4.50m3 氮气缓冲罐焊接工艺设计 毕业论文.doc

目录目录 摘要 i 1.绪论 1 2.氮气缓冲罐结构设计 2 2.1 设计条件 .2 2.2 设计文件 .2 2.2.1 设计压力 .2 2.2.2 设计温度 .4 2.2.3 介质性质 .4 2.2.4 材料的选择 .5 2.2.5 焊接接头系数 .9 2.3 零部件的设计 11 2.3.1 筒体设计 11 2.3.2 封头的设计 13 2.3.3 开孔补强 14 2.3.4 法兰 15 2.3.5 人孔 17 2.3.6 支座 19 2.3.7 吊耳 21 2.4 设计小结 22 3氮气缓冲罐的制造工艺设计. .23 3.1 氮气缓冲罐制造工艺流程图 23 3.2 筒节的制造工艺 24 3.2.1 备料 24 3.2.2 焊接坡口加工 24 3.2.3 筒节卷制成形 24 3.2.4 组焊纵缝 25 3.3 封头的制造工艺 25 3.3.1 备料 25 3.3.2 封头的压制成形 25 3.3.3 焊接破口的加工 26 2.3.4 组焊环缝 26 3.4 外观、无损检测 .26 3.5 水压试验 .27 3.6 表面处理、油漆包装 .27 4.焊接工艺部分 .28 4.1 的焊接性分析28 4.2 焊接工艺制定 .29 4.2.1 焊接方法的选择 29 4.2.2 焊接材料的选择 29 4.2.3 焊接工艺参数的确定 30 4.3 焊接工艺试验 .30 4.3.1 试验 30 4.3.2 试验结果分析 30 4.3.3 无损检验 30 总结 .31 参考文献 .32 致谢 .33 附录 1 附录 2 1 1 绪论绪论 随着全球经济一体化的发展和我国即将加入世界贸易组织，我国必须大力增加 化工储备资源，以减少国际动荡对我国经济的影响。 由于国家战略储备的需要，一些先进，高效的焊接设备和工艺的采用，我国将 发展各型缓冲罐，来增加安全性能。正是由于这些先进、高效的焊接设备和工艺的 采用，使氮气缓冲罐制造技术有了很大的提高和发展， 由于一些先进的焊接，高效的焊接设备和工艺的采用，使氮气缓冲罐焊接制造 技术有了较大的发展和提高，焊条电弧焊的比例逐渐减少，埋弧自动焊，氩弧焊， 二氧化碳气体保护焊 ，混合气体保护焊 ，等离子焊，真空电子束焊等先进技术以 大量应用。 我国氮气缓冲罐焊接技术的现状：传统的焊条电弧焊由于焊接施工投入人员多， 劳动强度大效率底，工期长等缺陷逐渐被机械化，自动化程度高的焊接方法代替。 特别在立式缓冲罐中应用二氧化碳气体保护自动立焊和埋弧自动横焊技术进行焊接 施工是一种先进的焊接技术 。近年来我国有研究出 nbc 逆变式焊接电源，进一步 提高弧焊特性。随着我国容焊用焊丝和焊剂生产工艺的改进，埋弧焊也越来越多的 应用于现场焊接施工中。 2.氮气缓冲罐结构设计 2.1 设计条件 。该容器用于室内；工作压力为：2mpa；工作温度为：常温；承装介质为：氮 气；设计使用寿命 20 年。 2.2 设计文件 压力容器的设计文件包括强度计算、结构设计、施工图和零件图制作。必要时 还应包括安装、使用说明书、应力分析报告等。制造工艺设计的其主要内容包括： 筒体和封头、接管、法兰等零件的制作工艺流程；整体装配工艺；筒体和封头纵环 缝焊接工艺设计；接管与法兰焊接工艺设计；按管与筒体、封头焊接工艺设计。 2.2.1 设计压力 由设计条件可知氮气缓冲罐的工作压力 p0=2mpa，根据 p0、缓冲罐的类型及表 2.1 确定设计压力。根据使用条件，系统中装有安全阀，所以设计压力为： pc=1.10p0=21.10=2.2mpa，最终设计压力取为 pc=2.2mpa。 表 2.1 设计压力的选取1 类型设计压力 无安全泄放装置1.0-1.10 倍的工作压力 装有安全阀 不低于(等于或梢大于）安全阀开启压力 (安全阀开启压力取 1.05-1.10 倍工作压力) 装有爆破片取爆破片设计压力加制造范围上限 出口管线上装有安全阀 低于安全阀的开启压力加上流体从容器流 至安全阀处的压力降 容器位于泵进口侧，且无安全泄放 装置时 取无安全泄放装置时的设计压力，且以 0.1mpa 外压进行校核 容器位于泵出口侧。且无安全泄放 装置时 取下列 3 者取大值: 泵的正常入口压力加 1.2 倍泵的正常工 作扬程 泵的最大入口压力加泵的正常工作扬程 泵的正常人口压力加关闭扬程（即泵出 口全关闭时的扬程） 内 压 容 器 容器位于压缩机进口侧，且无安全 泄放装置时 取无安全泄放装置时的设计压力，且以 0.1mpa，外压进行校核 表 21 续 容器位于压缩机出口侧，且无安全 泄放装置时 取压缩机出口压力 有安全泄放 装置 设计压力取 1.25 倍最大内外压力差或 0.1mpa 两者中的小值 真 空 无夹套真空容器 无安全泄放设计压力取 0.1mpa 装置 容器(真空)没计外压力按无夹套真空容器规定选取夹套内为内压的带 夹套真空容器夹套(内压)没计内压力按内压容器规定选取 容器(内压)没计内压力按内压容器规定选取 容 器 夹套内为真空的带 夹套真空容器夹套真空)设计外压力按无夹套真空容器规定选取 一 般 设计外压力取不小于在正常工作情况下可 能产生的最大内外压力差 介质 50c 的饱和蒸气 压力低于异 丁烷 50c 的饱和蒸气 压力时(如丁 烷、丁烯、 丁二烯) 0.79mpa 介质 50的 饱和蒸气压 力高于异丁 烷 50c 的 饱和蒸气压 力时(如液态 丙烷) 1.77mpa 外 压 容 器 在规定的允装系数 范围内，常温下盛 装液化石油气或混 合液化石油气（指 丙烯与丙烷或丙烯、 丙烷与丁烯等的混 合物）的容器 介质 50c 的饱和蒸气 压力高于内 烷 50c 的 饱和蒸气压 力时(如液态 丙烯) 2.16mpa 两侧受压的压力容器元件 一般应以两侧的设计压力分别作为该元件的设计压力。