大型立式圆筒形储罐的结构设计及焊接工艺设计毕业论文

1、IQ235储罐毕业设计作者：刘侨系另 U：机电工程系班级：焊接 1201学 院：四川建筑职业技术学院II内容摘要油品和各种液体化学品的储存设备 储罐，是石油化工装置和储运系统设施的重要组成部分。近几十年来，发展了各种形式的储罐，但最常用的还是立式圆筒形储罐。本文设计的即为立式圆筒 形储罐。立式圆筒形储罐需在现场施工，并且外观及内部结构设计上要经济适用，另外在设计的过 程中注意储罐所受的自然环境对储罐的影响，如增强储罐的防风、防雪、抗震等功能。根据储存介质的要求来进行立式圆筒形储罐的选材， 本文中储罐的介质为煤油， 罐体采用 Q235A 钢材。罐壁结构采用不等厚罐壁，罐底采用设环形边缘板罐底，罐

2、顶采用拱顶结构。根据施工现场 的环境要求及储罐钢材、罐身厚度等参数选择合适的焊接方法及焊接材料，采用埋弧焊及手工电弧 焊结合的焊接方法，做到所使用的方法快速简便且耐用。最后是对储罐整体进行检测。本文参照压力容器、大型储罐等标准，结合设计经验，着重阐述了大型立式圆筒形储罐的结构 设计及焊接工艺设计的要点。关键词：立式储罐；埋弧焊；手工电弧焊；焊接结构；焊接工艺3AbstractOil and various liquid chemicals storage equipment - tanks, chemical plant and oil storage andtransportationfac

3、ilities, an important component of the system. As the verticalcylindrical storage tanks need to site construction, which in appearance and structure design to achieveeconomical and pay attention to the natural environment of the storage tank storage tank suffered the impact ofthe design process to b

4、e enhanced, to reach wind, snow, earthquake, etc. role. This tank wall structure usingladder-type tank wall, tank bottom edge of plate with circular tank bottom set, tank top with dome structure.Storage medium according to the requirements of the selection of vertical cylindrical tanks, the media in

5、 thisarticle for the kerosene tank, tank with Q235A steel. According to the construction site environmentalrequirements and tank steel, body thickness and other parameters can select the appropriate welding methodsand welding materials, this paper combined with submerged arc welding and manual arc w

6、elding method, themethod used to achieve fast and easy and durable. Finally, the iterative experiments on the overall test.This reference pressure vessels, large tanks and other standards, combined with design experience,focusing on the large vertical cylindrical storagetank structural design andwel

7、ding process design elements.Keywords ：Vertical Tank ； SAW； Manual metal arc welding4目 录（）1绪论. 11.1立式圆筒形储罐的发展 . 11.2 Q235A 钢材. 21.3埋弧焊 . 21.4手工电弧焊 . 32立式圆筒形储罐的罐壁设计 . 42.1储罐的整体设计 . 42.2储罐的强度计算 . 42.2.1储罐壁厚计算 . 42.2.2储罐的应力校核 . 52.3储罐的风力稳定计算 . 52.4储罐的抗震计算 . 62.4.1地震载荷的计算 . 62.4.2抗震验算 . 82.4.3液面晃动波高计算 .

8、 102.4.4地震对储罐的破坏 . 102.4.5储罐抗震加固措施 . 102.5罐壁结构 . 112.5.1截面与连接形式 . 152.5.2罐壁的开孔补强 . 172.5.3壁板宽度 . 183 立式圆筒形储罐的罐底设计 . 191.%2.%3.罐底结构设计 . 19724罐底的结构形式和特点 . 19725罐底的排板形式与特点 . 1952.%2.%3.罐底的应力计算 . 214 立式圆筒形储罐的罐顶设计1拱顶结构及主要的几何尺寸 . 182扇形顶板尺寸 . 193包边角钢 . 275 储罐的附件及其选用 . 281.1透光孔 . 281.2人孔. 281.3通气孔 . 291.4量液

9、孔 . 301.5储罐进出液口 . 301.6法兰和垫片 . 311.7盘梯. 312.1.备料工艺 . 333.1原材料储备 . 333.1钢材的预处理 . 343.1钢材的矫正 . 343.1钢材的表面清理 . 353.1放样、号料 . 353.1下料和边缘加工 . 263.1弯曲和成型 . 262.2.装备工艺 . 283.2整体装配与焊接 . 283.2装配方法概述 . 283.2倒装法装配和焊接 . 281863.2部件装配与焊接 . 293.2罐底的组装 . 293.2顶圈壁板的组装 . 293.2顶板的组装 . 296.2顶板的组装 . 296.3罐壁与罐底的连接 . 413.2

10、罐壁板组对用卡具 . 413.2专用卡具的结构与工作原理 . 413.2操作顺序 . 422.3.焊接工艺 . 443.3材料焊接性分析 . 443.3焊接方法 . 443.3焊接材料 . 453.3焊接设备 . 463.3检测. 47结论 . 47致谢 . 47参考文献 . 47附录A（英文文献）附录B（中文翻译）7引言Q235A韧性和塑性较好， 有一定的伸长率， 具有良好的焊接性能和热 加工性。Q235A一般在热轧状态下使用，用其轧制的型钢、钢筋、钢板、钢 管可用于制造各种焊接结构件、桥梁及一般不重要的机器零件，如螺栓、拉杆、铆钉、套环和连杆等。6.2.2由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法

