容积50.0m3卧式储罐分离器设计说明书-本科毕业论.doc

目录1 绪论12设计选材及结构32.1材料选择32.2筒体及封头的选择33设计计算43.1确定罐体的工艺尺寸43.2设计主要技术参数的确定43.2.1设计压力43.2.2设计温度53.2.3厚度及厚度附加量53.2.4焊接接头系数73.2.5许用应力73.3筒体厚度设计83.4 封头壁厚设计103.5水压试验及强度校核104 附件的选择124.1 人孔的选择124.2人孔补强的计算134.2.1补强判别144.2.2开孔所需补强面积144.3补强圈的设计174.4接管选择174.5液面计的设计184.6压力计的设计194.7安全阀的设计204.8容器支座的选择204.8.1承载核算214.8.2鞍座的选择214.9密封装置的设计224.10 视镜的选择244.11 溢流堰板的设计245筒体和封头的强度及稳定性校核255.1筒体的弯矩255.2剪力265.3.筒体应力计算及校核265.3.1 圆筒轴向应力及校核265.3.2筒体和封头切向应力及校核285.3.3 支座截面处圆筒体的周向应力及校核296容器制造工艺306.1下料306.1.1划线306.1.2坡口加工306.2成形306.3纵缝施焊306.4筒节复圆316.5纵缝无损检测326.6筒体组装326.7筒节环缝施焊326.8筒节环缝无损检测326.9划线开孔326.10筒体封头总装336.11设备附件组焊336.12完工总检336.13压力试验33结论35致谢36参考文献37附录.381 绪论 压力容器是一种密闭的承压容器，通常是由板、壳组合而成的焊接结构。其应用广泛且用量大，但又比较容易发生事故且事故往往是严重的。压力容器的设计一般有筒体、封头、密封装置、支座、接口管、人孔及安全附件等组成。与任何工程设计一样，压力容器的设计目标也是对新的或改进的工程系统和装置进行创新和优化，以满足人们的愿望与需要。具体来说，压力容器的设计人员应根据设计任务的特定要求，遵循设计工作的基本规则或规范，以及材料控制结构细节制造工艺检验及质量管理等方面的规则，并尽可能地采用标准1。 本储罐是石油工业中必不可少的分离容器，所以本设计过程的内容包括容器的材质的选取、容器筒体结构和强度的设计，密封的设计、罐体及封头的强度设计、确定支座，人孔及接管、开孔补强的情况以及焊接形式的设计与选取。在设计过程中要综合考虑经济性、实用性和安全可靠性。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标准设备。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，合理地进行设计。此次设计主要原理来自过程设备设计一书以及相关的标准及规范2。 原油经过电脱盐后的颜色是由石油中含有的其它物质所形成的。原油相对密度一般在0.750.95之间，少数大于0.95或小于0.75，相对密度在0.91.0的称为重质原油，小于0.9的称为轻质原油。原油粘度变化较大，一般在1100mPa.s之间，粘度大的原油俗称稠油，稠油由于流动性差而开发难度增大。一般来说，粘度大的原油密度也较大。原油的凝固点大约在-5035之间。凝固点的高低与石油中的组分含量有关，轻质组分含量高，凝固点低，重质组分含量高，尤其是石蜡含量高，凝固点就高。原油很难溶于水中，但却能溶于普通的有机溶剂，如苯、氯仿、酒精、乙醚、四氯化碳等。虽然原油几乎完全不能和水相溶解，但仍有少量水分会“包溶”于原油中，一定条件下可自然析出。 设计一台具体的化工设备或容器，必须全面考虑设计对象的工况条件，使其有：1. 总体结构合理、符合工艺要求，高效、可靠、经济；2. 保证受压元件强度、刚度和稳定性，密封良好，使用期内具有安全寿命；3. 力求制造、运输、安装、维修简便，易于实现质量监检与控制；4. 符合国家设计规定和标准，符合劳动部门法规。 设计概要1. 强度、稳定性设计1) 根据设计条件及所造的结构、材料进行强度、稳定性及密封计算，以确定设备或容器的机械尺寸。通过计算，常会对结构加以修改，使之更加合理。2) 施工图设计 根据设计计算的结果，绘制施工图，确定制造技术要求，提出各零件质量及设备总重、材料、品种、规格、用量及标准件、外构件等。2. 编写技术文件1) 计算书2) 设计说明书 内容应包含技术经济分析，并表明技术经济指标生产能力与消耗系数；材料消耗与生产；维护管理费用3) 设计图纸设计任务设计一个容积为50.0m3卧式储罐。