筒體設(shè)計說明書

1、目錄緒論3第一章 設(shè)計參數(shù)的選擇51.1設(shè)計題目51.2設(shè)計數(shù)據(jù)51.3設(shè)計壓力51.4設(shè)計溫度51.5主要元件材料的選擇5第二章 設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計62.1圓筒厚度的設(shè)計62.2封頭厚度的設(shè)計62.3筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計62.4鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計72.5接管、法蘭的選擇9第三章 開孔補強設(shè)計113.1補強設(shè)計方法判別113.2有效補強范圍113.3有效補強面積113.4補強面積12第四章 液氬儲罐的焊接134.1破口加工134.2焊接順序134.3筒體縱焊縫134.4筒體環(huán)焊縫134.5接管與筒體焊接144.6人口及補償圈焊接144.7接管與法蘭處焊接（排空口、液位計、溫度計、壓力表）154.8

2、接管與法蘭焊接處（安全閥、進料口、出料口、排污口）15采用焊條電弧焊，焊條型號為E347-16154.9鞍座底板與肋板和腹板的焊接154.9焊縫破口尺寸16第五章 備料加工工藝195.1原材料的儲備195.2板材的預(yù)處理195.4裝配的焊接次序205.5 焊后熱處理21第六章 焊縫的無損檢驗與耐壓氣密性檢驗21參考文獻22緒論隨著我國化學(xué)工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各地建立了大量的液化氣儲配站。對于儲存量小于500或單罐容積小于150時。一般選用臥式圓筒形儲罐。液化氣儲罐是儲存易燃易爆介質(zhì)直接關(guān)系到人民生命財產(chǎn)安全的重要設(shè)備。因此屬于設(shè)計、制造要求高、檢驗要求嚴的三類壓力容器。本次設(shè)計的為100液化石油氣

3、儲罐設(shè)計即為此種情況。工業(yè)生產(chǎn)中具有特定的工藝功能并承受一定壓力的設(shè)備，稱壓力容器。設(shè)計溫度為-20以下的壓力容器被稱為低溫壓力容器，對于低溫壓力容器首先要選用合適的材料，材料在使用溫度下應(yīng)具有良好的韌性。經(jīng)細化晶粒處理的低合金鋼可用到-45，2.5鎳鋼可用到-60，3.5鎳鋼可用到-104,9鎳鋼可用到-196。低于-196時可選用奧氏體不銹鋼等。因此鑒于本次課題低溫液氬儲罐為單層絕熱儲罐。內(nèi)膽材質(zhì)采用奧氏體不銹鋼（0Cr18Ni10Ti），外層保冷材料為泡沫玻璃。同時采用了雙組分快速固化液體涂料。由筒體、封頭、法蘭和密封元件、開孔和接管、支座、絕熱保冷層六大部組成。筒體是圓筒形壓力容器的主

4、要承壓元件，它構(gòu)成了完成化學(xué)反應(yīng)或儲存物所需的最大空間。筒體一般是由鋼板卷制或壓制成型后組裝焊接而成。當筒體直徑較小是，可采用無縫鋼管制作。對于即軸向尺寸較大的筒體，采用環(huán)焊縫將幾個筒節(jié)拼焊制成。根據(jù)筒體的承載要求和鋼板厚度，其縱焊縫和環(huán)向焊縫可采用開坡口或不坡口的對接接頭。對于承受高壓的厚壁容器筒體，除了采用單層厚鋼板制作外，也可以采用層板包扎、熱套、繞帶或繞板等工藝制作多層筒體結(jié)構(gòu)。封頭即是容器的端蓋。根據(jù)形狀的不同，分為球形封頭、橢圓形封頭、蝶形封頭和平板封頭等結(jié)構(gòu)形式。為了避免在低溫壓力容器上產(chǎn)生過高的局部應(yīng)力，在設(shè)計容器時應(yīng)避免有過高的應(yīng)力集中和附加應(yīng)力；在制造容器時嚴格檢驗，以防止

5、容器中存在危險的缺陷。對于因焊接而引起的過大殘余應(yīng)力，在焊后應(yīng)進行消除焊接殘余應(yīng)力處理。為保證壓力容器的安全使用，在制造嚴格按照有關(guān)標準、規(guī)范，對壓力容器的原材料和加工制造過程進行嚴格的質(zhì)量檢驗，因此，對投入運行的壓力容器也需要進行定期檢驗。壓力容器的檢驗內(nèi)容主要有：對材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能的常規(guī)理化檢驗；對焊接接頭的各種性能檢驗；對壓力容器各部分存在的各類缺陷的無損檢測；用高于操作壓力的液體對容器進行耐壓試驗等。質(zhì)量檢驗在壓力容器制造過程中占重要的地位。在有些反應(yīng)堆壓力容器的生產(chǎn)周期中，有一半的時間都是用于質(zhì)量檢驗。第一章 設(shè)計參數(shù)的選擇1.1設(shè)計題目液氬儲罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(12 m3)1.2設(shè)

