40立方米液化石油气储罐

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1、40立方米液化石油气卧式储罐一 设计背景此次设计内容为一结构形式为单层的第三类储存压力容器，是用来盛装生产用的液化石油气的容 器。设计压力为1.86Mpa,温度在-1950摄氏度范围内，设备空重约为llOOOKg，体积为40立方米， 属于中压容器。石油液化气为易燃易爆介质，且有毒，因此选材基本采用16MnR，且本液化石油气储 罐必须在有遮阳和水喷淋情况下使用。此液化石油气卧式储罐是典型的重要焊接结构，焊接接头是其最 重要的连接结构，焊接接头的性能会直接影响储存液化石油气的质量和安全。因此合理地制定焊接工艺 规程非常必要。故针对焊接工艺及焊后热处理部分，我做了以下分析设计。二总的技术特性:技术特

2、性表容器类别类三设计压力MPa1.86设计温度C-1950最咼工作压力MPa1.86水压试验压力MPa2.33气密性试验压力MPa1.86焊接接头系数1腐蚀欲量mm2操作介质液化石油气充装系数0.9设备容积立方米40三储气罐基本构成储气罐是一个承受内压的钢制焊接压力容器。在规定的使用温度和对应的工作压力下，应保证安全 可靠，罐体的基本结构部件应包括人孔、封头、筒体、法兰、支座。本产品的简体是用钢板卷焊成筒节后组焊而成，这时的简体有纵环焊缝。1.2封头按几何形状不同，有椭圆形封头，球形封头，蝶形封头，锥形封头和平盖等各种形式。封头和简体 组合在一起构成一台容器壳体的主要部分，也是最主要的受压元件

3、之一。此储气罐选择的是椭圆形封头。从制造方法分，封头有整体成形和分片成形后组焊成一体的两种。当封头直径较大，超出生产能力 时，多采用分片成形方法制造，分片成形控制难度大，易出现不合格产品。对整体成形的封头尺寸、形 状，虽然易控制但一般需要有大型冲压模具的压力机或大型旋压设备，工艺设备庞大，制造成本高。从封头成形方式讲，有冷压成形、热压成形和旋压成形。对于壁厚较薄的封头，一般采用冷压成形。 采用调质钢板制造的封头或封头瓣片，为不破坏钢板调质状态的力学性能，节省模具制造费用，往 往采用多点冷压成形法制造。当封头厚度较大时，均采用热压成形法，即将封头坯料加热至900C1000C。钢板在高温下冲压 产

4、生塑性变形而成形，此时对于有些材料(如正火态钢板)，由于改变了原始状态的力学性能，为恢复 和改善其力学性能，封头冲压成形后还要做正火、正火+回火或淬火+回火等相应的热处理。对于直径 大且厚度薄的封头，采用旋压成形法制造是最经济最合理的选择。1.3接管和法兰接管和法兰作用是连接或供人进入容器内部的，是容器的主要组成部分。接管与壳体间的焊接接头 一般为角接接头或T形接头，但对于连接二者之间的焊缝，如果是壳体上开坡口时，则称为对接焊缝， 壳体上不开坡口时称为角接焊缝。1.4密封元件密封元件是两法兰之间保证容器内部介质不发生泄漏的关键元件。对于不同的工件条件要求有不同 的密封结构形式和不同材质及形式的

5、垫片，在制造时对于密封垫材料和形式不得随意更改。2.1.6支座立式容器主要采用鞍式支座。四技术要求(1) 本设备按照GB150-1998钢制压力容器进行制造，检测与验收，并接受压力容器安全技术 监察规程的监督。(2) 制造筒体、封头、人孔接管、用16MnR钢板符合GB6654-1996及第二次改造通知单的规定，人 孔法兰盖用钢板正火状态供货。帯颈对焊法兰、接管用16MnR应符合JB4726-2000,壳体用16MnR钢板 应逐张进行冲击试验，方法按照GB/T229的规定，三个试样的平均值大于等于54J。(3) 设备焊接工艺规程按照JB/T4709-2000,焊接工艺评定按照JB4708-200

