一. 设计背景
工程科学是关于工程实践的科学基础，现代过程装备与控制工程是工程科学
的一个分支，因此，生产实习是工科学习的重要环节。在兰州兰石集团实习期间，对化工设备的发展前景和各种化工容器如反应釜、换热器、储罐、分液器和塔器等的有所了解和学习。生产实习的主要任务是学习化工设备的制造工艺和生产流程，将理论知识与生产实践相结合，理论应用于实际。因此，过程装备与检测的课程设计的设置是十分必要的。由于我们实习的加工车间正在进行加氢反应器的生产，而加氢反应器是石油化工行业的关键设备，其生产工艺和设计制造在化工设备中具有显著的代表性，为此，选择加氢反应器这一典型的化工设备作为课程设计的设计题目。
二加氢反应器的主要设计参数
2.1：引用的主要标准及规范
国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监察规程》（99）版
GB150-1998 《钢制压力容器》
GB6654-1996 压力容器用钢板（含1、2号修改单） JB4708-2000 钢制压力容器焊接工艺评定
JB/T4709-2000 钢制压力容器焊接规程
JB4744-2000 钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验
JB/T4730-2005 承压设备无损检测
JB4726-2000 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件
JB4728-2000 压力容器用不锈钢锻件
GB/4237-2007 不锈钢热轧钢板和钢带
GB/T3280-2007 不锈钢冷轧钢板和钢带
GB/T3077-1999 合金结构钢
GB/T14976-2002 流体输送用不锈钢无缝钢管
JB/T4711-2003 压力容器涂敷与运输包装
2.2 主要技术参数
表一
2.3 结构特点
该加氢精制反应器为板焊结构，其内径φ4000㎜，壁厚96.5㎜，由2节组成；封头内半径2043.5㎜，壁厚96.5㎜，总重量94550Kg 。整个容器位于裙座圈上，总高度约14011㎜，容器内壁（包括封头、筒体、法兰以及接管和弯管）全部堆
焊309L+347 不锈钢，反应器设有油气进出口、催化剂卸料口、冷氢进口、热电偶口、人孔等接管孔，所有接管均采用整体补强结构，裙座采用对接结构，各接管密封采用八角垫结构，设备上下各有一个弯管。容器内部焊有凸台（一周），安装有冷氢盘、分配盘等内件。
2.4 使用特点及需解决的问题
由于热壁加氢反应器是在高温、高压、临氢及硫和硫化氢介质条件下使用的，因此决定了该设备在使用过程中将会出现：氢腐蚀、氢脆、高温高压硫化氢腐蚀、硫化物应力腐蚀开裂、堆焊层的剥离、CrMo 五钢的回火脆性破坏等问题。
2.5技术要求与技术特性
2.5.1、2.25Cr-1Mo 钢板
2.5.2、壳体筒体，封头所用2.25Cr-1Mo 钢板除满足下列条件外，尚应符合ASME SA387/SA387M其他有关项目的要求。
2.5.3、2.25Cr-1Mo 钢应采用电炉或氧气转换炉加真空脱气精炼工艺冶炼，应为本质细晶粒镇静钢。
钢板化学成分应符合表1的要求。（2.25Cr-1Mo 钢板化学成分 %）
Mn 、Si 的含量在满足性能要求的前提下，尽可能接近规定范围的下限。
2.5．4、2.25Cr-1Mo 钢锻件的化学成分
b 、锻件的力学性能应符合表3的规定
表3
2.5.5、1）所有2.25Cr-1Mo 钢锻件应逐件按JB/T4730.3—2005《承压设备
无损检测》第三部分进行100%超声波检测。单个缺陷不大于Ⅱ级为合
格; 由缺陷引起的底波降低量对筒体螺纹承压环锻件Ⅰ级为合格，对其
他锻件不大于Ⅱ级为合格，密集缺陷不大于Ⅱ级为合格。同时对筒形
锻件两端各550mm 范围内密集缺陷Ⅰ级为合格；接管锻件焊接破口端
150mm 范围内密集缺陷Ⅰ级为合格。
2）所有2.25Cr-1Mo 钢锻件机加工后应逐件按JB/T4730.4—2005《承压设
备无损检测》第四部分进行100%荧光磁粉检测。磁粉检测质量Ⅰ级为
合格。
3）每个锻件均应在正火+回火状态下进行硬度试验，至少打三点，其结果
应为156—225HB.
4) 2.25Cr-1Mo钢锻件除满足上述各项要求外，尚应满足JB4726《压力容
器用碳素钢和低合金钢锻件》其他有关项目的规定。
2.5.6、受压元件所用的钢板和锻件进厂后的验收至少应满足《压力容器安全技术检察规程》第25条的规定。
2.5.7、管箱上与管板接触的密封面在热处理后精加工，管箱内壁机加工前先将接管焊接完毕后再进行堆焊；管箱端部及承压环的螺纹要求最终热处理后在数控加工中心进行精加工。
2.5.8、壳体正式施焊之前必须按JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》进
行焊接工艺评定（不推荐采用电渣焊），当使用的焊接材料产品牌号改变时应重新评定。
a. 焊接工艺评定试板力学性能检验项目，试样数量，位置及热处理状态试板母材的热处理状态应与产品一致，即正火+回火状态。
b. 力学性能（包括回火脆化倾向评定试验）的试验结果除冷弯外，其余各项均应符合对钢板的要求。
c. 在室温拉伸试验的断裂试样上取样进行焊缝金属的化学成份分析，其结果应满足下列条件：
C≤0.15% P≤0.010% S≤0.010% Cr=2.00—2.50%
Mo=0.90—1.10% Mn=0.30—0.95% Cu≤0.20%
Ni≤0.25% Si+Mn≤1.20%
三. 整体结构分析
加氢反应是可逆、放热和分子数减少的反应，根据吕·查德里原理，低温、高压有利于化学平衡向加氢反应方向移动。加氢过程所需的温度决定于所用催化剂的活性，活性高者温度可较低。对于在反应温度条件下平衡常数较小的加氢反应（如由一氧化碳加氢合成甲醇），为了提高平衡转化率，反应过程需要在高压下进行，并且也有利于提高反应速度。采用过量的氢，不仅可加快反应速度和提高被加氢物质的转化率，而且有利于导出反应热。过量的氢可循环使用。
