石油化工儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范 石油液化氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)

1石油化工儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范石油液化氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)石油液化氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)摘要臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)是以應(yīng)力分析為主要途徑，以材料力學(xué)為基礎(chǔ)，對(duì)容器的各個(gè)主要受壓部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)的目的主要是確定合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式，并滿足制造、檢驗(yàn)、裝配、運(yùn)輸和維修等方面要求，設(shè)計(jì)中主要從強(qiáng)度和剛度兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證強(qiáng)度不失效，即材料不發(fā)生強(qiáng)度破壞；剛度滿足要求，即材料的形變量控制在一定范圍內(nèi)，保證容器不因過渡變形而發(fā)生泄露失效，最終達(dá)到安全可靠的工作性能的要求。關(guān)鍵詞臥式儲(chǔ)罐、應(yīng)力、剛度、強(qiáng)度、設(shè)計(jì)目錄第1章前言12第2章臥式儲(chǔ)罐一般結(jié)構(gòu)2第3章選材要求431材料各種機(jī)械性能參數(shù)4311R的含義4312Q235系列的含義432機(jī)械性能指標(biāo)及符號(hào)5321強(qiáng)度5322塑性6323沖擊韌性7324硬度7325冷彎38326斷裂韌性833壓力容器常見的失效形式8331強(qiáng)度失效8332剛度失效8333穩(wěn)定性失效9334腐蝕失效934主要部件的選材10341筒體、封頭10342接管10343法蘭10第4章焊接41241焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和常用的焊接方法1242焊縫類型及施焊方法1243對(duì)接焊縫構(gòu)造13431對(duì)接焊縫施工要求13432對(duì)接焊縫的構(gòu)造處理13433對(duì)接焊縫的強(qiáng)度1344對(duì)接焊縫連接的計(jì)算1445焊條的選用14第5章液壓試驗(yàn)1551試驗(yàn)?zāi)康暮妥饔?1552試驗(yàn)要求1553試驗(yàn)方法步驟16第6章臥式儲(chǔ)罐校核1761剪力彎矩載荷計(jì)算1762內(nèi)力分析19621彎矩計(jì)算19622剪力計(jì)算20623圓筒應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核21參考文獻(xiàn)26致謝627附錄28第1章前言第1頁第1章前言儲(chǔ)存設(shè)備又稱儲(chǔ)罐，主要是指用于儲(chǔ)存或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)的設(shè)備，在化工、石油、能源、輕工、環(huán)保、制藥及食品等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如氫氣儲(chǔ)罐、液化石油儲(chǔ)罐、石油儲(chǔ)罐、液氨儲(chǔ)罐等。儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力直接受溫度的影響，且介質(zhì)往往易燃、易爆或有毒。儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)形式主要有臥式儲(chǔ)罐、立式儲(chǔ)罐和球形儲(chǔ)罐。儲(chǔ)罐按制作材料可分為金屬儲(chǔ)罐，如鋼、鉛等，非金屬罐，如磚砌、預(yù)應(yīng)力混凝土、塑料等；按建造位置可分為地上儲(chǔ)罐、地下儲(chǔ)罐和半地下儲(chǔ)罐；按形狀和結(jié)構(gòu)可分為立式、臥式、球形、扁平橢球形和液滴形儲(chǔ)罐等。