带垫板V形 直径500mm以内的纵环焊b =3～6 缝(无法作双面焊的),可不P=0～2 α=45°～清根 55° δ=6～26 (2) 接管与带补强圈的焊接结构设计
接管与壳体及补强圈之间的焊接一般只能采用角焊和搭焊，具体的焊接结构还与对容器强度与安全的要求有关，有多种形式，涉及到是否开坡口、单面焊与双面焊、焊透与不焊透等问题。典型的接管与补强圈的焊接结构参见[5]。
常用焊接方法与焊接材料
根据焊接过程中接头的状态，焊接方法可归纳为三个基本类型，即熔化焊、压力焊和钎焊。压力容器制造中常用的焊接方法是熔化焊中的电弧焊、电渣焊、等离子弧焊等。其中，电弧焊又包括手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等。各种熔化焊都是依靠电能转变成热能，熔化金属形成焊缝而把两部分构件焊成一体的。
熔化焊过程中，由电能转变成的热能会将焊接材料和母材的被焊部位加热熔化而形成一个不大的熔化区，叫焊接熔池。熔池体积小、温度高、存在时间短。如果裸露于空气中，高温液态金属将与空气中的氧、氮等发生剧烈反应，难于形成有实用价值的焊缝。因此，对以熔池为中心的焊接区进行保护使之免受空气侵害，是熔化焊的一个关键技术问题。
一般在压力容器的设计中，都是按手工电弧焊的要求来进行焊接结构的设计，并选用相应的焊接材料。因此，下面仅介绍手工电弧焊及其焊接材料。
手工电弧焊是利用焊条与焊件之间的电弧热，将焊条及部分焊件熔化而形成焊缝的焊接方法。焊接过程中焊条药皮熔化分解生成气体和熔渣，在气体和熔渣的共同保护下，有效地排除了周围空气对熔化金属的有害影响。通过高温下熔化金属与熔渣间的冶金反应，还原并净化焊缝金属，从而得到优质的焊缝。
手工电弧焊设备简单，便于操作，适用于各种焊接，在压力容器制造中应用十分广泛，钢板对接，接管与筒体、封头的连接等都可以采用手工电弧焊。其缺点是生产效率低，劳动强度大，对焊工的技术水平及操作要求较高。
手工电弧焊的焊接材料是焊条。容器设计时，要选择合适的焊条牌号，并在图纸上注明。 （1） 焊条成分及作用 焊条由焊芯和药皮两大部分组成。
焊芯的作用有二：一是作为电极传导电流和引燃电弧，二是自身熔化并与母材熔合在一起形成焊缝。
药皮是决定焊缝质量的重要因素。药皮可以提高电弧燃烧的稳定性，保护焊接熔池，保证焊缝脱氧和去除硫磷杂质，并能给焊缝金属添加适量的有益合金元素以及改善焊接工艺性能。为了保证药皮在焊接过程中发挥这些作用，药皮的成分比较复杂，常由7～9种以上原料配成，根据其作用的不同分别叫作稳弧剂、脱氧剂（降低药皮和熔渣的氧化性，脱除金属中的氧）、造渣剂（形成具有一定物理化学性能的熔渣，保护焊缝并改善焊缝成形）、造气剂（进一步加强对焊缝区的保护）、合金剂（使焊缝金属获得必要的化学成分）、粘结剂（将药皮牢固地粘结于焊芯上）、稀渣剂（增加渣的流动性，降低渣的粘度）等。
（2） 焊条的分类 焊条按用途可分为碳钢焊条，低合金钢焊条，钼和铬钼耐热钢焊条，不锈钢焊条，堆焊焊条，低温钢焊条，铸铁焊条及各类合金焊条等。压力容器制造中，使用最广泛的是碳钢焊条和低合金钢焊条。这两类焊条的牌号见附录。
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按药皮化学性质可分为酸性焊条和碱性焊条。
酸性焊条药皮中主要含有TiO2、MnO2、FeO等酸性氧化物及少量有机物，氧化性较强，施焊时药皮中合金元素烧损较大，焊缝金属的氧氮含量较高，故焊缝力学性能（特别是冲击韧性）较低；酸性渣难于脱硫脱磷，因而焊缝的抗裂性较差。但焊条工艺性能好，成形美观，特别是对锈、油、水分等的敏感性不大，抗气孔能力强。酸性焊条广泛地用于一般结构的焊接。