设计数据表如表1-1所列：表1-1 设计数据表序号项目数值单位备注1名称初顶回流油罐2用途初顶油分离3工作压力0.05MPa4工作温度405全容积50M6物料名称油水7装量系数0.82设计选材及结构2.1材料选择 根据初顶油的物性选择罐体材料，碳钢对初顶油有良好的耐蚀性，腐蚀率在0.1/年以下，储罐可选用一般钢材，根据储罐的工作压力、工作温度和介质的性质可知该设备为一低压设备，介质对碳钢的腐蚀作用很小。故选材料时，主要考虑的强度指标（指s和b）和塑性指标适合的材料，内罐贮存中温初顶油，可以考虑Q245、Q235这两种钢种。Q235的特点是，塑性好，适合于制作各种型材，如板材、角钢、槽钢、工字钢等；同时它的焊接性能优良，适合于制造各种焊接结构。所以初选Q235B3 5。2.2筒体及封头的选择 压力容器封头的种类较多，分为凸形封头、锥壳、变径段、平盖及紧缩口等，其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头和球冠形封头。可参阅文献1126页。常见容器凸形封头形式如下图示1。图2-1 常见容器凸形封头的形式 从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头深度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来看，球形封头用材最少，比椭圆形封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头较为合理6。筒体结构设计为圆筒形。因为作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，这类容器应用最广。3设计计算3.1确定罐体的工艺尺寸 根据工艺要求，初顶油储罐可设计罐身为圆筒形，两端均用标准椭圆形封头的卧式容器5。根据化工设备标准手册标准GB 9019-88中的表1压力容器的公称直径，筒体的容积、面积及质量查标准GB 9019-88表1。表3-1 筒体用钢板卷制时，容器的公称直径表3003504004505005506006507007508009001000110012001300140015001600170018001900200021002200230024002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000 由于容器设计压力为0.25Mpa,容积50立方米，根据HG3154-1985-7卧式椭圆形封头储罐系列，得： 初选筒体内径Di=2800，设罐身的长度为L，则：设L=7200 对容积的核算11：筒体体积V1：V1=封头体积V2：经查表得到V2=3.12总体积：式中设计容积，m。所以取筒体： L=7200。3.2设计主要技术参数的确定 压力容器设计技术参数主要有设计压力、设计温度、厚度及其附加量、焊接接头系数和许用应力等。3.2.1设计压力 设计压力为压力容器的设计载荷条件之一，其值不得低于最高工作压力。而最高工作压力系指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压。设计压力应视内压或外压容器分别取值。 当内压容器上装有安全泄放装置时，其设计压力应根据不同形式的安全泄放装置确定。装设安全阀的容器，考虑到安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力不应低于安全阀的开启压力，通常可取最高工作压力的1.05-1.10倍；装设爆破片时，设计压力不得低于爆破片的爆破压力。 对于盛装气液共存的容器，由于容器内介质压力为气体的饱和蒸汽压，在规定的装量系数范围内，与体积无关，仅取决于温度的变化，故设计压力与周围的大气环境温度密切相关。此外，还要考虑容器外壁有否保冷设施，可靠的保冷设施能有效地保证容器内温度不受大气环境温度的影响，即设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。计算压力是指在相应设计温度下，用以确定元件最危险截面厚度的压力，其中包括液柱静压力。通常情况下，计算压力等于设计压力加上液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。本设计的工作状态为真空，工程上常取2.5倍的大气压为设计压力，因此可取设计压力可参阅文献1114页。3.2.2设计温度 设计温度也为压力容器的设计载荷条件之一，它是指容器在正常情况下，设定元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。