1、目錄目錄 摘要 .i 1.緒論 .1 2.氮氣緩沖罐結構設計 .2 2.1 設計條件 .2 2.2 設計文件 .2 2.2.1 設計壓力 .2 2.2.2 設計溫度 .4 2.2.3 介質性質 .4 2.2.4 材料的選擇 .5 2.2.5 焊接接頭系數 .9 2.3 零部件的設計 .11 2.3.1 筒體設計 .11 2.3.2 封頭的設計 .13 2.3.3 開孔補強 .14 2.3.4 法蘭 .15 2.3.5 人孔 .17 2.3.6 支座 .19 2.3.7 吊耳 .21 2.4 設計小結 .22 3氮氣緩沖罐的制造工藝設計. .23 3.1 氮氣緩沖罐制造工藝流程圖 .23 3.2

2、 筒節的制造工藝 .24 3.2.1 備料 .24 3.2.2 焊接坡口加工 .24 3.2.3 筒節卷制成形 .24 3.2.4 組焊縱縫 .25 3.3 封頭的制造工藝 .25 3.3.1 備料 .25 3.3.2 封頭的壓制成形 .25 3.3.3 焊接破口的加工 .26 2.3.4 組焊環縫 .26 3.4 外觀、無損檢測 .26 3.5 水壓試驗 .27 3.6 表面處理、油漆包裝 .27 4.焊接工藝部分 .28 4.1 的焊接性分析.28 4.2 焊接工藝制定 .29 4.2.1 焊接方法的選擇 .29 4.2.2 焊接材料的選擇 .29 4.2.3 焊接工藝參數的確定 .30

3、4.3 焊接工藝試驗 .30 4.3.1 試驗 .30 4.3.2 試驗結果分析 .30 4.3.3 無損檢驗 .30 總結 .31 參考文獻 .32 致謝 .33 附錄 1 附錄 2 1 1 緒論緒論 隨著全球經濟一體化的發展和我國即將加入世界貿易組織，我國必須大力增加 化工儲備資源，以減少國際動蕩對我國經濟的影響。 由于國家戰略儲備的需要，一些先進，高效的焊接設備和工藝的采用，我國將 發展各型緩沖罐，來增加安全性能。正是由于這些先進、高效的焊接設備和工藝的 采用，使氮氣緩沖罐制造技術有了很大的提高和發展， 由于一些先進的焊接，高效的焊接設備和工藝的采用，使氮氣緩沖罐焊接制造 技術有了較大的

4、發展和提高，焊條電弧焊的比例逐漸減少，埋弧自動焊，氬弧焊， 二氧化碳氣體保護焊 ，混合氣體保護焊 ，等離子焊，真空電子束焊等先進技術以 大量應用。 我國氮氣緩沖罐焊接技術的現狀：傳統的焊條電弧焊由于焊接施工投入人員多， 勞動強度大效率底，工期長等缺陷逐漸被機械化，自動化程度高的焊接方法代替。 特別在立式緩沖罐中應用二氧化碳氣體保護自動立焊和埋弧自動橫焊技術進行焊接 施工是一種先進的焊接技術 。近年來我國有研究出 nbc 逆變式焊接電源，進一步 提高弧焊特性。隨著我國容焊用焊絲和焊劑生產工藝的改進，埋弧焊也越來越多的 應用于現場焊接施工中。 2.氮氣緩沖罐結構設計 2.1 設計條件 。該容器用于

5、室內；工作壓力為：2mpa；工作溫度為：常溫；承裝介質為：氮 氣；設計使用壽命 20 年。 2.2 設計文件 壓力容器的設計文件包括強度計算、結構設計、施工圖和零件圖制作。必要時 還應包括安裝、使用說明書、應力分析報告等。制造工藝設計的其主要內容包括： 筒體和封頭、接管、法蘭等零件的制作工藝流程；整體裝配工藝；筒體和封頭縱環 縫焊接工藝設計；接管與法蘭焊接工藝設計；按管與筒體、封頭焊接工藝設計。 2.2.1 設計壓力 由設計條件可知氮氣緩沖罐的工作壓力 p0=2mpa，根據 p0、緩沖罐的類型及表 2.1 確定設計壓力。根據使用條件，系統中裝有安全閥，所以設計壓力為： pc=1.10p0=21

6、.10=2.2mpa，最終設計壓力取為 pc=2.2mpa。 表 2.1 設計壓力的選取1 類型設計壓力 無安全泄放裝置1.0-1.10 倍的工作壓力 裝有安全閥 不低于(等于或梢大于）安全閥開啟壓力 (安全閥開啟壓力取 1.05-1.10 倍工作壓力) 裝有爆破片取爆破片設計壓力加制造范圍上限 出口管線上裝有安全閥 低于安全閥的開啟壓力加上流體從容器流 至安全閥處的壓力降 容器位于泵進口側，且無安全泄放 裝置時 取無安全泄放裝置時的設計壓力，且以 0.1mpa 外壓進行校核 容器位于泵出口側。且無安全泄放 裝置時 取下列 3 者取大值: 泵的正常入口壓力加 1.2 倍泵的正常工 作揚程 泵的

7、最大入口壓力加泵的正常工作揚程 泵的正常人口壓力加關閉揚程（即泵出 口全關閉時的揚程） 內 壓 容 器 容器位于壓縮機進口側，且無安全 泄放裝置時 取無安全泄放裝置時的設計壓力，且以 0.1mpa，外壓進行校核 表 2.1 續 容器位于壓縮機出口側，且無安全 泄放裝置時 取壓縮機出口壓力 有安全泄放 裝置 設計壓力取 1.25 倍最大內外壓力差或 0.1mpa 兩者中的小值 真 空 無夾套真空容器 無安全泄放設計壓力取 0.1mpa 裝置 容器(真空)沒計外壓力按無夾套真空容器規定選取夾套內為內壓的帶 夾套真空容器夾套(內壓)沒計內壓力按內壓容器規定選取 容器(內壓)沒計內壓力按內壓容器規定選

