1、壓力管道設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目:壓力管道焊接工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù):2.1工作壓力：5MPa2.2工作溫度：-1080攝氏度2.3外形：圓柱體2.4工質(zhì)：原油2.5材料：L245管線鋼設(shè)計(jì)要求：3.1壓力管道結(jié)構(gòu)受力分析3.2強(qiáng)度計(jì)算，確定最小壁厚3.3焊接工藝分析3.4編寫焊接工藝卡3.5.編寫熱處理工藝卡3.6繪制焊接工藝草圖一、 總體概述長(zhǎng)輸管道作為鐵路、公路、海運(yùn)、民用航空和長(zhǎng)輸管道五大運(yùn)輸行業(yè)之一，其輸送介質(zhì)除常見(jiàn)的石油、天然氣外，還有工業(yè)用氣體如氧氣、二氧化碳、乙烯、液氧等介質(zhì)。大部分輸送介質(zhì)管道在國(guó)內(nèi)均有成功建設(shè)和運(yùn)行業(yè)績(jī)。近幾年，我國(guó)管道建設(shè)發(fā)展非常迅速。在管線的建設(shè)施工中，環(huán)焊縫焊接方

2、法從傳統(tǒng)的手工焊、管道下向手工焊、半自動(dòng)下向焊到現(xiàn)在的全自動(dòng)焊，管線的鋼級(jí)從Q235 、16Mn、L290（X42）、L360（X52）、L415（X60）、L450（X65）和L485（X70）提高到目前的L550（X80），直徑從200mm增加到1219 mm，水管線直徑已超過(guò)2000 mm，壁厚從6 mm增加到30 mm，輸送壓力從4MPa增加到15MPa。從廣義上理解，壓力管道是指所有承受內(nèi)壓或外壓的管道，無(wú)論其管內(nèi)介質(zhì)如何。壓力管道是管道中的一部分，管道是用以輸送、分配、混合、分離、排放、計(jì)量、控制和制止流體流動(dòng)的，由管子、管件、法蘭、螺栓連接、墊片、閥門、其他組成件或受壓部件和支承

3、件組成的裝配總成。壓力管道具有以下特點(diǎn)：（1）、壓力管道是一個(gè)系統(tǒng)，相互關(guān)聯(lián)相互影響，牽一發(fā)而動(dòng)全身。 （2）、壓力管道長(zhǎng)徑比很大，極易失穩(wěn)，受力情況比壓力容器更復(fù)雜。壓力管道內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)復(fù)雜，緩沖余地小，工作條件變化頻率比壓力容器高（如高溫、高壓、低溫、低壓、位移變形、風(fēng)、雪、地震等都有可能影響壓力管道受力情況）。 （3）、管道組成件和管道支承件的種類繁多，各種材料各有特點(diǎn)和具體技術(shù)要求，材料選用復(fù)雜。 （4）、管道上的可能泄漏點(diǎn)多于壓力容器，僅一個(gè)閥門通常就有五處。（5）、壓力管道種類多，數(shù)量大，設(shè)計(jì)，制造，安裝，檢驗(yàn)，應(yīng)用管理環(huán)節(jié)多，與壓力容器大不相同。 運(yùn)輸管道承受著所運(yùn)輸介質(zhì)的壓力

4、和溫度的作用，同時(shí)還遭受所通過(guò)地帶各種自然環(huán)境和人為因素的影響，對(duì)鋼材的強(qiáng)度、韌性、以及可焊性提出了相當(dāng)高的要求，在使用過(guò)程中可能發(fā)生各種破漏或斷裂事故。為確保管道的安全運(yùn)行和預(yù)防管道事故產(chǎn)生應(yīng)從設(shè)計(jì)、施工和操作三方面這首，其中設(shè)計(jì)中的合理選擇材料和焊接工藝是相當(dāng)重要的。二、受力分析內(nèi)容：參照標(biāo)準(zhǔn)：SHJ.41-91石油化工企業(yè)管道柔性設(shè)計(jì)規(guī)范1.管道柔性設(shè)計(jì)的任務(wù)壓力管道柔性設(shè)計(jì)的任務(wù)是使整個(gè)管道系統(tǒng)具有足夠的柔性，用以防止由于管系的溫度、自重、內(nèi)壓和外載或因管道支架受限和管道端點(diǎn)的附加位移而發(fā)生下列情況1)因應(yīng)力過(guò)大或金屬疲勞而引起管道破壞；2)管道接頭處泄漏；3)管道的推力或力矩過(guò)大，

