锅炉汽包设计说明书Word文档格式.doc
《锅炉汽包设计说明书Word文档格式.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锅炉汽包设计说明书Word文档格式.doc（35页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
3）按蒸汽压力的大小，可以分为低压锅炉（P≤2.5MPa）、中压锅炉（2.5MPa<
P≤5.9MPa）、高压锅炉（P=9.8MPa）、超高压锅炉（P=13.7MPa）、亚临界锅炉（P=16.7MPa）和超临界锅炉（P>
22MPa，即高于临界压力）。
4）按燃料和能源种类不同，可以分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、原子能锅炉、废（余热）锅炉等。
5）按锅炉结构形式不同，可以分为锅壳锅炉（火管锅炉）、水管锅炉和水火管锅炉。
6）按燃料在锅炉中的燃烧方式不同，可以分为层燃炉、沸腾炉、室燃炉。
7）按工质在蒸发系统的流动方式不同，可以分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流炉等。
2.汽包：
锅筒，也就是汽包，是锅炉中最笨重且价格昂贵的厚壁承压部件。
锅筒不但承受很高的内压，而且由于运行工况变化，还会随壁温的波动产生热应力，因而工作条件恶劣，需进行有效的运行工况监督。
锅筒工作条件复杂，出现事故的后果严重，必须严格控制锅筒的结构和材料，所用材料的化学成分、机械性能和焊接与加工工艺质量，必须经过一系列的严格检验。
3.汽包的结构
锅筒由筒体和封头构成。
（1）筒体:
指锅筒的圆筒部分，它的内径和长度与循环方式、锅炉容量、蒸汽参数及内部设备结构形式有关。
锅筒筒体通常在多辊筒卷板机上卷制而成.亚临界压力锅炉锅筒筒壁太厚，需在巨型压力机上压制.
（2）封头:
亚临界压力锅炉常为半球形，高压、超高压锅炉常为椭球形，中压锅炉为较扁的椭球形，封头上设有人孔，以便安装和检修内部装置。
封头在水压机或油压机上压制成型。
工况监督：
在锅炉起停过程中，锅筒上下壁及内外壁之间均有一定温差，产生热应力，特别是高参数锅炉锅筒壁很厚，锅筒往往成为限制起动速度的主要部件，因此必须对锅筒内外壁及上下壁温差进行测量并加强监督。
现代水管锅炉的锅筒一般是卷焊结构，由钢板卷制焊接的圆筒体，
两端焊上冲压成型的凸形封头。
锅简直径小的有数百毫米，大的可达2m左右；
锅筒长度短者几米、十几米，长者可达30m。
筒体上有很多开孔以连接各种管子。
锅筒内部装有配水装置、汽水分离装置、加药装置和排污装置等。
锅炉的主要安全附件———安全阀、压
力表、水位表等，也都装在锅筒外面。
二、锅炉汽包设计
1.设计参数：
额定蒸发量（t/h）
额定工作压力（MPa）
公称直径（mm）
20
3.0
1000
2、钢材的选择
由于=3.0MPa可知≥2.5MPa，是中压锅炉。
参照《蒸汽锅炉安全监察规程》表2-1，中压锅炉可以用16Mng钢。
表2--1锅炉用钢板
钢的种类
钢号
标准编号
适用范围
工作压力（MPa）
壁温（℃）
碳
素
钢
Q235-A，Q235-B
GB700
GB3274
≤1.0
见注①
Q235-C，Q235-D
——
15，20
GB710,GB711GB13237
20R②
GB6654YB（T）40
≤5.9
≤450
20g
22g
GB713YB（T）41
≤5.9③
合金钢
12Mng,16Mng
≤400
16MnR②
注：
①用于额定蒸汽压力超过0.1Mpa的锅炉受压元件时，元件不得与火焰接触。
②应补做时效冲击试验合格。
③制造不受辐射热的锅筒（锅壳）时，工作压力不受限制。
2.1板材16Mng的成分及力学性能
板材16Mng的化学成分及力学性能如表2-2,2-3所示。
3.汽包的尺寸计算
3.1计算压力P：
锅炉受压元件强度计算时所取用的压力值称为计算压力。
————额定工作压力
————最大流量时计算元件至锅炉出口间的压力降
————锅炉出口安全阀较低起始压力与额定压力的差值
P=3.15MPa
3.2计算壁温
锅炉受压元件的计算壁温对基本许用应力影响很大，因而必须准确地确定元件的计算壁温。