8、取 容 器 夾套內為真空的帶 夾套真空容器夾套真空)設計外壓力按無夾套真空容器規定選取 一 般 設計外壓力取不小于在正常工作情況下可 能產生的最大內外壓力差 介質 50c 的飽和蒸氣 壓力低于異 丁烷 50c 的飽和蒸氣 壓力時(如丁 烷、丁烯、 丁二烯) 0.79mpa 介質 50的 飽和蒸氣壓 力高于異丁 烷 50c 的 飽和蒸氣壓 力時(如液態 丙烷) 1.77mpa 外 壓 容 器 在規定的允裝系數 范圍內，常溫下盛 裝液化石油氣或混 合液化石油氣（指 丙烯與丙烷或丙烯、 丙烷與丁烯等的混 合物）的容器 介質 50c 的飽和蒸氣 壓力高于內 烷 50c 的 飽和蒸氣壓 力時(如液態 丙

9、烯) 2.16mpa 兩側受壓的壓力容器元件 一般應以兩側的設計壓力分別作為該元件的設計壓力。當 有可靠措施確保兩側同時受壓時，可取兩側最大莊力差作 為設計壓力 注：容器的計算外壓力應為設計外壓力加上夾套內的設計內壓力，且必須校核在 夾套試驗壓力外壓)下的穩定性。 容器的計算內壓力應為設計內壓力加 0.1mpa，且必須校核在夾套試驗壓力(外 壓)下的穩定性。 對盛裝液化石油氣的壓力容器，如設訓單位能根據其安裝地區的最高氣溫條件 (不是極端氣溫值)提供可靠的設計溫度時，則可按介質在該設計溫度卜的飽和蒸氣 壓來確定工作壓力及設計壓力，但必須事先經過設計單位總技術負責人批準，并報 送省級主管部門和同

10、級勞動部門鍋爐壓力容器安全監察機構備案。 對容積大于或等于 100的盛裝液化石油氣儲存類壓力容器，可由設計確定 3 m 設計溫度(但不得低于 40c)，并根據與設計混度對應的介質飽和蒸氣壓確定設計壓 力。 規定的充坡系數一般取 0.9,容積經實際測定者可取大于 0. 9 ,但不得大 0.95。 氮氣緩沖罐類型為內壓容器且裝有安全閥，從上表可知設計壓力不低于(等于或 梢大于）安全閥開啟壓力(安全閥開啟壓力取 1.05-1.10 倍工作壓力)，即設計壓力 取 2.3mpa 2.2.2 設計溫度 設計溫度指容器在正常下作過程中，在相應的設計壓力下，設定的受壓元件的 金屬溫度(沿元件金屬截面厚度的溫度

11、平均值)，即銘牌上的設計溫度，用 t 表示。 該氮氣緩沖罐的工作溫度為常溫，根據工作溫度選取設計溫度，見表 2.2。 表 2.2 設計溫度的選取1 設計溫度 介質工作溫度 t t20c介質最低工作溫度介質工作溫度減 010c 20ct15c介質最低工作溫度介質工作溫度減 510c t15c介質最高工作溫度介質工作溫度加 1530c 注：當最高（低）工作溫度不明確時，按表中的規定確定。 該緩沖罐已知條件中工作溫度沒有明確最高工作溫度，按表 2.3，應按 ii 進行選 擇，所以設計溫度應為 25+1530=4055，這兒我們選中間值，確定設計溫度 為 50。 2.2.3 介質性質 壓力容器的內部總

12、是有一定量呈氣態或液態或氣液混合的介質，而這些介質的 性質成為壓力容器設計需要考慮的重要因素之一。認識和了解介質的性質，對合理 的選用材料、保證容器的安全可靠性是十分重要的。 1. 物理性質 氮氣在常況下是一種無色無味無嗅的氣體，且通常無毒。氮氣占大氣總量的 78.12%。 2.腐蝕性4 介質的腐蝕性是壓力容器設計要考慮的重要因素。在役壓力容器的破壞，在很 多情況下是由于腐蝕后在其他因素的作用下發生的。因此，了解腐蝕的類型、機理 和腐蝕的方法是很有必要的。 3.毒性5 介質為氮氣，因此無毒。 4.易燃易爆性5 介質的成分為氮氣，因此易燃易爆性無。 2.2.4 材料的選擇 壓力容器用材料的質量及

13、規格，應符合相應的國家標準、行業標準的規定。壓 力容器材料的生產經國家安全監察機構認可批準。壓力容器選材除應考慮力學性能 和彎曲性能外，還應考慮與介質的相容性。壓力容器專用鋼材的磷含量（熔煉分析， 下同）不應大于 0.030%，硫含量不應大于 0.020%。 壓力容器常用材料 q235b、20r、16mnr、15crmor、0cr18ni9、0cr18ni9ti 鋼的常溫力學性能（表 2.3、表 2.4、表 2.5） 表 2.3 碳素鋼的常溫力學性能2 鋼號標準截面尺寸/mm/mpa b /mpa s /% 5 akv/ j 熱軋 44130037 99(1 0) q235b gb/t700-

