10立方液化石油气储罐设计专项方案07681.docx

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10立方液化石油气储罐设计专项方案07681

10立方液化石油气储罐

一.设计背景

该储罐由菏泽锅炉厂有限公司设计，是用来盛装生产用液化石油气容器。

设计压力为1.77Mpa，温度在-19~52摄氏度范畴内，设备空重约为2925Kg，体积为10立方米，属于中压容器。

石油液化气为易燃易爆介质，且有毒，因而选材基本采用Q345R。

此液化石油气卧式储罐是典型重要焊接构造，焊接接头是其最重要连接构造，焊接接头性能会直接影响储存液化石油气质量和安全。

二.总技术特性：

技术特性表

容器类别类

三

设计压力MPa

1.77

设计温度℃

-19～52

最高工作压力MPa

1.77

水压实验压力MPa

2.25

气密性实验压力MPa

1.77

焊接接头系数

1

腐蚀欲量mm

2

操作介质

液化石油气

充装系数

0.9

设备容积立方米

10

三.储气罐基本构成

储气罐是一种承受内压钢制焊接压力容器。

在规定使用温度和相应工作压力下，应保证安全可靠，罐体基本构造部件应涉及人孔、封头、筒体、法兰、支座。

图1储气罐构造简图

1.1筒体

本产品简体是用钢板卷焊成筒节后组焊而成，这时简体有纵环焊缝。

1.2封头

按几何形状不同，有椭圆形封头，球形封头，蝶形封头，锥形封头和平盖等各种形式。

封头和简体组合在一起构成一台容器壳体重要某些，也是最重要受压元件之一。

此储气罐选取是椭圆形封头。

从制造办法分，封头有整体成形和分片成形后组焊成一体两种。

当封头直径较大，超过生产能力时，多采用分片成形办法制造，分片成形控制难度大，易浮现不合格产品。

对整体成形封头尺寸、形状，虽然易控制但普通需要有大型冲压模具压力机或大型旋压设备，工艺设备庞大，制导致本高。

从封头成形方式讲，有冷压成形、热压成形和旋压成形。

对于壁厚较薄封头，普通采用冷压成形。

采用调质钢板制造封头或封头瓣片，为不破坏钢板调质状态力学性能，节约模具制造费用，往往采用多点冷压成形法制造。

当封头厚度较大时，均采用热压成形法，即将封头坯料加热至900℃～1000℃。

钢板在高温下冲压产生塑性变形而成形，此时对于有些材料（如正火态钢板），由于变化了原始状态力学性能，为恢复和改进其力学性能，封头冲压成形后还要做正火、正火+回火或淬火+回火等相应热解决。

