化工設(shè)備課程設(shè)計--貯存槽罐

1、<p><b>　　大型作業(yè)任務(wù)書1</b></p><p>　　2012～2013 學(xué)年第2學(xué)期</p><p>　　一、大型作業(yè)題目：貯存槽罐</p><p>　　二、大型作業(yè)內(nèi)容（含技術(shù)指標(biāo)）</p><p>　　1．貯存介質(zhì)：20噸液化石油氣；</p><p>　　2．貯存地點：

2、黃石某地區(qū)；</p><p>　　3、作業(yè)成果：計算書1份，設(shè)備圖1張（CAD繪制，A1打印）。</p><p><b>　　三、進度安排</b></p><p>　　1．6月17日：分配任務(wù)；</p><p>　　2．6月17日-6月21日：查詢資料、初步設(shè)計；</p><p>　　3．6月22

3、日-6月28日：設(shè)計計算，完成報告。</p><p><b>　　四、基本要求</b></p><p>　　1．設(shè)計方案：根據(jù)給定的條件合理選擇設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及合適的材料，立式容器或臥式容器的筒體和封頭、鋼板卷制焊接結(jié)構(gòu)接頭、鋼板材料的型號及熱處理條件等；</p><p>　　2．設(shè)計計算：依據(jù)材料的性能，對選用設(shè)備的壁厚進行計算、穩(wěn)定性進行校核

4、；</p><p>　　3．輔助設(shè)備的選型：包括典型輔助設(shè)備的主要尺寸計算及型號規(guī)格：人孔或手孔設(shè)計、法蘭的型號規(guī)格、接管開孔結(jié)構(gòu)、視鏡或液面鏡以及容器的支座選型等。</p><p>　　教研室主任簽名： </p><p>　　2013 年 月 日</p><p>　　化工設(shè)備機械基礎(chǔ)大型作業(yè)</p>

5、<p><b>　　任務(wù)分配：</b></p><p>　　全體成員討論確定課程設(shè)計的方案；</p><p>　　楊艷飛、王順、張寧共同查閱相關(guān)資料，并由王康打印資料；</p><p>　　楊艷飛主要負責(zé)整個課程設(shè)計，并編輯、整理、修改計算書，參與設(shè)備圖的審核；</p><p>　　劉文靜主要負責(zé)設(shè)計，繪制

6、設(shè)備圖，且參與工藝設(shè)計；</p><p><b>　　張寧參與工藝設(shè)計；</b></p><p>　　王康參與容器主要元件設(shè)計；</p><p>　　王順主要負責(zé)修改，完善設(shè)備圖，參與整個課程設(shè)計；</p><p>　　完成草稿之后，由夏老師給予指導(dǎo)，經(jīng)全體成員共同檢查、審核、校正之后定稿；</p><

7、;p>　　本大型課程設(shè)計作業(yè)是全體成員共同努力的結(jié)果，體現(xiàn)了我們團結(jié)一致，協(xié)同合作的團隊精神；</p><p>　　再次感謝夏老師和胡老師的耐心指導(dǎo)。</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1. 緒 論4</b></p><p>　　1.1 液化石油氣貯罐4

8、</p><p>　　1.2 液化石油氣特點4</p><p>　　1.3 臥式貯罐設(shè)計特點4</p><p><b>　　2. 工藝設(shè)計5</b></p><p>　　2.1液化石油氣參數(shù)的確定5</p><p><b>　　2.2設(shè)計溫度5</b></p&

9、gt;<p>　　2.3 設(shè)計壓力5</p><p>　　2.4 設(shè)計儲量6</p><p><b>　　2.5材料選擇6</b></p><p>　　2.6 封頭的選擇6</p><p>　　2.7 人孔的選擇7</p><p>　　2.8 法蘭的選擇7</p&g

10、t;<p>　　2.9 液面計的選擇7</p><p>　　2.10鞍座的選擇8</p><p>　　3. 容器主要元件設(shè)計9</p><p>　　3.1 圓筒厚度的設(shè)計9</p><p>　　3.2 液柱靜壓力9</p><p>　　3.3 封頭厚度的設(shè)計9</p><p

11、>　　3.4筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計10</p><p>　　3.5 主要設(shè)計參數(shù)表10</p><p>　　3.6 接管，法蘭，墊片和螺栓的選擇11</p><p>　　3.6.1接管和法蘭11</p><p>　　3.6.2 墊片的選擇12</p><p>　　3.6.3螺栓（螺柱）的選擇13<

