55立方米液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

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課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 系 別： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 過(guò)程裝備與控制工程 題 目： 55M3液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 職稱: 副教授 年06月29日 學(xué)年 第 二 學(xué)期 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2014/2015 學(xué)年 第 二 學(xué)期 系 別： 機(jī)械工程 專 業(yè)： 過(guò)程裝備與控制工程 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 課程設(shè)計(jì)題目： 55M3液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 06 月 29日～07月 10日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 校內(nèi) 指 導(dǎo) 教 師： 系 主 任： 下達(dá)任務(wù)書日期: 2015年06月29日  任 務(wù) 書 1．設(shè)計(jì)目的： 1) 使用國(guó)家最新壓力容器標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，掌握典型過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)的全過(guò)程。 2) 掌握查閱、綜合分析文獻(xiàn)資料的能力，進(jìn)行設(shè)計(jì)方法和方案的可行性研究和論證。 3) 掌握電算設(shè)計(jì)計(jì)算，要求設(shè)計(jì)思路清晰，計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，且正確掌握計(jì)算機(jī)操作和專業(yè)軟件的使用。 4) 掌握工程圖紙的計(jì)算機(jī)繪圖。 2．設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）： 1． 原始數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)條件表 序號(hào) 項(xiàng) 目 數(shù) 值 單 位 備 注 1 名 稱 液化石油氣儲(chǔ)罐 2 用 途 液化石油氣儲(chǔ)配站 3 最高工作壓力 1.947 MPa 由介質(zhì)溫度確定 4 工作溫度 -20～48 ℃ 5 公稱容積（Vg） 10/20/25/40/50 M3 47.7 6 工作壓力波動(dòng)情況 可不考慮 7 裝量系數(shù)(φV) 0.9 8 工作介質(zhì) 液化石油氣（易燃） 9 使用地點(diǎn) 室外 10 安裝與地基要求 儲(chǔ)罐底壁坡度0.01～0.02 11 其它要求 100/100探傷 管口表 接管代號(hào) 公稱尺寸 連接尺寸標(biāo)準(zhǔn) 連接面形式 用途或名稱 a 32 HG20592-1997 MFM 液位計(jì)接口 b 80 HG20592-1997 MFM 放氣管 c 500 HG/T21514-2005 MFM 人 孔 d 80 HG20592-1997 MFM 安全閥接口 e 80 HG20592-1997 MFM 排污管 f 80 HG20592-1997 MFM 液相出口管 g 80 HG20592-1997 MFM 液相回流管 h 80 HG20592-1997 MFM 液相進(jìn)口管 i 80 HG20592-1997 MFM 氣相管 j 20 HG20592-1997 MFM 壓力表接口 k 20 HG20592-1997 MFM 溫度計(jì)接口 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 2．設(shè)計(jì)內(nèi)容 1）設(shè)備工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 2）設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算與校核； 3）技術(shù)條件編制； 4）繪制設(shè)備總裝配圖； 5）編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 3．設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等〕： 1）設(shè)計(jì)說(shuō)明書： 主要內(nèi)容包括：封面、設(shè)計(jì)任務(wù)書、目錄、設(shè)計(jì)方案的分析和擬定、各部分結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算和確定、設(shè)計(jì)總結(jié)、參考文獻(xiàn)等； 2）總裝配圖 設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)遵循國(guó)家機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)和化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求有關(guān)規(guī)定，圖面布置要合理，結(jié)構(gòu)表達(dá)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(jì)算機(jī)繪制。 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 4．