中分离互溶液体混合物的典型单元操作，其实质是多级蒸馏，即在一定压力下，利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同，使轻组分（沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分）汽化，8经多次部分液相汽化和部分气相冷凝，使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高，从而实现分离. (二) 丙烯精馏塔的主要部件精馏过程的主要设备有：精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐和输送设备等。精馏塔以进料板为界，上部为精馏段，下部为提留段。一定温度和压力的料液进入精馏塔后，轻组分在精馏段逐渐浓缩，离开塔顶后全部冷凝进入回流罐，一部分作为塔顶产品（也叫馏出液） ，另
9、一部分被送入塔内作为回流液。回流液的目的是补充塔板上的轻组分，使塔板上的液体组成保持稳定，保证精馏操作连续稳定地进行。而重组分在提留段中浓缩后，一部分作为塔釜产品（也叫残液） ，一部分则经再沸器加热后送回塔中，为精馏操作提供一定量连续上升的蒸气气流。（一）精馏塔精馏塔是一圆形筒体，塔内装有多层塔板或填料，塔中部适宜位置设有进料板。两相在塔板上相互接触时，液相被加热，液相中易挥发组分向气相中转移；气相被部分冷凝，气相中难挥发组分向液相中转移，从而使混合物中的组分得到高程度的分离。简单精馏中，只有一股进料，进料位置将塔分为9精馏段和提馏段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。精馏塔内，气、液两相的温度
10、和压力自上而下逐渐增加，塔顶最低，塔底最高。本设计为筛板塔，筛板的突出优点是结构简单、造价低、塔板阻力小且效率高。但易漏液，易堵塞。然而经长期研究发现其尚能满足生产要求，目前应用较为广泛。（二）再沸器作用：用以将塔底液体部分汽化后送回精馏塔，使塔内气液两相间的接触传质得以进行。本设计采用立式热虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管壳式换热器。液体在自下而上通过换热器管程时部分汽化，由在壳程内的载热体供热。立式热虹吸特点：循环推动力：釜液和换热器传热管气液混合物的密度差。结构紧凑、占地面积小、传热系数高。壳程不能机械清洗，不适宜高粘度、或脏的传热介质。塔釜提供气液分离空间和缓冲区。(三) 冷凝器 用以
11、将塔顶蒸气冷凝成液体，部分冷凝液作塔顶10产品，其余作回流液返回塔顶，使塔内气液两相间的接触传质得以进行，最常用的冷凝器是管壳式换热器。三 丙烯精馏塔接头设计压力容器中，焊接接头主要形式有：对接接头，搭接接头，角接接头。(1)对接接头 容器的主体，筒体与封头等重要部位的连接均采用对接接头，应对接接头受力比较均匀，强度可达到与母材相等。 （2）角接接头 管接头与壳体的连接多用角接头。（3）搭接接头 搭接接头主要用于非受压部件于受压壳体的连接，如鞍座。四 丙烯精馏塔焊缝的受力分析按焊缝的位置可分为 A、B、C、D 四类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
12、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，均为 A 类焊接接头。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，均为 B 类焊接接头。11C 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，均为 C 类焊接接头。D 类：接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头，均属 D 类焊接接头，但已规定为 A、B 类的除外。A 类焊缝是容器中受力最大的接头，因此一般要求采用双面焊或者保证全焊透的单面焊缝；B 类焊缝的应力一般为 A 类的一半，除了可采用双面焊的对