对于直径大且厚度薄封头，采用旋压成形法制造是最经济最合理选取。

1.3接管和法兰

接管和法兰作用是连接或供人进入容器内部，是容器重要构成某些。

接管与壳体间焊接接头普通为角接接头或T形接头，但对于连接两者之间焊缝，如果是壳体上开坡口时，则称为对接焊缝，壳体上不开坡口时称为角接焊缝。

1.4密封元件

密封元件是两法兰之间保证容器内部介质不发生泄漏核心元件。

对于不同工件条件规定有不同密封构造形式和不同材质及形式垫片，在制造时对于密封垫材料和形式不得随意更改。

2.1.6支座

立式容器重要采用鞍式支座。

10立方液化石油气储罐（10立方液化气储罐-10立方液化气残液罐-10立方石油液化气储罐）

四.技术规定

（1）本设备按照GB150-1998《钢制压力容器》进行制造，检测与验收，并接受《压力容器安全技术监察规程》监督。

（2）制造筒体、封头、人孔接管、用Q345R钢板符合GB6654-1996及第二次改造告知单规定，人孔法兰盖用钢板正火状态供货。

帯颈对焊法兰、接管用Q345R应符合JB4726-，壳体用Q345R钢板应逐张进行冲击实验，办法按照GB/T229规定，三个试样平均值不不大于等于54J。

（3）设备焊接工艺规程按照JB/T4709-，焊接工艺评估按照JB4708-.所有角接接头焊接表面须打磨圆滑过渡。

（4）设备中每条A、B类焊接接头应进行100%射线检测，按照JB/T4730.2-规定，二级合格。

所用D类焊剂接头、DN<250接管与法兰B类焊接接头及所有与承压件相焊接角接接头，应进行100%表面磁粉检测，按照JB/T4730.4-规定，一级合格。

（5）设备应进行整体焊后消除应力热解决，热解决后不得在设备本体上进行施焊。

（6）最后热解决后，对设备中A。

B、D类焊接接头进行硬度检测，其硬度应不大于等于200HB。

检测数量按照每条A、D类焊接接头测一组，每条B

类焊接接头每隔120度测一组，每组涉及母材、热影响区和焊缝各一处。

（7）未注明角接接头焊脚高度均等于两相焊件中之较薄件厚度，且须为持续焊。

（8）设备制造完毕后进行水压实验。

水压实验应力见技术规定表。

水压实验合格后应将积水排净吹干。

（9）水压实验合格后，应进行气密性实验，实验应力见技术特性表。

（10）设备制造完毕后除锈涂铁红醇酸底漆一遍，再涂银粉醇酸清漆一遍，沿罐体水平中心线用红漆刷一道红色色带，宽度为150mm，在筒体两侧重心处用红色油漆喷印重新标志，应在重心标志上方喷印LPG字样，重心标志左侧喷应禁止烟火字样，右侧喷应禁止施焊字样，标志、字样高度不得不大于200mm。

（11）设备油漆、包装、运送按照JB/T4711-《压力容器涂覆与运送包装》规定。

（12）本储罐安装时，其纵轴应向排污方向倾斜千分之三。

（13）固定支座连接采用一种螺母拧紧；活动支座用两个螺母，第一种螺母不拧紧，与支座距离为1至3毫米，用第二个螺母锁紧。

（14）本储罐必要在有遮阳和水喷淋装置条件下合用。

4.焊接工艺规程:

此液化石油气卧式储罐是典型重要焊接构造，焊接接头是其最重要连接构造，焊接接头性能会直接影响储存液化石油气质量和安全。

因而合理地制定焊接工艺规程非常必要。

依照GB150-1998《钢制压力容器》对压力容器重要受压部位焊接接头分为如下四类，结合实际工程需要，分类如下：

五.材料选取

Q345R钢是屈服强度为340MPa级压力容器专用板，它具备良好综合力学性能和工艺性能。

磷、硫含量略低于低合金高强度钢板Q345（Q345R）钢，除抗拉强度、延伸率规定比Q345（Q345R）钢有所提高外，还规定保证冲击韧性。

它是当前国内用途最广、用量最大压力容器专用钢板。

Q345R材料性能分析：

元素

C

Si

Mn

P

S

Alt

质量分数（％）

≤0.20

≤0.55

1.20-1.60

≤0.015

≤0.015

≥0.020

Q345R材料特性分析：

Q345R钢基体组织为铁素体+珠光体，是低合金高强钢中应用最广泛钢，有比较成熟经验，屈服强度为294～343MPa，基本属于热轧低合金钢，其综合性能、焊接性及加工工艺性能均优于普通碳素钏，且质量稳定，其使用温度在-40～452℃范刖内，Q345R钢作为低温压力容器时，为改进低温性能，可以在正火解决后使用。

Q345R钢是在低碳钢基本上加入了少量合金，其加工性能．与低碳钢相似，具备较好塑性和焊接性。

由于加入了少量合金元素，其强度增长，淬硬倾向比低碳钢大，因此在较低温度下或刚性大、壁厚构造焊接时，需要考虑采用预热办法，防止冷裂纹产生，本设计中板厚18mm，壁厚较薄，不大于30mm，均不用预热焊后亦不必作消除应力解决。

10立方液化石油气储罐（10立方液化气储罐-10立方液化气残液罐-10立方石油液化气储罐）

六.焊接技术特性及规定

6.1技术特性：

液化石油气储罐材料Q345R，工作压力在1.77MPa，属于第三类压力容器，工作温度-19～52℃，设计温度52℃，腐蚀裕度2.0mm，焊接接头系数1.0，液压实验压力2.33MPa（卧放），全容积10m3，充装系数0.9，安全阀启动压力2.0MPa

