1000m3球罐的焊接结构和工艺设计毕业设计Word格式文档下载.docx
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关键词:
球罐;
安全;
经济;
焊接
Abstract
ThedesignOf3000m3liquidammoniasphericaltankisbasisonboththevessel》,consideringtheexistingmanufacturingtechnologyoftanksbothattheprinciplesofsafety,considerationofproductqualityandconstructionfeasibility,theexistingbuildingtechnologyandotherfactors,atlastthesphericaltankisdesignedfornominaldiameter18000mm、wallthickness44mm.Theselectionofmaterialsinthisdesignisinconsideration,comparedwithsomedifferentpropertiesofmaterials,finallytheQ345R.Also,thedesignandselectionofthesphericalsupportisinconsideration,finallysupportseemstobethemostreasonable.Finallythestrengthandstabilitytest,theresultshowsthisdesignofstructureissafeandeconomic.
Basedonthesphericaltankweldingmaterialsanalysistodeterminetheweldingmaterialsandweldingmethods.Accordingtodifferentcharacteristicsofeachweld,developedaspecificweldingseamofeachsequenceandgroovetype,andselectedweldingparameters.
Aftertheinstallationandweldingofthesphericalcontainer,thereneedtoconductprocesswhentheweldingfinished,whichincludenon-destructivetesting,postweld.Inthepaper,theywereconductedabriefanalysisandexposition,andwereintroducedthecorrespondingresolvemethodsandattentionmatters.
Keywords:
sphericaltank;
safety;
welding
3.3焊接方法与填充材料的选择20
4球罐强度计算及稳定性校核20
4.1设计条件20
4.2球壳计算20
4.2.1计算压力20
4.10.3耳板厚度30
5工厂制造及现场组装40
5.1球罐生产的准备工作40
5.2材料的进厂入库检验40
5.3钢材的预处理40
5.3.1钢板的矫正40
5.3.2钢板的表面清理41
5.4放样、划线与号料41
5.4.1毛坯尺寸下料41
5.4.2二次精确下料41
5.4.3球瓣的压制41
5.5.1施工准备42
6.1焊接工艺评定46
6.6定位焊和工装夹具焊接47
6.7焊接工艺的选择47
6.7.6焊接工艺参数49
6.7.7焊接顺序50
参考文献60
附录A61
附录B78
1绪论
1.1引言
随着现代工业生产的迅猛发展,焊接已成为机械制造等行业中一种越来越重要的加工工艺手段。
目前,焊接已广泛用于能源、石油化工、航空航天、原子能、海洋、交通等重大工程项目,同时亦遍及工业生产的各个领域。
由于石油、化工、石油化工、燃气(液氨、液化石油气)等事业的迅速发展,随之而建造的球罐增长速度很快,1981年我国球罐约1100台,到1985年增加至约1800台,至1996年全国有近5000台球罐,这4年间平均每年建造约400台球罐。
迄今为止,我国现有各种球罐已愈万台。
球罐建造的增长速度如此之大,是因为人们越来越认识到使用球罐比圆筒形容器更加合理。
与同容积的圆筒形容器相比,球罐的表面积最小,受力均匀,在相同直径和工作压力下,其所受内应力最小。
同时球罐还具有占地面积小,高度低,底座基础工作量小,所以建造球罐时,可节省钢材,降低成本,因而在各工业领域得到了广泛的应用,在单罐容积大于1000m3仅用材消耗量就比同容积圆筒形容器节省三分之一以上(容积越大越显著),其经济效益显得十分突出。
这是当前市场经济中人们十分关注的问题。
但是,球罐制造较困难,加工费用高。
表现为下料工序较复杂;
从冲压到拼装尺寸要求严格;
超差变形矫正困难。
此外,球罐直径通常较大,如50m3容积的球罐,直径就达到4.6m,已不适于整体常规运输,须在现场组装焊接,而100m3容积的卧(立)式贮罐,则尚可在制造厂中预制。
