Разработка технологии сборки и сварки кожухотрубчатого теплообменника этанолвода с внутренним диаметром 2390мм, длиной цилиндрической части 6450 мм, толщиной стенки 52мм из биметалла 10Х2М1 05Х20Н32Т
 Скачать 2.48 Mb.
|
1.2 Технические требованияТехнические требования по ГОСТ 31842-2012 «Нефтяная и газовая промышленность. Теплообменники кожухотрубчатые» и ГОСТ 34347-2017 «Сосуды и аппараты стальные сварные». 1.3. Характеристика материалов По справочным данным для стали 10Х2М1 по ГОСТ 10885-85 – химический состав, (табл. 1.1,табл. 1.2): Таблица 1.1 – Химический состав стали 10Х2М1по ГОСТ 10885-85
Таблица 1.2 – Механические свойства 10Х2М1
По справочным данным для стали 10Х2М1 по ГОСТ 5632-72 – химический состав, (табл. 1.3,табл. 1.4): Таблица 1.3 – Химический состав стали 05Х20Н32Т по ГОСТ 5632-72.
Таблица 1.4 – Механические свойства 05Х20Н32Т
Химический и механический состав стали 09Г2С, используемой для изготовления опорного кольца сепаратора гидроочистки приведены в таблица 1.5 и 1.6. Таблица 1.5 – Химический состав стали 09Г2С
Таблица 1.6 – Механические свойства 09Г2С по ГОСТ 19281-73
1.4 Сведения о свариваемости Биметалл представляет собой двухслойный материал, состоящий из основного материала, воспринимающего всю нагрузку при эксплуатации изделия, и плакирующего слоя, играющего роль коррозионно-стойкого материала в определенной среде. Технология гибки, вальцовки, горячей и холодной штамповки, механической обработки биметаллов существенно не отличается от технологии обработки монолитных сталей. Существенное отличие имеет сварка биметаллов, связанная с применением различных технологических процессов для соединения основного и плакирующего слоев. Стали этих слоев отличаются по химическому составу, физическим и механическим свойствам. Кроме трещин в сварных соединениях биметаллов возникают также дефекты типа пор, шлаковых включений, непроваров и несплавлений. Сварной шов аппаратуры из биметалла имеет сложную структуру, наиболее вероятно появление дефектов в зоне между сварным швом плакирующего и основного слоев. Биметалл сваривается в следующей последовательности: вначале сваривается основной металл, затем сваривается переходный слой. После чего наплавляется плакирующий металл в два слоя, отличающиеся тем, что второй слой должен обеспечить стойкость металла наплавки к межкристаллитной коррозии (МКК). Наплавка плакирующих слоев производится на шов основного металла, остывший до температуры не более 100°С, чтобы предотвратить диффузионные процессы и образование нежелательных структур в шве. В качестве основного металла биметалла используются сталь 10Х2М1, которая сваривается с предварительным и сопутствующим подогревом 150-300Со, а плакирующий слой выполняется из стали 05Х20Н32Т. Хромомолибденовая низколегированная конструкционная сталь 10Х2М1 применяется в промышленности в качестве основы для получения коррозионностойких двухслойных листов горячей прокаткой. Основными потребителями проката из данного сплава являются химическая и нефтедобывающая отрасли промышленности, авиационное и автомобилестроение. Применение низколегированных сталей с добавлением хрома и молибдена оправдано там, где стойкости к коррозии обычных хромистых сталей недостаточно. Сплав относится к качественным, так как концентрация вредных примесей (фосфора и серы) не превышает 0,03%. Наряду с хромом и молибденом легирующими добавками в составе металла марки 10Х2М1 являются никель (до 0,5%), марганец (до 0,6%) и кремний (до 0,37%). Данный комплекс обусловил устойчивость к коррозионному разрушению на воздухе и в агрессивных химических средах, а также воздействию высоких температур. Улучшить до необходимых показателей свойства проката позволяют различные методы термообработки: нормализация с отпуском, закалка с отпуском, отжиг. Именно введение в состав молибдена обусловило прокаливаемость сплава, а также избавляет его от отпускной хрупкости. Определим полный эквивалент углерода |С|э по формуле:  ,где Сх – химический эквивалент углерода; Ср – размерный эквивалент углерода.   где S – толщина свариваемой стали, мм.  ;Свариваемость с предварительным подогревом, т.