液化石油气储罐设计

太原科技大学过程设备课程设计课程设计任务书1．课程设计要求：使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。广泛查阅综合分析文献资料的能力，进行设计方法和方案的可行性研究和论证。设计计算尽量采用电算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算机操作和专业软件的使用。工程图纸要求尽量采用手工绘图。课程设计全部工作由学生本人独立完成。按照标准格式编写说明书并装订成册。2．原始数据：设计条件表序号项目数值单位备注1名称液化石油气储罐2用途储存3最高工作压力1.92MPa由介质温度确定4工作温度-20～48℃5公称容积（Vg）20M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(φV)0.98工作介质液化石油气（易燃）9使用地点太原市，室外10安装与地基要求储罐底壁坡度0.01～0.0211其它要求管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标准密封面形式用途或名称A32HG20592-1997RF液位计接口B80HG20592-1997RF液相进口管C80HG20592-1997RF液相出口管D80HG20592-1997RF安全阀接口E80HG20592-1997RF排污管F80HG20592-1997RF放气管G20HG20592-1997RF温度计接口H20HG20592-1997RF压力表接口I500HG/T21514-2005/人孔3．课程设计主要内容：1）设备工艺设计设备结构设计设备强度计算技术条件编制绘制设备总装配图编制设计说明书4．学生应交出的设计文件（论文）：1）设计说明书一份；2）总装配图一张(A1图纸一张)；5．主要参考文献：[1]国家质量技术监督局，GB150-1998《钢制压力容器》，中国标准出版社，1998[2]国家质量技术监督局，《压力容器安全技术监察规程》，中国劳动社会保障出版社，1999[3]全国化工设备设计技术中心站，《化工设备图样技术要求》，2000，11[4]郑津洋、董其伍、桑芝富，《过程设备设计》，化学工业出版社，2001[5]黄振仁、魏新利，《过程装备成套技术设计指南》，化学工业出版社，2002[6]国家医药管理局上海医药设计院，《化工工艺设计手册》，化学工业出版社，1996[7]闫康平，陈匡民，《过程装备腐蚀与防护》[M]第二版，北京：化学工业出版社[8]HG2059~20635-97.钢制法兰、垫片、紧固件[S].

前言液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备,由于该气体具有易燃易爆的特点,因此在设计这种贮罐时,要注意与一般气体贮罐的不同点,尤其是安全与防火,还要注意在制造、安装等方面的特点。目前我国普遍采用常温压力贮罐,常温贮罐一般有两种形式:球形贮罐和圆筒形贮罐。球形贮罐和圆筒形贮罐相比:前者具有投资少,金属耗量少,占地面积少等优点,但加工制造及安装复杂,焊接工作量大,故安装费用较高。一般贮存总量大于500m3或单罐容积大于200m3时选用球形贮罐比较经济;而圆筒形贮罐具有加工制造安装简单,安装费用少等优点,但金属耗量大占地面积大,所以在总贮量小于500m3,单罐容积小于100m3时选用卧式贮罐比较经济。圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形贮罐,只有某些特殊情况下(站内地方受限制等)才选用立式。本文主要讨论卧式圆筒形液化石油气贮罐的设计。液化石油气呈液态时的特点。(1)容积膨胀系数比汽油、煤油以及水等都大,约为水的16倍,因此,往槽车、贮罐以及钢瓶充灌时要严格控制灌装量,以确保安全;(2)容重约为水的一半。因为液化石油气是由多种碳氢化合物组成的,所以液化石油气的液态比重即为各组成成份的平均比重,如在常温20℃时,液态丙烷的比重为0.50,液态丁烷的比重为0.560.58,因此,液化石油气的液态比重大体可认为在0.51左右,即为水的一半。卧式液化石油气贮罐设计的特点。卧式液化石油气贮罐也是一个储存压力容器,也应按GB150《钢制压力容器》进行制造、试验和验收;并接受劳动部颁发《压力容器安全技术监察规程》(简称容规)的监督。液化石油气贮罐,不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。贮罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。贮罐上设有液相管、液相回液管、气相管、排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等