常用的加氢反应器有两类：一类用于高沸点液体或固体（固体需先溶于溶剂或加热熔融）原料的液相加氢过程，如油脂加氢、重质油品的加氢裂解等。液相加氢常在加压下进行，过程可以是间歇式的，也可以是连续的。间歇液相加氢常采用具有搅拌装置的压力釜或鼓泡反应器。连续液相加氢可采用涓流床反应器或气、液、固三相同向连续流动的管式反应器。另一类反应器用于气相连续加氢过程，如苯常压气相加氢制环己烷、一氧化碳高压气相加氢合成甲醇等，反应器的类型可以是列管式或塔式。
加氢过程在石油炼制工业中，除用于加氢裂化外, 还广泛用于加氢精制, 以脱除油品中存在的含氧、硫、氮等杂质，并使烯烃全部饱和、芳烃部分饱和，以提高油品的质量。在煤化工中用于煤加氢液化制取液体燃料。在有机化工中则用于制备各种有机产品，例如一氧化碳加氢合成甲醇、苯加氢制环己烷、苯酚加氢制环己醇、醛加氢制醇、萘加氢制四氢萘和十氢萘（用作溶剂）、硝基苯加氢还原制苯胺等。此外，加氢过程还作为化学工业的一种精制手段，用于除去有机原料或产品中所含少量有害而不易分离的杂质，例如乙烯精制时使其中杂质乙炔加氢而成乙烯；丙烯精制时使其中杂质丙炔和丙二烯加氢而成丙烯；以及利用一氧化碳加氢转化为甲烷的反应，以除去氢气中少量的一氧化碳等
该加氢精制反应器为板焊结构，其内径φ4000㎜，壁厚96.5㎜，由2节组成；封头内半径2043。5㎜，壁厚96.5㎜，总重量94550Kg 。整个容器位于裙座圈上，总高度约14011㎜，容器内壁（包括封头、筒体、法兰以及接管和弯管）全部堆焊309L+347 不锈钢，反应器设有油气进出口、催化剂卸料口、冷氢进口、热电偶口、人孔等接管孔，所有接管均采用整体补强结构，裙座采用对接结构，各接管密封采用八角垫结构，设备上下各有一个弯管。容器内部焊有凸台（一周），安装有冷氢盘、分配盘等内件。
四．封头的强度计算
因为该筒体主要受内压作用，所以采用封头厚度按内压计算公式
查D-5 碳素钢和低合金钢钢锻件许用应力知［σ］t=110Map
查钢制压力容器焊接接头系数表，采用双面焊对接接头和相当于双面焊的对接接头，焊接接头系数：φ=1
封头为标准椭圆形封头，计算公式为：
δ=K pcDi/(2［σ］t φ-0.5pc)
=0.5×8.4×2043.5×2/（2×110×1-0.5×8.4）
=79.5mm
腐蚀余量：C2=5mm
设计厚度：δd=δ+C2=79.5+5=84.5mm，因为封头的厚度为90mm ，大于84.5mm ，所以容器在该厚度的条件合格。
五．坯料准备
1．材料的净化
原材料在轧制以后以及运输和库存期间，表面常产生铁锈和氧化皮，粘上油污和泥土。经过划线、切割成型、焊接等工序后，工件表面会粘上铁渣，产生伤痕，焊缝及近缝区会产生氧化膜。这些污物的存在，讲影响设备制造质量，所以必须净化。在设备制造中净化主要有以下目的：
（1）清除焊缝两边缘的油污和铁锈物，以保证焊接质量。
（2）为下道工序做准备，即是下道工序的工艺要求。
（3）保持设备的耐腐蚀性。
常用的净化方法有：手工净化、机械净化、化学净化和火焰净化四种。
封头原坯料采用机械净化中的喷砂机除锈。喷砂是大面积去除铁锈和氧化膜的先进方法。它是利用高速喷出的压缩空气流带出来的高速运动的砂粒冲击工件表面而打落铁锈和氧化膜的方法。这种方法主要用于碳素钢和低合金钢的表面除锈。
2. 矫形
设备制造所用的钢板、型钢、钢管等，在运输和存放过程中，会产生弯曲、波浪变形或者扭曲变形。这些变形直接影响了划线、切割、弯卷和装配等工序的尺寸精度，从而影响了设备的制造质量，有可能造成误差超差而成为废品，所以当材料的变形超过允许范围时必须进行矫正处理。
矫正处理的实质是调整弯曲件“中性层”两侧的纤维长度。最后使全部纤维等长。调整过程中，可以中性层为准，使长者缩短，短者伸长，最后达到与中性层等长。如对弯曲的钢板和型钢施以适当的反向弯曲使之矫形。另外一种方法是以长者为主，把其余的纤维都拉长而达到矫形目的的拉伸法矫形。主要用于断面较小的管材和线材，如有色金属管拉直，但要注意其延伸率。
常用的矫正方法有手工矫形、机械矫形和火焰加热矫形三种。
3. 划线
划线是在原材料或经初加工坯料上划出下料线、加工线、各种位置线和检查线等、划线工序通常包括对零件的展开计算，号料和打标记等一系列操作。
（1）封头的展开计算：
由于球形封头属于不可展的零件，但生产中冲压加工或旋压加工是毛坯料展开后的图形都为圆形，所以只需要求出展开后的半径或直径即可
采用经验法进行计算
Do=KDm+2h （一） Do 为包括了加工余量的展开直径；K 为经验系数
Dm 中性层直径
h 封头的直边高
经查表，由球形封头a ：b=1，所以K 取1.42
由总图可知，Dm=2X(2043.5+90/2)=4177 mm h=0 , 因此Do=1.42X4177=5931.34mm。
所以，内径2043.5mm 半球形封头整体展开尺寸为直径5931.34mm ，厚度90mm ，由标准钢板的规格限制以及展开计算可以得知，需要三块钢板， 因此采用拼焊缝技术。
上封头材料：SA516-70+316Lmod，重量5750kg
上封头过渡层堆焊完毕检验合格后整体做消除应力热处理。
（2） 号料
将展开图正式画在钢板上的作业称为号料，号料时应注意以下问题： ①加工余量
加工余量主要包括变形余量，机加工余量，切割余量，焊焊接工艺余量等。由于实际加工制造方法，设备，工艺过程等内容不尽相同，因此加工余量的最后确定是比较复杂的，要根据实际情况来确定。
查资料知：
划线完成后，为保证加工尺寸精度及防止下料尺寸模糊不清等，在切割线、刨边线、开孔中心及装配线等处均匀打上冲眼，用油漆标明标号、产品工号和材料标记移植等，以指导切割，成型，组焊等后续工序的进行。
4. 切割及边缘加工
按照所划的切割线从原材料上切割下零件毛坯，该工序称为切割，常用方法有机械切割（锯床、圆盘剪板机等），热切割（氧气切割、等离子切割等）。
边缘加工：首先，按照划线切割余量，消除切割时边缘可能产生的加工硬化、裂纹、热影响区及其他切割缺陷；其次，根据图样规定，加工各种形式，尺寸的坡口，通常加工方法有手工加工，机械加工，热切割加工。
经上述一系列工序后，得到一处理后的圆形封头板坯。
六．板坯加热
1. 封头冲压时，板坯塑性变形很大，且为厚壁中压封头，故用热冲压， δ/Do×100=90/5931.34×100≥0.7故用热冲压。
从降低冲压力和有利于钢板变形考虑，加热温度可高些，但是温度过高会使钢材的晶粒显著成长，甚至形成过热组织，是钢材的塑性和韧性降低，严重时会产生过烧组织，毛坯冲压可能发生碎裂，因此合理选择加热温度是很有必要的按 3. 查表7-8，润滑剂选取 石墨粉+水
