液氩储罐结构设计-筒体容器的焊接工艺设计-卧式储罐(14-m3)

沈阳理工大学任务说明书PAGE5PAGE5目录绪论 2第一章设计参数的选择 31.1设计题目 31.2设计数据 31.3设计压力 31.4设计温度 31.5主要元件材料的选择 3第二章设备的结构设计 42.1圆筒厚度的设计 42.2封头厚度的设计 42.3筒体和封头的结构设计 42.4鞍座选型和结构设计 52.5接管、法兰的选择 6第三章容器保冷层设计 83.1材料的选择 83.2厚度计算 8第四章容器强度的校核 94.1水压试验应力校核： 94.2筒体轴向弯矩计算 94.3筒体轴向应力计算及校核 104.4筒体和封头中的切向剪应力计算与校核 114.5筒体的周向应力计算与校核 114.6鞍座应力计算与校核 11第四章开孔补强设计 145.1补强设计方法判别 145.2有效补强范围 145.3有效补强面积 145.4补强面积 15第五章液氩储罐的焊接 16参考文献 17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。筒体是圆筒形压力容器的主要承压元件，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设计题目筒体容器的焊接工艺设计卧式储罐(14m3)1.2设计数据如下表1：表1：设计数据序号项目数值单位备注1名称筒体容器的焊接工艺设计卧式储罐(14m3)2用途大量贮存液氩3最大工作压力0.8MPa4工作温度室温℃5公称直径1600mm6容积147单位容积充装量0.42t/8装量系数0.99工作介质腐蚀介质10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。1.4设计温度设计温度为室温。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，选用筒体材料为低合金钢16MnR（钢材标准为GB6654-1996）。第二章设备的结构设计2.1圆筒厚度的设计计算压力：液柱静压力可以忽略，即.该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为.。圆筒的厚度在6~16mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：温度在25℃，许用应力.利用中径公式，计算厚度：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0.5mm。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1。本例取=1。则筒体的设计厚度。圆整后，取名义厚度。筒体的有效厚度。2.2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：同上，取。圆整后，取封头的名义厚度，有效厚度,封头型记做EHA1600×6-16MnRJB/T4746-2002。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.1EHA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、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，而充装系数为0.9，则：，即，计算得L=7146mm，取L=7000mm，实际充装量。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，材料选用16MnR。由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为BI,包角为120，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007表6得鞍座结构尺寸如下表3：表3：鞍式支座结构尺寸公称直径DN1600底板1120腹板8允许载荷Q/kN250200螺栓配置间距960鞍座高度h25012螺孔D24筋板255垫板弧长1870螺纹M20170390孔长l402408鞍座质量1168e70100mm增加质量122.鞍座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/T20592-2009《钢制管法兰》中表8.23-1PN10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/T20592-2009《钢制管法兰》中附录D中表D-3,得各法兰的质量。查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。表4：接管和法兰尺寸序号名称公称直径DN钢管外径法兰焊端外径钢管厚度s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出液口8089B4200160188M16201053.2106504b进液口8089B4200160188M16201053.2106504c1-2液位计口3238B3.5140100184M1218402.364402d温度计口2025B310575144M1218402.364401e压力表口2025B310575144M1218402.364401f安全阀口100108B4220180188M16201313.6128524.5g排空口5057B3.5165125184M1618742.985452.5注：以上除人孔以外各孔均为外接管，垫圈和螺栓不做选择。2.人孔的选择根据HG/T21518-2005《回转盖带颈对焊法兰人孔》，查表3-1，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见下表：表7人孔尺寸表单位：mm密封面型式突面RFD7304630公称压力PN/MPa2.566048螺柱数量20公称直径DN500280A405螺母数量40128B200螺柱尺寸d506b44L300总质量kg3023.法兰标记法兰标准标记包括法兰名称及代号、密封面形式代号、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-T80-1.60HG20575-97。第四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。5.1补强设计方法判别按HG/T21518-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径。，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5.2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：，，5.3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，5.4补强面积，因为，所以开孔需另行补强。所需另行补强面积：。补强圈设计：根据DN500取补强圈外径D=840mm。因为B>D，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。第五章液氩储罐的焊接筒体的焊接和封头与筒体的焊接采用Y型坡口，筒体与钢管的连接为角接接头，人孔补强圈选用C型20°坡口。鞍座腹板与筋板的连接为联系焊缝，T型接头不开坡口双面角焊缝。其他位置焊缝做K型坡口。坡口详细参数见附图。参考文献方洪渊.焊接结构学[M].北京：机械工业出版社，2008.方书起.化工设备课程设计指导书[M].北京：化学工业出版社，2003.唐尔钧,詹长福.化工设备机械设计基础[M].北京：机械工业出版社,1994.丁伯民,黄正林.化工容