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
已知工艺参数如下：
介质：
空气
设计压力：
0.5MPa
使用温度：
0--100℃
几何容积：
0.5m3
规格：
600*6*2050
设计要求：
（1）根据给定条件确定筒体径、长度、封头类型等，然后确定有关参数（容器材料、许用应力、壁厚附加量、焊缝系数等）
（2）进行焊接接头设计，附件设计等。
1、设计数据……………………………………………………………………4
2、容器主要元件的设计………………………………………………………5
2.1封头的设计
2.2人孔的选择
2.3接管和法兰
3、强度设计……………………………………………………………………8
3．1水压试验校核
3.2圆筒轴向应力弯矩计算
4、焊接结构分析……………………………………………………………10
4．1储气罐结构分析
4.2零件工艺分析
4.3焊缝位置的确定
5、焊接材料与方法选择……………………………………………………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
6.2储罐的安装施工顺序
6.3装配与焊接
6.4质量检验、修整处理、外观检查
6.5焊缝修补
7、焊接工艺参数……………………………………………………………15
8、焊接工艺设计心得体会…………………………………………………16
9、参考文献…………………………………………………………………16
1.设计数据
表1-1
序号
名称
指标
1
设计压力MPa
1.0
2
设计温度℃
100
3
最高工作压力MPa
1.0
4
最高工作温度℃
<100
5
工作介质
压缩空气
6
主要受压元件的材料
Q235-A
7
焊接接头系数
0.85
8
腐蚀裕度mm
2.0
9
全容积
0.5
10
规格
600*6*2050
进出料接管的选择
材料：
容器接管一般应采用无缝钢管，所以液体进料口接管材料选择无缝钢管，采用无缝钢管标准GB8163-87。
材料为16MnR。
结构：
接管伸进设备切成45度，可避免物料沿设备壁流动，减少物料对壁的磨损与腐蚀。
接管的壁厚要求：
接管的壁厚除要考虑上述要求外，还需考虑焊接方法、焊接参数、加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。
一般情况下，管壁厚不宜小于壳体壁厚的一半，否则，应采用厚壁管或整体锻件，以保证接管与壳体相焊部分厚度的匹配。
不需另行补强的条件：
当壳体上的开孔满足下述全部要求时，可不另行补强。
①设计压力小于或等于2.5Mpa。
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接管公称外径小于或等于89㎜。
④接管最小壁厚满足以下要求。
手孔的选择
根据HG/T21531-2005-1《回转盖带颈对焊法兰手孔》，查表3-3，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见下表：
表2-2手孔尺寸表单位：
mm
密封面型式
凹凸面MFM
D
300
23.5
30
公称压力PNMPa
0.5
250
28
螺柱数量
8
公称直径DN
250
180
A
385
螺母数量
16
1596
89.5
B
175
螺柱尺寸
M24*120
d
146.4
b
28
L
250
总质量kg
34.1
开孔补强结构：
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广泛的结构形式，它具有结构简单、制造方便、原材料易解决、安全、可靠等优点。
在一般用途、条件不苛刻的条件下，可采用补强圈补强形式。
2容器主要元件的设计
2.1封头的设计
从受力与制造角度分析，球形封头是最理想的结构形式，但其缺点是深度大，冲压较困难；而椭圆形封头深度比半径小，易于冲压成型，是目前低压容器中用的较多的，故采用标准椭圆形封头，各参数与筒体相同,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接管设计
1.1进气管φ273×6
接管采用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℃，板式平焊法兰可满足此要求，由于设计压力为1Mpa，所以选2.5Mpa等级的板式平焊凸面法兰。
法兰标记为：
DN100-PN2.5RF
1.2出气管φ108×5；采用φ108×5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。
法兰标记：
DN100-PN2.5RF
1.3排污管φ38×3采用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。
法兰标记：
DN30-PN2.5RF
1.4安全阀接管157×5的无缝钢管。
安全阀尺寸由安全阀泄放量决定。
本贮罐选用，配用板式平焊凸面法兰。
接管伸出筒体外200mm。
法兰为标记：
DN150-PN2.5RF
1.5压力表接管，采用管螺纹接管。
配用凸面螺纹法兰。
法兰为：
DN15-PN2.5RF
2.3接管和法兰
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，选取各管口公称直
