压缩空气储罐设计

长春理工大学本科课程设计1目录卧式储气罐设计任务书................................................2第一张绪论.........................................................31.1设计背景......................................................31.2储罐的用途及分类..............................................41.3储存介质的性质................................................41.4设计任务......................................................51.5设计思想......................................................51.6设计特点......................................................51.7设计数据......................................................6第二章容器主要原件的设计...........................................62.1圆筒厚度的设计................................................62.2封头的设计....................................................72.3人孔的选择....................................................82.4接管和法兰....................................................82.5螺栓（螺柱）的选择............................................92.6鞍座选型和结构设计............................................9第三章开孔强度设计................................................113.1补强设计方法的判断...........................................113.2有效补强范围.................................................113.3有效补强面积.................................................11第四章强度设计....................................................124.1水压试验校核.................................................124.2圆筒轴向应力弯矩计算.........................................124.3圆筒的轴向应力及校核.........................................144.4切向剪应力的计算机校核.......................................144.5圆筒周向应力的计算及校核.....................................154.6鞍座应力计算及校核...........................................164.7地震引起的地脚螺栓应力.......................................18第五章焊接结构设计................................................185.1焊接方法.....................................................185.2焊接工艺及技术要求...........................................19总结...............................................................21附录：参考文献.....................................................22长春理工大学本科课程设计2卧式储气罐设计任务书长春理工大学本科课程设计3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立方米原油储罐以及超高压容器的选材问题。目前b≥800MPa高强材料的应用正在引起国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、马长春理工大学本科课程设计4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内的需求。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范化管理，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。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，可在有关消防规范中查得。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。长春理工大学本科课程设计5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，罐内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。当储罐内部因温度降低而使内压低于大气压时，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