5、而使與管道連接的設(shè)備產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力或變形，影響設(shè)備正常運(yùn)行；4)管道的推力或力矩過(guò)大引起管道支架破壞。2.分析步驟：1) 工程規(guī)定2) 管道的基本情況3) 用固定點(diǎn)將復(fù)雜管系劃分為簡(jiǎn)單管系，盡量利用自然補(bǔ)償4) 用目測(cè)法判斷管道是否進(jìn)行柔性設(shè)計(jì)5) L 型 U 型管系可采用圖表法進(jìn)行應(yīng)力分析6) 立體管系可采用公式法進(jìn)行應(yīng)力分析7) 宜采用計(jì)算機(jī)分析方法進(jìn)行柔性設(shè)計(jì)的管道8) 采用 CAESAR II 進(jìn)行應(yīng)力分析9) 調(diào)整設(shè)備布置和管道布置10)設(shè)置、調(diào)整支吊架11)設(shè)置、調(diào)整補(bǔ)償器12)評(píng)定管道應(yīng)力13)評(píng)定設(shè)備接口受力14)編制設(shè)計(jì)文件15)施工現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)三、L245管線鋼的化學(xué)成分及

6、力學(xué)性能L245就是一種低壓流體卷制管，其性能和20#無(wú)縫管差不多鋼種力學(xué)性能化學(xué)成分屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度伸長(zhǎng)率CSiMnSPMPakg/mmMPakg/mm不大于不大于不大于不大于L245245415210.261.150.0300.030參照GB50316-2000工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范四、管壁厚度計(jì)算4.1材質(zhì)：L245、工作壓力為4MPa、工作溫度：-10804.2公稱外徑壁厚理論質(zhì)量試驗(yàn)壓力/mpamm管體公差/mm允許公差kg/mL210L245l290l230355.6-0.755.214.648.333.847.88.66.455.114.55.38.99.87.161.0255.9

7、9.810.97.967.745.66.510.912.14.3對(duì)壓力管道來(lái)說(shuō)，大多數(shù)都屬于薄壁管子，故當(dāng)S 0.385 時(shí)，直管壁厚應(yīng)按厚壁管道計(jì)算公式確定。對(duì)于外壓直管的壁厚，應(yīng)根據(jù)GB150鋼制壓力容器規(guī)定的方法確定。4.4壁厚等級(jí)的確定將上式的計(jì)算值先按四舍五入的原則進(jìn)行園整，然后查相應(yīng)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，與計(jì)算值最接近且稍高的對(duì)庇壁厚就是該管道的公稱壁厚。對(duì)應(yīng)有管子表號(hào)時(shí)，就用管子表號(hào)表示，無(wú)對(duì)應(yīng)管子表號(hào)時(shí)，就用壁厚值表示。管子表號(hào)或壁厚值所表示的參數(shù)就是該管道的公稱壁厚等級(jí)。管道上其他組成件(如彎頭、三通、異徑管、封頭等) ，也以上述確定的數(shù)字或代號(hào)表示其公稱壁厚等級(jí)，并由此確定它們與管子

