摘要壓力容器在石油、化工以及冶金等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)雖然簡單，但受力情況卻很復(fù)雜，一旦投入使用就要連續(xù)運行，還具有爆炸的危險。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，壓力容器制造水平越來越高，壓力容器涉及多個學(xué)科，綜合性很強，一臺壓力容器從參數(shù)確定到投入正常使用，要通過很多的環(huán)節(jié)及相關(guān)部門的各類工程技術(shù)人員的共同努力才能實現(xiàn)。因此，重視壓力容器設(shè)計具有重要的意義。本論文簡述了壓力容器結(jié)構(gòu)標準，主要探討壓力容器設(shè)計的一般要求。通過查閱壓力容器工藝手冊，我們發(fā)現(xiàn)壓力容器的每個部分都需要確定使用的材料與工藝，不可忽視每一個很小的環(huán)節(jié)，否則將會有生命的危險。這樣多種性的操作特點給壓力容器從選材、制造、檢驗到使用、維護以致管理等諸方面造成了復(fù)雜性，因此對壓力容器的制造、現(xiàn)場組焊、檢驗等諸多環(huán)節(jié)提出了越來越高的要求。關(guān)鍵詞: 壓力容器 設(shè)計要求 結(jié)構(gòu)標準 工藝IABSTRACT The pressure vessel is widely used in petroleum, chemical, metallurgy and other fields.Although its structure is simple, the force is very complex. Once put into use ,it is necessary to run continuously, and also has a risk of explosion. With the development of science and technology, the level of pressure vessel manufacturing increasingly high.The pressure vessel involves multiple disciplines and highly integrated.A pressure vessel,from the determination of the parameters to put into regular use, can be achieved through the joint efforts of many links and relevant departments of the various types of engineering and technical personnel. Therefore, the emphasis on pressure vessel design is of great significance. This paper outlines the pressure vessel structural standards,mainly has discussed the design requirements of pressure vessels.Through the inspection of pressure vessel technology manual, we found that each part of the pressure vessel needs to determine the use the materials and craft and each a small part can not be ignored, otherwise there will be lives at risk.Such a variety of operating characteristics result in the pressure vessel from the selection of materials, manufacture, examination to the use, maintenanceand complexity.Therefore,to the manufacture, scene group welded, examination and so many other aspects of the pressure vessel set the more and more high demands. Keywords ：pressure vessel;design requirements ;structural standards;craft0目錄中文摘要 I英文摘要 .II前言 1第 1 章 壓力容器 .21.1 壓力容器的結(jié)構(gòu)與分類 .21.2 壓力容器的失效和設(shè)計要求 .31.3 設(shè)計參數(shù)的規(guī)定 .3第 2 章 容器的選型和選材 .52.1 筒體的選材及結(jié)構(gòu) .52.2 封頭的結(jié)構(gòu)及選材 .5第 3 章 設(shè)計計算 .63.1 筒體壁厚計算 .63.2 封頭壁厚計算 .63.3 壓力試驗 7第 4 章 容器的開孔及補強 .84.1 容器的開孔 .84.2 容器的補強 .9第 5 章 支座的選擇 135.1 支座結(jié)構(gòu)和材料的選取 135.2 裙座設(shè)計 135.2.1 座體設(shè)計 135.2.2 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 .145.2.3 螺栓座的設(shè)計 15第 6 章 容器焊縫標準 166.1 壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 166.2 筒體與橢圓封頭的焊接接頭 166.3 管法蘭與接管的焊接接頭 166.4 接管與殼體的焊接接頭 16結(jié)束語 .18參考文獻 .19致謝 .201前言壓力容器是一種特殊的焊接結(jié)構(gòu)，它比較容易發(fā)生事故且事故的危害較為嚴重。