用于强度计算的计算壁温应取元件最高温度部位的内外壁温度的算术平均值，任何情况下，不应取低于250℃。
通过对比水的临界饱和温度表，可知=237℃，
=，取=250℃
3.3锅筒壁厚及长度
3.4许用应力
为基本许用应力，根据表（3-1）250℃时16Mng的基本许用应力为149MPa
为修正系数，根据表（3-2），修正系数选1.00
3.5理论壁厚
为最小减弱系数，取=0.7
为公称直径，=1000mm
=15.33mm
取用壁厚S应满足
C为附加壁厚
式中———考虑腐蚀减薄的附加壁厚，一般取0.5。
对锅筒，若时，可不计，但若腐蚀较重，应根据实际情况确定值。
———考虑钢板负偏差和工艺减薄的附加壁厚。
对于锅筒，钢板负偏差当时，=0.5，当时，=0，如负偏差值大于0.5mm时，按实际值取用。
取S=18mm
3.6锅筒的许用压力
————有效壁厚，，=17
>
P,所以筒体的压力强度合适。
3.7锅筒的长度L
3.5×
1000=3500mm=3.5m
4、封头尺寸计算
4.1封头开孔要求
锅炉受压元件上，椭圆人孔不得小于280×
380，由法兰标准尺寸表查得法兰标准尺寸有φ400，则取对应大小φ400mm的圆孔为人孔；
封头直边高度h/mm
壁厚S/mm
25
S≤8
40
10≤S≤18
50
S≥20
为1000mm，圆形封头推荐使用长短轴比值为2的标准形。
取封头内高度=250mm,h=40mm
4.2封头的展开尺寸D0
又由国标GB713-1997可知道有满足封头尺寸的钢材，所以封头可用一块钢板冲压成型。
4.3凸形封头的强度计算
承受内压力的凸形封头包括球形、椭球形和扁球形封头三种，由于椭球形封头受力情况好，所占空间较小，成型容易，是水管锅炉目前较多采用的一种形式。
4.4椭球形封头的最小壁厚
Y————形状系数，，Y=1
P————计算压力，按筒体计算压力取用。
————封头减弱系数，参照表4-1选取，=0.6
————许用应力，按筒体许用应力选用。
取用壁厚，取S=18mm
4-1封头减弱系数
封头结构形式
无孔，无拼接焊缝
1.00
有孔，无拼接焊缝
有孔，有拼接焊缝，但二者不重合
和取较小者
有孔，有拼接焊缝，且二者重合
（）
4.5校验封头允许的工作压力
按下式计算：
，所以凸形封头的压力强度合格。
5.筒体上各接管尺寸计算
5.1蒸汽管内径：
V————v=20~40m/s,取v=40
Z————额定蒸发量Z=20t/h=5.6kg/s
————查饱和蒸汽密度表可知，在247℃时，
5.2水冷壁管：
水冷壁管总截面积A的35%为蒸汽管的截面积
取水冷壁管数n=20，可得水冷壁管内径
5.3下降管：
下降管的总截面积等于水冷壁管的总截面积
取下降管数n=4，可得下降管内径
5.4给水管：
给水管内径
V————流速v=0.5~2m/s,取v=1m/s
————取
在圆筒上开孔，当圆筒直径时，开孔最大直径，且，所以以上开孔均符合要求。
5.5孔的减弱系数
两孔之间的间距t
可分别求得水冷壁管间距为167mm，下降管间距为700mm，给水管间距为700mm。
孔对筒壁的减弱系数
d————管的内径
通过上式可分别求得，水冷壁管减弱系数0.88，给水管减弱系数0.92，下降管减弱系数0.94。
6.筒体水压试验最高许用压力
————取筒体上最小减弱系数=0.88
————通过表（）取=325MPa
所以满足使用条件，合格。
7.封头水压试验最高许用压力
Y————形状系数Y=1
通过上式求得>
P
符合使用要求。
8.筒体焊缝承载能力校核
容器主要受压部分的焊接接头分为A、B、C、D四类。
a）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，均属A类焊接接头。
b）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，均属B类焊接接头，但已规定为A、C、D类的焊接接头除外。
c）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，均属C类焊接接头。
d）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类的焊接接头除外。
