壓力容器設(shè)計(jì)說明書(儲(chǔ)罐液氨)液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)副本盧警浩

1、焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械制造與自動(dòng)化學(xué)生姓名 盧警浩學(xué)號2011062058設(shè)計(jì)題目液態(tài)氬氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求及技術(shù)參數(shù)： 參數(shù)： 直徑 1.6 m 材質(zhì) 16MnDR 條件：工作壓力 1.6MPa 設(shè)計(jì)壓力 1.6MPa 技術(shù)要求：1.寫出該結(jié)構(gòu)的幾種設(shè)計(jì)方案 2.強(qiáng)度計(jì)算及尺寸選擇 3.繪制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 4.撰寫主要工藝過程 5.撰寫設(shè)計(jì)說明書進(jìn)度安排：1熟悉零件：講授課程，熟悉零件 2天2查閱相關(guān)資料，提出可行方案 3天3上機(jī)畫圖 6天4書寫說明書 5天5圖紙及工藝的檢測 3天6答辯 2天指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日學(xué)院院長（簽字）：年 月 日目錄第一章 設(shè)計(jì)選

2、材及結(jié)構(gòu)11.設(shè)計(jì)壓力22.筒體的選材及結(jié)構(gòu)23.封頭的結(jié)構(gòu)及選材2第二章 設(shè)計(jì)計(jì)算21. 筒體壁厚及長度計(jì)算22封頭壁厚計(jì)算33.壓力試驗(yàn)4第三章人孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別4第四章接管、法蘭、墊片和螺栓的選擇6第五章鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9第六章容器焊縫標(biāo)準(zhǔn)11第七章筒體和封頭的校核111. 筒體軸向應(yīng)力校核13（1）由彎矩引起的軸向應(yīng)力13（2）設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力13（3）軸向應(yīng)力組合與校核132. 筒體和封頭切向應(yīng)力校核13第八章焊縫接頭的布置14第九章外層絕熱材料157 總結(jié)16參考文獻(xiàn)17第一章 設(shè)計(jì)選材及結(jié)構(gòu)1.設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力：1.6 MPa的壓力合適。屬于中壓容器5。設(shè)計(jì)溫度：20為

3、-4040條件下工作,屬于低溫容器。2.筒體的選材及結(jié)構(gòu) Q345R3.封頭的結(jié)構(gòu)及選材筒體的公稱直徑有標(biāo)準(zhǔn)選擇，而它的長度L可以根據(jù)容積要求來決定。設(shè)計(jì)L/D=4 V12公式計(jì)算出Di1.589mm圓整后Di1600mm采用EHA橢圓形封頭表2.1 橢圓封頭標(biāo)準(zhǔn)公稱直徑DN/mm總?cè)凵頗/mm容積V/質(zhì)量Kg16004250.5864 323.4封頭取與筒體相同材料。第二章 設(shè)計(jì)計(jì)算1. 筒體壁厚及長度計(jì)算（1）計(jì)算壓力Pc:液柱靜壓力：pa 故液柱靜壓力可以忽略，即PcP2.16×Pa查 壓力容器材料使用手冊-碳鋼及合金鋼得16MnDR的密度為7.85t/m3，熔點(diǎn)為1430，許

4、用應(yīng)力列于下表：圓筒的計(jì)算壓力為2.16 Mpa,容器筒體的縱向焊接接頭和封頭的拼接接頭都采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)為1.00,全部無損探傷。取許用應(yīng)力為163 Mpa。壁厚：mm鋼板厚度負(fù)偏差,取雙面腐蝕取腐蝕裕量。設(shè)計(jì)厚度為：名義厚度為：圓整后取名義厚度14mm。 （2）筒體長度計(jì)算充裝系數(shù)取0.9即：計(jì)算得：L6.008m 取L6m2封頭壁厚計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，型號代號為EHA，則： 封頭計(jì)算公式 ： 可見封頭厚度近似等于筒體厚度，則取同樣厚度。由得：直邊高度hH-25mm3.壓力試驗(yàn)水壓試驗(yàn)，液體的溫度不得低于5；試驗(yàn)方法：試驗(yàn)時(shí)容器頂部應(yīng)設(shè)排氣口，充

