焊接结构说明书

1、 沈阳理工大学课程设计专用纸 目录1.设备的工艺设计1.1盛装液氨的压力容器设计储存量21.2设备的初步选型及轮廓尺寸的确定21.2.1设备的初步选型21.2.2设备的轮廓尺寸的确定32.设备的机械设计62.1设计条件的确定62.1.1设计压力的确定62.1.2设计温度的确定62.1.3设计条件表622设备的结构设计72.2.1筒体和封头的结构设计72.2.2接管与法兰设计72.2.3附件设计102.2.4支座结构设计162.2.5焊接接点的设计19 2.3.压力试验校核21 3.技术条件编制23 3.1容器类别的确定23 3.2材料要求23 3.3无损检测要求23 3.4焊接材料要求23参考

2、文献261.设备的工艺设计1.1盛装液氨的压力容器设计储存量盛装液化气体的压力容器设计存储量： W=V 式中，W储存量，t ； 装量系数 ；V压力容器容积，m3 ； 设计温度下饱和液体密度，t/m3 则设计储存量W=0.85×40 m3×0.5663kg/L=31.27t=3.13×10kg1.2设备的初步选型及轮廓尺寸的确定1.2.1设备的初步选型主体结构采用卧式圆柱形储罐筒体采用圆柱形筒体封头采用标准椭圆形封头1.2.2设备的轮廓尺寸的确定 设备容积计算v =2V +L/4试算:取D2400mm， 封头的结构尺寸（封头结构如下图1）由，得h=H-Di4=640

3、-600=40 mm查文献中表B.1 EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表1：查得封头尺寸为:公称直径DN /mm总深度H /mm内表面积A/容积/24006406.54531.9905 由 m3 得L=13495mm圆整得 L=13500mm 则L/D=5.6>3 符合L/D=36 ;则v计=v筒+2v封= L/4+2v封=误差计算：<5%，符合要求.工作容积为V =V=0.8565.02=55.27m，最终，取液氨储罐的公称直径DN=2400mm，筒体长度L=13500mm；选取EHA椭圆形封头：封头EHA2400×16 设备总体壁厚计 (1)材料的选择常见的压力容

4、器用碳素钢和低合金钢钢板有Q245，Q345R，Q370R等；无缝钢管材料有10，20,等。考虑到该容器的内径为2400mm，介质的工作温度为-2048，由下表查得，所以可以选择Q235R或者Q345R作为筒体的材料。所以选用筒体由钢板卷制而成，由于低合金钢有较高的强度，良好的塑性，价格相对较低，所以选用Q345R。封头材料也为Q345R。表2 钢板材料使用条件表材料名称使用条件Q235R或者Q345R容器设计压力P35MPa,钢板使用温度-2048，对容器中的介质没有限制。（2）筒体壁厚计算设计温度下材料的许用应力设计温度为50，假设筒体厚度为，由材料许用应力表可得的 =345表3 钢材许用

5、应力表钢号板厚/在下列温度（）下的许用应力/ Mpa201001502002503003161891891891831671531636185185183170157143焊接接头系数本次液氨储罐的设计采用双面对接焊的全焊透对接接头，全部无损探伤所以=1.0计算压力由前面计算知道计算压力=2.236筒体内径 由前面计算知道筒体内径=2400mm筒体的计算厚度按公式：计算即=2.236×2400/（2×189×1.02.236）=15.0mm >=3mm取腐蚀裕量 2mm设计厚度15.0+2=17.0mm查文献3中列举的锅炉和压力容器专用钢板的厚允许偏差按GB

6、/T 709中的B类要求，即钢材厚度负偏差。所以名义厚度n=dC圆整量=17.00.3圆整量=18，经过圆整后为18mm,在318mm之间，故假设是成立的。有效厚度e=nCC=1820.3=15.7mm。（2）封头壁厚计算根据标准椭圆形封头的计算厚度公式： =PcDi/（20.5Pc） =2.236×2400/（2×189×10.5×2.236）=14.16mm取腐蚀裕量2mm，钢材厚度负偏差。则：设计厚度14.16+2=16.16mm名义厚度n=dC圆整量=16.160.3圆整量=18mm有效厚度e=nCC=1820.3=15.7mm可见标准椭圆形封头

