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摘要：本次設(shè)計(jì)的是一個(gè)換熱面積為100m2的合成氨廢熱鍋爐，論文首先介紹了廢熱鍋爐的計(jì)算概述、廢熱鍋爐的選型和鋼材的選取，以及介紹有關(guān)鍋爐的制造工藝。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是進(jìn)行主要受壓元件的強(qiáng)度計(jì)算和厚度選擇，詳細(xì)論述具體的設(shè)計(jì)過(guò)程，并且對(duì)主要受壓元件進(jìn)行強(qiáng)度校核。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)主要包括筒體、封頭的設(shè)計(jì)、汽包、支座、平蓋、管板和法蘭的設(shè)計(jì)等等，設(shè)計(jì)的難點(diǎn)體現(xiàn)在優(yōu)化設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算上。
關(guān)鍵詞：雙管板廢熱鍋; 強(qiáng)度計(jì)算; 制造工藝
Abstract:The design for a heat transfer area of 100m2 of ammonia waste heat boiler.The article firstly describes the computing overview of the waste heat boiler,waste heat boiler type selection and the choice of steel.And introduced the boiler manufacturing process.The focus of the design was the strength calculation and thickness selection of major pressure components,detailed description of design steps.And check strength of the main components of the compression.The focus of the design were mainly cylinder and head of design ,drum,support,top,tube plate and flange design and so on .Difficulties in the design embodied in the optimization of design and strength calculation .
Key Words:double-tubesheet waste heat boiler; strength calculation；
manufacturing process
目 錄
引 言 1
1 概 述 2
1.1雙管板廢熱鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù) 2
1.2雙管板廢熱鍋爐的設(shè)計(jì)概述 2
1.3廢熱鍋爐的選型 3
1.4雙管板廢熱鍋爐的結(jié)構(gòu)和鋼材的選擇 3
1.4.1鋼材的選擇 3
1.4.2廢熱鍋爐的結(jié)構(gòu) 3
2 設(shè)計(jì)計(jì)算 4
2.1廢熱鍋爐殼程受壓元件的強(qiáng)度計(jì)算及厚度確定 4
2.1.1鍋爐基本參數(shù)的確定和計(jì)算 4
2.1.2鍋爐筒體的強(qiáng)度計(jì)算及厚度的選擇 6
2.1.3大端標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的強(qiáng)度計(jì)算及厚度選擇 7
2.1.4小端標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的強(qiáng)度計(jì)算及厚度選擇 9
2.1.5鍋爐偏錐體的強(qiáng)度計(jì)算與厚度的選擇 11
2.1.6接管a和b的強(qiáng)度計(jì)算及厚度選擇 12
2.1.7汽包（件7）主要受壓元件的強(qiáng)度計(jì)算及厚度選擇 17
2.2廢熱鍋爐管程主要受壓元件的強(qiáng)度計(jì)算及厚度選擇 23
2.2.1 U形換熱管b型（管板跟管殼程筒體都有焊接）管板的計(jì)算 23
2.2.2端部強(qiáng)度計(jì)算及校核 28
3制造工藝 41
3.1加工成形 41
3.1.1、套合準(zhǔn)備 41
3.1.2、外筒的加熱 41
3.1.3、套合操作 41
3.1.4、內(nèi)外筒貼合的標(biāo)志 42
3.1.5、套合應(yīng)力的消除 42
3.2 無(wú)損檢測(cè) 42
3.2.1無(wú)損檢測(cè)要求 42
3.2.2焊接接頭做超聲波檢測(cè) 43
3.3熱處理 43
3.4焊接 44
總 結(jié) 45
參考文獻(xiàn) 46
外文文獻(xiàn)翻譯 47
謝 辭 57
第 58 頁(yè) 共 62 頁(yè)
引 言
能源是人類得以生存的基礎(chǔ)，然而在21世紀(jì)的今天，能源危機(jī)已經(jīng)是全世界都面臨的問(wèn)題。我國(guó)對(duì)節(jié)能環(huán)保是十分重視的，充分利用有限的能源有利于可持續(xù)發(fā)展。
合成氨工業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量的廢熱，如果這些熱量直接排放掉的話是一種很大的浪費(fèi)，因此得把這種熱量回收利用，合成氨廢熱鍋爐就是用來(lái)回收在合成氨的過(guò)程中所產(chǎn)生的余熱的一種換熱設(shè)備。通過(guò)廢熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽作為工廠的能源，這樣就提高了熱能的利用率，減少了能源的浪費(fèi)，可以獲得很大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)廢熱鍋爐在合成氨系統(tǒng)中也是不可缺少的設(shè)備，工藝氣體在進(jìn)入下一個(gè)工藝時(shí)需要控制溫度，廢熱鍋爐可以起到降溫作用。除了在合成氨工業(yè)，廢熱鍋爐在其他化工行業(yè)中也經(jīng)常要用到。
根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝要求，有不同的廢熱鍋爐，雙管板廢熱鍋爐是目前使用比較廣泛的一種。本次設(shè)計(jì)的是100m2雙管板廢熱鍋爐，與其他廢熱鍋爐相比較，雙管板廢熱鍋爐有比較大的優(yōu)越性，主要有：①換熱面積大，氣體壓降減少；②密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)，密封好，減少泄露；③換熱管之間的間隔大，便于清洗和維修；④容易制造、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好。
本次設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的一次綜合考核，是通過(guò)運(yùn)用自己學(xué)到的專業(yè)知識(shí)，查閱相關(guān)資料，在老師的指導(dǎo)下去進(jìn)行的，但是由于我的知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，加上時(shí)間比較倉(cāng)促，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中難免會(huì)有些地方是錯(cuò)誤和不完善的，希望老師指點(diǎn)。