当元件金属温度不低于0时，设计温度不得低于元件金属可能达到的最高温度；当元件金属温度低于0时，其值不得高于元件金属可能达到的最低温度。GB150规定设计温度等于或等于-20的容器属于低温容器。元件的金属温度可以通过传热计算或实测得到，也可按内部介质的最高（最低）温度确定，或在此基础上增加（或减少）一定数值。设计温度与设计压力存在对应关系。当压力容器遇有不同的操作工况时，应按最苛刻的压力与温度的组合设定容器的设计条件，而不能按其在不同工况下各自的最苛刻条件确定设计温度和设计压力。可参阅文献1114页。由于本设计的工作温度是40，而操作工况与启动工况或停车工况时压力差别大，而且四季变换也会有温度波动，所以设计温度相应比最高工作温度要高些，故取设计温度为60。3.2.3厚度及厚度附加量 由公式所给出的厚度为计算厚度，并未包括厚度附加量。设计时要考虑的厚度附加量由钢材的厚度负偏差C1和腐蚀裕量C2组成，即C=C1+C2,不包括加工减薄量C3。加工减薄量一般根据具体制造工艺和板材的实际厚度由制造厂而并非由设计人员确定。因此，出厂时的实际厚度可能和图样厚度不完全一样。 计算厚度（）是按有关公式采用计算压力得到的厚度。必要时还用计入其他载荷对厚度的影响。 设计厚度（d）系计算厚度与腐蚀裕量之和。 名义厚度（n）指设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度，及标注在图样上的厚度。 有效厚度（e）为名义厚度减去腐蚀裕量和钢材负偏差。 成形后厚度指制造厂考虑加工减薄量并按钢板厚度规格第二次向上圆整得到的坯板厚度，再减去实际加工减薄量后的厚度，也为出厂时容器的实际厚度。一般情况下，只要成形后厚度大于设计厚度就可满足强度要求。详见文献1115页图4-5。图3-1 各种厚度间的关系 钢板或钢管厚度负偏差C1应按相应钢材标准的规定选取。当钢材的厚度负偏差不大于0.25,且不超过名义厚度的6%时，可取C1=0。由于GB6654压力容器用钢板和GB3531低温压力容器用低合金钢钢板规定压力容器专用钢板的厚度负偏差不大于0.25，一次使用该标准中钢板厚度超过5时（如20R、16MnR和16MnDR等），可取=0；常用钢板（如、Q235-A以及0Cr18Ni9等）的厚度负偏差见表3-2。表3-2 常用钢板的厚度负偏差C1值钢板标准GB/T 3274 GB/T 3280 GB/T 4237 GB/T 4238钢板厚度5.57.57.52525303034负偏差0.60.80.91.0钢板厚度3440405050606080负偏差1.11.21.31.8 腐蚀余量主要是防止容器受压元件由于均匀腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄。与腐蚀介质直接接触的筒体、封头、接管等受压元件，均应考虑材料的腐蚀裕量。腐蚀裕量一般可根据钢材在介质中的均匀腐蚀速率和容器设计寿命确定。在无特殊腐蚀情况下，对于碳素钢和低合金钢，不小于1；对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取=0。 但腐蚀裕量只对防止发生均匀腐蚀破坏有意义；对于应力腐蚀、氢脆和缝隙腐蚀等非均匀腐蚀，用增加腐蚀裕量的办法来防止腐蚀效果不佳，此时应着重于选择腐蚀材料或进行适当的防腐蚀处理。本设计取，可参阅文献1115116页。3.2.4焊接接头系数 通过焊接制成的容器，焊缝中可能存在夹渣、未熔透、裂纹、气孔等焊接缺陷，且在焊缝的热影响区很容易形成粗大晶粒而使目的材料的强度或塑性有所降低，因此焊缝往往成为容器强度比较薄弱的环节。为弥补焊缝对容器整体强度的削弱，在强度计算中需引入焊接接头系数。焊接接头系数表示焊缝金属与目的材料强度的比值，反映容器强度受削弱的程度。可参阅文献1116页。影响焊接接头系数大小的因素较多，但主要与焊接接头形式和焊缝无损检测的要求及长度比例有关。中国钢制压力容器的焊接接头系数可按表3-3选取。表3-3 钢制压力容器的焊接接头系数值焊接接头形式无损检测比例值焊接接头形式无损检测比例值双面焊对接接头和相当于双面焊的全熔透对接接头100%1.00单面焊对接接头（沿焊接根部全长又紧贴基本金属的垫板）100%0.90局部0.85局部0.80 本设计的筒体及封头焊接接头采用双面焊局部无损检测，故取=0.85。3.2.5许用应力 许用应力是容器壳体、封头等受压元件的材料许用强度，取材料强度失效判据的极限值与相应的材料设计系数（又称安全系数）之比。