過程設備課程設計

1、第一部分過程設備課程設計教學大綱適用專業(yè)：過程裝備與控制工程教學周數(shù)：2周 學分數(shù)：2分一、 課程設計的性質(zhì)、目的與任務按過程裝備與控制工程專業(yè)教學計劃要求，在學完專業(yè)核心課過程設備設計后，進行過程設備課程設計教學環(huán)節(jié)，其主要目的是使學生在學習過程設備設計的基礎上，進行一次工程設計訓練，培養(yǎng)學生解決工程實際問題的能力。本課程設計的先修課程為：過程裝備力學基礎，過程裝備制造技術，工程材料二、 程設計的主要內(nèi)容與要求本課程設計以化工生產(chǎn)中的單元過程設備為主，包括：塔、換熱器、反應器、儲罐等設備的設計。設計條件由工藝人員提供工藝條件、設備的初步選型及輪廓尺寸。1. 課程設計的主要內(nèi)容1.1設備的機械

2、設計1.1. 1設備的結(jié)構(gòu)設計1.1. 2設備的強度計算1.2. 技術條件的編制1.2.1 總裝配圖技術條件1.2.2 零部件技術條件1.3繪制設備總裝配圖及零部件圖1.4編制設計說明書2. 課程設計要求學生應交出的設計文件2.1設計說明書一份2.2總裝配圖一張（1號圖紙）三、課程設計教學的基本要求（一） 教學的基本要求1 課程設計是一次綜合應用所學知識的實際訓練環(huán)節(jié)，要求學生獨立完成2課程設計實行指導教師負責制，指導教師根據(jù)本教學大綱制定課程設計任務書、指導書；準備設計所需要的有關設計資料；安排設計進度及其答疑時間；指導學生完成設計任務。學生在教師指導下應獨立、按時完成課程設計任務書所規(guī)定的

3、全部內(nèi)容和工作量；（二） 課程設計的能力培養(yǎng)要求1 鞏固、靈活運用本課程基礎理論知識2 通過課程設計，培養(yǎng)學生(1) 國家、專業(yè)標準及規(guī)范熟悉、使用能力；(2) 分析、綜合解決實際工程問題能力；(3) 計算機綜合應用能力；(4) 對過程裝備工程概念的理解能力；(5) 綜合素質(zhì)、創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力。（三）課程設計的規(guī)范性要求課程設計報告由設計說明書和設計圖紙組成。1設計圖紙應遵循國家機械制圖標準和化工設備圖樣技術要求有關規(guī)定，圖面布置要合理，結(jié)構(gòu)表達要清楚、正確，圖面要整潔，文字書寫采用仿宋體、內(nèi)容要詳盡，圖紙采用計算機繪制。2設計說明書內(nèi)容完整，言簡意賅，書面整潔，字跡工整。設計計算說明書文體

4、包括：課程設計任務書、目錄、摘要、正文、參考文獻、附錄等說明書一般以前言開始，以下為正文，正文要分章、節(jié)。每一章要另起一頁。章用1位數(shù)表示，節(jié)用2位數(shù)表示，小節(jié)用3位數(shù)，序數(shù)可用加括弧或半括弧的數(shù)字，也可用外文字母表示，兩位以上的節(jié)號數(shù)字間要加點號，章節(jié)居中，序數(shù)后退2格開始。四、課程設計進度與時間安排序號內(nèi) 容天數(shù)備 注1布置任務、講課和查閱有關資料12工藝設計/機械設計（結(jié)構(gòu)設計）1.5可安排參觀3機械設計（強度計算）及技術條件編制1.54設計圖紙繪制4包括草圖繪制5撰寫設計說明書16質(zhì)疑及成績評定1五、課程設計考核（一）每個學生交一份課程設計報告，內(nèi)容包括：設計圖紙（折合A1圖紙）1張、

5、設計說明書一份。（二）對學生設計內(nèi)容質(zhì)疑。質(zhì)疑時間，每人10分鐘左右。（三）成績評定，依據(jù)學生在課程設計階段的基本能力、工作能力、工作態(tài)度、設計進度；完成設計任務的獨立性、創(chuàng)新性；設計說明書與圖紙（論文）的質(zhì)量及答辯情況。其中平時表現(xiàn)（出勤率、工作態(tài)度、完成設計任務的獨立性）占10%、設計說明書占30%、圖紙占40%、質(zhì)疑成績占20%四部分組成。課程設計成績按優(yōu)、良、中、及格、不及格五級劃分。（四）學生應嚴格遵守紀律，設計期間一般不準請假，確因特殊情況，必須請假；凡隨機抽查三次不到，評定成績降低一級；累計缺勤時間達到或超過全過程的1/5者，取消質(zhì)疑資格，按“不及格”處理，不記該實踐環(huán)節(jié)的學分。

6、六、主要參考資料1 國家質(zhì)量技術監(jiān)督局，GB150-1998鋼制壓力容器，中國標準出版社，19982 國家質(zhì)量技術監(jiān)督局，壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程，中國勞動社會保障出版社，19993 全國化工設備設計技術中心站，化工設備圖樣技術要求，2000，114 鄭津洋、董其伍、桑芝富，過程設備設計，化學工業(yè)出版社，20015 黃振仁、魏新利，過程裝備成套技術設計指南，化學工業(yè)出版社，20026 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設計院，化工工藝設計手冊，化學工業(yè)出版社，1996第二部分過程設備課程設計指導書1課程設計任務書課程設計任務書（一）課程設計題目： （ ）M3液化石油氣儲罐設計課程設計要求及原始數(shù)據(jù)（資料）

