立式空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目：0.5m3的立式壓縮空氣儲(chǔ)罐工藝參數(shù)如下：介質(zhì)：空氣設(shè)計(jì)壓力：0.5MPa使用溫度：0-100C幾何容積：0.5m3規(guī)格：600*6*2050設(shè)計(jì)要求：(1)根據(jù)給定條件確定筒體徑、長(zhǎng)度、封頭類型等,然后確定有關(guān)參數(shù)(容器材料、許用應(yīng)力、壁厚附加量、焊縫系數(shù)等)(2)進(jìn)行焊接接頭設(shè)計(jì),附件設(shè)計(jì)等.1、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)42、容器主要元件的設(shè)計(jì)52.1 封頭的設(shè)計(jì)2.2 人孔的選擇2.3 接管和法蘭3、強(qiáng)度設(shè)計(jì)3.1 水壓試驗(yàn)校核3.2 圓筒軸向應(yīng)力彎矩計(jì)算4、焊接結(jié)構(gòu)分析104.1儲(chǔ)氣罐結(jié)構(gòu)分析4.2 零件工藝分析4.3 焊縫位置確實(shí)定5、焊接材料與方法選擇115.1 母材選擇5.2

2、 焊料選擇5.3 焊接工藝及技術(shù)要求6、焊接工藝工程126.1 焊前準(zhǔn)備6.2 儲(chǔ)罐的安裝施工順序6.3 裝配與焊接6.4 質(zhì)量檢驗(yàn)、修整處理、外觀檢查6.5 焊縫修補(bǔ)7、焊接工藝參數(shù)158、焊接工藝設(shè)計(jì)心得體會(huì)169、參考文獻(xiàn)161 .設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表1-1序號(hào)名稱指標(biāo)1設(shè)計(jì)壓力MPa1.02設(shè)計(jì)溫度C1003最高工作壓力MPa1.04最局,作溫度C<1005工作介質(zhì)壓縮空氣6主要受壓元件的材料Q235-A7焊接接頭系數(shù)0.858腐蝕裕度mm2.09全容積0.510規(guī)格600*6*2050進(jìn)出料接管的選擇材料：容器接管一般應(yīng)采用無(wú)縫鋼管,所以液體進(jìn)料口接管材料選擇無(wú)縫鋼管,采用無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)G

3、B8163-87.材料為16MnR結(jié)構(gòu)：接管伸進(jìn)設(shè)備切成45度,可預(yù)防物料沿設(shè)備壁流動(dòng),減少物料對(duì)壁的磨損與腐蝕.接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考慮上述要求外,還需考慮焊接方法、焊接參數(shù)、加工條件、施焊位置等制造上的因素及運(yùn)輸、安裝中的剛性要求.一般情況下,管壁厚不宜小于殼體壁厚的一半,否那么,應(yīng)采用厚壁管或整體鍛件,以保證接管與殼體相焊部分厚度的匹配.不需另行補(bǔ)強(qiáng)的條件：當(dāng)殼體上的開(kāi)孔滿足下述全部要求時(shí),可不另行補(bǔ)強(qiáng).設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5Mpa.兩相鄰開(kāi)孔中央的距離應(yīng)不小于兩孔直徑之和的2倍.接管公稱外徑小于或等于89mm.接管最小壁厚滿足以下要求.手孔的選擇根據(jù)HG/T21531-20

4、05-1?回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭手孔?,查表3-3,選用凹凸面的法蘭,其明細(xì)尺寸見(jiàn)下表：表2-2手孔尺寸表單位：mm密封面型式凹凸值MFMD300bi23.5d030公稱壓力PNMPa0.5Di250b228螺柱數(shù)量8公稱直徑DN250Hi180A385螺母數(shù)量16dws1596H：89.5!B175螺柱尺寸M24*120d146.4b28L250息?kg34.1開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：壓力容器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)常用的形式可分為補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)、厚壁管補(bǔ)強(qiáng)、整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)三種.補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)是使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式,它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、原材料易解決、平安、可靠等優(yōu)點(diǎn).在一般用途、條件不苛刻的條件下,可采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)形式.2

