目录
卧式储气罐设计任务书 (2)
第一绪论 (3)
1.1设计背景 (3)
1.2 储罐的用途及分类 (4)
1.3 储存介质的性质 (4)
1.4 设计任务 (5)
1.5 设计思想 (5)
1.6 设计特点 (5)
1.7设计数据 (5)
第二章容器主要原件的设计 (6)
2.1圆筒厚度的设计 (6)
2.2 封头的设计 (6)
2.3人孔的选择 (7)
2.4接管和法兰 (8)
2.5螺栓（螺柱）的选择 (9)
2.6鞍座选型和结构设计 (9)
第三章开孔强度设计 (10)
3.1补强设计方法的判断 (11)
3.2有效补强围 (11)
3.3 有效补强面积 (11)
第四章强度设计 (12)
4.1水压试验校核 (12)
4.2圆筒轴向应力弯矩计算 (13)
4.3 圆筒的轴向应力及校核 (14)
4.4切向剪应力的计算机校核 (15)
4.5圆筒周向应力的计算及校核 (15)
4.6鞍座应力计算及校核 (16)
4.7地震引起的地脚螺栓应力 (18)
第五章焊接结构设计 (19)
5.1焊接方法 (19)
5.2焊接工艺及技术要求 (20)
总结 (21)
附录：参考文献 (22)
卧式储气罐设计任务书
第一章绪论
1.1设计背景
所谓容器是指用于储存气体、液化气体、液体和固体原料、中间产品或成品
的设备。压力容器是容器的一种，是指最高工作压力P≥0.1MPa，容积V≥25L，
工作介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点液体的容器。它
广泛地用于化工、炼油、机械、动力、轻工、纺织、冶金、核能及运输等工业部
门，是生产过程中必不可少的设备[1]。
随着石油化工、电站锅炉和原子能工业的迅猛发展，压力容器制造技术也有
了很大的发展，它主要表现在以下三个方面：一是压力容器向大型化过渡，容器
直径和壁厚成倍增长；二是低合金高强度钢的广泛应用，大部分压力容器均采用
了各种级别的低合金高强度钢；三是焊接新工艺、新技术的广泛应用，使得焊接
质量进一步提高，从而提高了这些大型产品质量的可靠性。
其中以压力容器产品大型化、高参数化的趋势尤为明显。1000吨级的储气
罐、2000吨级的煤液化反应器、10000立方米的天然气球罐（日本最大的天然气
球罐为30000立方米）等已经在我国大量应用。压力容器在石油化工、核工业、
煤化工等领域中的应用场合也日益苛刻。因此，耐高温、高压和耐腐蚀的压力容
器用材料的研制与开发一直是压力容器行业所面临的重大课题。对此，各国均投
入了大量的人力物力从事相关的研究工作。目前，压力容器用材料的主要研究成
果和技术进步表现在以下几个方面：①材料的高纯净度：冶金工业整体技术水平
和装备水平的提高，极提高了材料的纯净度，提高了压力容器用材料的力学性能
指标，提高了压力容器的整体安全性；②材料的介质适应性：针对各种腐蚀性介
质和操作情况，已研究开发出超级不锈钢、双相钢、特种合金等金属材料，使之
适合各种应用条件，给容器设计者以更多选择的空间，为长期安全生产提供了保
证；③材料的应用界限：针对高温蠕变、回火脆化、低温脆断所进行的研究，准
确地给出材料的适用围；④更高强度材料的应用：在设备大型化的要求下，传统
的材料已经无法解决，诸如30000立方米天然气球罐、200000立方米原油储罐
≥ 800MPa 高强材料的应用正在引起国研究以及超高压容器的选材问题。目前b
人员的广泛关注[2]。
近年来，压力容器制造业在装备投资中，焊接设备的比例占了40%以上。正由于这些先进高效焊接设备及工艺的采用，使压力容器制造技术有了更大的提高和发展。就具体的压力容器焊接而言，焊条电弧焊的比例已逐步缩小，而埋弧自动焊、氩弧焊、CO2气体保护焊等先进的焊接技术已经得到广泛应用；带极堆焊、窄间隙埋弧焊和药芯焊丝气体保护焊等高效率的焊接方法设备已成为一些大型压力容器厂必备的焊接设备；小管径壁堆焊、管子-管板自动旋转氩弧焊、马鞍
形接管自动焊等一系列新型焊机也在不少工厂中得到了应用。这对于稳定地提高压力容器焊接质量，提高压力容器制造工艺水平，无疑将起到很大推动作用。
压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性产品，其建造技术涉及到冶金、机械加工、腐蚀与防腐、无损检测及安全防护等众多行业。随着冶金、机械加工、焊接和无损检测等技术的不断进步，特别是以计算机技术为代表的信息技术的飞速发展，带动了相关产业的发展。在世界各国投入了大量人力物力进行深入研究的基础上，压力容器技术领域也取得了相应的进展。为了生产和使用更安全、更具有经济性的压力容器产品，传统的设计、制造、焊接和检验方法已经和正在不同程度地为新技术、新工艺所代替、而冶金机械加工、焊接和无损检测等压力容器相关行业的技术进步，是压力容器行业整体制造技术水平提高的前提条件。
中国是压力容器的生产大国，目前生产的目的主要是满足国的需求。生产厂家的数量（约3200 家）和相应的装备能力均为世界领先，从以储气罐为代表的重型容器到高压气体运输容器等特殊的容器，中国都有很强的生产能力，并且产品的价格和质量都具有一定的竞争力。多年的生产实践和国家的规化管理，使我国的压力容器行业形成了装备齐全、人员配套、管理严格的生产格局，为我国的压力容器产品走向世界奠定了基础。随着我国加入WTO和国民经济持续高速发展，压力容器制造业今后也必然会有一个很大的发展，只有认清发展趋势，才能把握住自己的发展方向，才会使压力容器制造业有更好的发展。
1.2 储罐的用途及分类
储存设备又称储罐，主要是指用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备，在化工、石油、能源、轻工、环保、制药及食品等行业得到广泛应用，如氢气储罐、液化石油气储罐、石油储罐、液氨储罐等。储罐的压力直接受温度影响，且介质往往易燃、易爆或有毒。储罐的结构形式主要有卧式储罐、立式储罐和球形储罐。
1.3 储存介质的性质
储存介质的性质，是选择储罐形式和储存系统的一个重要因素。介质最重要的特性有：可燃性、饱和蒸汽压、密度、腐蚀性、毒性程度、化学反应活性（如聚合趋势）等。储存介质可燃性的分类和等级，可在有关消防规中查得。饱和蒸汽压是指在一定温度下的密闭容器中，当达到气液两相平衡时气液分界面上的蒸汽压，它随温度而变化，但与容积的大小有关。对于液化石油气和液化天然气之类，都不是纯净物，而是一种混合物，此时的饱和蒸汽压与混合比例有关，可根据道尔顿定律和拉乌尔定律进行计算。当储存的介质为具有高粘度或高冰点的液体时，为保持其流动性，就需要对储存设备进行加热或保温，使其保持便于输送的状态。储存液体的密度，直接影响制造工艺和设备造价。而介质的毒性程度则直接影响设备制造与管理的等级和安全附件的配置。
储存设备若盛装液化气体时，除了应该考虑上述条件外，还应注意液化气体的膨胀性和压缩性。液化气体的体积会随温度的上升而膨胀，温度的降低而收缩。如果环境温度变化较大，储罐就可能因超压而爆破。为此，在储存设备使用时必须严格控制储罐的充装量。
当储罐的金属温度受大气环境温度影响时，其最低设计温度可按该地区气象资料，取气象局实测的10年逐月平均最低温度的最小值。随着液化气体温度的下降，罐压力也将较大幅度下降，此时罐体的应力水平就有较大的降低。为此，在确定储罐设计温度时，可按有关规定进行低温低应力分析。当储罐部因温度降低而使压低于大气压时，还应进行罐体的稳定性校核，以免发生失稳失效。
1.4 设计任务
针对化工厂中常见的气体储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图和零件图，并编写设计说明书。
1.5 设计思想
设计储存设备，首先必须满足各种给定的工艺要求，考虑储存介质的性质、容量的大小、设置的位置、钢材的耗量以及施工的条件等来确定储罐的形式；在设计中还必须考虑场地的条件：环境温度、风载荷、地震载荷、雪载荷、地基条件等，因此设计者在设计储存设备时必须针对上述条件进行综合的考虑，以确定最佳的设计方案。
综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。
1.6 设计特点
压力容器的外壳由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座及安全附件六大部件组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了储气罐的的筒体、封头的设计计算，低压通用零部件的选用。
各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。
1.7设计数据
设计数据详见表1-1
表1-1
第二章 容器主要原件的设计
2.1圆筒厚度的设计
