15m3气体缓冲罐

重庆科技学院本科生毕业设计 摘要 1 重庆科技学院本科生毕业设计 摘要 I 摘摘 要要 本次课题是设计一个 15m3的气体缓冲罐 主要包括结构设计和焊接工艺设计两大 方面 在结构设计方面 首先根据设计条件确定设计文件 设计文件包括设计压力 设 计温度 介质性质 材料的种类及焊接接头系数等 其次对零部件进行设计 零部件 的设计包括筒体设计 封头设计 开孔补强 法兰 人孔 支座和吊耳的计算和选择 在完成以上设计后根据设计数据完成总图和零件图的绘制 在制造工艺方面 首先根据图纸完成制造工艺流程设计 其次根据流程重点对筒 体 封头的制造和无损检测 水压试验等重点工序进行阐述 最后对筒体和封头纵环 缝焊接工艺进行设计 并采用设计的焊接工艺进行试验 对焊接试样进行了力学性能 分析 试验结果满足使用要求 证明焊接工艺是合理的 能够成功实现产品的制造 这次设计的主要意义在于锻炼了自己独立分析问题 解决问题的能力 培养了查阅资料 工作 细致 认真负责 独立思考 自主创新的能力 并通过此课题的研究来进一步增强低理论知识的掌 握以及研究类似问题的能力 为今后的工作打下基础 关键词 气体缓冲罐 结构设计 焊工艺设计 工艺试验 重庆科技学院本科生毕业设计 ABSTRACT II ABSTRACT The project is to design a gas buffer tank 15m3 including structural design and welding technology in two areas In structural design First determine the design documents under design conditions design documents including the design pressure and design temperature medium properties the types of materials and welded joints coefficient followed by the design of the parts The design components include cylinder design head design reinforcement flanges manholes supports and lug the calculation and choice After the completion of the above design data according to the design plans and parts to complete the total mapping In the manufacturing process First complete the manufacturing process based on design drawings then according to the process focuses on the cylinder head of manufacturing and non destructive testing pressure testing and other key processes were described and finally head of the cylinder and the longitudinal girth welding process design and welding process used to test the design on the mechanical properties of welded samples were analyzed The results meet the requirement to prove that welding is reasonable to successful products The main significance of this design exercise its own independent analysis of issues problem solving abilities Develop a data access work is meticulous conscientious and responsible independent thinking the ability of independent innovation This topic through research to further enhance the low theoretical knowledge and research similar problems to master the ability to lay the foundation for future work Key words gas buffer tank structural design welding process design technology test 重庆科技学院本科生毕业设计 目录 目 录 摘要 I ABSTRACT II 1 绪 论 1 2 15M3气体缓冲罐结构设计 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 3 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 8 2 3 零部件的设计 10 2 3 1 筒体设计 10 2 3 2 封头的设计 12 2 3 3 配置接管 13 2 3 4 开孔补强 14 2 3 5 法兰 15 2 3 6 人孔 17 2 3 7 支座 19 2 3 8 吊耳 21 2 4 设计小结 23 3 气体缓冲罐的制造工艺 24 3 1 气体缓冲罐制造工艺流程图 24 3 2 筒节的制造工艺 25 3 2 1 备料 25 3 2 2 焊接坡口加工 25 3 2 3 筒节卷制成形 25 3 2 4 组焊纵缝 26 3 3 封头的制造工艺 26 3 3 1 备料 26 3 3 2 封头压制成形 26 3 3 3 焊接坡口加工 27 重庆科技学院本科生毕业设计 目录 3 3 4 组焊环缝 27 3 4 外观 无损检测 28 3 5 水压试验 28 3 6 表面处理 油漆包装 28 4 焊接工艺部分 29 4 1 16MnR 的焊接性分析 29 4 1 1 16MnR 焊接接头冷裂纹 29 4 1 2 16MnR 焊接接头热裂纹 29 4 1 3 16MnR 焊接接头热影响区脆化 30 4 2 焊接工艺制定 30 4 2 1 焊接方法的选择 30 4 2 2 焊接材料的选择 30 4 2 3 焊接工艺参数的确定 31 4 3 焊接工艺试验 31 4 3 1 试验 31 4 3 2 试验结果分析 31 4 3 3 无损检验 31 总结 33 