焊接结构设计-沈阳理工大学课程设计论.doc

沈阳理工大学课程设计论文 I 目录 1基本技术参数的设定 2 1.1 钢板材料的选择 2 1.2 公称直径的选择 2 1.3 设计温度 2 1.4 设计压力P.2 1.5 焊接接头系数3 1.6 设计寿命 3 1.7 圆筒厚度的选择 3 2 2容器的结构设计 4 2.1 封头的设计 4 2.1.1 封头厚度的设计 4 2.1.2 封头的结构尺寸 4 2.2 鞍座的结构和选用 5 2.2.1 鞍座型号的选择 5 2.2.2 鞍座位置的设定 7 2.3 压力容器常用零部件及安全附件的选用 8 2.3.1 人孔的选择 8 2.3.2 接管和法兰的设计 .11 2.3.3 垫片的设计 .12 2.3.4 螺栓（螺柱）的设计 .13 2.3.5 液面计的选择 .14 2.3.6 压力表和温度计的选择 .14 3容器强度的校核 .15 3.1 液压试验的应力强度校核 .15 3.2 圆筒轴向弯矩计算 .15 3.3 圆筒轴向应力计算及校核 .17 3.4 圆筒及封头切向剪应力的计算及校核 .19 3.4.1 圆筒切向剪应力的计算 .19 3.4.2 切向剪应力的校核 .20 3.5 鞍座的设计及校核 .21 3.5.1 腹板水平分力及强度校核 .21 3.6 开孔补强的计算及校核 .22 3.6.1 补强设计方法判别 .22 3.6.2 有效补强范围 .23 3.6.3 有效高度的确定 .23 沈阳理工大学课程设计论文 II 3.6.4 补强面积的计算 .23 4卧式储罐的焊接 .25 4.1焊接接头与坡口 .25 4.1.1 焊接接头 .25 4.1.2 焊接坡口 .26 4.2焊接顺序 .27 4.2.1 焊前清理 .27 4.2.2 焊接过程和顺序 .27 4.2.3 焊后处理 .28 4.2.4 注意事项 .28 特别鸣谢 .30 参考文献 .31 沈阳理工大学课程设计论文 1 绪论绪论 近年，压力容器被广泛应用于现代的工业、民用及军用等部门。压力容器在社会 各行各业的生产、储存、运输等方面具有不可取代的地位，在发展国民经济、巩固国 防、解决人们衣食住行等方面起着极为重要的作用。 目前我国普遍采用常温压力贮罐, 常温贮罐一般有两种形式: 球形贮罐和圆筒形 贮罐。球形贮罐和圆筒形贮罐相比: 前者具有投资少, 金属耗量少, 占地面积少等优 点, 但加工制造及安装复杂, 焊接工作量大, 故安装费用较高。一般贮存总量大于 500 3 m或单罐容积大于 200 3 m时选用球形贮罐比较经济; 而圆筒形贮罐具有加工制造安装 简单, 安装费用少等优点, 但金属耗量大占地面积大, 所以在总贮量小于 500 3 m, 单 罐容积小于 100 3 m时选用卧式贮罐比较经济。圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立 式两种。一般选用卧式圆筒形贮罐, 只有某些特殊情况下(站内地方受限制等) 才选用 立式。本文主要讨论卧式圆筒形浓硫酸贮罐的设计。 本储罐的焊接结构主要设计了筒体壁厚，支座，封头，法兰，加强圈等。根据储 存介质的要求来进行储罐的选材，本次设计的介质为浓硫酸，储体选用 Q-235B。根据 施工现场的环境要求及罐体厚度等选择合适的焊接方法。设计的封头为标准椭圆形封 头，设计的支座为鞍式支座。 卧式浓硫酸贮罐设计的特点，应按 GB150钢制压力容器进行制造、试验和 验收; 并接受劳动部颁发压力容器安全技术监察规程(简称容规) 的监督。贮罐主 要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。贮罐上设有排污管以及安全阀、压 力表、温度计、液面计等。 沈阳理工大学课程设计论文 2 1 基本技术参数的设定 1.1钢板材料的选择 因为储存介质为浓硫酸，温度为常温，会与铁、铝发生钝化，表面形成一层致密 的保护膜，并结合经济成本选择碳素结构钢 Q235C 钢板。 根据 GB 713-2008锅炉和压力容器用钢板对 Q235C 钢板用于压力容器制造。 使用规定如下： a.容器的设计压力小于 1.6MPa； b.容器的设计温度：Q235C 钢板为 0300； c.