当 有可靠措施确保两侧同时受压时，可取两侧最大庄力差作 为设计压力 注：容器的计算外压力应为设计外压力加上夹套内的设计内压力，且必须校核在 夹套试验压力外压)下的稳定性。 容器的计算内压力应为设计内压力加 0.1mpa，且必须校核在夹套试验压力(外 压)下的稳定性。 对盛装液化石油气的压力容器，如设训单位能根据其安装地区的最高气温条件 (不是极端气温值)提供可靠的设计温度时，则可按介质在该设计温度卜的饱和蒸气 压来确定工作压力及设计压力，但必须事先经过设计单位总技术负责人批准，并报 送省级主管部门和同级劳动部门锅炉压力容器安全监察机构备案。 对容积大于或等于 100的盛装液化石油气储存类压力容器，可由设计确定 3 m 设计温度(但不得低于 40c)，并根据与设计混度对应的介质饱和蒸气压确定设计压 力。 规定的充坡系数一般取 0.9,容积经实际测定者可取大于 0. 9 ,但不得大 0.95。 氮气缓冲罐类型为内压容器且装有安全阀，从上表可知设计压力不低于(等于或 梢大于）安全阀开启压力(安全阀开启压力取 1.05-1.10 倍工作压力)，即设计压力 取 2.3mpa 2.2.2 设计温度 设计温度指容器在正常下作过程中，在相应的设计压力下，设定的受压元件的 金属温度(沿元件金属截面厚度的温度平均值)，即铭牌上的设计温度，用 t 表示。 该氮气缓冲罐的工作温度为常温，根据工作温度选取设计温度，见表 2.2。 表 2.2 设计温度的选取1 设计温度 介质工作温度 t t20c介质最低工作温度介质工作温度减 010c 20ct15c介质最低工作温度介质工作温度减 510c t15c介质最高工作温度介质工作温度加 1530c 注：当最高（低）工作温度不明确时，按表中的规定确定。 该缓冲罐已知条件中工作温度没有明确最高工作温度，按表 2.3，应按 ii 进行选 择，所以设计温度应为 25+1530=4055，这儿我们选中间值，确定设计温度 为 50。 2.2.3 介质性质 压力容器的内部总是有一定量呈气态或液态或气液混合的介质，而这些介质的 性质成为压力容器设计需要考虑的重要因素之一。认识和了解介质的性质，对合理 的选用材料、保证容器的安全可靠性是十分重要的。 1. 物理性质 氮气在常况下是一种无色无味无嗅的气体，且通常无毒。氮气占大气总量的 78.12%。 2.腐蚀性4 介质的腐蚀性是压力容器设计要考虑的重要因素。在役压力容器的破坏，在很 多情况下是由于腐蚀后在其他因素的作用下发生的。因此，了解腐蚀的类型、机理 和腐蚀的方法是很有必要的。 3.毒性5 介质为氮气，因此无毒。 4.易燃易爆性5 介质的成分为氮气，因此易燃易爆性无。 2.2.4 材料的选择 压力容器用材料的质量及规格，应符合相应的国家标准、行业标准的规定。压 力容器材料的生产经国家安全监察机构认可批准。压力容器选材除应考虑力学性能 和弯曲性能外，还应考虑与介质的相容性。压力容器专用钢材的磷含量（熔炼分析， 下同）不应大于 0.030%，硫含量不应大于 0.020%。 压力容器常用材料 q235b、20r、16mnr、15crmor、0cr18ni9、0cr18ni9ti 钢的常温力学性能（表 2.3、表 2.4、表 2.5） 表 2.3 碳素钢的常温力学性能2 钢号标准截面尺寸/mm/mpa b /mpa s /% 5 akv/ j 热轧 44130037 99(1 0) q235b gb/t700-88375-46022525 27 （20 ） 6-16245 16-36 235 36-60 400-520 225 25 20rgb6654-96 60-100 390-51020524 表 2.4 低合金钢常温力学性能2 拉伸试验冲击试验 冷弯 试验 屈服强 度 /mpa s 伸 长 率 5 /% akv(z 横向) /j 钢种技术标准规格/mm 抗拉强度 /mpa b 温 度 / c b=2a 180 硬 度 hb 6-16510-640345d=2a 16-36 490-620325 36-60 470-600305 21 60-100 460-590285 16mnrgb6654-96 100-120 450-580275 20 031 d=3a 6-60450-59029519 15crmorgb6654-96 60-100 27518 2031d=3a 表2.5 不锈钢的力学性能2 钢号项目热处理制度 mpa b/ mpa/ 2 . 