Технология аппаратостроения. Ткачев. Технология аппаратостроения
 Скачать 498.97 Kb.
|
|
Рис. 4.6 Измерение непрямолинейности образующих корпуса: fAu - расстояние от поверхности корпуса до визирного луча 3. Измерение непрямолинеИности образующих реальноИ поверхности корпуса следует проводить от визирноИ линии, заданноИ лучом лазера или натяжением струны (рис. 4.6). 4. Контроль качества сварных швов: внешниИ осмотр и обмер швов; механические испытания; металлографические исследования; испытания на металлическую коррозию; рентгено- и гаммаграфическиИ контроль; ультразвуковая дефектоскопия; магнитная дефектоскопия и др. 4.2 СБОРКА ОТДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ АППАРАТОВ 4.2.1 УСТАНОВКА ОПОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ТАРЕЛОК Установка опорных элементов контактных устроИств является одноИ из наиболее сложных в технологическом плане операциИ по сборке колонноИ аппаратура. Рассмотрим основные специфические особенности этоИ операции. 1 Разметка. На разметку корпус аппарата поступает полностью собранным и сваренным по длине с приваренными люками и штуцерами. В качестве единоИ постоянноИ базы для определения положения тарелок в корпусе приняты два реперных устроИства (рис. 4.7), устанавливаемых на корпусе в одноИ из диаметральных плоскостеИ на максимальном расстоянии друг от друга. Выверка аппарата на монтаже производится теодолитом по маркам в двух плоскостях, расположенных под углом 90° к направлению реперных устроИств. Разметка выполняется оптическим методом. В комплекс технологическоИ оснастки, предназначенноИ для оптическоИ разметки корпусов, входят: лазерныИ визир, мишень, оптическиИ разметчик (рис. 4.8). ЛазерныИ визир 1 предназначен: а) для получения параллельного пучка монохроматического когерентного света диаметром 20 - 30 мм; б) для установки бобышки репера на корпус аппарата; в) для задания направления вспомогательных технологических баз. Мишень 6 необходима для определения положения вспомогательноИ технологическоИ базы внутри аппарата. СтоИка 8 мишени служит также для установки бобышки на корпус, а струна 7 для установки мишени при разметке корпуса переменного диаметра. ОптическиИ разметчик используется для определения на внутреннеИ поверхности корпуса точек под установку опорных элементов тарелок. Используя явление дифракции монохроматических лучеИ, разметчик позволяет получить на поверхности корпуса четко видимыИ крест или точку. Рис. 4.7 Схема установки реперного устройства: 1 - бобышка репера; 2 - репер; 3 - марка Рис. 4.7 Схема установки реперного устройства: 1 - бобышка репера; 2 - репер; 3 - марка Рис. 4.8 Схема разметки опорных элементов: 1 - лазерный визир; 2 - бобышка репера; 3 - кольцо калибровочное; 4 - роликоопора; 5 - разметчик; 6 - мишень; 7 - струна; 8 - стойка; 9 - корпус Рис. 4.8 Схема разметки опорных элементов: 1 - лазерный визир; 2 - бобышка репера; 3 - кольцо калибровочное; 4 - роликоопора; 5 - разметчик; 6 - мишень; 7 - струна; 8 - стойка; 9 - корпус Для калибровки корпуса используют калибровочные кольца 3 (см. рис. 4.3, а). Разметка производится в следующем порядке: • определяют положение четырех главных осей на наружной и внутренней поверхности корпуса и вспомогательных (под установку деталей и узлов тарелок, привариваемых к корпусу) с помощью отвеса; • находят две контрольные точки для расположения контрольных кольцевых линий и точек для установки опорных элементов (с помощью рулетки); • устанавливают и закрепляют к стойкам лазерного визира и мишени бобышки реперов; • устанавливают лазерный визир и мишень; • наносят с помощью оптического разметчика кольцевые контрольные линии под установку опорных элементов; • прихватывают бобышки реперов к корпусу аппарата; • снимают технологическую оснастку; • размечают на внутренней поверхности корпуса места под установку привариваемых деталей и узлов; • размечают на наружной поверхности корпуса базовые линии под установку вертикальной опоры. Главные оси на наружной и внутренней поверхностях, вспомогательные оси отбиваются с помощью намеленной нити. Концы линий кернят (по плакирующему слою отмечают краской) (рис. 4.9). Ширина линий не более 1 мм. 2 Рассмотрим порядок установки деталей, привариваемых к корпусу (на примере однопоточных клапанных тарелок). Последовательность сборки следующая: а) настраивают шаблон, зафиксировав профиль корпуса по месту монтажа сегментов; б) обрезают сегменты по шаблону и в сборе с угольниками и косынками подают в корпус аппарата; в) устанавливают сегменты в сборе поочередно по разметке, выдерживая размер K (рис. 4.10); г) устанавливают косынки по разметке; д) устанавливают по разметке перегородки в сборе с угольниками; е) поворачивая корпус в удобное положение, устанавливают по разметке полукольца и косынки тарелок. В процессе установки деталей прихватывают их к корпусу (рис. 4.11). 