任务书一、设计题目：卧式贮罐结构设计（150m3，浓硫酸，常温）二、设计目的1.综合应用所学基础课和专业基础课“焊接结构”的理论知识与技能，去分析和解决工程实际问题，使理论深化，知识拓宽，专业技能得到进一步延伸。
2.通过课程设计，使学生学会依据设计任务进行资料收集和整理，能正确运用工具书，掌握焊接结构设计程序、方法和技术规范，提高工程设计计算、理论分析、技术文件编写的能力，提高计算机的应用能力。
3.学习工程设计中技术方案的论证和选择的思想方法。
4.培养学生独立思维和思考的能力。
三、设计的任务及要求1.设计前详细研究和分析设计任务书和指导书，明确设计要求和设计内容，根据原始数据和工作条件，复习有关课程，参考有关资料，对所设计项目进行方案比较选出最优方案，确定一个较全面合理的设计方案。
2.根据已经制订的设计方案进行主要结构件的强度计算，要计算精确，步骤完整，理论依据全面，并且写出设计说明书，设计说明书按照统一封面，统一格式撰写装订。
说明书内容包括任务书、目录、正文（设计方案、具体设计步骤及计算）、参考文献几部分。
3.根据设计方案和计算数据绘制结构装配图1张和主要零件图，绘图要求考虑周到，认真全面；各种标注准确标准。
目录绪论 (1)第一章设计参数的选择 (2)1.1筒体材料的选择 (2)1.2公称直径的确定 (2)1.3设计压力 (2)1.4 设计温度 (3)1.5焊接接头系数 (3)第二章设备的结构设计 (4)2.1圆筒厚度的设计 (4)2.2封头的设计 (4)2.2.1 封头厚度的设计 (4)2.2.2 封头的结构尺寸（封头结构如下图1） (5)2.3鞍座选型和结构设计 (5)2.3.1鞍座选型 (5)2.3.2鞍座位置的确定 (6)2.4卧式贮罐的附件及其选用 (7)2.4.1接管和法兰 (8)2.4.2垫片的选用 (10)2.4.3螺栓（螺柱）的选择 (10)2.5人孔的选择 (10)2.6液面计的选择 (11)2.7安全阀的选择 ..................................... 错误！未定义书签。
第三章容器强度的校核 .. (11)3.1水压试验应力校核 (11)3.2.筒体轴向弯矩计算 (11)3.3.筒体轴向应力计算及校核 (12)3.4.筒体和封头中的切向剪应力计算与校核 (14)3.5.封头中附加拉伸应力 (14)3.6.筒体的周向应力计算与校核 (14)3.7.鞍座应力计算与校核 (15)3.7.1应力及强度校核 (15)3.7.2断面应力校核 (16)3.7.3板组合截面应力计算及校核 (15)3.8地震引起的地脚螺栓应力 (17)3.9 开孔补强设计3.9.1 补强设计方法判别 (18)3.9.2有效补强范围 (18)3.10 有效补强面积 (19)3.11 补强面积 (19)第四章: 卧式贮罐的焊接 (19)4.1 焊缝布置 (19)4.1.1 接头的选择 (20)4.1.2焊缝的布置 (20)4.2 焊接方法 (21)4.3.焊接顺序 (22)4.3.1焊前清理 (22)4.3.2焊接过程和顺序 (22)特别鸣谢 (24)参考文献 (25)绪论近年，压力容器被广泛应用于现代的工业、民用及军用等部门。
压力容器在社会各行各业的生产、储存、运输等方面具有不可取代的地位，在发展国民经济、巩固国防、解决人们衣食住行等方面起着极为重要的作用。
目前我国普遍采用常温压力贮罐, 常温贮罐一般有两种形式: 球形贮罐和圆筒形贮罐。
球形贮罐和圆筒形贮罐相比: 前者具有投资少, 金属耗量少, 占地面积少等优点, 但加工制造及安装复杂, 焊接工作量大, 故安装费用较高。
一般贮存总量大于5003m或单罐容积大于2003m时选用球形贮罐比较经济; 而圆筒形贮罐具有加工制造安装简单, 安装费用少等优点, 但金属耗量大占地面积大, 所以在总贮量小于5003m, 单罐容积小于1003m时选用卧式贮罐比较经济。
圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。
一般选用卧式圆筒形贮罐, 只有某些特殊情况下(站内地方受限制等) 才选用立式。
本文主要讨论卧式圆筒形浓硫酸贮罐的设计。
本储罐的焊接结构主要设计了筒体壁厚，支座，封头，法兰，加强圈等。
根据储存介质的要求来进行储罐的选材，本次设计的介质为浓硫酸，储体选用Q-235B。
根据施工现场的环境要求及罐体厚度等选择合适的焊接方法。
设计的封头为标准椭圆形封头，设计的支座为鞍式支座。
卧式浓硫酸贮罐设计的特点，应按GB150《钢制压力容器》进行制造、试验和验收; 并接受劳动部颁发《压力容器安全技术监察规程》(简称容规) 的监督。
贮罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。
贮罐上设有排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等。
第一章 设计参数的选择1.1筒体材料的选择根据GB150-1998表4-1并结合实际情况，选用筒体材料为碳素合金钢Q-235C （钢材标准为GB6654《压力容器用钢板》）。
Q-235C 适用范围规定如下： 容器设计压力p≤2.5MPa ； 钢板使用温度为0-400℃;用于壳体时，钢板厚度不大于30mm 。
1.2公称直径的确定1. 设筒体直径为D ， 筒体长度为L=2D ， 选用标准椭圆封头， 则其体积可表示为:9.0150242242321=⨯+⨯=+=D D D V V V ππ由此可求得D=4497mm 所以粗定mm D 4000=。
1.3设计压力设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷，其值不得低于工作压力。
液柱静压力：MPa gh P 0717.00.48.91083.131=⨯⨯⨯==ρ 根据化学化工物性分析手册表3.6.5查饱和蒸汽压：Pc=0.0118Mpa 工作压力：MPa P P Pw c 1128.00118.0101.00=+=+= 设计压力：MPa Pw P 1241.01128.01.11.1=⨯== 计算压力：p=0.1241+0.0717=0.1958Mpa1.4 设计温度设计温度指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。
