壓力容器與管道安全課程設(shè)計(jì)--臥式液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p>　　《壓力容器與管道安全》課程設(shè)計(jì)</p><p>　　專 業(yè) 安全工程 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　課程名稱 壓力容器與管道安全 &

2、lt;/p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　市政與環(huán)境工程學(xué)院</b></p><p><b>　　2015年12月</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1. 目的與

3、任務(wù)2</p><p>　　2. 儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)要求3</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)題目3</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)要求3</p><p>　　3. 臥式液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.1儲(chǔ)罐主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.1.1筒體和封頭的結(jié)構(gòu)選擇

4、3</p><p>　　3.1.2用方案一計(jì)算筒體和封頭的厚度4</p><p>　　3.1.3用方案二計(jì)算筒體和封頭的厚度6</p><p>　　3.1.4兩種方案的比較7</p><p>　　3.2計(jì)算鞍座反力8</p><p>　　3.3支座及其位置選取9</p><p>　　3

5、.3.1鞍座數(shù)量的確定9</p><p>　　3.3.2鞍座安裝位置的確定9</p><p>　　3.3.3鞍座標(biāo)準(zhǔn)的選用11</p><p>　　3.4儲(chǔ)罐應(yīng)力校核11</p><p>　　3.4.1筒體軸向應(yīng)力校核11</p><p>　　3.4.2筒體和封頭切向剪應(yīng)力校核13</p>&

6、lt;p>　　3.4.3筒體周向應(yīng)力校核13</p><p>　　3.4.4鞍座有效斷面的平均應(yīng)力校核14</p><p>　　3.5 入孔設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.6開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算15</p><p>　　3.7接管與法蘭聯(lián)結(jié)設(shè)計(jì)17</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19<

7、/b></p><p><b>　　1. 目的與任務(wù)</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完《壓力容器與管道安全》之后綜合利用所學(xué)知識(shí)完成一個(gè)壓力容器設(shè)計(jì)。該課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)</p><p>　　1.是通過(guò)解決一、兩個(gè)實(shí)際問(wèn)題，鞏固和加深對(duì)壓力容器的結(jié)構(gòu)、原理、特性的認(rèn)識(shí)和基本知識(shí)的理解，提高綜合運(yùn)用課程所學(xué)知識(shí)的能力。<

8、/p><p>　　2.培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍，查閱手冊(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。通過(guò)獨(dú)立思考，深入鉆研有關(guān)問(wèn)題，學(xué)會(huì)自己分析解決問(wèn)題的方法。</p><p>　　3.通過(guò)實(shí)際設(shè)計(jì)方案的分析比較，設(shè)計(jì)計(jì)算，元件選擇等環(huán)節(jié)，初步掌握工程中壓力容器設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　4.培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。通過(guò)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，逐步建立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和

9、全局觀點(diǎn)，獲得初步的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。</p><p>　　2. 儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)要求</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　某廠需添置一臺(tái)液氨貯罐，設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：設(shè)計(jì)壓力P=1.9Mpa，設(shè)計(jì)溫度T=43℃，容器內(nèi)徑D=1230mm,容積V=3.1m3，設(shè)備充裝系數(shù)0.9。采用鞍式

10、支座。試設(shè)計(jì)該設(shè)備。</p><p><b>　　2.2 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　根據(jù)已知的條件，按照以下順序進(jìn)行設(shè)計(jì)：</p><p>　　1.主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—筒體、封頭、接管、法蘭密封、鞍座及其位置。</p><p>　　2.主要材料—焊縫和探傷</p><p>　　3.筒體和封頭

11、的厚度計(jì)算</p><p><b>　　4.計(jì)算鞍座反力</b></p><p>　　5.筒體軸向應(yīng)力校核</p><p>　　6.筒體和封頭切向剪應(yīng)力校核</p><p>　　7.筒體環(huán)向應(yīng)力校核</p><p>　　8.鞍座有效斷面的平均應(yīng)力校核</p><p><

12、;b>　　9.開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</b></p><p><b>　　10.設(shè)備結(jié)構(gòu)總圖</b></p><p>　　3. 臥式液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1儲(chǔ)罐主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1筒體和封頭的結(jié)構(gòu)選擇</p><p>　　由于純液氨具有一定的

