一 设计产品概要：
1.1产品概要 金属油罐是采用钢板材料焊成的容器。普通金属油罐采用的板材是一种代号叫A3F 的平炉沸腾钢；寒冷地区采用的是A3平炉镇静钢；对于超过10000m3的大容积油罐采用的是高强度的低合金钢。
常见的金属油罐形状，一般是立式圆柱形、卧式圆柱形、球形等几种。立式圆柱形油罐根据顶的结构又可分为桁架顶罐、无力矩顶罐、梁柱式顶罐、拱顶式罐、套顶罐和浮顶罐等，其中最常用的是拱顶罐和浮顶罐。拱顶罐结构比较简单，常用来储存原料油、成品油和芳烃产品。浮顶罐又分内浮顶罐和外浮顶罐两种，罐内有钢浮顶浮在油面上，随着油面升降。浮顶不仅降低了油品的消耗，而且减少了发生火灾的危险性和对大气的污染。尤其是内浮顶罐，蒸发损耗较小，可以减少空气对油品的氧化，保证储存油品的质量，对消防比较有利。前内浮顶罐在国内外被广泛用于储存易挥发的轻质油品，是一种被推广应用的储油罐。
卧式圆柱形油罐应用也极为广泛。由于它具有承受较高的正压和负压的能力，有利于减少油品的蒸发损耗，也减少了发生火灾的危险性。它可在机械，一成批制造，然后运往工地安装，便于搬运和拆迁，机动性较好。缺点是容量一般较小，用的数量多，占地面积大。它适用于小型分配油库、农村油库、城市加油站、部队野战油库或企业附属油库。在大型油库中也用来作为附属油罐使用，如放空罐和计量罐等。球形油罐具有耐压、节约材料等特点，多用于石油液化气系统，也用做压力较高的溶剂储罐。
1.2设计特点：
容器的设计一般由筒体，封头，法兰，支座，接口管及人孔等组成。常低压化工设备通用零件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了卧式储罐的筒体，封头的设计计算，低压通用零件的选用。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理的进行设计。
1.3设计参数：
产品主体尺寸：Ф2800×8×3200 mm
工作压力：常压
主体材质：Q235-A
设计温度：0~350℃
设计寿命：15年
焊接接头系数：0.85
腐蚀裕量：1.5 mm
水压试验压力： 盛水试漏
装量系数：0.98
操作介质：燃料油
二 产品结构分析：
2.1 材料的选择： [5]
选择Q235-A 碳钢钢板作为筒体焊接材料，是因为它具有适当的强度和塑性，工艺性能良好，价格低廉，因而被广泛用来制造一般的中低压容器。
优质中碳钢的强度较高、韧性较好，但是焊接性能较差，不宜作接管用钢，由于接管要求焊接性能较好且塑性较好，故选择10号优质低碳钢的普通无缝钢管制作各型号接管。
2.2 力学分析 [1]
2.2.1 厚度计算
钢板厚度δ=8 mm ，则其厚度负偏差C 1=0.8 mm ，腐蚀裕量C 2=1.5 mm ，
C = C1+ C2+=2.3 mm 则其厚度附加量
根据其设计数据可得计算厚度
δ=
PD i 2[σ]∅−P
[σ]t为Q235-A 钢板在最高设计温度下的许用应力值为77Mpa 。
则设计厚度
δd =δ+ C2=4.6mm
名义厚度
δn =δd + C1=6mm
有效厚度
δe =δn −C =3.7 mm
2.2.2 筒体与封头水压试验强度校核
σt =P T (Di +δe )
2δe ∅≤0.9σs
式中P T =1.23P=0.125Mpa ，Di为筒体公称直径2800mm ，σs为
Q235-A 钢板的屈服强度为235Mpa 。
则有
0.125×(2800+3.7)2×3.7×0.85σt =
又有 Mpa
0.9σs =211.5Mpa
所以水压试验满足强度要求。
2.2.3 筒体与封头应力校核（Q235-A 的密度为7860kg/m3） 筒体质量
