立式空气储罐设计.docx
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立式空气储罐设计
设计任务书
设计题目：
0.5m3的立式压缩空气储罐
已知工艺参数以下：
介质：
空气
设计压力：
使用温度：
0--100℃
几何容积：
0.5m3
规格：
600*6*2050
设计要求：
（1）依据给定条件确立筒体径、长度、封头种类等，而后确立有
关参数（容器械料、许用应力、壁厚附带量、焊缝系数等）
（2）进行焊接接头设计，附件设计等。
1、数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4
2、容器主要元件的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5
2.1封头的设计
2.2人孔的选择
2.3接收和法兰
3、度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8
3．1水压试验校核
3.2圆筒轴向应力弯矩计算
4、接构剖析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10
4．1储气罐构造剖析
4.2零件工艺剖析
4.3焊缝地点确实定
5、接资料与方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11
5.1母材选择
5.2焊料选择
5.3焊接工艺及技术要求
6、焊接工艺工程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12
6.1焊前准备
储罐的安装施工次序
6.3装置与焊接
6.4质量查验、修整办理、外观检查
焊缝修理
7、接工参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15
8、接工心得领会⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16
9、参照文件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16
1.设计数据
表1-1
序号
名
称
指
标
1
设计压力MPa
2
设计温度℃
100
3
最高工作压力MPa
4
最高工作温度℃
<100
5
工作介质
压缩空气
6
主要受压元件的资料
Q235-A
7
焊接接头系数
8
腐化裕度mm
9
全容积
10
规格
600*6*2050
出入料接收的选择
资料：
容器接收一般应采纳无缝钢管，因此液体进料口接收资料选择无缝钢管，采
缝钢管标准GB8163-87。
资料为16MnR。
构造：
接收伸进设施切成45度，可防止物料沿设施壁流动，减少物料对壁的
蚀。
接收的壁厚要求：
接收的壁厚除要考虑上述要求外，还需考虑焊接方法、焊接参数、
工条件、施焊地点等制造上的要素及运输、安装中的刚性要求。
一般状况下，管壁厚
于壳体壁厚的一半，不然，应采纳厚壁管或整体锻件，以保证接收与壳体相焊部
配。
用无
磨损与腐
加
不宜小
分厚度的匹
不需另行补强的条件：
当壳体上的开孔知足下述所有要求时，可不另行补强。
①设计压力小于或等于。
②两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。
③接收公称外径小于或等于89㎜。
④接收最小壁厚知足以下要求。
手孔的选择
依据HG/T21531-2005-1《展转盖带颈对焊法兰手孔》，查表3-3，采纳凹凸面的法兰，其明细尺寸见下表：
表2-2
手孔尺寸表
单位：
mm
密封面
凹凸面
D
300
b1
d0
30
型式
MFM
公称压
D1
250
b2
28
螺柱数目
8
力PNMPa
公称直250H1180A385螺母数目16
径DN
dws1596H2B175螺柱尺寸M24*120
db28L250总质量kg
开孔补强构造：
压力容器开孔补强常用的形式可分为补强圈补强、厚壁管补强、整体锻件补强三种。
补强圈补强是使用最为宽泛的构造形式，它拥有构造简单、制造方便、原资料易解决、安全、
靠谱等长处。
在一般用途、条件不苛刻的条件下，可采纳补强圈补强形式。