隨著我國改革開放的深入，壓力容器的應(yīng)用范圍不斷擴大，數(shù)量不斷增加。在化工、煉油、醫(yī)藥等行業(yè)中，壓力容器幾乎成為生產(chǎn)中的主要設(shè)備。設(shè)備的增多，隨之而來的安全問題，顯得非常突出。近年來，國內(nèi)已經(jīng)多次發(fā)生壓力容器爆炸傷人的惡性事故。因此，保證壓力容器生產(chǎn)和使用安全，是從事壓力容器生產(chǎn)制造、管理以及壓力容器使用人員義不容辭的責(zé)任和義務(wù)。國內(nèi)外壓力容器發(fā)生破壞的事故不少，究其原因，基本上可分為兩類性質(zhì)完全不同的破壞方式：一類是超強度破壞，即容器因晶間腐蝕、均勻腐蝕和高溫氧化等原因，導(dǎo)致材料強度削弱或壁厚減薄引起的破壞，以及操作失誤，致使壓力、溫度超過極限值引起的破壞。另一類是裂紋擴展破壞，即在正常使用條件或設(shè)計條件下，甚至在水壓試驗時，由于制造和使用中形成的各種裂紋失穩(wěn)擴展所引起的破壞。壓力容器都是采用傳統(tǒng)的方法進行設(shè)計。但是，在以往的壓力容器設(shè)計中，由于 對容器各部分的受力以及它們對容器強度的影響，缺乏全面、精確、深刻的了解，因而只能在設(shè)計中采用較高的安全系數(shù)，以保證壓力容器的運行安全。在很長一段時間內(nèi)，這一設(shè)計方法對壓力容器設(shè)計和技術(shù)的發(fā)展起著積極的推動作用。由于傳統(tǒng)設(shè)計方法簡單易行，具有豐富的使用經(jīng)驗，各國依然采用它進行一般壓力容器的設(shè)計。在壓力容器建造的初期，產(chǎn)品建造的目的為滿足本國相應(yīng)工業(yè)的需求，壓力容器的生產(chǎn)技術(shù)也是以本國的基本生產(chǎn)條件為基礎(chǔ)。生產(chǎn)技術(shù)的總結(jié)和統(tǒng)一安全質(zhì)量的要求，使得國家依據(jù)自己的生產(chǎn)技術(shù)和管理要求制定出了適合于本國國情的相應(yīng)安全法規(guī)和技術(shù)標準體系。中國已經(jīng)加入 WTO，我國的壓力容器行業(yè)已經(jīng)不可避免地面臨國際市場的激烈競爭。在新形勢下，壓力容器生產(chǎn)廠家應(yīng)充分認識自身的優(yōu)勢和不足，改變觀念，實行國際壓力容器生產(chǎn)的通行做法，使產(chǎn)品早日走出國門。壓力容器設(shè)計是指根據(jù)給定的工藝設(shè)計條件，遵循現(xiàn)行的標準規(guī)范的規(guī)定，在確保安全的前提下，經(jīng)濟、正確合理地選擇材料，并進行結(jié)構(gòu)、強（剛）度 和密封設(shè)計。壓力容器設(shè)計的基本思路：設(shè)計參數(shù)、容器類別和設(shè)計標準的確定、結(jié)構(gòu)型式選擇、主體尺寸確定、材料的選擇、強度計算（應(yīng)力分析） 、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計、容器附件的選擇、安全附件的配用、制造、檢驗和驗收的技術(shù)條件的編制。2第 1 章 壓力容器1.1 壓力容器的結(jié)構(gòu)與分類化學(xué)工業(yè)、石油化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域使用的受壓設(shè)備十分繁多，這些設(shè)備的功能及其內(nèi)、外結(jié)構(gòu)各異，但從強、剛度的角度分析，除個別者外都是受壓力載荷的回轉(zhuǎn)殼體，都屬于壓力容器范疇。壓力容器通常由筒體、封頭、接管(開孔） 、密封件、支座等部分組成。它們又被稱為化工設(shè)備通用零部件，通常，承壓不大的化工設(shè)備通用零件大多有已有標準，設(shè)計時盡可能直接選用。為了保證使用的安全性，我國國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局制定及公布了《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》 （以下簡稱《容規(guī)》 ） 。按照《容規(guī)》的要求，根據(jù)設(shè)計壓力的高低、在運行中可能發(fā)生危險的程度、所儲介質(zhì)的毒性和易燃等級等把壓力容器劃分為一、二、三等三個類別。其要點如下。⑴按設(shè)計壓力大小容器分為四個等級：低壓(代號 L)容器 0.1MPa≤p＜1.6MPa; 中壓(代號 M)容器 1.6MPa≤p＜10MPa; 高壓(代號 H)容器 10MPa≤p＜100MPa; 超高壓(代號 U)容器 p≥100MPa。⑵按容器在生產(chǎn)工藝過程中的作用原理可分為: 反應(yīng)壓力容器(代號 R):用于完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)。 換熱壓力容器(代號 E):用于完成介質(zhì)的熱量交換。 分離壓力容器（代號 S):用于完成介質(zhì)的流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離。 儲存壓力容器（代號 C，其中球罐代號 B）：用于儲存、盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)。這兩種分類方法還不便于對壓力容器的分類管理工作。因此，從安全監(jiān)察的角度，《容規(guī)》將壓力容器按照其危險性和危害性進行分類，即綜合考慮設(shè)計壓力的高低、容器內(nèi)介質(zhì)的危險性大小、反應(yīng)或作用過程的復(fù)雜程度以及一旦發(fā)生事故的危害性大小，把它分為三類。 ⑴第三類壓力容器，具有下列情況之一的，為第三類壓力容器： 高壓容器； 3中壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）； 中壓儲存容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)，且 pV 乘積大于等于10MPa·m3 ）； 中壓反應(yīng)容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)，且 pV 乘積大于等于0.5MPa·m3）； 低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)，且乘積大于等于0.2MPa·m3）； 高壓、中壓管殼式余熱鍋爐； 中壓搪玻璃壓力容器； 使用強度級別較高（指相應(yīng)標準中抗拉強度規(guī)定值下限大于等于 540MPa）的材料制造的壓力容器； 移動式壓力容器，包括鐵路罐車（介質(zhì)為液化氣體、低溫液體）、罐式汽車[液化氣體運輸（半掛）車、低溫液體運輸（半掛）車、永久氣體運輸（半掛）車]和罐式集裝箱（介質(zhì)為液化氣體、低溫液體）等； 球形儲罐（容積大于等于 50m3）；低溫液體儲存容器（容積大于 5m3）。 低溫液體儲存容器（容積大于 5m3） ⑵第二類壓力容器，具有下列情況之一的，為第二類壓力容器： 中壓容器； 低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）； 低壓反應(yīng)容器和低壓儲存容器（僅限易燃介質(zhì)或毒性程度為中度危害介質(zhì)）； 低壓管殼式余熱鍋爐； 低壓搪玻璃壓力容器。 ⑶第一類壓力容器 ,除上述規(guī)定以外的低壓容器為第一類壓力容器。1.2 壓力容器的失效和設(shè)計要求壓力容器常見的失效現(xiàn)象有以下三大類：過度變形失效（強度失效、剛度失效）、斷裂失效、表面損傷失效。壓力容器存在多種失效模式，容器設(shè)計時必須切實防止各種失效的出現(xiàn)以保障容器的安全。容器設(shè)計時按防止各種不同失效所建立的設(shè)計準則進行強度或剛度的設(shè)計校核。概括的說，壓力容器的設(shè)計應(yīng)當(dāng)以安全為前提，綜合考慮質(zhì)量保證的各個環(huán)節(jié)，并盡可能做到經(jīng)濟合理。一般先從掌握應(yīng)力分析的理論基礎(chǔ)著手，進入具體問題的設(shè)計計算，然后從綜合考慮落實到機構(gòu)設(shè)計。1.3 設(shè)計參數(shù)的規(guī)定工作壓力（P W） 指在正常工作情況下，容器頂部可能達到的最高壓力。設(shè)計壓力（P） 指設(shè)定容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計溫度一起作為設(shè)計載4荷條件，其值不得低于工作壓力。即 P≥P W。計算壓力（P C） 指在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于 5%設(shè)計壓力時，可忽略不計。故 PC≥P；試驗壓力（P t） 指壓力試驗時，容器頂部的壓力。 （試驗用壓力表口設(shè)計位置應(yīng)位于容器頂部）設(shè)計溫度 指容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值） 。設(shè)計溫度與設(shè)計壓力一起作為設(shè)計載荷條件。試驗溫度 指壓力試驗時，殼體金屬的溫度。計算厚度 δ 指按厚度計算公式計算得到的厚度。設(shè)計厚度 δ d 指計算厚度（δ）與腐蝕裕量（C 2）之和。即 δ d =δ+C 2, 因此 δ d ≥δ名義厚度 δ n 指設(shè)計厚度（δ d ）加上鋼材厚度負偏差（C1）后向上圓整至鋼材標準規(guī)格的厚度。即標在圖樣上的厚度。δ n≥（δ d + C1）有效厚度 δ e 指名義厚度（δ n）減去腐蝕裕量（C 2）和鋼材厚度負偏（C 1） 。δ e =δ n-C1-C2=δ n-（C 1+C2）=δ n-C（厚度附加量）厚度附加量 C 由鋼材厚度負偏差 C1和腐蝕裕量 C2兩部分組成。C = C1 + C2鋼材厚度負偏差 C1 按鋼材標準的規(guī)定；當(dāng)鋼材厚度負偏差不大于 0.25mm，且不超過名義厚度的 6%時，厚度負偏差 C1可忽略不計。腐蝕裕量 C2 為防止容器元件由于腐蝕、機械磨損而導(dǎo)至厚度的削弱減薄，應(yīng)考慮腐蝕裕量。對有腐蝕或磨損的零件，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的容器壽命和介質(zhì)對鋼材的腐蝕速率而定。最小厚度 容器在較低內(nèi)壓力作用下，按厚度計算方法得到的厚度很小，雖然能滿足容器的強度要求，但剛度不夠。為解決剛度問題，GB150 中規(guī)定了殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度：1)對碳素鋼、低合金鋼制容器，不小于 3 mm；2)對高合金鋼制容器，不小于 2 mm。因此，碳素鋼和低合金鋼制的容器的最小名義厚度應(yīng)不小于 4 mm。許用應(yīng)力 容器使用鋼材常用指標是力學(xué)性能，在 D 類容器中，主要指標是材料的5抗拉強度 σ b和屈服點 σ s（或 σ 0.2） 。容器使用中達到屈服或斷裂時即為破壞，在實際應(yīng)用中必須控制容器的材料受力處在安全范圍內(nèi)，即除以系數(shù) n，n 稱為材料許用應(yīng)力系數(shù)（即是設(shè)計安全系數(shù)） 。焊接接頭系數(shù) 焊接接頭系數(shù)應(yīng)根據(jù)受壓元件的焊接接頭型式及無損檢測的長度比例確定。