低合金鋼壓力容器課程設(shè)計(jì)(DOC).doc

課程設(shè)計(jì)學(xué)校：山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院姓名： 專業(yè)： 材料成型及控制工程 班級(jí)： 11材料一班 學(xué)號(hào)： 110803021129 題目： 5立方臥式油罐 時(shí)間：2014年12月15日 至1月2日指導(dǎo)老師： 魏雷 目錄設(shè)計(jì)說明書1.1 適用范圍.41.3 5 m3臥式油罐加工基本參數(shù)和尺寸.41.2 設(shè)計(jì)、制造遵循的主要規(guī)范.41.4 安全.41.5 設(shè)計(jì)遵循 參照的主要規(guī)范.41.6 設(shè)計(jì)范圍.41.6.1 防雷電與防靜電措施.41.6.2 防火措施.51.6.3 油罐接管.61.6.4 油罐接管.61.7 油罐分類61.7.1 金屬油罐61.7.2 非金屬油罐71.7.3 地下油罐71.7.4 非地下油罐71.7.5 地上油罐7計(jì)算說明書2.1 設(shè)計(jì)的基本參數(shù).82.2 罐體壁厚計(jì)算.82.2.1 筒體壁厚計(jì)算.82.2.2 封頭壁厚計(jì)算.92.3 鞍座的選擇計(jì)算.92.3.1 罐體重Q192.3.2 封頭重Q292.3.3 水重Q392.3.4 附件重Q4.102.4 鞍座作用下的應(yīng)力計(jì)算.102.4.1 筒體軸向彎矩.102.4.2 筒體軸向應(yīng)力計(jì)算.112.4.3 筒體周向應(yīng)力計(jì)算.122.4.4 周向壓縮應(yīng)力計(jì)算.122.4.5 周向總應(yīng)力的計(jì)算和校核.13設(shè)計(jì)心得14焊接工藝卡115焊接工藝卡217參考文獻(xiàn)19 設(shè)計(jì)說明書1.1 適用范圍本文適用于儲(chǔ)存工業(yè)或民用設(shè)施中常用的燃料油的5 m3臥式油罐。 壓力：常壓溫度：-19 200介質(zhì)：燃料油1.2 設(shè)計(jì)、制造遵循的主要規(guī)范(1) 鋼制壓力容器 GB 150 (2) 鋼制焊接常壓容器 JB/T 4735 (3) 鋼制壓力容器焊接規(guī)程 JB/T 4709 (4) 氣焊、手工電弧焊及氣體保護(hù)焊焊縫坡口的基本形式與尺寸 GB985-88(5) 壓力容器無損檢測(cè) JB 4730 1.3 5 m3臥式油罐加工基本參數(shù)和尺寸： 1200（直徑） 4500（長(zhǎng)度） 6（壁厚）（單位：mm）； 封頭壁厚：6 mm； 殼體材料：20R； 設(shè)備金屬總質(zhì)量：1175 kg；1.4 安全油罐應(yīng)有避雷、防靜電措施，具體措施如下：1.5 設(shè)計(jì)遵循 參照的主要規(guī)范(1)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB50058）(2)石油與石油設(shè)施雷電安全規(guī)范 （GB15599）(3)汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范 （GB50156）(4)鍋樓房設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB50041）(5)防止靜電事故通用規(guī)則 （GB12158）(6)石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)則 （GB50160）(7)石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范 （GBJ 74）1.6 設(shè)計(jì)范圍(1)防雷電與防靜電措施 (2)防火措施1.6.1 防雷電與防靜電措施(1)可燃?xì)怏w、 液化烴、 可燃液體的鋼罐，必須設(shè)防雷接地，并應(yīng)符合下列規(guī)定：裝有阻火器的甲B 乙類可燃液體地上固定頂罐，當(dāng)頂板厚度等于或大于4mm時(shí)，可不設(shè)避雷針，線；丙類液體儲(chǔ)罐，可不設(shè)避雷針、線，但必須設(shè)防感應(yīng)雷接地；壓力儲(chǔ)罐不設(shè)避雷針、線，但應(yīng)作接地；(2)本圖集罐體均采用厚度4mm的金屬材料，不設(shè)避雷措施，但當(dāng)罐體置于建筑物、構(gòu)筑物內(nèi)時(shí)必須作可靠接地，其接地點(diǎn)不應(yīng)少與兩處，其間弧形距離不應(yīng)大于30m；當(dāng)金屬油罐在室外設(shè)置時(shí)必須作環(huán)形防雷接地，其接地點(diǎn)不應(yīng)少與兩處，其間弧形距離不應(yīng)大于30m；接地體距罐壁距離應(yīng)大于3m(3)將油罐系統(tǒng)流程有關(guān)的設(shè)備、設(shè)施的防雷接地、防靜電接地和電氣設(shè)備接地共用同一接地裝置，接地電阻4歐 。接地連接線均采用多股銅芯線，截面不應(yīng)小于16mm2。(4)可燃液體儲(chǔ)罐的溫度、液位等測(cè)量裝置，應(yīng)采用鎧裝電纜或鋼管配線，電纜外皮或配線鋼管與罐體應(yīng)作電氣連接。(5)操作井立柱角鋼與墊板、墊板與儲(chǔ)油罐外壁、立柱角鋼與操作井蓋板均應(yīng)作電器通路。蓋板與加油車或輸入裝置作防靜電連接。(6)根據(jù)不同的防護(hù)區(qū)（爆炸危險(xiǎn)區(qū)）確定相應(yīng)的防護(hù)措施：電源線路的敷設(shè)與連接，防靜電連接、防雷接地的連接（共用接地連接） (7)油罐底座應(yīng)與油罐作可靠電氣連接，在油罐底座預(yù)留接地端子。當(dāng)接地端子間沿油罐外圍距離大與30m時(shí)，需增加接地端子。接地端子的設(shè)置位置由設(shè)計(jì)人員確定。(8)由接地端子至接地體采用BV-1X25mm2導(dǎo)線穿PVC40管。接地體應(yīng)用直徑不小于16mm的鍍鋅圓鋼或截面不小于404 mm2的鍍鋅扁鋼制成。1.6.2 防火措施(1)可燃液體火災(zāi)宜采用低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)。撲救可燃?xì)怏w、可燃液體和電器設(shè)備及烷烴金屬化合物等的火災(zāi)，宜選用鈉粉。當(dāng)干粉與氟蛋白泡沫滅火系統(tǒng)聯(lián)用時(shí)，應(yīng)選用硅化鈉鹽干粉。(2)油罐區(qū)的火災(zāi)應(yīng)采用干粉車。(3)油罐儲(chǔ)量100 m3或設(shè)有隔熱層的可不設(shè)固定消防水冷卻水系統(tǒng)，單移動(dòng)式消防冷卻水系統(tǒng)應(yīng)能滿足消防冷卻總?cè)萘康囊蟆?4)建筑物、構(gòu)筑物內(nèi)的可燃?xì)怏w泄露危險(xiǎn)場(chǎng)所應(yīng)采用可燃?xì)怏w探測(cè)器報(bào)警系統(tǒng)。(5)消防措施，根據(jù)工程實(shí)際情況由選用單位與環(huán)衛(wèi)措施等統(tǒng)一考慮。1.6.3 油罐接管(1)本圖所示工藝接管的規(guī)格、數(shù)量及位置，可根據(jù)工程實(shí)際情況由選用單位行調(diào)整。(2)與油罐相連通的進(jìn)油管，通氣管橫管及回油管均應(yīng)坡向油罐，其坡度不應(yīng)小于2。(3)通氣管管口應(yīng)高出地面4m及以上。沿建筑物的墻柱向上敷設(shè)的通氣管管口，應(yīng)高出建筑物的頂面1.5m及以上。通氣管的公稱直徑不應(yīng)小于50mm且應(yīng)安裝阻火器。