14、88375-46022525 27 （20 ） 6-16245 16-36 235 36-60 400-520 225 25 20rgb6654-96 60-100 390-51020524 表 2.4 低合金鋼常溫力學性能2 拉伸試驗沖擊試驗 冷彎 試驗 屈服強 度 /mpa s 伸 長 率 5 /% akv(z 橫向) /j 鋼種技術標準規格/mm 抗拉強度 /mpa b 溫 度 / c b=2a 180 硬 度 hb 6-16510-640345d=2a 16-36 490-620325 36-60 470-600305 21 60-100 460-590285 16mnrgb6654-

15、96 100-120 450-580275 20 031 d=3a 6-60450-59029519 15crmorgb6654-96 60-100 27518 2031d=3a 表2.5 不銹鋼的力學性能2 鋼號項目熱處理制度 mpa b/ mpa/ 2 . 0 %/ 5 /% 1080-1130水冷4901964560 0cr18ni9 1080-1130水冷539-696221-40251-7166.5-77.5 0cr18ni9ti 常溫 力學 1100-1150水冷5391964550 性能 1100水冷540-706201-38248.8-6959.5-81 鋼的高溫力學性能 在不

16、同溫度下的許用應力見（表 2.6、表 2.7、表 2.8） 表 2.6 碳素鋼高溫力學性能3 在下列溫度（）下的許用應力，mpa注 鋼號 標 準 公稱厚度 mm 20100150200250300350400 gb9 12 3-4113113113105948677- 4.5-16113113113105948677- q235b gb3 274 16-40 11311310799918375- 6-161331321231101019286 16-36 133126116104958679 36-60 133119110101928377 20r gb6 654 60-100 1281101

17、0392847771 在下列溫度（）下的許用應力，mpa注 鋼號 標 準 公稱厚度 mm 425450475500525550575600 gb9 12 3-4- 4.5-16- q235b gb3 274 16-40 - 6-16836141- 16-36 786141- 36-60 756141- 20r gb6 654 60-100 686141- 表 2.7 低合金鋼高溫力學性能3 在下列溫度（）下的許用應力，mpa注鋼號鍛件標 準 公稱厚度 mm 20100150200250300350400 6-16170170170170156144134125 16-36 1631631631

18、59147134125119 16mnrgb6654 36-60 157157157150138125116109 6-6022015615015015013412511815crmorgb6654 60-100 275110110 在下列溫度（）下的許用應力，mpa注鋼號鍛件標 準 公稱厚度 mm 425450475500525550575600 6-16936643- 16-36 936673- 16mnrgb6654 36-60 936643- 6-60115112110888573-15crmorgb6654 60-100 104104103885837- 表 2.8 不銹鋼高溫力學性

19、能3 在下列溫度（）下的許用應力，mpa 鋼號 標 準 公稱 厚度 mm 2 0 100150200250300350400425450 注 137137137130122114111107105103 2 ） 0cr18ni9 jb4 728 200 13711410396908582797876 0cr18ni9ti jb4 728 200137137137130122114111108106105 2 ） 表 2.8（續） 13711410396908582807978 在下列溫度（）下的許用應力，mpa 鋼號 標 準 公稱 厚度 mm 4755005255505756006256506

20、75700 注 1011008991796452423227 2 ） 0cr18ni9 jb4 728 200 75747371676252423227 10410310183584433251813 2 ） 0cr18ni9ti jb4 728 200 77767574584433251813 鋼的腐蝕數據（表 2.9、表 2.10、表 2.11） 表 2.9碳素鋼腐蝕數據4 溫度， 介質濃度% 25 50 80 100 n2 濕 0-100 表 2.10 低合金鋼腐蝕數據4 溫度， 介質濃度% 25 50 80 100 n2 濕 0-100 表 2.11 奧氏體不銹鋼腐蝕數據4 溫度， 介

21、質濃度% 25 50 80 100 n2 濕 0-100 注：耐腐蝕性 金屬的耐蝕性等級符號 腐濁率，毫米/年 優良-0.05 良好-0.05-0.5 可用，但腐蝕較重-0.5-1.5 不適用，腐蝕嚴重-1.5 綜合上述的表格數據比較分析可知，上述三種常用的壓力容器用鋼在力學性能 方面均能滿足要求，但是因介質具有一定的腐蝕性，在設計時應留有一定的腐蝕裕 量，該容器的設計壽命為 20 年，上述三種鋼的腐蝕裕量分別為： 1.碳素鋼：c21mm； 2.低合金鋼：c21mm； 3.不銹鋼：c21mm. 出于減小容器體重、經濟性、便于運輸和降低制造強度等角度考慮，選用 16mnr。 2.2.5 焊接接頭

22、系數 1.壓力容器分類6 壓力容器的介質分為以下兩組： 第一組介質，毒性程度為極度危害、高度危害的化學介質，易爆介質，液化氣 體。 第二組介質，除第一組以外的介質。 由 2.2.3 分析可知該分離器介質為第一組介質。 圖 2.1 壓力容器類別劃分圖第二組介質6 2.焊縫探傷比例和等級 1)無損檢測的基本比例要求6 壓力容器對接接頭的無損檢測比例一般分為全部(100%)和局部(大于或者等于 20%) 兩種。碳鋼和低合金鋼制低溫容器，局部無損檢測的比例應當大于或者等于 50%。 2)無損檢測的可實現性 該氮氣緩沖罐的容積大約 50m3。該分離器的內徑 di 與高度的比較見表 2.12，最 終我們選

23、擇內徑 di=2800mm。 表 2.12緩沖罐內經的選擇 內徑 di（mm） 270028002900 封頭容積（m3） 2.80553.11983.4567 筒節高度（m） 7.7567.116.526 注：jb/t 47462002（附錄 b） 按容規，該直徑下的容器應設計人孔裝置。由以上兩點，可以實現縱環縫的雙 面焊。由于有人孔裝置，也可以實現 100%rt 探傷。 在焊縫區，由丁焊接時可能產生氣孔、夾渣、未焊透、咬邊、裂紋等缺陷;同時， 焊接熱影響區往往形成粗大晶粒區而使強度或塑性下降;由于結構的剛性約束，也往 往造成較大的焊接內應力。因此，容器上的焊縫區是強度較弱的地方，為了表示焊