6、計數(shù)據(jù)如下表1： 表1：設(shè)計數(shù)據(jù)序號項目數(shù)值單位備注1名稱液氬儲罐（6m）2最大工作壓力1.2MPa3工作溫度204公稱直徑1600mm5容積66單位容積充裝量0.42t/7裝量系數(shù)0.98其他要求100%無損檢測1.3設(shè)計壓力設(shè)計壓力取最大工作壓力的1.1倍，即Pc=1.11.2=1.321.4設(shè)計溫度設(shè)計溫度為室溫，即20。1.5主要元件材料的選擇1.筒體材料的選擇：根據(jù)GB150-1998表4-1，選用筒體材料為不銹鋼1Cr18Ni9Ti（鋼材標準為GB13296）。2.鞍座材料的選擇：根據(jù)JB/T4731,鞍座選用材料為1Cr18Ni9Ti，其許用應(yīng)力。3.地腳螺栓的材料選擇：由于工作

7、溫度為超低溫，地腳螺栓選用1Cr18Ni8Ti，其許用應(yīng)力。第二章 設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1圓筒厚度的設(shè)計計算壓力：該容器需100%探傷，所以取其焊接系數(shù)為。圓筒的厚度在616mm范圍內(nèi)，查GB150-1998中表4-1，可得：溫度在20下，許用應(yīng)力利用中徑公式，計算厚度：=PDi（2t-Pc）=7.74mm查標準HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)定表7-1知，鋼板厚度負偏差0.8mm。查標準HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)定表7-5知,不銹鋼在無特殊腐蝕情況下，腐蝕裕量取0。本例取=0。則筒體的設(shè)計厚度n=+C1+C2=7.74+0.8+0=8.54圓整后，取名義厚度n

8、=9。筒體的有效厚度E=n- C1-C2=82.2封頭厚度的設(shè)計查標準JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表1，得公稱直徑。選用標準橢圓形封頭,型號代號為EHA，則 ，根據(jù)GB150-1998中橢圓形封頭計算中式7-1計算：=PDi（2t-Pc）=7.74mm同上，取，。圓整后，取名義厚度n=9。封頭型記做EHA160012-1Cr18Ni9Ti JB/T 4746-2002。2.3筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.封頭的結(jié)構(gòu)尺寸（封頭結(jié)構(gòu)如下圖1）由，得。查標準JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.1 EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，如下表2：表2 ：EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、

9、容積公稱直徑DN /mm總深度H /mm內(nèi)表面積A/容積/16004252.90070.58642.筒體的長度計算由封頭長短軸之比為2，即，得查標準4中表B.1 EHA和B.2 EHA表橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，質(zhì)量，見表3-1和圖3-1。取裝料系數(shù)為0.9，則即算得L0=2.74圓整后取為L0=2.8筒體分為兩段，每段長度為1.4米，筒體為兩瓣組焊而成。2.4鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計1.鞍座選型該臥式容器采用雙鞍式支座，初步選用輕型鞍座，材料選用Q235-B。估算鞍座的負荷：儲罐總質(zhì)量 （3-3）筒體質(zhì)量： m1=DL0=3.141.62.80.0097.9103=1000kg單個封頭的質(zhì)量，充液

10、質(zhì)量：，水壓試驗充滿水，故取介質(zhì)密度為， V=6.67則m3=6670kg附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為，其他接管總和為200kg，即綜上所述，m=m1+2m2+m3+m4=1000+2133.4+6670+353=8289.8則每個鞍座承受的質(zhì)量為4144.9kg，重量為41.5KN查JB4712.1-20079表1，優(yōu)先選擇輕型支座。查9中表2，得出鞍座尺寸如表3-6：表3-6 鞍座尺寸表公稱直徑DN1600腹板8墊板390允許載荷QkN275筋板2258鞍座高度h250170e70底板1120240螺栓間距9602008鞍座質(zhì)量Kg11612墊板弧長1870增加100mm增加的高度Kg122.鞍座

