1绪论化学工业和其他流程工业的生产离不开容器，所有化工设备的合体都是一种容器，某些化工机器的部件，如压缩机的气缸，也是一种容器。

压力容器应用遍及各行各业，然而压力容器又有其本身的特点，它们不仅要适应化学工艺过程所要求的压力和温度条件，还要承受化学介质的作用，要能长期的安全工作，且保证密封。

而储气罐则是用于储存介质的压力容器，在本次设计中，介质为氮气、氩气这些无毒无腐蚀性气体，因此本次设计不用特意考虑防毒防腐蚀的问题。

容器本身承受其内部气体对它的压力，为内压容器，这容器的失效形式只要为弹塑性失效，故本次设计应首先考虑这个问题。

另外，泄露也是容器失效的一种形式，在这次设计中也要考虑，对其进行预防。

一个好的压力容器在设计过程中必须就要考虑到合理的实现所规定的工艺条件，使结构安全可靠，便于制造、安装、操作和维修，经济上合理等条件。

本次设计也是本着按设计要求出发，以设计出一个最优的储气罐为目标。

但由于时间能力有限，设计中定会有不妥之处，望老师批评指正。

2选材及结构设计2.1设计要求及基本参数如下表2.1,2.2表2.1 基本设计参数表2.2接管设计参数2.2接管法兰接管法兰标准为HG/T20592-2009，其中N1~6为SO形式，即带颈平焊法兰，人孔为WN形式，即带颈对焊法兰。

除N2外，所有法兰密封形式都是RF，即突面密封，N2为内螺纹密封。

其规格见下图：[1]表2.3 PN40带颈平焊钢管法兰对于法兰内径，本次设计取B型。

以下是人孔的法兰规格：[1]表2.4 PN40带颈对焊钢管法兰对于法兰颈而言，取B型。

2.3人孔本次设计中，人孔公称压力为PN40，公称尺寸DN450，法兰形式WN（带颈对焊），密封为RF（突面密封）。

人孔标准为：[1]表2.5 垂直吊盖带颈对焊法兰人孔图2-1 人孔部件图3强度计算3.1筒体壁厚计算由公式δ=Pc X Di/(2Φ［ζ］t- Pc)+C1+C2 （3-1）其中δ——计算厚度，mm；Pc——计算压力（Mpa），在本次设计中，为3.0；Di——圆筒内直径（mm），在本次设计中，为2200；Φ——焊接接头系数，在本次设计中取0.85；［ζ］t——设计温度下的许用应力（Mpa），t=60℃；C1——钢板厚度负偏差，对Q345R而言，取0.3；C2——腐蚀余量，在本次设计中取1.0；C= C1+ C2为厚度附加量，共1.3mm对于［ζ］t而言，可查表，假设壁厚为6~16mm,则［ζ］t=170MPa,经计算，δ=24mm>16mm,故壁厚为16~36mm，此时［ζ］t=163MPa，求的δ=25.4mm，经圆整，取δn=28mm，即名义厚度为28mm。

[2]3.2封头壁厚计算选取标准椭圆形封头，DN=2200mm材料：根据要求为Q345R, 假设封头壁厚为16~36mm，则可查表得：［ζ］t=163Mpa。

由公式δ=Pc X Di/(2Φ［ζ］t-0.5 Pc)+C1+C2 （3-2）其中δ——计算厚度，mm；Pc——计算压力（MPa），在本次设计中，为3.0；Di——圆筒内直径（mm），在本次设计中，为2200；Φ——焊接接头系数，在本次设计中取0.85；［ζ］t——设计温度下的许用应力（MPa），［ζ］t=163MPa；C1——钢板厚度负偏差，对Q345R 而言，取0.3； C2——腐蚀余量，在本次设计中取1.0；[3]求得δ=25.24mm ，圆整取δn=28mm ，即名义厚度为28mm 。

3.3 水压试验校核液压试验时试验压力值：pT=1.25 Pc X ［ζ］/［ζ］t 其中pT ——内压容器的试验压力，MPa ； Pc ——设计压力，MPa ；［ζ］——试验温度下的许用应力，MPa ； ［ζ］t ——设计温度下的许用应力，MPa ； 在本次设计中，有［ζ］/［ζ］t =1， 所以P T =1.25 Pc=1.25X3.0=3.75MPa校核公式ζT = P T X （Di+te ）/2 t e X Φ（3-3）其中ζT——圆筒应力，MPa ； P T ——试验压力，3.0MPa ； Di ——筒体内径，2200mm ； t e ——筒体有效厚度，mm ；Φ——焊接接头系数，取0.85；[2]δe=δn -C=28-1.3=26.7mm （3-4）所以在试验压力下圆筒应力为ζT =156.4MPa 查表得ζs=325M Pa所以0.9ζs=0.9*325=292.5M Pa 因为[]T T σσ≤ 所以校核结果合格。

3.4开孔补强计算图3-1 开孔补强示意图3.4.1 N1管的开孔补强计算接管为20钢，其[]tσ=130MPa，φ57×3.5，由于管壁为斜坡，壁厚有变化，所以实际计算的尺寸为φ70X10。

已知筒体计算厚度为δ=25.4mm接管计算厚度δt=pc*Di/(2Φ［ζ］t- Pc)+C1+C2Di为50mm，C1为0.1，所以=1.8mm接管名义厚度δnt =10mm由于使用材料不同，所以强度削弱系数fr=130Mpa/170Mpa=0.76补强区有效宽度：B=2d或者B=2δn+δnt+d，两者取大值其中d=di+2C=70+2*1.1=72.2，所以算的B=148.2mm接管有效长度：h1=√dδnt=26.8mm接管实际外伸长度为120mm，在120和26.8中取较小值所以有效外伸长度为26.8mm 接管内伸长度：接管实际内伸长度为0，因为取较小值，所以接管有效内伸长度为0。