m 1=ρV 1=π·2.8×（0.9×2+0.8）×8×10−3×7860 kg
封头质量
m 2=ρV 2=0.03926×7860kg=308.9 kg
附件质量
m 3=32.7 kg
则油罐总质量约为
m=1779.5 kg
负荷
Q=mg 21779.5×9. 82=8719.55 N≈8.72 KN
则每个支座承受约4.36 KN的负荷，均分载荷就为
q==L‘2F 2Q L+=2.84 KN/m
则圆筒中间处的轴向弯矩
M 1=FL
41+[（2R a 2-h i 2）L 2
4h i 1+3L -4A L ]=21. 26⨯106N ·mm
筒体上半部分受压缩，下半部受拉伸
支座处的圆筒横截面上的轴向弯矩
A R a -h i 1-+L 2AL ]=1. 24⨯106N ·mmM 2=-FA [1- 4h i 1+3L 22
最高点处的圆筒轴向应力
PR m M 1σ1=-=18. 39MPa 22δe 2πRm δe
最低点处的圆筒轴向应力
PR m M 1σ2=+=19. 34MPa 2 2δe 2πRm δe
最高点处支座的圆筒轴向应力（包角=120°，K 1=1，K 2=1）
PR m M 2σ3=-=18. 81MPa 22δe πK 1Rm δe
最低点处支座的圆筒轴向应力
PR m M 2σ4=+=18. 92MPa 22e πK 2Rm δe
又有
{σ1，σ2，σ3，σ4}max=19.34Mpa
[σ]T =77Mpa
{σ1，σ2，σ3，σ4}max≤[σ]T
2.3 产品图（产品零件图见图纸，坡口形式及参数见焊接工艺卡）
三 工艺流程：
[2]
3.1 筒体加工工艺过程
检验：材料应符合国家标准要求的质量证书
↓
划线：号料、划线、筒体由三节组成
↓
切割下料：按划线尺寸切割下料
↓
刨边：按图样要求刨各筒节坡口
↓
成形：卷边成形
↓
焊接：焊缝和试板组对，出去坡口及其两侧的铁锈、油污等; 按焊接工艺组
焊纵缝和试板
↓
检验：纵焊缝外观合格，按JB4730-94标准进行局部射线探伤，达到Ⅱ级合
格要求；试板符合要求
↓
校形：校圆：E ≤2.8 mm（E 为棱角度）
↓
焊接：按焊接工艺组对环焊缝
↓
检验：环焊缝外观合格，按JB4730-94标准进行局部射线探伤，达到Ⅱ级合
格要求
3.2 封头加工工艺过程
检验：原材料应符合国家标准要求的质量证书
↓
划线：号料、划线、封头由整块钢板作胚料
↓
切割下料：按划线尺寸切割下料
↓
冲压成形：借助于冲压模具在水压机上完成成形（压制前先清除表面杂质和
氧化皮）
↓
二次划线：号料、划线，划出封头余量
↓
封头余量切割：用氧气切割割去加工余量，同时加工出坡口
↓
热处理：热处理消去成形时的残余内应力
↓
检验：外观检验，尺寸检验，合格后才与筒体相装配
四 焊接工艺制定及论证：
[6]
4.1 TIG 焊 [3]
薄板对接焊时，可采用填丝焊，当板厚为6~12 mm时，应选用V 型坡口。 TIG 焊对材料的表面质量要求比较高，因此，焊前必须严格清理工件和焊丝表面的油垢、污物及氧化皮等。
8 mm 的Q235-A 钢板在常压下不需预热便可进行焊接。焊接时，直流正接时焊缝较窄、熔深大，钨极不过热、损耗小，而直流反接时钨极损耗快、寿命短，电弧稳定性较差，一般很少使用。
TIG 焊用于根部层焊接时多选用2~2.5 mm的焊丝，焊接薄工件时钨极的直径略大于焊丝直径，则取钨极直径为3 mm。根据经验，电流一般为钨极