11、位置的確定因為當外伸長度A=0.207L時，雙支座跨距中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩絕對值相等，從而使上述兩截面上保持等強度，考慮到支座截面處除彎矩以外的其他載荷，面且支座截面處應(yīng)力較為復(fù)雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩，鞍座中心與封頭切線的距離A滿足（L為兩封頭切線間的距離），最后使（為圓筒的平均半徑）。鞍座的安裝位置如圖3所示：故，取。2.5接管、法蘭的選擇液氬儲罐應(yīng)設(shè)置出液口，進液口，人孔，液位計口，溫度計口，壓力表口，安全閥口，排空口。1.小直徑接管和法蘭查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中表8.2 3-1 PN10帶頸對焊鋼制管法蘭，選取各管口公稱直徑

12、，查得各法蘭的尺寸。查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中附錄D中表D-3,得各法蘭的質(zhì)量。查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中表，法蘭的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。 整體鋼制法蘭尺寸表 mm公稱尺寸法蘭外徑螺栓孔中心螺栓孔直徑法蘭厚度法蘭徑DNDKLCNRS0S1安全閥進料口出了口排污口4015011018187067.514排空口液位計溫度計壓力表201057514184046.512人口法蘭設(shè)計 mmDN400B150H1230dws42610L200H2107D580b32d24D1525b127A320b232 3.法蘭標記法蘭標準標記包括法蘭名稱及代號、密封面形

13、式代號、公稱直徑、公稱壓力、法蘭厚度、法蘭總高度、標準編號。當法蘭厚度、法蘭高度采用標準值時在標記中可省略。例如，公稱壓力1.6MPa、公稱直徑80mm的帶頸對焊法蘭，法蘭材料0Cr18Ni10Ti，其標記為：法蘭C-T 80-1.60 HG 20575-97。第三章 開孔補強設(shè)計根據(jù)GB150中8.3，當設(shè)計壓力小于或等于2.5MPa時，在殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑不大于89mm時，接管厚度滿足要求，不另行補強，故該儲罐中只有DN=500mm的人孔需要補強。3.1補強設(shè)計方法判別按HG/T 21518-2005,選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔。開孔直徑

14、。，故可以采用等面積法進行開孔補強計算。接管材料選用與筒體材料相同的0Cr18Ni10Ti不銹鋼，其許用應(yīng)力。根據(jù)GB150-1998中式8-1，。殼體開孔處的計算厚度，接管的有效厚度，強度削弱系數(shù)。所以開孔所需補強面積3.2有效補強范圍1.有效寬度B的確定按GB150中式8-7，得，。2.有效高度的確定(1）外側(cè)有效高度的確定根據(jù)GB150中式8-8，得：，。(2）內(nèi)側(cè)有效高度的確定根據(jù)GB150-1998中式8-9，得：，3.3有效補強面積1.筒體多余面積2.接管的多余面積接管計算厚度：3.焊縫金屬截面積焊角取10.0mm，3.4補強面積，因為，所以開孔需另行補強。所需另行補強面積：。補強

15、圈設(shè)計：根據(jù)DN500取補強圈外徑D=840mm。因為BD，所以在有效補強范圍。選擇C型坡口，補強圈內(nèi)徑，取。補強圈厚度：，圓整取名義厚度。第四章 液氬儲罐的焊接4.1破口加工焊接接頭坡口形狀和幾何尺寸的設(shè)計，應(yīng)遵循以下原則：（1）保證焊接質(zhì)量 （2）坡口加工簡易 （3）便于焊接加工 （4）節(jié)省焊接材料4.2焊接順序焊接順序：單個筒節(jié)的焊接筒節(jié)間的對接筒體與封頭的對接接管、支座等相關(guān)構(gòu)件的焊接。4.3筒體縱焊縫筒體的厚度為=9mm筒體的縱焊縫的焊接采用I形坡口的接頭設(shè)計。留有一定間隙且背面采用某種形式的襯墊。采用埋弧焊，焊絲型號為H0Cr21Ni10 焊劑對應(yīng)牌號HJ260焊劑銅墊單面焊雙面成

16、形的埋弧焊工藝參數(shù)鋼板厚度/mm裝配間隙/mm焊絲直徑/mm焊接電流/A電弧電壓/V焊接速度/m.h-19344720780363827.54.4筒體環(huán)焊縫壓力容器筒體環(huán)焊縫坡口形式，取決于其壁厚及所選用的焊接工藝方法。對于薄壁容器，殼體環(huán)焊縫多采用V形坡口；對于厚壁殼體環(huán)焊縫，為減少焊縫橫截面，通常采用U形破褲。對于此次設(shè)計的容器，屬于薄壁形，其環(huán)焊縫包括筒節(jié)對接焊縫和筒體與封頭的對接焊縫，都采用相同的坡口形式。即采用V形坡口。采用焊條電弧焊，焊條型號為E347-16板厚/mm焊腳L/mm焊接位置焊接層數(shù)坡口尺寸焊接電流/A焊接速度/mm.min-1焊條直徑/mm備注間隙c/mm鈍邊f(xié)/mm

