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1、 液氩储罐设计说明书液氩储罐设计说明书 学院：山西大同大学工学院 专业：材料成型及控制工程 班级：11材料一班 姓名：王佳楠 指导教师：魏雷目录绪论4第一章 设计参数的选择51.1设计题目51.2设计数据51.3设计压力51.4设计温度51.5主要元件材料的选择5第二章 设备的结构设计62.1圆筒厚度的设计62.2封头厚度的设计62.3筒体和封头的结构设计62.4鞍座选型和结构设计72.5接管、法兰的选择82.6容器保冷层设计11第三章 开孔补强设计123.1补强设计方法判别123.2有效补强范围123.3有效补强面积123.4补强面积13第四章 强度计算13 4.1水压试验应力校核134.2
2、圆筒轴向弯矩计算134.3圆筒轴向应力计算并校核154.4切向剪应力的计算及校核164.5圆筒周向应力的计算和校核184.6鞍座应力计算并校核19第五章 液氩储罐的焊接225.1坡口加工225.2焊接顺序225.3筒体纵焊缝225.4筒体环焊缝235.5接管与筒体焊接235.6人口及补偿圈焊接235.7接管与法兰处焊接（排空口、液位计、温度计、压力表）245.8接管与法兰焊接处（进料口、出料口、排污口、安全阀）245.9鞍座底板与肋板和腹板的焊接245.10焊缝坡口尺寸25第六章 备料加工工艺286.1原材料的储备286.2板材的预处理286.3下料、边缘加工及夹具的选择286.4装配的焊接次
3、序296.5 焊后热处理30第七章 焊缝的无损检验与耐压气密性检验30参考文献31绪论随着我国化学工业的蓬勃发展，各地建立了大量的液化气储配站。对于储存量小于500或单罐容积小于150时。一般选用卧式圆筒形储罐。液化气储罐是储存易燃易爆介质直接关系到人民生命财产安全的重要设备。因此属于设计、制造要求高、检验要求严的三类压力容器。本次设计的为100液化石油气储罐设计即为此种情况。工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备，称压力容器。设计温度为-20以下的压力容器被称为低温压力容器，对于低温压力容器首先要选用合适的材料，材料在使用温度下应具有良好的韧性。经细化晶粒处理的低合金钢可用到-45
4、，2.5镍钢可用到-60，3.5镍钢可用到-104,9镍钢可用到-196。低于-196时可选用奥氏体不锈钢等。因此鉴于本次课题低温液氩储罐为单层绝热储罐。内胆材质采用奥氏体不锈钢（0Cr18Ni10Ti），外层保冷材料为泡沫玻璃。同时采用了双组分快速固化液体涂料。由筒体、封头、法兰和密封元件、开孔和接管、支座、绝热保冷层六大部组成。筒体是圆筒形压力容器的主要承压元件，它构成了完成化学反应或储存物所需的最大空间。筒体一般是由钢板卷制或压制成型后组装焊接而成。当筒体直径较小是，可采用无缝钢管制作。对于即轴向尺寸较大的筒体，采用环焊缝将几个筒节拼焊制成。根据筒体的承载要求和钢板厚度，其纵焊缝和环向焊
5、缝可采用开坡口或不坡口的对接接头。对于承受高压的厚壁容器筒体，除了采用单层厚钢板制作外，也可以采用层板包扎、热套、绕带或绕板等工艺制作多层筒体结构。封头即是容器的端盖。根据形状的不同，分为球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和平板封头等结构形式。为了避免在低温压力容器上产生过高的局部应力，在设计容器时应避免有过高的应力集中和附加应力；在制造容器时严格检验，以防止容器中存在危险的缺陷。对于因焊接而引起的过大残余应力，在焊后应进行消除焊接残余应力处理。为保证压力容器的安全使用，在制造严格按照有关标准、规范，对压力容器的原材料和加工制造过程进行严格的质量检验，因此，对投入运行的压力容器也需要进行定期检验。
6、压力容器的检验内容主要有：对材料的化学成分和力学性能的常规理化检验；对焊接接头的各种性能检验；对压力容器各部分存在的各类缺陷的无损检测；用高于操作压力的液体对容器进行耐压试验等。质量检验在压力容器制造过程中占重要的地位。在有些反应堆压力容器的生产周期中，有一半的时间都是用于质量检验。第一章 设计参数的选择1.1设计题目液氩储罐结构设计(12 m3)1.2设计数据如下表1： 表1：设计数据序号项目数值单位备注1名称液氩储罐（6m）2最大工作压力1.2MPa3工作温度204公称直径1600mm5容积66单位容积充装量0.42t/7装量系数0.98其他要求100%无损检测1.3设计压力设计压力取最大
7、工作压力的1.1倍，即Pc=1.11.2=1.321.4设计温度设计温度为室温，即20。1.5主要元件材料的选择1.筒体材料的选择：根据GB150-1998表4-1，选用筒体材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti（钢材标准为GB13296）。2.鞍座材料的选择：根据JB/T4731,鞍座选用材料为1Cr18Ni9Ti，其许用应力。3.地脚螺栓的材料选择：由于工作温度为超低温，地脚螺栓选用1Cr18Ni8Ti，其许用应力。第二章 设备的结构设计2.1圆筒厚度的设计 该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为。圆筒的厚度在616mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：温度在20下，许用应力利用