用于容器壳体的钢板厚度：Q235C 不大于 40mm。 1.2公称直径的选择 设圆筒内径为 D，一般卧式容器的长径比应控制在 L/D=26（antocad 压力容器设 计 p66） ，该设计中筒体长度为 L=3D，选用标准椭圆封头 EHA，充装系数为 0.9，椭圆 封头的容积为 V=4/3(a.b)=D/24,V=(D/4).L 则其体积可表示为： 由此可得 D=2769mm，根据 GB/T 9019-2001 压力容器公称直径表 1 圆整为 D=2800mm。 1.3设计温度 设计温度是指压力容器在正常工作情况下，设定的元件金属温度（沿元件金属截 面的温度平均值） 。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。对于 0以上工作的 金属材料，设计温度不得低于元件金属在工作状态下可能达到的最高温度;对于 0以 下工作的金属材料，设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。该容器使用温 度为常温，所以设计温度为 50。 1.4设计压力 p 9.0 50 3 4 2 24 23 21 D DD VVV 沈阳理工大学课程设计论文 3 设计压力 p 是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载 荷条件。设计压力也是标注在铭牌上的压力。在确定容器的设计压力时，应遵循设计 压力应不小于容器工作压力的原则。 根据 JB 4371-2005 钢制卧式容器的规定 液柱静压力： MPaghP0505.0108.28.91084.1 63 1 根据化学化工物性数据手册无机卷表 3.6.5 查饱和蒸汽压：Pc=0.0118Mpa 标准大气压=0.101MPa 0 P 工作压力： MPaPPPw c 1128.00118.0101.0 0 设计压力： MPaPwP1241 . 0 1128 . 0 1 . 11 . 1 计算压力：p=0.1241+0.0505=0.1746Mpa 1.5焊接接头系数 根据 GB150-2011 4.5.2 中规定说明焊接接头系数 应根据对接接头的焊缝形式及 无损检测的长度比例确定。单面焊对接接头（沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板） ， 全部无损检测时 =0.9 1.6设计寿命 设计寿命是指容器预期达到的使用寿命。 根据标准 HG20580-2011钢制化工容器设计基础规定中的推荐寿命一般容器的 使用寿命为 10 年，所以设计寿命为 10 年 1.7圆筒厚度的选择 GB150.2-2011 中表 D-1，可得：在设计温度 50下，许用应力为 根据 GB150.3-2011 3.3 中的圆筒计算中，设计温度下的圆筒计算厚度按下列公式 计算： 式中计算压力 p 圆筒内径 i D 焊接接头系数 所以代入数值得到 查标准 HG20580-2011钢制化工容器设计基础规定表 A-1 知，钢板厚度负偏差 MPa123 p pDi 2 mm21.2 1746.01239.02 28001746.0 沈阳理工大学课程设计论文 4 为 0.25mm，而有 GB150-2011 中 3.5.5.1 知，当钢材的厚度负偏差不大于 0.25mm，且 不超过名义厚度的 6%时，负偏差可以忽略不计，故取 1 0C 。 查标准 HG20580-2011钢制化工容器设计基础规定7.3.2 知,在无特殊腐蚀情况 下，腐蚀裕量 2 C 不小于 1mm,本例取 2 C =2mm 厚度附加量=2mm 21 CCC 设计厚度=4.21mm 2 C d 最小厚度 根据 GB150.1-2011 中 4.3.1 说明，所以本例中取 min 3mm min 3mm 名义厚度 在设计厚度的基础上，加上钢材厚度负偏差,并向上圆整(加圆整量)至钢材标 1 C 准规格的厚度，称为名义厚度，即标注在图样上的厚度，用表示。 