筒体设计说明书样本.doc

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目录
绪论 3
第一章 设计参数的选择 5
1.1设计题目 5
1.2设计数据 5
1.3设计压力 5
1.4设计温度 5
1.5主要元件材料的选择 5
第二章 设备的结构设计 6
2.1圆筒厚度的设计 6
2.2封头厚度的设计 6
2.3筒体和封头的结构设计 6
2.4鞍座选型和结构设计 7
2.5接管、 法兰的选择 9
第三章 开孔补强设计 11
3.1补强设计方法判别 11
3.2有效补强范围 11
3.3有效补强面积 11
3.4补强面积 12
第四章 液氩储罐的焊接 13
4.1破口加工 13
4.2焊接顺序 13
4.3筒体纵焊缝 13
4.4筒体环焊缝 13
4.5接管与筒体焊接 14
4.6人口及补偿圈焊接 14
4.7接管与法兰处焊接( 排空口、 液位计、 温度计、 压力表) 15
4.8接管与法兰焊接处( 安全阀、 进料口、 出料口、 排污口) 15
采用焊条电弧焊, 焊条型号为E347-16 15
4.9鞍座底板与肋板和腹板的焊接 15
4.9焊缝破口尺寸 16
第五章 备料加工工艺 19
5.1原材料的储备 19
5.2板材的预处理 19
5.4装配的焊接次序 20
5.5 焊后热处理 21
第六章 焊缝的无损检验与耐压气密性检验 21
参考文献 22

绪论
随着中国化学工业的蓬勃发展, 各地建立了大量的液化气储配站。对于储存量小于500或单罐容积小于150时。一般选用卧式圆筒形储罐。液化气储罐是储存易燃易爆介质．直接关系到人民生命财产安全的重要设备。因此属于设计、 制造要求高、 检验要求严的三类压力容器。本次设计的为100液化石油气储罐设计即为此种情况。
工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备, 称压力容器。设计温度为-20℃以下的压力容器被称为低温压力容器, 对于低温压力容器首先要选用合适的材料, 材料在使用温度下应具有良好的韧性。经细化晶粒处理的低合金钢可用到-45℃, 2.5％镍钢可用到-60℃, 3.5％镍钢可用到-104℃,9％镍钢可用到-196℃。低于-196℃时可选用奥氏体不锈钢等。
因此鉴于本次课题低温液氩储罐为单层绝热储罐。内胆材质采用奥氏体不锈钢( 0Cr18Ni10Ti) , 外层保冷材料为泡沫玻璃。同时采用了双组分快速固化液体涂料。由筒体、 封头、 法兰和密封元件、 开孔和接管、 支座、 绝热保冷层六大部组成。
筒体是圆筒形压力容器的主要承压元件, 它构成了完成化学反应或储存物所需的最大空间。筒体一般是由钢板卷制或压制成型后组装焊接而成。当筒体直径较小是, 可采用无缝钢管制作。对于即轴向尺寸较大的筒体, 采用环焊缝将几个筒节拼焊制成。根据筒体的承载要求和钢板厚度, 其纵焊缝和环向焊缝可采用开坡口或不坡口的对接接头。对于承受高压的厚壁容器筒体, 除了采用单层厚钢板制作外, 也能够采用层板包扎、 热套、 绕带或绕板等工艺制作多层筒体结构。封头即是容器的端盖。根据形状的不同, 分为球形封头、 椭圆形封头、 蝶形封头和平板封头等结构形式。
为了避免在低温压力容器上产生过高的局部应力, 在设计容器时应避免有过高的应力集中和附加应力; 在制造容器时严格检验, 以防止容器中存在危险的缺陷。对于因焊接而引起的过大残余应力, 在焊后应进行消除焊接残余应力处理。
为保证压力容器的安全使用, 在制造严格按照有关标准、 规范, 对压力容器的原材料和加工制造过程进行严格的质量检验, 因此, 对投入运行的压力容器也需要进行定期检验。压力容器的检验内容主要有: 对材料的化学成分和力学性能的常规理化检验; 对焊接接头的各种性能检验; 对压力容器各部分存在的各类缺陷的无损检测; 用高于操作压力的液体对容器进行耐压试验等。质量检验在压力容器制造过程中占重要的地位。在有些反应堆压力容器的生产周期中, 有一半的时间都是用于质量检验。