全容积为3的卧式压缩空气储罐，焊接系数为，根据HGT3154-1985《卧式椭圆形封头贮罐系列》表21，取i D =1000mm 。设计压力P c =3.5，此储罐的最高工作温度为90℃，圆筒材料为Q345R ，假设圆筒的厚度在3~16mm 围，查《过程装备设计》中表D -1，可得：疲劳极限强度b σ=510MPa ，屈服极限强度s σ=345MPa ，在90℃时近似取为100℃时的[]t
σ=189MPa 。利用公式
[] 3.5
-189121000
5.32P ???=-=
c t
i c P D σφδ=9.35mm (2-1) 查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》及其中表7-3查得压力容器专用钢板厚度负偏差不大于0.25 mm ，钢板厚度负偏差为可以忽略，即，而有GB150-1998中3.5.5.1知，腐蚀裕量=.2;则筒体的名义厚度≥n δ9.35+0+2=11.35;根据钢板的厚度规格，查《钢板的常用厚度表》，圆整为=12mm 。
2.2 封头的设计
从受力与制造角度分析，球形封头是最理想的结构形式，但其缺点是深
度大，冲压较困难；而椭圆形封头深度比半径小，易于冲压成型，是目前低压容器中用的较多的，故采用标准椭圆形封头，各参数与筒体相同,则封头的设计厚度: mm P D P c t
i c d 9.303.5
5.0189121000
3.55.0][2=?-???=-?=
?σδ (2-2) 考虑到钢板负偏差，所以封头厚度应再加上C=C1+C2=2，即 δn ≥9.30+2=11.30mm
根据钢板的厚度规格，查《钢板的常用厚度表》，圆整为δn =12mm ，可见跟筒体等厚。由2/2h D i i =,得i h =i D /4=1000/4=250mm
封头的容积：
查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表1和表B.1、表B.2,选择封头的型号为EHA10006-Q235A ，椭圆形封头表面积、容积、质量见表2-1和图1。
表2-1 封头尺寸表
图1
2.3人孔的选择
根据HG/T 21518-2005《回转盖带颈对焊法兰人孔》，查表3-3，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见下表：
表2-2 人孔尺寸表单位：mm
2.4接管和法兰
压缩空气气储罐应设置排污口，进气口，出气口，人孔，，温度计口，压力表口，安全阀口，排废口。如图2所示：
图2
查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中表8.2 3-3 PN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-5,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）。
表2-3 选择工艺接管
2.5螺栓（螺柱）的选择
查HG/T 20613-2009 《钢制管法兰用紧固件》中表5.0.7-11和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸，见表2-4
表2-4
2.6鞍座选型和结构设计
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 。 首先粗略计算支座负荷
储罐总质量：123W=W W W ++ (2-3)式中:
1W —罐体的质量，Kg
2W —水压试验时水的质量，Kg 3W —附件的质量，Kg
1 罐体质量W 1
储罐公称容积为33m ，筒体公称直径N D =mm 1000,由封π2V L 4
V 2
i ??=D (2-4),
封头容积0.15053m ，解得L=3.44m ，即取L=3440mm 。 罐体的自重由《压力容器设计手册》可查得，公称直径mm D N 1000=，壁厚
mm n 12=δ，筒体重:
m= 3.4478500.01213.14L i ????=δρD π=1017.51Kg (2-5)， 封头自重为Kg 109.1，故罐体自重Kg Kg W 12361235.71109.121017.511≈=?+=
1. 水压试验时水的质量W 2 储罐的总容积30.3m V =
水压试验充满水，故取介质密度为31000kg/m ρ=水
，故水压试验时罐水重
Kg W 30002=。 2. 其他附件质量W 3
人孔质总量为Kg 277,加上其他的附件总重约为500Kg 。 3. 设备总质量W
Kg W W W W 736400530001236321=++=++=，约为47.4KN ，则每个鞍座承受的重量为23.7kN 。
查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表1，首先优先选择轻型支座。 查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表2。
表2-5 鞍座尺寸表
A2000-F 。
第三章 开孔强度设计
根据GB150中8.3，知该储罐中只有人孔需要补强。
3.1补强设计方法的判断
其中开孔直径d=i d +2C=400+2?2=404mm (3-1) d/2=1000/2=500mm
故可以采用等面积法进行开孔补强计算
接管材料选用10号钢，其许用应力[]=t
n σ=115MPa
根据GB150-1998中式8-1，A=d 2(1)r et f δδδ+- (3-2)壳体开孔处的计算厚度δ=9.3mm
强度削弱系数6085.0=r f ，所以补强的面积：
2e 3830)6085.01(103.929.3404)1(2mm f d A r =-???+?=-+?=δδδ (3-3)
3.2有效补强围
1有效补强B 按GB150中式8-7，得： 有效宽度
mm d B 80840422=?=?= (3-4)
mm m n d B 56414212240422=?+?+=?+?+=δδ (3-5) 取最大值 mm B 808= 2外侧有效高度
根据GB150中式8-8，得：
75.21mm 14404h ,
1=?==nt d δ (3-6)
11''H 280h mm ===接管实际外伸高度
(3-7)
取最小的1h =75.21mm 75mm ≈
3侧有效高度
根据GB150-1998中式8-9，得：41404h ,
2?==nt d δ=75mm (3-8)
2''0
h =
222min(','')0h h h == (3-9)
3.3 有效补强面积
根据GB150中式8-10 ~ 式8-13，分别计算如下：
321e A A A A ++= (3-10)
1 筒体多余面积1A
1A =（B -d ）(δδ-e )- 2et δ(δδ-e )(1- r f )
=(808-404)(10-9.3)-2×12×（10-9.3）×（1-0.6085）=276 (3-11)
2mm
2接管的多余面积
r et r et i f C h f h )(2)(2A 22t 2-+-=δδδ=
264mm 0.60852-10020.60859.3-10752=???+???）（）（ (3-12)
3焊缝金属截面积 焊角取6mm
22e 36mm 262
1
=??=A (3-13)
4补强面积
321e A A A A ++==276+64+36=376mm 2 因为Ae A <，所以开孔需另行补强 另行补强面积为
≥4A 3830-376=34542mm (3-14)
3.4补强圈得设计
根据管道公称直径N D =400mm 选择补强圈，参照JB/T4736取补强圈外径，D =680；径，d =426mm,因为B>,D ,补偿圈在有效补强围;补偿圈厚度为：
13.6mm 426
-6803454
d -D 4===
，，，A δ (3-15)
考虑到钢板的负偏差故圆整为16mm 。
第四章 强度设计
4.1水压试验校核
试验压力T P =1.25P=1.25?3.5=4.375Mp a (4-1)
圆筒的薄膜应力pa 154.0625M 14
214-10004.3752-D P e e i T T =??==
）（）（δδσ (4-2) 0.9s δΦ=0.9×1×235=211.5MPa
即0.9s δΦ>T σ所以水压试验合格。
4.2圆筒轴向应力弯矩计算
圆筒的平均半径R a =D i /2 +n σ/2=1000/2+12/2=506mm (4-3) 鞍座反力F=mg/2=23.7kN 。 (4-4) 1圆筒中间截面上的轴向弯矩 如图4-1：
根据JB/T 4731-2005中式7-2，得：
M 1= ?????