2容器主要元件的设计
2.1封头的设计
从受力与制造角度剖析，球形封头是最理想的构造形式，但其弊端是深度大，冲压较困难；
而椭圆形封头深度比半径小，易于冲压成型，是当前低压容器顶用的许多的，故采纳标准椭
圆形封头，各参数与筒体同样,则封头的设计厚度也为6mm
压缩空气气储罐应设置排污口，进气口，出气口，手孔，压力表口，安全阀口
2.2接收设计
1.1进气管φ273×6
接收采纳φ273×6的无缝钢管，伸出长度为200mm。
本储罐的设计压力为1Mpa,设计温度
为
100℃，板式平焊法兰可知足此要求，因为设计压力为1Mpa，因此选
2.5Mpa
等级的板式
平焊凸面法兰。
法兰标志为：
DN100-PN2.5RF
出气管φ
108×5；采纳φ
108×5的无缝钢管，伸长度为
10mm，钢管弯制
R100mm的圆
弧。
配用板式平焊凸面法兰。
法兰标志：
DN100-PN2.5RF
排污管φ
38×3
采纳
Q235A号钢无缝钢管，伸
10mm，弯制
R100mm的圆弧。
配用板式
平焊凸面法兰。
法兰标志：
安全阀接收157×5的无缝钢管。
安全阀尺寸由安全阀泄放量决定。
本贮罐采纳，配
用板式平焊凸面法兰。
接收伸出筒体外200mm。
法兰为标志：
DN150-PN2.5RF
压力表接收，采纳管螺纹接收。
配用凸面螺纹法兰。
法兰为：
DN15-PN2.5RF
2.3接收和法兰
压缩空气气储罐应设置排污口，进气口，出气口，手孔，，温度计口，压力表口，安全阀
口。
查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中表8.23-3PN带颈对焊钢制管法兰，选用各管口公称直
查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中附录
查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中表
D中表D-5,得各法兰的质量。
3.2.2，法兰的密封面均采纳MFM（凹凸面密封）。
表2-3
选择工艺接收
外伸长度
工称尺寸
连结尺寸标准
形
用途或名称
式
200
100
PN1.6DN200HG20592-97
RF
出气口
200
100
M161.5YB231-70
RF
进气口
150
40
PN1.6DN32HG20592-97
RF
安全阀口
100
25
M201.5YB231-70
RF
压力表口
200
150
RF
手孔
100
25
31YB231-70
RF
排污口
压力容器焊接接头的分类
A类接头：
圆柱形壳体筒节的纵向对接接头，球形容器和凸形封头瓜片之间的对接接头，球形容器的环向对接接头，与筒体封头之间的对接接头，大直径焊接三通支管与母管相接的对接接头。
B类接头：
圆柱形、锥形筒节之间的环向对接接头，接收与筒节间及其与法兰相接的环向
对接接头，除球形封头外的各样凸形封头与筒身相接的环形接头。
C类接头：
法兰、平封头、端盖、管板与筒身、封头和接收相连的角接接头，凹封头与筒身间的搭接接头以及多层包扎容器层板间纵向接优等。
D类管、人孔圈、手孔盖、增强圈、法兰与筒身及封头相连结的T形或角接接头。
3.强度设计
3.1水压试验校核
试验压力（3-1）圆筒的薄
275=210.375MPa
即0.9>因此水压试验合格。
3.2圆筒轴向应力弯矩计算
圆筒的均匀半径=/2
+/2=600/2+4/2=302mm
（3-3）
鞍座反力
F=mg/2=13.02kN。
（3-4）
1圆筒中间截面上的轴向弯矩如图3-1：
依据JB/T4731-2005中式7-2，得：
=
=
（4-5）2鞍座平面上的轴向弯
矩
依据JB/T4731-2005中式7-3，得：
=
4焊接构造剖析
4．1储气罐构造剖析
储气罐属于一类压力容器，它是由钢制气瓶（以下简称钢瓶）、多孔性填料、溶剂、溶解乙
炔及附件等构成。
钢瓶依据国家劳动部公布的《气瓶安全督查规程》和GBS100《钢质焊接气
瓶设计、制造和查验》，在制造过程中对焊接质量的要求很高。
依据国家劳动部
1993年公布
的《储气罐安全督查规程》及GBl1638-89《溶解乙炔气瓶》的规定．钢瓶主体资料一定采纳
