【正文】 9200160188M162440118916i氣相管8089200160188M162440118916j壓力表口202510575144M12162645264k溫度計(jì)口202510575144M12162645264圖24 筒體整體、接管、人孔分布圖接管外徑的選用以B國(guó)內(nèi)沿用系列（公制管）為準(zhǔn)，≤PN≤25MPa的接管，查《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)》普通無(wú)縫鋼管，選材料為16MnR。金屬材料為純鋁板L3，標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3880，最高工作溫度200℃，最大硬度40HB。得對(duì)應(yīng)墊片尺寸如表：圖25 凹凸面型墊片表25 墊片尺寸符號(hào)管口名稱公稱直徑DN(mm)內(nèi)徑D1(mm)外徑D2(mm)厚度δ(mm)a液位計(jì)口32823b放氣管801201423c人孔5005305753d安全閥801201423e排污口801201423f液相出口801201423g液相回流管801201423h液相進(jìn)口801201423i氣相管口20613j壓力表20613k溫度計(jì)20613 螺栓（螺柱）的選擇根據(jù)密封所需壓緊力大小計(jì)算螺栓載荷，選擇合適的螺柱材料。選擇螺栓材料為Q345。估算鞍座的負(fù)荷：計(jì)算儲(chǔ)罐總重量 m=m1+2m2+m3+m4 （29）其中：m1 為筒體質(zhì)量：對(duì)于16MnR普通碳素鋼，取ρ=103kg/m3L=πDLδρ= = （28）m2為單個(gè)封頭的質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T 47462002 《鋼制壓力容器用封頭》中橢圓形封頭質(zhì)量，可知m2= m3為充液質(zhì)量：ρ液化石油氣ρ水故m3（max）=ρ水V=1000V== kg （210） m4為附件質(zhì)量：選取人孔后，查得人孔質(zhì)量為331 kg，其他接管質(zhì)量總和估為400 kg。選取輕型，焊制A，包角為120176。查JB ：表27 鞍座支座結(jié)構(gòu)尺寸公稱直徑DN2300腹板δ210墊板b4500允許載荷Q/kN410筋板l3255δ410鞍座高度h250b2208e100底板l11660b3290螺栓間距l(xiāng)21460b1240δ38螺孔/孔長(zhǎng)D/l24/40δ114弧長(zhǎng)2680重量kg215 鞍座的安裝位置因?yàn)楫?dāng)外伸長(zhǎng)度A=，雙支座跨距中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩絕對(duì)值相等，從而使上述兩截面上保持等強(qiáng)度，考慮到支座截面處除彎矩以外的其他載荷，面且支座截面處應(yīng)力較為復(fù)雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩，為此中國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB 4731 《鋼制臥式容器》規(guī)定A≤=（L+2h）。此外，由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗彎剛度，故封頭對(duì)于圓筒的抗彎剛度具有局部的加強(qiáng)作用。因此，JB 4731 還規(guī)定當(dāng)滿足A≤，最好使A≤ m（Rm=Ri+δn/2），即Rm=1150+18/2=1159mm 。綜上述：A=570 mm （A為封頭切線至封頭焊縫間距離，L為筒體和兩封頭直邊段的總長(zhǎng)） 人孔補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)圖28 補(bǔ)強(qiáng)圈查《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)》，人孔接管直徑為500mm，選取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑840mm，內(nèi)徑510mm，補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為16mm,。 