参考文献 34 致谢 35 重庆科技学院本科生毕业设计 1 绪论 1 1 绪 论 随着经济的发展 工业的进步 压力容器已经广泛应用于炼油 化工等工业部门 及日常生活中 在炼化行业中 越来越多的新型 高效节能的设备得到应用 许多装 置对压力容器的要求非常高 其操作介质多为高温 或低温 高压 易燃 易爆 有 毒 强腐蚀等 具有相当大的危险性口随着世界各国对海洋资源的开发 为了适应海 洋气候 恶劣的环境以及石油加工深度不断增加 操作条件越来越苛刻 对压力容器 的要求一也越来越高 越来越严 世界能源危机的出现和军事装备的竞争 核能的开 发应用对压力容器提出了新的要求 航天事业更是要求压力容器为其提供坚实的基础 在压力容器的使用中 小到不足一立方米的气瓶 大到成一千上万甚至几十万 几百万立方米的大型压力容器 都与人们的生活息息相关 稍有不慎 就有可能给人 民的生命财产带来灾难性后果 如核泄漏 它不仅使人们的生命受到威胁 而且对周 围环境造成毁灭性的污染 并且这些危害还会影响到今后几十年 几百年 这就要求 对压力容器的设计 制造 检验 安装 使用 维修 退役等方面都必须提出严格的 要求 于是作为龙头的压力容器设计就显得尤为重要了 设计的质量将直接影响到压 力容器的质量 因此 对压力容器的设计知识了解是很有必要的 所谓缓冲罐缓就是这样一种装置 主要用于各种系统中缓冲系统的压力波动 使 系统工作更平稳 其原理是通过压缩罐内压缩空气来实现 被广泛应用于供水设备和 中央空调系统等 它的介质可以是液体 也可是气相或固相的物质 名义上 可以将 它分为两类 扰动衰减类和独立运行类 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 2 2 15m3气体缓冲罐结构设计 2 1 设计条件 该分离器用于室内 最高工作压力为 1 8MPa 工作温度为 50 气体介质为 氧气 氩气 氮气 设计使用寿命 10 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 由设计条件可知气体缓冲罐的最大工作压力为 1 8MPa 根据 P0 缓冲罐类型及表 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 1 8 1 10 1 98MPa 最终设计压力取为 Pc 2 0 MPa 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 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 内 压 容 器 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 无安全泄放装置设计压力取 0 1MPa 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 3 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 50 C 的饱 和蒸气压力低于 异丁烷 50 C 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 50 C 的饱 和蒸气压力时 如 液态丙烷 1 77Mpa 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 50 C 的饱 和蒸气压力高于 内烷 50 C 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 可由设计确定设计温度 但不 3 m 得低于 40 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 气体缓冲管的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 0MPa 2 2 2 设计温度 设计温度指容器在正常工作过程中 在相应的设计压力下 设定的受压元件的金 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 4 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 该缓冲罐的工作温度不大于 50 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 T 20 C介质最低工作温度介质工作温度减 0 10 C 20 C T 15 C介质最低工作温度介质工作温度减 5 10 C T 15 C介质最高工作温度介质工作温度加 15 30 C 注 当最高 低 工作温度不明确时 按表中 的规定确定 该分缓冲罐已知条件中工作温度有明确最高工作温度 按表 2 2 应按 I 进行选择 所以设计温度应为介质最高工作温度 50 所以确定设计温度为 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 该气体缓冲罐介质的组成为 氧气 氩气 氮气 物理性质 氧气是一种无色无味的气体 标况下密度是 1 429g L 比空气的密度 1 293g L 略大 不易溶于水 液氧 固态氧淡蓝色 氩气是一种无色 无味的惰性气体 也是窒息性气体 在标准状态下 其密度为 1 784kg m3 其沸点为 185 7 氩气对人体无直接危害 但是 如果工业使用后 产生的废气则对人体危害很大 会造成矽肺 眼部损坏等情况 氮气是一种无色无味气体 在空气中所占的比例约为 78 体积 气体密度 1 251kg m3 0 C 1atm 液态密度 0 809kg 沸点 沸点 77 4K 1atm 以蛋白 质 氨气等氮化合物的形式在自然界中广泛存在 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 毒性 5 介质的组成为氧气 氩气 氮气 其毒性程度见表 2 3 表 2 3 介质的毒性 序号名称符号毒性程度 1 氮气 N2 无毒性 2 氧气 O2 无毒性 3 氩气 Ar 无毒性 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 5 易燃易爆性 5 介质的组成为氧气 氩气 氮气 其易燃易爆性见表 2 4 表 2 4 介质的易燃易爆性 序号名称符号易燃易爆性 1 氮气 N2 无 2 氧气 O2 助燃性 3 氩气 Ar 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 5 表 2 6 表 2 7 表 2 5 碳素钢的常温力学性能 2 表 2 6 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 H B 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 