???????-?+-+L A L h L h R i i a 4341)(214FL 222
=???
??
?????????++?34402204-34402503413440250-506214344023700222）
（
=1.40mm N 107?? (4-5)
2鞍座平面上的轴向弯矩
根据JB/T 4731-2005中式7-3，得：
?????
????????++---=L h 3412AL h -R L A 11M i
2i 2
a 2）
（FA =
mm N 10-1.57344025034134402202250-506344022011220237005
22??=?????
????????
+??+--??-）（ (4-6)
4.3 圆筒的轴向应力及校核
根据JB/T 4731-2005中式7-4 ~ 式7-7计算
1圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力 最高点处：
88.55Mpa 10
5063.14101.40-102506103.53.14R M -2R P 2
7
6e 2a 1e a c 1=??????==δδδ (4-7) 最低点处：
88.55Mpa 10
5063.14101.40102506103.53.14R M -2R P 2
7
6e 2a 1e a c 2=???+???==δδδ （4-8） 由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算并校核鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力，按下式计算：
a).当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强（即/2a A R ≤）时，轴向应力3σ位于横截面最高点处.
取鞍座包角120θ=o ，查表7-1（JB/T4731-2005）得，121.0, 1.0K K ==.则:
88.55Mpa 10
5063.14101.57--102506103.5R 3.14K M -2R P 2
7
6e 2a 12e a c 3=??????==δδδ （4-9） b).在横截面最低点处的轴向应力4δ：
88.55Mpa 10
5063.14101.57-102506103.5R 3.14K M -2R P 2
7
6e 2a 12e a c 4=???+???==δδδ （4-10） 3.圆筒轴向应力校核 A 0.00304506/10
0.154
==
（4-11）
查《过程设备设计》中图4-9得，5101.93E ?=,则 B=
32EA=0.00304101.933
2
5???=392MPa （4-12）
[]{}Mpa 55.88,,,4321max ==δδδδδ （4-13） [][]Mpa t t 115ac ==δδ （4-14）
满足条件[]t
ac δ>[]max δ
4.4切向剪应力的计算机校核
1圆筒切向剪应力的计算
根据JB/T 4731-2005中式7-9计算 查JB/T 4731-2005中表7-2，得：
K 3=0.880 K 4=0.401
Pa 4.12M 100.50623.70.880R F K e a 3=??==δτ （4-15）
2圆筒被封头加强（/2a A R ≤）时，其最大剪应力h τ 根据JB/T4731-2005中式7-10，计算得：
Pa M 88.110
0.50623.7
0.401R F K he a 4h =??==
δτ (4-16) 3切向剪应力的校核
圆筒的切向剪应力不应超过设计温度下材料许用应力的0.8倍，即[]0.8t
τσ≤ 封头的切向剪应力，应满足[]1.25t
h τσσ≤-
而τ=9.5MPa ≤0.8[]t
δ=0.8×115=92MPa ，即[]0.8t
τσ≤
故圆筒满足强度要求。
K=??????+212D 261）（i h =???
??
??+225021000261）（ =1 (4-17) MPa D h i c 17510
21000
5.312KP e h =???==
δσ h τ=1.88MPa ≤1.25[]h τδ-t =1.25×115-1.88=141.87MPa (4-18) 即h τ≤1.25[]h τδ-t
故封头满足强度要求。
4.5圆筒周向应力的计算及校核
b 4=320mm;b+1.56n a R δ=b 2=176mm (4-19)所以b 4> b 1+1.56n a R δ (4-20) 所以鞍座垫片作为加强用的鞍座。
1在横截面的最低点处：
2
e s 5F KK -
b re ）（δδσ+= (4-22)
其中k=0.1(容器焊在支座上)
查/47312005JB T -,表7-3知，50.760K = F=23700N, e δ=10mm,re δ=4mm,b 2=176mm
-0.731Mpa 176
41023700
0.7600.1-
5=?+??=）（σ (4-23)
2在鞍座边角处 当L/R a =3440/506=6.80<8
）
（）（2re 2e a 62re e 6L FR 12K -b 4F
-
δδδδσ++=
(4-24)
A/ 2a R =0.000987/1.012<0.5
查/47312005JB T -,表7-3知，60.013K =
）
（）（2
264103440506
237000.01312-176410423700-+?????+=σ=-7.09Mpa (4-25)
3鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力 根据《过程设备设计》第二版式5-25a ： 当L/=23700/506=46.8388≥ 2e 62e 62F 3K -b 4F -δδσ?=，
= -8.0Mpa 10
223700
0.0133-176********-2
=????? (4-26) 4周向应力校核
根据JB/T 4731-2005中7.3.4.3进行校核 由于 []115t
=δMPa
所以 [][][]t
6t
6t
5σσσσσσ≤≤≤，
，，
故均满足强度要求
4.6鞍座应力计算及校核
1腹板水平分力及强度校核
9s F K F =
鞍座包角120θ?=，查表47312005JB T -中表7-5 相应90.204K = 则F s =0.204×23700=4834.8N 当垫板起加强作用时：
re
r s s
b b H δσ+=
09F (4-27)
其中re δ=4mm,b r =b re =176mm,R a /3=506/3=169mm,H=200-10=190mm
则H s =min ???
?
??3,H a R =169mm (4-28)
10
14081694834.8
9?+?=
σ=1.76MPa
查JB/T 4731-2005中表5-1，得： []147sa Mpa σ=，[]2
983
sa Mpa σ= 满足要求[]92
3
sa σσ≤
，即其强度合格。 2鞍座压缩应力及强度校核
查47312005JB T - 表7-6，因当地地震发生几率小，取10.08α= 则 F Ev =1αmg=0.08×4736×9.8=3713N (4-29) 钢底板对水泥基础 0.4f = 因为 Ev F mgf ≤ 所以压力按下式计算：
)
2(2F A F -
Ev sa sa A L A H F Z H
sa v Ev r ---=σ (4-30)
H v =R+H=1000/2+169=669mm (4-31) 筋板面积 A 1=b 23δ=176×6=1056mm 2 (4-32) 腹板面积:A 2=(l 1-50)2δ=（760-50）×6=4260mm 2
A sa =6A 1+A 2=6×1056+4260=10596 (4-45) x =2I 1-6-6-33I -δ=2
760-6-6-6-170=192mm ； (4-46)
Z 1=x+
23δ=192+26
=195mm (4-47) Z 2=Z 1+2
3δ
=195+170=365mm
形心:
y c =23.8m m 9300
/2
617640562/b 6A sa
221=+?=+）（）（A δ (4-48) y c ，=67.2mm 23.82
6176-2b 22=-+=+c y δ
I y =21250-L Z Z A 12b 331222211232）（）
（δδ+??
