30m3儲(chǔ)氣罐設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、1 緒論化學(xué)工業(yè)和其他流程工業(yè)的生產(chǎn)離不開(kāi)容器，所有化工設(shè)備的合體都是一種容器，某些化工機(jī)器的部件，如壓縮機(jī)的氣缸，也是一種容器。壓力容器應(yīng)用遍及各行各業(yè)，然而壓力容器又有其本身的特點(diǎn)，它們不僅要適應(yīng)化學(xué)工藝過(guò)程所要求的壓力和溫度條件，還要承受化學(xué)介質(zhì)的作用，要能長(zhǎng)期的安全工作，且保證密封。而儲(chǔ)氣罐則是用于儲(chǔ)存介質(zhì)的壓力容器，在本次設(shè)計(jì)中，介質(zhì)為氮?dú)?、氬氣這些無(wú)毒無(wú)腐蝕性氣體，因此本次設(shè)計(jì)不用特意考慮防毒防腐蝕的問(wèn)題。容器本身承受其內(nèi)部氣體對(duì)它的壓力，為內(nèi)壓容器，這容器的失效形式只要為彈塑性失效，故本次設(shè)計(jì)應(yīng)首先考慮這個(gè)問(wèn)題。另外，泄露也是容器失效的一種形式，在這次設(shè)計(jì)中也要考慮，對(duì)其進(jìn)行預(yù)防

2、。一個(gè)好的壓力容器在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須就要考慮到合理的實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件，使結(jié)構(gòu)安全可靠，便于制造、安裝、操作和維修，經(jīng)濟(jì)上合理等條件。本次設(shè)計(jì)也是本著按設(shè)計(jì)要求出發(fā)，以設(shè)計(jì)出一個(gè)最優(yōu)的儲(chǔ)氣罐為目標(biāo)。但由于時(shí)間能力有限，設(shè)計(jì)中定會(huì)有不妥之處，望老師批評(píng)指正。2 選材及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求及基本參數(shù)如下表2.1,2.2表2.1 基本設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)壓力mpa3.0設(shè)計(jì)溫度60最高工作壓力mpa2.8工作溫度常溫介質(zhì)名稱n2，氬氣設(shè)備主要材質(zhì)q345r介質(zhì)性質(zhì)無(wú)毒無(wú)害設(shè)備容積m30表2.2 接管設(shè)計(jì)參數(shù)符號(hào)公稱壓力公稱尺寸法蘭形式密封面形式用途伸出長(zhǎng)度n1pn40dn5080rf進(jìn)氣口120n2m20

3、x1.5so內(nèi)螺紋壓力表口見(jiàn)圖n3pn40dn50sorf安全閥口120n4pn40dn50sorf排氣口120n5pn40dn50sorf備用口（配盲板）120n6pn40dn20sorf排污口見(jiàn)圖mpn40dn450wnrf人孔見(jiàn)圖v14dn80透氣口法蘭標(biāo)準(zhǔn)hg/t20592-20092.2接管法蘭 接管法蘭標(biāo)準(zhǔn)為hg/t20592-2009，其中n16為so形式，即帶頸平焊法蘭，人孔為wn形式，即帶頸對(duì)焊法蘭。除n2外，所有法蘭密封形式都是rf，即突面密封，n2為內(nèi)螺紋密封。其規(guī)格見(jiàn)下圖：1表2.3 pn40帶頸平焊鋼管法蘭對(duì)于法蘭內(nèi)徑，本次設(shè)計(jì)取b型。以下是人孔的法蘭規(guī)格：1表2.4