目录第一章工艺设计 -1-1.1液化石油气参数的确定 -1-1.2设计温度 -1-1.3设计压力 -2-1.4设计储量 -3-第二章结构设计 -4-2.1筒体和封头的设计： -4-2.1.1筒体设计： -4-2.1.2封头设计： -4-2.1.3筒体厚度计算： -5-2.1.4封头厚度计算： -6-第三章零部件的确定 -7-3.1开孔和选取法兰分析 -7-3.2安全阀设计 -9-3.2.1安全阀最大泄放量的计算 -9-3.2.2安全阀喷嘴面积的计算 -9-3.2.3安全阀的选型 -11-3.2.4.安全阀法兰的确定 -12-3.3压力表及其连接件的确定 -12-3.4液面计及其连接件的确定 -14-3.5接管，法兰，垫片和螺栓的选择 -14-3.5.1接管和法兰 -14-3.5.2垫片的选择 -16-3.5.3螺栓（螺柱）的选择 -17-3.6人孔的选取 -18-3.7开孔补强： -19-3.8鞍座选型和结构设计 -22-3.8.1鞍座选型 -22-3.8.2鞍座位置的确定 -24-3.9焊接接头的设计： -25-第四章强度校核 26结束语 38参考文献 39第一章工艺设计1.1液化石油气参数的确定液化石油气的主要组成部分由于石油产地的不同，各地石油气组成成分也不同。取产自新疆克拉玛依液化石油气如下：组成成分异辛烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷乙炔各成分百分比0.012.2547.323.4821.963.791.190.02表1-1液化石油气组成成分对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如下：表1-2各温度下各组分的饱和蒸气压力温度，℃饱和蒸汽压力，MPa异辛烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷乙炔-25060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050071.7440.660.00111.2设计温度根据本设计工艺要求，使用地点为太原市的室外，用途为液化石油气储配站工作温度为-20—48℃，介质为易燃易爆的气体。从表中我们可以明显看出,温度从50℃降到-25℃时,各种成分的饱和蒸气压力下降的很厉害,可以推断,在低温状态下,由饱和蒸气压力引起的应力水平不会很高。由上述条件选择危险温度为设计温度。为保证正常工作，对设计温度留一定的富裕量。所以，取最高设计温度t=50℃，最低设计温度t=﹣25℃。根据储罐所处环境，最高温度为危险温度，所以选t=50℃为设计温度。1.3设计压力该储罐用于液化石油气储配供气站，因此属于常温压力储存。工作压力为相应温度下的饱和蒸气压。因此，不需要设保温层。根据道尔顿分压定律，我们不难计算出各种温度下液化石油气中各种成分的饱和蒸气分压，如表：表1-3各种成分在相应温度下的饱和蒸气分压温度,℃饱和蒸气分压,MPa异辛烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戍烷正戍烷乙烯-2500.0290.09460.0140.00880.000950.0000830-2000.0310.1270.01760.01050.001140.0001090000.0530.22040.03590.02240.001290.00025602000.0840.3940.0690.0450.002880.00063050000.08250.15730.10980.007580.00190有上述分压可计算再设计温度t=50℃时，总的高和蒸汽压力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=1.25901MPa因为：P异丁烷（0.2）<P液化气(1.25901)<P丙烷（1.744）当液化石油气在50℃时的饱和蒸汽压力高于异丁烷在50℃时的饱和蒸汽压力时，若无保冷设施，则取50℃时丙烷的饱和蒸汽压力作为最高工作压力。对于设置有安全泄放装置的储罐，设计压力应为1.05~1.1倍的最高工作压力。所以有Pc=1.1×1.744=1.92MPa。1.4设计储量表1-4液化石油气主要成分在50℃的密度Kg/m3温度℃丙烷异丁烷正丁烷50446520542参考化工原理：故设计存储量为：W=øVρt=0.9×40×510=18360t第二章结构设计2.1筒体和封头的设计：对于承受内压，且设计压力Pc=1.92MPa<4MPa的压力容器，根据化工工艺设计手册（下）常用设备系列，采用卧式椭圆形封头容器。