其他附件的設(shè)計(jì) 液面計(jì)的設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐總高H=h+D=40+2300=2340＜3000m，容器盛裝液化石油氣，物料沒(méi)有結(jié)晶等易堵塞固體，所以選用玻璃管式液面計(jì)。 安全閥的設(shè)計(jì) 由操作壓力P=，工作溫度為20~48℃，盛放介質(zhì)為液化石油氣體。公稱直徑DN=80mm。 圓筒軸向彎矩計(jì)算 圓筒中間截面上的軸向彎矩圓筒的平均半徑Ra=Di/2+δn/2=1159mm，座反力F=679895N根據(jù)JB/T 47312005得：M1= （33） = 化簡(jiǎn)得：M1=F（C1LA）其中C1=.006 Mi=F（C1LA）= 其中，剪力彎矩圖如下圖所示：圖31剪力彎矩示意圖 支座截面處的彎矩M2== （34）式中： C2=2 C3= M2== 圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算并校核 圓筒中間截面上的軸向應(yīng)力計(jì)算截面最高點(diǎn)（壓應(yīng)力） σ1= （35） == MPa截面最低點(diǎn)（拉應(yīng)力） σ2== MPa （36） 由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計(jì)算并校核鞍座平面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力，按下式計(jì)算：1當(dāng)圓筒在鞍座平面上或靠近鞍座處有加強(qiáng)圈或被封頭加強(qiáng)（即）時(shí)，軸向應(yīng)力位于橫截面最高點(diǎn)處. 取鞍座包角，查資料得，.則：鞍座橫截面最高點(diǎn)軸向應(yīng)力（拉應(yīng)力） σ3== （37）= 2 在橫截面最低點(diǎn)處的軸向應(yīng)力鞍座很截面最低點(diǎn)處軸向應(yīng)力（壓應(yīng)力）σ4== （38）= MPa 圓筒軸向應(yīng)力校核A==103 （39）查《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》得,則B=EA=2105103= （310）壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)[σ]tcr=min（[σ]t，B）=min（）= MPa在操作工況條件下，軸向拉應(yīng)力不得超過(guò)材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力φ[σ]t，壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)軸向許用臨界應(yīng)力[σ]cr和材料的[σ]t。查JB/T47312005得K3=，K4=，其最大剪應(yīng)力位于2Δ=2（θ/2 +β/20）的支座角點(diǎn)處。即 τ≤[σ]t=182= MPa 合格圓筒被封頭加強(qiáng)（）時(shí)，其最大剪應(yīng)力τh=K4== MPa （312）由內(nèi)壓引起的拉伸應(yīng)力（K=）σh=== MPa （313）τh+σh=+= ＜[σ]t= 合格 鞍座應(yīng)力計(jì)算并校核1 水平應(yīng)力 由包角θ=120176。σ9=== MPa （316）3 應(yīng)力校核對(duì)于16MnR鞍座材料的許用應(yīng)力[σ]sa=345 MPaσ9=[σ]sa=230 MPa 合格 地震引起的地腳螺栓應(yīng)力鞍座上地腳螺栓n=2，筒體軸線兩側(cè)螺栓間距l(xiāng)2=1460mm 。σbt=＜[σ]t=170=204 MPa 合格τbt=＜[σ]t=170=136 MPa 合格36第4章 焊接工藝設(shè)計(jì) 儲(chǔ)罐的基本構(gòu)成儲(chǔ)氣罐是一個(gè)承受內(nèi)壓的鋼制焊接壓力容器。