4、 pn40帶頸對(duì)焊鋼管法蘭對(duì)于法蘭頸而言，取b型。2.3 人孔本次設(shè)計(jì)中，人孔公稱壓力為pn40，公稱尺寸dn450，法蘭形式wn（帶頸對(duì)焊），密封為rf（突面密封）。人孔標(biāo)準(zhǔn)為：1表2.5 垂直吊蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔 圖2-1 人孔部件圖3 強(qiáng)度計(jì)算3.1 筒體壁厚計(jì)算由公式=pcxdi/(2t- pc)+c1+c2 （3-1）其中計(jì)算厚度，mm；pc計(jì)算壓力（mpa），在本次設(shè)計(jì)中，為3.0；di圓筒內(nèi)直徑（mm），在本次設(shè)計(jì)中，為2200；焊接接頭系數(shù)，在本次設(shè)計(jì)中取0.85；t設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力（mpa），t=60；c1鋼板厚度負(fù)偏差，對(duì)q345r而言，取0.3；c2腐蝕余量，在本次設(shè)

5、計(jì)中取1.0；c= c1+ c2為厚度附加量，共1.3mm對(duì)于t而言，可查表，假設(shè)壁厚為616mm,則t=170mpa,經(jīng)計(jì)算，=24mm16mm,故壁厚為1636mm，此時(shí)t=163mpa，求的=25.4mm，經(jīng)圓整，取n=28mm，即名義厚度為28mm。23.2 封頭壁厚計(jì)算 選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，dn=2200 材料：根據(jù)要求為q345r, 假設(shè)封頭壁厚為1636mm，則可查表得：t=163mpa。由公式=pcxdi/(2t-0.5 pc)+c1+c2 （3-2）其中計(jì)算厚度，mm；pc計(jì)算壓力（mpa），在本次設(shè)計(jì)中，為3.0；di圓筒內(nèi)直徑（mm），在本次設(shè)計(jì)中，為2200；焊接接頭系

6、數(shù)，在本次設(shè)計(jì)中取0.85；t設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力（mpa），t=163mpa；c1鋼板厚度負(fù)偏差，對(duì)q345r而言，取0.3；c2腐蝕余量，在本次設(shè)計(jì)中取1.0；3求得=25.24mm，圓整取n=28mm，即名義厚度為28mm。3.3 水壓試驗(yàn)校核液壓試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)壓力值：pt=1.25 pcx/t 其中pt內(nèi)壓容器的試驗(yàn)壓力，mpa； pc設(shè)計(jì)壓力，mpa； 試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力，mpa； t設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，mpa；在本次設(shè)計(jì)中，有/t =1，所以pt=1.25 pc=1.25x3.0=3.75mpa校核公式t= ptx（di+te）/2 tex （3-3）待添加的隱藏文字內(nèi)容2其中t圓

7、筒應(yīng)力，mpa； pt試驗(yàn)壓力，3.0mpa； di筒體內(nèi)徑，2200mm； te筒體有效厚度，mm；焊接接頭系數(shù)，取0.85；2e=n-c=28-1.3=26.7mm （3-4）所以在試驗(yàn)壓力下圓筒應(yīng)力為t=156.4mpa查表得s=325mpa所以0.9s=0.9*325=292.5mpa因?yàn)?所以校核結(jié)果合格。3.4開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算圖3-1 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)示意圖3.4.1 n1管的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算接管為20鋼，其=130mpa，573.5，由于管壁為斜坡，壁厚有變化，所以實(shí)際計(jì)算的尺寸為70x10。已知筒體計(jì)算厚度為=25.4mm接管計(jì)算厚度t=pc*di/(2t- pc)+c1+c2di為50mm，

8、c1為0.1，所以=1.8mm接管名義厚度nt =10mm由于使用材料不同，所以強(qiáng)度削弱系數(shù)fr=130mpa/170mpa=0.76補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度：b=2d或者b=2 n+nt+d，兩者取大值其中d=di+2c=70+2*1.1=72.2，所以算的b=148.2mm接管有效長(zhǎng)度：h1=dnt=26.8mm接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度為120mm，在120和26.8中取較小值所以有效外伸長(zhǎng)度為26.8mm接管內(nèi)伸長(zhǎng)度：接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度為0，因?yàn)槿≥^小值，所以接管有效內(nèi)伸長(zhǎng)度為0。開(kāi)孔削弱所需補(bǔ)強(qiáng)面積：a=d/2 （3-5）a1=72.2*25.4/2=916.94mm殼體多余金屬面積：a1 =（b-d）x

