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开题报告
毕业设计(论文)开题报告
题目:
150m3液氨球罐的焊接结构和焊接工艺设计
学院:
机械工程学院
专业:
材料成型及控制工程
学生姓名:
杨秦学号:
201102050102
指导老师:
董丽君
2015年03月24日
毕业设计(论文)开题报告
1.文献综述:
结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2500字以上的文献综述,文后应列出所查阅的文献资料。
文献综述
0引言
球形储罐是一种存储气体、液体或液化气体的压力容器,球罐是一种钢制容器设备。
在石油炼制工业和石油化工中主要用于贮存和运输液态或气态物料。
操作温度一般为-50~50℃,操作压力一般在3MPa以下[1]。
与同容积的圆筒形容器相比,球罐的表面积最小,受力均匀,在相同直径和工作压力下,其所受内应力最小。
同时球罐还具有占地面积小,高度低,底座基础工作量小,所以建造球罐时,可节省钢材,降低成本,因而在各工业领域得到了广泛的应用,在单罐容积大于1000m3仅用材消耗量就比同容积圆筒形容器节省三分之一以上(容积越大越显著),其经济效益显得十分突出。
这是当前市场经济中人们十分关注的问题,人们越来越认识到使用球罐比圆筒形容器更加合理,所以球罐建造的增长速度变得非常之快[2]。
近年来,在石油、化工、冶金、核电等领域中,球罐得到了广泛应用。
例如:
球罐被用于储存液化石油气、液化天然气、液氧、液氮、液氢、丙烯、氧气、氮气、液氨、城市煤气、压缩空气等物料;在原子能发电站,球罐被用作核安全壳;在造纸厂被用作蒸煮球等。
总之,随着工业的发展,球形容器的使用范围必将越来越广泛[3]。
从国内外球罐发展来看,球罐的材料、焊接方法已经得到了迅速的研究与应用。
球罐已由早期仅储存低压、常温气体发展到储存中、高压、低温气体和液体介质,并朝着以高强钢为材料、有良好的可焊性、高压力、大容积的方向发展[4]。
1.球罐的特点及分类
储存容器一般有圆筒形和球形两种,球形储罐一般由球壳板、支柱、拉杆、人孔、接管平台等部件组成。
1)球罐的特点[5]:
①与同等体积的圆筒形容器相比,球罐的表面积最小。
②球罐受力均匀,且在相同的直径和工作压力下,其薄膜应力为圆筒形容器的一半,故板厚仅为圆筒形容器的1/2。
③由于球罐的风力系数为0.3,而圆筒形容器约为0.7左右,因此对于风载荷来说,球罐比圆筒形容器安全得多。
因此,球罐具有占地面积少、壁厚薄、用材少、造价低等优点。
已被广泛应用于石油、化工、城建、冶金、船舶、航空航天和核工业等各个工业领域。
由以上所述的球罐优点可知,球形容器比其他形式的容器更节省金属材料。
另外,搭建制造球形容器的基础相对较简单,受风面积小,维修和保养简单,所以在工业水平高速发展的今天,球形容器的应用也越发广泛。
但是,球形容器的壳体板材下料加工比较困难,焊接制作技术复杂且要求严格。
故球形容器的制作技术比单层卷焊圆柱容器要复杂的多,要求也要高得多。
制造球罐的材料要求强度高,塑性特别是冲韧性要好,可焊性及加工工艺性能优良。
球罐的焊接、热处理及质量检验技术是保证质量的关键[6]。
2)球罐的分类:
球罐的结构是多种多样的,根据不同的使用条件(介质、容量、压力湿度)有不同的结构形式。
通常按照外观形状、壳体构造和支承方式的不同来分类[7]。
①按形状分为圆球形和椭球形。
②按壳体层数分为单层壳体和双层壳体。
③按球壳的组合方式分为纯桔瓣式、纯足球瓣式和足球桔瓣混合式。
④按支承结构分为柱式支承和裙式支承,半埋入式支承、高架支承等。
其中支柱式又可分为赤道正切式、V形支柱式、三合一式等。
2.球罐的历史与发展
早在1910年,美国就开始制造球罐,1950年以后才得到初步发展。
60年代以后,由于石油化工的高速发展,需要将液化天然气及液化石油气进行大规模的运输和贮存,球罐的应用得到进一步发展,不仅数量迅速增加,日趋大型化,而且向超高压、极低温发展[8]。
国际上目前最大液态介质球罐直径27.4m,容积10770m3;最大城市煤气球罐直径72.55m,容积200000m3。
中国目前大多数球罐容积为200~1000m3,最大容积8250m3、直径25.1m。
20世纪30年代,世界上仅有少数几个国家能进行球罐的制造,如美国在1910年、德国在1930年分别建造了有限的几台铆接结构的小型低压球罐。
由于铆接结构不仅费工而且费料,且球罐密闭程度差,制造相对困难,给球罐的发展带来巨大的阻力。
