畢業(yè)設計-常壓儲罐設計

學號：※※※※常州大學畢業(yè)設計〔論文〕〔2012屆〕題目燃料氣穩(wěn)壓罐設計學生※※※學院※※※※※專業(yè)班級※※※校內(nèi)指導教師※※※專業(yè)技術職務※※校外指導老師專業(yè)技術職務二○一二年六月燃料氣穩(wěn)壓罐的設計摘要：本設計說明書是關于燃料氣溫壓罐的設計，主要進行儲罐的材料選擇、結構設計、強度計算、焊接工藝評定及檢驗。本設計說明書是依據(jù)設計內(nèi)容的的順序所編制。首先根據(jù)任務書對設計的根本參數(shù)進行了確定，根據(jù)根本參數(shù)及介質(zhì)特性對儲罐筒體、封頭及主要附件的材料進行了選取，然后確定了儲罐的根本尺寸及結構，接下來是對設計中所需要的附件進行選取及校核，如人孔、支座、法蘭、盤管等。強度校核是對筒體、封頭、支座等進行應力校核，以確保設計的合理性及平安性。最后是焊接工藝評定任務書及預焊接工藝規(guī)程的編制，檢驗、壓力試驗的一般規(guī)定說明。關鍵詞：根本參數(shù)；強度校核；焊接工藝評定；壓力試驗ThedesignofthefuelgasstabilizationtankThedesignspecificationisaboutfueltemperaturepressuretankdesign,materialselection,structuraldesignofthetanks,strengthcalculation,weldingprocedurequalificationandinspection.Thedesignspecificationofthetankispreparedaccordingtotheorderofthedesigncontent.Accordingtothemissionstatementonthebasicparametersofthedesigntodeterminethebasicparametersandmediacharacteristicsofthetankcylinder,headandmainattachmentmaterialsselected,andthendeterminethesizeandstructureofthetank,followedbyselectingandcheckingthedesignoftherequiredaccessories,suchasmanhole,bearings,flangecoil,etc..Thestrengthcheckofstressonthecylinder,head,bearingcheckingensurethattherationalityofthedesignandsafety.Finally,itisthegeneralprovisionsofweldingprocedureassignment,preliminaryweldingprocedurespecification,inspectionandpressuretesting.Keywords:basicparameters;strengthcheck;weldingprocedurequalification;pressuretest目錄摘要············································ⅠAbstract···········································Ⅱ目次···········································Ⅲ1引言·················································11.1儲罐概述···············································1儲罐分類···············································1儲罐結構·········································21.2液化石油氣概述·········································21.2.1主要用途·········································21.2.2主要成分····································32設計參數(shù)確定及材料選擇····································32.1設計參數(shù)確定·············································3設計壓力確實定····································32.1.2設計溫度確實定····································32.1.3工作介質(zhì)性質(zhì)確定····································32.1.4壓力容器類別·············································42.2材料選擇··············································42.2.1筒體、封頭材料選擇··································42.2.2附件材料選擇······································43結構設計·················································43.1設計厚度計算··········································43.1.1液柱靜壓力計算·······································43.1.2筒體設計厚度計算·······································43.1.3封頭選型···········································53.1.4封頭設計厚度計算···········································53.2根本尺寸設計···········································53.2.1設計結構草圖···········································53.3附件設計及選擇······································