65立方液氨儲罐的設計 課程設計

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中北大學 課 程 設 計 說 明 書 學生姓名： 潘凱 學 號： 1102034232 學 院： 機械與動力工程學院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 題 目： （65）M3液氨儲罐設計 指導教師： 閆宏偉 、 孟江 職稱: 專業(yè)課老師 2014年06月16日 中北大學 課程設計任務書 2013/2014 學年 第 二 學期 學 院： 機械與動力工程學院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 學 生 姓 名： 潘凱 學 號： 1102034232 課程設計題目： （65）M3液氨儲罐設計 起 迄 日 期： 06 月 16 日～06月 27日 課程設計地點： 校內 指 導 教 師： 閆宏偉 、 孟江 基層教學組織負責人： 黃晉英 下達任務書日期: 2014年06月16日 課 程 設 計 任 務 書 1．設計目的： 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。 掌握查閱和綜合分析文獻資料的能力，進行設計方法和設計方案的可行性研究和論證。 掌握電算設計計算，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。 掌握工程圖紙的計算機繪圖。 2．設計內容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術參數(shù)、條件、設計要求等）： 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 2.032 MPa 由介質溫度確定 4 工作溫度 -20～48 ℃ 5 公稱容積（Vg） 65 M3 6 工作壓力波動情況 可不考慮 7 裝量系數(shù)(φV) 0.85 8 工作介質 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 a DN65 HG/T20592 RF 液氨進口管 b DN20 HG/T20592 RF 排污閥接口 c DN500 HG/T21518 RF 人 孔 d DN50 HG/T20592 RF 空氣進口管 e DN40 HG/T20592 RF 安全閥接管 f DN20 HG/T20592 RF 壓力表接口 g DN25 HG/T20592 RF 液位計接口 h DN65 HG/T20592 RF 液氨出口管 設計內容 1）設備工藝、結構設計； 2）設備強度計算與校核； 3）技術條件編制； 4）繪制設備總裝配圖； 5）編制設計說明書。 3．設計工作任務及工作量的要求〔包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等〕： 1）設計說明書： 主要內容包括：封面、設計任務書、目錄、設計方案的分析和擬定、各部分結構尺寸的設計計算和確定、設計總結、參考文獻等； 2）總裝配圖 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，結構表達要清楚、正確，圖面要整潔，文字書寫采用仿宋體、內容要詳盡，圖紙采用計算機繪制。 4．主要參考文獻： [1] 國家質量技術監(jiān)督局，GB150-1998《鋼制壓力容器》，中國標準出版社，1998 [2] 國家質量技術監(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，1999 [3] 全國化工設備設計技術中心站，《化工設備圖樣技術要求》，2000，11 [4] 鄭津洋、董其伍、桑芝富，《過程設備設計》，化學工業(yè)出版社，2001 [5] 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，2002 [6] 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 [7] 蔡紀寧主編，《化工設備機械基礎課程設計指導書》，化學工業(yè)出版社，2003年 5．設計成果形式及要求： 1）完成課程設計說明書一份； 2）草圖一張（A1圖紙一張） 3）總裝配圖一張 (A1圖紙一張)； 6．