12、/p><p>　　3.7人孔的設(shè)計14</p><p>　　3.7.1人孔的選取14</p><p>　　3.7.2人孔補強圈設(shè)計15</p><p>　　3.7.3開孔補強15</p><p>　　3.8 筒體整體、接管、人孔分布圖17</p><p>　　3.9 視鏡設(shè)計17<

13、/p><p>　　3.10 液面計設(shè)計18</p><p>　　3.11 鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計18</p><p><b>　　4校核計算20</b></p><p>　　4.1 水壓試驗應(yīng)力校核20</p><p>　　4.2 圓筒軸向彎矩計算20</p><p>　

14、　4.2.1 圓筒中間截面上的軸向彎矩20</p><p>　　4.2.2 鞍座平面上的軸向彎矩20</p><p>　　4.3 圓筒軸向應(yīng)力計算及校核21</p><p>　　4.3.1 圓筒中間截面上由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力21</p><p>　　4.3.3 圓筒軸向應(yīng)力校核21</p><p>

15、　　4.4 切向剪應(yīng)力的計算及校核22</p><p>　　4.4.1 圓筒切向剪應(yīng)力的計算22</p><p>　　4.4.2 圓筒被封頭加強􀊼22</p><p>　　4.4.3 切向剪應(yīng)力的校核22</p><p>　　4.5 圓筒周向應(yīng)力的計算和校核22</p><p>　　4.5.

16、1 在橫截面的最低點處23</p><p>　　4.5.2 在鞍座邊角處23</p><p>　　4.5.3 鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力23</p><p>　　4.5.4 周向應(yīng)力校核􀊿23</p><p>　　4.6 鞍座應(yīng)力計算及校核24</p><p>　　4.6.1 腹板水平分

17、力及強度校核24</p><p>　　4.6.2 鞍座壓縮應(yīng)力及強度校核24</p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p><b>　　1. 緒 論</b></p><p>　　1.1 液化石油氣貯罐</p><p>　　液化石油氣貯罐是盛裝液化石油

18、氣的常用設(shè)備, 由于該氣體具有易燃易爆的特點，因此在設(shè)計這種貯罐時，要注意與一般氣體貯罐的不同點，尤其是安全與防火，還要注意在制造、安裝等方面的特點。</p><p>　　目前我國普遍采用常溫壓力貯罐, 常溫貯罐一般有兩種形式：球形貯罐和圓筒形貯罐。球形貯罐和圓筒形貯罐相比， 前者具有投資少， 金屬耗量少， 占地面積少等優(yōu)點, 但加工制造及安裝復(fù)雜, 焊接工作量大, 故安裝費用較高。一般貯存總量大于500 m3

19、或單罐容積大于200 m3 時選用球形貯罐比較經(jīng)濟；而圓筒形貯罐具有加制造安裝簡單, 安裝費用少等優(yōu)點, 但金屬耗量大，占地面積大，所以在總貯量小于500 m3 , 單罐容積小于100 m3 時選用臥式貯罐比較經(jīng)濟。圓筒形貯罐按安裝方式可分為臥式和立式兩種。一般，小型液化石油氣站內(nèi)大多選用臥式圓筒形貯罐, 只有某些特殊情況下（站內(nèi)地方受限制等）才選用立式。綜合考慮，本課程設(shè)計選用臥式圓筒形貯罐。</p><p>

20、　　1.2 液化石油氣特點</p><p>　　液化石油氣呈液態(tài)時的特點：（1）容積膨脹系數(shù)比汽油、煤油以及水等都大，約為水的16倍， 充滿液態(tài)液化石油氣的容器每升高1度容器內(nèi)壓力會急劇上升。因此，往槽車，儲罐以及鋼瓶充滿時要嚴格控制灌裝量；（2）液化石油氣的主要成分是丙烷和丁烷在常溫20°時，液態(tài)丙烷的比重為0.5，液態(tài)丁烷的比重0.56-0.58，因此液化石油氣的液態(tài)比重可認為是0.55；（3）氣態(tài)

21、的液化石油氣著火溫度比較低，為360-460℃，液化石油氣的濃度達到1.5％-9.5％時即可遇明火爆炸，液化石油氣一旦出現(xiàn)泄漏，易發(fā)生危險。</p><p>　　1.3 臥式貯罐設(shè)計特點</p><p>　　臥式液化石油氣貯罐是一個儲存壓力容器, 不論是臥式還是球罐都屬第三</p><p>　　類壓力容器。貯罐主要有筒體、封頭、人孔、支座以及各種接管組成。貯罐上設(shè)&