63.3.1接管法蘭選型··································63.3.2緊固件選配······································83.3.3接管選型及校核······································103.3.4墊片選配······································103.3.5人孔選型······································123.3.6盤管及其固定結構······································133.3.7支座選型······································154強度計算····················································164.1筒體應力校核·········································164.2封頭應力校核·········································174.3支座應力校核·············································195焊接工藝評定，無損檢測及壓力試驗··································205.1焊接工藝評定···········································205.1.1焊接工藝評定一般過程····································205.1.2預焊接工藝規(guī)程評定表····································215.2無損檢測···········································315.2.1根本檢測···········································315.2.2重復檢測···········································315.3壓力試驗········································315.3.1試驗介質(zhì)···········································315.3.2試驗壓力···········································315.3.3應力校核···········································31試驗溫度···········································315.3.5試驗方法···········································315.3.6合格標準···········································316.結論···········································32參考文獻······································35致謝··········································361引言1.1儲罐概述用于儲存液體或氣體的鋼制密封容器即為鋼制儲罐[1]，防腐儲罐工程是石油、化工、糧油、消防、交通、冶金、國防等行業(yè)必不可少的、重要的根底設施，我們的經(jīng)濟生活總是離不開大大小小的鋼制儲罐，鋼制儲罐在國民經(jīng)濟開展中所起的重要作用是無可替代的。鋼制儲罐是儲存各種液體〔或氣體〕原料及成品的準用設備，對于許多企業(yè)來講沒有儲罐就無法正常生產(chǎn)。燃料氣穩(wěn)壓罐是盤錦某公司6萬噸/年丁基橡膠工程中的一個重要環(huán)節(jié)。燃料氣穩(wěn)壓罐的設計既涉及到很多相關的國家和行業(yè)標準，例如：TSGR0004-2009《固定式壓力容器平安技術監(jiān)察規(guī)程》、GB150《鋼制壓力容器》、JB/T4731《鋼制臥式容器》等等，又與工程的其他設備相關聯(lián)。燃料氣穩(wěn)壓罐是臥式容器[1]中一個典型的產(chǎn)品，對該產(chǎn)品的設計和制造工序的掌握和熟悉，可以使學生在壓力容器方面設計的能力和制造工藝[19]掌握進一步得到提高，在參加工作時能夠更快更好的適應工作、參與到工作之中。熟悉過程裝備設計及制造的相關知識，由此可以看出壓力容器在化工，石油化工生產(chǎn)中非常重要，我們必須了解壓力容器的特性和結構。1.1.1儲罐分類由于儲存介質(zhì)的不同，儲罐的形式也是多種多樣的。按位置分類：可分為地上儲罐、地下儲罐、半地下儲罐、海上儲罐、海底儲罐等。按油品分類：可分為原油儲罐、燃油儲罐、潤滑油罐、食用油罐、消防水罐等。按用途分類：可分為生產(chǎn)油罐、存儲油罐等。按形式分類：可分為立式儲罐、臥式儲罐等。按結構分類：可分為固定頂儲罐、浮頂儲罐、球形儲罐等。按大小分類：100以上為大型儲罐，多為立式儲罐；100以下的為小型儲罐，多為臥式儲罐。按儲罐的材料：儲罐工程所需材料分為罐體材料和附屬設施材料。罐體材料可按抗拉屈服強度或抗拉標準強度分為低強鋼和高強鋼，高強鋼多用于5000以上儲罐；附屬設施〔包括抗風圈梁、鎖口、盤梯、護欄等〕均采用強度較低的普通碳素結構鋼，其余配件、附件那么根據(jù)不同的用途采用其他材質(zhì)，制造罐體常用的國產(chǎn)鋼材有20、20R、16Mn、Q345R、以及Q235系列等。儲罐的結構目前我國使用范圍最廣泛、制作安裝技術最成熟的是拱頂儲罐、浮頂儲罐和臥式儲罐。拱頂儲罐構造：拱頂儲罐是指罐頂為球冠狀、罐體為圓柱形的一種鋼制容器。拱頂儲罐制造簡單、造價低廉，所以在國內(nèi)外許多行業(yè)應用最為廣泛，最常用的容積為1000-10000，目前國內(nèi)拱頂儲罐的最大容積已經(jīng)到達30000。罐底：罐底由鋼板拼裝而成，罐底中部的鋼板為中幅板，周邊的鋼板為邊緣板。邊緣板可采用條形板，也可采用弓形板。一般情況下，儲罐內(nèi)徑<16.5m時，宜采用條形邊緣板，儲罐內(nèi)徑≥16.5m時，宜采用弓形邊緣板。罐壁：罐壁由多圈鋼板組對焊接而成，分為套筒式和直線式。套筒式罐壁板環(huán)向焊縫采用搭接，縱向焊縫為對接。拱頂儲罐多采用該形式，其優(yōu)點是便于各圈壁板組對，采用倒裝法施工比擬平安。直線式罐壁板環(huán)向焊縫為對接。