立式儲(chǔ)罐使用最多，主要用于儲(chǔ)存數(shù)量較大的原油、輕質(zhì)油和潤滑油；臥式儲(chǔ)罐用于儲(chǔ)存小量的油品、氨、酸、堿、液化石油氣等；球形儲(chǔ)罐主要用于儲(chǔ)存液化石油氣、丙烷、丁烷、丙烯等；液滴形儲(chǔ)罐適用于儲(chǔ)存易揮發(fā)的油品，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作困難、成本高，故用得很少。地上儲(chǔ)罐一般用金屬材料制作，罐內(nèi)最低液面略高于附近地7坪，這類罐投資少、施工快、日常管理和維護(hù)方便，但罐內(nèi)溫度受環(huán)境溫度的影響大，不利于易揮發(fā)性油品降低蒸發(fā)損耗和重質(zhì)油品的加熱傳溫。石油液化氣儲(chǔ)罐通常采用臥式儲(chǔ)罐。本設(shè)計(jì)也采用臥式結(jié)構(gòu)。第2章臥式儲(chǔ)罐一般結(jié)構(gòu)臥式儲(chǔ)罐由罐體、支座及附件等組成。罐體包括筒體和封頭，筒體由鋼板拼接卷板，組對(duì)焊接而成，各筒節(jié)間的環(huán)縫可以是對(duì)接也可以是搭接連接；封頭常用橢圓形、碟形及平封頭，見圖21。圖21臥式儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)臥式儲(chǔ)罐的支座有鞍式支座、圈式支座和支承式支座。大中型臥式罐通常設(shè)置在兩個(gè)對(duì)稱布置的鞍式支座上，其中一個(gè)固定在地腳螺栓上是不動(dòng)的，稱為固定支座；另一個(gè)其底板上與地腳螺栓配套的孔采用長圓形，當(dāng)罐體受熱膨脹時(shí)可沿軸向移動(dòng)，避免產(chǎn)生溫差應(yīng)力。由于鞍座處罐體受力復(fù)雜，為提高罐體的局部強(qiáng)度和剛度，一般在鞍座處筒體內(nèi)壁設(shè)置用角鋼煨彎成的加強(qiáng)環(huán)，當(dāng)罐直徑大于3M時(shí)還應(yīng)在加強(qiáng)環(huán)上設(shè)置三角支撐。臥式容器殼體由筒體和封頭組成，封頭通常采用橢圓封8頭。當(dāng)容器組裝后不需要開啟時(shí)，封頭可直接與筒體焊在一起，從而有效地保證密封，節(jié)省材料和減少加工制造的工作量。對(duì)于因檢修或更換內(nèi)件的原因而需要多次開啟的容器，封頭和筒體的連接應(yīng)采用可拆式的，此時(shí)在封頭和筒體之間就必須要有一個(gè)密封裝置。壓力容器上需要有許多密封裝置，如封頭和筒體間的可拆式連接、容器接管與外管道間的可拆式連接以及人孔、手孔蓋的連接等，可以說壓力容器能否正常、安全地運(yùn)行在很大程度上取決于密封裝置的可靠性。法蘭按其所連接的部件分為容器法蘭和管道法蘭。用于容器封頭與筒體間，以及兩筒體間連接的法蘭叫容器法蘭；用于管道連接的法蘭叫管道法蘭。在高壓容器中，用于頂蓋和筒體連接并與筒體焊在一起的容器法蘭，又稱為筒體端部。由于工藝要求和檢修的需要，常在壓力容器的筒體或封頭上開設(shè)各種大小的孔或安裝接管，如人孔、手孔、視鏡孔、物料進(jìn)出口接管，以及安裝壓力表、液面計(jì)、安全閥、測溫儀表等接管開孔。手孔和人孔是用來檢查、裝拆和洗滌容器內(nèi)部的裝置。手孔內(nèi)徑要使操作人員的受嫩自由地通過，因此，手孔的直徑一般不應(yīng)小于150MM?？紤]到人的手臂長約650700MM，所以直徑大于1000MM的容器就不宜再設(shè)手9孔，而應(yīng)改設(shè)人孔。常見的人孔形狀有圓形和橢圓型兩種，為使操作人員能夠自由出入，圓形人孔的直徑至少應(yīng)為400MM，橢圓形人孔的尺寸一般為350X450MM。筒體或封頭上開孔后，開孔部位的強(qiáng)度被削弱，并使該處的應(yīng)力增大。這種削弱程度雖開孔直徑的增大而加大，因而容器上應(yīng)盡量減少開孔的數(shù)量，尤其要避免開大孔，對(duì)容器上已開設(shè)的孔，還用進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，以確保所需的強(qiáng)度。壓力容器靠支座支承并固定在基礎(chǔ)上。圓筒形容器和球形容器的支座各不相同。隨安裝位置不同，圓筒形容器支座分立式容器支座和臥式容器支座兩類，其中立式容器支座有右腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座四種；而球形容器多采用柱式或裙式支座。