22、lt;/p><p>　　有液相管、液相回液管、氣相管、排污管以及安全閥、壓力表、溫度計、液面計</p><p><b>　　等。</b></p><p><b>　　2. 工藝設(shè)計</b></p><p>　　2.1液化石油氣參數(shù)的確定</p><p>　　液化石油氣的主要組成部

23、分由于石油產(chǎn)地的不同，各地石油氣組成成分也不同。本課程設(shè)計按表2-1所示比例設(shè)計[1]。</p><p>　　表2-1液化石油氣組成成分</p><p>　　對于設(shè)計溫度下各成分的飽和蒸氣壓力[1]如表2-2。</p><p>　　表2-2各溫度下各組分的飽和蒸氣壓力</p><p><b>　　2.2設(shè)計溫度</b>&

24、lt;/p><p>　　根據(jù)本設(shè)計工藝要求，使用地點為黃石市某地區(qū)，用途為貯存液化石油氣，工作溫度為0-50℃，介質(zhì)為易燃易爆的氣體。 </p><p>　　從表中我們可以明顯看出,溫度從50℃降到-25℃時，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)力水平不會很高。</p><p>　　由上述條件選擇危險溫度為設(shè)計溫度。為保證正

25、常工作，對設(shè)計溫度留一定的富裕量。所以，取最高設(shè)計溫度t=50℃，最低設(shè)計溫度t= -10℃。根據(jù)儲罐所處環(huán)境，最高溫度為危險溫度，所以選t=50℃為設(shè)計溫度。</p><p><b>　　2.3 設(shè)計壓力</b></p><p>　　本次設(shè)計選用的臥式圓筒形貯罐屬于常溫壓力儲存。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。</p><

26、p>　　設(shè)計溫度t=50℃時，查文獻[1]由分壓可計算總最高蒸汽壓力為</p><p>　　P==0.01%×0+2.25%×7+47.3%×1.744+23.48%×0.67+21.96%×0.5+3.79%</p><p>　　×0.2+1.19%×0.16+0.02%×0.0011=1.947 MP

27、a</p><p>　　因為：P異丁烷（0.2）<P液化氣(1.25901)<P丙烷（1.947）</p><p>　　當(dāng)液化石油氣在50℃時的飽和蒸汽壓力高于異丁烷在50℃時的飽和蒸汽壓力時，若無保冷設(shè)施，則取50℃時丙烷的飽和蒸汽壓力作為最高工作壓力。</p><p>　　對于設(shè)置有安全泄放裝置的儲罐，設(shè)計壓力應(yīng)為1.05-1.1倍的最高工作壓力。所

28、以有Pc=1.1×1.947=2.1417MPa。查文獻[2]得：按標(biāo)準(zhǔn)可取設(shè)計壓力Pc=2.16MPa。</p><p><b>　　2.4 設(shè)計儲量</b></p><p>　　由本課程設(shè)計知，盛裝液化石油氣體的壓力容器設(shè)計儲存量為：W=20t。參考相關(guān)資料，石油液化氣密度一般為500-600kg/m3，取石油液化氣的密度為580kg/m3，盛裝液化石油

29、氣體的壓力容器容積為：</p><p>　　由計算可知，圓整后取公稱容積Vs=40m3。</p><p><b>　　2.5材料選擇</b></p><p>　　液化石油氣腐蝕性小,貯罐可選用一般鋼材,但由于壓力較大，可以考慮20R、16MnR這兩種鋼種[2]。雖然16MnR 的價格比20R貴，但在制造費用方面，同等重量設(shè)備的計價，16MnR鋼

30、板為比較經(jīng)濟，且16MnR機械加工性能、強度和塑性指標(biāo)都比較好，所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。</p><p><b>　　2.6 封頭的選擇</b></p><p>　　從受力與制造方面分析來看球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點是深度大，沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。平板封頭因直

31、徑和厚度都較大，加工與焊接方面都要遇到不少困難。從鋼材耗用量來年球形封頭用材最少，比橢圓開封頭節(jié)約，平板封頭用材最多。因此，從強度、結(jié)構(gòu)和制造方面綜合考慮采用橢圓形封頭最為合理。</p><p><b>　　2.7 人孔的選擇</b></p><p>　　壓力容器的人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔

32、有兩個手柄。選用時應(yīng)綜合考慮公稱壓力、公稱直徑、工作溫度以及人、手孔的結(jié)構(gòu)和材料等諸方面的因素。人孔的類型很多，選擇使用上有較大的靈活性，其尺寸大小及位置以設(shè)備內(nèi)件安裝和工人進出方便為原則。通?？梢愿鶕?jù)操作需要，在這考慮到人孔蓋直徑較大較重，可選擇回轉(zhuǎn)蓋對焊法蘭人孔。</p><p><b>　　2.8 法蘭的選擇</b></p><p>　　法蘭連接主要優(yōu)點是密封可

33、靠、強度足夠及應(yīng)用廣泛。缺點是不能快速拆卸、制造成本較高。壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭。平焊法蘭又分為甲型與乙型兩種。甲型平焊法蘭有PN 0.25 MPa 、0.6 MPa 、1.0 MPa、1.6 MPa，在較小范圍內(nèi)（DN 300 mm—2000 mm），適用溫度范圍為-20℃-300℃；乙型平焊法蘭用于PN 0.25 MPa、1.6 MPa 壓力等級中較大的直徑范圍，適用的全部直徑范圍為DN 300mm-3000 mm、適用溫

34、度范圍為-20℃-350℃。對焊法蘭具有厚度更大的頸，進一步增大了剛性。用于更高壓力的范圍（PN 0.6 MPa-6.4MPa），適用溫度范圍為-20℃-45℃。法蘭設(shè)計優(yōu)化原則：法蘭設(shè)計應(yīng)使各項應(yīng)力分別接近材料許用應(yīng)力值，即結(jié)構(gòu)材料在各個方向的強度都得到較充分的發(fā)揮。法蘭設(shè)計時，須注意以下兩點：管法蘭、鋼制管法蘭、墊片、緊固件設(shè)計參照文獻[3]有關(guān)鋼制管法蘭、墊片、緊固件的規(guī)定。</p><p>　　2.9 液

35、面計的選擇</p><p>　　液面計是用以指示容器內(nèi)物料液面的裝置，其類型很多，大體上可分為四類，有玻璃板液面計、玻璃管液面計、浮子液面計和浮標(biāo)液面計。在中低壓容器中常用前兩種。玻璃板液面計有透光式和反射式兩種結(jié)構(gòu)，其適用溫度一般在0-250℃。但透光式適用工作壓力較反射式高。玻璃管液面計適用工作壓力小于1.6MPa，介質(zhì)溫度在0-250℃的范圍。液面計與容器的連接型式有法蘭連接、頸部連接及嵌入連接，分別用于不

36、同型式的液面計。液面計的選用：􀊿</p><p>　?。?）玻璃板液面計和玻璃管液面計均適用于物料內(nèi)沒有結(jié)晶等堵塞固體的場</p><p>　　合。板式液面計承壓能力強，但是比較笨重、成本較高。</p><p>　?。?）玻璃板液面計一般選易觀察的透光式，只有當(dāng)物料很干凈時才選反射式。</p><p>　?。?）當(dāng)容器高度大

37、于3m 時，玻璃板液面計和玻璃管液面計的液面觀察效果受</p><p>　　到限制，應(yīng)改用其它適用的液面計。</p><p><b>　　2.10鞍座的選擇</b></p><p>　　鞍式支座是應(yīng)用最廣泛的一種臥式支座。從應(yīng)力分析看，承受同樣載且具有同樣截面幾何形狀和尺寸的梁采用多個支承比采用兩個支承優(yōu)越，因為多支承在粱內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力較小。所以

38、，從理論上說臥式容器的支座數(shù)目越多越好。但在實際上臥式容器應(yīng)盡可能設(shè)計成雙支座，這是因為當(dāng)支點多于兩個時，各支承平面的影響如容器簡體的彎曲度和局部不圓度、支座的水平度、各支座基礎(chǔ)下沉的不均勻性、容器不同部位抗局部交形的相對剛性等等，均會影響支座反力的分布。因此采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越論反而會造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運行安全帶來不利的影響。所以，一臺臥式容器支座一般情況不宜多于兩個，在此選擇鞍式雙支座，一個S 型，

39、一個F 型。查文獻[4]可知：鞍座選用材料為Q235-B，其許用應(yīng)力[σ]sa =147MPa。</p><p><b>　　􀀉 </b></p><p>　　3. 容器主要元件設(shè)計</p><p>　　3.1 圓筒厚度的設(shè)計</p><p>　　由于該容器儲存介質(zhì)易燃，所以該容器的焊縫都要采用全焊透結(jié)