工作計劃及進度： 2014年06月16日：布置任務、查閱資料并確定設計方法和步驟 06月17、18、19、20日：機械設計計算（強度計算與校核）及技術條件編制 06月21日～06月24日：設計圖紙繪制（草圖和裝配圖） 06月25日～06月26日：撰寫設計說明書 06月27日：答辯及成績評定 基層教學負責人審查意見： 簽字： 年 月 日 目錄 第一章 前言 1.1存儲量……………………………………………………………… 1.2設備的選型及輪廓尺寸…………………………………………… 第二章 機械設計 2.1結構設計 2.1.1筒體及封頭設計 材料的選擇……………………………………………………… 筒體壁厚的設計計算…………………………………………… 封頭壁厚的設計計算…………………………………………… 第三章 接管及接管法蘭設計 接管尺寸選擇…………………………………………………… 管口表及連接標準……………………………………………… 接管法蘭的選擇 ……………………………………………… 墊片的選擇 …………………………………………………… 緊固件的選擇 ………………………………………………… 第四章 人孔的結構設計 密封面的選擇 ………………………………………………… 人孔的設計…………………………………………………… 核算開孔補強……………………………………………… 第五章 支座的設計 …………………………………………………… 支座的選擇……………………………………………………… 支座的位置…………………………………………………… 液面計及安全閥選擇………………………………………… 總體布局……………………………………………………… 焊接接頭設計………………………………………………… 第六章 強度校核………………………………………………………… 第七章參考文獻 ……………………………………………………… 第一章 前言 本設計是針對《過程設備設計》這門課程所安排的一次課程設計，是對這門課程的一次總結，要綜合運用所學的知識并查閱相關書籍完成設計。 本設計的液料為液氨，它是一種無色液體。氨作為一種重要的化工原料，應用廣泛。分子式NH3，分子量17.03，相對密度0.7714g/L，熔點-77.7℃，沸點-33.35℃，自燃點651.11℃，蒸汽壓1013.08kPa(25.7℃)。蒸汽與空氣混合物爆炸極限為16~25%（最易引燃濃度為17%）氨在20℃水中溶解度34%,25℃時,在無水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是許多元素和化合物的良好溶劑。水溶液呈堿性。液態(tài)氨將侵蝕某些塑料制品,橡膠和涂層。遇熱、明火，難以點燃而危險性極低，但氨和空氣混合物達到上述濃度范圍遇火和燃燒或爆炸，如有油類或其它可燃物存在則危險性極高。 設計基本思路：本設計綜合考慮環(huán)境條件、介質的理化性質等因素，結合給定的工藝參數(shù)，機械按容器的選材、壁厚計算、強度核算、附件選擇、焊縫標準的設計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、人孔接管、人孔補強、接管、管法蘭、液位計、鞍座、焊接形式進行了設計和選擇。設備的選擇大都有相應的執(zhí)行標準，設計時可以直接選用符合設計條件的標準設備零部件，也有一些設備沒有相應標準，則選擇合適的非標設備。 各項設計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設計有章可循，并考慮到結構方面的要求，合理地進行設計。 第二章 設計選材及結構 2.1 工藝參數(shù)的設定 2.1.1存儲量 由要求可初步確定儲罐需滿足儲存量 W=νρ=0.9650.56281000=3292㎏ 設計壓力 根據(jù)《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊》查得50℃蒸汽壓為2032.5kpa，可以判斷設計的容器為儲存內壓壓力容器，按《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，盛裝液化氣體無保冷設施的壓力容器，其設計壓力應不低于液化氣50℃時的飽和蒸汽壓力，而且查得當容器上裝有安全閥時，取1.05～1.1倍的工作壓力作為設計壓力；所以 ，屬于中壓容器[5]。 設計溫度為50攝氏度，在-20～200℃條件下工作屬于常溫容器。 筒體的選材及結構 根據(jù)液氨的物性選擇罐體材料，碳鋼對液氨有良好的耐蝕性腐蝕率在0.1㎜/年以下，且又屬于中壓儲罐，可以考慮Q245R和Q345R這兩種鋼材。如果純粹從技術角度看，建議選用Q245R類的低碳鋼板， Q345R鋼板的價格雖比20R貴，但在制造費用方面，同等重量設備的計價，Q345R鋼板為比較經(jīng)濟。所以在此選擇Q345R鋼板作為制造筒體和封頭材料。鋼板標準號為GB6654-2011。 筒體結構設計為圓筒形。因為作為容器主體的圓柱形筒體，制造容易，安裝內件方便，而且承壓能力較好，這類容器應用最廣。 封頭的結構及選材 封頭有多種形式，半球形封頭就單位容積的表面積來說為最小，需要的厚度是同樣直徑圓筒的二分之一，從受力來看，球形封頭是最理想的結構形式，但缺點是深度大，直徑小時，整體沖壓困難，大直徑采用分瓣沖壓其拼焊工作量也較大。橢圓形封頭的應力情況不如半球形封頭均勻，但對于標準橢圓形封頭與厚度相等的筒體連接時，可以達到與筒體等強度。它吸取了蝶形封頭深度淺的優(yōu)點，用沖壓法易于成形，制造比球形封頭容易，所以選擇橢圓形封頭，結構由半個橢球面和一圓柱直邊段組成。封頭取與筒體相同材料。 