к. |С|э > 0,45 Сталь 05Х20Н32Т относится к высоколегированным сталям специального назначения, а точнее к классу жаропрочных сталей. По структуре – к аустенитным сплавам без ферритной фазы.  2. Проектирование заготовительных операцийРазобьем данную конструкцию на сборочные единицы и детали. Изделие состоит из 1 цилиндрической части корпуса, 2 эллиптических днища, и 1 опорная часть. 2.1 Расконсервация металла После отгрузки металла на завод необходимо произвести его расконсервацию, т.е. удаление всякого рода загрязнений, а также окалины и следов коррозии с поверхности металла. Расконсервацию производить в следующей последовательности: Механическое удаление густых консервационных смазок, бумаги, пленок скребками; Обдувка поверхности насыщенным паром; Протирка поверхности волосяными щетками, ветошью, салфетками, смоченными керосином, уайт-спиритом или бензином марки Б-70; Просушка, обдувка сжатым воздухом; Удаление глубоких следов коррозии, царапин и трещин с помощью металлических щеток. После расконсервации листы должны сохранить маркировку завода-поставщика, должна отсутствовать вкотная окалина, риски, царапины, выводящие толщину проката за минусовой допуск. Листы не должны изменить своей геометрической формы и физико-механических свойств. 2.2 Раскрой цилиндрической части корпуса Цилиндрическая часть корпуса, может компоноваться методом обечаек и методом карт. Метод обечаек используется в нефтяной и химической промышленности для формирования цилиндрической части корпусов. При этом методе вся цилиндрическая часть делится на отдельные обечайки. Каждая обечайка собирается и сваривается отдельно с одним или несколькими продольными стыками, затем обечайки собираются в корпус.  Рисунок 2.1 – Цилиндрическая часть корпуса Определим количество обечаек по формуле:   где  – количество обечаек, шт; – длина цилиндрической части, мм; – максимальная ширина стандартного листа по ГОСТ 10885–80 на сортамент стали, [мм]. Необходимое количество обечаек должно быть целым числом. Согласно расчету, примем количество обечаек равным 3 шт. Исходя из этого, согласно ГОСТ 10885 – 80, при толщине металла S = 52 мм, примем ширину листов обечайки равную 2200 мм. Определим длину развертки обечайки по формуле:  где L – длина развертки обечайки , мм; D– диаметр аппарата, мм; S – толщина стенки, мм;  Из сортамента выбираем длину стандартного листа близкой к размеру развертки обечайки. Исходя, из полученных данных выбираем 4 листа размерами 52×2400×3900 мм и 2 листа 52х1700х3900.  Рисунок 2.2 - Цилиндрическая часть корпуса Определим коэффициент отхода на цилиндрическую часть корпуса по формуле(2.3):  где Fл - площадь листа по ГОСТ (мм2); Fзаг - площадь заготовок (мм2). Подставим числовые значения в формулу (2.3) и получим:  2.3 Раскрой эллиптического днища  Рисунок 2.3 – Схема эллиптического днища Определим диаметр заготовки днища по формуле:      – диаметр заготовки, мм;h – высота цилиндрической части днища, равное h = 40…80 мм (принимаем 40);  – припуск на обработку ( , (принимаем 1,5%) мм,  . Для экономии металла днище делаем разрезным согласно ГОСТ 34347-2017 по схеме, представленной на рисунке 2.4.  Рисунок 2.4 – Схема компоновки днища Для изготовления заготовок днищ берём 2 листа по ГОСТ 10885–85 с размерами: 52×1600×5800. Так же на этих листах располагаем технологические планки и контрольные пластины. Схема вырезки полузаготовок из стандартного листа представлена на рисунке 6.  Рисунок 2.5 – Компоновка днища Определим коэффициенты отхода на эллиптическое правое днище:  Fтех = Fкп + Fвв где Fкп - площадь контрольных планок (мм2); Fвв - площадь вводных и выводных планок (мм2). Fтех = 540000 + 230400 = 770400 мм2 Fкп = (150 ∙ 450) ∙ 8= 540000 мм2 Fвв = (60 ∙ 120) ∙32 = 230400 мм2 Подставим числовые значения в формулу (2.6) и получим:  2.4 Раскрой опорных частей (элементов) изделия Горизонтальные аппараты имеют, как правило, две опоры. Зная размер деталей в плане по чертежу и толщину металла выбрать стандартный лист, из которого с минимальными отходами можно вырезать эти детали с учетом годовой программы. Опоры, подвижные и неподвижные состоят из следующих частей:  Рисунок 2.6 – Опора 1- подкладное кольцо-2шт., 2- косынки или ребра жесткости 4шт, 2шт., 3- основание, размером -2шт, 4- гнутая стойка, размером -2шт. 1) подкладное кольцо из стали 09Г2С толщиной 25 мм; Раскрой опорной обечайки аналогичен раскрою цилиндрической части аппарата. Следует присоединять опору к днищу таким образом, чтобы срединные диаметры совпадали. Для изготовления опорной обечайки выбираем по ГОСТ 19903-74 1 лист 25×1250×7000 мм и 1 лист 25х1250х8200 мм из стали 09Г2С. Определим коэффициент отхода на 1 лист :   Определим коэффициент отхода на 2 лист :   Определение общего коэффициента отхода.  