《說明書空氣儲罐 》

1、PAGE 摘要本次畢業(yè)小設(shè)計的空氣儲罐根據(jù)設(shè)計壓力、溫度、介質(zhì)的要求，首先進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括筒體與封頭的形式、材料。其次進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括接管、法蘭、人孔、支撐件、緊固件的選擇。再次進(jìn)行強(qiáng)度計算，得出壁厚并校核，判斷開孔是否需補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)圈的選擇，支撐件是否滿足等等。同時用AutoCAD繪制兩張1號施工圖紙。關(guān)鍵詞：壓力容器，結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度計算， 目錄 TOC o 1-2 u 1前言 PAGEREF _Toc303090461 h 12 工作參數(shù) PAGEREF _Toc303090462 h 22.1 設(shè)計題目 PAGEREF _Toc303090463 h 22.2 基本設(shè)計條件 PAG

2、EREF _Toc303090464 h 22.3 設(shè)計內(nèi)容 PAGEREF _Toc303090465 h 23 結(jié)構(gòu)設(shè)計 PAGEREF _Toc303090466 h 33.1 容器類別 PAGEREF _Toc303090467 h 33.2 筒體設(shè)計 PAGEREF _Toc303090468 h 33.3 封頭設(shè)計 PAGEREF _Toc303090469 h 33.4 接管設(shè)計 PAGEREF _Toc303090470 h 33.5 法蘭設(shè)計 PAGEREF _Toc303090471 h 43.6 接管與法蘭分配 PAGEREF _Toc303090472 h 43.7 彎

3、頭設(shè)計 PAGEREF _Toc303090473 h 53.8 人孔設(shè)計 PAGEREF _Toc303090474 h 63.9 支座選擇 PAGEREF _Toc303090475 h 73.10吊耳選擇 PAGEREF _Toc303090476 h 83.11 焊接型式及結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc303090477 h 84 強(qiáng)度計算 PAGEREF _Toc303090478 h 104.1筒體尺寸 PAGEREF _Toc303090479 h 104.2 封頭尺寸 PAGEREF _Toc303090480 h 104.3 補(bǔ)強(qiáng)計算及補(bǔ)強(qiáng)圈選用 PAGEREF _Toc30

4、3090481 h 114.4支座載荷校核 PAGEREF _Toc303090482 h 165 總結(jié) PAGEREF _Toc303090483 h 17參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc303090484 h 18致謝 PAGEREF _Toc303090485 h 19空氣儲罐設(shè)計 PAGE 11前言本次畢業(yè)小設(shè)計是對大學(xué)所學(xué)課程特別是專業(yè)課程知識的綜合實踐與應(yīng)用，對總結(jié)專業(yè)學(xué)習(xí)的一次大總結(jié)。本次設(shè)計設(shè)備為空氣儲罐。空氣是構(gòu)成地球周圍大氣的氣體的混合物，無色、無味、無毒、無害。它的恒定組成部分為氨氣、氧氣等，其中占78.08，占20.95，氬氣（Ar）占0.93，占0.03，還有微量的

5、惰性氣體，如氦(He)、氖(Ne)等，以及臭氧()、二氧化氮()以及約占0.03的水蒸氣（）。在0及一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下空氣密度為。空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下可視為理想氣體?？諝獾南鄬Ψ肿淤|(zhì)量是29?？諝鈨奘腔こ袎喝萜?。作為壓力容器，不僅要適應(yīng)化學(xué)工藝過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，要能長期的安全工作且保證良好的密封。因此在容器的設(shè)計中應(yīng)綜合考慮個方面的因素，使之達(dá)到最優(yōu)。本儲罐承受的載荷最主要的是內(nèi)壓載荷?；と萜鞯幕疽笫前踩耘c經(jīng)濟(jì)性，安全是核心問題，在充分保證安全的前提下盡可能做到經(jīng)濟(jì)。經(jīng)濟(jì)性包括材料的節(jié)約，經(jīng)濟(jì)的制造過程、安裝維修，而容器的長期安全運(yùn)行本身就是最大的經(jīng)濟(jì)。

6、決定一臺壓力容器是否能做到始終安全運(yùn)行的因素很多，但重點仍然是容器本身是否可靠。設(shè)計者的任務(wù)就是要做到各部件中應(yīng)力的合理分布，并綜合考慮材料行為、制造過程、檢驗方法、運(yùn)行與維修等各方面因素，確定合理的結(jié)構(gòu)，提交出施工圖紙和必要的設(shè)計文件。為了確保壓力容器在設(shè)計壽命內(nèi)安全可靠地運(yùn)行，世界各工業(yè)國家都制定了一系列壓力容器規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，如中國的GB150鋼制壓力容器、JB4732鋼制壓力容器分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，美國的ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范，日本的JIS B8265壓力容器構(gòu)造特定標(biāo)準(zhǔn)，歐盟的EN13445非直接著火壓力容器。這些標(biāo)準(zhǔn)給出材料、設(shè)計、制造、檢驗、合格評估等方面的要求。壓力容器的設(shè)計必須滿足這

