【正文】 壓縮空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)方案第一章 緒論 所謂容器是指用于儲(chǔ)存氣體、液化氣體、液體和固體原料、中間產(chǎn)品或成品的設(shè)備。壓力容器是容器的一種，是指最高工作壓力P≥，容積V≥25L，工作介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于或等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)液體的容器。它廣泛地用于化工、煉油、機(jī)械、動(dòng)力、輕工、紡織、冶金、核能及運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門，是生產(chǎn)過程中必不可少的設(shè)備[1]。隨著石油化工、電站鍋爐和原子能工業(yè)的迅猛發(fā)展，壓力容器制造技術(shù)也有了很大的發(fā)展，它主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：一是壓力容器向大型化過渡，容器直徑和壁厚成倍增長(zhǎng)；二是低合金高強(qiáng)度鋼的廣泛應(yīng)用，大部分壓力容器均采用了各種級(jí)別的低合金高強(qiáng)度鋼；三是焊接新工藝、新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得焊接質(zhì)量進(jìn)一步提高，從而提高了這些大型產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。其中以壓力容器產(chǎn)品大型化、高參數(shù)化的趨勢(shì)尤為明顯。1000噸級(jí)的儲(chǔ)氣罐、2000噸級(jí)的煤液化反應(yīng)器、10000立方米的天然氣球罐（日本最大的天然氣球罐為30000立方米）等已經(jīng)在我國(guó)大量應(yīng)用。壓力容器在石油化工、核工業(yè)、煤化工等領(lǐng)域中的應(yīng)用場(chǎng)合也日益苛刻。因此，耐高溫、高壓和耐腐蝕的壓力容器用材料的研制與開發(fā)一直是壓力容器行業(yè)所面臨的重大課題。對(duì)此，各國(guó)均投入了大量的人力物力從事相關(guān)的研究工作。目前，壓力容器用材料的主要研究成果和技術(shù)進(jìn)步表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①材料的高純凈度：冶金工業(yè)整體技術(shù)水平和裝備水平的提高，極大地提高了材料的純凈度，提高了壓力容器用材料的力學(xué)性能指標(biāo)，提高了壓力容器的整體安全性；②材料的介質(zhì)適應(yīng)性：針對(duì)各種腐蝕性介質(zhì)和操作情況，已研究開發(fā)出超級(jí)不銹鋼、雙相鋼、特種合金等金屬材料，使之適合各種應(yīng)用條件，給容器設(shè)計(jì)者以更多選擇的空間，為長(zhǎng)期安全生產(chǎn)提供了保證；③材料的應(yīng)用界限：針對(duì)高溫蠕變、回火脆化、低溫脆斷所進(jìn)行的研究，準(zhǔn)確地給出材料的適用范圍；④更高強(qiáng)度材料的應(yīng)用：在設(shè)備大型化的要求下，傳統(tǒng)的材料已經(jīng)無法解決，諸如30000立方米天然氣球罐、200000立方米原油儲(chǔ)罐以及超高壓容器的選材問題。目前≥ 800MPa 高強(qiáng)材料的應(yīng)用正在引起國(guó)內(nèi)研究人員的廣泛關(guān)注[2]。 近年來，壓力容器制造業(yè)在裝備投資中，焊接設(shè)備的比例占了40%以上。正由于這些先進(jìn)高效焊接設(shè)備及工藝的采用，使壓力容器制造技術(shù)有了更大的提高和發(fā)展。就具體的壓力容器焊接而言，焊條電弧焊的比例已逐步縮小，而埋弧自動(dòng)焊、氬弧焊、CO2氣體保護(hù)焊等先進(jìn)的焊接技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用；帶極堆焊、窄間隙埋弧焊和藥芯焊絲氣體保護(hù)焊等高效率的焊接方法設(shè)備已成為一些大型壓力容器廠必備的焊接設(shè)備；小管徑內(nèi)壁堆焊、管子管板自動(dòng)旋轉(zhuǎn)氬弧焊、馬鞍形接管自動(dòng)焊等一系列新型焊機(jī)也在不少工廠中得到了應(yīng)用。這對(duì)于穩(wěn)定地提高壓力容器焊接質(zhì)量，提高壓力容器制造工藝水平，無疑將起到很大推動(dòng)作用。壓力容器是一個(gè)涉及多行業(yè)、多學(xué)科的綜合性產(chǎn)品，其建造技術(shù)涉及到冶金、機(jī)械加工、腐蝕與防腐、無損檢測(cè)及安全防護(hù)等眾多行業(yè)。隨著冶金、機(jī)械加工、焊接和無損檢測(cè)等技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的信息技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在世界各國(guó)投入了大量人力物力進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，壓力容器技術(shù)領(lǐng)域也取得了相應(yīng)的進(jìn)展。為了生產(chǎn)和使用更安全、更具有經(jīng)濟(jì)性的壓力容器產(chǎn)品，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、焊接和檢驗(yàn)方法已經(jīng)和正在不同程度地為新技術(shù)、新工藝所代替、而冶金機(jī)械加工、焊接和無損檢測(cè)等壓力容器相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，是壓力容器行業(yè)整體制造技術(shù)水平提高的前提條件 。 