n 6 n Cmm 筒体的有效厚度 12 4 en CCmm 沈阳理工大学课程设计论文 5 2容器的结构设计 2.1封头的设计 2.1.1封头厚度的设计 本压力容器采用标准椭圆形封头，因为封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续， 故应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压成形，是目 前中、低压容器中应用较多的封头之一。 查标准 JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表 B.1，得公称直径 2800 in DDmm 选用标准椭圆形封头,型号代号为 EHA，则 ，根据 GB150.3-2011 中球壳计算厚度 中式 5-1 计算： 同上，取 =2mm， 。 封头的设计厚度 12 4.41 d CCmm 圆整后，取封头的名义厚度 ， 6 n mm 有效厚度 2.1.2封头的结构尺寸 因为圆筒内径为，根据标准 JB/T4746-2002钢制压力容器用封头2800 i Dmm 中表 1.公式，其中封头的公称直径 DN=，查根据下表中的数据知道 2 2 i D Hh i D H=740mm 则 h=40mm 查阅标准 JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中 B.1 EHA 椭圆形封头内表面积、容 积，如下表 2.1 0.1746 2800 2.21 2 0.52 123 0.90.5 0.1746 i t PD mm P 2 C 1 0C 12 4 en CCmm 沈阳理工大学课程设计论文 6 24 3 3 1.83 105091500 H SO mVkg 表 2.1 EHA 椭圆形封头内表面积、容积 公称直径 DN /mm 名义厚 度 /mm 直边高 度 h/mm 总深度 H /mm 内表面积 A/ 2 m 容积 V封/ 3 m 28006407408.85033.1198 图 2.1 封头的结构 2.2鞍座的结构和选用 2.2.1鞍座型号的选择 鞍式支座分为轻型（代号 A）,重型（代号 B）两种，A 型和 B 型的区别在于筋板 和底板、垫板等尺寸不同或数量不同。该容器采用双鞍式支座，材料根据 JB/T4712- 2007 中的规定选择 Q235A，筒节长度 L=3=8400mm。 i D 估算储罐的总质量 1234 2mmmmm 1 m筒体质量： 3 1 3.14 2.8 8.4 0.004 7.85 102318.9779mDLkg 2 m单个封头的质量：查标准 JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表 B.2 EHA 椭圆形封头质量，可知， 充液质量： 3 m 2 678mkg 沈阳理工大学课程设计论文 7 4 m附件质量：人孔质量为 302kg，其他接管质量总和估为 400kg，即 4 702kgm 综上所述， 1234 295876.9779mmmmmkg G=mg=95876.9779 9.8=939.5944KN，根据 JB/T 4712-2007 容器支座第一部分- 鞍式支座表 8 中的规定采用重型带垫板鞍式支座，选取 B1 重型，包角 120，6 个 筋板的鞍式支座，。 32 378bbmm 查 JB4712.1-2007 表 8 设计鞍座结构尺寸如下表 2.2： 表 2.2 鞍式支座结构尺寸 单位 mm 底板 公称直径 DN允许载荷 Q/KN鞍座高度 h 腹板 2 1 l 1 b 1 2800198525018204030018 筋板垫板螺柱配置 3 l 2 b 3 b 3 弧长 4 b 4 e 间距 2 l 螺 孔 d 螺 纹 孔 长 l 鞍座质量 kg 32026836014326062012120180024M20528 根据 JB4712.1-2007 中 鞍式 BI2800-F 的结构尺寸图如 2.2 沈阳理工大学课程设计论文 8 图 2.2 鞍式支座的结构图 2.2.2鞍座位置的设定 采用双鞍座时，鞍式支座的最佳位置是，在保证 A0.2L 的条件下，尽量使 A0.5，如图 2.3 所示。 i R 图 2.3 鞍座的定位 a.鞍座中心线至圆筒端部的距离 A0.2L 是考虑到不使壳体中因载荷引起的弯曲饮料 过大。