立式空气储罐设计.docx
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立式空气储罐设计
设计任务书
设计题目:
0.5m3的立式压缩空气储罐
已知工艺参数如下:
介质:
空气
设计压力:
0.5MPa
使用温度:
0--100C
几何容积:
0.5m3
规格:
600*6*2050
设计要求:
(1)根据给定条件确定筒体内径、长度、封头类型等,然后确定
有关参数(容器材料、许用应力、壁厚附加量、焊缝系数等)
(2)进行焊接接头设计,附件设计等。
1、设计数据4
2、容器主要元件的设计5
2.1封头的设计
2.2人孔的选择
2.3接管和法兰
3、强度设计
3.1水压试验校核
3.2圆筒轴向应力弯矩计算
4、焊接结构分析10
4.1储气罐结构分析
4.2零件工艺分析
4.3焊缝位置的确定
5、焊接材料与方法选择11…
5.1母材选择
5.2焊料选择
5.3焊接工艺及技术要求
6、焊接工艺工程12
6.1焊前准备
6.2储罐的安装施工顺序
6.3装配与焊接
6.4质量检验、修整处理、外观检查
6.5焊缝修补
7、焊接工艺参数15
8、焊接工艺设计心得体会16
9、参考文献16
1•设计数据
表1-1
序号
名称
指标
1
设计压力MPa
1.0
2
设计温度C
100
3
最咼工作压力MPa
1.0
4
最咼丄作温度C
<100
5
工作介质
压缩空气
6
主要受压元件的材料
Q235-A
7
焊接接头系数
0.85
8
腐蚀裕度mm
2.0
9
全容积
0.5
10
规格
600*6*2050
进出料接管的选择
材料:
容器接管一般应采用无缝钢管,所以液体进料口接管材料选择无缝钢管,采用无
缝钢管标准GB8163-87。
材料为16MnR。
结构:
接管伸进设备内切成45度,可避免物料沿设备内壁流动,减少物料对壁的磨损
与腐蚀。
接管的壁厚要求:
接管的壁厚除要考虑上述要求外,还需考虑焊接方法、焊接参数、加
工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。
一般情况下,管壁厚不宜小
于壳体壁厚的一半,否则,应采用厚壁管或整体锻件,以保证接管与壳体相焊部分厚度的匹
配。
不需另行补强的条件:
当壳体上的开孔满足下述全部要求时,可不另行补强。
1设计压力小于或等于2.5Mpa。
2两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。
3接管公称外径小于或等于89伽。
4接管最小壁厚满足以下要求。
手孔的选择
根据HG/T21531-2005-1《回转盖带颈对焊法兰手孔》,查表3-3,选用凹凸面的法兰,其
明细尺寸见下表:
表2-2手孔尺寸表单位:
mm
密封面
型式
凹凸面
MFM
D
300
bl
23.5
d°
30
公称压
力PNMPa
0.5
D1
250
b2
28
螺柱数量
8
公称直
径DN
250
H-
180
A
385
螺母数量
16
dws
159%
H:
89.5
B
175
螺柱尺寸
M24*120
d
146.4
b
28
L
250
总质量kg
34.1
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。
2容器主要元件的设计
2.1封头的设计
从受力与制造角度分析,球形封头是最理想的结构形式,但其缺点是深度大,冲压较困难;
而椭圆形封头深度比半径小,易于冲压成型,是目前低压容器中用的较多的,故采用标准椭
圆形封头,各参数与筒体相同,则封头的设计厚度也为6mm
压缩空气气储罐应设置排污口,进气口,出气口,手孔,压力表口,安全阀口
公称直径DN
mm
总深度Hmm
600
200
1.1进气管$273X6
接管采用0273X6的无缝钢管,伸出长度为200mm。
本储罐的设计压力为1Mpa,设计温度为100C,板式平焊法兰可满足此要求,由于设计压力为1Mpa,所以选2.5Mpa等级的板
式平焊凸面法兰。
法兰标记为:
DN100-PN2.5RF
1.2出气管$108X5;采用$108X5的无缝钢管,内伸长度为10mm,钢管弯制R100mm
的圆弧。