第三章 設計計算 3.1 筒體尺寸的計算 取L/Dn=4 算出=2731.6查標準并圓整取Dn=2800mm，查標準JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》中表B.1 EHA橢圓形封頭內表面積、容積，如下表1 表3.1：EHA橢圓形封頭內表面積、容積 公稱直徑Dn /mm 總深度H /mm 內表面積A/ 容積/ 2800 740 8.8503 3.1198 算出L=11200mm取L=12000mm,L/DN=4.29(在3～6之間) 滿足要求。查 《壓力容器材料使用手冊-碳鋼及合金鋼》得Q345R的密度為7.85t/m3，熔點為1430℃，許用應力列于下表： 表3.2 Q345R的許用應力 鋼號 板厚/㎜ 在下列溫度（℃）下的許用應力/ Mpa ≤20 100 150 200 250 300 Q345R 6～16 189 189 189 183 167 153 16～36 185 185 183 170 157 143 36～60 181 181 173 160 147 133 >60～100 181 181 167 150 137 123 圓筒的計算壓力為2.13 Mpa,容器筒體的縱向焊接接頭和封頭的拼接接頭都采用雙面焊或相當于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)為1.00,全部無損探傷。在板厚為16～36mm時取許用應力為185Mpa。液柱靜壓力gh=0.56639.82800=0.016Mpa 而ρgh∕2.12=0.1% <5%所以可以忽略。故筒體壁厚 查得鋼板厚度負偏差0.8,查材料腐蝕手冊得50℃下液氨對鋼板的腐蝕速率小于0.05㎜/年，所以雙面腐蝕取腐蝕裕量㎜。 所以設計厚度為： ㎜ 圓整后取名義厚度20㎜。 有效厚度mm 封頭尺寸的計算 標準橢圓形封頭a:b=2:1 由，得 封頭厚度計算公式 ： 可見封頭厚度近似等于筒體厚度，所以圓整后取δ=20mm，有效厚度查標準JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》得20mm標準橢圓封頭質量為1367.8kg。 圖1橢圓封頭 壓力試驗 水壓試驗，液體的溫度不得低于5℃； 試驗方法： 試驗時容器頂部應設排氣口，充液時應將容器內的空氣排盡，試驗過程中，應保持容器外表面的干燥。試驗時壓力應緩慢上升，達到規(guī)定試驗壓力后，保壓時間一般不少于30min。然后將壓力降至規(guī)定試驗壓力的80%，并保持足夠長的時間以便對所有焊接接頭和連接部位進行檢查。如有滲漏，修補后重新試驗。 水壓試驗時的壓力 水壓試驗的應力校核： 水壓試驗時的應力 水壓試驗時的許用應力為 故筒體滿足水壓試驗時的強度要求[1]。 第四章 附件選擇 4.1 人孔的選擇 人孔的作用：為了檢查壓力容器在使用過程中是否產(chǎn)生裂紋、變形、腐蝕等缺陷。 人孔的結構：既有承受壓力的筒節(jié)、端蓋、法蘭、密封墊片、緊固件等受壓元件，也有安置與啟閉端蓋所需要的軸、銷、耳、把手等非受壓件。 人孔類型：從是否承壓來看有常壓人孔和承壓人孔。從人孔所用法蘭類型來看，承壓人孔有板式平焊法蘭人孔、帶頸平焊法蘭人孔和帶頸對焊法蘭人孔，在人孔法蘭與人孔蓋之間的密封面，根據(jù)人孔承壓的高低、介質的性質，可以采用突面、凹凸面、榫槽面或環(huán)連接面。從人孔蓋的開啟方式及開啟后人孔蓋的所處位置看，人孔又可分為回轉蓋人孔、垂直吊蓋人孔和水平吊蓋人孔三種。 人孔標準HG21524-95規(guī)定Pn≥1.0Mpa時只能用帶頸平焊法蘭人孔或帶頸對焊法蘭人孔。 容器上開設人孔規(guī)定當Di>1000時至少設一個人孔，壓力容器上的開孔最好是圓形的，人孔公稱直徑最小尺寸為φ400㎜。 綜合考慮選擇回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔（HG/T21518-2005）, Φ48012公稱壓力Pn2.5、公稱直徑Dn450、=250、MFM型密封面、采用 Q345R材料。其尺寸下表 表4.1 人孔標準尺寸表 密封面型式 凹凸面MFM D 670 41 24 公稱壓力Pn MPa 2.5 620 46 螺柱數(shù)量 20 公稱直徑Dn 500 250 A 375 螺母數(shù)量 40 4812 121 B 175 螺柱尺寸 M332170 d 506 b 42 L 250 總質量kg 302 圖2人孔結構圖 開孔補強的計算 開孔補強結構：壓力容器開孔補強常用的形式可分為補強圈補強、厚壁管補強、整體鍛件補強三種。 補強圈補強是使用最為廣泛的結構形式，它具有結構簡單、制造方便、原材料易解決、安全、可靠等優(yōu)點。在一般用途、條件不苛刻的條件下，可采用補強圈補強形式。但必須滿足規(guī)定的條件。 壓力容器開孔補強的計算方法有多種，為了計算方便，采用等面積補強法，即殼體截面因開孔被削弱的承載面積，必須由補強材料予以等面積的補償。當補強材料與被削弱殼體的材料相同時，則補強面積等于削弱的面積。補強材料采用Q345R。