开孔削弱所需补强面积：A=dδ/2 （3-5）A1=72.2*25.4/2=916.94mm²壳体多余金属面积：A1=（B-d）X（δε-δ）-2δεt（δε-δ）X（1-f r）（3-6）A2=（148.2-72.2）*（28-1.3-25.4）-2*（10-1.1）*（28-1.3-25.4）*（1-0.76）=100.42 mm²接管多余金属面积：A2=2h1（δεt-δε）f r+2h1（δεt-C2）f r（3-7）A3=2*26.8*[(10-1.1)-1.8]*0.76=289.22 mm²焊缝金属截面积A3=10*10=100 mm²A1+A2+A3=100.42+289.22+100=489.64 mm²[2]因为A> A1+A2+A3,所以要进行补强，取补强圈厚度为28mm，则其外径D1=130mm，内径D2=60mm3.4.2 M接管（人孔）的开孔补强计算人孔[]tσ=130MPa，φ480*10。

已知筒体计算厚度为δ=25.4mm接管计算厚度δt=pc*Di/(2Φ［ζ］t- Pc)+C1+C2Di=480-20=460mm，C1为0.1，所以=7.4mm接管名义厚度δnt =10mm由于使用材料不同，所以强度削弱系数fr=130Mpa/170Mpa=0.76补强区有效宽度：B=2d或者B=2δn+δnt+d，两者取大值其中d=di+2C=460+2*1.1=462.2mm，所以求得B=924.4mm接管有效长度：h1=√dδnt=68mm接管实际外伸长度为120mm，在120和68中取较小值所以有效外伸长度为68mm 接管内伸长度：接管实际内伸长度为0，因为取较小值，所以接管有效内伸长度为0. 开孔削弱所需补强面积：A=dδ/2A=462.2X25.4/2=5869.9mm²壳体多余金属面积：A1 =（B-d）X（δε-δ）-2δεt（δε-δ）X（1-f r）A1=（924.4-462.2）X（28-1.3-25.4）-2X（10-1.1）X（28-1.3-25.4）X（1-0.76）=641.09 mm²接管多余金属面积：A2=2h1（δεt-δε）f r+2h1（δεt-C2）f rA2=2X68X[(10-1.1) -7.4]X0.76=155.04 mm²焊缝金属截面积A3=10X10=100 mm²A1+A2+A3=641.09+155.04+100=896.13 mm²因为A> A1+A2+A3,所以要进行补强，取补强圈厚度为28mm，则其外径D1=760mm，内劲D2=485mm4储气罐的制造检验4.1 储气罐的制造制造可使压力容器由图纸化为实物，因此可以说是质量保证最关键的环节.制造对设计师提出的要求是在结构上保证焊缝的高质量并尽可能保证焊缝可以进行检验。

所以设计者尤其要把好焊接这一关，而焊接这一关又可以分为以下几个方面来做好：4.1.1 焊接方法a）焊条、焊剂及其他焊接材料的贮存库应保持干燥，相对湿度不得大于60%。

当施焊环境出现下列任一情况，且无有效防护措施时，禁止施焊：手工焊时风速大于10 m/s；气体保护焊时风速大于2 m/s；相对湿度大于90%；雨、雪环境。

b）当焊件温度低于0℃时，应在始焊处100 mm 范围内预热到15℃左右。

c）焊接接头表面应按相关标准进行外观检查，不得有表面裂纹、未焊透、未熔合、表面气孔、弧坑、未填满、夹渣和飞溅物；焊缝与母材应圆滑过渡。

[4]焊缝详图如下：图4-1接管与筒体、封头焊接图图4-2筒体纵环焊缝详图4.1.2 焊后热处理a）不得使用燃煤炉进行焊后热处理。

热处理装置（炉）应配有自动记录温度曲线的测温仪表，并能自动绘制热处理的时间与工件壁温关系曲线。

b）焊后热处理应优先采用在炉内整体加热的方法进行；当无法整体加热时，允许在炉内分段加热进行。

分段热处理时，其重复加热长度应不小于1500 mm。

炉内部分的操作应符合规定。

炉外部分应采取保温措施，使温度梯度不致影响材料的组织和性能。

c）B、C、D、E 类焊接接头，允许采用局部热处理方法。

局部热处理时，焊缝每侧加热宽度不小于钢材厚度δs 的2 倍；接管与壳体相焊时，垂直于焊缝方向上的加热宽度不得小于钢材厚度δs 的6 倍。

靠近加热区的部位应采取保温措施，使温度梯度不致影响材料的组织和性能。

d）对于本次设计，其焊后热处理操作应符合如下规定：1）焊件进炉时炉内温度不得高于400℃；2）焊件升温至400℃后，加热区升温速度不得超过5 000/δs℃/h (δs 为焊接接头厚度定义中的工件钢材厚度，mm，6）同此。

)，且不得超过200℃/h，最小可为50℃/h；3）升温时，加热区内任意5 000 mm 长度内的温差不得大于120℃；4）保温时，加热区内最高与最低温度之差不宜超过65℃；5）升温及保温时应控制加热区气氛，防止焊件表面过度氧化；6）炉温高于400℃时，加热区降温速度不得超过6 500/δs℃/h，且不得超过260℃/h，最小可为50℃/h；7）焊件出炉时，炉温不得高于400℃，出炉后应在静止空气中继续冷却[5]4.1.3 制造过程中的检验应当力求使焊肉、热影响区和母材的力学性能相等。