第 2 章 容器的選型和選材2.1 筒體的選材及結(jié)構(gòu)本設(shè)計課題條件：工作溫度：45℃；設(shè)計溫度：50℃；工作壓力：0.8 MPa；設(shè)計壓力：0.85 MPa；介質(zhì)：空氣；Di=3200mm；總?cè)莘e：60m 3查相關(guān)手冊可以判斷設(shè)計的容器為儲存內(nèi)壓壓力容器，按《容規(guī)》規(guī)定，0.1 MPa≤p＜1.6 MPa; 屬于低壓容器。設(shè)計溫度為 50℃ ，在-20℃～200℃條件下工作屬于常溫容器。根據(jù)空氣的物性選擇罐體材料，空氣的腐蝕性很小，且又屬于低壓儲罐，可以考慮 20R 和 16MnR 這兩種鋼材。如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用 20R 類的低碳鋼板， 16MnR 鋼板的價格雖比 20R 貴，但在制造費用方面，同等重量設(shè)備的計價 16MnR 鋼板比較經(jīng)濟。所以在此選擇 16MnR 鋼板作為制造筒體和封頭材料。鋼板標準號為GB6654-1996。筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計為圓筒形。因為作為容器主體的圓柱形筒體，制造容易，安裝內(nèi)件方便，而且承壓能力較好，這類容器應(yīng)用最廣。2.2 封頭的結(jié)構(gòu)及選材封頭有多種形式，半球形封頭就單位容積的表面積來說為最小，需要的厚度是同樣直徑圓筒的二分之一，從受力來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式，但缺點是深度大，直徑小時，整體沖壓困難，大直徑采用分瓣沖壓，其拼焊工作量也較大。橢圓形封頭的應(yīng)力情況不如半球形封頭均勻，但對于標準橢圓形封頭與厚度相等的筒體連接時，可以達到與筒體等強度。它吸取了蝶形封頭深度淺的優(yōu)點，用沖壓法易于成形，制造比球形封頭容易，所以選擇橢圓形封頭，結(jié)構(gòu)由半個橢球面和一圓柱直邊段組成。查橢圓形封頭標準（JB/T4737-95）表 2.1 橢圓封頭標準公稱直徑 DN 曲面高度 h1 直邊高度 h2 內(nèi)表面積 Fi/m2 容積 V/m36??0.85329.4317.20.5ctcpDi m?????????3200 800 40 11.25 4.29封頭取與筒體相同材料。 第 3 章 設(shè)計計算3.1 筒體壁厚計算 查 《壓力容器材料使用手冊-碳鋼及合金鋼》得 16MnR 的密度為 7.85t/m3，熔點為 1430℃，許用應(yīng)力 列于下表：??t?表 3.1 16MnR 許用應(yīng)力在下列溫度（℃）下的許用應(yīng)力/ Mpa鋼號 板厚/㎜ ≤20 100 150 200 250 3006～16 170 170 170 170 156 14416～36 163 163 163 159 147 13436～60 157 157 157 150 138 12516MnR60～100 153 153 150 141 128 116圓筒的計算壓力為 0.85 Mpa,容器筒體的縱向焊接接頭和封頭的對接接頭都采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)為 0.85,局部無損探傷。取許用應(yīng)力為 170 Mpa。壁厚： 式(3-1) 鋼板厚度負偏差 mm,查材料腐蝕手冊得 50℃下空氣對鋼板的腐蝕速率小于0.8C1?7??1.251.25081.6t tpMPa??????20.5ctcpDi?????????1.25083146.2.5tieTPDpa?????????????29.431.dCm????0.05㎜/年，所以雙面腐蝕取腐蝕裕量 mm。C所以設(shè)計厚度為：式 (3- 2) 圓整后取名義厚度 14mm。3.2 封頭壁厚計算標準橢圓形封頭 a:b=2:1 ，其中 a、b 分別為橢圓形封頭的長半軸和短半軸。封頭計算公式 ：式（3-3）可見封頭厚度近似等于筒體厚度，則取同樣厚度。由封頭壁厚查標準得標準橢圓形封頭的直邊高度 h2=40㎜。3.3 壓力試驗水壓試驗，為了避免試驗時發(fā)生低溫脆性破壞，對于 16MnR 鋼制容器，其液體的溫度不得低于 5℃；試驗方法： 試驗時容器頂部應(yīng)設(shè)排氣口，充液 時應(yīng)將容器內(nèi)的空氣排盡，試驗過 程中，應(yīng)保持容器外表面的干燥。試驗時壓力應(yīng)緩慢上升，達到規(guī)定試驗壓力后，保壓時間一般不少于30min。然后將壓力降至規(guī)定試驗壓力的 80%，并保持足夠長的時間以便對所有焊接接頭和連接部位進行檢查。如有滲漏，修補后重新試驗。水壓試驗時的壓力式（3-4）水壓試驗的應(yīng)力校核：水壓試驗時的應(yīng)力式（3-5） 水壓試驗時的許用應(yīng)力為80.9TS???式(3-6）,故筒體厚度滿足水壓試驗時的強度要求。第 4 章 容器的開孔及補強4.1 容器的開孔考慮到容器主要用來空氣貯備，應(yīng)開 7 個孔，包括進氣孔、出氣孔、安全閥孔、放凈氣孔、備用孔、壓力計孔、人孔。開孔 N1：接管公稱直徑為 Φ150mm，外徑為 Φ159mm，厚度為 4.5mm，接管法蘭的標準見 16-17（《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版） ，法蘭直徑為 M16，數(shù)量為 8 個，法蘭重量為 6.12㎏。開孔 N2：出氣孔的基本尺寸以及法蘭與進氣孔相同。接管公稱直徑為 Φ150mm，外徑為 Φ159mm，厚度為 4.5mm，接管法蘭的標準見 16-17（《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版） ，法蘭直徑為M16，數(shù)量為 8 個，法蘭重量為 6.12㎏。開孔 N3：接管公稱直徑為 Φ100mm，外徑為 Φ108mm，厚度為 4mm，接管法蘭的標準見 16-17（《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版） ，法蘭直徑為 M16，數(shù)量為 8 個，法蘭重量為 4.01㎏。