根據(jù)GB150中8.3，當設計壓力小于或等于2.5MPa時，在殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑不大于89mm時，接管厚度滿足表4.2要求時，不另行補強。 表4.2 不另外補強的接管最小厚度 接管公稱外徑 25 32 38 45 48 57 65 76 89 最小厚度 3.5 4.0 5.0 6.0 4.2.1 補強設計方法判別 按HG/T2158-2005，選用回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔。 開孔直徑 ，在筒體上開孔，可用等面積進行開孔補強計算。 內壓容器開孔后所需的補強面積 式中 開孔直徑： ； 2強度削弱系數(shù)： 殼體開孔處的計算厚度 接管有效厚度： 則 4.2.2 有效補強范圍 殼體開孔后，在有效補強范圍內，可作為補強的截面積（包括來自殼體、接管、焊縫金屬、補強元件）根據(jù)GB/150式8-7得 有效寬度： B=Max()=1023.2mm 有效高度：根據(jù)GB/150式8-8 ，（實際外伸高度） 故=Max()=95.91mm （實際內伸高度） 4.2.3. 有效補強面積 有效補強寬度B=2d 筒體的有效厚度 筒體上多余金屬面積： =（1023.2-511.6）（17.5-16.21）-215.2(17.5-16.21)(1-0.92)=656.83 人孔接管上多余金屬面積： 接管計算厚度： 所以 焊縫金屬截面積： 按照GB985-80中角焊縫角尺寸的選擇規(guī)定當材料厚度為16～23mm時焊腳取8mm 所以 則有效補強面積： 比較的 滿足以下條件的可選用補強圈補強：剛材的標準常溫抗拉強度Mpa；補強圈厚度應小于或等于殼體壁厚的1.5倍；殼體名義厚度㎜；設計壓力；設計溫度℃?？芍驹O計滿足要求，則采用補強圈補強。 所需另行補強的面積為： 4.2.4補強圈的設計 為檢驗焊縫的緊密型，補強圈上鉆M10的螺孔一個，以通入壓縮空氣檢驗焊縫質量。按照根據(jù)焊接接頭分類，接管、人孔等與殼體連接的接頭，補強圈與殼體連接的接頭取D類焊縫。根據(jù)補強圈焊縫要求，并查得結構圖為帶補強圈焊縫T型接頭，補強圈坡口取D型（查《化工容器及設備簡明設計手冊》）。查標準JB/T4736-2002得補強圈外徑,內徑則取490㎜。 計算補強圈厚度： 查標準補強圈厚度取16㎜，由JB/T4736-2002查得補強圈質量為46.7kg。 4.3 接管及附件的選擇 4.3.1接管選擇： 容器接管一般應采用無縫鋼管，所以本設計筒體上接管材料均選擇無縫鋼管20（GB9948）。 查過程設備設計知當殼體上的開孔滿足下述全部要求時，可不另行補強。 設計壓力小于或等于2.5Mpa。 兩相鄰開孔中心的距離應不小于兩孔直徑之和的2倍。 接管公稱外徑小于或等于89㎜。 ④接管最小壁厚滿足以下要求 下表為不需另補強的尺寸要求 接管公稱外徑 25 32 38 45 48 57 65 76 89 最小厚度 3.5 4.0 5.0 6.0 根據(jù)《化工工藝設計手冊》查得在壓力在1.0到2.0Mpa時液氨流速約為2m/s，本設計要求流量約為3L/s根據(jù)初步確定進出料管直徑d=24mm。 根據(jù)要求查標準，液氨進出口接管取d7614公稱直徑為65mmm的接管，空氣進出管選用d5712公稱直徑為50mm的無縫鋼管，排污管用20（GB9948）無縫鋼管尺寸d256熱軋。排污管一端焊接在筒體下方，另一端用螺紋帽密封，制造便宜，操作方便。 表4.3接管尺寸表 序號 接管名稱 公稱直徑DN(mm) ds 材料 a 液氨進出口管 65 7614 20（GB9948） b 空氣進出口管 50 5712 20（GB99948） c 液位計接管 25 328 20(GB9948) d 壓力表接管 20 256 20(GB9948) e 人孔接管 450 48012 Q345（HG/T21518-2005） g 排污管 20 256 20(GB9948) F 安全閥接管 40 4510 20(GB9948) 可見以上所選接管都滿足不需另行補強的要求。 4.3.2管法蘭及螺栓的選擇： 由設計壓力2.13Mpa查HG20592-20635-97中PN2.5Mpa板式平焊鋼制管法蘭（PL）知板式平焊鋼制管法蘭的密封面形式有突面（RF）和全平面（FF）。 RF形式適用公稱壓力范圍為0.25～2.5Mpa而FF形式適用公稱壓力范圍為0.25～1.6Mpa,本設計壓力為2.13Mpa故采用板式平焊鋼制管法蘭（RF）形式。 鋼結構連接用螺栓性能等級分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余個等級，其中8.8級及以上螺栓材質為低碳合金鋼或中碳鋼并經(jīng)熱處理（淬火、回火），通稱為高強度螺栓，其余通稱為普通螺栓。根據(jù)設計要求選定法蘭后，則會得到與螺栓配套的螺栓。 