4. 冲压过程：
将封头毛坯对中放在下模上，然后开动水压机使活动横梁空程向下，当压边圈与毛坯接触后，开动压边钢将毛坯的边缘压紧。接着上模空程下降，当与毛坯接触时，开动主缸使上模向下冲压，对毛坯进行拉伸，至毛坯完全通过下模后，封头便冲压成形。对后开动提升缸和回程缸，将上模和压边圈向上提起，与此同时用脱模装置将包在上模上的封头脱下，并将封头从下模支座下取出，冲压过程即告结束。
七．设备选用及模具设计
（1）计算冲压力
计算冲压力时影响因素较多，且冲压过程是变化的较复杂，目前计算冲压力常用下面公式：
P =C K π(D 0-D w ) δσb t
C ——压边力影响系数，无压边力C=1，有压边力C=1.2；
K ——封头形状影响系数，球形封头K=1.4-1.6；
D0——封头外径，mm
Dw ——筒节外径，mm
对于球形封头，压边条件的计算：
采用压边圈是毛坯料只能在压边圈与下模之间滑动，可以防止折皱的产生，而且在有压边圈产生的摩擦力作用下，增加了经向拉应力，也有利于防止封头鼓包的尝试。因此，确定在什么条件下需要采用压边圈是关系到封头质量好坏的重要因素。采用压边圈的条件主要决定与Do ，Dn ，与δ的关系条件如下公式 Do —Dn ≥（14～15）δ
Do ： 毛坯内径，5931.34mm ； Dn ： 封头内径，4087mm ；δ： 钢板厚度，90mm
Do —Dn=5853.24—2043.5X2=1844.34＞（14～15）X90=（1260～1350）mm 因此需采用压边圈
故取C=1.2，球形封头取K=1.5,查《化工设备用钢》表9-19，封头材料SA516-70+316Lmod，厚度98mm,750℃时抗拉强度§为520MPa
P=CK∏ (D-Dw)S§=1.2×1.5×3.14×【5931.34-（4087+96.5×2）】×96.5×110=99t
封头的冲压成型通常是在50-8000t 水压机或油压机上进行，此处选择100t 的水压机。
（2）模具设计
● ●上模（冲头）其结构及主要设计参数
①模直径Dsm
根据封头内径和热冲压的收缩率φ或冷冲压的回弹率φ计算，主材为
2.25Cr-1Mo 取φ=0.9%
Dsm= Dn（1±φ）=2043.5X2（1±0.9%）=3719.17—4454.83 mm
②上模曲面部分高度
)= 2043.5× (1±0.9%)=1859.585—2227.415mm
③上模直边高度H0
H1—封头高度修边余量，一般为15-40mm, 取H1=20 mm
H2—卸料板厚度，一般为40-80mm ，取H2=50 mm
H3—保险余量，一般为40-100mm ，取H3=50mm
所以，H= h1+ H1+ H2+ H3=98+20+50+50=218 mm
④上模上部分直径Dsm 、
Dsm 、=Dsm+(2-3) mm=3721.17—4457.83 mm
⑤上模壁厚S
当水压机吨位小于等于400 t时，S=30-40 mm，取S=35 mm
● ●下模（冲环）其结构及主要设计参数
①上下模间隙a, 附加值z ——热冲压时，z=（0.1-0.2）S=0.18×96.5=17.37 mm ，球形封头取较大值。
a=S+ z=96.5+17.37=113.87 mm
②下模内径Dxm
Dxm= Dsm+2a+ Sm
Sm ——下模制造公差，取Sm=2 mm
Dxm=（3719.17—4454.83）+2×113.87 +2=（3948.91—4684.57）mm
③下模圆角半径r
根据经验选取，采用压边圈时，r=(2-3)S（mm ）=2×98=196 mm
④下模直边高度h1
h1=（40-70）mm ，取h1=50 mm
⑤下模总高度h
h=（100-250）mm ，取h=200 mm
⑥下模外径D1
D1= Dxm+（200-400）mm=（4148.91—5084.57）mm
⑦下模座
外径D 应大于毛坯直径D 0，，高度H= h+（60-100）mm
下口内径D2应比与之配套的最大壁厚封头的下模内径Dxm 大（5-10）mm
● ●压边圈结构及设计参数
主要尺寸如下：内径Dn 、= Dxm+（50-80）（mm ）=（3988.91—4764.57）mm 厚度S 、=70-120 mm，取S 、=80 mm，外径Dw 、=D（下模座外径）﹥5853.24mm
八．封头冲压及其应力分析、典型缺陷分析
● 加氢反应器上部半球形封头采用厚板在100t 水压机上整体冲压成形，关键条件是有合适吨位、开档、行程的水压机和相应的工装模具，高温加热炉以及合理的冲压工艺。将毛坯对中放在下模（冲环）上，然后开动水压机使活动横梁空程向下，当压边圈与毛坯接触后，开动压边缸将毛坯的边缘压紧，接着上模（冲头）空程下降，当与毛坯接触时，开动主缸使上模向下冲压，对毛坯进行拉伸，至毛坯完全通过下模后，封头便冲压成形。最后开动提升缸和回程缸，将上模和压边圈向上提起，与此同时用脱模装置将包在上模上的封头脱
下，并将封头从下模支座中取出，冲压过程即告结束。
● 封头的冲压过程属于拉延过程，在冲压过程中各部分的应力状态和变形情况都不同，处于压边圈下部分的毛坯边缘部分，由于封头的下压力使其经受径向拉伸应力，并向中心流动，坯料外直径减小；边缘金属沿切向收缩，产生切向压缩应力，会使毛坯边缘丧失稳定而产生褶皱；常用压边圈将边缘压紧，则在板厚方向又产生压应力，即材料承受三向应力状态。处于下模圆角部分的材料，除受到径向拉伸应力和切向压缩应力外，还受到弯曲而产生弯曲应力。在冲头与下模空隙的部分金属材料，仍受径向拉伸应力和切向压缩应力，而板厚方向不受力，处于自由状态；封头底部的金属材料，径向和切向都受到拉应力，有较小的伸长，所以壁厚略有减薄。
● ●封头冲压时常出现的缺陷有拉薄、褶皱和鼓包等，其影响因素很多，
简要分析如下：
①拉薄 碳钢封头冲压后，其壁厚会产生不等程度的变化球形封头深度大，底部拉伸减薄最多。
②褶皱 冲压时板坯周围的压缩量最大，其值为
△L=∏（Dp-Dm ）
式中Dp ——坯料直径；Dm ——封头中径。