開孔 N4：接管公稱直徑為 Φ50mm，外徑為 Φ57mm，厚度為 3.5mm，接管法蘭的標準見 16-17（《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版） ，法蘭直徑為 M16，數(shù)量為 4 個，法蘭重量為 2.09㎏。開孔 N5：接管公稱直徑為 Φ50mm，外徑為 Φ57mm，厚度為 3.5mm，接管法蘭的標9準見 16-17（《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版） ，法蘭直徑為 M16，數(shù)量為 4 個，法蘭重量為 2.09㎏。開孔 M：接管公稱直徑為 Φ500mm，外徑為 Φ530mm，厚度為 9mm，接管法蘭的標準見 16-17（《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版） ，法蘭直徑為 M22，數(shù)量為 20 個，法蘭重量為 27.7㎏。開孔 P：接管公稱直徑為 Φ25mm，外徑為 Φ35mm，厚度為 3.5mm，接管法蘭的標準見 16-17（《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版） ，法蘭直徑為 M12，數(shù)量為 4 個，法蘭重量為 0.89㎏。為了增強容器的強度需驗證是否需要補強。4.2 容器的補強開孔補強結(jié)構(gòu)：壓力容器開孔補強常用的形式可分為補強圈補強、厚壁管補強、整體鍛件補強三種。補強圈補強是使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、原材料易解決、安全、可靠等優(yōu)點。在一般用途、條件不苛刻的條件下，可采用補強圈補強形式。但必須滿足規(guī)定的條件。壓力容器開孔補強的計算方法有多種，為了計算方便，采用等面積補強法，即殼體截面因開孔被削弱的承載面積，必須由補強材料予以等面積的補償。當(dāng)補強材料與被削弱殼體的材料相同時，則補強面積等于削弱的面積。補強材料采用 16MnR。補強范圍：有效補強區(qū)（即開孔應(yīng)力集中區(qū)）補強區(qū)寬度：B=2d補強區(qū)外側(cè)高度：h 1=[d（S t-C）]/2 或等于接管外伸高度，取二者中較小值 補強區(qū)內(nèi)側(cè)高度：h 2=[d（S t-2C）]/2 或等于接管內(nèi)側(cè)高度，取二者較小值式中：d—考慮腐蝕后的開孔直徑，等于開孔內(nèi)徑加兩倍腐蝕裕度St—接管的實際壁厚C—壁厚附加量⑴有效補強區(qū)內(nèi)，可作為補強金屬截面面積 A 的計算A=A1+A2+A3＋A 4式中：A—筒體或封頭承受內(nèi)壓或外壓所需壁厚和壁厚附加量兩者之外的多余金屬A4—在補強區(qū)內(nèi)另外加的補強金屬截面面積A1=(B-d)Φ[（S-C）-S 0]式中：Φ—焊縫系數(shù)，焊縫不通過開孔時，取 Φ=1.0：焊縫通過開孔時，取Φ=0.85A2—接管承受內(nèi)壓或外壓所需要厚度和壁厚附加量兩者之外的多余金屬10A3=2h1（ S t- St0-C）+2h 2（S t-2C）式中：S t0—接管的計算厚度A3—在補強區(qū)內(nèi)的焊縫截面面積⑵開孔所削弱的金屬截面 F 的計算：對于內(nèi)壓容器：A=d×S 0 ,其中 S0為殼體開孔處計算壁厚，對于封頭 S0的計算為：如果開孔位于以橢圓形封頭中心為中心 80%封頭內(nèi)徑范圍內(nèi)，則 S0=PK1Di/2[σ] t Φ，式中：K 1—當(dāng)量球體半徑系數(shù)⑶等面積補強設(shè)計準則方程式若 A1+A2+A3 A,則不需補強;若 A1+A2+A3 ≤A，則需補強，要求有效補強金屬截面面積 A4 ：A4 ≥A-(A1+A2+A3 )N1：開孔接管，接管的實際外伸長度 L=194mm，實際的內(nèi)伸長度為 0，接管焊接接頭系數(shù) F=1，接管材料選用 20（GB8163）管材，接管的腐蝕裕量 C=1.8mm，接管厚度負偏差 C1r=0.562mm，接管材料的許用應(yīng)力[σ]=130Mpa。開孔的計算厚度 S=8.883mm，所以開孔銷所需的補償面積：A=S×d=8.883×159=1379mm 2接管的有效外伸長度 h1=26.34mm，接管的有效內(nèi)伸長度 h2=o，殼體多余金屬面積A1=(B-d)Φ[（S-C）-S 0]，代入數(shù)據(jù)得：A 1=553.4mm2接管多余金屬面積：A 2=2h1（ S t- St0-C）+2h 2（S t-2C）代入數(shù)據(jù)得：A 2=79.53mm2補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積：A 3=20.25mm2則：A 1+A2+A3=653.1mm2 A需要另加補強，補強圈材料選 16MnR(熱軋)，補強圈外徑 D=300mm，補強圈厚度負偏差 C1r=0mm，補強圈許用應(yīng)力 170Mpa，補強圈強度削弱系數(shù) f=1，接管材料強度削弱系數(shù) fr=0.765。接管的計算厚度 S=0.463mm，補強區(qū)有效寬度 B=2d=308.2mm，補強區(qū)面積A4=1974mm2，則 A-(A 1+A2+A3 )=726.1mm2A4所以，補強滿足要求N2：出氣孔的基本尺寸以及法蘭與進氣孔相同，局部補強的計算與進氣孔 N1 相同。N3：開孔接管，接管的實際外伸長度 L=144mm，實際的內(nèi)伸長度為 0，接管焊接接頭系數(shù) F=1，接管材料選用 20（GB8163）管材，接管的腐蝕裕量 C=1.8mm，接管厚度負偏差 C1r=0.5mm，接管材料的許用應(yīng)力[σ]=130Mpa。