主要參考文獻(xiàn)： [1] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，GB150-1998《鋼制壓力容器》，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998 [2] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，1999 [3] 全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站，《化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求》，2000，11 [4] 鄭津洋、董其伍、桑芝富，《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2001 [5] 黃振仁、魏新利，《過(guò)程裝備成套技術(shù)設(shè)計(jì)指南》，化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [6] 國(guó)家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院，《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》，化學(xué)工業(yè)出版社，1996 [7] 蔡紀(jì)寧主編，《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年 5．設(shè)計(jì)成果形式及要求： 1）完成課程設(shè)計(jì)說(shuō)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(jì)劃及進(jìn)度： 2015年6月24日：布置任務(wù)、查閱資料并確定設(shè)計(jì)方法和步驟 6月24日～6月26日：機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算（強(qiáng)度計(jì)算與校核）及技術(shù)條件編制 6月27日～7月2日：設(shè)計(jì)圖紙繪制（草圖和裝配圖） 7月3日～7月9日：撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書 7月10日：答辯及成績(jī)?cè)u(píng)定 系主任審查意見(jiàn)： 簽字： 年 月 日 目 錄 第一章、工藝設(shè)計(jì)1 1.液化石油氣參數(shù)的確定1 2.設(shè)計(jì)溫度1 3.設(shè)計(jì)壓力1 4.設(shè)計(jì)儲(chǔ)量1 第二章、機(jī)械設(shè)計(jì) 2 1、筒體和封頭的設(shè)計(jì)2 a、筒體設(shè)計(jì)2 b、封頭設(shè)計(jì)2 第三章、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 1、液柱靜壓力3 2、接管，法蘭，墊片和螺栓的選擇 3 a、接管和法蘭3 b、墊片的選擇6 c、螺栓（螺柱）的選擇7 3、人孔的設(shè)計(jì)8 a、人孔的選取8 b、人孔補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)10 4、視鏡設(shè)計(jì)10 5、液面計(jì)設(shè)計(jì)11 6、安全閥設(shè)計(jì)12 7、鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12 a、鞍座選型12 b、鞍座位置的確定13 8、焊接接頭的設(shè)計(jì)14 a、筒體和封頭的焊接14 b、接管與筒體的焊接14 第四章 容器強(qiáng)度的校核核15 第一章 工藝設(shè)計(jì) 1、液化石油氣參數(shù)的確定 液化石油氣的主要組成部分由于石油產(chǎn)地的不同，各地石油氣組成成分也不同。取其大致比例如下： 表1-1液化石油氣組成成分 組成成分 異辛烷 乙烷 丙烷 異丁烷 正丁烷 異戊烷 正戊烷 乙炔 各成分百分比 0.01 2.25 49.3 23.48 21.96 3.79 1.19 0.02 2、設(shè)計(jì)溫度 根據(jù)本設(shè)計(jì)工藝要求，使用地點(diǎn)為太原市的室外，用途為液化石油氣儲(chǔ)配站工作溫度為-20—40℃，介質(zhì)為易燃易爆的氣體。 從表中我們可以明顯看出,溫度從50℃降到-25℃時(shí),各種成分的飽和蒸氣壓力下降的很厲害,可以推斷,在低溫狀態(tài)下,由飽和蒸氣壓力引起的應(yīng)力水平不會(huì)很高。 由上述條件選擇危險(xiǎn)溫度為設(shè)計(jì)溫度。為保證正常工作，對(duì)設(shè)計(jì)溫度留一定的富裕量。所以，取最高設(shè)計(jì)溫度t=50℃，最低設(shè)計(jì)溫度t=﹣25℃。根據(jù)儲(chǔ)罐所處環(huán)境，最高溫度為危險(xiǎn)溫度，所以選t=50℃為設(shè)計(jì)溫度。 3、設(shè)計(jì)壓力 該儲(chǔ)罐用于液化石油氣儲(chǔ)配供氣站，因此屬于常溫壓力儲(chǔ)存。工作壓力為相應(yīng)溫度下的飽和蒸氣壓。因此，不需要設(shè)保溫層。 對(duì)于設(shè)計(jì)溫度下各成分的飽和蒸氣壓力如下： 表1-2各溫度下各組分的飽和蒸氣壓力 溫度，℃ 飽和蒸汽壓力，MPa 異辛烷 乙烷 丙烷 異丁烷 正丁烷 異戊烷 正戊烷 乙炔 -25 0 1.3 0.2 0.06 0.04 0.025 0.007 0 -20 0 1.38 0.27 0.075 0.048 0.03 0.009 0 0 0 2.355 0.466 0.153 0.102 0.034 0.024 0 20 0 3.721 0.833 0.294 0.205 0.076 0.058 0 50 0 7 1.744 0.67 0.5 0.2 0.16 0.0011 有上述分壓可計(jì)算再設(shè)計(jì)溫度t=50℃時(shí)，總的高和蒸汽壓力 P==0.01%0+2.25%7+47.3%1.744+23.48%0.67+21.96%0.5+3.79%0.2+1.19%0.16+0.02%0.0011=1.947 MPa 因?yàn)椋篜異丁烷（0.2）45m且比較接近，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、液柱靜壓力： 根據(jù)設(shè)計(jì)為臥式儲(chǔ)罐，所以儲(chǔ)存液體最大高度h max≤D=2400mm。 