40M3液氨儲罐設計說明書和CAD圖紙

課程設計內(nèi)容嗦頡輛 課程設計內(nèi)容包括工藝設計和機械設計兩部分。嗦. 1.工藝設計嗦頡輛 工藝設計的內(nèi)容是根據(jù)設計任務提供的原始數(shù)據(jù)和生產(chǎn)工藝要求，通過工藝計算確定: 1.1盛裝液化氣體的壓力容器設計存儲量： 式中 φv=0.85 V=40m3嗦頡輛 由表1得： =563㎏/m3=0.563t/m3嗦頡輛 故 W=0.85×40×0.563=19.142t嗦頡輛 表1 液化氣體飽和蒸汽壓及飽和液密度 溫度℃ -15 10 30 50 飽和蒸汽壓MPa（絕壓） 氨 0.269 0.603 1.156 2.030 飽和液密度Kg/m3 氨 658嗦頡輛 625 595 563 1.2設計壓力的確定 設計壓力應根據(jù)最高工作壓力來確定。對于盛裝液化氣體的壓力容器，可根據(jù)《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》TSG R0004-2009中條例3.9.3來確定： 經(jīng)查表1得50℃下液氨飽和蒸汽壓（絕壓）為2.030MPa。 工作壓力=（2.03－0.1）MPa=1.93MPa 設計壓力為容器的設計載荷條件之一，其值不得低于最高工作壓力，而最高工作壓力系指容器頂部在正常工作過程中可能產(chǎn)生的最高表壓。裝設安全閥的容器，考慮到安全閥開啟動作的滯后，容器不能及時泄壓，設計壓力不得低于安全閥的開啟壓力，通常可取最高工作壓力的1.05—1.10倍，所以設計壓力P=2.1MPa。 液柱靜壓力為： P靜=ρgDi=563ⅹ9.8ⅹ2.4=13241.76Pa P靜/P=13241.76/2100000=0.6%<5% 于是忽略了液柱靜壓力的影響，得到 1.3設計溫度的確定 設計溫度指容器在正常工作情況下，設定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。設計溫度與設計壓力一起作為設計載荷條件。根據(jù)液氨儲罐工作溫度為-20～48℃，取設計溫度為50℃（另外，一般無保冷措施時，通常取最高設計溫度為50℃）。 1.4壓力容器選擇 1.4.1物料的物理化學性質 氨作為一種重要的化工原料，應用廣泛，為運輸及儲存便利，通常，將氣態(tài)的氨氣通過加壓或冷卻，得到液態(tài)氨。液氨，又稱為無水氨，是一種無色液體，有強烈的刺激性氣味，液氨在工業(yè)上應用廣泛，而且具有腐蝕性，且容易揮發(fā)，采用鋼瓶和槽車裝運。 1.4.2壓力容器的類型 化工設備的主體是壓力容器，容器的強度決定著設備的安全性，為了加強壓力容器的安全監(jiān)察，保護任命生命和財產(chǎn)的安全，國家質量監(jiān)督局頒布了?壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程?這是一部對壓力容器安全技術監(jiān)督提出基本要求的法規(guī)，壓力容器設計、安裝、使用、檢驗、修理和改造等單位必須遵守的法規(guī)，為了有利于安全技術監(jiān)督和管理，?壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程?將其管轄范圍內(nèi)的壓力容器劃分為三類，分別為第一類壓力容器、第二類壓力容器和第三類壓力容器。 本次設計壓力容器中的介質為液態(tài)氨，屬于中度危害，是第二組介質且設計壓力為中壓，所以將其劃分為第二類壓力容器。 1.4.3壓力容器的用材 正確選擇材料對于保護設備的安全使用和降低成本是至關重要的。壓力容器用材料包括容器及壓殼體用鋼和設備零部件用材料，零部件有受壓元件（如接管、法蘭）和非受壓元件（如支座），所用材料涉及鋼板、鋼管、鍛件、型鋼及鋼棒等。 壓力容器受元件用鋼應符合GB150《鋼制壓力容器》中的有關規(guī)定，對于非受壓元件用鋼，當與受壓元件焊接時，也應是焊接性能良好的鋼材。