其中，L 是圆筒体长度（两封头切线间距离） ，A 是鞍座中心线至封头切线 的距离。 b. 当鞍座邻近封头时，则封头对支座处筒体有加强刚性的作用。因此，在满足 A0.2L 时，尽量使 A0.5（为筒体内半径） 。 i R i R 故该容器的 A0.5=700mm。 i R 鞍座采用一个固定，一个活动，因为卧式容器由于温度和载荷变化等原因使容器产生 了轴向移动，如果支座都是固定的，由于自由收缩受阻使容器器壁中可能引起过大的 附加应力，所以双鞍中的一个鞍座为固定支座，另一个为活动支座。 2.3压力容器常用零部件及安全附件的选用 2.3.1人孔的选择 该储罐的使用压力为常压的卧式储罐，故选择回转盖板式平焊法兰人孔。查阅标准 HG/T21516-2014回转盖板式平焊法兰人孔结构型式如图 2.4 沈阳理工大学课程设计论文 9 图 2.4 回转盖板式平焊法兰人孔结构型式 根据 HG/T21516-2014回转盖板式平焊法兰人孔中表 2.0.2 的规定选择部件的材料 具体部件的材料明细表 2.2 如下： 表 2.2 回转盖板式平焊法兰人孔材料明细表 件号标准编号名称数量材料类别及代号 沈阳理工大学课程设计论文 10 根据 HG/T21516-2014回转盖板式平焊法兰人孔中表 2.0 .3 的规定选择回转盖板式平焊 法兰人孔的结构尺寸如下表 2.3： 表 2.3 回转盖板式平焊法兰人孔的型式尺寸 单位 mm I 1筒节1Q235B 六角头螺栓8.8 级2 全螺纹螺柱 20 35CrMoA 3 HG/T 20613- 2009 螺母408 级 30CrMoA 4HG/T 20512- 2009 法兰（PL）1Q235B HG/T 20616- 2009 非金属平垫片5 HG/T 20617- 2009 垫片1 聚四氟乙烯包覆垫片 6HG/T 20592- 2009 法兰盖（BL）1Q235B 7把手1Q235B 8轴销1Q235B 9GB/T 91销2Q215 10GB/T 95垫圈2100HV 11盖轴耳（1）1Q235B 12法兰轴耳（1）1Q235B 13法兰轴耳（2）1Q235B 14盖轴耳（2）1Q235B 沈阳理工大学课程设计论文 11 密封 面型 式 公称压 力PN 公称直 径DN w dsD 1 DABLb 突 面 650 0 5 30x5 6 45 6 00 3551 75 2503 0 螺 栓螺 母 螺栓螺 柱 螺 母 1 b 2 b 1 H 2 Hd 数 量 直径 x 长度 数 量 螺柱质量 kg 2224230104202020 90M204020 120M115 2.3.2接管和法兰的设计 查 HG/T 20592-2009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 20592-2009钢制管法兰中附录 D 中表 D-3,得各法兰的质量。 查 HG/T 20592-2009钢制管法兰中表 3.2.2，法兰的密封面均采用 RF（突面密 封） 。 沈阳理工大学课程设计论文 12 图 2.5 带颈对焊钢制管法兰示意图 表 2.4 接管和法兰的尺寸 2.3.3垫片的设计 法兰颈法兰 高度 法兰 质量 管口名称 公 称 直 径 DN 钢管 外径 法兰 焊端 外径 法 兰 外 径 D 螺栓 孔中 心圆 直径 K 螺栓 孔直 径 L 螺 栓 孔 数 量 n（ 个） 螺栓 Th 法 兰 厚 度 C NSHR H k g 出料口100 108B 220180188M1620 131 3.6128524.5 进料口100 108B 220180188M1620 131 3.6128524.5 液位计口 3238B140100184M1618562.666422 温度计口 2025B10575144M1218402.364401 压力表口 2025B10575144M1218402.364401 排污口8089B200160188M1620 105 3.2106504 排空口6565B185145188M1618922.9106453 沈阳理工大学课程设计论文 13 查 HG/T 20609-2009钢制管法兰用非金属平垫片 ，垫片尺寸如表 2.5 所示 表 2.5 垫片尺寸表 单位 mm 管口名称公称直径内径 D1外径 D2 出液口100110120 进液口100110120 人孔500580700 液位计口324365 温度计口202750 压力表口202750 排污口8089120 排空口6577109 注：1.