筒体和封头的选形2.1.1筒体设计：查GB150-1998，为了有效的提高筒体的刚性，一般取L/D=3~6，为方便设计，此处取L/D=4①。所以②。由①②连解得：D=2.335m=2335mm。圆整得D=2400mm2.1.2封头设计：查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1EHA椭圆形封头内表面积、容积得：表2-1，EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/容积/24006406.54531.9905图2-1椭圆形封头由2V+L/4=（1+5%）v=40000000得L=8404mm圆整得L=8500mm则L/D=3.54>3符合要求.则v计=v筒+2×v封=L/4+2×v封=42.43m3符合要求。V=ФV=38.187m当量静液压L=L+4H/3=9.35m静液压：P×5%=0.096Mpa>P则P可以忽略.根据介质的易燃易爆、有毒、有一定的腐蚀性等特性，存放温度为-20~48℃，最高工作压力等条件。根据GB150-1998表4-1，选用筒体材料为低合金钢16MnR（钢材标准为GB6654）选用16MnR为筒体材料，适用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性，壁厚较大（≥8mm）的压力容器。16MnR钢板在-20℃∽48℃范围内的许用应力有《化工设备机械基础》表14-3查取，根据GB150，初选厚度为16~36mm，最低冲击试验温度为-20℃，热轧处理，[σ]=163Mpa;面焊接；钢板负偏差由《化工设备机械基础》表14-5查得：腐蚀裕量由《化工设备机械基础》表14-6查得：,则壁厚附加量C=0.8+2=2.8mm.把上式已知数据代入式3-1，2.1.3筒体厚度计算：此式，根据《过程设备设计》第三版表4-3，焊接接头形式采用双面焊对接接头确定：对16MnR，钢板负偏差,可取名义厚度2.1.4封头厚度计算：对16MnR，钢板负偏差,为便于取材可取封头名义厚度水压实验强度校核：规定的实验压力由《化工设备机械基础》表14-7可知，=1.25P=1.25×1.92=2.4Mpa水压实验时的应力16MnR钢制容器在常温水压实验时许可应力，查表知18mm钢板因为，故筒体厚度满足水压实验时强度要求。第三章零部件的确定3.1开孔和选取法兰分析液化石油气储罐应设置排污口，，出液口，进液口，人孔，液位计口，温度计口，压力表口，安全阀口，排空口。根据工艺设计，应使进出口、排污口、放空口满足同一工艺条件。查《化工工艺手册》表25-5液化石油气储罐的具体尺寸，选取开孔流速为u=20m/s，流量Q=45L/s,根据公式，算出管子内径d=59mm,根据强度校核和管子外径规格，选用管子的外径为89，厚度为18，具体校核在后续章节给出。法兰的选择查《钢制管法兰、垫片、紧固件》HG20592-20635-97表6.0.2法兰类型与密封面型式，按照公称压力由低到高的原则，首先选用板式平焊法兰（PL），得到如下表：法兰类型密封面型式压力等级PN（MPa）板式平焊法兰（PL）凸面（RF）0.25-2.5全平面（FF）0.25-1.6又根据上表和设计压力Pc=1.92MPa，应该选用公称压力为2.5MPa的凸面板式平焊法兰（PL）图3-2板式平焊钢制管法兰3.2安全阀设计液化石油气储罐的设计压力在1．6MPa以上，属于三类压力容器，必须设置安全阀。在安全阀的计算和选型时，首先确定防止设备超压所需的最大泄放量，然后根据最大泄放量计算安全阀的喷嘴面积，计算过程需要很多参数。本文针对液化石油气的性质，参考《炼油技术与工程》第34卷第7期液化石油气储罐安全阀的工艺计算。3.2.1安全阀最大泄放量的计算一般造成设备超压的原因主要有三种：一是操作故障；二是火灾三是动力故障。在计算安全阀时，最大泄放量应根据工艺过程的具体情况确定，并按可能发生的最危险情况考虑。根据资料，对于易燃液化气体如液化石油气，在发生火灾时，安全阀的泄放量最大。在火灾情况下，设备吸热，液相迅速汽化，引起设备的压力升高，这种情况下液相的汽化量即为安全阀的泄放量。泄放量决定于火灾时单位时间内传人设备的热量和液体的气化潜热。一般情况下，液化石油气储罐不保温，储罐安全泄放量可按式计算：式中：WS——液化石油气储罐的安全泄放量，kg／h；q——液相液化石油气的蒸发潜热，kJ／kg；液化石油气的汽化潜热q=300(kJ／kg)(500C)F——系数储罐在地面上，取F=1Ar——储罐的受热面积，m2。对椭圆形封头的卧式储罐，Ar=。以上计算Ar的公式中：D。为储罐外径；l为卧式储罐总长，单位均为m。