查HG20592-20635-97《鋼制管法蘭》中PN2.5板式平焊法蘭選擇以接管公稱直徑一致的鋼制管法蘭，得各法蘭的尺寸和質量，詳細尺寸將見表4.4 表4.4法蘭尺寸 公稱直徑DN（mm） 接管外徑 法蘭外徑 法蘭厚度 法蘭內徑 破口寬度 密封面形式 螺栓孔直徑 螺栓數(shù) 法蘭質量 20 25 105 16 26 4 RF 14 4 0.94 25 32 115 16 33 5 RF 14 4 1.12 40 45 150 18 46 5 RF 18 4 2.12 50 57 165 20 59 5 RF 18 4 2.77 65 76 185 22 78 6 RF 18 8 3.46 450 480 670 50 485 12 MFM 36 20 57.6 法蘭材料選用Q345R 圖3 法蘭簡圖 4.3.3 壓力表的選擇 儀表類型的選用必須滿足工藝生產(chǎn)的要求。例如是否需要遠傳、自動記錄或報警；被側介質的性質（如被測介質的溫度高低、粘度大小、腐蝕性、臟污程度、是否易燃易爆等）是否對儀表提出特殊要求，現(xiàn)場環(huán)境條件（如濕度、溫度、磁場強度、振動等）對儀表類型的要求等。因此根據(jù)工藝要求正確地選用儀表類型是保證儀表正常工作及安全生產(chǎn)的重要前提。 化工行業(yè)所用的壓力表有多種型號，根據(jù)液氨的性質查《化工工藝設計手冊》常用的壓力表型號為YA-100,管螺紋M201.5,壓力表一端與帶有相應螺紋的接管一端旋合，接管另一端焊接在筒體適合的位置。 5.3螺栓（螺柱）的選擇 根據(jù)要求法蘭處用螺栓做緊固件，螺栓有多種材料和多種結構，選擇時應考慮到設計的適用性和安全性。 查HG/T 20613-2009 《鋼制管法蘭用緊固件》中表5.0.7-9和附錄中表A.0.1,得螺柱的長度和平墊圈尺寸： 表4.5 螺栓 緊固件用平墊圈 mm 公稱直徑 螺紋 螺柱長 h a 65 M16　 70 17 30 3 b 50 M16 70 17 30 3 c 450 M24 130 25 44 4 d 25 M12 50 13 24 2.5 e 40 M16 65 17 30 3 f 20 M12 50 13 24 2.5 4.3.5墊片的選擇 法蘭密封常用墊片，墊片有金屬墊片、非金屬墊片，合成墊片等多種，考慮經(jīng)濟性當非金屬墊片能滿足要求時首先使用非金屬墊片。 由本設計壓力和溫度要求查《化工工藝設計手冊》HG20606選用石棉橡膠墊片，其使用范圍PN≤4.0 Mpa,t≤290℃,密封形式為RF（突面）。其尺寸如表4.6 表4.6 墊片尺寸表 符號 法蘭公稱直徑mm 墊片內徑D1 墊片外徑D2 密封形式 墊片材料 墊片厚度 mm a 20 25 58 RF 石棉橡膠 1.5 b 25 32 68 RF 石棉橡膠 1.5 C 40 45 88 RF 石棉橡膠 1.5 d 50 57 102 RF 石棉橡膠 1.5 e 65 76 122 RF 石棉橡膠 1.5 f 450 478 555 RF 石棉橡膠 3 圖4 墊片結構圖 4.3.4安全閥的選擇 查《化工工藝設計手冊》知液氨常用安全閥有A21H-40其公稱直徑是15mm到25mm公稱壓力為1.6-4.0Mpa使用溫度t≤200℃和A41H-40其公稱直徑為32mm到48mm公稱壓力為1.3到4.0Mpa,使用溫度t≤300℃。 根據(jù)本設計要求選用公稱直徑為40mm的彈簧封閉微啟式安全閥，材料為不銹鋼。 圖6安全閥結構 4.3.3液面計的設計 液面計的種類很多，常用的有玻璃板液面計和玻璃板液面計。它們都是外購的標準件，只需要選用。玻璃板液面計有三種：透光式玻璃板液面計、反射式玻璃板液面計、視鏡式玻璃板液面計。 根據(jù)設計要求選用查標準HG21589.-1995選用透光式玻璃板液面計，型號T；利用連通器原理，通過液面計的玻璃板視窗可以觀察容器內部液面位置的變動情況。結構形式：保溫型W,鋼板Q345. 圖 5磁性液面計 4.7 鞍座的選擇 鞍座結構和材料的選取 臥式容器的支座有三種形式：鞍座、圈座、和支腿，常見的臥式容器和大型臥式儲罐、換熱器等多采用鞍座，它是應用得最為廣泛的一種臥式容器支座。置于支座上的臥式容器，其情況和梁相似，有材料力學分析可知，梁彎曲產(chǎn)生的應力與支點的數(shù)目和位置有關。當尺寸和載荷一定時多支點在梁內產(chǎn)生的應力較小，因此支座數(shù)目似乎應該多些好。但對于大型臥式容器而言，當采用多支座時，如果各支座的水平高度有差異或地基沉陷不均勻，或殼體不直不圓等微小差異以及容器不同部位受力撓曲的相對變形不同，是支座反力難以為個支點平均分攤，導致課題應力增大，因而體現(xiàn)不出多制作的優(yōu)點，故一般情況采用雙支座。此外，臥式容器由于溫度或載荷變化時都會產(chǎn)生軸向的伸縮，因此容器兩端的支座不能都固定在基礎上，必須有一端能在基礎上滑動，以避免產(chǎn)生過大的附加應力。通常的做法是將一個支座上的地腳螺栓孔做成長圓形，并且螺母不上緊，使其成為活動支座，而另一支座仍為固定支座。 所以本設計就采用這種支座結構。根據(jù)設備的公稱直徑和容器的重量參照鞍座標準JB/T4712-2011選取鞍座結構及尺寸。鞍座的材料（除加強墊板除外）為Q235-A，加強墊板的材料應與設備殼體材料相同為Q345。 