【正文】 1. 臥式儲罐結(jié)構(gòu)簡介 液氮低溫 儲 罐是廣泛應用于空分系統(tǒng)中的產(chǎn)品 儲 罐，由于其特殊的工作環(huán)境，工作溫度為 196℃ ，致使其結(jié)構(gòu)及材料的應用必須滿足超低溫的要求，工業(yè)生產(chǎn)中具有特定的工藝功能并承受一定壓力的設備，稱壓力容器。設計溫度為 20℃ 以下的壓力容器被稱為低溫壓力容器，對于低溫壓力容器首先要選用 合適的材料，材料在使用溫度下應具有良好的韌性。 致使 低于 196℃ 時可選用奧氏體不銹鋼。罐體分內(nèi)罐，外罐兩層，因此內(nèi)罐材質(zhì) 選用不銹鋼 為 0Cr18Ni9，外罐材質(zhì) 選用碳鋼 為 Q235B。內(nèi)外罐中間填充絕熱材料，即內(nèi)筒壁與外筒壁之間用珠光砂填充絕熱。本儲罐結(jié)構(gòu) 示意圖 見圖 。 圖 臥式儲罐結(jié)構(gòu) 示意圖 沈陽理工大學課程設計論文 2 表 設 計數(shù)據(jù) 序號 項目 數(shù)值 1 數(shù)值 2 單位 1 名稱 20m3液氮臥式儲罐 2 筒體材料 內(nèi)膽： 16MnDR 外膽： Q235B 3 設計壓力 MPa 4 設計溫度 內(nèi)膽： 196 外膽：室溫 C 5 公稱直徑 2200 mm 6 公稱容積 20 m3 7 充裝系數(shù) 8 工作介質(zhì) 液氮 9 其他要求 100%無損檢測 依據(jù)表 設計參數(shù)得出臥式儲罐結(jié)構(gòu)尺寸見表 。 表 臥式儲罐結(jié)構(gòu) 尺寸 (單位： mm) 項目 直徑 高 筒體長 筒體壁厚 封頭壁厚 材質(zhì) 內(nèi)筒 2200 15270 5000 8 8 0Cr18Ni9 外筒 2300 16941 7136 10 10 Q235B 封頭即是容器的端蓋。根據(jù)形狀的不同，分為球形封頭、橢圓形封頭、蝶形封頭和平板封頭等結(jié)構(gòu)形式。本儲罐選擇橢圓形封頭，其內(nèi)膽封頭與外膽封頭尺寸見表 。 表 EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積 封頭類別 公稱直徑DN /mm 曲面高 hi/mm 直邊高度h/mm 總深度 H /mm 內(nèi)表面積A/2 容積 V封/3m 內(nèi)封頭 2200 550 40 590 外封頭 2300 575 40 615 儲罐還有人孔、支座以及各種接管組成。接管主要設有排污管、安全閥、壓力表、溫度計、進料口和出料口等。 根據(jù) HG/T215172021 回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔，查表 33，選用凹凸面型，其明細尺寸見表 。 沈陽理工大學課程設計論文 3 表 人孔尺寸表 單位： mm 序號 名稱 數(shù)值 序號 名稱 數(shù)值 1 公稱壓力 PN= 11 D1 620 2 公稱直徑 DN=500 12 D 670 3 螺栓尺寸 M24100 13 H1 250 4 螺母數(shù)量 20 14 H2 103 5 螺栓數(shù)量 20 15 A 365 6 總質(zhì)量 147Kg 16 d 24 7 b1 23 17 b 28 8 b2 28 18 L 250 9 B 175 19 dws 5308 10 d0 24 20 沈陽理工大學課程設計論文 4 查 《容器支座》，選取輕型，焊制為 BⅠ ,包角為 120176。，有墊板的鞍座。設計鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下表 。 表 鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸 單位 mm 序號 名稱 數(shù)值 1 數(shù)值 2 數(shù)值 3 1 墊板弧長 2680 2 公稱直徑 DN=2300 3 允許載荷 Q=410Kg 4 鞍座高 度 h=250 5 底板 l1=1660 b1=240 δ1=14 6 筋板 b2=240 7 筋板 l3=255 b3=290 δ3=14 8 墊板 e=100 b4=500 δ4=10 9 10 11 12 螺栓間距 螺孔 /孔長 鞍座質(zhì)量 腹板 l2=1460 D/l=24/40 215Kg δ2=14 接管的材料為 0Cr18Ni9，長度根據(jù)實際情況選擇，查得接口 管口參數(shù)見表 。 表 接口管口表 符號 公稱尺寸（ mm） 連接尺寸（ mm） 用途或名稱 a 500 Φ5308 人孔 b 20 Φ25 壓力表口 c 20 Φ25 溫度計口 d 40 Φ454 排空口 e 65 Φ766 安全閥口 f 65 Φ766 液料進口 g 65 Φ766 排污口 h 65 Φ766 液料出口 沈陽理工大學課程設計論文 5 查 HG/T 205922021《鋼制管法蘭》中表 PN10 帶頸對焊焊鋼制管法蘭，選取各管口公 稱直徑，查得各法蘭的尺寸見表 。 