录 第一章总论 第一节概述……… 第二节范围… 111 第三节载荷、设计压力、设计温度 第四节壁厚附加量…………… 第五节许用应力……… 第六节焊缝系数 第二章材料 第一节铝及铝合金的种类 第二节铝及铝合金的牌号、化学成分和状态… 45558 第三节板材 第四节管材…… 第五节棒材… 第六节线材 第七节型材 第八节铸造铝合金 第九节铝及铝合金的物理性能 第十节铝及铝合金低温性能 第十一节各种铝及铝合金牌号的一般用途 第十二节铝合金中各种合金元素的作用… 第三章设计计算……………… ∴…40 第一节内压容器和封头… 、内压圆筒和球壳…… 封头设计 第二节外压容器和封头 、受外压的圆筒…… 二、受外压的球壳…… 三、受外压的封头 四、外压容器和封头的设计壁厚 第三节开孔补强… 等面积开孔补强法的设计计算…… 二、有关开孔的一些限制 第四节法兰 法兰连接的螺栓力 垫片的使用 螺栓强度计算 四、法兰的承载能力
2] 五、法兰强度计算… 六、平法兰盖的强度计算…… 七、法兰、膺圈、法兰盖的许用应力 八、法兰连接各零件设计温度的选球 九、刚性法兰与松动法兰的概念… 笫五节管板· 、平板理论………… 平板理论的管板计算公式 三、剪切强度校验公式 第六节卧式容器… 、多支座卧式容器的受力模型… 二、连续梁问题的求解 三、筒体及封头中的各项应力及强度校验 四、鞍座设计… 五、支座高度误差对多支座卧式容器安全使用的影响… 114 K:~K7、KB、K10的数表… ………115 七、例题… 117 第七节常压容器壁厚 128 本章符号表…… 参考文献… 第四章结构 …134 第一节一般结构 封头 二、封头与筒体的连接结构…… 三、接管…… 四、视镜… 五、夹套结构 六、蛇管结构· 七、支座… 155 笫二节容器 卧式容器 立式容器 第三节带搅拌的反应器结构 171 笫〓节换热器 、列管式换热器 176 、盘管换热器 笫五节塔縣 …194 、塔板与塔体的连接形式· 塔内件 195 第六节衬铝设备 、衬铝层的固定 二、衬铝结构 参考文献… n
目录 t31 第五章制造与检验 第一节综述 、铝及铝合金焊制化工设备的制造技术特点 二、铝及铝合金焊制化工设备对制造技术的要求 制造工艺对结构设计的要求 第二节铝及铝合金的焊接与切割 铝及铝合金的焊接特点 210 、铝及铝合金的焊接方法 211 三、焊接接头形式与坡口形状尺寸 219 四、焊接工艺 五、焊接缺陷的产生及其防止… 六、焊接设备 2022 七、铝及铝合金的切割… 第三节铝及铝合金的冲压成型 ……235 铝及铝合金的冲压性能………… 二、铝及铝合金零件的弯曲… 三、铝及铝合金零件的特殊成型 第四节铝及铝合金焊制化工设备的总体制作 244 一、几个典型组焊件的制作要点……,,,. 、成品的表面处理……… 三、几种经常使用的衬铝方法…… 四、几种典型铝制设备的组装程序… 253 笫五节劳动保护 ……………268 、操作现场的有害因素 +, 防护办法 六节铝及铝合金焊制化工设备的质量控制与检验方法 、关键工序的质量控制与检验过程 、检验项目及验收标准 三、检验方法………… 第六章铝制零部件及化工设备使用情况… 第一节铝制零部件… 人手孔 265 液面计………… 三、视镜 四、法兰…… 五、补强短管∴ 六、支座… 七、卧式容器系列………… 第二节国内铝制化工设备使用情况… 附录 …289 、锦及铝合金的腐蚀与防护……………… 国内外铝及铝合金牌号对照表与国外铝及铝合金标记…