40、構(gòu)，需要對</p><p>　　該儲罐進行100%探傷，所以取焊縫系數(shù)Φ=1.0。 </p><p>　　假設(shè)圓筒的厚度在16-36mm范圍內(nèi)，查文獻[2]可得：疲勞極限強度σb=490MPa ，屈服極限強度σs=325MPa，50℃下的需用應(yīng)力為[σ]t=163 MPa。根據(jù)設(shè)計容積40m3，查文獻[5]，取D=2600mm，利用中徑公式:</p><p>　　查

41、文獻[5]得：鋼板厚度負偏差C1= 0.8mm；</p><p>　　對于有輕微腐蝕的介質(zhì)，取腐蝕裕量C2=1.5mm</p><p>　　故筒體的名義厚度δn=δ+C1+ C2+Δ=17.34+0.8+1.5+Δ=19.64+Δ</p><p>　　圓整后取δn=20mm。</p><p><b>　　3.2 液柱靜壓力</

42、b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計為臥式貯罐，所以儲存液體最大高度h max≤D=2600mm。</p><p>　　P靜（max）=ρgh max≤ρgD=580×9.81×2.6=14.79kPa</p><p>　　則P靜可以忽略不記。</p><p>　　3.3 封頭厚度的設(shè)計</p><

43、p>　　為了得到良好的焊接工藝，封頭材料的選擇同筒體設(shè)計，同樣采用材料16MnR。</p><p>　　同理，選取C1=0.8mm ，C2=1.5mm 。</p><p>　　故δn=δ+C1+C2=17.28+0.8+1.5+Δ=19.58+Δmm </p><p>　　圓整后取名義厚度為δn=22mm</p><p>　　3.4

44、筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　由選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭可知，封頭長短軸之比為2，可得：</p><p>　　查文獻[6]可知，橢圓形封頭總深度、內(nèi)表面積、容積、質(zhì)量，見表3-1；橢圓形封頭示意圖見圖 3-1。</p><p>　　表 3-1 封頭尺寸表</p><p>　　圖3-1 橢圓封頭示意圖</p><p&

45、gt;　　3.5 主要設(shè)計參數(shù)表</p><p>　　根據(jù)以上計算，查文獻[3]，繪制貯罐主要元件尺寸見表3-2。</p><p>　　表 3-2 貯罐主要元件尺寸</p><p>　　3.6 接管，法蘭，墊片和螺栓的選擇</p><p>　　3.6.1接管和法蘭</p><p>　　液化石油氣儲罐應(yīng)設(shè)置排污口、氣相平

46、衡口、氣相口、出液口、進液口、人孔，液位計口、溫度計口、壓力表口、安全閥口、排空口。</p><p>　　根據(jù)文獻[7],按PN=2.5MPa，可選接管公稱通徑DN=80mm。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計壓力PN=2.16MPa，查文獻[8]，選用PN25帶頸平焊法蘭（SO）：由介質(zhì)特性和使用工況，選擇密封面型式為突面（RF），壓力等級為1.0-4.0MPa，見圖3-2：接管法蘭材料選用

47、16MnR。根據(jù)各接管公稱通徑，得各法蘭的尺寸，見表3-3。</p><p>　　圖3-2帶頸平焊鋼制管法蘭</p><p><b>　　表3-3法蘭尺寸</b></p><p>　　接管外徑查文獻[8]普通無縫鋼管，選材料為16MnR。對應(yīng)的管子尺寸見表3-4。</p><p><b>　　表3-4 管子尺寸

48、</b></p><p>　　3.6.2 墊片的選擇</p><p>　　查文獻[9]得：凹凸面法蘭用MFM型墊片尺寸，根據(jù)設(shè)計壓力為Pc=2.16MPa，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），見圖3-3。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，代號為NAS，最高工作溫度為290

49、℃。得對應(yīng)墊片尺寸見表3-5。 </p><p><b>　　表3-5 墊片尺寸</b></p><p>　　圖3-3凹凸面型墊片</p><p>　　3.6.3螺栓（螺柱）的選擇

50、</p><p>　　根據(jù)密封所需壓緊力大小計算螺栓載荷，選擇合適的螺柱材料。計算螺栓直徑與個數(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。地腳螺栓選用符合GB/T 700 規(guī)定的Q235，故Q235 的許用應(yīng)力[σ]bt=147MPa，查文獻[3]得：雙頭螺柱見圖3-4，螺母見圖3-5，螺柱的長度和平墊圈尺寸見表3-6。</p><p>　　表3-6 螺栓及墊圈尺寸</