壓力容器通常采用鋼板經(jīng)過成型焊接而成，法蘭視具體情況可采用鋼板或鍛件，螺栓和螺柱應采用鋼棒，接管一般應采用無縫鋼管，支座所用材料涉及鋼板，型鋼及鋼管，因為使用溫度在-20℃～48℃，設計壓力為2.1MPa，所以選用Q345R，封頭采用標準橢圓形封頭，同樣采用Q345R。采用Q345R為鋼管的材料。法蘭采用Q345R。 1.5焊接接頭系數(shù)的確定 本次液氨儲罐的設計采用雙面焊對接接頭和相當于雙面焊的全焊透對接接頭，局部無損檢測，所以φ=0.85。 2.機械設計 機械設計包括結構設計和強度計算兩部分嗦頡輛。 2.1結構設計嗦頡輛 表2 結構設計條件表嗦頡輛 項目嗦頡輛 內(nèi)容嗦頡輛 備注嗦頡輛 工作介質嗦頡輛 液氨嗦頡輛 嗦頡輛 工作壓力 MPa嗦頡輛 1.93嗦頡輛 由介質溫度決定嗦頡輛 設計壓力 MPa嗦頡輛 2.1嗦頡輛 嗦頡輛 工作溫度 ℃嗦頡輛 -20~48℃ 嗦頡輛 設計溫度 ℃嗦頡輛 50嗦頡輛 嗦頡輛 公稱容積（Vg）m3嗦頡輛 40頡輛 嗦頡輛 計算容積（V計）m3嗦頡輛 40.172 嗦頡輛 工作容積（V工）m3嗦頡輛 34 嗦頡輛 裝量系數(shù)φv嗦頡輛 0.85嗦頡輛 嗦頡輛 介質密度（ρt）t/m3嗦頡輛 0.563嗦頡輛 嗦頡輛 材質嗦頡輛 Q345R 嗦頡輛 保溫要求嗦頡輛 無嗦頡輛 嗦頡輛 其他要求嗦頡輛 無嗦頡輛 嗦頡輛 化工設備的結構設計包括設備承壓殼體（一般為筒體和封頭）及其零部件的設計。設備零部件包括支座、接管和法蘭、人孔和手孔、液面計、視鏡等。我國已經(jīng)制訂了化工設備通用零部件的系列標準，設計時可根據(jù)具體設計條件按照附錄中給出的相關標準進行選用。 2.1.1筒體和封頭的結構設計 2.1.1.1筒體公稱直徑DN和筒體長度L的確定： 筒體直徑一般由工藝條件決定，但是要符合壓力容器的公稱直徑。公稱容積Vg=40m3。 根據(jù)公式 DN=Di 一般L/DN=3-6 取L/DN=4 經(jīng)計算得Di=2373mm圓整得Di=2400mm 2.1.1.2筒體名義厚度的初步確定： 工作溫度-20~48℃，假設筒體設計選用16～36 mm厚度的Q345R，50℃下其許用應力 [σ]t＝185MPa。 計算厚度 ： 式中， Pc――計算壓力，MPa； Di――圓筒內(nèi)直徑，mm； [σ]t――容器元件材料在設計溫度下的許用應力，MPa； φ――圓筒的焊接接頭系數(shù) 雙面對接焊縫，局部無損檢測則 φ＝0.85 計算厚度 碳鋼對液氨有良好的耐腐蝕性，腐蝕率在0.1mm/年以下，設計壽命為20年，則腐蝕裕量C2=0.1ⅹ20=2mm: 查表GB/T 709《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》得負偏差C1=0.3mm(Q345R壓力容器常用鋼板的負偏差為-0.3mm): 將其圓整為19mm，即名義厚度δn=19mm，則有效厚度： δe=δn-C1-C2=16.7mm 2.1.1.3橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積： 標準橢圓型封頭是中低壓容器經(jīng)常采用的封頭形式。封頭公稱直徑必須與筒體的公稱直徑相一致。選用EHA橢圓形封頭，則封頭公稱直徑選取Di=2400mm。查GB/T25198-2010《壓力容器用封頭》中EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，如下表4： 表4 EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積 公稱直徑DN/mm 總深度H/mm 內(nèi)表面積A/m2 容積V封/m3 2400 640 6.5453 1.9905 圖1 標準規(guī)定以內(nèi)徑為公稱直徑的標準橢圓形封頭(代號EHA)的直邊高度只與公稱直徑有關：嗦頡輛 DN≤2000mm時,直邊高度為25mm；嗦DN>2000mm時,直邊高度為40mm； 