选耐酸石棉橡胶板 2.垫片厚度均为 1.5mm，人孔选 3mm。 2.3.4螺栓（螺柱）的设计 查 HG/T 20613-2009 钢制管法兰用紧固件中表 5.0.7-9 和附录中表 A.0.1,得螺 柱的长度和平垫圈尺寸： 表 2.6 螺栓及垫片 单位 mm 紧固件用平垫圈 管口名称 公称直径螺纹螺柱长 1 d 2 dh 出液口100M169017303 进液口100M169017303 液位计口32M168517303 温度计口20 M12 7513242.5 压力表口20 M127513242.5 排空口65 M168517303 排污口80 M169017303 沈阳理工大学课程设计论文 14 2.3.5液面计的选择 因为磁性液面计常用于密度不小于的液体，主要是透明和半透明的介质，但 3 0.45g cm 有时也可用于原油等高粘度介质的液位检测，其测量范围较之玻璃管液面计和玻璃板 液面计大很多，最大可达到 7m，且适用的公称压力达到了 26MPa，适用温度范围也达 到了-40300。其优点除了读数直观，结构简单，安装方便，维护方便外，还比玻璃 管液面计更耐氟石和防爆，而且由于测量范围大，可不受贮槽高度的限制，不易出现 观察盲点，故选用磁性液面计。 2.3.6压力表和温度计的选择 压力表选用弹性元件式的单弹簧管压力表 温度计选用电阻温度计 沈阳理工大学课程设计论文 15 3容器强度的校核 3.1液压试验的应力强度校核 根据 GB 150.4-2011 中 11.4.9.1 中试验液体一般采用水试验合格后因立即将水排净吹 干。 根据 GB 150.4-2011 中 11.4.9.3 中试验温度为 15。 查阅 JB/T 4731-2005 中液压试验压力公式 4-5 如下： =1，=1.25x0.1241=0.1551MPa t t p 查阅 JB/T 4731-2005 中公式 4.8 如下 液压试验时 0.9 Tel R ，壳体材料在试验温度下的屈服强度。 el R ，壳体元件最大薄膜应力。 T ，焊接接头系数。 54.3625MPa0.9x0.9x235=190.35MPa 所以满足应力要求。 3.2圆筒轴向弯矩计算 圆筒轴向最大弯矩位于圆筒中间截面或鞍座平面上（如下图 3.1） 1.25 tt pp 0.155128006 54.3625 22 4 tie T e P D MPa 沈阳理工大学课程设计论文 16 图 3.1 卧式容器载荷、支座反力、剪力及弯矩图 根据 JB/T 4731-2005 钢制卧式容器中的公式 7-2,7-3 计算圆筒中间横截面上的轴向 弯矩和鞍座平面上的轴向弯矩。 圆筒中间横截面上的轴向弯矩 22 1 2 1 1 2 1 4 4 4 1 3 a Rh FLA L M h L L 沈阳理工大学课程设计论文 17 =520.274KN.m 22 2 1 2 1.4030.7 1 469797 8.44 0.7 8.4 4 0.7 48.4 1 3 8.4 M 鞍座平面上的轴向弯矩 KN.m 22 2 0.71.4030.7 1 8.42 0.7 8.4 469797 0.7 120.346 4 0.7 1 3 8.4 M MM,所以圆筒轴向的最大弯矩在圆筒中间横截面，M=520.274KN.m 3.3圆筒轴向应力计算及校核 根据 JB/T 4731-2005 钢制卧式容器中的公式 7-4、7-5 可知： （1）圆筒中间横截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力 最高点处： 按下式进行计算 1 1 2 9.6 23.14 ca eae PRM MPa R 最低点处： 按下式进行计算 1 2 2 51.66 23.14 ca eae PRM MPa R （2）支座处圆筒截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力 因鞍座平面上筒体被封头加强，取鞍座包角，查 JB/T 4731-2005 表 7-1 120 可得 K1=1.0，K2=1.0 最高点处：按下式进行计算 22 1 2 1 1 2 1 4 1 3 a RhA LAL MFA h L 沈阳理工大学课程设计论文 18 a2 3 2 1a 31.44 23.14 c ee PRM MPa K R 最低点处：按下式进行计算 a2 4 2 2a 29.8 23.14 c ee PRM MPa K R 图 3.2 支座处圆筒轴向应力位置 （3）筒体轴向应力校核 根据 JB/T 4731-2005 钢制卧式容器中的 7.3.2.3 中的规定可知： 对于操作状态应满足下列条件： a计算得到，取出最大拉应力（最大正值）： 1 4 1234 max, t ，合格。 1234 max,51.660.9 123110.7 t MPaMPa b计算得到，取出最大压应力（最小正值）： 1 4 ，合格。 对于水压试验状态应满足下列条件： a充满水未加压时计算得到，取出最大压应力（最小负值）： 1 4 1234 min, TTTT ac 1234 min, t ac 1234 min,9.6123 t ac MPaMPa 沈阳理工大学课程设计论文 19 ，合格。 1234 min,9.6211.5 TTTT ac MPaMPa b加压状态下计算得到，取出最大拉应力（最大正值） ； 1 4 1234 max,0.9 TTTTel R ，合格。 1234 max,51.660.9190.35 TTTTel MPaRMPa 3.4圆筒及封头切向剪应力的计算及校核 3.4.1圆筒切向剪应力的计算 在圆筒支座处横截面上的剪应力，当圆筒被封头加强时时，其最大剪应力位于 靠近鞍座边角处 C、D 点，如图 3.3。 =73.66MPa 3 ae K F R 式中系数 K查阅 JB/T 4731-2005 钢制卧式容器表 7-3，K=0.880 封头切向剪应力的计算 圆筒被封头加强时，封头的最大剪应力按照 JB/T 4731-2005 钢制卧式容器 h 式 7-10 计算： =45.199MPa 4 h ahe K F R 式中系数查阅 JB/T 4731-2005 钢制卧式容器表 7-3，=0.401 4 K 4 K 沈阳理工大学课程设计论文 20 图 3.3 圆筒切向剪应力位置 3.4.2切向剪应力的校核 圆筒的切向剪应力不应超过设计温度下材料许用应力的 0.8 倍，即。 0.8 t 73.660.898.4 t MPaMPa 封头的切向剪应力，JB/T 4731-2005 钢制卧式容器中的公式 7-11： 1.25 t hh 式中： 由内压在封头中引起的应力 h 椭圆封头： =56.83MPa 2 ci h he Kp D 式中： K椭圆形封头形状系数，。 2 1 2 62 i i D K h K=0.93。 ，故合格。 45.1991.2596.93 t hh MPaMPa 圆筒的周向应力计算及校核 根据鞍座尺寸表知： 4 620bmm 1.56378 1.561403 6521.13 an bRmm 沈阳理工大学课程设计论文 21 即，所以此鞍座垫板作为加强用的鞍座。 na Rbb56 . 1 4 圆筒的有效宽度 ，当容器焊在支座上时，取1 . 0k，查 2 521.13bmm JB/4731-2005 表 7-3 可得。 56 0.76,0.013KK (1).鞍座在横截面最低点处周向应力 5 5 2 0.1 0.76 469797.2 17.13 0.004 0.521 e kK F MPa b (2).鞍座角边处的周向应力 因为 8400 5.998 1403 a L R 6 6 22 2 1246979712 0.013 469797 1.403 821.41 44 0.004 0.5218.4 0.004 a ee K FRF MPa bL (3).应力校核 5 17.13125 t MPaMPa 符合要求，合格 MPa t 25.15612525 . 1 25 . 