卧式容器设计

1、卧式压力容器设计目录第一章 绪论21.1设计任务21.2设计思想21.3设计特点2第二章 储罐简介32.1储罐的用途32.2储罐的分类3第三章 材料及结构的选择与论证43.1材料选择43.2结构选择与论证43.2.1.封头的选择43.2.2.法兰的选择43.3.液面计的选择53.4.鞍座的选择5第四章 结构设计64.1壁厚的确定64.2 封头厚度设计74.2.1 计算封头厚度74.3储罐零部件的选取84.3.1储罐支座84.3.2人孔的选择104.3.3接管和法兰的选择13第五章 强度校核145.1筒体强度校核145.2封头强度校核145.3鞍座受载分析和强度校核155.3.1双鞍座的筒体的轴

2、向应力155.3.2筒体的轴向弯矩的计算165.3.3圆筒轴向应力计算及校核175.3.3切向剪应力的计算及校核185.3.4圆筒周向应力的计算和校核195.3.5 鞍座腹板应力校核205.4容器开孔补强205.4.1补强设计方法判别215.4.2有效补强范围215.4.3有效补强面积225.4.4补强面积22参考文献23第一章 绪论1.1设计任务针对化工厂中的储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图，并编写设计说明书。1.2设计思想综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。各项设计参数都正确参考

3、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。1.3设计特点容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的的筒体、封头的设计计算，低压通用零部件的选用。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，合理地进行设计第二章 储罐简介2.1储罐的用途 用于储存液体或气体的钢制密封容器即为钢制储罐，钢制储罐工程是石油、化工、粮油、食品、消防、交通、冶金、国防等行业必不可少的、重要的基础设施，我们的经济生活中总是离不开大大小小的钢制

4、储罐，钢制储罐在国民经济发展中所起的重要作用是无可替代的。钢制储罐是储存各种液体（或气体）原料及成品的专用设备，对许多企业来讲没有储罐就无法正常生产，特别是国家战略物资储备均离不开各种容量和类型的储罐。我国的储油设施多以地上储罐为主，且以金属结构居多，故本网站将着重介绍在国内普遍使用的拱顶储罐、内浮顶储罐以及卧式储罐的一些基础知识。 2.2储罐的分类 由于储存介质的不同，储罐的形式也是多种多样的。按位置分类：可分为地上储罐、地下储罐、半地下储罐、海上储罐、海底储罐等。按油品分类：可分为原油储罐、燃油储罐、润滑油罐、食用油罐、消防水罐等。按用途分类：可分为生产油罐、存储油罐等。按形式分类：可分为

5、立式储罐、卧式储罐等。按结构分类：可分为固定顶储罐、浮顶储罐、球形储罐等。按大小分类： 以上为大型储罐，多为立式储罐； 以下的为小型储罐，多为卧式储罐。第三章 材料及结构的选择与论证3.1材料选择物料腐蚀轻微,贮罐可选用一般钢材,可以考虑Q345R这种钢板。如果纯粹从技术角度看，建议选用低碳钢板，Q345R钢板的价格虽比低碳钢板贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，Q345R钢板为比较经济，且Q345R机械加工性能、强度和塑性指标都比较好，所以在此选择Q345R钢板作为制造筒体和封头材料。3.2结构选择与论证3.2.1.封头的选择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

6、是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓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。从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。3.2.2.法兰的选择法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。甲型平焊法兰有PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa，在较小范围内（DN300 mm 2000 mm）

7、适用温度范围为-20300。乙型平焊法兰用于PN0.25 MPa1.6 MPa压力等级中较大的直径范围，适用的全部直径范围为DN300 mm 3000 mm，适用温度范围为-20350。 对焊法兰具有厚度更大的颈，进一步增大了刚性。用于更高压力的范围（PN0.6 MPa6.4MPa）适用温度范围为-20450。法兰设计优化原则：法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。法兰设计时，须注意以下二点：管法兰、钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照原化学工业部于1997年颁布的钢制管法兰、垫片、紧固件标准（HG20592HG20635-1997）的规定。3.

