壓力容器設(shè)計說明書

培黎機(jī)械工程學(xué)院焊接工程實踐說明書專業(yè)：焊接技術(shù)與工程

一、實踐意義1.實際參與設(shè)計全過程，學(xué)以致用，使學(xué)問與實踐相結(jié)合。2.通過親身參與，培育自主察覺問題，自主解決問題的能力。3.通過本次實習(xí)使我們體驗到由一個學(xué)生轉(zhuǎn)變到一個職業(yè)人的過程。4.完成學(xué)校布置的任務(wù)，修滿學(xué)分。5.培育團(tuán)隊合作能力，加強(qiáng)自身人際交往與管理能力。二、產(chǎn)品設(shè)計說明書2.1產(chǎn)品名稱壓力容器是一種能夠承受壓力的密閉容器。壓力容器的用途極為廣泛，它在工業(yè)、民用、軍工等許多部門以及科學(xué)研究的許多領(lǐng)域都具有重要的地位和作用。其中以在化學(xué)工業(yè)與石油化學(xué)工業(yè)中用最多，僅在石油化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用的壓力容器就占全部壓力容器總數(shù)的50%左右。壓力容器在化工與石油化工領(lǐng)域,主要用于傳熱、傳質(zhì)、反應(yīng)等工藝過程，以及貯存、運輸有壓力的氣體或液化氣體;在其他工業(yè)與民用領(lǐng)域亦有廣泛的應(yīng)用，如空氣壓縮機(jī)。各類專用壓縮機(jī)及制冷壓縮機(jī)的輔機(jī)(冷卻器、緩沖器、油水分離器、貯氣罐、蒸發(fā)器、液體冷卻劑貯罐等)均屬壓力容器。2.2產(chǎn)品預(yù)期用途1、壓力容器的用途十分廣泛。它在石油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟(jì)的各個部門都起著重要作用的設(shè)備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構(gòu)成容器本體。此外，還配有安全裝置、表計及完全不同生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)件。壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)等原因，容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財產(chǎn)的安全及污染環(huán)境的事故。世界各國均將其列為重要的監(jiān)檢產(chǎn)品，由國家指定的專門機(jī)構(gòu)，按照國家規(guī)定的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)實施監(jiān)督檢查和技術(shù)檢驗。2、壓力容器的分類方法很多，從使用、制造和監(jiān)檢的角度分類，有以下幾種。(1)按承受壓力的等級分為：低壓容器、中壓容器、高壓容器和超高壓容器。(2)按盛裝介質(zhì)分為：非易燃、無毒；易燃或有毒；劇毒。(3)按工藝過程中的作用不同分為：①反應(yīng)容器：用于完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)的容器。②換熱容器：用于完成介質(zhì)的熱量交換的容器。③分離容器：用于完成介質(zhì)的質(zhì)量交換、氣體凈化、固、液、氣分離的容器。④貯運容器：用于盛裝液體或氣體物料、貯運介質(zhì)或?qū)毫ζ鹌胶饩彌_作用的容器。2.3產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成圖1壓力容器裝配正視圖圖2壓力容器裝配側(cè)視圖2.3.1筒體的加工筒體由鋼板卷制焊接而成，主要分為如下加工過程；原材料的準(zhǔn)備、劃線號料、下料、卷制、焊接、焊縫檢驗、開孔。