1 136 6 3.5鞍座的设计及校核 3.5.1腹板水平分力及强度校核 支座腹板的水平分力根据 JB/T 4731-2005 钢制卧式容器中的公式 7-25 计算： s F =0.204x467.797=95.84KN s F 9 K F 式中系数值 JB/T 4731-2005 钢制卧式容器中表 7-5 查得=0.204 9 K 9 K 鞍座腹板有效截面内的水平方向平均拉应力，按下式计算： 9 当垫板起加强作用时： 9 0 14.72 s srre F MPa H bb 式中： 计算高度，取鞍座垫板底面至底板底面距离和两者中的较小值，mm； s H/3 a R 沈阳理工大学课程设计论文 22 鞍座腹板厚度，mm。 0 b 鞍座垫板有效宽度，取=b，mm。 r b r b 应力应按下式进行校核： ，故合格。 9 2 14.7298 3 sa MPaMPa 其中许用应力查阅 JB/T 4731-2005 钢制卧式容器表 5-1 可知=147MPa。 sa 3.6开孔补强的计算及校核 根据 GB150 规定，当壳体上的开孔满足下述全部要求时，可不另行补强。 (1)设计压力小于或等于 2.5MPa。 (2)两相邻开孔中心的距离（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的 2 倍。 (3)接管公称外径小于或等于 89mm。 故该储罐中只有 DN=500mm 的人孔需要补强。 3.6.1补强设计方法判别 按 HG/T 21516-2014,选用回转盖板式平焊法兰人孔。 开孔直径mm50422500C2dd 2i 933.33 3 i D dmm 故可以采用等面积法进行开孔补强计算。 接管材料选用 Q-235C 钢，其许用应力 t 123MPa 根据 GB150.3-2011 中式 6-1，A=d2(1) r etf 其中：壳体开孔处的计算厚度 2.21mm 接管的有效厚度 12 624 etnt CCmm 强度削弱系数 r f =1 所以开孔所需补强面积为 2 etr Ad2(1 f )504 2.211113.34mm 沈阳理工大学课程设计论文 23 3.6.2有效补强范围 有效宽度 B 的确定 按 GB150.3-2011 中式 6-6，得： 1 2nnt 12 B2d2 5041008mm Bd225042 62 6528mm Bmax(B ,B )1008mm 3.6.3有效高度的确定 (1）外侧有效高度 1 h的确定 根据 GB150.3-2011 中式 6-7，得： 1nt hd504 654.99mm 11 h230mmH 111 hmin(h ,h )50.99mm (2）内侧有效高度 2 h的确定 根据 GB150-1998 中式 8-9，得： 2nt hd504 850.99mm 2 h0 222 hminhh0（，） 3.6.4补强面积的计算 根据 GB150.3-2011 中式 6-9 式 6-11，分别计算如下： 123e AAAA 筒体多余面积 1 A 2 1eeter A(Bd) ()2() (1 f )100850442.21920.16mm 接管厚度 接管的多余面积 2 21ettr2et2r A2h ()f2h ()f2 50.9942.211=182.54mmC 焊角取 6.0mm， 2 3 A36mm =1138.7mm 123e AAAA 0.1746 2800 2.21 2 0.52 0.9 1230.5 0.1746 i t PD mm P 沈阳理工大学课程设计论文 24 根据 GB150.3-2011 中的规定： 若,则开孔不需要另加补强。 e AA 沈阳理工大学课程设计论文 25 4卧式储罐的焊接 4.1焊接接头与坡口 在压力容器制造过程中，焊缝的接头形式和焊缝的坡口形式都会直接影响容器的 焊接质量，而容器的制造质量很大程度上取决于容器的焊接质量，因此在容器的制造 过程中对焊接方面的要求很高。 4.1.1焊接接头 焊接接头是焊缝、熔合线和热影响区三部分的总称。在焊接前，应根据焊接部分 的形状、尺寸、受力的不同，选择合适的接头类型。常见的接头形式有对接、搭接、 T 形接和角接等，如图 4-1 所示。 