15CrMoRGB6654 966 60450 590295192031d 3a 钢号标准截面尺寸 mm MPa b MPa s 5 Akv J 热轧 441 300 37 99 10 Q235B GB T700 88375 460 225 25 27 2 0 6 16 245 16 36 235 36 60 400 520 225 25 20RGB6654 96 60 100 390 510 205 24 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 6 60 100 27518 表2 7 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 490 196 45 60 0Cr18Ni9 常温力 学性能 1080 1130 水冷539 696221 40251 7166 5 77 5 1100 1150 水冷 539 196 45 50 0Cr18Ni9Ti 常温力 学性能 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 8 表 2 9 表 2 10 表 2 8 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 GB9123 4113113113105948677 4 5 16113113113105948677 Q235B GB3274 16 40 11311310799918375 6 161331321231101019286 16 36 133126116104958679 36 60 133119110101928377 20RGB6654 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 GB9123 4 4 5 16 Q235B GB3274 16 40 6 16836141 16 36 786141 36 60 756141 20RGB6654 60 100 686141 表 2 9 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 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 7 6 16936643 16 36 936673 16MnRGB6654 36 60 936643 6 60115112110888573 15CrMoRGB6654 60 100 104104103885837 表 2 10 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 mm 2 0 100150200250300350400425450 注 137137137130122114111107105103 2 0Cr18Ni9JB4728 200 13711410396908582797876 137137137130122114111108106105 2 0Cr18Ni9TiJB4728 200 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 0Cr18Ni9JB4728 200 75747371676252423227 10410310183584433251813 2 0Cr18Ni9TiJB4728 200 77767574584433251813 钢的腐蚀数据 表 2 11 表 2 12 表 2 13 表 2 11 碳素钢腐蚀数据 4 温度 介质浓度 25 50 N2 湿 0 100 O2 湿 0 100 Ar 湿 0 100 表 2 12 低合金钢腐蚀数据 4 温度 介质浓度 25 50 N2 湿 0 100 O2 湿 0 100 Ar 湿 0 100 表 2 13 奥氏体不锈钢腐蚀数据 4 介质浓度 温度 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 8 25 50 N2 湿 0 100 O2 湿 0 100 Ar 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 10 年 上述三种钢的腐蚀裕量分别为 1 碳素钢 0 5mm C2 1 5mm 2 低合金钢 0 5mm C2 1 5mm 3 不锈钢 C2 0 5mm 从腐蚀裕量来看 这几种材料都能满足使用要求 出于减小容器体重 经济性和 降低制造成本等角度考虑 选用 16MnR 2 2 5 焊接接头系数 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 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 9 由 2 2 3 分析可知该缓冲罐介质为第二组介质 图 2 1 压力容器类别划分图 第二组介质 6 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 根据该气体缓冲罐的容积为 15m3 该缓冲罐的内径 Di 与高度的比较见表 2 14 最终我们选择内径 Di 2200mm 表 2 14 缓冲罐内径的选择 内径 Di mm 200022002400 封头容积 m3 1 12571 54591 9905 筒节高度 m 4 0583 13262 436 注 JB T 4746 2002 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 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 10 容器的设计直径取为 2200mm 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 制造厂考虑 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 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 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 11 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 Pc 0 4 t 2 1 Pc t 2 PcDi 式中 Pc 计算压力 根据 2 2 1 分析 取 Pc 2 0MPa Di 圆筒或球壳的内直径 根据 2 2 分析 取 Di 2200mm 设计温度下圆筒或球壳材料的许用应力 根据表 2 9 得 50 170Mpa t 焊接接头系数 根据 2 2 5 分析 1 0 因此 13 02mm Pc t 2 PcDi 0 20 11702 22000 