则=31124kg/h3.2.2安全阀喷嘴面积的计算液化石油气储罐安全阀起跳排放出的是气体，其喷嘴面积可按一般气体安全阀喷嘴面积通用公式计算，安全阀的排气能力决定于安全阀的喷嘴面积。即根据安全阀出口压力(背压)的大小不同，安全阀的排气能力应按临界条件和亚临界条件两种状况进行计算：临界条件下亚临界条件下式中：——安全阀的出口侧压力(绝压)，MPa；——安全阀的定压，MPa；——安全阀的排放压力(绝压)，MPa；取Pd=Pc=1.92——绝热系数，对于液化石油气，液化石油气储罐安全阀放空气体一般排入火炬系统或直接高空排放，其出口侧压力(背压)P0很小，即P0／Pd<0.5744，因此安全阀的排气能力应该按临界条件计算，查《钢制压力容器》得对应的公式为：式中：Ws——安全阀的排放能力，kg/h;K——安全阀的排放系数，与安全阀的结构型式有关，应根据试验数据确定，无参考数据时，可按下述规定选取：对全启式安全阀，K=0．6～0．7；对带调节圈的微启式安全阀，K=0．4～0．5；对不带调节圈的微启式安全阀，K=0．25～0．35；液化石油气储罐设置的安全阀，需要有较大的排气能力，应选用全启式安全阀，取K=0．65；A——安全阀的喷嘴面积，单位mm2；C——气体的特性系数，仅与气体的绝热系数k有关，可按下式算：对于液化石油气，绝热指数k1.15，计算得C=332；Z——安全阀进口处气体的压缩系数，液化石油气的压缩系数Z0.7；T——安全阀进口处介质的热力学温度，K；安全阀排放温度T=323～343K。取T=330KM——气体的摩尔质量，kg／kmol。摩尔质量M50kg／kmol所以得：得出安全阀喷嘴面积为最后得出安全阀的内径mm3.2.3安全阀的选型查《化工管路手册》上册444页，（九）安全阀，1各种安全阀的产品名称、型号、技术数据，根据介质为石油气，发现无公称压力为2.5MPa的安全阀，所以选用公称压力为4.0MPa的安全阀,型号为A40Y-40A40Y-40I，其尺寸参数如下表：公称通径主要外形尺寸（mm）重量配法兰标准号LDb80170150195221002151801551212031850588865kg进口HG5016-58凸面出口按阀配3.2.4.安全阀法兰的确定查HG5016-58知安全阀进口法兰的型号为凹凸面对焊法兰，其尺寸参数如下：公称直径管子法兰重量双头螺栓橡胶石棉垫Dbh凸面凹面数量直径/长度外径内径厚度808919516013812012124585.024.648120901.5（4..5）3.3压力表及其连接件的确定取其在筒体上的开孔序号为C，根据《压力表选型手册》和经济耐用型原则，首先选用通用型压力表，又由于工作地点在室外，容易腐蚀，所以选择全不锈钢压力表。故最后确定选用Y-B系列的全不锈钢压力表。其外形尺寸系列如下，根据尺寸表和压力值，应选择Y-100B，连接压力表的法兰外形图如下。法兰尺寸如下表：代号量程（Mpa）法兰标准代号凸面法兰尺寸DKdfLCBMF42.5-4.0DIN11585653M122625根据法兰的内径，和强度要求，选择接管φ32×8，其强度校核将在后面给出。3.4液面计及其连接件的确定根据容器的工作温度-20~48℃，设计压力Pc=1.92MPa，介质密度,查《化工容器及设备设计简明手册》，玻璃管液面计适用工作工作压力小于1.6MPa，并不满足工作的需求，所以选用价格稍高的磁性液面计，根据测量范围300-10000mm，工作压力：（高压型）<4.0MPa，介质温度：（标准型）-20℃-150℃，介质密度，选择了L5770T顶装式的磁性液面计。取其在筒体上的开孔序号为A，根据法兰标准和液面计的型号标准综合考虑，选用公称直径为φ32的液面计，其接管法兰也用公称直径为φ32的凹凸面法兰，其尺寸与压力表连接法兰一致。图3.2磁性液面计3.5接管，法兰，垫片和螺栓的选择3.5.1接管和法兰法兰尺寸如表：表3-1法兰尺寸序号名称公称通径DN钢管外径B连接尺寸法兰厚度C法兰高度H法兰颈法兰内径B1坡口宽度b法兰理论质量kg法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺栓ThB系列A液位计口3238140100188M161830603952.02B物料入口8089200160188M1624401189164.86C物料出口8089200160188M1624401189164.86D安全阀口8089200160188M1624401189164.86E排污口8089200160188M1624401189164.86F放气管8089200160188M1624401189164.86G温度计口3238140100188M161830603952.02H压力表口3238140100184M161830603952.02接管外径的选用以B国内沿用系列（公制管）为准，对于公称压力0.25≤PN≤25MPa的接管，查《压力容器与化工设备实用手册》普通无缝钢管，选材料为16MnR。