5、液時(shí)應(yīng)將容器內(nèi)的空氣排盡，試驗(yàn)過程中，應(yīng)保持容器外表面的干燥。試驗(yàn)時(shí)壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)壓力后，保壓時(shí)間一般不少于30min。然后將壓力降至規(guī)定試驗(yàn)壓力的80%，并保持足夠長的時(shí)間以便對所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行檢查。如有滲漏，修補(bǔ)后重新試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)時(shí)的壓力 水壓試驗(yàn)的應(yīng)力校核：水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力Mpa 水壓試驗(yàn)時(shí)的許用應(yīng)力為 故筒體滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度要求。第三章人孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別表4.1 人孔標(biāo)準(zhǔn)尺寸表密封面型式PN/MpaDNdw×sdDD1H1H2總質(zhì)量kg突面2.5500530×125007306602701232981. 內(nèi)壓容器開孔后所需的補(bǔ)強(qiáng)面積

6、式中 開孔直徑：；人孔材料采用16MnDR. 許用應(yīng)力為163MPa所以 =1殼體開孔的計(jì)算厚度為 =10.67mm A=505.6×10.67+0=5394.752.有效補(bǔ)強(qiáng)范圍（1）有效補(bǔ)強(qiáng)B 根據(jù)GB150公式 （2）外側(cè)有效高度 根據(jù)GB150公式（3）內(nèi)側(cè)有效高度 根據(jù)GB150-1998公式3.有效補(bǔ)強(qiáng)面積 (1).筒體多余面積 (2).接管多余面積(3).焊縫金屬面積焊腳取12(4).補(bǔ)強(qiáng)面積因?yàn)樗蚤_孔需另行補(bǔ)強(qiáng)，面積為計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)圈厚度： 第四章接管、法蘭、墊片和螺栓的選擇1. 接管和法蘭 液二氧化碳儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置排污口，氣相平衡口，氣相口，出液口，進(jìn)液口，人孔，液位計(jì)口，

7、溫度計(jì)口，壓力表口，安全閥口，排空口。接管和法蘭布置如圖3所示，法蘭簡圖如圖所示：查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中表8.2 3-1 PN10帶頸對焊鋼制管法蘭，選取各管口公稱直徑，查得各法蘭的尺寸。查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中附錄D中表D-3,得各法蘭的質(zhì)量。查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中表3.2.2，法蘭的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。表4：接管和法蘭尺寸序號名稱公稱直徑DN鋼管外徑法蘭焊端外徑法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n（個(gè)）螺栓Th法蘭厚度C法蘭頸法蘭高度H法蘭質(zhì)量NSRa排污口8089B200160188M16201

8、053.2106504b氣相平衡口8089B200160188M16201053.2106504c氣相口8089B200160188M16201053.2106504d出液口8089B200160188M16201053.2106504e進(jìn)液口8089B200160188M16201053.2106504f人孔500530B6706202620M24285627.116129039.5g1-2液位計(jì)口3238B140100184M1218402.364402h溫度計(jì)口2025B10575144M1218402.364401m壓力表口2025B10575144M1218402.364401n安全

9、閥口100108B220180188M16201313.6128524.5s排空口5057B165125184M1618742.985452.52. 墊片查HG/T 20609-2009鋼制管法蘭用金屬包覆墊片，得：表5 墊片尺寸表符號管口名稱公稱直徑內(nèi)徑D1外徑D2a排污口80109.5142b氣相平衡口80109.5142c氣相口80109.5142d出液口80109.5142e進(jìn)液口80109.5142f人孔g1-2液位計(jì)口3261.582h溫度計(jì)口2045.561m壓力表口2045.561n安全閥口80109.5142s排空口5077.5107注：1：包覆金屬材料為純鋁板，標(biāo)準(zhǔn)為GB/

10、T 3880，代號為L3。 2：填充材料為有機(jī)非石棉纖維橡膠板。3：墊片厚度均為3mm。3. 螺栓螺柱的選擇查HG/T 20613-2009 鋼制管法蘭用緊固件中表5.0.7-9和附錄中表A.0.1,得螺柱的長度和平墊圈尺寸：表6 螺栓及墊片緊固件用平墊圈 mm公稱直徑螺紋螺柱長ha80M169017303b80M169017303c80M169017303d80M169017303e80M169017303f500M2412525444g1-232M168517303h20M127513242.5m20M127513242.5n80M169017303s50M168517303第五章鞍座選型

11、和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1. 鞍座選型該臥式容器采用雙鞍式支座，材料選用Q235-B。估算鞍座的負(fù)荷： 儲(chǔ)罐總質(zhì)量筒體質(zhì)量：單個(gè)封頭的質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.2 EHA橢圓形封頭質(zhì)量，可知，充液質(zhì)量：，故附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為300kg，其他接管質(zhì)量總和估為100kg，即綜上所述， G=mg=178.721kN,每個(gè)鞍座承受的重量為89.361kN由此查JB4712.1-2007容器支座，選取輕型，焊制為BI,包角為120，有墊板的鞍座。查JB4712.1-2007表6得鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下表3：表3：鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸公稱直徑DN1600腹板8墊板390允許載荷Q/kN27