51、p><p><b>　　圖3-4雙頭螺柱</b></p><p><b>　　圖3-5螺母</b></p><p><b>　　3.7人孔的設(shè)計</b></p><p>　　3.7.1人孔的選取</p><p>　　查文獻[10]表3-1，由PN=2.16M

52、Pa選用凹凸面的密封形式MFM，采用8.8級35CrMoA等長雙頭螺柱連接。其回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人示意圖見圖3-6，孔明細尺寸見表3-6。</p><p>　　圖3-6 回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔</p><p>　　表 3-6 人孔尺寸表 單位：mm</p><p>　　3.7.2人孔補強圈設(shè)計</p&

53、gt;<p><b>　　圖3-7補強圈</b></p><p><b>　　3.7.3開孔補強</b></p><p>　　（1）強設(shè)計方法判別</p><p>　　設(shè)：厚度附加量c=1mm</p><p>　　開孔直徑d=di+2c=500+2×1=502 mm</

54、p><p>　　d＜Di／2=2600/2=1300mm</p><p>　　故可以采用等面積法進行開孔補強計算。</p><p>　　因為接管材料選用16MnR號鋼，其許用應(yīng)力[δ]t=163MPa</p><p>　　查文獻[11]得公式：</p><p>　　其中：殼體開孔處的計算厚度 17.28mm</p&

55、gt;<p><b>　　接管的有效厚度</b></p><p>　　強度削弱系數(shù)fr=1</p><p>　　所以開孔所需補強面積為 A=502×17.28=8674.56 mm2 </p><p><b>　?。?）補強范圍</b></p><p>　　a 補強有效

56、寬度B的確定</p><p>　　查文獻[11]有： B1=2d=2×502=1004 mm</p><p>　　B2=d+2δn+2δnt=502+2×20+2×20=582mm</p><p>　　B=max（B1，B2）=1004 mm</p><p><b>　　b 有效高度的確定<

57、;/b></p><p><b>　　外側(cè)有效高度的確定</b></p><p>　　查文獻[11]有： </p><p>　　h1=max（h1’ ，h2”）=280 mm</p><p>　　c 外側(cè)有效高度的確定</p><p>　　查文獻[11]有： </p&g

58、t;<p><b>　　h2’’=0</b></p><p><b>　　（3）有效補強面積</b></p><p>　　查文獻[11]有： Ae=A1+A2+A3</p><p>　　A) 筒體多余面積 A1=(B-d)( δe-δ)-2δet(δe-δ)

59、(1-fr)</p><p>　　=(1004-502)×(17.7-17.28)=210.84mm</p><p><b>　　B) 管的多余面積</b></p><p><b>　　接管厚度：</b></p><p><b>　　,δet=δt,故</b><

60、/p><p>　　A2=2h1( δet-δt)fr-2h2 (δet-l2) fr=0</p><p><b>　　焊縫金屬截面積：</b></p><p>　　焊角取6.0mm </p><p><b>　　C) 補強面積</b></p><p>　　Ae=A1+A2+

61、A3=210.84+0+36=246.84 mm2</p><p>　　因為Ae＜A=8674.56mm2，所以開孔需另行補強</p><p>　　A4=A-Ae=8674.56-246.84=8427.72mm2</p><p>　　補強圈設(shè)計：根據(jù)DN500取補強圈外徑D2=840mm。因為B>D2，所以在有效補強范圍。</p><p&

62、gt;　　查文獻[12]有：補強圈焊接形式選D型， D1=d0+(6～12)，補強圈尺寸見表3-7。補強圈內(nèi)徑D1=500+10=510mm。</p><p>　　補強圈厚度： δ0=A4／(D2-D1)=25.5mm</p><p>　　圓整取名義厚度為26mm。</p><p>　　表3-7 補強圈補強及附件的選擇</p><p>　　

63、3.8 筒體整體、接管、人孔分布圖 </p><p>　　圖3-8 筒體整體、接管、人孔分布圖</p><p><b>　　3.9 視鏡設(shè)計</b></p><p>　　查文獻[13]有：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，視鏡的尺寸見表3-8，視鏡示意圖見圖3-9。</p>&l

64、t;p><b>　　表3-8視鏡尺寸</b></p><p><b>　　圖3-9 視鏡</b></p><p>　　3.10 液面計設(shè)計</p><p>　　由于儲罐工作溫度為-10-50℃，查文獻[6]，可選取磁性液面計。</p><p>　　3.11 鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計</p>