1 概 述
管板式廢熱鍋爐屬于壓力容器的一種，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中的重點(diǎn)是鍋爐的強(qiáng)度和失效形式，在管殼式換熱器中，如果不考慮載荷的波動(dòng)、高溫高壓以及實(shí)際鋼材可能存在的各種缺陷，則強(qiáng)度失效可分為塑性失效和彈性失效，剛度失效則是失去了穩(wěn)定性。然而在管殼式換熱器的強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，一般是按照靜載荷的條件來(lái)考慮的。
1.1雙管板廢熱鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)
表1.1 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)表
容器類別
三類
殼程
管程
設(shè)計(jì)壓力 Mpa
2.5
3.14
設(shè)計(jì)溫度 ℃
225
400
操作介質(zhì)
脫氧軟水 蒸汽
H2 N2 NH3 CH4
主要受壓元件材質(zhì)
16MnR 1Cr18Ni9Ti
換熱管規(guī)格 mm
換熱面積 m2
100
1.2雙管板廢熱鍋爐的設(shè)計(jì)概述
在工程上一般把厚徑比t/R≤0.1的殼體看作薄殼，此時(shí)在內(nèi)壓作用下可以不計(jì)筒體上的徑向應(yīng)力，且認(rèn)為兩向應(yīng)力沿壁厚的方向均勻分布，從而很大程度地簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。也就是可以運(yùn)用回轉(zhuǎn)薄殼無(wú)力矩理論進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
對(duì)于法蘭，法蘭的失效方式主要是由于法蘭的剛度不夠或墊片性能不好而引起泄漏，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)要通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算來(lái)保證法蘭和錐頸的剛度和連接螺栓的強(qiáng)度，同時(shí)采用優(yōu)質(zhì)的墊片。
在鍋爐的殼體上一般有開孔接管，這樣就會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，加大了失效的危險(xiǎn)，所以要進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，注意補(bǔ)強(qiáng)的形式。
1.3廢熱鍋爐的選型
鍋爐的設(shè)計(jì)必須滿足產(chǎn)品工藝的要求，并且考慮鍋爐的工作環(huán)境，要求鍋爐能夠工作穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、價(jià)格便宜等因素。同時(shí)，在本次設(shè)計(jì)中，鍋爐的最高工作溫度為400℃，屬于低溫操作，因此工藝氣體對(duì)材料的熱膨脹影響比較小，又考慮到管程壓力大于殼程，所以選用U型雙管板式廢熱鍋爐。
1.4雙管板廢熱鍋爐的結(jié)構(gòu)和鋼材的選擇
1.4.1鋼材的選擇
由于鍋爐在高溫高壓下工作，還要承受不穩(wěn)定的載荷，所以不是任何一種鋼都可以采用的，一般要用壓力容器專用的鋼材，除了要考慮有足夠的強(qiáng)度外，還要有比較好的機(jī)加工性能和與介質(zhì)相容的性能。要有良好的化學(xué)性能和力學(xué)性能，同時(shí)具備經(jīng)濟(jì)性，所以本次設(shè)置中主要的元件材質(zhì)選用16MnR和10MoWVNb。
1.4.2廢熱鍋爐的結(jié)構(gòu)
本次設(shè)計(jì)的鍋爐主要組成有管束、管板、頂蓋、殼體，殼體跟管束部件采用無(wú)墊片焊環(huán)法蘭連接。頂蓋是1Cr5Mo的IV級(jí)鍛件，進(jìn)出口集氣室由管板跟頂蓋組成，由于廢熱鍋爐管束屬于高溫高壓的設(shè)備，所以平蓋和管板都要用自緊式雙錐密封，用螺栓連接。汽包上的設(shè)備法蘭組焊在錐形筒體下部的筒體上，鍋爐換熱管為,10MoWVNb的U型管，換熱管數(shù)量為101根，換熱面積為100mm2，管孔采用正三角形的布置形式，管板材料為10MoWVNb的IV級(jí)鍛件，換熱管跟管板之間的連接用先焊后脹的焊接方式。廢熱鍋爐的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖如下所示：
1.螺紋法蘭 2.頂蓋 3.管板 4.封頭 5.設(shè)備法蘭 6.偏錐體
7.汽包 8.筒體 9.封頭 10.支座 11.管束
圖1.1 雙管板廢熱鍋爐管束-管板角縫
2 設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1廢熱鍋爐殼程受壓元件的強(qiáng)度計(jì)算及厚度確定
2.1.1鍋爐基本參數(shù)的確定和計(jì)算
本次設(shè)計(jì)的鍋爐直徑為2200mm，則最大液柱高度取h=2.2m；
由于殼程介質(zhì)為水，因此液體密度取Kg／m3；已知鍋爐殼程設(shè)計(jì)壓力為P=2.5Mpa，＜5％設(shè)計(jì)壓力，所以液柱靜的壓力可以忽略不計(jì)，則殼程計(jì)算壓力：Pc=P=2.5Mpa；
通過(guò)查閱GB150表4-1，然后利用內(nèi)插法可求在設(shè)計(jì)溫度下的材料許用應(yīng)力：
①當(dāng)板厚為6～16時(shí)：
又已知在試驗(yàn)溫度下的材料許用應(yīng)力為，
則液壓試驗(yàn)壓力：
；
②當(dāng)板厚為16～36時(shí)：
又已知在試驗(yàn)溫度下的材料許用應(yīng)力，
所以液壓試驗(yàn)壓力：
；
因此可以最終確定設(shè)備的液壓試驗(yàn)壓力：
因?yàn)橐獙?duì)殼體接縫進(jìn)行100％的無(wú)損檢測(cè)，故取焊接接頭系數(shù)；由于在GB6654-1996《壓力容器用鋼板》中規(guī)定16MnR的鋼板厚度偏差要為正，所以鋼板厚度負(fù)偏差取C1=0mm；因?yàn)殄仩t殼程的介質(zhì)是脫氧軟水和蒸汽，所以殼程的腐蝕裕量取C2=2mm；由于GB150規(guī)定碳素鋼、低合金鋼制壓力容器的最小厚度是3+C2，因此殼體的最小厚度為5mm。
2.1.2鍋爐筒體的強(qiáng)度計(jì)算及厚度的選擇
①由上面可知計(jì)算壓力Pc=2.5Mpa,
由于焊接可能會(huì)引起強(qiáng)度削弱，要乘以焊接接頭系數(shù)，但前面已經(jīng)確定了殼體對(duì)接焊縫需要進(jìn)行100%的無(wú)損檢測(cè)，故取焊接接頭系數(shù)=1 ，則可用下式求鍋爐筒體的計(jì)算厚度：
②筒體的設(shè)計(jì)厚度：
③筒體的名義厚度：
考慮到選材的方便性，所得的名義厚度向上圓整到鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度22mm，由于22mm＞5mm（5mm為最小厚度），故最終得到筒體的名義厚度為；
④筒體的有效厚度：
鍋爐在壓力試驗(yàn)前對(duì)筒體應(yīng)力的校核，由GB150.3—2011式（3-3）得：
由上式可知鍋爐筒體液壓試驗(yàn)前的應(yīng)力校核合格；