12、5筋板2558鞍座高度h250170e70底板1120240螺栓間距9602008螺孔/孔長D/l24/4012墊板弧長1870鞍座質(zhì)量Kg1162. 鞍座位置的確定因?yàn)楫?dāng)外伸長度A=0.207L時(shí)，雙支座跨距中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩絕對值相等，從而使上述兩截面上保持等強(qiáng)度，考慮到支座截面處除彎矩以外的其他載荷，面且支座截面處應(yīng)力較為復(fù)雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩，通常取尺寸A不超過0.2L值，為此中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB 4731鋼制臥式容器規(guī)定A0.2L=0.2（L+2h），A最大不超過0.25L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過大。由標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭故

13、 所以取:A 400鞍座的安裝位置如圖3所示：3. 鞍座強(qiáng)度校核鞍座腹板的水平分力：查得鞍座包角120°對應(yīng)系數(shù) 支座反力：鞍座腹板有效界面內(nèi)的水平方向平拉應(yīng)力：計(jì)算高度，取鞍座實(shí)際高度和兩者中的較小值，mm鞍座腹板厚度，mm鞍座腹板有效寬度，取墊板寬度與圓筒體的有效寬度兩者中的較小值，mm鞍座墊板有效厚度，10mm則 應(yīng)力校核：鞍座材料Q235-A·F的許用應(yīng)力，則第六章容器焊縫標(biāo)準(zhǔn)容器各受壓元件的組裝通常采用焊接。焊接接頭是焊縫、融合線和熱影響區(qū)的總稱，焊縫是焊接接頭的主要部分。焊接接頭的形式和坡口形式的設(shè)計(jì)直接影響到焊接的質(zhì)量與容器的安全。a) 回轉(zhuǎn)殼體與封頭的焊接接

14、頭采用對接接頭b) 接管與筒體的焊接接頭坡口為c) 人孔處接管、補(bǔ)強(qiáng)圈的焊接采用角焊，坡口為第七章筒體和封頭的校核1筒體軸向應(yīng)力校核（1）由彎矩引起的軸向應(yīng)力筒體中間處截面的彎矩： (6.1)式中 F鞍座反力，N； 橢圓封頭長軸外半徑，mm； L兩封頭切線之間的距離，mm； A鞍座與筒體一端的距離，mm； hi封頭短軸內(nèi)半徑，mm。支座處截面上的彎矩： (6.2)所以 由化工機(jī)械工程手冊（上卷，P1199）得K1=K2=1.0。因?yàn)镸1M2，且ARm/2=762mm，故最大軸向應(yīng)力出現(xiàn)在跨中面，校核跨中面應(yīng)力。筒體中間截面上最高點(diǎn)處 (6.3)所以 最低點(diǎn)處： (6.4)鞍座截面處最高點(diǎn)處：

15、(6.5)最低點(diǎn)處： (6.6)（2）設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力由 (6.7)所以 （3）軸向應(yīng)力組合與校核最大軸向拉應(yīng)力出現(xiàn)在筒體中間截面最低處所以 許用軸向拉壓應(yīng)力t=163MPa，而2t合格。最大軸向壓應(yīng)力出現(xiàn)在充滿水時(shí)，在筒體中間截面最高處 軸向許用應(yīng)力：根據(jù)A值查外壓容器設(shè)計(jì)的材料溫度線圖得B=150MPa，取許用壓縮應(yīng)力ac=150MPa，1ac，合格。2. 筒體和封頭切向應(yīng)力校核筒體切向應(yīng)力計(jì)算：由化工機(jī)械工程手冊（上卷，P11-100）查得K3=0.880，K4=0.401。所以 (6.8)封頭切向應(yīng)力計(jì)算： (6.9)因 所以合格。第八章焊縫接頭的布置容器各受壓元件的組裝通常采用焊接。焊接接頭是焊縫、融合線和熱影響區(qū)的總稱，焊縫是焊接接頭的主要部分。焊接接頭的形式和坡口形式的設(shè)計(jì)直接影響到焊接的質(zhì)量與容器的安全。1.對接接頭：2.搭接接頭3.角接接頭：第九章外層絕