P靜（max）=ρgh max≤ρgD=5009.82.3=11.27Kpa %＜5%則P靜可以忽略不記。 圓筒厚度的設(shè)計(jì)： 根據(jù)介質(zhì)的易燃易爆、有毒、有一定的腐蝕性等特性，存放溫度為-20~48℃，最高工作壓力等條件。根據(jù)GB150-1998表4-1，選用筒體材料為低合金鋼16MnR（鋼材標(biāo)準(zhǔn)為GB6654）[σ]t=185MPa。選用16MnR為筒體材料，適用于介質(zhì)含有少量硫化物，具有一定腐蝕性，壁厚較大（≥8mm）的壓力容器。根據(jù)GB150，初選厚度為6~25mm，最低沖擊試驗(yàn)溫度為-20℃，熱軋?zhí)幚怼? ∴ ∵ 對(duì)于低碳鋼和低合金鋼，需滿足腐蝕裕度C2≥1mm，取C2=2mm 查標(biāo)準(zhǔn)HG20580-1998《鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定》表7-1知，鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.25mm。而當(dāng)鋼材的厚度負(fù)偏差不大于0.25mm，且不超過(guò)名義厚度的6%時(shí)，負(fù)偏差可以忽略不計(jì)，故取C1=0。 ∴ δd=δ+C2=16.02+2=18.02mm ， δn=δd+C1=18.83+0=18.02mm 圓整后取名義厚度δn=19mm ，[σ]t沒(méi)有變化，故取名義厚度19mm合適。 橢圓封頭厚度的設(shè)計(jì)： 為了得到良好的焊接工藝，封頭材料的選擇同筒體設(shè)計(jì)，同樣采用16MnR。 ∴ 同理，選取C2=2 mm ，C1=0 mm 。 ∴ δn=δ+C1+C2=14.94+2+0=16.94mm 圓整后取名義厚度為δn=18mm 跟筒體一樣，選擇厚度為20mm的16MnR材料合適。 2、接管，法蘭，墊片和螺栓的選擇 a、接管和法蘭 液化石油氣儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置排污口，氣相平衡口，氣相口，出液口，進(jìn)液口，人孔，液位計(jì)口，溫度計(jì)口，壓力表口，安全閥口，排空口。 根據(jù)《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)》PN=2.5MPa時(shí)，可選接管公稱通徑DN=80mm。 根據(jù)設(shè)計(jì)壓力PN=1.9184MPa，查HG/T 20592-97《鋼制管法蘭》表4-4，選用PN2.5MPa帶頸平焊法蘭（SO），由介質(zhì)特性和使用工況，查密封面型式的選用，表3.0.2。選擇密封面型式為突面（RF），壓力等級(jí)為1.0~4.0MPa，接管法蘭材料選用16MnR。根據(jù)各接管公稱通徑，查表4-4得各法蘭的尺寸。 圖3-1筒體整體、接管、人孔分布圖 圖3-2帶頸平焊鋼制管法蘭 法蘭尺寸如表： 表3-1法蘭尺寸 序號(hào) 名稱 公稱通徑 DN 鋼管外徑 B 連接尺寸 法蘭厚度 C 法蘭高度 H 法蘭頸 法蘭內(nèi)徑 B1 坡口寬度 b 法蘭理論質(zhì)量 kg 法蘭外徑 D 螺栓孔中心圓直徑 K 螺栓孔直徑 L 螺栓孔數(shù)量 n 螺栓 Th B系列 a 液位計(jì)口 32 38 140 100 18 8 M16 18 30 60 39 5 2.02 b 放氣管 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 4.86 d 安全閥口 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 4.86 e 排污口 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 4.86 f 液相出口 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 4.86 g 液相回流管 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 4.86 h 液相進(jìn)口 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 4.86 i 氣相管 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 4.86 j 壓力表口 20 25 105 75 14 4 M12 16 26 45 26 4 1.03 k 溫度計(jì)口 20 25 105 75 14 4 M12 16 26 45 26 4 1.03 接管外徑的選用以B國(guó)內(nèi)沿用系列（公制管）為準(zhǔn)，對(duì)于公稱壓力0.25≤PN≤25MPa的接管，查《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)》普通無(wú)縫鋼管，選材料為16MnR。對(duì)應(yīng)的管子尺寸如下如表： 表3-2 管子尺寸 序號(hào) 名稱 公稱直徑 管子外徑 數(shù)量 管口伸出量 管子壁厚 伸長(zhǎng)量質(zhì)量（kg） a 液位計(jì)管 32 38 2 100 3.5 0.447 b 放氣管 80 89 1 150 4 1.26 d 安全閥 80 89 1 150 4 1.26 e 排污口 80 89 1 150 4 1.26 f 液相出口 80 89 1 150 4 1.26 g 液相回流管 80 89 1 150 4 1.26 h 液相進(jìn)口 80 89 1 150 4 1.26 i 氣相管 80 89 1 150 4 1.26 j 壓力表口 20 25 1 100 3 0.244 k 溫度計(jì)口 20 25 1 100 3 0.244 b、 墊片的選擇 查《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》，表4.0.2-3凹凸面法蘭用MFM型墊片尺寸，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力為Pc=1.9184MPa，采用金屬包覆墊片，選擇法蘭的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。