1.6.4 油罐接管船舶運(yùn)輸，一般油罐的總?cè)莘e應(yīng)根據(jù)油的運(yùn)輸方式和供應(yīng)周期等因素確定。對(duì)于火車和不小于 2030 天的設(shè)備最大消耗量；對(duì)于汽車運(yùn)輸一般不小于 510 天的設(shè)備最大消耗量；對(duì)于油管道輸送一般不小于 35 天的設(shè)備最大消耗量；對(duì)于以辦公為主的建筑，燃油設(shè)備的日運(yùn)行時(shí)間取 1012 小時(shí)；以普通住宅為主的建筑，日運(yùn)行時(shí)間為取 1216 小時(shí)；以高檔住宅和賓館為主的建筑，日運(yùn)行時(shí)間取 1624 小時(shí)。 1.7 油罐分類1.7.1 金屬油罐金屬油罐是采用鋼板材料焊成的容器。普通金屬油罐采用的板材是一種代號(hào)叫A3F的平爐沸騰鋼；寒冷地區(qū)采用的是A3平爐鎮(zhèn)靜鋼；對(duì)于超過10000m3的大容積油罐采用的是高強(qiáng)度的低合金鋼。常見的金屬油罐形狀，一般是立式圓柱形、臥式圓柱形、球形等幾種。立式圓柱形油罐根據(jù)頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)又可分為桁架頂罐、無力矩頂罐、梁柱式頂罐、拱頂式罐、套頂罐和浮頂罐等，其中最常用的是拱頂罐和浮頂罐。拱頂罐結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，常用來儲(chǔ)存原料油、成品油和芳烴產(chǎn)品。浮頂罐又分內(nèi)浮頂罐和外浮頂罐兩種，罐內(nèi)有鋼浮頂浮在油面上，隨著油面升降。浮頂不僅降低了油品的消耗，而且減少了發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性和對(duì)大氣的污染。尤其是內(nèi)浮頂罐，蒸發(fā)損耗較小，可以減少空氣對(duì)油品的氧化，保證儲(chǔ)存油品的質(zhì)量，對(duì)消防比較有利。前內(nèi)浮頂罐在國(guó)內(nèi)外被廣泛用于儲(chǔ)存易揮發(fā)的輕質(zhì)油品，是一種被推廣應(yīng)用的儲(chǔ)油罐。臥式圓柱形油罐應(yīng)用也極為廣泛。由于它具有承受較高的正壓和負(fù)壓的能力，有利于減少油品的蒸發(fā)損耗，也減少了發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性。它可在機(jī)械，一成批制造，然后運(yùn)往工地安裝，便于搬運(yùn)和拆遷，機(jī)動(dòng)性較好。缺點(diǎn)是容量一般較小，用的數(shù)量多，占地面積大。它適用于小型分配油庫(kù)、農(nóng)村油庫(kù)、城市加油站、部隊(duì)野戰(zhàn)油庫(kù)或企業(yè)附屬油庫(kù)。在大型油庫(kù)中也用來作為附屬油罐使用，如放空罐和計(jì)量罐等。球形油罐具有耐壓、節(jié)約材料等特點(diǎn)，多用于石油液化氣系統(tǒng)，也用做壓力較高的溶劑儲(chǔ)罐。1.7.2 非金屬油罐非金屬油罐的種類很多，有土油罐、磚油罐、石砌油罐、鋼筋混凝土油罐、玻璃鋼油罐、耐油橡膠油罐等等。石砌油罐和磚砌油罐應(yīng)用較多，常用于儲(chǔ)存原油和重油。該類油罐最大的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約鋼材、耐腐蝕性好、使用年限長(zhǎng)。非金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)小，當(dāng)儲(chǔ)存原油或輕質(zhì)油品時(shí)，因罐內(nèi)溫度變化較小，可減少蒸發(fā)損耗，降低火災(zāi)危險(xiǎn)性。又由于非金屬罐一般都具有較大的剛度，能承受較大的外壓，適宜建造地下式或半地下式油罐，有利于隱蔽和保溫。