CN109396745A - 一种压力容器用热套筒体的高精度套合工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力容器用热套筒体的高精度套合工艺，包括制作外筒体、制作衬里筒体和热套步骤，其中热套步骤包括A定位预组配：将衬里筒体用衬里吊装工装起吊固定后，与放置在底座工装上的外筒体进行预组配，并标记最佳热套工位；B加热：将外筒体和底座工装加热至外筒体的内径膨胀量达D(0.4～0.6)%；C套合：将平车移动至步骤A中标记处，缓慢且垂直放下衬里筒体，自然冷却；D检查指标符合相关标准的要求。本发明通过配合使用底座工装和衬里吊装工装，可以快速且精确的进行外筒体和衬里筒体的热套，工艺应用范围广，同时外筒体的材料金相组织和性能不受损害，整个操作过程简单便捷，制得的热套筒体质量稳定，报废几率减小。

Description

一种压力容器用热套筒体的高精度套合工艺

技术领域

本发明属于压力容器制造工艺技术领域，具体涉及一种压力容器用热套筒体的高精度套合工艺。

背景技术

随着压力容器制造技术的不断进步，热套式筒体结构因具有可降低成本，生产周期短，抗脆性能好等优点而被成功应用在合成塔、加氢反应器、氨分离器、尿素合成塔等各种压力容器上，尽管如此，仍有大部分制造企业根本不敢轻易尝试热套筒体的制作，因其制得的热套筒体质量不符合相关规定，不仅延误了工期，还浪费耗材和能源，有的甚至直接报废；综合看来，目前影响热套筒体质量的因素主要有：内外筒节在制作过程中过盈量、圆度和平直度等的各项指标控制不当；套合时精度控制不佳，导致热套筒体的套合面质量不符合相关标准，内筒节出现严重变形；同时传统的热套筒体在制作时，都需要相应的提高外筒节的热套温度，这样会使外筒节的材料金相组织和性能受到损害或发生改变，从而影响整个热套筒体的质量。此外，化工生产中的一些设备采用堆焊衬里的方式明显不能满足设备的工作需求，而不得不采用热套衬里的方法，衬里层的厚度一般为8～12mm，比一般的热套筒节更薄，其在热套时的操作越需谨慎，精度也越难控制。因此，研制开发一种操作简便、质量稳定、材料性能不受损害且适用范围广的压力容器用热套筒体的高精度套合工艺是客观需要的。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种操作简单、产品质量稳定、材料性能不受损害、适用范围广的压力容器用热套筒体的高精度套合工艺。

一种压力容器用热套筒体的高精度套合工艺，包括以下步骤：

①制作外筒体：对板材进行下料、卷圆、纵缝焊接、校圆工序后制得内径为D的外筒体，外筒体的圆度小于2D/1000，直线度小于1mm，端面平行度小于1mm；

②制作衬里筒体：对衬里板材进行下料、卷圆、纵缝焊接、校圆工序后制得外径为d的衬里筒体，衬里筒体的圆度小于1.5d/1000，直线度小于1mm，端面平行度小于1mm；d的尺寸比D大0～2mm；

③热套：

A定位预组配：在热处理炉出口端轨道上侧设置能将衬里筒体高精度垂直吊装的衬里吊装工装，把步骤②制得的衬里筒体用衬里吊装工装起吊固定；把步骤①制得的外筒体竖直安装在能与外筒体共同加热的具有支撑限位功能的底座工装上，并将外筒体和底座工装整体安装在可沿轨道往复进出热处理炉的平车上；将衬里筒体与外筒体进行预组配，在轨道上标记出能使衬里筒体与外筒体中心对正的最佳热套工位；

B加热：将外筒体和底座工装送入热处理炉中进行整体加热，加热到外筒体的内径膨胀量达D(0. 4～0.6)%，保温10～20min，加热温度和保温时间据外筒体实际采用钢材的热膨胀性能及温度对材料金相组织和性能的影响确定；

C套合：将平车移动至步骤A中标记的热套工位处，缓慢放下衬里筒体使其垂直落入外筒体内；自然冷却后拆除衬里吊装工装和底座工装；

D检查：检查热套筒体的贴合度等指标符合压力容器用筒体相关标准的要求。

进一步的，步骤①中，外筒体纵缝焊接后，对焊缝进行焊后消除应力热处理，并将内侧焊缝打磨至于母材齐平，内壁整体进行喷砂处理；步骤①和②中，外筒体和衬里筒体制作完成后均对端面进行机加工，外筒体和衬里筒体的长度差小于1mm；底座工装包括环座和沿环座周向均匀设置的限位块，限位块与环座上端面组成外筒支承台，环座内沿加工有环形衬里支承台，衬里支承台的外径大于D；限位块上加工有吊装孔。