碱性焊条药皮中主要含有CaCO3、CaF2、MgCO3、SiO2等碱性氧化物，并含有较多的铁合金，如锰铁、钛铁、钼铁、钒铁、硅铁等作为脱氧剂和渗合金剂，使焊条有足够的脱氧能力。碱性焊条的最大特点是焊缝金属中含氢量低，所以也叫“低氢焊条”。碱性焊条药皮中某些成分能有效地脱硫脱磷，故其抗裂性能良好，焊缝金属的力学性能，特别是冲击韧性较高。碱性焊条多用于焊接重要结构，是压力容器制造中广泛使用的焊条。
（3） 焊条的选用 焊条选用应考虑以下因素：
a. 考虑母材力学性能与化学成分。对低碳钢和低合金钢构件，要按等强度原则选择焊条，即要求焊缝与母材强度相等或基本相等，而不要求焊缝金属的化学成分与母材相同。焊接厚壁结构时，由于冷却速度快，焊接应力大，容易产生裂纹，因而第一层打底焊缝应选用塑性好、强度稍低的低氢焊条，然后选用与母材等强度的焊条进行焊接。
当低碳钢与低合金钢之间、或不同种类的低合金钢之间进行异种钢焊接时，应选用与其中强度较低的钢材等强度的焊条进行焊接。
耐热钢、不锈钢的焊接，应保证焊接接头与母材具有相同的高温性能和耐腐蚀性能，故要求焊条熔敷金属的化学成分与母材相同或相近。
b. 考虑构件的结构复杂程度和刚性。对同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条，应根据构件的结构形状和钢材厚度进行选用，形状复杂、厚度大、结构刚性大的构件，由于焊接应力较大，应选用抗裂性能较好的低氢焊条。
c. 在保证焊接质量的前提下，综合考虑劳动生产率、劳动条件、经济合理性等多种因素，选用合适的焊条。
3）材料选择
正确选择结构材料对于保证设备的安全使用和降低成本是至关重要的。材料选择要综合考虑设备结构、制造工艺（锻造、焊接和切削加工等）、实际的工作条件（压力、温度、介质特性等）和材料的力学性能、物理性能、耐腐蚀性能、价格与供应等诸多因素。
材料的正确选择是一个实践性很强的问题。课程设计中应注意如下几点：
（1） 材料的使用条件。如碳素钢镇静钢板Q235-A的使用条件为：容器设计压力p≤1.0MPa，钢板使用温度为0～350℃，用于壳体时，钢板厚度不大于16mm；不得用于液化石油气介质以及毒性程度为高或极度危害介质的压力容器；Q235-B的使用条件为：容器设计压力p≤1.6MPa，钢板使用温度为0～350℃，用于壳体时，钢板厚度不大于20mm；不得用于液化石油气介质以及毒性程度为高或极度危害介质的压力容器。
（2）碳素钢和低合金钢的选用。低合金钢的强度指标高于碳素钢。当设计压力较小、直径较 大，这时可能是以刚度控制或是以结构设计为主，这种情况下通常应尽量选用普通碳素钢；当设计压力较高、在以强度控制的情况下，根据设计厚度的不同再权衡考虑选用哪一种钢材，如使用钢板的厚度在8～10mm以下时，则尽量选用碳素钢，反之则优先考虑选用低合金钢。一般来说，以强度设计为主的中压设备以采用普通低合金钢为宜。因为普通低合金钢如16MnR和15MnVR的屈服极限比普通碳素钢甚至优质碳素钢的屈服极限高出许多，采用这类钢材制造压力容器，可以显著减小设备重量、降低制造成本，同时给设备的运输和安装也带来很大的方
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便。对于含碳量大于0.24%的材料，一般不得用于制造压力容器壳体。钢管所用钢材不宜采用强度级别高的钢种，因为钢管的强度一般不是使用中的主要问题。
（3）高温、低温和腐蚀介质的情况，应选用相应的合金钢。
（4）选材时应明确材料的供应类型，如管材、板材、锻件或是其它的型式。常用压力容器用碳素钢和低合金钢钢板有Q235-A、Q235-B、20R、16MnR、15MnVR等；无缝钢管常用材料为10、20、16Mn等。
2.2.2
强度计算
