30m3儲氣罐設(shè)計畢業(yè)設(shè)計說明書

1、1 緒論化學(xué)工業(yè)和其他流程工業(yè)的生產(chǎn)離不開容器，所有化工設(shè)備的合體都是一種容器，某些化工機器的部件，如壓縮機的氣缸，也是一種容器。壓力容器應(yīng)用遍及各行各業(yè)，然而壓力容器又有其本身的特點，它們不僅要適應(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，且保證密封。而儲氣罐則是用于儲存介質(zhì)的壓力容器，在本次設(shè)計中，介質(zhì)為氮氣、氬氣這些無毒無腐蝕性氣體，因此本次設(shè)計不用特意考慮防毒防腐蝕的問題。容器本身承受其內(nèi)部氣體對它的壓力，為內(nèi)壓容器，這容器的失效形式只要為彈塑性失效，故本次設(shè)計應(yīng)首先考慮這個問題。另外，泄露也是容器失效的一種形式，在這次設(shè)計中也要考慮，對其進行預(yù)防

2、。一個好的壓力容器在設(shè)計過程中必須就要考慮到合理的實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件，使結(jié)構(gòu)安全可靠，便于制造、安裝、操作和維修，經(jīng)濟上合理等條件。本次設(shè)計也是本著按設(shè)計要求出發(fā)，以設(shè)計出一個最優(yōu)的儲氣罐為目標。但由于時間能力有限，設(shè)計中定會有不妥之處，望老師批評指正。2 選材及結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1設(shè)計要求及基本參數(shù)如下表2.1,2.2表2.1 基本設(shè)計參數(shù)設(shè)計壓力mpa3.0設(shè)計溫度60最高工作壓力mpa2.8工作溫度常溫介質(zhì)名稱n2，氬氣設(shè)備主要材質(zhì)q345r介質(zhì)性質(zhì)無毒無害設(shè)備容積m30表2.2 接管設(shè)計參數(shù)符號公稱壓力公稱尺寸法蘭形式密封面形式用途伸出長度n1pn40dn5080rf進氣口120n2m20

3、x1.5so內(nèi)螺紋壓力表口見圖n3pn40dn50sorf安全閥口120n4pn40dn50sorf排氣口120n5pn40dn50sorf備用口（配盲板）120n6pn40dn20sorf排污口見圖mpn40dn450wnrf人孔見圖v14dn80透氣口法蘭標準hg/t20592-20092.2接管法蘭 接管法蘭標準為hg/t20592-2009，其中n16為so形式，即帶頸平焊法蘭，人孔為wn形式，即帶頸對焊法蘭。除n2外，所有法蘭密封形式都是rf，即突面密封，n2為內(nèi)螺紋密封。其規(guī)格見下圖：1表2.3 pn40帶頸平焊鋼管法蘭對于法蘭內(nèi)徑，本次設(shè)計取b型。以下是人孔的法蘭規(guī)格：1表2.4

4、 pn40帶頸對焊鋼管法蘭對于法蘭頸而言，取b型。2.3 人孔本次設(shè)計中，人孔公稱壓力為pn40，公稱尺寸dn450，法蘭形式wn（帶頸對焊），密封為rf（突面密封）。人孔標準為：1表2.5 垂直吊蓋帶頸對焊法蘭人孔 圖2-1 人孔部件圖3 強度計算3.1 筒體壁厚計算由公式=pcxdi/(2t- pc)+c1+c2 （3-1）其中計算厚度，mm；pc計算壓力（mpa），在本次設(shè)計中，為3.0；di圓筒內(nèi)直徑（mm），在本次設(shè)計中，為2200；焊接接頭系數(shù)，在本次設(shè)計中取0.85；t設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力（mpa），t=60；c1鋼板厚度負偏差，對q345r而言，取0.3；c2腐蝕余量，在本次設(shè)

