低合金钢压力容器课程设计

1、 课程设计学校：山西大同大学煤炭工程学院姓名： 专业： 材料成型及控制工程 班级： 11材料一班 学号： 110803021129 题目： 5立方卧式油罐 时间：2014年12月15日 至1月2日指导老师： 魏雷 目录设计说明书1.1 适用范围.41.3 5 m3卧式油罐加工基本参数和尺寸.41.2 设计、制造遵循的主要规范.41.4 安全.41.5 设计遵循 参照的主要规范.41.6 设计范围.41.6.1 防雷电与防静电措施.41.6.2 防火措施.51.6.3 油罐接管.61.6.4 油罐接管.61.7 油罐分类61.7.1 金属油罐61.7.2 非金属油罐71.7.3 地下油罐71.7

2、.4 非地下油罐71.7.5 地上油罐7计算说明书2.1 设计的基本参数.82.2 罐体壁厚计算.82.2.1 筒体壁厚计算.82.2.2 封头壁厚计算.92.3 鞍座的选择计算.92.3.1 罐体重Q192.3.2 封头重Q292.3.3 水重Q392.3.4 附件重Q4.102.4 鞍座作用下的应力计算.102.4.1 筒体轴向弯矩.102.4.2 筒体轴向应力计算.112.4.3 筒体周向应力计算.122.4.4 周向压缩应力计算.122.4.5 周向总应力的计算和校核.13设计心得14焊接工艺卡115焊接工艺卡217参考文献19 设计说明书1.1 适用范围本文适用于储存工业或民用设施中

3、常用的燃料油的5 m3卧式油罐。 压力：常压温度：-19 200介质：燃料油1.2 设计、制造遵循的主要规范(1) 钢制压力容器 GB 150 (2) 钢制焊接常压容器 JB/T 4735 (3) 钢制压力容器焊接规程 JB/T 4709 (4) 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸 GB985-88(5) 压力容器无损检测 JB 4730 1.3 5 m3卧式油罐加工基本参数和尺寸： 1200（直径） 4500（长度） 6（壁厚）（单位：mm）； 封头壁厚：6 mm； 壳体材料：20R； 设备金属总质量：1175 kg；1.4 安全油罐应有避雷、防静电措施，具体措施如下：1.

4、5 设计遵循 参照的主要规范(1)爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 （GB50058）(2)石油与石油设施雷电安全规范 （GB15599）(3)汽车加油加气站设计与施工规范 （GB50156）(4)锅楼房设计规范 （GB50041）(5)防止静电事故通用规则 （GB12158）(6)石油化工企业设计防火规则 （GB50160）(7)石油库设计规范 （GBJ 74）1.6 设计范围(1)防雷电与防静电措施 (2)防火措施1.6.1 防雷电与防静电措施(1)可燃气体、 液化烃、 可燃液体的钢罐，必须设防雷接地，并应符合下列规定：装有阻火器的甲B 乙类可燃液体地上固定顶罐，当顶板厚度等于或大于4m

5、m时，可不设避雷针，线；丙类液体储罐，可不设避雷针、线，但必须设防感应雷接地；压力储罐不设避雷针、线，但应作接地；(2)本图集罐体均采用厚度4mm的金属材料，不设避雷措施，但当罐体置于建筑物、构筑物内时必须作可靠接地，其接地点不应少与两处，其间弧形距离不应大于30m；当金属油罐在室外设置时必须作环形防雷接地，其接地点不应少与两处，其间弧形距离不应大于30m；接地体距罐壁距离应大于3m(3)将油罐系统流程有关的设备、设施的防雷接地、防静电接地和电气设备接地共用同一接地装置，接地电阻4欧 。接地连接线均采用多股铜芯线，截面不应小于16mm2。(4)可燃液体储罐的温度、液位等测量装置，应采用铠装电缆

6、或钢管配线，电缆外皮或配线钢管与罐体应作电气连接。(5)操作井立柱角钢与垫板、垫板与储油罐外壁、立柱角钢与操作井盖板均应作电器通路。盖板与加油车或输入装置作防静电连接。(6)根据不同的防护区（爆炸危险区）确定相应的防护措施：电源线路的敷设与连接，防静电连接、防雷接地的连接（共用接地连接） (7)油罐底座应与油罐作可靠电气连接，在油罐底座预留接地端子。当接地端子间沿油罐外围距离大与30m时，需增加接地端子。接地端子的设置位置由设计人员确定。(8)由接地端子至接地体采用BV-1X25mm2导线穿PVC40管。接地体应用直径不小于16mm的镀锌圆钢或截面不小于404 mm2的镀锌扁钢制成。1.6.2