在設(shè)計(jì)溫度下鍋爐筒體的計(jì)算應(yīng)力：
由上可知鍋爐筒體的計(jì)算應(yīng)力校核合格；
在設(shè)計(jì)溫度下鍋爐圓筒最大能夠允許的工作壓力，由GB150.3—2011式（3-6）得：
一般情況下要求工作壓力小于設(shè)計(jì)壓力，所以鍋爐筒體名義厚度取可以保證安全。
2.1.3大端標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的強(qiáng)度計(jì)算及厚度選擇
本次設(shè)計(jì)廢熱鍋爐的橢圓封頭形狀與尺寸如下圖所示：
圖 2.1 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭
當(dāng)公稱直徑DN=2200時(shí)，h1=550，h2=25/40/50,
當(dāng)公稱直徑DN=1800時(shí)，h1=450，h2=25/40/50,
當(dāng)公稱直徑DN=1000時(shí)，h1=250，h2=25/40/50,
以上單位為毫米。
當(dāng)時(shí)，封頭直邊段的高度h2取25mm；
當(dāng)時(shí) ，封頭直邊段的高度h2取40mm；
當(dāng)時(shí)，封頭直邊段的高度h2取50mm
由于本次設(shè)計(jì)的鍋爐橢圓封頭采用JB/T4746-2002的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，所以封頭內(nèi)直徑Di是封頭曲面高度hi兩倍的一半，即
于是橢圓封頭的形狀系數(shù)為：
①已知Pc=2.5MPa
故可以用下式計(jì)算橢圓封頭的計(jì)算厚度：
②橢圓封頭的設(shè)計(jì)厚度：
由于封頭在制造時(shí)會(huì)因?yàn)闆_壓變薄，所以考慮十分之一的橢圓封頭沖壓減薄量，可得C2=2+2.4=4.4mm，于是封頭的設(shè)計(jì)厚度：
③橢圓封頭的名義厚度：
所得值向上圓整到鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度得24mm，由于24mm＞5mm（最小厚度），因此初定確定橢圓封頭的名義厚度；
④橢圓封頭的有效厚度：
考慮封頭的有效厚度要大于橢圓封頭內(nèi)徑的0.15%，由
，
所以上面得到的有效厚度符合標(biāo)準(zhǔn)要求；
鍋爐在壓力試驗(yàn)前對(duì)橢圓封頭應(yīng)力的校核：
故橢圓封頭壓力試驗(yàn)前的應(yīng)力校核合格；
在設(shè)計(jì)溫度下橢圓封頭的計(jì)算應(yīng)力：
故橢圓封頭的計(jì)算應(yīng)力校核滿足要求；
在設(shè)計(jì)溫度下橢圓封頭可以達(dá)到的最大允許工作壓力：
考慮到設(shè)備的運(yùn)行安全，一般情況要求工作壓力小于設(shè)計(jì)壓力，所以橢圓封頭的名義厚度取能夠確保安全。
2.1.4小端標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的強(qiáng)度計(jì)算及厚度選擇
小端封頭和大封頭一樣是標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，因此封頭內(nèi)直徑Di是封頭曲面高度hi兩倍的一半，
所以封頭的形狀系數(shù)為：
；
計(jì)算厚度：
；
與前面所述一樣，封頭在沖壓后會(huì)變薄，取10%，因此得C2=2+3.2=5.2mm;
設(shè)計(jì)厚度：
；
名義厚度：
由于在后面計(jì)算可知偏錐體的名義厚度為32mm，為了使用方便，要求使兩焊環(huán)法蘭頸部厚度一樣，因此名義厚度向上圓整到鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度32 mm；
由于圓整后的厚度32mm大于最小厚度5mm，所以初步確定小端橢圓封頭的名義厚度為；
有效厚度：
；
因?yàn)镚B150規(guī)定，如果是標(biāo)準(zhǔn)的橢圓封頭，則其有效厚度要大于封頭內(nèi)直徑的0.15%，
又，所以以上結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求；
在壓力試驗(yàn)前校核橢圓封頭所受的應(yīng)力：
可得小端橢圓封頭在液壓試驗(yàn)前的應(yīng)力校核滿足要求；
在設(shè)計(jì)溫度下小端橢圓封頭的計(jì)算應(yīng)力：
可得對(duì)小端橢圓封頭的計(jì)算應(yīng)力的校核滿足要求；
在設(shè)計(jì)溫度下最大允許的工作壓力：
為了設(shè)備安全可靠，一般情況下要求工作壓力小于設(shè)計(jì)壓力，所以橢圓封頭的名義厚度取滿足安全要求。
2.1.5鍋爐偏錐體的強(qiáng)度計(jì)算與厚度的選擇
偏錐體的厚度計(jì)算與應(yīng)力校核相對(duì)復(fù)雜些，但可以參照正錐體的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，偏錐體的半頂角有兩個(gè)，一個(gè)為0o，另一個(gè)為30o，為了確保安全可靠，偏椎體的半頂角取比較大的一個(gè)，即取值。
①偏錐體的計(jì)算厚度：
通過(guò)查閱GB150圖7-11，可得偏錐體大端與筒體連接處的不連續(xù)應(yīng)力并不影響設(shè)備的安全，可以不用進(jìn)行加強(qiáng)處理，于是偏錐體大端的計(jì)算厚度：
又查GB150圖7-13可得偏錐體小端的連接處由于產(chǎn)生比較大的不連續(xù)應(yīng)力，對(duì)設(shè)備的強(qiáng)度影響較大，因此要進(jìn)行加強(qiáng)處理，在計(jì)算時(shí)要乘以連接處的應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)Q小，通過(guò)差GB150圖7-13可得其值為2.01，于是偏錐體小端有加強(qiáng)部分的計(jì)算厚度：
偏錐體小端錐體加強(qiáng)部分的長(zhǎng)度：
偏錐體小端圓筒部分加強(qiáng)的長(zhǎng)度：
實(shí)際計(jì)算中在確定偏錐體的小端錐體跟圓筒加強(qiáng)段的厚度與長(zhǎng)度時(shí)，在滿足條件要求的情況下我們習(xí)慣用跟偏錐體相連接的焊接環(huán)法蘭的厚度和長(zhǎng)度來(lái)代替進(jìn)行加強(qiáng)；
在設(shè)計(jì)的時(shí)候我們對(duì)偏錐體結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，并且統(tǒng)一板厚，取上面計(jì)算結(jié)果 三者當(dāng)中的最大值作為偏錐體的計(jì)算厚度，于是偏錐體的計(jì)算厚度：
偏錐體的設(shè)計(jì)厚度：
偏錐體的名義厚度：
向上圓整到鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度32mm，由于32mm＞5mm，即圓整后的名義厚度大于最小厚度，所以確定偏錐體的名義厚度為
偏錐體的有效厚度：
。
2.1.6接管a和b的強(qiáng)度計(jì)算及厚度選擇
2.1.6.1接管a和b與其中心垂直的截面的單孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算
初步選定換熱管的規(guī)格為，根據(jù)廢熱鍋爐的總長(zhǎng)度，先預(yù)定換熱管的有效換熱長(zhǎng)度為L(zhǎng)=6545mm。
任務(wù)書給定換熱面積，可得換熱管根數(shù)：