配用板式平焊凸面法兰。
法兰标记:
DN100-PN2.5RF
1.3排污管$38X3采用Q235A号钢无缝钢管,内伸10mm,弯制R100mm的圆弧。
配用板式平焊凸面法兰。
法兰标记:
DN30-PN2.5RF
1.4安全阀接管157X5的无缝钢管。
安全阀尺寸由安全阀泄放量决定。
本贮罐选用,配用板式平焊凸面法兰。
接管伸出筒体外200mm。
法兰为标记:
DN150-PN2.5RF
1.5压力表接管,采用管螺纹接管。
配用凸面螺纹法兰。
法兰为:
DN15-PN2.5RF
2.3接管和法兰
压缩空气气储罐应设置排污口,进气口,出气口,手孔,,温度计口,压力表口,安全阀
口。
查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中表8.23-3PN带颈对焊钢制管法兰,选取各管口公称
查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中附录D中表D-5,得各法兰的质量。
查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中表322,法兰的密封面均采用MFM(凹凸面密封)
表2-3选择工艺接管
外伸长度
工称尺寸
连接尺寸标准
形
式
用途或名称
200
100
PN1.6DN200HG20592-97
RF
出气口
200
100
M16".5YB231-70
RF
进气口
150
40
PN1.6DN32HG20592-97
RF
安全阀口
100
25
M2^1.5YB231-70
RF
压力表口
200
150
RF
手孔
100
25
31YB231-70
RF
排污口
压力容器焊接接头的分类
A类接头:
圆柱形壳体筒节的纵向对接接头,球形容器和凸形封头瓜片之间的对接接头,球形容器的环向对接接头,与筒体封头之间的对接接头,大直径焊接三通支管与母管相接的对接接头。
B类接头:
圆柱形、锥形筒节之间的环向对接接头,接管与筒节间及其与法兰相接的环向对接接头,除球形封头外的各种凸形封头与筒身相接的环形接头。
C类接头:
法兰、平封头、端盖、管板与筒身、封头和接管相连的角接接头,内凹封头与筒身间的搭接接头以及多层包扎容器层板间纵向接头等。
D类管、人孔圈、手孔盖、加强圈、法兰与筒身及封头相连接的T形或角接接头。
3.强度设计
3.1水压试验校核
內X
(3-1)圆筒的
试验压力=1.25P=1.250.5=0.625Mpa
X
薄275=210.375MPa
即0.9」:
〉匚:
所以水压试验合格。
3.2圆筒轴向应力弯矩计算
(3-3)鞍座反力
圆筒的平均半径总切=-:
/2+—/2=600/2+4/2=302mm
F=mg/2=13.02kN。
(3-4)
1圆筒中间截面上的轴向弯矩
如图3-1:
根据JB/T4731-2005中式7-2,得:
FL
i%=
面上的轴向弯矩
根据JB/T4731-2005中式7-3,得:
pA
1
A(Ra-
L2AL
—rA
1一
4hi
m2
1+7xl
=-21700220
1
1
ZZD(3042-1502)右50亠2榷*皐15(L
X10s
=-5.25
Nmm
4焊接结构分析
4.1储气罐结构分析
储气罐属于一类压力容器,它是由钢制气瓶(以下简称钢瓶)、多孔性填料、溶剂、溶解乙
炔及附件等组成。
钢瓶按照国家劳动部颁布的《气瓶安全监察规程》和GBS100《钢质焊接
气瓶设计、制造和检验》,在制造过程中对焊接质量的要求很高。
根据国家劳动部1993年颁
布的《储气罐安全监察规程》及GBI1638-89《溶解乙炔气瓶》的规定•钢瓶主体材料必须采
用平炉、电炉或氧气转炉抬炼的镇静钢,以获得良好的成形和焊接性能。
4•2零件工艺分析
如零件图所示,其结构不复杂,是大量生产,体积适中,应选用焊接。
焊接制造该零件的过程中,虽然零件结构简单,在焊接过程中,主要考虑是零件的氧化。
上、下封头拉伸成型后,因开口端变形大,冷变形强化严重,加上板材纤维组织的影响,在残余应力作用下很容易发生断裂。
为防止裂纹产生,拉伸后应进行再结晶退火。
为了减少焊接缺陷,焊件接缝附件必须严格清理铁锈、油污;为去除残余应力并改善焊接接头的组织与性能,瓶体焊接后应该进行整体正火处理,至少要进行去应力退火。