第一章 设计参数的选择
1.1设计题目
液氩储罐结构设计(12 m3)
1.2设计数据
如下表1: 表1: 设计数据
序号
项目
数值
单位
备注
1
名称
液氩储罐( 6m³)
2
最大工作压力
1.2
MPa

3
工作温度
20
℃

4
公称直径
1600
mm

5
容积
6

6
单位容积充装量
0.42
t/

7
装量系数
0.9

8
其它要求
100%无损检测
1.3设计压力
设计压力取最大工作压力的1.1倍, 即Pc=1.1×1.2=1.32
1.4设计温度
设计温度为室温, 即20℃。
1.5主要元件材料的选择
1.筒体材料的选择:
根据GB150-1998表4-1, 选用筒体材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti( 钢材标准为GB13296) 。
2.鞍座材料的选择:
根据JB/T4731,鞍座选用材料为1Cr18Ni9Ti, 其许用应力。
3.地脚螺栓的材料选择:
由于工作温度为超低温, 地脚螺栓选用1Cr18Ni8Ti, 其许用应力。

第二章 设备的结构设计
2.1圆筒厚度的设计
计算压力:
该容器需100%探伤, 因此取其焊接系数为。
圆筒的厚度在6~16mm范围内, 查GB150-1998中表4-1, 可得: 温度在20℃下, 许用应力
利用中径公式,
计算厚度: δ=PDi∕( 2Φ[σ]t-Pc) =7.74mm
查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-1知, 钢板厚度负偏差0.8mm。
查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-5知,不锈钢在无特殊腐蚀情况下, 腐蚀裕量取0。本例取=0。
则筒体的设计厚度δn=δ+C1+C2=7.74+0.8+0=8.54
圆整后, 取名义厚度δn=9。
筒体的有效厚度δE=δn- C1-C2=8
2.2封头厚度的设计
查标准JB/T4746- 《钢制压力容器用封头》中表1, 得公称直径。
选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA, 则 , 根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1计算:
δ=PDi∕( 2Φ[σ]t-Pc) =7.74mm
同上, 取, 。
圆整后, 取名义厚度δn=9。
封头型记做EHA1600×12-1Cr18Ni9Ti JB/T 4746- 。
2.3筒体和封头的结构设计
1.封头的结构尺寸( 封头结构如下图1)
由, 得。
查标准JB/T4746- 《钢制压力容器用封头》中表B.1 EHA椭圆形封头内表面积、 容积, 如下表2:

表2 : EHA椭圆形封头内表面积、 容积
公称直径DN /mm
总深度H /mm
内表面积A/
容积/
1600
425
2.9007
0.5864
2.筒体的长度计算

由封头长短轴之比为2, 即, 得
查标准[4]中表B.1 EHA和B.2 EHA表椭圆形封头内表面积、 容积, 质量, 见表3-1和图3-1。

取装料系数为0.9, 则

即
算得L0=2.74
圆整后取为L0=2.8
筒体分为两段, 每段长度为1.4米, 筒体为两瓣组焊而成。
2.4鞍座选型和结构设计
1.鞍座选型
该卧式容器采用双鞍式支座, 初步选用轻型鞍座, 材料选用Q235-B。
估算鞍座的负荷:
储罐总质量 ( 3-3)
—筒体质量: m1=πDL0δρ=3.14×1.6×2.8×0.009×7.9×103=1000kg
—单个封头的质量,
—充液质量: , 水压试验充满水, 故取介质密度为,

V=6.67
则
m3=6670kg
—附件质量: 人孔质量为, 其它接管总和为200kg, 即
综上所述,
m=m1+2m2+m3+m4=1000+2×133.4+6670+353=8289.8
则每个鞍座承受的质量为4144.9kg, 重量为41.5KN
查JB4712.1- [9]表1, 优先选择轻型支座。查[9]中表2, 得出鞍座尺寸如表3-6:
表3-6 鞍座尺寸表
公称直径
DN
1600
腹板