(1)原材料的準(zhǔn)備鋼材在劃線前首先要對鋼材進(jìn)行預(yù)處理。鋼材的預(yù)處理是指對鋼板、管子和型鋼等材料的凈化處理、矯形和涂保護(hù)底漆。凈化處理主要是對鋼板、管子和型鋼在劃線、切割、焊接加工之前和鋼材經(jīng)過切割、坡口加工、成形、焊接之后清除其表面的銹跡、氧化皮、油污和焊渣等。矯形是對鋼材在運輸、吊裝或存放過程中所產(chǎn)生的變形進(jìn)行矯正的過程。涂保護(hù)漆主要是為提高鋼材的耐蝕性、防止氧化、延長零部件及裝備的壽命，在表面涂上一層保護(hù)涂料。(2)劃線劃線是壓力容器制造過程的第一道工序，它直接決定了零件成形后的尺寸精度和幾何形狀精度，對以后的組對和焊接工序有著很大的影響。劃線是在原材料或經(jīng)初加工的坯料.上劃出下料線、加工線、各種位置線和檢查線等，并打上(或?qū)懮?必要的標(biāo)志、符號。劃線工序通常包括對零件的展開、放樣和打標(biāo)記等環(huán)節(jié)。劃線前應(yīng)先確定坯料尺寸。坯料尺寸由零件展開尺寸和各種加工余量組成。確定零件展開尺寸的方法主。我們采用作圖法，直接將筒體展開成平面圖形。展成后的鋼板長度6000mm寬度9424.77mm，經(jīng)過卷板機(jī)卷制后，形成長6000mm,直徑3000mm的空心圓柱筒體。(2)下料是指在劃過線的原材料上把需要的坯料分離下來的工序。切割方法有機(jī)械切割和熱切割兩種，此處我們采用熱切割方法；氧乙炔焰切割圖3筒體的下料4.卷制筒體是通過板材卷圓和縱向焊縫焊接而成。筒體的卷圓也稱滾圓或卷板，是筒體的基本制造方法。滾彎原理是利用卷板機(jī)對鋼板施以連續(xù)均勻的塑性彎曲以獲圓柱面圖4卷板機(jī)卷制筒體過程5.焊接焊縫較長，可采用自動埋弧焊的方式進(jìn)行筒體焊接。該焊接方式焊接質(zhì)量穩(wěn)定，焊接生產(chǎn)率高，無弧光，煙塵少，十分適合壓力容器筒體的焊接。圖5筒體的焊接焊前需要清潔被焊接處附近兩厘米左右的氧化層和水漬油污等，并在焊縫始端和末端設(shè)置引弧板。由于板材較厚，為了防止和減小焊接應(yīng)力問題，焊前進(jìn)行預(yù)熱處理，焊接完成后緩慢冷卻。焊接檢驗通過超聲波探傷或x射線探傷對焊件的焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行探傷檢測，檢查是否出現(xiàn)焊接缺陷。如果有，則進(jìn)行補(bǔ)焊，再次檢驗，直至焊件合格。2.3.2封頭的加工1．封頭形狀及用途封頭是壓力容器上的端蓋，是壓力容器的一個主要承壓部件，形狀有球形、橢圓形、碟形、球冠型、錐殼和平蓋等，封頭是石油化工、原子能到食品制藥諸多行業(yè)壓力容器設(shè)備中不可缺少的重要部件，關(guān)系到壓力容器的長期安全可靠運行。封頭的材質(zhì)多為碳鋼、不銹鋼、合金鋼等。圖6封頭圖示2．封頭加工方法(1)沖壓。適應(yīng)大批量生產(chǎn)，壓制厚壁小直徑封頭，要多套封頭模。(2)旋壓。有些超大超薄封頭，特別是化工行業(yè)，多為大型少批量，特別適應(yīng)旋壓。橢圓形封頭非常適用于旋壓，而碟形封頭少用，球形封頭比較難壓。3．封頭加工設(shè)備及工具(1)加熱設(shè)備。煤氣爐，大型工廠大多采用煤氣爐?，F(xiàn)加熱采用室式或反射式加熱爐，立盡可能采用燃油或燃?xì)饧訜幔瑢鶠槠涮攸c是燃燒干凈、效率高，溫度易控制、不宜過燒、不易脫碳。加熱爐應(yīng)配置測溫裝置和溫度記錄儀。(2)封頭成型液壓機(jī)有單動、雙動兩種；還分水壓機(jī)、油壓機(jī)兩種。單動即只有沖壓缸，無壓邊缸，只有中小工廠在用。大型工廠都用雙動，即有一個壓邊缸、一個沖壓缸。