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筒体设计说明书

目录

绪论3

第一章设计参数的选择5

1.1设计题目5

1.2设计数据5

1.3设计压力5

1.4设计温度5

1.5主要元件材料的选择5

第二章设备的结构设计6

2.1圆筒厚度的设计6

2.2封头厚度的设计6

2.3筒体和封头的结构设计6

2.4鞍座选型和结构设计7

2.5接管、法兰的选择9

第三章开孔补强设计11

3.1补强设计方法判别11

3.2有效补强范围11

3.3有效补强面积11

3.4补强面积12

第四章液氩储罐的焊接13

4.1破口加工13

4.2焊接顺序13

4.3筒体纵焊缝13

4.4筒体环焊缝13

4.5接管与筒体焊接14

4.6人口及补偿圈焊接14

4.7接管与法兰处焊接（排空口、液位计、温度计、压力表）15

4.8接管与法兰焊接处（安全阀、进料口、出料口、排污口）15

采用焊条电弧焊，焊条型号为E347-1615

4.9鞍座底板与肋板和腹板的焊接15

4.9焊缝破口尺寸16

第五章备料加工工艺19

5.1原材料的储备19

5.2板材的预处理19

5.4装配的焊接次序20

5.5焊后热处理21

第六章焊缝的无损检验与耐压气密性检验21

参考文献22

绪论

随着我国化学工业的蓬勃发展，各地建立了大量的液化气储配站。

对于储存量小于500或单罐容积小于150时。

一般选用卧式圆筒形储罐。

液化气储罐是储存易燃易爆介质．直接关系到人民生命财产安全的重要设备。

因此属于设计、制造要求高、检验要求严的三类压力容器。

本次设计的为100液化石油气储罐设计即为此种情况。

工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备，称压力容器。

设计温度为-20℃以下的压力容器被称为低温压力容器，对于低温压力容器首先要选用合适的材料，材料在使用温度下应具有良好的韧性。

经细化晶粒处理的低合金钢可用到-45℃，2.5％镍钢可用到-60℃，3.5％镍钢可用到-104℃,9％镍钢可用到-196℃。

低于-196℃时可选用奥氏体不锈钢等。

因此鉴于本次课题低温液氩储罐为单层绝热储罐。

内胆材质采用奥氏体不锈钢（0Cr18Ni10Ti），外层保冷材料为泡沫玻璃。

同时采用了双组分快速固化液体涂料。

由筒体、封头、法兰和密封元件、开孔和接管、支座、绝热保冷层六大部组成。

筒体是圆筒形压力容器的主要承压元件，它构成了完成化学反应或储存物所需的最大空间。

筒体一般是由钢板卷制或压制成型后组装焊接而成。

当筒体直径较小是，可采用无缝钢管制作。

对于即轴向尺寸较大的筒体，采用环焊缝将几个筒节拼焊制成。

根据筒体的承载要求和钢板厚度，其纵焊缝和环向焊缝可采用开坡口或不坡口的对接接头。

对于承受高压的厚壁容器筒体，除了采用单层厚钢板制作外，也可以采用层板包扎、热套、绕带或绕板等工艺制作多层筒体结构。

封头即是容器的端盖。

根据形状的不同，分为球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和平板封头等结构形式。

为了避免在低温压力容器上产生过高的局部应力，在设计容器时应避免有过高的应力集中和附加应力；在制造容器时严格检验，以防止容器中存在危险的缺陷。

对于因焊接而引起的过大残余应力，在焊后应进行消除焊接残余应力处理。

为保证压力容器的安全使用，在制造严格按照有关标准、规范，对压力容器的原材料和加工制造过程进行严格的质量检验，因此，对投入运行的压力容器也需要进行定期检验。

压力容器的检验内容主要有：

对材料的化学成分和力学性能的常规理化检验；对焊接接头的各种性能检验；对压力容器各部分存在的各类缺陷的无损检测；用高于操作压力的液体对容器进行耐压试验等。

质量检验在压力容器制造过程中占重要的地位。

在有些反应堆压力容器的生产周期中，有一半的时间都是用于质量检验。

第一章设计参数的选择

1.1设计题目

液氩储罐结构设计（12m3）

1.2设计数据

如下表1：

表1：

设计数据

序号

项目

数值

单位

备注

1

名称

液氩储罐（6m³）

2

最大工作压力

1.2

MPa

3

工作温度

20

℃

4

公称直径

1600

mm

5

容积

6

6

单位容积充装量

0.42

t/

7

装量系数

0.9

8

其他要求

100%无损检测

1.3设计压力

设计压力取最大工作压力的1.1倍，即Pc=1.1×1.2=1.32

1.4设计温度

设计温度为室温，即20℃。

1.5主要元件材料的选择

1.筒体材料的选择：

根据GB150-1998表4-1，选用筒体材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti（钢材标准为GB13296）。