11、符号组成。它的 钢号冠以“Q， 代表钢材的屈服点，后面的数字表示 屈服点数值，单位是MPa例如Q235表示屈服点（Ts）为235MPS的碳素结构钢。6.2.3必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C D。A指不做冲击，B在20度以上，C在0度以上，D在-20度以上，A到D所不同的，指的是它们性能中冲击温度的不同。 分别为：Q235A级，是不作冲击韧性试验要求；Q235B级，是作常温（20C）冲击韧 性试验；Q235C级，是作0C冲击韧性试验；Q235D级，是作-20C冲击韧性 试验。脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢：Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静

12、钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。碳C:0.22%硅Si: 0.35%锰Mn:w1.4%硫S:w0.050%8磷P:w0.045%铬Cr: 允许残余含量w0.030%镍Ni: 允许残余含量w0.030%铜Cu: 允许残余含量w0.030%力学性能抗拉强度(T b (MPa):370500屈服强度(T s (MPa)：W16时：235; 1640时：225; 4060时:215; 60100时：215; 100150时：195; 150时：185伸长率S5 (%): 40时：26;4060时：25;60100时：24;100150时：22;150200时

13、：21;冷弯(弯180):【纵向】钢厚度w16时，弯心直径d=a;钢厚度16100时，弯心直径d=2a;【横向】钢厚度w16时，弯心直径d=1.5a;钢厚度16100时，弯心直径d=2.5a11绪论7.1立式圆筒形储罐的发展油品和各种液体化学品的储存设备一储罐，是石油化工装置和储运系 统设施的重要组成部分。自1972年采用钢制焊接储罐后，其容量逐步扩大， 目前最大容量以达到24 104m3。近几十年来，发展了各种形式的储罐，例如 大型卧式圆筒形、球形、立式圆筒形储罐等。其中在石油化工生产中大量 采用大型立式圆筒形储罐。这是由于大型立式圆筒形储罐具有容积大、使 用寿命长、热设计规范、制造的费用低

14、、节约材料、易于制造、便于在内 部装设工艺附件以及工作介质在内部相互作用等优点。当前大型储罐需要深入探讨研究的问题很多，如更完善解决油品和易 挥发产品损耗和环境污染，为此要开发损耗更小、建造和维修更方便的内 浮顶罐；储罐的大型化，为此开发了储罐用的高强的钢；储罐的CAD辅助设计；储罐计量和储运系统的自动化；储罐清洗的机械化，储罐维护修补 的化学化等。此外，由于储罐的大型化带来的储罐稳定性、罐顶结构和设 计、全天候的储罐附件、消防措施、罐基础等都是当前立式圆筒形储罐的 研究重点。以上的诸多问题是本设计的研究的重点，要更好的优化大型立 式储罐的设计，从而做到制造的大型立式储罐既节约环保又经济适用。

15、20世纪70年代以来，内浮顶储油罐和大型浮顶油罐发展较快。 第一个 发展油罐内部覆盖层的是法国。1955年美国也开始建造此种类型的储罐。21962年美国德士古公司就开始使用带盖浮顶罐，并在纽瓦克建有世界上最 大直径为187 ft（61.6 m的带盖浮顶罐。至1972年美国已建造了600多 个内浮顶罐。1978年国内3000m3铝浮盘投入使用，通过测试蒸发损耗标定， 收到显著效果。近40年来，储罐大型化迅速发展。1962年美国首先建成了10 104m3大 型浮顶原油罐（直径87m，罐高约21m）;19631964年间荷兰欧罗巴港 建成了4台10 104m3浮顶油罐（直径115m，罐高14.6m）

16、 ;1971年日本建 成了16 104m3浮顶油罐（直径109m，罐高117.8m）;接着沙特阿拉伯建成20 104m3巨型浮顶油罐（直径110m，罐高22.5m）。1985年中国从日本引 进第一台10 104m3浮顶油罐，到目前已建成10 104m3浮顶油罐（直径80m, 罐高21.80m） 几十台。目前国内对10 104m3油罐有比较成熟的设计、施工 和使用的经验，国产大型储罐用高强度钢材已能够批量生产。国内外有很多储罐的设计和建造标准， 并且对储罐的发展起了很大的 推动作用。例如国外标准：美国石油学会标准钢制焊接油罐API 650、日本工业标准钢制焊接油罐结构JISB 8501、英国标准

17、石油工业立式钢制焊 接油罐BS 2654美国石油学会标准大型焊接低压储罐设计和建造推荐 规定API 620。中国标准：立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范GB 50341、石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范SH 3046、立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范GBJ 12&钢制焊接常压容器第十二章立式圆筒形储罐JB/T 47257.2Q235AI冈材3Q235A韧性和塑性较好，有一定的伸长率，具有良好的焊接性能和 热加工性。Q235A一般在热轧状态下使用，用其轧制的型钢、钢筋、钢 板、钢管可用于制造各种焊接结构件、桥梁及一般不重要的机器零件， 如螺栓、拉杆、铆钉、套环和连杆等。化学成份：碳

18、C:0.140.22;硅Si: 0.30;锰Mn：0.300.65；硫S:0.050;磷P:P。，所以在罐壁上不需要设置加强圈。7.1.4储罐的抗震计算2.4.1地震载荷的计算自震周期计算：储罐的罐液耦连震动基本自震周期为Hw=7.743 10e-D0.7147丄DD1D,（2.8）式中T储罐的罐液耦连震动基本自震周期（s）;e自然对数的底：2.718；HW储罐底面到储液面的高度：7.425m;D储罐的内直径：22m3位于罐壁高度1/3处的罐壁名义厚度：29 10mm7.425=7.743 1052.718227 425.71472 2222(29 10丁= 1.31 1013水平地震作用几效