4.7.2鞍座位置的確定 雙鞍座臥式容器的受力狀態(tài)可簡化為受均布載荷的外伸梁，由材料力學知，當外伸長度A=0.207L時，跨度中央的彎矩與支座截面處的彎矩絕對值相等，所以一般近似取,其中L取兩封頭切線間距離，A為鞍座中心線至封頭切線間距離。 A≤0.2L=0.2﹙12000+252)=2410 當鞍座鄰近封頭時，則封頭對支座處筒體有加強剛性的作用。為了充分利用這一加強效應，在滿足下應盡量使. A≤0.5()=710.23 綜合以上取A=710mm 則兩鞍座間距S=(L+2h)-2A=10710mm,鞍座位置及結構如下圖所示。 圖5鞍座位置及結構 4.7.3鞍座載荷計算 筒體的質量：查得圓筒體材料Q345密度ρ=7850㎏/m,筒體長度加上封頭的直邊長度為12.04m,則 =3.142.8(12+0.04) 0.0207850=5935.48 封頭的質量:根據(jù)封頭的名義厚度查得2:1標準橢圓形封頭理論質量為1367.8㎏。故=1367.82=2735.6kg 水壓試驗時水的質量：由常用壓力容器手冊查得公稱直徑2800mm厚20mm的標準橢圓封頭的容積為3.1198,則容器容積為： 水重 =80.091000=80090㎏。 附件的質量：人孔重245kg,人孔補強重46.7kg,進出料管約100kg,液面計、安全閥、排污閥等附件總質量約為120kg.故=511.7kg 所以設備總質量為89248.36kg.即G=9.8mg874.63kN[1,3,5]. 每個鞍座所受支座反力F=437.32KN 鞍座尺寸標準 查JB/T4712.1-4712.4-2007選公稱直徑DN=2800mm輕型(A),120包角、焊制、帶墊板，高度為250mm的鞍座，允許載荷Q445kN>437.32kN。 由公稱直徑查《壓力容器與化工設備實用手冊》得具體尺寸如下表： 表4.7 鞍座標準尺寸表 公稱直徑 DN 2800 腹板 10 墊板 430 允許載荷 Q/kN 295 筋板 295 10 鞍座高度 h 250 260 e 80 底板 1280 260 螺栓間距 1120 220 8 螺孔/孔長/螺紋 D/l 24/40 M20 12 墊板 弧長 2100 鞍座質量 Kg 162 第五章 容器焊縫標準 壓力容器焊接結構設計要求 焊縫分散原則；避免焊縫多條相交原則；對稱質心布置原則；避開應力復雜區(qū)或應力峰值去原則；對接鋼板的等厚連接原則；接頭設計的開敞性原則；焊接坡口的設計原則（焊縫填充金屬盡量少；避免產(chǎn)生缺陷；焊縫坡口對稱；有利于焊接防護；焊工操作方便；復合鋼板的坡口應有利于減少過渡層焊縫金屬的稀釋率）。 筒體與橢圓封頭的焊接接頭 壓力容器受壓部分的焊接接頭分為A、B、C、D四類，查得封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭采用A類焊縫。 焊接方法：采用手工電弧焊，其原理是利用電弧熱量融化焊條和母材，由融化的金屬結晶凝固而形成接縫，焊接材料為碳鋼、低合金鋼、不銹鋼，應用范圍廣，適用短小焊縫及全位置施焊，可適用在靜止、沖擊和振動載荷下工作的堅固密實的焊縫焊接，這種方法靈活方便，適應性強，設備簡單，維修方便，生產(chǎn)率低，勞動強度高。 封頭與圓筒等厚采用對接焊接。平行長度任取。坡口形式為Y型坡口。 根據(jù)Q345R的抗拉強度=490Mpa和屈服點=325Mpa選擇E50系列（強度要求：≥490Mpa；≥400Mpa）的焊條，型號為E5014.該型號的焊條是鐵粉鈦型藥皮（藥皮成分：氧化鈦30%，加鐵粉），適用于全位置焊接，熔敷效率較高，其結構如下圖 Y型坡口 筒體和封頭的焊接：δ=6~20 α=60~70 b=0~2 p=2 ~3 管法蘭與接管的焊接接頭 管法蘭與接管焊接接頭形式和尺寸參照標準HG20605-97,根據(jù)公稱通經(jīng)選擇相應的坡口寬度結構如附圖中為幾種常用的管法蘭與結接管焊接形式的局部放大圖。 接管與殼體的焊接接頭 本設計除人孔接管帶補強圈外其它接管都是不帶補強圈的插入式接管，接管插入殼體，接管與殼體間的焊接有全焊透和部分焊頭兩種，它們的焊接接頭均屬T形或角接接頭。選擇HG20583-1998標準中代號為G2的接頭形式，基本尺寸為；；；，且，它適用于，，因為所選接管的厚度都為殼體厚度的一半，殼體的厚度為24mm，所以符合要求。選擇全焊透工藝，可用于交變載荷，低溫及有較大溫度梯度工況。如附圖中的局部放大圖所示[4,5]。 圖5.1帶補強圈焊接接頭結構 β=50+5＝302 b=2+0.5,＝51,＝δt ,=﹙≤8) k＝0.7 6各附件接管的布局 為了便于操作及考慮到開孔的安全性要求，本設計中將安全閥接管、進料接管、壓力表接管、人孔接管、放空口接管成直線依次布局在筒體上方，其中安全閥、壓力表、進料管以及左右接管和筒體左右直邊間的距離均為800mm，人孔接管與放空管間距離為2000mm,壓力表與人孔接管間距離為2800mm。 排污口接管和出料管布置在筒體下方，排污口接管在左封頭與左支座之間，距左封頭直邊200mm處，出料管在右封頭直邊與右支座之間距右封頭直邊250mm處。 