????++?
=21250-3000636519540512617633
222）（）（+
??
????++??=1.30310mm 10? (4-49)
I z =6c 23132c 1232y A 1250-L xy A 12b 3++??
????+?）（，
δδ
=623.801250-3000667.219240512617633
32?+?+??
??????+??
）
（ (4-50) =311mm 104.62?
腹板与筋板组合截面断面系数：
mm b 7962170621max =-=-=
? (4-51) mm L 149462
300062Z 1max =-=-= (4-52)
mm Z I y 610
max
ry 107.81494
103.1Z ?=?==
（4-53）
mm Z I z 811
max rz 101.31494
1062.4Z ?=?== （4-54）
{}mm Z Z rz ry 6ry 107.8,min Z ?== （4-55） 代入公式）
（2A -L A H 2A -sa v Ev sa sa Ev r F Z H F F
--=σ （4-56） ）（0.000752-30009300668
3473562321903473930023700-sa ???-
??-=σ=-61Mpa （4-57） 6
sa sa 107.81904.023700930023700Ff A -???--=-=r t
Z H F σ=-2.8Mpa （4-58） K 0=1.2
K 0[]sa σ=1.2×147=176.4 （4-59） 根据JB/T 4731-2005中式7-32进行校核
满足式[]0sa sa K σσ≤和式[]t sa sa σσ≤，即满足强速要求。
4.7地震引起的地脚螺栓应力
1 倾覆力矩计算
m N 102.326683473H M 6
v 00Ev ??=?==-Ev F （4-60）
2 由倾覆力矩引起的地脚螺栓拉应力
n=2,l 1==760mm,22bt 314mm 204
A =?=π
（4-61）
地脚螺栓拉应力为：
Mpa nI M Ev 86.4314
76021032.2A 6
bt 00bt =???==-σ （4-62）
载荷组合系数 K 0=1.2
[]bt σ=147MPa
满足式[]bt 0bt σσ?≤K 即符合强度要求。
3由地震引起的地脚螺栓剪应力 地脚螺栓剪应力计算 N=4,3473N F Ev =,Mpa nA F bt Ev 77.2314
43473
bt =?==
τ （4-63） []Mpa 6.1171478.00.8bt bt =?=≤στ （4-64） 即满足式[]0.8bt bt τσ≤ 符合强度要求。
第五章 焊接结构设计
5.1焊接方法
焊接技术就是高温或高压条件下，使用焊接材料（焊条或焊丝）将两块或两块以上的母材（待焊接的工件）连接成一个整体的操作方法。
焊接技术主要应用在金属母材上，常用的有电弧焊，氩弧焊，CO2保护焊，氧气-乙炔焊，激光焊接，电渣压力焊等多种，塑料等非金属材料亦可进行焊接。 金属焊接方法有40种以上，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。
熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。
在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。
压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。
各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔
焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。
5.2焊接工艺及技术要求
一、焊接技术
对于压力容器来说，压力容器各受压部件的组装大多采用焊接方式，焊
缝的接头形式和坡口形式的设计直接影响到焊接质量与容器的安全，因而必
须对容器的焊接接头的结构进行合理设计。
焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。
现代焊接技术已能焊出无外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处的强度除受焊缝质量影响外，还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接（正交接）和角接等。
对接接头焊缝的横截面形状，决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。焊接较厚的钢板时，为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口，以便较容易地送入焊条或焊丝。坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口。选择坡口形式时，除保证焊透外还应考虑施焊方便，填充金属量少，焊接变形小和坡口加工费用低等因素。
厚度不同的两块钢板对接时，为避免截面急剧变化引起严重的应力集中，常把较厚的板边逐渐削薄，达到两接边处等厚。对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。在交变、冲击载荷下或在低温高压容器中工作的联接，常优先采用对接接头的焊接。
搭接接头的焊前准备工作简单，装配方便，焊接变形和残余应力较小，因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。一般来说，搭接接头不适于在交变载荷、腐蚀介质、高温或低温等条件下工作。
采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要。丁字接头上未焊透的角焊缝工作特点与搭接接头的角焊缝相似。当焊缝与外力方向垂直时便成为正面角焊缝，这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中；焊透的角焊缝受力情况与对接接头相似。
角接头承载能力低，一般不单独使用，只有在焊透时，或在外均有角焊缝时才有所改善，多用于封闭形结构的拐角处。
目录 一序言 （一）设计任务 （二）设计思想 （三）设计特点 二储罐总装配示意图 三材料及结构的选择 （一）材料的选择 （二）结构的选择 四设计计算内容 （一）设计温度和设计压力的确定 （二）名义厚度的初步确定 （三）容器的压力实验 （四）容器应力的校核计算 （五）封头的设计 （六）人孔的设置 （七）支座的设计确定 （八）各物料进出管位置的确定及其标准的选择（九）液位计的设计 （十）焊接接头设计 五设计小结 六参考资料
太原科技大学材料科学与工程学院 过程设备课程设计指导书 课程设计题目： （15）M3甲醇储罐设计 课程设计要求及原始数据（资料）： 一、课程设计要求： 1.使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。 2.广泛查阅和综合分析各种文献资料，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。 3.设计计算采用电算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算机操作和专业软件的使用。 4.工程图纸要求计算机绘图。 5.毕业设计全部工作由学生本人独立完成。 二、原始数据： 设计条件表
管口表 课程设计主要内容： 1．设备工艺设计 2．设备结构设计 3．设备强度计算 4．技术条件编制 5．绘制设备总装配图 6．编制设计说明书 应交出的设计文件(论文)： 1.设计说明书一份 2.总装配图一张 (折合A1图纸一张)
一序言 （一）设计任务： 针对化工厂中常见的甲醇储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图和零件图，并编写设计说明书。（二）设计思想： 综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。（三）设计特点： 容器的设计一般由筒体，封头，法兰，支座，接口管及人孔等组成。常，低压化工设备通用零件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的筒体，封头的设计计算，低压通用零件的选用。 各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理的进行设计。
目录 绪论 (3) 第一章压缩空气的特性 (4) 第二章设计参数的选择 (5) 第三章容器的结构设计 (6) 3.1圆筒厚度的设计 (6) 3.2封头厚度的计算 (6) 3.3筒体和封头的结构设计 (6) 3.4人孔的选择 (7) 3.5接管，法兰，垫片和螺栓（柱） (9) 3.6鞍座选型和结构设计 (11) 第四章开孔补强设计 (14) 4.1补强设计方法判别 (13) 4.2有效补强范围 (13) 4.3有效补强面积 (14) 4.4补强面积 (14) 第五章强度计算 (16) 5.1水压试验应力校核 (15) 5.2圆筒轴向弯矩计算 (15) 5.3圆筒轴向应力计算及校核 (16) 5.4切向剪应力的计算及校核 (17) 5.5圆筒周向应力的计算和校核 (20) 5.6鞍座应力计算及校核 (22) 5.7地震引起的地脚螺栓应力 (24) 第六章设计汇总 (25) 参考文献........................................................... 错误！未定义书签。