9、（-）-2t（-）x（1-fr） （3-6）a2=（148.2-72.2）*（28-1.3-25.4）-2*（10-1.1）*（28-1.3-25.4）*（1-0.76）=100.42 mm 接管多余金屬面積：a2=2h1（t-）fr+2h1（t-c2）fr （3-7）a3=2*26.8*(10-1.1)-1.8*0.76=289.22 mm焊縫金屬截面積a3=10*10=100 mma1+a2+a3=100.42+289.22+100=489.64 mm 2因?yàn)閍 a1+a2+a3,所以要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，取補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為28mm，則其外徑d1=130mm，內(nèi)徑d2=60mm3.4.2 m接管（人孔）

10、的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算人孔=130mpa，480*10。已知筒體計(jì)算厚度為=25.4mm接管計(jì)算厚度t=pc*di/(2t- pc)+c1+c2di=480-20=460mm，c1為0.1，所以=7.4mm接管名義厚度nt =10mm由于使用材料不同，所以強(qiáng)度削弱系數(shù)fr=130mpa/170mpa=0.76補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度：b=2d或者b=2 n+nt+d，兩者取大值其中d=di+2c=460+2*1.1=462.2mm，所以求得b=924.4mm接管有效長(zhǎng)度：h1=dnt=68mm接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度為120mm，在120和68中取較小值所以有效外伸長(zhǎng)度為68mm接管內(nèi)伸長(zhǎng)度：接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度為0，因?yàn)?/p>

11、取較小值，所以接管有效內(nèi)伸長(zhǎng)度為0.開(kāi)孔削弱所需補(bǔ)強(qiáng)面積：a=d/2 a=462.2x25.4/2=5869.9mm殼體多余金屬面積：a1 =（b-d）x（-）-2t（-）x（1-fr）a1=（924.4-462.2）x（28-1.3-25.4）-2x（10-1.1）x（28-1.3-25.4）x（1-0.76）=641.09 mm接管多余金屬面積：a2=2h1（t-）fr+2h1（t-c2）fr a2=2x68x(10-1.1) -7.4x0.76=155.04 mm焊縫金屬截面積a3=10x10=100 mma1+a2+a3=641.09+155.04+100=896.13 mm因?yàn)閍 a

12、1+a2+a3,所以要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，取補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為28mm，則其外徑d1=760mm，內(nèi)勁d2=485mm4 儲(chǔ)氣罐的制造檢驗(yàn)4.1 儲(chǔ)氣罐的制造制造可使壓力容器由圖紙化為實(shí)物，因此可以說(shuō)是質(zhì)量保證最關(guān)鍵的環(huán)節(jié).制造對(duì)設(shè)計(jì)師提出的要求是在結(jié)構(gòu)上保證焊縫的高質(zhì)量并盡可能保證焊縫可以進(jìn)行檢驗(yàn)。所以設(shè)計(jì)者尤其要把好焊接這一關(guān)，而焊接這一關(guān)又可以分為以下幾個(gè)方面來(lái)做好：4.1.1 焊接方法a） 焊條、焊劑及其他焊接材料的貯存庫(kù)應(yīng)保持干燥，相對(duì)濕度不得大于60%。當(dāng)施焊環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況，且無(wú)有效防護(hù)措施時(shí)，禁止施焊：手工焊時(shí)風(fēng)速大于10 m/s；氣體保護(hù)焊時(shí)風(fēng)速大于2 m/s；相對(duì)濕度大于90%；雨、雪