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 13 02 1 5 14 52mm 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 3 1 中 1 可知 13 02mm C1 厚度负偏差值 由表 2 15 可知 C1取 0 8mm C2 腐蚀裕量 由 2 2 4 可知 C2为 1 5mm 表 2 15 钢板厚度负偏差 C1 值 mm 1 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 13 02 0 8 1 5 15 32mm 表 2 16 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 90 100 105 110 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 12 由表 2 16 可知 圆整为16mm 筒节高度及内径见表 2 14 n 2 3 2 封头的设计 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 2 2200 2x590 2 1 2 2 6 1 2 i hDiK 6 1 c t p5 0 2 DiKpc 12 98mm 25 00 11702 122002 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 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 13 n C1 C2 2 5 其中 名义厚度 n 计算厚度 由 2 3 2 中 可知 12 98mm C1 厚度负偏差值 由表 2 15 可知 C1 为 0 8mm C2 腐蚀裕量 由 2 2 4 可知 C2 为 1 5mm n C1 C2 12 98 0 8 1 5 15 28mm 由表 2 16 可知 圆整为16mm n 表 2 17 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 6 n 121315 12 n 201213 20 n 341213 2000 DN 3000 34 n 601112 加工减薄量由上表 2 17 可知厚度减薄率为 13 即厚度减薄量为 16X0 13 2 08mm 除去加工减薄量后板厚为 13 92mm 小于计算名义厚度 15 28mm n 因此封头的名义厚度取 n 16mm 时不满足使用要求 由表 2 16 可知 封头的名义厚 度取 n 18mm 时 除去加工减薄量后板厚为 15 92mm 大于计算名义厚度 14 11mm 因此封头的名义厚度取 n 18mm 时满足使用要求 n 2 3 3 配置接管 选择接管时应尽量满足 GB150 第 8 3 节的条件 其安全性和经济性都最好 避免 增加补强圈 壳体开孔满足下述全部要求时 可不另行补强 设计压力小于或等于 2 5Mpa 相邻两开孔中心间距 对曲面间距以弧长计算 应不小于两孔直径之和的两倍 接管公称外径小于或等于 89mm 接管最小壁厚满足下表要求 表 2 18 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时 接管与壳体的连接宜采用全焊透的结构型式 MPa b 540 2 接管的腐蚀裕量为 1mm 因此进气口和出气口接管选择 65 5 0 的无缝钢管 排污口选择 32 3 5 材 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 14 质为 20 钢 安全阀接口用接管选 45 4 0 材质为 20 钢 2 3 4 开孔补强 1 筒体或封头开孔要求 1 当其内径 Di 1500 mm 时 开孔最大直径 d Di 且 d 520mm 2 1 当其内径 Di 1500 mm 时 开孔最大直径 d Di 且 d 1000mm 3 1 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 19 的规定 表 2 19 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 05 d Ri 1 2 1 81 d 5 4 d Ri 1 2 1 2 2 41 d 0 40 75d D cos 注 表中 arcsin d 2Ri 经过计算可知只有人孔的d Ri 1 2大于 0 2 因此只有人孔需要补强 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 开孔尺寸及补强圈尺寸见表 2 20 表 2 20 开孔尺寸及补强圈的大小 名称 人孔接管规格 450 16 D1 mm 450 D2 mm 480 D3 mm 760 2 3 5 法兰 法兰类型 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 15 常用的管法类型有板式平焊法兰 带颈平焊法兰 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 法兰类型板式平焊法兰 PL 颈式平焊法兰 SO 标准号 HG 20593HG 20594 适用钢管外径系列A 和 BA 和 B PN Mpa 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 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 16 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 法兰密封面型式及代号见表 2 23 法兰密封面型式及其使用范围见 2 24 表 2 23 密封面型式及其代号 密封面形 式 突面凹面凸面榫面槽面全平面 环连接 面 代号 RFFMMTGFFRG 表 2 17 法兰密封面型式及其使用范围 公称压力 PN Mpa法兰类 型 密封面型 式 0 250 61 01 62 54 06 310 016 0 突面 RF DN10 DN2000 DN10 DN600 板式平 焊法兰 PL 全平面 FF DN10 DN2000 DN10 DN600 突面 RF DN10 DN300 DN10 DN600 凹面 FM 凸面 M DN10 DN600 榫面 T 槽面 G DN10 DN600 带劲平 焊法兰 SO 全平面 FF DN10 DN300 DN10 DN600 带颈对 焊法兰 突面 RF DN10 DN2000DN10 DN600 DN10 DN400 DN10 DN350 DN10 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 17 DN30 0 凹面 FM 凸面 M DN10 