7、些要求，否則就要承擔(dān)相應(yīng)的后果?？諝鈨拊O(shè)計 PAGE 192 工作參數(shù)2.1 設(shè)計題目16m空氣儲罐設(shè)計2.2 基本設(shè)計條件2.2.1 表2.1 設(shè)計參數(shù)表設(shè)計壓力MPa1.2設(shè)計溫度 85最高工作壓力MPa1.0工作溫度 50介質(zhì)名稱空氣設(shè)備主要材質(zhì)Q345R介質(zhì)性質(zhì)無毒無害設(shè)備容積162.2.2表2.2 管口表符號公稱壓力公稱壓力法蘭形式密封面形式用途伸出長度N1PN1.6DN250SORF空氣出口150N2PN1.6DN250SORF空氣進(jìn)口150N3PN1.6DN40SORF排污口150N4PN1.6DN80SORF安全閥口150N5PN1.6DN25SORF壓力表口150N6PN1

8、.6DN80SORF備用口（配盲孔）150N7PN1.6500SORF人孔口1502.2.3 支座支撐2.3 設(shè)計內(nèi)容（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計：設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、焊接接頭系數(shù)、腐蝕余量、筒體、選擇封頭、接管方式及位置、支座形式和位置、接管補(bǔ)強(qiáng)、接管法蘭、補(bǔ)強(qiáng)圈（2）強(qiáng)度計算：筒體強(qiáng)度校核、補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)度計算（3）不少于2張1號的設(shè)計圖紙，要求用AutoCAD繪制3 結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 容器類別設(shè)計壓力，設(shè)計溫度t=85，介質(zhì)性質(zhì)無毒無害。壓力的容器為低壓容器，本儲罐為低壓容器，屬于類壓力容器。3.2 筒體設(shè)計圓柱形容器時最常見的一種壓力容器結(jié)構(gòu)形式，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、便于在內(nèi)部裝設(shè)附件等優(yōu)點。本儲罐采用單

9、層式筒體，即容器壁在厚度方向上由一整體材料所構(gòu)成，便于在生產(chǎn)中采用單層卷焊式加工。對于一般中、壓容器，一般做成長徑比在1.21.5左右的立式圓筒容器，這樣既便于操作，又利于反應(yīng)介質(zhì)的充分混合。對于一般中型儲罐，為便于操作管理，一般都做成長徑比為36的圓筒形容器并臥式放置，而且可以增加筒體受力面積來減小壓強(qiáng)。本設(shè)計中儲罐長徑比為2.75，但是介質(zhì)為空氣，比重較小，泄漏危險不大。因此選用立式圓筒容器。介質(zhì)為空氣，無毒無害，沒有腐蝕性，屬于低壓容器。材質(zhì)可選擇Q345R。Q345R為低合金鋼，合金元素含量較少，其強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能均優(yōu)于相同含量的碳素鋼。它是屈服點為345MPa的壓

10、力容器專用鋼板，也是中國壓力容器行業(yè)使用量最大的鋼板，具有良好的綜合力學(xué)性能和制造工藝性能，主要用于制造中低壓壓力容器和多層高壓容器。3.3 封頭設(shè)計橢圓形封頭是由半個橢圓球面和短圓筒組成，球面與筒體間有直邊段。直邊段可以避免封頭和和筒體的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率突變，以改善曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻；且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易沖壓成型，在實際生產(chǎn)中多有模具，是目前中低壓容器應(yīng)用較多的封頭。因此選用以內(nèi)徑為基準(zhǔn)的EHA型橢圓形封頭為了防止熱應(yīng)力和邊緣應(yīng)力的疊加，減少應(yīng)力集中，在封頭和筒體連接處必須有一段過渡的直邊段，直邊段的高度依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇。封頭材料與筒體相同，選用Q345