直径的30~55倍，当钨极直径小于或接近3 mm时，从计算值中减去5~10A。电弧电压主要由弧长决定，弧长增加，电弧电压增大，焊缝宽度增加，熔深减小，但弧长太大易引起未焊透及咬边且保护效果也不好。电弧太短，不易操作，既看不清熔池，又容易引起短路，加大钨极烧损，容易夹钨。通常使弧长近似等于钨极直径，电弧电压在10~20V之间。查阅资料可知，当钨极直径取3 mm 时，速度选择范围为160~200 mm/min，即10~12 m/h。
4.2 CO2气体保护焊 [4]
当被焊工件板厚在2~12 mm 之间时，焊丝直径可取1.0~1.4 mm 。焊接时通常采用直流焊接电源，最常用直流反接性，此时电弧最稳定，熔滴由射滴过渡转变为射流过度，飞溅较小。实践经验表明，常被应用的CO2短路过渡的短弧焊接法，常以电流200~250A为限，可以进行全位置焊缝焊接。此时最佳电弧电压为21~25V，常用的焊接速度范围为20~60 m/h。
选用H08Mn2SiA 作为焊丝，其中S 、P 杂质比普通的焊丝要低，焊接性能较好，也能防止CO2电弧的强氧化性使金属熔池金属氧化。
4.3 热处理
压力容器的焊后消除应力热处理（PWHT ）是保证压力容器内在质量的重要技术之一。其目的在于：消除焊接残余应力、冷变形应力和组装的拘束应力，软化淬硬区，改善组织，减少氢含量，尤其对合金钢，可以改善力学性能及耐蚀性，
还可以稳定构件的几何尺寸。
我国的《压力容器安全技术监察规程》明确规定：对于高压容器、中压反应器和储存容器、盛装混合液化石油气的卧式储罐、移动式压力容器等采用炉内整体热处理。
① 装炉时炉内温度不得高于400℃；
② 升温速度应是可控的，且不得超过200℃/h，最小可为50℃/h。升温期
间，加热区间任意长度为5000 mm内温差不应大于120℃。
③ 保温期间，最高与最低温度之差不宜大于65℃。
④ 降温速度不得超过260℃/h，最小可为50℃/h。
⑤ 出炉时的炉温不得高于400℃，北方地区在冬季，可适当降低出炉温度。
出炉后应在静止的空气中冷却。
Q235-A 钢经电弧焊焊后热处理的温度为600~640℃，最短保温时间为25min 。对于总装环焊缝只能采用环带加热局部热护理。局部热处理的加热温度和保温时间与进炉热处理相同。保温环带宽度从环缝的最大宽度边缘算起，每侧应不小于两倍筒体壁厚。加热带以外的的壳体延伸段应采用保温材料包覆起来，以控制纵向温度梯度。距保温温度环带边缘3倍壁厚处（外侧），壳壁的温度不宜低于环带边缘处实际温度的一半，封头则应进行应力解除热处理。
五 心得体会：
这次课程设计的任务是储油罐的设计，设计之前首先要对储油罐的加工流程有一个系统的大概了解，包括材料的的选择，材料的加工，焊接分析、焊接过程及探伤检验都涉及到我们学过的专业知识，是对我们学过的这些知识的一个整体的的应用。
在查阅资料的过程中，了解到我们平时在书本中学到的知识非常的有限，比如说图纸构画方面，要注意尺寸标注基准线的选择问题，焊接工艺卡制作时所需查阅的参数及这些参数的选择原因，还有对产品设计后的一个整体的分析和强度校核过程，这些都是我们应该学习及运用的，从而让我们能更上一个台阶，更灵活的运用它们。
总之，这次在的课程设计过程中，经过老师的指点和与同学的讨论后，最终制定出了一套设计方案，收获到了设计压力容器以及压力容器制造方面的知识，能在以后的学习生活中得到更多的用处。
参考文献：
[1] 洪德晓等. 压力容器设计与实用数据速查. 北京：化学工业出版社.2008.
[2] 刘湘秋. 常用压力容器手册. 北京：机械工业出版社.2004.
[3] 于增瑞. 钨极氩弧焊实用技术. 北京：化学工业出版社.2004.
[4] 梁文广等.CO 2气体保护焊. 辽宁科学技术出版社.2007.
[5] 张子荣. 简明焊接材料选用材料第3版. 北京：机械工业出版社.2011.
[6] 王国璋. 压力容器焊接使用手册. 北京：中国石化出版社.2013.