平炉、电炉或氧气转炉抬炼的冷静钢，以获取优秀的成形和焊接性能。
4．2零件工艺剖析
如零件图所示，其构造不复杂，是大批生产，体积适中，应采纳焊接。
焊接制造该零件的过程中，固然零件构造简单，在焊接过程中，主要考虑是零件的氧化。
上、下封头拉伸成型后，因张口端变形大，冷变形增强严重，加上板材纤维组织的影响，在
剩余应力作用下很简单发生断裂。
为防备裂纹产生，拉伸后应进行再结晶退火。
为了减少焊
接缺点，焊件接缝附件一定严格清理铁锈、油污；为去除剩余应力并改良焊接接头的组织与
性能，瓶体焊接后应当进行整体正火办理，起码要进行去应力退火。
4．3焊缝地点确实定
有关锅炉、压力容器规程中对焊缝的数目和部署做了详细的规定
（1）筒体拼接时，筒节的长度2000mm；每节筒体，纵向焊缝的数目：
筒体径Ｄi=600mm，拼接焊缝1条；相邻筒节的纵向焊缝应互相错开，两焊缝中心线间的外圆弧长不得小于钢板厚度的3倍，且不得小于100mm。
（2）封头应尽量用整块钢板制成。
封头、的径Ｄi=600mm，拼接焊缝不多于1条；封头拼
接焊缝离封头中心线距离应不超出0.3Ｄi，其实不得经过扳边人孔，且不得部署在人孔扳边圆
弧上；管板上整条拼接焊缝不得部署在扳边圆弧上，且不得经过扳边孔；由中心圆板和扇形板构成的凸形封头，焊缝的方向只同意是径向和环向的。
径向焊缝之间的最小距离应不小于壁厚的3倍，且不小于100mm。
（3）受压元件主要焊缝及其周边地区，应防止焊接零件。
如不可以防止时，焊接零件的焊缝可穿过主要焊缝，而不要在焊缝及其周边地区中断。
（4）开孔、焊缝和转角要错开。
开孔边沿与焊缝的距离应不小于开孔处实质壁厚的
3倍，
且不小于100mm。
在凸形封头上开孔时，孔的边沿与封头周边间的投影距离应不小于封头外径的10％。
开孔及焊缝不同意部署在零件转角处或扳边圆弧上，并应走开必定距离。
5焊接资料与方法选择
5.1母材选择
依据容器的工作条件确立对资料和制造工艺的要求。
关于一般容器重量大小不是主要问
题，因此用焊接性好的低碳钢或低合金构造钢。
本设计采纳Q235-A,其化学成分和力学性能如
下。
化学成分
钢号
C
Mn
Si
S
P
Q235-A
0.14~
≤
≤
0~
2~
5
0
力学性能
钢号
板厚
抗拉强
屈服强
试验温
缺口形
/mm
度
度σs
度/℃
式
σ
/Mpa
b/Mpa
Q235-A
4
375235
100V
5.2焊料选择
焊接采纳焊条电弧焊，焊条型号为J422，图中未注明焊接接头形式与尺寸按GB985-88《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊逢坡口的基本形式与尺寸》进行采纳。
所有角焊缝焊脚高度，除注明者外，均为两相焊较薄者的厚度，且须连续焊。
5.3焊接工艺及技术要求
焊缝分别原则；防止焊缝多条订交原则；对称质心部署原则；避开应力复杂区或应力
峰值去原则；对接钢板的等厚连结原则；接头设计的开敞性原则；焊接坡口的设计原则（焊
缝填补金属尽量少；防止产生缺点；焊缝坡口对称；有益于焊接防备；焊工操作方便；复合
钢板的坡口应有益于减少过渡层焊缝金属的稀释率）。
属结晶凝结而形成接缝，焊接资料为碳钢、低合金钢、不锈钢，应用围广，合用短小焊
缝及全地点施焊，可合用在静止、冲击和振动载荷下工作的坚固密实的焊缝焊接，这种方法
灵巧方便，适应性强，设施简单，维修方便，生产率低，劳动强度高。
封头与圆筒等厚采纳对接焊接。
平行长度任取。
坡口形式为I型坡口。
6、焊接工艺工程
6.1焊前准备
焊前，坡口双侧各10mm围的铁锈，应打磨洁净，露出金属光彩。
用丙酮冲洗坡口周边的
油污。
焊剂和焊条按规定烘干，300~350℃保温2h。
注意焊剂中不要混入铁屑、碎石等杂物。
不要强行组装，防止应力过大；引弧板要对齐焊缝，地线连结坚固。
上、下封头的焊接采纳对接接头，为保证环焊缝开设60°的正面V形坡口，在钢瓶部装上
衬垫，用手工电弧焊达成封头的定位焊接和衬垫与筒体的连结，装置时空隙为0~1mm，如图
7-1。
而后清理洁净手工电弧焊药皮，并且将焊点用磨光机打磨平坦。
6.2储罐的安装施工次序
定顶立式圆筒形钢制焊接储罐的安装广泛采纳倒装法施工工艺，即在罐底铺设、焊接以后，
先组装焊接顶层壁板及包边角钢，再组装焊接罐顶，而后自下而上挨次组装焊接每层壁板，直至基层壁板。