13、環(huán)境。b） 當(dāng)焊件溫度低于0時(shí)，應(yīng)在始焊處100 mm 范圍內(nèi)預(yù)熱到15左右。c） 焊接接頭表面應(yīng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行外觀檢查，不得有表面裂紋、未焊透、未熔合、表面氣孔、弧坑、未填滿、夾渣和飛濺物；焊縫與母材應(yīng)圓滑過(guò)渡。4焊縫詳圖如下：圖4-1接管與筒體、封頭焊接圖 圖4-2筒體縱環(huán)焊縫詳圖4.1.2 焊后熱處理a） 不得使用燃煤爐進(jìn)行焊后熱處理。熱處理裝置（爐）應(yīng)配有自動(dòng)記錄溫度曲線的測(cè)溫儀表，并能自動(dòng)繪制熱處理的時(shí)間與工件壁溫關(guān)系曲線。b） 焊后熱處理應(yīng)優(yōu)先采用在爐內(nèi)整體加熱的方法進(jìn)行；當(dāng)無(wú)法整體加熱時(shí)，允許在爐內(nèi)分段加熱進(jìn)行。分段熱處理時(shí)，其重復(fù)加熱長(zhǎng)度應(yīng)不小于1500 mm。爐內(nèi)部分的操作應(yīng)

14、符合規(guī)定。爐外部分應(yīng)采取保溫措施，使溫度梯度不致影響材料的組織和性能。c） b、 c、d、e 類焊接接頭，允許采用局部熱處理方法。局部熱處理時(shí)，焊縫每側(cè)加熱寬度不小于鋼材厚度s 的2 倍；接管與殼體相焊時(shí)，垂直于焊縫方向上的加熱寬度不得小于鋼材厚度s 的6 倍。靠近加熱區(qū)的部位應(yīng)采取保溫措施，使溫度梯度不致影響材料的組織和性能。d） 對(duì)于本次設(shè)計(jì)，其焊后熱處理操作應(yīng)符合如下規(guī)定：1） 焊件進(jìn)爐時(shí)爐內(nèi)溫度不得高于400；2） 焊件升溫至400后，加熱區(qū)升溫速度不得超過(guò)5 000/s/h (s 為焊接接頭厚度定義中的工件鋼材厚度，mm，6）同此。)，且不得超過(guò)200/h，最小可為50/h；3） 升

15、溫時(shí)，加熱區(qū)內(nèi)任意5 000 mm 長(zhǎng)度內(nèi)的溫差不得大于120；4） 保溫時(shí)，加熱區(qū)內(nèi)最高與最低溫度之差不宜超過(guò)65；5） 升溫及保溫時(shí)應(yīng)控制加熱區(qū)氣氛，防止焊件表面過(guò)度氧化；6） 爐溫高于400時(shí)，加熱區(qū)降溫速度不得超過(guò)6 500/s/h，且不得超過(guò)260/h，最小可為50/h；7） 焊件出爐時(shí)，爐溫不得高于400，出爐后應(yīng)在靜止空氣中繼續(xù)冷卻54.1.3 制造過(guò)程中的檢驗(yàn) 應(yīng)當(dāng)力求使焊肉、熱影響區(qū)和母材的力學(xué)性能相等。一般除做焊接工藝評(píng)定時(shí)需要試板測(cè)試之外還要求在筒體縱焊縫的末端附裝試板，與主焊縫同時(shí)焊完取下，供以后檢驗(yàn)之用。4.1.4 制造過(guò)程中的檢驗(yàn) 容器制造中的檢驗(yàn)尤為重要的焊縫質(zhì)量