一 设计产品概要：
1.1产品概要 金属油罐是采用钢板材料焊成的容器。普通金属油罐采用的板材是一种代号叫A3F 的平炉沸腾钢；寒冷地区采用的是A3平炉镇静钢；对于超过10000m3的大容积油罐采用的是高强度的低合金钢。
常见的金属油罐形状，一般是立式圆柱形、卧式圆柱形、球形等几种。立式圆柱形油罐根据顶的结构又可分为桁架顶罐、无力矩顶罐、梁柱式顶罐、拱顶式罐、套顶罐和浮顶罐等，其中最常用的是拱顶罐和浮顶罐。拱顶罐结构比较简单，常用来储存原料油、成品油和芳烃产品。浮顶罐又分内浮顶罐和外浮顶罐两种，罐内有钢浮顶浮在油面上，随着油面升降。浮顶不仅降低了油品的消耗，而且减少了发生火灾的危险性和对大气的污染。尤其是内浮顶罐，蒸发损耗较小，可以减少空气对油品的氧化，保证储存油品的质量，对消防比较有利。前内浮顶罐在国内外被广泛用于储存易挥发的轻质油品，是一种被推广应用的储油罐。
卧式圆柱形油罐应用也极为广泛。由于它具有承受较高的正压和负压的能力，有利于减少油品的蒸发损耗，也减少了发生火灾的危险性。它可在机械，一成批制造，然后运往工地安装，便于搬运和拆迁，机动性较好。缺点是容量一般较小，用的数量多，占地面积大。它适用于小型分配油库、农村油库、城市加油站、部队野战油库或企业附属油库。在大型油库中也用来作为附属油罐使用，如放空罐和计量罐等。球形油罐具有耐压、节约材料等特点，多用于石油液化气系统，也用做压力较高的溶剂储罐。
1.2设计特点：
容器的设计一般由筒体，封头，法兰，支座，接口管及人孔等组成。常低压化工设备通用零件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了卧式储罐的筒体，封头的设计计算，低压通用零件的选用。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理的进行设计。
1.3设计参数：
产品主体尺寸：Ф2800×8×3200 mm
工作压力：常压
主体材质：Q235-A
设计温度：0~350℃
设计寿命：15年
焊接接头系数：0.85
腐蚀裕量：1.5 mm
水压试验压力： 盛水试漏
装量系数：0.98
操作介质：燃料油
二 产品结构分析：
2.1 材料的选择： [5]
选择Q235-A 碳钢钢板作为筒体焊接材料，是因为它具有适当的强度和塑性，工艺性能良好，价格低廉，因而被广泛用来制造一般的中低压容器。
优质中碳钢的强度较高、韧性较好，但是焊接性能较差，不宜作接管用钢，由于接管要求焊接性能较好且塑性较好，故选择10号优质低碳钢的普通无缝钢管制作各型号接管。
2.2 力学分析 [1]
2.2.1 厚度计算
钢板厚度δ=8 mm ，则其厚度负偏差C 1=0.8 mm ，腐蚀裕量C 2=1.5 mm ，
C = C1+ C2+=2.3 mm 则其厚度附加量
根据其设计数据可得计算厚度
δ=
PD i 2[σ]∅−P
[σ]t为Q235-A 钢板在最高设计温度下的许用应力值为77Mpa 。
则设计厚度
δd =δ+ C2=4.6mm
名义厚度
δn =δd + C1=6mm
有效厚度
δe =δn −C =3.7 mm
2.2.2 筒体与封头水压试验强度校核
σt =P T (Di +δe )
2δe ∅≤0.9σs
式中P T =1.23P=0.125Mpa ，Di为筒体公称直径2800mm ，σs为
Q235-A 钢板的屈服强度为235Mpa 。
则有
0.125×(2800+3.7)2×3.7×0.85σt =
又有 Mpa
0.9σs =211.5Mpa
所以水压试验满足强度要求。
2.2.3 筒体与封头应力校核（Q235-A 的密度为7860kg/m3） 筒体质量