優(yōu)點是罐壁整體自上而下直徑相同，特別適用于內(nèi)浮頂儲罐，但組對安裝要求較高、難度亦較大。罐頂：罐頂有多塊扇形板組對焊接而成球冠狀，罐頂內(nèi)側采用扁鋼制成加強筋，各個扇形板之間采用搭接焊縫，整個罐頂與罐壁板上部的角鋼〔或稱鎖口〕焊接成一體。浮頂儲罐的構造：浮頂儲罐是由漂浮在介質(zhì)外表上的浮頂和立式圓柱形罐壁所構成。浮頂隨罐內(nèi)介質(zhì)儲量的增加或減少而升降，浮頂外緣與罐壁之間有環(huán)形密封裝置，罐內(nèi)介質(zhì)始終被內(nèi)浮頂直接覆蓋，減少介質(zhì)揮發(fā)。罐底：浮頂罐的容積一般都比擬大，其底板均采用弓形邊緣板。罐壁：采用直線式罐壁，對接焊縫宜打磨光滑，保證內(nèi)外表平整。浮頂儲罐上部為敞口，為增加壁板剛度，應根據(jù)所在地區(qū)的風載大小，罐壁頂部需設置抗風圈梁和加強圈。浮頂：浮頂分為單盤式浮頂、雙盤式浮頂和浮子式浮頂?shù)刃问?。單盤式浮頂：由假設干個獨立艙室組成環(huán)形浮船，其環(huán)形內(nèi)側為單盤頂板。單盤頂板底部設有多道環(huán)形鋼圈加固。其優(yōu)點是造價低、好維修。雙盤式浮頂：由上盤板、下盤板和船艙邊緣板所組成，由徑向隔板和環(huán)向隔板隔成假設干獨立的環(huán)形艙。其優(yōu)點是浮力大、排水效果好。內(nèi)浮頂儲罐的構造：內(nèi)浮頂儲罐是在拱頂儲罐內(nèi)部增設浮頂而成，罐內(nèi)增設浮頂可減少介質(zhì)的揮發(fā)損耗，外部的拱頂又可以防止雨水、積雪及灰塵等進入罐內(nèi)，保證罐內(nèi)介質(zhì)清潔。這種儲罐主要用于儲存輕質(zhì)油，例如汽油、航空煤油等。內(nèi)浮頂儲罐采用直線式罐壁，壁板對接焊制，拱頂按拱頂儲罐的要求制作。目前國內(nèi)的內(nèi)浮頂有兩種結構：一種是與浮頂儲罐相同的鋼制浮頂；另一種是拼裝成型的鋁合金浮頂。臥式儲罐[2]的構造：臥式儲罐的容積一般都小于100，通常用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)或加油站。臥式儲罐環(huán)向焊縫采用對接，縱向焊縫采用對接。圈板交互排列，取單數(shù)，使端蓋直徑相同。臥式儲罐的端蓋分為平端蓋和碟形端蓋，平端蓋臥式儲罐可承受40kPa內(nèi)壓，碟形端蓋臥式儲罐可承受0.2MPa內(nèi)壓。地下臥式儲罐必須設置加強環(huán)，加強還用角鋼煨制而成。1.2液化石油氣概述隨著石油化學工業(yè)的開展，液化石油氣作為一種化工根本原料和新型燃料，已愈來愈受到人們的重視。在化工生產(chǎn)方面，液化石油氣經(jīng)過別離得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等，用來生產(chǎn)合塑料、合成橡膠、合成纖維及生產(chǎn)醫(yī)藥、炸藥、染料等產(chǎn)品。用液化石油氣作燃料，由于其熱值高、無煙塵、無炭渣，操作使用方便，已廣泛地進入人們的生活領域。此外，液化石油氣還用于切割金屬，用于農(nóng)產(chǎn)品的烘烤和工業(yè)窖爐的焙燒等。主要用途液化石油氣主要用作石油化工原料，用于烴類裂解制乙烯或蒸氣轉化制合成氣，可作為工業(yè)、民用、內(nèi)燃機燃料。其主要質(zhì)量控制指標為蒸發(fā)剩余物和硫含量等，有時也控制烯氫含量。液化石油氣是一種易燃物質(zhì)，空氣中含量到達一定濃度范圍時，遇明火即爆炸[3]。1.2.2主要成分液化石油氣是煉油廠在進行原油催化裂解與熱裂解時所得到的副產(chǎn)品。催化裂解氣的主要成份如下〔%〕：氫氣5～6．甲烷10．乙烷3～5．乙烯3．丙烷16～20．丙烯6～11．丁烷42～46．丁烯5～6，含5個碳原子以上的烴類5～12。熱裂解氣的主要成份如下〔%〕：氫氣12．甲烷5～7．乙烷5～7．乙烯16～18．丙烷0.5．丙烯7～8．丁烷0.2．丁烯4～5，含5個碳原子以上的烴類2～3。這些碳氫化合物都容易液化，將它們壓縮到只占原體積的1/250～l/33，貯存于耐高壓的鋼罐中，使用時擰開液化氣罐的閥門，可熱裂解氣的主要成份如下〔%〕：氫氣12．甲烷5～7．乙烷5～7．乙烯16～18．丙烷0.5．丙烯7～8．丁烷0.2．丁烯4～5，含5個碳原子以上的烴類2～3。這些碳氫化合物都容易液化，將它們壓縮到只占原體積的1/250～l/33，貯存于耐高壓的鋼罐中，使用時擰開液化氣罐的閥門，可燃性的碳氫化合物氣體就會通過管道進入燃燒器。點燃后形成淡藍色火焰，燃燒過程中產(chǎn)生大量熱。并可根據(jù)需要，調(diào)整火力，使用起來既方便又衛(wèi)生。液化石油氣雖然使用方便，但也有不平安的隱患。萬一管道漏氣或閥門未關嚴，液化石油氣向室內(nèi)擴散，當含量到達爆炸極限〔1.7%～10%〕時，遇到火星或電火花就會發(fā)生爆炸。為了提醒人們及時發(fā)現(xiàn)液化氣是否泄漏，加工廠常向液化氣中混入少量有惡臭味的硫醇或硫醚類化合物。一旦有液化氣泄漏，立即聞到這種氣味而采取應急措施。2設計參數(shù)確實定及材料選擇2.1設計參數(shù)確實定設計壓力確實定工作壓力：=0.5MPa根據(jù)GB150-2011平安閥開啟壓力：≤〔1.1～1.05〕，設計壓力?。?0.6MPa設計溫度確實定最高工作溫度:=30℃根據(jù)GB150-2011設計溫度取:=50℃2.1.3工作介質(zhì)性質(zhì)確定根據(jù)HG20660-2000《壓力容器中化學介質(zhì)毒性危害和爆炸危險程度分類》：工作介質(zhì)性質(zhì)：易燃易爆輕度危害性質(zhì)的液化氣體2.1.4壓力容器類別根據(jù)《過程設備設計》：本設備內(nèi)介質(zhì)屬于第一組介質(zhì)且=0.6MPaPV=0.6×10000MPa·L=6000MPa·L<50000MPa.L故為第Ⅰ類壓力容器[4]。2.2材料選擇筒體、封頭的材料選擇材料選擇：根據(jù)GB150-2011《鋼制壓力容器》，由于所設計的臥式容器為常規(guī)壓力容器，考慮使用條件和綜合本錢，選擇筒體與封頭的材料為鋼板Q345R，Q345R屬于低合金鋼，具有優(yōu)良的綜合力學性能和制造工藝性能[5]，其強度、韌性、耐腐蝕性、低溫與高溫性能均優(yōu)于相同含碳量的低碳鋼，并且采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材。