65、;<p>　　該臥式容器采用雙鞍座式支座，根據(jù)工作溫度為-10-50℃，查文獻[4]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= 163MPa。</p><p>　　估算鞍座的負荷：計算儲罐總重量 m=m1+m2</p><p>　　其中：m1表示貯罐質(zhì)量，kg；</p><p>　　m2表示充液質(zhì)量，kg。&

66、lt;/p><p>　　由于ρ水>ρ液化石油氣，水壓試驗充滿水，故介質(zhì)密度為ρ水=1000kg/m3，</p><p>　　m2=ρ水V=1000×40=40000kg；</p><p>　　故 m=m1+m2=12000+40000=52000kg</p><p>　　所以每個鞍座承受的重量為 F=G/2=mg / 2=5200

67、0×9.81/2=255.06kN</p><p>　　由此查文獻[12]，選取輕型，焊制A，包角為120°，有墊板的鞍座.，筋板數(shù)為6，示意圖見圖3-10；查文獻[14]表2得鞍座尺寸見表3-9，示意圖見圖3-1。</p><p>　　表3-9鞍座支座結(jié)構(gòu)尺寸</p><p><b>　　圖3-10鞍座</b></p

68、><p>　　圖3-11帶補強圈焊接接頭結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　4校核計算</b></p><p>　　4.1 水壓試驗應(yīng)力校核</p><p>　　試驗壓力PT=1.25P=1.25×2.16=2.7MPa?</p><p><b>　　圓筒的薄膜應(yīng)力為</b&g

69、t;</p><p>　　而16MnR鋼板的σs=325MPa，則常溫下水壓試驗時的許可應(yīng)力為</p><p>　　0.9фσs=0.9×1.0×325=292.5MPa?</p><p>　　因σT<0.9фσs，所以水壓試驗時強度足夠。</p><p>　　4.2 圓筒軸向彎矩計算</p><

70、p><b>　　圓筒的平均半徑為</b></p><p>　　4.2.1 圓筒中間截面上的軸向彎矩</p><p>　　查文獻[3]式7-2，可得</p><p><b>　　?</b></p><p>　　4.2.2 鞍座平面上的軸向彎矩</p><p>　　查文獻[

71、3]式7-3，可得：</p><p>　　4.3 圓筒軸向應(yīng)力計算及校核</p><p>　　4.3.1 圓筒中間截面上由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力</p><p>　　根據(jù)文獻[3]中式7-4至式7-7 計算：</p><p>　　最高點：􀊿最低點：</p><p>　　4.3.2 由壓力及軸向彎

72、矩引起的軸向應(yīng)力計算及校核</p><p>　　鞍座平面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力，按下式計算：􀊿</p><p>　?。╝）當(dāng)圓筒在鞍座平面上或靠近鞍座處有加強圈或被封頭加強（即A≤Ra/2）時，軸向應(yīng)力位于橫截面最高點處.；</p><p>　　取鞍座包角θ=120°，查文獻[3]表7-1得，K1=1.0，K2=1.0，則&l

73、t;/p><p><b>　　?</b></p><p>　　（b）在橫截面最低點處的軸向應(yīng)力?</p><p><b>　　? 􀊿</b></p><p>　　4.3.3 圓筒軸向應(yīng)力校核</p><p>　　查文獻[15]中圖4-8得E=2×105

74、，,則</p><p><b>　　; 滿足條件 </b></p><p>　　4.4 切向剪應(yīng)力的計算及校核</p><p>　　4.4.1 圓筒切向剪應(yīng)力的計算</p><p>　　根據(jù)文獻[4]中式7-9計算，查文獻[3]中表7-2，得：K3=0.880，K4=0.401，則</p><p>

75、;<b>　　􀊿􀀔</b></p><p>　　4.4.2 圓筒被封頭加強??</p><p>　　根據(jù)文獻[3]式7-10，計算其最大剪應(yīng)力，得</p><p><b>　　?</b></p><p>　　4.4.3 切向剪應(yīng)力的校核</p>&l

76、t;p>　　圓筒的切向剪應(yīng)力不應(yīng)超過設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力的0.8 倍，即；封頭切向剪應(yīng)力應(yīng)滿足；而τ=9.68MPa<0.8[δ]t=0.8×163=130.4MPa；故圓筒滿足強度要求。</p><p>　　根據(jù)文獻[3]中式7-12，可得：</p><p>　　則有： </p><p>　　故封頭滿足強度要求。</p&