進料管內伸長度為1650mm，排污管和出料管內伸長度為0，其余的接管內伸長度均為10mm,其中排污管和出料管外伸長度為150mm，人孔接管外伸長度為250mm，液面計外伸長度300mm,其余接管外伸長度均為200mm,具體布局見裝配圖。 第六章 校核計算（用SW6軟件） 7.1封頭的校核 內壓橢圓封頭校核 計算單位 壓力容器專用計算軟件 計算條件 橢圓封頭簡圖 計算壓力Pc 2.13 MPa 設計溫度t 50.00 C 內徑Di 2800.00 mm 曲面高度hi 450.00 mm 材料 Q345R(熱軋) (板材) 設計溫度許用應力 [s]t 185.00 MPa 試驗溫度許用應力 [s] 185.00 MPa 鋼板負偏差C1 0.80 mm 腐蝕裕量C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.90 厚度及重量計算 形狀系數(shù) K = = 1.0000 計算厚度 d = = 16.21 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 17.70 mm 最小厚度 dmin = 6.00 mm 名義厚度 dn = 19.01 mm 結論 滿足最小厚度要求 重量 1367.8 Kg 壓 力 計 算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 2.09840 MPa 結論 合格 6.2筒體的校核 內壓圓筒校核 計算單位 壓力容器專用計算軟件 計算條件 筒體簡圖 計算壓力Pc 2.13 MPa 設計溫度t 50.00 C 內徑Di 2800.00 mm 材料 Q345R(熱軋) ( 板材 ) 試驗溫度許用應力 [s] 185.00 MPa 設計溫度許用應力 [s]t 185.00 MPa 試驗溫度下屈服點 ss 345.00 MPa 鋼板負偏差C1 0.80 mm 腐蝕裕量C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.90 厚度及重量計算 計算厚度 d = = 16.21 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 17.7 mm 名義厚度 dn = 19.01 mm 重量 5935.48 Kg 壓力試驗時應力校核 壓力試驗類型 液壓試驗 試驗壓力值 PT = 1.25P = 2.7000 (或由用戶輸入) MPa 壓力試驗允許通過 的應力水平 [s]T [s]T 0.90 ss = 310.50 MPa 試驗壓力下 圓筒的應力 sT = = 174.92 MPa 校核條件 sT [s]T 校核結果 合格 壓力及應力計算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 2.91731 MPa 設計溫度下計算應力 st = = 137.99 MPa [s]tf 189.00 MPa 校核條件 [s]tf ≥st 結論 合格 6.3接管的校核 開孔補強計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 接 管: A1, φ7614 計 算 方 法 : GB150-1998等 面 積 補 強 法, 單 孔 設 計 條 件 簡 圖 計算壓力pc 2.13 MPa 設計溫度 50 ℃ 殼體型式 圓形筒體 殼體材料 名稱及類型 Q345R(熱軋) 板材 殼體開孔處焊接接頭系數(shù)φ 0.9 殼體內直徑Di 21800 mm 殼體開孔處名義厚度δn 20 mm 殼體厚度負偏差C1 0.8 mm 殼體腐蝕裕量C2 2 mm 殼體材料許用應力[σ]t 185 MPa 接管實際外伸長度 200 mm 接管實際內伸長度 10 mm 接管材料 20(GB9948) 接管焊接接頭系數(shù) 0.9 名稱及類型 管材 接管腐蝕裕量 2 mm 補強圈材料名稱 凸形封頭開孔中心至 封頭軸線的距離 mm 補強圈外徑 mm 補強圈厚度 mm 接管厚度負偏差C1t 1.75 mm 補強圈厚度負偏差C1r mm 接管材料許用應力[σ]t 150.1 MPa 補強圈許用應力[σ]t MPa 開 孔 補 強 計 算 殼體計算厚度δ 10.2 mm 接管計算厚度δt 0.343 mm 補強圈強度削弱系數(shù) frr 0 接管材料強度削弱系數(shù) fr 0.794 開孔直徑d 55.5 mm 補強區(qū)有效寬度B 115.5 mm 接管有效外伸長度h1 27.87 mm 接管有效內伸長度h2 8 mm 開孔削弱所需的補強面積A 609.1 mm2 殼體多余金屬面積A1 212 mm2 接管多余金屬面積A2 543.6 mm2 補強區(qū)內的焊縫面積A3 36 mm2 A1+A2+A3=791.5 mm2 ，大于A，不需另加補強。 補強圈面積A4 mm2 A-(A1+A2+A3) mm2 結論: 補強滿足要求,不需另加補強。  