根；
假設(shè)孔心距S=35，查有關(guān)資料可知布管限定圓，又已知
管板管程側(cè)的短節(jié)內(nèi)徑：
圓整至450mm；
管板殼程側(cè)的接管內(nèi)徑：
加上3mm的余量，變?yōu)?69mm;考慮到開孔補(bǔ)強(qiáng)的因素，現(xiàn)統(tǒng)一采用跟主筒體板材一樣的厚度。
先取接管的名義厚度為；已知計(jì)算壓力
，
所以計(jì)算厚度為：
；
接管的有效厚度：
；
開孔的直徑：
；
最大有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：
最大有效寬度：
；
接管內(nèi)外側(cè)的有效補(bǔ)強(qiáng)高度可用下式進(jìn)行計(jì)算，并分別取式中的最小值，
接管最大有效的外伸量或內(nèi)伸量：
；
由于工藝和材料難免有缺陷，所以會(huì)有強(qiáng)度的削弱，強(qiáng)度削弱系數(shù)：
；
能夠當(dāng)作有效補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積Ae有下面幾點(diǎn)：
①殼體的有效厚度減掉計(jì)算厚度以后的多余部分金屬面積：
②接管的有效厚度減掉計(jì)算厚度以后的多余部分金屬面積：
我們把接管與封頭焊接角高定成8mm，可得在補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的焊縫金屬面積為；這一部分金屬面積可作為補(bǔ)強(qiáng)的截面積：
；
由于490+473/2=726.5＞80%Di/2=720,，知；如果圓筒是受到內(nèi)壓，則所需要的最小補(bǔ)強(qiáng)面積A可用下式計(jì)算，得
開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：
；
由于可以作為補(bǔ)強(qiáng)的截面積Ae＞開孔所需補(bǔ)強(qiáng)的面積A，因此開單孔補(bǔ)強(qiáng)滿足要求。
2.1.6.2接管a和b兩孔連線之間截面的聯(lián)合補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算
在管板殼程一側(cè)接管中心線偏移封頭中心線的距離定為490mm，
兩孔中心的距離L=980 mm，由放樣可得開孔直徑為：
；
由于兩孔的平均直徑的1.33倍（698.492）小于兩孔中心距（980），且兩孔的平均直徑的2倍（1048）大于兩孔的中心距（980），因此采用聯(lián)合補(bǔ)強(qiáng)的方法，于是最大有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：
最大有效寬度：
最大的有效內(nèi)伸量或外伸量：
；
開孔造成強(qiáng)度削弱，強(qiáng)度削弱系數(shù)為：
；
于是得總的殼體多余部分的金屬面積：
兩孔之間殼體多余部分的金屬面積：
；
另外A2，A3值的計(jì)算：
總的補(bǔ)強(qiáng)為兩孔單孔補(bǔ)強(qiáng)之和，兩孔之間的補(bǔ)強(qiáng)為兩單孔補(bǔ)強(qiáng)和的1半。
因此得到接管總的多余金屬面積：；
總的在補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的焊縫金屬面積：；
于是得總的可以作為補(bǔ)強(qiáng)的截面積：
兩孔之間的接管多余金屬面積：；
兩孔之間的補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的焊縫金屬面積：；
于是得兩孔之間的可作為補(bǔ)強(qiáng)的截面積：
；
由于490+473/2=726.5＞80%Di/2=720,因此開孔位于所定的范圍之外，得；
總的所需補(bǔ)強(qiáng)面積：
由上得所需的補(bǔ)強(qiáng)面積：
A等于50%總的開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積的50%，其值為7737.489；
于是：總的可以作為補(bǔ)強(qiáng)的截面積＞總的開孔所需要的補(bǔ)強(qiáng)面積A，并且兩孔之間的可作為補(bǔ)強(qiáng)的截面積＞兩孔之間的開孔所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A，因而聯(lián)合補(bǔ)強(qiáng)滿足要求。
2.1.6.3對(duì)接管a與b的應(yīng)力校核
在壓力試驗(yàn)前校核接管應(yīng)力：
可知接管在液壓試驗(yàn)前的應(yīng)力校核滿足要求；
計(jì)算在設(shè)計(jì)溫度下的接管應(yīng)力：
可得校核接管的計(jì)算應(yīng)力的結(jié)果滿足要求；
在設(shè)計(jì)溫度下接管工作壓力的最大允許值：
為了設(shè)備運(yùn)行安全性，一般情況要求工作壓力小于設(shè)計(jì)壓力，所以接管的名義厚度取值可以保證安全。
又因?yàn)樗〉拿x厚度＞5（最小厚度），因此可以最終確定接管的名義厚度為。
2.1.7汽包（件7）主要受壓元件的強(qiáng)度計(jì)算及厚度選擇
汽包是鍋爐重要的受壓元件，是換熱過(guò)程中加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱的樞紐，同時(shí)可以增加鍋爐的安全運(yùn)行性，提高蒸汽的質(zhì)量。
2.1.7.1汽包法蘭的選擇
因?yàn)槠膬?nèi)徑為1000mm，設(shè)計(jì)壓力Pc=2.5MPa，所以在設(shè)計(jì)選擇法蘭時(shí)選JB/T4703-2000的高一個(gè)壓力等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)法蘭，具體參數(shù)：下法蘭
—FM 1000-4.0，上法蘭—M 1000-4.0，法蘭頸部的厚度，國(guó)標(biāo)規(guī)定法蘭對(duì)接筒體的最小厚度。
2.1.7.2汽包筒體的強(qiáng)度計(jì)算與厚度選擇
已知計(jì)算壓力Pc=2.5Mpa
因?yàn)?
，
因此汽包筒體的計(jì)算厚度可以用下式求得：
；
汽包筒體的設(shè)計(jì)厚度：
；
汽包筒體的名義厚度為：
由于法蘭標(biāo)準(zhǔn)JB/T4703-2000規(guī)定其對(duì)接筒體的最小厚度，因此以上的名義厚度應(yīng)向上圓整到鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度18，因?yàn)?8大于（最小厚度），
所以最終得到筒體的名義厚度；
汽包筒體的有效厚度：
；
在壓力試驗(yàn)前對(duì)汽包筒體應(yīng)力的校核：
由此可知筒體在液壓試驗(yàn)前的應(yīng)力校核合格；
設(shè)計(jì)溫度下汽包筒體的計(jì)算應(yīng)力：
可知汽包筒體計(jì)算應(yīng)力的校核合格；
在設(shè)計(jì)溫度下汽包圓筒工作壓力的最大允許值：
考慮到設(shè)備的安全性，我們一般要求工作壓力小于設(shè)計(jì)壓力，所以汽包筒體的名義厚度取可以滿足安全要求。
2.1.7.3汽包橢圓封頭的強(qiáng)度計(jì)算和厚度選擇
與前面所訴，由于汽包封頭是采用的JB/T4746-2002中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，故封頭內(nèi)直徑Di是封頭曲面高度hi兩倍的一半，因而橢圓封頭的形狀系數(shù)：