对应的管子尺寸如下如表：表3-2管子尺寸序号名称公称直径管子外径数量管口伸出量管子壁厚伸长量质量（kg）A液位计管323811006.50.505B物料进管80891150184.106C物料出管80891150184.106D安全阀管80891150184.106E排污管80891150184.106F放气管80891150184.106G温度计管323811006.50.505H压力表管323811006.50.5053.5.2垫片的选择查《过程设备设计》第三版表4-11垫片的选用，根据介质为液化石油气、公称压力为2.5MPa、工作温度为500oC以及密封面为凸面得出垫片的形式可以选用缠绕垫、柔性石墨复合垫，其材料可以选用0Cr13、钢带-石棉板、石墨-0Cr13等骨架。图3-5凹凸面型垫片表3-3垫片尺寸符号管口名称公称直径DN(mm)内径D1(mm)外径D2(mm)厚度δ(mm)A液位计口3261.5823B物料进口801201423C物料出口801201423D安全阀801201423E排污口801201423F放气口801201423G温度计口3261.5823H压力表口3261.58233.5.3螺栓（螺柱）的选择根据密封所需压紧力大小计算螺栓载荷，选择合适的螺柱材料。计算螺栓直径与个数，按螺纹和螺栓标准确定螺栓尺寸。选择螺栓材料为Q345。查《钢制管法兰、垫片、紧固件》中表5.0..07-9和附录中标A.0.1，得螺柱的长度和平垫圈尺寸：图3-6双头螺柱图3-7螺母表3-4螺栓及垫圈尺寸名称管口名称公称直径螺纹螺柱长紧固件用平垫圈mmd1d2hA液位计管32M168517303B液相进口80M1610017303C液相出口80M1610017303D放气管80M1610017303E安全阀80M1610017303F排污口80M1610017303G压力表口32M168517303H温度计口32M1685173033.6人孔的选取查《压力容器与化工设备实用手册》，因筒体长度7600mm>6000mm，需开两个人孔，选回转盖带颈平焊法兰人孔。由使用地为太原市室外，确定人孔的公称直径DN=500mm，以方便工作人员的进入检修。配套法兰与上面的法兰类型相同，根据HG/T21518-2005《回转盖带颈平焊法兰人孔》，查表3-1，由PN=2.5MPa选用凹凸面的密封形式MFM，采用8.8级35CrMoA等长双头螺柱连接。其明细尺寸见下表：表3-5人孔尺寸表单位：mm密封面型式凹凸面MFMD7304330公称压力PNMPa2.566048螺柱数量20公称直径DN500280A405螺母数量40123B200螺柱尺寸d506b44L300总质量kg302图3-6回转盖带颈平焊法兰人孔3.7开孔补强：（1）补强及补强方法判别①强判别根据《化工设备设计》表4-15，允许不另行补强的最大接管外径为按HG/T21518-2005,选用回转盖带颈平焊法兰人孔，开孔外径等于530mm，需另行考虑其补强。②补强计算方法判别设：厚度附加量c=2mm开孔直径d=di+2c=500+2×2=504mm，满足等面积法开孔补强计算的使用条件，故可采用等面积法进行开孔补强计算。（2）开孔所需补强面积①筒体计算厚度接管和筒体材料选用16MnR号钢，接管厚度δnt=12mm，许用应力[δ]t=170MnPa，筒体厚度δn=18mm，需用应力[δ]t=163MnPa，故强度削弱系数：故取强度削弱系数。根据GB150-1998中，=504×14.22=7167（3）有效补强范围①有效宽度B的确定：按GB150中有：B1=2d=2×504=1008mmB2=d+2δn+2δnt=504+2×18+2×12=564mmB=max（B1，B2）=1008mm②有效高度的确定外侧有效高度的确定根据GB150中式8-8，得：h1=max（h1’，h2”内侧有效高度的确定根据GB150-1998中式8-9，得：h2=0（4）有效补强面积根据GB150中式8-10~式8-13，分别计算如下：Ae=A1+A2+A3①筒体多余面积

