高压氮气球形贮罐的制备方法

摘要

本发明涉及一种高压氮气球形贮罐的制备方法。包括下述步骤：上、下半球壁厚的设定——上、下半球的下料展开计算——上、下半球的下料要求——上、下半球的外委成型——锻件机械加工——人孔及接管焊后的二次加工——人孔盖的装配——总装及工装——热处理及耐压试验。解决了现有技术中加工球形贮罐工艺存在的诸多难点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮气贮罐的制备方法，尤其涉及一种高压氮气球形贮罐的 制备方法。

背景技术

高压氮气贮罐通常形状有筒形和球形两种，这里介绍的高压氮气贮罐主要 指的是高压氮气球形贮罐。高压容器主要用于特殊行业，是需要特殊压力的设 备，具有稳压，缓冲，除水等作用。高压容器不同于一般的钢制容器，它应用 不广泛，仅应用于军事工业的炮筒、核动力装置和化工、石油工业合成反应的 高压缓冲与贮存及电力工业的核反应堆、蓄电器等。但现有技术，加工高压氮 气球形贮罐的工艺难点多，主要体现如下：

①壁厚的设定；

②上、下半球的展开；

③人孔及接管焊后的二次加工；

④人孔盖的装配；

⑤总装及自制工装；

⑥热处理及耐压试验。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种高压氮气球形贮罐的 制备方法，解决了现有技术中加工球形贮罐工艺难点多的问题。

本发明的制备方法包括下述步骤：

步骤1，上、下半球壁厚的设定：

上、下半球钢材厚度等于名义厚度加上加工裕量，上、下半球封头加工裕 量为封头成形厚度的减薄率，减薄率为钢板名义厚度的13％～14％；

步骤2，上、下半球的下料半径：

理论值加上工艺附加量，半球饼下料半径公式为：

R＝1.414r+2δn(名义厚度)+50mm

步骤3，上、下半球的下料要求：

(1)上、下半球展开划线前先对整张板的四边50mm外进行超探，不允许有 裂纹、分层等缺陷，待检验确认后方可进行，球头划线时先在板材画出中心线， 然后再划出饼料外圆，注意距板材边部让出50mm；

(2)采用火焰切割下料时，应清除熔渣及有害杂质，并采用砂轮或其他工 具将周边加工平整，露出金属光泽，火焰切割前需要预热到125℃；

步骤4，上、下半球的外委成型：

(1)半球形封头HHA按照GB/T25198-2010《压力容器封头》标准压制成型， 不允许拼缝；半球形封头成型后需进行正火热处理，并有与半球形封头相同加 热工艺的母材热处理试板；半球形封头成型后进行表面100％磁粉检测，按照 JB/T4730.4-2005规定评定级别为Ⅰ级合格；

(2)所有坡口加工时，坡口预定线100mm处按照JB/T4730.3-2005规定进 行100％超声波检查，无裂纹、夹渣、裂纹；坡口加工后按照JB/T4730.4-2005 进行100％磁粉检测，无裂纹；

步骤5，锻件机械加工：

锻件应符合NB/T47008-2010所规定的Ⅲ级要求，坡口按JB/T4730.5-2005 进行100％渗透/磁粉检测，Ⅰ级合格；锻件要进行拉伸和夏比(V型缺口)冲击 试验(0℃)AKv≥34J；锻件粗加工后要进行100％超声波检测，Ⅱ级合格；锻件 加工后表面按JB/T4730.5-2005进行100％渗透/磁粉检测，Ⅰ级合格；

步骤6，人孔及接管焊后的二次加工：

根据GB150和HG/T20583要求，罐体与人孔或接管组焊后预留出二次加工裕 量；

步骤7，人孔盖的装配：

上、下半球总装前需将人孔盖装入上半球内，先进行人孔盖预装，预装位置 确定后，将支耳与上半球定位并焊接，然后再将人孔盖所有连接件拆下来，待 上、下半球总装并进行热处理后，在装个罐体内表面喷砂、除锈、清理干净后， 再重新将所有人孔盖部件装配，准备进行下一工序的耐压试验；

