立式空氣儲罐設計

1、設計任務書設計題目：0.5m3的立式壓縮空氣儲罐工藝參數(shù)如下：介質(zhì)：空氣設計壓力：0.5MPa使用溫度：0-100C幾何容積：0.5m3規(guī)格：600*6*2050設計要求：(1)根據(jù)給定條件確定筒體徑、長度、封頭類型等,然后確定有關參數(shù)(容器材料、許用應力、壁厚附加量、焊縫系數(shù)等)(2)進行焊接接頭設計,附件設計等.1、設計數(shù)據(jù)42、容器主要元件的設計52.1 封頭的設計2.2 人孔的選擇2.3 接管和法蘭3、強度設計3.1 水壓試驗校核3.2 圓筒軸向應力彎矩計算4、焊接結(jié)構(gòu)分析104.1儲氣罐結(jié)構(gòu)分析4.2 零件工藝分析4.3 焊縫位置確實定5、焊接材料與方法選擇115.1 母材選擇5.2

2、 焊料選擇5.3 焊接工藝及技術要求6、焊接工藝工程126.1 焊前準備6.2 儲罐的安裝施工順序6.3 裝配與焊接6.4 質(zhì)量檢驗、修整處理、外觀檢查6.5 焊縫修補7、焊接工藝參數(shù)158、焊接工藝設計心得體會169、參考文獻161 .設計數(shù)據(jù)表1-1序號名稱指標1設計壓力MPa1.02設計溫度C1003最高工作壓力MPa1.04最局,作溫度C<1005工作介質(zhì)壓縮空氣6主要受壓元件的材料Q235-A7焊接接頭系數(shù)0.858腐蝕裕度mm2.09全容積0.510規(guī)格600*6*2050進出料接管的選擇材料：容器接管一般應采用無縫鋼管,所以液體進料口接管材料選擇無縫鋼管,采用無縫鋼管標準G

3、B8163-87.材料為16MnR結(jié)構(gòu)：接管伸進設備切成45度,可預防物料沿設備壁流動,減少物料對壁的磨損與腐蝕.接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考慮上述要求外,還需考慮焊接方法、焊接參數(shù)、加工條件、施焊位置等制造上的因素及運輸、安裝中的剛性要求.一般情況下,管壁厚不宜小于殼體壁厚的一半,否那么,應采用厚壁管或整體鍛件,以保證接管與殼體相焊部分厚度的匹配.不需另行補強的條件：當殼體上的開孔滿足下述全部要求時,可不另行補強.設計壓力小于或等于2.5Mpa.兩相鄰開孔中央的距離應不小于兩孔直徑之和的2倍.接管公稱外徑小于或等于89mm.接管最小壁厚滿足以下要求.手孔的選擇根據(jù)HG/T21531-20

4、05-1?回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭手孔?,查表3-3,選用凹凸面的法蘭,其明細尺寸見下表：表2-2手孔尺寸表單位：mm密封面型式凹凸值MFMD300bi23.5d030公稱壓力PNMPa0.5Di250b228螺柱數(shù)量8公稱直徑DN250Hi180A385螺母數(shù)量16dws1596H：89.5!B175螺柱尺寸M24*120d146.4b28L250息?kg34.1開孔補強結(jié)構(gòu)：壓力容器開孔補強常用的形式可分為補強圈補強、厚壁管補強、整體鍛件補強三種.補強圈補強是使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式,它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、原材料易解決、平安、可靠等優(yōu)點.在一般用途、條件不苛刻的條件下,可采用補強圈補強形式.2

5、容器主要元件的設計2.1 封頭的設計從受力與制造角度分析,球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式,但其缺點是深度大,沖壓較困難;而橢圓形封頭深度比半徑小,易于沖壓成型,是目前低壓容器中用的較多的,故采用標準橢圓形封頭,各參數(shù)與筒體相同,那么封頭的設計厚度也為6mm壓縮空氣氣儲罐應設置排污口,進氣口,出氣口,手孔,壓力表口,平安閥口公稱直徑DNmm總深度Hmm6002002.2 接管設計2.3 進氣管4273X6接管采用.273X6的無縫鋼管,伸出長度為200mm.本儲罐的設計壓力為1Mpa,設計溫度為100C,板式平焊法蘭可滿足此要求,由于設計壓力為1Mpa所以選2.5Mpa等級的板式平焊凸面法蘭.法蘭標