8、中径公式，计算厚度：=PDi（2t-Pc）=7.74mm查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表7-1知，钢板厚度负偏差0.8mm。查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表7-5知,不锈钢在无特殊腐蚀情况下，腐蚀裕量取0。本例取=0。则筒体的设计厚度n=+C1+C2=7.74+0.8+0=8.54圆整后，取名义厚度n=9。筒体的有效厚度E=n- C1-C2=82.2封头厚度的设计查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表1，得公称直径。选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA，则 ，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1计算：=PDi（2t-
9、Pc）=7.74mm同上，取，。圆整后，取名义厚度n=9。封头型记做EHA160012-1Cr18Ni9Ti JB/T 4746-2002。2.3筒体和封头的结构设计1.封头的结构尺寸（封头结构如下图1）由，得。查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.1 EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表2：表2 ：EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN /mm总深度H /mm内表面积A/容积/16004252.90070.58642.筒体的长度计算由封头长短轴之比为2，即，得查标准4中表B.1 EHA和B.2 EHA表椭圆形封头内表面积、容积，质量，见表3-1和图3-1。取装料系数
10、为0.9，则即算得L0=2.74圆整后取为L0=2.8筒体分为两段，每段长度为1.4米，筒体为两瓣组焊而成。2.4鞍座选型和结构设计1.鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用Q235-B。估算鞍座的负荷：储罐总质量 （3-3）筒体质量： m1=DL0=3.141.62.80.0097.9103=1000kg单个封头的质量，充液质量：，水压试验充满水，故取介质密度为， V=6.67则m3=6670kg附件质量：人孔质量为，其他接管总和为200kg，即综上所述，m=m1+2m2+m3+m4=1000+2133.4+6670+353=8289.8则每个鞍座承受的质量为4144.
11、9kg，重量为41.5KN查JB4712.1-20079表1，优先选择轻型支座。查9中表2，得出鞍座尺寸如表3-6：表3-6 鞍座尺寸表公称直径DN1600腹板8垫板390允许载荷QkN275筋板2258鞍座高度h250170e70底板1120240螺栓间距4402008鞍座质量Kg11612垫板弧长1870增加100mm增加的高度Kg122.鞍座位置的确定因为当外伸长度A=0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，鞍座
12、中心与封头切线的距离A满足（L为两封头切线间的距离），最后使（为圆筒的平均半径）。鞍座的安装位置如图3所示：故，取。2.5接管、法兰的选择液氩储罐应设置出液口，进液口，人孔，液位计口，排空口，安全阀，温度计，压力表。1.小直径接管和法兰查HG/T 20592-2009钢制管法兰中表8.2 3-1 PN10带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。查HG/T 20592-2009钢制管法兰中附录D中表D-3,得各法兰的质量。查HG/T 20592-2009钢制管法兰中表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。 整体钢制法兰尺寸表 mm人孔法兰设计 mmDN400B15
13、0H1230dws42610L200H2107D580b32d24D1525b127A320b232 3.法兰标记法兰标准标记包括法兰名称及代号、密封面形式代号、公称直径、公称压力、法兰厚度、法兰总高度、标准编号。当法兰厚度、法兰高度采用标准值时在标记中可省略。例如，公称压力1.6MPa、公称直径80mm的带颈对焊法兰，法兰材料1Cr18Ni10Ti，其标记为：法兰C-T 80-1.60 HG 20575-97。2.6容器保冷层设计 根据设计温度，选择可以在-190条件下正常使用的材料泡沫玻璃板。泡沫玻璃板具体参数如下：使用温度-191，容积密度150kg/m，平均温度-86，热导率0.0515，抗压强度0.5MPa，吸水率0.15%。优点：