7、：一、課程設計要求：1.使用國家最新壓力容器標準、規(guī)范進行設計，掌握典型過程設備設計的全過程。2.廣泛查閱和綜合分析各種文獻資料，進行設計方法和設計方案的可行性研究和論證。3.設計計算采用電算，要求設計思路清晰，計算數(shù)據(jù)準確、可靠，且正確掌握計算機操作和專業(yè)軟件的使用。4.工程圖紙要求計算機繪圖。5.畢業(yè)設計全部工作由學生本人獨立完成。二、原始數(shù)據(jù)：設 計 條 件 表序號項 目數(shù) 值單 位備 注1名 稱液化石油氣儲罐2用 途液化石油氣儲配站3最高工作壓力MPa由介質(zhì)溫度確定4工作溫度-20485公稱容積（Vg）10/20/25/40/50M36工作壓力波動情況可不考慮7裝量系數(shù)(V)0.98工

8、作介質(zhì)液化石油氣（易燃）9使用地點太原市,室外10安裝與地基要求儲罐底壁坡度0.010.0211其它要求管 口 表接管代號公稱尺寸連接尺寸標準連接面形式用途或名稱液位計接口放氣管人 孔安全閥接口排污管液相出口管液相回流管液相進口管氣相管壓力表接口溫度計接口課程設計主要內(nèi)容： 1設備工藝設計2設備結(jié)構(gòu)設計3設備強度計算4技術條件編制 5繪制設備總裝配圖6編制設計說明書學生應交出的設計文件(論文)：1.設計說明書一份2.總裝配圖一張 (折合A1圖紙一張)主要參考資料：1 國家質(zhì)量技術監(jiān)督局，GB150-1998鋼制壓力容器，中國標準出版社，19982 國家質(zhì)量技術監(jiān)督局，壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程，

9、中國勞動社會保障出版社，19993 全國化工設備設計技術中心站，化工設備圖樣技術要求，2000，114 鄭津洋、董其伍、桑芝富，過程設備設計，化學工業(yè)出版社，20015 黃振仁、魏新利，過程裝備成套技術設計指南，化學工業(yè)出版社，20026 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設計院，化工工藝設計手冊，化學工業(yè)出版社，1996課程設計任務書（二）課程設計題目： （ ）M3液氯儲罐設計課程設計要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：一、課程設計要求：1.使用國家最新壓力容器標準、規(guī)范進行設計，掌握典型過程設備設計的全過程。2.廣泛查閱和綜合分析各種文獻資料，進行設計方法和設計方案的可行性研究和論證。3.設計計算采用電算，要求設

10、計思路清晰，計算數(shù)據(jù)準確、可靠，且正確掌握計算機操作和專業(yè)軟件的使用。4.工程圖紙要求計算機繪圖。5.畢業(yè)設計全部工作由學生本人獨立完成。二、原始數(shù)據(jù)：設 計 條 件 表序號項 目數(shù) 值單 位備 注1名 稱液氯儲罐2用 途液氯儲存站3最高工作壓力MPa由介質(zhì)溫度確定4工作溫度-20455公稱容積（Vg）10/16/20/25M36工作壓力波動情況可不考慮7裝量系數(shù)(V)0.98工作介質(zhì)液氯（高度危害）9使用地點太原市,室內(nèi)10安裝與地基要求11其它要求管 口 表接管代號公稱尺寸連接尺寸標準連接面形式用途或名稱液位計接口空氣進口管空氣出口管液氯進口管液氯出口管安全閥接口壓力表接口人 孔課程設計主

11、要內(nèi)容： 1設備工藝設計2設備結(jié)構(gòu)設計3設備強度計算4技術條件編制 5繪制設備總裝配圖6編制設計說明書學生應交出的設計文件(論文)：1.設計說明書一份2.總裝配圖一張 (折合A1圖紙一張)主要參考資料：1 國家質(zhì)量技術監(jiān)督局，GB150-1998鋼制壓力容器，中國標準出版社，19982 國家質(zhì)量技術監(jiān)督局，壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程，中國勞動社會保障出版社，19993 全國化工設備設計技術中心站，化工設備圖樣技術要求，2000，114 鄭津洋、董其伍、桑芝富，過程設備設計，化學工業(yè)出版社，20015 黃振仁、魏新利，過程裝備成套技術設計指南，化學工業(yè)出版社，20026 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設計

12、院，化工工藝設計手冊，化學工業(yè)出版社，1996課程設計任務書（三）課程設計題目： 題目：（ ）M3液氨儲罐設計課程設計要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：一、課程設計要求：1.使用國家最新壓力容器和換熱器標準、規(guī)范進行設計，掌握典型過程設備設計的全過程。2.廣泛查閱和綜合分析各種文獻資料，進行設計方法和設計方案的可行性研究和論證。3.設計計算采用電算，要求設計思路清晰，計算數(shù)據(jù)準確、可靠，且正確掌握計算機操作和專業(yè)軟件的使用。4.工程圖紙要求計算機繪圖。5.畢業(yè)設計全部工作由學生本人獨立完成。二、原始數(shù)據(jù)：設 計 條 件 表序號項 目數(shù) 值單 位備 注1名 稱液氨儲罐2用 途液氨儲存3最高工作壓力MPa由