金屬材料為純鋁板L3，標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3880，最高工作溫度200℃，最大硬度40HB。填充材料為非石棉纖維橡膠板，代號(hào)為NAS，最高工作溫度為290℃。得對(duì)應(yīng)墊片尺寸如表： 圖3-3凹凸面型墊片 表3-3墊片尺寸 符號(hào) 管口名稱 公稱直徑DN(mm) 內(nèi)徑 D1(mm) 外徑 D2(mm) 厚度 δ(mm) a 液位計(jì)口 32 61.5 82 3 b 放氣管 80 120 142 3 c 人孔 500 530 575 3 d 安全閥 80 120 142 3 e 排污口 80 120 142 3 f 液相出口 80 120 142 3 g 液相回流管 80 120 142 3 h 液相進(jìn)口 80 120 142 3 i 氣相管 20 45.5 61 3 j 壓力表口 20 45.5 61 3 k 溫度計(jì)口 20 45.5 61 3 c、 螺栓（螺柱）的選擇 根據(jù)密封所需壓緊力大小計(jì)算螺栓載荷，選擇合適的螺柱材料。計(jì)算螺栓直徑與個(gè)數(shù)，按螺紋和螺栓標(biāo)準(zhǔn)確定螺栓尺寸。選擇螺栓材料為Q345。 查《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》中表5.0..07-9和附錄中標(biāo)A.0.1，得螺柱的長(zhǎng)度和平墊圈尺寸： 圖3-4雙頭螺柱 圖3-5螺母 表3-4 螺栓及墊圈尺寸 名稱 管口名稱 公稱直徑 螺紋 螺柱長(zhǎng) 緊固件用平墊圈 mm d1 d2 h a 液位計(jì)管 32 M16 85 17 30 3 b 放氣管 80 M16 100 17 30 3 d 安全閥 80 M16 100 17 30 3 e 排污口 80 M16 100 17 30 3 f 液相出口 80 M16 100 17 30 3 g 液相回流管 80 M16 100 17 30 3 h 液相進(jìn)口 80 M16 100 17 30 3 i 氣相管 80 M16 100 17 30 3 j 壓力表口 20 M12 75 13 24 2.5 k 溫度計(jì)口 20 M12 75 13 24 2.5 3、人孔的設(shè)計(jì) a、人孔的選取 查《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)》，因筒體長(zhǎng)度9100>9000mm，需開(kāi)兩個(gè)人孔，可選回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔，。 由使用地為太原市室外，確定人孔的公稱直徑DN=500mm，以方便工作人員的進(jìn)入檢修。配套法蘭與上面的法蘭類型相同，根據(jù)HG/T 21518-2005《回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔》，查表3-1，由PN=2.5MPa選用凹凸面的密封形式MFM，采用8.8級(jí)35CrMoA等長(zhǎng)雙頭螺柱連接。其明細(xì)尺寸見(jiàn)下表： 圖3-6回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔 表3-5人孔尺寸表 密封面形式 公稱壓力 公稱直徑 dws d D b A B L 螺柱數(shù)量 螺母數(shù)量 螺柱尺寸 總質(zhì)量kg 凹凸面 2.5 MPa 500 53012 500 730 660 270 134 48 54 55 405 200 300 30 20 40 M36180 331 b、人孔補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)： 圖3-7補(bǔ)強(qiáng)圈 查《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)》，人孔接管直徑為500mm，選取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑840mm，內(nèi)徑510mm，補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為18mm,質(zhì)量41.5kg。 查《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》表4-2，得人孔法蘭 4、視鏡設(shè)計(jì) 查HG/T21619-1986《壓力容器視鏡》，所選視鏡玻璃用鋼化硼硅玻璃，襯墊為石棉橡膠板，壓緊環(huán)、接緣、螺栓、螺母所用材料為A3，視鏡的尺寸如下表： 表3-6視鏡尺寸 公稱直徑 公稱壓力 D D1 b1 b2 ≈H 螺柱 重量 標(biāo)準(zhǔn)圖圖號(hào) 數(shù)量 直徑 不銹鋼 50 2.45 130 100 34 26 84 6 M12 5.1 HGJ501-86-13 圖3-8視鏡 5、液面計(jì)設(shè)計(jì) 圖3-9磁性液面計(jì) 由于儲(chǔ)罐工作溫度為-20~48℃，查《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)》，選取磁性液面計(jì)。 6、安全閥設(shè)計(jì) 圖3-10安全閥 由操作壓力P=1.9184MPa，工作溫度為-20~48℃，盛放介質(zhì)為液化石油氣體。