6、記為：DN100-PN2.5RF2.4 出氣管.108X5;采用.108X5的無縫鋼管,伸長度為10mm鋼管彎制R100mm勺圓弧.配用板式平焊凸面法蘭.法蘭標記：DN100-PN2.5RF2.5 排污管.38X3采用Q235A號鋼無縫鋼管,伸10mm彎制R100mmi勺圓弧.配用板式平焊凸面法蘭.法蘭標記：DN30-PN2.5RF2.6 平安閥接管157X5的無縫鋼管.平安閥尺寸由平安閥泄放量決定.本貯罐選用,配用板式平焊凸面法蘭.接管伸出筒體外200mm法蘭為標記：DN150-PN2.5RF2.7 壓力表接管,采用管螺紋接管.配用凸面螺紋法蘭.法蘭為：DN15-PN2.5RF2.3接管和法

7、蘭壓縮空氣氣儲罐應設置排污口,進氣口,出氣口,手孔,溫度計口,壓力表口,平安閥口.查HG/T20592-2021?鋼制管法蘭?中表8.23-3PN帶頸對焊鋼制管法蘭,選取各管口公稱直查HG/T20592-2021?鋼制管法蘭?中附錄D中表D-5,得各法蘭的質(zhì)量.查HG/T20592-2021?鋼制管法蘭?中表3.2.2,法蘭的密封面均采用MFM凹凸面密封表2-3選擇工藝接管外伸長度工稱尺寸連接尺寸標準形式用途或名稱200100PN1.6DN200HG20592-97RF出氣口200100M161.5YB231-70RF進氣口15040PN1.6DN32HG20592-97RF平安閥口10025

8、M201.5YB231-70RF壓力表口200150RF手孔1002531YB231-70RF排污口壓力容器焊接接頭的分類A類接頭：圓柱形殼體筒節(jié)的縱向?qū)咏宇^,球形容器和凸形封頭瓜片之間的對接接頭,球形容器的環(huán)向?qū)咏宇^,與筒體封頭之間的對接接頭,大直徑焊接三通支管與母管相接的對接接頭.B類接頭：圓柱形、錐形筒節(jié)之間的環(huán)向?qū)咏宇^,接管與筒節(jié)間及其與法蘭相接的環(huán)向?qū)咏宇^,除球形封頭外的各種凸形封頭與筒身相接的環(huán)形接頭.C類接頭：法蘭、平封頭、端蓋、管板與筒身、封頭和接管相連的角接接頭,凹封頭與筒身間的搭接接頭以及多層包扎容器層板間縱向接頭等.D類管、人孔圈、手孔蓋、增強圈、法蘭與筒身及封頭

9、相連接的T形或角接接頭.3.強度設計3.1 水壓試驗校核試驗壓力=1.25P=1.250.5=0.625Mpa(3-1)圓筒的薄275=210.375MPa即0.9所以水壓試驗合格.3.2 圓筒軸向應力彎矩計算圓筒的平均半徑=/2+/2=600/2+4/2=302mm(3-3)鞍座反力F=mg/2=13.02kN.(3-4)1圓筒中間截面上的軸向彎矩如圖3-1:弱力圖根據(jù)JB/T4731-2005中式7-2,得:2(3042-21700X2150=1.47N21SO2"4150-1HX32ISO(4-5)24X2202150鞍座平面上的軸向彎根據(jù)JB/T4731-2005中式7-3,

10、得:=-21700220=-5.25Nmm4焊接結(jié)構(gòu)分析4.1儲氣罐結(jié)構(gòu)分析儲氣罐屬于一類壓力容器,它是由鋼制氣瓶以下簡稱鋼瓶、多孔性填料、溶劑、溶解乙快及附件等組成.鋼瓶根據(jù)國家勞動部公布的?氣瓶平安監(jiān)察規(guī)程?和GBS100?鋼質(zhì)焊接氣1993年公布瓶設計、制造和檢驗?,在制造過程中對焊接質(zhì)量的要求很高.根據(jù)國家勞動部的?儲氣罐平安監(jiān)察規(guī)程?及GB11638-89?溶解乙快氣瓶?的規(guī)定.鋼瓶主體材料必須采用平爐、電爐或氧氣轉(zhuǎn)爐抬煉的鎮(zhèn)靜鋼,以獲得良好的成形和焊接性能.4. 2零件工藝分析如零件圖所示,其結(jié)構(gòu)不復雜,是大量生產(chǎn),體積適中,應選用焊接.焊接制造該零件的過程中,雖然零件結(jié)構(gòu)簡單,在