13、介質(zhì)溫度確定4工作溫度-20485公稱容積（Vg）10/16/20/25/40M36工作壓力波動情況可不考慮7裝量系數(shù)(V)0.858工作介質(zhì)液氨（中度危害）9使用地點太原市,室外10安裝與地基要求11其它要求管 口 表接管代號公稱尺寸連接尺寸標準連接面形式用途或名稱液位計接口液氨入口液氨出口安全閥接口排污管放空口氣氨出口人 孔壓力表接口課程設計主要內(nèi)容： 1設備工藝設計2設備結(jié)構(gòu)設計3設備強度計算4技術條件編制 5繪制設備總裝配圖6編制設計說明書學生應交出的設計文件(論文)：1.設計說明書一份2.總裝配圖一張 (折合A1圖紙一張)主要參考資料：1 國家質(zhì)量技術監(jiān)督局，GB150-1998鋼制

14、壓力容器，中國標準出版社，19982 國家質(zhì)量技術監(jiān)督局，壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程，中國勞動社會保障出版社，19993 全國化工設備設計技術中心站，化工設備圖樣技術要求，2000，114 鄭津洋、董其伍、桑芝富，過程設備設計，化學工業(yè)出版社，20015 黃振仁、魏新利，過程裝備成套技術設計指南，化學工業(yè)出版社，20026 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設計院，化工工藝設計手冊，化學工業(yè)出版社，19962過程設備課程設計計算過程設備設計包括工藝設計和機械設計兩部分。21工藝設計工藝設計是根據(jù)設計任務提供的原始數(shù)據(jù)和生產(chǎn)工藝要求，通過工藝計算確定：1 盛裝液化氣體的壓力容器設計存儲量式中，W儲存量，t ；

15、 f 裝量系數(shù)； V壓力容器容積，m3 ； rt設計溫度下飽和液體密度，t/m3；2 設備的初步選型及輪廓尺寸，如臥式容器的直徑與長度；可參閱化工工藝設計手冊22 機械設計機械設計包括結(jié)構(gòu)設計和強度計算兩部分。結(jié)構(gòu)設計 1) 設計條件（以結(jié)構(gòu)設計條件表和管口表的形式列出） 2-1 設計條件表項 目內(nèi) 容備 注工作介質(zhì)工作壓力 MPa設計壓力 MPa工作溫度 設計溫度 公稱容積（Vg） m3計算容積（V計） m3工作容積（V工） m3裝量系數(shù) (V)介質(zhì)密度（rt） t/m3材 質(zhì)保溫要求其它要求 2-2 管 口 表公稱尺寸連接尺寸標準連接面形式用途或名稱注意：(1) 設計壓力應根據(jù)最高工作壓力

16、來確定。對于盛裝液化氣體的壓力容器，應按以下幾條來確定最高工作壓力：a. 盛裝臨界溫度大于等于50的液化氣體的壓力容器，如設計有可靠的保冷設施，其最高工作壓力為所盛裝液化氣體在可能達到的最高工作溫度下的飽和蒸汽壓力；如無保冷設施，其最高工作壓力不得低于該液化氣體在50時的飽和蒸汽壓力。b.盛裝臨界溫度低于50的液化氣體的壓力容器，如設計有可靠的保冷設施，并能確保低溫儲存的，其最高工作壓力不得低于試驗實測的最高工作溫度下的飽和蒸汽壓力；沒有實測數(shù)據(jù)或沒有保冷設施的壓力容器，其最高工作壓力不得低于所裝液化氣體在規(guī)定的最大充裝量時，溫度為50的氣體壓力。c.固定式液化石油氣儲罐的最高工作壓力應按不低

17、于50時混合液化石油氣組分的實際飽和蒸汽壓來確定。若無實際組分數(shù)據(jù)或不做組分分析，則如下確定最高工作壓力： 當其50的飽和蒸汽壓力低于異丁烷50的飽和蒸汽壓力時，若無保冷設施，取50異丁烷的飽和蒸汽壓力；若有可靠保冷設施，取可能達到的最高工作溫度下異丁烷的飽和蒸汽壓力； 當其50的飽和蒸汽壓力高于50異丁烷的飽和蒸汽壓力時，若無保冷設施，取50丙烷的飽和蒸汽壓力；若有可靠保冷設施，取可能達到的最高工作溫度下丙烷的飽和蒸汽壓力； 當其50的飽和蒸汽壓力高于50丙烷的飽和蒸汽壓力時，若無保冷設施，取50丙烯的飽和蒸汽壓力；若有可靠保冷設施，取可能達到的最高工作溫度下丙烯的飽和蒸汽壓力。 應當注意，

18、飽和蒸汽壓力一般指絕壓，而設計壓力則應是表壓。對于設備是否需要保冷，可視設備的下列儲存形式來決定：常溫壓力儲存容器內(nèi)物料溫度隨季節(jié)溫度變化，工作壓力為相應溫度下的飽和蒸汽壓，因此，此種類型的儲存不設保溫層；低溫常壓儲存容器內(nèi)物料溫度要經(jīng)常保持為常壓（大氣壓）下的飽和溫度，因此，此種類型的儲存應設置良好的保溫層。如常壓下丙烷的飽和溫度為-42.7，異丁烷的飽和溫度為-12.8，因此，特別在夏天保溫層也要維持這樣的低溫。低溫壓力儲存容器內(nèi)物料溫度要經(jīng)常保持為在一定壓力（高于大氣壓）下的飽和溫度。因此，此種類型的儲存也應設置保溫層，容器內(nèi)的溫度較低溫常壓儲存高，但壓力較常溫壓力儲存為低。 （2）設計