19、应计算FH=Kz：meqgmeq二（2.10）式中FH储罐的水平地震作用（N；:水平地震影响系数，按罐液耦连震动基本自震周期确定;meq等效质量（Kg）;mL储液质量（Kg）；g重力加速度取9.81m/s2；一动液系数；KZ综合影响系数取KZ=0.4动液系数，计算如下：当HW/R =7.425/11 =0.675叮.5时，th、3RHW一.3RHW(2.11)meq=113982 0.0175 = 1994.685KgFH=0.4 0.82 1994.685 9.81 = 6418.26N水平地震作用对罐底的倾覆力矩M1=0.45FHHW=0.45 6418.26 7.425 = 21445N

20、 m(2.9)th - 3714= 0.0175mL二?V二800 Kg / m32113982414罐壁竖向稳定许用临界应力计算：第一周罐壁（自下往上数）的竖向稳定临界应力:6 二KcEf（2.12）D1f-KC=0.091耳1 0.0429H1一0.1706Dl:、iH第一周罐壁稳定许用临界应力：式中E罐壁材料的弹性模量（Pa）;D1第一圈罐壁的平均直径22.03（m）；第一圈罐壁的有效厚度0.03（m）；H罐壁的高度8.25（m）；KC系数；设备重要度差别1.00=0.09151 0.04298.251 -0.170622.03 -0.4V0.038.25.4192 106器107Pa2

21、.4.2抗震验算1.05 1071.5 1.00=7 106Pa(2.13)二crI】1.5(2.14)KC15罐底周边单位长度上的提离力16Ft =M2（2.15）_：DiFL。bHwsg（2.16）式中E罐底周边单位长度上的提离力（N/m）;FL0储液和罐底的最大提离反抗力（N/m）；当其值大于0.02HwDSg时，取0.02HwD1：Sg；cy罐底环形边缘板的屈服点（Pa）；-罐底环形边缘的有效厚度（m）；0储液密度（Kg/m3）FLO=0.015 74.38 7.425 800 9.81 = 31.23N / m0.02HWDVS0.02 7.425 22.03 800 9.81 =

22、2.57 105N/mFLO0.02HwDSgFL0=31.23N/m罐底周边单位长度上的提离反抗力：(2.17)式中FL罐底周遍单位长度上的提离反抗力（N/m）；N1第一圈罐壁底部所承受的重力（N）；NmLg =113982 9.8仁1118163.42N31.231118163.42=16195.7 N /m7.3.122.03106106222 0.015=74.38Pa4 214457.2.122.032二56.29N /m17无锚固储罐应满足的条件：18罐底部压应力：Ft乞FL时(2.18)式中匚C罐壁底部的竖向压应力(Pa)；A第一圈罐壁的截面积，Ai二二Di；、(m)；Zi第一圈

23、罐壁的截面抵抗矩，乙=0.785Di(m)；1118163.428.222.03 0.030.785 22.0320.03-c匚故满足要求2.4.3液面晃动波高计算罐内液面晃动波咼hv = 1 2R；鼻2= 1.85 - 0.08TW;式中1浮顶影响系数，取0.85;2阻尼修正系数，当TW大于10s时，取2= 1.05；一地震影响系数，取0.82。TW二2 j D cth(3.68HW) =18.87s10sW. 3.68gD(2.19)NiM1乙= 540691.6Pa19故取2=1.05;hv-0.85 1.05 0.82 11二7.76m244地震对储罐的破坏储罐在地震时的破坏，有1.储

24、罐本身的震害，如浮顶沉没，焊缝破裂, 罐壁下部屈服等；2.液面晃动对储罐的危害，晃动造成的液体高度变化对 罐壁产生的动液压一般不大，但产生的冲击力，有可能破坏罐顶和罐壁顶 部的焊缝；3.储液负数设备和基础发生破坏 。2.4.5储罐抗震加固措施当验算核实罐壁厚度不满足抗震要求时，应采取加补强板，加强环，支 撑等加固措施。1、 加强板在最下层壁板圆孔以下罐内（外）沿罐壁圆周增设宽度不小于300mm厚度不小于4mm勺钢板加强，加强板要和壁板底板焊牢，并 保证焊接质量2、 加强环可在罐内或罐外设置，距离罐的水平焊缝不得小于150mm加强环与罐壁连接成型，其截面尺寸按储罐的直径决定 。见表2.1。表2.

25、1加强环尺寸储罐直径（m加强环尺寸备注2020 : D 36L125X80X8米用其他形状的截面，其断面系数应相同2.5罐壁结构1截面与连接形式罐壁为一个圆筒形的钢板焊接结构，由于该罐壁是不等厚度的且较厚, 因此各板之间采用对接，即所有的纵向焊缝及环焊缝均采用对接，这样可 以减轻自重。罐壁的最下圈通过内外角焊缝与罐底的边缘板相连，最上部一圈包边 角钢，这样既可以增加焊缝的强度，还可以增加罐壁的刚性。在液压作用下，罐壁中的纵向应力是占控制地位的。即罐壁的流度实 际上是罐壁的纵焊缝所决定的。因而壁板的纵向焊接接头应采用全焊透的 对接型。常见的罐壁纵向焊接接头如图2.1所示。16图2.1罐壁纵向焊接

