焊接结构课程设计压力容器模板

焊接结构课程设计

压力容器

前言１第1部分储罐设计分析2第1章储罐总体分析2储罐基本设计要求2储罐材料2

1.３储罐用钢板3

配用锻件5配用螺栓、螺母5第2章储罐罐底设计6储罐罐底板尺寸6罐底结构7第3章罐壁结构设计10罐壁的排板与连接10罐壁厚度11罐壁加强圈12第4章罐顶结构设计13第2部分储罐的焊接工艺分析14第5章压力容器的焊接接头14压力容器焊接接头的分类14圆筒形容器焊接接头的设计15第6章压力容器的焊接方法17熔化极氩弧焊17 CO气体保护焊17 2

埋弧焊19第7章压力容器的焊接工艺21第3部分储罐的组装与检验22第8章储罐的安装施工顺序22储罐底板的焊接顺序22储罐壁板的焊接顺序22储罐固定顶的焊接顺序23第9章储罐焊缝的检验与修补24焊缝检测24焊缝修补25设计体会26参考文献27

前言

大型油气储罐是油气产品储存运输最方便、廉价的方式之一。储罐的形式可跟据盖顶的样式不同分为浮顶式储罐( 包括气柜) 和固定顶式储罐( 包括内浮顶式储罐) , 而固定顶式储罐又包括锥顶式储罐和拱顶式储罐两种。当前原油的储罐使用中浮顶式储罐在不断减少, 液化气储运主要是球罐和立式筒形低压储罐。

常见的几种灌顶形式为双子午线网客机构拱顶、辐射网壳结构拱顶、短程线网壳结构拱顶和梁柱支撑结构拱顶, 见图1。

本次课程设计主要讨论立式固定顶筒形钢制焊接储罐的施工工艺。其中包括储罐的材料选择、加工工艺路线选择、相关组件形式选择、机械加工装配、施焊成型、焊后检测调试等相关生产内容。

第1部分储罐设计分析

第1章储罐总体分析

储罐基本设计要求

由石油化工立式筒形钢制焊接储罐设计规范SH 3046-1992, 储罐的设计条件不得少于以下内容: （一）地震设防烈度、风载、雪载等气候条件及地质条件;

（二）储罐的操作温度及操作压力( 正负压) ;

（三）介质的种类及密度;

（四）腐蚀裕量;

（五）储罐的容积;

（六）灌顶形式;

（七）开口接管尺寸、形式、数量及法兰规格;

（八）附件的安装位置。

对于固定顶式储罐, 设计压力范围一般为-490Pa~6000Pa, 设计温度不超过250°C, 而最低设计温度应大于-2°C。

储罐材料

储罐用钢的选择必须考虑到储罐的使用条件, 材料的焊接性能、加工制造工艺以及经济的合理性.

由液化石油气钢瓶国标GB 5842- 一般规定钢瓶主体( 指筒体、封头等受压元件) 材料, 必须采用平

炉、电炉或氧气转炉冶炼的镇静钢, 具有良好的冲压和焊接性能。材料必须有相关制造许可证书和质量合格证书( 原件) 。主体材料力学性能应符合国标

GB 6654《压力容器用碳素钢和低合金钢厚钢板》的规

R R不得大于。主体材料定, 主体材料的屈强比()

e L m

的化学成分应符合下列范围:

碳C ………不大于% 硅Si ………不大于%

锰Mn ……… ~% 硫S ………不大于%

磷P ………不大于% 硫S+磷P……不大于%

根据上述要求并考虑储罐压力不是很大和制造成本的问题, 选择16MnR钢代替焊接钢瓶专用钢板。它是一种普通低合金钢,是锅炉压力容器专用钢, 锅炉压力容器的常见材料。它的强度较高、塑性韧性良好。常见交货状态为热轧或正火。属低合金高强度钢, 含Mn量较低。性能与20G( 412-540) 近似, 抗拉强度为( 450-655) 稍强, 伸长率为19-21%, 比20G的大于24%差。它的主要化学成分如表1-1。

表1-1 16MnR低合金结构钢的主要化学成分

1.３储罐用钢板

储罐用钢板的适用范围应符合表1-2.

表 1-2 钢板的适用范围

16MnR钢的屈服强度见表1-3。

表 1-3 钢板的许用应力

储罐用锻件应符合JB 755《压力容器用锻件技术条件》的要求。见表1-4。

表 1-4 锻件的许用应力

螺栓、螺母的用钢标准及许用温度标准, 见表1-5。

表 1-5 螺栓螺母材料的许用温度

第2章储罐罐底设计

储罐罐底板尺寸

储罐罐底板尺寸不包括腐蚀裕量的罐底中幅板的钢板规格厚度应不小于一定尺寸, 见表2-1。

表 2-1 螺栓螺母材料的许用温度

于表2-2的规定, 其材质应与底圈罐壁相同。

表 2-2 螺栓螺母材料的许用温度

对于软弱地基, 边缘板的径向尺寸应适当加大。

罐底结构

罐内径小于时, 罐底宜采用条形排板, 如图4-1。

图 2-1 条形排板罐底

罐内径大于或等于时, 罐底宜采用弓形边缘板, 如图4-2。

图2-3 弓形边缘板罐底罐底边缘板伸出罐壁外表面的宽度应不小于50mm。

罐底板的焊接接头可采用搭接、对接或者搭接与对接组合, 如图4-3。

图 2-4(a) 罐底板的搭接接头

图 2-4(b) 罐底板的对接接头

边缘板与罐壁相焊接的部分应做成平滑支撑面, 如图4-5。

图2-5(a)

搭接罐底边缘板

图2-5(b) 对接罐底边缘板

三层底板重叠处, 应将上层底板切角, 如图4-6.