由于壓力容器的使用特點(diǎn)及其內(nèi)部介質(zhì)的化學(xué)工藝特性，往往需要在容器上設(shè)置一些安全裝置和測量、控制儀表阿里監(jiān)控工作介質(zhì)的參數(shù)，以保證壓力容器的使用安全和工藝過程的正常進(jìn)行。壓力容器的安全附件主要有安全閥、爆破片裝置、緊急切斷閥、安全連鎖裝置、壓力表、液面計(jì)、測溫儀表等。第3章選材要求壓力容器的選材是有特別嚴(yán)格要求的，材料的各種力學(xué)10性能和化學(xué)性能都和設(shè)計(jì)密切相關(guān)。選材的目的就是為了選擇安全、經(jīng)濟(jì)的材料，保證容器的安全可靠工作。各種金屬儲(chǔ)罐雖然結(jié)構(gòu)和用途都不盡相同，但總體而言都是能夠承受一定壓力大多為常壓或低壓的密閉容器，所充裝的介質(zhì)基本上都是易燃、易爆、有腐蝕和一定的毒害作用，這些介質(zhì)都具有一定的壓力和溫度，從儲(chǔ)罐的受力狀況看都相當(dāng)于一般的壓力容器，其殼體可按一般壓力容器進(jìn)行選材和分析計(jì)算。金屬儲(chǔ)罐常用的材料為碳鋼和低合金鋼鋼板，如Q235A、20R、16MNR、15MNVR等，厚度大都在416MM之間，罐壁最大不超過32MM，對(duì)罐壁材料，其強(qiáng)度、焊接性、沖擊韌性是三項(xiàng)基本要求；對(duì)公稱容量小于10000M3的儲(chǔ)罐可選Q235A，公稱容量在1000050000M3的儲(chǔ)罐，其由強(qiáng)度決定的罐體及罐底邊板采用16MNR，公稱容量大于50000M3的儲(chǔ)罐，其由強(qiáng)度決定的罐體及罐底邊板選15MNVR、由剛度決定的罐體可采用Q235A。無論哪種儲(chǔ)罐，都是以鋼板卷制、沖壓焊接而成，小型立式罐和臥式罐殼體筒節(jié)間采用對(duì)接結(jié)構(gòu)，兩端通常用橢圓形封頭或平封頭連接；大型立式圓筒形儲(chǔ)罐的罐體也是采用鋼板卷制焊接而成筒節(jié)，筒節(jié)之間可采用對(duì)接焊接，也可采用采用搭接焊接；球形罐是用鋼板沖壓成若干片，再組對(duì)焊接而成。31材料各種機(jī)械性能參數(shù)11311R的含義根據(jù)GB665496中牌號(hào)表示方法中的規(guī)定本標(biāo)準(zhǔn)所列牌號(hào)后面的“R”是指壓力容器“容”字的漢語拼音第一個(gè)字母。312Q235系列的含義根據(jù)GB70088中牌號(hào)表示方法、代號(hào)和符號(hào)中的規(guī)定鋼的牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值（235表示屈服點(diǎn)為235MPA）、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào)等四部分按順序組成。Q鋼材屈服點(diǎn)“屈”字漢語拼音首位字母；A、B、C、D分別為質(zhì)量等級(jí)；F沸騰鋼“沸”字漢語首位字母；B半鎮(zhèn)靜鋼“半”字漢語拼音首位字母；Z鎮(zhèn)靜鋼“鎮(zhèn)”字漢語拼音首位字母；TZ特殊鎮(zhèn)靜鋼“特鎮(zhèn)”兩字漢語拼音首位字母；在牌號(hào)組成表示方法中，“Z”與“TZ”符號(hào)予以省略。32機(jī)械性能指標(biāo)及符號(hào)321強(qiáng)度強(qiáng)度是指在外力的作用下，抵抗變形和破壞的能力，應(yīng)用最普遍的強(qiáng)度指標(biāo)是屈服極限S或02，強(qiáng)度極限B。3211屈服極限S和0212材料受外力超過一定值時(shí)，變形會(huì)突然增加，這時(shí)雖然載荷不再增加，而仍斷續(xù)發(fā)生塑性變形的現(xiàn)象叫屈服。開始出現(xiàn)屈服時(shí)的應(yīng)力叫屈服極限。含碳量較高，合金含量較高和淬火回火的鋼，屈服現(xiàn)象不明顯,這時(shí)就將引起殘余伸長相當(dāng)于原試樣標(biāo)距長度02的應(yīng)力，規(guī)定為“條件屈服應(yīng)力”，以02表示。SPS/F0,02P02/F0PS試樣開始出現(xiàn)屈服時(shí)的外力，MPA。P02殘余伸長相當(dāng)于原試樣標(biāo)距長度02的外力，MPA。F0試樣的原始橫截面積，M2。