筒体设计说明书

1、目录绪论3第一章 设计参数的选择51.1设计题目51.2设计数据51.3设计压力51.4设计温度51.5主要元件材料的选择5第二章 设备的结构设计62.1圆筒厚度的设计62.2封头厚度的设计62.3筒体和封头的结构设计62.4鞍座选型和结构设计72.5接管、法兰的选择9第三章 开孔补强设计113.1补强设计方法判别113.2有效补强范围113.3有效补强面积113.4补强面积12第四章 液氩储罐的焊接134.1破口加工134.2焊接顺序134.3筒体纵焊缝134.4筒体环焊缝134.5接管与筒体焊接144.6人口及补偿圈焊接144.7接管与法兰处焊接（排空口、液位计、温度计、压力表）154.8

2、接管与法兰焊接处（安全阀、进料口、出料口、排污口）15采用焊条电弧焊，焊条型号为E347-16154.9鞍座底板与肋板和腹板的焊接154.9焊缝破口尺寸16第五章 备料加工工艺195.1原材料的储备195.2板材的预处理195.4装配的焊接次序205.5 焊后热处理21第六章 焊缝的无损检验与耐压气密性检验21参考文献22绪论随着我国化学工业的蓬勃发展，各地建立了大量的液化气储配站。对于储存量小于500或单罐容积小于150时。一般选用卧式圆筒形储罐。液化气储罐是储存易燃易爆介质直接关系到人民生命财产安全的重要设备。因此属于设计、制造要求高、检验要求严的三类压力容器。本次设计的为100液化石油气

3、储罐设计即为此种情况。工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备，称压力容器。设计温度为-20以下的压力容器被称为低温压力容器，对于低温压力容器首先要选用合适的材料，材料在使用温度下应具有良好的韧性。经细化晶粒处理的低合金钢可用到-45，2.5镍钢可用到-60，3.5镍钢可用到-104,9镍钢可用到-196。低于-196时可选用奥氏体不锈钢等。因此鉴于本次课题低温液氩储罐为单层绝热储罐。内胆材质采用奥氏体不锈钢（0Cr18Ni10Ti），外层保冷材料为泡沫玻璃。同时采用了双组分快速固化液体涂料。由筒体、封头、法兰和密封元件、开孔和接管、支座、绝热保冷层六大部组成。筒体是圆筒形压力容器的主

4、要承压元件，它构成了完成化学反应或储存物所需的最大空间。筒体一般是由钢板卷制或压制成型后组装焊接而成。当筒体直径较小是，可采用无缝钢管制作。对于即轴向尺寸较大的筒体，采用环焊缝将几个筒节拼焊制成。根据筒体的承载要求和钢板厚度，其纵焊缝和环向焊缝可采用开坡口或不坡口的对接接头。对于承受高压的厚壁容器筒体，除了采用单层厚钢板制作外，也可以采用层板包扎、热套、绕带或绕板等工艺制作多层筒体结构。封头即是容器的端盖。根据形状的不同，分为球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和平板封头等结构形式。为了避免在低温压力容器上产生过高的局部应力，在设计容器时应避免有过高的应力集中和附加应力；在制造容器时严格检验，以防止

5、容器中存在危险的缺陷。对于因焊接而引起的过大残余应力，在焊后应进行消除焊接残余应力处理。为保证压力容器的安全使用，在制造严格按照有关标准、规范，对压力容器的原材料和加工制造过程进行严格的质量检验，因此，对投入运行的压力容器也需要进行定期检验。压力容器的检验内容主要有：对材料的化学成分和力学性能的常规理化检验；对焊接接头的各种性能检验；对压力容器各部分存在的各类缺陷的无损检测；用高于操作压力的液体对容器进行耐压试验等。质量检验在压力容器制造过程中占重要的地位。在有些反应堆压力容器的生产周期中，有一半的时间都是用于质量检验。第一章 设计参数的选择1.1设计题目液氩储罐结构设计(12 m3)1.2设

6、计数据如下表1： 表1：设计数据序号项目数值单位备注1名称液氩储罐（6m）2最大工作压力1.2MPa3工作温度204公称直径1600mm5容积66单位容积充装量0.42t/7装量系数0.98其他要求100%无损检测1.3设计压力设计压力取最大工作压力的1.1倍，即Pc=1.11.2=1.321.4设计温度设计温度为室温，即20。1.5主要元件材料的选择1.筒体材料的选择：根据GB150-1998表4-1，选用筒体材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti（钢材标准为GB13296）。2.鞍座材料的选择：根据JB/T4731,鞍座选用材料为1Cr18Ni9Ti，其许用应力。3.地脚螺栓的材料选择：由于工作