设计时必须合理地选择材料的许用应力，采用过小的许用应力，会使设计的部件过分笨重而浪费材料，反之则使部件过于单薄而容易破损。 作为压力容器受压元件设计时的许用应力，即按下式取值 也就是说在设计受压元件时，以抗拉强度和屈服点同时来控制许用应力。 GB150给出了钢板、钢管、锻件以及螺栓材料在设计温度下的许用应力值，同时也列出了确定钢材许用应力的依据，表3-4所示为钢材（除螺栓材料外）许用应力的确定依据。可参阅文献1116117页。表3-4 钢制压力容器用材料许用应力的取值方法材料许用应力取下列各值中的最小值/MPa碳素钢、低合金钢、铁素体高合金钢奥氏体高合金钢3.3筒体厚度设计 初顶回流油罐通常置于室外，罐内的温度和压力直接受到大气温度的影响，在夏季液氨储罐经太阳暴晒，随着气温的变化，储罐的操作压力也在不断变化。储罐在夏季最高温度可达到55。由于在操作过程中有气体析出，压力容器安全监察规程规定液化气体储罐必须安装安全阀，设计压力通常可取最大操作压力的1.051.10倍。设计压力故取设计压力由于液柱静压力所以 在设计温度60,估计筒体的厚度在616范围内，为安全取许用应力=115MPa，焊接接头采用V坡口双面焊接，采用局部无损检测，其焊接接头系数由焊接接头系数表查得=0.851 3。 根据GB150-2011标准，Q235B的特性如下：表3-5 Q235B的许用应力表钢号板厚/在下列温度（）下的许用应力/MPa20100150200250300Q235B3161636116116113108108102999488828175 取=115Mpa 筒体厚度计算： 由于 所以 (3-1) 式中筒体计算厚度，；计算压力，MPa；许用应力，MPa；焊缝街头系数；筒体内径，。 在钢制压力容器中，取，平面腐裕量取。式中名义厚度，。 根据钢板厚度规格，圆整后取名义厚度n，确定选用的Q235B钢板。可参阅文献1117页。 现已知圆筒尺寸、，需对圆筒进行强度校核，其应力强度判别按下式进行。(3-2)式中有效厚度，,；名义厚度，；C厚度附加量，；设计温度下圆筒的计算应力，MPa。满足强度条件。因此，圆筒的最大允许工作压力为0.25 （3-3)式中圆筒的最大允许工作压力，MPa。满足条件。根据HG3154-1985-7，圆整后选取厚度8Q235B钢板。筒体尺寸表如表所示：表3-6 筒体尺寸表公称直径一米高的容积V（）一米高的内表面积()名义厚度（）一米高筒节钢板质量（）28006.1548.79289093.4 封头壁厚设计 采用标准椭圆形封头，各参数与筒体相同。 (3-4)式中0.85 设计厚度 从制造和受力角度考虑，一般与筒体厚度一致，取名义厚度的Q235B钢板。 椭圆形封头的最大允许工作压力按下式确定 (3-5) 所以封头也符合设计条件。可参阅文献1127页。表3-7 封头尺寸表公称直径曲面高度直边高度容积V（）内表面积()名义厚度（）质量（）2800700403.128.8212834.03.5水压试验及强度校核 根据公式，试验压力 (3-6) 式中试验压力，MPa；耐压试验压力系数，一般取；设计压力，MPa；材料许用应力，当容器各元件（筒体、封头、接管、法兰及紧固件等）所用材料不同时，应取各元件材料许用应力比的最小值；设计温度下材料的许用应力，MPa。先按公式确定水压试验时的压力为：，水压试验时应力校核1 2：计算水压试验时应力 (3-7)Q235B钢板的钢材屈服极限，在常温水压试验时的许用应力，故筒体厚度满足水压试验时的强度要求。4 附件的选择4.1 人孔的选择 压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力、公称直径、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。 人孔的类型很多，从是否承压来看有常压人孔和承压人孔。从人孔所用法兰类型来看，承压人孔有板式平焊法兰人孔、带颈平焊法兰人孔和带颈对焊法兰人孔，在人孔法兰与人孔盖之间的密封面，根据人孔承压的高低、介质的性质，可以采用突面、凹凸面、榫槽面或环连接面。从人孔盖的开启方式及开启后人孔盖的所处位置看，人孔又可分为回转盖人孔、垂直吊盖人孔和水平吊盖人孔三种。选择使用上有较大的灵活性。常见的人孔形状有圆形和椭圆形两种，为使操作人员在能够自由出入，圆形人孔的直径至少应为400，椭圆形人孔的尺寸一般为3504501 7。 容器上开设人孔规定当Di1000时至少设一个人孔，本设计初选一个圆形人孔。 