根據(jù)GB713-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》和GB/T709-2006《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》規(guī)定，Q345R鋼板負偏差。附件材料的選擇根據(jù)HG/T20635-2009《鋼制管法蘭、墊片緊固件選配規(guī)定》的選擇法蘭的材料選擇為16MnⅡ;根據(jù)GB8163-2008《無縫鋼管》，接管及盤管的材料選擇16Mn;根據(jù)HG/T20635-2009《鋼制管法蘭、墊片緊固件選配規(guī)定》確定法蘭緊固件的材料：螺栓35CrMo,螺母30CrMo;根據(jù)HG/T20635-2009《鋼制管法蘭、墊片緊固件選配規(guī)定》確實定墊片的材料為聚四氟乙烯；另：人孔，支座為組合件，其材料見第三章。3結構設計3.1設計厚度計算3.1.1液柱靜壓力計算=585Kg/,滿載時液柱靜壓力為0.01MPa根據(jù)GB150-2011,液柱靜壓力小于設計壓力的5%時，可忽略不計，故==0.6MPa。筒體設計厚度計算假設材料許用應力=170MPa(厚度為6～16mm時〕焊接方式：根據(jù)GB150-2011，選用雙面焊對接接頭，20%無損探傷，故焊接系數(shù)。=/(2-)=3.74mm..............................(3.1)根據(jù)GB150-2011得：=2mm設計厚度：=3.74+2=5.74mm..............................(3.2)名義厚度：=8.0mm〔圓整值〕取0.3mm........(3.3)經(jīng)驗算：=8.0mm時=170MPa,與假設相符，故名義厚度8.0mm適宜。3.1.3封頭的選型〔標準橢圓封頭)圖1標準橢圓封頭表1封頭尺寸公稱直徑DN/mm總深度H/mm內(nèi)外表積/容積/18004753.65350.8270，，3.1.4封頭設計厚度計算假設材料許用應力=189MPa(厚度為6～16mm時〕焊接方式：根據(jù)GB150-2011，選用雙面焊對接接頭，20%無損探傷，故焊接系數(shù)。=/(2-0.5)=3.74mm........................(3.4)設計厚度：=3.74+2=5.74mm.............(3.5)名義厚度：=8.0mm.............(3.6)有效厚度：=5.7mm>1800mmx15%.............(3.7)橢圓形封頭最大允許工作壓力：[Pw]=2/(k+0.5)=0.64>Pw，驗算合格。3.2根本尺寸設計3.2.1設計結構草圖筒體長度計算：假設筒體內(nèi)徑Di=1800mm查表的封頭體積=0.8270，計算的筒體體積為：8,346那么.............(3.8)表2筒體尺寸mm公稱直徑總長度壁厚180032808圖2設計結構草圖3.3附件設計及選擇3.3.1接管法蘭的選型=1\*GB2⑴公稱壓力等級：Class150PN20根據(jù)HG/T20635-2009《鋼制管法蘭、墊片緊固件選配規(guī)定》確定：=1\*GB3①接管法蘭材料：16MnⅡ級鍛件(工作溫度≦38℃表壓19.6MPa〕=2\*GB3②法蘭型式及密封面型式[6]：帶頸對焊法蘭〔WN)突面〔RF〕根據(jù)HG/T20615-2009確定接管法蘭的根本尺寸：表3公稱尺寸與鋼管外徑對照表管法蘭公稱尺寸和鋼管外徑DN〔mm〕25405080NPS1``1-1/2``2``3``鋼管外徑(mm)33.748.360.388.9=2\*GB2⑵密封面尺寸表4突面法蘭密封面尺寸mmDN25405080f1d50.87392.1127.02圖3突面〔RF〕法蘭的密封面尺寸=3\*GB2⑶管法蘭的連接尺寸表5管法蘭連接尺寸DNDKLThn〔個〕近似質(zhì)量kg2540508011012515019079.498.4120.7152.416161818M14M14M14M1444441.141.812.725.22圖4法蘭的連接尺寸=4\*GB2⑷帶頸對焊鋼管法蘭結構尺寸表6法蘭結構尺寸mmDN鋼管外徑法蘭外徑法蘭厚度NBH2540508033.748.360.388.911012515019012.715.917.522.349657810827415277.554606268圖5帶頸對焊鋼制管法蘭〔WN〕尺寸〔5〕焊接接頭和坡口尺寸=1\*GB3①帶頸對焊法蘭的錐頸斜度應不大于45度，且應具有7度的直邊段，直邊段長度不小于7mm。=2\*GB3②帶頸對焊法蘭的頸部厚度一般不小于鋼管名義厚度。=3\*GB3③假設帶頸對焊法蘭的直邊段厚度超過與其對接鋼管壁厚1mm以上時，法蘭的直邊段應在內(nèi)徑處削薄，削薄的斜度應小于或等于1:3。圖6焊接坡口及尺寸3.3.2緊固件選配=1\*GB2⑴全螺紋螺柱根據(jù)HG/T20635-2009《鋼制管法蘭、墊片緊固件選配規(guī)定》選用專用級全螺紋螺柱材料：35CrMo表7螺柱性能熱處理力學性能HB調(diào)制〔回火≥550℃〕835735〔%〕13269-321根據(jù)GB/T901《等長雙頭螺柱B級》查的螺柱根本尺寸:表8螺柱尺寸及質(zhì)量DN螺紋Lzr(mm)質(zhì)量〔g〕25405080M14M14M14M14708085958496136153圖7等長雙頭螺柱結構尺寸=2\*GB2⑵管法蘭專用螺母根據(jù)GB/T20634-2009《鋼制管法蘭、墊片緊固件選配規(guī)定》確定材料選擇：30CrMo近似質(zhì)量：35g。選用螺母尺寸：表9螺母尺寸demsM14max15.1min14min21.1min25.94max14.3min13.6min10.9max24min23.16圖8螺母尺寸(3)平墊圈C級300HV根據(jù)GB/T20634-2009《鋼制管法蘭、墊片緊固件選配規(guī)定》，材料選擇：65Mn尺寸要求按GB/T95-2002《平墊圈C級》：表10根本尺寸M1415282.5圖9平墊圈尺寸3.3.3接管選型及校核本套設備的接管除人孔外均選用無縫鋼管[8]〔φ=1〕根據(jù)GB150-2011材料：16Mn許用應力：189MPa根據(jù)GB/T17395-2008《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》確定厚度附加量接管E,L1/L2，M1/M2：根據(jù)GB/T17395-2008《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》假設取4.5mm=2.0625mm.....................