低合金鋼壓力容器課程設計

1、 課程設計學校：山西大同大學煤炭工程學院姓名： 專業(yè)： 材料成型及控制工程 班級： 11材料一班 學號： 110803021129 題目： 5立方臥式油罐 時間：2014年12月15日 至1月2日指導老師： 魏雷 目錄設計說明書1.1 適用范圍.41.3 5 m3臥式油罐加工基本參數(shù)和尺寸.41.2 設計、制造遵循的主要規(guī)范.41.4 安全.41.5 設計遵循 參照的主要規(guī)范.41.6 設計范圍.41.6.1 防雷電與防靜電措施.41.6.2 防火措施.51.6.3 油罐接管.61.6.4 油罐接管.61.7 油罐分類61.7.1 金屬油罐61.7.2 非金屬油罐71.7.3 地下油罐71.7

2、.4 非地下油罐71.7.5 地上油罐7計算說明書2.1 設計的基本參數(shù).82.2 罐體壁厚計算.82.2.1 筒體壁厚計算.82.2.2 封頭壁厚計算.92.3 鞍座的選擇計算.92.3.1 罐體重Q192.3.2 封頭重Q292.3.3 水重Q392.3.4 附件重Q4.102.4 鞍座作用下的應力計算.102.4.1 筒體軸向彎矩.102.4.2 筒體軸向應力計算.112.4.3 筒體周向應力計算.122.4.4 周向壓縮應力計算.122.4.5 周向總應力的計算和校核.13設計心得14焊接工藝卡115焊接工藝卡217參考文獻19 設計說明書1.1 適用范圍本文適用于儲存工業(yè)或民用設施中

3、常用的燃料油的5 m3臥式油罐。 壓力：常壓溫度：-19 200介質(zhì)：燃料油1.2 設計、制造遵循的主要規(guī)范(1) 鋼制壓力容器 GB 150 (2) 鋼制焊接常壓容器 JB/T 4735 (3) 鋼制壓力容器焊接規(guī)程 JB/T 4709 (4) 氣焊、手工電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形式與尺寸 GB985-88(5) 壓力容器無損檢測 JB 4730 1.3 5 m3臥式油罐加工基本參數(shù)和尺寸： 1200（直徑）× 4500（長度）× 6（壁厚）（單位：mm）； 封頭壁厚：6 mm； 殼體材料：20R； 設備金屬總質(zhì)量：1175 kg；1.4 安全油罐應有避雷、防靜電

4、措施，具體措施如下：1.5 設計遵循 參照的主要規(guī)范(1)爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范 （GB50058）(2)石油與石油設施雷電安全規(guī)范 （GB15599）(3)汽車加油加氣站設計與施工規(guī)范 （GB50156）(4)鍋樓房設計規(guī)范 （GB50041）(5)防止靜電事故通用規(guī)則 （GB12158）(6)石油化工企業(yè)設計防火規(guī)則 （GB50160）(7)石油庫設計規(guī)范 （GBJ 74）1.6 設計范圍(1)防雷電與防靜電措施 (2)防火措施1.6.1 防雷電與防靜電措施(1)可燃氣體、 液化烴、 可燃液體的鋼罐，必須設防雷接地，并應符合下列規(guī)定：裝有阻火器的甲B 乙類可燃液體地上固定頂罐，

5、當頂板厚度等于或大于4mm時，可不設避雷針，線；丙類液體儲罐，可不設避雷針、線，但必須設防感應雷接地；壓力儲罐不設避雷針、線，但應作接地；(2)本圖集罐體均采用厚度4mm的金屬材料，不設避雷措施，但當罐體置于建筑物、構(gòu)筑物內(nèi)時必須作可靠接地，其接地點不應少與兩處，其間弧形距離不應大于30m；當金屬油罐在室外設置時必須作環(huán)形防雷接地，其接地點不應少與兩處，其間弧形距離不應大于30m；接地體距罐壁距離應大于3m(3)將油罐系統(tǒng)流程有關(guān)的設備、設施的防雷接地、防靜電接地和電氣設備接地共用同一接地裝置，接地電阻4歐 。接地連接線均采用多股銅芯線，截面不應小于16mm2。(4)可燃液體儲罐的溫度、液位等