根据储罐的工作温度及最高工作压力为0.25MPa,人孔的标准按公称压力为0.25MPa等级选取，查标准选回转盖板式平焊法兰人孔(HG/T 21516-2005)，人孔筒节轴线垂直安装。公称直径500,凸法兰密封面（C型），采用类20R材料、垫片采用外环材料为低碳钢、金属带为0Cr19Ni9、非金属带为柔性石墨、C型缠绕垫。法兰标准号为HGJ5053-91，垫片标准号为HGJ6972-91，法兰盖标准HGJ6165-91 材料为20R，螺柱螺母标准HGJ75-91螺柱材料35CrMoA螺母材料30CrMo，吊环转臂的材料为Q235-AF，垫圈标准为GB95-85 ，材料100HV，螺母标准GB41-86，吊钩环材料为Q235-AF，支承板材料为20R。人孔尺寸表如下表8 9。4-1 回转盖板式平焊法兰人孔尺寸表 密封面形式PN/MPaDNDbA螺柱螺母螺柱总质量数量直径长度突面（RF型）0.65005306500645600230106322426355202040M201151174.2人孔补强的计算 由于各种工艺和结构上的要求，不可避免地要在容器上开孔并安装接管。开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患，因此压力容器设计必须充分考虑开孔的补强。 压力容器开孔补强的计算方法有多种，为了计算方便，采用等面积补强法，即壳体截面因开孔被削弱的承载面积，必须由补强材料予以等面积的补偿。当补强材料与被削弱壳体的材料相同时，则补强面积等于削弱的面积1 7。补强材料采用Q235B。 压力容器接管补强结构通常采用局部补强结构，主要有补强圈补强、厚壁接管补强和整锻件补强三种形式，如图4-1所示。图4-1补强元件的基本类型 1）补强圈补强 这是中低压容器使用最为广泛的补强结构，补强圈贴焊在壳体与接管连接处，如图4-2（a）所示。它具有结构简单、制造方便、原材料易解决、安全、可靠、使用经验丰富等优点。但补强圈与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以上使用时，二者存在较大的热膨胀差，因而使补强区域产生较大的热应力；另外，补强圈与壳体采用搭接连接，难以与壳体形成整体，所以抗疲劳性能差。这种补强结构一般使用在静载、常温、中低压、材料的标准抗拉强度低于540MPa、补强圈厚度小于或等于、壳体名义厚度不大于38的场合。 2）厚壁接管补强 即在开孔处焊上一段厚壁接管，如图4-2（b）所示。由于接管的加厚部分正处于最大应力区域内，故比补强圈更能有效地降低应力集中系数。接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易检查，因此补强效果较好。高强度低合金钢制压力容器由于材料缺口敏感性较高，一般都采用该结构，但必须保证焊缝全熔透。 3）整锻件补强 该补强结构是接管和部分壳体连同补强部分做成整体锻件，再与壳体和接管焊接，如图4-2（c）所示。此补强只在重要压力容器中应用，如核容器，材料屈服点在500MPa以上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大直径开孔等。可参考文献1160164页。4.2.1补强判别 GB150规定，当在设计压力小于或等于2.5MPa的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）大于两孔直径之和的两倍，且接管公称直径小于或等于89时，只要接管最小厚度满足下表要求，就可不另行补强。由文献1161页表4-15。 表4-2不另行补强的接管最小厚度 单位：接管公称外径253238454857657689最小厚度3.54.05.06.0根据表4-2,允许不另行补强的最大接管外径为89。本开孔外径等于500，故需另行考虑其补强。可参考文献1160页。 等面积补强允许开孔的范围GB150对开孔最大直径作了如下限制。1) 圆筒上开孔的限制，当其内径时，开孔最大直径，且；当其内径时，开孔最大直径，且；2) 凸形封头或球壳上开孔最大直径；3) 锥壳（或锥形壳体）上开孔最大直径， 为开孔中心处的锥壳内直径； 4）在椭圆形或蝶形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂直于封头表面。椭圆形或蝶形封头上开孔的孔边或外加补强元件的边缘与封头边缘间的投影距离不。 本设计所选用的人孔筒节内径为=535,壁厚=6。故补强圈尺寸如下： 查HG/T21515-2005得人孔的筒体尺寸为5306，由标准查得补强圈内径=535,外径=840。