6、0.所有角接接头的焊接 表面须打磨圆滑过渡。(4) 设备中每条A、B类焊接接头应进行100%射线检测，按照JB/T4730.2-2005的规定，二级合格。 所用D类焊剂接头、DN250的接管与法兰的B类焊接接头及所有与承压件相焊接的角接接头，应进行 100%表面磁粉检测，按照JB/T4730.4-2005的规定，一级合格。(5) 设备应进行整体焊后消除应力热处理，热处理后不得在设备本体上进行施焊。(6) 最终热处理后，对设备中A。B、D类焊接接头进行硬度检测，其硬度应小于等于200HB。检测 数量按照每条A、D类焊接接头测一组，每条B类焊接接头每隔120度测一组，每组包括母材、热影响区和焊缝各

7、一处。(7) 未注明角接接头焊脚高度均等于两相焊件中之较薄件的厚度，且须为连续焊。(8) 设备制造完毕后进行水压试验。水压试验应力见技术要求表。水压试验合格后应将积水排净吹 干。(9) 水压试验合格后，应进行气密性试验，试验应力见技术特性表。(10) 设备制造完毕后除锈涂铁红醇酸底漆一遍，再涂银粉醇酸清漆一遍，沿罐体水平中心线用红漆 刷一道红色色带，宽度为150mm，在筒体两侧的重心处用红色油漆喷印重新标志，应在重心标志上方喷 印LPG字样，重心标志的左侧喷应严禁烟火字样，右侧喷应禁止施焊的字样，标志、字样高度不得小于 200mmo(11) 设备的油漆、包装、运输按照JB/T4711-2003

8、压力容器涂覆与运输包装的规定。(12) 本储罐安装时，其纵轴应向排污方向倾斜千分之三。(13) 固定支座的连接采用一个螺母拧紧；活动支座用两个螺母，第一个螺母不拧紧，与支座的距离 为1至3毫米，用第二个螺母锁紧。(14) 本储罐必须在有遮阳和水喷淋装置的条件下适用。4.焊接工艺规程：此液化石油气卧式储罐是典型的重要焊接结构，焊接接头是其最重要的连接结构，焊接接头的性能 会直接影响储存液化石油气的质量和安全。因此合理地制定焊接工艺规程非常必要。根据GB150-1998钢制压力容器对压力容器主要受压部位的焊接接头分为以下四类,结合实际工程的需要，分类如下：焊缝编号和分布位置示意图D1.B4其中A、

9、B、D分别表示焊接接头的形式五材料选择对受内压的简体，由于其工作介质为液化石油气，考虑其腐蚀性小，再综合其经济效益 考虑，选择16MnR作为材料。16MnR材料性能分析：兀素CSiMnSPCrNi质量分数（）0160.361530.0150.01400030.00616MnR材料特性分析:16Mn钢的基体组织为铁素体+珠光体，是低合金高强钢中应用最广泛的钢，有比较成熟的经验，屈服 强度为294343MPa，基本属于热轧的低合金钢，其综合性能、焊接性及加工工艺性能均优于普通碳 素钏，且质量稳定，其使用温度在40450C范刖内，16Mn钢作为低温压力容器时，为改善低温性能， 可以在正火处理后使用。

10、16Mn钢是在低碳钢的基础上加入了少量合金，其加工性能.与低碳钢相似， 具有较好的塑性和焊接性。由于加入了少量合金元素，其强度增加，淬硬倾向比低碳钢大，所以在较低 温度下或刚性大、壁厚结构的焊接时，需要考虑采取预热措施，预防冷裂纹的产生，本设计中板厚18mm， 壁厚较薄，小于30m m,均不用预热焊后亦不必作消除应力处理。依据钢制压力容器焊接工艺第二 版 p356。六焊接技术特性及要求6.1技术特性：液化石油气储罐材料16MnR，工作压力在1.86 MPa，属于第三类压力容器，设计压力1.86 MPa,工 作温度-1950C,设计温度50C，腐蚀裕度2.0mm，焊接接头系数1.0,液压试验压力