13、腐蝕性，但設(shè)計(jì)壓力為中等壓力，根據(jù)鋼制壓力容器中使用的鋼板許用應(yīng)力及其使用范圍的說(shuō)明，儲(chǔ)罐的主要結(jié)構(gòu)筒體和封頭選材可以考慮使用20R、16MnR、15MnVR等鋼。</p><p>　　氨屬于中度危害介質(zhì)(Ⅱ級(jí))，且本設(shè)備為PV值小于10Mpa·m3的中壓儲(chǔ)存容器；按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)劃分，本設(shè)備為第二類壓力容器。儲(chǔ)罐選用臥式，液體靜柱壓力很低，可不記入設(shè)計(jì)壓力中。</p><p>　　

14、筒體由鋼板卷制而成，其公稱直徑等于內(nèi)徑，查閱壓力容器的公稱直徑表，并結(jié)合儲(chǔ)罐的容積，初步選擇其公稱直徑DN=Di=1230m。</p><p>　　筒體和封頭的對(duì)接焊接，采用全焊透焊縫，并進(jìn)行l(wèi)00％無(wú)損探傷，查表取焊縫系數(shù)=1.0。根據(jù)氨的腐蝕程度，取腐蝕裕量C2＝2mm。</p><p>　　封頭可以選擇球形、橢圓形、碟形、平板形、圓錐形等幾種形式的封頭，但從材料消耗、受力和加工制造的

15、難易程度等幾個(gè)方面的綜合比較考慮，選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（EHA型）最為理想，故選之。</p><p>　　假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭封頭厚度在8—16mm之間，封頭的公稱直徑應(yīng)該與筒體相等，取DN=1230mm，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)JB4746-2002，查得封頭的容積Vh=0.3208 m3，總深度H=350 mm。由于采用的是標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，由h/DN=0.28，得出封頭的直邊高度h=28mm，而封頭的曲面深度h1=350－28

16、=322mm。</p><p><b>　　筒體長(zhǎng)度：</b></p><p>　　取 =2100 mm</p><p>　　兩封頭切線之間的距離L==2100+2×28=2156mm</p><p>　　現(xiàn)選用16MnR和20R兩個(gè)鋼種，對(duì)儲(chǔ)罐的主要結(jié)構(gòu)——筒體和封頭進(jìn)行兩個(gè)方案的設(shè)計(jì)，然后對(duì)這兩個(gè)方案進(jìn)行比

17、較和選擇。</p><p>　　3.1.2用方案一計(jì)算筒體和封頭的厚度</p><p>　　首先選用16MnR鋼為材料，來(lái)計(jì)算筒體和封頭的厚度。</p><p>　　16MnR鋼板在43℃時(shí)的許用應(yīng)力查表，根據(jù)筒體厚度計(jì)算公式初步估計(jì)此筒體的設(shè)計(jì)厚度在6—16mm之間，[σ]＝[σ]t =170Mpa，屈服強(qiáng)度σs=345Mpa。</p><p&

18、gt;<b>　　（1）筒體厚度</b></p><p><b>　　δ=mm</b></p><p>　　設(shè)計(jì)厚度δd＝δ十C2＝7.49十2＝9.49mm</p><p>　　按GS709，取鋼板負(fù)偏差C1=0.8mm</p><p>　　考慮鋼板厚度系列取名義厚度δn＝9mm</p>

19、;<p>　　因δn＝9mm，查此情況下16MnR鋼的許用應(yīng)力沒(méi)有變化，[σ]= 157Mpa，所以上述計(jì)算成立。</p><p><b>　?。?）封頭厚度</b></p><p>　　由于選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，所以其封頭形狀系數(shù)k=1.0</p><p><b>　　計(jì)算厚度</b></p>

20、<p><b>　　δ=mm</b></p><p>　　設(shè)計(jì)厚度δd＝δ＋C2＝7.47＋2＝9.47mm</p><p>　　取C2＝0.8mm，故名義厚度δn＝9mm，且許用應(yīng)力也沒(méi)有發(fā)生變化，所以上計(jì)算成立。</p><p><b>　?。?）水壓試驗(yàn)校核</b></p><p>

21、<b>　　試驗(yàn)壓力：PT＝.</b></p><p>　　取水壓試驗(yàn)壓力PT＝2.1MPa</p><p>　　筒體應(yīng)力校核；筒體有效厚度δe＝δn－C1－C2＝9－2.8＝6.2mm</p><p>　　所以試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力： </p><p>　　筒體水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求。</p>&