26、接头形式（图要换，焊缝剖面线错误，两侧母材的剖面线方向是不同的）为减少焊接影响和变形，相邻两壁板的纵向焊接接头宜向同一方向逐圈 错开1/321板长，焊缝最小间距不小于1000 mm底圈壁板的纵向焊接接头与 罐底边缘板对接焊缝接头之间的距离不得小于300 mm以内径为基准的对接如图2.222图2.2以内径为基准的环向对接接头形式（图要换，焊缝剖面线错误）底层壁板与罐底边缘板之间的连接应采用两侧连续角焊。在地震设防烈 度不大于7度的地区建罐，底层壁板与边缘壁板之间的连接应采用如图的焊接形式，且角焊接头应圆滑过渡，而在地震小于7度的地区可取K2=K图2.3底层壁板与边缘板的焊接232罐壁的开孔补强罐

27、壁上的开孔可为圆形，椭圆形，当开设椭圆形时，孔的长径与短径 之比应不大于2.0，其长轴方向最好为环向。开孔补强计算采用等面积法， 当孔直径DlOOmnfl寸，可不考虑补强。罐壁开孔按管补强板外缘与罐壁纵向焊接接头的距离不得小于250mm，与环向焊接接头之间的距离不得小于100mm。2.5.3壁板宽度壁板宽度越小，材料就越省。但环向接头数就越多，增加安装工作量。 我国一般取壁板厚度不小于1600mm。243立式圆筒形储罐的罐底设计3.1罐底结构设计3.1.1罐底的结构形式和特点采用倒圆锥形罐底。这种罐底及其基础成倒 圆锥形。中间低四周高，罐底坡度一般取2%5%。随排除污泥杂质，水分 的要求高低而

28、定。在罐底中央焊有集液槽，沉降的污泥和存液集中与此， 由弯管自上或由下引出排放1。这种罐底形式的特点如下：1、 液体放净口处于罐底中央。不管日后罐底如何变形，放净口总是 处于罐底的最低点，这对排净沉降的杂质，水分，提高储存液体的质 量十分有利。2、因易于清洗，对于燃料油罐可以不再设置清扫孔。3、倒圆锥形罐底可以增加储罐容量，储罐直径越大，罐底坡度越陡， 可增加的容量越多。4、因较少形成凹凸变形和较少沉积，可以改善罐底腐蚀状况。5、罐底受力比较复杂， 储罐基础设计， 施工要求比正圆锥形罐底更 加严格。7罐底的排板形式与节点罐底的排板形式根据储罐大小，控制焊接变形等制造工艺决定。对于直径大于12.

29、5m的储罐，罐底外缘受罐作用力及边缘力较大，故底板的外周25比中部厚。易采用如下排板方法。如图3.1图3.1罐底排版图边缘板之间的焊接采用对接结构，边缘板与中幅板之间以及中幅板之间 的焊接采用搭接（到底是搭接还是对接）焊结构如图3.2，选择对接焊工艺。 焊缝下面应紧贴垫板，垫板厚度应不小于4mm宽度不小于50mm以改善焊接质量，加强焊缝，减少腐蚀。当边缘板厚度不大于6mm焊接可不开坡口，但焊缝间隙应大于6mm当边缘板厚度大于6mm应开V型坡口。2660。图3.2加垫板的V型破口图罐底排板选择带垫板的单面焊对接结构。与采用传统的搭接焊相比，对 接焊强度高，能保持罐底平整，节省罐底材料。但要求严格

30、，施工不如搭 接焊方便。罐底与罐壁底圈的内外交焊缝均采用连续焊，焊接高度等于罐底的边 缘板厚度。当边缘板厚度大于等于10 mm时，为改善受力情况避免应力集 中，采用如图（图几没标出来）所示的角焊方法。根据储罐的直径为D=22 m，中幅板厚度取10 mm因为底圈罐壁板厚 度为30 mm环形边缘板厚度取15 mm罐壁内表面至边缘板与中幅板之间 的连接焊缝的最小距离为700mm底圈罐壁外边面沿径向至边缘板外缘的距 离为80mm罐底的应力计算 中幅板的薄膜力27(3.1)罐壁与边缘板之间的约束弯矩(3.2) 式中t边缘板厚（mr）；i罐壁第一圈壁板特征系数,泊松比，0.3；F储罐半径，iim-1储罐第

31、一圈厚度，30mmt。一中幅板的平均厚度，10mmL。一底板上的液压高度，7.425m;P作用在罐底上的储液压力，P=gL；3一储液密度，800Kg/m；l边缘板受弯宽度，21.03m;22Mo -iML。71亍Mo11 C1 33(_L)3订3240 t1：12i-L(2：12L0-1)4.(1-M)1RtoL )340 t1匚i(1 - M)Rto28D边缘板弯曲刚度花；K弹性地基系数（一般取为400KN/m2）；(3.3)（3.4）式中Jx-边缘板受弯区域内任一点的弯矩，如图3.3所示的力的平衡关系（3罐壁边缘板特征系数，=4次1）。R2t2.P =5.83 104Pa D -192 1

32、0915310亠12(1 -0.32)= 5.9 104一晋-。.3 =3.16V112X0.015243(1 - 0.32)1120.032= 2.2411 /3034()5.83 10一240 15 M。2 2.2427.4252033咼2 2.24 30(1 0.3)/11 151-16= 2.77 10 N /m2.242 2.2430-匚11x1517 21.03(30)340(15)N=2 2.77106ZB20.3 7.425“75忖“2 2.2430 0.711汇1512P2(8.24 104562)= 1.64 105Pa14.032 1.38 10边缘板上表面的径向应力分布