(3.9)=2.08MPa<...........(3.10)接管：A1，A2/H/J/N:根據(jù)GB/T17395-2008《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》假設取5.0mm=2.3125mm=6.0MPa<接管：P/Q：根據(jù)GB/T17395-2008《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》假設取6.0mm=3.25mm=5.266MPa<接管：C/D：根據(jù)GB/T17395-2008《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》假設取7.0mm=4.125mm=8.345MPa<經(jīng)校核所選管口表的接管均能滿足應力要求。注：〔1〕16Mn的無縫鋼管單位質(zhì)量:[(外徑-壁厚×壁厚]×0.02466=Kg/m〔2〕接管外伸長度根據(jù)JB/T4731-2005《鋼制臥式容器》要求E,接管L1/L2，M1/M2，A1，A2/H/J/N外伸長度取150mm;接管P/Q,C/D外伸長度取200mm。3.3.4墊片選配(1)根據(jù)HG/T20634-2009的選配規(guī)定選擇：鋼制管法蘭用纏繞式墊片-帶內(nèi)環(huán)和對中環(huán)型-D-RF〔公稱壓力Class150PN20〕(2)根據(jù)HG/T20634-2009的選配規(guī)定選擇材料：金屬帶材料：361；填充材料：聚四氟乙烯帶。(3)根據(jù)HG/T20631-2009確定墊片的尺寸〔公稱壓力Class150PN20〕表11墊片尺寸DND1D2D3D4Tt2540508027.044.555.681.031.854.169.9101.647.869.985.9120.765.584.5104.5136.54.53.0圖10金屬纏繞墊片尺寸3.3.5人孔本設備的人孔選型依據(jù)：GB/T21514-2005《鋼制人孔和手孔》與GB/T21523-2005《水平吊蓋帶頸平焊法蘭人孔》(1)型式、根本參數(shù)及尺寸水平吊蓋帶頸平焊法蘭人孔采用突面密封型式，公稱直徑DN=600mm，公稱壓力：PN=1.0MPa，吊蓋式，材料：組合件。最高無沖擊工作壓力1.0MPa[P]>Pw且接近，故型式滿足。表12人孔尺寸密封面形式公稱壓力DNdw×sDD1Abb1b2H1H2d螺母數(shù)量螺柱數(shù)量螺柱d×L質(zhì)量KgRF1.0600610x8780725435283234320204364020M27x115235圖11人孔尺寸表13明細表件號1234567891011121314標準號HG20594HG20607HG20601HG20613HG20613GB/T95GB/T41名稱筒節(jié)法蘭墊片法蘭蓋雙頭螺柱螺母吊環(huán)轉臂墊圈螺母吊鉤環(huán)鋼管支撐板數(shù)量1111見尺寸表見尺寸表11121111材料Q345R16MnⅡ聚四氟乙烯Q345R35CrMo30CrMoQ235Q235100HV4級Q235Q23520Q345R(2)開孔及開孔補強計算[5]假設開孔補強型式為補強圈補強。因=510MPa<540MPa,<38mm,均滿足補強圈補強條件，假設成立。=8-2-0.3=5.7mm.........................................(3.11)=10-2-0.3=7.7mm...........................................(3.12)=+2()=634.6mm.............................................(3.13)A=dδ+2δ〔1-〕=2373.404.....................................(3.14)B:2d=1269.2...........................................................(3.15)d+2+2=660.6.................................................(3.16)B取1269.2mm:=79.66mm....................................................(3.17)=77.46mm.................................................(3.18)h1取79.66mm注：實際外伸高度250mmh2:=79.66mm...................................................(3.19)≥1.5且≥6mmh2取12mm①殼體多余金屬面積=1243.816..................(3.20)②接管多余金屬面積：=1106.8..................(3.21)③接管區(qū)焊縫面積〔焊腳取為6mm〕：；〔無補強圈的焊接型式內(nèi)伸式、全焊透〕由此得：開孔無需補強。盤管及其固定構件=1\*GB2⑴盤管長度計算換熱面積：1.7㎡根據(jù)GB/T17395-2008《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》選取換熱管尺寸：=33.7×4mm根據(jù)HG20660-2000《壓力容器中化學介質(zhì)毒性危害和爆炸危險程度分類》及GB150-2011選擇材料：Q345取0.3MPa=0.5mm.................................................(3.22)=9.96MPa<=170MPa............................(3.23)得：L=19058.96mm取L=20m=2\*GB2⑵角鋼選配根據(jù)GB/T9787-1988選擇材料：Q235A;根本尺寸:角鋼號7.5尺寸：b×b×d=75×75×8L=300mmr取9mm理論質(zhì)量：11.503Kg/m=3\*GB2⑶U型螺栓選配根據(jù)JB/ZQ4321-1997材料：Q235A根本尺寸：表14U型螺栓DRdLabmc100件質(zhì)量3318M101604828461.599圖12U型螺柱尺寸=4\*GB2⑷螺母選配根據(jù)GB/T6170-2000《Ⅰ型六角螺母》確定材料：Q235A根本尺寸：表15螺母根本尺寸demsM10max10.8min10min14.6min17.77max8.4min8.04min6.4max16min15.73注：詳細尺寸見圖3.3.7支座的選擇=1\*GB2⑴此支座根據(jù)GB/T4721.1-2007《容器支座》進行選型：表16型式特征型式包角墊板筋板數(shù)支座尺寸輕型焊制A120有4見表見圖注：鞍式支座分固定式〔代號F〕和滑動式〔代號S〕兩種安裝形式[9]。