步骤8，总装：

上、下半球进行总装；

步骤9，热处理及耐压试验：

(1)整体热处理时，对法兰密封面涂抹石墨防氧化类膏剂，热处理后密封 面用水冲洗干净；

(2)耐压试验

水压试验时，不安装安全阀，安全阀口用工艺堵头封闭，待水压试验结 束后，气密性试验前再将安全阀安装，进行气密性试验；液压试验压力： 20.63MPa，液体温度为5℃；气密性试验压力：16MPa。

本发明的优点效果如下：

①精确的计算出投料的壁厚的设定；

②精确的计算出上、下半球的展开；

③精确的完成人孔及接管焊后的二次加工；

④精确的完成了人孔盖的装配；

⑤精确的完成了总装及自制工装；

⑥精确的完成了热处理及耐压试验。

附图说明

图1为本发明大型容器的结构示意图。

图2为图1的俯视结构示意图。

具体实施方式

以下参照附图，详细描述本发明。

本发明技术参数设定如下：

步骤1，上、下半球壁厚的设定：

厚度是压力容器最主要的结构参数，是在规定的载荷条件下，保证结构强 度和结构刚度以及使用寿命的基本条件之一。在GB150中规定了五种厚度，而 设计在图纸标注中通常给只出容器壁厚的名义厚度和设计厚度，钢材厚度等于 名义厚度加上加工裕量，半球形封头加工裕量即封头成形厚度减薄率通常为钢 板厚度的13％～14％，本实施例以设计图纸给定名义厚度为50mm，半径r为1000mm 为例。

减薄率厚度50mm×0.13＝6.5mm；

得出钢板投料厚度＝名义厚度50mm+减薄率厚度6.5mm＝56.5mm；

一次圆整后钢材厚度为57mm；由于市场没有57mm厚钢材；

二次圆整后钢材厚度为58mm。

步骤2，上、下半球的下料展开计算：

球形封头的下料展开计算如下。

球面积：4πr²＝πD²

半球面积：4πr²÷2＝2πr²

半球饼面积：S＝πR²即半球饼面积：S＝πR²＝2πr²

∴半球饼半径R＝1.414r＝1.414×1000＝1414

但是这只是通过计算给出的理论值，不能够作为生产实际中的下料尺寸， 还要加上工艺给的附加量才能保证半球形封头的整体尺寸。因此半球饼下料半 径公式为：

R＝1.414r+2δn(名义厚度)+50mm

∴半球饼下料：R＝1.414×1000+2×50+50≈1565mm。

步骤3，上、下半球的下料要求：

(1)上、下半球展开划线前先对整张板的四边50mm外进行超探，不允许有 裂纹、分层等缺陷，待检验确认后方可进行，球头划线时先在板材画出中心线， 然后再划出饼料外圆，注意距板材边部让出50mm。

(2)采用火焰切割下料时，应清除熔渣及有害杂质，并采用砂轮或其他 工具将周边加工平整，露出金属光泽，火焰切割前需要预热到125℃。

步骤4，上、下半球的外委成型：

(1)半球形封头HHA按照GB/T25198-2010《压力容器封头》标准压制成型， 不允许拼缝；半球形封头成型后需进行正火热处理，并有与半球形封头相同加 热工艺的母材热处理试板；半球形封头成型后进行表面100％磁粉检测，按照 JB/T4730.4-2005规定评定级别为Ⅰ级合格。

(2)所有坡口加工时，坡口预定线100mm处按照JB/T4730.3-2005规定进 行100％超声波检查，无裂纹、夹渣、裂纹。坡口加工后按照JB/T4730.4-2005 进行100％磁粉检测，无裂纹。

步骤5，锻件机械加工：

锻件应符合NB/T47008-2010所规定的Ⅲ级要求，坡口按JB/T4730.5-2005 进行100％渗透/磁粉检测，Ⅰ级合格；锻件要进行拉伸和夏比(V型缺口)冲击 试验(0℃)AKv≥34J；锻件粗加工后要进行100％超声波检测，Ⅱ级合格；锻件 加工后表面按JB/T4730.5-2005进行100％渗透/磁粉检测，Ⅰ级合格。