水壓機(jī)的傳動介質(zhì)為水，便宜，動作迅速，不平穩(wěn)，對密封要求沒有油壓機(jī)高，效率低于油壓機(jī)，導(dǎo)向要求不嚴(yán)。油壓機(jī)的傳動介質(zhì)為油，換一次油要比水貴，傳動平穩(wěn)，對密封要求高，對導(dǎo)向要求高，對油的要求高，濾油不行或很快換向、關(guān)閉油路都會使系統(tǒng)中某些動作產(chǎn)生沖擊，使壓機(jī)動作不平穩(wěn)，因此要勤濾油，按時換油，換油時徹底清洗油路、油箱。(3)使用工裝。各種封頭成形上、下模及支腳等(必須按相關(guān)技術(shù)條件驗收，不應(yīng)有氣孔、縮松、夾渣等，幾何尺寸精度、曲線經(jīng)檢驗合格方可使用)。(4)常用工具。緊固扳手、大錘、撬棍、鋼尺、卷尺、光電測溫儀、內(nèi)外卡尺、搬運工具等。4．封頭的壓制壓制時，封頭毛坯擺放盡量與模具同心，毛坯與下模中心偏移應(yīng)小于5mm。有孔封頭壓制時，應(yīng)注意將毛坯的橢圓開孔與模具的長短軸方向擺放一致，壓制過程中先將人孔沖頭對正毛坯開孔位置頂出，頂?shù)铰愿哂谙履Ｆ矫嫣?約20mm)，然后上模再向下壓，人孔沖頭也同時落下，將封頭壓制成型。在壓制時沖壓力需緩慢地由小加大，不得突然加大或減小。熱沖壓封頭冷卻到600度以下時方可拖離模具進(jìn)行吊運，且不得放于風(fēng)口，在未冷卻到室溫之前不得兩件以上疊放。連續(xù)沖壓時，沖模溫度升高到250℃左右，不應(yīng)再繼續(xù)沖壓，待采取冷卻措施使沖模溫度下降后方可繼續(xù)工作。有孔封頭應(yīng)盡量采用一次成型，因條件限制不能一次成型時，則沖壓人孔時應(yīng)注意與封頭的同心度，并注意保持人孔翻邊處壁厚的均勻一致。圖7封頭的沖壓過程（1-工件；2-上沖模；3-下沖模（拉環(huán)）；4-脫件裝置）2.3.3法蘭的加工法蘭（Flange），又叫法蘭凸緣盤或突緣。法蘭是軸與軸之間相互連接的零件，用于管端之間的連接；也有用在設(shè)備進(jìn)出口上的法蘭，用于兩個設(shè)備之間的連接，如減速機(jī)法蘭。法蘭連接或法蘭接頭，是指由法蘭、墊片及螺栓三者相互連接作為一組組合密封結(jié)構(gòu)的可拆連接。法蘭的加工主要有五種工藝：鑄造法蘭加工工藝、鍛造法蘭加工工藝、模鍛加工工藝、割制法蘭加工工藝、卷制法蘭加工工藝。鍛造法蘭加工工藝：選材：確定材料類型，買原材料下料：將原材料切割成一定尺寸，便于加工加熱：將材料在一定溫度條件下加熱鍛造：將加熱后的材料進(jìn)行鍛造成形，鍛造成型的法蘭進(jìn)行水冷至常溫?zé)崽幚恚悍乐拱c與氫脆,消除內(nèi)應(yīng)力,降低硬度,改善鍛件的切削性能車床精加工：在車床上對法蘭進(jìn)行精加工切削具體如圖所示：圖8法蘭加工工藝流程圖圖9法蘭示意圖2.4焊接材料選擇2.5加工設(shè)計過程2.5.1初始設(shè)計數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB150-2011筒體內(nèi)徑2944㎜介質(zhì)液化石油氣設(shè)計壓力2.1MPa工作溫度255℃材質(zhì)Q245R腐蝕裕量1.0㎜鋼板偏差值±0.3㎜焊接接頭系數(shù)1.0筒體長度L=6000㎜表1初始數(shù)據(jù)記錄表并且按照本次設(shè)計要求，我們本次課程設(shè)計選用臥式圓筒形容器容器。選擇圓簡形依據(jù):方形和矩形容器大多只在很小設(shè)計體積時采用，因其承壓能力較小且使用材料較多:而球形容器雖承壓能力較強(qiáng)且節(jié)省材料，但制造較難和安裝內(nèi)件不方便，一般不使用。選材依據(jù):由于壓力容器為高壓容器，介質(zhì)為液化石油氣，則根據(jù)鋼板使用條件，選用Q245R。2.5.2選型計算校核1.壓力容器基本參數(shù)簡體長度:L=6000mm