圖41 儲(chǔ)氣罐的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1 筒體本產(chǎn)品的簡(jiǎn)體是用鋼板卷焊成筒節(jié)后組焊而成，這時(shí)的簡(jiǎn)體有縱環(huán)焊縫。封頭和簡(jiǎn)體組合在一起構(gòu)成一臺(tái)容器殼體的主要部分，也是最主要的受壓元件之一。從制造方法分，封頭有整體成形和分片成形后組焊成一體的兩種。對(duì)整體成形的封頭尺寸、形狀，雖然易控制但一般需要有大型沖壓模具的壓力機(jī)或大型旋壓設(shè)備，工藝設(shè)備龐大，制造成本高。對(duì)于壁厚較薄的封頭，一般采用冷壓成形。當(dāng)封頭厚度較大時(shí)，均采用熱壓成形法，即將封頭坯料加熱至900℃～1000℃。對(duì)于直徑大且厚度薄的封頭，采用旋壓成形法制造是最經(jīng)濟(jì)最合理的選擇。接管與殼體間的焊接接頭一般為角接接頭或T形接頭，但對(duì)于連接二者之間的焊縫，如果是殼體上開坡口時(shí)，則稱為對(duì)接焊縫，殼體上不開坡口時(shí)稱為角接焊縫。對(duì)于不同的工件條件要求有不同的密封結(jié)構(gòu)形式和不同材質(zhì)及形式的墊片，在制造時(shí)對(duì)于密封墊材料和形式不得隨意更改。 技術(shù)要求1 本設(shè)備按照GB1501998《鋼制壓力容器》進(jìn)行制造，檢測(cè)與驗(yàn)收，并接受《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的監(jiān)督。帯頸對(duì)焊法蘭、接管用16MnR應(yīng)符合JB47262000，殼體用16MnR鋼板應(yīng)逐張進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，方法按照GB/T229的規(guī)定，三個(gè)試樣的平均值大于等于54J。所有角接接頭的焊接表面須打磨圓滑過(guò)渡。所用D類焊劑接頭、DN250的接管與法蘭的B類焊接接頭及所有與承壓件相焊接的角接接頭，應(yīng)進(jìn)行100%表面磁粉檢測(cè)，按照J(rèn)B/，一級(jí)合格。 6 最終熱處理后，對(duì)設(shè)備中A。檢測(cè)數(shù)量按照每條A、D類焊接接頭測(cè)一組，每條B類焊接接頭每隔120度測(cè)一組，每組包括母材、熱影響區(qū)和焊縫各一處。 8 設(shè)備制造完畢后進(jìn)行水壓試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)合格后應(yīng)將積水排凈吹干。10 設(shè)備制造完畢后除銹涂鐵紅醇酸底漆一遍，再涂銀粉醇酸清漆一遍，沿罐體水平中心線用紅漆刷一道紅色色帶，寬度為150mm，在筒體兩側(cè)的重心處用紅色油漆噴印重新標(biāo)志，應(yīng)在重心標(biāo)志上方噴印LPG字樣，重心標(biāo)志的左側(cè)噴應(yīng)嚴(yán)禁煙火字樣，右側(cè)噴應(yīng)禁止施焊的字樣，標(biāo)志、字樣高度不得小于200mm。12 本儲(chǔ)罐安裝時(shí)，其縱軸應(yīng)向排污方向傾斜千分之三。14 本儲(chǔ)罐必須在有遮陽(yáng)和水噴淋裝置的條件下適用。表41 16MnR材料性能分析元素CSiMnSPCrNi質(zhì)量分?jǐn)?shù)（％）16MnR材料特性分析：16Mn鋼的基體組織為鐵素體+珠光體，是低合金高強(qiáng)鋼中應(yīng)用最廣泛的鋼，有比較成熟的經(jīng)驗(yàn)，屈服強(qiáng)度為294～343MPa，基本屬于熱軋的低合金鋼，其綜合性能、焊接性及加工工藝性能均優(yōu)于普通碳素釧，且質(zhì)量穩(wěn)定，其使用溫度在40～450℃范刖內(nèi)，16Mn鋼作為低溫壓力容器時(shí)，為改善低溫性能，可以在正火處理后使用。