7、与筒体等厚，都为18mm。2. 设备的机械设计2.1设计条件的确定 2.1.1设计压力的确定 其设计压力应不低于液化气50时的饱和蒸汽压力，饱和蒸汽压力一般指绝压，而设计压力是表压，而且查得当容器上装有安全阀时，取1.051.1倍的工作压力作为设计压力,所以设计压力计算: 1.1×P 2.0325×1.12.236MPa液氨的密度=0.5663kg/L，H取公称直径DN=2400mm 液柱静压力=gH=（0.5663×9.79×2.4）×0.001=0.013 P静/P设=0.482<5，忽略。则计算压力就等于设计压力，即=2.236 2

8、.1.2设计温度的确定根据文献中规定设计温度系指容器在正常操作情况下，在相应设计压力下，设定受压元件的金属温度，其值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度，对于0以下的金属温度，则设计温度不高于元件金属可能达到的最低金属温度，设计温度选取的依据是：其值不得低于最高金属温度或不得高于最低金属温度（0以下）在本设计中给出的最高工作温度为48。工作温度为 -2048，为保证正常工作，对设计温度留一定的富裕量。则取设计温度为50。 2.1.3设计条件表 表2-1：设计条件表项目内容备注工作介质液氨工作压力 MPa2.0325设计压力 MPa2.236工作温度 -2048设计温度 50公称容积(Vg)

9、m365计算容积(V计) m365.02工作容积(V工) m355.27装量系数(V)0.8522设备的结构设计 2.2.1筒体和封头的结构设计我国已经制订了化工设备通用零部件的系列标准，设计时可根据具体设计条件按照标准进行选用。筒体的公称直径DN=2400mm，长度L=13500mm。封头的公称直径DN=2400mm，总深H=640mm， 图1 封头的结构设计 2.2.2接管与法兰设计(1)公称直径及公称压力的选取法兰公称压力取PN=2.5Mpa ，根据文献6表2 -2 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。得出管口表如下表 公称规格连接尺寸标准连接面形式用途或名

10、称PN2.5 DN80HG/T20592-2009FM液相进口管 PN2.5 DN80HG/T20592-2009FM液相出口管 PN2.5 DN80HG/T20592-2009FM排气管 PN2.5 DN80HG/T20592-2009FM排污管 PN2.5 DN25HG/T20592-2009FM压力表接口 PN2.5 DN25HG/T20592-2009FM温度计接管PN2.5 DN80HG/T20592-2009FM安全阀接口PN2.5 DN32HG/T20592-2009FM液位计接口 PN2.5 DN500HG/T20592-2009MFM人 孔 （2）接管与法兰的结构尺寸设计液氨

11、储罐应设置物料进出口接管,排气口，排污口，压力表口，温度计口，安全阀口，液位计口，人孔。接管和法兰布置如图3所示，法兰简图如图所示： 本次设计所用的接管的尺寸表如下所示：表2-3：接管的尺寸表公称尺寸外径壁厚用途或名称理论质量DN8089×8液相进口管15.98DN8089×8液相出口管15.98DN8089×8排气管15.98DN8089×8排污管15.98DN2532×6压力表接口管3.85DN2532×6温度计接口管3.85DN8089×8安全阀接口15.98DN3238×6液位计接口4.74DN500530