绪论 课程设计是一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。 课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。 通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养： 1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力； 2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力； 3. 迅速准确的进行工程计算的能力； 4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力 本次设计为压缩空气储罐，在三周时间内内，通过相关数据及对国家标准的查找计算出合适的尺寸，设计出主体设备及相关配件，画出装备图零件图以及课程设计说明书。 压缩空气储罐的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的的筒体、封头的设计计算，低压通用零部件的选用。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求， 合理地进行设计。
目录 任务书 (2) 第一章空气储罐产品概要 (3) 第二章空气储罐材料的选择 (4) 第三章空气储罐的结构设计 (4) 3.1圆筒厚度的设计 (5) 3.2封头厚度的计算 (5) 3.3接管的设计 (5) 3.4支座的设计 (6) 3.4.1支座选型 (6) 3.4.2鞍座定位 (6) 第四章强度计算 (6) 5.1水压试验应力校核 (6) 5.2工作应力计算及校核 (7) 5.2.1圆筒轴向应力计算及校核 (7) 5.2.3周向应力计算及校核 (8) 第五章空气储罐的制造工艺 (10) 5.1空气储罐的制造工艺流程 (10) 5.2空气储罐的焊接工艺 (11) 5.2.1接管焊接 (11) 5.2.2纵缝和环缝焊接 (12)
5.3空气储罐的焊接检验 (13) 5.3.1无损检测 (14) 5.3.2耐压试验 (14) 第六章课程设计心得体会 (15) 参考文献 (16) 任务书 2m3空气储罐的焊接工艺设计 设计参数 序号名称指标 1 设计压力P c（MPa） 1.0 2 设计温度（℃）100 3 最高工作压力（MPa）0.95 4 最高工作温度（℃）95 5 工作介质压缩空气 6 主要受压元件的材料Q235-B 7 焊接接头系数Φ0.9 8 腐蚀裕度C2（mm） 1.2 9 厚度负偏差（C1）0.8 9 全容积（） 2.0 10 容器类别第一类 设计要求 （1）更具给定的条件来选定容积的几何尺寸，即确定筒体的内径、长度、封
头类型等，然后确定有关的参数，如容器材料、需用应力、壁厚附加量、焊缝系数等。 （2）设计筒体和封头壁厚；进行强度计算；焊接接头设计；附件设计等。 （3）撰写设计说明书：能以“工程语言和格式”阐明自己的设计观点、设计方案的优劣以及设计数据的合理性；按照设计步骤、进程，科学地编排设计说明书的格式与内容叙述简明。 第一章空气储罐概要 空气储罐的特点 空气储罐主要是指用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备，在化工、石油、能源、轻工、环保、制药及食品等行业得到广泛应用，如氢气储罐、液化石油气储罐、石油储罐、液氨储罐等。储罐内的压力直接受温度影响，且介质往往易燃、易爆或有毒。储罐的结构形式主要有卧式储罐、立式储罐和球形储罐。 压力容器的外壳由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座及安全附件六大部件组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书
目录 卧式储气罐设计任务书 (2) 第一张绪论 (3) 1.1设计背景 (3) 1.2 储罐的用途及分类 (4) 1.3 储存介质的性质 (4) 1.4 设计任务 (5) 1.5 设计思想 (5) 1.6 设计特点 (5) 1.7设计数据 (6) 第二章容器主要原件的设计 (6) 2.1圆筒厚度的设计 (6) 2.2 封头的设计 (7) 2.3人孔的选择 (8) 2.4接管和法兰 (8) 2.5螺栓（螺柱）的选择 (9) 2.6鞍座选型和结构设计 (9) 第三章开孔强度设计 (11) 3.1补强设计方法的判断 (11) 3.2有效补强范围 (11) 3.3 有效补强面积 (11) 第四章强度设计 (12) 4.1水压试验校核 (12) 4.2圆筒轴向应力弯矩计算 (12) 4.3 圆筒的轴向应力及校核 (14) 4.4切向剪应力的计算机校核 (14) 4.5圆筒周向应力的计算及校核 (15) 4.6鞍座应力计算及校核 (16) 4.7地震引起的地脚螺栓应力 (18) 第五章焊接结构设计 (18) 5.1焊接方法 (18) 5.2焊接工艺及技术要求 (19) 总结 (21) 附录：参考文献 (22)
卧式储气罐设计任务书
第一章绪论 1.1设计背景 所谓容器是指用于储存气体、液化气体、液体和固体原料、中间产品或成品 的设备。压力容器是容器的一种，是指最高工作压力P≥0.1MPa，容积V≥25L， 工作介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点液体的容器。它 广泛地用于化工、炼油、机械、动力、轻工、纺织、冶金、核能及运输等工业部 门，是生产过程中必不可少的设备[1]。 随着石油化工、电站锅炉和原子能工业的迅猛发展，压力容器制造技术也有 了很大的发展，它主要表现在以下三个方面：一是压力容器向大型化过渡，容器 直径和壁厚成倍增长；二是低合金高强度钢的广泛应用，大部分压力容器均采用 了各种级别的低合金高强度钢；三是焊接新工艺、新技术的广泛应用，使得焊接 质量进一步提高，从而提高了这些大型产品质量的可靠性。 其中以压力容器产品大型化、高参数化的趋势尤为明显。1000吨级的储气 罐、2000吨级的煤液化反应器、10000立方米的天然气球罐（日本最大的天然气 球罐为30000立方米）等已经在我国大量应用。压力容器在石油化工、核工业、 煤化工等领域中的应用场合也日益苛刻。因此，耐高温、高压和耐腐蚀的压力容 器用材料的研制与开发一直是压力容器行业所面临的重大课题。对此，各国均投 入了大量的人力物力从事相关的研究工作。目前，压力容器用材料的主要研究成 果和技术进步表现在以下几个方面：①材料的高纯净度：冶金工业整体技术水平 和装备水平的提高，极大地提高了材料的纯净度，提高了压力容器用材料的力学 性能指标，提高了压力容器的整体安全性；②材料的介质适应性：针对各种腐蚀 性介质和操作情况，已研究开发出超级不锈钢、双相钢、特种合金等金属材料， 使之适合各种应用条件，给容器设计者以更多选择的空间，为长期安全生产提供 了保证；③材料的应用界限：针对高温蠕变、回火脆化、低温脆断所进行的研究， 准确地给出材料的适用范围；④更高强度材料的应用：在设备大型化的要求下， 传统的材料已经无法解决，诸如30000立方米天然气球罐、200000立方米原油 ≥ 800MPa 高强材料的应用正在引起国储罐以及超高压容器的选材问题。目前b 内研究人员的广泛关注[2]。 近年来，压力容器制造业在装备投资中，焊接设备的比例占了40%以上。正由于这些先进高效焊接设备及工艺的采用，使压力容器制造技术有了更大的提高和发展。就具体的压力容器焊接而言，焊条电弧焊的比例已逐步缩小，而埋弧自动焊、氩弧焊、CO2气体保护焊等先进的焊接技术已经得到广泛应用；带极堆焊、窄间隙埋弧焊和药芯焊丝气体保护焊等高效率的焊接方法设备已成为一些大型压力容器厂必备的焊接设备；小管径内壁堆焊、管子-管板自动旋转氩弧焊、马
齐齐哈尔大学设备设计课程设计 题目名称：空气储罐设计 学院：机电工程学院 专业班级：过控102 学生姓名：王国涛 指导教师：刘岩 完成日期： 2013-12-20
目录 摘要 (3) 绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
第一章压缩空气的特性 (5) 第二章设计参数的选择 (6) 第三章容器的结构设计 (7) 3.1圆筒厚度的设计 (7) 3.2封头厚度的计算 (7) 3.3筒体和封头的结构设计 (8) 3.4人孔的选择 (9) 3.5接管，法兰，垫片和螺栓（柱） (9) 3.6鞍座选型和结构设计 (12) 第四章开孔补强设计 (15) 4.1补强设计方法判不 (15) 4.2有效补强范围 (15) 4.3有效补强面积 (16) 4.4补强面积 (17) 第五章强度计算 (18)
5.1水压试验应力校核 (18) 5.2圆筒轴向弯矩计算 (18) 5.3圆筒轴向应力计算及校核 (20) 5.4切向剪应力的计算及校核 (22) 5.5圆筒周向应力的计算和校核 (23) 5.6鞍座应力计算及校核 (25) 第六章总结 (28) 参考文献 (29)
摘要 本讲明书为《3.0m3空气储罐设计讲明书》。扼要介绍了卧式储罐的特点及在工业中的广泛应用，详细的阐述了卧式储罐的结构及强度设计计算及制造、检修和维护。 本文采纳分析设计方法，综合考虑环境条件、液体性质等因素并
参考相关标准，按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分不对储罐的筒体、封头、鞍座、接管进行设计，然后采纳1SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。 设计结果满足用户要求，安全性与经济性及环保要求均合格。关键词：压力容器、卧式储罐、结构设计、强度校核、开孔补强