24、 縫區材料強度被削弱的程度，引進了焊接接頭系數。焊接接頭系數是以焊縫強度與 母材強度之比值 表示的。它與焊縫位置、焊接方法以及檢驗要求等因素有關。 gb150 中規定的焊縫系數選取原則如下1。 雙面焊或相當于雙面焊的全焊透對接焊縫。 100%無損檢測 =1.00 局部無損檢測 =0.85 不作無損檢測 =0.70 單面焊的對接焊縫，沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的墊板。 100%無損檢測 =0.90 局部無損檢測 =0.80 單面焊的環向對接焊縫(無墊板)。 局部無損檢測 =0.70 不作無損檢測 =0.60 =0.60 這個系數僅適用于厚度不超過 16mm,直徑不超過 600mm。的殼體環向焊

25、 縫。有關焊縫開設的位置、坡口形式、焊接方法以及檢驗等可參照國家有關規定。 容器的設計直徑取為 2800mm，且在筒體設置有人孔能夠實現 100%rt 檢測。綜合 上述分析焊縫系數為 =1.00 2.3 零部件的設計 2.3.1 筒體設計 筒體板材的厚度。容器圓筒的厚度關系如圖 2.2 所示。 最小厚度 min 包括 c1 +c2 +c2 計算厚度 +c1 設計厚度 d 圓整 名義厚度 n 取 大 者 下料厚度 c1+c2 e n c1 c2 d 圓整 加工減薄量（制造商考慮） 容器圓筒的厚度關系 圖 2.2 容器圓筒的厚度關系1 1）計算厚度3 計算厚度指的是按公式計算得到的厚度 設計溫度下

26、圓筒的計算厚度按式（2.1）計算，公式的適用范圍為 pc0.4.t 其中：計算厚度，mm； 設計厚度,mm； d n名義厚度,mm； e有效厚度,mm； c1鋼板或鋼管厚度負偏差,mm； c2腐蝕裕量,mm （2.1） pc t 2 pcdi 式中 pc計算壓力；根據 2.2.1 分析，取 pc=2.2mpa ; di圓筒或球殼的內直徑；根據 2.2 分析，取 di=2800mm; 設計溫度下圓筒或球殼材料的許用應力；根據表 2.8，得 t 25=163mpa ; 焊接接頭系數;根據 2.2.5 分析，=1.0 因此： =19.024mm pc t 2 pcdi 2 . 20 . 11632

27、28002 . 2 2）設計厚度1 設計厚度是指計算厚度與腐蝕裕量之和按下式計算： d=+c2 （2.2） 其中腐蝕裕量 c2 由 2.2.4可知：c2=1.5mm 因此設計厚度： d=+c2=19.024+1.5=20.524mm 3）名義厚度1 名義厚度指計算厚度加上鋼材厚度負偏差向上圓整至鋼材標準規格的厚度，即 標注在圖樣上的厚度，按式（2.4）計算： n=+c1+c2 （2.3） 其中 名義厚度； n 計算厚度；由 2.2.6 中可知 =19.024mm; c1厚度負偏差值；由表 2.16 可知 c1取 0.8mm； c2腐蝕裕量；由 2.12 可知 c2為 1.5mm 表 2.13

28、鋼板厚度負偏差 c1 值/mm1 鋼板厚度 2.02.22.52.8-3.03.2-3.53.8-4.04.5-5.5 負偏差 c1 0.180.190.200.220.250.30.5 鋼板厚度 6-78-2526-3032-3436-4042-5052-60 負偏差 c1 0.60.80.91.01.11.21.3 因此： n=+c1+c2 =19.024+0.8+1.5=21.324mm 表 2.14 鋼板的常用厚度7 2、3、4、（5）、 6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、30、32、34、 36、38、40、42、46、50、55、60、65、70、75、

29、80、85、90、100、105、11 0 由表 2.14 可知，圓整為22mm，筒節高度及內徑見表 2.12。 n 2.3.2 封頭的設計 常用的管法類型有板式平焊法蘭、帶頸平焊法封頭類型選擇 橢圓形封頭的特點1：橢圓形封頭的應力情況不如半球形封頭，但比其他形式的 封頭要好。從薄膜應力來分析，沿經線各點的應力是變化的，頂點處應力最大，在 赤道上出現周向壓應力。當 di/(2hi)=2, k=1 時，即是標準橢圓形封頭。此時，橢 圓形封頭可以達到與筒體等強度，這是標準橢圓形封頭被廣泛采用的原因之一。 工程上一般采用 jb/t4737 或其他標準封頭，如圖 2.3 所示，這些封頭由半個橢 球和具

30、有一定高度的閱筒形殼體組成，此圓筒形殼體高度一般稱為直邊高度。設置 直邊的目的是為了避免在封頭和圓筒形殼體相交的這一結構不連續處出現焊縫，從 而避免焊縫邊緣應力的問題。 a) eha 型 b) ehb 型 圖 2.3 橢圓形封頭及尺寸 在制造的難易程度方面，由于橢圓形封頭的深度較淺，壓制成形要比球形封頭 容易，是目前國內外廣泛采用的中低壓容器的封頭形式。 橢圓形封頭的計算厚度1 橢圓形封頭的計算厚度按式（2.4）計算： （2.4） c t p5 . 0 2 dikpc 其中 ，)2/(2 6 1 2 i hdik 即1)7002/(28002 6 1 )2/(2 6 1 22 i hdik 1