由草图可知不同种类的焊缝有10种，如上草图
8.1对接焊缝
筒体是由两块板拼接而成，所以焊缝B1、B2、B3是对接环焊缝，焊缝A1、A2是对接纵焊缝，对于这两个焊缝分别进行如下计算：
a.对接环焊缝的强度校核公式为
b.对接纵焊缝的强度校核公式为
所以对于封头横焊缝焊缝、锅筒筒体的横焊缝和锅筒筒体纵焊缝都满足条件。
8.2角接焊缝
蒸汽管、水冷壁管、给水管、下降管和封头人孔、头孔都是角接焊缝，即焊缝C1、C2、C3、C4、D1、D2都是角接焊缝，都选用插入是管接头，插入式管接头焊缝的一般形式如下图所示：
角接头焊缝的强度校核按照下列公式验算
内压力作用下管接头对焊缝的作用力按下列公式计算：
式中P是计算压力，d是管接头内径。
管道系统上作用于焊缝上的机械力分量再求载荷分量为：
，，，,，按下列公式计算：
式中括号表示夹角，，，，，,，分别为，，轴的力的分量；
管接头焊缝所承受总载荷示意图如下所示：
焊缝计算长度按下列公式计算：
，式中是管接头外径
焊缝计算厚度截面积按下列公式计算：
，式中a是焊缝计算厚度，l是焊缝计算长度；
焊缝抗弯截面系数按下列公式计算：
，式中a是焊缝计算厚度，是管接头外径
焊缝抗扭截面系数按下列公式计算：
，式中其中a是焊缝计算厚度，是管接头外径
应力分量按下列公式计算
焊缝强度按下列公式计算
筒体上蒸汽管最大，焊缝出现缺陷的可能性最大，对蒸汽管的强度校核如下：
焊缝计算长度；
焊缝计算厚度截面积；
焊缝抗弯截面系数：
焊缝抗扭截面系数：
焊缝的强度校核:
内压力对焊缝的作用力:
，，，
，，，，,，
由以上计算的强度远远满足使用条件，所以同理可计算水冷管、给水管、下降管、人孔的焊缝强度校核都远远满足使用条件。
三、生产制造
1.备料
根据设计图纸，对每块筒体板用计算机放大样，根据放样后的实样，提出筒体板的备料计划，要求备料筒体板的同时，要考虑到筒体焊接产品的试板用量，需复验的材质要求和安装用胎具用量以及筒体板所需的工艺余量和加工余量等，并且应尽量节省材料。
筒体板的备料除外形尺寸必须准确无误外，同时要求各项技术参数必须写清楚，以便购料。
对于筒体附件的备料，要求各项技术参数，参照技术标准，相关图纸号以及数量等必须明确、清晰。
对于筒体的一些标准附件，如开口销、垫圈等，在选购时，要求购买的数量要多于图纸上的规定数量，以便互换使用和方便维修。
此外，筒体的焊接主要采用焊条电弧焊，所以要求准备足够的焊条，并按要求做好焊前准备及处理。
2.钢材的预处理
钢材的预处理包括钢板的矫平和钢板的表面除锈两个方面。
钢板的矫平：
钢板在轧制、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支撑不当、或装卸条件不良及其他原因，可能会产生弯曲、扭曲、波浪及表面不平等变形。
当这些变形超过一定程度时，会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困难，而且会影响到成形零件的尺寸和几何形状的精度，从而影响到装配、焊接和整个产品的质量。
所以，划线、下料前必须进行钢板的矫平。
钢板的表面除锈：
钢板的表面除锈采用喷丸的方法。
喷丸是用高速喷出的压缩空气流带出来的高速运动砂粒冲击工件表面，打落铁锈，使金属表面形成均匀而较光洁的表面，并进一步释放在钢板中的残余应力。
钢材经此清理，并经喷涂保护底漆，烘干处理等工序后，既可保护钢材在生产或使用过程中不再生锈，又不影响机械加工和焊接质量。
3.检验
1）筒体卷制完成后，内外表面应光滑，无刻痕、压伤、起皱、裂纹、重皮等缺陷。
2）筒体卷制完成后，按技术条件检验各项参数，并符合技术文件上的各项技术要求。
4.坡口制备
锅炉承压壳体上的所有A、B类焊缝均为全焊透焊缝。
都要进行无损检测。
为保证焊缝质量，坡口的制备显得十分重要。
坡口形式由焊接工艺确定，而坡口的尺寸精度、表面粗糙度及清洁度取决于加工方法。
筒体纵缝通常可采取刨边、铣边、车削加工、火焰切割等工艺手段来制备。
壳壁开孔可以采用气割、车削、镗、钻等方法。
选择坡口形式和尺寸应考虑下列因素:
焊缝填充金属尽量少;
避免产生缺陷;
减少残余焊接变形与应力;
有利于焊接防护;
焊工操作方便;
复合钢板的坡口应有利于减少过渡层焊缝金属的稀释率.
