球罐工艺设计—学士学位论文

1、学士学位论文摘 要本次设计中的650m3球罐用于液态二氧化碳，其球壳板的材质为16MnDR，本文对其结构和强度进行计算，从而确定壁厚等主要参数，并绘制球罐的总体装配图。根据工厂的生产经验和相关标准编制了650m3球罐的生产工艺流程。在整个生产过程中，球壳板的压制成形、球罐的组装与球罐的焊接属于生产中的重点与难点，在本文中都进行了详细的分析和论述。本文通过对球罐的材质的焊接性分析，确定焊接材料和焊接方法。根据每条焊缝有不同的特点，制定了各条焊缝的具体焊接顺序和坡口形式，并选择了焊接工艺参数。球罐组装、焊接之后，需要进行焊后处理，包括无损检测，焊后热处理，以及耐压试验等，本文也都进行了简要的分析和说明，并介绍了相应的处理方法和注意事项。关键词：球罐；低温；组装；焊接Abstract The design of the 650m3 spherical container used for store Liquid carbon dioxide , its spherical shell plate material is 16MnDR. This calculation of its str

2、ucture and strength to determine the thickness and other key parameters, and draw the general assembly drawing sphere. The produce technologic course of the 650m3 spherical container was compiled according to the experience of the manufacturing plant and related standards. In the entire production process, the press of forming spherical shell plate, the installation and welding of spherical container belong to important and difficult in the production. In this paper, they were carried out a deta

3、iled analysis and exposition.Based on the spherical tank welding materials analysis to determine the welding materials and welding methods. According to different characteristics of each weld, developed a specific welding seam of each sequence and groove type, and selected welding parameters.After the installation and welding of the spherical container, there need to conduct process when the welding finished, which include non-destructive testing, postweld heat treatment, and the pressure test,

4、and so on. In the paper, they were conducted a brief analysis and exposition, and were introduced the corresponding resolve methods and attention matters.Keywords: spherical container; low temperature ; installation; welding目 录1引言12 650m球罐概况22.1 主要技术参数22.2 球罐材料的选用22.2.1 球罐用钢的基本要求分析22.2.2 球罐用钢的确定33 球罐的结构设计43.1球罐的结构设计要求43.2 球壳的设计43.2.1 球罐结构型式的选择43.2.2 三带混合式球壳型式和参数53.2.3 混合式结构排板计算53.2.4 各球片的几何尺寸143.3 支座设计143.3.1 支柱143.3.2 底板163.3.3 拉杆163.4 人孔和接管163.4.1 人孔结构163.4.2 接管结构213.5 球罐的附件293.5.1梯子平台293.5.2

5、保冷设施293.5.3 液位计293.5.4 安全阀293.5.5 溢流阀294 球罐强度计算304.1 设计条件304.2 球壳计算304.2.1计算压力304.2.2 球壳各带的厚度计算314.2.3 设计温度下球壳的计算应力314.3 球罐质量计算324.4 地震载荷计算334.4.1 自振周期334.4.2 地震力344.5 风载荷计算354.6 弯矩计算354.7 支柱计算354.7.1 单个支柱的垂直载荷354.7.2 支柱的最大垂直载荷364.7.3 单个支柱弯矩374.8 地脚螺栓计算414.8.1 拉杆作用在支柱上的水平力414.8.2 支柱底板与基础的摩擦力414.8.3 地脚螺栓424.9 支柱底板424.9.1 支柱底板直径424.9.2 底板厚度424.10 拉杆计算434.10.1 拉杆螺纹小径的计算434.10.2 拉杆连接部位的计算444.11 支柱与球壳连接最低点a的应力校核454.11.1 a点的剪切应力454.11.2 a点的纬向应力464.11.3 a点的应力校核474.12 支柱与球壳连接焊缝的强度校核475 钢的焊接工艺分析485.1 16M

6、nDR钢的焊接性分析485.1.1 钢的类型及化学成分485.1.2 焊接性分析485.1.3 焊接方法与填充材料的选择496 焊接结构制造工艺设计506.1 球罐生产的准备工作516.2 钢材复验、入库516.3 钢材的预处理526.3.1 钢板的矫正526.3.2 钢板的表面清理536.4 球壳板的制造546.4.1一次放样、划线、号料546.4.2 一次下料546.4.3 球壳板的冲压成形556.4.4 二次放样、划线、号料566.4.5二次下料、坡口加工576.4.6球壳板成形后的检验586.5 零部件的组焊586.5.1 赤道板与上段支柱的组焊586.5.2 极板与接管的组焊596.5.3 球壳板及零部件的出厂606.6 球罐的组装616.6.1 施工准备616.6.2 组装设备及工装夹具636.6.3 支柱组装646.6.4 赤道带板组装656.6.5 赤道带板调整666.6.6 下极板的组装676.6.7 上极板组装676.6.8 整球调整686.6.9 组焊检验686.6.10 防护棚的搭设686.7 球罐的焊接686.7.1 施焊环境686.7.2 焊工资格696.7

7、.3 焊前准备696.7.4 焊件的预热706.7.5 焊接工艺706.8 焊接结构质量检验786.8.1 焊缝外观质量检查要求786.8.2 无损检测786.8.3 焊后修补796.9 焊后整体热处理806.10 水压试验和气密性试验806.10.1 水压试验806.10.2 气密性试验806.11去锈、涂装826.12 球罐成品验收827 结 论83致 谢84参考文献85附录A87附录B103I1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（天然气、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

8、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。本次设计中的650m3球罐用于储存液体二氧化碳，属于中小型容积的球罐，现在，本次650m3球罐制造工艺设计依据工厂设计图纸和国家相关标准规定进行编制；设计目的是全面了解650m3球罐的制造工艺，使所学到的焊接专业理论知识能够应用到实际生产当中去，并最终完成毕业设计工作。在设计工作过程中，采取“边设计，边学习，边调研，边改进”的“四边”原则，真正做到理论与实际相结合，力求达到学以致用，并为自己日后参加工作，奠定理论知识基础，积累实际工作经验1。2 800m球罐概况2.1 主要技术参数表1-1球罐基本参数公称容积800各带球心角 各 带 分块数 上 极 带1277内 径 12300上 温 带几何容积974赤 道 带67.516支座型式赤道正切式下 温 带支柱根数8下 极 带112.57分带数3 设 计 温 度 -3035 储存介质液体二氧化碳 混合式球罐2.2.1 球罐用钢的基本要求分析材料是球罐设计、制造的基础，材料的性能和质量的优劣直接影响着球罐的质量和安全使用。在球罐的设计参数中指

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