图 4-1 常见的接头形式 在压力容器设计中，GB150.1-2011 将压力容器的焊接接头分为 A，B，C，D 四类： A 类焊缝：受压部分的纵向接头（多层包扎压力容器层板层纵向接头除外）球形 封头与圆筒联接的环向接头，各类凸形封头中所有拼焊接头以及嵌入式接管与圆筒， 封头联接的对接接头等。 B 类焊缝：受压部分的环向接头，椭圆形封头小端与接管连接的接头。长颈法兰 与接管连接的接头。但已规定的 A，C，D 类焊缝除外。 C 类焊缝：平盖，管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体接管的接头，内封 头与圆筒的搭接填角接头以及多层包扎压力容器层板层纵向接头。 D 类焊缝：接管孔与壳体非对接连接的接头凸缘，补强圈与壳体连接的接头。但 沈阳理工大学课程设计论文 26 已规定的 A，B 类的焊接接头除外。 E 类焊缝：非受压元件与受压元件之间的焊接接头。 由上述四类接头的说明设计如下： 椭圆形封头与圆筒连接的环向接头A 类 受压部分的环向接头（筒节与筒节的对接）B 类 法兰与壳体接管的环向接头C 类 接管，补强圈等外加附件与壳体的非对接的接头D 类 鞍座与壳体，鞍座自身腹板，垫板间的焊接接头E 类 在压力容器设计中，对压力容器的接头形式主要有以下要求： aA、B 类焊缝是容器上要求最高的焊缝，必须采用对接焊缝。对接焊缝的优点： 易于焊透，质量易于保证，易于做无损检测，可得到最好的焊缝质量。 b对接接头应采用等厚度焊接，当厚度不等的两部分回转壳体对接时，必须使接 头两侧的厚度保持基本相等，以尽量减小刚度差，降低应力集中，便于焊接。 c.焊接接头应便于进行无损检测，对某些无损检测要求较高的容器，应将一些搭接 或角接的接头设计成对接接头，这样不但使应力集中有所改善，而且能方便的进行射 线或超声波检测，从而保证容器的焊接质量。 4.1.2焊接坡口 在该压力容器中，筒节的焊接采用埋弧焊，筒体与封头的焊接及接管的焊接采用焊条 电弧焊，在焊接过程中必须设置起弧板和收弧板，严禁在母材本体上随意刮擦和引弧， 对于本例 A，B 类焊缝，查焊接手册第二版第三卷表 2-3 可知，由于本例中所用钢 板为名义壁厚 8mm，所以选择 3 至 26mm的 Y 形坡口如图： 图 4.1 A,B 类焊缝的坡口形式,及焊后效果 坡口尺寸： 沈阳理工大学课程设计论文 27 =4060（） 0b3（mm） 1P4（mm） 对于本例中 C 类焊缝，查焊接手册第二版第三卷表 2-3 可知：由于壁厚 8mm，所以选择 340mm的 V 形坡口如图：坡口尺寸/mm： =3550（） b=04(mm) P=0（mm） 图 4.2 C 类焊缝的坡口形式,及焊后效果 4.2焊接顺序 4.2.1焊前清理 在进行工件焊接之前，铣边完成后，必须对焊接区及周边区域进行清理，除去工 件表面的锈渍，油污，水和工件表面的毛刺等污物，采用小型电动钢丝刷对其进行清 除，这样能够有效防止焊接过程中产生气孔、夹杂或后期产生延迟裂纹等焊接缺陷的 形成，根据规定及以往经验，清理完成到焊接之间间隔时间不得超过两小时，否则需 要重新经行处理，严禁在超时并不处理的情况进行焊接。 4.2.2焊接过程和顺序 在容器制造的过程中，焊接过程非常重要，其关系到产品的质量及使用过程的安 全性，因此对于施工人员必须严格按照设计部门设计规定的合理焊接顺序进行操作， 由于筒体较长，为了保证工艺要求，采用先定位焊，后分段焊，两名焊工同时从两侧 进行焊接，首先将筒体两侧焊接在一起再进行分段焊接，以减少变形和焊接残余应力， 同时也能提高焊接效率，缩短生产周期。 沈阳理工大学课程设计论文 28 a.原材料采购，成分，力学性能检验，验收入库。 b.钢板切割下料（可采用激光，等离子切割，保证切割精度）和卷制。 c.铣边作业及焊前清理。 d.单个筒节的纵向对接焊接（焊后需校圆）可同时进行支座的焊接。. e.一个筒体与一个封头的环向对接焊接。 f.多筒节间的环向对接焊接（需要进行定位焊，变位机配合操作） 。 g.单端封头焊接完成 g.开人孔和各种接管口。 h.接管和各种法兰的焊接。 i. 支座与筒体的最终组焊。 4.2.3焊后处理 整体工件焊接完成必须进