3212強(qiáng)度極限B材料受外載荷斷續(xù)增大，在斷裂前承受的最大載荷時(shí)的應(yīng)力稱為材料的抗拉強(qiáng)度極限，單位MPA。BPB/F0PB試樣斷裂前承受的最大載荷時(shí)的外力，MPA。3213屈強(qiáng)比S/B工程上比較重視屈強(qiáng)比，這個(gè)值越小，表示材料屈服極限與強(qiáng)度極限的差距越大，即塑性越好，從而保證了使用中的安全可靠。但無疑也使材料在彈性變形范圍內(nèi)承受載荷小，相反屈強(qiáng)比高，說明屈服限接近強(qiáng)度限。材料在斷裂前塑性“儲(chǔ)備”太少，對(duì)應(yīng)力集中敏感，耐疲勞抗力下降。13在設(shè)計(jì)中必然要對(duì)應(yīng)力狀態(tài)有充分估計(jì)局部應(yīng)力，應(yīng)力集中，二次應(yīng)力。制造中要盡量避免加工硬化,裂紋及殘余應(yīng)力，所以設(shè)計(jì)中要考慮屈強(qiáng)比。一般屈強(qiáng)比大于07的材料在設(shè)計(jì)中和制造中應(yīng)予以重視；大于08085的材料要特殊對(duì)待。322塑性金屬的塑性是指在外力作用下能引起永久變形而不發(fā)生破裂，并在外力取消后，仍能保持變形后形狀的能力。塑性值也可通過拉伸試驗(yàn)測得。通常用伸長率延伸率和斷面收縮率來表示。3221延伸率LKL0/L0X100L0表示原標(biāo)距長，M。LK表示拉伸后標(biāo)距長，M。從壓力容器本身工作條件看，一般材料延伸率是足夠的。但必須考慮如下情況A材料由于冷作冷卷、錘擊、剪切、焊接引起伸長率降低是不可估量的。國內(nèi)出現(xiàn)過因剪切邊裂紋引起卷板脆斷的事例。B容器實(shí)際工作的受力并非單向應(yīng)力，這些均會(huì)降低材料的塑性,影響壓力容器的安全儲(chǔ)備。3222斷面收縮率14表示拉斷后試樣在斷裂處的收縮面積與原橫截面積的比值。（F0FK）/F0X100F0試件原始橫截面積，M2。FK試樣拉斷后橫截面積，M2。323沖擊韌性在沖擊力作用下抑制變形和斷裂的能力。目前以AK表示為多,即以沖斷試樣消耗的沖擊功AK，單位是焦耳J。另一種是單位缺口處斷面所消耗的沖擊功K，單位是J/CM2。目前壓力容器用鋼板全部改為用夏比V形沖擊功即AKV作為沖擊韌性驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。324硬度金屬材料抵抗更硬異物壓入的能力。硬度表明材料的耐磨性和切削加工的可能性。一般來說硬度較高，材料耐磨性較好。常用硬度有布氏硬度HB，洛氏HR，維氏HV三種。325冷彎材料抵抗彎曲斷裂能力的標(biāo)志，它間接反映了材料的塑性。這個(gè)試驗(yàn)既可檢查鋼的塑性的好壞，也可以考核其加工工藝性能。也能夠暴露鋼板受試面缺陷,對(duì)于焊接試板,還可以檢查焊接缺陷。15326斷裂韌性反映材料對(duì)裂紋擴(kuò)展的抵抗能力，對(duì)中低強(qiáng)度鋼，目前普遍采用臨界裂紋張開位移COD值C；對(duì)于高強(qiáng)度鋼的脆斷，則應(yīng)用材料的平面應(yīng)變斷裂韌性值K1C。33壓力容器常見的失效形式壓力容器失效是由于壓力或其他載荷超過使用極限而喪失正常工作能力。各類壓力容器的操作條件比較復(fù)雜多樣，而且越來越苛刻，因此，壓力容器失效的形態(tài)也是多種多樣的，主要是以強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和腐蝕失時(shí)效四種方式表現(xiàn)出來。由于壓力容器的失效帶來的一般都是成萬或上百萬的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重時(shí)甚至造成人員傷亡的災(zāi)難性后果，因此，如何預(yù)測和解決壓力容器的失效問題已受到了人們廣泛的關(guān)注。要預(yù)測和解決壓力容器的失效，首先應(yīng)熟悉壓力容器的失效形式。下面就介紹幾種常見的失效形式。331強(qiáng)度失效容器中某最大應(yīng)力點(diǎn)超過屈服點(diǎn)后就會(huì)出現(xiàn)不可恢復(fù)的變形，此時(shí)由彈性狀態(tài)進(jìn)入塑性狀態(tài)，隨著載荷的增大，容器的塑性區(qū)不斷擴(kuò)大，當(dāng)載荷大到某一極限時(shí)，塑性區(qū)就會(huì)擴(kuò)展到一定的范圍，容器便失去了承載能力。