5、計中取1.0；c= c1+ c2為厚度附加量，共1.3mm對于t而言，可查表，假設(shè)壁厚為616mm,則t=170mpa,經(jīng)計算，=24mm16mm,故壁厚為1636mm，此時t=163mpa，求的=25.4mm，經(jīng)圓整，取n=28mm，即名義厚度為28mm。23.2 封頭壁厚計算 選取標準橢圓形封頭，dn=2200 材料：根據(jù)要求為q345r, 假設(shè)封頭壁厚為1636mm，則可查表得：t=163mpa。由公式=pcxdi/(2t-0.5 pc)+c1+c2 （3-2）其中計算厚度，mm；pc計算壓力（mpa），在本次設(shè)計中，為3.0；di圓筒內(nèi)直徑（mm），在本次設(shè)計中，為2200；焊接接頭系

6、數(shù)，在本次設(shè)計中取0.85；t設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力（mpa），t=163mpa；c1鋼板厚度負偏差，對q345r而言，取0.3；c2腐蝕余量，在本次設(shè)計中取1.0；3求得=25.24mm，圓整取n=28mm，即名義厚度為28mm。3.3 水壓試驗校核液壓試驗時試驗壓力值：pt=1.25 pcx/t 其中pt內(nèi)壓容器的試驗壓力，mpa； pc設(shè)計壓力，mpa； 試驗溫度下的許用應(yīng)力，mpa； t設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，mpa；在本次設(shè)計中，有/t =1，所以pt=1.25 pc=1.25x3.0=3.75mpa校核公式t= ptx（di+te）/2 tex （3-3）待添加的隱藏文字內(nèi)容2其中t圓

7、筒應(yīng)力，mpa； pt試驗壓力，3.0mpa； di筒體內(nèi)徑，2200mm； te筒體有效厚度，mm；焊接接頭系數(shù)，取0.85；2e=n-c=28-1.3=26.7mm （3-4）所以在試驗壓力下圓筒應(yīng)力為t=156.4mpa查表得s=325mpa所以0.9s=0.9*325=292.5mpa因為 所以校核結(jié)果合格。3.4開孔補強計算圖3-1 開孔補強示意圖3.4.1 n1管的開孔補強計算接管為20鋼，其=130mpa，573.5，由于管壁為斜坡，壁厚有變化，所以實際計算的尺寸為70x10。已知筒體計算厚度為=25.4mm接管計算厚度t=pc*di/(2t- pc)+c1+c2di為50mm，

8、c1為0.1，所以=1.8mm接管名義厚度nt =10mm由于使用材料不同，所以強度削弱系數(shù)fr=130mpa/170mpa=0.76補強區(qū)有效寬度：b=2d或者b=2 n+nt+d，兩者取大值其中d=di+2c=70+2*1.1=72.2，所以算的b=148.2mm接管有效長度：h1=dnt=26.8mm接管實際外伸長度為120mm，在120和26.8中取較小值所以有效外伸長度為26.8mm接管內(nèi)伸長度：接管實際內(nèi)伸長度為0，因為取較小值，所以接管有效內(nèi)伸長度為0。開孔削弱所需補強面積：a=d/2 （3-5）a1=72.2*25.4/2=916.94mm殼體多余金屬面積：a1 =（b-d）x

9、（-）-2t（-）x（1-fr） （3-6）a2=（148.2-72.2）*（28-1.3-25.4）-2*（10-1.1）*（28-1.3-25.4）*（1-0.76）=100.42 mm 接管多余金屬面積：a2=2h1（t-）fr+2h1（t-c2）fr （3-7）a3=2*26.8*(10-1.1)-1.8*0.76=289.22 mm焊縫金屬截面積a3=10*10=100 mma1+a2+a3=100.42+289.22+100=489.64 mm 2因為a a1+a2+a3,所以要進行補強，取補強圈厚度為28mm，則其外徑d1=130mm，內(nèi)徑d2=60mm3.4.2 m接管（人孔）

10、的開孔補強計算人孔=130mpa，480*10。已知筒體計算厚度為=25.4mm接管計算厚度t=pc*di/(2t- pc)+c1+c2di=480-20=460mm，c1為0.1，所以=7.4mm接管名義厚度nt =10mm由于使用材料不同，所以強度削弱系數(shù)fr=130mpa/170mpa=0.76補強區(qū)有效寬度：b=2d或者b=2 n+nt+d，兩者取大值其中d=di+2c=460+2*1.1=462.2mm，所以求得b=924.4mm接管有效長度：h1=dnt=68mm接管實際外伸長度為120mm，在120和68中取較小值所以有效外伸長度為68mm接管內(nèi)伸長度：接管實際內(nèi)伸長度為0，因為