查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中附录D中表D-5,得各法兰的质量。
查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。
表2-3选择工艺接管
外伸长度
工称尺寸
连接尺寸标准
形式
用途或名称
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，接管与筒节间及其与法兰相接的环向对接接头，除球形封头外的各种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、封头和接管相连的角接接头，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头等。
D类管、人孔圈、手孔盖、加强圈、法兰与筒身及封头相连接的T形或角接接头。
3.强度设计
3.1水压试验校核
试验压力=1.25P=1.250.5=0.625Mpa（3-1）圆筒的薄275=210.375MPa
即0.9>所以水压试验合格。
3.2圆筒轴向应力弯矩计算
圆筒的平均半径=/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：
根据JB/T4731-2005中式7-2，得：
=
=
=1.47N（4-5）2鞍座平面上的轴向弯矩
根据JB/T4731-2005中式7-3，得：
=
=-21700220=-5.25Nmm
4焊接结构分析
4．1储气罐结构分析
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、溶解乙炔及附件等组成。
钢瓶按照国家劳动部颁布的《气瓶安全监察规程》和GBS100《钢质焊接气瓶设计、制造和检验》，在制造过程中对焊接质量的要求很高。
根据国家劳动部1993年颁布的《储气罐安全监察规程》及GBl1638-89《溶解乙炔气瓶》的规定．钢瓶主体材料必须采用平炉、电炉或氧气转炉抬炼的镇静钢，以获得良好的成形和焊接性能。
4．2零件工艺分析
如零件图所示，其结构不复杂，是大量生产，体积适中，应选用焊接。
焊接制造该零件的过程中，虽然零件结构简单，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，因开口端变形大，冷变形强化严重，加上板材纤维组织的影响，在残余应力作用下很容易发生断裂。
为防止裂纹产生，拉伸后应进行再结晶退火。
为了减少焊接缺陷，焊件接缝附件必须严格清理铁锈、油污；为去除残余应力并改善焊接接头的组织与性能，瓶体焊接后应该进行整体正火处理，至少要进行去应力退火。
4．3焊缝位置的确定
有关锅炉、压力容器规程中对焊缝的数量和布置做了具体的规定
（1）筒体拼接时，筒节的长度2000mm；每节筒体，纵向焊缝的数量：
筒体径Ｄi=600mm，拼接焊缝1条；相邻筒节的纵向焊缝应相互错开，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过0.3Ｄi，并不得通过扳边人孔，且不得布置在人孔扳边圆弧上；管板上整条拼接焊缝不得布置在扳边圆弧上，且不得通过扳边孔；由中心圆板和扇形板组成的凸形封头，焊缝的方向只允许是径向和环向的。
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邻近区域，应避免焊接零件。
如不能避免时，焊接零件的焊缝可穿过主要焊缝，而不要在焊缝及其邻近区域中止。
（4）开孔、焊缝和转角要错开。
开孔边缘与焊缝的距离应不小于开孔处实际壁厚的3倍，且不小于100mm。
在凸形封头上开孔时，孔的边缘与封头周边间的投影距离应不小于封头外径的10％。
开孔及焊缝不允许布置在部件转角处或扳边圆弧上，并应离开一定距离。
5焊接材料与方法选择
5.1母材选择
根据容器的工作条件确定对材料和制造工艺的要求。
对于一般容器重量大小不是主要问题，所以用焊接性好的低碳钢或低合金结构钢。
本设计选用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~
0.22
0.30~
0.65
0.12~
0.30
≤0.050
≤0.
力学性能
钢号
板厚
/mm
抗拉强度
σb/Mpa
屈服强度σs
/Mpa
试验温度/℃
缺口形式
Q235-A
4
375
235
100
V
5.2焊料选择
焊接采用焊条电弧焊，焊条型号为J422，图中未标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》进行选用。
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
焊缝分散原则；避免焊缝多条相交原则；对称质心布置原则；避开应力复杂区或应力峰值去原则；对接钢板的等厚连接原则；接头设计的开敞性原则；焊接坡口的设计原则（焊缝填充金属尽量少；避免产生缺陷；焊缝坡口对称；有利于焊接防护；焊工操作方便；复合钢板的坡口应有利于减少过渡层焊缝金属的稀释率）。
属结晶凝固而形成接缝，焊接材料为碳钢、低合金钢、不锈钢，应用围广，适用短小焊缝及全位置施焊，可适用在静止、冲击和振动载荷下工作的坚固密实
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