5、容器主要元件的設(shè)計(jì)2.1 封頭的設(shè)計(jì)從受力與制造角度分析,球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式,但其缺點(diǎn)是深度大,沖壓較困難;而橢圓形封頭深度比半徑小,易于沖壓成型,是目前低壓容器中用的較多的,故采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,各參數(shù)與筒體相同,那么封頭的設(shè)計(jì)厚度也為6mm壓縮空氣氣儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置排污口,進(jìn)氣口,出氣口,手孔,壓力表口,平安閥口公稱直徑DNmm總深度Hmm6002002.2 接管設(shè)計(jì)2.3 進(jìn)氣管4273X6接管采用.273X6的無(wú)縫鋼管,伸出長(zhǎng)度為200mm.本儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力為1Mpa,設(shè)計(jì)溫度為100C,板式平焊法蘭可滿足此要求,由于設(shè)計(jì)壓力為1Mpa所以選2.5Mpa等級(jí)的板式平焊凸面法蘭.法蘭標(biāo)

6、記為：DN100-PN2.5RF2.4 出氣管.108X5;采用.108X5的無(wú)縫鋼管,伸長(zhǎng)度為10mm鋼管彎制R100mm勺圓弧.配用板式平焊凸面法蘭.法蘭標(biāo)記：DN100-PN2.5RF2.5 排污管.38X3采用Q235A號(hào)鋼無(wú)縫鋼管,伸10mm彎制R100mmi勺圓弧.配用板式平焊凸面法蘭.法蘭標(biāo)記：DN30-PN2.5RF2.6 平安閥接管157X5的無(wú)縫鋼管.平安閥尺寸由平安閥泄放量決定.本貯罐選用,配用板式平焊凸面法蘭.接管伸出筒體外200mm法蘭為標(biāo)記：DN150-PN2.5RF2.7 壓力表接管,采用管螺紋接管.配用凸面螺紋法蘭.法蘭為：DN15-PN2.5RF2.3接管和法

7、蘭壓縮空氣氣儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置排污口,進(jìn)氣口,出氣口,手孔,溫度計(jì)口,壓力表口,平安閥口.查HG/T20592-2021?鋼制管法蘭?中表8.23-3PN帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭,選取各管口公稱直查HG/T20592-2021?鋼制管法蘭?中附錄D中表D-5,得各法蘭的質(zhì)量.查HG/T20592-2021?鋼制管法蘭?中表3.2.2,法蘭的密封面均采用MFM凹凸面密封表2-3選擇工藝接管外伸長(zhǎng)度工稱尺寸連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)形式用途或名稱200100PN1.6DN200HG20592-97RF出氣口200100M161.5YB231-70RF進(jìn)氣口15040PN1.6DN32HG20592-97RF平安閥口10025

8、M201.5YB231-70RF壓力表口200150RF手孔1002531YB231-70RF排污口壓力容器焊接接頭的分類A類接頭：圓柱形殼體筒節(jié)的縱向?qū)咏宇^,球形容器和凸形封頭瓜片之間的對(duì)接接頭,球形容器的環(huán)向?qū)咏宇^,與筒體封頭之間的對(duì)接接頭,大直徑焊接三通支管與母管相接的對(duì)接接頭.B類接頭：圓柱形、錐形筒節(jié)之間的環(huán)向?qū)咏宇^,接管與筒節(jié)間及其與法蘭相接的環(huán)向?qū)咏宇^,除球形封頭外的各種凸形封頭與筒身相接的環(huán)形接頭.C類接頭：法蘭、平封頭、端蓋、管板與筒身、封頭和接管相連的角接接頭,凹封頭與筒身間的搭接接頭以及多層包扎容器層板間縱向接頭等.D類管、人孔圈、手孔蓋、增強(qiáng)圈、法蘭與筒身及封頭

9、相連接的T形或角接接頭.3.強(qiáng)度設(shè)計(jì)3.1 水壓試驗(yàn)校核試驗(yàn)壓力=1.25P=1.250.5=0.625Mpa(3-1)圓筒的薄275=210.375MPa即0.9所以水壓試驗(yàn)合格.3.2 圓筒軸向應(yīng)力彎矩計(jì)算圓筒的平均半徑=/2+/2=600/2+4/2=302mm(3-3)鞍座反力F=mg/2=13.02kN.(3-4)1圓筒中間截面上的軸向彎矩如圖3-1:弱力圖根據(jù)JB/T4731-2005中式7-2,得:2(3042-21700X2150=1.47N21SO2"4150-1HX32ISO(4-5)24X2202150鞍座平面上的軸向彎根據(jù)JB/T4731-2005中式7-3,