20世纪40年代初,随着焊接技术逐渐趋向成熟,以及适合焊接的新钢种的不断开发,球罐的制造由铆接改为焊接,由此技术上得到了很大发展。
如美国在1941年、前苏联在1944年、日本于1955年、前西德于1958年分别制造了一批压力较高、容量较大的焊接球罐[9]。
20世纪60年代至今,随着世界各国综合国力和科技水平的大幅度提高,形成了球罐制造水平的高速发展期。
以日本为例,60年代前单个液化气球罐的容积均在2000m3以下,而目前已具备生产单个容积在20000m3以上液化气球罐的能力。
同时,西德已有生产容积为43300m3以上球罐的能力,法国也有容积为87000m3球罐的制造经验,同时美国还建造了一台容量3400m3、设计温度为-250℃的超低温液氢球罐。
此外许多工业先进国家还进行了双重壳低温球罐、深冷球罐及运输液化天然气的深冷大型船用球罐的试验研究,并已投入批量生产。
我国制造球罐始于20世纪60年代初。
但随着国民经济的高速发展和改革开放的需要,近年来球罐的制造技术已得到了飞速发展。
目前国内已独立制造或引进了不同规格和用途的球罐多台套,其最大容积已超过10000m3,最大压力超过3MPa,最低设计温度在-30℃以下[10]。
3.焊接成形工艺及研究进展
90年代初随着改革开放球罐建造量剧增,石化行业对大型球罐的现场自动焊接进行开发与应用研究。
中国石化总公司第三建设公司于1993年8月率先将自保焊和气保焊自动化焊接工艺技术进行工艺开发。
并在球壳的纵缝、环缝、仰焊位置进行试验及焊接工艺评定,在1993年12月正式在球罐中采用全位置自动焊接。
1993年12月至1994年5月,完成了5台容积为1000m3球罐;1994年10月至1995年3月,又完成了两台1000m3液化石油气球罐自动焊;1996年3月至1996年9月,完成了4台容积为4000m3球罐的全位置自动焊,这是我国目前建造的最大的全自动焊球罐;2006年12月至2007年3月又完成了两台1000m3球罐的全位置自动焊[11]。
上述十三台球形贮罐均是由整体组装,除节管、人孔法兰、柱腿焊缝等附件焊缝外,全部纵缝、横缝都是自动焊接成形,并通过建设单位、劳动监察、设计等部门确认验收、投入运行。
一次焊接合格率达95%以上,最高达到了98.7%,这为我国大型球罐现场全位置自动焊技术开创了良好的前景[12]。
在开发研究大型球罐全位置自动焊接工艺技术的实践过程中,只有着重解决焊接设备、焊接材料、焊接工艺三方面的问题才能顺利实现球罐全位置启动焊。
4.结论
文献综述是针对我们毕业设计前所做的简单准备,是知识运用能力的考核,也是对我们进行科学研究基本功的训练。
它充分的体现了学以致用的道理。
培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力,本次设计中的150m3球罐用于储存氨气,属于小型容器的球罐。
本次的球罐焊接工艺设计目的是使我所学到的焊接技术及自动化的专业理论知识能够运用到实际生产当中去,并最终完成毕业设计。
在设计工作过程中,采用边设计,边学习,边改进的原则,真正做到理论与实际相结合。
力求达到学以致用,并为自己以后参加工作,打好理论知识基础,积累实际工作经验。
参考文献
[1]杨森.低温厚壁大型球罐用钢焊接工艺的研究[J].博学位论文.2007(06).
[2]王嘉麟,侯贤忠.球形储罐焊接工程技术[M].机械工业出版社.1999.1267-225.
[3]张骁勇,王宇,徐东. 钢制压力容器焊接工艺评定数据库系统[J].西安石油大学学报
(自然科学版).2004(01).
[4]薛龙,焦向东,蒋力培,张卫义特种焊接机器人研制制造业自动化[D].沈阳工业大学.2012(01).
[5]张自斌. 压力容器强度分析与安全评定[D].兰州理工大学.2012(01).
[6]刘文澜. 压力容器焊接工艺辅助设计系统研究 [D].南京师范大学.2006(01).
[7]刘军. 液氨罐安全运行问题 [J].河北化工.2010(02).
[8]吴晓梅,程刚,徐昀,宋天宝.钢制容器的支承设计[J].安徽化工.2007(04).
[9]HsuehCH.Thermalstressesinelasticmultiplayersystems.ThinSolidfilms.2002.
[10]李云福,窦万波,张中清,耿永丰.大型球罐内部旋梯结构设计[D].压力容器.2009.
[11]邹军. 压力容器非径向接管的应力分析与补强研究[D].华南理工大学.2012(01).
[12]金颖,倪云峰,陶颖.2000m3低温丙烯球罐球壳板型式和材料的选择[J].化工设与管道.2006(01).