2.预制完成的封头、罐壁板、包边角钢在堆放、运输和起吊过程中应采纳有效举措防备变
形。
3罐体安装前一定对甲苯罐基础按土建基础设计文件中的要乞降GBJ128-90中有关对基础
的要求进行检查、查收合格后方可进行安装。
4.罐体安装完成查收合格后，罐体表面面刷二遍底漆-环氧树脂漆，二遍面漆-聚氨酯面漆,
涂层厚度参照国家标准规定履行。
5.罐壁纵焊缝进行大于等于
10%，T形焊缝进行大于等于
15%,和环焊缝进行大于等于
1%的
X射线无损探伤。
探伤合格标准按
GB3323-87〈钢焊接射线照相底片等级分类法〉
III级评定。
6.4质量查验、修整办理、外观检查
（1）质量查验：
整体构造质量：
构造的几何尺寸、形状和性能
焊缝质量：
与构造的强度和安全有关，如无损检测等
强度评定：
压力试验、气密性实验等，断裂评定：
防脆断、防疲惫评定等
（2）修整办理：
变形改正：
手工改正、机械改正、火焰改正
热处理：
焊后热办理，整体或局部热办理除应力
缺点修整：
焊接缺点等
冲洗防备、外观办理：
除锈、氧化皮清理、酸洗、抛光、油漆防备等
（3）外观检查：
①检查前将熔渣、飞溅物清理洁净，焊缝及热影响区不得有裂纹、气孔、夹渣或弧坑等缺
陷；
②焊缝表面质量标准缝合设计要求，见下表
③折服点大于390MPa或厚度大于25mm的低合金钢的地圈壁板纵缝不得有咬边；
④折服点大于390MPa的钢板，表面焊疤应在磨平后进行浸透探伤或磁粉检测，无裂纹为
合格。
6.5焊缝修理
①深度超出的划伤、电弧擦伤、焊疤等有害缺点，应打磨光滑，打磨修理后的钢板
厚度用大于等于钢板名义厚度扣除负误差；缺点深度或打磨深度查过1mm时应进行补焊并打
磨。
②折服点大于390MPa的低合金钢缺点清理后应进行探伤，确认无缺点后进行补焊，修理
后打磨光滑再做探伤；焊缝修理宜采纳回火焊道。
③依据缺点的探测埋深确立缺点的消除面，消除深度不宜大于板厚的2/3.
④焊缝的修理一定严格按焊接工艺，严格控制线能量，修理长度不该小于50mm。
⑤顶板的焊缝缺点因其板材较薄可直接修理。
⑥同一部位返修次数不宜超出2次。
7焊接工艺参数
焊接材质：
焊条J422直径2mm
坡口形式：
V形坡口60度
焊接电流：
180A
焊接电压：
20V
电源及接法：
直流正接
焊接速度：
（7）焊接地点：
平焊
每个地点均采纳此工艺进行焊接焊缝焊接工艺卡片
产品名储藏罐
产品型
焊缝地点
筒体环缝、封头和筒体
称
号
焊缝、接头与筒体焊缝、
接
头与封头焊缝、补强圈焊接
节点
母材
Q235-A
规格
4mm
电源极
电
电
焊接速
性
流压
度
层次
焊接方法
牌号
规格
直流正
18020
mm/s
封底焊
SMAW
E4303
2
接
A
KV
接
mm
技术要求：
消除坡口双侧表面20mm
的油污，锈蚀，灰尘。
定位焊条选E4303.
8.焊接工艺设计心得领会
经过此次课程设计，让我对化工设施机械有了进一步的认识。
设计时要有一个明确的思路，要考虑多种要素包含环境条件和介质的性质等再选择适合的设计参数，对罐体的资料和构造确立以后还要进行一系列校核计算，包含筒体、封头的应力校核，以及鞍座的载荷和应力校核。
校核合格以后才能确立所选设施型切合要求。
经过此次设计对我们单独解决问题的能力也有所提升。
在整个过程中，我查阅了有关书本及文件，取其有关知识重点应用到课设中，并且此中有好多有关设施选用标准能够直接选用，这样设计出来的设施更为切合要求。
在设计的最后附有设施图，在画图的整个过程中，我对制图软件的操作更为熟习。
此次课设的书写中对格式的要求也很严格，在老师的指导下我们依据毕业设计的格式要求达成课设。
这就为我们做毕业设计打下了基础。
因为的知识有限，所做出的设计存在很多弊端和不足，请老师做出责备和指正。
最后感老师对此次课设的评阅。
9.参照文件
【1】GB150-1998《钢制压力容器》
【2】《压力容器与化工设施使用手册》化学工业
【3】JBT4736-2002《补强圈》
【4】GB/T9115.1-2000《平面、突面对焊钢制管法兰》
【5】GB6654-1996《压力容器用钢板》
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