開孔的計算厚度 S=8.883mm，所以開孔銷所需的補償面積：A=S×d=8.883×108=932.2mm 2接管的有效外伸長度 h1=20.4mm，接管的有效內(nèi)伸長度 h2=o，殼體多余金屬面積:A1=(B-d)Φ[（S-C）-S 0]，代入數(shù)據(jù)得：A 1=372.8mm211接管多余金屬面積：A 2=2h1（ S t- St0-C）+2h 2（S t-2C）代入數(shù)據(jù)得：A 2=52.76mm2補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積：A 3=16mm2則：A 1+A2+A3=441.6mm2 A需要另加補強，補強圈材料選 16MnR(熱軋)，補強圈外徑 D=300mm，補強圈厚度負偏差 C1r=0mm，補強圈許用應(yīng)力 170Mpa，補強圈強度削弱系數(shù) f=1，接管材料強度削弱系數(shù) fr=0.765。接管的計算厚度 S=0.309mm，補強區(qū)有效寬度 B=2d=208mm，補強區(qū)面積A4=1400mm2，則 A-(A 1+A2+A3 )=490.6mm2A4 ，所以補強滿足要求N4：開孔接管，接管的實際外伸長度 L=145mm，實際的內(nèi)伸長度為 0，接管焊接接頭系數(shù) F=1，接管材料選用 20（GB8163）管材，接管的腐蝕裕量 C=1.8mm，接管厚度負偏差 C1r=0.438mm，接管材料的許用應(yīng)力[σ]=130Mpa。開孔的計算厚度 S=7.983mm，所以開孔銷所需的補償面積：A=S×d=7.983×57=436mm 2接管的有效外伸長度 h1=13.73mm，接管的有效內(nèi)伸長度 h2=o，殼體多余金屬面積:A1=(B-d)Φ[（S-C）-S 0]，代入數(shù)據(jù)得：A 1=80.59mm2接管多余金屬面積：A 2=2h1（ S t- St0-C）+2h 2（S t-2C）代入數(shù)據(jù)得：A 2=29.57mm2補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積：A 3=12.25mm2則：A 1+A2+A3=441.6mm2 A，需要另加補強，補強圈材料選 16MnR(熱軋)，補強圈外徑 D=300mm，補強圈厚度負偏差 C1r=0mm，補強圈許用應(yīng)力 170Mpa，補強圈強度削弱系數(shù) f=1，接管材料強度削弱系數(shù) fr=0.765。接管的計算厚度 S=0.154mm，補強區(qū)有效寬度 B=2d=107.8mm，補強區(qū)面積A4=710.5mm2，則 A-(A1+A2+A3 )=490.6mm2A4，所以補強滿足要求N5：開孔接管，接管的實際外伸長度 L=144mm，實際的內(nèi)伸長度為 0，接管焊接接頭系數(shù) F=1，接管材料選用 20（GB8163）管材，接管的腐蝕裕量 C=1.8mm，接管厚度負偏差 C1r=0.438mm，接管材料的許用應(yīng)力[σ]=130Mpa。開孔的計算厚度 S=7.983mm，所以開孔銷所需的補償面積：A=S×d=7.983×57=436mm 2接管的有效外伸長度 h1=13.73mm，接管的有效內(nèi)伸長度 h2=o，殼體多余金屬面積:A1=(B-d)Φ[（S-C）-S 0]，代入數(shù)據(jù)得：A 1=80.59mm2接管多余金屬面積：A 2=2h1（ S t- St0-C）+2h 2（S t-2C）代入數(shù)據(jù)得：A 2=29.57mm2補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積：A 3=12.25mm2則：A 1+A2+A3=441.6mm2 A，需要另加補強，補強圈材料選 16MnR(熱軋)，補強圈外徑 D=300mm，補強圈厚度負偏差 C1r=0mm，補強圈許用應(yīng)力 170Mpa，補強圈強度削弱12系數(shù) f=1，接管材料強度削弱系數(shù) fr=0.765。接管的計算厚度 S=0.154mm，補強區(qū)有效寬度 B=2d=107.8mm，補強區(qū)面積A4=710.5mm2，則 A-(A1+A2+A3 )=490.6mm2A4，所以補強滿足要求M：開孔接管，接管的實際外伸長度 L=200mm，實際的內(nèi)伸長度為 0，接管焊接接頭系數(shù) F=1，接管材料選用 20（GB8163）管材，接管的腐蝕裕量 C=1.8mm，接管厚度負偏差 C1r=0mm，接管材料的許用應(yīng)力[σ]=170Mpa。開孔的計算厚度 S=8.883mm，所以開孔銷所需的補償面積：A=S×d=8.883×530=4592mm 2接管的有效外伸長度 h1=64.31mm，接管的有效內(nèi)伸長度 h2=o，殼體多余金屬面積:A1=(B-d)Φ[（S-C）-S 0]，代入數(shù)據(jù)得：A 1=1870mm2接管多余金屬面積：A 2=2h1（ S t- St0-C）+2h 2（S t-2C）代入數(shù)據(jù)得：A 2=680.1mm2補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積：A 3=64mm2則：A 1+A2+A3=2614mm2 A，需要另加補強，補強圈材料選 16MnR(熱軋)，補強圈外徑 D=840mm，補強圈厚度負偏差 C1r=0mm，補強圈許用應(yīng)力 170Mpa，補強圈強度削弱系數(shù) f=1，接管材料強度削弱系數(shù) fr=1。接管的計算厚度 S=1.212mm，補強區(qū)有效寬度 B=2d=1034mm，補強區(qū)面積A4=4340mm2，則 A-(A1+A2+A3 )=1978mm2A4，所以補強滿足要求。 ????tssmVsm KBAFgZM?,in1101ax??????13第 5 章 支座的選擇5.1 支座結(jié)構(gòu)和材料的選取立式容器的支座有四種形式：耳式、支承式、腿式和裙式支座。中小型直立設(shè)備采用前三種，高大的設(shè)備則采用裙式支座，它是應(yīng)用得最為廣泛的一種立式容器支座。常用的裙座結(jié)構(gòu)有圓筒形裙座和圓錐形裙座。