6.2技术规定：

1）设备施工应符合GB150-1998《钢制压力容器》，验收应接受《压力容器安全技术监督规程》中有关规定

2）焊接采用电弧焊，焊条型号，低合金钢之间E5016，碳钢间E4303

3）焊接接头形式及尺寸按图规定，角焊缝焊脚高度为较薄件厚度，法兰焊接按相应法兰原则规定，对接接头与角接接头需全焊透，接管焊缝成形表面均应圆滑过渡，不得有裂纹、咬边、及棱角．

4）壳体钢板按GB6654-1996《压力容器钢板》及修改单中正火状态供货，且逐张进行超声检测，质量原则应不低于JB/T4730.3-中规定II级，壳体A类纵向焊接接头制备产品焊接试板，按《容规》第25条进行材料复验，坡口表面进行IOO%磁粉检测，并符合JB4730.4-中规定I级

5）筒体长度不大于15m，塔体直线度允差偏差不不不大于0.5L/1000＋8，12mm，安装垂直度允差为12mm

6）裙座螺栓孔中心圆直径允差以及任意两孔弦长允差均为2mm

7）壳体用钢板轧制，逐张进行-19℃夏比（V型缺口）冲击实验（横向），三个试样冲击平均值不得低于20J，容许其中一种试样冲击功不大于平均值，但不得不大于14J

8）钢管应逐根按JB/T4730.3-中I级为合格

9）支座简体与封头焊接接头必要采用全焊透持续焊，并进行磁粉检测，符合JB/T4730.4-中I级为合格

10）设备压力实验合格后对所有焊缝按JB/T4730.4-进行磁粉检测，符合I级为合格，复验焊缝

II）热解决后，设备本体不得再行施焊

七.焊接工艺设计

焊接办法选取

手工电弧焊长处

①焊接设备价格低.简朴。

②焊条品种齐全，可以焊接各种不同金属，涉及最惯用金属和合金。

③在狭窄空问焊接场合，采用手工电弧焊比较以便、实用。

④对于同样焊接设备，采用不同电流设立，获得满足使用规定焊缝。

⑤适合各种位置焊接。

⑥与气体保护焊相比，不易受到风影响。

⑦对焊接金属最大厚度没有限制

⑧在大多数天气状况下都可以进行焊接。

手工电弧焊缺陷

①不适合焊接厚度不大于1.5mm薄板。

②负载率和总熔敷效率普通比送丝焊接办法低，当焊条消耗完毕或需要更换焊条时，焊接过程也暂时中断。

③并非整根焊条都可以充分运用，焊钳中被夹持某些必要丢弃，普通要挥霍25～50mm长度焊条。

④频繁地更换焊条也增长了焊接缺陷产生

埋弧自动焊长处是：

①生产效率高。

埋弧自动焊生产率可比手工焊提高5～10倍。

由于埋弧自动焊时焊丝上无药皮，焊丝可很长，并能持续送进而无需更换焊条。

故可采用大电流焊接（比手工焊大6～8倍），电弧热量大，焊丝熔化快，熔深也大，焊接速度比手工焊快多。

板厚30毫米如下自动焊可1不开坡口，并且焊接变形小。

②焊剂层对焊缝金属保护好，因此焊缝质量好。

③节约钢材和电能。

钢板厚度普通在30毫米如下时，埋弧自动焊可不开坡口，这就大大节约了钢材，并且由于电弧被焊剂保护着，使电弧热得到充分运用，从而节约了电能。

④改进了劳动条件。

除减少劳动量以外，由于自动焊看不到弧光，焊接过程中发出气体量少，这对保护焊工眼睛和身体健康是有益。

埋弧自动焊缺陷是适应能力差，只能在水平位置焊接长直焊缝或大直径环焊缝。

综合考虑由于进行是双面焊缝，手工电弧焊设备简朴，操作以便适合全位焊接特点，因而内面采用手工电弧焊而外面采用加入熔深，提高生产率，采用埋弧焊。

最后采用焊接办法为：

手工电弧焊+埋弧焊。

7.2.2坡口形式

由于焊接厚度为18mm，因而需要开坡口，由于厚度比较厚，若开V型坡口话，产生较大开口，一方面会挥霍较多焊条，并且焊接费时间，若开U型坡口话，可以减小开口，并且U型坡口有助于焊剂流入，同步可以减小焊接应力，减少裂纹产生。

