卧式储罐焊接结构和工艺设计

卧式储罐焊接结构和工艺设计

1 产品介绍

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。贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器。压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。

为保证压力容器的安全使用，在制造时就必须按照有关标准、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。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。

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。

2 结构计算

本次设计的容器为卧式压力容器，其容积为310m 。结构设计为筒体和椭圆封头。

2.1筒体长度的计算

设筒体直径为D ， 筒体长度为H=2D ， 选用标准椭圆封头， 则其体积可表示为:

4002224

223

321=+⨯+⨯=++=i h R D R D

V V V V πππ

由此可求得mm D 6000=。

由以上尺寸将筒体分为三段式，其中每一段的长度为m 0.4，筒体为两瓣组焊而成。

2.2容器壁厚的计算

筒体壁厚计算公式为：

=

1δ[]mm P D P c t

i c 312

.185.013720

.62.12=-⨯⨯⨯=-Φσ 式中：c P 为设计压力，根据压力容器设计标准在本试验中其值为MPa 2.1 []t

σ为材料的许用应力

本次所用材料为20G 其屈服极限为205=s σMPa ，抗拉强度极限为410=b σMPa

[]1375.1205==s σMPa []1373

410==b

σMPa 在式中选用[]s

σ作为本材料的许用应力。 双面含或相当于双面焊的全焊透对接焊缝 100%无损检测 φ=1.0 局部无损检测 φ=0.85 不做无损检测 φ=0.70

单面焊的对接焊缝，沿焊缝根部有紧贴的垫板 100%无损检测 φ=0.9

局部无损检测 φ=0.8 单面焊的环向对接焊缝（无垫板） 局部无损检测 φ=0.7 不做无损检测 φ=0.6

此容器选择焊接方法为双面全焊透，局部无损检测，因此焊缝系数选择为0.85。 实际厚度公式为:c +=1δδ

c 为附加壁厚其值为:21c c c +=

1c 为板材厚度偏差取为mm 1，2c 为材料腐蚀裕量，本结构为微腐蚀其取值为mm 0。

因此筒体实际厚度为：mm 320131=++=δ

2.3封头厚度计算

椭圆封头壁厚计算公式为：

[]mm p D Kp s c t

i c 312

.15.085.013726

2.115.021=⨯-⨯⨯⨯⨯=-=

φσ 式中K=1；

实际厚度为：mm c c s S 32211=++=

2.4标准件的选择

2.4.1椭圆封头的选取

以内径为公称直径选取封头，由计算得到的封头的设计内径为D=6000mm ，根据JB/T 4737—95椭圆封头标准选取椭圆封头如下图：

封头结构示意图（图1）

其参数见下表：

直径Di 厚度δ高度h1 高度h2 质量m

6000 32 1500 50 8591.41

表（一）

2.4.2支座的选择：

卧式容器用支座支撑。其中主要有鞍式支座、圈式支座和腿式支座三种。

按座的结构和尺寸，除特殊情况需要另设计外，一般可根据设备的工程直径选用标准形式支座，目前常用的鞍式支座标准为JB/T4712——92。因为卧式贮运罐对于卧式贮运罐，除了考虑容器重量在壳体上引起的弯曲应力，所以，即使选用标准鞍座后，也要对容器进行强度和稳定习性的校核。一般卧式容器最好采用双支座。

根据容器的公称直径DN=6000和鞍式支座标准（JB/T 4712——92）选取支座结构如下图所示：

支座结构示意图（图2）

其具体数据为：

鞍座高度250 底板总长L1:1280 筋板厚度 8

包角角度 120 垫板厚度8 底板厚度12

垫板弧长2100 腹板厚度10 螺栓间距1120

2.4.3视镜的选择：

视镜的标准结构采用带颈和不带颈两种。不带颈视镜结构简单，便于窥视，但缺乏制造经验，容易引起视镜焊后密封面变形，另外在不宜把视镜直接焊在设备上时，也有带颈视镜供选用。本容器上为带颈视镜(HGJ 502-86).其结构简图如下所示：