设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。
设计温度取50℃。
1.5焊接接头系数焊接接头系数是以焊接强度与母材强度之比值 表示的。
它与焊缝位置焊接方法以及检验等因素有关。
JB4732标准中要求受压元件焊缝必须100%无损检测，取焊缝系数1.00。
设计参数总结如下表1.5表1.5 设计数据项目数值单位备注序号1 名称150m3浓硫酸卧式贮罐2 筒体材料Q-235C3 设计压力0.1241 MPa4 设计温度50 C5 公称直径4000 mm6 公称容积150 3m7 充装系数0.98 工作介质浓硫酸9 其他要求100%无损检测第二章 设备的结构设计2.1圆筒厚度的设计查GB150-1998中表4-1，可得：在设计温度50℃下，屈服极限强度， 许用应力[]t125MPa σ= 利用中径公式计算厚度：c c 0.195840003.46852[]211250.1958tP D mm P δφσ⨯===-⨯⨯- 查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-1知，钢板厚度负偏差为0.25mm ，而有GB150-1998中3.5.5.1知，当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm ，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不计，故取10C =。
查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-5知,在无特殊腐蚀情况下，腐蚀裕量2C 不小于1mm,本例取2C =2mm 则筒体的设计厚度mm C C i 4685.521=++=δδ 圆整后，取名义厚度mm n 8=δ 筒体的有效厚度mm C C n e 621=--=δδ2.2封头的设计2.2.1 封头厚度的设计查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表1，得公称直径mm D D n i 4000== 选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA ，则 22i iD h =，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1计算：0.195840003.46702[]0.5211250.50.1958i t PD mm P δϕσ⨯===-⨯⨯-⨯同上，取2C =2mm ，10C =。
封头的设计厚度mm C C d 4670.521=++=δδ 圆整后，取封头的名义厚度mm n 8=δ ， 有效厚度 mm C C n e 621=--=δδ[]235s MPa σ=2.2.2 封头的结构尺寸（封头结构如下图1）由()22i D H h =-，得mm DH h i 40100010404=-=-=查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1 EHA 椭圆形封头内表面积、容积，如下表2.1表2.1 EHA 椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN/mm 曲面高度hi/mm 直边高度h/mm 总深度H /mm 内表面积A/2m 容积V 封/3m4000 100040104017.84648.8802图2.1 封头的示意图2.3鞍座选型和结构设计2.3.1鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-C 。
8802.82429.0150221⨯+⨯=+=L D v v π L=11.8496m储罐总质量12342m m m m m =+++kgV m SO H 2745001501083.13342=⨯⨯=⋅=ρ1m ——筒体质量：kg DL m 4945.70131085.7006.08496.110.414.331=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=ρδπ 2m ——单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.2 EHA椭圆形封头质量，可知， 3m ——充液质量：4m——附件质量：人孔质量为302kg ，其他接管质量总和估为400kg ，即4702k g m =综上所述，kg m m m m m 2285.28385924321=+++= N mg G 401.25332878.99304.77018=⨯==则每个鞍座承受的重量为1266.643kN 由此查JB4712.1-2007《容器支座》，选取重型，焊制为B Ⅰ,包角为120°，有垫板的鞍座。
查JB4712.1-2007表8设计鞍座结构尺寸如下表2.2：表2.2 鞍式支座结构尺寸 单位mm 公称直径 DN 4000 腹板 2δ25 垫板4b740 允许载荷 Q/kN 4185 筋板465 4δ14 鞍座高度h250 2b 335 e140 底板2940 3b430 螺栓间距2660 b380 3δ18 螺孔/孔长 D/l 28/60 1δ25垫板弧长4640鞍座质量 Kg11082.3.2鞍座位置的确定因为当外伸长度A=0.207L 时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸A 不超过0.2L 值，为此中国现行标准JB 4731《钢制卧式容器》规定A≤0.2L=0.2（L+2h ），A 最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。