压力容器设计说明书(储罐液氨)液态二氧化碳储罐设计-副本卢警浩

1、焊接结构课程设计任务书学院机械与汽车工程学院专业机械制造与自动化学生姓名 卢警浩学号2011062058设计题目液态氩气储罐设计设计要求及技术参数： 参数： 直径 1.6 m 材质 16MnDR 条件：工作压力 1.6MPa 设计压力 1.6MPa 技术要求：1.写出该结构的几种设计方案 2.强度计算及尺寸选择 3.绘制结构设计图 4.撰写主要工艺过程 5.撰写设计说明书进度安排：1熟悉零件：讲授课程，熟悉零件 2天2查阅相关资料，提出可行方案 3天3上机画图 6天4书写说明书 5天5图纸及工艺的检测 3天6答辩 2天指导教师（签字）： 年 月 日学院院长（签字）：年 月 日目录第一章 设计选

2、材及结构11.设计压力22.筒体的选材及结构23.封头的结构及选材2第二章 设计计算21. 筒体壁厚及长度计算22封头壁厚计算33.压力试验4第三章人孔补强设计方法判别4第四章接管、法兰、垫片和螺栓的选择6第五章鞍座选型和结构设计9第六章容器焊缝标准11第七章筒体和封头的校核111. 筒体轴向应力校核13（1）由弯矩引起的轴向应力13（2）设计压力引起的轴向应力13（3）轴向应力组合与校核132. 筒体和封头切向应力校核13第八章焊缝接头的布置14第九章外层绝热材料157 总结16参考文献17第一章 设计选材及结构1.设计压力设计压力：1.6 MPa的压力合适。属于中压容器5。设计温度：20为

3、-4040条件下工作,属于低温容器。2.筒体的选材及结构 Q345R3.封头的结构及选材筒体的公称直径有标准选择，而它的长度L可以根据容积要求来决定。设计L/D=4 V12公式计算出Di1.589mm圆整后Di1600mm采用EHA椭圆形封头表2.1 椭圆封头标准公称直径DN/mm总熔深H/mm容积V/质量Kg16004250.5864 323.4封头取与筒体相同材料。第二章 设计计算1. 筒体壁厚及长度计算（1）计算压力Pc:液柱静压力：pa 故液柱静压力可以忽略，即PcP2.16×Pa查 压力容器材料使用手册-碳钢及合金钢得16MnDR的密度为7.85t/m3，熔点为1430，许

4、用应力列于下表：圆筒的计算压力为2.16 Mpa,容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数为1.00,全部无损探伤。取许用应力为163 Mpa。壁厚：mm钢板厚度负偏差,取双面腐蚀取腐蚀裕量。设计厚度为：名义厚度为：圆整后取名义厚度14mm。 （2）筒体长度计算充装系数取0.9即：计算得：L6.008m 取L6m2封头壁厚计算 标准椭圆形封头，型号代号为EHA，则： 封头计算公式 ： 可见封头厚度近似等于筒体厚度，则取同样厚度。由得：直边高度hH-25mm3.压力试验水压试验，液体的温度不得低于5；试验方法：试验时容器顶部应设排气口，充

5、液时应将容器内的空气排尽，试验过程中，应保持容器外表面的干燥。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于30min。然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间以便对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验。水压试验时的压力 水压试验的应力校核：水压试验时的应力Mpa 水压试验时的许用应力为 故筒体满足水压试验时的强度要求。第三章人孔补强设计方法判别表4.1 人孔标准尺寸表密封面型式PN/MpaDNdw×sdDD1H1H2总质量kg突面2.5500530×125007306602701232981. 内压容器开孔后所需的补强面积

6、式中 开孔直径：；人孔材料采用16MnDR. 许用应力为163MPa所以 =1壳体开孔的计算厚度为 =10.67mm A=505.6×10.67+0=5394.752.有效补强范围（1）有效补强B 根据GB150公式 （2）外侧有效高度 根据GB150公式（3）内侧有效高度 根据GB150-1998公式3.有效补强面积 (1).筒体多余面积 (2).接管多余面积(3).焊缝金属面积焊脚取12(4).补强面积因为所以开孔需另行补强，面积为计算补强圈厚度： 第四章接管、法兰、垫片和螺栓的选择1. 接管和法兰 液二氧化碳储罐应设置排污口，气相平衡口，气相口，出液口，进液口，人孔，液位计口，

7、温度计口，压力表口，安全阀口，排空口。接管和法兰布置如图3所示，法兰简图如图所示：查HG/T 20592-2009钢制管法兰中表8.2 3-1 PN10带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。查HG/T 20592-2009钢制管法兰中附录D中表D-3,得各法兰的质量。查HG/T 20592-2009钢制管法兰中表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。表4：接管和法兰尺寸序号名称公称直径DN钢管外径法兰焊端外径法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n（个）螺栓Th法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰质量NSRa排污口8089B200160188M16201