8

垫板

390
允许载荷
Q
kN
275

筋板

225

8
鞍座高度
h
250

170
e
70

底板

1120

240
螺栓间距

960

200

8
鞍座质量
Kg
116

12
垫板
弧长
1870
增加100mm增加的高度
Kg
12

2.鞍座位置的确定
因为当外伸长度A=0.207L时, 双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等, 从而使上述两截面上保持等强度, 考虑到支座截面处除弯矩以外的其它载荷, 面且支座截面处应力较为复杂, 故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩, 鞍座中心与封头切线的距离A满足( L为两封头切线间的距离) , 最后使( 为圆筒的平均半径) 。
鞍座的安装位置如图3所示:

故, 取。
2.5接管、 法兰的选择
液氩储罐应设置出液口, 进液口, 人孔, 液位计口, 温度计口, 压力表口, 安全阀口, 排空口。
1.小直径接管和法兰
查HG/T 20592- 《钢制管法兰》中表8.2 3-1 PN10带颈对焊钢制管法兰, 选取各管口公称直径, 查得各法兰的尺寸。
查HG/T 20592- 《钢制管法兰》中附录D中表D-3,得各法兰的质量。
查HG/T 20592- 《钢制管法兰》中表3.2.2, 法兰的密封面均采用MFM( 凹凸面密封) 。

整体钢制法兰尺寸表 mm

公称尺寸
法兰外径
螺栓孔中心
螺栓孔直径
法兰厚度

法兰径

DN
D
K
L
C
N
R
S0
S1
安全阀
进料口
出了口
排污口

40

150

110

18

18

70

6

7.5

14
排空口
液位计
温度计
压力表

20

105

75

14

18

40

4

6.5

12

人口法兰设计 mm
DN
400
B
150
H1
230
dw×s
426×10
L
200
H2
107
D
580
b
32
d
24
D1
525
b1
27

A
320
b2
32

3.法兰标记
法兰标准标记包括法兰名称及代号、 密封面形式代号、 公称直径、 公称压力、 法兰厚度、 法兰总高度、 标准编号。当法兰厚度、 法兰高度采用标准值时在标记中可省略。
例如, 公称压力1.6MPa、 公称直径80mm的带颈对焊法兰, 法兰材料0Cr18Ni10Ti, 其标记为:
法兰C-T 80-1.60 HG 20575-97。
第三章 开孔补强设计
根据GB150中8.3, 当设计压力小于或等于2.5MPa时, 在壳体上开孔, 两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍, 且接管公称外径不大于89mm时, 接管厚度满足要求, 不另行补强, 故该储罐中只有DN=500mm的人孔需要补强。
3.1补强设计方法判别
按HG/T 21518- ,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。
开孔直径。, 故能够采用等面积法进行开孔补强计算。
接管材料选用与筒体材料相同的0Cr18Ni10Ti不锈钢, 其许用应力。
根据GB150-1998中式8-1, 。壳体开孔处的计算厚度,
接管的有效厚度, 强度削弱系数。
因此开孔所需补强面积
3.2有效补强范围
1.有效宽度B的确定
按GB150中式8-7, 得, , 。
2.有效高度的确定
(1) 外侧有效高度的确定
根据GB150中式8-8, 得: , , 。
(2) 内侧有效高度的确定
根据GB150-1998中式8-9, 得: , ,
3.3有效补强面积
1.筒体多余面积

2.接管的多余面积
接管计算厚度:

3.焊缝金属截面积
焊角取10.0mm,
3.4补强面积
, 因为, 因此开孔需另行补强。所需另行补强面积: 。
补强圈设计: 根据DN500取补强圈外径D=840mm。因为B>D, 因此在有效补强范围。选择C型坡口, 补强圈内径, 取。
补强圈厚度: , 圆整取名义厚度。