10、得:=-21700220=-5.25Nmm4焊接結(jié)構(gòu)分析4.1儲(chǔ)氣罐結(jié)構(gòu)分析儲(chǔ)氣罐屬于一類壓力容器,它是由鋼制氣瓶以下簡(jiǎn)稱鋼瓶、多孔性填料、溶劑、溶解乙快及附件等組成.鋼瓶根據(jù)國(guó)家勞動(dòng)部公布的?氣瓶平安監(jiān)察規(guī)程?和GBS100?鋼質(zhì)焊接氣1993年公布瓶設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)?,在制造過(guò)程中對(duì)焊接質(zhì)量的要求很高.根據(jù)國(guó)家勞動(dòng)部的?儲(chǔ)氣罐平安監(jiān)察規(guī)程?及GB11638-89?溶解乙快氣瓶?的規(guī)定.鋼瓶主體材料必須采用平爐、電爐或氧氣轉(zhuǎn)爐抬煉的鎮(zhèn)靜鋼,以獲得良好的成形和焊接性能.4. 2零件工藝分析如零件圖所示,其結(jié)構(gòu)不復(fù)雜,是大量生產(chǎn),體積適中,應(yīng)選用焊接.焊接制造該零件的過(guò)程中,雖然零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,在

11、焊接過(guò)程中,主要考慮是零件的氧化.上、下封頭拉伸成型后,因開(kāi)口端變形大,冷變形強(qiáng)化嚴(yán)重,加上板材纖維組織的影響,在剩余應(yīng)力作用下很容易發(fā)生斷裂.為預(yù)防裂紋產(chǎn)生,拉伸后應(yīng)進(jìn)行再結(jié)晶退火.為了減少焊接缺陷,焊件接縫附件必須嚴(yán)格清理鐵銹、油污；為去除剩余應(yīng)力并改善焊接接頭的組織與性能,瓶體焊接后應(yīng)該進(jìn)行整體正火處理,至少要進(jìn)行去應(yīng)力退火.5. 3焊縫位置確實(shí)定有關(guān)鍋爐、壓力容器規(guī)程中對(duì)焊縫的數(shù)量和布置做了具體的規(guī)定(1)筒體拼接時(shí),筒節(jié)的長(zhǎng)度2000mm每節(jié)筒體,縱向焊縫的數(shù)量：筒體徑Di=600mm,拼接焊縫1條；相鄰?fù)补?jié)的縱向焊縫應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi),兩焊縫中央線間的外圓弧長(zhǎng)不得小于鋼板厚度的3倍,且不得

12、小于100mm(2)封頭應(yīng)盡量用整塊鋼板制成.封頭、的徑Di=600mm,拼接焊縫不多于1條；封頭拼接焊縫離封頭中央線距離應(yīng)不超過(guò)0.3Di,并不得通過(guò)扳邊人孔,且不得布置在人孔扳邊圓弧上；管板上整條拼接焊縫不得布置在扳邊圓弧上,且不得通過(guò)扳邊孔；由中央圓板和扇形板組成的凸形封頭,焊縫的方向只允許是徑向和環(huán)向的.徑向焊縫之間的最小距離應(yīng)不小于壁厚的3倍,且不小于100mm(3)受壓元件主要焊縫及其鄰近區(qū)域,應(yīng)預(yù)防焊接零件.如不能預(yù)防時(shí),焊接零件的焊縫可穿過(guò)主要焊縫,而不要在焊縫及其鄰近區(qū)域中止.(4)開(kāi)孔、焊縫和轉(zhuǎn)角要錯(cuò)開(kāi).開(kāi)孔邊緣與焊縫的距離應(yīng)不小于開(kāi)孔處實(shí)際壁厚的3倍,且不小于100mm在