3 Сварка деталей и узлов тарелок. Производится ручной или полуавтоматической электродуговой сваркой. Легированные стали - ручной электродуговой. 4 Установка коробов и балок тарелок в корпус. Производится с помощью двутавровой балки и тали. В процессе установки контролируют правильность расположения деталей и узлов тарелок и зазоры под сварку между корпусом и опорными элементами тарелок. 4.2.2 СБОРКА ФЛАНЦЕВ С ДНИЩАМИ Для обеспечения сборки фланцев с днищем (крышкой) используют специальный стенд (рис. 4.12). Днище 1 устанавливают на крестовину 2. Сверху устанавливают фланец 3 и пневмоприжимами 4 натягивают на днище до упора в крестовину. Пневмоприжимов чаще всего бывает шесть, в горизонтальном направлении они перемещаются вручную по опоре 5. При сборке литых фланцев с днищами (обечайкой) встык применяют струбцину-домкрат (рис. 4.13). При сборке под сварку достаточно два - три приспособления. 4.3 СБОРКА ТЕПЛООБМЕННИК АППАРАТОВ В общем объеме продукции аппаратостроения теплообменники занимают около 30 %. Разнообразие условий, в которых работают теплообменные аппараты, является причиной существования множества различных конструкций и, соответственно, технологий, применяемых для их изготовления. По конструкции теплообменники делятся на: кожухотрубчатые; типа труба в трубе; витые; змеевиковые; • пластинчатые (матричные); • панельные; • спиральные; • блочные. Из общего объема теплообменников: 80 % кожухотрубчатые; 8 % труба в трубе; 12 % - остальные. Учитывая, что кожухотрубчатые теплообменники наиболее распространены, рассмотрим особенности технологии их сборки. Одна из схем аппарата представлена на рис. 4.14. Технология сборки кожухотрубчатых теплообменников включает в себя целый ряд операций, в результате которых отдельные узлы и детали соединяются в готовые изделия. Особые требования к точности сборки касаются в первую очередь узлов соединения трубного пучка с решеткой и решетки с корпусом теплообменника. Предельные отклонения размеров в местах крепления труб к решетке не должны превышать h1- 2 ± 5 мм; h2= 1,5 ± 1 + 1 мм. Отклонение от перпендикулярности торца трубки не более 1 мм (рис. 4.15). Несовпадение плоскости под прокладку у перегородки с плоскостью под прокладку во фланце (.1) и несовпадение плоскости в выточке в трубной решетке относительно кольцевой привалочной поверхности под прокладку (К2) не должны превышать следующих величин: Предельные отклонения от перпендикулярности трубной решетки к оси пучка должны быть не более 1 мм для D до 1000 мм; 1,5 мм для D до 1500 мм и 2 мм для D > 1500 мм. Предельные отклонения расстояния между центрами двух соседних отверстий в решетках - ± 0,25 мм и ± 0,5 мм на любую сумму шагов. Примерный маршрут изготовления кожухотрубчатых теплообменников включает последовательное выполнение следующих групп операций: 1) сборка обечайки с установкой и приваркой штуцеров и опорных лап; 2) сборка трубного пучка (сборка и сварка обечайки с трубной решеткой, установка труб в решетку, вальцовка труб с двух сторон, торцевание концов труб); 3) испытания (гидравлические испытания на пробное давление межтрубного пространства, а также пневматическое испытание рабочим давлением с погружением трубного пучка в ванну с водой); 4) сборка крышек; 5) сборка трубного пучка с крышками; 6) гидроиспытание трубного пространства на пробное и рабочее давление. Содержание сборочных операций состоит, как правило, в проведении сварочных работ и в сборке резьбовых соединений, что не представляет особых сложностей. Одной из специфических и трудоемких является операция закрепления труб в трубной решетке. 