封头越深，毛坯直径越大，周围缩短量也越大，周向缩短产生两个结果，一个是工件周边区的厚度和径向长度均有所增加，另一个是过分的压应变使板料产生失稳而褶皱。板热加热不均、搬运和夹持不当造成坯料不平，也会造成褶皱。 ③鼓包 产生原因与褶皱类似，但主要影响因素是拼接焊缝余量的大小以及冲压工艺方面的原因，如加热不均匀，压边力太小或不均匀、封头与下模间隙太大以及下模圆角太大等。
为了防止封头冲压时产生缺陷，必须采用下列措施：板坯加热均匀；保持适当而均匀的压边力；选定合适的下模圆角半径；降低模具（包括压边圈）表面的粗糙程度；合理润滑以及在大批量冲压封头时应适当冷却模具。
九．封头边缘余量的切割及封头开孔
1. 用封头切割机来切割封头的边缘余量，工作过程如下：封头置于转盘上并随之转动；机架上装有割枪固定设备，装有弹簧使滚轮紧靠在封头外侧，以控制割嘴与封头之间间隙不会随封头椭圆变化而影响切割。放置封头时，一定要注意放正，让转盘的回转轴尽量和封头的回转轴重合，割前应按照封头的规格、直边尺寸划好切割线，并检查保证割距在整个圆周上正冲切割线。
2．封头开孔
为了连接接管和人孔，在封头上要开孔，这些孔可以先划好线然后用气割切出。首先在封头上找孔中心，划好中心线并用色漆写上中心线编号，按图纸画出接管的孔，在中心和圆周上打冲印，然后切出孔，同时切出焊接坡口。装接管或人孔、手孔的孔中心位置的允许偏差为±10 mm。对直径在150以下的孔，其偏差为-0.5-1.5 mm；直径在150-300 mm之间，偏差为-0.5-2.0mm ；直径在300 mm以上，偏差为-0.5-3.0 mm，开孔可以用手工气割或机械化气割。
十．封头制造详细工艺流程（包括检测）
10.1. 选材
在高温、高压下，氢与钢材中的碳原子能化合生成甲烷，使钢材变脆, 称为氢蚀。故高压加氢的反应器, 必须采用合金钢材。氢是易燃、易爆物质，加氢过程必须考虑安全措施。 在石油加氢装置中Cr-Mo 系低合金耐热抗氢钢得到广泛的使用。精致反应器在高温高压等恶劣条件下工作，工作介质常含H 2S ，H 2等反应产物，有强烈的腐蚀性等，选用2.25Cr-1Mo, 内部双层堆焊E309L+E347即可满足工作要求。2.25Cr-1Mo 是合金钢中加入Cr 和Mo 重要元素，其中Cr 主要起抗氧化的作用，在高温下与氧结合强，在金属表面形成Cr 2O 3稳定化合物包围金属，阻止了金属继续氧化，在温度较高下的金属原子活动能较强，由于金属再结晶的结果，使金属性软化，而Mo 可以提高再结晶温度，阻碍高温下原子的活动能力，提高热强性，同时也保证了有足够的强度，塑性和韧性，综合品质比较高，完全满足此次设计要求。
10.2．材检
8.2.1表面质量，材料标记
8.2.2化学成份（按炉）分析Cr 含量0.80%～1.15%，P ≤0.010%，S ≤0.010%，(Si%+Mn%)≤1.2%，［H ］≤2ppm ［O ］≤35ppm ［N ］≤80ppm
10.2. 3力学性能（按批）
a. 常温拉伸试验：（最大模拟焊后热处理）
b. 高温拉伸试验：（最大模拟焊后热处理）
ｃ. 夏比冲击试验： （最大模拟焊后热处理）
e. 冷弯试验： （最小模拟焊后热处理）R180° d=3a（无裂纹）
f. 金相检验，晶粒度按ASTM E112进行≥6级。
按压力容器用钢板材料说明书，在钢板的长度头部或尾部处，在钢板1/2厚度处和离钢板表面1.6mm 处取样作上述力学性能试验。
10.3喷砂 喷砂清理表面氧化皮
10.4探伤 钢板应逐张按JB/4730.3-2005进行100%UT检测，Ⅰ级合格，若来料UT 合格，塔内可不进行次序
检测说明：
RT 射线检测 DT 尺寸检查 UT 超声波检测 VT 宏观检测 MT 磁粉检测 HB 硬度检测
10.5号料 由标准钢板的规格限制以及展开计算可以得知，需要三块钢板， 因此采用拼焊缝技术。 10.6 气割下料 按线气割下料，清除熔渣
10.7 刨坡口 按图刨封头拼缝坡口，在龙门刨床上精加工拼接焊缝坡口，拼缝坡口进行100%MT，按JB4730.4-2005中Ⅰ级合格，然后预组合并在大型立车上夹紧，车削外圆边缘坡度，在龙门刨床上精加工拼接焊缝坡口→组对焊接（组对时在特制的装有预热装置的场地上进行）
10.8装焊拼缝 8.8.1组焊封头拼缝（在特制的装有预热装置的场地上进行）
8.8,2焊接详见焊接工艺说明书
8.8.3 打磨 清理焊缝表面
8.8.4拼缝坡口进行100%MT，按JB4730.4-2005中Ⅰ级合格
10.9 热成形 8.9.1冲压前，把板抷加热至始锻温度，放在水压机上冲压成形后，执行热处理工艺
8.9.2检查封头端口尺寸
10.10焊缝及热影响区内外表面MT ，整个球面进行UT
8.11正火加回火 1封头进行正火加回火处理，执行热处理工艺
2 带封头母材试板及拼缝试板
3 封头母材试板取1/2模拟后送检
10.12堆焊
1，球壳内壁喷砂打磨光滑呈金属光泽，清洗内表面，在专用的焊接变位器上夹紧，找正,
2在球壳外壁安装远红外电加热及保温层，通电预热
3进行第一层（过渡层）带极板堆焊和球底中心部位的焊条、电弧堆焊→打磨焊接接头部分→堆焊层表面PT （抽查30﹪面积）→UT 检测（也抽查30﹪，以焊带搭接处为主）→消除应力热处理→表面清洗，不得有油污等影响继续堆焊质量的杂物
4堆焊表层（耐蚀层）（包括焊条电弧堆焊）→表层进行100%PT和100﹪UT →测量堆焊层厚度
10.13正火+回火处理
10.14立车 立车封头端坡口和人孔开孔与人孔法兰的焊接坡口
10.15探伤 所有坡口进行100%MT，按JB/4730.4-2005中Ⅰ级合格 10.16 成型
十一．总结
我在这次课程设计中受益匪浅。第一、熟悉了压力容器设计制造的总的大体流程——首先要了解所要设计的压力容器，知道它的用途及使用厂家提出的要求等，其次要进行强度计算，然后确定重要结构的结构参数，然后是制造工艺，检测方法的选择，最后是压力试验及调试。第二、进一步了解了压力容器的国家标准，如《GB150》、《GB151》。第三、了解了企业里的一些状况，对我的求职就业有很大的帮助。第四、通过小组团体协作，增强了团队合作意识。 同时也让我意识到很多平时学习中的漏洞，要多多改进，完善自我。
参考文献
《压力容器制造和修理》——《压力容器实用技术丛书》编写委员会 编
《化工机械制造技术》——朱方鸣，王志斌 编著
《过程装备与制造检测》——邹广华，刘强 编著
《过程设备设计》——郑津洋，董其伍，桑之富 主编