19、溫度指容器在正常工作情況下，設定的元件金屬溫度（沿元件金屬截面的平均溫度值）。設計溫度與設計壓力一起作為設計載荷條件。設計溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)可能達到的最高溫度。對于0以下的金屬溫度，設計溫度不得高于元件金屬可能達到的最低溫度。2） 結(jié)構(gòu)設計a.筒體和封頭結(jié)構(gòu)設計 筒體直徑一般由工藝條件決定，但要注意符合壓力容器的公稱直徑標準。標準橢圓形封頭是中低壓容器中經(jīng)常采用的封頭型式。封頭的公稱直徑必須與筒體的公稱直徑相一致。b.接管及接管法蘭設計 法蘭設計一般為根據(jù)法蘭標準的選型設計。法蘭有壓力容器法蘭和管法蘭，二者屬于不同的標準體系。 管法蘭參照HG2059220637-97標準，容器法蘭

20、參照JB47004707-92標準，法蘭設計的內(nèi)容如下：（1）根據(jù)設計壓力、操作溫度和法蘭材料決定法蘭的公稱壓力PN；（2）根據(jù)公稱直徑DN、公稱壓力PN及介質(zhì)特性決定法蘭類型及密封面型式；（3）根據(jù)溫度、壓力及介質(zhì)腐蝕性選擇墊片材料；（4）選擇與法蘭材料、墊片材料相匹配的螺柱和螺母材料。選擇的標準法蘭應按照相應標準中的規(guī)定進行標記。c. 人孔、手孔、視鏡、液面計、壓力計、溫度計及安全閥結(jié)構(gòu)設計壓力容器開設人孔和手孔是為了檢查設備內(nèi)部空間以及裝拆設備的內(nèi)部零部件。一般當設 備的公稱直徑在900mm以下時可根據(jù)需要設置適當數(shù)量的手孔，超過900mm時應開設人孔。人也有圓形和長圓形兩種。人孔大小的

21、設置原則是方便人的進出。因此，圓形人孔的公稱直徑規(guī)定為400600mm，可根據(jù)容器直徑及所處地區(qū)的冷曖程度來選擇。當人孔經(jīng)常需要打開時，可選用快開人孔。人手孔已有相應標準，設計時可根據(jù)設計條件直接選用。 視鏡用來觀察設備內(nèi)部物料的工作情況。用凸緣構(gòu)成的視鏡稱為不帶頸視鏡，其結(jié)構(gòu)簡單，不易粘料，有比較寬的視察范圍，應優(yōu)先選用。液面計種類很多，有玻璃板式液面計，玻璃管式液面計，用于低溫設備的防霜液面計以及浮標液面計等，設計時可根據(jù)設備操作情況選相應標準的液面計。液面計一般通過法蘭、活接頭或螺紋接頭與設備聯(lián)接在一起，設計時應根據(jù)所選的液面計配相應的接口。設備高度不很高（三米以下），物料內(nèi)沒有結(jié)晶等易

22、堵塞固體時，可采用玻璃管式或板式液面計。板式液面計較笨重，成本高，但承壓也高（適用于壓力在1.6MPa以上）。當要求觀察的液面變化范圍很小時，可采用結(jié)構(gòu)簡單，不易堵塞的視鏡。液面計的長度和安裝位置應根據(jù)最高液面和最低液面的要求來確定，對于直徑較大的設備，若一個液面計不能滿足要求，就應考慮采用兩個或多個液面計來配合使用。d. 支座結(jié)構(gòu)設計 按照JB/T47124725-92 容器支座進行設計 e. 焊接接頭設計容器各受壓元件的組裝通常采用焊接。焊接接頭是焊縫、熔合線和熱影響區(qū)的總稱，焊縫是焊接接頭的主要部分，通常所稱的焊縫與焊接接頭具有同樣的含義。焊接接頭形式和坡口形式的設計直接影響到焊接的質(zhì)量

23、與容器的安全。焊接接頭結(jié)構(gòu)的設計應在設備的總裝配圖或部件圖中以節(jié)點圖的方式表示出來。壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設計的基本原則(1) 回轉(zhuǎn)殼體的拚接接頭必須采用對接接頭圖2-1 坡口基本尺寸殼體上的所有縱向及環(huán)向接頭、凸形封頭上的拚接接頭，即A、B類接頭，必須采用對接焊，不允許采用搭接焊。對接焊易于焊透，質(zhì)量容易保證，易于作無損檢測，可獲得最好的焊接接頭質(zhì)量。(2) 對接接頭應采用等厚度焊接當厚度差較大的兩部分回轉(zhuǎn)殼體對接時應對厚度較大的一側(cè)進行削薄加工，以使得兩側(cè)的厚度基本相等。這樣可減小剛度差，降低應力集中，并便于焊接。 (3) 焊接接頭應便于進行無損檢測對某些無損檢測要求較高的容器，應使一些角接接頭

24、設計成對接接頭，例如，采用嵌入式接管。容器焊接接頭的坡口設計焊接接頭的坡口設計是焊接結(jié)構(gòu)設計的重要內(nèi)容。坡口形式指被焊兩金屬件相連接處預先被加工成的結(jié)構(gòu)形式，一般由焊接工藝本身來決定。坡口的基本尺寸為坡口角度、鈍邊高度（根高）P和根部間隙（根距）b（圖2-1）。設備設計圖紙上對重要的焊接接頭必須用節(jié)點圖表明坡口基本尺寸的具體數(shù)值。坡口形式的選擇主要考慮以下因素：l 填充于焊縫部位的金屬盡量少。這樣既可節(jié)省焊接材料，又可減少焊接工作量。l 根據(jù)需要盡量采用雙面焊或單面焊雙面成型。l 便于施焊，改善勞動條件。盡量減少容器內(nèi)部焊接的工作量，清根盡可能在容器外部進行。l 盡量減小焊接變形和殘余應力。如