22、lt;p>　　封頭應(yīng)力校核：有效厚度δe＝δn－C1－C2＝9－2.8＝6.2mm</p><p>　　所以封頭水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求</p><p>　　3.1.3用方案二計(jì)算筒體和封頭的厚度</p><p>　　選用20R鋼作為第二種方案，來(lái)計(jì)算筒體和封頭的厚度。</p><p>　　20R鋼板在36℃時(shí)的許用應(yīng)力查表，根據(jù)筒體厚

23、度計(jì)算公式初步估計(jì)此筒體的設(shè)計(jì)厚度在6—16mm之間，取此時(shí)20R鋼的許用應(yīng)力[σ]＝[σ]t =133Mpa，屈服強(qiáng)度δs=245Mpa。</p><p>　　筒體和封頭的結(jié)構(gòu)和尺寸與第一種方案的設(shè)計(jì)相同（厚度除外），選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（EHA型），其它尺寸和參數(shù)如上所敘。</p><p><b>　　（1）筒體厚度</b></p><p>

24、<b>　　δ=mm</b></p><p>　　設(shè)計(jì)厚度δd＝δ十C2＝8.48十2＝10.48mm</p><p>　　按GS709，取鋼板負(fù)偏差C1=0.8mm。考慮鋼板厚度系列取名義厚度δn＝10mm</p><p>　　因δn＝10mm，查此情況下20R鋼的許用應(yīng)力沒(méi)有變化，[σ]= 133Mpa，所以上計(jì)算成立。</p>

25、<p><b>　?。?）封頭厚度</b></p><p>　　由于選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，所以其封頭形狀系數(shù)k=1.0。</p><p><b>　　計(jì)算厚度</b></p><p><b>　　δ=mm</b></p><p>　　設(shè)計(jì)厚度δd＝δ＋C2＝8.82

26、＋2＝10.82mm</p><p>　　取C2＝0.8mm，故名義厚度δn＝10mm，且許用應(yīng)力也沒(méi)有發(fā)生變化，所以上計(jì)算成立</p><p><b>　?。?）水壓試驗(yàn)校核</b></p><p><b>　　試驗(yàn)壓力：PT＝</b></p><p>　　取水壓試驗(yàn)壓力PT＝2.1MPa<

27、/p><p>　　筒體應(yīng)力校核；筒體有效厚度δe＝δn－C1－C2＝10－3.1＝6.9mm 所以試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力： </p><p>　　筒體水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求。</p><p>　　封頭應(yīng)力校核：有效厚度δe＝δn－C1－C2＝10－0.8－2＝7.2mm</p><p><b>　　因?yàn)?</b>&l

28、t;/p><p>　　所以封頭水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求。</p><p>　　3.1.4兩種方案的比較</p><p><b>　?。?）鋼板耗用量</b></p><p>　　鋼板耗用量與板厚成正比，則儲(chǔ)罐的主要結(jié)構(gòu)筒體和封頭采用16MnR時(shí)，鋼板比使用20R鋼板可減輕:</p><p>　　16M

29、nR鋼板的價(jià)格比20R鋼板略貴，兩者相差不大，從耗材量與價(jià)格綜合考慮，兩種鋼板均可考慮，但在上述計(jì)算過(guò)程中，如16MnR的名義厚度δn與設(shè)計(jì)厚度δd很接近，其差值為7－6.36=0.64mm,而20R的名義厚度δn與設(shè)計(jì)厚度δd大很多，其差值為9－7.57=1.43mm，所以用16MnR鋼時(shí)，鋼板耗用量就要省很多，更為適宜。</p><p><b>　?。?）制造費(fèi)用</b></p&g

30、t;<p>　　總的來(lái)說(shuō)，由于采用16MnR鋼板厚度較薄，質(zhì)量較輕，鞍座的承載重量也更小，而且制造費(fèi)用目前也按碳鋼設(shè)備同等計(jì)價(jià)，因此制造費(fèi)用比較經(jīng)濟(jì)。</p><p><b>　?。?）材料性能</b></p><p>　　20R鋼板的抗腐蝕性能比16MnR鋼要好，但是考慮到儲(chǔ)存介質(zhì)液氨的腐蝕性不是很強(qiáng)，而且16MnR鋼比20R鋼板的強(qiáng)度高，機(jī)械加工性能

31、和焊接性能指標(biāo)都明顯要好，所以選用板更合適。</p><p><b>　?。?）方案比較總結(jié)</b></p><p>　　由于上述比較可以看出，說(shuō)明方案一選用16MnR鋼更合理，那么下面的內(nèi)容就針對(duì)方案一的選材和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算和校核。</p><p><b>　　3.2計(jì)算鞍座反力</b></p>&