=2\*GB2⑵系列參數(shù)及尺寸表17鞍座尺寸公稱直徑ＤＮ允許載荷Ｑ〔ＫＮ〕鞍座高度h底板l1底板b1底板腹板筋板l3筋板筋板筋板墊板弧長墊板b4墊板墊板e螺栓間距l(xiāng)2鞍座質(zhì)量〔kg〕增加１００mm高度增加的質(zhì)量〔kg〕鞍座包角18002952501280220121029519026082100430108011201627圖13支座根本尺寸材料：鞍式支座材料為Q235A墊板材料一般與筒體材料相同為Q345R。=3\*GB2⑶制造技術要求：=1\*GB3①焊接采用電弧焊，焊條牌號應根據(jù)支座材料參照有關標準選用。焊接接頭型式和尺寸按GB/T985中的規(guī)定。=2\*GB3②鞍座本體的焊接，均為雙面連續(xù)角焊，鞍座與容器圓筒焊接采用連續(xù)焊。焊縫腰高取較薄板厚度的0.5～0.7倍，且不小于5mm。=3\*GB3③焊縫外表不得有裂紋、夾渣、氣孔和弧坑等缺陷，并不得殘留有熔渣和飛濺物。=4\*GB3④鞍座墊板的圓弧外表應能與容器壁貼合，要求裝配后的最大間隙不應超過2mm。=5\*GB3⑤鞍座螺栓孔間距L2允許偏差值為±2mm。=6\*GB3⑥鞍座的螺栓孔和其他局部的制造公差分別按GB/T1804中的m級與c級精度。=7\*GB3⑦與腹板相接側的筋板兩端應切成25×45°的倒角。=8\*GB3⑧鞍座所有組焊零件周邊粗糙度為Ra50um.=9\*GB3⑨假設容器殼體有熱處理要求時，鞍座墊板應在熱處理前焊與容器上。=10\*GB3⑩鞍座焊接完畢，各部件應平整，不得翹曲。4強度計算4.1支座反力計算(1)圓筒的質(zhì)量：..................(4.1)——是指材料的密度，由于殼體與封頭的材料均選用Q345R，故。(2)封頭的質(zhì)量：(3)人孔質(zhì)量：=353kg(4)附件質(zhì)量：接管、法蘭、緊固件、密封件，按總質(zhì)量的20%計算。=394.24kg...................(4.2)圓筒的體積:...........(4.3)封頭的體積：故總體積為：..................(4.4)由于水的密度比油品與原油的密度均大，故鞍座應在水壓試驗時所受支反力較大，如下：水壓試驗時充液重量：..................(4.5)水壓試驗時總質(zhì)量：..................(4.6)；水壓試驗時單位長度載荷：..................(4.7)水壓試驗時支座反力：..................(4.8)4.2圓筒、封頭應力計算與校核支座彎矩計算①支座跨中截面處的彎矩..................(4.9)整理得式中:........(4.10)②支座截面處的彎矩式中..................(4.11)..................(4.12)4.2.2圓筒應力計算與校核(1)兩支座跨距中截面處圓筒的軸向應力截面最高點〔壓應力〕：..................(4.13)截面最低點〔拉應力〕:..................(4.14)(2)支座截面處軸向應力①支座截面最高點〔拉應力〕②支座截面最低點〔壓應力〕..................(4.15)其中K1,K2由JB-T4731-2005《鋼制臥式容器》表7-1查得K1=1，K2=1由于:，；，那么滿足應力要求。(3)圓筒和封頭[11]及切應力校核圓筒最大切應力應在的支座角點處。其大小按下式計算：..................(4.16)..................(4.17)式中k3,k4查《過程設備設計》表得K3=1.171,k4=0.410滿足應力要求。(4)支座截面處筒體的周向應力校核〔支座截面處無加強的圓筒〕：查《過程設備設計》表5-3得：k5=0.760,k6=0.013支座截面處筒體的最低點周向應力：..................(4.18)其中，驗算合格。........................(4.19)其中：，；鞍座墊片邊緣處圓筒中的周向應力由于，那么滿足周向應力要求。所采用的鞍座未超出標準規(guī)定的適用范圍，無需對鞍座腹板-筋板組合截面進行校核。綜上所述，支座可滿足。5.焊接工藝評定、無損檢測及壓力試驗5.1焊接工藝評定焊接是制造壓力容器的重要工藝，焊接質(zhì)量在很大程度上決定了制造質(zhì)量。壓力容器焊接質(zhì)量包括諸多方面的內(nèi)容：焊縫外觀、焊接缺陷、焊接變形與應力、焊接接頭的使用性能〔力學性能、彎曲性、耐腐蝕性能[2]、低溫性能、高溫性能等〕和焊接接頭外型尺寸等，焊接工藝能否保證產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，焊前需要在試件上進行驗證，這就是廣義的焊接工藝評定概念，嚴格來說，焊接工藝評定是指為驗證所擬定的焊件焊接工藝的正確性而進行的試驗過程及結果評價。焊接工藝評定一般過程(1)對于產(chǎn)品上每條需要評定的焊縫，擬定“預焊接工藝規(guī)程”，內(nèi)容包括每種焊接方法的重要因素、補加因素和次要因素、(2)按照“預焊接工藝規(guī)程”和本標準的規(guī)定施焊試件、檢驗和測定試樣性能、填寫“焊接工藝評定報告”，內(nèi)容主要包括每種焊接方法施焊試件所需控制的重要因素、補加因素數(shù)據(jù)記錄值和各項檢測結果，如果評定不合格應修改焊接工藝指導書繼續(xù)評定，直到評定合格。(3)當規(guī)定沖擊試驗時，焊接工藝指導書上每個重要因素和補加因素都要得到評定，當不規(guī)定沖擊試驗時，焊接工藝指導書上每個重要因素都要得到評定：正確選用焊接工藝參數(shù)可以減少焊接工藝評定數(shù)量。例如：①在同一組別內(nèi)最好選擇規(guī)定進行沖擊試驗的鋼號進行評定。②本單位假設需要多種焊接位置，那么首選向上立焊評定焊接工藝。③對于常用鋼號，對鋼材厚度統(tǒng)一考慮，使每一試件覆蓋的厚度范圍不重復或少重復。④充分利用已進行過評定試件覆蓋范圍用于兩種或兩種以上焊接方法(或焊接工藝)焊接同一焊縫的焊件。⑤盡量選用低氫性藥皮焊條，選用產(chǎn)品上可能使用的最大直徑的焊條。