圓筒形裙座制作方便，經(jīng)濟上合理，應(yīng)用廣泛。裙座材料如裙座殼、基礎(chǔ)環(huán)、地腳螺旋等屬于非受壓元件，在選材時可適當(dāng)放寬。裙座的材料（除加強墊板除外）為 Q235-C，只有環(huán)境溫度低于 0℃時采用16Mn，加強墊板的材料應(yīng)與設(shè)備殼體材料相同為 16MnR。5.2 裙座設(shè)計圓筒形裙座主要有以下幾個部分組成：（1) 座體它的上端與塔體底封頭焊接在基礎(chǔ)環(huán)上，座體承受塔體的全部載荷并把載荷傳到基礎(chǔ)環(huán)上去。（2) 基礎(chǔ)環(huán)14????00maxin,teVssbsbMgFKBZA????????11max0min,teVsssgFKBZA???????111max0.3in0.9,WeVsssMgFBZA????? 基礎(chǔ)環(huán)是塊環(huán)形墊板，它把由座體傳下來的載荷平均分配到基礎(chǔ)上去。 （3）螺栓座 由蓋板和筋 板組成，共安裝地腳螺栓用，以便地腳螺栓把塔 設(shè)備固定在基礎(chǔ)上。（4) 管孔在裙座上有檢修用的檢查孔、引出孔、排氣孔等。5.2.1 座體設(shè)計首先參照塔體 厚度試取一座體有效厚度 L0=10.02,然后驗算危險截面的應(yīng)力，危險截面的位置一般取裙座基底截面、裙座殼檢查孔或較大管線引出孔截面。裙座基底截面 （0－0 截面）危險截面時，應(yīng)滿足下 列條件：操作時 式(4-1)水壓試驗時式(4-2）裙座殼檢查孔或較大管線引出截面（1—1 截面）為危險截面，應(yīng)滿足下列條件：操作時 式(4-3)水壓試驗時 式(4-4) 代入數(shù)據(jù)得： 危險截面滿足要求取名義厚度 δ n =11mm裙座的高度 h=1580mm，裙座的腐蝕裕量 C=0mm，裙座材料的許用應(yīng)力為 125Mpa，裙座??0max.3in0.9,WessbsbMKBZA????15??6sbbM???上同一高度處開兩個較大的孔，中心高度為 264mm，引出管寬度為 500mm，引出管長度為 180mm。5.2.2 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 （1）基礎(chǔ)環(huán)尺寸的確定 基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)、外徑的選取應(yīng)考慮可以放置地腳螺栓，一般可參考下式選取： Dbo=Dso+(160~400)mm 或 Dbi=Dsi-(160~400)mm其中 Dso—裙座基底截面外徑（Dso=Dsi+2δ n ）Dbo—基礎(chǔ)環(huán)的外徑Dbi—基礎(chǔ)環(huán)的內(nèi)徑代入數(shù)據(jù)得： Dbi=3000mm，Dbo=3500mm(2) 基礎(chǔ)環(huán)厚度的設(shè)計操作時或水壓試驗時，設(shè)備重力和彎矩在混凝土基礎(chǔ)上所產(chǎn)生的最大軸向壓力為：式(4-5）式中：Z b—基礎(chǔ)環(huán)的抗彎截面系數(shù)Ab—基礎(chǔ)環(huán)的面積基礎(chǔ)環(huán)上無筋板時基礎(chǔ)環(huán)作為懸臂梁，在均勻載荷 Dmax 的作用下其最大彎曲應(yīng)力為：式(4-6） 由此得出基礎(chǔ)厚度 式(4-7）基礎(chǔ)環(huán)上有筋板時，求出基礎(chǔ)環(huán)厚度為：式(4-8）式中：M s—計算力矩，M s=1487.43N·mm代入數(shù)據(jù)得：δ b=7.98mm基礎(chǔ)環(huán)的厚度求出后，應(yīng)加上壁厚附加量 2mm，并圓整到鋼板規(guī)格厚度，故取S=11mm。全部筋板塊數(shù)為 24，筋板內(nèi)側(cè)間距為 200mm。相鄰筋板最大外側(cè)間距為 684mm，筋板厚度選為 11mm，筋板寬度選為 136mm。????????????? bbewbvb AgmZMAFgmZax000axmax 3.,?bb][73.1max????2max11axmax6bbbMZ??????165.2.3 螺栓座的設(shè)計 為了使設(shè)備在刮風(fēng)或地震時不致翻倒，必須安裝足夠數(shù)量和一定直徑的地腳螺栓，把設(shè)備固定在基礎(chǔ)環(huán)上。計算時常以 4 的倍數(shù)來假設(shè)螺栓的數(shù)量（一般取 8—24 個） 。然后根據(jù)迎風(fēng)側(cè)受力最大的一個螺栓的強度條件，來計算螺栓的根徑。基礎(chǔ)環(huán)是一塊環(huán)板，它把座圈傳來的全部載荷均勻的分布到基礎(chǔ)環(huán)上處?；A(chǔ)環(huán)上的螺栓座，由座板和筋板組成，是專門供安裝地腳螺栓用的。第 6 章 容器焊縫標準6.1 壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計要求焊縫分散原則；避免焊縫多條相交原則；對稱質(zhì)心布置原則；避開應(yīng)力復(fù)雜區(qū)或應(yīng)力峰值去原則；對接鋼板的等厚連接原則；接頭設(shè)計的開敞性原則；焊接坡口的設(shè)計原則（焊縫填充金屬盡量少；避免產(chǎn)生缺陷；焊縫坡口對稱；有利于焊接防護；焊工操作方便；復(fù)合鋼板的坡口應(yīng)有利于減少過渡層焊縫金屬的稀釋率） 。6.2 筒體與橢圓封頭的焊接接頭壓力容器受壓部分的焊接接頭分為 A、B、C、D 四類，查得封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭采用 A 類焊縫。焊接方法：采用手工電弧焊，其原理是利用電弧熱量融化焊條和母材，由融化的金屬結(jié)晶凝固而形成接縫，焊接材料為碳鋼、低合金鋼、不銹鋼，應(yīng)用范圍廣，適用17短小焊縫及全位置施焊，可適用在靜止、沖擊和振動載荷下工作的堅固密實的焊縫焊接，這種方法靈活方便，適應(yīng)性強，設(shè)備簡單，維修方便，生產(chǎn)率低，勞動強度高。