由于所設計的筒體公稱直徑DN=2400mm≥2000mm，所以直邊高度為h=40mm，(或由 得 ) 整個儲罐體積V=Vg+2V封，裝量系數(shù)為0.85，得，即： 40=+2ⅹ1.9905 解得L=7962mm，圓整后L=8000mm L/Di=8000/2400=3.33(在3-6之間) 計算容積： V計=V筒+2V封=40.172m3 工作容積： V工=40ⅹ0.85=34m3 2.1.1.4封頭壁厚的計算 取C2=2mm， C1=0.3mm， 將其圓整為19mm，即名義厚度δn=19mm，則有效厚度 δe=δn-C1-C2=16.7mm 2.1.2接管及接管法蘭設計 2.1.2.1接管的尺寸、位置及其標準的選擇 各物料進出管及檢測儀表等接管內(nèi)伸形式為插入式。 開孔：液氨入口DN80，液氨出口DN80，氣氨出口DN40，放空口DN25，排污管DN32，安全閥口DN80，壓力表接口DN25。 兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）應不小于兩孔直徑之和的兩倍，其他管口如液相出口管，安全閥接口，壓力表接口，氣相管，放氣管，排污管等管間的間距均由下述來設計并計算： 上部：液氨入口，氣氨出口，放空口，安全閥接口，壓力表接口。 液氨入口中心線與人孔中心線間距:2 氣氨出口中心線與安全閥接口中心線的間距： 放空口中心線與氣氨出口中心線的間距： 安全閥接口中心線與放空口中心線的間距： 壓力表接口中心線與液氨入口中心線的間距： 所以=1500mm,=600mm,=600mm,=600mm，=600mm 下部：排污管和液氨出口管： 排污管和液氨出口管中心線與焊縫間距：1400mm。 嗦頡輛2.1.2.2接管法蘭的設計 法蘭設計可根據(jù)法蘭標準進行選型設計，也可按GB150相關條款進行設計。法蘭有壓力容器法蘭和管法蘭，二者屬不同的標準體系。管法蘭參照HG20592-20637-2009標準，容器法蘭參照JB4700-4707-1992，設計內(nèi)容如下： 2.1.2.2.1公稱壓力PN 根據(jù)設計壓力、操作溫度和法蘭材料決定法蘭的公稱壓力PN；水壓實驗的壓力PT=2.625MPa，選擇高一級別的公稱壓力，因此PN=4MPa。 2.1.2.2.2法蘭類型及密封面型式 根據(jù)公稱直徑DN、公稱壓力PN及介質特性決定法蘭類型及密封面型式（標準HG/T 20592-2009）。 各種法蘭的密封面型式和適用壓力、通徑范圍 容器接口管直徑、壁厚及質量 熱軋鋼管品種 法蘭密封面的表面粗糙度 接管及其連接法蘭的伸出高度 法蘭的連接尺寸 2.1.2.2.2.1液氨入口及其法蘭設計 液氨入口接管距左側筒體環(huán)焊縫的距離為2500 mm（＞2.5=400mm），伸出筒體長度為200 mm，深入筒體深度為2000mm，接管總長為2219mm，筒節(jié)長度不小于=48.99mm。采用帶頸對焊法蘭，凹面密封（FM）采用的壓力等級為4MPa。法蘭數(shù)據(jù)如下： 公稱尺寸DN A1 連接尺寸 C 法蘭頸 H D K L N Th N S≥ H1≈ R 80 89 200 160 18 8 M16 24 105 3.2 12 8 58 FM密封面尺寸 帶頸對焊法蘭 PN40帶頸對焊法蘭詳細尺寸 其接管數(shù)據(jù)如下： 公稱直徑 鋼管外徑 壁厚 80 mm 89mm 6mm 2.1.2.2.2.2液氨出口及其法蘭設計 距中心線與左側焊縫間距的距離為1400mm，伸處筒體長度為200mm，內(nèi)伸尺寸50mm，為接管長度為269 mm。采用帶頸對焊法蘭，凹面密封（FM）采用的壓力等級為4MPa，圖同1）。