17、92立焊202038010040803.24.5接管與筒體焊接采用焊條電弧焊，焊條型號為E347-16板厚/mm焊腳L/mm焊接位置焊接層數(shù)坡口尺寸焊接電流/A焊接速度/mm.min-1焊條直徑/mm備注間隙c/mm鈍邊f(xié)/mm92立焊202038010040803.24.6人口及補償圈焊接采用焊條電弧焊，焊條型號為E347-16板厚/mm焊腳L/mm焊接位置焊接層數(shù)坡口尺寸焊接電流/A焊接速度/mm.min-1焊條直徑/mm備注間隙c/mm鈍邊f(xié)/mm92立焊202038010040803.24.7接管與法蘭處焊接（排空口、液位計、溫度計、壓力表）采用焊條電弧焊，焊條型號為E347-16焊縫

18、空間位置焊件厚度（mm）第一層焊縫第二層焊縫封底焊縫焊條直徑（mm）焊接電流（mm）焊條直徑（mm）焊接電流（mm）焊條直徑（mm）焊接電流（mm）橫對接焊縫6.53.2901203.2901203.2901204.8接管與法蘭焊接處（安全閥、進料口、出料口、排污口）采用焊條電弧焊，焊條型號為E347-16焊縫空間位置焊件厚度（mm）第一層焊縫第二層焊縫封底焊縫焊條直徑（mm）焊接電流（mm）焊條直徑（mm）焊接電流（mm）焊條直徑（mm）焊接電流（mm）橫對接焊縫7.53.290120414016041201604.9鞍座底板與肋板和腹板的焊接采用焊條電弧焊，焊條型號為E347-16板厚（m

19、m）焊腳L(mm)焊接位置焊接層數(shù)間隙c（mm）鈍邊f(xié)（mm）焊接電流（A）焊接速度（mm.min-1）焊條直徑（mm）82立焊211801104080324.9焊縫破口尺寸第五章 備料加工工藝5.1原材料的儲備根據(jù)壓力容器的結(jié)構(gòu)，購進材質(zhì)為00Cr11Ti的不銹鋼鋼板和焊接材料。入庫前對母材及焊接材料進行化學(xué)成分和技術(shù)性能的檢驗，檢驗合格的原材料入庫，并對材料分類標記、合理存放和保管，防止混雜、受潮、生銹、損傷。鋼板厚度：15mm 數(shù)量：2 鋼板尺寸:43961800 439615005.2板材的預(yù)處理5.2.1板材的矯正：鋼材的矯正主要有以下方法：機械矯正：利用各種矯正的機械設(shè)備對鋼材進行

20、矯正的方法，使鋼材的纖維發(fā)生變形，達到矯正的目的?；鹧娉C正：利用氣焊和氣割的焊，割炬或?qū)Ｓ玫幕鹧娉C正加熱槍，加熱被矯正鋼材或工件的變形部位。手工矯正：用錘擊鋼材的變形有關(guān)區(qū)域，使短纖維部分伸長，從而進行矯正。對于板厚為15mm的鋼板，由于厚度較大，采用火焰矯正，火焰矯正方法簡單，靈活，快速，效率高，效果好，適用于單件及小批量結(jié)構(gòu)件的二次矯正。1中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會編著.焊接手冊 第2版 第3卷.機械工業(yè)出版社.2001.P8795.2.2鋼材的表面清理：清理方法主要有兩類： 機械法：包括噴砂和噴丸，手工風砂輪或鋼絲刷，砂布打磨，刮光或拋光等。 化學(xué)法：即用溶液進行清理，此法效率高，質(zhì)量均勻

21、而且穩(wěn)定，但成本高，對環(huán)境也造成污染。常用酸洗方法是將鋼板質(zhì)量分數(shù)為2%4%的硫酸槽內(nèi)一定時間后，取出后置于質(zhì)量分數(shù)為1%2%溫石灰液槽內(nèi)，經(jīng)石灰液中和鋼板上的酸，取出干燥，板上留有一層薄石灰粉，以防止金屬再氧化，在切割前和焊前可將其擦去。 0Cr11Ti是不銹鋼，比較適合化學(xué)法進行表面清理。5.2.3放樣，劃線與號料在制造金屬結(jié)構(gòu)之前，按照設(shè)計圖樣，在放樣平臺上用1：1的比例尺寸，劃出結(jié)構(gòu)的圖形和平面展開尺寸，并制作樣板，在根據(jù)樣板來劃線。5.3下料，邊緣加工以及夾具的選擇制造焊接結(jié)構(gòu)的金屬材料在劃線與號料的基礎(chǔ)上，進行機械切割，熱切割下料。切割的邊緣，特別是裝配焊接邊緣，通常要進行邊緣加工