所述衬里吊装工装包括上定位环板和下定位环板，上定位环板上表面的周向均布有3个以上吊耳，上定位环板和下定位环板之间通过螺栓组件连接；上定位环板的外径大于外筒体的外径，下定位环板的外径小于外筒体的内径D，上定位环板的下端和下定位环板的上端加工有锥台型的衬里筒体定位凸台，衬里筒体定位凸台的锥台大端外径与衬里筒体内径相同；螺栓组件沿环座周向均匀设置。

本发明具有以下有益果：采用上述的套合工艺时，首先在外筒体和衬里筒体的制作上，都让其满足比一般要求更高精度的要求，以确保热套工序的顺利进行；在热套工序中将衬里筒体用能将其高精度垂直吊装的衬里吊装工装起吊固定后，与放置在具有支撑限位功能的底座工装上的外筒体进行预组配，并标记最佳热套工位，再对外筒体进行加热处理，最后再将热处理后的外筒体与衬里筒体在最佳热套工位处进行套合。衬里吊装工装的运用使得衬里筒体始终保持垂直下落，底座工装则对衬里筒体的下落的截止位置进行固定，即使在套合后自然冷却的过程中也能保证衬里筒体的上下端面分别与外筒体的上下端面平齐，不发生错位现象，底座工装对衬里筒体和外筒体都可以起到轴向的支撑作用，而衬里吊装工装主要对衬里筒体径向起支撑作用，防止其在热套工序中出现变形的情况；通过配合使用底座工装和衬里吊装工装，保证了套合时外筒体和衬里筒体的中心线重合，且中心线的对正可以快速而精准，外筒体的热套温度可不需提高太多，不会造成外筒体的材料金相组织和性能的损害，使用该套合工艺后，使得整个操作过程简单便捷，且制得的热套筒体质量稳定，该工艺应用范围广泛，筒体的报废几率大大减小。

附图说明

图1为本发明中底座工装和衬里吊装工装配合使用的结构示意图；

图2为底座工装结构示意图；

图3为上定环板21的结构示意图；

图4为图3中Ⅰ处的局部放大图；

图5为下定环板22的结构示意图；

图6为图5中Ⅱ处的局部放大图；

图7为步骤③热套的操作示意图。

图中：1-外筒体，2-衬里筒体，3-热处理炉，4-平车，11-环座，111-衬里支承台，112-外筒支承台，12-限位块，121-吊装孔，21-上定位环板，22-下定位环板，23-螺栓组件，24-吊耳，25-衬里筒体定位凸台，26-行车。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

实施例1：本实施例1所述的一种压力容器用热套筒体的高精度套合工艺，采用外筒体的材料为16MnR，内径1000mm，壁厚30mm，衬里筒体的材料为13MnNiMoR，外径1002mm，壁厚10mm进行热套筒体的试制，主要包括以下步骤：

①制作外筒体1：对板材进行下料、卷圆、纵缝焊接、校圆工序后制得内径为1000mm的外筒体1，外筒体1的圆度小于2mm，直线度小于1mm，端面平行度小于1mm；

②制作衬里筒体2：对衬里板材进行下料、卷圆、纵缝焊接、校圆工序后制得外径为1002的衬里筒体2，衬里筒体2的圆度小于1.5mm，直线度小于1mm，端面平行度小于1mm；衬里筒体2的外径d尺寸比外筒体1的内径D大2mm；

③热套：如图7所示，分别制作衬里吊装工装和底座工装后进行以下步骤：

A定位预组配：在热处理炉3的出口端轨道上侧设置能将衬里筒体2高精度垂直吊装的衬里吊装工装，把步骤②制得的衬里筒体2用衬里吊装工装起吊固定；把步骤①制得的外筒体1竖直安装在能与外筒体1共同加热的具有支撑限位功能的底座工装上，并将外筒体1和底座工装整体安装在可沿轨道往复进出热处理炉3的平车4上；将衬里筒体2与外筒体1进行预组配，保持衬里筒体2的中心与外筒体1的中心相重合，同时使衬里筒体2的纵焊缝与外筒体1的纵焊缝位置相错90°，在轨道上标记出能使衬里筒体2与外筒体1中心对正的最佳热套工位；