25、較厚板材拚接時宜設計成內(nèi)外對稱的X形坡口。 （1）殼體對接接頭的坡口設計 屬于殼體的對接接頭，當厚度較小時可以進行雙面焊的則可不開坡口，厚度較大時則必須開坡口。常用的對接坡口有V形、U形及X形三種。選用參見下表2-32-3 手工電弧焊常用對接接頭坡口形式及尺寸名 稱坡口形式坡口尺寸適用范圍不開坡口=36b =02.5薄板的殼體縱環(huán)對接焊縫V 形=326b =03P=14=4060殼體縱環(huán)對接焊縫X 形=1260b =03P=13=4060殼體的縱縫(常為內(nèi)外對稱的X形坡口)殼體的環(huán)縫(常為內(nèi)外不對稱的X形坡口內(nèi)側(cè)較小)U 形=2060b =03P=13=18R=68厚壁筒的單面環(huán)焊縫,但需氬弧

26、焊打底帶墊板V形=626b =36P=02=4555直徑500mm以內(nèi)的縱環(huán)焊縫(無法作雙面焊的),可不清根(2) 接管與帶補強圈的焊接結(jié)構(gòu)設計接管與殼體及補強圈之間的焊接一般只能采用角焊和搭焊，具體的焊接結(jié)構(gòu)還與對容器強度與安全的要求有關，有多種形式，涉及到是否開坡口、單面焊與雙面焊、焊透與不焊透等問題。典型的接管與補強圈的焊接結(jié)構(gòu)參見5。常用焊接方法與焊接材料根據(jù)焊接過程中接頭的狀態(tài)，焊接方法可歸納為三個基本類型，即熔化焊、壓力焊和釬焊。壓力容器制造中常用的焊接方法是熔化焊中的電弧焊、電渣焊、等離子弧焊等。其中，電弧焊又包括手工電弧焊、埋弧自動焊、氣體保護焊等。各種熔化焊都是依靠電能轉(zhuǎn)變成

27、熱能，熔化金屬形成焊縫而把兩部分構(gòu)件焊成一體的。熔化焊過程中，由電能轉(zhuǎn)變成的熱能會將焊接材料和母材的被焊部位加熱熔化而形成一個不大的熔化區(qū)，叫焊接熔池。熔池體積小、溫度高、存在時間短。如果裸露于空氣中，高溫液態(tài)金屬將與空氣中的氧、氮等發(fā)生劇烈反應，難于形成有實用價值的焊縫。因此，對以熔池為中心的焊接區(qū)進行保護使之免受空氣侵害，是熔化焊的一個關鍵技術問題。一般在壓力容器的設計中，都是按手工電弧焊的要求來進行焊接結(jié)構(gòu)的設計，并選用相應的焊接材料。因此，下面僅介紹手工電弧焊及其焊接材料。手工電弧焊是利用焊條與焊件之間的電弧熱，將焊條及部分焊件熔化而形成焊縫的焊接方法。焊接過程中焊條藥皮熔化分解生成氣

28、體和熔渣，在氣體和熔渣的共同保護下，有效地排除了周圍空氣對熔化金屬的有害影響。通過高溫下熔化金屬與熔渣間的冶金反應，還原并凈化焊縫金屬，從而得到優(yōu)質(zhì)的焊縫。手工電弧焊設備簡單，便于操作，適用于各種焊接，在壓力容器制造中應用十分廣泛，鋼板對接，接管與筒體、封頭的連接等都可以采用手工電弧焊。其缺點是生產(chǎn)效率低，勞動強度大，對焊工的技術水平及操作要求較高。手工電弧焊的焊接材料是焊條。容器設計時，要選擇合適的焊條牌號，并在圖紙上注明。（1） 焊條成分及作用 焊條由焊芯和藥皮兩大部分組成。焊芯的作用有二：一是作為電極傳導電流和引燃電弧，二是自身熔化并與母材熔合在一起形成焊縫。藥皮是決定焊縫質(zhì)量的重要因素

29、。藥皮可以提高電弧燃燒的穩(wěn)定性，保護焊接熔池，保證焊縫脫氧和去除硫磷雜質(zhì)，并能給焊縫金屬添加適量的有益合金元素以及改善焊接工藝性能。為了保證藥皮在焊接過程中發(fā)揮這些作用，藥皮的成分比較復雜，常由79種以上原料配成，根據(jù)其作用的不同分別叫作穩(wěn)弧劑、脫氧劑（降低藥皮和熔渣的氧化性，脫除金屬中的氧）、造渣劑（形成具有一定物理化學性能的熔渣，保護焊縫并改善焊縫成形）、造氣劑（進一步加強對焊縫區(qū)的保護）、合金劑（使焊縫金屬獲得必要的化學成分）、粘結(jié)劑（將藥皮牢固地粘結(jié)于焊芯上）、稀渣劑（增加渣的流動性，降低渣的粘度）等。（2） 焊條的分類 焊條按用途可分為碳鋼焊條，低合金鋼焊條，鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條，不銹