第一章 论 第一节概述 铝及铝合金其有优良的耐腐蚀性能及导热性能,低温时机械性能良好,密度小,且容易 进行压力加工,因此在化工、石油、轻工、深冷等工业部门获得了广泛的应用。 铝极易与空气中的氧结合,在其表面生成一层致密的氧化铝薄膜。这层薄膜化学稳定 性高,能阻止铝金属继续氧化。对于能促进铝氧化膜的生成,且不与它起作用的介质,铝及 铝合金是很好的耐腐蚀材料。铝的机槭强度随其纯度的增高而降低,但塑性则随其纯度增 高而提高。在锯中添加某些合金元素制成铝合金后,就能大大地提高其机械性能。铝及铝 合金在低温时(0C以下)其冲击韧性没有明显地下降,故适用于制作低温设备。铝的导热 性能特别好,其导热系数约为钢的3~5倍,因此,用它制作换热设备的传热元件是很合适 的。铝的密度小,约为碳钢的。铝不会产生电火花,用来制造容器以贮存易燃、易爆物料 是很安全的。铝设备不会污染产品,如要求高纯度产品,不允许含有铁离子时,可采用铝制 设备。 由于我国铝材资源丰富,并具有上述的优越性能,因此在一定的介质、温度与压力条件 下正确选用铝及铝合金,对于节约昂贵的铜、铜合金和不锈钢是有重要意义的。 铝的耐磨性较差,使用时要防止流体特别是固体颗粒的高速冲刷。铝制换热器的流体 入口处要安装挡板,以免冲刷管束设计时应避免在有液体介质(特别是含有电解质的溶液) 存在的情况下,使用铝——钢(或其他金属)直接接触,以免引起电化学腐蚀。铝和其他金属 相接触,最好在后者的表面涂以涂料,如过氯乙烯漆、酚醛清漆等。铝设备与管道外的保温 材料应是中性的,不宜用碱性域酸性材料。铝件不要直接放在混凝土构件上。不要用同种 铝材制螺栓、螺母,以免螺纹连接处咬死。 本分册叙述铝制化工设备的材料选用、设计计算结构制造和验收,并附有铝及铝合金 的腐蚀与防护、铝制焊接容器技术条件、我国和国外的铝及铝合金化学成分和机械性能、铝 制零部件,以及国内铝制化工设备调查表等内容。 第二节范围 适用于以熔化焊接方法制造的铝及铝合金设备。在化工设备中常用的工业纯铝有L1、 L2IB、L4、L5、J6;工业高纯铝有LG、LG;防锈铝合金有LF2、LF8、LF5、LF6、LF11 IF21,其中又以I2、J3、L4和JF2~LF6、JF1应用最多。铸铝有z801、zA104
第三节载荷、设计压力设计温度 载荷设计压力、设计温度可按国家劳动总局“压力容器安全监察规程和“钢制石油化 工压力容器设计规定的有关条文确定。由于温度变化对铝材的机械性能及耐腐蚀性能影响 较大,故铝的使用温度受到一定的限制。建议1~L5、LF2、LF21的设计温度不超过 150°C;LF3LF5I11的设计温度不超过65C。 第四节壁厚附加量 设计图样上标注的设备壁厚,由设备的计算壁厚加壁厚附加量组成。壁厚附加量应按 下式确定 C=C1+Ca+Cs 式中:c-壁厚附加量,mm; 铝板材负偏差附加量,取法如下 板厚(mm) c2(mm)* 0.5 12~20 70~80 3.5 c—腐蚀裕度,根据腐蚀率和使用年限确定,mm; ca一封头冲压拉伸减薄量,mm。按“铝制焊接容器技术条件(JB1580-75)”规定,封 头成型后的最小壁厚,应大于图样规定厚度的85%,且最小壁厚和图样规定 厚度差不大于4mm 第五节许用应力 对于常用的国产铝及铝合金材料的许用应力值,可按表1-1铝及铝合金板材在不同温 度下的许用应力表选用。该表是根据以往工程设计中许用应力值选取情况,结合我国铝材 现状,并参考对比国外数据而制定的。表中数值是在同时满足安全系数7=4、m=1.5作 出的,即: [] 取其中的较小值 [a]={02 式中:[]-铝材在设计温度下的许用应力,MPa; 注:“表中负偏差值是按叔宽20mm选取,若板宽大于2000mm,则q应按标准选取
第五许用应力 3 表1-1铝及铝合金板材在不同温度下的许用应力 板厚 不同温度下的许用应力(MPa) 号 状态 拉强度}服强度 (mm)I(MPa) (MPa".C 100° 125° 150 11.2 12.5 1生 14 10 M≤10 R 17 R26~806525 16.2 13.2 12.2 11.2 8.2 23 18817 18.8 17.5 I21 18.8 R|26~50110 93 18.8 17.5 ≤10170 42.5 42.5 5~25180 70 42, 42 4137.5 R|86~80160 M ≤45200100 65°0 LF3 R11~25180 R26~50170 60 (65°) R 5~10280130 70 工35 B11~25270180 67.5(650 62562.5( 注:1.纯铝暹火状态下的最小抗拉强度因冶标没有规定,故根据调查结果确定;管子或其他型材,可按相应标准中 03计算许用应力 列材料牌号并不齐全,其他材料可按有关标准中之或计算许用应力 状态代号 B一热轧