开孔直径 式中开孔直径，圆形孔等于接管内直径加2倍厚度附加量，椭圆形或长圆形孔取所考虑平面上的尺寸（弦长，包括厚度附加量），。 本筒体开孔直径,且满足，满足等面积法开孔补强计算的使用条件，故可用等面积法进行开孔补强。可参考文献1161页。4.2.2开孔所需补强面积筒体计算厚度： 式中筒体计算厚度， 开孔所需补强面积按下式计算 (4-1) 式中开孔削弱所需要的补强面积，；开孔直径，圆形孔等于接管内直径加2倍厚度附加量，椭圆形或长圆形孔取所考虑平面上的尺寸（弦长，包括厚度附加量），；壳体开孔处的计算厚度，；接管有效厚度，；强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比，当该值大于1.0时，取。有效宽度范围： 有效宽度B按一下公式确定 (4-2)取最大值B=1044式中B补强有效宽度，；壳体名义厚度，；接管名义厚度，。有效高度h： 外侧有效高度按下式确定 (4-3)（实际外伸高度）两者取较小值，故 内侧有效高度按下式确定 (4-4)（实际内伸高度）两者取较小值有效补强面积：1.筒体多余金属面积筒体多余金属面积按下式计算 (4-5) 式中筒体有效厚度，；选择与筒体相同的材料（Q235B）进行补偿，故=1。2.接管多余金属面积接管计算厚度接管多余金属面积按下式计算 (4-6) 3.接管区焊缝面积（焊脚取10.0）4.有效补强面积 因为，所以需要补强 所需另行补强截面积A4 拟采用补强圈补强1 6 采用补强圈搭焊结构进行补强时应遵循下列规定：（1）钢材的常温抗拉强度；（2）补强圈的厚度不得超过1.5；（3）壳体名义厚度。图4-2 有效补强范围示意图4.3补强圈的设计1 根据接管公称直径DN500选补强圈，参照HG 21506-92取补强圈外径,内径。因B=1044,补强圈在有效补强范围内。补强圈厚度为： (4-7)考虑钢板负偏差并圆整，实取补强厚度4，补强材料与壳体材料相同。补强圈标记为：标准号JB -T 4736-2002规 格补强圈 DN 5006-D材 质Q235-B4.4接管选择1015 一般输用液体用无缝钢管时按GB 8163-87用普通碳素钢、优质碳素钢和合金结构钢制造。无缝钢管按外径和壁厚供货，分为冷拔和热轧两种。冷拔管外径6200，壁厚0.214。热轧管外径32630，壁厚2.575。冷拔管的最大公称直径为200，热轧管最大外径为630。在管道工程中，管径超过57时，常用热轧管，57以内时，常用冷拔管。 本设计选用材料为Q235-B。本设计选择结构：接管伸进设备内切成45度，可避免物料沿设备内壁流动使液流集中，减少物料对壁的磨损与腐蚀，对减少产生静电也有好处。 接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考虑上述要求外，还需考虑焊接方法、焊接参数、加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。一般情况下，管壁厚不宜小于壳体壁厚的一半，否则，应采用厚壁管或整体锻件，以保证接管与壳体相焊部分厚度的匹配。本设计的接管选择按ISO4200规定系列1的标准选择。表4-3 管子最小壁厚材料公称直径100150200250300350碳素钢、低合金钢2.43.24.04.8高合金钢、奥氏体不锈钢1.52.3 由已知条件：进口流量：，抽出液流量：，罐顶不凝性：，罐底含硫污油：。查化工原理上册第18页得 管道内径，表1-1查得流速。带入数据得： 进料管 同理 出料管d=54.3mm,罐顶d=18.8mm,排污管d=15.4mm。1）初顶油进料管 查设备设计161页采用无缝钢管655(管壁加厚，具有补强作用)。管长2100，距左端环焊缝200mm，配用平焊管法兰PN0.25DN65 GB/T 9112-2000。 根据表4-15允许不另行补强的最大接管外径为89。本开孔外径等于65，故不需另行考虑其补强。2）初顶油出料管 采用无缝钢管管575,伸入到罐内离罐底约100,距右端环焊缝150mm，配用平焊管法兰（GB/T 9112-2000），凸面管法兰盖（GB9119.8-1988）和石棉橡胶垫片（GB/T519）。出料管的补强同初顶油进料管。3）排污管 在离右鞍座的左侧1000处最底部设个排污管，规格是254，配用平焊管法兰PN0.25DN25 GB/T 9112-2000。排污管的补强同初顶油进料管。4）罐顶排气管 采用254无缝钢管，距右端环焊缝300mm，管法兰PN0.25DN25 GB/T 9112-2000。5）安全阀接口管 安全阀接口管尺寸由安全阀泄放量决定。