30、鋼焊條，堆焊焊條，低溫鋼焊條，鑄鐵焊條及各類合金焊條等。壓力容器制造中，使用最廣泛的是碳鋼焊條和低合金鋼焊條。這兩類焊條的牌號見附錄。按藥皮化學性質(zhì)可分為酸性焊條和堿性焊條。酸性焊條藥皮中主要含有TiO2、MnO2、FeO等酸性氧化物及少量有機物，氧化性較強，施焊時藥皮中合金元素燒損較大，焊縫金屬的氧氮含量較高，故焊縫力學性能（特別是沖擊韌性）較低；酸性渣難于脫硫脫磷，因而焊縫的抗裂性較差。但焊條工藝性能好，成形美觀，特別是對銹、油、水分等的敏感性不大，抗氣孔能力強。酸性焊條廣泛地用于一般結(jié)構(gòu)的焊接。堿性焊條藥皮中主要含有CaCO3、CaF2、MgCO3、SiO2等堿性氧化物，并含有較多的鐵合

31、金，如錳鐵、鈦鐵、鉬鐵、釩鐵、硅鐵等作為脫氧劑和滲合金劑，使焊條有足夠的脫氧能力。堿性焊條的最大特點是焊縫金屬中含氫量低，所以也叫“低氫焊條”。堿性焊條藥皮中某些成分能有效地脫硫脫磷，故其抗裂性能良好，焊縫金屬的力學性能，特別是沖擊韌性較高。堿性焊條多用于焊接重要結(jié)構(gòu)，是壓力容器制造中廣泛使用的焊條。（3） 焊條的選用 焊條選用應考慮以下因素：a. 考慮母材力學性能與化學成分。對低碳鋼和低合金鋼構(gòu)件，要按等強度原則選擇焊條，即要求焊縫與母材強度相等或基本相等，而不要求焊縫金屬的化學成分與母材相同。焊接厚壁結(jié)構(gòu)時，由于冷卻速度快，焊接應力大，容易產(chǎn)生裂紋，因而第一層打底焊縫應選用塑性好、強度稍低

32、的低氫焊條，然后選用與母材等強度的焊條進行焊接。當?shù)吞间撆c低合金鋼之間、或不同種類的低合金鋼之間進行異種鋼焊接時，應選用與其中強度較低的鋼材等強度的焊條進行焊接。耐熱鋼、不銹鋼的焊接，應保證焊接接頭與母材具有相同的高溫性能和耐腐蝕性能，故要求焊條熔敷金屬的化學成分與母材相同或相近。b. 考慮構(gòu)件的結(jié)構(gòu)復雜程度和剛性。對同一強度等級的酸性焊條和堿性焊條，應根據(jù)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀和鋼材厚度進行選用，形狀復雜、厚度大、結(jié)構(gòu)剛性大的構(gòu)件，由于焊接應力較大，應選用抗裂性能較好的低氫焊條。c. 在保證焊接質(zhì)量的前提下，綜合考慮勞動生產(chǎn)率、勞動條件、經(jīng)濟合理性等多種因素，選用合適的焊條。3）材料選擇正確選擇結(jié)構(gòu)

33、材料對于保證設備的安全使用和降低成本是至關重要的。材料選擇要綜合考慮設備結(jié)構(gòu)、制造工藝（鍛造、焊接和切削加工等）、實際的工作條件（壓力、溫度、介質(zhì)特性等）和材料的力學性能、物理性能、耐腐蝕性能、價格與供應等諸多因素。材料的正確選擇是一個實踐性很強的問題。課程設計中應注意如下幾點： （1） 材料的使用條件。如碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼板Q235-A的使用條件為：容器設計壓力p1.0MPa，鋼板使用溫度為0350，用于殼體時，鋼板厚度不大于16mm；不得用于液化石油氣介質(zhì)以及毒性程度為高或極度危害介質(zhì)的壓力容器；Q235-B的使用條件為：容器設計壓力p1.6MPa，鋼板使用溫度為0350，用于殼體時，鋼板厚度不

34、大于20mm；不得用于液化石油氣介質(zhì)以及毒性程度為高或極度危害介質(zhì)的壓力容器。（2）碳素鋼和低合金鋼的選用。低合金鋼的強度指標高于碳素鋼。當設計壓力較小、直徑較 大，這時可能是以剛度控制或是以結(jié)構(gòu)設計為主，這種情況下通常應盡量選用普通碳素鋼；當設計壓力較高、在以強度控制的情況下，根據(jù)設計厚度的不同再權(quán)衡考慮選用哪一種鋼材，如使用鋼板的厚度在810mm以下時，則盡量選用碳素鋼，反之則優(yōu)先考慮選用低合金鋼。一般來說，以強度設計為主的中壓設備以采用普通低合金鋼為宜。因為普通低合金鋼如16MnR和15MnVR的屈服極限比普通碳素鋼甚至優(yōu)質(zhì)碳素鋼的屈服極限高出許多，采用這類鋼材制造壓力容器，可以顯著減小

35、設備重量、降低制造成本，同時給設備的運輸和安裝也帶來很大的方便。對于含碳量大于0.24%的材料，一般不得用于制造壓力容器殼體。鋼管所用鋼材不宜采用強度級別高的鋼種，因為鋼管的強度一般不是使用中的主要問題。（3）高溫、低溫和腐蝕介質(zhì)的情況，應選用相應的合金鋼。（4）選材時應明確材料的供應類型，如管材、板材、鍛件或是其它的型式。常用壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鋼板有Q235-A、Q235-B、20R、16MnR、15MnVR等；無縫鋼管常用材料為10、20、16Mn等。2.2.2 強度計算依據(jù)我國現(xiàn)行壓力容器常規(guī)設計的標準GB150-1998鋼制壓力容器、JB4731-2000鋼制臥式容器，JB47