中國(guó)是壓力容器的生產(chǎn)大國(guó)，目前生產(chǎn)的目的主要是滿足國(guó)內(nèi)的需求。生產(chǎn)廠家的數(shù)量（約3200 家）和相應(yīng)的裝備能力均為世界領(lǐng)先，從以儲(chǔ)氣罐為代表的重型容器到高壓氣體運(yùn)輸容器等特殊的容器，中國(guó)都有很強(qiáng)的生產(chǎn)能力，并且產(chǎn)品的價(jià)格和質(zhì)量都具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。多年的生產(chǎn)實(shí)踐和國(guó)家的規(guī)范化管理，使我國(guó)的壓力容器行業(yè)形成了裝備齊全、人員配套、管理嚴(yán)格的生產(chǎn)格局，為我國(guó)的壓力容器產(chǎn)品走向世界奠定了基礎(chǔ)。隨著我國(guó)加入WTO和國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，壓力容器制造業(yè)今后也必然會(huì)有一個(gè)很大的發(fā)展，只有認(rèn)清發(fā)展趨勢(shì)，才能把握住自己的發(fā)展方向，才會(huì)使壓力容器制造業(yè)有更好的發(fā)展。 儲(chǔ)罐的用途及分類 儲(chǔ)存設(shè)備又稱儲(chǔ)罐，主要是指用于儲(chǔ)存或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)的設(shè)備，在化工、石油、能源、輕工、環(huán)保、制藥及食品等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如氫氣儲(chǔ)罐、液化石油氣儲(chǔ)罐、石油儲(chǔ)罐、液氨儲(chǔ)罐等。儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力直接受溫度影響，且介質(zhì)往往易燃、易爆或有毒。儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)形式主要有臥式儲(chǔ)罐、立式儲(chǔ)罐和球形儲(chǔ)罐。 儲(chǔ)存介質(zhì)的性質(zhì)儲(chǔ)存介質(zhì)的性質(zhì)，是選擇儲(chǔ)罐形式和儲(chǔ)存系統(tǒng)的一個(gè)重要因素。介質(zhì)最重要的特性有：可燃性、飽和蒸汽壓、密度、腐蝕性、毒性程度、化學(xué)反應(yīng)活性（如聚合趨勢(shì)）等。儲(chǔ)存介質(zhì)可燃性的分類和等級(jí)，可在有關(guān)消防規(guī)范中查得。飽和蒸汽壓是指在一定溫度下的密閉容器中，當(dāng)達(dá)到氣液兩相平衡時(shí)氣液分界面上的蒸汽壓，它隨溫度而變化，但與容積的大小有關(guān)。對(duì)于液化石油氣和液化天然氣之類，都不是純凈物，而是一種混合物，此時(shí)的飽和蒸汽壓與混合比例有關(guān)，可根據(jù)道爾頓定律和拉烏爾定律進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)儲(chǔ)存的介質(zhì)為具有高粘度或高冰點(diǎn)的液體時(shí)，為保持其流動(dòng)性，就需要對(duì)儲(chǔ)存設(shè)備進(jìn)行加熱或保溫，使其保持便于輸送的狀態(tài)。儲(chǔ)存液體的密度，直接影響制造工藝和設(shè)備造價(jià)。而介質(zhì)的毒性程度則直接影響設(shè)備制造與管理的等級(jí)和安全附件的配置。儲(chǔ)存設(shè)備若盛裝液化氣體時(shí)，除了應(yīng)該考慮上述條件外，還應(yīng)注意液化氣體的膨脹性和壓縮性。液化氣體的體積會(huì)隨溫度的上升而膨脹，溫度的降低而收縮。如果環(huán)境溫度變化較大，儲(chǔ)罐就可能因超壓而爆破。為此，在儲(chǔ)存設(shè)備使用時(shí)必須嚴(yán)格控制儲(chǔ)罐的充裝量。 當(dāng)儲(chǔ)罐的金屬溫度受大氣環(huán)境溫度影響時(shí)，其最低設(shè)計(jì)溫度可按該地區(qū)氣象資料，取氣象局實(shí)測(cè)的10年逐月平均最低溫度的最小值。隨著液化氣體溫度的下降，罐內(nèi)壓力也將較大幅度下降，此時(shí)罐體的應(yīng)力水平就有較大的降低。為此，在確定儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)溫度時(shí)，可按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行低溫低應(yīng)力分析。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)部因溫度降低而使內(nèi)壓低于大氣壓時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行罐體的穩(wěn)定性校核，以免發(fā)生失穩(wěn)失效。 設(shè)計(jì)任務(wù)針對(duì)化工廠中常見的氣體儲(chǔ)罐，完成主體設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備的選型設(shè)計(jì)，繪制總裝配圖和零件圖，并編寫設(shè)計(jì)說明書。 設(shè)計(jì)思想設(shè)