2.鞍座材料的选择：

根据JB/T4731,鞍座选用材料为1Cr18Ni9Ti，其许用应力。

3.地脚螺栓的材料选择：

由于工作温度为超低温，地脚螺栓选用1Cr18Ni8Ti，其许用应力。

第二章设备的结构设计

2.1圆筒厚度的设计

计算压力：

该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为。

圆筒的厚度在6~16mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：

温度在20℃下，许用应力

利用中径公式，

计算厚度：

δ=PDi∕（2Φ[σ]t-Pc）=7.74mm

查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-1知，钢板厚度负偏差0.8mm。

查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-5知,不锈钢在无特殊腐蚀情况下，腐蚀裕量取0。

本例取=0。

则筒体的设计厚度δn=δ+C1+C2=7.74+0.8+0=8.54

圆整后，取名义厚度δn=9。

筒体的有效厚度δE=δn-C1-C2=8

2.2封头厚度的设计

查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表1，得公称直径。

选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA，则，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1计算：

δ=PDi∕（2Φ[σ]t-Pc）=7.74mm

同上，取，。

圆整后，取名义厚度δn=9。

封头型记做EHA1600×12-1Cr18Ni9TiJB/T4746-2002。

2.3筒体和封头的结构设计

1.封头的结构尺寸（封头结构如下图1）

由，得。

查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表2：

表2：

EHA椭圆形封头内表面积、容积

公称直径DN/mm

总深度H/mm

内表面积A/

容积/

1600

425

2.9007

0.5864

2.筒体的长度计算

由封头长短轴之比为2，即，得

查标准[4]中表B.1EHA和B.2EHA表椭圆形封头内表面积、容积，质量，见表3-1和图3-1。

取装料系数为0.9，则

即

算得L0=2.74

圆整后取为L0=2.8

筒体分为两段，每段长度为1.4米，筒体为两瓣组焊而成。

2.4鞍座选型和结构设计

1.鞍座选型

该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用Q235-B。

估算鞍座的负荷：

储罐总质量（3-3）

—筒体质量：

m1=πDL0δρ=3.14×1.6×2.8×0.009×7.9×103=1000kg

—单个封头的质量，

—充液质量：

，水压试验充满水，故取介质密度为，

V=6.67

则

m3=6670kg

—附件质量：

人孔质量为，其他接管总和为200kg，即

综上所述，

m=m1+2m2+m3+m4=1000+2×133.4+6670+353=8289.8

则每个鞍座承受的质量为4144.9kg，重量为41.5KN

查JB4712.1-2007[9]表1，优先选择轻型支座。

查[9]中表2，得出鞍座尺寸如表3-6：

表3-6鞍座尺寸表

公称直径

DN

1600

腹板

8

垫板

390

允许载荷

Q

kN

275

筋板

225

8

鞍座高度

h

250

170

e

70

底板

1120

240

螺栓间距

960

200

8

鞍座质量

Kg

116

12

垫板

弧长

1870

增加100mm增加的高度

Kg

12

2.鞍座位置的确定

因为当外伸长度A=0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，鞍座中心与封头切线的距离A满足（L为两封头切线间的距离），最后使（为圆筒的平均半径）。

鞍座的安装位置如图3所示：

故，取。

2.5接管、法兰的选择

液氩储罐应设置出液口，进液口，人孔，液位计口，温度计口，压力表口，安全阀口，排空口。

1.小直径接管和法兰

查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中表8.23-1PN10带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。

查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中附录D中表D-3,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）。

整体钢制法兰尺寸表mm

公称尺寸

法兰外径

螺栓孔中心

螺栓孔直径

法兰厚度

法兰径

DN

D

K

L

C

N

R

S0

S1

安全阀

进料口

出了口

排污口

40

150

110

18

18

70

6

7.5

14

排空口

液位计

温度计

压力表

20

105

75

14

18

40

4

6.5

12

人口法兰设计mm

DN

400

B

150

H1

230

dw×s

426×10

L

200

H2

107

D

580

b

32

d

24

D1

525

b1

27

A

320

b2

32

3.法兰标记

法兰标准标记包括法兰名称及代号、密封面形式代号、公称直径、公称压力、法兰厚度、法兰总高度、标准编号。

当法兰厚度、法兰高度采用标准值时在标记中可省略。

例如，公称压力1.6MPa、公称直径80mm的带颈对焊法兰，法兰材料0Cr18Ni10Ti，其标记为：

法兰C-T80-1.60HG20575-97。

第三章开孔补强设计

根据GB150中8.3，当设计压力小于或等于2.5MPa时，在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径不大于89mm时，接管厚度满足要求，不另行补强，故该储罐中只有DN=500mm的人孔需要补强。

3.1补强设计方法判别

按HG/T21518-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。

开孔直径。

，故可以采用等面积法进行开孔补强计算。

接管材料选用与筒体材料相同的0Cr18Ni10Ti不锈钢，其许用应力。

根据GB150-1998中式8-1，。

壳体开孔处的计算厚度，

接管的有效厚度，强度削弱系数。

所以开孔所需补强面积

3.2有效补强范围

1.有效宽度B的确定

按GB150中式8-7，得，，。

2.有效高度的确定

（1）外侧有效高度的确定

根据GB150中式8-8，得：

，，。

（2）内侧有效高度的确定