選擇安全閥的公稱壓力PN=25kg/cm2，最高工溫度為150℃，材料為可鍛鑄件的彈簧微啟式安全閥，型號(hào)為A41H-25。公稱直徑DN=80mm。 7、鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) a、鞍座選型 該臥式容器采用雙鞍座式支座，根據(jù)工作溫度為-20~48℃，按JB/T 4731-2005 表5-1選擇鞍座材料為16MnR，使用溫度為-20~250℃，許用應(yīng)力為[σ]sa= 170MPa。 估算鞍座的負(fù)荷：計(jì)算儲(chǔ)罐總重量 m=m1+2m2+m3+m4 。 其中：m1 為筒體質(zhì)量：對(duì)于16MnR普通碳素鋼，取ρ=7.85103kg/m3 ∴ m1=πDLδρ=π2.37.61810-37.85103=7759.495kg m2為單個(gè)封頭的質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T 4746-2002 《鋼制壓力容器用封頭》中標(biāo)B.2 EHA橢圓形封頭質(zhì)量，可知m2=839.3kg 。 m3為充液質(zhì)量：ρ液化石油氣<ρ水 故m3（max）=ρ水V=1000V=1000（π/42.327.6+21.7588）=35093.75 kg 。 m4為附件質(zhì)量：選取人孔后，查得人孔質(zhì)量為331 kg，其他接管質(zhì)量總和估為400 kg。 綜上述：總質(zhì)量 m=m1+2m2+m3+m4=7759.495+2839.3+35093.75+3312+400=45593.845kg≈ 45594kg。 ∴ 每個(gè)鞍座承受的重量為 G/2=mg / 2=455949.8/2=223.41 kN 由此查JB 4712.1-2007 容器支座。選取輕型，焊制A，包角為120，有墊板的鞍座.，筋板數(shù)為6。查JB 4712.1-2007表3得鞍座尺寸如表5，示意圖如下圖： 表3-7鞍座支座結(jié)構(gòu)尺寸 公稱直徑 DN 2300 腹板 δ2 10 墊板 b4 500 允許載荷 Q/kN 410 筋板 l3 255 δ4 10 鞍座高度 h 250 b2 208 e 100 底板 l1 1660 b3 290 螺栓間距 l2 1460 b1 240 δ3 8 螺孔/孔長(zhǎng) D/l 24/40 δ1 14 弧長(zhǎng) 2680 重量 kg 215 圖3-11鞍座 b、鞍座位置的確定 因?yàn)楫?dāng)外伸長(zhǎng)度A=0.207L時(shí)，雙支座跨距中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩絕對(duì)值相等，從而使上述兩截面上保持等強(qiáng)度，考慮到支座截面處除彎矩以外的其他載荷，面且支座截面處應(yīng)力較為復(fù)雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩，通常取尺寸A不超過(guò)0.2L值，為此中國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB 4731 《鋼制臥式容器》規(guī)定A≤0.2L=0.2（L+2h），A最大不超過(guò)0.25L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過(guò)大。 由標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 ，有 h=H-Di / 4=690-2600 / 4=40mm 故 A≤0.2(L+2h)=0.2(7600+240)=1536mm 由于接管比較多，所以固定支座位于儲(chǔ)罐接管較多的左端。 此外，由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗彎剛度，故封頭對(duì)于圓筒的抗彎剛度具有局部的加強(qiáng)作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對(duì)支座處圓筒截面的加強(qiáng)作用。 因此，JB 4731 還規(guī)定當(dāng)滿足A≤0.2L時(shí)，最好使A≤0.5R m（Rm=Ri+δn/2），即Rm=1150+18/2=1159mm 。 A≤0.5Rm =0.51159=579.5 mm ,取A=570 mm 。 綜上述：A=570 mm （A為封頭切線至封頭焊縫間距離，L為筒體和兩封頭直邊段的總長(zhǎng)） 8、焊接接頭的設(shè)計(jì)： a、筒體和封頭的焊接：δ=6~20 α=60~70 b=0~2 p=2 ~3 采用Y型對(duì)接接頭和手工電弧焊，綜合考慮材料選用16MnR. 焊條類型：E5018 ——鐵粉低氫鉀型 圖3-12 Y型坡口 b、接管與筒體的焊接：β=45+5 b=20.5 p＝20.5 H1=δt ＝δt =﹙≤8﹚ k3＝0.7﹙﹥8﹚ 圖3-13帶補(bǔ)強(qiáng)圈焊接接頭結(jié)構(gòu) 第三章 強(qiáng)度計(jì)算校核 鋼制臥式容器 計(jì)算單位 全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站 計(jì) 算 條 件 簡(jiǎn) 圖 設(shè)計(jì)壓力 p 1.6 MPa 設(shè)計(jì)溫度 t 50 ℃ 筒體材料名稱 16MnR(熱軋) 封頭材料名稱 16MnR(熱軋) 封頭型式 橢圓形 筒體內(nèi)直徑Di 2400 mm 筒體長(zhǎng)度 L 9600 mm 筒體名義厚度 dn 12 mm 支座墊板名義厚度 drn 10 mm 筒體厚度附加量 C 2 mm 腐蝕裕量 C1 2 mm 筒體焊接接頭系數(shù) F 1 封頭名義厚度 dhn 12 mm 封頭厚度附加量 Ch 2 mm 鞍座材料名稱 16MnR 鞍座寬度 b 220 mm 鞍座包角 θ 120 支座形心至封頭切線距離 A 725 mm 鞍座高度 H 250 mm 地震烈度 低于7 度 內(nèi)壓圓筒校核 計(jì)算單位 全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站 