m 1=ρV 1=π·2.8×（0.9×2+0.8）×8×10−3×7860 kg
封头质量
m 2=ρV 2=0.03926×7860kg=308.9 kg
附件质量
m 3=32.7 kg
则油罐总质量约为
m=1779.5 kg
负荷
Q=mg 21779.5×9. 82=8719.55 N≈8.72 KN
则每个支座承受约4.36 KN的负荷，均分载荷就为
q==L‘2F 2Q L+=2.84 KN/m
则圆筒中间处的轴向弯矩
M 1=FL
41+[（2R a 2-h i 2）L 2
4h i 1+3L -4A L ]=21. 26⨯106N ·mm
筒体上半部分受压缩，下半部受拉伸
支座处的圆筒横截面上的轴向弯矩
A R a -h i 1-+L 2AL ]=1. 24⨯106N ·mmM 2=-FA [1- 4h i 1+3L 22
最高点处的圆筒轴向应力
PR m M 1σ1=-=18. 39MPa 22δe 2πRm δe
最低点处的圆筒轴向应力
PR m M 1σ2=+=19. 34MPa 2 2δe 2πRm δe
最高点处支座的圆筒轴向应力（包角=120°，K 1=1，K 2=1）
PR m M 2σ3=-=18. 81MPa 22δe πK 1Rm δe
最低点处支座的圆筒轴向应力
PR m M 2σ4=+=18. 92MPa 22e πK 2Rm δe
又有
{σ1，σ2，σ3，σ4}max=19.34Mpa
[σ]T =77Mpa
{σ1，σ2，σ3，σ4}max≤[σ]T
2.3 产品图（产品零件图见图纸，坡口形式及参数见焊接工艺卡）
三 工艺流程：
[2]
3.1 筒体加工工艺过程
检验：材料应符合国家标准要求的质量证书
↓
划线：号料、划线、筒体由三节组成
↓
切割下料：按划线尺寸切割下料
↓
刨边：按图样要求刨各筒节坡口
↓
成形：卷边成形
↓
焊接：焊缝和试板组对，出去坡口及其两侧的铁锈、油污等; 按焊接工艺组
焊纵缝和试板
↓
检验：纵焊缝外观合格，按JB4730-94标准进行局部射线探伤，达到Ⅱ级合
格要求；试板符合要求
↓
校形：校圆：E ≤2.8 mm（E 为棱角度）
↓
焊接：按焊接工艺组对环焊缝
↓
检验：环焊缝外观合格，按JB4730-94标准进行局部射线探伤，达到Ⅱ级合
格要求
3.2 封头加工工艺过程
检验：原材料应符合国家标准要求的质量证书
↓
划线：号料、划线、封头由整块钢板作胚料
↓
切割下料：按划线尺寸切割下料
↓
冲压成形：借助于冲压模具在水压机上完成成形（压制前先清除表面杂质和
氧化皮）
↓
二次划线：号料、划线，划出封头余量
↓
封头余量切割：用氧气切割割去加工余量，同时加工出坡口
↓
热处理：热处理消去成形时的残余内应力
↓
检验：外观检验，尺寸检验，合格后才与筒体相装配
四 焊接工艺制定及论证：
[6]
4.1 TIG 焊 [3]
薄板对接焊时，可采用填丝焊，当板厚为6~12 mm时，应选用V 型坡口。 TIG 焊对材料的表面质量要求比较高，因此，焊前必须严格清理工件和焊丝表面的油垢、污物及氧化皮等。
8 mm 的Q235-A 钢板在常压下不需预热便可进行焊接。焊接时，直流正接时焊缝较窄、熔深大，钨极不过热、损耗小，而直流反接时钨极损耗快、寿命短，电弧稳定性较差，一般很少使用。
TIG 焊用于根部层焊接时多选用2~2.5 mm的焊丝，焊接薄工件时钨极的直径略大于焊丝直径，则取钨极直径为3 mm。根据经验，电流一般为钨极