4.3.1 СПОСОБЫ КРЕПЛЕНИЯ ТРУБ В ТРУБНОЙ РЕШЕТКЕ Данную операцию производят в специальных приспособлениях, которые фиксируют положение трубных решеток друг относительно друга. Сборку ведут в вертикальном положении (при большом числе труб) и горизонтальном (при малом). Перед сборкой поверхности соединяемых деталей подвергают тщательной очистке от ржавчины, грязи и смазки. Концы труб обрабатывают шлифовальными кругами или металлическими щетками. Необходимо также устранить заусенцы, особенно в отверстиях трубной решетки, которые вызывают продольные царапины - причину появления течи в соединении. Для придания дополнительной пластичности концы труб отжигают. Наиболее часто сборку труб с решетками производят инструментом, называемым механической вальцовкой (операция - развальцовка). Процесс развальцовки заключается в том, что при подаче инструмента внутрь трубы ролики вальцовки 1 (рис. 4.16) раздвигаются по диаметру конусом (расширителем) 2 и, обкатываясь по внутренней поверхности трубы 3, пластически деформируют металл. Труба при этом увеличивается в диаметре и входит в соприкосновение с поверхностью отверстия в решетке 4. Так как поверхность отверстия является ограничителем, то дальнейшая деформация приводит к образованию плотного контакта сопрягаемых деталей. Конструкции развальцовки весьма разнообразны. Так на рис. 4.16 показана схема действия вальцовки, предотвращающей проворачивание вальцуемой трубы 3 посредством штифта 5. Это позволяет устранить необходимость фиксации противоположного конца трубы. Конструкция данной вальцовки предусматривает также точную величину выхода трубы 3 из трубной решетки 4 (обычно на 4 - 6 мм) на размер глубины впадины в упоре 6. Для развальцовки применяют вальцовочные стенды с одно-и многошпиндельными развальцовочными головками полуавтоматического действия. При достижении заданного предельно-допустимого крутящего момента автоматически включается реверс, и вальцовка выходит из трубки. Существенный недостаток использования для сборки вальцовки заключается в том, что наряду с полезным радиальным нагружением, которое и обеспечивает контакт трубки с решеткой, на трубку действует и осевая составляющая усилия. Это вызывает упругую деформацию трубки в осевом направлении, неравномерную по величине для различных трубок пучка. Следствием данного эффекта являются собственная деформация трубок, "выдергивание" ранее закрепленных трубок, изгиб и коробление решетки (до 8 мм/1000 мм диаметра). В процессе развальцовки наблюдается также перераспределение контактного давления трубки с трубной решеткой из-за разброса геометрических и механических параметров этих деталей. С целью уменьшения влияния этого дефекта на качество сборки применяют различные схемы (последовательность) развальцовки. Исследованиями установлено, что оптимальная схема развальцовки предусматривает ее проведение от периферии к центру. При этом наблюдается минимальное (до 10 %) изменение номинального контактного давления в соединении трубок с решеткой. На практике используются и другие комбинированные схемы развальцовки, одна из которых показана на рис. 4.17. Данная схема предусматривает два этапа сборки: I - вальцовку пяти групп трубок по семи в каждой; II - последовательную вальцовку по рядам, начиная с трубок нижнего ряда. Установление режима развальцовки сводится к определению крутящего момента на конусе (веретене) вальцовки при заданных числах оборотов, угле наклона роликов и угле конуса веретена для заданного типоразмера труб. Учитывая выше изложенные недостатки механической развальцовки, на практике применяются другие методы: • механический (запрессовка цанговыми патронами) (G = 12......60 мм) (рис. 4.18); • электровзрывной (G = 7 ... 25 мм); • ударными волнами от искровых разрядов в жидкости (G = = 10 ... 18 мм); • запрессовка энергией химического взрыва (G = 7 ... 25 мм); • магнитными импульсными полями высокой плотности (G = = 20 ... 100 мм). Интересен метод запрессовки с использованием эффекта расширения льда в процессе замораживания хладоносителя (рис. 4.19). Указанные выше методы имеют однако ограниченное применение из-за значительных технологических трудностей (сложная оснастка), высоких энергетических затрат и т.д. В то же время в определенных условиях они применяются достаточно эффективно. Вальцовка и запрессовка труб обеспечивает переходное соединение, т.е. допускается некоторый сдвиг трубки относительно трубной решетки в процессе эксплуатации (без нарушения герметичности соединения). Наряду с переходным, соединение труб с решетками бывает также разъемным (нарезными втулками) и неразъемным (сварка, пайка). 