但是一旦發(fā)生基礎(chǔ)下陷，易使油罐破裂，難以修復(fù)。它的另一大缺點(diǎn)是滲漏，雖然使用前經(jīng)過防滲處理，但防滲技術(shù)還未完全解決。1.7.3 地下油罐地下油罐指的是罐內(nèi)最高油面液位低于相鄰區(qū)域的最低標(biāo)高02m，且罐頂上覆土厚度不小于05m的油罐。這類油罐損耗低，著火的危險(xiǎn)性小。1.7.4 半地下油罐半地下油罐指的是油罐埋沒深度超過罐高的一半，油罐內(nèi)最高油面液位比相鄰區(qū)域最低標(biāo)高不高出2m的油罐。1.7.5 地上油罐地上油罐指的是油罐基礎(chǔ)高于或等于相鄰區(qū)域最低標(biāo)高的油罐，或油罐埋沒深度小于本身高度一半的油罐。地上油罐是煉油企業(yè)常見的一類油罐，它易于建造，便于管理和維修，但蒸發(fā)損耗大，著火危險(xiǎn)性較大。設(shè)計(jì)計(jì)算說明書2.1 設(shè)計(jì)的基本參數(shù) 設(shè)計(jì)壓力 P0.1MPa 設(shè)計(jì)溫度 T2000C 介 質(zhì) 燃料油 焊縫系數(shù) 0.85腐蝕裕量 C21.5mm筒體內(nèi)徑 Di1=1200mm筒體長(zhǎng)度 L=4500mm封頭內(nèi)徑 Di2=1200mm主體材料 20R其設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 水壓試驗(yàn)壓力 PT=0.125MPa鋼板厚度負(fù)偏差 C1=0.6mm2.2 殼體壁厚計(jì)算2.2.1 筒體壁厚計(jì)算由設(shè)計(jì)書中的公式(2-1)計(jì)算筒體壁厚壁厚附加量 CC1C20.61.52.1mm由于最小壁厚規(guī)定并且所以C2.42.14.5mm圓整后，實(shí)選壁厚=6mm2.2.2 封頭壁厚計(jì)算由設(shè)計(jì)書中的公式(2-2)計(jì)算封頭壁厚由于最小壁厚規(guī)定并且壁厚附加量C=C1C20.61.52.1mmC2.42.14.5mm圓整后實(shí)選壁厚6mm2.3 鞍座的選擇計(jì)算儲(chǔ)罐的總重QQ1+Q2+Q3+Q4式中：Q1罐體重 Q2封頭重Q3汽油重 Q4附件重2.3.1 罐體重Q1筒體DN1200，=6mm，主體材料為20R時(shí)，2.3.2 封頭重Q2封頭EHA12006，主體材料為20R時(shí)，其重量q2=76.4kg所以Q12q2=153kg2.3.3 水重Q3Q3=其中充料系數(shù)，取0.9V儲(chǔ)罐體積 V = 5.6m3水在200C時(shí)的比重為1000kg/m3于是kg2.3.4 附件重Q4人孔（A.0）500約重55.4kg，其余附件總重按56.1計(jì)，于是Q455.4+56.1=112kg所以設(shè)備總重QQ1+Q2+Q3+Q4803+153+5040+1126108kg每個(gè)支座需承受約3054kg重，負(fù)荷相當(dāng)大，所以選公稱直徑為1200mm的A1200-F型鞍座。2.4 鞍座作用下筒體應(yīng)力計(jì)算2.4.1 筒體軸向彎矩計(jì)算雙支座支撐的的臥式容器殼視為雙支點(diǎn)的外伸梁，在容器軸向存在兩個(gè)最大彎矩，一個(gè)在鞍座處，一個(gè)在容器兩支座間跨距中點(diǎn)處。F = mg = 30549.8 =29929.2N跨距中點(diǎn)處的彎矩按下式計(jì)算：M1支座處的彎矩按下式計(jì)算：式中Ri-筒體內(nèi)半徑，mA支座中心線至封頭切線的距離，m，選取A0.405 = L + 225 = 4550mmH = 5231-400-4500-25-6 = 300mmC2系數(shù)，C3系數(shù)，所以，= = =19.99Nm2.4.2 筒體軸向應(yīng)力計(jì)算在跨距中點(diǎn)處橫截面上，由壓力及彎矩所引起的軸向應(yīng)力之和見下圖：圖3-2 筒體軸向應(yīng)力分析圖 1、在橫截面的最高點(diǎn)處： = = 3.16 MPa 2、在橫截面的最低點(diǎn)處： = = 12.23 MPa以上兩式中：P設(shè)計(jì)壓力MPa容器壁厚，mm（不計(jì)附加壁厚）= = 3.9 在支座處的軸向應(yīng)力：此應(yīng)力取決于支承面上筒體的局部剛性。