因而最后选取U型坡口，详细坡口形式如下图所示：

7.2.3焊接姿势：

平焊

7.2.4焊接村料选取

1）焊条选取：

焊条选用重要考虑焊缝使用性和施焊工艺性，焊条选取重要原则有如下几点。

（l）依照被焊金属材料类型，选取相应焊条种类大类。

如焊接母材是普通低合金钢时，选用构造钢类型焊条。

（2）依照被焊母材性能，选用与其性能相似焊条，或选用熔敷金属与母材化学成分类型相似焊条，以保证母材性能与焊缝相似。

（3）选取焊条时还要考虑工艺方面，重要是操作以便，易获得优良焊缝。

（4）从价格考虑，在满足性能及施工规定前提下，尽量选用熔敷效率高、

价格低焊条，从而提高生产率，减少成本。

2）焊丝选取：

药芯焊丝国内应用尚不普遍，活性焊丝重要用于气体保护焊，故选取实芯焊丝。

惯用低合金埋弧焊实芯焊丝有如下三类：

（l）低锰焊丝（如H08A）：

常配合高锰焊剂，用于低碳钢和强度较低低合金钢焊接

（2）中锰焊丝（如H08MnA，HIOMnSi）：

重要用于低合金钢焊接，并可配低

锰焊剂焊接低碳钢

（3）高锰焊丝（如HIOMn2，H08Mn2Si）：

用于焊接低合金钢。

3）焊剂选取：

阐明：

JQ.SJl01是氟碱型烧结焊剂，碱度约为1.8，灰色圆形颗粒，粒度为2.0～

0.28mm（10～60日）。

焊接时电弧燃烧稳定，脱渣容易，焊接成型美观，

熔敷金属具备较高低温冲击韧惟，可交直流两用，直流焊接时焊丝接正极。

用途：

配合恰当焊丝（如H08MnA、HIOMn2、H08MnMoA、H08Mn2MoA

等），可焊接各种低合金构造钢，如船体、锅炉水力容器、管道等。

可用于多层焊、双面单道焊、多丝焊及窄问隙埋弧焊。

焊剂参照成分（%）

S

P

SiO2+TiO2

GaO+MgO

Al2O3+MnO

GaF2

≦0.060

≦0.080

15~25

25~35

20~30

15~25

熔拂金属力学性能（按GB/T5293-1999）

项目配合焊丝

σb

（Mpa）

σs

（Mpa）

σ5

（%）

AKV（J）

室温

0℃

-20℃

-40℃

H08MnA

415~550

≧330

≧22

≧150

≧110

≧80

≧27

H10Mn2

480~650

≧400

≧22

≧150

≧110

≧80

≧27

H08MnMoA

550~650

≧420

≧20

≧90

≧70

≧34

_

H08Mn2MoA

620~750

≧500

≧20

≧90

≧70

≧34

_

配合HIOMnSi等焊丝可焊接低碳钢和某些低合金钢（Q345R）构造。

故选取

焊剂SJl01

依照焊接丁艺规定，选用焊条J507，并查惯用焊丝焊剂表，选用焊丝HlOMnSi

焊剂SJIOI。

1）工艺规定:

（1）坡口加工：

机加工

坡口解决办法：

为不影响焊接质量，在施焊前应当清除坡口以及母材两侧表面

20mm范畴内（以离坡口边沿距离计算）氧化物，油污，熔渣以及其她由害

物质。

（2）层间温度：

100-252℃

（3）清根办法：

碳弧气爆并打磨

2）工艺顺序

（1）坡口清理

（2）装配点焊

（3）内面焊条电弧焊

（4）外面清根并打磨

（5）外面埋弧焊

3）焊接规范

内面焊接—焊条电弧焊

1）拟定焊条直径

依照《过程装备制造与检测》表5-24得:

由被焊工件厚度选取焊条直径为5mm

2）焊接电流拟定

依照焊条直径查《过程装备制造与检测》表5-15，拟定焊接电流为200-270A

3）焊接电压拟定

手工电弧焊，焊接电压选取为22-30V，其电压重要由电弧长度决定，电弧长则

电弧电压高，反之则电压低。

电弧过长则不稳定，熔深浅，熔宽增长，易产生

咬边等缺陷，同步空气容易侵入，易产气愤孔，飞溅严重，挥霍焊条，电能，

效率低。

生产中尽量采用短弧焊接，电弧长度普通为2-6mm

4）焊接速度V拟定

由课本查得焊接线能量约为qv=18KJ/cm：

由焊接线能量公式qv=0.7UI/v得焊接速度为

v=O.7*（20～30）*（200～270）/18KJ.cm-l=15～20cm/min

选取焊接速度约为18cm/min

5）电源利-类以及极性拟定

由J507焊条相应国标为E5015，即阐明熔敷金属抗拉强度为50MPa，焊条适应

焊接位置为平焊，药皮类型为低氢钠型，焊接电源为直流反接。

6）焊接层数拟定

厚板焊接普通要开坡口，同步采用多层多道焊，每层焊接厚度步超过5mm，手

工电弧焊一次最大熔深约为6～8mm当每层厚度约为焊条直径0.8～1.2倍时，

牛产效率高。

由公式n=D/d（此处厚度用D表达）得焊接层数n=18/5=4层

7）焊钳，焊接电缆拟定

由《过程装备制造一与检测》表5-9得，选取G325可以满足焊接规定

8）焊工护目遮光镜片选用

由《过程装备制造与检测》表5-11以及焊接电流为200-270A，选取电弧镜片号为11-12;碳弧气爆镜片为12-14

外面焊接—埋弧焊

选取焊丝直径为5mm以及焊接速度规定选取MZ-IOOO型焊机

依照手工电弧焊工艺参数拟定办法依次拟定各参数如下表格

焊接牌号及焊丝焊剂

焊丝直径

（㎜）

电源种类及极性

焊接电流

（A）

焊接电压

（V）

焊接速度

（cm/min）

J507

H10MnSi+SJ101

5

直流反接

400-1200

32-36

>22

接管．与封头，其中各种设计角度及尺寸来源于《过程设备设计》附表，表B3中

内容。

筒体体焊接详图如下，

（图二）接管与壳体焊缝详图

（图三）接管与底封头焊接详图

ID，接管专底封头焊接详图

7.3各筒节纵向焊缝焊接工艺分析

由GB150-1998《钢制压力容器》规定，圆筒某些纵向接头，球形封头与圆筒

连接环向接头，各类凸形封头中所有焊接接头以及嵌入式接管，与壳体对接连

接接头均属A类焊接接头。

因而拟定为A类接头，

7.3.1工艺规定：

1）坡口加工办法：

机加工坡口，并清除油锈

2）后热温度及保温时间：

250-300'C*2hr

3）清根办法：

碳弧气刨并打磨

4）焊接接头如图示：

（图四）筒体纵向焊接接头详图

7.3.2工艺顺序：

1．清理坡口，并进行磁粉检测（MT）

2．进行装配点焊

3．内部进行焊条电弧焊

4．外部清根并打磨，进行MT检测

5．外部进行埋弧焊

6．焊后热解决

7.3.3焊接规范：

焊接牌号及焊丝焊剂

焊丝直径

（㎜）

电源种类及极性

焊接电流

（A）

焊接电压

（V）

焊接速度

（cm/min）

内面手工电弧焊

J507

H10MnSi

5

直流反接

200-270

22-26

>18

外面埋弧焊

J507

H10MnSi

5

直流反接

400-1000

32-36

>22

7.4各筒节环向焊缝焊接工艺分析

由同标GB150-1998《钢制压力容器》规定，壳体某些环向焊接接头，锥形封头与

接管连接接头等均属于B焊头，已经规定除外。

因而经拟定筒节环向焊缝为

B类焊缝。

7.4.1工艺规定：

（前面已经详细论述过拟定过程，不再赘述）

1坡口加工办法：

机加工坡口，并清除油锈）

2）后热温度及保温时间：

250-300℃~2hr

3）清根办法：

碳弧气刨并打磨

4））焊接接头如图所示：

筒体环向焊接接头详图

4.4.2工艺顺序：

1．清理坡口，并进行磁粉检测（VIT）

2．并进行装配点焊

3．内部进行焊条电弧焊

4．外部清根并打磨，进行MT检测

5．外部进行埋弧焊

7.4.3焊接规范：