球罐现场组装焊接,施工费用高;
施焊条件差;
装配尺寸与精度难以保证;
器壁拘束度较大,会产生较大的残余应力,甚至诱发裂纹;
施工质量受风雨、温度和湿度等环境因素的影响。
目前,虽然我国的球罐制造业发展很快,但总体制造水平偏低,某些加工手段及工艺措施还相对保守。
但是,其基本制造工艺还是比较稳定的,所以球罐的制造技术应该被广泛的应用,并在原基础上有所突破创新。
近年来,在石油、化工、冶金、核电等领域中,球罐得到了广泛应用。
例如:
球罐被用于储存液化石油气、液化天然气、液氧、液氮、液氢、丙烯、氧气、氮气、液氨、城市煤气、压缩空气等物料;
在原子能发电站,球罐被用作核安全壳;
在造纸厂被用作蒸煮球等。
总之,随着工业的发展,球形容器的使用范围必将越来越广泛。
1.2球罐介绍
球罐为大容量、承压的球形储存容器,它可以用来作为液化石油气、液化天然气、液氧、液氨、液氮及其他介质的储存容器。
也可作为压缩气体(空气、氧气、氮气、城市煤气)的储罐。
操作温度一般为-50~50℃,操作压力一般在3MPa以下。
球罐的特点:
(1)球罐的表面积最小,即在相同容量下球罐所需钢材面积最小,一般要比圆筒形容器节约30%~40%的钢材。
(2)球罐壳板承载能力比圆筒形容器大一倍,即球罐的承载能力最高,在相同直径、相同内压条件下,采用同样钢板时,球形容器所需要壁厚仅为同直径、同材料的圆筒形容器壁厚的12(不考虑腐蚀裕度)。
(3)在相同直径情况下,球罐壁内应力最小,而且均匀。
由于这些特点,再加上球罐基础简单、受风面小、外观漂亮,可用于美化工程环境等原因,使球罐的应用得到很大发展。
其主要缺点是制造施工比较复杂。
球罐的结构是多种多样的,根据不同的使用条件(介质、容量、压力湿度)有不同的结构形式。
通常按照外观形状、壳体构造和支承方式的不同来分类。
(1)按形状分为圆球形和椭球形
(2)按壳体层数分为单层壳体和双层壳体
(3)按球壳的组合方式分为纯橘瓣式、纯足球瓣式和足球橘瓣混合式
(4)按支承结构分为柱式支承和裙式支承,半埋入式支承、高架支承等
1.3国内外研究现状
1.3.1球罐的发展和应用现状
早在1910年美国建造了世界上第一台球罐,至今全世界役各类工业球罐约5万余台,国外主要球罐制造厂商约40余家,年建造增约500~600台。
中国最早建造球罐开始于1958年。
至1990年全国在役各类工业球约2200余台(其中:
石油300余台、化工500余台,石油化工500余台、冶金200余台、城市煤气400余台、其他工业部门300余台。
目前中国球罐制造厂商约20余家,年建球罐增长量约100~150台。
约占世界球罐建造增长量的15至14。
美国早在1976年已建成容量为11.88万m³
直径为61m的核反应堆球形安全壳,设计压力为0.19~0.24MPa,壳体壁厚控制在38mm以内,这是目前世界上较大容量球罐。
我国尚未建造球形安全壳,我国已建成直径为36m,壁厚为38mm的球形封头式的核反应堆安全壳。
国产最大容量球雄是由金州重型机器厂于1989年为河南中原化肥厂建造的4000m³
液氨球罐,设计压力0.5MPa,内径20.1,板厚20mm,球罐质量274.6t。
目前我国在役球罐主要参数:
容量为50~10000m³
,内径为4.6~26.74,设计压力为常压至4MPa,设计温度为-104~60℃。
我国球罐容量1000m³
以下的占总量的90%左右、其中100~400m³
球罐占70%左右。
储存介质为液化石油气、液氨及城市煤气,氧气和氮气,乙烯和液氨,液氨,其他介质。
球罐材料只要有国产A3F,A3,A3R,20R,Q345B,Q345R,15MnV,15MnVR,15MnVN,15MnVNR及从国外引进的各种球罐材料,我国球罐选用Q345R为主,约占总量90%,球罐结构主要采用赤道正切式支承纯正圆单层球罐,约占99%;
球壳结构为桔瓣型及足球桔瓣混合型。
世界各国在役球罐平均每10年发生2~3次灾难性爆炸事故,据报道日本70年代球罐事故发生率约为1%。
我国70年代球罐事故统计,其发生率约为2%。
80年代全国各部门从1979年吉林液化石油气球罐群爆炸灾难性事故中吸取教训,在国家劳动安全监察部门监督下,对全国930余台在役旧球罐及1000余台新建投用球罐逐台进行开罐检查及全面修复,历时10年,耗资近3亿元人民币,动用4万人次,80万工日,报废球罐约占总开罐数的10%,返修球罐约占总开罐数的80%从1980年至1990年全国在役2200余台球罐灾难性事故降到0,球罐运行破裂爆炸事故降到0球罐耐压破裂事故降到11000。
从而使我国球罐安全性达到世界领先水平。
制造球罐的材料要求强度高,塑性特别是冲韧性要好,可焊性及加工工艺性能优良。
球罐的焊接、热处理及质量检验技术是保证质量的关键。
1.3.2焊接设备应用现状
制造业是一个国家综合经济实力的重要基础,没有强大的制造业就不可能成为经济强国,也难有强大的国防力量。
装备制造业是制造业的核心,因为它是为各行各业提供各种装备的产业。
随着科学技术的发展,焊接
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