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压力容器技术装备的新进展(一)PDF

作者:ku游备用登录网址  来源:  时间:2021-11-27 16:03  点击:

  技术综述 ( ) 压力容器技术装备的新进展 一 陈建俊 ( ) 中国石化集团南化公司化工机械厂, 江苏 南京 210048 摘 要 :本文主要叙述了压力容器制造工艺技术装备最新进展情况, 并且简要地论述了采用新的加 工装备对压力容器制造的重大影响, 这些新装备包括切割工具、成型机器、焊接设备、热处理装置、 发运设施等和检测仪器。同时也展望了其它领域最新技术装备和仪器在压力容器制造业的应用、 提高本行业技术水平和产品质量的可行性。 关键词 :压力容器; 技术装备; 新进展 ( ) 中图分类号:TH49 文献标识码 :B 文章编号 :1001 - 4837 2004 06 - 0032 - 06 Ne w Progress of Equipment for Pressure Vessel Manufacture( 1) CHEN Jian - jun ( Sino - Pec Group Nanjng Chemical Industries Co. ,Ltd. Chemical Machinery Works ,Nanjing 210048 ,China) Abstract :The paper mainly described that new progress information of technology equipments for pressure ves sel manufacture with new processing equipments such as cutting tools ,forming machines ,welding equipments , heat treatment device ,cargo carriers ,etc ,and detective implements. At the same time ,looking forward to that feasibility of improve production technology and qualuty which pressure vessel manufacture enterprise with oth ers areas new technology equipments and implements. Key words :pressure vessel ;technology equipment ;new progress 这些工序所需工艺装备在近几年都有很大的发展变 1 前言 化。本文就此情况分别叙述如下, 供同行商榷。 压力容器是加工制造业中一个很重要的行业, 2 下料切割设备 而且压力容器又是特种设备, 它经久耐用却潜藏着 危险, 所以其制造、检验检测及使用都有严格要求。 压力容器材料费占总价格的 50 %~70 % , 所以 压力容器品种繁多、材料不同、规格不一, 无法进行 如何节省原材料, 减少下料后的边角料, 提高下料精 大批量流水线生产, 因此, 生产工艺复杂, 管理困难, 度是制造者关心的首要问题。 ( ) 劳动强度大, 效率低。但是任何事物都有两面性, 只 1 随着电子计算机的发展和智能化机器人的 要对所生产的设备进行认真地, 科学地分析研究, 也 应用, 先进的下料、切割设备层出不穷, 如近几年出 可以找出标准化、系列化的零部件来, 并且积极采用 现的台式龙门移动数控火焰切割机、数控水下等离 先进高效的工艺装备, 同样可以提高劳动生产率, 降 子切割机、自动编程、套料系统、相贯线切割机、激光 低成本, 减轻劳动强度, 并获得较好的效益。 切割机、高压水射流切割机等。其中火焰切割机主 压力容器制造的主要工序是下料、成型加工、焊 要热源是氧气乙炔、液化石油气、氢气等, 主要用于 接、热处理、检验和检测、试验、油漆、包装、运输等。 切割碳钢, 厚度可达 200 mm; 等离子切割机的热源 ·32 · 第 21 卷第 6 期 压 力 容 器 总第 139 期 ( ) 有空气、氧气、氩气、氢气、氮气等, 可切割碳钢, 也可 多, 效果更好。为了提高电极 铪及铪合金 寿命, 减 ( 切割不锈钢、钛、锆、铝、铜、镍等及其合金; 它有干式 少烧损 这类设备日常工作中最易损耗的零件且最 ) 和水下两种。干式等离子与火焰切割机一样, 噪音 贵就是电极 , 目前已有采用氧气作“保护罩”或采用 大、烟雾大、热影响区大、切割面不光滑, 有时有挂 永久磁铁控制电子发射区域, 以避免过早烧损电极。 