7、温度为超低温，地脚螺栓选用1Cr18Ni8Ti，其许用应力。第二章 设备的结构设计2.1圆筒厚度的设计计算压力：该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为。圆筒的厚度在616mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：温度在20下，许用应力利用中径公式，计算厚度：=PDi（2t-Pc）=7.74mm查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表7-1知，钢板厚度负偏差0.8mm。查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表7-5知,不锈钢在无特殊腐蚀情况下，腐蚀裕量取0。本例取=0。则筒体的设计厚度n=+C1+C2=7.74+0.8+0=8.54圆整后，取名义厚度n

8、=9。筒体的有效厚度E=n- C1-C2=82.2封头厚度的设计查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表1，得公称直径。选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA，则 ，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1计算：=PDi（2t-Pc）=7.74mm同上，取，。圆整后，取名义厚度n=9。封头型记做EHA160012-1Cr18Ni9Ti JB/T 4746-2002。2.3筒体和封头的结构设计1.封头的结构尺寸（封头结构如下图1）由，得。查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.1 EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表2：表2 ：EHA椭圆形封头内表面积、

9、容积公称直径DN /mm总深度H /mm内表面积A/容积/16004252.90070.58642.筒体的长度计算由封头长短轴之比为2，即，得查标准4中表B.1 EHA和B.2 EHA表椭圆形封头内表面积、容积，质量，见表3-1和图3-1。取装料系数为0.9，则即算得L0=2.74圆整后取为L0=2.8筒体分为两段，每段长度为1.4米，筒体为两瓣组焊而成。2.4鞍座选型和结构设计1.鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用Q235-B。估算鞍座的负荷：储罐总质量 （3-3）筒体质量： m1=DL0=3.141.62.80.0097.9103=1000kg单个封头的质量，充液

10、质量：，水压试验充满水，故取介质密度为， V=6.67则m3=6670kg附件质量：人孔质量为，其他接管总和为200kg，即综上所述，m=m1+2m2+m3+m4=1000+2133.4+6670+353=8289.8则每个鞍座承受的质量为4144.9kg，重量为41.5KN查JB4712.1-20079表1，优先选择轻型支座。查9中表2，得出鞍座尺寸如表3-6：表3-6 鞍座尺寸表公称直径DN1600腹板8垫板390允许载荷QkN275筋板2258鞍座高度h250170e70底板1120240螺栓间距9602008鞍座质量Kg11612垫板弧长1870增加100mm增加的高度Kg122.鞍座

11、位置的确定因为当外伸长度A=0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，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，鞍座中心与封头切线的距离A满足（L为两封头切线间的距离），最后使（为圆筒的平均半径）。鞍座的安装位置如图3所示：故，取。2.5接管、法兰的选择液氩储罐应设置出液口，进液口，人孔，液位计口，温度计口，压力表口，安全阀口，排空口。1.小直径接管和法兰查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

12、，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，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。 整体钢制法兰尺寸表 mm公称尺寸法兰外径螺栓孔中心螺栓孔直径法兰厚度法兰径DNDKLCNRS0S1安全阀进料口出了口排污口4015011018187067.514排空口液位计温度计压力表201057514184046.512人口法兰设计 mmDN400B150H1230dws42610L200H2107D580b32d24D1525b127A320b232 3.法兰标记法兰标准标记包括法兰名称及代号、密封面形

13、式代号、公称直径、公称压力、法兰厚度、法兰总高度、标准编号。当法兰厚度、法兰高度采用标准值时在标记中可省略。例如，公称压力1.6MPa、公称直径80mm的带颈对焊法兰，法兰材料0Cr18Ni10Ti，其标记为：法兰C-T 80-1.60 HG 20575-97。第三章 开孔补强设计根据GB150中8.3，当设计压力小于或等于2.5MPa时，在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径不大于89mm时，接管厚度满足要求，不另行补强，故该储罐中只有DN=500mm的人孔需要补强。3.1补强设计方法判别按HG/T 21518-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径

14、。，故可以采用等面积法进行开孔补强计算。接管材料选用与筒体材料相同的0Cr18Ni10Ti不锈钢，其许用应力。根据GB150-1998中式8-1，。壳体开孔处的计算厚度，接管的有效厚度，强度削弱系数。所以开孔所需补强面积3.2有效补强范围1.有效宽度B的确定按GB150中式8-7，得，。2.有效高度的确定(1）外侧有效高度的确定根据GB150中式8-8，得：，。(2）内侧有效高度的确定根据GB150-1998中式8-9，得：，3.3有效补强面积1.筒体多余面积2.接管的多余面积接管计算厚度：3.焊缝金属截面积焊角取10.0mm，3.4补强面积，因为，所以开孔需另行补强。所需另行补强面积：。补强