第四章 液氩储罐的焊接
4.1破口加工
焊接接头坡口形状和几何尺寸的设计, 应遵循以下原则:
( 1) 保证焊接质量 ( 2) 坡口加工简易 ( 3) 便于焊接加工 ( 4) 节省焊接材料
4.2焊接顺序
焊接顺序: 单个筒节的焊接——筒节间的对接——筒体与封头的对接——接管、 支座等相关构件的焊接。
4.3筒体纵焊缝
筒体的厚度为σ=9mm筒体的纵焊缝的焊接采用I形坡口的接头设计。留有一定间隙且背面采用某种形式的衬垫。
采用埋弧焊, 焊丝型号为H0Cr21Ni10 焊剂对应牌号HJ260
焊剂——铜垫单面焊双面成形的埋弧焊工艺参数
钢板厚度/mm
装配间隙/mm
焊丝直径/mm
焊接电流/A
电弧电压/V
焊接速度/m.h-1
9
3~4
4
720~780
36~38
27.5
4.4筒体环焊缝
压力容器筒体环焊缝坡口形式, 取决于其壁厚及所选用的焊接工艺方法。对于薄壁容器, 壳体环焊缝多采用V形坡口; 对于厚壁壳体环焊缝, 为减少焊缝横截面, 一般采用U形破裤。对于此次设计的容器, 属于薄壁形, 其环焊缝包括筒节对接焊缝和筒体与封头的对接焊缝, 都采用相同的坡口形式。即采用V形坡口。

采用焊条电弧焊, 焊条型号为E347-16
板厚/mm
焊脚L/mm
焊接位置
焊接层数
坡口尺寸
焊接电流/A
焊接速度/mm.min-1
焊条直径/mm
备注
间隙c/mm
钝边f/mm
9
2
立焊
2
0～2
0～3
80～100
40～80
3.2

4.5接管与筒体焊接
采用焊条电弧焊, 焊条型号为E347-16
板厚/mm
焊脚L/mm
焊接位置
焊接层数
坡口尺寸
焊接电流/A
焊接速度/mm.min-1
焊条直径/mm
备注
间隙c/mm
钝边f/mm
9
2
立焊
2
0～2
0～3
80～100
40～80
3.2

4.6人口及补偿圈焊接
采用焊条电弧焊, 焊条型号为E347-16
板厚/mm
焊脚L/mm
焊接位置
焊接层数
坡口尺寸
焊接电流/A
焊接速度/mm.min-1
焊条直径/mm
备注
间隙c/mm
钝边f/mm
9
2
立焊
2
0～2
0～3
80～100
40～80
3.2

4.7接管与法兰处焊接( 排空口、 液位计、 温度计、 压力表)

采用焊条电弧焊, 焊条型号为E347-16
焊缝空间位置
焊件厚度( mm)
第一层焊缝
第二层焊缝
封底焊缝
焊条直径( mm)
焊接电流( mm)
焊条直径( mm)
焊接电流( mm)
焊条直径( mm)
焊接电流( mm)
横对接焊缝
6.5
3.2
90~120
3.2
90~120
3.2
90~120
4.8接管与法兰焊接处( 安全阀、 进料口、 出料口、 排污口)
采用焊条电弧焊, 焊条型号为E347-16
焊缝空间位置
焊件厚度( mm)
第一层焊缝
第二层焊缝
封底焊缝
焊条直径( mm)
焊接电流( mm)
焊条直径( mm)
焊接电流( mm)
焊条直径( mm)
焊接电流( mm)
横对接焊缝
7.5
3.2
90~120
4
140~160
4
120~160
4.9鞍座底板与肋板和腹板的焊接
采用焊条电弧焊, 焊条型号为E347-16
板厚( mm)
焊脚L(mm)
焊接位置
焊接层数
间隙c( mm)
钝边f( mm)
焊接电流( A)
焊接速度( mm.min-1)
焊条直径( mm)
8
2
立焊
2
1
1
80~
110
40~80
3．2