332剛度失效容器或容器上的零部件不是因?yàn)閺?qiáng)度不足，而是由于過16大的彈性變形使部件等失去了正常的工作能力。這種失效形式通常出現(xiàn)在密封結(jié)構(gòu)、換熱設(shè)備等地方。333穩(wěn)定性失效容器在外壓或其他外部載荷的作用下，由穩(wěn)定的平衡狀態(tài)變至一個(gè)不穩(wěn)定的狀態(tài)，形狀發(fā)生突然改變而喪失正常的工作能力。334腐蝕失效腐蝕失效是壓力容器失效的重要類型之一，金屬腐蝕的形式是多種多樣的，按金屬與周圍介質(zhì)作用的性質(zhì)分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩大類，但都是由于其工作環(huán)境所引起，包括應(yīng)力腐蝕、氫脆、蒸汽腐蝕、堿脆、硫腐蝕、輻照脆化和液態(tài)金屬脆化等類型。應(yīng)力腐蝕失效是指在拉應(yīng)力作用下，一定材料與一定的介質(zhì)環(huán)境發(fā)生應(yīng)力腐蝕，而最終導(dǎo)致壓力容器失效，是一種延遲破壞，造成的后果也比較嚴(yán)重。由于近代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，材料的工作環(huán)境條件越來越苛刻，零部件和材料的應(yīng)力腐蝕問題也日益突出，解決應(yīng)力腐蝕問題成了當(dāng)今的重要課題。應(yīng)力腐蝕的必要條件是存在拉應(yīng)力，而且所用材料與介質(zhì)環(huán)境能發(fā)生應(yīng)力腐蝕。因此，為了解決應(yīng)力腐蝕問題，設(shè)計(jì)上通常采用仔細(xì)選擇應(yīng)力腐蝕敏感性低的材料、加緩蝕劑或保護(hù)層、陽極保護(hù)和避免或減小應(yīng)力集17中、改善危險(xiǎn)截面的受力狀況及避免工件表面層殘余應(yīng)力存在等措施；另外，生產(chǎn)工藝上通常采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に噥斫档筒牧蠈?duì)應(yīng)力腐蝕的敏感性和減小工件的殘余應(yīng)力或避免應(yīng)力集中。金屬的氫脆是指由于金屬中存在氫而導(dǎo)致材料的塑性大為降低，從而使壓力容器失效。氫脆的表現(xiàn)形式一般分為不可逆氫脆和可逆氫脆兩類，前者是指氫造成的永久性損傷（如低強(qiáng)鋼在石油化工設(shè)備中或酸洗處理后因吸氫而出現(xiàn)氫鼓包等）；后者是指排除氫后力學(xué)性能可以恢復(fù)的氫脆現(xiàn)象（如鋼及一些合金鋼中的氫致延遲破壞等）。氫脆產(chǎn)生的主要原因是氫在材料中來不及擴(kuò)散或逸出而形成局部偏聚（偏析），材料中氫濃度越高越容易發(fā)生局部偏聚，材料表現(xiàn)為低應(yīng)力下的延遲破壞。因此，為了解決氫脆問題，設(shè)計(jì)上通常采用選擇氫脆敏感性小的材料、減小或消除拉應(yīng)力、杜絕或減少氫的環(huán)境（如加緩蝕劑、保護(hù)層等）和改變應(yīng)力狀態(tài)等措施；另外，工藝上也可通過表面處理（如滾壓、噴丸等）使表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。蒸汽腐蝕實(shí)際上是由于高溫下水蒸氣的分解而造成金屬的氧化和氫脆，為了防止蒸汽腐蝕設(shè)計(jì)上通常選用高抗蒸汽腐蝕的材料。堿脆是指由于堿的濃度達(dá)到一定程度而導(dǎo)致的應(yīng)力腐蝕。硫腐蝕是指由于硫的存在而在不同條件下產(chǎn)生不同形式的18腐蝕現(xiàn)象，如高溫硫腐蝕、含鎳合金鋼的硫腐蝕和低溫硫腐蝕等。為防止硫腐蝕，通常采用鋼材表面滲鋁、含鎳合金鋼中加鉻元素等措施。34主要部件的選材在各種操作環(huán)境的要求下，對(duì)主要受壓部件的機(jī)械性能和化學(xué)性能有很苛刻的要求，所以必須慎重的選擇主要受壓部件的材料。341筒體、封頭反應(yīng)釜設(shè)備置于室內(nèi)，筒體、封頭等主要受壓部分與具有腐蝕性的介質(zhì)接觸，選用0CR18NI9制造，該材料的機(jī)械性能好，有較好的耐腐蝕能力，有較豐富的制造經(jīng)驗(yàn)。外部夾套選用Q235制造，該材料具有良好的機(jī)械性能，經(jīng)濟(jì)性。342接管設(shè)備上為滿足工藝要求和儀表接口，設(shè)置有各種接管。對(duì)接管要求大致和筒體相同，因?yàn)樗欠磻?yīng)釜設(shè)備的重要組成部分。