32、lt;p><b>　?。?）計(jì)算質(zhì)量</b></p><p><b>　　筒體質(zhì)量</b></p><p>　　m1＝π(Di＋δe)δnL0×10-9</p><p>　　＝3.14×(1230+6.9)×7×2100×7850×10-9</p>

33、;<p><b>　?。?48.18kg</b></p><p>　　單個(gè)封頭的質(zhì)量m2＝119.3kg(查JBll53—73)</p><p>　　附件質(zhì)量m3(包括入孔，接管、液面計(jì)、平臺(tái)等)近似取m3＝400kg</p><p>　　充液質(zhì)量 液氨在0℃時(shí)的密度為640kg/m3，小于水的密度，故充液質(zhì)量按水的質(zhì)量考慮，

34、</p><p><b>　　m4＝</b></p><p>　　＝[×12302×2100+2×0.3208×10-9]×1000×10-9</p><p>　?。?495.28kg </p><p>　　保溫層質(zhì)量 本設(shè)備

35、不保溫，故m5＝0</p><p><b>　　設(shè)備最大質(zhì)量</b></p><p>　　m＝m1＋m2 ＋m3＋m4＋m5＝448.18＋2×119.3＋400＋2495.28＋0＝3582.06kg</p><p><b>　?。?）計(jì)算鞍座反力</b></p><p>　　F＝mg/

36、2＝(3582.06×9.81)/2＝17570.00N</p><p>　　3.3支座及其位置選取</p><p>　　臥式容器的支座有鞍座、圈座和支腿三種形式。而常用的儲(chǔ)罐、儲(chǔ)槽、換熱器等臥式容器設(shè)備常選用鞍式支座予以支承，所以此設(shè)備也選用鞍座。</p><p>　　臥式儲(chǔ)罐的鞍式支座設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)要點(diǎn)：</p><p>　　

37、3.3.1鞍座數(shù)量的確定</p><p>　　鞍式支座普遍選用雙鞍座支承，這是因?yàn)槿舨捎枚喟白С?，難于保證各鞍座均勻受力。雖然多支座罐的彎曲應(yīng)力比較小，但是各支座嚴(yán)格的保持在同一水平面上，特別是對(duì)于大型臥式儲(chǔ)罐很難達(dá)到，同時(shí)，由于地基的不均勻下沉，多支座 的罐體在支座處的支反力不能均勻分配，故選用雙鞍式支座支承。</p><p>　　3.3.2鞍座安裝位置的確定</p>&

38、lt;p>　　由材料力學(xué)可知，將出儲(chǔ)罐的力學(xué)模型簡(jiǎn)化為雙支座上的受均布載荷的外伸梁，如下圖2.1所示，若梁的全長(zhǎng)為L(zhǎng)，則當(dāng)外伸端的長(zhǎng)度A=0.207L時(shí)，雙支座跨中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩相等，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，而且支座截面處的應(yīng)力較為復(fù)雜，故常取支座截面處的彎矩略小于跨中間截面的彎矩，通常取尺寸不超過(guò)0.2L，為此中國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB4731《鋼制壓力容器》規(guī)定取0.2L，

39、A值不得大于0.25L。否則由于容器外伸端的作用使支座截面處的應(yīng)力過(guò)大。其中A為封頭切線到支座的距離，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，國(guó)標(biāo)JB4731還規(guī)定當(dāng)滿足，A≤0.2L時(shí)，最好使（Rm為圓筒的平均半徑，Rm＝ Ri＋δn/2=630mm，Ri為圓筒的內(nèi)徑）。</p><p>　　由于R

40、m/2=315mm, 0.2L=431.2mm</p><p>　　因?yàn)?.2L＞0.5R，鞍座位置A≤Rm/2=315mm</p><p>　　取鞍座位置 A＝300mm</p><p>　　其中：A為封頭切線到支座的距離</p><p>　　為了防止臥式儲(chǔ)罐因操作溫度和安裝溫度不同而引起的熱膨脹，以及由于圓筒及物料的重量使圓筒防止彎曲