6、測量裝置，應采用鎧裝電纜或鋼管配線，電纜外皮或配線鋼管與罐體應作電氣連接。(5)操作井立柱角鋼與墊板、墊板與儲油罐外壁、立柱角鋼與操作井蓋板均應作電器通路。蓋板與加油車或輸入裝置作防靜電連接。(6)根據(jù)不同的防護區(qū)（爆炸危險區(qū)）確定相應的防護措施：電源線路的敷設與連接，防靜電連接、防雷接地的連接（共用接地連接） (7)油罐底座應與油罐作可靠電氣連接，在油罐底座預留接地端子。當接地端子間沿油罐外圍距離大與30m時，需增加接地端子。接地端子的設置位置由設計人員確定。(8)由接地端子至接地體采用BV-1X25mm2導線穿PVC40管。接地體應用直徑不小于16mm的鍍鋅圓鋼或截面不小于40×

7、4 mm2的鍍鋅扁鋼制成。1.6.2 防火措施(1)可燃液體火災宜采用低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)。撲救可燃氣體、可燃液體和電器設備及烷烴金屬化合物等的火災，宜選用鈉粉。當干粉與氟蛋白泡沫滅火系統(tǒng)聯(lián)用時，應選用硅化鈉鹽干粉。(2)油罐區(qū)的火災應采用干粉車。(3)油罐儲量100 m3或設有隔熱層的可不設固定消防水冷卻水系統(tǒng)，單移動式消防冷卻水系統(tǒng)應能滿足消防冷卻總?cè)萘康囊蟆?4)建筑物、構(gòu)筑物內(nèi)的可燃氣體泄露危險場所應采用可燃氣體探測器報警系統(tǒng)。(5)消防措施，根據(jù)工程實際情況由選用單位與環(huán)衛(wèi)措施等統(tǒng)一考慮。1.6.3 油罐接管(1)本圖所示工藝接管的規(guī)格、數(shù)量及位置，可根據(jù)工程實際情況由選用單位行調(diào)整

8、。(2)與油罐相連通的進油管，通氣管橫管及回油管均應坡向油罐，其坡度不應小于2。(3)通氣管管口應高出地面4m及以上。沿建筑物的墻柱向上敷設的通氣管管口，應高出建筑物的頂面1.5m及以上。通氣管的公稱直徑不應小于50mm且應安裝阻火器。1.6.4 油罐接管船舶運輸，一般油罐的總?cè)莘e應根據(jù)油的運輸方式和供應周期等因素確定。對于火車和不小于 2030 天的設備最大消耗量；對于汽車運輸一般不小于 510 天的設備最大消耗量；對于油管道輸送一般不小于 35 天的設備最大消耗量；對于以辦公為主的建筑，燃油設備的日運行時間取 1012 小時；以普通住宅為主的建筑，日運行時間為取 1216 小時；以高檔住宅

9、和賓館為主的建筑，日運行時間取 1624 小時。 1.7 油罐分類1.7.1 金屬油罐金屬油罐是采用鋼板材料焊成的容器。普通金屬油罐采用的板材是一種代號叫A3F的平爐沸騰鋼；寒冷地區(qū)采用的是A3平爐鎮(zhèn)靜鋼；對于超過10000m3的大容積油罐采用的是高強度的低合金鋼。常見的金屬油罐形狀，一般是立式圓柱形、臥式圓柱形、球形等幾種。立式圓柱形油罐根據(jù)頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)又可分為桁架頂罐、無力矩頂罐、梁柱式頂罐、拱頂式罐、套頂罐和浮頂罐等，其中最常用的是拱頂罐和浮頂罐。拱頂罐結(jié)構(gòu)比較簡單，常用來儲存原料油、成品油和芳烴產(chǎn)品。浮頂罐又分內(nèi)浮頂罐和外浮頂罐兩種，罐內(nèi)有鋼浮頂浮在油面上，隨著油面升降。浮頂不僅降低了油品