瘤; 而水下等离子切割机噪音小, 几乎无烟雾, 且切 另外采用氧气和切割气切换等技术, 还可节省切割 割面很光滑, 不用打磨, 可直接用于焊接。为了提高 气费用。表 1 是龙门移动式火焰切割机和等离子切 切割面的垂直度, 避免挂渣, 已采用旋转气流割炬, 割机等的一些参数, 图 1 、2 是它们的外观 。 有单层旋转气流的也有双层旋转气流的, 旋转层数 表 1 机器 轨距 轨长 割炬 切割 有效 有效 切割 自动穿 最高切 自动调整机定位 最大空 参考 备注 名称 升降 形式 切割 切割 厚度 孔厚度 割速度 高精度 精度 程速度 供应地 范围 长度 宽度 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) m m ≤mm m m mm mm mm/ min mm m m/ sec mm/ 10 HWHG 35 72 火焰 52~ 27~ 6~ CS ISO 中国 200 6000 ±05 12 — 10011 ~122 ~138 等离子 178 112 200 100 8206 哈尔滨 定位 6~150 EXA 65 火焰 ±05/ ±02 16 200 14 57 5~50 80 — 12 瑞典 — 6500 ~20 等离子 10m 重复 Al75 ±03 干式 纵向导向 8000 OMNIMAT 火焰 6~150 40 ±02 65 16 200 135 55 无级 — 12 德国 — LK6500 等离子 5~80 水下 重复 可调 30 ±03 数控火焰/ CS 等离子龙 火焰 6~150 60 中国 65 16 — 14 57 3000 — ditto 9 — 门移动式 等离子 5~50 等离子 无锡 切割机 35 数控火焰/ 火焰 纵向导向 等离子龙 火焰 70 70 ±02 中国 4 12 200 10 28 8000 — 10 — 门移动式 等离子 45 等离子 重复 无锡 切割机 45 ±03 圆 便携式自动200~300 1120 — 火焰 — 09 5~50 — 01~09 — — — 日本 — 仿形切割机 椭圆 160~420 012 便携式自动 80~ — 0~100 火焰 — ≥08 5~50 — ~12 — — — 日本 — 仿形切割机 600 rpm CS:6 CWC 15~ SS:12 中国 数控高压水 — — — 高压水 1~2 — — — — — — 3 Cu :6 济南 力切割机 Al :8 CS:25 LLF3015 最大 SS:15 中国 - 40E — — 150 激光 3 15 — — — — — 功率 Cu :5 青岛 激光切割机 4000W Al : 15 注 :数控火焰/ 等离子龙门移动式切割机。 ( ) 数控龙门移动式火焰 、等离子切割机根据不同 2 水力切割可以代替刀具加工, 也可代替激光 的生产厂家和不同的用途有不同的配件组合, 在选 等离子体、超声波等的加工, 在某些地方可能是唯一 购时要认真阅读产品说明书, 选择合适的配置。这 的加工方式, 水射流可以与激光一样, 是一种理想的 类切割机比较适合一般压力容器和化工设备制造厂 点状工具, 可以加工任何复杂的曲线 mm 。与火焰及等离子切割相比, 碎末少, 切 ·33 · ( ) CPVT 压力容器技术装备的新进展 一 Vol21. No6 2004 口可从板料任何位置开始。切割区温度不大于90 何级数降, 甚至低于传统的加工方法。 ℃, 即使在切割区最近处也不会有热变形、热熔化现 象发生, 材料的物理性能不会有任何改变。这对某 些热敏感的材料特别重要, 如锆、钛以及 CrMo 钢等 非常有利。 图3 数控水力切割机头 图 1 数控龙门式干式火焰 、等离子切割机 图4 数控水力切割机外形 ) 3 无需刀具和模具。在计算机控制下, 可直接 图2 数控龙门式水下等离子切割机 实现二维、三维任意形状的板和壳体类柔性加工, 特 水力切割设备一般采用高压泵将水加压到数百 别适用于新产品研制开发阶段的多品种、小批量的 ( ) 兆帕 最高要达到 380 MPa , 然后通过很狭小切割 钣金类零件的加工, 可省去费用很高的模具设计、制 头中心孔以射流的形式喷出, 并带动切割头周围夹 造费, 极大地减少生产时间。 套内的磨料悬浮液连续冲击工件表面, 从而击碎并 ) 4 切缝一般只有 015~04 mm 。切口光洁、无 割断物体。水力切割机外形及切割头见图 3 、4 , 其 毛刺, 几乎不必再精加工, 省去后续加工的费用, 也 缺点是切割头易损。 