r 41 第一章总论 铝材在设计温度下的抗拉强度,MPa 0铝材在设计温度下的屈服强度,MPa 采用铸铝时,设计者应根据铸造厂生产水平、采用的铸造工艺、质量稳定情况及相应的 技术条件和验收标准选取安全系数。在一般情况下建议取 [a]=a 在化工行业中用铝材作螺桧还较少见,在还缺少使用经验的情况下用作螺栓的铝合金 许用应力,建议取下列两者的较小值 或 关于许用应力选用的一些说明: ①在计算铝制设备熔焊部件的强度时,不管材料的实际状态如何,均取材料退火状态 下的抗拉强度或屈服强度来计算许用应力。对于非熔焊部件,可取材料实际状态下的抗拉 强度或屈服强度来计算许用应力。 ②高于室温的许用应力,查表1-1。 ③低于室温的许用应力取常温时的许用应力。 第六节焊缝系数 熔化极氬弧焊: 双面对接焊中=085~0.95 单面对接焊φ=0.8~0.85 非熔化极氩弧焊: 双面对接焊φ=0.8~0.85 单面对接焊中-0.7~0.8 气焊 双面对接焊φ=0.65~0.75 单面对接焊φ=0.5~0.6 上述三种焊接的焊缝系数φ值的选取,一般是当焊缝全部探伤时取上限局部探伤时取 下限
第二章 材 料 第一节铝及铝合金的种类 工业用铝,可分为纯铝和铝合金两大类。 纯铝实际上含有一定量的杂质(主要是铁和硅)按其杂质含量的不同,把纯铝可划分为 各种纯度等级的工业纯铝代号为L 铝合金按其生产方法的不同,可分为铸造铝合金和变形铝合金两种。变形铝合金塑性 较高,适于压力加工。铸造铝合金塑性很低,不适于压力加工,但它具有良好的铸造性能。 变形铝合金,按照性能和用途的不同,可分为:铝①L、防锈铝①工F)、硬铝(LY)、锻铝 (LD)、超硬铝(IO)、特殊铝(LT)等。 变形铝合金按照热处理特点的不同,又可分为不可热处理强化的铝合金和可热处理强 化的铝合金两种。所谓不可热处理强化的铝合金,是指用热处理方法不能提高其强度,而只 可用压力加工方法来提高其强度的变形铝合金。所谓可热处理强化的铝合金是指用热处理 方法能提高其强度的变形铝合金。 目前,在化学工业中应用的铝及铝合金焊接设备、容器、管道及其他焊接件,多半由塑 性、导热性、耐腐蚀性和可焊性良好的纯铝,不可热处理强化的铝锰、铝镁等变形铝合金制 第二节铝及铝合金的牌号、化学成分和状态 1.铝及铝合金的牌号代号及化学成分(摘自GB19082) 表-1纯铝的牌号代号及化学成分 主要成 质不大于 组别合金名称代号分铝 共他杂质 %0铁硅十硅铜镁锰锌键钛 单个 4业高纯铝一号 醱圍圍目 镧|罐閣闊輯目 9工业纯铝四减一号工业纯铝IA199.3 0.0b0.010,010,020.0 10工业纯铝五号工业纯铝L5900.500.500.900.05 11工业纯铝五减一号工业纯铝L5190 1.0 0,05.15 12工业纯铝六号工业纯铝|L6988}0.50051.00.1P.1op.1