8、是等強(qiáng)度的。由以上數(shù)據(jù)和公式，可以得到該管道的外徑D1為355.6mm，壁厚為5.2mm 內(nèi)徑為342.2mm五、L245管線鋼的結(jié)構(gòu)及材質(zhì)分析5.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及材質(zhì)分析5.1.1、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（詳見(jiàn)工藝草圖） 外徑D1為355.6mm，壁厚為5.2mm 內(nèi)徑為342.2mm的L245管線鋼。產(chǎn)品為直焊縫。5.1.2、材質(zhì)性質(zhì)分析（1）、化學(xué)性能分析鋼的化學(xué)成分( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %1鋼號(hào)CSiMnPSL2450.130.240.760.0220.014 （2）、材質(zhì)的力學(xué)性能分析X70 ,L245 鋼的力學(xué)性能2鋼號(hào)s/Mpab/Mpa5/ %沖擊吸收功( - 20 )/ JL245380485225

9、6（3）焊接性的分析 L245 是一種優(yōu)質(zhì)非合金鋼, GB/ T9711. 2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的碳當(dāng)量為0142 ,實(shí)際碳當(dāng)量為0123 ,供貨的狀態(tài)是正火,組織為鐵素體加珠光體,無(wú)脆硬傾向,焊接性較好。該次工藝評(píng)定的壁厚范圍為11 mm ,厚度不大,考慮施工方便及經(jīng)濟(jì)性,一般對(duì)于單純L245 - L245 的焊接接頭焊前無(wú)預(yù)熱要求。綜合考慮這種鋼的焊接冷裂紋敏感性,為了保證良好的焊接接頭質(zhì)量,避免焊接冷裂紋的產(chǎn)生,確定預(yù)熱溫度為100 ,層間溫度為100150 .六、焊接材料及焊接規(guī)范（附：焊接工藝卡）6.1焊接材料的選擇6.1.1焊絲的選擇為保證焊接接頭的強(qiáng)韌性,采用H08MnNiMoA型焊絲4

10、，采用CHF602型焊劑。其中焊絲以及焊劑的化學(xué)成分如下表：H08MnNiMoA型焊絲的化學(xué)成分型號(hào)CSiMnCrMoNiSPH08MnNiMoA0.100.251.20-1.600.200.30-0.500.300.030.30SJ101堿性燒結(jié)焊劑的化學(xué)成分（%）型號(hào)SIO2+TiO2CaO+MgOAl2O3+MnOCaF2SPSJ10115223035152020250.0160.036.1.2焊條直徑規(guī)范 板厚為2-8mm，焊接位置為平焊，熔滴過(guò)渡形式為短路過(guò)度，內(nèi)外焊絲都采用直徑為3mm的焊絲。此處如果選擇焊絲直徑為3mm，電流相同時(shí)，隨著焊絲直徑的減少，熔深要增加。6.1.3焊接電

11、流的選擇 焊接電流的作用是溶化焊絲和工件，同時(shí)也是決定熔深的決定因素。焊接電流隨著焊絲直徑和過(guò)渡形式的不同而發(fā)生變化，內(nèi)焊電流選擇范圍為500-700A，外焊絲埋弧自動(dòng)焊的電流為800A。6.1.4焊接電壓的選擇 電弧電壓是焊接一個(gè)重要的參數(shù)。電弧電壓的大小決定著電弧的長(zhǎng)短和熔滴過(guò)渡形式，它對(duì)焊縫的成型，飛濺、焊接缺陷以及力學(xué)性能有有很大的影響。 電弧電壓對(duì)焊接過(guò)程及金屬間的冶金反映起著比焊接電流更大的作用，且隨著焊接直徑的減小，電壓的影響程度不多增大。6.1.5焊接速度的選擇 焊接速度主要根據(jù)根據(jù)生產(chǎn)率和焊接質(zhì)量。速度大，保護(hù)變差，同時(shí)是冷卻速度增加，使焊縫塑性降低，切不利于焊縫成形，易形成