0 %/ 5 /% 1080-1130水冷4901964560 0cr18ni9 1080-1130水冷539-696221-40251-7166.5-77.5 0cr18ni9ti 常温 力学 1100-1150水冷5391964550 性能 1100水冷540-706201-38248.8-6959.5-81 钢的高温力学性能 在不同温度下的许用应力见（表 2.6、表 2.7、表 2.8） 表 2.6 碳素钢高温力学性能3 在下列温度（）下的许用应力，mpa注 钢号 标 准 公称厚度 mm 20100150200250300350400 gb9 12 3-4113113113105948677- 4.5-16113113113105948677- q235b gb3 274 16-40 11311310799918375- 6-161331321231101019286 16-36 133126116104958679 36-60 133119110101928377 20r gb6 654 60-100 12811010392847771 在下列温度（）下的许用应力，mpa注 钢号 标 准 公称厚度 mm 425450475500525550575600 gb9 12 3-4- 4.5-16- q235b gb3 274 16-40 - 6-16836141- 16-36 786141- 36-60 756141- 20r gb6 654 60-100 686141- 表 2.7 低合金钢高温力学性能3 在下列温度（）下的许用应力，mpa注钢号锻件标 准 公称厚度 mm 20100150200250300350400 6-16170170170170156144134125 16-36 163163163159147134125119 16mnrgb6654 36-60 157157157150138125116109 6-6022015615015015013412511815crmorgb6654 60-100 275110110 在下列温度（）下的许用应力，mpa注钢号锻件标 准 公称厚度 mm 425450475500525550575600 6-16936643- 16-36 936673- 16mnrgb6654 36-60 936643- 6-60115112110888573-15crmorgb6654 60-100 104104103885837- 表 2.8 不锈钢高温力学性能3 在下列温度（）下的许用应力，mpa 钢号 标 准 公称 厚度 2100150200250300350400425450 注 mm0 137137137130122114111107105103 2 ） 0cr18ni9 jb4 728 200 13711410396908582797876 0cr18ni9ti jb4 728 200137137137130122114111108106105 2 ） 表 2.8（续） 13711410396908582807978 在下列温度（）下的许用应力，mpa 钢号 标 准 公称 厚度 mm 475500525550575600625650675700 注 1011008991796452423227 2 ） 0cr18ni9 jb4 728 200 75747371676252423227 10410310183584433251813 2 ） 0cr18ni9ti jb4 728 200 77767574584433251813 钢的腐蚀数据（表 2.9、表 2.10、表 2.11） 表 2.9 碳素钢腐蚀数据4 温度， 介质浓度% 25 50 80 100 n2 湿 0-100 表 2.10 低合金钢腐蚀数据4 温度， 介质浓度% 25 50 80 100 n2 湿 0-100 表 2.11 奥氏体不锈钢腐蚀数据4 温度， 介质浓度% 25 50 80 100 n2 湿 0-100 注：耐腐蚀性 金属的耐蚀性等级符号 腐浊率，毫米/年 优良-0.05 良好-0.05-0.5 可用，但腐蚀较重-0.5-1.5 不适用，腐蚀严重-1.5 综合上述的表格数据比较分析可知，上述三种常用的压力容器用钢在力学性能 方面均能满足要求，但是因介质具有一定的腐蚀性，在设计时应留有一定的腐蚀裕 量，该容器的设计寿命为 20 年，上述三种钢的腐蚀裕量分别为： 1.碳素钢：c21mm； 2.低合金钢：c21mm； 3.不锈钢：c21mm. 出于减小容器体重、经济性、便于运输和降低制造强度等角度考虑，选用 16mnr。 2.2.5 焊接接头系数 1.压力容器分类6 压力容器的介质分为以下两组： 第一组介质，毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气 体。 第二组介质，除第一组以外的介质。 