；
汽包橢圓封頭的計(jì)算厚度：
；
考慮到封頭在沖制過(guò)程中會(huì)變薄，取橢圓封頭沖壓減薄量為10%，得C2=2+3.8=5.8mm;
設(shè)計(jì)厚度：
；
名義厚度：
為了與其對(duì)接的筒體統(tǒng)一厚度，以上的名義厚度向上圓整到18 mm；
因?yàn)閳A整后的厚度18 mm大于最小厚度5 mm，所以初步定汽包橢圓封頭的名義厚度為；
有效厚度：
；
因?yàn)橐蠓忸^的有效厚度大于封頭內(nèi)徑的0.15%，而，故符合標(biāo)準(zhǔn)要求；
在壓力試驗(yàn)前校核橢圓封頭的應(yīng)力：
可得汽包橢圓封頭在液壓試驗(yàn)前的應(yīng)力校核符合；
在設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算應(yīng)力：
可得對(duì)汽包橢圓封頭計(jì)算應(yīng)力的校核符合要求；
在設(shè)計(jì)溫度下汽包橢圓封頭最大允許的工作壓力：
考慮到設(shè)備的運(yùn)行安全性，一般要求工作壓力小于設(shè)計(jì)壓力，因此可知汽包橢圓封頭的名義厚度取滿足要求。
3.1.7.4汽包接管與其中心線垂直的截面的單孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算
已知接管內(nèi)徑為Di=600mm，考慮到開孔補(bǔ)強(qiáng)因素，同時(shí)為了汽包統(tǒng)一板材厚度，于是初步定接管的名義厚度為；已知計(jì)算壓力Pc=2.5MPa,由
，
可得汽包接管的計(jì)算厚度：；
汽包接管的有效厚度：
在壓力試驗(yàn)前校核汽包的接管應(yīng)力：
于是得汽包接管在液壓試驗(yàn)前的應(yīng)力校核符合要求；
在設(shè)計(jì)溫度下汽包接管的計(jì)算應(yīng)力：
于是得汽包接管的計(jì)算應(yīng)力校核符合要求；
在設(shè)計(jì)溫度下汽包接管的工作壓力最大允許值：
考慮到設(shè)備的運(yùn)行安全性，一般要求工作壓力小于設(shè)計(jì)壓力，因此可知汽包橢圓封頭的名義厚度取滿足要求。
汽包開孔直徑：由于圓形孔的直徑等于接管內(nèi)徑加上2倍管厚，所以開孔直徑
；
最大有效寬度：
；
內(nèi)和外側(cè)的有效高度用下式進(jìn)行計(jì)算，分別選取式中的較最值，
最大有效的內(nèi)伸量或外伸量：
；
接管的實(shí)際內(nèi)伸量為0，則有效外伸；
考慮各方面可能對(duì)接管削弱的因素，按下式計(jì)算得強(qiáng)度削弱系數(shù)：
；
可以作為有效補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積Ae包括下面幾個(gè)部分：
①殼體的有效厚度減掉計(jì)算厚度之后多余部分的金屬面積：
②接管的有效厚度減掉計(jì)算厚度之后多余部分的金屬面積：
；
③接管與封頭的焊角高定為8mm，于是的有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的焊縫金屬面積；
可以作為有效補(bǔ)強(qiáng)的面積：
；
對(duì)于受內(nèi)壓作用的圓筒，所需要的最小補(bǔ)強(qiáng)面積A可以按下式求得，已知汽包筒體的計(jì)算厚度為，故開孔所需的補(bǔ)強(qiáng)面積：
；
因?yàn)榭梢宰鳛檠a(bǔ)強(qiáng)的截面積Ae=3504mm2小于開孔所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A=10946mm2，所以需要進(jìn)行另加補(bǔ)強(qiáng)，由于AND（P＜6.4Mpa,t＜350℃, ,,）=1,
故采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)的方法，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，所給的補(bǔ)強(qiáng)面積等于1.2倍所需的補(bǔ)強(qiáng)面積，于是得到補(bǔ)強(qiáng)圈的面積：
；
為了能與殼體統(tǒng)一板厚及材質(zhì)，取補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為；
考慮到接管與殼體的相貫性，放樣調(diào)整為；
于是得補(bǔ)強(qiáng)圈的外徑：
；
通過(guò)以上的另加補(bǔ)強(qiáng)之后，可得接管開孔補(bǔ)強(qiáng)滿足要求。
2.1.7.5汽包正錐體的強(qiáng)度計(jì)算及厚度選擇
汽包正錐體半頂角取值為
汽包正錐體的計(jì)算厚度：
通過(guò)查GB150圖7-11可得正錐體的大端連接處不需要進(jìn)行加強(qiáng)處理，于是正錐體大端的計(jì)算厚度：
通過(guò)查GB150圖7-13可得正錐體的小端連接處需要進(jìn)行加強(qiáng)處理。要得到小端加強(qiáng)段的計(jì)算厚度，則要知道應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)，通過(guò)查GB150圖7-14可得正錐體小端連接處的應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)Q小的值為2.01，于是正錐體小端加強(qiáng)段的計(jì)算厚度可用下式計(jì)算：
正錐體小端的加強(qiáng)段長(zhǎng)度：
正錐體小端圓筒的加強(qiáng)段長(zhǎng)度：
在實(shí)際設(shè)計(jì)中正錐體小端錐體與圓筒加強(qiáng)段的厚度和長(zhǎng)度，我們習(xí)慣用與正錐體相連接的焊環(huán)法蘭的厚度及長(zhǎng)度來(lái)代替進(jìn)行加強(qiáng)；
為了簡(jiǎn)化正錐體的結(jié)構(gòu)，并且統(tǒng)一板厚，我們?nèi)?三者中的最大值作為正錐體的計(jì)算厚度，于是得汽包正錐體的計(jì)算厚度：
汽包正錐體的設(shè)計(jì)厚度：
汽包正錐體的名義厚度：
；
考慮到與其對(duì)接的筒體統(tǒng)一厚度，于是所得名義厚度向上圓整到厚度18mm，因?yàn)閳A整后的厚度18mm大于最小厚度5mm，所以確定正錐體的名義厚度為
汽包正錐體的有效厚度：
。
2.2廢熱鍋爐管程主要受壓元件的強(qiáng)度計(jì)算及厚度選擇
2.2.1 U形換熱管b型（管板跟管殼程筒體都有焊接）管板的計(jì)算
2.2.1.1假設(shè)管板的計(jì)算厚度及校核管板的徑向應(yīng)力
因?yàn)椴捎脽o(wú)隔板，所以沿隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)為根，隔板槽相鄰兩側(cè)的中心距；換熱管的中心距，由于管孔數(shù)量為101個(gè)，故當(dāng)量U形管根數(shù)為根；
由于換熱管布局是采用三角形布管，在管板布管區(qū)內(nèi)未被換熱管占據(jù)的面積：
管板布管區(qū)的面積：
假定管板的計(jì)算厚度為；
任務(wù)書給定了管板的材料為10MoWVNb，可以得到管板材料的彈性模量為，管板材料的泊松比；
管板開孔之前的抗彎剛度：
；
已知?dú)こ虉A筒的厚度，殼程圓筒的直徑，；
因?yàn)椴捎玫氖莃型連接方式，所以殼體法蘭的厚度為，管板延長(zhǎng)部分的寬度為；
通過(guò)查GB151中的圖—26得系數(shù)：
;
由于任務(wù)書給定殼程圓筒的材料為16MnR，故殼程圓筒材料的彈性模量；
旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)：
管箱圓筒的厚度，殼程圓筒的直徑，
，通過(guò)調(diào)整后為0.1；
因?yàn)槭莃型連接方式，所以管箱法蘭的厚度為；
通過(guò)查GB151中的圖—26可得系數(shù)：
；
因?yàn)槭遣捎胋型連接方式，所以管板延長(zhǎng)部分的寬度為；
由于管箱材料為10MoWVNb，管箱圓筒材料的彈性模量；
管箱圓筒及法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)：
管板邊緣的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)：
；
管板邊緣處的直徑：
無(wú)量綱參數(shù)：
；
管板邊緣處的半徑：
；
；
通過(guò)查GB151圖19可得管板中心處的應(yīng)力系數(shù)：
通過(guò)查GB151圖20可得布管區(qū)周邊處的系數(shù)：
通過(guò)查GB151圖21可得管板邊緣處應(yīng)力系數(shù)：
管板的設(shè)計(jì)壓力：
管板的強(qiáng)度削弱系數(shù)：；
在管板中心的徑向應(yīng)力：
布管區(qū)周邊處的徑向應(yīng)力：
管板邊緣處的徑向應(yīng)力：
因?yàn)榻o定管板材料為10MoWVNb，在設(shè)計(jì)溫度下管板材料的許用應(yīng)力，
由于、和三個(gè)值都，因此管板的徑向力校核滿足要求。
2.2.1.2換熱管軸向應(yīng)力的校核
已知；
當(dāng)換熱管只有一時(shí)，換熱管管壁金屬部分的橫截面積：
；
換熱管的軸向應(yīng)力：
因此得換熱管的軸向應(yīng)力校核滿足要求；
①當(dāng)=0Mpa，此時(shí)只有時(shí)，則換熱管的軸向應(yīng)力：
因此換熱管應(yīng)力校核滿足要求；
②當(dāng)=0Mpa，只有管程設(shè)計(jì)壓力時(shí)，換熱管的軸向應(yīng)力：
，
因此換熱管的應(yīng)力校核合格；
2.2.1.3換熱管與管板連接之間拉脫力的校核
因?yàn)楹附歉週=6.5mm；
則拉脫力：
；
；
由于，故換熱管與管板之間的拉脫力校核合格。
由此得出結(jié)論：假設(shè)管板?。ㄓ?jì)算厚度）是合格的。如果是采用強(qiáng)度接，則能夠確保換熱管與管板連接的密封性能和抗拉脫強(qiáng)度滿足要求。其結(jié)構(gòu)型式如下圖：
圖2.2用于整體管板
考慮到本次設(shè)計(jì)的廢熱鍋爐管束屬于高溫高壓的設(shè)備，以及工作載荷的波動(dòng)和環(huán)境影響等因素，為了確保設(shè)備的安全穩(wěn)定性，故換熱管與管板采用先焊后脹的方式，并且高壓管與管板的焊縫進(jìn)行磁粉檢測(cè)處理。
2.2.1.4確定管板的名義厚度
采用強(qiáng)度焊時(shí)要求管板的最小厚度：
；
則管板的名義厚度：
圓整到
2.2.2端部強(qiáng)度計(jì)算及校核
2.2.2.1各個(gè)符號(hào)的意義：
a—主螺母的高度（mm） mm;
C2—腐蝕裕量（mm）按照設(shè)計(jì)參數(shù)取C2=2 mm；
Pc—計(jì)算壓力（Mpa）根據(jù)設(shè)計(jì)條件取Pc=31.4 Mpa；
E—彈性模量（Mpa）；
Aa —在預(yù)緊時(shí)，所需要的螺栓最小總截面積（），, 。
Ab— 實(shí)際所使用的螺栓總截面積，；取最小者，。
Am— 需要的螺栓總截面積，；取Ap與Aa之中的較大值;
Ap—在操作狀態(tài)下，需要的螺栓總截面積（）以螺紋小徑計(jì)算或外螺紋部分的最小直徑計(jì)算，取最小值。
—常溫狀態(tài)下主螺栓的許用應(yīng)力(Mpa),;
—設(shè)計(jì)溫度下主螺栓的許用應(yīng)力（Mpa），;
—端部法蘭的外徑，，；
—螺栓中心圓的直徑，，；
—端部法蘭的計(jì)算內(nèi)直徑，，；
—主螺栓的公稱直徑，，；
—主螺栓光桿部分的直徑，，；
—主螺栓的個(gè)數(shù)，個(gè)；
—筒體端部的總高度，，；
—筒體端部外緣的長(zhǎng)度，，,取值；
—螺孔的深度，，,
??；
—直邊的長(zhǎng)度，，；
—過(guò)渡圓角的半徑，，；
—端部法蘭的傾角，；
—端部法蘭和筒體處的名義厚度
—雙錐環(huán)的高度，，查GB150-2011表G6得 , ；
—雙錐環(huán)的厚度，，查GB150-2011表得G6 ，；
—雙錐環(huán)外側(cè)面的高度，，查GB150-2011表G6得
, ；
—雙錐環(huán)有效高度，，按GB150 ；
—雙錐環(huán)內(nèi)圓柱面的直徑，，查GB150-2011表G6 得 ；
—雙錐環(huán)密封面的錐角，；
—摩檫角，按GB150鋼-鋁得；
—
—
—
—
—；
—
—
—
—
2.2.2.2主螺栓計(jì)算
螺栓的受力分析：
—在操作狀態(tài)下螺栓的受力，N；按照GB150-2011公式G5計(jì)算：
—在預(yù)緊時(shí)螺栓的受力，N；按照GB150-2011公式G5計(jì)算：
—在操作狀態(tài)下所需的螺栓總截面積，；按照GB150-2011公式（9-6）；
；
—在預(yù)緊狀態(tài)下所需的螺栓總截面積，；按照GB150-2011公式（9-7）；
—所需要的螺栓面積，在與中取較大值，得；
—實(shí)際螺栓的總截面積，；
；
應(yīng)為＞，所以主螺栓滿足要求；
在預(yù)緊時(shí)螺栓的設(shè)計(jì)載荷為：
;
在操作時(shí)螺栓的設(shè)計(jì)載荷為：
取較大值，得螺栓設(shè)計(jì)載荷：
2.2.2.3鍋爐的端部法蘭強(qiáng)度計(jì)算及校核
①鍋爐端部法蘭與筒體處的名義厚度的計(jì)算：
在GB150-2011中規(guī)定端部法蘭與筒體處的名義厚度不能夠小于由內(nèi)壓確定的名義厚度，于是；
端部得結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖2.3 筒體端部結(jié)構(gòu)
由于采用堆焊，端部法蘭是鍛件，則取,焊縫系數(shù)取，，所以；通過(guò)查GB150表4-3知端部法蘭在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力為。
向上圓整到54mm。
②校核端部法蘭的應(yīng)力：
符號(hào)：各符號(hào)的意義及其值如下：
圖2.4筒體端部計(jì)算圖
作用于鍋爐端部法蘭縱向截面的彎矩，按照GB150-2011式（9-32）計(jì)算得：
鍋爐端部法蘭縱向截面的抗彎截面系數(shù)按照GB150-2011式（9-33）計(jì)算得：
對(duì)鍋爐端部法蘭縱向截面的彎曲應(yīng)力校核按照GB150-2011式（9-34）計(jì)算得：
；
由以上的結(jié)果得端部法蘭的強(qiáng)度校核合格。
2.2.2.4頂蓋的強(qiáng)度計(jì)算及校核
①以下符號(hào)的含義及其值：
—在預(yù)緊狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)特征系數(shù)；
—在操作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)特征系數(shù)；
—螺栓的中心線至墊片壓緊力作用的中心徑向距離，mm；
；
—開孔造成的強(qiáng)度削弱，削弱系數(shù)按照GB150-2011式（8-6）計(jì)算得；；
—平蓋的計(jì)算直徑，mm，通過(guò)查GB150-2011表7-7螺栓連接的圓形平蓋（13）；
