鋼制焊接常壓容器

PAGEPAGE25一、鋼制焊接常壓容器JB/T4735—1997一、概述本標準屬推薦性行業(yè)標準，即非強制性標準。而GB150，151均屬于強制性標準。適用范圍——本標準適用于符合下表所列條件的容器容器種類設計壓力PD設計溫度TD容積限制圓筒形容器-0.02MPa＜PD＜0.1MPa-20＜TD≤350≥500L立式圓筒形儲罐-500Pa≤PD＜2000Pa-50mmH2O≤PD≤200mmH2O-20℃＜TD≤20m3~圓筒形料倉＜100不限矩形容器連通大氣常溫2、不適用范圍①直接受火焰加熱的容器。②受核輻射作用的容器。③盛裝毒性為極度或高度危害介質的容器。④直接埋入地下的容器。⑤可升降式氣柜。⑥經常搬運的容器。⑦計算容積小于500L的容器。說明：JB/T4735規(guī)定不允許介質為高度或極度毒性介質，或者說：容器的介質為高度或極度毒性將必須按GB150進行設計；即提高設計壓力，提高制造和檢測要求。3、JB/T4735與GB150除適用與不適用范圍不同外，還有許多方面存在差異，現(xiàn)舉幾個常見適用與不適用范圍差別如下：①材料方面對于碳素鋼，低合金鋼不論板材、管材、鍛件、緊固件等其安全系數取值不同，故許用應力值也不同，其中GB150偏于安全。如部分材料在常溫狀態(tài)下的許用應力。標準材料JB/T4735GB150Q235135MPa113MPa20R160MPa133MPa16MnR205MPa170MPa②焊接接頭系數雙面焊或相當于雙面焊的單面焊100%RT、UT取Φ=1局部RT、UT取Φ=0.85不探取Φ=0.7帶墊板的單面焊100%RT、UT取Φ=0.9局部RT、UT取Φ=0.8不探取Φ=0.65C.單面焊局部RT、UT取Φ=0.7不探取Φ=0.6D.JB/T4735中，立式大型儲罐的縱向接頭并經局部無損檢測的全焊透結構，焊接接頭系數取0.9。E.此外雙面搭接Φ=0.55雙面角接Φ=0.55單面角接Φ=0.5③壓力試驗及試漏方面GB150——只有液壓和氣壓試驗及氣密性試驗。JB/T4735——除液壓(不小于0.1MPa)、氣壓試驗外，可根據具體情況作氣密、盛水、煤油滲透、，皂液試漏，真空箱試漏等代替壓力或檢漏試驗。二、圓筒形容器1.內壓圓筒——適用于受內壓和/或液柱靜壓力作用下圓筒厚度的計算A.圓筒計算式比較JB/T4735GB150圓筒計算應力B.外壓圓筒和外壓球殼，以及各種凸形封頭，無折邊錐形封頭同GB150。說明：常壓容器由于壓力很低，其破壞形式已不因強度不足而破壞，而是剛度不足發(fā)生失穩(wěn)而塌陷。設計的主要問題是結構的處理和用材的合理。三、立式圓筒形儲罐1.JB/T4735—97中立式圓筒形儲罐的范圍：①設計壓力PD=-500pa~2000pa即PD=-50mmH2O~200mmH2O當設置呼吸閥時：PD=1.2倍排放或吸入壓力，且不超過以上規(guī)定。②設計溫度范圍：-20℃＜TD≤③容積范圍：V=20~10000m2.立式儲罐的種類和特點①固定頂儲罐A.錐頂儲罐——罐頂為正圓錐體。自支承式錐頂——常用于直徑不大的場合，錐頂載荷靠錐頂板周邊支承在罐壁上。支承式錐頂——錐頂支承在中間立柱與其相連的支承梁上，梁的另一端與支承圈相連。