11、2.33MPa（卧放）， 全容积40m3，充装系数0.9，安全阀开启压力2.0MPa6.2技术要求：1）设备的施工应符合GB150-1998钢制压力容器，验收应接受压力容器安全技术监督规程中的 相关规定2）焊接采用电弧焊，焊条型号，低合金钢之间E5016，碳钢间E43033）焊接接头的形式及尺寸按图要求，角焊缝的焊脚高度为较薄件的厚度，法兰的焊接按相应的法兰标 准规定，对接接头与角接接头需全焊透，接管焊缝成形表面均应圆滑过渡，不得有裂纹、咬边、及棱角.4）壳体钢板按GB6654-1996压力容器钢板及修改单中正火状态供货，且逐张进行超声检测，质量 标准应不低于JB/T4730. 3-2005中

12、规定的II级，壳体的A类纵向焊接接头制备产品焊接试板，按容 规第25条进行材料复验，坡口表面进行IOO%磁粉检测，并符合JB4730. 4-2005中规定的I级5）筒体长度小于15m，塔体直线度允差偏差不大于0.5L/1000+8, 12m m,安装垂直度允差为12mm6）裙座螺栓孔中心圆直径允差以及任意两孔弦长允差均为2mm7）壳体用钢板轧制，逐张进行-19C夏比（V型缺口）冲击试验（横向），三个试样冲击平均值不得低 于20J,允许其中一个试样冲击功小于平均值，但不得小于14J8）钢管应逐根按JB/T4730. 3-2005中I级为合格9）支座简体与封头的焊接接头必须采用全焊透连续焊，并进行

13、磁粉检测，符合JB/T4730. 4-2005中I 级为合格10）设备压力试验合格后对全部焊缝按JB/T4730. 4-2005进行磁粉检测，符合I级为合格，复验焊缝11）热处理后，设备本体不得再行施焊七焊接工艺设计71焊缝编号及示意图D1.B4其中A、B、C、D分别表示焊接接头的形式7.2接管与壳体封头的焊接（D1，D1.B4Q2A3B3）由GB150-1998钢制压力容器规定，接管，人孔，凸缘补强圈等与壳体连接的接头。为D类焊缝。 由此选择焊缝类型为D类焊缝。金属牌号及规格：16MnR7.2.1焊接方法的选择手工电弧焊的优点 焊接设备价格低简单。 焊条品种齐全，可以焊接多种不同的金属，包括

14、最常用的金属和合金。 在狭窄空问焊接的场合，采用手工电弧焊比较方便、实用。 对于同样的焊接设备，采用不同的电流设置，获得满足使用要求的焊缝。 适合各种位置的焊接。 与气体保护焊相比，不易受到风的影响。 对焊接金属的最大厚度没有限制 在大多数天气情况下都可以进行焊接。手工电弧焊的缺点 不适合焊接厚度小于1. 5mm的薄板。 负载率和总的熔敷效率一般比送丝焊接方法低，当焊条消耗完毕或需要更换焊条时，焊接过程也暂 时中断。 并非整根焊条都可以充分利用，焊钳中被夹持的部分必须丢弃，一般要浪费2550mm长度的焊 条。 频繁地更换焊条也增加了焊接缺陷的产生 埋弧自动焊的优点是： 生产效率高。埋弧自动焊的

15、生产率可比手工焊提高510倍。因为埋弧自动焊时焊丝上无药皮， 焊丝可很长，并能连续送进而无需更换焊条。故可采用大电流焊接(比手工焊大68倍)，电弧热量大, 焊丝熔化快，熔深也大，焊接速度比手工焊快的多。板厚30毫米以下的自动焊可1不开坡口，而且焊 接变形小。 焊剂层对焊缝金属的保护好，所以焊缝质量好。 节约钢材和电能。钢板厚度一般在30毫米以下时，埋弧自动焊可不开坡口，这就大大节省了钢材， 而且由于电弧被焊剂保护着，使电弧的热得到充分利用，从而节省了电能。 改善了劳动条件。除减少劳动量以外，由于自动焊看不到弧光，焊接过程中发出的气体量少，这对保 护焊工眼睛和身体健康是有益的。埋弧自动焊的缺点是适应能力差，只能在水平位置焊接长直焊缝或大 直径的环焊缝。综合考虑由于进行的是双面焊缝，手工电弧焊设备简单，操作方便适合全位焊接的特点，因而内面采用 手工电弧焊而外面采用加入熔深，提高生产率，采用埋弧焊。最终采用焊接方法为：手工电弧焊+埋弧 焊。7.2.2坡口形式由于焊接厚度为18