常见的集中坡口形式如下图
综合考虑锅炉选用材料的焊接性，壁厚的因素，环缝焊接采用V型坡口，纵缝焊接采用U型坡口，封头与筒体的焊接采用J型坡口（坡口开在封头上）。
5.焊接
5.1焊接工艺评定
焊接前，应按国家标准《钢制压力容器焊接工艺评定》GB4708进行焊接工艺评定，并且应按立焊和横焊两种焊接位置分别评定。
然后做出有效的焊接工艺评定报告。
5.2焊材的选择
根据钢材不同的强度级别选择与母材强度相当的焊缝金属是这类钢焊材选用的基本原则，当然，与此同时还要根据产品的使用条件、产品结构和板材厚度等因素，综合考虑焊缝金属的韧性、塑性和焊接接头的抗裂性。
只要焊缝强度不低于或略高于母材标准抗拉强度的下限值即可。
若选择的焊材焊缝金属强度过高，将会导致接头的韧性、塑性及抗裂性降低，接头的弯曲性能不易合格。
由于这类钢都具有不同程度的冷裂纹倾向，所以，在等强度原则的前提下，严格控制焊材中的氢含量是非常重要的，应尽量选用低氢型的焊材。
对于强度较高的低碳调质钢焊接时，更是如此，甚至要选择超低氢型的焊材，并严格控制焊材的存放和使用。
考虑焊后加工工艺的影响。
对焊后需经热处理、热卷（热弯）的焊件，应考虑焊缝金属经受高温处理作用对其力学性能的影响，应保证焊缝金属经热处理后仍具有要求的强度、塑性和韧性等。
E5018（J507）焊条是低氢钠型焊条，它是一种碱性焊条，采用直流反接，可进行全位置焊接。
焊接前应注意以下事项：
⒈焊前焊条须经300~350℃烘焙1h，随烘随用。
⒉焊前必须清除焊件的铁锈、油污、水分等杂质。
⒊焊接时须用短弧操作，以窄焊道为宜。
5.3焊接电源
弧焊机：
按产生电流种类不同，可分为直流弧焊机和交流弧焊机两大类。
交流弧焊机实际上是符合焊接要求的降压变压器。
它将220V或380V的电源电压降到60-80V（即焊机的空载电压），从而既能满足引弧的需要，又能保证人身安全。
焊接时，电压会自动下降到电弧正常工作时所需的工作电压20-30V，满足了电弧稳定燃烧的要求。
输出电流是交流电，可根据焊接的需要，将电流从几十安培调到几百安培。
它具有结构简单、制造方便、成本低、节省材料，使用可靠和维修容易等优点，缺点是电弧稳定性不如直流弧焊机，对有些种类的焊条不适用。
直流弧焊机又可分为两类：
直流弧焊发电机和弧焊整流器。
直流弧焊发电机是由交流电动机和直流发电机组成，电动机通过带动发电机运转，从而发出满足焊接要求的直流电。
其特点是能得到稳定的直流电，因此，引弧容易，电弧稳定，焊接质量好，但是构造复杂，制造和维修较困难，成本高，使用时噪音大。
因此，一般只用在对电流有特殊要求的场合。
5.4焊接顺序及工艺参数
总的焊接顺序是：
先焊纵缝，后焊环缝；
先焊大坡口面焊缝，后焊小坡口面焊缝。
焊缝
坡口形式
焊接方法
焊材规格
预热后热
热处理
检验
A1、A2
（筒体纵缝接头）
埋弧焊（SAW）
H08MnA
φ4
HJ431
预热
≥120℃
后热
200-250℃/2h
900-980℃/70min
580-650℃/2.3h
100%
RT+
20%
UT
B1、B2、B3（筒体环缝接头）
手工电弧焊（SMAW）+
E5018
D1、D2
D3、D4（蒸汽管、下降管、等与筒体的接头）
手工电弧焊（SMAW）
C2（人孔与筒体的接头）
5.5焊接注意事项
1）坡口处理。
焊前将坡口表面和两侧至少20mm范围内的油污、水分及其他有害杂质清除干净。
所有焊缝施焊前，均须对施焊处坡口及边缘进行预热，预热温度为120～140℃。
2）焊接方法。
所有焊缝全部采用焊条电弧焊，焊条选用E5018焊条。