8、3.液面计的选择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前两种。玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度一般在0250。但透光式适用工作压力较反射式高。玻璃管液面计适用工作压力小于1.6MPa，介质温度在0250的范围。液面计与容器的连接型式有法兰连接、颈部连接及嵌入连接，分别用于不同型式的液面计。液面计的选用：（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

9、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。在此选用玻璃管液面计3.4.鞍座的选择鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。从应力分析看，承受同样载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交形的相对刚性等等，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

10、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。所以一台卧式容器支座一般情况不宜多于二个。在此选择鞍式双支座，一个S型，一个F型。第四章 结构设计4.1壁厚的确定根据壁厚公式在设计温度下，设计压力为0.25MPa（绝对压力），液柱静压力为，液体静压力已大于设计压力的5%，故应计入计算压力中。则计算压力为，容器的内径，在设计温度下，假设材料的许用应力为（厚度为3-16mm时），Q345R的密度,筒体材料在实验温度下的屈服强度为，采用双面焊对接接头，100%无损检测焊接接头系数。物料为轻微腐蚀性，腐蚀裕量由筒体封头腐蚀裕量表查取取设计壁厚为对Q345R,钢板厚度负偏差，

11、因而可取名义厚度可圆整至，但对低合金钢制的容器，规定不包括腐蚀裕量的最小的厚度应不小于3mm，若加上2mm的腐蚀裕量，名义厚度至少应取5mm。由钢材标准规格，名义厚度取为6mm。，没有变化，故取名义厚度6mm合适。确定选用壁厚为6mm的Q345R钢板制作罐体4.2 封头厚度设计采用标准椭圆封头4.2.1 计算封头厚度根据厚度公式焊接接头系数取，钢板最大宽度为3m,而此储罐为直径1.8米，股风头需将钢板拼焊后冲压成型于是封头厚度物料为轻微腐蚀性，腐蚀裕量由筒体封头腐蚀裕量表查取取设计壁厚为对Q345R,钢板厚度负偏差，因而可取名义厚度可圆整至，但对低合金钢制的容器，规定不包括腐蚀裕量的最小的厚度

12、应不小于3mm，若加上2mm的腐蚀裕量，名义厚度至少应取5mm。由钢材标准规格，名义厚度取为6mm。，没有变化，故取名义厚度6mm合适。确定选用厚的Q345R钢板制作罐体封头4.3储罐零部件的选取4.3.1储罐支座此容器为卧式压力容器，可以选用鞍式支座首先粗略计算鞍座的负荷储罐总质量m-罐体质量-封头质量-物料质量-附件质量（1）罐体质量（2）封头质量公称直径为，壁厚为，选用直边高度为的标准椭圆封头，曲面高度， 容积，内表面积，封头质量。（JB1154-73）（3）物料质量 装量系数 物料密度 容器体积装量系数取储罐容积物料的密度则溶剂质量（4）附件质量有人孔、无手孔，其他接管法兰等质量按40

13、0kg计储罐总质量每个鞍座只承受的106kg负荷根据鞍座负荷，选择鞍座，可以选择轻型带垫板，包角为120的鞍座，该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用Q235-B。查JB4712.1-20079表1，优先选择轻型支座。查9中表2，得出鞍座尺寸如表4-3：表4-3 鞍座尺寸表公称直径DN1800腹板10垫板430允许载荷QkN295筋板29510鞍座高度h250190e80底板1280260螺栓间距11202208鞍座质量Kg16212垫板弧 长 2100增加100mm增加的高度Kg16所以选择的鞍座为JB/T4712.1鞍座A 1800-F和JB/T4712.1鞍座 A 1800

14、-S根据规定，应尽量使支座中心到封头切线的距离A小于等于，当无法满足A小于等于时，A值不宜大于。为圆筒的平均内径。=5000+2×25=5050mm即取A=450mm4.3.2人孔的选择因为该容器设计压力较低，所以选回转盖人孔（JB580-79） 低压人孔图一般情况下人孔尺寸可按下列方式选择当：容器直径901000mm时，选用DN400人孔容器直径>10001600mm时，选用DN450人孔容器直径>16003000mm时，选用DN500人孔容器直径>3000mm时，选用DN600人孔因为该压力容器DN=1800mm，所以所选的人孔DN=500mm又因为 人孔手孔的