11、焊接過程中,主要考慮是零件的氧化.上、下封頭拉伸成型后,因開口端變形大,冷變形強化嚴重,加上板材纖維組織的影響,在剩余應力作用下很容易發(fā)生斷裂.為預防裂紋產(chǎn)生,拉伸后應進行再結(jié)晶退火.為了減少焊接缺陷,焊件接縫附件必須嚴格清理鐵銹、油污；為去除剩余應力并改善焊接接頭的組織與性能,瓶體焊接后應該進行整體正火處理,至少要進行去應力退火.5. 3焊縫位置確實定有關鍋爐、壓力容器規(guī)程中對焊縫的數(shù)量和布置做了具體的規(guī)定(1)筒體拼接時,筒節(jié)的長度2000mm每節(jié)筒體,縱向焊縫的數(shù)量：筒體徑Di=600mm,拼接焊縫1條；相鄰筒節(jié)的縱向焊縫應相互錯開,兩焊縫中央線間的外圓弧長不得小于鋼板厚度的3倍,且不得

12、小于100mm(2)封頭應盡量用整塊鋼板制成.封頭、的徑Di=600mm,拼接焊縫不多于1條；封頭拼接焊縫離封頭中央線距離應不超過0.3Di,并不得通過扳邊人孔,且不得布置在人孔扳邊圓弧上；管板上整條拼接焊縫不得布置在扳邊圓弧上,且不得通過扳邊孔；由中央圓板和扇形板組成的凸形封頭,焊縫的方向只允許是徑向和環(huán)向的.徑向焊縫之間的最小距離應不小于壁厚的3倍,且不小于100mm(3)受壓元件主要焊縫及其鄰近區(qū)域,應預防焊接零件.如不能預防時,焊接零件的焊縫可穿過主要焊縫,而不要在焊縫及其鄰近區(qū)域中止.(4)開孔、焊縫和轉(zhuǎn)角要錯開.開孔邊緣與焊縫的距離應不小于開孔處實際壁厚的3倍,且不小于100mm在

13、凸形封頭上開孔時,孔的邊緣與封頭周邊間的投影距離應不小于封頭外徑的10%.開孔及焊縫不允許布置在部件轉(zhuǎn)角處或扳邊圓弧上,并應離開一定距離.5焊接材料與方法選擇5.1母材選擇根據(jù)容器的工作條件確定對材料和制造工藝的要求.對于一般容器重量大小不是主要問題,所以用焊接性好的低碳鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼.本設計選用Q235-A,其化學成分和力學性能如下.化學成分鋼號CMnSiSPQ235-A0.14-0.30.10.22020.0500.0450.60.350力學性能鋼號板厚/mm抗拉弓f度(Tb/Mpa屈服更度bs/Mpa,試驗需度/c,缺口形式Q235-A4375235100V5.2焊料選擇焊接采用焊條電

14、弧焊,焊條型號為J422,圖中未標明焊接接頭形式與尺寸按GB985-88?氣焊、手工電弧焊及氣體保護焊焊逢坡口的根本形式與尺寸?進行選用.所有角焊縫焊腳高度,除注明者外,均為兩相焊較薄者的厚度,且須連續(xù)焊.類別接頭鋼號手兼焊焊條型號對應牌號例如碳素鋼和低合金鋼相焊Q235系列UfiMn£4303J42220、20R+16MnKE4315J427J5O75.3焊接工藝及技術要求焊縫分散原那么；預防焊縫多條相交原那么；對稱質(zhì)心布置原那么；避開應力復雜區(qū)或應力峰值去原那么；對接鋼板的等厚連接原那么；接頭設計的開敞性原那么；焊接坡口的設計原那么焊方便；復合縫填充金屬盡量少；預防產(chǎn)生缺陷；焊縫

15、坡口對稱；有利于焊接防護；焊工操作鋼板的坡口應有利于減少過渡層焊縫金屬的稀釋率.屬結(jié)晶凝固而形成接縫,焊接材料為碳鋼、低合金鋼、不銹鋼,應用圍廣,適用短小焊縫及全位置施焊,可適用在靜止、沖擊和振動載荷下工作的鞏固密實的焊縫焊接,這種方法靈活方便,適應性強,設備簡單,維修方便,生產(chǎn)率低,勞動強度高.封頭與圓筒等厚采用對接焊接.平行長度任取.坡口形式為I型坡口.6、焊接工藝工程6.1 焊前準備焊前,坡口兩側(cè)各10mm圍的鐵銹,應打磨干凈,露出金屬光澤.用丙酮清洗坡口附近的油污.焊劑和焊條按規(guī)定烘干,300350c保溫2h.注意焊劑中不要混入鐵屑、碎石等雜物.不要強行組裝,預防應力過大；引弧板要對齊