可以降低成本。 ( ) 3 激光切割机是当前各国应用最多的激光加 激光切割的现场照片见图 5 。由于激光器的功 工技术。在国外许多领域, 如汽车制造业、机床制造 率还不够大以及激光机的价格较高, 目前在压力容 业、航空航天工业等都采用激光切割对零部件的加 器制造业的运用还为时过早, 但是随着激光加工的 工。随着大功率激光器的光束的质量的不断提高, 优点不断被人们所认识和激光器的不断改进, 在压 激光切割的对象几乎包括了所有的金属和非金属材 力容器制造业的运用前途将是无限广阔的。 料。可以利用激光对高硬度、高脆性、高熔点的材料 3 成形装备 进行形状复杂的三维立体零件切割, 这也是激光加 工的最大优势之一。激光切割的主要优点有 : 压力容器的成形主要是指锻制、弯卷、模压、旋 ) 1 光切割是非接触光学热加工, 被称为“永不磨 压和机加工等。锻制和加工的设备与其他机械制造 损的万能工具”, 加工后的零件没有任何变形。 没什么大的区别, 在此不再赘述。 ) ( ) 2 激光切割效率高。以 1mm 的铝板为例, 切割 1 弯卷成形适用于板材、管材和型材, 是除锻 速度可达40 m/ min 。高效率使得单件加工成本成几 造成形工艺外的制造筒体、封头、法兰、管件、型钢圈 ·34 · 第 21 卷第 6 期 压 力 容 器 总第 139 期 的主要方法。 如图 7 所示 。 表 2 冷卷 热卷 宽度 重量 ( ) ( ) 弯 弯 类别 使用厂 制造厂 厚度 厚度 ( ) ( ) mm t (mm) (mm) 德国 弯板机 美国 CE — 380 6000 1700 Sack 卧式 比利时 意大利 190 380 3600 560 卷板机 Cockerill Boldrini 俄罗斯 瑞士 图5 激光切割机正在切割板材 ditto 伏尔加 Hausler 150 250 4000 — 格勒容器厂 厚板的弯曲成型可以是弯板机成型 、卷板机成 美国 型, 或压力机压弯成型。目前世界上, 按成型厚度 Babcock& 看, 不论是热弯还是热卷最大的厚度都已达到 380 ditto Welcox — 179 355 3600 — MatVernon mm 。我国的卷板机在20 世纪 90 年代以前, 冷卷能 Works 力不大于 120 mm , 近几年来有较大的提高, 最厚冷 美国 Chicago 卷 160 mm , 热卷 250 mm 。图6 是我国国产最大的卷 Bridge& ditto — — 278 3000 — 板机外形。表 2 是国外部分厂家大型卷板机和压卷 Iron Co Memphis 机的有关数据 。表3 是我国部分厂家的大型卷板机 Works 和压卷机的有关数据 。 英国 Babcock ditto &Welcox Co — 114 285 4000 — Renfrew Works ditto 日本IHI — 200 300 3800 — 德国 ditto GHH Sterkrade — — 305 3050 — Works 法国 Framatome ditto — 180 — 3500 — CoChalon Works 图6 国产最大的卷板机 意大利 Belleli 由于锻制压力容器筒节的制造成本不断降低, Mantoua ditto — 125 250 4000 — 冷卷 200 mm , 热卷 380 mm 以上的卷板机已没必要。 &Tranto Works 从我国钢厂的轧板能力以及全球经济一体化的角度 比利时 ( ) 看, 我国的大型卷板或弯板机 见表 3 能力应该是 ditto Cockerill — 190 380 3600 — 足够的。如果进口特厚钢板卷制, 不如进口特厚筒 Works 节方便和经济。但卷板机的结构目前已有很大的改 中小型卷板机的结构也有很多改进 , 在此不一 ( ) 进, 从传统的对称三辊 不能预弯 、不对称三辊和对 一细谈。不过要特别指出的是有能卷 10 m 长筒节 称四辊式结构向水平下调或水平上调预弯式发展, ( 的卷板机已在西气东输的管道铺设工程中使用 过 提高了钢板预弯能力, 节约了原材料; 从全机械式结 ) 去最长的是 8 m ; 还有一种上辊衬硬橡胶的卷板机 ( ) 构向半液压 调节和传动均采用液压 发展, 有利于 在制造奥氏体不锈钢、钛、锆、镍、镍基合金及其他有 稳定操作。 色金属等需要防止铁离子污染的场合非常适用。目 立式卷板机在国外曾经作为热卷设备出现, 其 前中小型卷板在我国不少工厂都能生产供应。 