B加热：将外筒体1和底座工装送入热处理炉3中进行整体加热，加热到330～350℃，保温10min；

C套合：将平车4移动至步骤A中标记的最佳热套工位处，缓慢放下衬里筒体2使其垂直落入外筒体1内，放下过程不可以停留或间断，自然冷却后拆除衬里吊装工装和底座工装；

D检查：检查热套筒体的贴合度等指标符合压力容器用筒体相关标准的要求。检查衬里筒体2内表面的松动面积时，不贴合面积应该小于衬里筒体2内表面总面积的7.5%，且单个不贴合位置的长度均应小于衬里筒体2外径的20%，衬里筒体2上端与外筒体1上端之间的间隙以及衬里筒体2下端与外筒体1下端之间的间隙都应小于1mm。

在进行外筒体1和衬里筒体2的制作时，首先复验材料：分别检查外筒体1和衬里筒体2用板材的厚度、表面质量及瓢曲度，经过超声探伤合格后，分别按其外筒体1和衬里筒体2的中径进行展开下料，下料时控制板材划线尺寸的对角线偏差小于1.5mm，再加工坡口，然后将板材卷制后形成外筒体1和衬里筒体2，卷制时控制外筒体1的直径误差在±1.5mm内，衬里筒体2的直径误差在±1.0mm内；再进行纵缝焊接，外筒体1的纵缝焊接后，对焊缝进行焊后消除应力热处理，衬里筒体2不作处理，然后将外筒体1和衬里筒体2的内侧焊缝打磨至于母材齐平，清除焊缝区内的焊缝加强高、错边和咬边，再将外筒体1的内表面和衬里筒体2的外表进行喷砂处理，清除铁锈及油污等的杂物；接着，对衬里筒体2和外筒体1进行校圆，使得校圆后的外筒体1和衬里筒体2的各项指标分别满足步骤①和步骤②的要求。

如图1～6所示，制作步骤③中使用的底座工装和衬里吊装工装时，其尺寸按照所应用的外筒体1和衬里筒体2的尺寸相应制作，其中底座工装包括环座11和沿环座11周向均匀设置的限位块12，限位块12与环座11上端面组成外筒支承台112，环座11内沿加工有环形衬里支承台111，衬里支承台111的外径大于1000mm；为了减小外筒体1的中心移动的可能性以及达到良好的限位作用，限位块12上加工有吊装孔121，底座工装也可以同时作为吊装外筒体的工具，优选的将限位块12设置有3～8块。

衬里吊装工装包括上定位环板21和下定位环板22，上定位环板21上表面的周向均布有3个以上吊耳24，上定位环板21和下定位环板22之间通过螺栓组件23连接，螺栓组件23沿环座11周向均匀设置6组，将上定位环板21的外径加工成大于1060mm，下定位环板22的外径小于1000mm即可，同时在上定位环板21的下端和下定位环板22的上端加工有锥台型的衬里筒体定位凸台25，衬里筒体定位凸台25的锥台大端外径等于衬里筒体2内径982mm。

在③热套工序中，当衬里筒体2落到下定位环板22的底部与环座11的衬里支撑台111相平时，上定位环板21被外筒体1的上端抵住，由于上定位环板21和下定位环板22的共同作用，衬里筒体2不会上下晃动，同时由于上定位环板21和下定位环板22上的衬里筒体定位凸台25能分别对衬里筒体2上端和下端进行有效支撑，使衬里筒体2不易发生变形。

采用上述实施例1的套合工艺后，外筒体1和衬里筒体2的对正精准且操作简单快捷，套合时的对正速度提高了一半，且制得的热套筒体经质量检验后，衬里筒体2的松动面积仅为衬里筒体2总表面积的6.5%，每个不贴合位置的长度都小于150mm，且衬里筒体2的上下端的外壁与外筒体1的内壁之间的间隙小于1.0mm，没有发生错位和变形的现象。

实施例2本实施例2所述的一种压力容器用热套筒体的高精度套合工艺，采用外筒体的材料为Q245R，内径400mm，壁厚35mm，衬里筒体的材料为14MnMoNbB，外径401mm，壁厚30mm进行热套筒体的试制，主要包括以下步骤：

①制作外筒体1：对板材进行下料、卷圆、纵缝焊接、校圆工序后制得内径为400mm的外筒体1，外筒体1的圆度小于0.8mm，直线度小于1mm，端面平行度小于1mm；

②制作衬里筒体2：对衬里板材进行下料、卷圆、纵缝焊接、校圆工序后制得外径为401的衬里筒体2，衬里筒体2的圆度小于1.5mm，直线度小于1mm，端面平行度小于1mm；衬里筒体2的外径d尺寸比外筒体1的内径D大1mm；