②管的多余面积接管计算厚度：③焊缝金属截面积焊角取6.0mm④有效补强面积因为，所以开孔需另行补强补强圈设计：根据JB/T4736-2002取补强圈外径D’=840mm。因为B>D’，所以在有效补强范围。补强圈内径d’=530+10=540mm补强圈厚度：圆整取名义厚度为20mm根据GB-150，JB/T4736-2002，补强圈焊接形式——D型，D1=d0+(6～12)。表6补强圈补强及附件的选择接管公称直径DN/mm外径D2内径D1厚度（）重量（Kg）5008405402051.8（5）人孔补强圈设计：图3-7补强圈3.8鞍座选型和结构设计3.8.1鞍座选型该卧式容器采用双鞍座式支座，根据工作温度为-20~48℃，按JB/T4731-2005表5-1选择鞍座材料为Q235-A，使用温度为-20~250℃，许用应力为[σ]sa=140MPa。估算鞍座的负荷：计算储罐总重量m=m1+2m2+m3+m4。其中：m1为筒体质量：对于16MnR普通碳素钢，取ρ=7.85×103kg/m3∴m1=πDLδ×ρ=π×2.4×8.5×18×10-3×7.85×103=9055.7kgm2为单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中标B.2EHA椭圆形封头质量，可知m2=911.3kg。m3为充液质量：ρ液化石油气<ρ水故m3（max）=ρ水×V=1000×V=1000×（π/4×2.42×8.5+2×1.9905）=42434.09kg。m4为附件质量：选取人孔后，查得人孔质量为302kg，其他接管质量总和估为400kg。综上述：总质量m=m1+2m2+m3+m4=9055.7+2×911.3+42434.09+302×2+400=54316.39kg≈54316kg。∴每个鞍座承受的重量为G/2=mg/2=(54316×9.8)/2=266.15kN由此查JB4712.1-2007容器支座。选取轻型，焊制A，包角为120°，有垫板的鞍座.，筋板数为6。查JB4712.1-2007表3得鞍座尺寸如表5，示意图如下图：表3-7鞍座支座结构尺寸公称直径DN2400腹板δ210垫板b4500允许载荷Q/kN435筋板l3265δ410鞍座高度h250b2208e100底板l11720b3290螺栓间距l21520b1240δ38螺孔/孔长D/l24/40δ114弧长2800重量kg234图3-11鞍座3.8.2鞍座位置的确定因为当外伸长度A=0.207L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，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座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A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB4731《钢制卧式容器》规定A≤0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。由标准椭圆封头，有h=H-Di/4=640-2400/4=40mm故A≤0.2(L+2h)=0.2(8500+2×40)=1716mm由于接管比较多，所以固定支座位于储罐接管较多的左端。此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度，故封头对于圆筒的抗弯刚度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此，JB4731还规定当满足A≤0.2L时，最好使A≤0.5Rm（Rm=Ri+δn/2），即Rm=1200+18/2=1209mm。A≤0.5Rm=0.5×1209=604.5mm,取A=600mm。综上述：A=600mm（A为封头切线至封头焊缝间距离，L为筒体和两封头直边段的总长）3.9焊接接头的设计：1.筒体和封头的焊接：δ=6~20α=60~70b=0~2p=2~3采用Y型对接接头和手工电弧焊，综合考虑材料选用16MnR.焊条类型：E5018——铁粉低氢钾型图3-12Y型坡口为保证焊接质量，易于检查。筒体上的所有焊缝及环向接头、封头上的拼接接头，都采用对接焊。对于人孔和筒体的焊接部位，因为两板厚度差大于3m，必须进行削薄加工，以使两侧面厚度基本相等。采用X型对接接头和手工电弧焊,如图：2.人孔补强圈形式对于人孔、补强圈与壳体的接头选用B类接头形式，如图：3.焊接方法与材料对于一般的压力容器焊接，方法均为手工电弧焊。焊接材料为焊条。筒体和接管间的焊接属于低碳钢和低合金钢之间的焊接。应选用强度较低的钢材等强度的焊条焊接。焊条类型：E5018——铁粉低氢钾型第四章强度校核钢制卧式容器计算单位太原科技大学计算条件简图设计压力p1.92MPa设计温度t50℃筒体材料名称16MnR(热轧)封头材料名称16MnR(热轧)封头型式椭圆形筒体内直径Di2400mm筒体长度L8500mm筒体名义厚度n18mm支座垫板名义厚度rn10mm筒体厚度附加量C2mm腐蚀裕量C12mm筒体焊接接头系数1封头名义厚度hn18mm封头厚度附加量Ch2mm鞍座材料名称16MnR鞍座宽度b240mm鞍座包角θ120°支座形心至封头切线距离A640mm鞍座高度H250mm地震烈度低于7度

