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
1.1 储罐基本设计要求2
1.2 储罐材料2
1.３储罐用钢板4
1.4 配用锻件5
1.5 配用螺栓、螺母5第2章储罐罐底设计7
2.1 储罐罐底板尺寸7
2.2 罐底结构8第3章罐壁结构设计12
3.1 罐壁的排板与连接12
3.2 罐壁厚度13
3.3 罐壁加强圈14第4章罐顶结构设计15第2部分储罐的焊接工艺分析16第5章压力容器的焊接接头16
5.1 压力容器焊接接头的分类16
5.2 圆筒形容器焊接接头的设计17第6章压力容器的焊接方法19
6.1 熔化极氩弧焊19
CO气体保护焊20
6.2
2
6.3埋弧焊21第7章压力容器的焊接工艺23第3部分储罐的组装与检验24第8章储罐的安装施工顺序24
8.1储罐底板的焊接顺序24
8.2储罐壁板的焊接顺序25
8.3储罐固定顶的焊接顺序25第9章储罐焊缝的检验与修补26
9.1焊缝检测26
9.2焊缝修补27设计体会28参考文献29
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。

目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。

常用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
1.1 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。

1.2 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 5842-2006一般规定钢瓶主体（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》的规定，主体材R R不得大于0.80。

主体材料的化学成分应符合料的屈强比()
e L m
下列范围：
碳C ………不大于0.18% 硅Si ………不大于0.10%
锰Mn ………0.70~1.50% 硫S ………不大于0.020%
磷P ………不大于0.025% 硫S+磷P……不大于0.040%
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，锅炉压力容器的常用材料。

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
1.4 配用锻件
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
1.5 配用螺栓、螺母
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
2.1 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
不包括腐蚀裕量的罐底边缘钢板规格厚度应不小于表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
罐底边缘板沿罐半径方向的尺寸应不小于700mm，对于软弱地基，边缘板的径向尺寸应适当加大。

2.2 罐底结构
罐内径小于12.5m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12.5m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
3.1 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<D≤10 ∠63×6
10<D≤20 ∠75×8
20<D≤60 ∠90×9
D>60 ∠100×12
包边角钢自身的对接焊缝必须全焊透、全熔合，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3.2 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=0.0049+C1+C2 （3.2-1）
t2=4.9+C1 （3.2-2）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0.9
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≤16 5 4 16<D≤35 6 5 35<D≤60 8。