由 2.2.3 分析可知该分离器介质为第一组介质。 图 2.1 压力容器类别划分图第二组介质6 2.焊缝探伤比例和等级 1)无损检测的基本比例要求6 压力容器对接接头的无损检测比例一般分为全部(100%)和局部(大于或者等于 20%) 两种。碳钢和低合金钢制低温容器，局部无损检测的比例应当大于或者等于 50%。 2)无损检测的可实现性 该氮气缓冲罐的容积大约 50m3。该分离器的内径 di 与高度的比较见表 2.12，最 终我们选择内径 di=2800mm。 表 2.12 缓冲罐内经的选择 内径 di（mm） 270028002900 封头容积（m3） 2.80553.11983.4567 筒节高度（m） 7.7567.116.526 注：jb/t 47462002（附录 b） 按容规，该直径下的容器应设计人孔装置。由以上两点，可以实现纵环缝的双 面焊。由于有人孔装置，也可以实现 100%rt 探伤。 在焊缝区，由丁焊接时可能产生气孔、夹渣、未焊透、咬边、裂纹等缺陷;同时， 焊接热影响区往往形成粗大晶粒区而使强度或塑性下降;由于结构的刚性约束，也往 往造成较大的焊接内应力。因此，容器上的焊缝区是强度较弱的地方，为了表示焊 缝区材料强度被削弱的程度，引进了焊接接头系数。焊接接头系数是以焊缝强度与 母材强度之比值 表示的。它与焊缝位置、焊接方法以及检验要求等因素有关。 gb150 中规定的焊缝系数选取原则如下1。 双面焊或相当于双面焊的全焊透对接焊缝。 100%无损检测 =1.00 局部无损检测 =0.85 不作无损检测 =0.70 单面焊的对接焊缝，沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板。 100%无损检测 =0.90 局部无损检测 =0.80 单面焊的环向对接焊缝(无垫板)。 局部无损检测 =0.70 不作无损检测 =0.60 =0.60 这个系数仅适用于厚度不超过 16mm,直径不超过 600mm。的壳体环向焊 缝。有关焊缝开设的位置、坡口形式、焊接方法以及检验等可参照国家有关规定。 容器的设计直径取为 2800mm，且在筒体设置有人孔能够实现 100%rt 检测。综合 上述分析焊缝系数为 =1.00 2.3 零部件的设计 2.3.1 筒体设计 筒体板材的厚度。容器圆筒的厚度关系如图 2.2 所示。 最小厚度 min 包括 c1 +c2 +c2 计算厚度 +c1 设计厚度 d 圆整 名义厚度 n 取 大 者 下料厚度 c1+c2 e n c1 c2 d 圆整 加工减薄量（制造商考虑） 容器圆筒的厚度关系 图 2.2 容器圆筒的厚度关系1 1）计算厚度3 计算厚度指的是按公式计算得到的厚度 设计温度下圆筒的计算厚度按式（2.1）计算，公式的适用范围为 pc0.4.t 其中：计算厚度，mm； 设计厚度,mm； d n名义厚度,mm； e有效厚度,mm； c1钢板或钢管厚度负偏差,mm； c2腐蚀裕量,mm （2.1） pc t 2 pcdi 式中 pc计算压力；根据 2.2.1 分析，取 pc=2.2mpa ; di圆筒或球壳的内直径；根据 2.2 分析，取 di=2800mm; 设计温度下圆筒或球壳材料的许用应力；根据表 2.8，得 t 25=163mpa ; 焊接接头系数;根据 2.2.5 分析，=1.0 因此： =19.024mm pc t 2 pcdi 2 . 20 . 11632 28002 . 2 2）设计厚度1 设计厚度是指计算厚度与腐蚀裕量之和按下式计算： d=+c2 （2.2） 其中腐蚀裕量 c2 由 2.2.4可知：c2=1.5mm 因此设计厚度： d=+c2=19.024+1.5=20.524mm 3）名义厚度1 名义厚度指计算厚度加上钢材厚度负偏差向上圆整至钢材标准规格的厚度，即 标注在图样上的厚度，按式（2.4）计算： n=+c1+c2 （2.3） 其中 名义厚度； n 计算厚度；由 2.2.6 中可知 =19.024mm; c1厚度负偏差值；由表 2.16 可知 c1取 0.8mm； c2腐蚀裕量；由 2.12 可知 c2为 1.5mm 表 2.13 钢板厚度负偏差 c1 值/mm1 钢板厚度 2.02.22.52.8-3.03.2-3.53.8-4.04.5-5.5 负偏差 c1 0.180.190.200.220.250.30.5 钢板厚度 6-78-2526-3032-3436-4042-5052-60 负偏差 c1 0.60.80.91.01.11.21.3 因此： n=+c1+c2 =19.024+0.8+1.5=21.324mm 表 2.14 钢板的常用厚度7 2、3、4、（5）、 6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、30、32、34、 36、38、40、42、46、50、55、60、65、70、75、80、85、90、100、105、11 0 由表 2.14 可知，圆整为22mm，筒节高度及内径见表 2.12。 