步骤6，人孔及接管焊后的二次加工：

根据GB150和HG/T20583要求，罐体与人孔或接管组焊后还要考虑二次加 工问题。以加强板和上半球组焊为例，从工艺性考虑预留出二次加工裕量：加 强板(人孔)与上半球组对焊接后，还要进行焊后二次加工，这样不仅要求工 艺在锻件施工单上特地注明，还要给出初加工裕量。焊后二次加工的主要原因 是保证加强板(人孔)或接管的焊透结构。

步骤7，人孔盖的装配：

在高压容器中密封结构较为特殊，不采用常见的法兰连接形式，而采用如 下密封形式：

上、下半球总装前需将人孔盖装入上半球内，先进行人孔盖预装，预装位 置确定后，将支耳与上半球定位并焊接，然后再将人孔盖所有连接件拆下来， 待上、下半球总装并进行热处理后，在装个罐体内表面喷砂、除锈、清理干净 后，再重新将所有人孔盖部件装配，准备进行下一工序的耐压试验。

步骤8总装及工装：

(1)总装时的组对尺寸

组对间隙：C＝0+2

对口错边量：b≤3.6mm

棱角度：E≤5.0mm

(2)工装

保证伸出的进气和出气接管法兰尺寸及与球罐主轴线平行，便于生产，有 效提高了工作效率。

步骤9，热处理及耐压试验：

(1)为防止法兰密封面因整体热处理产生变形、氧化等问题，在整体热处 理时，必须对法兰密封面进行保护，即对法兰密封面涂抹石墨防氧化类膏剂， 热处理后密封面用水冲洗干净。对热处理后焊缝、热影响区及其相连的母材的 硬度要求HB≤235；设备热处理后不得施焊。

(2)耐压试验

耐压试验时要注意压力表安放的位置，球罐的两块压力表试验前则分别安 放在罐顶和罐底各一块，以便观察压力变化的部位。

高压容器使用的压力表精度为1.6级，表盘直径为100mm，压力表盘刻度极 限值为最高工作压力的1.5～3.0倍，最好选用2倍。水压试验时，不安装安全 阀，安全阀口用工艺堵头封闭，待水压试验结束后，气密性试验前再将安全阀 安装，进行气密性试验。

试验过程中，如果发现异常响声、压力下降、受压元件明显变形、油漆剥 落、安全附件失效、紧固件损坏或试验系统发生故障，压力表指示值不一致等 不正常现象时，应立即停止试验，并分析原因。容器内部有压力时，不得对受 压元件进行任何修理和紧固螺栓工作。在试验压力下严禁碰撞和敲击试验容器。 在确认容器内无压力后方可拆卸试验系统和临时附件。

液压试验压力：20.63MPa，液体温度为5℃；气密性试验压力：16MPa。

本发明主要受压元件材料:板材：Q345R(正火)/GB713-2008；锻件：16Mn Ⅲ/NB/T47008-2010。

主要受压元件板材应逐张检查钢板表面质量和材料标志，应有钢厂材料质 量证明书；钢板应逐张按JB/T4730.3-2005进行超声波检测，Ⅱ级合格；同冶 炼炉号同热处理的Ⅲ级锻件组成一批，每批抽检一件，进行拉伸和夏比(V型缺 口)冲击试验(0℃)AKv≥34J；Ⅲ级锻件逐件进行超声波检测，Ⅱ级合格。

焊接时要求对接接头应全截面焊透，接管与壳体之间的接头采用全焊透型 式。焊条牌号：

Q345R或16MnⅢ与碳钢间(受压件间)：E4315；

低合金钢间E5015，碳钢间(非受压件间)：E4303；

埋弧自动焊焊丝：H10Mn2，焊剂：SJ101。

焊接接头无损检测:

A、B类按JB/T4730.2-2005进行，检测长度100％，合格级别RT不低于AB 级，Ⅱ级合格后进行UT和MT，UT不低于B级，Ⅰ级合格。

D类按JB/T4730.5-2005进行，合格级别MT，100％，Ⅰ级合格。人孔和上半球 的连接焊缝进行UT，UT不低于B级，100％，Ⅰ级合格。