封頭與圓筒等厚采用對接焊接。平行長度任取。坡口形式為 I 型坡口。根據(jù) 16MnR 的抗拉強度 =510Mpa 和屈服點 =345Mpa 選擇 E50 系列（強度要求：b?s?≥510Mpa； ≥400Mpa）的焊條，型號為 E5014.該型號的焊條是鐵粉鈦型藥皮b?s（藥皮成分：氧化鈦 30%，加鐵粉） ，適用于全位置焊接，熔敷效率較高，脫渣性較好，焊縫表面光滑，焊波整齊，角焊縫略凸，能焊接一般的碳鋼結(jié)構(gòu)。6.3 管法蘭與接管的焊接接頭管法蘭與接管焊接接頭形式和尺寸參照標準 HG20605-97,根據(jù)公稱通經(jīng) DN 80 選擇坡口寬度 b=6mm。6.4 接管與殼體的焊接接頭所設(shè)的接管都是不帶補強圈的插入式接管，接管插入殼體，接管與殼體間的焊接有全焊透和部分焊頭兩種，它們的焊接接頭均屬 T 形或角接接頭。選擇 HG20583-1998標準中代號為 G2 的接頭形式，基本尺寸為 ； ； ；???50?5.02??b5.01?p，且 ，它適用于 ， ，因為所選接管的厚度都為殼體tk?31?6?k24～s?st?1?厚度的一半，殼體的厚度為 24mm，所以符合要求。選擇全焊透工藝，可用于交變載荷，低溫及有較大溫度梯度工況。如附圖中的局部放大圖所示。18圖 6.1 接管與殼體焊接詳圖結(jié)束語2012 年 4 月，我開始了我的畢業(yè)設(shè)計工作，時至今日，基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個過程難以用語言來表達。歷經(jīng)了幾個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的畢業(yè)設(shè)計終于落下了帷幕。回想這段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。在搜集資料的過程中，我認真準備了一個筆記本。我在學(xué)校圖書館搜集資料，還在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料，將這些寶貴的資料全部記在筆記本上，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于設(shè)計的進行。然后我將收集到的資料仔細整理分類，及時拿給老師進行溝通。我想這是一次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，也會對我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。 在這次畢業(yè)設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感19謝幫助我的同學(xué)。 在此更要感謝我的專業(yè)老師，是你們的細心指導(dǎo)和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計。在我的設(shè)計過程中無不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。老師的嚴謹治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受啟迪。從尊敬的老師身上，我不僅學(xué)到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的老師致以最衷心的感謝和深深的敬意。參考文獻[1] 朱思明,湯善甫．化工設(shè)備機械基礎(chǔ)(第二版) [M]．上海：華東理工大學(xué)出版社，2004，12[2] 陳國恒．化工機械基礎(chǔ)（第二版） [M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006,1[3]王志文，蔡仁良．化工容器設(shè)計[M] ．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005,5[4]丁伯民，黃正林．化工容器 [M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002，12[5]劉孟昌．機械工程師設(shè)計手冊 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特別感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師宋洪梅，從畢業(yè)設(shè)計題目的選擇、到選到課題的研究和論證，再到本畢業(yè)設(shè)計的編寫、修改，每一步都有宋老師的細心指導(dǎo)和認真的解析。在宋老師的指導(dǎo)下，我在各方面都有所提高，老師以嚴謹求實，一絲不茍的治學(xué)態(tài)度和勤勉的工作態(tài)度深深感染了我，給我巨大的啟迪，鼓舞和鞭策，并成為我人生路上值得學(xué)習(xí)的榜樣,使我的知識層次又有所提高,感謝她在這段時間對我如何查閱資料的耐心指導(dǎo)和嚴格的進度督促。在她的指導(dǎo)下我的專業(yè)理論知識有了較大的提高，順利的完成了畢業(yè)設(shè)計。再此，我深表謝意，并衷心祝宋老師身體健康、工作順利！同時感謝所有教育過我的專業(yè)老師，你們傳授的專業(yè)知識是我不斷成長的源泉也是完成本論文的基礎(chǔ)。感謝與我并肩作戰(zhàn)的舍友與同學(xué)們，感謝關(guān)心我、支持我的朋友們，在他們的幫助和共同交流下，畢業(yè)設(shè)計順利的完成! 通過這次畢業(yè)設(shè)計不僅提高了我21獨立思考問題解決問題的能力而且培養(yǎng)了認真嚴謹，一絲不茍的學(xué)習(xí)態(tài)度。由于經(jīng)驗匱乏，能力有限，設(shè)計中難免有許多考慮不周全的地方，希望各位老師多加指教。