16、焊縫,地線連接牢固.上、下封頭的焊接采用對接接頭,為保證環(huán)焊縫開設60.的正面V形坡口,在鋼瓶部裝上襯墊,用手工電弧焊完成封頭的定位焊接和襯墊與筒體的連接,裝配時間隙為07mm如圖7-1.然后清理干凈手工電弧焊藥皮,并且將焊點用磨光機打磨平整.6.2 儲罐的安裝施工順序定頂立式圓筒形鋼制焊接儲罐的安裝普遍采用倒裝法施工工藝,即在罐底鋪設、焊接之后,先組裝焊接頂層壁板及包邊角鋼,再組裝焊接罐頂,然后自下而上依次組裝焊接每層壁板,直至底層壁板.2 .預制完畢的封頭、罐壁板、包邊角鋼在堆放、運輸和起吊過程中應采取有效舉措預防變形.GBJ128-90中有關對根底3罐體安裝前必須對甲苯罐根底按土建根底設

17、計文件中的要求和的要求進行檢查、驗收合格前方可進行安裝.4 .罐體安裝完畢驗收合格后,罐體外外表刷二遍底漆-環(huán)氧樹脂漆,二遍面漆-聚氨酯面漆涂層厚度參照國家標準規(guī)定執(zhí)行.5 .罐壁縱焊縫進行大于等于10%T形焊縫進行大于等于15%和環(huán)焊縫進行大于等于1淵X射線無損探傷.探傷合格標準按GB3323-87鋼焊接射線照相底片等級分類法III級評定.6.4質(zhì)量檢驗、修整處理、外觀檢查(1)質(zhì)量檢驗：整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量：結(jié)構(gòu)的幾何尺寸、形狀和性能焊縫質(zhì)量：與結(jié)構(gòu)的強度和平安相關,如無損檢測等強度評定：壓力試驗、氣密性實驗等,斷裂評定：防脆斷、防疲勞評定等(2)修整處理：變形矯正：手工矯正、機械矯正、火焰矯正熱

18、處理：焊后熱處理,整體或局部熱處理除應力缺陷修整：焊接缺陷等清洗防護、外觀處理：除銹、氧化皮清理、酸洗、拋光、油漆防護等(3)外觀檢查：檢查前將熔渣、飛濺物清理干凈,焊縫及熱影響區(qū)不得有裂紋、氣孔、夾渣或弧坑等缺陷；焊縫外表質(zhì)量標準縫合設計要求,見下表屈服點大于390MPa或厚度大于25mm勺低合金鋼的地圈壁板縱縫不得有咬邊；屈服點大于390MPa的鋼板,外表焊疤應在磨平后進行滲透探傷或磁粉檢測,無裂紋為合格.工程允許值/mm對接焊縫咬邊深度<05連續(xù)長度焊縫兩氏WIO%L凹陷環(huán)向焊縫深度W0,5氏度WI0%L連續(xù)長度縱向焊縫不允許壁板焊縫棱角512W1012<5W25於80>

19、;25W6對接接頭的錯邊量縱向焊縫6010Wl環(huán)向焊縫a<8上圈壁板1.563=8上圈壁板W26"O11W36.5焊縫修補深度超過0.5mm的劃傷、電弧擦傷、焊疤等有害缺陷,應打磨平滑,打磨修補后的鋼板厚度用大于等于鋼板名義厚度扣除負偏差；缺陷深度或打磨深度查過1mm時應進行補焊并打磨.屈服點大于390MPa的低合金鋼缺陷清理后應進行探傷,確認無缺陷后進行補焊,修補后打磨平滑再做探傷；焊縫修補宜采用回火焊道.根據(jù)缺陷的探測埋深確定缺陷的去除面,去除深度不宜大于板厚的2/3.焊縫的修補必須嚴格按焊接工藝,嚴格限制線能量,修補長度不應小于50mm頂板的焊縫缺陷因其板材較薄可直接修補.同一部位返修次數(shù)不宜超過2次.7焊接工藝參數(shù)焊接材質(zhì)：焊條J422直徑2mm坡口形式：V形坡口60度焊接電流：180A焊接電壓：20V電源及接法：直流正接焊接速度：2.44mm/s7 7)焊接位置：平焊每個位置均采用此工藝進行焊接焊縫