本贮罐选用204的无缝钢管，距右端环焊缝500mm，管法兰PN0.25DN20 GB/T 9112-2000。6）液面计接管 选用玻璃管液面计HG21592-1995，尺寸为204。7）压力表接口管 压力表接口管一般都是带法兰接管并附带法兰盖，由最大工作压力决定。因此选用与壳体连接的接管为无缝钢管GB8163-2008热轧钢管，尺寸为504,距右端环焊缝800mm，管法兰采用PN0.25DN50 GB/T 9112-2000。各接管外伸高度都是200。4.5液面计的设计6 7 11 液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型很多，大体上可分为四类，有玻璃板液面计、玻璃管液面计、浮子液面计和浮标液面计。在中低压容器中常用的有玻璃板液面计和玻璃管液面计。它们都是外购的标准件，只需要选用。玻璃管液面计适用工作压力小于1.6MPa，玻璃板液面计适用于1.6Mpa以上。并且：1玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场合。板式液面计承压能力强，但是比较笨重、成本较高。2玻璃板液面计一般选易观察的透光式，只有当物料很干净时才选反射式。3当容器高度大于3m时，玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果受到限制，应改用其它适用的液面计。油水为较干净的物料，不会出现严重的堵塞现象所以根据选用表选用：在此选用玻璃管液面计，标准号HG21592-1995。由储罐公称直径2800选择长度为1400液面计两支，保温型，液面计接管为无缝钢管。液面计的标准系列如下表4-4。表4-4 液面计标准系列名称公称压力MPa使用温度允许工作压力MPa公称长度结构型式标准号玻璃管液面计1.602001.6500，600，800，1000，1200,1400普通型保温型HG21592.1-95HG21592.2-95 法兰形式及其代号C型（长颈对焊突面管法兰JB/T4703-2000），液面计公称压力PN1.6，使用温度0200，液面计的主题材料代号：锻钢（16Mn），结构形式及其代号：普通型（无代号），公称长度为1400，排污口结构：V（排污口配螺塞）。液面计标记为：AG 1.6 -W-1400 4.6压力计的设计11 装在锅炉、压力容器上的压力表，其最大量程（表盘上刻度极限值）应与设备的工作压力相适应。压力表的量程一般为设备工作压力的153倍，最好取2倍。若选用的压力表量程过大，由于同样精度的压力表，量程越大，允许误差的绝对值和肉眼观察的偏差就越大，则会影响压力读数的准确性；反之，若选用的压力表量程过小，设备的工作压力等于或接近压力表的刻度极限，则会使压力表中的弹性元件长期处于最大的变形状态，易产生永久变形，引起压力表的误差增大和使用寿命降低。另外，压力表的量程过小，万一超压运行，指针越过最大量程接近零位，而使操作人员产生错觉，造成更大的事故。因此，压力表的使用压力范围，应不超过刻度极限的6070。 测量精度压力表的精度是以允许误差占表盘刻度极限值的百分数来表示的。精度等级一般都标在表盘上，选用压力表时，应根据设备的压力等级和实际工作需要来确定精度。额定蒸汽压力小于2.45MPa的锅炉和低压容器所用的压力表，其精度不应低于2.5级；额定蒸汽压力大于2.45MPa的锅炉和中、高压容器的压力表，精度不应低于1.5级。表盘直径为了使操作人员能准确地看清压力值，压力表的表盘直径不应过小。在一般情况下，锅炉和压力容器所用压力表的表盘直径不应小于100mm，如果压力表装得较高或离岗位较远，表盘直径还应增大。就地压力指示，当压力在0.25到0.3MPa时，可选用普通压力表，又油体腐蚀性不是很大，所以综合考虑选用弹簧管压力表。技术指标为：精度等级：(2.5) 公称直径：50 接头螺纹：1.5 G1 测量范围：0-0.6Mpa4.7安全阀的设计11由操作压力决定安全阀的公称压力，由操作温度决定安全阀的使用温度范围，所以由本设计的温度、压力、介质等基本参数可以查得标准型号A21H-40,公称通径DN取20。与安全阀和接管连接的法兰选择平焊管法兰JB/T 4701-2000。安装在离右封头切线1000处。4.8容器支座的选择1压力容器靠支座支承并固定在基础上，圆筒形容器和球形容器的支座不同。随安装位置不同，圆筒形容器支座分立式容器支座和卧式容器支座两类，其中立式容器支座有腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座四种；卧式容器支座有鞍座，圈座和支腿三种。