11、取較小值，所以接管有效內(nèi)伸長度為0.開孔削弱所需補強面積：a=d/2 a=462.2x25.4/2=5869.9mm殼體多余金屬面積：a1 =（b-d）x（-）-2t（-）x（1-fr）a1=（924.4-462.2）x（28-1.3-25.4）-2x（10-1.1）x（28-1.3-25.4）x（1-0.76）=641.09 mm接管多余金屬面積：a2=2h1（t-）fr+2h1（t-c2）fr a2=2x68x(10-1.1) -7.4x0.76=155.04 mm焊縫金屬截面積a3=10x10=100 mma1+a2+a3=641.09+155.04+100=896.13 mm因為a a

12、1+a2+a3,所以要進行補強，取補強圈厚度為28mm，則其外徑d1=760mm，內(nèi)勁d2=485mm4 儲氣罐的制造檢驗4.1 儲氣罐的制造制造可使壓力容器由圖紙化為實物，因此可以說是質(zhì)量保證最關(guān)鍵的環(huán)節(jié).制造對設(shè)計師提出的要求是在結(jié)構(gòu)上保證焊縫的高質(zhì)量并盡可能保證焊縫可以進行檢驗。所以設(shè)計者尤其要把好焊接這一關(guān)，而焊接這一關(guān)又可以分為以下幾個方面來做好：4.1.1 焊接方法a） 焊條、焊劑及其他焊接材料的貯存庫應(yīng)保持干燥，相對濕度不得大于60%。當施焊環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況，且無有效防護措施時，禁止施焊：手工焊時風(fēng)速大于10 m/s；氣體保護焊時風(fēng)速大于2 m/s；相對濕度大于90%；雨、雪

13、環(huán)境。b） 當焊件溫度低于0時，應(yīng)在始焊處100 mm 范圍內(nèi)預(yù)熱到15左右。c） 焊接接頭表面應(yīng)按相關(guān)標準進行外觀檢查，不得有表面裂紋、未焊透、未熔合、表面氣孔、弧坑、未填滿、夾渣和飛濺物；焊縫與母材應(yīng)圓滑過渡。4焊縫詳圖如下：圖4-1接管與筒體、封頭焊接圖 圖4-2筒體縱環(huán)焊縫詳圖4.1.2 焊后熱處理a） 不得使用燃煤爐進行焊后熱處理。熱處理裝置（爐）應(yīng)配有自動記錄溫度曲線的測溫儀表，并能自動繪制熱處理的時間與工件壁溫關(guān)系曲線。b） 焊后熱處理應(yīng)優(yōu)先采用在爐內(nèi)整體加熱的方法進行；當無法整體加熱時，允許在爐內(nèi)分段加熱進行。分段熱處理時，其重復(fù)加熱長度應(yīng)不小于1500 mm。爐內(nèi)部分的操作應(yīng)

14、符合規(guī)定。爐外部分應(yīng)采取保溫措施，使溫度梯度不致影響材料的組織和性能。c） b、 c、d、e 類焊接接頭，允許采用局部熱處理方法。局部熱處理時，焊縫每側(cè)加熱寬度不小于鋼材厚度s 的2 倍；接管與殼體相焊時，垂直于焊縫方向上的加熱寬度不得小于鋼材厚度s 的6 倍?？拷訜釁^(qū)的部位應(yīng)采取保溫措施，使溫度梯度不致影響材料的組織和性能。d） 對于本次設(shè)計，其焊后熱處理操作應(yīng)符合如下規(guī)定：1） 焊件進爐時爐內(nèi)溫度不得高于400；2） 焊件升溫至400后，加熱區(qū)升溫速度不得超過5 000/s/h (s 為焊接接頭厚度定義中的工件鋼材厚度，mm，6）同此。)，且不得超過200/h，最小可為50/h；3） 升