7、 防火措施(1)可燃液体火灾宜采用低倍数泡沫灭火系统。扑救可燃气体、可燃液体和电器设备及烷烃金属化合物等的火灾，宜选用钠粉。当干粉与氟蛋白泡沫灭火系统联用时，应选用硅化钠盐干粉。(2)油罐区的火灾应采用干粉车。(3)油罐储量100 m3或设有隔热层的可不设固定消防水冷却水系统，单移动式消防冷却水系统应能满足消防冷却总容量的要求。(4)建筑物、构筑物内的可燃气体泄露危险场所应采用可燃气体探测器报警系统。(5)消防措施，根据工程实际情况由选用单位与环卫措施等统一考虑。1.6.3 油罐接管(1)本图所示工艺接管的规格、数量及位置，可根据工程实际情况由选用单位行调整。(2)与油罐相连通的进油管，通气管

8、横管及回油管均应坡向油罐，其坡度不应小于2。(3)通气管管口应高出地面4m及以上。沿建筑物的墙柱向上敷设的通气管管口，应高出建筑物的顶面1.5m及以上。通气管的公称直径不应小于50mm且应安装阻火器。1.6.4 油罐接管船舶运输，一般油罐的总容积应根据油的运输方式和供应周期等因素确定。对于火车和不小于 2030 天的设备最大消耗量；对于汽车运输一般不小于 510 天的设备最大消耗量；对于油管道输送一般不小于 35 天的设备最大消耗量；对于以办公为主的建筑，燃油设备的日运行时间取 1012 小时；以普通住宅为主的建筑，日运行时间为取 1216 小时；以高档住宅和宾馆为主的建筑，日运行时间取 16

9、24 小时。 1.7 油罐分类1.7.1 金属油罐金属油罐是采用钢板材料焊成的容器。普通金属油罐采用的板材是一种代号叫A3F的平炉沸腾钢；寒冷地区采用的是A3平炉镇静钢；对于超过10000m3的大容积油罐采用的是高强度的低合金钢。常见的金属油罐形状，一般是立式圆柱形、卧式圆柱形、球形等几种。立式圆柱形油罐根据顶的结构又可分为桁架顶罐、无力矩顶罐、梁柱式顶罐、拱顶式罐、套顶罐和浮顶罐等，其中最常用的是拱顶罐和浮顶罐。拱顶罐结构比较简单，常用来储存原料油、成品油和芳烃产品。浮顶罐又分内浮顶罐和外浮顶罐两种，罐内有钢浮顶浮在油面上，随着油面升降。浮顶不仅降低了油品的消耗，而且减少了发生火灾的危险性和

10、对大气的污染。尤其是内浮顶罐，蒸发损耗较小，可以减少空气对油品的氧化，保证储存油品的质量，对消防比较有利。前内浮顶罐在国内外被广泛用于储存易挥发的轻质油品，是一种被推广应用的储油罐。卧式圆柱形油罐应用也极为广泛。由于它具有承受较高的正压和负压的能力，有利于减少油品的蒸发损耗，也减少了发生火灾的危险性。它可在机械，一成批制造，然后运往工地安装，便于搬运和拆迁，机动性较好。缺点是容量一般较小，用的数量多，占地面积大。它适用于小型分配油库、农村油库、城市加油站、部队野战油库或企业附属油库。在大型油库中也用来作为附属油罐使用，如放空罐和计量罐等。球形油罐具有耐压、节约材料等特点，多用于石油液化气系统，

11、也用做压力较高的溶剂储罐。1.7.2 非金属油罐非金属油罐的种类很多，有土油罐、砖油罐、石砌油罐、钢筋混凝土油罐、玻璃钢油罐、耐油橡胶油罐等等。石砌油罐和砖砌油罐应用较多，常用于储存原油和重油。该类油罐最大的优点是节约钢材、耐腐蚀性好、使用年限长。非金属材料导热系数小，当储存原油或轻质油品时，因罐内温度变化较小，可减少蒸发损耗，降低火灾危险性。又由于非金属罐一般都具有较大的刚度，能承受较大的外压，适宜建造地下式或半地下式油罐，有利于隐蔽和保温。但是一旦发生基础下陷，易使油罐破裂，难以修复。它的另一大缺点是渗漏，虽然使用前经过防渗处理，但防渗技术还未完全解决。1.7.3 地下油罐地下油罐指的是罐