13、接焊缝以外，也可采用带衬垫的单面焊；在中低压焊缝中，C 类接头的受力较小，通常采用角焊缝连接。对于高压容器，盛有剧毒介质的容器和低温容器应采用全焊透的接头；D 类焊缝是接管与容器的交叉焊缝，受力条件较差，且存在较高的应力集中，在后壁容器中这种焊缝的拘束度相当大，残余应力亦较大，易产生裂纹等缺陷，因此在这种容器中 D 类焊缝应采取全焊透的焊接接头；对于低压容器可采用局部焊透的单面或双面角焊。12三 分析精馏塔的材料的焊接性壳体采用 09MnNiDR 低温钢，其化学成分和力学性能分别见表1-1 和表 1-2表 1-1 09MnNiDR 化学成分 %牌号 C Mn Si Ni Nb09MnNiDR
14、0.12 1.201.60 0.150.50 0.300.80 0.040表 1-2 09MnNiDR 的力学性能牌号 状态 Qs/ MPaQb/MPa Qs(%) Akv/J09MnNiDR 正火+回火3oo 440570 23 31(横向)根据国际焊接学会（IIW）所采用的碳当量（CE）计算公式：CE=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 (%)将 09MnNiDR 所含化学成分的相应数值代入上式，计算其碳当量。通过计算得出，09MnNiDR 的碳当量 CE=0.35%0.44%09MnNiDR 为 WNi=0.5%,工作温度为-40 70的低温压力容器用13钢，经鉴
15、定各项性能指标均已达到国外同类产品水平。3.5%Ni 的钢工作温度为-80-101，主要用于能源及化工设备制造。Ni 是提高钢的淬透性元素，但对于含镍较低（WNi3.5%）的钢冷裂纹倾向并不严重，焊接薄板时可以不预热;焊接厚板时可进行 100左右的预热。镍虽然提高钢对热裂纹的敏感性，但低温钢中对 S，P 控制很严，所以低镍低温用钢的热裂纹敏感性也不高。9%Ni 钢中含镍量高，淬透性大，热影响区中加热温度超过临界点的部位，焊后总是得到是淬火组织；但因为 Wc 低，仍有较好的韧性。一般情况下，焊前不需预热，同时由于对 S，P 等杂质控制严格，热影响区也不会发生高温液化裂纹。含 Ni 钢有回火脆性，
16、需要注意控制焊后回火温度及冷却速度。四 精馏塔的制造工艺流程精馏就是通过多级蒸馏，使混合气液两相经多次混合接触和分离，并进行质量和热量的传递，使混合物中的组分达到高程度的分离，进而得到高纯度的产品。流程如下：原料（丙稀和丙烷的混合液体）经进料管由精馏塔中的某一位置（进料板处）流入塔内，开始精馏操作；当釜中的料液建立起适当液位时，再沸器进行加热，使之部分汽化返回塔内。气相沿塔上升直至塔顶，由塔顶冷凝器将其进行全部或部分冷凝。将塔顶蒸气凝液部分作为塔顶产品取出，称为馏出物。另14一部分凝液作为回流返回塔顶。回流液从塔顶沿塔流下，在下降过程中与来自塔底的上升蒸气多次逆向接触和分离。当流至塔底时，被再
17、沸器加热部分汽化，其气相返回塔内作为气相回流，而其液相则作为塔底产品采出。（一）物料的储存和运输精馏过程必须在适当的位置设置一定数量不同容积的原料储罐、泵和各种换热器，以暂时储存，运输和预热（或冷却）所用原料，从而保证装置能连续稳定的运行。（二）必要的检测手段为了方便解决操作中的问题，需在流程中的适当位置设置必要的仪表，以及时获取压力、温度、液位等各项参数。另外，常在特定地方设置人孔和手孔，以便定期的检测维修。（三）调节装置由于实际生产中各状态参数都不是定值，应在适当的位置放置一定数量的阀门进行调节，以保证达到生产要求，可设双调节，即自动和手动两种调节方式并存，且随时进行切换。（四）设备选用精
18、馏塔选用筛板塔，配以立式热虹吸式再沸器。四 容器封头的主要制造工艺流程1.封头板坯切割下料2.封头板坯拼缝焊接153.封头板坯拼缝的无损检测4.热冲压成形5.正火或调质处理6.环缝端面坡口的加工7.封头内壁的修理和清理8.封头内壁衬不锈钢层或进行不锈钢带级堆焊，如不要求衬里或堆焊，则可以直接转入下道工序，与筒体环缝組焊五 封头加工工艺过程卡产品型号部件图号封头加工工艺过程卡产品名称 封头 部件名称工序 工序名称 工序内容 车间工艺装配及设备辅助材料0 检验 原材料应符合国家标注要求的质量证书检验1 线 号料，划线，封头由整块钢板作坯料划线2 切割下料 按划线尺寸切割下料 下料等离子弧切割机3