15、圈设计：根据DN500取补强圈外径D=840mm。因为BD，所以在有效补强范围。选择C型坡口，补强圈内径，取。补强圈厚度：，圆整取名义厚度。第四章 液氩储罐的焊接4.1破口加工焊接接头坡口形状和几何尺寸的设计，应遵循以下原则：（1）保证焊接质量 （2）坡口加工简易 （3）便于焊接加工 （4）节省焊接材料4.2焊接顺序焊接顺序：单个筒节的焊接筒节间的对接筒体与封头的对接接管、支座等相关构件的焊接。4.3筒体纵焊缝筒体的厚度为=9mm筒体的纵焊缝的焊接采用I形坡口的接头设计。留有一定间隙且背面采用某种形式的衬垫。采用埋弧焊，焊丝型号为H0Cr21Ni10 焊剂对应牌号HJ260焊剂铜垫单面焊双面成

16、形的埋弧焊工艺参数钢板厚度/mm装配间隙/mm焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/m.h-19344720780363827.54.4筒体环焊缝压力容器筒体环焊缝坡口形式，取决于其壁厚及所选用的焊接工艺方法。对于薄壁容器，壳体环焊缝多采用V形坡口；对于厚壁壳体环焊缝，为减少焊缝横截面，通常采用U形破裤。对于此次设计的容器，属于薄壁形，其环焊缝包括筒节对接焊缝和筒体与封头的对接焊缝，都采用相同的坡口形式。即采用V形坡口。采用焊条电弧焊，焊条型号为E347-16板厚/mm焊脚L/mm焊接位置焊接层数坡口尺寸焊接电流/A焊接速度/mm.min-1焊条直径/mm备注间隙c/mm钝边f/mm

17、92立焊202038010040803.24.5接管与筒体焊接采用焊条电弧焊，焊条型号为E347-16板厚/mm焊脚L/mm焊接位置焊接层数坡口尺寸焊接电流/A焊接速度/mm.min-1焊条直径/mm备注间隙c/mm钝边f/mm92立焊202038010040803.24.6人口及补偿圈焊接采用焊条电弧焊，焊条型号为E347-16板厚/mm焊脚L/mm焊接位置焊接层数坡口尺寸焊接电流/A焊接速度/mm.min-1焊条直径/mm备注间隙c/mm钝边f/mm92立焊202038010040803.24.7接管与法兰处焊接（排空口、液位计、温度计、压力表）采用焊条电弧焊，焊条型号为E347-16焊缝

18、空间位置焊件厚度（mm）第一层焊缝第二层焊缝封底焊缝焊条直径（mm）焊接电流（mm）焊条直径（mm）焊接电流（mm）焊条直径（mm）焊接电流（mm）横对接焊缝6.53.2901203.2901203.2901204.8接管与法兰焊接处（安全阀、进料口、出料口、排污口）采用焊条电弧焊，焊条型号为E347-16焊缝空间位置焊件厚度（mm）第一层焊缝第二层焊缝封底焊缝焊条直径（mm）焊接电流（mm）焊条直径（mm）焊接电流（mm）焊条直径（mm）焊接电流（mm）横对接焊缝7.53.290120414016041201604.9鞍座底板与肋板和腹板的焊接采用焊条电弧焊，焊条型号为E347-16板厚（m

19、m）焊脚L(mm)焊接位置焊接层数间隙c（mm）钝边f（mm）焊接电流（A）焊接速度（mm.min-1）焊条直径（mm）82立焊211801104080324.9焊缝破口尺寸第五章 备料加工工艺5.1原材料的储备根据压力容器的结构，购进材质为00Cr11Ti的不锈钢钢板和焊接材料。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。钢板厚度：15mm 数量：2 钢板尺寸:43961800 439615005.2板材的预处理5.2.1板材的矫正：钢材的矫正主要有以下方法：机械矫正：利用各种矫正的机械设备对钢材进行