一. 设计背景
工程科学是关于工程实践的科学基础，现代过程装备与控制工程是工程科学
的一个分支，因此，生产实习是工科学习的重要环节。在兰州兰石集团实习期间，对化工设备的发展前景和各种化工容器如反应釜、换热器、储罐、分液器和塔器等的有所了解和学习。生产实习的主要任务是学习化工设备的制造工艺和生产流程，将理论知识与生产实践相结合，理论应用于实际。因此，过程装备与检测的课程设计的设置是十分必要的。由于我们实习的加工车间正在进行加氢反应器的生产，而加氢反应器是石油化工行业的关键设备，其生产工艺和设计制造在化工设备中具有显著的代表性，为此，选择加氢反应器这一典型的化工设备作为课程设计的设计题目。
二加氢反应器的主要设计参数
2.1：引用的主要标准及规范
国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监察规程》（99）版
GB150-1998 《钢制压力容器》
GB6654-1996 压力容器用钢板（含1、2号修改单） JB4708-2000 钢制压力容器焊接工艺评定
JB/T4709-2000 钢制压力容器焊接规程
JB4744-2000 钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验
JB/T4730-2005 承压设备无损检测
JB4726-2000 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件
JB4728-2000 压力容器用不锈钢锻件
GB/4237-2007 不锈钢热轧钢板和钢带
GB/T3280-2007 不锈钢冷轧钢板和钢带
GB/T3077-1999 合金结构钢
GB/T14976-2002 流体输送用不锈钢无缝钢管
JB/T4711-2003 压力容器涂敷与运输包装
2.2 主要技术参数
表一
2.3 结构特点
该加氢精制反应器为板焊结构，其内径φ4000㎜，壁厚96.5㎜，由2节组成；封头内半径2043.5㎜，壁厚96.5㎜，总重量94550Kg 。整个容器位于裙座圈上，总高度约14011㎜，容器内壁（包括封头、筒体、法兰以及接管和弯管）全部堆
焊309L+347 不锈钢，反应器设有油气进出口、催化剂卸料口、冷氢进口、热电偶口、人孔等接管孔，所有接管均采用整体补强结构，裙座采用对接结构，各接管密封采用八角垫结构，设备上下各有一个弯管。容器内部焊有凸台（一周），安装有冷氢盘、分配盘等内件。
2.4 使用特点及需解决的问题
由于热壁加氢反应器是在高温、高压、临氢及硫和硫化氢介质条件下使用的，因此决定了该设备在使用过程中将会出现：氢腐蚀、氢脆、高温高压硫化氢腐蚀、硫化物应力腐蚀开裂、堆焊层的剥离、CrMo 五钢的回火脆性破坏等问题。
2.5技术要求与技术特性
2.5.1、2.25Cr-1Mo 钢板
2.5.2、壳体筒体，封头所用2.25Cr-1Mo 钢板除满足下列条件外，尚应符合ASME SA387/SA387M其他有关项目的要求。
2.5.3、2.25Cr-1Mo 钢应采用电炉或氧气转换炉加真空脱气精炼工艺冶炼，应为本质细晶粒镇静钢。
钢板化学成分应符合表1的要求。（2.25Cr-1Mo 钢板化学成分 %）
Mn 、Si 的含量在满足性能要求的前提下，尽可能接近规定范围的下限。
2.5．4、2.25Cr-1Mo 钢锻件的化学成分
b 、锻件的力学性能应符合表3的规定
表3
2.5.5、1）所有2.25Cr-1Mo 钢锻件应逐件按JB/T4730.3—2005《承压设备
无损检测》第三部分进行100%超声波检测。单个缺陷不大于Ⅱ级为合
格; 由缺陷引起的底波降低量对筒体螺纹承压环锻件Ⅰ级为合格，对其
他锻件不大于Ⅱ级为合格，密集缺陷不大于Ⅱ级为合格。同时对筒形
锻件两端各550mm 范围内密集缺陷Ⅰ级为合格；接管锻件焊接破口端
150mm 范围内密集缺陷Ⅰ级为合格。
2）所有2.25Cr-1Mo 钢锻件机加工后应逐件按JB/T4730.4—2005《承压设
备无损检测》第四部分进行100%荧光磁粉检测。磁粉检测质量Ⅰ级为
合格。
3）每个锻件均应在正火+回火状态下进行硬度试验，至少打三点，其结果
应为156—225HB.
4) 2.25Cr-1Mo钢锻件除满足上述各项要求外，尚应满足JB4726《压力容
器用碳素钢和低合金钢锻件》其他有关项目的规定。
2.5.6、受压元件所用的钢板和锻件进厂后的验收至少应满足《压力容器安全技术检察规程》第25条的规定。
2.5.7、管箱上与管板接触的密封面在热处理后精加工，管箱内壁机加工前先将接管焊接完毕后再进行堆焊；管箱端部及承压环的螺纹要求最终热处理后在数控加工中心进行精加工。
2.5.8、壳体正式施焊之前必须按JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》进
行焊接工艺评定（不推荐采用电渣焊），当使用的焊接材料产品牌号改变时应重新评定。
a. 焊接工艺评定试板力学性能检验项目，试样数量，位置及热处理状态试板母材的热处理状态应与产品一致，即正火+回火状态。
b. 力学性能（包括回火脆化倾向评定试验）的试验结果除冷弯外，其余各项均应符合对钢板的要求。
c. 在室温拉伸试验的断裂试样上取样进行焊缝金属的化学成份分析，其结果应满足下列条件：
C≤0.15% P≤0.010% S≤0.010% Cr=2.00—2.50%
Mo=0.90—1.10% Mn=0.30—0.95% Cu≤0.20%
Ni≤0.25% Si+Mn≤1.20%
三. 整体结构分析
加氢反应是可逆、放热和分子数减少的反应，根据吕·查德里原理，低温、高压有利于化学平衡向加氢反应方向移动。加氢过程所需的温度决定于所用催化剂的活性，活性高者温度可较低。对于在反应温度条件下平衡常数较小的加氢反应（如由一氧化碳加氢合成甲醇），为了提高平衡转化率，反应过程需要在高压下进行，并且也有利于提高反应速度。采用过量的氢，不仅可加快反应速度和提高被加氢物质的转化率，而且有利于导出反应热。过量的氢可循环使用。