12、内最高油面液位低于相邻区域的最低标高02m，且罐顶上覆土厚度不小于05m的油罐。这类油罐损耗低，着火的危险性小。1.7.4 半地下油罐半地下油罐指的是油罐埋没深度超过罐高的一半，油罐内最高油面液位比相邻区域最低标高不高出2m的油罐。1.7.5 地上油罐地上油罐指的是油罐基础高于或等于相邻区域最低标高的油罐，或油罐埋没深度小于本身高度一半的油罐。地上油罐是炼油企业常见的一类油罐，它易于建造，便于管理和维修，但蒸发损耗大，着火危险性较大。设计计算说明书2.1 设计的基本参数 设计压力 P0.1MPa 设计温度 T2000C 介 质 燃料油 焊缝系数 0.85腐蚀裕量 C21.5mm筒体内径 Di1

13、=1200mm筒体长度 L=4500mm封头内径 Di2=1200mm主体材料 20R其设计温度下许用应力 水压试验压力 PT=0.125MPa钢板厚度负偏差 C1=0.6mm2.2 壳体壁厚计算2.2.1 筒体壁厚计算由设计书中的公式(2-1)计算筒体壁厚壁厚附加量 CC1C20.61.52.1mm由于最小壁厚规定并且所以C2.42.14.5mm圆整后，实选壁厚=6mm2.2.2 封头壁厚计算由设计书中的公式(2-2)计算封头壁厚由于最小壁厚规定并且壁厚附加量C=C1C20.61.52.1mmC2.42.14.5mm圆整后实选壁厚6mm2.3 鞍座的选择计算储罐的总重QQ1+Q2+Q3+Q4

14、式中：Q1罐体重 Q2封头重Q3汽油重 Q4附件重2.3.1 罐体重Q1筒体DN1200，=6mm，主体材料为20R时，2.3.2 封头重Q2封头EHA12006，主体材料为20R时，其重量q2=76.4kg所以Q12q2=153kg2.3.3 水重Q3Q3=其中充料系数，取0.9V储罐体积 V = 5.6m3水在200C时的比重为1000kg/m3于是kg2.3.4 附件重Q4人孔（A.0）500约重55.4kg，其余附件总重按56.1计，于是Q455.4+56.1=112kg所以设备总重QQ1+Q2+Q3+Q4803+153+5040+1126108kg每个支座需承受约3054kg重，负荷

15、相当大，所以选公称直径为1200mm的A1200-F型鞍座。2.4 鞍座作用下筒体应力计算2.4.1 筒体轴向弯矩计算双支座支撑的的卧式容器壳视为双支点的外伸梁，在容器轴向存在两个最大弯矩，一个在鞍座处，一个在容器两支座间跨距中点处。F = mg = 30549.8 =29929.2N跨距中点处的弯矩按下式计算：M1支座处的弯矩按下式计算：式中Ri-筒体内半径，mA支座中心线至封头切线的距离，m，选取A0.405 = L + 225 = 4550mmH = 5231-400-4500-25-6 = 300mmC2系数，C3系数，所以，= = =19.99Nm2.4.2 筒体轴向应力计算在跨距中

16、点处横截面上，由压力及弯矩所引起的轴向应力之和见下图：图3-2 筒体轴向应力分析图 1、在横截面的最高点处： = = 3.16 MPa 2、在横截面的最低点处： = = 12.23 MPa以上两式中：P设计压力MPa容器壁厚，mm（不计附加壁厚）= = 3.9 在支座处的轴向应力：此应力取决于支承面上筒体的局部刚性。当在载荷作用下筒体不能保持圆形时，其横截面上部的一部分对承受轴向弯矩不起作用。当筒体有加强圈时，在筒体最高点处的轴向应力用下式计算： = = 10.19 MPa3、在筒体横截面的最低点处的轴向应力用下式计算： = = 6.298 MPaK1 ，K2为参数，查化工设备机械基础表76得

17、K10.107，K20.1922.4.3 筒体周向应力计算2.4.5.1 周向弯矩计算 = = 606mm因鞍座截面处无加强圈，且A0.5Rn，所以按化工容器中公式5-55：M=K6FRn计算。式中：K6系数，由承压容器中图8-8查得：当= 0.67时，=0.02其它参数同上。则M=K6FRn2.4.4 周向压缩应力计算因鞍座截面处无加强圈，且A0.5Rn，所以按化工容器中公式5-57：Tmax计算。式中：K5系数，由化工容器中查得：鞍座包角时K50.760则Tmax = N而在鞍座轴边角处的周向压缩应力T值为：T= 2.4.5 周向总应力的计算和校核该设计圆筒的鞍座界面上无加强圈，但在鞍座两