開孔補強計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 接 管: A2, φ7614 計 算 方 法 : GB150-1998等 面 積 補 強 法, 單 孔 設 計 條 件 簡 圖 計算壓力pc 2.13 MPa 設計溫度 50 ℃ 殼體型式 圓形筒體 殼體材料 名稱及類型 Q345R(熱軋) 板材 殼體開孔處焊接接頭系數(shù)φ 0.9 殼體內直徑Di 2800 mm 殼體開孔處名義厚度δn 20 mm 殼體厚度負偏差C1 0.80 mm 殼體腐蝕裕量C2 2 mm 殼體材料許用應力[σ]t 185 MPa 接管實際外伸長度 150 mm 接管實際內伸長度 0 mm 接管材料 20(GB9948) 接管焊接接頭系數(shù) 0.9 名稱及類型 管材 接管腐蝕裕量 2 mm 補強圈材料名稱 凸形封頭開孔中心至 封頭軸線的距離 mm 補強圈外徑 mm 補強圈厚度 mm 接管厚度負偏差C1t 1.75 mm 補強圈厚度負偏差C1r mm 接管材料許用應力[σ]t 150.1 MPa 補強圈許用應力[σ]t MPa 開 孔 補 強 計 算 殼體計算厚度δ 10.2 mm 接管計算厚度δt 0.343 mm 補強圈強度削弱系數(shù) frr 0 接管材料強度削弱系數(shù) fr 0.794 開孔直徑d 55.5 mm 補強區(qū)有效寬度B 115.5 mm 接管有效外伸長度h1 27.87 mm 接管有效內伸長度h2 0 mm 開孔削弱所需的補強面積A 609.1 mm2 殼體多余金屬面積A1 212 mm2 接管多余金屬面積A2 438.7 mm2 補強區(qū)內的焊縫面積A3 36 mm2 A1+A2+A3=686.7 mm2 ，大于A，不需另加補強。 補強圈面積A4 mm2 A-(A1+A2+A3) mm2 結論: 補強滿足要求,不需另加補強。  開孔補強計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 接 管: A3, φ5712 計 算 方 法 : GB150-1998等 面 積 補 強 法, 單 孔 設 計 條 件 簡 圖 計算壓力pc 2.13 MPa 設計溫度 50 ℃ 殼體型式 圓形筒體 殼體材料 名稱及類型 Q345R(熱軋) 板材 殼體開孔處焊接接頭系數(shù)φ 0.9 殼體內直徑Di 2800 mm 殼體開孔處名義厚度δn 20 mm 殼體厚度負偏差C1 0.80 mm 殼體腐蝕裕量C2 2 mm 殼體材料許用應力[σ]t 185 MPa 接管實際外伸長度 200 mm 接管實際內伸長度 10 mm 接管材料 20(GB9948) 接管焊接接頭系數(shù) 0.9 名稱及類型 管材 接管腐蝕裕量 2 mm 補強圈材料名稱 凸形封頭開孔中心至 封頭軸線的距離 mm 補強圈外徑 mm 補強圈厚度 mm 接管厚度負偏差C1t 1.5 mm 補強圈厚度負偏差C1r mm 接管材料許用應力[σ]t 150.1 MPa 補強圈許用應力[σ]t MPa 開 孔 補 強 計 算 殼體計算厚度δ 10.2 mm 接管計算厚度δt 0.236 mm 補強圈強度削弱系數(shù) frr 0 接管材料強度削弱系數(shù) fr 0.794 開孔直徑d 40 mm 補強區(qū)有效寬度B 96 mm 接管有效外伸長度h1 21.91 mm 接管有效內伸長度h2 8 mm 開孔削弱所需的補強面積A 443.7 mm2 殼體多余金屬面積A1 199.5 mm2 接管多余金屬面積A2 370.2 mm2 補強區(qū)內的焊縫面積A3 36 mm2 A1+A2+A3=605.7 mm2 ，大于A，不需另加補強。 補強圈面積A4 mm2 A-(A1+A2+A3) mm2 結論: 補強滿足要求,不需另加補強。  開孔補強計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 接 管: A4, φ4510 計 算 方 法 : GB150-1998等 面 積 補 強 法, 單 孔 設 計 條 件 簡 圖 計算壓力pc 2.13 MPa 設計溫度 50 ℃ 殼體型式 圓形筒體 殼體材料 名稱及類型 Q345R(熱軋) 板材 殼體開孔處焊接接頭系數(shù)φ 0.9 殼體內直徑Di 2800 mm 殼體開孔處名義厚度δn 20 mm 殼體厚度負偏差C1 0.80 mm 殼體腐蝕裕量C2 2 mm 殼體材料許用應力[σ]t 185 MPa 接管實際外伸長度 200 mm 接管實際內伸長度 10 mm 接管材料 20(GB9948) 接管焊接接頭系數(shù) 0.9 名稱及類型 管材 接管腐蝕裕量 2 mm 補強圈材料名稱 凸形封頭開孔中心至 封頭軸線的距離 mm 補強圈外徑 mm 補強圈厚度 mm 接管厚度負偏差C1t 1.25 mm 補強圈厚度負偏差C1r mm 接管材料許用應力[σ]t 150.1 MPa 補強圈許用應力[σ]t MPa 開 孔 補 強 計 算 殼體計算厚度δ 10.2 mm 接管計算厚度δt 0.179 mm 補強圈強度削弱系數(shù) frr 0 接管材料強度削弱系數(shù) fr 0.794 開孔直徑d 31.5 mm 補強區(qū)有效寬度B 83.5 mm 接管有效外伸長度h1 17.75