4•3焊缝位置的确定
有关锅炉、压力容器规程中对焊缝的数量和布置做了具体的规定
(1)筒体拼接时,筒节的长度2000mm;每节筒体,纵向焊缝的数量:
筒体内径Di=600mm,拼接焊缝1条;相邻筒节的纵向焊缝应相互错开,两焊缝中心线间的外圆弧长不得小于钢板厚度的3倍,且不得小于100mm。
(2)封头应尽量用整块钢板制成。
封头、的内径Di=600mm,拼接焊缝不多于1条;封
头拼接焊缝离封头中心线距离应不超过0.3Di,并不得通过扳边人孔,且不得布置在人孔扳边
圆弧上;管板上整条拼接焊缝不得布置在扳边圆弧上,且不得通过扳边孔;由中心圆板和扇
形板组成的凸形封头,焊缝的方向只允许是径向和环向的。
径向焊缝之间的最小距离应不小于壁厚的3倍,且不小于100mm。
(3)受压元件主要焊缝及其邻近区域,应避免焊接零件。
如不能避免时,焊接零件的焊
缝可穿过主要焊缝,而不要在焊缝及其邻近区域中止。
(4)开孔、焊缝和转角要错开。
开孔边缘与焊缝的距离应不小于开孔处实际壁厚的3倍,
且不小于100mm。
在凸形封头上开孔时,孔的边缘与封头周边间的投影距离应不小于封头外径的10%。
开孔及焊缝不允许布置在部件转角处或扳边圆弧上,并应离开一定距离。
5焊接材料与方法选择
5.1母材选择
根据容器的工作条件确定对材料和制造工艺的要求。
对于一般容器重量大小不是主要问
题,所以用焊接性好的低碳钢或低合金结构钢。
本设计选用Q235-A,其化学成分和力学性能如
下。
化学成分
钢号
C
Mn
Si
S
P
Q235-A
0.14~
0.3(
0.1
w
w
0.22
2~
0.050
0.045
0.6f
0.3
0
力学性能
钢号
板厚
抗拉强
屈服强
试验温
缺口形
/mm
度
度TS
度/c
式
(T
/Mpa
b/Mpa
Q235-A
4
375
235
100
V
5.2焊料选择
焊接采用焊条电弧焊,焊条型号为J422,图中未标明焊接接头形式与尺寸按GB985-88《气
焊、手工电弧焊及气体保护焊焊逢坡口的基本形式与尺寸》进行选用。
所有角焊缝焊脚高度,除注明者外,均为两相焊较薄者的厚度,且须连续焊。
类别
接头钢号
手蛮焊
焊条
型号
对应腔号示例
碳素钢和低合金钢相焊
Q235奈列
+16X1H
E4303
J422
20.2OR
斗
E4315
J427
E5O15
J507
5.3焊接工艺及技术要求
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)。
属结晶凝固而形成接缝,焊接材料为碳钢、低合金钢、不锈钢,应用范围广,适用短小焊缝及全位置施焊,可适用在静止、冲击和振动载荷下工作的坚固密实的焊缝焊接,这种方法
灵活方便,适应性强,设备简单,维修方便,生产率低,劳动强度高。
封头与圆筒等厚采用对接焊接。
平行长度任取。
坡口形式为I型坡口。
6、焊接工艺工程
6.1焊前准备
焊前,坡口两侧各10mm范围内的铁锈,应打磨干净,露出金属光泽。
用丙酮清洗坡口附近的油污。
焊剂和焊条按规定烘干,300~350C保温2h。
注意焊剂中不要混入铁屑、碎石等
杂物。
不要强行组装,避免应力过大;引弧板要对齐焊缝,地线连接牢固。
0~1mm,
上、下封头的焊接采用对接接头,为保证环焊缝开设60°的正面V形坡口,在钢瓶内部
装上衬垫,用手工电弧焊完成封头的定位焊接和衬垫与筒体的连接,装配时间隙为
如图7-1。
然后清理干净手工电弧焊药皮,并且将焊点用磨光机打磨平整。
6.2储罐的安装施工顺序
定顶立式圆筒形钢制焊接储罐的安装普遍采用倒装法施工工艺,即在罐底铺设、焊接之后,
先组装焊接顶层壁板及包边角钢,再组装焊接罐顶,然后自下而上依次组装焊接每层壁板,直至底层壁板。
2•预制完毕的封头、罐壁板、包边角钢在堆放、运输和起吊过程中应采取有效措施防止变形。
3罐体安装前必须对甲苯罐基础按土建基础设计文件中的要求和GBJ128-90中有关对基础
的要求进行检查、验收合格后方可进行安装。
4•罐体安装完毕验收合格后,罐体外表面刷二遍底漆-环氧树脂漆,二遍面漆-聚氨酯面漆,
涂层厚度参照国家标准规定执行。