4.9焊缝破口尺寸

第五章 备料加工工艺
5.1原材料的储备
根据压力容器的结构, 购进材质为00Cr11Ti的不锈钢钢板和焊接材料。入库前对母材及焊接材料进行化学成分和技术性能的检验, 检验合格的原材料入库, 并对材料分类标记、 合理存放和保管, 防止混杂、 受潮、 生锈、 损伤。
钢板厚度: 15mm 数量: 2 钢板尺寸:4396×1800 4396×1500
5.2板材的预处理
5.2.1板材的矫正:
钢材的矫正主要有以下方法:
机械矫正: 利用各种矫正的机械设备对钢材进行矫正的方法, 使钢材的纤维发生变形, 达到矫正的目的。
火焰矫正: 利用气焊和气割的焊, 割炬或专用的火焰矫正加热枪, 加热被矫正钢材或工件的变形部位。
手工矫正: 用锤击钢材的变形有关区域, 使短纤维部分伸长, 从而进行矫正。
对于板厚为15mm的钢板, 由于厚度较大, 采用火焰矫正, 火焰矫正方法简单, 灵活, 快速, 效率高, 效果好, 适用于单件及小批量结构件的二次矫正。
[1]中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第2版 第3卷.机械工业出版社. .P879
5.2.2钢材的表面清理:
清理方法主要有两类:
机械法: 包括喷砂和喷丸, 手工风砂轮或钢丝刷, 砂布打磨, 刮光或抛光等。
化学法: 即用溶液进行清理, 此法效率高, 质量均匀而且稳定, 但成本高, 对环境也造成污染。常见酸洗方法是将钢板质量分数为2%~4%的硫酸槽内一定时间后, 取出后置于质量分数为1%~2%温石灰液槽内, 经石灰液中和钢板上的酸, 取出干燥, 板上留有一层薄石灰粉, 以防止金属再氧化, 在切割前和焊前可将其擦去。
0Cr11Ti是不锈钢, 比较适合化学法进行表面清理。
5.2.3放样, 划线与号料
在制造金属结构之前, 按照设计图样, 在放样平台上用1: 1的比例尺寸, 划出结构的图形和平面展开尺寸, 并制作样板, 在根据样板来划线。
5.3下料, 边缘加工以及夹具的选择
制造焊接结构的金属材料在划线与号料的基础上, 进行机械切割, 热切割下料。切割的边缘, 特别是装配焊接边缘, 一般要进行边缘加工( 破口加工) 。
5.3.1切割机选择:
机械切割包括使用剪床, 圆盘剪床, 冲床, 联合冲剪机和锯床等。
热切割包括气割, 等离子弧切割, 电弧切割和激光切割等。
对于0Cr11Ti不锈钢的切割, 一般采用等离子弧切割下料, 切口较窄, 比较光洁, 变形和热影响区也较小。选择OMNIMAT系列切割机下料, 轨距2500mm, 切割宽度1900mm, 整机宽度3000mm.
[1]中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第2版 第3卷.机械工业出版社. .P921 表21-13
5.3.2卷板机选择
选择对称式三辊卷板机CDW11――( 对称上调式) 16× A型, 最大卷板宽度 mm, 最小卷板厚度16, 电动机功率15kw,外形尺寸长×宽×高4.5×1.56×1.8
5.3.3坡口加工机选择:
坡口加工常见的方法有机械切削和热切割两类, 机械切削加工坡口, 常采用刨边机, 坡口加工机和铣床, 刨床, 车床等各种通用机床。在此选用型号为HP-10,技术数据为被加工钢板的抗拉强度390～750MPa、 坡口最大宽度12～7mm、 工件最大厚度30mm、 坡口角度调整范围30°～45°、 最小钝边高1mm、 加工坡口速度2.6～3.4m/min。
[1]中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第2版 第3卷.机械工业出版社. .P942 表21-45
5.3.4焊接工装夹具的选择:
焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧, 用于装配和焊接的工艺装备。选择手动加紧机构中的手动螺旋撑圆器, 其主要作用是用于筒形工件的对接, 矫正其不圆柱度, 防止变形消除局部变形。
[1]中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第2版 第3卷.机械工业出版社. . P948 表21-48
5.3.5弯曲成形
选择对称式三辊卷板机CDW11――( 对称上调式) 16× A型, 最大卷板宽度 mm, 最小卷板厚度16, 电动机功率15kw,外形尺寸长×宽×高4.5×1.56×1.8
[1]中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第2版 第3卷.机械工业出版社. . P934 表21-32
5.4装配的焊接次序
选择随装随焊, 立式储气罐的装配是先将板材加工成5024X3000的圆筒, 用定位焊给予定位。再将封头与筒体进行定位焊。
筒体的纵向焊缝用手工电弧焊进行焊接, 封头和筒体的焊缝用埋弧焊进行焊接。筒体的装配焊接: 清理焊口, 在焊剂垫上埋弧自动焊接底板内环缝, 尔后焊外环缝; 在纵向焊剂垫上埋弧自动焊接罐筒内纵缝, 尔后焊外纵缝; 装配焊接大小筋板, 气切罐筒上各孔( 如排油孔, 空气包处人孔等) , 并进行质量检验, 装配端板, 手工焊接端板内环缝, 外部清根; 埋弧自动焊接两条外环缝。
焊成罐体 将装配焊接好且检验合格的罐筒装配焊接罐体托、 排油阀和空气包, 以及内外梯、 走抬架, 经水压试验, 合格的罐体。
5.5 焊后热处理
焊后应该对工件进行热处理, 以减小在焊接过程中产生的局部应力, 很应变, 从而达到焊件抗压以及各方面力学性能的提高。消除热应变的有效措施是焊后退火处理, 经600℃左右消除应力, 退火后, 材料的韧性基本能恢复到原来水平。最后对焊道修光, 按照标准进行验收。