41、等原因?qū)εP式儲(chǔ)罐引起的附加應(yīng)力，對(duì)于雙鞍座中的其中一個(gè)設(shè)計(jì)為固定支座（代號(hào)F），而另一個(gè)應(yīng)允許為可沿軸線方向移動(dòng)的活動(dòng)支座（代號(hào)S）?；顒?dòng)支座的基礎(chǔ)螺栓應(yīng)沿圓筒軸向開(kāi)成長(zhǎng)圓孔，固定支座通常設(shè)置在儲(chǔ)罐配管較多的一側(cè)，活動(dòng)支座應(yīng)安裝在沒(méi)有配管或配管較少的一側(cè)。</p><p>　　圖2.1 液氨儲(chǔ)罐受力分析圖</p><p>　　3.3.3鞍座標(biāo)準(zhǔn)的選用</p><p&g

42、t;　　綜上所述，結(jié)合筒體公稱直徑和上述計(jì)算的鞍座反力F＝17566.33N=17.566 KN，查壓力容器手冊(cè)，選用JB/T4712—92標(biāo)準(zhǔn)的鞍式支座，公稱直徑DN1300mm,A型，帶加強(qiáng)墊板，允許支承載荷Q=158 KN，因?yàn)镼＞F，所以符合要求。</p><p>　　查JB/T4712—92可得鞍座基本尺寸：包角θ＝120°，支座高度H=200mm,鞍座寬度b＝150mm；腹板厚6mm；墊板寬

43、270mm，墊板厚6mm；底板長(zhǎng)880mm底板寬170mm，底板厚10mm；筋板寬140mm，筋板厚度6 mm，鞍座質(zhì)量52kg。</p><p>　　鞍座的尺寸和結(jié)構(gòu)見(jiàn)裝配圖和附錄。</p><p>　　鞍座墊板材料選16MnR，鞍座其余材料選用Q235—AF鋼。</p><p>　　鞍座標(biāo)記：JB/T4712—92，鞍座A 1200</p><

44、;p><b>　　3.4儲(chǔ)罐應(yīng)力校核</b></p><p>　　3.4.1筒體軸向應(yīng)力校核</p><p>　?。?）筒體軸向彎矩計(jì)算</p><p>　　筒體中間處截面的彎矩</p><p>　?。?.77×106N·mm</p><p><b>　　支座處

45、截面上的彎矩</b></p><p>　　= －3.33×105N·mm </p><p>　?。?）筒體軸向應(yīng)力計(jì)算</p><p>　　由GBl50—89表8-1查得由“扁塌現(xiàn)象”引起的抗彎截面模量減少系數(shù)K1＝K2＝1.0 因?yàn)椋麺1｜》｜M2｜，且A≤Rm/2=302.5mm,故應(yīng)力必定出現(xiàn)在跨中面，校核跨中面應(yīng)力。</

46、p><p>　　由彎矩引起的軸向應(yīng)力</p><p><b>　　最低點(diǎn)處：</b></p><p><b>　　′=MPa</b></p><p>　　最低點(diǎn)處′＝－′＝0.781MPa</p><p>　　由于設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力</p><p>&

47、lt;b>　　MPa</b></p><p><b>　　軸向應(yīng)力組合與校核</b></p><p>　　軸向拉應(yīng)力：σ2＝σp+′=86.43+0.781＝87.211MPa</p><p>　　許用軸向拉應(yīng)力：[σ]t＝170Mpa，σ2＜[σ]t合格</p><p>　　軸向壓應(yīng)力：σ1＝－′＝0

48、.871Mpa</p><p><b>　　軸向許用壓縮應(yīng)力</b></p><p>　　根據(jù)A值查GBl50—89圖4—5，得B＝136MPa＜[σ]t=170 MPa</p><p>　　取許用壓縮應(yīng)力 [σ]ac＝136MPa，合格｜σ1｜＜[σ]ac</p><p>　　3.4.2筒體和封頭切向剪應(yīng)力校核<

49、/p><p>　　因筒體被封頭加強(qiáng)(即A＜Rm/2)，筒體和封頭中的切向剪應(yīng)力分別按下式計(jì)算</p><p><b>　　筒體切向剪應(yīng)力</b></p><p>　　查GBl50—89，取系數(shù)K3＝0.880，K4=0.401</p><p>　　因?yàn)?τ< 0.8[σ]t =0.8×170=136 MPa

50、 ， 故合格。</p><p>　　(2)封頭切向剪應(yīng)力</p><p>　　因?yàn)?1.25[σ]t －δh=1.25×[σ]t － </p><p>　　= 1.25×170－ MPa </p><p>　?。?.25[σ]t－δh，故合格。</p><p>　　3.4.3筒體