③热套：如图7所示，分别制作衬里吊装工装和底座工装后进行以下步骤：

A定位预组配：在热处理炉3的出口端轨道上侧设置能将衬里筒体2高精度垂直吊装的衬里吊装工装，把步骤②制得的衬里筒体2用衬里吊装工装起吊固定；把步骤①制得的外筒体1竖直安装在能与外筒体1共同加热的具有支撑限位功能的底座工装上，并将外筒体1和底座工装整体安装在可沿轨道往复进出热处理炉3的平车4上；将衬里筒体2与外筒体1进行预组配，保持衬里筒体2的中心与外筒体1的中心相重合，同时使衬里筒体2的纵焊缝与外筒体1的纵焊缝位置相错60°，在轨道上标记出能使衬里筒体2与外筒体1中心对正的最佳热套工位；

B加热：将外筒体1和底座工装送入热处理炉3中进行整体加热，加热到325～340℃，保温20min；

C套合：将平车4移动至步骤A中标记的热套工位处，缓慢放下衬里筒体2使其垂直落入外筒体1内，放下过程不可以停留或间断，自然冷却后拆除衬里吊装工装和底座工装；

D检查：检查热套筒体的贴合度等指标符合压力容器用筒体相关标准的要求。检查衬里筒体2内表面的松动面积时，不贴合面积应该小于衬里筒体2内表面总面积的7.5%，且单个不贴合位置的长度均应小于衬里筒体2外径的20%，衬里筒体2上端与外筒体1上端之间的间隙以及衬里筒体2下端与外筒体1下端之间的间隙都应小于1mm。

在进行外筒体1和衬里筒体2的制作时，首先复验材料：分别检查外筒体1和衬里筒体2用板材的厚度、表面质量及瓢曲度，经过超声探伤合格后，分别按其外筒体1和衬里筒体2的中径进行展开下料，下料时控制板材划线尺寸的对角线偏差小于1.5mm，再加工坡口，然后将板材卷制后形成外筒体1和衬里筒体2，卷制时控制外筒体1的直径误差在±1.5mm内，衬里筒体2的直径误差在±1.0mm内；再进行纵缝焊接，外筒体1的纵缝焊接后，对焊缝进行焊后消除应力热处理，衬里筒体2不作处理，然后将外筒体1和衬里筒体2的内侧焊缝打磨至于母材齐平，清除焊缝区内的焊缝加强高、错边和咬边，再将外筒体1的内表面和衬里筒体2的外表进行喷砂处理，清除铁锈及油污等的杂物；接着，对衬里筒体2和外筒体1进行校圆，使得校圆后的外筒体1和衬里筒体2的各项指标分别满足步骤①和步骤②的要求。

如图1～6所示，步骤③中使用的底座工装和衬里吊装工装安装的尺寸按照所应用的外筒体1和衬里筒体2的尺寸相应制作，其中底座工装包括环座11和沿环座11周向均匀设置的限位块12，限位块12与环座11上端面组成外筒支承台112，环座11内沿加工有环形衬里支承台111，衬里支承台111的外径大于400mm；为了减小外筒体1的中心移动的可能性以及达到良好的限位作用，限位块12上加工有吊装孔121，底座工装也可以同时作为吊装外筒体的工具，优选的将限位块12设置有3～8块。

衬里吊装工装包括上定位环板21和下定位环板22，上定位环板21上表面的周向均布有3个以上吊耳24，上定位环板21和下定位环板22之间通过螺栓组件23连接，螺栓组件23沿环座11周向均匀设置8组，将上定位环板21的外径加工成大于470mm，下定位环板22的外径小于400mm即可，上定位环板21的下端和下定位环板22的上端加工有锥台型的衬里筒体定位凸台25，衬里筒体定位凸台25的锥台大端外径等于衬里筒体2内径341mm。

在③热套工序中，当衬里筒体2落到下定位环板22的底部与环座11的衬里支撑台111相平时，上定位环板21被外筒体1的上端抵住，由于上定位环板21和下定位环板22的共同作用，衬里筒体2不会上下晃动，同时由于上定位环板21和下定位环板22上的衬里筒体定位凸台25能分别对衬里筒体2上端和下端进行有效支撑，使衬里筒体2不易发生变形。

采用上述实施例2的套合工艺后，外筒体1和衬里筒体2的对正精准且操作简单快捷，套合时对正速度提高了一半以上，且制得的热套筒体经质量检验后，衬里筒体2的松动面积为衬里筒体2总表面积的5.9%，每个不贴合位置的长度都小于70mm，且衬里筒体2的上下端的外壁与外筒体1的内壁之间的间隙小于1.0mm，没有发生错位和变形的现象。