當(dāng)在載荷作用下筒體不能保持圓形時(shí)，其橫截面上部的一部分對(duì)承受軸向彎矩不起作用。當(dāng)筒體有加強(qiáng)圈時(shí)，在筒體最高點(diǎn)處的軸向應(yīng)力用下式計(jì)算： = = 10.19 MPa3、在筒體橫截面的最低點(diǎn)處的軸向應(yīng)力用下式計(jì)算： = = 6.298 MPaK1 ，K2為參數(shù)，查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表76得K10.107，K20.1922.4.3 筒體周向應(yīng)力計(jì)算2.4.5.1 周向彎矩計(jì)算 = = 606mm因鞍座截面處無加強(qiáng)圈，且A0.5Rn，所以按化工容器中公式5-55：M=K6FRn計(jì)算。式中：K6系數(shù)，由承壓容器中圖8-8查得：當(dāng)= 0.67時(shí)，=0.02其它參數(shù)同上。則M=K6FRn2.4.4 周向壓縮應(yīng)力計(jì)算因鞍座截面處無加強(qiáng)圈，且A0.5Rn，所以按化工容器中公式5-57：Tmax計(jì)算。式中：K5系數(shù)，由化工容器中查得：鞍座包角時(shí)K50.760則Tmax = N而在鞍座軸邊角處的周向壓縮應(yīng)力T值為：T= 2.4.5 周向總應(yīng)力的計(jì)算和校核該設(shè)計(jì)圓筒的鞍座界面上無加強(qiáng)圈，但在鞍座兩側(cè)的圓筒上有加強(qiáng)圈。而且鞍座上不設(shè)置襯墊板，則圓筒橫截面最低處周向壓縮應(yīng)力按下式計(jì)算：其中k-計(jì)及圓筒和鞍座是否相焊的系數(shù)，本設(shè)計(jì)中不相焊，k=1.0K5系數(shù)，K50.760b-圓筒的有效長(zhǎng)度，= 245.84mm所以MPa鞍座邊角處的周向總應(yīng)力：因?yàn)閯tMPa根據(jù)化工容器規(guī)定，用圓筒材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力進(jìn)行校核；用圓筒材料在設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力的1.25倍進(jìn)行校核。因?yàn)?MPa所以滿足強(qiáng)度要求。 設(shè)計(jì)心得 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生能力的具體訓(xùn)練和考察過程。在現(xiàn)在的各項(xiàng)領(lǐng)域中焊接裝置的應(yīng)用試非常常見的，可以說是無處不在，因此我覺得掌握好焊接這門技術(shù)是很有必要的，這次對(duì)儲(chǔ)罐的課程設(shè)計(jì)可以說是對(duì)以前學(xué)習(xí)的知識(shí)的一次檢驗(yàn)和理論與實(shí)踐的結(jié)合，更是一次工作的前奏。對(duì)于本次課程設(shè)計(jì)，指導(dǎo)老師老師花費(fèi)了大量的心思，付出了很多努力，讓我們對(duì)以前學(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行總結(jié)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的預(yù)設(shè)計(jì)，雖然這次課程設(shè)計(jì)量比較大，但是老師的安排是非常有意義的，對(duì)我們來說也是一項(xiàng)必須完成的工作。