内压圆筒校核计算单位太原科技大学计算条件筒体简图计算压力Pc1.92MPa设计温度t50.00C内径Di2400.00mm材料16MnR(热轧)(板材)试验温度许用应力163.00MPa设计温度许用应力t163.00MPa试验温度下屈服点s325.00MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数1.00厚度及重量计算计算厚度==14.22mm有效厚度e=n-C1-C2=16.00mm名义厚度n=18.00mm重量9123.34Kg压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT=1.25P=2.4000(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平TT0.90s=292.50MPa试验压力下圆筒的应力T==181.20MPa校核条件TT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力[Pw]==2.15894MPa设计温度下计算应力t==144.96MPat163.00MPa校核条件t≥t结论合格左封头计算计算单位太原科技大学计算条件椭圆封头简图计算压力Pc1.92MPa设计温度t50.00C内径Di2400.00mm曲面高度hi600.00mm材料16MnR(热轧)(板材)设计温度许用应力t163.00MPa试验温度许用应力163.00MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数1.00厚度及重量计算形状系数K==1.0000计算厚度==14.18mm有效厚度e=n-C1-C2=16.00mm最小厚度min=3.60mm名义厚度n=18.00mm结论满足最小厚度要求重量911.29Kg压力计算最大允许工作压力[Pw]==2.16611MPa结论合格

右封头计算计算单位太原科技大学计算条件椭圆封头简图计算压力Pc1.92MPa设计温度t50.00C内径Di2400.00mm曲面高度hi600.00mm材料16MnR(热轧)(板材)设计温度许用应力t163.00MPa试验温度许用应力163.00MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数1.00厚度及重量计算形状系数K==1.0000计算厚度==14.18mm有效厚度e=n-C1-C2=16.00mm最小厚度min=3.60mm名义厚度n=18.00mm结论满足最小厚度要求重量911.29Kg压力计算最大允许工作压力[Pw]==2.16611MPa结论合格人孔补强计算计算单位太原科技大学接管:I,φ530×12设计条件简图计算压力pc1.92MPa设计温度50℃壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数φ1壳体内直径Di2400mm壳体开孔处名义厚度δn18mm壳体厚度负偏差C10mm壳体腐蚀裕量C22mm壳体材料许用应力[σ]t163MPa接管实际外伸长度280mm接管实际内伸长度0mm接管材料16Mn(热轧)接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称16MnR(热轧)凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径840mm补强圈厚度20mm接管厚度负偏差C1t1.5mm补强圈厚度负偏差C1r0mm接管材料许用应力[σ]t163MPa补强圈许用应力[σ]t163MPa开孔补强计算壳体计算厚度δ14.22mm接管计算厚度δt2.998mm补强圈强度削弱系数frr1接管材料强度削弱系数fr1开孔直径d513mm补强区有效宽度B1026mm接管有效外伸长度h178.46mm接管有效内伸长度h20mm开孔削弱所需的补强面积A7294mm2壳体多余金属面积A1913.8mm2接管多余金属面积A2863.4mm2补强区内的焊缝面积A336mm2A1+A2+A3=1813mm2，小于A，需另加补强。补强圈面积A46200mm2A-(A1+A2+A3)5481mm2结论:补强满足要求。