20、矫正的方法，使钢材的纤维发生变形，达到矫正的目的。火焰矫正：利用气焊和气割的焊，割炬或专用的火焰矫正加热枪，加热被矫正钢材或工件的变形部位。手工矫正：用锤击钢材的变形有关区域，使短纤维部分伸长，从而进行矫正。对于板厚为15mm的钢板，由于厚度较大，采用火焰矫正，火焰矫正方法简单，灵活，快速，效率高，效果好，适用于单件及小批量结构件的二次矫正。1中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第2版 第3卷.机械工业出版社.2001.P8795.2.2钢材的表面清理：清理方法主要有两类： 机械法：包括喷砂和喷丸，手工风砂轮或钢丝刷，砂布打磨，刮光或抛光等。 化学法：即用溶液进行清理，此法效率高，质量均匀

21、而且稳定，但成本高，对环境也造成污染。常用酸洗方法是将钢板质量分数为2%4%的硫酸槽内一定时间后，取出后置于质量分数为1%2%温石灰液槽内，经石灰液中和钢板上的酸，取出干燥，板上留有一层薄石灰粉，以防止金属再氧化，在切割前和焊前可将其擦去。 0Cr11Ti是不锈钢，比较适合化学法进行表面清理。5.2.3放样，划线与号料在制造金属结构之前，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，在根据样板来划线。5.3下料，边缘加工以及夹具的选择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，特别是装配焊接边缘，通常要进行边缘加工

22、（破口加工）。5.3.1切割机选择：机械切割包括使用剪床，圆盘剪床，冲床，联合冲剪机和锯床等。热切割包括气割，等离子弧切割，电弧切割和激光切割等。对于0Cr11Ti不锈钢的切割，一般采用等离子弧切割下料，切口较窄，比较光洁，变形和热影响区也较小。选择OMNIMAT系列切割机下料，轨距2500mm，切割宽度1900mm，整机宽度3000mm.1中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第2版 第3卷.机械工业出版社.2001.P921 表21-135.3.2卷板机选择选择对称式三辊卷板机CDW11（对称上调式）162000A型，最大卷板宽度2000mm，最小卷板厚度16，电动机功率15kw,外形尺

23、寸长宽高4.51.561.85.3.3坡口加工机选择：坡口加工常用的方法有机械切削和热切割两类，机械切削加工坡口，常采用刨边机，坡口加工机和铣床，刨床，车床等各种通用机床。在此选用型号为HP-10,技术数据为被加工钢板的抗拉强度390750MPa、坡口最大宽度127mm、工件最大厚度30mm、坡口角度调整范围3045、最小钝边高1mm、加工坡口速度2.63.4m/min。1中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第2版 第3卷.机械工业出版社.2001.P942 表21-455.3.4焊接工装夹具的选择：焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧，用于装配和焊接的工艺装备。选择手动加紧机构中的手动螺旋

24、撑圆器，其主要作用是用于筒形工件的对接，矫正其不圆柱度，防止变形消除局部变形。1中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第2版 第3卷.机械工业出版社.2001. P948 表21-485.3.5弯曲成形选择对称式三辊卷板机CDW11（对称上调式）162000A型，最大卷板宽度2000mm，最小卷板厚度16，电动机功率15kw,外形尺寸长宽高4.51.561.8 1中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第2版 第3卷.机械工业出版社.2001. P934 表21-325.4装配的焊接次序 选择随装随焊，立式储气罐的装配是先将板材加工成5024X3000的圆筒，用定位焊给予定位。再将封头与筒体

25、进行定位焊。筒体的纵向焊缝用手工电弧焊进行焊接，封头和筒体的焊缝用埋弧焊进行焊接。筒体的装配焊接：清理焊口，在焊剂垫上埋弧自动焊接底板内环缝，尔后焊外环缝；在纵向焊剂垫上埋弧自动焊接罐筒内纵缝，尔后焊外纵缝；装配焊接大小筋板，气切罐筒上各孔（如排油孔，空气包处人孔等），并进行质量检验，装配端板，手工焊接端板内环缝，外部清根；埋弧自动焊接两条外环缝。焊成罐体 将装配焊接好且检验合格的罐筒装配焊接罐体托、排油阀和空气包，以及内外梯、走抬架，经水压试验，合格的罐体。5.5 焊后热处理 焊后应该对工件进行热处理，以减小在焊接过程中产生的局部应力，很应变，从而达到焊件抗压以及各方面力学性能的提高。消除热应变的有效措施是焊后退火处理，经600左右消除应力，退火后，材料的韧性基本能恢复到原来水平。最后对焊道修光，按照标准进行验收。第六章 焊缝的无损检验与耐压气密性检验 容器在制造和运行过程中需要对壳板及焊缝进行严格的无损检测，这是确保容器质量，防止事故发生的重要手段之一