优点是氧化皮可以自动掉落, 无需人工清除; 卷圆时 ( ) 缠绕式多层筒节包扎机 见图 8 和卡钳式整体 ( ) 错边量很小、占地面积小、需要吊车服务的时间也 无深环焊缝多层筒体包扎机 见图 9 在制造某些厚 6 壁高压容器中仍然是不可替代的, 如多层板式氨合 少。这种卷板机的最大能力达到 55 ×10 千克力, ·35 · ( ) CPVT 压力容器技术装备的新进展 一 Vol21. No6 2004 成塔、尿素合成塔、氨分离器等。缠绕式多层筒节包 旋压成型与冲压成型相比有很多优点, 主要是 扎机可包扎的最大筒节外径达 4000 mm 。 设备重量轻、工装小且成本低、利用率高, 还有径厚 表 3 ( 比大。薄壁封头用旋压法不易起皱 纵向没有, 但有 冷卷 热卷 宽度 ) 备注 时有周向皱纹 。当封头径厚比超过 7000 ∶1 时, 只 类别 使用厂 制造厂 厚度 厚度 ( ) ( ) ( ) 有采用旋压法才不会起皱。旋压成型可制成直径达 mm mm mm 哈尔滨 20 m 的封头, 因此已成为现代压力容器制造的重要 压弯机 日本 300 — 7000 — 锅炉厂 装备。 卧式 上海锅炉厂 — 120 250 4000 — 卷板机 卧式 兰州石油 — 125 250 3200 — 卷板机 化工机器厂 卧式 东方锅炉厂 — 150 250 4200 — 卷板机 长治锻 卧式 中石化南化 压设备 160 250 4000 水平下调 卷板机 化工机械厂 厂 鄂州重 卧式 金州重型 水平下调 型机器 155 250 4000 卷板机 机器厂 带托辊 厂 图8 多层筒节包扎机 中国第 卧式 杭州锅炉厂 二重型 110 200 4000 — 卷板机 机器厂 长治锻 卧式 三峡水电站 压设备 140 235 4000 水平下调 卷板机 工程处 厂 卧式 邯郸化工 — — — — — 卷板机 机械厂 ( ) 2 封头的成型以油压机、水压机、螺旋压力机、 摩擦压力机等模压为主, 但是有些落后地区甚至还 图9 卡钳式多层筒体包扎 有用钢板烧红后放在模子上锤打成型的。目前旋压 成型已是封头专业制造厂主要的生产工艺, 除了一 些企业有现成的模具和特厚的以及半球形封头才用 油压机或水压机压制。表 4 是国内外部分工厂拥有 大型油压机和旋压机的厂家 。 图 10 二步法旋压封头过程示意图 旋压方法分为两类。一类是两步法, 即第一步 将封头圆型毛坯板料放在压鼓机上利用相应的下阴 上阳的一对球型模具, 一边自动夹持和旋转, 一边逐 图7 立式卷板机正在工作的情形 步点压成锅底球曲, 然后在翻边机上旋压翻边, 直到 旋压机是外国发明创造的, 我国进口的大部分 满足尺寸要求为止。旋压这一步的动作非常快, 通 旋压机都是从德国制造的。我国目前也能自己设计 常只需 7~10 min 。两步法所用设备及工作过程见 和制造封头旋压机, 其中有哈尔滨工业大大学、济南 图 10, 用两台专门的机器分别完成两道不同的工 重型机器厂等单位。 序, 可以做到优质高效。两步法冷成型的直径范围 ·36 · 第 21 卷第 6 期 压 力 容 器 总第 139 期 表 4 旋压机最大直径 型钢、管子 ( ) ( ) 工厂名称 水压机 t 油压机 t 备注 ( ) mm 弯曲机 兰州石油化工机器厂 4000 2000 有多台 哈尔滨锅炉厂 2000 8000 有多台 可压厚 300 上海锅炉厂 2000 有多台 南化化机厂 2500 有几台 东方锅炉厂 4000 有多台 金州重机厂 1800 5200 有几台 中国一重 12000, 6000 锻压封头 120MN ,315MN , 100MN 是模锻, 中国二重 100MN 其余是自由锻 锦西化机厂 5000 有几台 上海一化机 2000 500 湘东化机厂 2200 巴陵石化机械厂 600 5200 上海石化机械厂 1200 1500 内蒙古二机厂 2000 3000 宜兴北海封头厂 6000 , 2000 9000 专业封头制造厂 齐鲁石化机械厂封头分厂 5200 专业封头制造厂 新乡石化封头厂 3150 6000 6500 专业封头制造厂 永德封头锻造厂 1600 500 6500 专业封头制造厂 天津北方旋压封头厂 6500 专业封头制造厂 锡山市前洲西塘锻压厂 4000 6500 专业封头制造厂 泰安宏达金属结构厂 8000 泰安市山口金属压力容器厂 5000 , 4000 1000 4000 碾环机 200/ 160 - 5000/ 750 ( ) 中信重型机械公司 洛阳 8000 轧环机 济南重工 1600, 5 ( ) 3000 数控碾环机 自由锻 上海重型机器厂 12000 锻压 美国 Combustion engineering Co 14000 ,6000 ,2000 Chattanooga