77、gt;<p>　　4.5 圓筒周向應(yīng)力的計算和校核</p><p>　　根據(jù)鞍座尺寸表3-9知：b4=430mm</p><p>　　所以b4>b+1.56(Raδn)1/2=44+1.56×(1.31×20)1/2=296.5mm；</p><p>　　所以此鞍座墊片可作為加強用的鞍座。</p><p&g

78、t;　　4.5.1 在橫截面的最低點處</p><p>　　根據(jù)文獻[3]中式7-18，可得：</p><p>　　其中k=0.1 (容器焊在支座上)􀊽</p><p>　　查文獻[3]，表7-3知，K5=0.76，則</p><p>　　4.5.2 在鞍座邊角處</p><p>　　根據(jù)文獻[15]

79、，有L/R=6680/1310=5.099<8時：</p><p>　　由于A/Ra=0.6/1.31=0.458<0.5，查文獻[4]中表7-3知，K6=0.013，則</p><p>　　4.5.3 鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力</p><p>　　由于L/Ra<8，根據(jù)文獻[3]中式7—22，可得：</p><p>

80、　　4.5.4 周向應(yīng)力校核􀊿</p><p>　　根據(jù)文獻[3]進行校核，由于[δ]t=163MPa </p><p>　　所以 ；；􀀗 􀀓􀀗 􀀓</p><p><b>　　故均滿足強度要求。</b></p><p>　　4.6

81、 鞍座應(yīng)力計算及校核</p><p>　　4.6.1 腹板水平分力及強度校核</p><p>　　根據(jù)文獻[4]中表7-7，可得：鞍座包角θ=120°；查文獻[3]表7-5得：K9=0.204，則Fs=K9F=0.204×255060=52032.24N，可知，墊板起加強作用。則</p><p>　　其中δre=11.8mm，br=b2=190m

82、m，Ra/3=1310/3=437mm，H=250-10=240mm</p><p>　　則Hs=min{H，Ra/3}=240mm；</p><p><b>　　可得： 􀊿</b></p><p>　　查文獻[3]中表5-1，得：[δ]sa=147MPa，則2/3[δ]sa=98MPa</p><p&g

83、t;　　由于σ9<2/3[δ]sa;所以其強度滿足要求。</p><p>　　4.6.2 鞍座壓縮應(yīng)力及強度校核</p><p>　　根據(jù)文獻[3]中表7-6，取α1=0.08，則FEV=α1mg=0.08×52000×9.81=40809.6? 􀀋鋼底板對水泥基礎(chǔ)的f=0.4，則 mgf=52000×9.81×0.4=204

84、048>FEV􀀈 </p><p>　　所以壓應(yīng)力應(yīng)按文獻[3]中式7-29計算</p><p>　　其中：Hv=R+H=1300+240=1540mm</p><p>　　筋板面積： A1=b2δ3=190×8=1520mm2</p><p>　　腹板面積： A2=(l1-50)δ2=(1420-5

85、0)×10=13700mm2? </p><p>　　11.8-17.7=1420/2-11.8-17.7-8-330=342.5mm</p><p><b>　　形心：</b></p><p>　　腹板與筋板組合截面斷面系數(shù) </p><p>　　Zr=min｛Zr

86、y，Zrz｝=3.08×105mm2</p><p><b>　　代入公式，得</b></p><p>　　取K0=1.2，則 </p><p>　　根據(jù)文獻[3]中式7-32，進行校核</p><p><b>　　滿足強度要求。</b></p><p><

87、b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 劉光啟，馬連湘，劉杰.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊（有機卷）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出 版社，2002.5.</p><p>　　[2] HG 5-1580—1985，《臥式橢圓形封頭貯罐標(biāo)準(zhǔn)系列》[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1985.</p><p>　　[3] HG 20592

88、-HG20635—2009，《中華人民共和國化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.</p><p>　　[4] JB/T 4731—2005，《鋼制臥式壓力容器》[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.</p><p>　　[5] 趙軍，張有忱，段成紅.化工設(shè)備機械基礎(chǔ)[M].第二版.北京：化學(xué)工業(yè)大學(xué)出版社，2007.7.</p><p>　　[6

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91、T 4736—2002，《補強圈鋼制壓力容器用封頭》[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.</p><p>　　[13] HG/T 21619—1986，《壓力容器視鏡》[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1986.</p><p>　　[14] JB/T 4712.1—2007，《鞍式支座》[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.</p><p>　　[15] 鄭津洋