13、凸形封頭上開(kāi)孔時(shí),孔的邊緣與封頭周邊間的投影距離應(yīng)不小于封頭外徑的10%.開(kāi)孔及焊縫不允許布置在部件轉(zhuǎn)角處或扳邊圓弧上,并應(yīng)離開(kāi)一定距離.5焊接材料與方法選擇5.1母材選擇根據(jù)容器的工作條件確定對(duì)材料和制造工藝的要求.對(duì)于一般容器重量大小不是主要問(wèn)題,所以用焊接性好的低碳鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼.本設(shè)計(jì)選用Q235-A,其化學(xué)成分和力學(xué)性能如下.化學(xué)成分鋼號(hào)CMnSiSPQ235-A0.14-0.30.10.22020.0500.0450.60.350力學(xué)性能鋼號(hào)板厚/mm抗拉弓f度(Tb/Mpa屈服更度bs/Mpa,試驗(yàn)需度/c,缺口形式Q235-A4375235100V5.2焊料選擇焊接采用焊條電

14、弧焊,焊條型號(hào)為J422,圖中未標(biāo)明焊接接頭形式與尺寸按GB985-88?氣焊、手工電弧焊及氣體保護(hù)焊焊逢坡口的根本形式與尺寸?進(jìn)行選用.所有角焊縫焊腳高度,除注明者外,均為兩相焊較薄者的厚度,且須連續(xù)焊.類別接頭鋼號(hào)手兼焊焊條型號(hào)對(duì)應(yīng)牌號(hào)例如碳素鋼和低合金鋼相焊Q235系列UfiMn£4303J42220、20R+16MnKE4315J427J5O75.3焊接工藝及技術(shù)要求焊縫分散原那么；預(yù)防焊縫多條相交原那么；對(duì)稱質(zhì)心布置原那么；避開(kāi)應(yīng)力復(fù)雜區(qū)或應(yīng)力峰值去原那么；對(duì)接鋼板的等厚連接原那么；接頭設(shè)計(jì)的開(kāi)敞性原那么；焊接坡口的設(shè)計(jì)原那么焊方便；復(fù)合縫填充金屬盡量少；預(yù)防產(chǎn)生缺陷；焊縫

15、坡口對(duì)稱；有利于焊接防護(hù)；焊工操作鋼板的坡口應(yīng)有利于減少過(guò)渡層焊縫金屬的稀釋率.屬結(jié)晶凝固而形成接縫,焊接材料為碳鋼、低合金鋼、不銹鋼,應(yīng)用圍廣,適用短小焊縫及全位置施焊,可適用在靜止、沖擊和振動(dòng)載荷下工作的鞏固密實(shí)的焊縫焊接,這種方法靈活方便,適應(yīng)性強(qiáng),設(shè)備簡(jiǎn)單,維修方便,生產(chǎn)率低,勞動(dòng)強(qiáng)度高.封頭與圓筒等厚采用對(duì)接焊接.平行長(zhǎng)度任取.坡口形式為I型坡口.6、焊接工藝工程6.1 焊前準(zhǔn)備焊前,坡口兩側(cè)各10mm圍的鐵銹,應(yīng)打磨干凈,露出金屬光澤.用丙酮清洗坡口附近的油污.焊劑和焊條按規(guī)定烘干,300350c保溫2h.注意焊劑中不要混入鐵屑、碎石等雜物.不要強(qiáng)行組裝,預(yù)防應(yīng)力過(guò)大；引弧板要對(duì)齊

16、焊縫,地線連接牢固.上、下封頭的焊接采用對(duì)接接頭,為保證環(huán)焊縫開(kāi)設(shè)60.的正面V形坡口,在鋼瓶部裝上襯墊,用手工電弧焊完成封頭的定位焊接和襯墊與筒體的連接,裝配時(shí)間隙為07mm如圖7-1.然后清理干凈手工電弧焊藥皮,并且將焊點(diǎn)用磨光機(jī)打磨平整.6.2 儲(chǔ)罐的安裝施工順序定頂立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐的安裝普遍采用倒裝法施工工藝,即在罐底鋪設(shè)、焊接之后,先組裝焊接頂層壁板及包邊角鋼,再組裝焊接罐頂,然后自下而上依次組裝焊接每層壁板,直至底層壁板.2 .預(yù)制完畢的封頭、罐壁板、包邊角鋼在堆放、運(yùn)輸和起吊過(guò)程中應(yīng)采取有效舉措預(yù)防變形.GBJ128-90中有關(guān)對(duì)根底3罐體安裝前必須對(duì)甲苯罐根底按土建根底設(shè)