51、周向應(yīng)力校核</p><p><b>　　(1)周向應(yīng)力計(jì)算</b></p><p>　　設(shè)墊板不起加強(qiáng)作用，查GBl50—89，取周向彎矩系數(shù)K6 =0.0132周向壓縮系數(shù)K5 =0.760，</p><p>　　在鞍座處橫截面最低點(diǎn)處</p><p><b>　　MPa</b></p&g

52、t;<p>　　式中k=0.1,考慮容器焊接在鞍座上</p><p>　　其中：b2為筒體承受周向壓應(yīng)力的有效長(zhǎng)度。</p><p><b>　　b為支座的軸向?qū)挾?lt;/b></p><p><b>　　鞍座邊角的周向應(yīng)力</b></p><p>　　因L/Rm=1800/605=3＜8

53、,故</p><p><b>　　(2)周向應(yīng)力校核</b></p><p>　　︱σ5 ︳＜　[σ]t＝170MPa</p><p>　　︱σ6 ︳＜　1.25[σ]t＝212.5MPa</p><p>　　3.4.4鞍座有效斷面的平均應(yīng)力校核</p><p>　　查GBl50—89，取系數(shù)K9

54、＝0.204</p><p>　　支座承受的水平分力Fs＝K9·F＝0.204×17566.33＝3583.53N</p><p>　　鞍座有效斷面平均應(yīng)力</p><p><b>　　Mpa</b></p><p>　　應(yīng)力校核 σ9＜2/3[σ]t＝75.3MPa</p><

55、;p>　　式中：bs為鋼制鞍座的腹板厚度，bs=δ2=6mm，</p><p>　　由于鞍座的實(shí)際高度h=200mm＜1/3Rm=201.7mm，所以Hs取h=200mm。</p><p>　　[σ]t＝113 Mpa，為鞍座腹板材料Q235—AF的許用應(yīng)力。</p><p><b>　　3.5 入孔設(shè)計(jì)</b></p>&

56、lt;p>　　因?yàn)橥搀w長(zhǎng)度L=2156mm≤6000mm時(shí)，可以很好的采光、氣體置換，檢驗(yàn)人員進(jìn)行內(nèi)外部檢驗(yàn)和出入方便，所以只需要設(shè)置一個(gè)入孔即可。由于儲(chǔ)罐的公稱直徑900mm＜DN＜2600 mm，而且設(shè)計(jì)了入孔和適當(dāng)?shù)膫溆霉芸冢ㄒ?jiàn)下文），就不必要設(shè)計(jì)手孔和檢查孔。</p><p>　　入孔不應(yīng)該布置在鞍座處的截面和跨中間截面上，也不適宜在封頭上設(shè)置入孔?？紤]到筒體和鞍座的結(jié)構(gòu)尺寸，將人孔設(shè)置在筒體的頂部

57、，選取開(kāi)孔中心距離筒體的邊緣620mm。由于沒(méi)有設(shè)計(jì)手孔和檢查孔，需要經(jīng)常打開(kāi)人孔蓋進(jìn)行檢查，為了方便打開(kāi)人孔蓋，選用快開(kāi)式，并根據(jù)儲(chǔ)罐的公稱直徑和公稱壓力，查手冊(cè)，選擇回轉(zhuǎn)蓋平焊法蘭人孔，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為JB580-79，C型密封面，Ⅰ類材料。</p><p>　　入孔標(biāo)記：入孔 CⅠ Pg16 Dg450 JB580-79</p><p>　　人孔材料：筒節(jié)、法蘭、蓋子材料用Q235-B螺栓

58、、螺母材料用Q235-A，法蘭材料選用16Mn(鍛)。</p><p>　　入孔尺寸：公稱直徑Dg=450mm，接管尺寸dw×s＝480mm×10mm。</p><p>　　3.6開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 </p><p>　　根據(jù)GBl50—89規(guī)定，殼體名義厚度為10mm時(shí)，當(dāng)在設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5 MPa的殼體上開(kāi)孔，兩相鄰開(kāi)孔中心間距（對(duì)曲面間距

59、以弧長(zhǎng)計(jì)算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于89mm的接管可以不另行補(bǔ)強(qiáng)，故補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算需考慮人孔和液氨進(jìn)口處的開(kāi)孔接管補(bǔ)強(qiáng)問(wèn)題，這里只給出人孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。</p><p>　?。?）人孔補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別</p><p><b>　　補(bǔ)強(qiáng)判別 </b></p><p>　　由于人孔接管的外徑為480 mm，大于允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的的最大