第六章 焊缝的无损检验与耐压气密性检验
容器在制造和运行过程中需要对壳板及焊缝进行严格的无损检测, 这是确保容器质量, 防止事故发生的重要手段之一。容器的无损检验包括对原材料﹑制造安装﹑最终成品及运行中检验等。当前容器常见无损检测方法有: 射线探伤, 超声波探伤, 磁粉探伤, 液体渗透探伤, 有条件的地方采用声发射技术。对焊缝热影响区和破口等区域的表面, 一般还要进行100%磁粉探伤或100%液体渗透探伤。我的在焊接过成中可能出现如下的缺陷: 裂纹、 气孔、 夹渣、 未熔合、 未容透等现象希望在用手弧焊加工时, 给予重视。Ⅰ, Ⅱ类焊缝进行射线照透检测, 检测长度为每条焊缝长的20%, 且不小于250mm, 相交焊缝必须检测, 合格标准均按JB4730-94中三级。
检测方法: 检测对象铁素体钢焊缝
内部缺陷采用射线探伤、 超声波探伤
表面缺陷采用磁粉探伤、 渗透探伤
射线探伤: 有利于检出夹渣、 气孔等体积形的缺陷
超声波探伤: 有利于检出裂纹类面积形缺陷
磁粉探伤:可检表面与近面缺陷
渗透探伤: 光洁与清洁工件表面形缺陷
另外容器的压力试验和气密性试验是热处理之后进行, 常采用水压试验。设备制造完毕后应在4MPa表进行水压实验10分钟无渗漏, 冒汗现象,检查检查容器是否达到设计要求, 验证其是否能保证在没计压力下安全运行所必须的承压能力, 同时也能够经过局部渗透现象发现其潜在的局部缺陷。

参考文献
[1] 方洪渊.焊接结构学[M].北京: 机械工业出版社, .
[2] 方书起.化工设备课程设计指导书[M].北京: 化学工业出版社, .
[3] 唐尔钧,詹长福.化工设备机械设计基础[M].北京: 机械工业出版社,1994.
[4] 丁伯民,黄正林.化工容器[M].北京: 化学工业出版社, .
[5] 中国机械工程学会焊接学会．焊接手册,第三卷,焊接结构-3版[M]．北京: 机械工业 出版社, .
[6] 黄振仁,魏新利.过程装备成套技术设计指南[M].化学工业出版社, .
[7] 国家质量技术监督局.GB 150-1998钢制压力容器[S].北京: 中国标准出版社.1998.
[8] 国家质量技术监督局.压力容器安全技术监察规程[S].北京: 中国劳动社会保障出版 社.1999.
[9] 国家经济贸易委员会. JB/ T4736- 补强圈[S]. .