n 2.3.2 封头的设计 常用的管法类型有板式平焊法兰、带颈平焊法封头类型选择 椭圆形封头的特点1：椭圆形封头的应力情况不如半球形封头，但比其他形式的 封头要好。从薄膜应力来分析，沿经线各点的应力是变化的，顶点处应力最大，在 赤道上出现周向压应力。当 di/(2hi)=2, k=1 时，即是标准椭圆形封头。此时，椭 圆形封头可以达到与筒体等强度，这是标准椭圆形封头被广泛采用的原因之一。 工程上一般采用 jb/t4737 或其他标准封头，如图 2.3 所示，这些封头由半个椭 球和具有一定高度的阅筒形壳体组成，此圆筒形壳体高度一般称为直边高度。设置 直边的目的是为了避免在封头和圆筒形壳体相交的这一结构不连续处出现焊缝，从 而避免焊缝边缘应力的问题。 a) eha 型 b) ehb 型 图 2.3 椭圆形封头及尺寸 在制造的难易程度方面，由于椭圆形封头的深度较浅，压制成形要比球形封头 容易，是目前国内外广泛采用的中低压容器的封头形式。 椭圆形封头的计算厚度1 椭圆形封头的计算厚度按式（2.4）计算： （2.4） c t p5 . 0 2 dikpc 其中 ，)2/(2 6 1 2 i hdik 即1)7002/(28002 6 1 )2/(2 6 1 22 i hdik 18.959mm 2 . 25 . 00 . 11632 128002 . 2 5 . 0 2 dikpc c t p 椭圆形封头的名义厚度1 椭圆形封头（eha）的名义厚度指计算厚度加上钢材厚度负偏差向上圆整至钢材 标准规格的厚度，即标注在图样上的厚度，按式（2.5）计算 n=+c1+c2 （2.5） 其中 名义厚度； n 计算厚度；由 2.2.3 中可知 =18.959mm; c1厚度负偏差值；由表 2.14 可知 c1 为 0.8mm； c2腐蚀裕量；由 2.2.4 可知 c2 为 1.5mm n=+c1+c2 =18.959+0.8+1.5=21.259mm 由表 2.15 可知，圆整为 n=22mm。 表 2.15 封头成形厚度减薄率8 厚度减薄率，% 公称直径 dn，mm 钢材厚度n，mm dha 和 dhb 型eha 和 ehb 型 6n121315 12n201213 20n341213 2000dn3000 34n601112 加工减薄量由上表 2.15 可知厚度减薄率为 14%，即厚度减薄量为 3.08mm。除去 加工减薄量后板厚为 21.92mm 大于计算名义厚度=21.259mm 因此封头的名义厚度取 n n=24mm。 2.3.3 开孔补强1 1.判断壳体开孔是否需要补强的条件，当同时满足下述要求时，可不另行补强： a）设计压力小于或等于 2.5mpa； b）两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和 的两倍； c）接管公称外径小于或等于 89mm； d）接管最小壁厚满足表 2-16 要求。 表 2-16 mm 接管公称 外径 253238454857657689 最小壁厚3.54.05.06.0 注 1 钢材的标准抗拉强度下限值 b540mpa 时，接管与壳体的连接宜采用全焊透的结构形式。 2 接管的腐蚀裕量为 1mm。 2.筒体或封头开孔要求1 当其内径 di1500 mm 时，开孔最大直径 ddi,且 d520mm； 2 1 当其内径 di1500 mm 时，开孔最大直径 ddi，且 d1000mm； 3 1 3.开孔尺寸及补强圈尺寸 通过接管轴线所有截面上所需的最小补强截面积 a 应符合表 2.16 的规定 表 2.16 最小补强截面积1 ad/(ri)1/2 圆筒求壳或成形封头 0.2不需另行补强不需另行补强 0.2 且0.4 4.05d/(ri)1/2 -1.81d5.4d/(ri)1/2 1/2- 2.41d 0.40.75ddcos 注：表中=arcsin（d/2ri） 经过计算可知四个孔的d/(ri)1/2均大于 0.2，因此四个孔均需要补强。 补强方法采用等面积法补强。所谓等面积法开孔补强，就是要求补强板与母板 厚度相同的条件下补强所需面积等于壳体上挖掉的面积。 开孔尺寸见表 2.17。 表 2.17 开孔尺寸 名称 氮气进口 接管规格 （5010） 氮气出口 接管规格 （5010） 安全阀口 接管规格 （4010） 人孔 接管规格 48010 排污口 接管规格 （2510） d1(mm)57574548025 因此，根据 1 判断可知，所有开孔都需要补强。 接管材料选用 16mnr，其许用应力50=163mpa ; 其中开孔直径 d=di+2c2=57+21.5=60mm 根据 gb150-1998 中式 8-1，a=d2(1) r etf 壳体开孔处的计算厚度 =19.024mm 接管的有效厚度 et=nt-c=5-1.3=3.7 强度削弱系数 1 r f 所以 a=d+2et（1-fr）=1141.44mm2 2.3.4 法兰 法兰类型 兰、带颈对焊法兰三种，见图 2.4。 图 2.4 平焊法兰与对焊法兰示意图1 法兰公称通径与钢管外径的关系 法兰公称通径与钢管外径的关系见表 2.21。 