本設(shè)計(jì)中接管選用0CR18NI9TI無縫鋼管。343法蘭法蘭是反應(yīng)釜設(shè)備及管路連接不可缺少的部分，要求具有良好的機(jī)械性能和抗腐蝕能力。要有足夠的連接剛性和可焊性，在設(shè)備運(yùn)行中不至于發(fā)生泄漏事故。其結(jié)構(gòu)尺寸按照J(rèn)B8259對(duì)焊鋼法蘭執(zhí)行。19綜上所述本設(shè)計(jì)根據(jù)反應(yīng)條件和介質(zhì)環(huán)境，反應(yīng)釜主體選用0CR18NI9。外部用于加熱的夾套選用Q235。這兩種材料都是壓力容器常用到的材料，0CR18NI9有較好的耐腐蝕性能和優(yōu)良的機(jī)械性能，保證生產(chǎn)的安全可靠性。Q235有良好的機(jī)械性能，滿足工作環(huán)境的要求。其他附件則根據(jù)國標(biāo)要求選用相應(yīng)的材料，管材、法蘭等按照壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)要求標(biāo)準(zhǔn)選用。第4章焊接通過加熱（或輔以錘擊、加壓或加熔化的填充材料等）將金屬材料連接起來的方法。通常焊件和焊縫金屬質(zhì)地相同時(shí)稱熔焊，而在焊料與焊件之間形成粘合的稱釬焊。41焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和常用的焊接方法采用熔焊的優(yōu)點(diǎn)A不削弱截面，經(jīng)濟(jì)；B焊件間可直接焊接，構(gòu)造簡便，制造省工，傳力路線短而明確；C連接的密閉性好，剛度大，整體性好；D便于自動(dòng)化作業(yè)，提高質(zhì)量和效率；缺點(diǎn)A位于熱影響區(qū)的材質(zhì)變脆；B產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形；C焊接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋很敏感。常用焊接方法見表41。表41常用焊接方法焊接方法焊條焊劑操作方式全手動(dòng)適應(yīng)范圍工位復(fù)雜，20形狀復(fù)雜之焊縫全自動(dòng)長而簡單的焊縫CO2氣體保護(hù)無人工操作前進(jìn)通電、加壓、機(jī)械氣焊短、光焊條無（乙炔手工還原）薄板、小型、一般用作構(gòu)造焊縫不同材質(zhì)結(jié)構(gòu)中薄板點(diǎn)焊任意焊縫質(zhì)量均勻、塑性、韌性好，抗腐蝕性強(qiáng)質(zhì)量均勻、塑性、韌性好，抗腐蝕性強(qiáng)一般用作構(gòu)造焊縫質(zhì)量狀況比自動(dòng)焊略差電手工焊弧焊自動(dòng)焊短焊條附于焊350400MM連續(xù)焊絲條之藥皮焊劑半自動(dòng)焊連續(xù)焊絲電阻焊無42焊縫類型及施焊方法焊縫類型分為對(duì)接焊縫和角焊縫。根據(jù)焊工與焊縫的相對(duì)位置分為俯焊、立焊、橫焊、仰焊，其中以俯焊施工位置最好，所以焊縫質(zhì)量也最好，仰焊最差，所以盡量避免。對(duì)接焊縫按受力與焊縫方向分為A直縫作用力方向與焊縫方向正交；B斜縫作用力方向與焊縫方向斜交2143對(duì)接焊縫構(gòu)造431對(duì)接焊縫施工要求A直邊縫適合板厚T10MM。B單邊V形適合板厚T1020MM。C雙邊V形適合板厚T1020MM。DU形適合板厚T20MM。EK形適合板厚T20MM。FX形適合板厚T20MM。432對(duì)接焊縫的構(gòu)造處理（1）起落弧處易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工復(fù)雜，除承受動(dòng)力荷載外，一般不用，計(jì)算時(shí)將焊縫長度兩端各減去T。（2）變厚度板對(duì)接，在板的一面或兩面切成坡度不大于125的斜面，避免應(yīng)力集中。（3）變寬度板對(duì)接，在板的一側(cè)或兩側(cè)切成坡度不大于125的斜邊，避免應(yīng)力集中。433對(duì)接焊縫的強(qiáng)度有引弧板的對(duì)接焊縫在受壓時(shí)與母材等強(qiáng)，焊縫的抗拉強(qiáng)度與焊縫質(zhì)量等級(jí)有關(guān)，必須達(dá)到二級(jí)以上焊縫質(zhì)量等級(jí)。