31、8.959mm 2 . 25 . 00 . 11632 128002 . 2 5 . 0 2 dikpc c t p 橢圓形封頭的名義厚度1 橢圓形封頭（eha）的名義厚度指計算厚度加上鋼材厚度負偏差向上圓整至鋼材 標準規格的厚度，即標注在圖樣上的厚度，按式（2.5）計算 n=+c1+c2 （2.5） 其中 名義厚度； n 計算厚度；由 2.2.3 中可知 =18.959mm; c1厚度負偏差值；由表 2.14 可知 c1 為 0.8mm； c2腐蝕裕量；由 2.2.4 可知 c2 為 1.5mm n=+c1+c2 =18.959+0.8+1.5=21.259mm 由表 2.15 可知，圓整為

32、 n=22mm。 表 2.15 封頭成形厚度減薄率8 厚度減薄率，% 公稱直徑 dn，mm 鋼材厚度n，mm dha 和 dhb 型eha 和 ehb 型 6n121315 12n201213 20n341213 2000dn3000 34n601112 加工減薄量由上表 2.15 可知厚度減薄率為 14%，即厚度減薄量為 3.08mm。除去 加工減薄量后板厚為 21.92mm 大于計算名義厚度=21.259mm 因此封頭的名義厚度取 n n=24mm。 2.3.3 開孔補強1 1.判斷殼體開孔是否需要補強的條件，當同時滿足下述要求時，可不另行補強： a）設計壓力小于或等于 2.5mpa； b

33、）兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）應不小于兩孔直徑之和 的兩倍； c）接管公稱外徑小于或等于 89mm； d）接管最小壁厚滿足表 2-16 要求。 表 2-16 mm 接管公稱 外徑 253238454857657689 最小壁厚3.54.05.06.0 注 1 鋼材的標準抗拉強度下限值 b540mpa 時，接管與殼體的連接宜采用全焊透的結構形式。 2 接管的腐蝕裕量為 1mm。 2.筒體或封頭開孔要求1 當其內徑 di1500 mm 時，開孔最大直徑 ddi,且 d520mm； 2 1 當其內徑 di1500 mm 時，開孔最大直徑 ddi，且 d1000mm； 3 1 3.開孔

34、尺寸及補強圈尺寸 通過接管軸線所有截面上所需的最小補強截面積 a 應符合表 2.16 的規定 表 2.16 最小補強截面積1 ad/(ri)1/2 圓筒求殼或成形封頭 0.2不需另行補強不需另行補強 0.2 且0.4 4.05d/(ri)1/2 -1.81d5.4d/(ri)1/2 1/2- 2.41d 0.40.75ddcos 注：表中=arcsin（d/2ri） 經過計算可知四個孔的d/(ri)1/2均大于 0.2，因此四個孔均需要補強。 補強方法采用等面積法補強。所謂等面積法開孔補強，就是要求補強板與母板 厚度相同的條件下補強所需面積等于殼體上挖掉的面積。 開孔尺寸見表 2.17。 表

35、2.17 開孔尺寸 名稱 氮氣進口 接管規格 （5010） 氮氣出口 接管規格 （5010） 安全閥口 接管規格 （4010） 人孔 接管規格 48010 排污口 接管規格 （2510） d1(mm)57574548025 因此，根據 1 判斷可知，所有開孔都需要補強。 接管材料選用 16mnr，其許用應力50=163mpa ; 其中開孔直徑 d=di+2c2=57+21.5=60mm 根據 gb150-1998 中式 8-1，a=d2(1) r etf 殼體開孔處的計算厚度 =19.024mm 接管的有效厚度 et=nt-c=5-1.3=3.7 強度削弱系數 1 r f 所以 a=d+2et

36、（1-fr）=1141.44mm2 2.3.4 法蘭 法蘭類型 蘭、帶頸對焊法蘭三種，見圖 2.4。 圖 2.4 平焊法蘭與對焊法蘭示意圖1 法蘭公稱通徑與鋼管外徑的關系 法蘭公稱通徑與鋼管外徑的關系見表 2.21。 表 2.21 公稱通徑和鋼管外徑（mm）9 公稱通徑 dn 101520253240506580 a17.221.326.933.742.448.360.376.188.9 鋼管 外徑 b141825323845577689 公稱通徑 dn 100125150200250300350400450 a114.3139.7168.3219.1273323.9355.6406.4457

37、 鋼管 外徑 b108133159219273325377426480 注：a 系列為國際通用系列（俗稱英制管） b 系列為國內沿用系列（俗稱公制管） 法蘭類型及適用范圍 法蘭類型及適用范圍的關系見表 2.22。 表 2.22 法蘭類型及適用范圍9 法蘭類型帶頸對焊法蘭（pl）帶頸平焊法蘭（so） 標準號 hg 20593hg 20594 適用鋼管外 徑系列 a 和 ba 和 b pn，mp a dn,mm 0.250.61.01.62.50.61.01.62.54.0 10xxxxxxxxxx 20xxxxxxxxxx 50xxxxxxxxxx 65xxxxxxxxxx 80xxxxxxxx

38、xx 300xxxxxxxxxx 400xxxxxxxxx 500xxxxxxxxx 1800xx 法蘭類型帶頸對焊法蘭（wn） 標準號 hg 20595 適用鋼管外 徑系列 a 和 b pn，mpa dn,mm 1.01.62.54.06.310.016.025.0 10xxxxxxxx 20xxxxxxxx 50xxxxxxxx 65xxxxxxxx 80xxxxxxxx 300xxxxxxx 400xxxxxx 500xxxx 1800xx 注：x 代表滿足條件 法蘭密封面型式、密封面型式與類型的關系 法蘭密封面型式見表 2.23，法蘭密封面型式與類型的關系 2.24。 表 2.23 密