11、R。3.4 接管設(shè)計優(yōu)質(zhì)低碳鋼的強(qiáng)度較低，塑性好，焊接性能好，因此在化工設(shè)備制造中常用作熱交換器列管、設(shè)備接管、法蘭的墊片包皮。優(yōu)質(zhì)中碳鋼的強(qiáng)度較高，韌性較好，但焊接性能較差，不宜用作接管用鋼。由于接管要求焊接性能好且塑性好。故選擇20號優(yōu)質(zhì)低碳鋼的普通無縫鋼管制作各型號接管3.5 法蘭設(shè)計法蘭連接的強(qiáng)度和緊密性比較好，裝拆也比較方便，因而在大多數(shù)場合比螺紋連接、承插式連接、鉚焊連接等型式的可拆連接顯得優(yōu)越，從而獲得廣泛應(yīng)用。平焊法蘭連接剛性較差，只能在低壓，直徑不太大，溫度不高的情況下使用。由于Q345R為碳素鋼，設(shè)計溫度，且介質(zhì)無毒無害，可以選用帶頸平焊法蘭，即SO型法蘭。儲罐的設(shè)計壓力較

12、小要保證法蘭連接面的緊密性，必須合適地選擇壓緊面的形狀。對于壓力不高的場合，常用突臺形壓緊面。突面結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，裝卸容易，且便于進(jìn)行防腐襯里。儲罐由于設(shè)計壓力為1.6MPa，空氣無毒無害，可選擇突面（RF）壓緊面。由于法蘭鋼件的質(zhì)量較大，需要承受大的沖擊力作用，塑性、韌性和其他方面的力學(xué)性能也較高，所以不用鑄鋼件，可以采用鍛鋼件。接管材料為20號鋼，法蘭材料選用20鍛鋼。3.6 接管與法蘭分配 3.6.1 公稱尺寸DN250，接管尺寸。接管采用無縫鋼管，材料為20號鋼。伸出長度為150mm 。選取1.6MPa等級的帶頸平焊突面法蘭，材料選用20，法蘭標(biāo)記為：SO300-2.5 RF3.6

13、.2 N3(排污口)公稱尺寸DN40，接管采用無縫鋼管，材料為20號鋼，外伸長度為150mm。選取1.6MPa等級的帶頸平焊突面法蘭，材料選用20，法蘭標(biāo)記為：SO40-1.6 RF3.6.3 公稱尺寸DN80，接管采用無縫鋼管，材料為20號鋼，外伸長度為150mm。根據(jù)GB12459-99，選用90彎頭；彎頭上方仍有一定外伸量。選取1.6MPa等級的帶頸平焊突面法蘭，材料選用20，法蘭標(biāo)記為：SO80-1.6 RF3.6.4 公稱尺寸DN25，接管采用無縫鋼管，材料為20號鋼，外伸長度為150mm。根據(jù)GB12459-99，選用90彎頭；彎頭上方仍有一定外伸量。選取1.6MPa等級的帶頸平焊

14、突面法蘭，材料選用20，法蘭標(biāo)記為：SO25-1.6 RF3.6.5 公稱尺寸DN80，接管采用無縫鋼管，材料為20號鋼，外伸長度為150mm。需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計算。選取1.6MPa等級的帶頸平焊突面法蘭，材料選用20，法蘭標(biāo)記為：SO80-1.6 RF以N1為例，如圖3-1所示圖3-1 N1接管法蘭3.7 彎頭設(shè)計N4為安全閥口，安全閥在容器中起安全保護(hù)作用。當(dāng)容器壓力超過規(guī)定值時，安全閥打開，將系統(tǒng)中的一部分氣體/流體排入大氣/管道外，使系統(tǒng)壓力不超過允許值，從而保證系統(tǒng)不因壓力過高而發(fā)生事故。由于沖出壓力較大，閥口不可直接對人，因此需90安裝，用彎頭過渡。標(biāo)記為：彎頭DN80 90N5為壓力表

15、口。為方便讀數(shù)，壓力表需豎直安裝于管口，因此接管要通過90彎頭過渡至豎直面，再安裝壓力表。標(biāo)記為：彎頭DN25 90圖3-2 90彎頭3.8 人孔設(shè)計在化工設(shè)備中，開設(shè)人孔是為了便于內(nèi)部附件的安裝，修理和襯里，防腐以及對設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行檢查、清洗。對于壓力容器，為了便于移動沉重的人孔蓋，蓋子通常做成回轉(zhuǎn)形式。本儲罐由于尺寸較大，人孔直徑也較大，可使用回轉(zhuǎn)蓋人孔。3.公稱尺寸為500mm。接管采用無縫鋼管，材料為20號鋼，外伸長度為150mm。選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔。法蘭采用帶頸平焊突面法蘭，材料為20鍛鋼，法蘭標(biāo)記為500-1.6 RF。3.法蘭蓋根據(jù)配套選擇，采用A型蓋軸耳，材料與接管同，2