⑥盡量選用產(chǎn)品上可能使用的線能量最大值。⑦要求焊后熱處理的試件。盡量選用產(chǎn)品上可能使用焊后熱處理時間(如返修、環(huán)焊縫重復加熱等)。焊接工藝指制造焊件所有關的加工方法和實施要求，包括焊接準備，材料選用，焊接方法選定，焊接參數(shù)，操作要求。焊接工藝指導書是用于焊接工藝評定所擬定的焊接工藝。焊接工藝規(guī)程(范)與焊接工藝指導書不同，它是指制造焊件所有關的加工和實踐要求的細那么文件，可保證由熟練焊工或操作工操作時質(zhì)量的再現(xiàn)性。(4)經(jīng)評定合格的“預焊接工藝規(guī)程”可以保證獲得力學性能符合要求的焊接接頭，“焊接工藝指導書”可直接用于生產(chǎn)的前提條件是該單位焊接技術與管理素質(zhì)都較高，有控制焊接質(zhì)量的完整措施與方法：“焊接工藝指導書”不針對具體產(chǎn)品也不針對具體焊接接頭“焊接工藝指導書”通常不考慮勞動生產(chǎn)率、勞動保護、焊工操作方便、焊接線余應力與變形和焊接缺陷等生產(chǎn)管理因素，并不能有效保證焊接質(zhì)量的再現(xiàn)性。因此，國內(nèi)絕大多數(shù)壓力容器制造廠都綜合考慮“焊接工藝指導書”、產(chǎn)品要求、實際生產(chǎn)條件和管理因素編制“焊接工藝規(guī)程”〔也稱焊接工藝卡[13]〕用于焊制壓力容器。一般焊接工藝評定工作流程：審圖，確定需做那些評定；下達任務書；根據(jù)任務書，編制材料采購方案及焊接指導書〔pWPS)、下料任務單、理化試驗單、無損檢驗委托單〔如需熱處理，還有熱處理工藝卡〕；下料；焊接；質(zhì)檢員進行外觀檢查；合格后，無損檢測員進行RT無損檢測；合格后，如需熱處理，進行熱處理，不許熱處理，焊件進行試件加工；加工完畢，進行理化性能檢測；完畢后各項檢查結果匯總給焊接工程師，將合格的評定試件保存在保存室；焊接工藝師編制焊接工藝評定報告；完成后，單位技術部負責人審核、簽字，送至鍋檢所審核，簽字。鍋檢所簽字后，方可用到實際產(chǎn)品施焊中。評定編號：圖14評定編號例：母材Q245R,厚度6mm,焊接方法為鎢極氬弧焊，評定母材厚度范圍為6—12mm,焊縫熔敷金屬厚度范圍為6—12mm,該評定為第25個，評定編號為：I112—141〔12〕—025本設計所涉及焊接工藝評定如表18所示:表18焊接工藝評定評定編號評定報告編號材料方法母材厚度覆蓋范圍08403322010840332202084033220316-121(16)-00112-111(12)-0028-141(8)-003Q345RQ345RQ345R埋弧焊焊條電弧焊氬弧焊δ8δ6δ48-166-122-8表19Q345R-埋弧自動焊-δ8-焊接工藝評定焊接工藝評定任務書產(chǎn)品名稱通用件產(chǎn)品工號工程名稱Q345R埋弧自動焊δ8板對接估計費用焊接方法埋弧自動焊進度安排評定標準NB/T47014-2011評定編號0840332201坡口型式預熱標準常溫層間標準≤250℃后熱標準評定實驗項目外觀無裂紋為合格金相探傷無裂紋為合格硬度抗拉2個拉力化學分析彎曲4個側彎沖擊焊縫、熱影響區(qū)各3個沖擊機械性能和化學成分母材Rel(MPa)Rm(MPa)Akv(J)0℃A(%)Z(%)Q345R345490-6203421母材(%)CSiMnSPCrNiNQ345R≤0.2≤0.55≤0.015≤0.025試驗材料序號名稱規(guī)格材料數(shù)量備注1鋼板500×150×8Q345R22焊絲φ4H10Mn2焊劑8-40目HJ431熱處理標準/備注評定負責人熱處理工程師焊接責任工程師歸口單位評定工號預焊接工藝規(guī)程單位名稱：常州大學日期：評定工號：08403322評定報告編號：16-121(16)-001焊接方法：自動埋弧焊機械化程度〔手工、半自動、自動〕：自動焊接接頭：簡圖：坡口形式：見簡圖襯墊〔材料及規(guī)格〕：其它：母材：類別號：Fe-1組別號：Fe-1-2與類別號：Fe-1組別號：Fe-1-2相焊及標準號：鋼號：Q345R與標準號：鋼號：Q345R相焊。厚度范圍：母材：對接焊縫8-16角焊縫不限管子直徑、壁厚范圍：對接焊縫直徑不限壁厚8-16角焊縫不限焊縫金屬厚度范圍：對接焊縫0-16角焊縫不限其它：可用于返修焊、補焊焊接材料：焊材類別焊絲焊劑焊材標準GB/T5295-1999GB/T5295-1999填充金屬尺寸φ48-40目焊材型號F5A2-H10Mn2F4A2-H08A焊材牌號〔鋼號〕CHW-S3CHF431其它耐蝕堆焊金屬化學成分〔%〕：CSiMnPSCrNiMoVTiNb其它：預焊接工藝規(guī)程焊接位置：對接焊縫的位置：平位焊接方向〔向上、向下〕：角焊縫的位置：其它：焊后熱處理:溫度范圍〔℃〕：保溫時間〔h〕：升溫速度〔℃/h〕：冷卻方式：預熱：預熱溫度〔℃〕〔允許最低值〕：層間溫度〔℃〕〔允許最高值〕：250加熱方式：保持預熱時間(min):保護氣體：氣體混合比流量〔L/min〕保護氣體：尾部保護氣：反面保護氣：電特性：電流種類：直流極性：反接電流范圍〔A〕：580-640電弧電壓〔V〕：28-32〔按所焊位置和厚度，分別列出電流和電壓范圍，記入下表〕焊道/焊層焊接方法填充金屬焊接電流電弧電壓〔V〕焊接速度〔cm/min〕線能量〔KJ/cm〕牌號直徑極性電流〔A〕1SAWH10Mn2/HJ431φ4直反580-64028-3235-4521.7-35.12SAWH10Mn2/HJ43φ4直反580-64028-3235-45鎢極類型及直徑：噴嘴直徑〔mm〕：熔滴過渡形式：焊絲送進速度〔cm/min〕：技術措施：擺動焊或不擺動焊：不擺動擺動參數(shù)：焊前清理或層間清理：刷理或打磨反面清根方法：碳弧氣刨或打磨多道焊或單道焊〔每面〕：多道多絲焊或單絲焊：單絲導電嘴至工件距離：20-35捶擊：其它：編制日期審核日期批準日期表20Q345R-焊條電弧焊-δ6-焊接工藝評定焊接工藝評定任務書產(chǎn)品名稱通用件產(chǎn)品工號工程名稱Q345R焊條電弧焊δ6板對接估計費用焊接方法焊條電弧焊進度安排評定標準NB/T47014-2011評定編號0840332202坡口型式預熱標準常溫層間標準≤250℃后熱標準評定實驗項目外觀無裂紋為合格金相探傷無裂紋為合格硬度抗拉2個拉力化學分析彎曲2個面彎、2個背彎沖擊焊縫、熱影響區(qū)各3個沖擊機械性能和化學成分母材Rel(MPa)Rm(MPa)Akv(J)0℃A(%)Z(%)Q345R345490-6203421母材(%)CSiMnSPCrNiNQ345R≤0.2≤0.55≤0.015≤0.025試驗主材料序號名稱規(guī)格材料數(shù)量備注1鋼板500×120×6Q345R22焊條φ3.2φ4CHE507RE5015評定負責人熱處理工程師焊接責任工程師歸口單位評定工號預焊接工藝規(guī)程單位名稱：常州大學日期：評定工號：08403322評定報告編號：12-111(12)-002焊接方法：焊條電弧焊機械化程度〔手工、半自動、自動〕：手工焊接接頭：簡圖：坡口形式：見簡圖襯墊〔材料及規(guī)格〕：無其它：母材：類別號：Fe-1組別號：Fe-1-2與類別號：Fe-1組別號：Fe-1-2相焊及標準號：鋼號：Q345R與標準號：鋼號：Q345R相焊。