5•罐壁纵焊缝进行大于等于10%,T形焊缝进行大于等于15%,和环焊缝进行大于等于1%
的X射线无损探伤。
探伤合格标准按GB3323-87〈钢焊接射线照相底片等级分类法〉III级评
6.4质量检验、修整处理、外观检查
(1)质量检验:
整体结构质量:
结构的几何尺寸、形状和性能
焊缝质量:
与结构的强度和安全相关,如无损检测等
强度评定:
压力试验、气密性实验等,断裂评定:
防脆断、防疲劳评定等
(2)修整处理:
变形矫正:
手工矫正、机械矫正、火焰矫正
热处理:
焊后热处理,整体或局部热处理除应力
缺陷修整:
焊接缺陷等
清洗防护、外观处理:
除锈、氧化皮清理、酸洗、抛光、油漆防护等
(3)外观检查:
1检查前将熔渣、飞溅物清理干净,焊缝及热影响区不得有裂纹、气孔、夹渣或弧坑等缺陷;
2焊缝表面质量标准缝合设计要求,见下表
3屈服点大于390MPa或厚度大于25mm的低合金钢的地圈壁板纵缝不得有咬边;
4屈服点大于390MPa的钢板,表面焊疤应在磨平后进行渗透探伤或磁粉检测,无裂纹为合格。
项目
允许
对接焊缝
咬边
深度
<05
连续忙度
焊缝两侧长
口陷
环向焊缝
深度
檢度
连续长搂
Wioo
纵向焊缝
不允许
磷板焊縫
棱角
5^12
<10
12 Wfj 3>25 Wb 对接接头 的错边彊 纵向焊缝 510 环向焊缝 a Wl.5 5^8(上圈壁板) 痢茁/IO11^3 6.5焊缝修补 1深度超过0.5mm的划伤、电弧擦伤、焊疤等有害缺陷,应打磨平滑,打磨修补后的钢 板厚度用大于等于钢板名义厚度扣除负偏差;缺陷深度或打磨深度查过1mm时应进行补焊并 打磨。 2屈服点大于390MPa的低合金钢缺陷清理后应进行探伤,确认无缺陷后进行补焊,修补后打磨平滑再做探伤;焊缝修补宜采用回火焊道。 3根据缺陷的探测埋深确定缺陷的清除面,清除深度不宜大于板厚的23. 4焊缝的修补必须严格按焊接工艺,严格控制线能量,修补长度不应小于50mm。 5顶板的焊缝缺陷因其板材较薄可直接修补。 ⑥同一部位返修次数不宜超过2次。 7焊接工艺参数 焊接材质: 焊条J422直径2mm 坡口形式: V形坡口60度 焊接电流: 180A 焊接电压: 20V 电源及接法: 直流正接 焊接速度: 2.44mm/s (7)焊接位置: 平焊 每个位置均采用此工艺进行焊接 焊缝焊接工艺卡片 产品名 储存罐 产品型 焊缝位置 筒体环缝、封头和筒体 称 号 焊缝、 接头与筒体焊缝、接 头与封头焊缝、 补强圈焊接 节点 母材 Q235-A 规格 4mm 电源极 电 电 焊接速 性 流 压 度 层次 焊接方法 牌号 规格 2.44 直流正 18( )20 mm/s 封底焊 SMAW E4303 2 接 A KV 接 mm 技术要求: 清除坡口两侧表面 20mm的油污,锈蚀,尘土。 定位焊条选E4303. 8•焊接工艺设计心得体会 通过这次课程设计,让我对化工设备机械有了进一步的认识。 设计时要有一个明确的思路,要考虑多种因素包括环境条件和介质的性质等再选择合适的 设计参数,对罐体的材料和结构确定之后还要进行一系列校核计算,包括筒体、封头的应力校核,以及鞍座的载荷和应力校核。 校核合格之后才能确定所选设备型符合要求。 通过这次设计对我们独自解决问题的能力也有所提高。 在整个过程中,我查阅了相关书籍及文献,取其相关知识要点应用到课设中,而且其中有很多相关设备选取标准可以直接选取,这样设计出来的设备更加符合要求。 在设计的最后附有设备图,在绘图的整个过程中,我对制图软件的操作更加熟悉。 这次课设的书写中对格式的要求也很严格,在老师的指导下我们按照毕业设计的格式要求 完成课设。 这就为我们做毕业设计打下了基础。 因为的知识有限,所做出的设计存在许多缺点和不足,请老师做出批评和指正。 最后感谢老师对这次课设的评阅。 9•参考文献 【1】GB150-1998《钢制压力容器》 【2】《压力容器与化工设备使用手册》化学工业出版社 【3】JBT4736-2002《补强圈》 【4】GB/T9115.1-2000《平面、突面对焊钢制管法兰》 【5】GB6654-1996《压力容器用钢板》
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