崔东阳筒体设计说明书.doc

1、沈阳理工大学任务说明书0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

2、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 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 E347-16.154.9 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 .19沈阳理工大学任务说明书15.2 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沈阳理工大学任务说明书2绪

3、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3m3m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。3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

4、-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，

5、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

6、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。沈阳理工大学任务说明书3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 1.2 MPa3 工作温度 20 4 公称直径 1600 mm5 容积 6 3m6 单位容积充装量 0.42 t/7 装量系数 0.98 其他要求 100%无损检测1.3

7、 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） 。MPat1372.鞍座材料的选择：根据 JB/T4731,鞍座选用材料为 1Cr18Ni9Ti，其许用应力 。MPat137沈阳理工大学任务说明书43.地脚螺栓的材料选择：由于工作温度为超低温，地脚螺栓选用 1Cr18Ni8Ti，其许用应力 。MPat137第二章 设备的结构设计2.1 圆筒厚度的设计计算压力 cP：

8、该容器需 100%探伤，所以取其焊接系数为 1.0。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 Mat137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 2C取 0。本例取 2=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=9。筒体的有效厚度 E=n- C1-C2=82

9、.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。mDNi160选用标准椭圆形封头,型号代号为 EHA，则 2iDh，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 ， 。C8.0102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）沈阳理工大学任务说明书5由 ，得 。2)(hHDi mDHi 254160查标准 JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中

10、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、容积公称直径 DN /mm总深度 H /mm 内表面积 A/2m容积 V封 / 3m1600 425 2.9007 0.58642.筒体的长度计算由封头长短轴之比为 2，即 ，得ihDmDhii 40164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。封VLi20取装料系数为 0.9，则封Di49.0即5864.026.12L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

11、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）4321mm筒体质量： m1=DL0=3.141.62.80.0097.9103=1000kg1单个封头的质量，2 kg.2充液质量： ，水压试验充满水，故取介质密度为 ，3 石 脑 油水 3/10mkg水V水沈阳理工大学任务说明书63202 02.15864.4614 mVLDVi 封封筒V=6.67则 kgm0.13水m3=6670kg附件质量：人孔质量为 ，其他接管总和为 200kg，即4 53 kg354综上所述， m8.1601024.321241

12、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DN 1600 腹板 28 4b390允许载荷QkN275 3l225 48鞍座高度h 250 2b170垫板e 701l1120 3240 螺栓间距2l960b200筋板 8 鞍座质量Kg 116底板 112 垫板 弧长 1870 增加100mm增加的高度Kg 122.鞍座位置的确定因为当外伸长度 A=0.207L 时，双

13、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2.0（ 为圆筒的平均半径） 。mRA5.02ni沈阳理工大学任务说明书7鞍座的安装位置如图 3 所示：故 ，取 。mRLAm403,125.0,2A402.5 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

14、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 MFM（凹凸面密封） 。沈阳理工大学任务说明书8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DN D K L C N R S0 S1安全阀进料口出了口排污口401501101818706 7.514排空口液位计温度计压力表20105751418404 6.512人口法兰设计 mmDN 400 B 150 H1

15、 230dws 42610L 200 H2 107D 580 b 32 d 24D1 525 b1 27A 320 b2 323.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-T 80-1.60 HG 20575-97。沈阳理工大学任务说明书9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

16、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 。 ，故可以采用mCdti 7.5023.1502mDdi80216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 。MPat137根据 GB150-1998 中式 8-1， 。壳体开孔处的计算厚度 ，retfdA .0接管的有效厚度 ，强度削弱系数 。Ctntet 2.108 rf所以开孔所需补强面积38.5173.05mfret 3.2 有效补强范围1.有效宽度 B 的确定按 GB150 中式 8-7，得 ， ，md4.10521dBnt7.5422。mB4.05,max212.有效高度的确定(1）外侧有效高度 1h的确定根据 GB150 中式 8-8，得： ， ，dnt3.671 mHh2501“1 接 管 外 伸 高 度。h3.67,in“11(2）内侧有效高度 2的确定根据 GB150-1998 中式 8-9，得： ， ，mhnt.2 0“2,in“22h3.3 有效补强面积1.筒体多余面积 31 4.523.107.5024.12 mfdBArete 2.接管的多余面积