60、接管外徑89 mm，所以需要另行考慮補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)該與殼體的材料相同，選用16MnR鋼，由前面的人孔設(shè)計(jì)可知，人孔的接管選用Q235－B鋼，選用其厚度附加量C，＝C1＋C2＝2＋0.8＝2.8mm，在該設(shè)計(jì)條件下Q235－B鋼的許用應(yīng)力=113Mpa。</p><p><b>　　補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別</b></p><p>　　開(kāi)孔直徑d＝Di＋2 C，＝（480－2

61、×7）＋2×2.8＝471.6mm</p><p>　　本筒體開(kāi)孔直徑d＝471.6mm＜Di/2＝600mm，滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的使用條件，故可以用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。</p><p>　?。?）開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)所需補(bǔ)強(qiáng)面積</p><p>　　削弱系數(shù)fr和接管有效厚度δet</p><p>　　fr＝/[σ]t＝

62、113/170＝0.6647 </p><p>　　δet=δnt－C， =7-2.8=4.2mm</p><p>　　開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)所需補(bǔ)強(qiáng)面積</p><p>　　A ＝d＋2δδet (1－fr)</p><p>　?。?71.6×5.66＋2×5.66×4.2×(1－0.6647)</p>

63、<p><b>　?。?685mm2</b></p><p>　　式中：δ為筒體的計(jì)算厚度</p><p>　?。?）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 </p><p><b>　　有效寬度</b></p><p>　　B=2d＝2×471.6＝943mm</p>&l

64、t;p>　　B=d＋2δn＋2δnt=471.6＋2×7＋2×7=499.6mm</p><p>　　取兩者的最大值B＝943mm</p><p><b>　　有效高度h1：</b></p><p>　　外側(cè)有效高度：h1＝</p><p>　　接管實(shí)際外伸高度為h1＝200mm，</p&

65、gt;<p>　　取兩者的最小值，h1＝57.46mm。</p><p>　　接管實(shí)際內(nèi)伸高度為零，故取h2＝0。</p><p>　　內(nèi)側(cè)有效高度：h2＝</p><p>　　取兩者的最小值，故取h2＝0。</p><p><b>　?。?）有效補(bǔ)強(qiáng)面積</b></p><p>&

66、lt;b>　　殼體多余金屬面積</b></p><p>　　A1＝(B－d)(δe－δ) －2(δnt－C)[δe－δ)(1－fr)</p><p>　?。?943－471.6) ×(4.2－4.11) －2×4.2×(4.2 - 4.11)(1- 0.6647)</p><p>　?。?2.175 mm2</p

67、><p>　　式中：δe為筒體的計(jì)算厚度</p><p>　　接管多余金屬面積A2 </p><p><b>　　接管計(jì)算厚度δt</b></p><p><b>　　δt=mm</b></p><p>　　接管多余金屬面積A2</p><p>　　A2

68、＝2h1(δet－δt) fr +2h2(δet－C2) fr</p><p>　?。?×57.46×(4.2-3.2)×0.6647十0</p><p><b>　　=76.39mm2</b></p><p><b>　　補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積</b></p><p>　

69、　補(bǔ)強(qiáng)圈與筒體，補(bǔ)強(qiáng)圈與接管的焊縫腰高均取8mm。</p><p>　　A3＝2××8×8＝64 mm2</p><p><b>　　有效補(bǔ)強(qiáng)面積</b></p><p>　　Ae=A1＋A2＋A3=42.175＋76.39＋64=182.56 ＜mm2A=2689 mm2</p><p>

70、<b>　　所以需要另行補(bǔ)強(qiáng)。</b></p><p><b>　　補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)面積</b></p><p>　　A4＝A－Ae＝2689－182.56＝ 2506.44 mm2</p><p><b>　　(2)補(bǔ)強(qiáng)圈選用</b></p><p>　　查補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)HG21506

71、—92，選用補(bǔ)強(qiáng)圈450×10—D—16MnR JB/T4736，補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D＝760mm，補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑d＝484mm，因?yàn)锽=943 mm＞D＝760mm，在補(bǔ)強(qiáng)圈的有效補(bǔ)強(qiáng)范圍之內(nèi)。所以補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度為：</p><p>　　考慮鋼板負(fù)偏差，并經(jīng)圓整和與殼體的焊接質(zhì)量問(wèn)題，取補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度等于筒體的名義厚度，即=δn=7mm。</p><p>　　3.7接管與法蘭聯(lián)結(jié)設(shè)計(jì)&l

