压力容器设计说明书

培黎机械工程学院

焊接工程实践说明书

专业：焊接技术与工程

一、实践意义

1.实际参与设计全过程，学以致用，使学问与实践相结合。

2.通过亲身参与，培育自主察觉问题，自主解决问题的能力。

3.通过本次实习使我们体验到由一个学生转变到一个职业人的过程。

4.完成学校布置的任务，修满学分。

5.培育团队合作能力，加强自身人际交往与管理能力。

二、产品设计说明书

2.1产品名称

压力容器是一种能够承受压力的密闭容器。压力容器的用途极为广泛，它

在工业、民用、军工等许多部门以及科学研究的许多领域都具有重要的地位和

作用。其中以在化学工业与石油化学工业中用最多，仅在石油化学工业中应用

的压力容器就占全部压力容器总数的50%左右，压力容器在化工与石油化工

领域，主要用于传热、传质、反应等工艺过程，以及贮存、运输有压力的气体

或液化气体;在其他工业与民用领域亦有广泛的应用，如空气压缩机。各类专

用压缩机及制冷压缩机的辅机(冷却潜、缓冲器、油水分离潜、贮气罐、蒸发

器、液体冷却剂贮罐等)均属压力容器。

2.2产品预期用途

1、压力容器的用途十分广泛。它在石油化学工业、能源工业、科研和军

工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、

法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有

安全装置、表计及完全不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及

介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染

环境的事故。世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机肉，

按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。

2、压力容器的分类方法很多，从使用、制造和监检的角度分类，有以下

几种。

(1)按承受压力的等级分为：低压容器、中玉容器、高压容器和超高压容

落。

(2)按盛装介质分为：非易燃、无毒；易燃或有毒；剧毒。

(3)按工艺过程中的作用不同分为：

①反应容器：用于完成介质的物理、化学反应的容器。

②换热容器：用于完成介质的热量交换的容器。

③分离容器：用于完成介质的质量交换、气体净化、固、液、气分离的容

器。

④贮运容器：用于盛装液体或气体物料、贮运介质或对压力起平衡缓冲作

用的容器。

2.3产品结构组成

图2压力容器装配侧视图

2.3.1筒体的加工

筒体由钢板卷制焊接而成，主要分为如下加工过程；原材料的准备、划

线号料、下料、卷制、焊接、焊缝检验、开孔。

⑴原材料的准备

钢材在划线前首先要对钢材进行预处理。钢材的预处理是指对钢板、管子

曲以获圆柱面

图4卷板机卷制筒体过程

5.焊接

焊缝较长，可采用自动埋弧焊的方式进行筒体焊接。

该焊接方式焊接质量稳定，焊接生产率高，无弧光，烟尘少，十分适合

压力容器筒体的焊接。

焊前需要清洁被焊接处附近两座米左右的氧化层和水渍油污等，并在焊

缝始端和末端设置引弧板。由于板材较厚，为了防止和减小焊接应力问题，

焊前进行预热处理，焊接完成后缓慢冷却。

6.焊接检验

通过超声波探伤或x射线探伤对焊件的焊缝及热影响区进行探伤检测，

检查是否出现焊接缺陷。如果有，则进行补焊，再次检验，直至焊件合格。

2.3.2封头的加工

1.封头形状及用途

封头是压力容器上的端盖，是压力容器的一个主要承压部件，形状有球

形、椭圆形、碟形、球冠型、锥壳和平盖等，封头是石油化工、原子能到食

品制药诸多行业压力容器设备中不可缺少的重要部件，关系到压力容器的长

期安全可靠运行。封头的材质多为碳钢、不锈钢、合金钢等。

图6封头图示

2.封头加工方法

(1)冲压。适应大批量生产，压制厚壁小直经封头，要多套封头模。

(2)旋压。有些超大超薄封头，特别是化工行业，多为大型少批量，特别

适应旋压。椭圆形封头非常适用于旋压，而碟形封头少用，球形封头比较难