焊接牌号及焊丝焊剂

焊丝直径

（㎜）

电源种类及极性

焊接电流

（A）

焊接电压

（V）

焊接速度

（cm/min）

内面手工电弧焊

J507

H10MnSi

5

直流反接

200-270

22-26

>18

外面埋弧焊

J507

H10MnSi

5

直流反接

400-1000

32-36

>22

7.5焊后热解决工艺参数

1）热件入炉或出炉时温度不得超过400℃，但对厚度差较大、构造复杂、尺寸

稳定性规定较高、残存应力值规定较低被加热件，其入炉或出炉时炉内温

度普通不适当超过300℃。

2）升温至400℃后，加热区升温速度不得超过（5000/bs）℃/h，且不得超过200℃

／h，最小可为52℃／h。

3）温时，加热区内任意5000mm长度内温差不得不不大于120℃。

4）温时，加热区内最高一与最低温度之差不适当超过65℃。

5）温保温期间，应控制加热区氛围，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（6500/8s）℃／l1，且不得超过260℃

/h，最小可为52℃/h。

7）焊件按1）炉温度出炉后应在静止空气中继续冷却

八.液化石油气储罐检查方案

一、设备概况及其基本参数：

容器类别：

第Ⅲ类压力容器设计压力：

1.86Mpa设计温度-19~52℃，

介质：

液化石油气材质：

封头：

Q345R筒体：

Q345R

二、检查根据：

1、《压力容器安全技术监察规程》

2、《在用压力容器检查规则》

3、《压力容器使用登记管理规则》

4、GB150-1998《钢制压力容器》

5、JB4730-94《压力容器无损检测》

三、检查准备：

1、检查人员：

a、应具备相应项目检查资格；

b、设立现场安全监督（项目负责人）兼。

2、检查仪器准备：

a、磁探机；

b、超探机；

c、测厚仪、硬度计；

d、焊缝检查尺、长度检查尺；

e、照明灯（应急灯）；

f、带漏电保护器电线盘；

g、角向磨光机、砂轮片；

h、着色探伤剂。

以上检查仪器需在检定期内，且处在完好状态。

3、审查资料：

a、设备竣工图，质量证明书。

b、锅炉压力容器监督检查单位出具安全质量监检报告。

c、设备运营记录，灌（充）装记录，关于运营参数记录，介

质成分，载荷变化状况，运营中浮现异常状况等资料。

d、关于修理、改造、施工记录、检查报告。

4、设备准备：

a、罐内介质排除干净，盲死隔断（气）液体来源。

b、罐内残存液（气）体必要进行置换、清洗，氧含量应在18～21%

（体积比）之间。

c、打开人孔，清理罐内杂质，将所有焊缝及两侧（涉及接管角

焊缝）各150mm范畴打磨除锈至露出金属光泽。

四：

检查项目：

（1）:

内外部宏观检查：

1、表面检查：

a、罐体表面质量，接口部位，焊接接头裂纹、过热、变形、

泄漏。

b、表面腐蚀、机械损伤。

c、支撑或支座损坏，基本下沉、倾斜、开裂，紧固螺栓。

2、构造检查：

a、封头形式、简体与封头连接方式。

b、焊缝布置、支座形式与布置。

c、开孔与补强。

d、排放装置。

e、安全附件及仪表。

3、几何尺寸检查：

a、焊缝对口错边量、棱角度、咬边。

b、焊缝表面质量，角焊缝焊脚尺寸，对接焊缝余高。

c、同断面最大最小直径差。

d、封头表面凹凸量，直边高度和纵向皱折。

（2）:

测厚检查：

a、壳体：

每块板测量5点、4个板角距板边各lOOmm处各测1

点，板中心测1点。

b、封头：

测9点，按Oo、900、1800、2700四个方向，直

边段及过渡段各测1点，顶部测1点。

c、人孔盖：

中心位置测1点。

除上述部位外，还应着重测如下部位：

易腐（冲）蚀部位，

气液面部位，制造时壁厚减薄部位和变形部位，表面检测发现可

疑部位，以及测厚时遇母材存在夹层部位，必要时UT检查拟定。

此外遇“壁厚增值”现象时，应予以足够注重，并查明因素。

（3）无损检测：

检测办法选取：

MT、UT、PT

a、罐内对接焊缝IOO%MT检查，接管角焊缝不能做MT时，PT检

查。

b、罐内对接焊缝应力集中部位，如丁字接头，三个方向各300mm