16、檢驗(yàn)，主要方法為射線和超聲波探傷為主。本次設(shè)計(jì)檢驗(yàn)方法為局部射線或超聲檢測(cè)，應(yīng)對(duì)其a 類及b 類焊接接頭進(jìn)行局部射線或超聲檢測(cè)。其中，對(duì)容器的檢測(cè)長(zhǎng)度不得少于各條焊接接頭長(zhǎng)度的20%，且均不得小于250 mm。焊縫交叉部位及以下部位應(yīng)全部檢測(cè)，其檢測(cè)長(zhǎng)度可計(jì)入局部檢測(cè)長(zhǎng)度之內(nèi)。1） 先拼板后成形凸形封頭上的所有拼接接頭；2） 凡被補(bǔ)強(qiáng)圈、支座、墊板等所覆蓋的焊接接頭；3） 以開(kāi)孔中心為圓心，開(kāi)孔直徑為半徑的圓中所包容的焊接接頭；4） 嵌入式接管與圓筒或封頭對(duì)接連接的焊接接頭；5） 容器上的公稱直徑不小于250 mm 的接管與接管對(duì)接接頭和接管與高頸法蘭的對(duì)接接頭。54.3 在役檢驗(yàn)和監(jiān)控實(shí)踐證

17、明，壓力容器的爆破事故絕大多數(shù)起源于裂紋或者其他缺陷的擴(kuò)展。裂紋的萌生與擴(kuò)展有一個(gè)過(guò)程，在投入運(yùn)行前通過(guò)了檢查的容器，在服役一定實(shí)踐以后往往在定期檢修時(shí)可能發(fā)現(xiàn)裂紋。在役檢驗(yàn)以射線檢驗(yàn)和超聲檢驗(yàn)為主，輔以磁粉或著色檢驗(yàn)以檢測(cè)表面裂紋。為了對(duì)容器進(jìn)行在役檢驗(yàn)，所以要對(duì)材質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控，這就要在設(shè)備內(nèi)安放“掛片”，定期取出進(jìn)行材料觀察及性能檢測(cè)。5 總結(jié)本次設(shè)計(jì)是這最后一個(gè)學(xué)期來(lái)學(xué)校的第一件事，帶著假期的惰性與新學(xué)期的干勁這兩個(gè)相互對(duì)立的態(tài)度來(lái)完成。這次設(shè)計(jì)可以分為四個(gè)階段：第一階段為準(zhǔn)備階段，這里我們了解的設(shè)計(jì)的大致步驟，對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)度安排進(jìn)行了解并在自己的時(shí)間里安排的它的進(jìn)程。第二階段就正式進(jìn)入了

18、設(shè)計(jì)了，可稱為計(jì)算階段。這階段只發(fā)了一個(gè)下午的時(shí)間，主要進(jìn)行筒體與封頭壁厚的計(jì)算，強(qiáng)度校核跟開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，為接下來(lái)的設(shè)計(jì)做好最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。第三階段為繪圖階段。這個(gè)階段就是要我們?cè)谝延袛?shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，查出其余的如法蘭、人孔的尺寸，然后運(yùn)用auto cad ，將設(shè)計(jì)圖畫(huà)出來(lái)。這個(gè)過(guò)程的時(shí)間可以說(shuō)是最長(zhǎng)的了，既要查尺寸，又要繪圖，然后由于繪圖軟件已經(jīng)很久沒(méi)用了，已經(jīng)不是很熟悉，不過(guò)還好，隨著進(jìn)程的慢慢向前推進(jìn)，在老師的糾正下，不只一些容器設(shè)計(jì)上的問(wèn)題得到的解決，而且對(duì)于cad的應(yīng)用也有的很大的進(jìn)步，越來(lái)越熟練。不過(guò)時(shí)間也過(guò)得很快，很快就到了答辯的日子，還好當(dāng)初大部分在老師的解惑下已經(jīng)懂了，所以答辯很順利的就過(guò)去了，接下來(lái)就是最后一個(gè)階段了。這最后一個(gè)階段就是寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。這里要求將設(shè)計(jì)的計(jì)算過(guò)程寫(xiě)下來(lái)，并對(duì)所設(shè)計(jì)的儲(chǔ)氣罐進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，不過(guò)到了如今，