XX大学设备设计课程设计题目名称：空气储罐设计 学院：机电工程学院 专业班级：过控102 学生XX：王国涛 指导教师：X岩 完成日期： 2013-12-20
目录 摘要3 绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 第一章压缩空气的特性5 第二章设计参数的选择6 第三章容器的结构设计7 3.1圆筒厚度的设计7 3.2封头厚度的计算7 3.3筒体和封头的结构设计8 3.4人孔的选择9 3.5接管，法兰，垫片和螺栓（柱）9 3.6鞍座选型和结构设计12 第四章开孔补强设计15 4.1补强设计方法判别14 4.2有效补强X围15 4.3有效补强面积16 4.4补强面积16 第五章强度计算18 5.1水压试验应力校核17 5.2圆筒轴向弯矩计算17 5.3圆筒轴向应力计算及校核20 5.4切向剪应力的计算及校核22 5.5圆筒周向应力的计算和校核23 5.6鞍座应力计算及校核25 第六章总结28 参考文献29
摘要 本说明书为《3.0m3空气储罐设计说明书》。扼要介绍了卧式储罐的特点及在工业中的广泛应用，详细的阐述了卧式储罐的结构及强度设计计算及制造、检修和维护。本文采用分析设计方法，综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准，按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、接管进行设计，然后采用1SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。 设计结果满足用户要求，安全性与经济性及环保要求均合格。 关键词：压力容器、卧式储罐、结构设计、强度校核、开孔补强
课程设计说明书 题目：23m空气储罐的焊接工艺设计专业年级： 姓名： 学号：
目录 绪论...................................................................................................... 第一章压缩空气的特性............................................................................ 第二章设计参数的选择............................................................................ 第三章容器的结构设计............................................................................ 3.1圆筒厚度的设计 ..................................................................................................... 3.2封头厚度的计算 ..................................................................................................... 3.3筒体和封头的结构设计 ......................................................................................... 3.4接管的设计 ............................................................................................................. 3.5鞍座选型和结构设计 ............................................................................................. 第四章强度计算..................................................................................... 4.1水压试验应力校核 ................................................................................................. 4.2圆筒轴向弯矩计算 ................................................................................................. 4.3圆筒轴向应力计算及校核 ..................................................................................... 4.4切向剪应力的计算及校核 ..................................................................................... 4.5圆筒周向应力的计算和校核 ................................................................................. 第五章制造工艺..................................................................................... 参考文献................................................................................................ 心得体会 .............................................................................................................................. 绪论 课程设计是一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。 课程设计需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进
下载文档 收藏 压缩空气储罐设计 过程设备设计课程设计 目录绪 论 .................................................................. .................................. 3 第一章压缩空气的特 性 .................................................................. ........ 4 第二章设计参数的选 择 .................................................................. ........ 5 第三章容器的结构设 计 .................................................................. ........ 6 3.1 圆筒厚度的设 计 .................................................................. ................................. 6 3.2 封头厚度的计 算 .................................................................. ................................. 6 3.3 筒体和封头的结构设 计 .................................................................. ..................... 6 3.4 人孔的选 择 .................................................................. ......................................... 7 3.5 接管，法兰，垫片和螺栓（柱） .............................................................. ......... 9 3.6 鞍座选型和结构设 计 .................................................................. ........................11 第四章开孔补强设 计 .................................................................. ......... 14 4.1 补强设计方法判 别 .................................................................. ........................... 13 4.2 有效补强范 围 .................................................................. ................................... 13 4.3 有效补强面 积 .................................................................. ................................... 14 4.4 补强面 积 .................................................................. ........................................... 14 第五章强度计 算 ..................................................................