2.5 Разметка листового проката На стандартных листах намечаются контуры вырезаемых деталей. Разметка осуществляется по шаблону, который представляет собой точную копию будущей детали. Шаблоны изготовляются из тонколистового алюминия, картона или плотной бумаги. Контуры деталей наносятся мелом или керном, если для вырезки деталей предполагается длительное хранение листов. В настоящее время применяются газорезательные машины с программным управлением или фотоследящей системой, когда резка осуществляется по чертежу, выполненному тушью в масштабе 1:5 или 1:10. Разметка осуществляется еще светокопированием, то есть проектированием контуров деталей на лист в масштабе 1:1. После разметки осуществляется вырезка деталей. 2.6 Резка металла Одним из способов резки проката является плазменная резка. Данный вид резки металла позволяет получать очень хорошее качество реза, при толщине до 60 мм не требуется последующая обработка, имеет высокую производительность. Плазменная резка заключается в проплавлении разрезаемого металла за счет теплоты, генерируемой сжатой плазменной дугой, и интенсивном удалении расплава плазменной струей. В настоящее время стали распространены станки для плазменной резки с численно-программным управлением. Рассмотрим схему плазмообразования.  Рисунок 2.7 – Схема плазмообразования 1 – подача газа; 2 – дуга; 3- струя плазмы; 4 – обрабатываемый металл; 5 – наконечник; 6 – катод; 7 – изолятор; 8 – катодный узел. Для резки металла применим станок плазменной резки INCUT CNC BEVEL 3380G-SE, который не только позволяет производить резку металла без предварительной разметки, но и имеет возможность выполнять подготовку кромок под сварку. Таблица 2.1 - Технические характеристика станка INCUT СNС 3380G-SE
Продолжение таблицы 2.1
Для вырезки отверстий под штуцера в собранном и сваренном корпусе применим переносная 5-ти осевую машину вырезки отверстий и вварки горловин в обечайках МСМ-1000 Promotech. Принципиальная схема машины приведена на рисунке 2.8. Технические характеристики представлены в таблице 2.2.  Рисунок 2.8 – Схема машины МСМ-1000 Promotech. 1- стенка аппарата; 2 – магниты; 3 – блок питания; 4 – консоль перемещения по оси У; 5 - консоль перемещения по оси Х; 6 – держатель с режущей головкой. Таблица 2.2 - Технические характеристики машины МСМ-1000 Promotech
2.7 Вальцевание Вальцевание – это заготовительная операция получения обечайки из листового материала в специальных валковых листогибочных машинах. Получение деталей методом вальцевания осуществляется на гибочных валках 2, 3 и 4 валковых. Четырехвалковые машины считаются наиболее универсальными, точными и простыми в эксплуатации. Мгновенное и идеальное центрирование листа на этапе загрузки возможно благодаря использованию одного из боковых валков как ориентира для отсчета. Это позволяет выполнение операции одним оператором.  Рисунок 2.9 – Принципиальная схема четырехвалкового вальцевания1- верхний валок; 2 – опорный приводной валок; 3 – боковые валки; 4 – заготовка Выбираем листогибочную машину DEKA W12- 60х3000, на машинах данной серии возможна гибка листов толщиной от 8 мм до 60 мм и шириной до 4000 мм; универсальные и точные валковые машины; приводным является верхний и средний вальцы; главный и вспомогательный приводы – гидравлические. Технические характеристики приведены в таблице 2.3. Таблица 2.3 - Технические параметры 4-х валковой гидравлической машины DEKA W12- 60х3400
Вальцевание листового материала может производиться как в холодном, так и в горячем состоянии в зависимости от свойств материала и возникающих при этом деформаций. При вальцевании для определения деформаций используют зависимость:  Если это условие выполняется, то деформации в растянутой зоне больше 2,5% и вальцевать следует в горячем состоянии. Рассчитаем ожидаемую деформацию для обечаек корпуса:  Таким образом, деформации превышают допустимые и вальцевать следует в горячем состоянии при температуре 250 ˚C. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||