36、004707-92壓力容器法蘭，JB/T4712-92鞍式支座1) 容器的筒體和封頭壁厚設計； 內(nèi)壓圓筒的計算厚度由(2-1)式即中徑公式確定： （2-1） 標準橢圓形封頭是經(jīng)常采用的封頭型式,其計算厚度由(2-2)式確定：. （2-2） 式中：pc-計算壓力，MPa，根據(jù)設計壓力p和液柱靜壓力來確定。當受壓元件所承受的液柱靜壓力小于設計壓力的5%時，可忽略靜壓力的影響，取pc=p，否則計算壓力為設計壓力與液柱靜壓力的和。， 2）臥式容器鞍式支座應力校核； 3）開孔補強計算； 4）壓力試驗；3.過程設備裝配圖的繪制設備圖紙的繪制分為草圖設計階段和施工圖設計階段。草圖設計階段的目的是通過草擬結(jié)構(gòu)

37、圖，以合理確定結(jié)構(gòu)型式和主要的結(jié)構(gòu)尺寸。在該階段，設計者可自由發(fā)揮，用草圖記錄自己思考的結(jié)果，可做幾種方案進行綜合比較選擇。草圖的繪制不要求圖面工整清潔，但應按一定的比例，要有實物真實感，多畫一些局部放大圖，并應標注主要結(jié)構(gòu)尺寸。草圖一般繪制在坐標紙上，最好不用三角板等繪圖工具，用徒手畫圖。施工圖設計階段就是將草圖設計的成果繪制成正規(guī)的施工圖（總裝配圖、部件圖和全部的零件圖）。施工圖必須具有清楚正確的圖示，齊全的尺寸，完整的文字資料（技術要求、明細表標題欄等）。繪圖必須遵循現(xiàn)行國家制圖標準的規(guī)定。3.1 裝配圖的內(nèi)容和要求裝配圖是表示設備的結(jié)構(gòu)、尺寸，各零部件之間的裝配和連接關系，技術特性和技

38、術要求等資料的圖樣，是設備進行裝配、安裝、使用及維修的主要依據(jù)。過程設備裝備圖包括如下內(nèi)容：圖4-1 裝配圖兼作總圖的圖面安排1) 圖形部分：主視圖、俯視圖（立式設備）或側(cè)視圖（臥式設備），局部放大圖，局部剖視圖，尺寸標注，焊接接頭標注，零部件件號、管口符號標注等。2) 文字部分：技術要求，技術特性表，管口表，明細欄，主標題欄等。近年來，隨著技術引進、合作與交流，借鑒國外工程公司經(jīng)驗，國內(nèi)各主要化工工程公司和設計單位大多數(shù)采用了數(shù)據(jù)表與文字條款相結(jié)合的形式表達技術要求和技術特性等內(nèi)容。采用設計數(shù)據(jù)表和文字條款相結(jié)合的形式時，圖4-1中技術要求和技術特性表的內(nèi)容全部匯集到設計數(shù)據(jù)表和文字條款中，

39、設計數(shù)據(jù)表布置在裝配圖的右上角。壓力容器設計數(shù)據(jù)表的形式及內(nèi)容填寫見附錄。3.2 裝配圖繪制步驟1) 布圖：合理確定設備中心線位置，使主視圖和局部視圖等處于合適的位置，做到圖面整體協(xié)調(diào)美觀，避免疏密不勻。2) 用淡細線繪制視圖底稿，以便于對局部結(jié)構(gòu)和尺寸的修改。3) 標注尺寸。4) 編排標引零部件件號和管口符號等。5) 填寫主標題欄、明細欄、管口表和技術特性表，編寫技術要求（或填寫設計數(shù)據(jù)表和編寫文字條款）。6) 經(jīng)全面審核無誤后加深描重，使之成為正式的施工圖。3.3 化工設備裝配圖的圖示特點1) 視圖配置設備圖一般都采用兩個基本視圖來表達設備的主體結(jié)構(gòu)。對于臥式設備，通常采用主左兩個基本視圖

40、。除基本視圖外輔以必要的局部視圖和局部放大圖（包括重要焊接接頭的節(jié)點圖）來表達局部結(jié)構(gòu)的詳細情況。2) 簡化畫法和夸大畫法一般法蘭的連接螺栓、螺母、墊片、帶有兩個接管的液面計，可采用簡化畫法。人孔、手孔等可根據(jù)主要尺寸按比例畫出表示其特性的外形輪廓線（粗實線）。對于設備中的重復結(jié)構(gòu)，如換熱器的管束，管板孔等，也可采用簡化畫法。設備的壁厚尺寸與設備的直徑、高度（或長度）相差太大，可將壁厚不按比例適當夸大畫出。3) 接管位置表示法在過程設備的裝配圖中，各接管在主視圖中可假想將這些接管分別旋轉(zhuǎn)到與正投影面平行的位置再進行投影畫圖。這樣處理后，各接管的周向位置（管口方位）應在俯視圖或左視圖中表達。各視