压。

3.封头加工设备及工具

(1)加热设备。煤气炉，大型工厂大多采用煤气炉。现加热采用室式或反

射式加热炉，立尽可能采用燃油或燃气加热，冈为其特点是燃烧干净、效率

高，温度易控制、不宜过烧、不易脱碳。加热炉应配置测温装置和温度记录

仪。

(2)封头成型液压机有单动、双动两种；还分水压机、油压机两种。单动

即只有冲压缸，无压边缸，只有中小工厂在用。大型工厂都用双动，即有一

个压边缸、一个冲压缸。水压机的传动介质为水，便宜，动作迅速，不平

稳，对密封要求没有油压机高，效率低于油压机，导向要求不严。油压机的

传动介质为油，换一次油要比水贵，传动平稳，对密封要求高，对导向要求

高，对油的要求高，滤油不行或很快换向、关闭油路都会使系统中某些动作

产生冲击，使压机动作不平稳，因此要勤滤油，按时换油，换油时彻底清洗

油路、油箱。

(3)使用工装。各种封头成形上、下模及支脚等(必须按相关技术条件验

收，不应有气孔、缩松、夹渣等，几何尺寸精度、曲线经检验合格方可使

用)。

(4)常用工具。紧固扳手、大锤、撬棍、钢尺、卷尺、光电测温仪、内外

卡尺、搬运工具等。

4.封头的压制

压制时，封头毛坯摆放尽量与模具同心，毛坯与下模中心偏移应小于5

mm0有孔封头压制时，应注意将毛坏的椭圆开孔与模具的长短轴方向摆放一

致，压制过程中先将人孔冲头对正毛坯开孔位置顶出，顶到略高于下模平面

处（约20mm）,然后上模再向下压，人孔冲头乜同时落下，将封头压制成

型。在压制时冲压力需缓慢地由小加大，不得突然加大或减小。

热冲压封头冷却到600度以下时方可拖离模具进行吊运，且不得放于风

口，在未冷却到室温之前不得两件以上叠放。连续冲压时，冲模温度升高到

250℃左右，不应再维续冲压，待采取冷却措施使冲模温度下降后方可继续工

作。有孔封头应尽量采用一次成型，因条件限制不能一次成型时，则冲压人

孔时应注意与封头的同心度，并注意保持人孔翻边处壁厚的均匀一致。

图7封头的冲压过程

（1-工件；2-上冲模；3-下冲模（拉环）；4-脱件装置）

2.3.3法兰的加工

法兰(Flange),乂叫法兰凸缘盘或突缘。法兰是轴与轴之间相互连接的

零件，用于管端之间的连接；也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之

间的连接，如减速机法兰。法兰连接或法兰接头，是指由法兰、垫片及螺栓三

者相互连接作为一组组合密封结构的可拆连接。

法兰的加工主要有五种工艺：铸造法兰加工工艺、锻造法兰加工工艺、模

锻加工工艺、割制法兰加工工艺、卷制法兰加工工艺。

锻造法兰加工工艺：

(1)选材：确定材料类型，买原材料

(2)下料：将原材料切割成一定尺寸，便于加工

(3)加热：将材料在一定温度条件下加热

(4)锻造：将加热后的材料进行锻造成形，锻造成型的法兰进行水冷至常

温

(5)热处理：防止白点与氢脆，消除内应力，降低硬度，改善锻件的切削性能

(6)车床精加工：在车床上对法兰进行精加工切削

具体如图所示：

2

0—口虚蕾■=

1、材料2、断料Q力n执A注=

■

III

图8法兰加工工艺流程图

图9法兰示意图

2.4焊接材料选择

2.5加工设计过程

2.5.1初始设计数据

标准GB150-2011筒体内径2944mm

介质液化石油气设计压力2.1MPa

工作温度255℃材质Q245R

腐蚀裕量1.0mm钢板偏差值±0.3mm

焊接接头系数1.0筒体长度L=6000mm

表1初始数据记录表

并且按照本次设计要求，我们本次课程设计选用卧式圆筒形容器容器。选

择圆简形依据：方形和矩形容器大多只在很小设计体积时采用，因其承压能力

较小且使用材料较多:而球形容密虽承压能力较强且节省材料，但制造较难和

安装内件不方便，一般不使用。

选材依据：由于压力容器为高压容器，介质为液化石油气，则根据钢板使

用条件，选用Q245R。

2.5.2选型计算校核

1.压力容器基本参数

简体长度:L=6000mm公称直径:Dj=2944mm

根据公式％=哈

(1)

nDN2.3.14x2.944,八.ccr?