厚度范圍：母材：對接焊縫6-12角焊縫不限管子直徑、壁厚范圍：對接焊縫直徑不限壁厚6-12角焊縫不限焊縫金屬厚度范圍：對接焊縫0-12角焊縫不限其它：可用于返修焊、補焊焊接材料：焊材類別焊絲焊絲焊材標準GB/T4747-2002GB/T4747-2002填充金屬尺寸φ3.2φ4焊材型號E5015E5015焊材牌號〔鋼號〕CHE507RCHE507R其它耐蝕堆焊金屬化學成分〔%〕：CSiMnPSCrNiMoVTiNb其它：預焊接工藝規(guī)程焊接位置：對接焊縫的位置：平位焊接方向〔向上、向下〕：角焊縫的位置：其它：焊后熱處理:溫度范圍〔℃〕：保溫時間〔h〕：升溫速度〔℃/h〕：冷卻方式：預熱：預熱溫度〔℃〕〔允許最低值〕：層間溫度〔℃〕〔允許最高值〕：250加熱方式：保持預熱時間(min):保護氣體：氣體混合比流量〔L/min〕保護氣體：尾部保護氣：反面保護氣：電特性：電流種類：直流極性：反接電流范圍〔A〕：φ3.2100-140φ4140-180電弧電壓〔V〕：φ3.220-23φ422-24〔按所焊位置和厚度，分別列出電流和電壓范圍，記入下表〕焊道/焊層焊接方法填充金屬焊接電流電弧電壓〔V〕焊接速度〔cm/min〕線能量〔KJ/cm〕牌號直徑極性電流〔A〕1SMAWCHE507Rφ3.2直反100-14020-237-815-27.62SMAWCHE507Rφ4直反140-18022-2410-12鎢極類型及直徑：噴嘴直徑〔mm〕：熔滴過渡形式：焊絲送進速度〔cm/min〕：技術措施：擺動焊或不擺動焊：不擺動擺動參數(shù)：焊前清理或層間清理：刷理或打磨反面清根方法：氣刨清理或砂輪打磨多道焊或單道焊〔每面〕：多道多絲焊或單絲焊：單絲導電嘴至工件距離：捶擊：其它：編制日期審核日期批準日期表21Q345R-氬弧焊-δ4-焊接工藝評定焊接工藝評定任務書產(chǎn)品名稱通用件產(chǎn)品工號工程名稱Q345R手工鎢極氬弧焊δ4板對接估計費用焊接方法手工鎢極氬弧焊進度安排評定標準NB/T47014-2011評定編號0840332203坡口型式預熱標準常溫層間標準≤250℃后熱標準評定實驗項目外觀無裂紋為合格金相探傷無裂紋為合格硬度抗拉2個拉力化學分析彎曲2個面彎、2個背彎沖擊焊縫、熱影響區(qū)各3個沖擊機械性能和化學成分母材Rel(MPa)Rm(MPa)Akv(J)0℃A(%)Z(%)Q345R345490-6203421母材(%)CSiMnSPCrNiNQ345R≤0.2≤0.55≤0.015≤0.025試驗主材料序號名稱規(guī)格材料數(shù)量備注1鋼板500×120×4Q345R22焊絲φ2.5CHG-56ER50-6熱處理/備注評定負責人熱處理工程師焊接責任工程師歸口單位評定工號預焊接工藝規(guī)程單位名稱：常州大學日期：評定工號：08403322評定報告編號：8-141(8)-003焊接方法：手工鎢極氬弧焊機械化程度〔手工、半自動、自動〕：手工焊接接頭：簡圖：坡口形式：見簡圖襯墊〔材料及規(guī)格〕：其它：單面焊雙面焊成型時間隙可加大到2-4mm母材：類別號：Fe-1組別號：Fe-1-2與類別號：Fe-1組別號：Fe-1-2相焊及標準號：鋼號：Q345R與標準號：鋼號：Q345R相焊。厚度范圍：母材：對接焊縫2-8角焊縫不限管子直徑、壁厚范圍：對接焊縫直徑不限壁厚2-8角焊縫不限焊縫金屬厚度范圍：對接焊縫0-8角焊縫不限其它：可用于返修焊、補焊焊接材料：焊材類別焊絲焊材標準GB/T8110-2008填充金屬尺寸φ2.5焊材型號ER50-6焊材牌號〔鋼號〕CHG-56其它耐蝕堆焊金屬化學成分〔%〕：CSiMnPSCrNiMoVTiNb其它：預焊接工藝規(guī)程焊接位置：對接焊縫的位置：平位焊接方向〔向上、向下〕：角焊縫的位置：其它：焊后熱處理:溫度范圍〔℃〕：保溫時間〔h〕：升溫速度〔℃/h〕：冷卻方式：預熱：預熱溫度〔℃〕〔允許最低值〕：常溫層間溫度〔℃〕〔允許最高值〕：250加熱方式：保持預熱時間(min):保護氣體：氣體混合比流量〔L/min〕保護氣體：純Ar100%8-10尾部保護氣：反面保護氣：電特性：電流種類：直流極性：正接電流范圍〔A〕：90-160電弧電壓〔V〕：10-15〔按所焊位置和厚度，分別列出電流和電壓范圍，記入下表〕焊道/焊層焊接方法填充金屬焊接電流電弧電壓〔V〕焊接速度〔cm/min〕線能量〔KJ/cm〕牌號直徑極性電流〔A〕1GTAWCHG-56φ2.5直流正接90-16012-145-72GTAWCHG-56φ2.5直流正接90-16012-145-7鎢極類型及直徑：WTh15Φ2.5噴嘴直徑〔mm〕：8-10熔滴過渡形式：焊絲送進速度〔cm/min〕：技術措施：擺動焊或不擺動焊：可擺動擺動參數(shù)：焊前清理或層間清理：刷理或打磨反面清根方法：多道焊或單道焊〔每面〕：多道多絲焊或單絲焊：導電嘴至工件距離：捶擊：其它：編制日期審核日期批準日期5.2無損檢測根本檢測(1)容器的焊接接頭，經(jīng)形狀尺寸及外觀檢查合格后，再進行無損檢測。(2)本容器A類及B類焊接接頭進行局部射線檢測。檢測方法按圖樣規(guī)定。檢測長度不得少于各條焊接接頭長度的20%，且不小于250mm。焊縫交叉部位及以下部位應全部檢測，其檢測長度可計入局部檢測長度之內(nèi)。a.凡標準抗拉強度下限>540MPa的鋼材制造容器上的C類和D類焊接接頭；b.層板材料標準抗拉強度下限>540MPa的多層包扎壓力容器的層板C類焊接接頭；c．堆焊外表；d.標準抗拉強度下限>540MPa的材料及Cr-Mo低合金鋼材經(jīng)火焰切割的坡口外表，以及該容器的缺陷修磨或補焊除的外表，卡具和拉肋等撤除處的焊痕外表；(3)容器上接管與接管的焊接接頭，需按圖樣[14]規(guī)定的方法，對其外表進行磁粉或滲透檢測。(4)射線檢測不低于Ⅲ級為合格；磁粉和滲透檢測，Ⅰ級為合格。重復檢測〔1〕經(jīng)射線檢測的焊接接頭，如有不允許的缺陷，應在缺陷去除干凈后進行補焊，并對該局部采用原檢