而球形容器多采用柱式或裙式支座。鞍座是应用最广泛的一种卧式支座，鞍座普遍使用双鞍座支承。从应力分析看，承受同样载荷且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱内产生的应力较小。所以，从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部矫形的相对刚性等等，均会影响支座反力的分布。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利的影响。所以一般卧式储罐最好采用双鞍座支承。圈座一般用于大直径薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座简称支腿，因这种支座在与容器壳壁连接处会造成严重的局部应力，故只适合用于小型设备（DN1600，L5m）。综上考虑在此选择双个鞍座作为储罐的支座,一个S型，一个F型2。另外，由材料力学可知，对于双支座上受均布载荷的简支梁，若梁的全长为L,则当外伸长度为时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸值，为此中国现行标准JB 4731钢制卧式容器规定取，A值最大不得超过。否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。其中A为封头切线至支座中心线之距离，L为两封头切线间之距离，此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度，故封头对于支座处圆筒的抗弯刚度具有局部的加强作用1 12。图4-3鞍式支座总体图4.8.1承载核算 先粗略计算鞍座负荷。 贮罐总质量：m=m1+m2+m3+m4式中m1-罐体质量；m2-封头质量；m3-初顶油质量；m4-附件质量。（1）罐体质量m1 筒节DN=2800，的筒节，每米质量为909Kg。所以（2）封头质量m2椭圆形封头DN=2800，直边高度h=40，=870.4Kg。所以 m2=2=2870.4=1740.8Kg（3）充水质量m3 m3（4）附件质量m4 人孔约117Kg，补强圈约10Kg其它接管总和按100Kg计，m4=227Kg设备总重量1 7 m=m1+m2+m3+m4=6544.8+1740.8+50000+227=58512.6kg=576.9KN4.8.2 鞍座的选择114 每个鞍座承约受288.5KN445KN负荷，选用包角为120的鞍座，轻型带垫板焊制2。即：JBT4712.1-2007鞍座 A2800F h=250 JBT4712.1-2007鞍座 A2800S h=250 表4-5 鞍座尺寸表 公称直径DN允许载荷Q（KN）鞍座高度h底板腹板筋板垫板螺栓连接尺寸鞍座质量（）弧长间距螺孔螺纹弧长28004452502040300141032026836083260610101201800242040324图4-4 鞍式支座结构图4.9密封装置的设计1 压力容器的可拆密封装置形式很多，如中低压容器中的螺纹连接、承插式连接和螺栓法兰连接等，其中以结构简单、装配比较方便的螺栓法兰连接用得最普遍。 螺栓法兰连接主要有法兰、螺栓和垫片组成。螺栓的作用有两个：一是提供预紧力实现初始密封，并承担内压产生的轴向力；二是使螺栓法兰连接变为可拆连接。垫片装在两个法兰中间，作用是防止容器发生泄漏。法兰上由螺栓孔，以容纳螺栓。螺栓法兰连接设计的一般目的是：对于已知的垫片特性，确定安全、经济的法兰和螺栓尺寸，使接头的泄漏率在工艺和环境允许范围内，使接头内的应力在材料允许范围内，即确保密封性和结构完整性。 螺栓法兰连接设计关键要解决两个问题：一是保证连接处“紧密不漏”；二是法兰应具有足够的强度，不致因受力而破坏。实际应用中，螺栓法兰连接很少因强度不足而破坏，大多因密封性能不良而导致泄漏。因此密封设计是螺栓法兰连接中的重要环节，而密封性能的优劣又与压紧面和垫片有关1 13。1.法兰压紧面的选择压紧面主要应根据工艺条件、密封口径以及垫片等进行选择。常用的压紧面形式有全平面图4-5（a）、突面图4-5（b）、凹凸面图4-5（c）、榫槽面图4-5（d）及环连接面（或称T形槽）图4-5（e）等，其中以突面、凹凸面、榫槽面最为常用。本设计管法兰压紧面全部选择突面。图4-5压紧面的形式2.垫片的选择垫片是螺栓法兰连接的核心，密封效果的好坏主要取决于垫片的密封性能。设计时，主要应根据介质特性、压