公稱直徑:Di根據(jù)公式V0=πDN24則圓柱形簡體的體積為:V根據(jù)公式S0=πDL------------------------------------------------------------（簡體的總內(nèi)表面積:S封頭壁厚為14mm，則取直邊高度為927mm。經(jīng)查表可得容積。2．筒體壁厚的計算與校核根據(jù)壁厚公式:

δ=PcDi2δ公稱直徑Di=3000㎜，Pc=2.1MPa，焊接接頭系數(shù)1.0計算厚度δ=取腐蝕裕量C2=1查表:取鋼的負(fù)偏差C1根據(jù)公式δd=PcDi2δδ圓整后，圓筒的名義厚度為δ強(qiáng)度校核:根據(jù)公式PcPi+δc2δP結(jié)論:壁厚強(qiáng)度滿足要求3．封頭壁厚的計算與校核在本此設(shè)計中采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭(2:1)

即:

K(形狀系數(shù))=1.0。封頭的計算壁厚，根據(jù)公式:δ=PiDi2σφ-0.5Pδ=設(shè)計壁厚為:δ+查表:取鋼板的負(fù)偏差C1=0.3mm則封頭的名義壁厚為:δm=13.

2+0.3=13.5上式中φ=1其他符號同前。強(qiáng)度校核:根據(jù)公式PckDi+0.5δeP結(jié)論:故符合工藝條件的要求。2.5.4鋼管和法蘭的選取1.進(jìn)料管與法蘭查表取外徑76mm,壁厚為3mm的熱軋無縫鋼管(YB231-70)。同時配套用具有凸面密封的板式平焊鋼制管法蘭，法蘭型號為PN25、DN65。2.出料管與法蘭在化工生產(chǎn)中，有時需要將液體介質(zhì)運送到與容器平行的或較高的設(shè)備中去，并且獲得純凈無雜質(zhì)的物料。查表取外徑76mm,壁厚為3mm的熱軋無縫鋼管(YB231-70)。同時配套用具有凸面密封的板式平焊鋼制管法蘭，法蘭型號為PN25、DN65。3.儀表管與法蘭選取通常設(shè)置儀表管道用于安裝儀表儀器。查表取外徑38mm,壁厚為2.5mm的熱軋無縫鋼管(YB231-70)。同時配套用具有凸面密封的板式平焊鋼制管法蘭，法蘭型號為PN25、DN32。2.5.5支座支座用來支撐容器的重量，固定容器的位置并使容器在操作中保持穩(wěn)定。臥式圓簡形容器的支座分為鞍座、圈座和支腿三類。立式容器常采用支腿式。圖10支座圖示2.5.6人孔及法蘭的選取壓力容器人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。般的人孔有兩個手柄。人孔分為:板式平焊法蘭人孔、帶頸平焊法蘭人孔、帶頸對焊法蘭人孔。根據(jù)儲罐在常溫下及高溫工作壓力為2.1Mpa的條件下工作，人孔的標(biāo)準(zhǔn)公稱壓力為2.1Mpa等級選取，考慮到人孔較大較重，故選用水平呆吊蓋帶頸對焊法蘭人孔。公稱直徑為530mm，選取PN25、DN500型法蘭，突面法蘭密封面。影響安全系數(shù)因素影響安全系數(shù)的因素很多，主要有:①材料性能和質(zhì)量的影響。材料性能越穩(wěn)定,質(zhì)量越好，安全系數(shù)就可以取得較低;②設(shè)計計算的精確性。設(shè)計對象在生產(chǎn)中的重要地位和危險性,應(yīng)力分析越準(zhǔn)確，安全系數(shù)可相應(yīng)較低，而設(shè)計對象在生產(chǎn)中越重要、危險性越大，安全系數(shù)就應(yīng)較高些;③制造和檢驗的影響。制造及檢驗水平高且穩(wěn)定，安全系數(shù)可以取得較低;④使用工次的影響。使用工次復(fù)雜,操作條件苛刻，安全系數(shù)應(yīng)較高;2.6團(tuán)隊分工李勝棟：組織帶領(lǐng)搜查資料，確定數(shù)據(jù)，校核計算辛紅娟：材料選購，校核計算劉藝：SolidWorks制圖閆學(xué)海：搜查資料，校核計算劉國理：校核計算，設(shè)計說明書編撰芮澤輝：設(shè)計說明書編撰馬志清：2.7產(chǎn)品設(shè)計時間第一周（5月9號-13號）：筒體的設(shè)計與加工設(shè)計方案第一周（