19、热压成形 始压温度一般为 1000-1100，终压温度为850-750；压制前先清除表面的杂质和氧化皮；在水压机上用凸凹模一次压制成形成形加热装置，水压机4 二次划线 号料，划线，划出封头余量划线5 封头余量切割用氧气切割割去加工余量，同时加工出坡口切割氧气切割机6 热处理 热处理消去热压成形时的参余内应力热处理热处理加热炉7 检验 外观检验，尺寸检验，合 检16格后才与筒体装配 验六封头环缝焊接工艺过程卡单位： 工程名称：封头焊接工艺制定部位（件）名称：封头环缝焊缝号：B1.B2执行标准：GB150-1998焊接方法 ： CO2保护焊材 料： 09MnNiDR 厚度级别： 16-34mm 接
20、头型式：对接接头焊接位置： 水平固定、全位置接头型式简图：预热及中间热处理：无需预热，层间温度不低于 60。焊后热处理： 无焊接材料及要求：CO2保护焊焊丝：H08Mn2SiA 焊丝直径：1.2mm 要求：具有质量检验合格证；未受潮、无污染、干净等； 技术要求：1坡口采用机械加工，坡口保持平整不得有裂纹、分层、夹渣物等缺陷，坡口边缘 20mm 处应呈金属光泽，不得有油污、锈物、涂层等污物； 2CO 2保护焊引弧板至少需要 30cm3引弧采用直接短路法接触引弧，引弧前使焊丝端头与焊件保持 23mm 的距离，若焊丝头呈球状则去掉。4. 经 清 理 的 焊 丝 和 焊 件 ， 焊 前 严 禁 玷 污
21、 ， 否 则 应 重 新 清 理 。注意事项：1、 焊前清理是否符合要求；2、表面气孔：焊条按规定的温度和时间进行烘焙，焊接区域必须清理干净，焊接过程中选择适当的焊接电流，降低焊接速度，使熔池中的气体完全逸出；3、焊缝夹渣：多层施焊应层层将焊渣清除干净； 填 充 金 属 电 流焊接层数 焊接方法 牌号 直径 极性 大小（A）电 压（V）焊接速度（m/min）单层 CO2保护焊 H08Mn2SiA 1.2mm DCRP 105120 19 40多层 CO2保护焊 H08Mn2SiA 1.2mm DCRP 120135 19 50外观要求： 内部要求：焊缝检查1、 焊 缝 表 面 不 应 有 裂
22、纹 、 未 熔 合 、 气 孔 、 弧 坑 、和 飞 溅 物 ， 焊 缝 外 不 得 有 打 弧 点 。2、 焊 缝 余 高 :0 3mm。3、 焊 缝 与 母 材 应 圆 滑 过 渡 。无损探伤：100%射线探伤，透照质量不低于 AB 级，符合 JB/T4730.2-2005 标准，检查结果达到级合格。100%外观检测。17编 制 审批 日 期七 参考文献1.化工单元过程及设备课程设计 ，匡国柱、史启才主编，化学工业出版社，2002 年。2.金属材料焊接英若彩主编，机械工业出版社，2000 年。3.焊接结构生产邓洪军，李莉主编，机械工业出版社，20094.汪东明，高增福，唐峰.国内外换热器管
23、子管板焊接技术综述J.压力容器，5. 陈永宁.管子与管板先胀后焊与先焊后胀工艺性能比较J 压力容器，1981,(1)6.秋恩哲.管与管板的内孔焊接及其应用J. 管道技术与应用，1998,(6):16-187. 周瑞强.换热器管与管板连接的工艺对比J.工艺与工艺装备.2001(11):42-448. 洪学立等. 管子管板内孔焊的实际应用J.压力容器. 第22期第5卷:30-31,9.史建涛.换热器管子和管板焊接接头浅见J.广州化工.2009(37)6:168-17010.日佐藤邦彦等,焊接接头的强度与应力J,机械工业18八 结束语课程设计的两周是充实，充满困难，辛苦和收获。在这两周中，我几乎将课
24、程设计的第三，五章翻烂了。尤其是在设计受力分析的时候，我还编了个 excel 表格，减少了时间提高了效率。我觉得，在设计中，找资料的能力也得到了提高，从物性参数到标准件尺寸和各种图表，都需要找资料，查图表，算参数等等。这都锻炼了我这方面的能力，所谓设计就是查资料的能力，现阶段的设计都需要标准。而且由于化工过程参数多，所以查图表也变得尤为重要。这次课程设计给了我很多这方面的经验教训。至于作图，由于我的基础较好，并不是很困难。但是我在作图中也是做到了精益求精，每一个尺寸和角度，我都很认真的进行绘制，并尽量按要求画图。课程设计使我收获颇多。不仅锻炼了找资料，消化知识并进行再设计的能力，还锻炼了我的 word 和 excel 能力，并从和同学们的交流中，找到自己工作中的错误，汲取他人优秀的设计思想和方法，使自己的设计尽量达到优秀。并且在交流中也增进了友谊和合作能力。本次设计，实际上说，由于时间紧，经验少，工作量大，还是有很多不尽如人意的地方，比如，由于十分复杂，为了节省时间的19设计由于时间太紧，很多都是参考了别人的别人的设计。 总的来说，这的确是段难忘的经历。2021222324