通常也可將梁焊在錐頂上表面，以此增加錐頂剛度。B.拱頂儲罐——頂蓋為一球面（球冠）與錐頂相比用材量小，能承受較高的壓力，但制造較難。自支承式拱頂——載荷靠拱頂板周邊支承在罐壁上。支承式拱頂——載荷主要靠立柱或罐頂桁架支承在罐壁上。C.傘形頂儲罐——介于錐形頂與拱頂之間的一種結構形式，從水平斷面看是一個多邊形，是一種修正后的拱頂，其強度接近丁拱頂。D.懸鏈式無力矩罐頂儲罐——根據懸鏈理論，用薄鋼板制造的頂蓋和中心柱組成。頂蓋一端支承在中心柱頂部的傘形罩上，另一端支承在圓周裝有包邊角鋼或剛性環(huán)上，形成一懸鏈曲線，頂蓋不承受彎矩，僅在拉力下工作。因此，較拱頂蓋更節(jié)省材料。②浮動頂儲罐——浮頂是一個漂浮在貯液面上的浮動頂蓋，并隨著貯液面上，下浮動。浮頂與罐壁之間有一環(huán)形空間并有密封件，使得貯液與大氣隔開，從而大大減少貯液的蒸發(fā)損失，減少污染。由于無氣相空間，減少了腐蝕和發(fā)生火災的危險性。A.單盤式浮頂貯罐——容器范圍10000~50000m3。B.雙盤式浮頂貯罐——由于上，下頂板之間空氣層的隔熱作用，降低了蒸發(fā)損失，故常用于蒸發(fā)量大的汽油罐或有毒液體介質，其容積范圍一般在1000~5000m3。C.浮子式浮頂儲罐——由環(huán)形浮艙，單盤板及均勻分布在單盤板上的圓形浮子組成。整個浮頂重量由環(huán)形浮艙與浮子來支持。浮頂又分成若干個隔艙，當單盤或相鄰隔艙泄露時，仍能保持浮頂不沉。3.立式儲罐經濟尺寸的選擇①最省材料的經濟尺寸A.等壁厚儲罐——罐壁厚度為一固定厚度，即壁厚不隨高度的變化而變化。在等壁厚儲罐中，當罐頂和罐底的金屬用量等于罐壁用量的一半時，儲罐金屬用量最省。此時儲罐高度H如下：或其中：S1——罐頂板厚V——罐容積S2——罐底板厚R——罐內半徑S——罐壁板厚a.在敞口容器中，當罐底與罐壁等厚時，即S2=S，S1=0代入上式：∴即H=R時用料最省。b.在閉口容器中，若：S1=S2=S代入公式：即H=D時用料最省。等壁厚貯罐，由于受到S的限制，只能用于一定容積范圍內。這個容積取決于鋼板的厚度和強度，對于碳素鋼V=1000m3。當容積大于1000mB.不等壁厚儲罐——對于大型儲罐，由于高度相對加大罐壁承受液體的靜壓，亦隨高度的變化而變化，罐壁厚度也應隨靜壓的增加而增加。a.當罐頂與罐底金屬用量之和等于罐壁承受液體靜壓力所需金屬用量時，金屬用量最?。淮藭r的經濟高度其中：S1——罐底板厚[σ]——材料許用應力S2——罐頂板厚r——罐體內半徑從上式可見儲罐高度與容積無關。貯罐時經濟高度取決于罐頂，罐底的厚度和材料的許用應力。b.當儲罐容積和高度確定后，儲罐的直徑如下：②最省費用的經濟尺寸A.等壁厚的儲罐對于小型敞口儲罐H=R對于小型閉式儲罐H=DB.不等壁厚的儲罐——大容量不等壁厚儲罐的直徑與罐壁費用成正比，與頂、底費用成反比。罐壁費用越高直徑應當愈大。當罐壁，罐頂費用為罐底費用的兩倍時，儲罐直徑如下或高度說明：a1儲罐的儲存系數（或稱充裝系數）中，對于原油和熱油罐為0.85，化工原料罐和成品油罐為0.90。浮頂和內浮頂可以比以上系數再大5%，即0.90和0.95。公稱容積實際容積操作容積b.