8、053.2106504b气相平衡口8089B200160188M16201053.2106504c气相口8089B200160188M16201053.2106504d出液口8089B200160188M16201053.2106504e进液口8089B200160188M16201053.2106504f人孔500530B6706202620M24285627.116129039.5g1-2液位计口3238B140100184M1218402.364402h温度计口2025B10575144M1218402.364401m压力表口2025B10575144M1218402.364401n安全

9、阀口100108B220180188M16201313.6128524.5s排空口5057B165125184M1618742.985452.52. 垫片查HG/T 20609-2009钢制管法兰用金属包覆垫片，得：表5 垫片尺寸表符号管口名称公称直径内径D1外径D2a排污口80109.5142b气相平衡口80109.5142c气相口80109.5142d出液口80109.5142e进液口80109.5142f人孔g1-2液位计口3261.582h温度计口2045.561m压力表口2045.561n安全阀口80109.5142s排空口5077.5107注：1：包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/

10、T 3880，代号为L3。 2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。3：垫片厚度均为3mm。3. 螺栓螺柱的选择查HG/T 20613-2009 钢制管法兰用紧固件中表5.0.7-9和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸：表6 螺栓及垫片紧固件用平垫圈 mm公称直径螺纹螺柱长ha80M169017303b80M169017303c80M169017303d80M169017303e80M169017303f500M2412525444g1-232M168517303h20M127513242.5m20M127513242.5n80M169017303s50M168517303第五章鞍座选型

11、和结构设计1. 鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-B。估算鞍座的负荷： 储罐总质量筒体质量：单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.2 EHA椭圆形封头质量，可知，充液质量：，故附件质量：人孔质量为300kg，其他接管质量总和估为100kg，即综上所述， G=mg=178.721kN,每个鞍座承受的重量为89.361kN由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为BI,包角为120，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007表6得鞍座结构尺寸如下表3：表3：鞍式支座结构尺寸公称直径DN1600腹板8垫板390允许载荷Q/kN27

12、5筋板2558鞍座高度h250170e70底板1120240螺栓间距9602008螺孔/孔长D/l24/4012垫板弧长1870鞍座质量Kg1162. 鞍座位置的确定因为当外伸长度A=0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB 4731钢制卧式容器规定A0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。由标准椭圆封头故

13、 所以取:A 400鞍座的安装位置如图3所示：3. 鞍座强度校核鞍座腹板的水平分力：查得鞍座包角120°对应系数 支座反力：鞍座腹板有效界面内的水平方向平拉应力：计算高度，取鞍座实际高度和两者中的较小值，mm鞍座腹板厚度，mm鞍座腹板有效宽度，取垫板宽度与圆筒体的有效宽度两者中的较小值，mm鞍座垫板有效厚度，10mm则 应力校核：鞍座材料Q235-A·F的许用应力，则第六章容器焊缝标准容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝、融合线和热影响区的总称，焊缝是焊接接头的主要部分。焊接接头的形式和坡口形式的设计直接影响到焊接的质量与容器的安全。a) 回转壳体与封头的焊接接

14、头采用对接接头b) 接管与筒体的焊接接头坡口为c) 人孔处接管、补强圈的焊接采用角焊，坡口为第七章筒体和封头的校核1筒体轴向应力校核（1）由弯矩引起的轴向应力筒体中间处截面的弯矩： (6.1)式中 F鞍座反力，N； 椭圆封头长轴外半径，mm； L两封头切线之间的距离，mm； A鞍座与筒体一端的距离，mm； hi封头短轴内半径，mm。支座处截面上的弯矩： (6.2)所以 由化工机械工程手册（上卷，P1199）得K1=K2=1.0。因为M1M2，且ARm/2=762mm，故最大轴向应力出现在跨中面，校核跨中面应力。筒体中间截面上最高点处 (6.3)所以 最低点处： (6.4)鞍座截面处最高点处：

15、(6.5)最低点处： (6.6)（2）设计压力引起的轴向应力由 (6.7)所以 （3）轴向应力组合与校核最大轴向拉应力出现在筒体中间截面最低处所以 许用轴向拉压应力t=163MPa，而2t合格。最大轴向压应力出现在充满水时，在筒体中间截面最高处 轴向许用应力：根据A值查外压容器设计的材料温度线图得B=150MPa，取许用压缩应力ac=150MPa，1ac，合格。2. 筒体和封头切向应力校核筒体切向应力计算：由化工机械工程手册（上卷，P11-100）查得K3=0.880，K4=0.401。所以 (6.8)封头切向应力计算： (6.9)因 所以合格。第八章焊缝接头的布置容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝、融合线和热影响区的总称，焊缝是焊接接头的主要部分。焊接接头的形式和坡口形式的设计直接影响到焊接的质量与容器的安全。1.对接接头：2.搭接接头3.角接接头：第九章外层绝