33、为t2上表面的环向应力分布为CT =yt6Mx29故均为安全图3.3力的平衡关系图再分别求出。才及的弯矩Mx:5(pi53M0l2px23117 Mo 21 p Mo 2)x-5(2-p-12)x pl5(i4)l当x=0时Mx=M。= 2.77 1 06N/m当x=-时242-3汉5.83汉104X21.032166K1Mx2.77 10 - 3.32 10 N /m402当X = l时Mx=0所以当X=-时，Mx有最大值且Mx= 3.32 106N/m2所以二x9.75 1071566 3.32 10152= 5.71MPa : 2；s =450MPa769.75 10_6 0.3 3.3

34、2 1015152二6.48MPa : 2；s二450MPap4立式圆筒形储罐的罐顶设计拱顶结构及主要的几何尺寸拱顶罐是目前立式圆柱形储罐中使用最广泛的一种罐顶形式，拱形的 主体是球体，它本身是重要的结构，储罐没有衍架和立柱，结构简单，刚 性好，承压能力强。球面由中小盖板瓜皮板组成，瓜皮板一般做成偶数，对称安排，板与板之 间相互搭接，搭接宽度不小于5倍板厚，且不小于25mm实际搭接宽度多采 用40mm罐顶的外侧采用连接焊，内侧间断焊，中心盖板搭在瓜皮板上，搭 接宽度一般取50mm顶板的厚度为46mm用包边角钢连接的拱顶只有一 个曲率，所以又称球顶。这种结构形式在拱顶与罐壁的连接处，（即拱脚）边

35、缘应力较大，为防止油罐破坏装油高度不宜超过拱脚，即拱顶部分不能 装油，但球顶罐制作方便，因而得到较广泛的应用 。因此选择拱顶由中心顶板及扇形顶板组成，全部采用搭接形式拱顶顶板厚度为5mm拱顶的球面半径一般取 尺=0.81.2D储罐直径D = 22 m26小头展开半径R2= R,ta n =1153大头弦长L2=2RISin(-DJ40空)=29142nR1:。、D2、a、b、根据图4.1可知,sin0=2R(4.1)2Rnsin(4.2)2Rn因为储罐的容积V = 3000m3，所以经过查表得到中心顶板的直径D2二2000mm结果为：0=30=3 b = 30mm a = 25mm扇形顶板尺寸

36、扇形顶板块数n最好为偶数，为便于排版扇形顶板块数为偶数n=24尺寸如图4.2所示大头展开半径R,=Rtan0- a =126772728小头弦长L3=2R2si n( D2n 40 18) =3012nR2兀包边角钢1、 包边角钢与罐顶板之间采用连接较弱，仅需在外侧采用单面连续焊,以保证储罐的密封，焊脚高度不宜大于顶板厚度的3/4，且不大于4mm2、 根据SH3046规定储罐所应采用最小包边角钢见表4.1。表4.1包边角钢最小尺寸储罐内径D（m包边角钢最小尺寸（mr）20 89，故需要开孔补强，采取密集补强等：1、适用范围：（1）适用于承受内压的圆角的径向单个原形开孔的补强 设计。（2）两相邻

37、开孔边缘的间距不得小于2.5 （Di2=）二。30(4)应与壳体焊成整体，且采用全熔透焊缝，过滤部分打磨圆角。2、补强设计：(1)所需补强面积，由公式5.1的确定(5.1).A=0.75d、mm2A = 0.75 600 30二13500mm(2)对于圆筒有效补强范围，由公式5.2确定。Lc-0.472R岸DiLc=0.472 22000(-30)3= 206mm22000故补强面积为A = 13500mm2。通气孔通气孔主要用于储存不易挥发介质的固定顶储罐。在储罐的顶部靠近罐(3)在圆筒上，最大开孔尺寸应在込0.5。Di600= 1.04 0.42d22000 3031顶中心安装，起呼吸作用

38、。通气孔规格为DN 200，主要尺寸见表5.1，通 气孔结构如图5.1。32图5.1通气孔表5.1通气孔规格尺寸（mr）规格dDD1d1EHnDN200275275315205503244量液孔使用于安装有通气孔的贮罐，公称直径一般为DN150安装于固定罐壁附近的顶部，往往在透气孔附近。用来测定液量或取样用。量液孔的正下方应避开其它设备，其法兰要求水平。储罐进出液口进液口开在罐顶，据罐壁750 mm孔径取为300mm出液口开在罐壁第一圈的位置，距罐底200mm孔径取为300mm。33法兰和垫片法兰连接应满足的基本要求是：法兰可靠，选择合理，如在操作压力 和温度有浮动，介质有较强的腐蚀的情况下，

39、仍能紧密不漏，保证生产的 正常进行，有足够的抵抗所有作用力的强度和刚度，能保证装卸而不影响 密封性能。所有法兰及垫片的型号如表5.2所示。表5.2法兰与补强圈型号开孔类型开孔直径mm法兰型号PN =2.5MPa补强圈型号透光孔500DN500dN500人孔600DN600dN600通气孔200DN 200量液孔150DN150储罐进出液孔300DN300dN300盘梯盘梯具有占地小、用料省的特点。设计盘梯时，首先要考虑安全，以轻巧、美观、节省材料、便于安装施工、使用方便为原则。其净宽均不应小于600mm，从安全出发，盘梯踏步应采用栅格板或花纹钢板制作。一般按 每级梯子踏步能承受100kg活动集