61 第二章材料 (1)纯铝的牌号、代号及化学成分(表2-1)。 (2)防锈铝合金的牌号、代号及化学成分(表2-2)。 表2-2防牺铝合金的牌号、代号及化学成分 主要成分 杂质不大于(%) 合金名称「代号 钛铍铁硅 共+硅/铜/他杂质铝 二号防锈铝LR22.0~2.80.15~0.15 余量 2三号防锈铝工F3|3.2~3.8 0.1p.2 量 3四号防锈铝LF4|4.0~4.90.4~1.00.15 1po.250.050.15余量 五号防锈铝L5|4.8~5.50.3~0 1余量 5五减一号防锈铝L5-1|1.5~5.60.05~0.40.15 40.3 余量 6六号防锈铝 LF658~6810.5~0.80.100.005卩.40.4 余量 7十号防锈铝LF1014.7~5.7|0.2~0 40.4 0,60.2 余量 或钒 8十一号防锈铝|工Ⅳ11|4.8~5.50.3~0.6 50.5 0.11.2po.o50,1余量 +二号助锈铝|rp.-9.6.4-0.0:.os.4.101bc2 10余量 10+三号防锈铝IB18P2~10.50。4~0.80:50.059.90.3钟004~1.092 余量 11+四号防锈铝IP145.8~6.80.5~0.0.~1.001 12仁二十一号防锈铝LF210.051.0~1.60.15 (3)硬铝的牌号、代号及化学成分(表23) 表2-8硬铝的牌号、代号及化学成分 序 主要成分( 质不大于(% 合金名称代号 铁其他杂质 号 镁 锰 钛 1一号硬铝|LY12.2~3 510.1 0.050.0余量 2二号硬铝LY226~322.0~2410.45~0 0.30.30.1 050,10余量 四号硬铝LY4..2~3.72.1~2.60.5~0.80.05~.01x 050.10余量 4|六号硬铝Ly6k.8~4.1.7~230.5~1.00·030.0o 0.00 050.10余量 5八号硬铝LY81.8~40.4~0.80.4~0.80.15 50.1 0.050.10余量 6九号硬铝LY93.8~4.51.2~160.3≈~0.70.15 o1余量 7+号硬铝L￥103.9~4.50.15~0.30.3~0.50.15 余量 号硬蜩LY113.8~4.s0.4~0.8|0.4~0.80.15 30.10.70.050.10余量 9|二号硬铝IY12.8~4.01.2~1.8|0.3~0,9015 余量 10什十三号硬铝L￥134.0~5,0.3~0.5 0,15 余量 12}+六号硬IY161.0~7.0.0504~0.80.1~0.2 0.30.1 050.1余量 13七号硬锢1217.0~7..5~0.40.~.0.1~0.2 30.1 0.050.10余量
第二节铝及铝合金的牌号、化学成分和状态 [7 (4)锻铝的牌号、代号及化学成分(表2-4 表24锻铝的牌号、代号及化学成分 成 ) 合金名称代号 其他杂质 号 镁锰!铁硅铲镍铬钛被铁+硅 个合 包1D2.2~1.45~或铬 0.0501余量 2二减一号没Ir1p.n4P·~0.4P·,75-. 0.1余量 减二号锓铝LD22 0.10.15 .050.15余量 4五号铅,1D52:6.80.s」0.7下12.390 5六号锻铝 260.80.8/0.7.7~1.30.10.0.1「0.7 余量 七号绍D71.9~14-0.210.9~a.353p.31 余量 7八号锻铝LD8 251.0.21~1.4,5 0.15 余量 九号锻铝|D9 0 050.10余量 9十号锻铝LD10 1.2p.301 050.10余最 10+一号锻铝ID11 0211.0 0,110.15 余量 l三十号绍1Doo.150.7P4 12+一号锻LD0.1P4.901/.e 0.04~015 余量 0.100.10 余量 表25铝及铝合金的状态、名称及代号 代号‖序号 代号 退火 优质表面(退火) 淬火 13优质表面(淬火) 自然时效 加厚包铝的 人工时效 不包铝的 淬火(白然时效) z 不包铝(热轧) 淬火(人工时效) BM 18不包铝(淬火、冷作硬化) 3/4硬、1/硬、1/3硬、1/硬Y1、Y2、Y3、Y419不包铝(淬火、表面优质) BCO 20 不包铝(淬火冷作硬化优质 BAYo 热轧、热挤 R2落爸时教表面优质并cZYo 优质表面