15、溫時，加熱區(qū)內(nèi)任意5 000 mm 長度內(nèi)的溫差不得大于120；4） 保溫時，加熱區(qū)內(nèi)最高與最低溫度之差不宜超過65；5） 升溫及保溫時應(yīng)控制加熱區(qū)氣氛，防止焊件表面過度氧化；6） 爐溫高于400時，加熱區(qū)降溫速度不得超過6 500/s/h，且不得超過260/h，最小可為50/h；7） 焊件出爐時，爐溫不得高于400，出爐后應(yīng)在靜止空氣中繼續(xù)冷卻54.1.3 制造過程中的檢驗 應(yīng)當力求使焊肉、熱影響區(qū)和母材的力學(xué)性能相等。一般除做焊接工藝評定時需要試板測試之外還要求在筒體縱焊縫的末端附裝試板，與主焊縫同時焊完取下，供以后檢驗之用。4.1.4 制造過程中的檢驗 容器制造中的檢驗尤為重要的焊縫質(zhì)量

16、檢驗，主要方法為射線和超聲波探傷為主。本次設(shè)計檢驗方法為局部射線或超聲檢測，應(yīng)對其a 類及b 類焊接接頭進行局部射線或超聲檢測。其中，對容器的檢測長度不得少于各條焊接接頭長度的20%，且均不得小于250 mm。焊縫交叉部位及以下部位應(yīng)全部檢測，其檢測長度可計入局部檢測長度之內(nèi)。1） 先拼板后成形凸形封頭上的所有拼接接頭；2） 凡被補強圈、支座、墊板等所覆蓋的焊接接頭；3） 以開孔中心為圓心，開孔直徑為半徑的圓中所包容的焊接接頭；4） 嵌入式接管與圓筒或封頭對接連接的焊接接頭；5） 容器上的公稱直徑不小于250 mm 的接管與接管對接接頭和接管與高頸法蘭的對接接頭。54.3 在役檢驗和監(jiān)控實踐證

17、明，壓力容器的爆破事故絕大多數(shù)起源于裂紋或者其他缺陷的擴展。裂紋的萌生與擴展有一個過程，在投入運行前通過了檢查的容器，在服役一定實踐以后往往在定期檢修時可能發(fā)現(xiàn)裂紋。在役檢驗以射線檢驗和超聲檢驗為主，輔以磁粉或著色檢驗以檢測表面裂紋。為了對容器進行在役檢驗，所以要對材質(zhì)進行監(jiān)控，這就要在設(shè)備內(nèi)安放“掛片”，定期取出進行材料觀察及性能檢測。5 總結(jié)本次設(shè)計是這最后一個學(xué)期來學(xué)校的第一件事，帶著假期的惰性與新學(xué)期的干勁這兩個相互對立的態(tài)度來完成。這次設(shè)計可以分為四個階段：第一階段為準備階段，這里我們了解的設(shè)計的大致步驟，對本次設(shè)計進度安排進行了解并在自己的時間里安排的它的進程。第二階段就正式進入了

18、設(shè)計了，可稱為計算階段。這階段只發(fā)了一個下午的時間，主要進行筒體與封頭壁厚的計算，強度校核跟開孔補強計算，為接下來的設(shè)計做好最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)準備。第三階段為繪圖階段。這個階段就是要我們在已有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，查出其余的如法蘭、人孔的尺寸，然后運用auto cad ，將設(shè)計圖畫出來。這個過程的時間可以說是最長的了，既要查尺寸，又要繪圖，然后由于繪圖軟件已經(jīng)很久沒用了，已經(jīng)不是很熟悉，不過還好，隨著進程的慢慢向前推進，在老師的糾正下，不只一些容器設(shè)計上的問題得到的解決，而且對于cad的應(yīng)用也有的很大的進步，越來越熟練。不過時間也過得很快，很快就到了答辯的日子，還好當初大部分在老師的解惑下已經(jīng)懂了，所以答辯很順利的就過去了，接下來就是最后一個階段了。這最后一個階段就是寫設(shè)計說明書。這里要求將設(shè)計的計算過程寫下來，并對所設(shè)計的儲氣罐進行簡單介紹，不過到了如今，