表 2.21 公称通径和钢管外径（mm）9 公称通径 dn 101520253240506580 a17.221.326.933.742.448.360.376.188.9 钢管 外径 b141825323845577689 公称通径 dn 100125150200250300350400450 a114.3139.7168.3219.1273323.9355.6406.4457 钢管 外径 b108133159219273325377426480 注：a 系列为国际通用系列（俗称英制管） b 系列为国内沿用系列（俗称公制管） 法兰类型及适用范围 法兰类型及适用范围的关系见表 2.22。 表 2.22 法兰类型及适用范围9 法兰类型带颈对焊法兰（pl）带颈平焊法兰（so） 标准号 hg 20593hg 20594 适用钢管外 径系列 a 和 ba 和 b pn，mp a dn,mm 0.250.61.01.62.50.61.01.62.54.0 10xxxxxxxxxx 20xxxxxxxxxx 50xxxxxxxxxx 65xxxxxxxxxx 80xxxxxxxxxx 300xxxxxxxxxx 400xxxxxxxxx 500xxxxxxxxx 1800xx 法兰类型带颈对焊法兰（wn） 标准号 hg 20595 适用钢管外 径系列 a 和 b pn，mpa dn,mm 1.01.62.54.06.310.016.025.0 10xxxxxxxx 20xxxxxxxx 50xxxxxxxx 65xxxxxxxx 80xxxxxxxx 300xxxxxxx 400xxxxxx 500xxxx 1800xx 注：x 代表满足条件 法兰密封面型式、密封面型式与类型的关系 法兰密封面型式见表 2.23，法兰密封面型式与类型的关系 2.24。 表 2.23 密封面型式9 公称压力 pn，mpa密封面 型式 代 号 0.250.61.01.62.54.06.310.016.025.0 突面 rf dn10 -2000 dn10 -1200 dn10 -600 dn10 -400 dn10 -300 表 2.23（续） 凹凸面 mfm 凹 面 fm 凸 面 m -dn10-600dn10-400 dn10- 300 - 榫槽面 tg 榫 面 t 槽 面 g -dn10-600dn10-400 dn10- 300 - 全平面 efdn10-600 dn10- 2000 环连接 面 rjdn10-400dn10-300 表 2.24 法兰类型与密封面型式9 法兰类型密封面型式压力等级 pn，mpa 突面（rf） 0.25-2.5 板式平焊法兰（pl） 全平面（ff） 0.25-1.6 突面（rf） 0.5-4.0 凹凸面（mfm） 1.0-4.0 榫槽面（tg） 1.0-4.0 带颈平焊法兰（so） 全平面（ff） 0.6-1.6 突面（rf） 0.6-25.0 凹凸面（mfm） 1.0-16.0 榫槽面（tg） 1.0-16.0 环连接面（rj） 6.3-25.0 带颈对焊法兰（wn） 全平面（ff） 0.6-1.6 法兰选择 根据法兰类型、密封面型式与公称通径（配合接管直径而确定）和公称压力的 关系 ，相应的输入孔、输出孔、人孔、出水孔法兰如表 2.25。 表 2.25 选择的法兰 序号接管名称标准法兰代号数量材料 1 氮气进口接管 hg 20592-97 法兰 so50-2.2rf 116mnr 2 氮气出口接管 hg 20592-97 法兰 so50-2.2rf 116mnr 3 安全阀口接管 hg 20592-97 法兰 so40-2.2rf 116mnr 4 人孔接管 hg 20592-97 法兰 so450-2.2rf 116mnr 排污口接管 hg 20592-97 法兰 so20-2.2rf 116mnr 2.3.5 人孔 根据设计条件，法兰人孔选择回转盖带颈平焊法兰人孔。 回转盖带颈平焊法兰人孔的型式见图 2.5。hg21515-21535 图 2.5 回转盖带颈平焊法兰人孔的型式 10 回转盖带颈平焊法兰人孔的参数见表 2.26 表 2.26 回转盖带颈平焊法兰人孔明细表10 材料 类别代号件号标准编号名称数量 1 筒节 100cr19ni100cr18ni90cr18ni10ti 六角头螺栓8.8 级 2 等长双头螺 柱 见尺寸表 8.8 级 3 hg20613 螺母见尺寸表8 级 4hg20594 法兰 1 00cr19ni10 （锻件） 0cr18ni9 （锻件） 0cr18ni10ti （锻件） hg20606 非金属平垫 hg20607 聚四氟乙烯包覆垫 hg20608 柔性石墨复合垫 5 hg20610 垫片 1 缠绕式垫 6hg20601 法兰盖 100cr19ni100cr18ni90cr18ni10ti 7 把手 1q235-a.f 8 轴销 1q235-a.f 表 2.26（续） 9gb/t91 销 2q215 10gb/t95 垫圈 2100hv 11 盖轴耳 （1） 1q235-a.f 12 法兰轴耳 （1） 1q235-a.f 13 法兰轴耳 （2） 1q235-a.f 14 盖轴耳 （2） 1q235-a.f 因此，法兰人孔选择 rf -35cm（w.d-2222）a 400-1.6。 