計(jì)算條件 筒體簡(jiǎn)圖 計(jì)算壓力 Pc 1.60 MPa 設(shè)計(jì)溫度 t 50.00 C 內(nèi)徑 Di 2400 mm 材料 16MnR(熱軋) ( 板材 ) 試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 [s] 170.00 MPa 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 [s]t 170.00 MPa 試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 345.00 MPa 鋼板負(fù)偏差 C1 0.00 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 1.00 厚度及重量計(jì)算 計(jì)算厚度 d = =14.79 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 15.00 mm 名義厚度 dn = 17.00 mm 重量 4300.22 Kg 壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核 壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn) 試驗(yàn)壓力值 PT = 1.25P = 2.0000 (或由用戶輸入) MPa 壓力試驗(yàn)允許通過(guò) 的應(yīng)力水平 [s]T [s]T 0.90 ss = 310.50 MPa 試驗(yàn)壓力下 圓筒的應(yīng)力 sT = = 191.00 MPa 校核條件 sT [s]T 校核結(jié)果 合格 壓力及應(yīng)力計(jì)算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 1.78010 MPa 設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 152.80 MPa [s]tf 170.00 MPa 校核條件 [s]tf ≥st 結(jié)論 合格 左封頭計(jì)算 計(jì)算單位 全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站 計(jì)算條件 橢圓封頭簡(jiǎn)圖 計(jì)算壓力 Pc 1.60 MPa 設(shè)計(jì)溫度 t 50.00 C 內(nèi)徑 Di 3000 mm 曲面高度 hi 475.00 mm 材料 16MnR(熱軋) (板材) 試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 [s] 170.00 MPa 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 [s]t 170.00 MPa 鋼板負(fù)偏差 C1 0.00 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 1.00 厚度及重量計(jì)算 形狀系數(shù) K = = 1.0000 計(jì)算厚度 d = = 8.9 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 10.00 mm 最小厚度 dmin = 2.85 mm 名義厚度 dn = 12.00 mm 結(jié)論 滿足最小厚度要求 重量 375.90 Kg 壓 力 計(jì) 算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 1.78478 MPa 結(jié)論 合格  右封頭計(jì)算 計(jì)算單位 全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站 計(jì)算條件 橢圓封頭簡(jiǎn)圖 計(jì)算壓力 Pc 1.60 MPa 設(shè)計(jì)溫度 t 50.00 C 內(nèi)徑 Di 3000 mm 曲面高度 hi 475.00 mm 材料 16MnR(熱軋) (板材) 試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 [s] 170.00 MPa 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 [s]t 170.00 MPa 鋼板負(fù)偏差 C1 0.00 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 1.00 厚度及重量計(jì)算 形狀系數(shù) K = = 1.0000 計(jì)算厚度 d = = 8.96 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 10.00 mm 最小厚度 dmin = 2.85 mm 名義厚度 dn = 12.00 mm 結(jié)論 滿足最小厚度要求 重量 375.90 Kg 壓 力 計(jì) 算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 1.78478 MPa 結(jié)論 合格  臥式容器（雙鞍座） 計(jì)算單位 全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站 計(jì) 算 條 件 簡(jiǎn) 圖 計(jì)算壓力 pC 1.6 MPa 設(shè)計(jì)溫度 t 50 ℃ 圓筒材料 16MnR(熱軋) 鞍座材料 16MnR 圓筒材料常溫許用應(yīng)力 [s] 170 MPa 圓筒材料設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力[s]t 170 MPa 圓筒材料常溫屈服點(diǎn) ss 345 MPa 鞍座材料許用應(yīng)力 [s]sa 170 MPa 工作時(shí)物料密度 1000 kg/m3 液壓試驗(yàn)介質(zhì)密度 1000 