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目 录 1 绪 论 1 1.1 低温储罐的发展状况 1 1.2 低温储罐的结构简介 2 1.2.1 储罐的基本结构 2 1.2.2 储罐的强度要求 2 1.3 低温储罐的焊接工艺 3 1.4二氧化碳的用途 4 1.5课题设计意义 4 1.6 低温卧式储罐的设计任务 5 1.6.1 设计压力 6 1.6.2 设计温度 6 1.6.3 设计中应考虑的载荷 6 1.6.4 充装系数 7 1.6.5 焊接接头系数 7 1.6.6 应力腐蚀的控制 7 2 低温卧式储罐的结构设计 9 2.1 低温卧式储罐筒体材料的选择 9 2.2 筒体尺寸计算 9 2.3 封头的选择 11 2.3.1 封头类型的确定 11 2.3.2 椭圆形封头厚度的计算 12 2.4 储罐开孔设计和附件选择 13 2.4.1 人孔 13 2.4.2 其他接管的开孔设计 17 2.4.3 管法兰组件的选择 18 2.4.4 垫片的选择 19 2.4.5 管法兰组中的螺栓 20 2.4.6 接管的尺寸 20 2.4.7换热管的设计 21 2.5 储罐支座 24 2.5.1 鞍式支座材料的选择 25 2.5.2 鞍座类型的选用 25 2.5.3 估算鞍座的负荷 25 2.5.4 鞍座的尺寸 26 2.6 储罐筒体上各附件位置 26 2.6.1 鞍座的配置 26 2.6.2 接管的布置 26 2.7 低温储罐的隔热层 27 2.7.1 隔热层类型 27 2.7.2 隔热层材料 28 2.7.3 隔热层厚度 29 2.7.4 隔热层的制作 29 3 低温卧式储罐的压力试验及强度校核 31 3.1 储罐的压力试验 31 3.1.1 实验压力 31 3.1.2 压力试验前的应力校核 31 3.2 储罐的强度计算 32 3.2.1 支座反应力 32 3.2.2 筒体轴向应力 32 3.2.3 圆筒的切向剪应力 35 3.2.4 圆筒的周向应力 35 4 低温卧式储罐的焊接工艺的设计 39 4.1 储罐的焊接性分析 39 4.1.1 16MnDR的焊接性分析 39 4.1.2 0Cr18Ni9的焊接性分析 40 4.1.3 16MnDR和0Cr18Ni9之间的焊接性分析 41 4.2 焊接工艺 42 4.2.1 焊缝的分类和焊缝布置 42 4.2.2 焊前准备 43 4.2.3 焊接方法 43 4.2.4 储罐焊缝接头 47 4.2.5 下料 49 4.2.6 焊接结构生产设备的选择 49 4.2.7 焊接顺序 52 5 储罐的焊后热处理和检验 53 5.1 焊后热处理 53 5.2 焊接检验 53 5.2.1 外观检验 53 5.2.2 表面缺陷 53 5.3 成品涂装和包装入库 54 6 结 论 55 致 谢 56 参考文献 57 附录A 英文文献 59 附录B 英文文献翻译 66 附录C 焊接工艺卡 77 1.6 低温卧式储罐的设计任务 低温卧式储罐的设计参数包括设计压力、设计温度、受压载荷、充装系数、焊接接头系数等。 表1.1 储罐设计参数 参数名称 数值 工作压力 2.32MPa 设计温度 -40℃ 主要受压元件材料 16MnDR 充装系数 0.9 腐蚀裕量 1.0mm 钢材厚度负偏差 0.3 焊接接头系数 1.0 风压 0.40MPa 雪压 0.30MPa 地震系数 7级 2 低温卧式储罐的结构设计 低温储罐的结构设计包括筒体的选材、计算筒体的尺寸、封头形状的选择、标准封头类型的选择、鞍式支座的选择、低温储罐的开孔设计和开孔接管的法兰、螺栓、螺柱、垫片的选择、内部换热管的设计以及对各个附件的位置进行确定。 2.1 低温卧式储罐筒体材料的选择 2.2 筒体尺寸计算 已知要求设计的储罐的容积为30m3，选用储罐形式为卧式储罐，根据经验公式计算卧式储罐的直径和筒长，取长径比L:Di=3，筒体的直径和筒长可由式（2.1）计算 （2.1） 式中Di—筒体直径，（mm）； L—筒体的长度，（mm）； V—容器的容积，（m3）。 计算得压力容器的筒体直径取Di=2335.1mm,L=7005.2mm，因此取压力容器Di=2400mm,L=7200mm。 工作压力P1=2.32MPa 设计压力P2=2.55MPa 液柱静压力可由式（2.2）计算 （2.2） 式中ρ—液态二氧化碳的密度。 计算压力Pc 因为, 所以可以忽略液柱静压力的影响，即Pc=P2=2.55MPa 因为筒体用的材料为16MnDR，工作温度为-40℃。该条件下查GB150.2