表 法蘭表 管口名稱 公稱直徑 DN（ mm） 鋼管外徑 A1（ mm） 法蘭外徑D（ mm） 螺孔中心圓直徑 K（ mm） 螺孔直徑 L（ mm） 螺孔數(shù)量 n（個） 螺紋Th 出料口 65 76B 185 145 18 8 M16 進料口 65 76B 185 145 18 8 M16 排污口 65 76B 185 145 18 8 M16 安全閥口 65 76B 185 145 18 8 M16 排空口 40 45B 150 110 18 4 M16 壓力表口 20 25B 105 75 14 4 M12 溫度計口 20 25B 105 75 14 4 M12 密封墊片選擇非金屬軟墊片系列中的石棉橡膠板。 沈陽理工大學課程設計論文 6 2. 臥式儲罐工藝審查 材料焊接性分析 本次課程設計的母材為 0Cr18Ni9 和 Q235B，根據(jù)國家標準 《鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法》 （ GB/T221200）查得 0Cr18Ni9 屬于奧氏體不銹鋼。 0Cr18Ni9 不銹鋼作為不銹鋼耐熱鋼使用最廣泛，用于食品用設備，一般化工設備，原子能用工業(yè)設備。通俗的講0Cr18Ni9 不銹鋼就是 304 不銹鋼板。而 Q235B 碳素鋼， 含碳量適中，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能得到較好的配合，用途廣泛。常用于制作鋼筋或廠房房架、高壓輸電鐵塔、橋梁、車輛、鍋爐、容器、船舶等，也大量用作對性能要求不高的機械零件。 內(nèi)膽材料焊接性的分析 1. 0Cr18Ni9 材質(zhì)性能分析 根據(jù)《焊接手冊》第二版《材料的焊接》查得母材化學成分見表 。 表 0Cr18Ni9 的化學成分 化學成分 C Si Mn S P Cr Ni 含量（ %） ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ~ ~ 根據(jù)成分可知 0Cr18Ni9 奧氏體鋼 具有良好的耐蝕性、耐熱性；低溫強度和機械性能；沖壓彎曲等熱加工性好；無熱處理硬化現(xiàn)象，無磁性；單相奧氏體組織，無熱處理硬化現(xiàn)象。 0Cr18Ni9 鋼 的 力學性能見表 。 表 0Cr18Ni9 鋼 的 力學性能 抗拉強度 σb (MPa) 條件屈服強度 (MPa) 斷面收縮率 ψ(％ ) 伸長率δ(％ ) 硬度 ≥520 ≥205 ≥60 ≥40 ≤187HBS?！?0HRC?！?00HV 沈陽理工大學課程設計論文 7 根據(jù)化學成分進一步分析 0Cr18Ni9 是 奧氏體不銹鋼，故 具有較高的變形能力并不可淬硬， 沒有冷裂紋缺陷， 所以總的來說焊接性良好 。當 采用國際焊接學會碳當量估測公式計算 時 ： )()( CC eq ?? + 6n)(M? + 5 )(o)()( VMCr ??? ?? + 15 )(i)( CuN ?? ? =+++ = 但是，為 由于碳當量比較大 ， 其焊接性也存在一些 問題，如接頭各種形式的腐蝕、焊接熱裂紋、 鐵 素體含量的控制及 σ 相脆化等 。 3. 奧氏體不銹鋼的焊接特點 (1）焊接接頭的晶間腐蝕 奧氏體不銹鋼焊接件容易在焊接接頭處發(fā)生晶間腐蝕，根據(jù)貧鉻理論 , 其原因是焊接時焊縫和熱影響區(qū)在加熱到 450～ 850℃ 溫度范圍停留一定時間的接頭部位，在晶界處析出高鉻碳化物（ Cr23C6），引起晶粒表層含鉻量降低，形成貧鉻區(qū) ，在腐蝕介質(zhì)的作用下，晶粒表層的貧鉻區(qū)受到腐蝕而形成晶間腐蝕。這時被腐蝕的焊接接頭表面無明顯變化，受力時則會沿晶界斷裂，幾乎完全失去強度。為防止和減少焊接接頭處的晶間腐蝕，采取的防止措施有： 1)采用低碳或超低碳的焊材 ,如 A002 等，或采用含鈦、鈮等穩(wěn)定化元素的焊條 ,如 A13 A132 等； 2)由焊絲或焊條向焊縫熔入一定量的鐵素體形成元素 ,使焊縫金屬成為奧氏體 +鐵素體的雙相組織 (鐵素體一般控制 412%)； 3)減少焊接熔池過熱 ,選用較小的焊接電流和較快的焊接速度 ,加快冷卻速度； 4)對耐晶間腐蝕性能要 求很高的焊件進行焊后穩(wěn)定化退火處理。 (2）焊接熱裂紋 熱裂紋產(chǎn)生的主要原因是焊縫中的樹枝晶方向性強，有利于 S、 P 等元素的低熔點共晶產(chǎn)物的形成和聚集。另外，此類鋼的導熱系數(shù)小（約為低碳鋼的 1/3），線脹系數(shù)大（比低碳鋼大 50%），所以焊接應力也大，加劇了熱裂紋的產(chǎn)生。防止措施 : 1)選用含碳量低的焊接材料，采用含適量 Mo、 Si 等鐵素體形成元素的焊接材料，使焊縫形成奧氏體加鐵素體的雙相組織，減少偏析； 沈陽理工大學課程設計論文 8 2)盡量選用堿性藥皮的優(yōu)質(zhì)焊條 ,以限制焊縫金屬中 S、 P、 C 等的含量。 (3）應力腐蝕開裂 應力腐蝕開 裂是焊接接頭在特定腐蝕環(huán)境下受拉伸應力作用時所產(chǎn)生的延遲開裂現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼焊接接頭的應力腐蝕開裂是焊接接頭比較嚴重的失效形式 ,表現(xiàn)為無塑性變形的脆性破壞。應力腐蝕開裂采取的防止措施 : 1) 采取合適的焊