kg/m3 圓筒內(nèi)直徑Di 1900 mm 圓筒名義厚度 12 mm 圓筒厚度附加量 2 mm 圓筒焊接接頭系數(shù) 1 封頭名義厚度 12 mm 封頭厚度附加量 Ch 2 mm 兩封頭切線間距離 7650 mm 鞍座墊板名義厚度 10 mm 鞍座墊板有效厚度 10 mm 鞍座軸向?qū)挾? b 220 mm 鞍座包角 θ 120 鞍座底板中心至封頭切線距離 A 725 mm 封頭曲面高度 475 mm 試驗(yàn)壓力 pT 2 MPa 鞍座高度 H 250 mm 腹板與筋板(小端)組合截面積 37680 mm2 腹板與筋板(小端)組合截面斷面系數(shù) 1.14579e+06 mm3 地震烈度 0 配管軸向分力 0 N 圓筒平均半徑 956 mm 物料充裝系數(shù) 0.85 支 座 反 力 計(jì) 算 圓筒質(zhì)量(兩切線間) 4328.63 kg 封頭質(zhì)量(曲面部分) 373.298 kg 附件質(zhì)量 750 kg 封頭容積(曲面部分) 8.97841e+08 mm3 容器容積(兩切線間) V = 2.34856e+10 mm3 容器內(nèi)充液質(zhì)量 工作時(shí), 19962.8 壓力試驗(yàn)時(shí), = 23485.6 kg 耐熱層質(zhì)量 0 kg 總質(zhì)量 工作時(shí), 25788 壓力試驗(yàn)時(shí), 29310.9 kg 單位長(zhǎng)度載荷 30.5471 34.7201 N/mm 支座反力 126516 143799 143799 N 筒 體 彎 矩 計(jì) 算 圓筒中間處截 面上的彎矩 工作時(shí) = 1.36994e+08 壓力試驗(yàn) = 1.55709e+08 Nmm 支座處橫 截面彎矩 工作時(shí) -9.78479e+06 壓力試驗(yàn) -1.11215e+07 Nmm 系 數(shù) 計(jì) 算 K1=0.106611 K2=0.192348 K3=1.17069 K4= K5=0.760258 K6=0.0336958 K6’=0.0276977 K7= K8= K9=0.203522 C4= C5= 筒 體 軸 向 應(yīng) 力 計(jì) 算 軸向應(yīng)力計(jì)算 操作狀態(tài) 81.2537 79.6766 MPa -4.77372 -1.77263 MPa 水壓試驗(yàn)狀態(tài) -5.42309 -2.01479 MPa 101.026 99.2332  應(yīng)力校核 許用壓縮應(yīng)力 0.000989474 根據(jù)圓筒材料查GB150圖6-3～6-10 B = 129.393 MPa 129.393 129.393 MPa < 170 合格 ||,|| < 129.393 合格 ||,|| < 129.393 合格 sT2 ,sT3 < 0.9ss = 310.5 合格 時(shí)(時(shí),不適用) 13.1804 MPa 時(shí) 圓筒中： 封頭中： MPa 應(yīng)力校核 封頭 橢圓形封頭, 碟形封頭, 半球形封頭, MPa 圓筒 封頭 [t] = 0.8 [s ]t = 136 MPa 圓筒, t < [ t ] = 136 合格 封頭, th < [ t h] = MPa  鞍 座 處 圓 筒 周 向 應(yīng) 力 無(wú)加強(qiáng)圈圓筒 圓筒的有效寬度 387.088 mm 無(wú)墊板或墊板不起加強(qiáng)作用時(shí) 在橫截面最低點(diǎn)處 MPa 在鞍座 邊角處 L/Rm≥8時(shí), MPa L/Rm<8時(shí), MPa 無(wú) 加 強(qiáng) 圈 筒 體 墊板起加強(qiáng)作用時(shí) 鞍座墊板寬度 ； 鞍座墊板包角 橫截面最低點(diǎn)處的周向應(yīng)力 -1.41214 MPa 鞍座邊角處 的周向應(yīng)力 L/Rm≥8時(shí), -40.9843 MPa L/Rm<8時(shí), MPa 鞍座墊板邊 緣處圓筒中 的周向應(yīng)力 L/Rm≥8時(shí), -69.0308 MPa L/Rm<8時(shí), MPa 應(yīng)力校核 |s5| < [s ]t = 170 合格 |s6 | < 1.25[s ]t = 212.5 合格 |s’6 | < 1.25[s ]t = 212.5 合格 MPa 有加強(qiáng)圈圓筒 加強(qiáng)圈參數(shù) 加強(qiáng)圈材料, e = mm d = mm 加強(qiáng)圈數(shù)量, n = 個(gè) 組合總截面積, A0 = mm2 組合截面總慣性矩, I0 = mm4 設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 MPa 加強(qiáng)圈位于 鞍座平面上 在鞍座邊角處圓筒的周向應(yīng)力： MPa 在 鞍 座 邊 角 處 ，加 強(qiáng) 圈 內(nèi) 緣 或 外 緣 表 面 的 周 向 應(yīng) 力 ： MPa 有加強(qiáng)圈圓筒 加強(qiáng)圈靠近鞍座 橫 截 面 最 低 點(diǎn) 的 周 向 應(yīng) 力 無(wú)墊板時(shí)，（ 或 墊 板 不 起 加 強(qiáng) 作 用 ） 采用墊板時(shí)，（墊板起加強(qiáng)作用） MPa 在橫截上靠近水平中心線的周向應(yīng)力： MPa 在橫截上靠近水平中心線處，不與筒壁相接的加強(qiáng)圈內(nèi)緣 或 外 緣 表 面 的 周 向 應(yīng) 力 ： MPa 加強(qiáng)圈靠近鞍座 鞍座邊角處點(diǎn)處的周向應(yīng)力 無(wú)墊板或墊板不起 加強(qiáng) 作用 L/Rm≥8時(shí), MPa 無(wú)墊板或墊板不起 加強(qiáng) 作用 L/Rm<8時(shí), MPa 采用墊板時(shí)，（墊板起加強(qiáng)作用） L/Rm≥8時(shí), MPa 采用墊板時(shí)，（墊板起加強(qiáng)作用） L/Rm<8時(shí), MPa 應(yīng)力校核 |s5| < [s]t = 合格 |s6 | < 1.25[s]t = 合格 |s7 | > 1.25[s]t = |s8 | < 1.25[s]tR = MPa 鞍 座 應(yīng) 力 計(jì) 算 水平分力 29266.2 N 腹板水平應(yīng)力 計(jì)算高度 250 mm 鞍座腹板厚度 8 mm 鞍座墊板實(shí)際寬度 430 mm 鞍座墊板有效寬度 387.088 mm 腹板水平應(yīng)力 無(wú) 墊 板 或 墊 板 不 起 加 強(qiáng) 作 用 , 墊板起加強(qiáng)作用, 4.98499 MPa 應(yīng)力判斷 s9 < [s ]sa = 113.333 合格 MPa 腹板與筋板組合截面軸向彎曲應(yīng)力 由地震、配管軸向水平分力引起的支座軸向彎曲強(qiáng)度計(jì)算 圓筒中心至基礎(chǔ)表面距離 1212 mm 軸向力 N 時(shí), MPa 時(shí) MPa 由圓筒溫差引起的軸向力 N MPa 應(yīng)力判斷 ssa < 1.2[s]sa = MPa 注：帶#的材料數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)者給定的 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 計(jì)算單位 全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站 接 管: a, φ894 計(jì) 算 方 法 : GB150-1998 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法, 單 孔 設(shè) 計(jì) 條 件 簡(jiǎn) 圖 計(jì)算壓力 pc 1.6 MPa 設(shè)計(jì)溫度 50 ℃ 殼體型式 圓形筒體 殼體材料 名稱及類型 16MnR(熱軋) 板材 殼體開(kāi)孔處焊接接頭系數(shù)φ 1 殼體內(nèi)直徑 Di 1900 mm 殼體開(kāi)孔處名義厚度δn 12 mm 殼體厚度負(fù)偏差 C1 0 mm 殼體腐蝕裕量 C2 2 mm 殼體材料許用應(yīng)力[σ]t 170 MPa 接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度 150 mm 接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度 0 mm 接管材料 16Mn(熱軋) 接管焊接接頭系數(shù) 1 名稱及類型 管材 接管腐蝕裕量 2 mm 補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱 16MnR(熱軋) 凸形封頭開(kāi)孔中心至 封頭軸線的距離 mm 補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 180 mm 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度 8 mm 接管厚度負(fù)偏差 C1t 0.5 mm 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差 C1r 0 mm 接管材料許用應(yīng)力[σ]t 163 MPa 補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力[σ]t 170 MPa 開(kāi) 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算 殼體計(jì)算厚度δ 8.983 mm 接管計(jì)算厚度δt 0.4 mm 補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù) frr 1 接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) fr 0.959 開(kāi)孔直徑 d 86 mm 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度 B 172 mm 接管有效外伸長(zhǎng)度 h1 18.55 mm 接管有效內(nèi)伸長(zhǎng)度 h2 0 mm 開(kāi)孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A 773.7 mm2 殼體多余金屬面積 A1 87.3 mm2 接管多余金屬面積 A2 39.14 mm2 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A3 16 mm2 A1+A2+A3=142.4 mm2 ，小于A，需另加補(bǔ)強(qiáng)。 補(bǔ)強(qiáng)圈面積 A4 664 mm2 A-(A1+A2+A3) 631.2 mm2 結(jié)論: 補(bǔ)強(qiáng)滿足要求。  開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 計(jì)算單位 全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站 接 管: f, φ53012 計(jì) 算 方 法 : GB150-1998 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法, 單 孔 設(shè) 計(jì) 條 件 簡(jiǎn) 圖 計(jì)算壓力 pc 1.6 MPa 設(shè)計(jì)溫度 50 ℃ 殼體型式 圓形筒體 殼體材料 名稱及類型 16MnR(熱軋) 板材 殼體開(kāi)孔處焊接接頭系數(shù)φ 1 殼體內(nèi)直徑 Di 1900 mm 殼體開(kāi)孔處名義厚度δn 12 mm 殼體厚度負(fù)偏差 C1 0 mm 殼體腐蝕裕量 C2 2 mm 殼體材料許用應(yīng)力[σ]t 170 MPa 接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度 270 mm 接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度 0 m