10、的消耗，而且減少了發(fā)生火災的危險性和對大氣的污染。尤其是內(nèi)浮頂罐，蒸發(fā)損耗較小，可以減少空氣對油品的氧化，保證儲存油品的質(zhì)量，對消防比較有利。前內(nèi)浮頂罐在國內(nèi)外被廣泛用于儲存易揮發(fā)的輕質(zhì)油品，是一種被推廣應用的儲油罐。臥式圓柱形油罐應用也極為廣泛。由于它具有承受較高的正壓和負壓的能力，有利于減少油品的蒸發(fā)損耗，也減少了發(fā)生火災的危險性。它可在機械，一成批制造，然后運往工地安裝，便于搬運和拆遷，機動性較好。缺點是容量一般較小，用的數(shù)量多，占地面積大。它適用于小型分配油庫、農(nóng)村油庫、城市加油站、部隊野戰(zhàn)油庫或企業(yè)附屬油庫。在大型油庫中也用來作為附屬油罐使用，如放空罐和計量罐等。球形油罐具有耐壓、節(jié)

11、約材料等特點，多用于石油液化氣系統(tǒng)，也用做壓力較高的溶劑儲罐。1.7.2 非金屬油罐非金屬油罐的種類很多，有土油罐、磚油罐、石砌油罐、鋼筋混凝土油罐、玻璃鋼油罐、耐油橡膠油罐等等。石砌油罐和磚砌油罐應用較多，常用于儲存原油和重油。該類油罐最大的優(yōu)點是節(jié)約鋼材、耐腐蝕性好、使用年限長。非金屬材料導熱系數(shù)小，當儲存原油或輕質(zhì)油品時，因罐內(nèi)溫度變化較小，可減少蒸發(fā)損耗，降低火災危險性。又由于非金屬罐一般都具有較大的剛度，能承受較大的外壓，適宜建造地下式或半地下式油罐，有利于隱蔽和保溫。但是一旦發(fā)生基礎下陷，易使油罐破裂，難以修復。它的另一大缺點是滲漏，雖然使用前經(jīng)過防滲處理，但防滲技術(shù)還未完全解決。

12、1.7.3 地下油罐地下油罐指的是罐內(nèi)最高油面液位低于相鄰區(qū)域的最低標高02m，且罐頂上覆土厚度不小于05m的油罐。這類油罐損耗低，著火的危險性小。1.7.4 半地下油罐半地下油罐指的是油罐埋沒深度超過罐高的一半，油罐內(nèi)最高油面液位比相鄰區(qū)域最低標高不高出2m的油罐。1.7.5 地上油罐地上油罐指的是油罐基礎高于或等于相鄰區(qū)域最低標高的油罐，或油罐埋沒深度小于本身高度一半的油罐。地上油罐是煉油企業(yè)常見的一類油罐，它易于建造，便于管理和維修，但蒸發(fā)損耗大，著火危險性較大。 設計計算說明書2.1 設計的基本參數(shù) 設計壓力 P0.1MPa 設計溫度 T2000C 介 質(zhì) 燃料油 焊縫系數(shù)

13、0.85腐蝕裕量 C21.5mm筒體內(nèi)徑 Di1=1200mm筒體長度 L=4500mm封頭內(nèi)徑 Di2=1200mm主體材料 20R其設計溫度下許用應力 水壓試驗壓力 PT=0.125MPa鋼板厚度負偏差 C1=0.6mm2.2 殼體壁厚計算2.2.1 筒體壁厚計算由設計書中的公式(2-1)計算筒體壁厚壁厚附加量 CC1C20.61.52.1mm由于最小壁厚規(guī)定并且所以C2.42.14.5mm圓整后，實選壁厚=6mm2.2.2 封頭壁厚計算由設計書中的公式(2-2)計算封頭壁厚由于最小壁厚規(guī)定并且壁厚附加量C=C1C20.61.52.1mmC2.42.14.5mm圓整后實選壁厚6mm2.3