44對(duì)接焊縫連接的計(jì)算理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，焊接缺陷對(duì)受壓對(duì)接焊縫的22強(qiáng)度無影響，但是，受拉的對(duì)接焊縫對(duì)焊縫中的缺陷非常敏感，焊縫質(zhì)量不同，其抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度也不相同。對(duì)接焊縫的應(yīng)力分布認(rèn)為與焊件原來的應(yīng)力分布基本相同。計(jì)算時(shí)，焊縫中最大應(yīng)力（或折算應(yīng)力）不能超過焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對(duì)接焊縫計(jì)算方法與基材的強(qiáng)度計(jì)算方法一致。一、二級(jí)焊縫質(zhì)量焊縫的抗拉強(qiáng)度等于基材的抗拉強(qiáng)度，適用于直接承受動(dòng)力荷載和對(duì)焊縫質(zhì)量要求高的結(jié)構(gòu)中；三級(jí)焊縫質(zhì)量焊縫的抗拉強(qiáng)度等于基材的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度的085倍。45焊條的選用用于焊接的材料應(yīng)具有與母材相當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能，并且焊波整齊，焊位適應(yīng)性強(qiáng)。藥皮，焊劑具有良好的穩(wěn)弧性，焊縫無溶氫現(xiàn)象。16MNR之間用J50616MNR與碳鋼之間及碳鋼之間用J426自動(dòng)焊，焊絲型號(hào)H10MN2，焊劑牌號(hào)焊劑431。第5章液壓試驗(yàn)51試驗(yàn)?zāi)康暮妥饔萌萜髟O(shè)備制造過程中，從選材、加工、焊接、組裝、對(duì)原材料和各工序雖然都有工序檢查和檢驗(yàn)，但因檢查方法或范圍的局限性，必然有材料缺陷和制造工藝缺陷存在，23有必要在設(shè)備制造完畢后進(jìn)行壓力試驗(yàn)，這是一種直觀綜合性檢驗(yàn)。壓力試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證設(shè)備在超工作壓力條件下密封結(jié)構(gòu)的嚴(yán)密性；超工作壓力下焊縫致密不漏；強(qiáng)度檢驗(yàn)。壓力試驗(yàn)同時(shí)也可以起到消除部分應(yīng)力的作用。當(dāng)設(shè)備壓力試驗(yàn)時(shí)，在焊縫區(qū)產(chǎn)生局部屈服，是殘余應(yīng)力重新分配，從而達(dá)到降低焊縫區(qū)殘余應(yīng)力的作用，減小了在一定外載荷作用下產(chǎn)生脆性破壞的危險(xiǎn)性。52試驗(yàn)要求液壓試驗(yàn)一般用清水做試驗(yàn)介質(zhì)，介質(zhì)溫度不能低于57，且不能超過其沸點(diǎn)。如果設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不允許充滿液體或使用中不允許存在微量水分時(shí)，允許用空氣或其他合適的氣體以氣壓試驗(yàn)代替液壓試驗(yàn)。本設(shè)備選用清水做液壓試驗(yàn)。液壓試驗(yàn)的壓力為PT125PT試壓時(shí)，容器壁產(chǎn)生的應(yīng)力必須低于屈服點(diǎn)。因而有必要在液壓試驗(yàn)前進(jìn)行校核。液壓試驗(yàn)條件T09S53試驗(yàn)方法步驟試驗(yàn)前要做好一切準(zhǔn)備工作，并做好試驗(yàn)方案。先對(duì)容器內(nèi)充水加壓試，驗(yàn)前在容器頂部安置兩個(gè)量程相同的并24經(jīng)過校正的壓力表，壓力表的量程在實(shí)驗(yàn)壓力2倍為宜，但不能低于15倍和高于4倍的試驗(yàn)壓力。在容器部留一排氣口，其他開口均要封堵。充水時(shí)待設(shè)備內(nèi)空氣排盡，然后將排氣口封住，進(jìn)行加壓試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中應(yīng)保持設(shè)備觀察外表面的干燥。試驗(yàn)時(shí)壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)壓力后，保持壓力時(shí)間不少于30分鐘。然后將壓力將至規(guī)定試驗(yàn)壓力的80，并保持足夠長的時(shí)間以對(duì)所有焊縫和連接部位進(jìn)行檢查。