16、0鋼。標(biāo)記為：BL500-1.6 RF。3.與法蘭蓋之間必須加墊片密封。在采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭的情況下，選擇恰當(dāng)?shù)膲|片可以提高密封效果。根據(jù)儲罐的設(shè)計溫度和設(shè)計壓力，可選用石棉橡膠板（XB350）作為墊片材料。該材料應(yīng)用廣泛，使用溫度可達(dá)450，壓力小于6MPa的場合。墊片型號標(biāo)記為：法蘭蓋與法蘭連接的螺柱可選用M24的螺桿。圖3-3 人孔示意圖3.9 支座選擇化工容器設(shè)備大都通過支座加以固定。支承式支座結(jié)構(gòu)簡單輕便，不需要專門的框架、鋼梁來支承設(shè)備，可直接把設(shè)備載荷傳到較低的基礎(chǔ)上。此外，它能比其他型式的支座提供較大的操作、安裝和維修空間。由于支承式支座對所在設(shè)備封頭產(chǎn)生的局部應(yīng)力相對較大，故在采用

17、這種支座時，需增設(shè)墊板。根據(jù)公稱直徑，本儲罐選用B型第4組支承性支座。支座標(biāo)記為：支座4B圖3-4 支承型支座3.10吊耳選擇由于本儲罐高度較高，為方便起吊、移動設(shè)備，在筒體頂部加設(shè)吊耳。圖3-5 吊耳3.11 焊接型式及結(jié)構(gòu) 3.1根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)，取焊縫形式為相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接接頭，無損探傷要求為局部。焊接系數(shù)3.11回轉(zhuǎn)殼體的拼接焊縫必須采用對接焊縫。坡口設(shè)計又是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容。V形坡口在板厚較薄時（630mm）時使用；形狀簡單，加工方便。儲罐筒體的縱焊縫可采用對接的V形坡口。圖3-6 筒體縱焊縫圖3.1圖3-7 接管焊接3.1圖3-8 接管補(bǔ)強(qiáng)與筒體焊接圖4 強(qiáng)度計算4.1筒

18、體尺寸4.1.1已知參數(shù):筒體公稱直徑DN=2000mm，L=454.1設(shè)計溫度為85，查GB150得該溫度下Q345R許用應(yīng)力取鋼板負(fù)偏差，鋼板腐蝕裕量 計算壁厚 (4-1) 設(shè)計壁厚 (4-2) (4-3)取圓整后名義厚度為 有效厚度 (4-4)進(jìn)行液壓試驗，試驗液體溫度一般不低于5。試驗溫度下材料許用應(yīng)力=170MPa，設(shè)計壓力=1.2MPa，試驗壓力 (4-5)校核圓筒應(yīng)力 (4-6)屈服強(qiáng)度， ，筒體試驗合格4.2 封頭尺寸4.2.1 封頭采用的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭k=1，DN=2000mm。封頭高度 (4-7) 4.封頭材料參數(shù)與筒體相同計算壁厚 (4-8)設(shè)計壁厚 取圓整后名義厚度為 有

19、效厚度 封頭的最小厚度校核：，滿足要求。 4.橢圓封頭的直邊段高度以內(nèi)徑為準(zhǔn)。當(dāng)時，直邊段高度h=25mm圖4-1 封頭極其直邊段4.3 補(bǔ)強(qiáng)計算及補(bǔ)強(qiáng)圈選用根據(jù)GB150規(guī)定，接管必要時必須進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計。對管N1、N2、N6、N7進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法法進(jìn)行接管補(bǔ)強(qiáng)。據(jù)前筒體與封頭計算，其計算壁厚，名義厚度為4.3.1N1,N2(空氣進(jìn)、出口管)公稱尺寸DN250,接管尺寸內(nèi)徑 (4-9)以20號鋼為管材，查GB150得設(shè)計溫度下20鋼許用應(yīng)力焊接接頭系數(shù)接管計算壁厚 (4-10)鋼板負(fù)偏差， (4-11)名義厚度強(qiáng)度削弱系數(shù) (4-12)開孔直徑 (4-13)開孔削弱截面積 (4-14