法蘭尺寸數(shù)據(jù)如下： 公稱尺寸DN A1 連接尺寸 C 法蘭頸 H D K L N Th N S≥ H1≈ R 80 89 200 160 18 8 M16 24 105 3.2 12 8 58 其接管數(shù)據(jù)如下： 公稱直徑 鋼管外徑 壁厚 80 mm 89 mm 6mm 2.1.2.2.2.3氣氨出口及其法蘭設計 氣氨出口距左側焊縫的距離為3100mm，伸處筒體長度為200 mm，接管長度為219mm，采用帶頸對焊法蘭，凹面密封（FM）采用的壓力等級為4MPa，圖同1），法蘭尺寸數(shù)據(jù)如下： 公稱尺寸DN A1 連接尺寸 C 法蘭頸 H D K L N Th N S≥ H1≈ R 40 45 150 110 18 4 M16 18 64 2.6 7 6 45 其接管數(shù)據(jù)如下： 公稱直徑 鋼管外徑 壁厚 40 mm 45 mm 4.5mm 2.1.2.2.2.4放空口及其法蘭設計 放空口距左側焊縫的距離為3700 mm，伸處筒體長度為180mm，接管長度為199mm，采用帶頸對焊法蘭，凹面密封（FM）采用的壓力等級為4MPa，法蘭尺寸數(shù)據(jù)如下： 公稱尺寸DN A1 連接尺寸 C 法蘭頸 H D K L N Th N S≥ H1≈ R 25 32 115 85 14 4 M12 18 46 2.6 6 4 40 其接管數(shù)據(jù)如下： 公稱直徑 鋼管外徑 壁厚 25 mm 32 mm 4.5 mm 2.1.2.2.2.5安全閥接口及其法蘭設計 安全閥接口距左側焊縫的距離為4300mm，伸處筒體長度為200 mm，接管長度為219mm，采用帶頸對焊法蘭，凹面密封（FM）采用的壓力等級為4MPa，圖同1），法蘭尺寸數(shù)據(jù)如下： 公稱尺寸DN A1 連接尺寸 C 法蘭頸 H D K L N Th N S≥ H1≈ R 80 89 200 160 18 8 M16 24 105 3.2 12 8 58 其接管數(shù)據(jù)如下： 公稱直徑 鋼管外徑 壁厚 80 mm 89 mm 6.0 mm 2.1.2.2.2.6壓力表接口及其法蘭設計 壓力計接口距左側焊縫的距離為4900mm，伸處筒體長度為180 mm，接管長度為199mm，采用帶頸對焊法蘭，凹面密封（FM）采用的壓力等級為4MPa，圖同1），法蘭尺寸數(shù)據(jù)如下： 公稱尺寸DN A1 連接尺寸 C 法蘭頸 H D K L N Th N S≥ H1≈ R 25 32 115 85 14 4 M12 18 46 2.6 6 4 40 其接管數(shù)據(jù)如下： 公稱直徑 鋼管外徑 壁厚 25 mm 32 mm 3.5 mm 2.1.2.2.2.7排污管接口及其法蘭設計 排污管接口距右側焊縫的距離為1400mm，伸出筒體長度為200 mm，接管長度為219mm，采用帶頸對焊法蘭，凹面密封（FM）采用的壓力等級為4MPa，圖同1），法蘭尺寸數(shù)據(jù)如下： 公稱尺寸DN A1 連接尺寸 C 法蘭頸 H D K L N Th N S≥ H1≈ R 32 38 140 100 18 4 M16 18 56 2.6 6 6 42 其接管數(shù)據(jù)如下： 公稱直徑 鋼管外徑 壁厚 32 mm 38 mm 3.5 mm 液氨入口 液氨出口 氣氨出口 放空口 排污管 安全閥接口 壓力表接口 DN 80 80 40 25 32 80 25 外徑（B系列） 89 89 45 32 38 89 32 壁厚 6 6 4.5 4.5 4.5 6 4.5 安裝位置 上部 下部 上部 上部 下部 上部 上部 外伸尺寸 200 200 200 180 200 200 180 內(nèi)伸尺寸 2000 50 0 0 0 0 0 數(shù)量 1 1 1 1 1 1 1 伸出量質量 Kg 19.03 2.453 0.674 0.458 0.744 1.842 0.458 接管法蘭型號 HG/T 20592 WN80(B)-4.0 FM S=6 Q345R HG/T 20592 WN80(B)-4.0 FM S=6 Q345R HG/T 20592 WN40(B)-4.0 FM S=4.5 Q345R HG/T 20592 WN25(B)-4.0 FM S=4.5 Q345R HG/T 20592 WN32(B)-4.0 FM S=4.5 Q345R HG/T 20592 WN80(B)-4.0 FM S=6 1 Q345R HG/T 20592 WN25(B)-4.0 FM S=4.5 Q345R 各接管設計表 2.1.2.2.3選擇墊片材料： 非金屬平墊片使用條件 法蘭密封常用墊片，墊片有金屬墊片、非金屬墊片、合成墊片等多種，根據(jù)GB/T 20592所規(guī)定的公稱壓力PN2.5-PN63的鋼制管法蘭用非金屬平墊片。