15、设置容器公称直径DN （mm）有内部附件时无内部附件时>300900设置设备法兰设置1个手孔或设置12个检查孔9002600设置1个人孔设置1个人孔2600设置2个人孔设置1个人孔 所以所选的人孔个数为1个，人孔为常压人孔，公称直径DN=500mm所以明细表为 件数标准号名称数量材 料类 别1筒节1A316Mn2GB30-76螺栓见尺寸表A4353GB52-76螺母见尺寸表A3304法兰1A316Mn5把手1 A3F6垫片=31橡胶石棉板7盖1A3b2=62,用20号钢锻件16Mn8轴销1 A3F9GB91-76销2低碳钢10GB95-76垫圈2 A311盖轴耳（1）1A3F12法兰轴耳

16、（1）1A3F13法兰轴耳（2）1A3F14盖轴耳（2）1A3F 人孔尺寸表密封面形式公称压力Pg(MPa)公称直径Dg(mm)dWxSDD1ABLH1H2A0.6500530x6640600350175250230104续上表bb1b2d螺栓螺母螺栓总重（Kg）材料类别标准图号数量直径x长度3024262016M20x80109,JB580-79-34.3.3接管和法兰的选择该介质储罐应设置物料入口、物料出口、液面计口、和人孔。所选用的接管为无缝钢管。初步确定各接管的公称直径为：接管名称人孔物料进口物料出口液面计口DN(mm)500808032因为所设计的压力容器为低压容器，所以选择平焊法兰

17、（HG5010-58）所以各管口法兰尺寸表如下：接管名称Dg管子平焊法兰螺栓焊缝dHSDD1D2fbd重量Kg数量直径KH物料入口80894185150128318182.484M1656物料出口80894185150128318182.484M1656液面计口20253906550214120.5364M1034主要技术参数：1.测量范围：0.6；1.6；2.5；4；6；10；16；25kgf/cm2 2.精度等级：2.5级3.法兰：1Cr18Ni9Ti4.膜片：Cr15Ni7Mo5.密封垫圈：丁啨橡胶 第五章 强度校核5.1筒体强度校核试验温度20，试验温度下的许用应力为，容器元件材料在设

18、计温度下的许用应力为。此罐采用采用液压试验试验压力根据液压试验强度条件所以筒体液压试验强度符合要求5.2封头强度校核试验压力根据液压试验强度条件故封头液压试验强度足够5.3鞍座受载分析和强度校核5.3.1双鞍座的筒体的轴向应力 每一支座的反力 N 容器的总质量 Kg 重力加速度 筒体长度（两封头切线之间的距离）mm 封头内壁曲面高度 mm 单位长度的重量载荷 N/mm 设备总重量(包括容器自重、容器内充装介质的重量、所用附属装置和法兰的重量等)。，。5.3.2筒体的轴向弯矩的计算双支座支承的卧式容器，可以视为双支点的外伸梁，在容器轴向存在两个最大弯矩，一个在鞍座处，一个在容器两支座间跨距的的中

19、点处跨距中点处截面上的弯矩按下式计算：支座处截面上的弯矩： 所以 式中 -筒体的平均半径，A-支座中心线至封头切线的距离 其他符号同前 5.3.3圆筒轴向应力计算及校核圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力最高点处： 最低点处： 由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力，按下式计算：a).当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强（即）时，轴向应力位于横截面最高点处.取鞍座包角，查（JB/T4731-2005）得，.则b).在横截面最低点处的轴向应力： 圆筒轴向应力校核 由所得系数A，根据所用材料，Q345R查化工设备机械基础得,则满足条件5.3.3切向剪应力的计算及校核圆筒切向剪应力的计算查过程设备设计得： 圆筒被封头加强（）时，其最大剪应力 切向剪应力的校核圆筒的切向剪应力不应超过设计温度下材料许用应力的0.8倍，即。封头的切向剪应力，应满足而故圆筒满足强度要求。因封头为标准椭圆形封头，所以K=1 则 故封头满足强度要求5.3.4圆筒周向应力的计算和校核根据鞍座尺寸表知：即，所以此鞍座垫片作为加强用的鞍座。 在圆筒截面的最低点处周向应力 ， 其中（容器焊在支座上） 查过程设备设计得， ，则 在鞍座边角处周向应力由于 查过程设备设计得由于 查过程设备设