依据我国现行压力容器常规设计的标准GB150-1998《钢制压力容器》、JB4731-2000《钢制卧式容器》，JB4700～4707-92《压力容器法兰》，JB/T4712-92《鞍式支座》
1) 容器的筒体和封头壁厚设计；
内压圆筒的计算厚度由(2-1)式即中径公式确定：
pcDi （2-1）
2[?]t??pc 标准椭圆形封头是经常采用的封头型式,其计算厚度由(2-2)式确定：
pcDi. ?? （2-2）
2[?]t??0.5pc?? 式中：pc-计算压力，MPa，根据设计压力p和液柱静压力来确定。当受压元件所承受的液柱静压力小于设计压力的5%时，可忽略静压力的影响，取pc=p，否则计算压力为设计压力与液柱静压力的和。，
2）．卧式容器鞍式支座应力校核； 3）．开孔补强计算； 4）．压力试验；
3.过程设备装配图的绘制
设备图纸的绘制分为草图设计阶段和施工图设计阶段。
草图设计阶段的目的是通过草拟结构图，以合理确定结构型式和主要的结构尺寸。在该阶段，设计者可自由发挥，用草图记录自己思考的结果，可做几种方案进行综合比较选择。草图的绘制不要求图面工整清洁，但应按一定的比例，要有实物真实感，多画一些局部放大图，并应标注主要结构尺寸。草图一般绘制在坐标纸上，最好不用三角板等绘图工具，用徒手画图。
施工图设计阶段就是将草图设计的成果绘制成正规的施工图（总装配图、部件图和全部的零件图）。施工图必须具有清楚正确的图示，齐全的尺寸，完整的文字资料（技术要求、明细表标题栏等）。绘图必须遵循现行国家制图标准的规定。
3.1 装配图的内容和要求
装配图是表示设备的结构、尺寸，各零部件之间的装配和连接关系，技术特性和技术要求等资料的图样，是设备进行装配、安装、使用及维修的主要依据。
过程设备装备图包括如下内容：
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1) 图形部分：主视图、俯视图（立式设备）或侧视图（卧式设备），局部放大图，局部剖视图，尺寸标注，焊接接头标注，零部件件号、管口符号标注等。
2) 文字部分：技术要求，技术特性表，管口表，明细栏，主标题栏等。近年来，随着技术引进、合作与交流，借鉴国外工程公司经验，国内各主要化工工程公司和设计单位大多数采用了数据表与文字条款相结合的形式表达技术要求和技术特性等内容。采用设计数据表和文字条款相结合的形式时，图4-1中技术要求和技术特性表的内容全部汇集到设计数据表和文字条款中，设计数据表布置在装配图的右上角。压力容器设计数据表的形式及内容填写见附录。
3.2 装配图绘制步骤
1) 布图：合理确定设备中心线位置，使主视图和局部视图等处于合适的位置，做到图面整体协调美观，避免疏密不匀。
2) 用淡细线绘制视图底稿，以便于对局部结构和尺寸的修改。 3) 标注尺寸。
4) 编排标引零部件件号和管口符号等。
5) 填写主标题栏、明细栏、管口表和技术特性表，编写技术要求（或填写设计数据表和编写文字条款）。
6) 经全面审核无误后加深描重，使之成为正式的施工图。
3.3 化工设备装配图的图示特点
1) 视图配置
设备图一般都采用两个基本视图来表达设备的主体结构。对于卧式设备，通常采用主左两个基本视图。除基本视图外辅以必要的局部视图和局部放大图（包括重要焊接接头的节点图）来表达局部结构的详细情况。
2) 简化画法和夸大画法
一般法兰的连接螺栓、螺母、垫片、带有两个接管的液面计，可采用简化画法。人孔、手孔等可根据主要尺寸按比例画出表示其特性的外形轮廓线（粗实线）。
对于设备中的重复结构，如换热器的管束，管板孔等，也可采用简化画法。
设备的壁厚尺寸与设备的直径、高度（或长度）相差太大，可将壁厚不按比例适当夸大画出。
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