由公稱壓力和溫度要求查HG／T 20606-2009 鋼制管法蘭用非金屬平墊片(PN系列)選用增強柔性石墨墊。 不同密封面法蘭用墊片的公稱壓力范圍 據(jù)上表和公稱壓力PN=4MPa，可選擇密封形式為突面（RF）型。其尺寸如下表： 突面法蘭用RF型墊片尺寸 2.1.2.2.4選擇螺柱和螺母材料 根據(jù)公稱壓力PN=4MPa、使用溫度-20～48℃、HG/T20592~20635-2009(鋼制管法蘭、墊片和緊固件)表5.0.4和表5.0.5,螺柱選用全螺紋螺柱螺母選用Ⅱ型六角螺母。 PN40法蘭用螺柱長度和質量 2.1.3液位計的設計 常用液面計有玻璃管液面計、玻璃板液面計、磁性液面計和彩色石英管液面計等。 玻璃管液面計：主要用于公稱壓力不大于1.6MPa，使用溫度為0℃～200℃，介質流動性較好的液體。雖然其結構簡單、操作方便、維修方便、價格低廉，但存在適用范圍較窄，怕碎、不堅固、不安全、不耐壓、顯示不清楚、使用溫度低等弱點。 玻璃板液面計：主要用于透明或較透明的介質中，其公稱壓力比玻璃管液面計稍高，可達到6.3MPa，使用最高溫度達到了250℃。它不僅有結構簡單、觀察直觀、安裝方便、維修簡單等優(yōu)點，且比玻璃管液面計適用范圍更為廣泛。但其也具有與玻璃管液面計相似的缺點即：指示清晰度差；測量范圍較小，在超過其測量范圍時要采用組合式玻璃板液面計，其體積大、笨重、且存在觀察盲區(qū)；易破裂等。 磁性液面計：常用于密度不小于0.45g/cm3的液體，主要是透明和半透明的介質，但有時也可用于原油等較高粘度介質的液位檢測，其測量范圍較之玻璃管液面計和玻璃板液面計大很多，最大可達到7m，且適用的公稱壓力達到了16MPa，適用溫度范圍也達到了－40℃～300℃。 彩色石英管液面計：適用于水、油、酸等多種介質，特別適用于兩種混合不易分辨的介質液位，如油水混合液體等，且適用與重油等高粘度介質的液位檢測。其優(yōu)點有：氣、液相顯示清晰，特別適用于遠距離觀察與夜間巡視；無盲區(qū)、密封性能好、耐高溫高壓、防粘稠、質量輕、壽命長等。缺點有：測量范圍不大，不適用于一些高液位的測量。 綜上所述，在滿足設計要求的情況下，本次設計采用磁性液位計，普通型，壓力等級為4Mpa。 液位：h=0.8ⅹDi=0.8ⅹ2400=1920mm 液位計位置在0.2Di處：0.2Di=0.2ⅹ2400=480mm 則 L=1920-480=1440mm 磁性液位計的測量范圍（中心距L）為350-6000mm。其常用規(guī)格為500、800、1100、1400、1700、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、6000mm。根據(jù)實際要求，選用液位計的中心距L為1700 mm。磁性液位計連接法蘭的規(guī)格一般為DN20，采用帶頸對焊法蘭，密封面型式采用突面。法蘭尺寸數(shù)據(jù)如下： 公稱尺寸DN A1 連接尺寸 C 法蘭頸 H D K L n Th N S≥ H1≈ R 20 25 105 75 14 4 M12 18 40 2.3 6 4 40 其接管數(shù)據(jù)如下： 公稱直徑 鋼管外徑 壁厚 20mm 25mm 4mm 磁性液位計明細表 普通型磁性液位計 2.1.4壓力表的選用 壓力表的選型主要參照使用環(huán)境、測量介質、精度、量程以及外形尺寸。由于儲罐工作壓力為1829KPa，壓力在40KPa以上，選用彈簧管壓力表。根據(jù)生產(chǎn)工藝、經(jīng)濟實用、檢測方法等要求，液氨儲罐為一般測量用壓力表，精度等級選用1.6級。