39、封面型式9 公稱壓力 pn，mpa密封面 型式 代 號 0.250.61.01.62.54.06.310.016.025.0 突面 rf dn10 -2000 dn10 -1200 dn10 -600 dn10 -400 dn10 -300 表 2.23（續） 凹凸面 mfm 凹 面 fm 凸 面 m -dn10-600dn10-400 dn10- 300 - 榫槽面 tg 榫 面 t 槽 面 g -dn10-600dn10-400 dn10- 300 - 全平面 efdn10-600 dn10- 2000 環連接 面 rjdn10-400dn10-300 表 2.24 法蘭類型與密封面型式9

40、 法蘭類型密封面型式壓力等級 pn，mpa 突面（rf） 0.25-2.5 板式平焊法蘭（pl） 全平面（ff） 0.25-1.6 突面（rf） 0.5-4.0 凹凸面（mfm） 1.0-4.0 榫槽面（tg） 1.0-4.0 帶頸平焊法蘭（so） 全平面（ff） 0.6-1.6 突面（rf） 0.6-25.0 凹凸面（mfm） 1.0-16.0 榫槽面（tg） 1.0-16.0 環連接面（rj） 6.3-25.0 帶頸對焊法蘭（wn） 全平面（ff） 0.6-1.6 法蘭選擇 根據法蘭類型、密封面型式與公稱通徑（配合接管直徑而確定）和公稱壓力的 關系 ，相應的輸入孔、輸出孔、人孔、出水孔法蘭

41、如表 2.25。 表 2.25 選擇的法蘭 序號接管名稱標準法蘭代號數量材料 1 氮氣進口接管 hg 20592-97 法蘭 so50-2.2rf 116mnr 2 氮氣出口接管 hg 20592-97 法蘭 so50-2.2rf 116mnr 3 安全閥口接管 hg 20592-97 法蘭 so40-2.2rf 116mnr 4 人孔接管 hg 20592-97 法蘭 so450-2.2rf 116mnr 排污口接管 hg 20592-97 法蘭 so20-2.2rf 116mnr 2.3.5 人孔 根據設計條件，法蘭人孔選擇回轉蓋帶頸平焊法蘭人孔。 回轉蓋帶頸平焊法蘭人孔的型式見圖 2.5

42、。hg21515-21535 圖 2.5 回轉蓋帶頸平焊法蘭人孔的型式 10 回轉蓋帶頸平焊法蘭人孔的參數見表 2.26 表 2.26 回轉蓋帶頸平焊法蘭人孔明細表10 材料 類別代號件號標準編號名稱數量 1 筒節 100cr19ni100cr18ni90cr18ni10ti 六角頭螺栓8.8 級 2 等長雙頭螺 柱 見尺寸表 8.8 級 3 hg20613 螺母見尺寸表8 級 4hg20594 法蘭 1 00cr19ni10 （鍛件） 0cr18ni9 （鍛件） 0cr18ni10ti （鍛件） hg20606 非金屬平墊 hg20607 聚四氟乙烯包覆墊 hg20608 柔性石墨復合墊 5

43、 hg20610 墊片 1 纏繞式墊 6hg20601 法蘭蓋 100cr19ni100cr18ni90cr18ni10ti 7 把手 1q235-a.f 8 軸銷 1q235-a.f 表 2.26（續） 9gb/t91 銷 2q215 10gb/t95 墊圈 2100hv 11 蓋軸耳 （1） 1q235-a.f 12 法蘭軸耳 （1） 1q235-a.f 13 法蘭軸耳 （2） 1q235-a.f 14 蓋軸耳 （2） 1q235-a.f 因此，法蘭人孔選擇 rf -35cm（w.d-2222）a 400-1.6。 2.3.6 支座 緩沖罐的總質量 mm1+m2+m3 式中 m1-罐體質量

44、 m2-封頭質量 m3-接管質量 1. 罐體質量 m1 dn=2800mm n=22mm l=7110mm 的筒節 m1=dil=7850（2800+22）2271103.14=10800kg 2封頭質量 m2 因為封頭的公稱直徑 dn2800mm，名義厚度為 24mm，根據 jb-t4746-2002 鋼制壓力 容器用封頭得封頭的質量為 1467kg 3.接管質量 m3 因為氮氣進口接管、氮氣出口接管的公稱直徑為 57mm，厚度為 10mm，長度為 150mm，因此： m進口=（r2-r2）=7.85(0.02852-0.01852) 0.153.14=1.74kg m出口=（r2-r2）=

45、7.85(0.02852-0.01852) 0.153.14=1.74kg 因為安全閥進口接管公稱直徑為 40mm，厚度為 10mm，長度為 150mm， m安全閥口=（r2-r2）=7.85(0.022-0.012) 0.153.14=1.1kg 因為人孔接管公稱直徑為 450mm，厚度為 10mm，長度為 150mm m人孔接管=（r2-r2）=7.85(0.2252-0.2152) 0.153.14=16.268kg 所以 m3= m進口+m出口+m安全閥口+m人孔接管=1.74+1.74+1.1+16.268=20.848kg m= m1+m2+m3=10800+（1467+1467）

46、+20.848=13754.848kg 該容器為臥式壓力容器，所以支座類型為 jb/t 4712.1-2007 a 型鞍式支座 a 型鞍式支座型式 a 型鞍式支座型式示意見圖 2.6 圖 2.6 a 型鞍式支座11 a 型鞍式支座型式特征和參數尺寸 a 型支承式支座型式特征見表 2.27，參數尺寸見表 2.28。 表 2.27 型式特征11 型式支座號墊板適用公稱直徑 dn，mm 1-4800-2200 鋼板焊制 a 5-6 有 2400-3000 鋼管制作 b1-8 有 800-4000 增加 100mm 增 加的質量 23 26 28 34 35 鞍座質量 kg 234 298 324 4