17、計(jì)文件中的要求和的要求進(jìn)行檢查、驗(yàn)收合格前方可進(jìn)行安裝.4 .罐體安裝完畢驗(yàn)收合格后,罐體外外表刷二遍底漆-環(huán)氧樹(shù)脂漆,二遍面漆-聚氨酯面漆涂層厚度參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行.5 .罐壁縱焊縫進(jìn)行大于等于10%T形焊縫進(jìn)行大于等于15%和環(huán)焊縫進(jìn)行大于等于1淵X射線無(wú)損探傷.探傷合格標(biāo)準(zhǔn)按GB3323-87鋼焊接射線照相底片等級(jí)分類法III級(jí)評(píng)定.6.4質(zhì)量檢驗(yàn)、修整處理、外觀檢查(1)質(zhì)量檢驗(yàn)：整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量：結(jié)構(gòu)的幾何尺寸、形狀和性能焊縫質(zhì)量：與結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和平安相關(guān),如無(wú)損檢測(cè)等強(qiáng)度評(píng)定：壓力試驗(yàn)、氣密性實(shí)驗(yàn)等,斷裂評(píng)定：防脆斷、防疲勞評(píng)定等(2)修整處理：變形矯正：手工矯正、機(jī)械矯正、火焰矯正熱

18、處理：焊后熱處理,整體或局部熱處理除應(yīng)力缺陷修整：焊接缺陷等清洗防護(hù)、外觀處理：除銹、氧化皮清理、酸洗、拋光、油漆防護(hù)等(3)外觀檢查：檢查前將熔渣、飛濺物清理干凈,焊縫及熱影響區(qū)不得有裂紋、氣孔、夾渣或弧坑等缺陷；焊縫外表質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)縫合設(shè)計(jì)要求,見(jiàn)下表屈服點(diǎn)大于390MPa或厚度大于25mm勺低合金鋼的地圈壁板縱縫不得有咬邊；屈服點(diǎn)大于390MPa的鋼板,外表焊疤應(yīng)在磨平后進(jìn)行滲透探傷或磁粉檢測(cè),無(wú)裂紋為合格.工程允許值/mm對(duì)接焊縫咬邊深度<05連續(xù)長(zhǎng)度焊縫兩氏WIO%L凹陷環(huán)向焊縫深度W0,5氏度WI0%L連續(xù)長(zhǎng)度縱向焊縫不允許壁板焊縫棱角512W1012<5W25於80>

19、;25W6對(duì)接接頭的錯(cuò)邊量縱向焊縫6010Wl環(huán)向焊縫a<8上圈壁板1.563=8上圈壁板W26"O11W36.5焊縫修補(bǔ)深度超過(guò)0.5mm的劃傷、電弧擦傷、焊疤等有害缺陷,應(yīng)打磨平滑,打磨修補(bǔ)后的鋼板厚度用大于等于鋼板名義厚度扣除負(fù)偏差；缺陷深度或打磨深度查過(guò)1mm時(shí)應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)焊并打磨.屈服點(diǎn)大于390MPa的低合金鋼缺陷清理后應(yīng)進(jìn)行探傷,確認(rèn)無(wú)缺陷后進(jìn)行補(bǔ)焊,修補(bǔ)后打磨平滑再做探傷；焊縫修補(bǔ)宜采用回火焊道.根據(jù)缺陷的探測(cè)埋深確定缺陷的去除面,去除深度不宜大于板厚的2/3.焊縫的修補(bǔ)必須嚴(yán)格按焊接工藝,嚴(yán)格限制線能量,修補(bǔ)長(zhǎng)度不應(yīng)小于50mm頂板的焊縫缺陷因其板材較薄可直接修補(bǔ).同一部位返修次數(shù)不宜超過(guò)2次.7焊接工藝參數(shù)焊接材質(zhì)：焊條J422直徑2mm坡口形式：V形坡口60度焊接電流：180A焊接電壓：20V電源及接法：直流正接焊接速度：2.44mm/s7 7)焊接位置：平焊每個(gè)位置均采用此工藝進(jìn)行焊接焊縫