儲罐的設計尺寸經過初算的直徑，高度尺寸應進行圓整或調整，比如直徑D=10620可?。篋=11000、D=10500、D=10000。然后對高度H進行調整，高度的調整應和鋼板寬度相適應。使焊縫的總長及余料愈少愈好。調整的另一原則是設計的總容積基本不變。c.儲罐的經濟尺寸還應和儲罐的基礎一同考慮，特別是大型儲罐，基礎費用有時可達總價的40%。只有對工程造價，材料消耗進行全盤考慮，才是最終的儲罐經濟尺寸。4.立式儲罐設計①罐頂設計A.一般規(guī)定罐頂最小厚度，且不含C。頂板拼接可采用對接或搭接，搭接寬度不小于5S，且不小于25mm。頂板與包邊角鋼的連接采用弱連接，外側為連續(xù)焊，焊腳高度為0.75倍頂板板厚。且不大于4，內側不得焊接。B.自支承式錐頂——由于穩(wěn)定性的限制，設計直徑有一定限制，一般DN≤6.000mm，且錐頂坡度范圍1/6~3/4（即半錐角9.5°~37°）a.厚度計算例：D1=6000Q=15°PC=2000paE=2×105MPab.錐頂材料的臨界壓應力和許用臨界壓應力（罐頂曲率半徑）C.自支承式拱頂——與錐頂相比較，結構簡單，剛性好，使用尺寸大于錐形頂蓋，能承受較高的壓力。因此材料消耗少，但氣相空間較大使蒸發(fā)損失加大，制造上也難于錐形頂蓋。a.幾點規(guī)定拱頂的球半徑R=0.8~1.2D1（Di—罐體內徑）拱頂板的最少厚度不得小于4.5mm，且不含C。b.拱頂厚度規(guī)定：美國API650規(guī)定且不小于4.26mm。英國BS2654規(guī)定日本JISB8501規(guī)定且不小于4.5mm。c.拱頂厚度計算（RS=Di=10000mm材料Q235）d.拱頂驗算∴②罐壁設計A.一般說明a.罐壁承受貯液的靜壓，此靜壓按三角形分布，由上至下逐漸增大，其壁厚也應由上至下逐漸增厚。b.罐壁受罐底的約束，使緊靠罐底的罐壁環(huán)向應力趨近于零，使最大環(huán)向應力上移。B.壁厚計算上式經簡化其中：Di——罐內徑cmP0——罐內保持的氣相壓力Pc——計算壓力=P0+ρ（H-300）ρ——介質比重，且不小于1——接頭系數取0.9（縱向接頭為全焊透的對接結構）h——最高液面到所計算圈板下端的距離。（h-300）——計算液壓高度。對于高強鋼制造的大型儲罐（V≥50000m3C.罐壁最小厚度內徑D1碳鋼奧氏體不銹鋼≤1600054≤3200065D.罐壁頂部包邊角鋼（含承壓圈）截面尺寸的確定包邊角鋼的連接型式b.包邊角鋼的截面積——包邊角鋼截面積加上與其相連的罐壁、罐頂板上各16倍板厚范圍內的截面積之和應滿足下式要求c.包邊角鋼的最小尺寸——包邊角鋼的壁厚不得小于圓筒和頂板的厚度。儲罐內徑D1角鋼最小尺寸≤5000L50×50×5≤10000L63×63×6≤20000L75×75×8≤32000L90×90×9說明——自支承式錐頂或拱頂，需要在罐頂及罐壁連接處設置包邊角鋼，以承受從罐頂傳來的橫向力，此橫向力是由罐內或罐外壓力以及頂蓋自重而產生的水平分力。③罐底設計——罐底板上方承受罐內的液體壓力及下方基礎的支承力。在罐底與壁厚連接周邊存在較大的邊緣應力，所以儲罐的邊緣板比中幅板稍厚，當儲罐較大，應計算邊緣力矩并對其校核。A.