40、中荷载。盘梯垂直高度H=8250m，设计每一台阶高度为h=200mm,台阶间距为34L=300mm。HN42h盘梯包角：N x L gC。QO180 =33兀D356备料工艺6.1原材料储备根据立式圆筒形储罐的结构，购进材质为Q235-A的热轧钢板和角钢以及焊接材料。入库前对母材及焊接材料进行化学成分和技术性能的检验， 检验合格的原材料入库，并对材料分类标记、合理存放和保管，防止混杂、 受潮、生锈、损伤2。数量如表6.1所示。表6.1原材料数量类型厚度mm规格mm数量254100X2100171100X22001274100X2100171100X22001钢板284100X210017110

41、0X22001294100X2100171100X22001304100X2100171100X2200152100X21001363000X10400024105000X41007154800X19008角钢125X80X8500014钢材的预处理钢材进入车间加工之前进行表面处理时金属结构制造中最重要的首道工序。一般钢材经过预处理比手工或风动钢丝刷清理钢材耐腐蚀寿命要长5倍多。它不仅能提高产品质量，延长产品寿命，减少环境污染，而且有利 于数控切割机的正常作业。621钢材的矫正钢材的矫正是钢材在轧制过程中，以及吊装、运输或在库内堆放、储 存中都可能产生变形。如整体、局部的弯曲，表面的凹凸不平，

42、扭曲。波 浪变形等。这些变形必须予以矫正，够则将会影响在焊接架构的制造过程 中各工序的正常进行，并降低产品质量，故首先要对钢材进行矫平和矫直2所有钢材进行机械矫正，采用的机器型号如下：1、钢板采用板材矫平机型号为CDW43S0X2500技术参数：最大矫平厚度40 mm最大校平宽度2500 mm37最小校平厚度10 m；板材屈服点360 MPa。2、角钢采用滚式角钢校平机型号为JX125G技术参数：校直角钢范围为40X40X3(mm；125X125X12(mm；角钢送进速度25mm/s。钢材的表面清理清除钢材和零件表面的锈、油污和氧化物等是焊接生产中常被忽视的一 道工序。这道工序被忽略或没有认真

43、进行，可使正常生产受阻。一般钢材 表面采用机械法清理。钢板采用钢材预处理装置型号为GYX-3M技术参数：钢板宽10003000 mm长240012000 mm放样、号料按照设计图样，在放样平台上用1：1的比例尺寸，划出结构的图形和 平面展开尺寸，并制作样板，再根据样板来划线。对接接头加上焊缝收缩 量，焊缝纵向收38缩量取0.2mm/m2。放样的目的：1、检查设计图样的正确性。2、确定零件毛坯的下料尺寸。3、制作样板。下料和边缘加工制造焊接结构的金属材料在划线与号料的基础上， 进行机械切割、 热切 割下料。切割的边缘，特别是装配焊接的边缘，通常要进行边缘加工2。1、钢板采用OMNIMA系列数控切

44、割机下料技术数据：轨距6000 mm；切割宽度5100 mm；整机宽度7100 mm；驱动速度224 m/min。2、角钢采用联合冲剪机下料型号为QD30Y20技术数据：剪板厚度20 mm；可剪型材最大尺寸角钢150X13 mm3、坡口的加工采用坡口加工机进行型号为HP-26技术数据：被加工钢板的抗拉强度390750 MPa；坡口最大宽度3520 mm；工件最大厚度70 mm；39坡口角度调整范围2050最小钝边高1.5 mm；加工坡口速度0.83.4 m/min。弯曲和成型在焊接结构制造中， 弯曲及成型加工占有相当大的比重。 制造某些焊接 结构时，金属材料的80% 90%需进行弯曲和成形加工

45、。大部分的金属材料 的弯曲和成形加工是在冷态常温下进行的2。1、 钢板弯曲采用全液压微机控制水平下调式三辊卷板机进行弯曲。型号为CDW11XPS0X4000技术参数：最大卷板宽度为4000 mm；最大卷板厚度为80 mm；最小卷筒直径为1300 mm； 预弯板厚为70 mm。2、 角钢的弯曲采用型材卷弯机（弧线下调式） 。型号为CDW24NC-140技术参数：角钢内弯、最大界面140X140X16 mm最小弯曲直径2240 mm；最小界面45X45X5mm；最小弯曲直径1000 mm；7装备工艺40整体装配与焊接装配方法概述1、正装法，此种方法的特点是指把钢板从罐底部一直到顶部逐块安装 起来，

46、它在浮顶罐的施工安装中用得较多，即所谓充水正装法，它的安装 顺序是在罐低及二层圈板安装后，开始在罐内安装浮顶，临时的支撑腿， 为了加强排水，罐顶中心要比周边浮筒低，浮顶安装完以后，装上水除去 支撑腿，浮顶即作为安装操作平台，每安装一层后，将上升到上一层工作 面，继续进行安装。这种装焊方法需要采用多种设备和装配夹具，大多数 装配焊接都要搭脚手架，此外，装配工作在吊架吊台上工作，不仅操作不 方便，不宜保证焊接质量，还花费时间，而且高空焊接薄钢焊接容易变形，工序烦琐，各工种相互制约，施工速度慢，也不安全，所以在大型储罐中 很少采用正装法。2、倒装法先从罐顶开始从上往下安装，将罐顶和上层罐圈在地面上安