22、（破口加工）。5.3.1切割機選擇：機械切割包括使用剪床，圓盤剪床，沖床，聯(lián)合沖剪機和鋸床等。熱切割包括氣割，等離子弧切割，電弧切割和激光切割等。對于0Cr11Ti不銹鋼的切割，一般采用等離子弧切割下料，切口較窄，比較光潔，變形和熱影響區(qū)也較小。選擇OMNIMAT系列切割機下料，軌距2500mm，切割寬度1900mm，整機寬度3000mm.1中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會編著.焊接手冊 第2版 第3卷.機械工業(yè)出版社.2001.P921 表21-135.3.2卷板機選擇選擇對稱式三輥卷板機CDW11（對稱上調(diào)式）162000A型，最大卷板寬度2000mm，最小卷板厚度16，電動機功率15kw,外形尺

23、寸長寬高4.51.561.85.3.3坡口加工機選擇：坡口加工常用的方法有機械切削和熱切割兩類，機械切削加工坡口，常采用刨邊機，坡口加工機和銑床，刨床，車床等各種通用機床。在此選用型號為HP-10,技術(shù)數(shù)據(jù)為被加工鋼板的抗拉強度390750MPa、坡口最大寬度127mm、工件最大厚度30mm、坡口角度調(diào)整范圍3045、最小鈍邊高1mm、加工坡口速度2.63.4m/min。1中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會編著.焊接手冊 第2版 第3卷.機械工業(yè)出版社.2001.P942 表21-455.3.4焊接工裝夾具的選擇：焊接工裝夾具是將焊件準確定位并夾緊，用于裝配和焊接的工藝裝備。選擇手動加緊機構(gòu)中的手動螺旋

24、撐圓器，其主要作用是用于筒形工件的對接，矯正其不圓柱度，防止變形消除局部變形。1中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會編著.焊接手冊 第2版 第3卷.機械工業(yè)出版社.2001. P948 表21-485.3.5彎曲成形選擇對稱式三輥卷板機CDW11（對稱上調(diào)式）162000A型，最大卷板寬度2000mm，最小卷板厚度16，電動機功率15kw,外形尺寸長寬高4.51.561.8 1中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會編著.焊接手冊 第2版 第3卷.機械工業(yè)出版社.2001. P934 表21-325.4裝配的焊接次序 選擇隨裝隨焊，立式儲氣罐的裝配是先將板材加工成5024X3000的圓筒，用定位焊給予定位。再將封頭與筒體

25、進行定位焊。筒體的縱向焊縫用手工電弧焊進行焊接，封頭和筒體的焊縫用埋弧焊進行焊接。筒體的裝配焊接：清理焊口，在焊劑墊上埋弧自動焊接底板內(nèi)環(huán)縫，爾后焊外環(huán)縫；在縱向焊劑墊上埋弧自動焊接罐筒內(nèi)縱縫，爾后焊外縱縫；裝配焊接大小筋板，氣切罐筒上各孔（如排油孔，空氣包處人孔等），并進行質(zhì)量檢驗，裝配端板，手工焊接端板內(nèi)環(huán)縫，外部清根；埋弧自動焊接兩條外環(huán)縫。焊成罐體 將裝配焊接好且檢驗合格的罐筒裝配焊接罐體托、排油閥和空氣包，以及內(nèi)外梯、走抬架，經(jīng)水壓試驗，合格的罐體。5.5 焊后熱處理 焊后應(yīng)該對工件進行熱處理，以減小在焊接過程中產(chǎn)生的局部應(yīng)力，很應(yīng)變，從而達到焊件抗壓以及各方面力學(xué)性能的提高。消除熱應(yīng)變的有效措施是焊后退火處理，經(jīng)600左右消除應(yīng)力，退火后，材料的韌性基本能恢復(fù)到原來水平。最后對焊道修光，按照標準進行驗收。第六章 焊縫的無損檢驗與耐壓氣密性檢驗 容器在制造和運行過程中需要對殼板及焊縫進行嚴格的無損檢測，這是確保容器質(zhì)量，防止事故發(fā)生的重要手段之一