結構型式筒體內徑Di＜12.5m時宜采用條形排板組焊，當內徑Di＞12.5m時宜采用弓形邊緣板與中幅板組焊。B.壁板與罐底板相連接的幾點規(guī)定a.罐底邊緣板伸出壁厚外表面的寬度不小于50mmb.罐底邊緣板的最小厚度，不得小于下表數值底層壁板名義厚度邊緣板最小厚度碳鋼奧氏體不銹鋼≤66同底層壁板7~106611~208721~2510c.罐底中幅板的厚度，不得小于下表數值儲罐內徑D1中幅板最小厚度碳鋼奧氏體不銹鋼≤1000054≤2000064＞2000064.5c.罐底板坡度底板與基礎接觸，在長期液壓作用下，罐底和基礎中心部位撓度最大，當超過限度時，會造成底板焊縫開裂。為消除因基礎下沉而引起的中部凹陷，同時也為了便于排出殘液，底板應具有和基礎同樣的坡度，如下圖：d.罐底邊緣板的最小寬度和和底板最大應力根據儲罐應力實測，罐底最大徑向應力在距離罐壁300~500mm處。為此規(guī)定邊緣板，徑向最小尺寸為700mm。5.風載荷作用下罐壁穩(wěn)定校核①罐壁許用臨界壓力其中：Hn——罐壁當量高度Hn=∑HeiHei——第i層罐壁板的當量高度②穩(wěn)定校核③加強圈的設置A.當Per不滿足校核要求時，罐壁上應設置加強圈，數量如下式B.加強圈的最小尺寸Di≤20000用L100×63×8Di≤32000用L125×80×86.儲罐的抗震校核在地震設防地區(qū)建罐，需進行抗震校核，詳見附錄C。7.立式圓筒形儲罐檢驗請參照GBJ128—90四.矩形容器1.范圍——用于直接與大氣連通，或敞開式，且僅承受液體靜壓力的矩形容器。其支承方式一般置于平面基礎上，或支承在基礎上的型鋼上表面。2.矩形容器加固型式和部位頂邊加固——加固件應設置于壁板頂邊四周。垂直加固——加固件應垂直地面并與壁板連接。橫向加固——加固件應平行地面并與壁板連接。拉桿加固——加固拉桿應設置于二平行壁板之間。垂直和橫向的組合加固——加固件垂直，水平交叉設置在壁板上。帶雙向水平聯(lián)桿的垂直加固——P8內部加固結構在垂直加固柱上設置1~2排水平交叉向的聯(lián)桿。而頂部水平聯(lián)桿，可作為支承蓋板的桿件。①頂邊加固——加固件設置在壁板頂部四周A.壁板厚度計算按下式：其中：α——查圖13—3當H=L時，α=0.019ρ——液體密度≥1×10-6kg/mmg——重力加速度9.8m/s2H——容器內側高度。[σ]t——查表4—1（注意該值不同于GB150中的許用值，如Q235A，[σ]=150MPa。）B.頂邊加固件所需的最小慣性矩——加固件常采用角鋼。其規(guī)格不小于L50×50×5。其中：Et——材料設計溫度下的彈性模量（1.92×105MPa）。②垂直加固A.加固柱的最大間距其中：δn——壁板的名義厚度。c——板材負偏差+腐蝕裕量。B.加固柱的截面系數C.當有拉桿時，頂邊加固件所需的慣性矩D.當無拉桿時，頂邊加固件所需的慣性矩按下式：E.圓鋼拉桿截面積計算a.拉桿長度L2≥363d2/3，拉桿直徑16~24mm時，拉桿直徑如下：其中[σ]bt——拉桿材料的許用應力，材料為Q235—A時，取[σ]bt=155MPa。b.