由于加入了少量合金元素，其強(qiáng)度增加，淬硬傾向比低碳鋼大，所以在較低溫度下或剛性大、壁厚結(jié)構(gòu)的焊接時(shí)，需要考慮采取預(yù)熱措施，預(yù)防冷裂紋的產(chǎn)生，本設(shè)計(jì)中板厚18mm，壁厚較薄，小于30mm，均不用預(yù)熱焊后亦不必作消除應(yīng)力處理。 技術(shù)要求1 設(shè)備的施工應(yīng)符合GB1501998《鋼制壓力容器》，驗(yàn)收應(yīng)接受《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定。4 殼體鋼板按GB66541996《壓力容器鋼板》及修改單中正火狀態(tài)供貨，且逐張進(jìn)行超聲檢測(cè)，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)不低于JB/T473032005中規(guī)定的II級(jí)， 殼體的A類縱向焊接接頭制備產(chǎn)品焊接試板，按《容規(guī)》第25條進(jìn)行材料復(fù)驗(yàn)，坡口表面進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，并符合JB473042005中規(guī)定的I級(jí)。6 裙座螺栓孔中心圓直徑允差以及任意兩孔弦長(zhǎng)允差均為2mm。8 鋼管應(yīng)逐根按JB/T473032005中I級(jí)為合格。10 設(shè)備壓力試驗(yàn)合格后對(duì)全部焊縫按JB/T473042005進(jìn)行磁粉檢測(cè)，符合I級(jí)為合格，復(fù)驗(yàn)焊縫。 焊接工藝流程 焊縫編號(hào)及示意圖圖42 焊縫分布示意圖（其中A、B、D、E分別表示焊接接頭形式） 接管與殼體封頭的焊接由GB1501998《鋼制壓力容器》規(guī)定，接管，人孔，凸緣補(bǔ)強(qiáng)圈等與殼體連接的接頭。由此選擇焊縫類型為D類焊縫。手工電弧焊的缺點(diǎn)：不適合焊接厚度小于1. 5mm的薄板；負(fù)載率和總的熔敷效率一般比送絲焊接方法低，當(dāng)焊條消耗完畢或需要更換焊條時(shí)，焊接過(guò)程也暫時(shí)中斷；并非整根焊條都可以充分利用，焊鉗中被夾持的部分必須丟棄，一般要浪費(fèi)25～50mm長(zhǎng)度的焊條；頻繁地更換焊條也增加了焊接缺陷的產(chǎn)生。埋弧自動(dòng)焊的生產(chǎn)率可比手工焊提高5～10倍。故可采用大電流焊接（比手工焊大6～8倍），電弧熱量大，焊絲熔化快，熔深也大，焊接速度比手工焊快的多。鋼板厚度一般在30毫米以下時(shí)，埋弧自動(dòng)焊可不開坡口，這就大大節(jié)省了鋼材，而且由于電弧被焊劑保護(hù)著，使電弧的熱得到充分利用，從而節(jié)省了電能；改善了勞動(dòng)條件。埋弧自動(dòng)焊的缺點(diǎn)是適應(yīng)能力差，只能在水平位置焊接長(zhǎng)直焊縫或大直徑的環(huán)焊縫。最終采用焊接方法為：手工電弧焊+埋弧焊。因而最終選擇U型坡口，具體的坡口形式如下圖所示： 圖43 U型坡口示意圖3 焊接姿勢(shì)的選擇：平焊4 焊接材料的選擇（1）焊條的選擇：焊條的選用主要考慮焊縫的使用性和施焊的工藝性，焊條選擇的主要原則有以下幾點(diǎn)。如焊接母材是普通低合金鋼時(shí)，選用結(jié)構(gòu)鋼類型的焊條；根據(jù)被焊母材的性能，選用與其性能相同的焊條，或選用熔敷金屬與母材化學(xué)成分類型相同的焊條，以保證母材性能與焊縫相同；選擇焊條時(shí)還要考慮工藝方面，主要是操作方便，易獲得優(yōu)良的焊縫；從價(jià)格考慮，在滿足性能及施工要求的前提下，盡量選用熔敷效率高、價(jià)格低的焊條，從而提高生產(chǎn)率，降低成本。常用的低合金埋弧焊實(shí)芯焊絲有以下三類：低錳焊絲（如H08A）：常配合高錳焊劑，用于低碳鋼和強(qiáng)度較低的低合金鋼焊接；中錳焊絲（如H08MnA，H10MnSi）：主要用于低合金鋼焊接，并可配低錳焊劑焊接低碳鋼；高錳焊絲（如H10Mn2，H08Mn2Si）：用于焊接低合金鋼。焊接時(shí)電弧燃燒穩(wěn)定，脫渣容易，焊接成型美觀，熔敷金屬具有較高的低溫沖擊韌惟，可交直流兩用，直流焊接時(shí)焊絲接正極?？捎糜诙鄬雍?、雙面單道焊、多絲焊及窄問(wèn)隙埋