2.3.6 支座 缓冲罐的总质量 mm1+m2+m3 式中 m1-罐体质量 m2-封头质量 m3-接管质量 1. 罐体质量 m1 dn=2800mm n=22mm l=7110mm 的筒节 m1=dil=7850（2800+22）2271103.14=10800kg 2封头质量 m2 因为封头的公称直径 dn2800mm，名义厚度为 24mm，根据 jb-t4746-2002 钢制压力 容器用封头得封头的质量为 1467kg 3.接管质量 m3 因为氮气进口接管、氮气出口接管的公称直径为 57mm，厚度为 10mm，长度为 150mm，因此： m进口=（r2-r2）=7.85(0.02852-0.01852) 0.153.14=1.74kg m出口=（r2-r2）=7.85(0.02852-0.01852) 0.153.14=1.74kg 因为安全阀进口接管公称直径为 40mm，厚度为 10mm，长度为 150mm， m安全阀口=（r2-r2）=7.85(0.022-0.012) 0.153.14=1.1kg 因为人孔接管公称直径为 450mm，厚度为 10mm，长度为 150mm m人孔接管=（r2-r2）=7.85(0.2252-0.2152) 0.153.14=16.268kg 所以 m3= m进口+m出口+m安全阀口+m人孔接管=1.74+1.74+1.1+16.268=20.848kg m= m1+m2+m3=10800+（1467+1467）+20.848=13754.848kg 该容器为卧式压力容器，所以支座类型为 jb/t 4712.1-2007 a 型鞍式支座 a 型鞍式支座型式 a 型鞍式支座型式示意见图 2.6 图 2.6 a 型鞍式支座11 a 型鞍式支座型式特征和参数尺寸 a 型支承式支座型式特征见表 2.27，参数尺寸见表 2.28。 表 2.27 型式特征11 型式支座号垫板适用公称直径 dn，mm 1-4800-2200 钢板焊制 a 5-6 有 2400-3000 钢管制作 b1-8 有 800-4000 增加 100mm 增 加的质量 23 26 28 34 35 鞍座质量 kg 234 298 324 462 492 孔长 l 40 60 螺纹 m20 m24 螺孔 d 24 28 螺栓配置 luo 间距 l2 1520 1640 1800 1940 2100 e 100 120 4 10 12 b4 500 610 610 660 660 垫板 弧长 2800 3030 3260 3490 3720 3 8 8 8 10 10 b3 290 360 360 410 410 b2 208 268 268 316 316 筋板 l3 265 295 320 340 370 腹板 10 1 14 14 14 16 16 b1 240 300 300 360 360 底板 l1 1720 1880 2040 2180 2340 鞍座高度 h 250 允许载荷 kn kb 435 440 445 785 795 公称直径 dn 2400 2600 2800 3000 3200 表 2-28 参数尺寸表 a 型鞍式支座型号选择 由总图可知，缓冲罐（包括筒体、封头、接管、法兰、附件及介质）总重量约 为 13754.848kg、氮气缓冲罐直径为 dn=2800mm。所以，根据由表 2.26 可知应选 6 号支座，代号为 a6。 表 2.29 a3 型支座安装高度（mm）11 容器封头名义厚度支座 号 公称 直径 dn 高度 h468101214161820 32400540-905907909911914916918921 32600540-938941943945947950952954 32800580-10031006100810101013101510171020 33000460728731733735738740742744747 a3 型支座安装高度尺寸见表 2.29。从表 2.29 可知 a3 支座安装高度为 460mm。 2.3.7 吊耳 吊耳型式 此分离器设计为立式容器，根据 hg21574-2008化工设备吊耳及工程技术要求 标准内容，我们选择侧壁板式吊耳 sp 型。sp 型吊耳的型式示意图见图 2.6。 图 2.8 sp 型吊耳12 吊耳类型选择 分离器（包括筒体、封头、接管、法兰、支座、附件等）总重约为 xxx（见总 图） ，设计采用 sp 侧壁吊耳，数量为 2 个，所以单个吊耳承受的重量只为其中一半， 约为 xxx，根据 hg21574-2008 标准内容，我们选择吊耳型号为：sp-3（单个吊耳重 为 3t） 。 