14、鞍座的選擇計算儲罐的總重QQ1+Q2+Q3+Q4式中：Q1罐體重 Q2封頭重Q3汽油重 Q4附件重2.3.1 罐體重Q1筒體DN1200，=6mm，主體材料為20R時，2.3.2 封頭重Q2封頭EHA1200×6，主體材料為20R時，其重量q2=76.4kg所以Q12q2=153kg2.3.3 水重Q3Q3=其中充料系數(shù)，取0.9V儲罐體積 V = 5.6m3水在200C時的比重為1000kg/m3于是kg2.3.4 附件重Q4人孔（A.0）500約重55.4kg，其余附件總重按56.1計，于是Q455.4+56.1=112kg所以設備總重QQ1+Q2+Q3+Q4803+153+50

15、40+1126108kg每個支座需承受約3054kg重，負荷相當大，所以選公稱直徑為1200mm的A1200-F型鞍座。2.4 鞍座作用下筒體應力計算2.4.1 筒體軸向彎矩計算雙支座支撐的的臥式容器殼視為雙支點的外伸梁，在容器軸向存在兩個最大彎矩，一個在鞍座處，一個在容器兩支座間跨距中點處。F = mg = 3054×9.8 =29929.2N跨距中點處的彎矩按下式計算：M1支座處的彎矩按下式計算：式中Ri-筒體內(nèi)半徑，mA支座中心線至封頭切線的距離，m，選取A0.405 = L + 2×25 = 4550mmH = 5231-400-4500-25-6 = 300mmC

16、2系數(shù)，C3系數(shù)，所以，= = =19.99Nm2.4.2 筒體軸向應力計算在跨距中點處橫截面上，由壓力及彎矩所引起的軸向應力之和見下圖：圖3-2 筒體軸向應力分析圖 1、在橫截面的最高點處： = = 3.16 MPa 2、在橫截面的最低點處： = = 12.23 MPa以上兩式中：P設計壓力MPa容器壁厚，mm（不計附加壁厚）= = 3.9 在支座處的軸向應力：此應力取決于支承面上筒體的局部剛性。當在載荷作用下筒體不能保持圓形時，其橫截面上部的一部分對承受軸向彎矩不起作用。當筒體有加強圈時，在筒體最高點處的軸向應力用下式計算： = = 10.19 MPa3、在筒體橫截面的最低點處的軸向應力用

17、下式計算： = = 6.298 MPaK1 ，K2為參數(shù)，查化工設備機械基礎表76得K10.107，K20.1922.4.3 筒體周向應力計算2.4.5.1 周向彎矩計算 = = 606mm因鞍座截面處無加強圈，且A>0.5Rn，所以按化工容器中公式5-55：M=K6FRn計算。式中：K6系數(shù)，由承壓容器中圖8-8查得：當= 0.67時，=0.02其它參數(shù)同上。則M=K6FRn2.4.4 周向壓縮應力計算因鞍座截面處無加強圈，且A>0.5Rn，所以按化工容器中公式5-57：Tmax計算。式中：K5系數(shù)，由化工容器中查得：鞍座包角º時K50.760則Tmax = N而在鞍座

18、軸邊角處的周向壓縮應力T值為：T= 2.4.5 周向總應力的計算和校核該設計圓筒的鞍座界面上無加強圈，但在鞍座兩側(cè)的圓筒上有加強圈。而且鞍座上不設置襯墊板，則圓筒橫截面最低處周向壓縮應力按下式計算：其中k-計及圓筒和鞍座是否相焊的系數(shù)，本設計中不相焊，k=1.0K5系數(shù)，K50.760b-圓筒的有效長度，= 245.84mm所以MPa鞍座邊角處的周向總應力：因為則MPa根據(jù)化工容器規(guī)定，用圓筒材料在設計溫度下的許用應力進行校核；用圓筒材料在設計溫度下許用應力的1.25倍進行校核。因為 MPa所以滿足強度要求。 設計心得 課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實