常用的加氢反应器有两类：一类用于高沸点液体或固体（固体需先溶于溶剂或加热熔融）原料的液相加氢过程，如油脂加氢、重质油品的加氢裂解等。液相加氢常在加压下进行，过程可以是间歇式的，也可以是连续的。间歇液相加氢常采用具有搅拌装置的压力釜或鼓泡反应器。连续液相加氢可采用涓流床反应器或气、液、固三相同向连续流动的管式反应器。另一类反应器用于气相连续加氢过程，如苯常压气相加氢制环己烷、一氧化碳高压气相加氢合成甲醇等，反应器的类型可以是列管式或塔式。
加氢过程在石油炼制工业中，除用于加氢裂化外, 还广泛用于加氢精制, 以脱除油品中存在的含氧、硫、氮等杂质，并使烯烃全部饱和、芳烃部分饱和，以提高油品的质量。在煤化工中用于煤加氢液化制取液体燃料。在有机化工中则用于制备各种有机产品，例如一氧化碳加氢合成甲醇、苯加氢制环己烷、苯酚加氢制环己醇、醛加氢制醇、萘加氢制四氢萘和十氢萘（用作溶剂）、硝基苯加氢还原制苯胺等。此外，加氢过程还作为化学工业的一种精制手段，用于除去有机原料或产品中所含少量有害而不易分离的杂质，例如乙烯精制时使其中杂质乙炔加氢而成乙烯；丙烯精制时使其中杂质丙炔和丙二烯加氢而成丙烯；以及利用一氧化碳加氢转化为甲烷的反应，以除去氢气中少量的一氧化碳等
该加氢精制反应器为板焊结构，其内径φ4000㎜，壁厚96.5㎜，由2节组成；封头内半径2043。5㎜，壁厚96.5㎜，总重量94550Kg 。整个容器位于裙座圈上，总高度约14011㎜，容器内壁（包括封头、筒体、法兰以及接管和弯管）全部堆焊309L+347 不锈钢，反应器设有油气进出口、催化剂卸料口、冷氢进口、热电偶口、人孔等接管孔，所有接管均采用整体补强结构，裙座采用对接结构，各接管密封采用八角垫结构，设备上下各有一个弯管。容器内部焊有凸台（一周），安装有冷氢盘、分配盘等内件。
四．封头的强度计算
因为该筒体主要受内压作用，所以采用封头厚度按内压计算公式
查D-5 碳素钢和低合金钢钢锻件许用应力知［σ］t=110Map
查钢制压力容器焊接接头系数表，采用双面焊对接接头和相当于双面焊的对接接头，焊接接头系数：φ=1
封头为标准椭圆形封头，计算公式为：
δ=K pcDi/(2［σ］t φ-0.5pc)
=0.5×8.4×2043.5×2/（2×110×1-0.5×8.4）
=79.5mm
腐蚀余量：C2=5mm
设计厚度：δd=δ+C2=79.5+5=84.5mm，因为封头的厚度为90mm ，大于84.5mm ，所以容器在该厚度的条件合格。
五．坯料准备
1．材料的净化
原材料在轧制以后以及运输和库存期间，表面常产生铁锈和氧化皮，粘上油污和泥土。经过划线、切割成型、焊接等工序后，工件表面会粘上铁渣，产生伤痕，焊缝及近缝区会产生氧化膜。这些污物的存在，讲影响设备制造质量，所以必须净化。在设备制造中净化主要有以下目的：
（1）清除焊缝两边缘的油污和铁锈物，以保证焊接质量。
（2）为下道工序做准备，即是下道工序的工艺要求。
（3）保持设备的耐腐蚀性。
常用的净化方法有：手工净化、机械净化、化学净化和火焰净化四种。
封头原坯料采用机械净化中的喷砂机除锈。喷砂是大面积去除铁锈和氧化膜的先进方法。它是利用高速喷出的压缩空气流带出来的高速运动的砂粒冲击工件表面而打落铁锈和氧化膜的方法。这种方法主要用于碳素钢和低合金钢的表面除锈。
2. 矫形
设备制造所用的钢板、型钢、钢管等，在运输和存放过程中，会产生弯曲、波浪变形或者扭曲变形。这些变形直接影响了划线、切割、弯卷和装配等工序的尺寸精度，从而影响了设备的制造质量，有可能造成误差超差而成为废品，所以当材料的变形超过允许范围时必须进行矫正处理。
矫正处理的实质是调整弯曲件“中性层”两侧的纤维长度。最后使全部纤维等长。调整过程中，可以中性层为准，使长者缩短，短者伸长，最后达到与中性层等长。如对弯曲的钢板和型钢施以适当的反向弯曲使之矫形。另外一种方法是以长者为主，把其余的纤维都拉长而达到矫形目的的拉伸法矫形。主要用于断面较小的管材和线材，如有色金属管拉直，但要注意其延伸率。
常用的矫正方法有手工矫形、机械矫形和火焰加热矫形三种。
3. 划线
划线是在原材料或经初加工坯料上划出下料线、加工线、各种位置线和检查线等、划线工序通常包括对零件的展开计算，号料和打标记等一系列操作。
（1）封头的展开计算：
由于球形封头属于不可展的零件，但生产中冲压加工或旋压加工是毛坯料展开后的图形都为圆形，所以只需要求出展开后的半径或直径即可
采用经验法进行计算
Do=KDm+2h （一） Do 为包括了加工余量的展开直径；K 为经验系数
Dm 中性层直径
h 封头的直边高
经查表，由球形封头a ：b=1，所以K 取1.42
由总图可知，Dm=2X(2043.5+90/2)=4177 mm h=0 , 因此Do=1.42X4177=5931.34mm。
所以，内径2043.5mm 半球形封头整体展开尺寸为直径5931.34mm ，厚度90mm ，由标准钢板的规格限制以及展开计算可以得知，需要三块钢板， 因此采用拼焊缝技术。
上封头材料：SA516-70+316Lmod，重量5750kg
上封头过渡层堆焊完毕检验合格后整体做消除应力热处理。
（2） 号料
将展开图正式画在钢板上的作业称为号料，号料时应注意以下问题： ①加工余量
加工余量主要包括变形余量，机加工余量，切割余量，焊焊接工艺余量等。由于实际加工制造方法，设备，工艺过程等内容不尽相同，因此加工余量的最后确定是比较复杂的，要根据实际情况来确定。
查资料知：
划线完成后，为保证加工尺寸精度及防止下料尺寸模糊不清等，在切割线、刨边线、开孔中心及装配线等处均匀打上冲眼，用油漆标明标号、产品工号和材料标记移植等，以指导切割，成型，组焊等后续工序的进行。
4. 切割及边缘加工
按照所划的切割线从原材料上切割下零件毛坯，该工序称为切割，常用方法有机械切割（锯床、圆盘剪板机等），热切割（氧气切割、等离子切割等）。
边缘加工：首先，按照划线切割余量，消除切割时边缘可能产生的加工硬化、裂纹、热影响区及其他切割缺陷；其次，根据图样规定，加工各种形式，尺寸的坡口，通常加工方法有手工加工，机械加工，热切割加工。
经上述一系列工序后，得到一处理后的圆形封头板坯。
六．板坯加热
1. 封头冲压时，板坯塑性变形很大，且为厚壁中压封头，故用热冲压， δ/Do×100=90/5931.34×100≥0.7故用热冲压。
从降低冲压力和有利于钢板变形考虑，加热温度可高些，但是温度过高会使钢材的晶粒显著成长，甚至形成过热组织，是钢材的塑性和韧性降低，严重时会产生过烧组织，毛坯冲压可能发生碎裂，因此合理选择加热温度是很有必要的按 3. 查表7-8，润滑剂选取 石墨粉+水