—在頂蓋危險(xiǎn)徑向截面上開孔寬度的總和不能大于，并且任意相鄰兩孔的中心距的最小值要大于或等于兩孔平均直徑的1.5倍，mm；
—頂蓋的許用應(yīng)力為Mpa，；
表2.1
②用螺栓連接的圓形平蓋（13）的計(jì)算：
由于該頂蓋屬于GB150-2011表7-7中13#螺栓連接的圓形平蓋，故按下式計(jì)算：
;
;
在平蓋的徑向截面上，當(dāng)該截面為危險(xiǎn)截面時(shí)，各開孔寬度的總和：；
平蓋開孔的強(qiáng)度削弱系數(shù)：
;
開孔后的系數(shù)K：
在預(yù)緊狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)特征系數(shù)：
在操作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)特征系數(shù)：
在預(yù)緊狀態(tài)下的計(jì)算厚度：
；
在操作時(shí)頂蓋的計(jì)算厚度為：
頂蓋的計(jì)算厚度為：
頂蓋的設(shè)計(jì)厚度為：
頂蓋的名義厚度為：
③校核平蓋a-a環(huán)向截面上的當(dāng)量應(yīng)力：
圖2.5 平蓋
圖中h1=143mm，于是可得：
—彎曲應(yīng)力，Mpa；
；
—剪應(yīng)力，Mpa；
；
對(duì)作用于頂蓋a-a環(huán)向截面的當(dāng)量應(yīng)力進(jìn)行校核：按照GB150-2011式（G6）得:
＜
由以上校核結(jié)果得頂蓋a-a環(huán)向截面的當(dāng)量應(yīng)力校核合格。
2.2.2.5管板與平蓋之間的連接
在本次設(shè)計(jì)中鍋爐管程的壓力和溫度都比較高，所以管板與平蓋間需要采用高壓密封形式，由于被連接件在徑向上的剛度比密封元件的大，為了保證鍋爐的密封性能，故采用半自緊式密封結(jié)構(gòu)，其簡(jiǎn)圖如下所示：
a） 平蓋上的雙錐環(huán)采用托環(huán)以及螺栓進(jìn)行固定，雙錐環(huán)的內(nèi)圓柱面和平蓋的圓柱支承面之間的徑向間隙要求控制在雙錐環(huán)內(nèi)圓柱面直徑的0.1%至0.15%的范圍以內(nèi)；
b） 在平蓋的圓柱支撐面上開了若干條縱向的半圓形溝槽。
c） 密封面之間的軟金屬墊片厚度約為1mm，非金屬墊片厚度約0.5mm，軟金屬直徑為2~5mm；
（a）
圖2.6 雙錐密封結(jié)構(gòu)
2.2.2.6焊環(huán)法蘭的選擇
根據(jù)壓力容器的法蘭標(biāo)準(zhǔn)JB/T4703-2000規(guī)定，長(zhǎng)頸對(duì)焊式法蘭適用于公稱壓力為0.6～6.4Mpa、工作溫度為-70°～450°的鋼制壓力容器，腐蝕裕量≤3mm。通過(guò)查JB/4703-2000選取法蘭如下所示：
圖2.7長(zhǎng)頸對(duì)焊式法蘭
表2.2
通過(guò)查JB/ T4703-2000表1續(xù)所得焊環(huán)法蘭結(jié)構(gòu)尺寸如下所示：
，，，，，
，，，，，，
2.2.2.7鞍座的設(shè)計(jì)
定鞍座包角為120°，在JB/T4712中規(guī)定鋼制鞍座的寬度b一般可以大于或等于，即，現(xiàn)取b=300mm。
雙鞍座容器簡(jiǎn)圖如下所示：
圖2.8 雙鞍座簡(jiǎn)圖
上圖中：
=，并且
通過(guò)查JB/T4712-2007 DN2100～4000,當(dāng)包角為120°時(shí)，帶墊板的重型鞍式支座尺寸如下：
鞍座的高度為h=250mm，底板長(zhǎng)為，底板寬為，
底板厚度為mm，腹板厚度為mm，筋板厚度，墊板厚 度為，地腳螺栓的間距，孔徑規(guī)格為M20，墊板寬度，包角，肋板數(shù)為4，帶墊板。
3制造工藝
一個(gè)好的設(shè)備除了要有科學(xué)合理的理論計(jì)算之外，良好的制造工藝也是十分重要的，運(yùn)用科學(xué)合理的制造工藝，可以提高鍋爐的總體性能，減小加工難度，節(jié)約制造成本等等，這關(guān)系到設(shè)備的穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。有關(guān)鍋爐的制造工藝有很多，由于篇幅的限制，主要介紹下面幾個(gè)工藝。
3.1加工成形
3.1.1、套合準(zhǔn)備
筒節(jié)熱套通常先將外筒出爐后放在平臺(tái)上，再吊起內(nèi)筒放入筒中為保證起吊的垂直度，采用三線吊裝為好。用三根鋼絲繩吊起內(nèi)筒，其中一根鋼絲繩裝有手動(dòng)“葫蘆”，以方便調(diào)整垂直度。外筒應(yīng)裝在保溫筒中，保溫筒可與外筒同時(shí)進(jìn)出爐，也可等到外筒出爐后再裝入保溫筒。這樣可保證套合時(shí)外筒仍處于適當(dāng)?shù)臏囟?。選配好筒體后應(yīng)作好標(biāo)識(shí)移植確認(rèn)。
3.1.2、外筒的加熱
根據(jù)內(nèi)、外筒實(shí)測(cè)尺寸和選配情況，得到的實(shí)際過(guò)盈量來(lái)計(jì)算加熱溫度，以得到所需要的膨脹量，保證順利的套合。根據(jù)國(guó)內(nèi)有經(jīng)驗(yàn)廠家的生產(chǎn)實(shí)踐，外筒加熱溫度一般在500~550℃時(shí)，實(shí)際膨脹量在筒節(jié)直徑方向?yàn)?mm左右?？梢员ＷC順利套合。加熱方法通常有兩種：在熱處理爐中加熱和應(yīng)用“加熱籠罩”加熱（即煤氣加熱）。
3.1.3、套合操作
套合應(yīng)迅速，人員應(yīng)密切配合。兩層筒節(jié)熱套通常外筒出爐后立即吊到平臺(tái)上，然后迅速將內(nèi)筒吊來(lái)與外筒對(duì)中，快速放入外筒中，一般從打開爐門到套合完畢，只需要幾分鐘即可結(jié)束。三層筒節(jié)熱套通常先將中筒加熱到某一溫度，然后將內(nèi)筒套入中筒，再將第三層筒體加熱某一溫度，再將內(nèi)筒和中筒一起快速放入事先加熱的第三筒體內(nèi)。若層數(shù)還多則隨著層數(shù)的增加，依此類推由內(nèi)到外進(jìn)行。 內(nèi)筒應(yīng)靠自重落入外筒， 不得強(qiáng)行壓入，以免產(chǎn)生劃痕。
3.1.4、內(nèi)外筒貼合的標(biāo)志
內(nèi)、外筒在保溫筒同套合后仍有肉眼可見的間隙。這時(shí)應(yīng)將保溫裝置去掉，以加快筒體的冷卻，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間以后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)筒的升溫速度突然增加，同時(shí)，內(nèi)外筒套合面大量“冒煙”，這說(shuō)明內(nèi)、外筒已貼合，此時(shí)再也看不到間隙了，“冒煙”是由于筒體貼合后，內(nèi)筒升溫使筒壁上油污大量汽化的結(jié)果。
3.1.5、套合應(yīng)力的消除
消除套合應(yīng)力可在筒節(jié)套合后進(jìn)行，也可在容器焊好后與消除焊接殘余應(yīng)力一起進(jìn)行。熱處理規(guī)范與焊后熱處理規(guī)范相同，一般不低于600℃，不高于鋼材的回火溫度。
3.2 無(wú)損檢測(cè)
3.2.1無(wú)損檢測(cè)要求
①殼體鋼板按JB/T4730要求逐張做100%UT——Ⅱ級(jí)合格；
②殼體環(huán)向焊接接頭按照J(rèn)B/T4730做100%RT——Ⅱ級(jí)和20%UT——Ⅰ級(jí)合格。
3.2.2焊接接頭做超聲波檢測(cè)