Works 美国 Chicago Bridge & Iron 6000 CoMemphis Works 日本 IHI 8000 ,1000 日本日立制作所 8000 日本住友重机公司东予工厂 12000 3000 日本三菱重工神户造船厂 6000 法国 CLI 12000 reusot - Loire Indureie 德国 4000 开挡 5500mm Dilliger Hutttenwerke 英国 4500 ,1100 Wessoe CoDarlington Works 意大利 4000 Belleli Mantoua &Taranto Works 德国 Schleifstein 10000kN 60000kN 6000 ( ) 800~6000 mm , 特殊设计的可以达到 6500 mm 。厚 度为 3~36 mm 。如对翻边区域 下转第 56 页 ·37 · CPVT 广州地区液化石油气储罐安全现状 Vol21. No6 2004 ( ) 4 控制液化石油气中 H S 的含量, 生产厂家应 置和排污系统应尽量完善, 并对操作规程做出具体 2 按照有关标准规定, 严格控制介质中 H S 含量在 50 规定。 2 mg/ L 以下和控制 H O 的含量。有关部门最好规定 2 液化石油气生产厂家应提供产品含硫量分析报告, 收稿日期 :2004 - 03 - 28 修稿日期 :2004 - 05 - 08 ( ) 作者简介 :叶伟文 1967 - , 男, 工程师, 长期从事锅炉压力 并作为压力容器检验和管理必须检查的项目。 容器检验, 现任广州市锅炉压力容器监察检验所检验一部部 ( ) 5 液化石油气供应单位的工艺管线, 排残装 长, 通讯地址 :广州市越秀北路 243 号 。 ( ) ( ) 上接第 37 页 局部加热 电感应法, 700~800 ℃ , 爆炸成型的方法也有很大的发展变化。以前的爆炸 翻边壁厚可提高 50 %~60 % 。另一类是一步法, 即 成型是有模的, 费用高且不安全。20 世纪 80~90 年 单机旋压法。一般是重型立式旋压机, 可解决大壁 代我国航空航天工业部民品有限责任公司开发的无 ( ) 厚封头的制造问题。表 5 是国外几个厂一步法大型 模爆炸成型法 如图 11 已成功地制成各种形状容 封头旋压机的能力 。 器和空心不锈钢城市市容装饰品。与此同时, 另一 种利用充水加压膨胀的无模成型法由哈尔滨工业大 学容器与封头成型技术研究所成功开发, 主要用于 制造各种大小的球形容器和建筑物。 表 5 旋压封头 旋压封头 最大尺寸 厂名 备注 类型 直径 ×厚度 ( ) mm 美国伯利恒 采取措施, 钢铁公司 椭圆封头 4570 ×152 直径可达 Sparrow Poit Works 5700 mm 美国Jukens ditto 7000 ×165 — 钢铁公司 日本北海铁工厂 ditto 8000 ×120 数控 图 11 无模炸药爆炸成型法示意图 制造商 1 、2 、2′ 预先卷制好的金属板; 3 开孔加强板; 4 水作为介质; 5 炸 西班牙 Focasa ditto 7000 ×150 Boldrini 药固定架;6 炸药包;7 、7′ 封闭上下端的金属圆板; 8 圆孔; 9 给雷 西班牙 Focasa 球型封头 3000 ×150 — 管通电的电线 。 无模成型是对有模成型的反思 , 也是一种进步 和发展, 它不受地点和装备条件的限制。如能进一 步解决成型后材料内部的应力和焊缝质量等问题, 确保容器的安全可靠使用, 一定会成为很有前途的 容器成型法。 ( ) 3 管材和型材的弯曲成型国外基本都是采用 液压传动, 且采用程控或数控。大型弯管机以中频 弯管最普遍。它速度快、无氧化皮、管壁减薄和弯后 椭圆度都小。最近已有能弯制弯曲半径小于 1 倍管 子外径的弯管机, 还有弯曲空间曲线 所示 。 ( ) 待续 图 12 空间曲线弯管机 旋压成型虽然有许多优点 , 但它的动作很快且 收稿日期 :2004 - 05 - 26 在动态旋转中进行, 安全操作非常重要, 要达到好 ( ) 作者简介 :陈建俊 1942 - , 男, 教授级高级工程师, 国家级 质量的封头, 必须采用能力相当的旋压机, 而且应由 有突出贡献的中青年专家, 原中石化集团南化公司化工机械 熟练工人操作。 总工程师, 中国机械工程学会高级会员, 全国压力容器学会 压力容器的成型方法除以上几种外, 一种利用 第四, 第五届常务理事, 制造委员会主任委员。 ·56 ·

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