2.4 设计小结 通过以上结构设计，现对分离器设计压力、设计温度、筒体、封头、法兰、支 座、吊耳等的标准号、代号、材料等主要参参数见表 2.30。 表 2.30 氮气缓冲罐各主要参数 序号名称标准号代号材料大小 1 设计压力 2.2mpa 2 设计温度常温 3 接头系数 =1.0 4 筒体 gb4237-2007dn2800 =2216mnr 5 封头 jb/t4746-2002eha28002516mnr 6 补强环 jb/t4736-200216mnrn=22mm 7 氮气进 口接管 法兰 hg 20592-97 so50-2.2rf16mnr 8 氮气出 口接管 法兰 hg 20592-97 so50-2.2rf16mnr 9 安全阀 口接管 法兰 hg 20592-97 so40-2.2rf16mnr 10 人孔接 管 法兰 hg 20592-97 so450-2.2rf16mnr 11 接管 与法 兰 排污口 接管 法兰 hg 20592-97 so20-2.2rf16mnr 10 人孔 hg 21517-2005 rf -35cm（w.d- 2222）a 400-1.6 0cr18ni9 11 支座 jb/t4712.1-2007a3 q234a注 12 吊耳 hg/t21574-94sp-3 组件 注：支座弧板材料为 0cr18ni9。 3. 50m3 氮气缓冲罐制造工艺设计 3. 氮气缓冲罐制造工艺设计 3.1 氮气缓冲罐制造工艺流程图 材检号料切割刨纵环缝坡口卷制成形组焊纵缝 校圆打磨外观、无损检测 材检号料切割压制成形刨环缝坡口 材检号料 a b d c 外购 材检号料切割刨纵缝坡口卷制成形组焊纵缝 校圆打磨外观、无损检测 组装 切割 焊接 a b g f d 材检 号料切割 刨坡口组装焊接 材检 号料切割 组装焊接 环缝焊接外观、无损检测钻孔 e f g 组装焊接外观检查 组装 焊接水压试验油漆包装 组装 组装（法兰外购）焊接 材检 号料切割 e c 3. 50m3 氮气缓冲罐制造工艺设计 3.2 筒节的制造工艺 3.2.1 备料 放样、画线 11 放样、画线包括展开、放样、画线、打标记等环节。 不锈钢板卷圆时，其展开长度按下式计算： l=（di+n） （3.1） 其中：di筒节内径；di=2800mm; n 板材厚度；n =22mm 即 l=（di+n）=3.14（2800+22）=8861.08mm 下料 采用等离子切割 3.2.2 焊接坡口加工 坡口加工采用刨边机加工， 按图 3.1 所示加工纵环缝 坡口。 图 3.1 坡口形式 3.2.3 筒节卷制成形11 压力容器筒节采用卷制成形 卷制成形是将钢板放在卷板机上进行筒节，其优点是：成形连续，操作简便， 快速，均匀。 图 3.2 图 3.3 筒节的卷制成形采用三辊卷板机，如图 3.2 所示。三辊卷板机的上辊是从动 的，它可以上下移动，对钢板产生压力。两下辊是主动的，依靠它的转动，可使 3. 50m3 氮气缓冲罐制造工艺设计 钢板在上下辊之间来回移动，产生塑性变形，使整块钢板卷成圆筒形。但由图 3.3 可知，在钢板的两端各有一段无法弯卷的部分，通常称为平直段。平直段的 长度与卷板机结构有关，对于常用的对称三辊卷板机，平直段约为其两下辊中心 距的一半即图 3.3（a）的一半。因此，为了获得完整的圆筒形，在弯卷前，必 须先将钢板的两端预制成所需弯曲半径的弧形，此项工作称为预弯。 3.2.4 组焊纵缝 筒节的制造过程中，至少有一条纵缝是在卷成形后组焊的，由于纵缝组装没 有积累误差，组装质量较易控制，如果弯卷过程控制不好，就会产生偏差，如下 图所示： 筒节的板料预弯质量不佳还会造成纵缝棱角度超差，这时靠组装过程来控制 是无能为力的，只能在筒节纵缝焊后校圆工序中予以修正。如图 3.4。 图 3.4 棱角度 3.3.封头的制造工艺 3.3.1 备料 放样、画线 与 3.2.1 中同理，但封头的展开与筒节相比较复杂。 根据标准 jb/t 4746-2002 可知 eha 椭圆形封头的总深度 h= 740mm；内表面 积 a=8.8503m2；容积 v=3.1198m3。 下料 采用等离子切割。 3.3.2 封头压制成形 压力容器的封头为椭圆形封头，采用压制成形。 封头的整体压制成形是借助于压制模具在水压机上完成的，其工艺过程如下： 封头的压制原理 封头的压制过程是属于拉延过程。在压制过程中，材料产生了复杂的变形， 而且在工件不同的部位有着不同的应力应变状态。 3. 50m3 氮气缓冲罐制造工艺设计 压边范围的确定 压制时如果不用压边圈，二封头毛坯壁厚又较薄，则材料在切向压应力作用 下，会失去稳定，形成皱纹和鼓包，严重时会造成废品。 采用压边圈不仅增加了材料的稳定性，而且在由压边圈产生的摩擦力的作用 下增加了径向应力，从而使材料有较好的变形条件。 当满足下式时，便需要采用压边圈： ）（k15 . 4100 o d s （3.2） 其中：封头毛坯直径,； o dhdd i 2 0 s封头毛坯厚度； k材料拉伸系数，通常可取 0.75-0.8 经计算上述的条件成立，因此需要采用压边圈。 压制过程 压力容器的封头的压制