拉桿長度L2＜363d2/3的應力校核(a)拉桿重力引起的拉應力：(b)拉桿自重引起的彎曲應力：其中ρ——液體的密度kg/mm3ν——拉桿材料的密度kg/mm3(c)液體靜壓對拉桿引起的拉應力(d)拉桿最大應力及校核③橫向加固——加固件及壁板計算A.橫向加固件所需的慣性矩B.加固圈的數量與段距見下表加固圈數量容器高H(mm)1500~2100＞2100~3000＞3000~4000＞4000加固圈個數1234加固圈段距段距數量H1H2H3H4H510.60H0.40H20.45H0.30H0.25H30.37H0.25H0.21H0.17H40.31H0.21H0.18H0.16H0.14HC.第一道橫向加固圈單位長度上的載荷計算D.第一道橫向加固圈所需的慣性矩E.第一段壁板計算厚度其中a1由H1/L按圖13—3查得。F.矩形容器從頂端算起，第i（i=2、3、4……）道橫向加固圈單位長度上的載荷按下式：G.第i道橫向加固圈所需的慣性矩H.第i道壁板計算厚度按下式計算④拉桿加固的壁板計算對于尺寸較大的矩形容器，宜采用內部拉桿結構。A.壁板計算厚度按下式其中拉桿間距a=h時（即等距排列）B.拉桿直徑按下式計算，且不小于6mmC.頂邊加固件所需慣性矩同前⑤垂直和橫向組合加固的壁板計算在矩形容器高度超過2200時，通常在壁板垂直加固的型式上，再加橫向加固圈，以增加壁板的剛度。這種型式的容器按5中相關公式計算，且將L換成L3如：A.加固圈的數量和段距——按5中②選取.B.加固圈所需慣性矩——按5中①計算，其中L換成L3：C.壁板厚度：此外，應按4中相關公司確定垂直加固柱和拉桿的規(guī)格尺寸。⑥帶雙向水平聯(lián)桿(拉桿)垂直加固的壁板計算該型式為內部加固的矩形容器,通常在垂直加固柱中間再設置一排或兩排不等距聯(lián)桿。頂部聯(lián)桿作為支承蓋板的桿件。A.設置一層聯(lián)桿（拉桿）的矩形容器a.加固柱連接的一層聯(lián)桿H1=0.6H加固柱所需的截面系數b.扁鋼聯(lián)桿（拉桿）。中間聯(lián)桿：聯(lián)桿自重引起的拉應力按下式例：扁鋼尺寸：FB60×6L2=2600自重引起的拉應力如下(b)聯(lián)桿自重引起的彎曲應力(c)液體靜壓作用于中間聯(lián)連引起的拉應力(d)中間聯(lián)桿最大應力驗算合格。B.放置兩層聯(lián)桿的矩形容器a.加固柱連接的兩層聯(lián)桿。取總高H=3000mm，各分段高度如下：H1=0.45HH2=0.3HH3=0.25H加固柱所需的截面系數（慣性矩）b.角鋼聯(lián)桿(a)第一層聯(lián)桿σt1，σn——同前液體靜壓作用于第一層聯(lián)桿上引起的拉應力按下式聯(lián)桿最大拉應力(b)第二層聯(lián)桿σt1，σn——同前(c)頂部聯(lián)桿頂部聯(lián)桿組合截面圖。聯(lián)桿自重引起的拉應力聯(lián)桿自重引起的彎曲應力：液體靜壓作用于頂部聯(lián)桿上的拉應力：聯(lián)桿最大拉應力：3.矩形容器的底板①型鋼支承的底板計算厚度如下：例：?、谌绻阎装搴穸龋瑒t支承梁的最大間距如下如果底板在平整的基礎上，全平面支承——底板的最小厚度為4~6mm，或底板與壁板等厚。五．帶攪拌的常壓容器1．適用范圍：僅適用于攪拌機裝于立式常壓容器頂部的攪拌容器2.計