毕业设计(论文)开题报告
2.开题报告:
一、课题的目的与意义;二、课题发展现状和前景展望;三、课题主要内容和要求;四、研究方法、步骤和措施
开题报告
一、课题的目的与意义
目的:
以《GB12337-2010钢制球形储罐》和《GB150-2011钢制压力容器》为设计依据,综合国内外现有的制造技术设计150m3液氨储罐,压力为1.5MPA,公称直径为6600mm、壁厚为18mm的球罐的焊接结构和焊接工艺。
通过分析材料的化学成分及力学性能以及焊接性,对球壳的薄膜应力和压应力进行强度及稳定性校核,显示设计结构的安全与实用,学习球罐的焊接结构和焊接工艺性能等。
意义:
良好的焊接技术和工艺能减少诸多时间和人力物力,建造球罐时,既可节省钢材又可降低成本,其经济效益十分突出,这是当前市场经济中人们十分关注的问题,所以应利用球罐具有占地面积少、壁厚薄、用材少、造价低等优点,使球罐能更广泛应用于石油、化工、城建、冶金、船舶、航空航天和核工业等各个工业领域。
因此我们更要通过自己所学的知识,努力寻求突破,以求做到更好。
二、课题发展现状和前景展望
近几年中国经济的发展的很快,制造安装行业发展更是迅速,而焊接作为制造安装行业的支柱,在行业中就显示出不可代替的地位。
其中压力储罐的制造安装就是典型的代表。
球罐是化工企业中常用的储罐类容器,由钢制球面壳体构成,借助于钢制支柱固定在基础上,球罐外壳是由若干个压制而成的球瓣焊接而成的,具有表面积小,承载能力大,占地面积小,节约材料等的特点,另外球罐基础简单,受风面积小,维修和保养简单,外观漂亮等原因,使球罐的应用非常广泛。
球罐已被广泛应用于石油、化工、城建、冶金、船舶、航空航天和核工业等各个工业领域。
总之,随着工业的发展,球形容器的使用范围必将越来越广泛。
三、课题主要内容和要求
本文设计的主要内容包括以下几个方面:
球罐几何尺寸的计算与校核,受压元件的选择与校核,焊接工艺的设定,焊接设备的选择,焊接工艺卡片的编写,材料的准备,装配的设计,气密性试验和无损探伤的设计,最后完成整个装配图的设计。
本课题的具体研究内容如下:
1)考虑液氨罐的工作条件,选择合适的罐体材料;
2)对球罐进行结构设计并进行强度校核;
3)按要求画出球罐装配图、零件图;
4)对球罐进行焊接性分析,进行焊接结构设计;
5)球罐焊接工艺设计;
6)球罐的检查。
四.研究方法,步骤及措施
1)研究方法
(1)查阅与本课题相关的中外文献资料,了解球形压力容器的设计方法、焊接成形工艺及研究进展;
(2)考虑液氨罐的工作条件,选择合适的罐体材料,并确定材料的许用应力;
(3)根据毕业设计任务书的设计参数及相关要求,对球罐进行结构设计并进行强度校核,按要求画出球罐装配图、零件图;
(4)对球罐进行焊接性分析,进行焊接结构及焊接工艺设计(包括焊接材料选择、焊接方法确定、焊接接头设计、焊接工艺参数设计、材料的准备、装配的设计气密性试验、无损探伤的设计等),制定焊接工艺规程卡;
(5)设计说明书要求详细写清楚设计的思路和步骤,阐明自己的设计观点、设计方案的优劣及设计数据的合理性。
2)具体设计步骤
(1)球罐的概况
(2)球罐的结构设计及校核
(3)焊前准备
(4)焊接方法的选择
(5)焊缝次序及坡口设计
(6)焊接材料的选择
(7)焊接工艺参数的确定及其评定
(8)焊接结构设计
(9)球罐的装配
(10)质量检测
(11)焊接工艺规程卡编写
(12)画球罐装配图
(13)结论
3)措施
本次设计以《GB12337-2010钢制球形储罐》和《GB150-2011钢制压力容器》为设计依据,综合国内外现有的制造技术设计了150m3液氨储罐。
在以安全为原则的基础上综合考虑产品质量、施工建造可行性、国内现有的建造技术等方面的因素,设计出公称直径为6600mm、壁厚为18mm的大型球罐。
本设计在选材方面考虑了多种材料的特性,最后确定Q345R为本球罐的材料。
同样,本设计在球罐选型及支撑方式的选择上也应用多种形式作比较最终确定混合式结构、可调式拉杆支撑最合理。
最后进行强度及稳定性校核,校核结果显示本设计的结构既安全又经济。
对球罐的材质的焊接性分析,确定焊接材料和焊接方法。
根据每条焊缝有不同的特点,制定了各条焊缝的具体焊接顺序和坡口形式,并选择了焊接工艺参数。
焊后,需先对其进行外观检测,然后进行焊缝的无损检测;总体成型后,进行水压实验和气密性检验以检验焊接接头的密封性和整体的强度;最后进行去锈、涂装等。
焊接工艺卡是保证焊接质量的细则文件,课题共制定四张焊接工艺卡。
毕业设计(论文)开题报告
指导教师意见:
1.对“文献综述”的评语:
2.对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测:
指导教师:
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所在专业审查意见:
负责人:
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