在設(shè)計(jì)開始時(shí)，老師進(jìn)行了的詳細(xì)講解，我才有了自己的設(shè)計(jì)思路，在此非常感謝老師的辛勤付出，對(duì)我的指導(dǎo)和幫助。同時(shí)也感謝在設(shè)計(jì)過程中我們一起討論的同學(xué)。這次課程設(shè)計(jì)基本接近尾聲，在指導(dǎo)老師的幫助和組員的共同努力下，這次課程設(shè)按期完成了，再次對(duì)給予我們幫助的老師和同學(xué)表示忠心的感謝，由于我的水平有限，設(shè)計(jì)難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤之處，希望老師給予批評(píng)指正。焊接工藝卡1坡 口型 式V型焊接部位罐體縱向和環(huán)焊縫焊接相焊件號(hào) 工藝評(píng)定編號(hào)01焊 接 方 法氬電聯(lián)焊焊 接 位 置水平固定焊工資格代號(hào)SMAW-6G-10/114-F3JGTAW-6G-3/60-02預(yù) 熱 溫 度層 間 溫 度后 熱熱處理類 別工 藝母材類組別號(hào)I 鋼號(hào)0Cr18Ni9 規(guī)格=8（6）mm 與類組別號(hào)I 鋼號(hào)0Cr18Ni9規(guī)格=8（6）mm相焊清根方 法檢 查焊材焊條：牌號(hào) A137 規(guī)格3.2 烘干350-4000C1小時(shí)焊絲：牌號(hào)H0Cr20Ni10規(guī)格2.5焊劑：/ 烘干/小時(shí)鋼 印 標(biāo) 記焊 接 記 錄焊接規(guī)范層次焊接方法焊材電源種類及 極 性焊接電流（A）電 壓（V）焊接速度（cm/min）備 注牌號(hào)規(guī)格1氬弧焊H0Cr20Ni102.5直流正接90-1209-1310-142手弧焊A1373.2直流反接120-14521-238-14說明1、焊接遵照本工藝要求執(zhí)行。焊縫探傷按產(chǎn)品焊接工藝說明書要求執(zhí)行。2、焊縫及熱影響區(qū)表面不得有裂紋、氣孔、弧坑和肉眼可見夾渣等缺陷。3、焊縫咬邊深度不得大于0.5mm，連續(xù)咬肉長(zhǎng)度100mm，兩邊咬邊總長(zhǎng)不得大于該焊縫總長(zhǎng)10%（或不得有咬邊）。焊縫熔渣及飛濺物必須清理干凈。4、用打磨方法（或焊補(bǔ)打磨）消除焊縫缺陷時(shí)，修磨后的厚度不得小于母材厚度減鋼厚度負(fù)偏差。備注焊接層次根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)焊工實(shí)際操作情況擬定。審核： 年 月 日編制：張乾 2014年1月 2日焊接工藝卡2坡 口型 式單邊V型焊接部位底板+腹板，肋板+腹板，翼板+牛腹腿板相焊件號(hào) 工藝評(píng)定編號(hào)95-16焊 接 方 法手 弧 焊焊 接 位 置全 位 置焊工資格代號(hào)D2-26預(yù) 熱 溫 度/ 0C層 間 溫 度/ 0C 小時(shí)后 熱/ 0C熱處理類 別/工 藝/母材類組別號(hào)1鋼號(hào)0Cr18Ni9規(guī)格=8mm 與類組別號(hào)2 鋼號(hào)20鋼 規(guī)格=5mm 相焊清根方 法打 磨檢 查焊材焊條:牌號(hào)J507規(guī)格4 烘干350400 0C 2小時(shí)焊絲:牌號(hào) / 規(guī)格 /焊劑:牌號(hào) / 烘干 / 0C / 小時(shí)鋼 印 標(biāo) 記/焊 接 記 錄焊接規(guī)范層次焊接方法焊材電源種類及 極 性焊接電流（A）電 壓（V）焊接速度（cm/min）備 注牌號(hào)規(guī)格手弧焊