3）焊工布置。
要求对称均匀分布焊工，所有焊工应在统一指挥下同步施焊。
其具体要求详见后面各条焊缝的焊接工艺。
4）焊接要点。
焊接时，引弧和熄弧都应在坡口焊道上。
所有焊缝焊接时，均采用短弧操作，尽量控制电弧电压，使其稳定。
每段焊缝应一次连续焊完，如有特殊情况需中断时，则第一次焊接的层数不得少于两层。
再次施焊前，必须仔细检查，确认无误后方可按原工艺要求继续施焊，每一层的接头至少错开50mm。
5）层间温度。
在焊接过程中，层间温度不应低于120℃。
6）焊接线能量控制。
根据焊接工艺评定报告，提出合理的线能量应用范围，并应反映在焊接工艺规程中。
在施焊过程中，应对每个焊工进行实际线能量的测定。
为了控制起来简便，应用每根焊条应焊接的最小焊缝长度来控制焊接线能量。
7）角变形控制。
采用多层多道焊，焊接时焊条不作横向摆动，线能量应控制在尽可能小的范围内。
当单面焊后发现角变形超差时，应根据超差的具体情况，在焊缝反面清根时，可适当增加清根的深度和宽度，以使后续焊的焊缝产生一定的反变形，把棱角控制在允许偏差范围内。
8）碳弧气刨清根和打磨。
焊缝焊接和返修时，焊缝背面的清根及缺陷的清除采用碳弧气刨及机械去除的方法。
碳弧气刨的电源采用直流电，反接法。
压缩空气压力为0.4～0.6MPa，压缩空气流量为180L/min，必须配置水分离器和过滤装置，严格限制压缩空气中所含水分和油脂。
刨槽成形应为U形，表面平齐。
碳弧气刨后用砂轮修整刨槽，去除渗碳层，使锐角圆滑过渡，使坡口宽窄均匀。
对坡口作渗透检测，验明有无裂纹、夹渣等缺陷。
9）消氢处理。
为了使氢充分逸出，防止延迟裂纹，筒体板以及嵌入式接管与筒体壳的对接焊缝，焊后须立即进行后热消氢处理，后热温度为200～250℃，后热时间为0.5～1h。
加热方法与预热相同。
6.无损检测
筒体焊缝经外观检查合格后，按要求进行无损检测。
要求检测人员必须持有有效期内的无损探伤资格证，并且探伤经验丰富。
6.1射线和超声检测
筒体上的所有对接焊缝，须进行100%的射线检测，按JB4730-94中Ⅱ级为合格，并且须进行20%的超声波复验，按JB4730-94中Ⅰ级为合格。
7.焊后整体热处理
筒体经无损检测合格后，须进行整体消除应力热处理。
7.1焊后热处理工艺
1）焊件进炉时炉内温度不得高于400℃.
2）焊件升温至400℃后,加热区升温速不得超过5000/δ℃/h（δ----厚度,mm）,且不得超过200℃/h,最小可为50℃/h.
3）焊件升温期间,加热区内任意长度为5000mm内的温差不得大于120℃.
4）焊件保温期间,加热区最高与最低温度之差不宜大于65℃.
5）升温和保温期间应控制加热区气体,防止焊件表面过度氧化.
6）焊件出炉时,炉温不得高于400℃,加热区降温速度不得超过6500/δ℃/h,且不得超过260℃/h.最小可为50℃/h.
7）焊件出炉时,炉温不得高于400℃,出炉后应在静止的空气中冷却.
四、课程设计体会
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.通过这次的课程设计，我了解常用焊接方法的原理和应用，知道了焊接过程的注意事项及制造过程中处理问题的方式方法；
学会运用相关专业知识来解决生产中的问题；
培养在实践中研究问题，分析问题和解决问题的能力。
我们必须坚持理论联系实际的思想，以实践证实理论，从实践中加深对理论知识的理解和掌握。
实践操作是我们快速认识和掌握理论知识的一条重要途径。
这学期的课程设计
升级会员 