4. 冲压过程：
将封头毛坯对中放在下模上，然后开动水压机使活动横梁空程向下，当压边圈与毛坯接触后，开动压边钢将毛坯的边缘压紧。接着上模空程下降，当与毛坯接触时，开动主缸使上模向下冲压，对毛坯进行拉伸，至毛坯完全通过下模后，封头便冲压成形。对后开动提升缸和回程缸，将上模和压边圈向上提起，与此同时用脱模装置将包在上模上的封头脱下，并将封头从下模支座下取出，冲压过程即告结束。
七．设备选用及模具设计
（1）计算冲压力
计算冲压力时影响因素较多，且冲压过程是变化的较复杂，目前计算冲压力常用下面公式：
P =C K π(D 0-D w ) δσb t
C ——压边力影响系数，无压边力C=1，有压边力C=1.2；
K ——封头形状影响系数，球形封头K=1.4-1.6；
D0——封头外径，mm
Dw ——筒节外径，mm
对于球形封头，压边条件的计算：
采用压边圈是毛坯料只能在压边圈与下模之间滑动，可以防止折皱的产生，而且在有压边圈产生的摩擦力作用下，增加了经向拉应力，也有利于防止封头鼓包的尝试。因此，确定在什么条件下需要采用压边圈是关系到封头质量好坏的重要因素。采用压边圈的条件主要决定与Do ，Dn ，与δ的关系条件如下公式 Do —Dn ≥（14～15）δ
Do ： 毛坯内径，5931.34mm ； Dn ： 封头内径，4087mm ；δ： 钢板厚度，90mm
Do —Dn=5853.24—2043.5X2=1844.34＞（14～15）X90=（1260～1350）mm 因此需采用压边圈
故取C=1.2，球形封头取K=1.5,查《化工设备用钢》表9-19，封头材料SA516-70+316Lmod，厚度98mm,750℃时抗拉强度§为520MPa
P=CK∏ (D-Dw)S§=1.2×1.5×3.14×【5931.34-（4087+96.5×2）】×96.5×110=99t
封头的冲压成型通常是在50-8000t 水压机或油压机上进行，此处选择100t 的水压机。
（2）模具设计
● ●上模（冲头）其结构及主要设计参数
①模直径Dsm
根据封头内径和热冲压的收缩率φ或冷冲压的回弹率φ计算，主材为
2.25Cr-1Mo 取φ=0.9%
Dsm= Dn（1±φ）=2043.5X2（1±0.9%）=3719.17—4454.83 mm
②上模曲面部分高度
)= 2043.5× (1±0.9%)=1859.585—2227.415mm
③上模直边高度H0
H1—封头高度修边余量，一般为15-40mm, 取H1=20 mm
H2—卸料板厚度，一般为40-80mm ，取H2=50 mm
H3—保险余量，一般为40-100mm ，取H3=50mm
所以，H= h1+ H1+ H2+ H3=98+20+50+50=218 mm
④上模上部分直径Dsm 、
Dsm 、=Dsm+(2-3) mm=3721.17—4457.83 mm
⑤上模壁厚S
当水压机吨位小于等于400 t时，S=30-40 mm，取S=35 mm
● ●下模（冲环）其结构及主要设计参数
①上下模间隙a, 附加值z ——热冲压时，z=（0.1-0.2）S=0.18×96.5=17.37 mm ，球形封头取较大值。
a=S+ z=96.5+17.37=113.87 mm
②下模内径Dxm
Dxm= Dsm+2a+ Sm
Sm ——下模制造公差，取Sm=2 mm
Dxm=（3719.17—4454.83）+2×113.87 +2=（3948.91—4684.57）mm
③下模圆角半径r
根据经验选取，采用压边圈时，r=(2-3)S（mm ）=2×98=196 mm
④下模直边高度h1
h1=（40-70）mm ，取h1=50 mm
⑤下模总高度h
h=（100-250）mm ，取h=200 mm
⑥下模外径D1
D1= Dxm+（200-400）mm=（4148.91—5084.57）mm
⑦下模座
外径D 应大于毛坯直径D 0，，高度H= h+（60-100）mm
下口内径D2应比与之配套的最大壁厚封头的下模内径Dxm 大（5-10）mm
● ●压边圈结构及设计参数
主要尺寸如下：内径Dn 、= Dxm+（50-80）（mm ）=（3988.91—4764.57）mm 厚度S 、=70-120 mm，取S 、=80 mm，外径Dw 、=D（下模座外径）﹥5853.24mm
八．封头冲压及其应力分析、典型缺陷分析
● 加氢反应器上部半球形封头采用厚板在100t 水压机上整体冲压成形，关键条件是有合适吨位、开档、行程的水压机和相应的工装模具，高温加热炉以及合理的冲压工艺。将毛坯对中放在下模（冲环）上，然后开动水压机使活动横梁空程向下，当压边圈与毛坯接触后，开动压边缸将毛坯的边缘压紧，接着上模（冲头）空程下降，当与毛坯接触时，开动主缸使上模向下冲压，对毛坯进行拉伸，至毛坯完全通过下模后，封头便冲压成形。最后开动提升缸和回程缸，将上模和压边圈向上提起，与此同时用脱模装置将包在上模上的封头脱
下，并将封头从下模支座中取出，冲压过程即告结束。
● 封头的冲压过程属于拉延过程，在冲压过程中各部分的应力状态和变形情况都不同，处于压边圈下部分的毛坯边缘部分，由于封头的下压力使其经受径向拉伸应力，并向中心流动，坯料外直径减小；边缘金属沿切向收缩，产生切向压缩应力，会使毛坯边缘丧失稳定而产生褶皱；常用压边圈将边缘压紧，则在板厚方向又产生压应力，即材料承受三向应力状态。处于下模圆角部分的材料，除受到径向拉伸应力和切向压缩应力外，还受到弯曲而产生弯曲应力。在冲头与下模空隙的部分金属材料，仍受径向拉伸应力和切向压缩应力，而板厚方向不受力，处于自由状态；封头底部的金属材料，径向和切向都受到拉应力，有较小的伸长，所以壁厚略有减薄。
● ●封头冲压时常出现的缺陷有拉薄、褶皱和鼓包等，其影响因素很多，
简要分析如下：
①拉薄 碳钢封头冲压后，其壁厚会产生不等程度的变化球形封头深度大，底部拉伸减薄最多。
②褶皱 冲压时板坯周围的压缩量最大，其值为
△L=∏（Dp-Dm ）
式中Dp ——坯料直径；Dm ——封头中径。