18、侧的圆筒上有加强圈。而且鞍座上不设置衬垫板，则圆筒横截面最低处周向压缩应力按下式计算：其中k-计及圆筒和鞍座是否相焊的系数，本设计中不相焊，k=1.0K5系数，K50.760b-圆筒的有效长度，= 245.84mm所以MPa鞍座边角处的周向总应力：因为则MPa根据化工容器规定，用圆筒材料在设计温度下的许用应力进行校核；用圆筒材料在设计温度下许用应力的1.25倍进行校核。因为 MPa所以满足强度要求。 设计心得 课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生能力的具体训练和考察过程。在现在的各项领域中焊接装置的应用试非常常见的，可以说是无处不

19、在，因此我觉得掌握好焊接这门技术是很有必要的，这次对储罐的课程设计可以说是对以前学习的知识的一次检验和理论与实践的结合，更是一次工作的前奏。对于本次课程设计，指导老师老师花费了大量的心思，付出了很多努力，让我们对以前学习的知识进行总结和毕业设计的预设计，虽然这次课程设计量比较大，但是老师的安排是非常有意义的，对我们来说也是一项必须完成的工作。在设计开始时，老师进行了的详细讲解，我才有了自己的设计思路，在此非常感谢老师的辛勤付出，对我的指导和帮助。同时也感谢在设计过程中我们一起讨论的同学。这次课程设计基本接近尾声，在指导老师的帮助和组员的共同努力下，这次课程设按期完成了，再次对给予我们帮助的老师

20、和同学表示忠心的感谢，由于我的水平有限，设计难免会出现错误之处，希望老师给予批评指正。焊接工艺卡1坡 口型 式V型焊接部位罐体纵向和环焊缝焊接相焊件号 工艺评定编号01焊 接 方 法氩电联焊焊 接 位 置水平固定焊工资格代号SMAW-6G-10/114-F3JGTAW-6G-3/60-02预 热 温 度层 间 温 度后 热热处理类 别工 艺母材类组别号I 钢号0Cr18Ni9 规格=8（6）mm 与类组别号I 钢号0Cr18Ni9规格=8（6）mm相焊清根方 法检 查焊材焊条：牌号 A137 规格3.2 烘干350-4000C1小时焊丝：牌号H0Cr20Ni10规格2.5焊剂：/ 烘干/小时钢

21、 印 标 记焊 接 记 录焊接规范层次焊接方法焊材电源种类及 极 性焊接电流（A）电 压（V）焊接速度（cm/min）备 注牌号规格1氩弧焊H0Cr20Ni102.5直流正接90-1209-1310-142手弧焊A1373.2直流反接120-14521-238-14说明1、焊接遵照本工艺要求执行。焊缝探伤按产品焊接工艺说明书要求执行。2、焊缝及热影响区表面不得有裂纹、气孔、弧坑和肉眼可见夹渣等缺陷。3、焊缝咬边深度不得大于0.5mm，连续咬肉长度100mm，两边咬边总长不得大于该焊缝总长10%（或不得有咬边）。焊缝熔渣及飞溅物必须清理干净。4、用打磨方法（或焊补打磨）消除焊缝缺陷时，修磨后的厚

22、度不得小于母材厚度减钢厚度负偏差。备注焊接层次根据现场焊工实际操作情况拟定。审核： 年 月 日编制：张乾 2014年1月 2日焊接工艺卡2坡 口型 式单边V型焊接部位底板+腹板，肋板+腹板，翼板+牛腹腿板相焊件号 工艺评定编号95-16焊 接 方 法手 弧 焊焊 接 位 置全 位 置焊工资格代号D2-26预 热 温 度/ 0C层 间 温 度/ 0C 小时后 热/ 0C热处理类 别/工 艺/母材类组别号1钢号0Cr18Ni9规格=8mm 与类组别号2 钢号20钢 规格=5mm 相焊清根方 法打 磨检 查焊材焊条:牌号J507规格4 烘干350400 0C 2小时焊丝:牌号 / 规格 /焊剂:牌号 / 烘干 / 0C / 小时钢 印 标 记/焊 接 记 录焊接规范层次焊接方法焊材电源种类及 极 性焊接电流（A）电 压（V）焊接速度（cm/min）备 注牌号规格手弧焊