直径的30~55倍，当钨极直径小于或接近3 mm时，从计算值中减去5~10A。电弧电压主要由弧长决定，弧长增加，电弧电压增大，焊缝宽度增加，熔深减小，但弧长太大易引起未焊透及咬边且保护效果也不好。电弧太短，不易操作，既看不清熔池，又容易引起短路，加大钨极烧损，容易夹钨。通常使弧长近似等于钨极直径，电弧电压在10~20V之间。查阅资料可知，当钨极直径取3 mm 时，速度选择范围为160~200 mm/min，即10~12 m/h。
4.2 CO2气体保护焊 [4]
当被焊工件板厚在2~12 mm 之间时，焊丝直径可取1.0~1.4 mm 。焊接时通常采用直流焊接电源，最常用直流反接性，此时电弧最稳定，熔滴由射滴过渡转变为射流过度，飞溅较小。实践经验表明，常被应用的CO2短路过渡的短弧焊接法，常以电流200~250A为限，可以进行全位置焊缝焊接。此时最佳电弧电压为21~25V，常用的焊接速度范围为20~60 m/h。
选用H08Mn2SiA 作为焊丝，其中S 、P 杂质比普通的焊丝要低，焊接性能较好，也能防止CO2电弧的强氧化性使金属熔池金属氧化。
4.3 热处理
压力容器的焊后消除应力热处理（PWHT ）是保证压力容器内在质量的重要技术之一。其目的在于：消除焊接残余应力、冷变形应力和组装的拘束应力，软化淬硬区，改善组织，减少氢含量，尤其对合金钢，可以改善力学性能及耐蚀性，
还可以稳定构件的几何尺寸。
我国的《压力容器安全技术监察规程》明确规定：对于高压容器、中压反应器和储存容器、盛装混合液化石油气的卧式储罐、移动式压力容器等采用炉内整体热处理。
① 装炉时炉内温度不得高于400℃；
② 升温速度应是可控的，且不得超过200℃/h，最小可为50℃/h。升温期
间，加热区间任意长度为5000 mm内温差不应大于120℃。
③ 保温期间，最高与最低温度之差不宜大于65℃。
④ 降温速度不得超过260℃/h，最小可为50℃/h。
⑤ 出炉时的炉温不得高于400℃，北方地区在冬季，可适当降低出炉温度。
出炉后应在静止的空气中冷却。
Q235-A 钢经电弧焊焊后热处理的温度为600~640℃，最短保温时间为25min 。对于总装环焊缝只能采用环带加热局部热护理。局部热处理的加热温度和保温时间与进炉热处理相同。保温环带宽度从环缝的最大宽度边缘算起，每侧应不小于两倍筒体壁厚。加热带以外的的壳体延伸段应采用保温材料包覆起来，以控制纵向温度梯度。距保温温度环带边缘3倍壁厚处（外侧），壳壁的温度不宜低于环带边缘处实际温度的一半，封头则应进行应力解除热处理。
五 心得体会：
这次课程设计的任务是储油罐的设计，设计之前首先要对储油罐的加工流程有一个系统的大概了解，包括材料的的选择，材料的加工，焊接分析、焊接过程及探伤检验都涉及到我们学过的专业知识，是对我们学过的这些知识的一个整体的的应用。
在查阅资料的过程中，了解到我们平时在书本中学到的知识非常的有限，比如说图纸构画方面，要注意尺寸标注基准线的选择问题，焊接工艺卡制作时所需查阅的参数及这些参数的选择原因，还有对产品设计后的一个整体的分析和强度校核过程，这些都是我们应该学习及运用的，从而让我们能更上一个台阶，更灵活的运用它们。
总之，这次在的课程设计过程中，经过老师的指点和与同学的讨论后，最终制定出了一套设计方案，收获到了设计压力容器以及压力容器制造方面的知识，能在以后的学习生活中得到更多的用处。
参考文献：
[1] 洪德晓等. 压力容器设计与实用数据速查. 北京：化学工业出版社.2008.
[2] 刘湘秋. 常用压力容器手册. 北京：机械工业出版社.2004.
[3] 于增瑞. 钨极氩弧焊实用技术. 北京：化学工业出版社.2004.
[4] 梁文广等.CO 2气体保护焊. 辽宁科学技术出版社.2007.
[5] 张子荣. 简明焊接材料选用材料第3版. 北京：机械工业出版社.2011.
[6] 王国璋. 压力容器焊接使用手册. 北京：中国石化出版社.2013.