72、t;/p><p>　　所有的接管材料選用10號(hào)鋼無(wú)縫鋼管，法蘭材料選用16Mn(鍛)，接管長(zhǎng)度從罐體的外壁算起，罐頂?shù)慕庸荛L(zhǎng)度可取150 mm，罐底的接管長(zhǎng)度可取100 mm。接管位置示意圖見(jiàn)下圖2.2所示</p><p>　　圖2.2 接管位置示意圖</p><p><b>　?。?）液氨進(jìn)出口</b></p><p>

73、;　　需要設(shè)計(jì)2個(gè)液氨進(jìn)出口，液氨進(jìn)口設(shè)置在筒體的頂部，出口設(shè)在罐底，具體定位尺寸見(jiàn)液氨儲(chǔ)罐裝配圖。選用凸面板式平焊鋼制管法蘭，公稱直徑80mm，接管外徑89 mm。法蘭標(biāo)記：HG20593 法蘭 PL80—1.6RF</p><p><b>　?。?）液位計(jì)管口</b></p><p>　　設(shè)置兩個(gè)液位計(jì)管口，兩個(gè)均設(shè)在左邊封頭上，具體定位尺寸見(jiàn)液氨儲(chǔ)罐裝配圖。右

74、邊封頭上液位計(jì)管口時(shí)必須避開(kāi)邊緣應(yīng)力區(qū)，隨著離開(kāi)封頭邊緣處的距離的增大，邊緣應(yīng)力迅速衰減，所以將管口孔中心距離封頭頂點(diǎn)500mm。由于接管較長(zhǎng)，要設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋加強(qiáng)。法蘭標(biāo)記：HG20593 法蘭 PL20—1.6RF</p><p><b>　?。?）排污管口</b></p><p>　　為了方便排凈污物，將排污管口設(shè)在罐底，具體定位尺寸見(jiàn)液氨儲(chǔ)罐裝配圖。選用螺紋管法

75、蘭。法蘭標(biāo)記：HG20598 法蘭 Th25—1.6</p><p>　?。?）安全閥管口、壓力表管口、備用管口</p><p>　　三個(gè)管口均用同種法蘭、接管結(jié)構(gòu)和尺寸，具體定位尺寸見(jiàn)液氨儲(chǔ)罐裝配圖。</p><p>　　法蘭標(biāo)記：HG20593 法蘭 PL25—1.6RF</p><p><b>　?。?）接管管口表<

76、/b></p><p>　　根據(jù)工藝，操作和檢修的要求，設(shè)備接管如下表所示：</p><p><b>　　接管表</b></p><p>　　注：采用法定計(jì)量單位的標(biāo)準(zhǔn)（如：HG等）公稱壓力用PN表示，單位采用Mpa。采用工程制單位的標(biāo)準(zhǔn)（如：JB等）公稱壓力用P g表示，單位為/cm2。</p><p><

77、b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 呂宜濤. 壓力容器制造質(zhì)量控制的研究，天津大學(xué)學(xué)位論文，1997年9月．</p><p>　　[2] 馬自勤、孫麗、王秀倫等. 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)在CAPP信息管理中的應(yīng)用，大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2001年9月，第22卷，第3期．</p><p>　　[3] 楊海濤、壓力容器的安全與強(qiáng)度計(jì)算 [M].天津

78、:天津科學(xué)技術(shù)出版社,1985.</p><p>　　[4] 高清、馬云輝，馬玉林. 先進(jìn)制造系統(tǒng)中的質(zhì)量保證，高技術(shù)通訊，1995年5月．</p><p>　　[5] 陳祝年、焊接工程師手冊(cè)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[6] 李俊斌、李彬喜 在役液氨儲(chǔ)罐應(yīng)力場(chǎng)有限元分析與安全評(píng)定 Technology & Products技

79、術(shù)產(chǎn)品版 2006.5</p><p>　　[7] 張康達(dá)、洪起超主編. 壓力容器手冊(cè). 勞動(dòng)人事出版社，1987.</p><p>　　[8] 卓震主編. 化工容器及設(shè)備.中國(guó)石化出版社， 1998.</p><p>　　[9] 賀匡國(guó)主編. 化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社 1989.</p><p>　　[10] 劉湘秋主編.