4.3.2 ОБВАРКА ТРУБ В ТРУБНЫХ РЕШЕТКАХ Данная операция применяется для обеспечения надежной герметизации соединения трубного пучка с решеткой: когда рабочие газы и жидкости ядовиты или радиоактивны, при соединении с воздухом они могут образовать взрывчатые смеси или не допускается их смешение; для увеличения механической прочности соединения; при опасности возникновения коррозии в сопряжении труб с решеткой; в условиях эксплуатации аппарата при высоких давлениях и температурах, а также их резких колебаниях. Наиболее часто применяется ручная сварка обмазанными электродами. Для тонкостенных труб используют сварку в среде защитных газов. Применяют также автоматическую сварку в среде защитного газа (аргон + углекислота). К современным методам обварки труб в трубных решетках относят индукционную сварку, которая не дает оплава. Втулка 1 (кварц, вольфрам) и индуктор 2 - основные детали устройства (рис. 4.20). Расплавленный металл под действием втулки вдавливается в материал решетки. Рис. 4.20 Способ обварки труб в трубной решетке Рис. 4.20 Способ обварки труб в трубной решетке Качество обварки во многом определяется правильностью выбора способа подготовки свариваемых концов труб и поверхности решетки. На рис. 4.21 показаны некоторые варианты подготовки данных поверхностей и размещение сварных швов. Способы а, б применяются в том случае, когда главной задачей обварки является герметизация соединения. Трубы выступают при этом на 1 - 3 мм. Способы в, г используются для повышения прочности конструкции. Способы д, е, к применяются при малых расстояниях между отверстиями в решетке, а б и ж при небольших толщинах решетки и большом количестве труб. При способах а, и края отверстий и труб раздаются наружу, что предотвращает уменьшение выходного сечения трубы сварочным валиком. Следует особо отметить, что сочетание предварительной развальцовки, а затем сварки не может повышать надежности соединения, так как напряженное состояние свариваемых кромок может вызвать образование трещин в корне шва. Проведение развальцовки после сварки также нецелесообразно, поэтому реализуется крайне редко в случае возможной "щелевой" коррозии. Обварку труб для снижения коробления трубной решетки необходимо вести в определенной последовательности. Одна из рациональных схем такой последовательности показана на рис. 4.22. Одним из существенных достоинств сварного метода крепления труб в трубных решетках является значительное (по сравнению с развальцовкой) снижение коробления поверхности решетки. Рис. 4.22 Последовательность обварки труб Рис. 4.22 Последовательность обварки труб 5 ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СБОРКИ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ АППАРАТОВ 5.1 БИМЕТАЛЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В АППАРАТОСТРОЕНИИ Большое количество аппаратов, которые используются в различных технологических процессах химической, нефтехимической, микробиологической и других отраслях промышленности, требует применение материалов с нужными свойствами. В настоящее время выпускается значительное число всевозможных марок высококачественных сталей и цветных металлов. Однако стоимость их весьма высока, что в условиях рыночных отношений является важным фактором для создания конкурентоспособного оборудования. Поэтому большое значение приобретают слоистые металлические композиции, получаемые с помощью соединения двух, трех и более слоев разнородных металлов в монолитную композицию. Обычно их, независимо от числа слоев, называют биметаллами. Биметаллы (плакированные металлы) являются самостоятельной группой промышленных материалов, имеющих определенные свойства, которыми не обладают составляющие их металлы. Плакирование металлов позволяет сочетать наиболее ценные свойства их составляющих: достаточную прочность с высокой сопротивляемостью действию агрессивных сред; прочность с хорошей электропроводностью или теплопроводностью; жаропрочность с коррозионной стойкостью и т.д. Благодаря указанным достоинствам, расширяются возможности конструирования новых аппаратов, создание прогрессивных технологий, изготовление оборудования на основе применения биметаллов. Широкий круг возможного применения биметаллов обусловил их производство в большинстве промышленно развитых странах мира. Ориентировочно мировое производство биметаллов различными методами составляет около 1,5 млн. т и имеет постоянную тенденцию к росту. Биметаллы производят в России в виде листов с размерами: а) толщина - 2 ... 100 мм; |