由上述两个实施例可知，该压力容器用热套筒体的高精度套合工艺适用范围广泛，既可以应用于普通厚度的内外筒体的热套，也可以应用于外筒体1热套较薄的衬里筒体2，不受筒体厚度范围的限制，使用该套合工艺后，热套工序可快速而精准的进行，外筒体1的加热出炉温度对比传统的热套工艺可以相应的降低，从而避免对外筒体1的材料金相和性能造成伤害小，热套筒体的质量得到保证，贴合面积达93%以上，且两热套筒体间的间隙比国家标准规定的要小很多；采用该套合工艺后，衬里筒体2垂直下落的截止位置固定，不会发生错位和变形的现象，整个热套操作过程变得简单易行，热套筒体报废的几率大大减小。

Claims (8)

1.一种压力容器用热套筒体的高精度套合工艺，其特征在于：包括以下步骤：

①制作外筒体（1）：对板材进行下料、卷圆、纵缝焊接、校圆工序后制得内径为D的外筒体（1），外筒体（1）的圆度小于2D/1000，直线度小于1mm，端面平行度小于1mm；

②制作衬里筒体（2）：对衬里板材进行下料、卷圆、纵缝焊接、校圆工序后制得外径为d的衬里筒体（2），衬里筒体（2）的圆度小于1.5d/1000，直线度小于1mm，端面平行度小于1mm；d的尺寸比D大0～2mm；

③热套：

A定位预组配：在热处理炉（3）出口端轨道上侧设置能将衬里筒体（2）高精度垂直吊装的衬里吊装工装，把步骤②制得的衬里筒体（2）用衬里吊装工装起吊固定；把步骤①制得的外筒体（1）竖直安装在能与外筒体（1）共同加热的具有支撑限位功能的底座工装上，并将外筒体（1）和底座工装整体安装在可沿轨道往复进出热处理炉（3）的平车（4）上；将衬里筒体（2）与外筒体（1）进行预组配，在轨道上标记出能使衬里筒体（2）与外筒体（1）中心对正的最佳热套工位；

B加热：将外筒体（1）和底座工装送入热处理炉（3）中进行整体加热，加热到外筒体（1）的内径膨胀量达D(0. 4～0.6)%，保温10～20min，加热温度和保温时间据外筒体（1）实际采用钢材的热膨胀性能及温度对材料金相组织和性能的影响确定；

C套合：将平车（4）移动至步骤A中标记的热套工位处，缓慢放下衬里筒体（2）使其垂直落入外筒体（1）内；自然冷却后拆除衬里吊装工装和底座工装；

D检查：检查热套筒体的贴合度等指标符合压力容器用筒体相关标准的要求。

2.根据权利要求1所述一种压力容器用热套筒体的高精度套合工艺，其特征在于：所述步骤①中，外筒体（1）纵缝焊接后，对焊缝进行焊后消除应力热处理，并将内侧焊缝打磨至于母材齐平，内壁整体进行喷砂处理。

3.根据权利要求1所述一种压力容器用热套筒体的高精度套合工艺，其特征在于：所述步骤①和②中，外筒体（1）和衬里筒体（2）制作完成后均对端面进行机加工，外筒体（1）和衬里筒体（2）的长度差小于1mm。

4.根据权利要求1所述一种压力容器用热套筒体的高精度套合工艺，其特征在于：所述底座工装包括环座（11）和沿环座（11）周向均匀设置的限位块（12），所述限位块（12）与环座（11）上端面组成外筒支承台（112），所述环座（11）内沿加工有环形衬里支承台（111），衬里支承台（111）的外径大于D。

5.根据权利要求4所述一种压力容器用热套筒体的高精度套合工艺，其特征在于：所述限位块（12）上加工有吊装孔（121）。

6.根据权利要求1所述一种压力容器用热套筒体的高精度套合工艺，其特征在于：所述衬里吊装工装包括上定位环板（21）和下定位环板（22），上定位环板（21）上表面的周向均布有3个以上吊耳（24），上定位环板（21）和下定位环板（22）之间通过螺栓组件（23）连接。

7.根据权利要求6所述一种压力容器用热套筒体的高精度套合工艺，其特征在于：所述上定位环板（21）的外径大于外筒体（1）的外径，所述下定位环板（22）的外径小于外筒体（1）的内径D，所述上定位环板（21）的下端和下定位环板（22）的上端加工有锥台型的衬里筒体定位凸台（25），衬里筒体定位凸台（25）的锥台大端外径与衬里筒体（2）内径相同。

8.根据权利要求6所述一种压力容器用热套筒体的高精度套合工艺，其特征在于：所述螺栓组件（23）沿环座（11）周向均匀设置。