DN600 DN10 DN400 DN10 DN350 DN10 DN30 0 榫面 T 槽面 G DN10 DN600 DN10 DN400 DN10 DN350 DN10 DN30 0 全平面 FF DN10 DN2000 WN 环连接面 RG DN15 DN400 DN15 DN30 0 钢制管法兰用材料的公称压力和工作温度 查 常用压力容器手册 根据本次设计摘抄得下表 表 2 18 管法兰用材的公称压力和温度 类别钢号 标准号 公称压力 PN Mpa工作温度 C Q235Q235A GB3274 1 00 350 20 GB711 4 00 350 20R GB6654 16 0 20 47520 20 JB755 16 0 20 475 16MnR GB6654 16 0 20 475 16MnDR GB3531 16 0 40 100 16Mn JB755 16 0 20 475 16MnR 16MnD JB755 16 0 40 100 选择压力容器的法兰的材料为 16MnR 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 相应的进气口 出气口 排污口法兰如表 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 进气口接管 HG T 20592 2009 法兰 PL65 2 5RF 116MnR 2 出气口接管 HG T 20592 2009 法兰 PL40 2 5RF 116MnR 3 排污口接管 HG T 20592 2009 法兰 PL25 2 5RF 116MnR 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 18 2 3 6 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 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 IIIIII 1 筒节 1Q235 B20R16MnR 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 20II 锻件 16MnII 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 116Mn16Mn16Mn 7 把手 1Q235 A F 8 轴销 1Q235 A F 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 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 19 图 2 5 回转盖带颈平焊法兰人孔的型式 10 所以选择的人孔代号为 人孔 RFIII b 8 8 NM XB350 A 450 1 6 HG T 21517 2005 其所表示的意思为 公称压力 PN1 6 公称直径 DN450 工作温度小于等于 300 C H1 240 A 型盖轴耳 RF 型密封面 III 类材料 其中采用六角头螺栓 非金 属平垫 不带内包边的 XB350 石棉橡胶板 的回转盖带颈平焊法兰人孔 2 3 7 支座 该容器为立式压力容器 所以支座类型为 JB T 4712 4 2007 A 型支承式支座 A 型支承式支座型式 A 型支承式支座型式示意见图 2 6 图 2 6 1 4 号 A 型支承式支座 11 A 型支承式支座型式特征和参数尺寸 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 20 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 表 2 28 A 型支座系列参数尺寸 11 底板筋板 支座 号 支座本体 允许载荷 Q kN 使用容器公 称直径 DN 高度 h l1b1 1S1l2b2 2 800 900120 1000 350130908451501108 1100 1200 1300 240 1400 420170120106018014010 1500 1600 1700 360 1800 460210160148024018012 1900 2000 2100 4100 2200 500230180169027020014 垫板地脚螺丝 支座质量 kg 支座 号 支座本体 允许载荷 Q kN 使用容器公 称直径 DN b3 3ed 规格 S2 800280 900315120 1000 19084024M20 350 8 2 1100370 1200420 1300475 240 1400 240105024M20 525 15 8 1500550 1600600 1700625 360 1800 300126030M24 675 28 9 41001900320146030M2470040 3 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 21 2000750 2100775 2200825 A 型支座型号选择 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 4100kg 见总图 缓冲罐直径为Dn 2200mm 所以 根据由表2 28可知应选4号支座 代号 为A4 A4 支座安装高度 支座安装高度示意图见图 2 7 A4 型支座安装高度尺寸见表 2 29 从表 2 29 可知 A4 支座安装高度为 500mm 表 2 29 A4 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 h 468101214161820 41900500686688691693695698700702705 42000500694696699701704706708711713 42100500720722725729729732734736738 42200500728731733735738740742744747 图 2 7 A 型支座安装高度 11 2 3 8 吊耳 吊耳型式 此缓冲罐设计为立式容器 根据 HG21574 2008 化工设备吊耳及工程技术要求 标准的内容 吊耳的类型主要有以下几种 顶部板式吊耳 TP 型 TPP 型 卧式容器 板式吊耳 HP 型 侧壁板式吊耳 SP 型 轴式吊耳 AXA 型 AXB 型 AXC 型 和尾 重庆科技学院本科生毕业设计 2 15m3气体缓冲罐结构设计 22 图 2 8 SP 型吊耳 12 图 2 8 吊耳结构示意图 部吊耳 AP 型 八种 综合比较各吊耳的适用范围 以及设计的缓冲罐的主要尺寸参 数 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 8 吊耳类型选择 气体缓冲罐 包括筒体 封头 接管 法兰 支