41、圖中對應接管要用同一小寫英文字母標注，但字母中i、l、o、p不推薦使用。為了提供設計文件再次選用的可能性，或由于繪制裝配圖時管口方位尚難確定，裝配圖上的管口方位可不定，此時應在圖紙的技術要求中注明“管口方位見管口方位圖，圖號見選用表”。根據(jù)工程配管需要，由工藝人員編制管口方位圖，圖號編入工藝安裝圖中。但設備制造時，應根據(jù)提供的管口方位圖進行制造。對無再次選用的可能，且管口方位在繪制施工圖時已能確定的設備，不必另繪管口方位圖。此時在圖紙的技術要求中注明“管口方位按本圖”。4) 焊縫畫法和標注當焊縫寬度或焊腳高度經(jīng)縮小比例后，圖形線間距離的實際尺寸大于等于3mm時，焊縫輪廓線（粗實線）應按實際焊縫

42、形狀畫出，剖面用交叉的細實線或涂色法表示。當焊縫寬度或焊腳高度經(jīng)縮小比例后，圖形線間距離實際尺寸小于3mm時，對接焊縫的圖形線用一條粗實線表示，而對于角焊縫，因一般已有母體金屬輪廓線，故焊縫可不畫出。焊縫剖面用涂色法表示。焊縫如用代號標注按GB324-1988焊縫符號表示法。對于重要焊縫應配以節(jié)點放大圖表示并標注其尺寸。3.4 尺寸標注設備裝配圖應標注的尺寸有如下五類：1) 外形尺寸，即設備的總體輪廓尺寸，是設備在安裝、包裝、運輸及廠房設計時的依據(jù)。2) 特性尺寸，即表明設備的特征、規(guī)格性能等的尺寸。3) 裝配尺寸，即表示設備上各個零部件相對位置的尺寸，它是設備裝配制造的必要依據(jù)。4) 安裝尺

43、寸，即表明設備安裝在基礎或其它建筑物上時所需的尺寸。根據(jù)這些尺寸和設備重量及其它載荷可以設計所需基礎的大小。5) 其它尺寸，指不單獨繪制零件圖的零件必需的尺寸。一些結(jié)構(gòu)簡單不需經(jīng)過機械加工（焊縫坡口及少量鉆孔等加工除外）的鉚焊件等，在裝配圖上標注相應的結(jié)構(gòu)尺寸，就可不單獨繪制零件圖也能夠進行制造。但對國家標準、專業(yè)標準等的標準零部件和外購件，雖不單獨出圖，也不應標注其結(jié)構(gòu)尺寸，只須在明細欄內(nèi)做相應的標記。尺寸標注要選擇合理的尺寸基準?？勺鳛槌叽缁鶞实挠腥缦聨追N： 1）設備筒體、封頭和接管的軸對稱中心線2）筒體和封頭的結(jié)合處，設備法蘭的端面，支座的底面。3）接管伸出長度以接管中心線和相連接零件的

44、外表面的交點為基準進行標注。尺寸基準選擇既要保證設備在制造和安裝時達到設計要求，又要便于測量檢查，重要尺寸盡量集中標注于主視圖，除參考尺寸、外形尺寸外，不允許標注封閉尺寸，尺寸線應盡量安排在視圖的右側(cè)和下方。3.5 圖面技術要求、技術特性表及管口表根據(jù)壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程的規(guī)定，壓力容器設計總圖或裝配圖應注明下列內(nèi)容：設計溫度，設計壓力；最大允許工作壓力（必要時）；介質(zhì)名稱（必要時注明其特性）；容積；壓力容器凈重；焊接接頭系數(shù)；腐蝕裕量；熱處理要求（必要時）；壓力試驗要求（包括試驗壓力、介質(zhì)、種類等）；對包裝、運輸、安裝的要求（必要時）；特殊要求，如換熱器應注明換熱面積和程數(shù)；夾套壓力容器

45、應分別注明殼體和夾套的試驗壓力等。下面介紹圖面技術要求、技術特性表和管口表的內(nèi)容。1) 技術要求技術要求應寫在圖紙的右上方，可用條文表示，也可用數(shù)據(jù)表格形式加文字條款的形式表示（此時表格中已含有技術特性的內(nèi)容）。當技術要求內(nèi)容過多，在圖紙上寫不下時，也可以單獨編寫。單獨編寫的技術要求稱為技術條件。一般來說，技術要求應包括對設備在制造、試驗和驗收時應遵循的規(guī)范和規(guī)定、以及對于材料、表面處理及涂飾、潤滑、包裝、保管和運輸?shù)鹊奶厥庖?。鋼制壓力容器的技術要求，大致包括下列幾列幾方面的內(nèi)容：a. 按哪一個通用技術條件規(guī)定制造，如GB150中的有關規(guī)定。通用技術條件是為了使制造廠對壓力容的制造、檢驗有一個統(tǒng)一的標準，把各種壓力容器制造中的共同性問題予以歸納并制定成標準，成為壓力容器制造中的最低質(zhì)量要求，其內(nèi)容包括材料驗收、尺寸允差、焊縫布置、焊縫熱處理、試驗方法和驗收規(guī)則（焊接接頭、機械性能檢測、壓力試驗等）、標志包裝運輸?shù)?。通用技術條件（標準）所反映的僅是制造和檢驗中的共性問題和產(chǎn)品的最低質(zhì)量要求，往往不會滿足各類壓力容器產(chǎn)品的全部要求。對于一臺壓力容器而言，由于選材、結(jié)構(gòu)和操作條件的不同，或多或少總還有些超出通用技術條件（標準）的特殊要求，這些特殊要求都必須在圖面技術要求中注明。這些特殊要求可能包括下述幾項：b. 焊接要求：不同鋼材，不周結(jié)構(gòu)、不同制造方法及不同用途的壓