空气储罐设备设计课程设计
齐齐哈尔大学设备设计课程设计题目名称：空气储罐设计 学院：机电工程学院 专业班级：过控102 学生姓名：王国涛 指导教师：刘岩 完成日期： 2013-12-20
目录 摘要 (3) 绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4第一章压缩空气的特性 (5) 第二章设计参数的选择 (6) 第三章容器的结构设计 (7) 3.1圆筒厚度的设计 (7) 3.2封头厚度的计算 (7) 3.3筒体和封头的结构设计 (8) 3.4人孔的选择 (9) 3.5接管，法兰，垫片和螺栓（柱） (9) 3.6鞍座选型和结构设计 (12) 第四章开孔补强设计 (15) 4.1补强设计方法判别 (17) 4.2有效补强范围 (15) 4.3有效补强面积 (18) 4.4补强面积 (19) 第五章强度计算 (18) 5.1水压试验应力校核 (20) 5.2圆筒轴向弯矩计算 (20) 5.3圆筒轴向应力计算及校核 (20) 5.4切向剪应力的计算及校核 (22) 5.5圆筒周向应力的计算和校核 (23) 5.6鞍座应力计算及校核 (25)
第六章总结 (28) 参考文献 (29) 摘要 本说明书为《3.0m3空气储罐设计说明书》。扼要介绍了卧式储罐的特点及在工业中的广泛应用，详细的阐述了卧式储罐的结构及强度设计计算及制造、检修和维护。 本文采用分析设计方法，综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准，按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、接管进行设计，然后采用1SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。 设计结果满足用户要求，安全性与经济性及环保要求均合格。 关键词：压力容器、卧式储罐、结构设计、强度校核、开孔补强
焊接结构与工艺课程设计 学校：山西大同大学煤炭工程学院 姓名：陈芳 专业：材料成型及控制工程 班级：材料一班 学号： 110803021102 题目：压缩空气储罐设计 时间： 2015年12月15日至1月2日 指导老师：魏雷
大同大学煤炭工程学院 前言 1、任务说明 设计一个压缩空气储罐，采用常规设计方法，综合考虑环境条件等因素并参考相关标准，按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔、接管进行设计，然后采用SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。 本设计是针对《焊接结构》这门课程所安排的一次课程设计，是对这门课程的一次总结，要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。 设计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。 各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计 2、压缩空气的性质 中文名称：压缩空气 主要成分：氮气、氧气等 外观与性状：无色无味 沸点(℃)-192℃ 相对密度（水=1）：0.9 健康危害：无 环境危害：无 危险特性：高温常压储存，高温剧烈震动易爆 特性总结：压缩空气是清晰透明的，输送方便，没有特殊的有害性能，没有起火危害，不怕超负荷，能在许多不利环境下工作，空气在地面上到处都有，取之不尽。 来源：大气中的空气常压为0.1MPa,经过空气压缩机加压后达到理想的压力 作用或用途：压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，其应用范围遍及石油，化工，机械，轻工，纺织，国防，科研等行业和部门。 - 1 -
1、编制依据 1.1 《电力建设安全工作规程》（火力发电厂部分，2002年版）。 1.2 《电力建设安全健康与环境管理工作规定》（2002年版）。 1.3 《火力施工质量检验及评定标准》（汽机篇，2009版）。 1.4 《电力建设施工及验收技术规范》（汽轮机机组篇，1992版）。 1.5 厂家提供的压缩空气储罐设备图。 1.6 北京国电华北电力工程有限公司提供的设计图纸。 2、作业范围及工程量 2.1工程概况 本工程为内蒙古京能盛乐2×350MW冷热电联供机组烟气脱硫安装工程。厂址位于盛乐现代服务业集聚区以东偏北约4.5km，雅达牧村东南约500m。此脱硫工程是#1、#2 两台2×350MW 冷热电联供主机组配套设计，由北京国电龙源环保工程有限公司设计采购和施工。本工程压缩空气缓冲罐布置在0m，共2台，1台工艺用1台杂用，由无锡市华东电力设备有限公司制造。 2.2 设备规范 杂用压缩空气缓冲罐 3、施工应具备的条件及工期要求 3.1 设备运输通道和履带吊站位的场地坚实、平整。 3.2 施工人员、施工机、器具及材料应组织到位。 3.3 有足够的水、电、照明、压缩空气等设施。 3.4划分专门的吊装区域，非施工人员不得入内，确保施工安全。 4、施工主要机具及材料
5、主要施工方法和步骤 5.1施工步骤 5.1.1压缩空气缓冲罐安装 设备领用→基础准备→压缩空气缓冲罐吊装、拖运→压缩空气缓冲罐就位、安装→附件安装 5.2 施工方法 5.2.1 设备领用 压缩空气缓冲罐本体进行外观检查，按设计及厂家图纸对设备主要外型尺寸及管口位置、方向进行校核，划出本体中心线及入口、本体支腿中心线，并核对附件数量、规格。对支腿下表面应清理干净、无油漆、油污。壳体表面无凹坑、划痕及机械损伤。 5.2.2 基础准备 基础外观检查时，表面应平整、无裂纹、孔洞、蜂窝麻面和露筋等现象。基础尺寸符合设计图纸要求。 测量压缩空气缓冲罐基础的纵、横方向尺寸是否适用，并对基础的标高进行整体测量。 5.2.3 设备就位 按照起重专业的就位方案进行设备的就位工作，就位位置应与图纸设计的安装位置一致。将本体中心线与设备基础中心线对准，用千斤顶粗调压缩空气缓冲罐本体标高、垂直度。
设计任务书 设计题目：0.5m3的立式压缩空气储罐 已知工艺参数如下： 介质：空气 设计压力：0.5MPa 使用温度：0--100℃ 几何容积：0.5 m3 规格：600*6*2050 设计要求： （1）根据给定条件确定筒体内径、长度、封头类型等，然后确定有关参数（容器材料、许用应力、壁厚附加量、焊缝系数等）（2）进行焊接接头设计，附件设计等。 1、设计数据 (4) 2、容器主要元件的设计 (5) 2.1封头的设计 2.2人孔的选择 2.3接管和法兰
3、强度设计 (8) 3．1水压试验校核 3.2圆筒轴向应力弯矩计算 4、焊接结构分析 (10) 4．1储气罐结构分析 4.2零件工艺分析 4.3焊缝位置的确定 5、焊接材料与方法选择 (11) 5.1母材选择 5.2焊料选择 5.3焊接工艺及技术要求 6、焊接工艺工程 (12) 6.1焊前准备 6.2 储罐的安装施工顺序 6.3装配与焊接 6.4质量检验、修整处理、外观检查 6.5 焊缝修补 7、焊接工艺参数 (15) 8、焊接工艺设计心得体会 (16) 9、参考文献 (16) 1.设计数据 表1-1
进出料接管的选择 材料：容器接管一般应采用无缝钢管，所以液体进料口接管材料选择无缝钢管，采 用无缝钢管标准GB8163-87。材料为16MnR 。 结构：接管伸进设备内切成 45 度，可避免物料沿设备内壁流动，减少物料对壁的 磨损与腐蚀。 接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考虑上述要求外，还需考虑焊接方法、焊接参数、 加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。一般情况下，管壁厚 不宜小于壳体壁厚的一半，否则，应采用厚壁管或整体锻件，以保证接管与壳体相焊部 分厚度的匹配。 不需另行补强的条件：当壳体上的开孔满足下述全部要求时，可不另行补强。 ① 设计压力小于或等于2.5Mpa 。 ② 两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。 ③ 接管公称外径小于或等于89㎜。 ④ 接管最小壁厚满足以下要求。 手孔的选择 根据HG/T 21531-2005-1《回转盖带颈对焊法兰手孔》，查表3-3，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见下表： 表2-2 手孔尺寸表 单位：mm
材料工程设计报告学生姓名学号 教学院系 专业年级 指导教师 完成日期2014 年 1 月10 日 设计任务书 设计题目：0.5m3的立式压缩空气储罐 已知工艺参数如下： 介质：空气 设计压力：0.5MPa 使用温度：0--100℃ 几何容积：0.5 m3 规格：600*6*2050