图2-6 对接罐底边缘板罐底板任意两个相邻焊接接头之间的距离以及边缘板焊接接头距底圈罐壁焊缝的距离均不应小于300mm。底圈罐壁板与边缘板之间的链接应采用两侧连续角焊, 焊脚高度等于二者中较薄件的厚度, 且不应大于13mm。如图2-7

图2-7 焊脚

第3章罐壁结构设计

罐壁的排板与连接

上层壁板的厚度不得大于下层壁板的厚度, 相邻两层壁板的纵向接头应相互错开, 最小间距应大于下层壁板厚度的5倍, 且不得小于100mm。罐壁纵向接头、环向接头均应采用全熔透的对接形式, 顶部包边角钢与最上一圈罐壁板之间可采用搭接接头连接。

对于固定顶罐及内浮顶罐的罐壁上端, 应设的包边角钢的选用最小尺寸见表3-1。

表3-1 包边角钢最小尺寸

储罐内径( m) 包边角钢最小尺寸( mm)

D≤5∠50×5

5

10

20

D>60∠100×12

, 接头对接、搭接均可。对于浮顶罐, 角钢的水平肢必须向外, 而固定顶罐不做严格要求。如图3-1

图3-1 包边角

钢

罐壁厚度

罐壁设计厚度按下列公式计算, 且取其中较大值。

t1=+C1+C2 (

t2=+C1 (

式中 t1 ——储存介质时的设计厚度( mm)

t2 ——储存水时的设计厚度( mm)

ρ——储液密度( kg/m3)

H ——罐高( m)

D ——储罐内径( m)

[σ]t——设计温度下罐壁钢板许用应力( MPa)

[σ]——常温下罐壁钢板许用应力( MPa)

φ——焊缝系数, 一般取

罐壁的设计厚度应向上圆整至钢板的规格厚度, 且不小于

表3-2中的规定。

表3-2 罐壁最小壁厚

储罐内经( m)

钢板最小规格厚度( mm) 碳素钢不锈钢

D≤1654 16

35

60

D>7512

罐壁筒体的临界压力计算:

P cr=16000()

H E=ΣH ei

H ei=h i()

式中 P cr——罐壁筒体的临界压力( Pa)

H E——罐壁筒体的当量高度( m)

t min——顶层罐壁板的规格厚度( mm)

H ei——第i圈罐壁板的当量高度( m)

h i——第i圈罐壁板的实际高度( m)

t i——第i圈罐壁板的规格厚度( mm) 加强圈取数目:

n=INT(P0/P cr) ( 设置加强圈后每段罐壁高度:

L e=H E/( n+1) ( 加强圈的最小截面, 见表3-3.

表3-3加强圈的最小截面尺寸储罐内径( m) 最小截面尺寸( mm) D≤20∠100×63×8

20

36

D>48∠200×125×12

常见固定顶按其支柱可分为自支承拱顶、自支撑锥顶和柱支撑锥顶, 顶板的规格厚度( 不包括腐蚀裕量) 和支撑构件的规格厚度不应小于, 罐顶和罐壁连接处的有效面积应满足下式要求:

A>tanθ

式中 A—罐顶与罐壁连接处的有效面积( mm2)

P—罐顶的设计压力( Pa)

θ—罐顶起始角。

若选取的包边角钢不符合上式的要求应加大包边角钢的截面尺寸, 或在距离角钢16倍罐壁厚度范围内的罐壁上增加环形加强构件, 环形加强构件自身的拼接焊缝应全熔透。如图4-1。

图4-1 罐顶与包边角钢连接处的有效面积

罐顶板与包边角钢之间的连接应采用薄弱连接, 外侧采用连续焊, 焊脚高度不应大于顶板厚度的3/4, 且不得大于4mm, 内侧不得施焊。顶板本身的拼接可采用对接, 若搭接厚度不可超过5倍板厚, 且不得小于25mm, 罐顶板外表面的搭接焊缝应采用连续焊。

第2部分储罐的焊接工艺分析

第5章压力容器的焊接接头

压力容器焊接接头的分类

图5-1 压力容器焊接接头的分类A类接头: 圆柱形壳体筒节的纵向对接接头, 球形容器和凸形封头瓜片之间的对接接头, 球形容器的环向对接接头, 与筒体封头之间的对接接头, 大直径焊接三通支管与母管相接的对接接头。

B类接头: 圆柱形、锥形筒节之间的环向对接接头, 接管与筒节间及其与法兰相接的环向对接接头,