20、)補(bǔ)強(qiáng)區(qū)寬度 (4-15) (4-16)取較大值補(bǔ)強(qiáng)區(qū)外側(cè)寬度 (4-17)取較小值補(bǔ)強(qiáng)區(qū)外側(cè)高度為0殼體承受內(nèi)壓之外的多余金屬截面積 (4-18)接管承受內(nèi)壓之外的多余金屬截面積 (4-19)取焊腳高度為6mm，則有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫金屬的截面積 (4-20)， (4-21)需另行補(bǔ)強(qiáng)；增加的補(bǔ)強(qiáng)金屬截面積 (4-22)根據(jù)JB/T4736-2002初選補(bǔ)強(qiáng)圈外徑，厚度補(bǔ)強(qiáng)面積， (4-23)滿足要求4.3.2N6(備用口)公稱尺寸DN80,接管尺寸 內(nèi)徑以20號鋼為管材，查GB150得設(shè)計溫度下20鋼許用應(yīng)力焊接接頭系數(shù)接管計算壁厚鋼板負(fù)偏差， 名義厚度強(qiáng)度削弱系數(shù)開孔直徑開孔削弱截面積補(bǔ)強(qiáng)區(qū)

21、寬度取較大值補(bǔ)強(qiáng)區(qū)外側(cè)寬度，取較小值補(bǔ)強(qiáng)區(qū)外側(cè)高度為0殼體承受內(nèi)壓之外的多余金屬截面積接管承受內(nèi)壓之外的多余金屬截面積取焊腳高度為6mm，則有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫金屬的截面積，需另行補(bǔ)強(qiáng)；增加的補(bǔ)強(qiáng)金屬截面積根據(jù)JB/T4736-2002初選補(bǔ)強(qiáng)圈外徑，厚度補(bǔ)強(qiáng)面積，滿足要求4.3.3公稱尺寸DN500,接管尺寸 內(nèi)徑以20號鋼為管材，設(shè)計溫度下20鋼許用應(yīng)力焊接接頭系數(shù)接管計算壁厚鋼板負(fù)偏差，名義厚度強(qiáng)度削弱系數(shù)開孔直徑開孔削弱截面積補(bǔ)強(qiáng)區(qū)寬度取較大值補(bǔ)強(qiáng)區(qū)外側(cè)寬度，取較小值補(bǔ)強(qiáng)區(qū)外側(cè)高度為0殼體承受內(nèi)壓之外的多余金屬截面積接管承受內(nèi)壓之外的多余金屬截面積取焊腳高度為6mm，則有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫金屬

22、的截面積，需另行補(bǔ)強(qiáng)增加的補(bǔ)強(qiáng)金屬截面積根據(jù)JB/T4736-2002初選補(bǔ)強(qiáng)圈外徑，厚度補(bǔ)強(qiáng)面積，不滿足要求選定補(bǔ)強(qiáng)圈厚度，滿足補(bǔ)強(qiáng)要求4.4支座載荷校核筒體重量 (4-24)封頭重量 (4-25)儲罐重量 (4-26)支座載荷 (4-27)支座允許載荷由于，支座強(qiáng)度適合5 總結(jié)在本次設(shè)計中，選材時綜合考慮材料的物理、力學(xué)性能，耐腐蝕性，經(jīng)濟(jì)性。在進(jìn)行工藝計算后再進(jìn)行了強(qiáng)度校核。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，查閱資料參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇附件。采用公稱直徑為的圓筒型筒體，直邊段高度為25mm的橢圓型封頭，材料為Q345R。容器用4只支承式支座支撐。接管口共有7處，接管材料20號鋼，其中安全閥口與壓力表口安裝90彎

23、頭。接管法蘭材料皆為20，類型為帶頸平焊法蘭（SO），密封面采用突面（RF）。為方便檢修等功能，設(shè)一人口孔，選用法蘭蓋，緊固件為M24螺桿。另采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法對空氣進(jìn)出口管、備用口、人孔口進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計，選用坡口A型的補(bǔ)強(qiáng)圈。過程裝備設(shè)計是根據(jù)產(chǎn)品在全壽命周期內(nèi)的功能和市場競爭（性能、質(zhì)量、成本等）要求，綜合考慮環(huán)境要求和資源利用率，運(yùn)用工藝、機(jī)械、控制、力學(xué)、材料、，以及美學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等知識，經(jīng)過設(shè)計人員的創(chuàng)造性勞動，制定用于制造的技術(shù)文件。它是過程裝備研制的第一道工序，設(shè)計工作的質(zhì)量和水平，對產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、研制周期和經(jīng)濟(jì)效益往往起著決定性的作用。 通過本次為期近一個月的畢業(yè)設(shè)計，首先對專業(yè)知識有了更深入的理解。過程裝備與控制工程的名稱在設(shè)計之前僅僅停留在課本層面，沒有什么感性的認(rèn)識。經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計，綜合運(yùn)用個學(xué)科知識，把理論化為實踐，完成了專業(yè)知識的升華。容器、法蘭、接管、補(bǔ)強(qiáng)等等平時看起來陌生的詞匯一下子變得清晰生動起來。充分了解到自己所從事行業(yè)的基本情況，對未來