12、×12人孔183.88查文献6表3.2.2，接管法兰的密封面均采用FM（凹面）,人孔密封面采用MFM（凹凸面密封）。 接管和法兰尺寸由设计压力2.236Mpa查文献知PN2.5Mpa板式平焊钢制管法兰（PL）知板式平焊钢制管法兰的密封面形式有突面（RF）和全平面（FF）。RF形式适用公称压力范围为0.252.5Mpa而FF形式适用公称压力范围为0.251.6Mpa,本设计压力为2.236pMa故采用板式平焊钢制管法兰（RF）形式。查文献PN2.5板式平焊法兰选择以接管公称直径一致的钢制管法兰，得各法兰的尺寸和质量，详细尺寸将见表表2-4：接管和法兰尺寸·名称公称直径DN钢管

13、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法兰颈法兰高度H法兰质量NSRa排污管8089B200160188M16241058128585.03b排气口8089B200160188M16241058128585.03c出液口8089B200160188M16241058128585.03d进液口8089B200160188M1624105812858 5.03e人孔500530B7306603620M334858012201212581.4k1-2液位计口3238B140100184M161856666422.05f温度计口2532B11585

14、144M121846664401.26g压力表口2532B11585144M121846664401.26h安全阀口8089B200160188M16241058108585.03 垫片的选择法兰密封常用垫片，垫片有金属垫片、非金属垫片，合成垫片等多种，考虑经济性当非金属垫片能满足要求时首先使用非金属垫片。垫片结构图由本设计压力和温度要求查文献4选用石棉橡胶垫片，其使用范围PN4.0 Mpa,t290,密封形式为RF（突面）。其尺寸如表4.5查文献4，得垫片尺寸表表2-5：垫片尺寸表符号管口名称公称直径内径D1外径D2a排污口80109.5142b排气口80109.5142c出液口80109.

15、5142d进液口80109.5142e人孔500500524k1-2液位计口3261.582f温度计口2545.561g压力表口2545.561h安全阀口80109.5142注：1：包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T 3880，代号为L3。2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。3：垫片厚度均为3mm。 螺栓（螺柱）的选择根据要求法兰处用螺栓做紧固件，螺栓有多种材料和多种结构，选择时应考虑到设计的适用性和安全性。查文献6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：螺栓及垫片紧固件用平垫圈 mm公称直径螺纹螺柱长ha80M169017303b80M169017303

16、c80M169017303d80M169017303e500M2412525444g1-232M168517303f25M127513242.5g25M127513242.5h80M169017303 （3）接管与法兰材料的选择容器接管一般应采用无缝钢管，所以本设计筒体上接管材料均选择无缝钢管20（GB9948）。排污管一端焊接在筒体下方，另一端用螺纹帽密封，制造便宜，操作方便。查文献6中法兰材料选用16Mn。 2.2.3附件设计（1）安全阀的选择查文献4中知液氨常用安全阀有A21H-40其公称直径15mm到25mm。公称压力为1.6-4.0Mpa使用温度t200和A41H-40其公称直径为3

17、2mm到48mm公称压力为1.3到4.0Mpa,使用温度t300。根据本设计要求选择阀体公称压力：4.0Mpa;，公称直径为40mm的弹簧封闭微启式安全阀，封面材料为不锈钢；采用法兰连型号：A44Y-160 （2）液位计的选择液面计的种类很多，常用玻璃板液面计。它们都是外购的标准件，只需要选用。玻璃板液面计有三种：透光式玻璃板液面计、反射式玻璃板液面计、视镜式玻璃板液面计。利用连通器原理，通过液面计的玻璃板视窗可以观察容器内部液面位置的变动情况。根据设计要求选用查文献6中选用磁性液面计，型号T,使用压力为PN=2.5Mpa, 液面计采用普通型；结构形式：保温型W,钢板Q345R. 标准选用HG