如有滲漏，修補(bǔ)后重新試驗(yàn)。液壓試驗(yàn)完畢后應(yīng)將反應(yīng)釜內(nèi)的水排干凈。盡量保持反儲(chǔ)罐內(nèi)干燥。第6章臥式儲(chǔ)罐校核61剪力彎矩載荷計(jì)算臥式罐簡化為長為L的受均布載荷Q作用的外伸簡支梁，如下圖621所示。封頭本身及封頭中的物料的重量為QH，此重力作用在封頭3（含物料）的中心上，對(duì)此封頭中心位置E3/8H。按力的平移原則，此H2重力可用作用在梁端點(diǎn)的剪力2/3HQ和力偶Q代替。4圖61臥式容器的彎矩圖25途中的主要尺寸A1200，H900，L15300。略去儲(chǔ)罐重量QRI2G314172100098190N/MM第6章臥式儲(chǔ)罐校核第18頁本罐為石油裂化氣儲(chǔ)罐，石油氣液化密度較水小，所以按水壓試驗(yàn)水的密度進(jìn)行校核計(jì)算FQM22HQ9009054000N33Q290RIH217002900246800000NMM442F36810150100098118326061N儲(chǔ)罐自重充水重量F916303N當(dāng)封頭中充滿液體時(shí)，液體對(duì)封頭作用已水平向外推力，因?yàn)橐后w壓力PY沿筒體高度按線性規(guī)律分布，頂部為0，底部為P02GRI，如圖61圖62封頭的液體彎矩圖SQRIYCRI4則，液體靜壓作用在橢圓封頭上的力矩為第6章臥式儲(chǔ)罐校核第19頁MQ2RIH242662內(nèi)力分析621彎矩計(jì)算圓筒在支座跨中截面處彎矩2Q22LLLLRIH2HQFAQM1432224FC1LA其中RI2H2C1H413L17002900212490041315300023612代入計(jì)算得M12209023272NMMM1為正值說明圓筒上半部受壓，下半部受拉。圓筒在支座截面處的彎矩Q22ARIH2HQAQA432RFAA1C3IC2LAC2M2其中C214H490011083L315300RI2H2170029002C30042RIL2170015300代入計(jì)算得M2109579658NMMM2為負(fù)值說明圓筒上半部分受拉，下半部受壓。27622剪力計(jì)算當(dāng)支座到封頭切線距離AF05RI時(shí)支座截面上的剪力為VFQAF2H3L2A4LH3153002120091630341530090037163824N623圓筒應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核圓筒上的軸向應(yīng)力由于A05RI且無加強(qiáng)圈，所以產(chǎn)生“扁塌”現(xiàn)象，則“有效截面”弧長對(duì)應(yīng)的半圓心角2613605121）跨距中點(diǎn)處圓筒截面軸向應(yīng)力最高點(diǎn)（壓縮應(yīng)力）1M12RIE最低點(diǎn)（拉伸應(yīng)力）2M12RIEE21MM代入以上數(shù)據(jù)計(jì)算得12116MPA2）支座截面處圓筒的軸向應(yīng)力在不發(fā)生扁塌部分的上方即靠近圓筒中心軸處的圓筒為拉伸應(yīng)力查得3M2K1RI2E28K10107K20192代入數(shù)據(jù)得354MPA3）在圓筒最低點(diǎn)為壓縮應(yīng)力4M2K2RI2E代入數(shù)據(jù)得430MPA131165417MPAT163MPA2411630146MPAT163MPA支座截面處圓筒和封頭上的切向應(yīng)力和封頭的附加拉伸應(yīng)力無加強(qiáng)圈且A05RI切向應(yīng)力MAXK3F，查得K31171RIE代入數(shù)據(jù)得MAX235MPA附加拉伸應(yīng)力HK4FRIE第6章臥式儲(chǔ)罐校核第23頁3SIN2K48SINCOS式中19360120114，代入得K4043754029H112MPAMAX235MPAH222PAXAB2TB2170202108573MPAH73MPAHH73112842MPA支座截面處圓筒的周向彎曲應(yīng)力當(dāng)L8RI時(shí)W124RIE2170212005M363I071查得K60028F300289163033K6087MPA622W2E2021M4）支座截面處圓筒的周向壓縮應(yīng)力查得K50761TTMAXF1COSSINCOSK5F07619163036973066N周向壓縮應(yīng)力B2B156RIE04156133T30TB2E6973066133021