47、62 492 孔長 l 40 60 螺紋 m20 m24 螺孔 d 24 28 螺栓配置 luo 間距 l2 1520 1640 1800 1940 2100 e 100 120 4 10 12 b4 500 610 610 660 660 墊板 弧長 2800 3030 3260 3490 3720 3 8 8 8 10 10 b3 290 360 360 410 410 b2 208 268 268 316 316 筋板 l3 265 295 320 340 370 腹板 10 1 14 14 14 16 16 b1 240 300 300 360 360 底板 l1 1720 1880

48、2040 2180 2340 鞍座高度 h 250 允許載荷 kn kb 435 440 445 785 795 公稱直徑 dn 2400 2600 2800 3000 3200 表 2-28 參數尺寸表 a 型鞍式支座型號選擇 由總圖可知，緩沖罐（包括筒體、封頭、接管、法蘭、附件及介質）總重量約 為 13754.848kg、氮氣緩沖罐直徑為 dn=2800mm。所以，根據由表 2.26 可知應選 6 號支座，代號為 a6。 表 2.29 a3 型支座安裝高度（mm）11 容器封頭名義厚度支座 號 公稱 直徑 dn 高度 h468101214161820 32400540-9059079099

49、11914916918921 32600540-938941943945947950952954 32800580-10031006100810101013101510171020 33000460728731733735738740742744747 a3 型支座安裝高度尺寸見表 2.29。從表 2.29 可知 a3 支座安裝高度為 460mm。 2.3.7 吊耳 吊耳型式 此分離器設計為立式容器，根據 hg21574-2008化工設備吊耳及工程技術要求 標準內容，我們選擇側壁板式吊耳 sp 型。sp 型吊耳的型式示意圖見圖 2.6。 圖 2.8 sp 型吊耳12 吊耳類型選擇 分離器（包括

50、筒體、封頭、接管、法蘭、支座、附件等）總重約為 xxx（見總 圖） ，設計采用 sp 側壁吊耳，數量為 2 個，所以單個吊耳承受的重量只為其中一半， 約為 xxx，根據 hg21574-2008 標準內容，我們選擇吊耳型號為：sp-3（單個吊耳重 為 3t） 。 2.4 設計小結 通過以上結構設計，現對分離器設計壓力、設計溫度、筒體、封頭、法蘭、支 座、吊耳等的標準號、代號、材料等主要參參數見表 2.30。 表 2.30 氮氣緩沖罐各主要參數 序號名稱標準號代號材料大小 1 設計壓力 2.2mpa 2 設計溫度常溫 3 接頭系數 =1.0 4 筒體 gb4237-2007dn2800 =221

51、6mnr 5 封頭 jb/t4746-2002eha28002516mnr 6 補強環 jb/t4736-200216mnrn=22mm 7 氮氣進 口接管 法蘭 hg 20592-97 so50-2.2rf16mnr 8 氮氣出 口接管 法蘭 hg 20592-97 so50-2.2rf16mnr 9 安全閥 口接管 法蘭 hg 20592-97 so40-2.2rf16mnr 10 人孔接 管 法蘭 hg 20592-97 so450-2.2rf16mnr 11 接管 與法 蘭 排污口 接管 法蘭 hg 20592-97 so20-2.2rf16mnr 10 人孔 hg 21517-200

52、5 rf -35cm（w.d- 2222）a 400-1.6 0cr18ni9 11 支座 jb/t4712.1-2007a3 q234a注 12 吊耳 hg/t21574-94sp-3 組件 注：支座弧板材料為 0cr18ni9。 3. 氮氣緩沖罐制造工藝設計 3.1 氮氣緩沖罐制造工藝流程圖 材檢號料切割刨縱環縫坡口卷制成形組焊縱縫 校圓打磨外觀、無損檢測 材檢號料切割壓制成形刨環縫坡口 材檢號料 a b d c 外購 材檢號料切割刨縱縫坡口卷制成形組焊縱縫 校圓打磨外觀、無損檢測 組裝 切割 焊接 a b g f d 材檢 號料切割 刨坡口組裝焊接 材檢 號料切割 組裝焊接 環縫焊接外觀

53、、無損檢測鉆孔 e f g 組裝焊接外觀檢查 組裝 焊接水壓試驗油漆包裝 組裝 組裝（法蘭外購）焊接 材檢 號料切割 e c 3.2 筒節的制造工藝 3.2.1 備料 放樣、畫線 11 放樣、畫線包括展開、放樣、畫線、打標記等環節。 不銹鋼板卷圓時，其展開長度按下式計算： l=（di+n） （3.1） 其中：di筒節內徑；di=2800mm; n 板材厚度；n =22mm 即 l=（di+n）=3.14（2800+22）=8861.08mm 下料 采用等離子切割 3.2.2 焊接坡口加工 坡口加工采用刨邊機加工， 按圖 3.1 所示加工縱環縫 坡口。 圖 3.1 坡口形式 3.2.3 筒節卷制

54、成形11 壓力容器筒節采用卷制成形 卷制成形是將鋼板放在卷板機上進行筒節，其優點是：成形連續，操作簡便， 快速，均勻。 圖 3.2 圖 3.3 筒節的卷制成形采用三輥卷板機，如圖 3.2 所示。三輥卷板機的上輥是從動 的，它可以上下移動，對鋼板產生壓力。兩下輥是主動的，依靠它的轉動，可使 鋼板在上下輥之間來回移動，產生塑性變形，使整塊鋼板卷成圓筒形。但由圖 3.3 可知，在鋼板的兩端各有一段無法彎卷的部分，通常稱為平直段。平直段的 長度與卷板機結構有關，對于常用的對稱三輥卷板機，平直段約為其兩下輥中心 距的一半即圖 3.3（a）的一半。因此，為了獲得完整的圓筒形，在彎卷前，必 須先將鋼板的兩端