18、/T 21584-95. AT2.5-W-1450.中心距为L=2000mm,采用带颈法兰DN32. （3）视镜的选择视镜用来观察设备内部物料的工作情况，用凸缘构成的视镜称为不带颈视镜，其结构简单，不易粘料，有比较宽的视察范围，便于窥视，在本设计中选用不带颈视镜。但由于视镜接缘直接焊接在设备上，容易在焊接后引起接缘上的密封面变形，所以应有可靠的焊接工艺保证。选用视镜的数据：DN=80 PN=1.57 D=130 b1=36 b2=26 H=91螺柱：个数n=8 直径d=M12 重量m=7.1kg 标准：不锈钢HGJ501-86-15 图视镜 （4）压力表仪表类型的选用必须满足工艺生产的要求。例

19、如是否需要远传、自动记录或报警；被侧介质的性质（如被测介质的温度高低、粘度大小、腐蚀性、脏污程度、是否易燃易爆等）是否对仪表提出特殊要求，现场环境条件（如湿度、温度、磁场强度、振动等）对仪表类型的要求等。因此根据工艺要求正确地选用仪表类型是保证仪表正常工作及安全生产的重要前提。化工行业所用的压力表有多种型号，根据液氨的性质查文献4中常用的压力表型号为YA-100,管螺纹M20×1.5,压力表一端与带有相应螺纹的接管一端旋合，接管另一端焊接在筒体适合的位置。 （5）人孔的选择 密封面的选择由于本次设计的介质是高度危害的，查文献7中表3-1，选用凹凸法兰密封面（MFM）法兰。 人孔的设计

20、本次设计的储罐设计压力为2.236MPa，查文献7中，采用回转盖带颈对焊法兰人孔。其明细尺寸见下表： 表2-7：人孔尺寸表 单位：mm密封面型式凹凸面MFMD7304648公称压力PN MPa466057螺柱数量20公称直径DN500280A435螺母数量40128B400螺柱尺寸d506b44L300总质量kg302人孔结构示意图如下 开孔补强的计算根据文献8开孔补强结构：压力容器开孔补强常用的形式可分为补强圈补强、厚壁管补强、整体锻件补强三种。补强圈补强是使用最为广泛的结构形式，它具有结构简单、制造方便、原材料易解决、安全、可靠等优点。在一般用途、条件不苛刻的条件下，可采用补强圈补强形式。

21、但必须满足规定的条件。压力容器开孔补强的计算方法有多种，为了计算方便，采用等面积补强法，即壳体截面因开孔被削弱的承载面积，必须由补强材料予以等面积的补偿。当补强材料与被削弱壳体的材料相同时，则补强面积等于削弱的面积。补强材料采用Q235R-A。查文献7中，选用回转盖带颈对焊法兰人孔。厚度附加量 C=2.3mm开孔直径d=di+2C=530-32+4.6=493.4mm ，在筒体上开孔d</2=2400/2=1200mm，可用等面积进行开孔补强计算。接管材料选用Q345R钢，其许用应力查文献3中，压容器开孔后所需的补强面积 厚度计算 其中K1=1计算出=1×2.236×

22、2400/（2×1890.5×2.236）=14.24mm强度削弱系数：接管有效厚度：则 有效补强范围壳体开孔后，在有效补强范围内，可作为补强的截面积（包括来自壳体、接管、焊缝金属、补强元件）根据文献3得有效宽度：Bd2n2nt493.42×162×14.24553.88有效高度：根据文献3（实际外伸高度）（实际内伸高度）筒体多余面积A（Bd）（e）2et（e）（1fr） （986.8493.4）2×13.7（1614.24）445.176mm²接管厚度：tPc×Di/（20.5Pc） 2.236×（53024）/

23、（2×189×0.850.5×2.236） 3.54mm, =查文献3中角焊缝角尺寸的选择规定当材料厚度1216mm时焊脚取6mm所以焊缝金属截面积补强面积AeAAA445.181703.38362184.56mm²AeA6759.58mm² 开孔需另行补强A4AAe6759.582184.564575.02mm²满足以下条件的可选用补强圈补强：刚材的标准常温抗拉强度Mpa；补强圈厚度应小于或等于壳体壁厚的1.5倍；壳体名义厚度；设计压力；设计温度。可知本设计满足要求，则采用补强圈补强。(6) 补强圈设计根据DN500取补强圈外径=8