19、踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生能力的具體訓練和考察過程。在現(xiàn)在的各項領域中焊接裝置的應用試非常常見的，可以說是無處不在，因此我覺得掌握好焊接這門技術(shù)是很有必要的，這次對儲罐的課程設計可以說是對以前學習的知識的一次檢驗和理論與實踐的結(jié)合，更是一次工作的前奏。對于本次課程設計，指導老師老師花費了大量的心思，付出了很多努力，讓我們對以前學習的知識進行總結(jié)和畢業(yè)設計的預設計，雖然這次課程設計量比較大，但是老師的安排是非常有意義的，對我們來說也是一項必須完成的工作。在設計開始時，老師進行了的詳細講解，我才有了自己的設計思路，在此非常感謝老師的辛勤付出，對我的指導和幫助。同時也感謝在設計過程中我們一起討論的同

20、學。這次課程設計基本接近尾聲，在指導老師的幫助和組員的共同努力下，這次課程設按期完成了，再次對給予我們幫助的老師和同學表示忠心的感謝，由于我的水平有限，設計難免會出現(xiàn)錯誤之處，希望老師給予批評指正。焊接工藝卡1坡 口型 式V型焊接部位罐體縱向和環(huán)焊縫焊接相焊件號 工藝評定編號01焊 接 方 法氬電聯(lián)焊焊 接 位 置水平固定焊工資格代號SMAW-6G-10/114-F3JGTAW-6G-3/60-02預 熱 溫 度層 間 溫 度后 熱熱處理類 別工 藝母材類組別號I 鋼號0Cr18Ni9 規(guī)格=8（6）mm 與類組別號I 鋼號0Cr18Ni9規(guī)格=8（6）mm相焊清根方 法檢 查焊材焊條：牌號

21、A137 規(guī)格3.2 烘干350-4000C1小時焊絲：牌號H0Cr20Ni10規(guī)格2.5焊劑：/ 烘干/小時鋼 印 標 記焊 接 記 錄焊接規(guī)范層次焊接方法焊材電源種類及 極 性焊接電流（A）電 壓（V）焊接速度（cm/min）備 注牌號規(guī)格1氬弧焊H0Cr20Ni102.5直流正接90-1209-1310-142手弧焊A1373.2直流反接120-14521-238-14說明1、焊接遵照本工藝要求執(zhí)行。焊縫探傷按產(chǎn)品焊接工藝說明書要求執(zhí)行。2、焊縫及熱影響區(qū)表面不得有裂紋、氣孔、弧坑和肉眼可見夾渣等缺陷。3、焊縫咬邊深度不得大于0.5mm，連續(xù)咬肉長度100mm，兩邊咬邊總長不得大于該焊縫

22、總長10%（或不得有咬邊）。焊縫熔渣及飛濺物必須清理干凈。4、用打磨方法（或焊補打磨）消除焊縫缺陷時，修磨后的厚度不得小于母材厚度減鋼厚度負偏差。備注焊接層次根據(jù)現(xiàn)場焊工實際操作情況擬定。審核： 年 月 日編制：張乾 2014年1月 2日焊接工藝卡2坡 口型 式單邊V型焊接部位底板+腹板，肋板+腹板，翼板+牛腹腿板相焊件號 工藝評定編號95-16焊 接 方 法手 弧 焊焊 接 位 置全 位 置焊工資格代號D2-26預 熱 溫 度/ 0C層 間 溫 度/ 0C 小時后 熱/ 0C熱處理類 別/工 藝/母材類組別號1鋼號0Cr18Ni9規(guī)格=8mm 與類組別號2 鋼號20鋼 規(guī)格=5mm 相焊清根方 法打 磨檢 查焊材焊條:牌號J507規(guī)格4 烘干350400 0C 2小時焊絲:牌號 / 規(guī)格 /焊劑:牌號 / 烘干 / 0C / 小時鋼 印 標 記/焊 接 記 錄焊接規(guī)范層次焊接方法焊材電源種類及 極 性焊接電流（A）電 壓（V）焊接速度（cm/min）備 注牌號規(guī)格手弧焊J5074直 反1601802426815說明1、焊接遵照本工藝要求執(zhí)行。焊縫探傷按產(chǎn)品焊接工藝