47、 装，焊好以后将第二圈板围在第一罐圈的外围，以第一罐圈为胎具，对中 点焊成圆圈后，将第一罐圈及罐顶盖部分整体吊至第一、二罐圈相搭接的 位置，停于点焊，然后在焊死环焊缝。用同样的方法把下面的部分依次点 焊环焊，直到罐底板的角接焊死即成。这种方法不用搭脚手架， 并且操作 人员是在地面上工作，安全增加，有利于提高工程质量，但相比于卷装法来说，由于倒装法也是在工地作用，因此劳动强度还是比较大，而卷装法 生产效率和产品质量上都比前两中大有提高。3、卷装法将罐体先预制成整幅钢板，然后用胎具将其卷筒，在运至储 罐基础上，41将其卷筒竖起来，展成罐体装上顶盖封闭安装而建成。这种方 法对于大型储罐，不能达到一次

48、整块卷筒。倒装法装配和焊接储罐整体装备采用导链式倒装法进行装备，在现场装配、焊接。先从 罐顶开始从上往下安装，将罐顶和上层罐圈在地面上安装，焊好以后将第 二圈板围在第一罐圈的外围，以第一罐圈为胎具，对中点焊成圆圈后，将 第一罐圈及罐顶盖部分整体吊至第一、二罐圈相搭接的位置，停于点焊， 然后在焊死环焊缝。用同样的方法把下面的部分依次点焊环焊，直到罐底 板的角接焊死即成。倒装法施工大部分集中在地面工作，不受高度影响，不仅安全、工效 高，而且节省了大型吊装设备，手脚架等费用。同时，倒装法施工场地占 用小，作业空间大，便于施工工作全方位的开展。导链式倒装法就是利用千斤顶、卡具等辅助工具将胀圈固定在最上

49、一 圈壁板的内壁，并焊接盘板来保证胀圈向罐体的传力，然后用导链装置提 升胀圈，同时也带动了整体罐体徐徐上升。当升到预定位置时，即可进行 上下圈罐班之间的组对。当全部组对、焊接完毕后，再利用导链装置将胀 圈放下，重新设置于第二圈壁板下口，然后再提升罐体、组对、焊接，直至将罐体壁板全部组装焊接完毕 4。部件装配与焊接42罐底的组装根据已经画好的十字中心线和罐底边缘板外圆周线铺设边缘板及中幅 板，其中中幅板的铺设应先铺设中心长条基准中幅板，然后再由中心向两 侧逐块逐条铺设，边缘板的焊接只施焊靠外缘300 mm部位的焊缝，边缘板与中幅板的搭接先不焊。顶圈壁板的组装在罐底上划出壁板内圆组对线，并在其内部

50、每隔500 mn点焊一块挡板, 规格为100 mM 100 mM10 mm作为壁板下口的标准，壁板上口则将胀圈 安装上，用以保证保证罐体组对是整体的圆度。组对焊接时应严格控制其 直径和垂直度。顶板的组装按照排板图及编号顺序进行顶板的组装，在圆周方向分0、90、180、360四边对称铺设顶板，调整搭接宽度和搭接贴合度。做到吊装 一块、点焊一块，点焊长度为50 mm并且安装好灌顶的附件。顶板的组装按照排板及编号顺序进行顶圈壁板的组对安装，壁板上留两道活口不 焊，在每个活口上各设置1组活口调节装置，用于提升、组对过程中逐步 收紧壁板。罐体提升到位后分别从两活口之间的中心位置向活口调节装置， 按设计要

51、求进行纵焊缝、环焊缝的次序进行焊接。依据上述有关程序循环 进行、逐圈组装，直至将各圈罐壁提升、43组焊全部完成。罐壁与罐底的连接上述完成后组焊罐壁与罐底间的角焊缝，然后焊接边缘板径向剩余焊 缝，焊接边缘板与中幅板的搭接焊缝。最后安装罐体附件4。7.3罐壁板组对用卡具专用卡具的结构与工作原理本卡具由间隙板、内楔板、外楔板组成。间隙板插入上、下圈壁板之 间，间隙板的厚度取环向焊缝的间隙值，中间开长方孔，组对时在放入上、 下圃壁板的间隙板长方孔中，分别在壁板的内外两侧插入两块楔形板，楔 形板的直边背靠壁板，再用手锤往下敲击楔板，直至上、下壁板对齐不错 边为止。如图7.1所示。44图7.1壁板组队装用

52、卡具1、卡具的数量：根据经验，在圆周长度上每隔2m左右放置一套卡具， 个别部位或上下错位较大的地方可适当增加。2、卡具的尺寸：间隙板的厚度CJ取环焊缝的间隙值，一般情况下板厚 度为6 15mm时.取：=2mm；板厚度为15 38mm时，取：=3mm。长度为120 40mm，长方孔为90 6.5mm。3、卡具的材质：根据罐体材质而定，选用Q235-A钢板5。操作顺序1、将外楔板插人间隙板后并点焊（临时固定，保持外楔板与间隙板的 相对位置），放于下圃板上。452、吊装上圃板。3、插上内楔板。4、手锤敲击内楔板。5、点焊环缝。6、撤除卡具，焊接环缝5468焊接工艺8.1材料焊接性分析Q235A的含碳

53、量为0.14 0.22%，因为w(c)乞0.03%，所以为低碳钢。Q235A韧性和塑性较好，有一定的伸长率，具有良好的焊接性能和热加工性。Q235A一般在热轧状态下使用，用其轧制的型钢、钢筋、钢板、钢管可用于制造 各种焊接结构件、桥梁及一般不重要的机器零件，如螺栓、拉杆、铆钉、 套环和连杆等。由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊 接而产生严重硬化组织或淬火组织。低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良 好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处 理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施。焊接方法1、低碳钢含碳量比较低，强度不高、塑性好，可采用各种形式