24、00mm。因为B>，所以在有效补强范围。补强圈内径则取Di=530+10=540mm=A4(D-d)=14.92mm补强圈厚度，圆整取名义厚度为15mm。根据文献3，补强圈焊接形式D型， 表:2-8： 补强圈补强及附件的选择接管公称直径DN/mm外径D2内径D1厚度重量（Kg）5008005401546.4（7）各附件接管的布局为了便于操作及考虑到开孔的安全性要求，本设计中将排气接管、人孔接管、安全阀接管、压力表接管、进料接管、人孔接管成直线依次布局在筒体上方，其中，人孔接管与排气管，人孔接管与安全阀，人孔接管与进料管间距离均为1300mm,其余接管间距离均为800mm，液面计接管放右侧

25、封头处。排污口接管和出料管布置在筒体下方，排污口接管在右封头与右支座之间，距右封头直边200mm处，出料管在左支座与右支座之间。进料管内伸长度为1700mm，温度计内伸长度为300mm，其余的接管内伸长度均为0mm。其中人孔接管外伸长度为250mm，其余接管外伸长度均为150mm,具体布局见装配图。2.2.4支座结构设计（1）鞍座结构和材料的选取卧式容器的支座有三种形式：鞍座、圈座、和支腿，常见的卧式容器和大型卧式储罐、换热器等多采用鞍座，它是应用得最为广泛的一种卧式容器支座。置于支座上的卧式容器，其情况和梁相似，一般情况采用双支座。此外，卧式容器由于温度或载荷变化时都会产生轴向的伸缩，因此容

26、器两端的支座不能都固定在基础上，必须有一端能在基础上滑动，以避免产生过大的附加应力。通常的做法是将一个支座上的地脚螺栓孔做成长圆形，并且螺母不上紧，使其成为活动支座，而另一支座仍为固定支座。所以本设计就采用这种支座结构。根据设备的公称直径和容器的重量参照文献9选取鞍座结构及尺寸。鞍座的材料（除加强垫板除外）为Q235-A，加强垫板的材料应与设备壳体材料相同为16MnR。采用鞍式A型支座: 鞍座A2400-F和鞍座A2400-S（2）鞍座位置的确定考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸A不超过0.2L值，为此中

27、国文献10规定A0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。由标准椭圆封头，得h=H-Di4=640-600=40 mm故A0.2(L+2h)=0.2×(8400+2×40)=2716mm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。为了充分利用这一加强效应，在满足A0.25L下应尽量使.A0.5R m（）, 即 即A604mm综合以上取A=600mm (A为封头切线至封头焊缝间距离，L为筒体和两封头的总长)则两鞍座间距S=(L+2h)-2A=(13500+2×40)-2×600=123

28、80mm,鞍座位置及结构如下图所示。(3)鞍座载荷计算由前面可得的液氨的压力容器设计存储质量 ：筒体质量：查得圆筒体材料Q345R密度=7850/m³,筒体长度加上封头的直边长度为40mm,则mDL×3.14×2.4×（13.50.04）×0.015×785012014.91kg 单个封头的质量：查文献2中表B.2 EHA椭圆形封头质量为507.3，可知， 水压试验量:附件质量：人孔质量为302kg，其他接管质量300 kg，即综上所述，设备总质量为78483.1kg.即每个鞍座承受的重量为G=mg2=392415.5N=392.41

29、55KN由此查文献9容器支座，选取轻型，焊制为BI, 筋板数为6，直径DN=2400mm包角为120°，高度为250mm有垫板的鞍座,允许载荷Q435kN>392kN。查文献4表6得鞍座结构尺寸如下表：表2-9：鞍式支座结构尺寸公称直径DN2400腹板15垫板510允许载荷Q/kN435筋板26510鞍座高度h250208e100底板1720290螺栓间距15202408螺孔/孔长D/l24/4014垫板弧长2800鞍座质量Kg 2342.2.5焊接接点的设计(1)压力容器焊接结构设计要求根据文献3焊缝分散原则；避免焊缝多条相交原则；对称质心布置原则；避开应力复杂区或应力峰值去