设计要求： （1）根据给定条件确定筒体内径、长度、封头类型等，然后确定有关参数（容器材料、许用应力、壁厚附加量、焊缝系数等）（2）进行焊接接头设计，附件设计等。 （3）撰写说明书，按照设计步骤、进程，科学地安排设计说明书的格式和内容叙述简明 1、设计数据 (4) 2、容器主要元件的设计 (5) 2.1封头的设计 2.2人孔的选择 2.3接管和法兰 3、强度设计 (8) 3．1水压试验校核 3.2圆筒轴向应力弯矩计算 4、焊接结构分析 (10) 4．1储气罐结构分析 4.2零件工艺分析 4.3焊缝位置的确定 5、焊接材料和方法选择 (11) 5.1母材选择 5.2焊料选择 5.3焊接工艺及技术要求 6、焊接工艺工程 (12) 6.1焊前准备 6.2 储罐的安装施工顺序 6.3装配和焊接 6.4质量检验、修整处理、外观检查 6.5 焊缝修补
7、焊接工艺参数 (15) 8、焊接工艺设计心得体会 (16) 9、参考文献 (16) 1.设计数据 表1-1 序号名称指标 1 设计压力MPa 1.0 2 设计温度℃100 3 最高工作压力MPa 1.0 4 最高工作温度℃<100 5 工作介质压缩空气 6 主要受压元件的材料Q235-A 7 焊接接头系数0.85 8 腐蚀裕度mm 2.0 9 全容积0.5 10 规格600*6*2050 主要元件材料的选择：全容积为0.5m3的立式压缩空气储罐，焊接系数为?=0.85，根据HGT3154-1985?立式椭圆形封头贮罐系列?表6。设计压力Pc =1.1MPa，此储罐的最高工作温度为100℃，圆筒材料为Q235-A。圆筒的厚度6mm，查GB150-1998中表4-1，可得：疲劳极限强度σb=375B a，屈服极限强度σs=235MPa，在90℃时近似取为100℃时的σ t =113MPa 进出料接管的选择 材料：容器接管一般应采用无缝钢管，所以液体进料口接管材料选择无缝钢管，采用无缝钢管标准GB8163-87。材料为16MnR。 结构：接管伸进设备内切成 45 度，可避免物料沿设备内壁流动，减少物料对壁的磨损和腐蚀。 接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考虑上述要求外，还需考虑焊接方法、焊接参数、加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。一般情况下，管壁厚不宜小于壳体壁厚的一半，否则，应采用厚壁管或整体锻件，以保证接管和壳体相焊部分厚度的匹配。
压缩空气储罐设计方案第一章绪论 1.1设计背景 所谓容器是指用于储存气体、液化气体、液体和固体原料、中间产品或成品 的设备。压力容器是容器的一种，是指最高工作压力P≥0.1MPa，容积V≥25L， 工作介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点液体的容器。它 广泛地用于化工、炼油、机械、动力、轻工、纺织、冶金、核能及运输等工业部 门，是生产过程中必不可少的设备[1]。 随着石油化工、电站锅炉和原子能工业的迅猛发展，压力容器制造技术也有 了很大的发展，它主要表现在以下三个方面：一是压力容器向大型化过渡，容器 直径和壁厚成倍增长；二是低合金高强度钢的广泛应用，大部分压力容器均采用 了各种级别的低合金高强度钢；三是焊接新工艺、新技术的广泛应用，使得焊接 质量进一步提高，从而提高了这些大型产品质量的可靠性。 其中以压力容器产品大型化、高参数化的趋势尤为明显。1000吨级的储气 罐、2000吨级的煤液化反应器、10000立方米的天然气球罐（日本最大的天然气 球罐为30000立方米）等已经在我国大量应用。压力容器在石油化工、核工业、 煤化工等领域中的应用场合也日益苛刻。因此，耐高温、高压和耐腐蚀的压力容 器用材料的研制与开发一直是压力容器行业所面临的重大课题。对此，各国均投 入了大量的人力物力从事相关的研究工作。目前，压力容器用材料的主要研究成 果和技术进步表现在以下几个方面：①材料的高纯净度：冶金工业整体技术水平 和装备水平的提高，极提高了材料的纯净度，提高了压力容器用材料的力学性能 指标，提高了压力容器的整体安全性；②材料的介质适应性：针对各种腐蚀性介 质和操作情况，已研究开发出超级不锈钢、双相钢、特种合金等金属材料，使之 适合各种应用条件，给容器设计者以更多选择的空间，为长期安全生产提供了保 证；③材料的应用界限：针对高温蠕变、回火脆化、低温脆断所进行的研究，准 确地给出材料的适用围；④更高强度材料的应用：在设备大型化的要求下，传统 的材料已经无法解决，诸如30000立方米天然气球罐、200000立方米原油储罐 ≥ 800MPa 高强材料的应用正在引起国研以及超高压容器的选材问题。目前b 究人员的广泛关注[2]。 近年来，压力容器制造业在装备投资中，焊接设备的比例占了40%以上。正
设计任务书 设计题目：的立式压缩空气储罐 已知工艺参数如下： 介质：空气 设计压力： 使用温度：0--100℃ 几何容积： m3 规格：600*6*2050 设计要求： （1）根据给定条件确定筒体内径、长度、封头类型等，然后确定有关参数（容器材料、许用应力、壁厚附加量、焊缝系数等）（2）进行焊接接头设计，附件设计等。 1、设计数据 (4) 2、容器主要元件的设计 (5) 封头的设计 人孔的选择 接管和法兰
3、强度设计 (8) 3．1水压试验校核 圆筒轴向应力弯矩计算 4、焊接结构分析 (10) 4．1储气罐结构分析 零件工艺分析 焊缝位置的确定 5、焊接材料与方法选择 (11) 母材选择 焊料选择 焊接工艺及技术要求 6、焊接工艺工程 (12) 焊前准备 储罐的安装施工顺序 装配与焊接 质量检验、修整处理、外观检查 焊缝修补 7、焊接工艺参数 (15) 8、焊接工艺设计心得体会 (16) 9、参考文献 (16)
1.设计数据 表1-1 进出料接管的选择 材料：容器接管一般应采用无缝钢管，所以液体进料口接管材料选择无缝钢管，采用无缝钢管标准GB8163-87。材料为16MnR。 结构：接管伸进设备内切成 45 度，可避免物料沿设备内壁流动，减少物料对壁的磨损与腐蚀。 接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考虑上述要求外，还需考虑焊接方法、焊接参数、加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。一般情况下，管壁厚不宜小于壳体壁厚的一半，否则，应采用厚壁管或整体锻件，以保证接管与壳体相焊部分厚度的匹配。 不需另行补强的条件：当壳体上的开孔满足下述全部要求时，可不另行补强。 ①设计压力小于或等于。 ②两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。 ③接管公称外径小于或等于89㎜。 ④接管最小壁厚满足以下要求。
设计要求 1、设计题目：空气储罐的机械设计 2、最高工作压力： MP a 3、工作温度：常温 4、工作介质：空气 5、全容积：163m 设计参数的选择： 设计压力：取倍的最高压力，<属于低压容器。 筒体几何尺寸确定：按长径比为，确定长L=640000mm,D=1800mm 设计温度取50 因空气属于无毒无害气体，材料取Q345为低合金钢，合金元素含量较少，其强度，韧性耐腐蚀性，低温和高温性能均优于同含量的碳素钢，是压力容器专用钢板，主要用于制造低压容器和多层高压容器！ 封头设计：椭圆形封头是由半个椭圆球面和短圆筒组成，球面与筒体间有直边段。直边段可以避免封头和和筒体的连接焊缝处出现经向曲率突变，以改善曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀；且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易冲压成型，在实际生产中多有模具，是目前中低压容器应用较多的封头。 因此选用以内径为基准的标准型椭圆形封头为了防止热应力和边缘应力的叠加，减少应力集中，在封头和筒体连接处必须有一段过渡的直边段，直边段的高度依据标准选择。封头材料与筒体相同，选用头和筒体连接处必须有一段过渡的直边段，直边段的高度依据标准选择。
选材和筒体一致Q345R 接管设计 接管设计优质低碳钢的强度较低，塑性好，焊接性能好，因此在化工设备制造中常用作热交换器列管、设备接管、法兰的垫片包皮。优质中碳钢的强度较高，韧性较好，但焊接性能较差，不宜用作接管用钢。
由于接管要求焊接性能好且塑性好。故选择 20 号优质低碳钢的普通无缝钢管制作各型号接管 法兰设计法兰连接的强度和紧密性比较好，装拆也比较方便，因而在大多数场合比螺纹连接、承插式连接、铆焊连接等型式的可拆连接显得优越，从而获得广泛应用。 平焊法兰连接刚性较差，只能在低压，直径不太大，温度不高的情况下使用。由于Q345R 为碳素钢，设计温度 50℃ <300℃，且介质无毒无害，可以选用带颈平焊法兰，即 SO 型法兰。 储罐的设计压力较小要保证法兰连接面的紧密性，必须合适地选择压紧面的形状。 对于压力不高的场合，常用突台形压紧面。突面结构简单，加工方便，装卸容易，且便于进行防腐衬里。储罐由于设计压力为，空气无毒无害，可选择突面（RF）压紧面。 由于法兰钢件的质量较大，需要承受大的冲击力作用，塑性、韧性和其他方面的力学性能也较高，所以不用铸钢件，可以采用锻钢件。接管材料为 20 号钢，法兰材料选用 20Ⅱ锻钢。 接管与法兰分配 N1、N2空气进、出口公称尺寸 DN250，接管尺寸j 273 x6 。接管采用无缝钢管，材料为 20 号钢。伸出长度为 150mm 。 选取等级的带颈平焊突面法兰，材料选用 20Ⅱ，法兰标记为： N3排污口； 公称尺寸 DN40，接管采用 45 无缝钢管，材料为 20 号钢，外伸长度为