54、的焊接 方法。埋弧焊生产效率高，能够实现焊接过程的自动化，减轻劳动强度和 提高工作环境，所获得的焊缝光滑、美观，并且具有良好的综合力学性能， 是应用广泛的一种焊接方法，因此选择埋弧焊。2、由于埋弧焊焊接受工件形状的限制，因而选择手工电弧焊进行不规 则曲线的补充焊接。47焊接材料1、低碳钢埋弧焊一般选用实心焊丝H08A或H08E它们与高锰硅低氟熔 炼焊剂HJ430 HJ431、HJ433或HJ434配合，应用甚广，焊接时，焊剂中的MnO和Si02在高温下与铁反应，Mr和Si得以还原，过度入焊接熔池。熔池冷却时，Mr和Si既成为脱氧剂，使焊缝脱氧，同时有可有足够数量余量留下来，成 为合金剂，保证焊

55、缝力学性能。埋弧焊的焊接材料包括焊丝与焊剂。查表选用的焊丝牌号为H08A焊剂的牌号为HJ431。焊前对焊丝表面进行清理，对焊剂进行烘干，焊剂采用250C的烘干，烘干时间为2 h。2、焊接低碳钢时，大多数使用E43X）系列的焊条，因为低碳钢结构通常使用Q235牌号钢材制造，这类钢材的抗拉强度平均值为417.4MPa，而E43X廉列的焊条熔敷金属的抗拉强度不小于420MPa，在力学性能上正好 与之匹配。手工电弧焊的焊接材料为焊条，查表选用的焊条型号为E4315o焊前必须进行工件坡口的清理。E 43 1548图8.3焊剂牌号含义焊接设备1、埋弧焊选择焊机型号为MZ2-150C横臂式埋弧焊自动焊机，配

56、用焊接 电源型号为BX2-2000,电源电压为380 V，焊接电流为1500 A，焊丝直径为3.06.0 mm送丝速度调节范围28.5225 m/h,焊接速度调节范围13.5112 m/h，送丝方式为等速送丝。配合的焊接操作机为立柱式焊接操作机。2、 手工电弧焊焊机为中国唐山松下手弧焊焊机，型号为YK-505FL4HGK技术图8.1焊条型号含义08适合于全位置焊接 碳的质量分数约为。08%实心焊丝图8.2焊丝牌号含义HJ 43149参数类型为动铁心式弧焊变压器，电网电压为380 V，输入容量为23.5/40.0 kW空载电压为77 V,额定焊接电流为500 A,工作电压为40 V,负载持续率为

57、60 %电流调节范围为100500 A,使用焊条直径为3.28.0mm6。检测因为为全焊透， 所以采用100%超声波进行探伤， 超声波探伤是利用频 率高于20kHz的超声波在工件及其内部缺陷中传播的不同声学特性，来判 定缺陷是否存在及确定缺陷位置、 尺寸的一种无损检测方法。 工业探伤常 用A型脉冲反射式超声波探伤仪。采用数字式A型脉冲反射式超声波探伤仪。 型号为QKS-958技术参数为增益范围为086 db,频带宽度为0.510 MHz水平线性为 2%,垂直线性 55。对整个罐体进行耐压气密性检测， 产品合格后进行涂漆1。50结论在大学学习阶段毕业设计是一次非常难得的理论与实际相结合的机 会，

58、在整个毕业设计过程中，我将单纯的理论学习与实际的设计问题相结 合，提高了我对专业基础知识的综合运用。同时也提高了查阅文献资料、 设计手册、设计规范以及电脑制图等能力。并且在整个设计的过程中，我 对自己所学的专业有了更深的认识和理解，这对我以后的工作受益匪浅。在设计的过程中，整体性是不了分割的，要兼顾经济适用、安装方便、 抵抗自然灾害等因素。在结构设计中，首先解决了储罐的经济适用的问题， 在容积一定情况下要做到最经济节约。注意储罐所受的自然环境对储罐的 影响，再设计的过程中加以强化，达到防风、防雪、抗震等的作用。在储 罐的安装问题上，采用了较为简便并且节省劳动力的倒装法。在焊接工艺 中，埋弧焊自

59、动焊大大提高了工程的整体速度，手工电弧焊完善了埋弧焊 受工件形状限制的问题，在整体的焊接中起到了互补的作用。 虽然整体的设计达到了便利、节能的特点，但是在某些细节上还是存在不 足。例如在盘梯的设计及安装问题中，我并没有找到最适合的解决方案， 这还需要在日后的工作中进一步研究积累经验，使问题得到改善。这些不 足对于以后的工作也是一种动力，可以更推进我对本专业工作的认知和理 解。由于设计储罐实体过大的限制，我并没有亲自经历储罐现场施工的工 作，也希望以后能够更近距离的接触储罐的工作，是自己的理论设计与实 践真正的结合大学的学习阶段也将结束，但是对于本专业的学习才是第一个脚步的开始，这次的毕业设计对我有很大的帮助，我也会继续努力完成 自己的学习，为以后的设计工作而努力51在论文完成之际，我首先要特别感谢我的导师和老师，本课题从选题 及设计过程中得到的亲切关怀和悉心指导。由于我个人理论水平还有待提 高，难免有许多考虑不周全的地方，但因为有了老师的督促指导使得我的 论文得以顺利的接近尾声。并且在老师的帮助和指导下，加快了我课题的 研究进度，使得你整个课题研究顺利快速的完成了。孟老师渊博的专业知 识、严谨的治学态度、精益求精的工作作风、诲人不倦的高尚师德对我影 响深远，也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作，