则圆柱形简体的体积为：%=------xL=-------x6.0=13.87m3

44

根据公式So=TCDL-----------------------------------------------------------------(2)

简体的总内表面积:SQ=TCDL=3.14x2.944X6.0=55.46m2

封头壁厚为14mm,则取直边高度为927mm。经查表可得容积。

2.筒体壁厚的计算与校核

根据壁厚公式：6=Pc%

2(3)

2[S]<p-Pc

公称直径Di=3000mm,Pc=2.1MPa,焊接接头系数1.0

PcD]2.1X2.944

计算厚度6==26.73m?n

2网2°-Pc-2(署yxl-2.1

取腐蚀裕量。2=1mm

查表:取钢的负偏差Ci=0.3mm

根据公式必=瑞;+C2+C】-------------------(4)

PcDi

a=2［旬2—P++Ci=28.03mm

圆整后，圆筒的名义厚度为4n=28mm

强度校核:根据公式丝蜉-------(5)

e

PcPi+&_2.1X2944+28

=110.9<116.67

28e2x28

结论:壁厚强度满足要求

3.封头壁厚的计算与校核

在本此设计中采用标准椭圆封头(2:1)即：K(形状系数)=1.0。

封头的计算壁厚，根据公式：6=(6)

2{(y](p-0.SPr

PiDi

8==12.20

2[a](p-O.5Pc

设计壁厚为：6+1=13.20mm

查表:取钢板的负偏差G=0.3mm,

则封头的名义壁厚为=13.2+0.3=13.5mm圆整后为14nm1。

上式中(p=l

其他符号同前。

(肛

强度校核:根据公式Pc+0.56e)

P(kDi+0.56e)2.1x(2944+0.5x28)

c=110.925Mpa<245

2x28

结论:故符合工艺条件的要求。

2.5.4钢管和法兰的选取

1.进料管与法兰

查表取外径76mm,壁厚为3mm的热轧无缝钢管(YB231-70)。同时配套用具

有凸面密封的板式平焊钢制管法兰，法兰型号为PN25、DN65o

2.出料管与法兰

在化工生产中，有时需要将液体介质运送到与容器平行的或较高的设备中

去，并且获得纯净无杂质的物料。

查表取外径76mm,壁厚为3mm的热轧无缝钢管(YB231-70)。同时配套用

具有凸面密封的板式平焊钢制管法兰，法兰型号为PN25、DN65o

3.仪表管与法兰选取

通常设置仪表管道用于安装仪表仪器。

查表取外径38mm,壁厚为2.5mm的热轧无缝钢管(YB231-70)。同时配套

用具有凸面密封的板式平焊钢制管法兰，法兰型号为PN25、DN32O

2.5.5支座

支座用来支撑容器的重量，固定容器的位置并使容器在操作中保持稳定。

卧式圆简形容器的支座分为鞍座、圈座和支腿三类。立式容器常采用支腿式。

图10支座图示

2.5.6人孔及法兰的选取

压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构

件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。般的人孔有两个手柄。人孔分

为:板式平焊法兰人孔、带颈平焊法兰人孔、带颈对焊法兰人孔。根据储罐在

常温下及高温工作压力为2.IMpa的条件下工作，人孔的标准公称压力为

2.IMpa等级选取，考虑到人孔较大较重，故选用水平呆吊盖带颈对焊法兰人

孔。公称直径为530rnm,选取PN25、DN500型法兰，突面法兰密封面。

影响安全系数因素

影响安全系数的因素很多，主要有：

①材料性能和质量的影响。材料性能越稳定，质量越好，安全系数就可以

取得较低；

②设计计算的精确性。设计对象在生产中的重要地位和危险性,应力分析

越准确，安全系数可相应较低，而设计对象在生产中越重要，危险性越大，安

全系数就应较