30、原则；对接钢板的等厚连接原则；接头设计的开敞性原则；焊接坡口的设计原则（焊缝填充金属尽量少；避免产生缺陷；焊缝坡口对称；有利于焊接防护；焊工操作方便；复合钢板的坡口应有利于减少过渡层焊缝金属的稀释率）。（2）封头与圆筒焊接接头封头与圆筒连接的环向接头采用A类焊缝。焊接方法：采用手工电弧焊，封头与圆筒采用对接焊接。平行长度任取。坡口形式为Y型坡口。根据Q345R的抗拉强度=5000Mpa和屈服点=325Mpa选择E50系列（强度要求：500Mpa；400Mpa）的焊条，型号为E5018.该型号的焊条是铁粉钛型药皮（药皮成分：氧化钛30%，加铁粉），适用于全位置焊接，熔敷效率较高，其结构如下图Y型

31、坡口筒体和封头的焊接：=620 =6070 b=02 p=2 3(3)管法兰与接管的焊接接头管法兰与接管焊接接头形式和尺寸参照文献3,根据公称通经选择相应的坡口宽度结构如附图中为几种常用的管法兰与结接管焊接形式的局部放大图。(4)接管与壳体的焊接接头本设计除人孔接管带补强圈外其它接管都是不带补强圈的插入式接管，接管插入壳体，接管与壳体间的焊接有全焊透和部分焊头两种，它们的焊接接头均属T形或角接接头。标准中代号为G2的接头形式，基本尺寸为；，且，它适用于，因为所选接管的厚度都为壳体厚度的一半，壳体的厚度为16mm，所以符合要求。选择全焊透工艺，可用于交变载荷，低温及有较大温度梯度工况。如附图中的

32、局部放大图所示。带补强圈焊接接头结构=50°+5°30°±2° b=2+0.5,5±1,t ,= 8) k0.7c2.3.压力试验校核（1）压力试验类型耐压试验是在设计压力下对压力容器的检验，在本设计中采用水压试验进行验证。（2）压力试验校核筒体耐压试验校核耐压试验压力根据 其中，为耐压试验压力系数，对于钢和有色金属，液压试验是，所以水压试验压力，PT=1.25×2.236×185/185MPa=2.795MPa筒体的薄膜应力：T=PT（Die）/2×e =2.795×（240015.7）/2&

33、#215;15.7=215.03MPa液压试验时，应满足以下公式的要求 ，其中 =0.91345=215.03MPa<符合要求。 最终筒体选用材料为Q345R的钢板，且厚度为18mm。封头耐压试验校核水压试验压力:PT=1.25×2.236×185/185MPa=2.795MPa封头的薄膜应力： T=PT（Die）/2×e =2.795×（240015.7）/2×15.7=215.03MPa 液压试验时，应满足以下公式的要求 ，其中 =0.91345=215.03MPa<，符合要求。 最终封头选用材料为Q345R的钢板，且厚度为18mm。3. 技术条件编制3.1容器类别的确定由文献4和文献11常见介质危害程度查液氨为毒性危害程度为中度危害，腐蚀，有毒，属于第二组介质，则再根据文献5相关规定，液氨储罐为第三类压力容器。3.2材料要求筒体材料：Q345R封头材料：Q345R接管材料：无缝钢管20法兰材料：16Mn鞍座材料：Q235A垫片：石棉橡胶垫片3.3无损检测要求 设备按文献3进行制造、检验、验收，并接受固定式压力容器安全技术监察规程的监察。本设计中设备的A、B类焊接接头应按文献3进行100%射线检测，其透照质量不低于AB级，合格级别按JB4730-94中RT-级要求；C、D类焊接