12、咬邊缺陷。焊接速度過(guò)慢，熔敷金屬在電弧下堆積，電弧熱和電弧力受阻礙，焊道不均勻且焊縫粗大。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中一般不超過(guò)0.5m/min6.1.6焊縫坡口的設(shè)計(jì)坡口型式及參數(shù)不僅直接影響到焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本,而且將直接影響到焊接質(zhì)量。坡口角度的作用是使電弧能深入焊縫根部,滿足操作要求,保證焊縫 根部焊透。間隙的尺寸要合適,太小則不易焊透,太大則容易燒穿。鈍邊是保證第一層能焊透,同時(shí)又防止燒穿。本處的焊縫坡口設(shè)計(jì)為詳見(jiàn)工藝圖。七、焊后熱處理 7.1焊后熱處理的一般規(guī)定（1）焊后熱處理應(yīng)按根據(jù)工程實(shí)際情況編制的熱處理工藝卡執(zhí)行。（2）焊后熱處理應(yīng)在焊縫外觀質(zhì)量檢驗(yàn)合格后進(jìn)行。對(duì)容易產(chǎn)生焊接延遲裂紋的管

13、材，焊后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行熱處理。（3）進(jìn)行焊后熱處理應(yīng)根據(jù)鋼材的淬硬性，焊件的厚度、結(jié)構(gòu)、剛性、焊接方法及使用條件等因素綜合考慮，常用管材焊后熱處理工藝參數(shù)見(jiàn)表7，焊接異種鋼焊條（焊絲）及焊后熱處理溫度推薦表見(jiàn)表8。（4）對(duì)非奧氏體異種鋼焊接時(shí)，應(yīng)按焊接性較差的一側(cè)管材選定焊后熱處理溫度，但焊后熱處理溫度不應(yīng)超過(guò)另一側(cè)鋼材的臨界點(diǎn)AC1。（5）調(diào)質(zhì)鋼焊縫的焊后熱處理溫度，應(yīng)低于其回火溫度。（6） 焊后熱處理的加熱速率、恒溫時(shí)間及降溫速率應(yīng)符合下列規(guī)定（S壁厚、mm）加熱速率：升溫至300后，加熱速率不應(yīng)超過(guò)200h，且不大于200h。恒溫時(shí)間：碳素鋼每毫米壁厚為22.5分鐘，合金鋼每毫米壁厚為3分鐘

14、，且不少于30分鐘。冷卻速率：恒溫后的降溫速率，不應(yīng)超過(guò)275h，且不大于275h，300以下自然冷卻。7.2 異種金屬焊接接頭的焊后處理要求，一般應(yīng)按合金成份較高的鋼材確定。常用管材焊后熱處理溫度 鋼種焊后熱處理壁厚（mm）溫度()C30600650CMn20C-0.5Mo5605900.5Cr0.5Mo600650MnV6506701Cr0.5Mo101Cr0.5MoV67007501.5Cr1MoV2.25Cr1Mo5Cr1Mo任意壁厚9Cr1Mo7507802Cr0.5-WV3Cr-1Mo-Vti12Cr-1Mo-V7.3焊后熱處理操作要點(diǎn)：（1）焊后熱處理操作前，操作人員應(yīng)認(rèn)真檢查電

15、源連接是否正確，漏電保護(hù)器是否靈敏，有無(wú)裸露的電源線及接頭，加熱器瓷環(huán)有無(wú)損壞，保溫是否符合熱處理工藝卡要求，熱處理設(shè)備及管道是否接地良好。（2）熱處理過(guò)程中必須嚴(yán)格按照熱處理工藝卡規(guī)定的工藝參數(shù)執(zhí)行，設(shè)專人觀察溫度指示儀有無(wú)異常，如發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)立即停止熱處理找出原因方可繼續(xù)進(jìn)行。（3）在臨近恒溫溫度50時(shí)，應(yīng)逐漸減小電流、電壓，以使升溫速度逐漸減慢，平滑過(guò)渡至恒溫溫度。（4）熱處理升降溫操作要平穩(wěn)，嚴(yán)禁電參數(shù)急速大跨度變化。（5）熱處理工作結(jié)束后，操作者應(yīng)在自動(dòng)曲線圖上注明熱處理管線號(hào)、焊口號(hào)、操作者姓名及日期并寫出熱處理報(bào)告。7.4 電加熱器及熱電偶安裝（1）進(jìn)行熱處理時(shí)，每道焊口的測(cè)溫