55、預制成所需彎曲半徑的弧形，此項工作稱為預彎。 3.2.4 組焊縱縫 筒節的制造過程中，至少有一條縱縫是在卷成形后組焊的，由于縱縫組裝沒 有積累誤差，組裝質量較易控制，如果彎卷過程控制不好，就會產生偏差，如下 圖所示： 筒節的板料預彎質量不佳還會造成縱縫棱角度超差，這時靠組裝過程來控制 是無能為力的，只能在筒節縱縫焊后校圓工序中予以修正。如圖 3.4。 圖 3.4 棱角度 3.3.封頭的制造工藝 3.3.1 備料 放樣、畫線 與 3.2.1 中同理，但封頭的展開與筒節相比較復雜。 根據標準 jb/t 4746-2002 可知 eha 橢圓形封頭的總深度 h= 740mm；內表面 積 a=8.85

56、03m2；容積 v=3.1198m3。 下料 采用等離子切割。 3.3.2 封頭壓制成形 壓力容器的封頭為橢圓形封頭，采用壓制成形。 封頭的整體壓制成形是借助于壓制模具在水壓機上完成的，其工藝過程如下： 封頭的壓制原理 封頭的壓制過程是屬于拉延過程。在壓制過程中，材料產生了復雜的變形， 而且在工件不同的部位有著不同的應力應變狀態。 壓邊范圍的確定 壓制時如果不用壓邊圈，二封頭毛坯壁厚又較薄，則材料在切向壓應力作用 下，會失去穩定，形成皺紋和鼓包，嚴重時會造成廢品。 采用壓邊圈不僅增加了材料的穩定性，而且在由壓邊圈產生的摩擦力的作用 下增加了徑向應力，從而使材料有較好的變形條件。 當滿足下式時，

57、便需要采用壓邊圈： ）（k15 . 4100 o d s （3.2） 其中：封頭毛坯直徑,； o dhdd i 2 0 s封頭毛坯厚度； k材料拉伸系數，通常可取 0.75-0.8 經計算上述的條件成立，因此需要采用壓邊圈。 壓制過程 壓力容器的封頭的壓制通常是在水壓機上進行的，這種水壓機一般噸位在 300-8000t 之間。 為了減少摩擦，防止模具及封頭的表面損傷，提高模具使用壽命，壓制前， 在拉環上涂抹潤滑劑是十分必要的，這對不銹鋼、有色金屬尤為重要。常用的潤 滑劑見表 3.1。 表 3.1 板料壓制時常用的潤滑劑 工件材料潤滑劑 碳素鋼石墨粉+水或機油 不銹鋼石墨粉+水或機油、滑石粉+機

58、油+肥皂水 鋁機油，工業凡士林 鈦二氧化鉬，石墨+云母粉+水 由表 3.1 可知碳素鋼材料在壓制時選用的潤滑劑是石墨粉+水或機油。 3.3.3 焊接坡口加工 與 3.2.4 相同 3.3.4 組焊環縫 環焊縫的組裝比縱焊縫困難。一方面由于制造誤差，每個筒節和封頭的圓周 長度往往不同，即直徑大小有偏差;另一方面，筒節和封頭往往有一定的圓度誤 差。此外組裝時還必須控制環縫的間隙，以滿 足容器最終的總體尺寸要求。由于環縫組裝的 這種復雜性和需要大的工作量，因此，對機械 化組裝設備的需求是很迫切的。圖 3.5 是國內 目前常用的筒節與封頭環焊縫組裝設備。 圖 3.5 封頭環焊縫組 3.4 外觀、無損檢

59、測 按 tsg r00042009固定式壓力容器安全技術監察規程對所有焊縫在 焊后對焊縫表面質量進行外觀檢查，焊縫表面不能夾渣、氣孔、咬邊、焊瘤等缺 陷，同時對接焊縫余高、角焊縫焊腳尺寸滿足圖樣要求。 焊縫冷卻后對筒體縱縫、環縫及筒體與封頭環縫進行 100%rt 探傷，底片質 量為 ab 級，缺陷合格標準為 ii 級合格。 3.5 水壓試驗 所有工作完成后，應對分離器進行水壓試驗，檢驗壓力容器的強度，焊接質 量，以及密封的嚴密性。水壓試驗用壓力為工作壓力的 1.25 倍，所以水壓試驗 壓力為 2.5mpa。試驗用水的氯離子的含量不得超過 20mg/l，試壓水溫應保證在 整個試壓過程中壁溫不得低

60、于 15o。水壓試驗前應將設備內的贓物，碎片，焊 渣等清掃干凈，水壓試驗合格后應立即將水放凈，吹干。 3.6 表面處理、油漆包裝 壓力容器在制造過程中，不同程度地受鐵、氧、氫等雜質的污染，因此表面 需要清理。壓力容器的油漆包裝和運輸應符合jb 2536-80壓力容器油漆、包裝、 運輸的規定。 4. 50m3 氮氣緩沖罐縱環縫焊接工藝設計 4.1 16mnr 焊接性分析1 4.1.1 16mnr 化學成分和力學性能 表 4-1 16mnr 鋼的化學成分（wt%） 合金元素 cmn si s pnicr ti 質量分數0.141.320.270.0040.0120.070.060.018 表 4-