縱向焊接的接頭使用探頭的頻率為2.5P，所用探頭晶片的尺寸為13×13，K1、K2這兩種K值探頭在焊接接頭的單面雙側(cè)或者雙面單側(cè)采用直接波按照J(rèn)B/4730.3—2005及其它相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)。
環(huán)向焊接接頭使用探頭的頻率為2.5P，所用探頭晶片的尺寸為13×13，K1、K2兩種K值探頭在焊接的雙面雙側(cè)采用直接波法按照J(rèn)B/4730.3—2005及其它有關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)。
3.3熱處理
在制造過(guò)程中熱處理工序主要是筒體的消應(yīng)力熱處理和整體焊后的熱處理。鍋爐熱處理的主要作用是：消除冷熱加工過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力；細(xì)化晶粒平且是晶粒均勻化；增大材料的塑性；進(jìn)行消氫處理以有效降低冷冽的發(fā)生。
焊后熱處理：
（1）熱處理的方法:
a.有兩種常用的方法：第一種是采用電熱爐內(nèi)整體消除應(yīng)力的方法；第二種是把鍋爐看作是一個(gè)加熱爐，在設(shè)備內(nèi)部加熱外殼保溫；
c.對(duì)環(huán)焊縫進(jìn)行局部消除應(yīng)力處理：焊縫中心線每側(cè)2倍板厚。
（2）焊后熱處理工藝：
A.在爐溫400℃以下進(jìn)行裝爐；
B.控制升溫速率為5000℃/Th且≤200℃/h；
C.保溫時(shí)間T≤50mm,25mm/hT>50mm,保溫時(shí)間=（150+T）/100h
D.400℃以上，6500/T℃/h且≤260℃/h
（3）鍋爐在焊后熱處理的注意事項(xiàng)
①在整體制造完成且檢驗(yàn)合格后，就可以進(jìn)行鍋爐整體消應(yīng)力處理，應(yīng)力消除后則可以水壓試驗(yàn)；
②不能夠用火焰直接噴射在工件上，防止發(fā)生過(guò)熱或過(guò)燒現(xiàn)象；
③產(chǎn)品試板的掛片試樣等應(yīng)該與鍋爐同爐PWHT
3.4焊接
焊接工藝評(píng)定應(yīng)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JB4708《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》進(jìn)行:焊接前按JB4708的規(guī)定對(duì)層板的焊接接頭做焊接工藝評(píng)定；焊接前按JB4709的規(guī)定、圖樣技術(shù)要求和徑評(píng)定合格的工藝制定焊接的工藝規(guī)程；焊接前要對(duì)破口進(jìn)行處理，把破口表明的氧化物和雜質(zhì)清除，破口加工應(yīng)采用機(jī)械加工，加工表面不得有裂紋、分層。夾渣等缺陷，清除范圍不得小于20mm ；受壓元件焊接接頭在焊接前預(yù)熱部位要按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及圖樣執(zhí)行，預(yù)熱的溫度按焊接工藝；其他的焊接接頭當(dāng)焊件溫度低于0℃時(shí)，應(yīng)在焊接處100mm范圍內(nèi)預(yù)熱到15℃。
焊接接頭同一部位的返修次數(shù)不得超過(guò)兩次，如果在熱處理后才進(jìn)行返修，施焊后應(yīng)作必要的熱處理，當(dāng)進(jìn)行壓力試驗(yàn)后一般不得在進(jìn)行焊縫返修，不得不返修的部位必須按原來(lái)的要求經(jīng)無(wú)損檢測(cè)合格，由于焊接接頭泄露造成的返修或者是返修深度大于壁厚一半的鍋爐還應(yīng)重新進(jìn)行壓力試驗(yàn)。
總 結(jié)
本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)100mm2雙管板廢熱鍋爐，主要任務(wù)是對(duì)鍋爐的選型，材料的選取，鍋爐主要受壓元件的強(qiáng)度計(jì)算以及校核。
設(shè)計(jì)從1月份開始，要求在6月之前完成，這幾個(gè)月是漫長(zhǎng)的也是短暫的。因?yàn)檫@次設(shè)計(jì)是在老師指導(dǎo)下獨(dú)立去完成的，設(shè)計(jì)難度大，計(jì)算復(fù)雜，在設(shè)計(jì)過(guò)程中十分枯燥，所以說(shuō)是漫長(zhǎng)的，但又由于在設(shè)計(jì)過(guò)程的涉及的知識(shí)面廣，要查閱大量的資料和文獻(xiàn)，以及進(jìn)行龐大的計(jì)算，要花費(fèi)很多時(shí)間，因此這幾個(gè)月又是短暫的。
在設(shè)計(jì)期間，首先是指導(dǎo)老師開動(dòng)員會(huì)議，宣講設(shè)計(jì)的相關(guān)事宜，選題、開題，然后開始到圖書館借相關(guān)的書籍，到網(wǎng)上查閱有關(guān)廢熱鍋爐的資料，由于要用到很多專業(yè)的知識(shí)，所以復(fù)習(xí)了《過(guò)程設(shè)備的設(shè)計(jì)》及《機(jī)械工程材料》等專業(yè)課程。通過(guò)這次實(shí)踐，我了解到了很多有關(guān)合成氨廢熱鍋爐的用途、工作原理及發(fā)展前景，懂得了鍋爐設(shè)計(jì)的方法，熟悉了對(duì)有關(guān)軟件的的應(yīng)用，培養(yǎng)了自己的獨(dú)立思考能力，提高了自己的動(dòng)手能力。
通過(guò)這次設(shè)計(jì)學(xué)到了很多東西，讓我更深一步的理解了專業(yè)課程的知識(shí)，懂得了如何去查取有用的資料，了解了國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，熟練了對(duì)相關(guān)軟件的操作。同時(shí)也認(rèn)識(shí)到了自己的不足，比如對(duì)專業(yè)知識(shí)理解不夠，對(duì)畫圖軟件不熟練，對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)不熟悉，缺乏獨(dú)立能力等等。
總之，本次設(shè)計(jì)對(duì)我們是十分有意義的，是對(duì)我們大學(xué)期間所學(xué)的一次大檢驗(yàn)，也是我們走向崗位前的一次熱身。在學(xué)到東西的同時(shí)也暴露出了我的不足之處，讓我知道我的知識(shí)還是很淺薄的，以后還有很長(zhǎng)的路要走，學(xué)海無(wú)涯，唯有不定地學(xué)習(xí)，不斷地反省自己才會(huì)進(jìn)步，才能使自己成為一個(gè)有用之才，才能為祖國(guó)的發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn)。
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外文文獻(xiàn)翻譯
壓力容器和它的構(gòu)件
壓力容器是密封容器設(shè)備，它們有著各種各樣尺寸和形狀。較小的壓力容器直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一英寸，而較大的壓力容器直徑可能達(dá)到或者超過(guò)150英尺。某些是埋在地下或海洋深處，大多數(shù)是安在地上或支撐在平臺(tái)上，還有一些實(shí)際上是在航空飛行器中的儲(chǔ)槽和液壓裝置里。
壓力容器的內(nèi)壓，同它的尺寸以及形狀一樣，也是多種多樣。1大氣壓(at m)=0.101325兆帕(MPa)=14.696磅/英寸2(psi)
內(nèi)壓可能小到1英寸水柱靜壓，也可以高到30000