卧式容器（双鞍座）计算单位四川科新机电股份有限公司计算条件简图计算压力pC1.92MPa设计温度t50℃圆筒材料16MnR(热轧)鞍座材料16MnR圆筒材料常温许用应力[]163MPa圆筒材料设计温度下许用应力[]t163MPa圆筒材料常温屈服点325MPa鞍座材料许用应力[]sa170MPa工作时物料密度1000kg/m3液压试验介质密度1000kg/m3圆筒内直径Di2400mm圆筒名义厚度18mm圆筒厚度附加量2mm圆筒焊接接头系数1封头名义厚度18mm封头厚度附加量Ch2mm两封头切线间距离8580mm鞍座垫板名义厚度10mm鞍座垫板有效厚度10mm鞍座轴向宽度b240mm鞍座包角θ120°鞍座底板中心至封头切线距离A640mm封头曲面高度600mm试验压力pT2.4MPa鞍座高度H250mm腹板与筋板组合截面积26984mm2腹板与筋板组合截面断面系数642080mm3地震烈度<7圆筒平均半径Ra1209mm物料充装系数0.9一个鞍座上地脚螺栓个数1地脚螺栓公称直径0mm地脚螺栓根径0mm鞍座轴线两侧的螺栓间距0mm地脚螺栓材料

支座反力计算圆筒质量(两切线间)9209.49kg封头质量(曲面部分)895.538kg附件质量100kg封头容积(曲面部分)1.80956e+09mm3容器容积(两切线间)V=4.24341e+10mm3容器内充液质量工作时,38190.7压力试验时,=42434.1kg耐热层质量0kg总质量工作时,49291.3压力试验时,53534.7kg单位长度载荷51.561456.0003N/mm支座反力241823262641262641N筒体弯矩计算圆筒中间处截面上的弯矩工作时=3.33905e+08压力试验=3.6265e+08N·mm支座处横截面弯矩操作工况：-9.55845e+06压力试验工况：-1.03813e+07N·mm系数计算K1=0.106611K2=0.192348K3=1.17069K4=K5=0.760258K6=0.0155408K6’=0.0127744K7=K8=K9=0.203522C4=C5=

筒体轴向应力计算轴向应力计算操作状态77.08773.7603MPa-4.54696-0.676702MPa水压试验状态-4.93589-0.734959MPa95.613492.0003MPa应力校核许用压缩应力0.00125333根据圆筒材料查GB150图6-3～6-10B=140.325MPa140.325140.325MPa<163合格||,||<140.325合格||,||<140.325合格T2,T3<0.9s=292.5合格MPa筒体和封头的切应力时(时,不适用)12.3703MPa时圆筒中：封头中：MPa

封头椭圆形封头,碟形封头,半球形封头,MPa圆筒封头[]=0.8[]t=130.4MPa圆筒,<[]=130.4MPa合格封头,h<[h]=MPa鞍座处圆筒周向应力无加强圈圆筒圆筒的有效宽度470.13mm无垫板或垫板不起加强作用时在横截面最低点处MPa在鞍座边角处L/Rm≥8时,MPaL/Rm<8时,MPa无加强圈筒体垫板起加强作用时鞍座垫板宽度；鞍座垫板包角横截面最低点处的周向应力-1.63355MPa鞍座边角处的周向应力L/Rm≥8时,MPaL/Rm<8时,-24.7585MPa鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力L/Rm≥8时,MPaL/Rm<8时,-30.8898MPa应力校核|5|<[]t=163合格|6|<1.25[]t=203.75合格||<1.25[]t=203.75合格MPa

有加强圈圆筒加强圈参数加强圈材料,e=mmd=mm加强圈数量,n=个组合总截面积,A0=mm2组合截面总惯性矩,I0=mm4设计温度下许用应力MPa加强圈位于鞍座平面上在鞍座边角处圆筒的周向应力：MPa：MPa

有加强圈圆筒加强圈靠近鞍座横截面最低点的周向应力无垫板时，（）采用垫板时，（垫板起加强作用）MPa在横截上靠近水平中心线的周向应力：MPa在横截上靠近水平中心线处，不与筒壁相接的加强圈内缘：MPa加强圈靠近鞍座鞍座边角处点处的周向应力无垫板L/Rm≥8时,MPa无垫板L/Rm<8时,MPa采用垫板时，（垫板起加强作用）L/Rm≥8时,MPa采用垫板时，（垫板起加强作用）L/Rm<8时,MPa应力校核|5|<[]t=合格|6|<1.25[]t=合格|7|<1.25[]t=|8|<1.25[]=MPa鞍座应力计算水平分力53453.2N腹板水平应力计算高度250mm鞍座腹板厚度10mm鞍座垫板实际宽度500mm鞍座垫板有效宽度470.13mm腹板水平应力,垫板起加强作用,7.42271MPa应力判断9<[]=113.333合格MPa腹板与筋板组合截面应力由地震水平分力引起的支座强度计算圆筒中心至基础表面距离1468mm轴向力N,MPa,MPa|sa|1.2[bt]=地脚螺栓应力拉应力MPabt1.2[bt]=MPa剪应力MPabt0.8Ko[bt]=MPa温差引起的应力N-