16、點(diǎn)應(yīng)對(duì)稱布置在焊縫中心兩側(cè)，且不得少于兩點(diǎn)。水平管道測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)上下對(duì)稱布置。測(cè)溫點(diǎn)處應(yīng)用砂輪打磨出金屬光澤。熱電偶安裝應(yīng)采用細(xì)鐵絲捆扎，為保證所測(cè)溫度為管子的實(shí)際溫度，在熱電偶與加熱器之間應(yīng)墊小塊保溫玻璃布進(jìn)行隔離，熱電偶及加熱器安裝詳圖見(jiàn)圖3。（2）焊后熱處理的加熱范圍，每側(cè)不應(yīng)小于焊縫寬度的3倍，且不小于25mm。有淬硬傾向或易產(chǎn)生延遲裂紋的管道焊縫兩側(cè)各不小于壁厚的五倍，且不小于100mm，并力求受熱區(qū)的溫度均勻一致。加熱區(qū)以外100mm范圍內(nèi)應(yīng)用玻璃棉或硅酸鋁纖維氈進(jìn)行保溫，管道兩端應(yīng)封閉。7.5熱處理工藝（1）熱處理的加熱速度、恒溫時(shí)間及冷卻速度應(yīng)符合下列要求：加熱速度：升溫至300后

17、，加熱速度應(yīng)按(205X25/)/h計(jì)算，且不大于220/h。恒溫時(shí)間：非合金鋼為每毫米壁厚22.5min；合金鋼為每毫米壁厚3min，且總恒溫時(shí)間不得少于30min。在恒溫時(shí)間內(nèi)，最高與最低溫度差應(yīng)小于50。冷卻速度：恒溫后的冷卻速度應(yīng)按(60x25/)/h計(jì)算，且不得大于260/h，冷至300后可不控制。（2）異種鋼焊接接頭的焊后熱處理，應(yīng)按兩側(cè)鋼材及所用焊條（焊絲）綜合考慮。熱處理溫度一般不超過(guò)合金鋼成分低側(cè)鋼材下臨界點(diǎn)Ac1，可參見(jiàn)表8執(zhí)行。八、焊接檢驗(yàn)8.1 焊接檢驗(yàn)主要方面8.1.1 焊前（1）焊接材料的選擇（2）焊接設(shè)備、儀表、工藝裝備;（3）焊接坡口、接頭裝置及清理;（4）焊工

18、資格;（5）焊接工藝文件.8.1.2 施焊過(guò)程中（1）焊接規(guī)范參數(shù);（2）執(zhí)行焊接工藝情況;（3）執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)情況;（4）執(zhí)行圖樣規(guī)定情況.8.1.3 焊后（1）實(shí)際施焊記錄;（2）焊縫外觀及尺寸;（3）后熱、焊后熱處理;（4）產(chǎn)品焊接試板、焊接工藝紀(jì)律檢查試板;（5）無(wú)損檢驗(yàn);（6）致密性試驗(yàn).八、心得體會(huì)兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去獨(dú)立完成一件事情。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督，學(xué)會(huì)了合作，提高了自學(xué)能力。通過(guò)這次壓力管道設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了焊接設(shè)備與方法設(shè)計(jì)等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握管道設(shè)計(jì)的方法和步驟，掌握壓力管道設(shè)計(jì)的基本的技能懂得了怎樣分析零件的工藝性，怎樣確定工藝方案