封头越深，毛坯直径越大，周围缩短量也越大，周向缩短产生两个结果，一个是工件周边区的厚度和径向长度均有所增加，另一个是过分的压应变使板料产生失稳而褶皱。板热加热不均、搬运和夹持不当造成坯料不平，也会造成褶皱。 ③鼓包 产生原因与褶皱类似，但主要影响因素是拼接焊缝余量的大小以及冲压工艺方面的原因，如加热不均匀，压边力太小或不均匀、封头与下模间隙太大以及下模圆角太大等。
为了防止封头冲压时产生缺陷，必须采用下列措施：板坯加热均匀；保持适当而均匀的压边力；选定合适的下模圆角半径；降低模具（包括压边圈）表面的粗糙程度；合理润滑以及在大批量冲压封头时应适当冷却模具。
九．封头边缘余量的切割及封头开孔
1. 用封头切割机来切割封头的边缘余量，工作过程如下：封头置于转盘上并随之转动；机架上装有割枪固定设备，装有弹簧使滚轮紧靠在封头外侧，以控制割嘴与封头之间间隙不会随封头椭圆变化而影响切割。放置封头时，一定要注意放正，让转盘的回转轴尽量和封头的回转轴重合，割前应按照封头的规格、直边尺寸划好切割线，并检查保证割距在整个圆周上正冲切割线。
2．封头开孔
为了连接接管和人孔，在封头上要开孔，这些孔可以先划好线然后用气割切出。首先在封头上找孔中心，划好中心线并用色漆写上中心线编号，按图纸画出接管的孔，在中心和圆周上打冲印，然后切出孔，同时切出焊接坡口。装接管或人孔、手孔的孔中心位置的允许偏差为±10 mm。对直径在150以下的孔，其偏差为-0.5-1.5 mm；直径在150-300 mm之间，偏差为-0.5-2.0mm ；直径在300 mm以上，偏差为-0.5-3.0 mm，开孔可以用手工气割或机械化气割。
十．封头制造详细工艺流程（包括检测）
10.1. 选材
在高温、高压下，氢与钢材中的碳原子能化合生成甲烷，使钢材变脆, 称为氢蚀。故高压加氢的反应器, 必须采用合金钢材。氢是易燃、易爆物质，加氢过程必须考虑安全措施。 在石油加氢装置中Cr-Mo 系低合金耐热抗氢钢得到广泛的使用。精致反应器在高温高压等恶劣条件下工作，工作介质常含H 2S ，H 2等反应产物，有强烈的腐蚀性等，选用2.25Cr-1Mo, 内部双层堆焊E309L+E347即可满足工作要求。2.25Cr-1Mo 是合金钢中加入Cr 和Mo 重要元素，其中Cr 主要起抗氧化的作用，在高温下与氧结合强，在金属表面形成Cr 2O 3稳定化合物包围金属，阻止了金属继续氧化，在温度较高下的金属原子活动能较强，由于金属再结晶的结果，使金属性软化，而Mo 可以提高再结晶温度，阻碍高温下原子的活动能力，提高热强性，同时也保证了有足够的强度，塑性和韧性，综合品质比较高，完全满足此次设计要求。
10.2．材检
8.2.1表面质量，材料标记
8.2.2化学成份（按炉）分析Cr 含量0.80%～1.15%，P ≤0.010%，S ≤0.010%，(Si%+Mn%)≤1.2%，［H ］≤2ppm ［O ］≤35ppm ［N ］≤80ppm
10.2. 3力学性能（按批）
a. 常温拉伸试验：（最大模拟焊后热处理）
b. 高温拉伸试验：（最大模拟焊后热处理）
ｃ. 夏比冲击试验： （最大模拟焊后热处理）
e. 冷弯试验： （最小模拟焊后热处理）R180° d=3a（无裂纹）
f. 金相检验，晶粒度按ASTM E112进行≥6级。
按压力容器用钢板材料说明书，在钢板的长度头部或尾部处，在钢板1/2厚度处和离钢板表面1.6mm 处取样作上述力学性能试验。
10.3喷砂 喷砂清理表面氧化皮
10.4探伤 钢板应逐张按JB/4730.3-2005进行100%UT检测，Ⅰ级合格，若来料UT 合格，塔内可不进行次序
检测说明：
RT 射线检测 DT 尺寸检查 UT 超声波检测 VT 宏观检测 MT 磁粉检测 HB 硬度检测
10.5号料 由标准钢板的规格限制以及展开计算可以得知，需要三块钢板， 因此采用拼焊缝技术。 10.6 气割下料 按线气割下料，清除熔渣
10.7 刨坡口 按图刨封头拼缝坡口，在龙门刨床上精加工拼接焊缝坡口，拼缝坡口进行100%MT，按JB4730.4-2005中Ⅰ级合格，然后预组合并在大型立车上夹紧，车削外圆边缘坡度，在龙门刨床上精加工拼接焊缝坡口→组对焊接（组对时在特制的装有预热装置的场地上进行）
10.8装焊拼缝 8.8.1组焊封头拼缝（在特制的装有预热装置的场地上进行）
8.8,2焊接详见焊接工艺说明书
8.8.3 打磨 清理焊缝表面
8.8.4拼缝坡口进行100%MT，按JB4730.4-2005中Ⅰ级合格
10.9 热成形 8.9.1冲压前，把板抷加热至始锻温度，放在水压机上冲压成形后，执行热处理工艺
8.9.2检查封头端口尺寸
10.10焊缝及热影响区内外表面MT ，整个球面进行UT
8.11正火加回火 1封头进行正火加回火处理，执行热处理工艺
2 带封头母材试板及拼缝试板
3 封头母材试板取1/2模拟后送检
10.12堆焊
1，球壳内壁喷砂打磨光滑呈金属光泽，清洗内表面，在专用的焊接变位器上夹紧，找正,
2在球壳外壁安装远红外电加热及保温层，通电预热
3进行第一层（过渡层）带极板堆焊和球底中心部位的焊条、电弧堆焊→打磨焊接接头部分→堆焊层表面PT （抽查30﹪面积）→UT 检测（也抽查30﹪，以焊带搭接处为主）→消除应力热处理→表面清洗，不得有油污等影响继续堆焊质量的杂物
4堆焊表层（耐蚀层）（包括焊条电弧堆焊）→表层进行100%PT和100﹪UT →测量堆焊层厚度
10.13正火+回火处理
10.14立车 立车封头端坡口和人孔开孔与人孔法兰的焊接坡口
10.15探伤 所有坡口进行100%MT，按JB/4730.4-2005中Ⅰ级合格 10.16 成型
十一．总结
我在这次课程设计中受益匪浅。第一、熟悉了压力容器设计制造的总的大体流程——首先要了解所要设计的压力容器，知道它的用途及使用厂家提出的要求等，其次要进行强度计算，然后确定重要结构的结构参数，然后是制造工艺，检测方法的选择，最后是压力试验及调试。第二、进一步了解了压力容器的国家标准，如《GB150》、《GB151》。第三、了解了企业里的一些状况，对我的求职就业有很大的帮助。第四、通过小组团体协作，增强了团队合作意识。 同时也让我意识到很多平时学习中的漏洞，要多多改进，完善自我。
参考文献
《压力容器制造和修理》——《压力容器实用技术丛书》编写委员会 编
《化工机械制造技术》——朱方鸣，王志斌 编著
《过程装备与制造检测》——邹广华，刘强 编著
《过程设备设计》——郑津洋，董其伍，桑之富 主编