壓力表在管道和設備上安裝，表盤直徑選用l00mm。 2.1.5人孔的選取及其法蘭的設計 壓力容器人孔是為了檢查設備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設備的內(nèi)部構件。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般的人孔有兩個手柄。人孔選擇回轉蓋對焊帶頸法蘭人孔，根據(jù)儲罐在常溫下及高溫工作壓力為2.1Mpa的條件以及水壓試驗壓力2.625MPa下工作，人孔的標準公稱壓力為4.0Mpa等級選取，公稱直徑為500mm，凹凸面法蘭密封面。由于此臥式容器筒體長度大于等于6000mmm時應 設置2個人孔。 回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔明細表 件號 標準號 名稱 數(shù)量 材料 1 筒節(jié) 1 16MnR 2 HG20613 等長雙頭螺柱 20 8.8級35CrMoA 3 螺母 40 8.8級35CrMo 4 HG20595 法蘭 1 Q345R 5 HG20606 墊片 1 非金屬平墊片 6 HG20601 法蘭蓋 1 16MnR 7 把手 1 Q235 -AF 8 軸銷 1 Q235 -AF 9 GB/T91 銷 2 Q215 10 GB/T95 墊圈 2 100HV 11 蓋軸耳（1）A 1 Q235 -AF 12 法蘭軸耳（1） 1 Q235 -AF 13 法蘭軸耳（2） 1 Q235 -AF 14 蓋軸耳（2） 1 Q235 -AF 查表得回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔的各零件名稱、材料及尺寸： 回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔的尺寸 d D H1 H2 A B L b b1 b2 d0 螺栓 螺母 螺栓 總質量 （kg） 數(shù)量 直徑ⅹ長度 530ⅹ14 498 755 670 280 132 430 225 300 57 52 57 30 20 40 M39ⅹ3ⅹ205 399 則人孔的標記為：MFMIII-8.8(NM)A500-4.0HG/T21518-2005。 ：人孔的壁厚，：人孔的公稱直徑，：筒體壁厚，：筒體公稱直徑 故L1=1000mm。 2.1.6安全閥的選取 液氨：A44H-40C對于高壓容器和安全泄放量達的中低壓容器，最好采用全啟式安全閥，考慮泄放的介質質量是否易燃、有毒、污染環(huán)境，確定采用封閉式安全閥。所以選用彈簧封閉全啟式（帶扳手）安全閥。 2.1.7支座的選取 2.1.7.1首先估算鞍座的負荷。 儲罐的總質量： 式中： m1----為筒體質量（kg）； m2----為封頭質量（kg）； m3----為水質量（kg）； m4----為附件質量（kg）。 （a）筒體的質量m1 DN=2400mm，L=8000mm,的筒節(jié)，Q345R的密度ρ為7.85ⅹ103kg/m3 : m1=πDNLδnρ=3.14ⅹ2.4ⅹ8ⅹ16ⅹ10-3ⅹ7.85ⅹ103=7572.2kg （b）封頭的質量m2 DN=2400mm，直邊高度h=40mm的標準橢圓形封頭，其質量為911.3kg,故 （c）液氨的質量m3 m3=w=fVγ=0.85ⅹ40ⅹ1000=34000kg 為水在500C時候的密度為1000kg/m3 （d）附件的質量： 人孔約重2×（399+36.3）=870.6kg ，其他接口管、法蘭的總重約為50kg。 則：m4=920.6kg （e）經(jīng)過上述計算得： 每個鞍座承受的重量為： Q=435kN≥F=217kN 容器支座有鞍式支座，腿式支座，支承式支座，耳式支座和裙式支座,本次設計為臥式容器，所以采用鞍式支座。鞍式支座分為輕型(代號為A)和重型(代號為B)，對于一般直徑在1000 mm以上的容器，選用輕型鞍座就可滿足要求，鞍座與基礎的安裝形式有固定式（代號F）和滑動式（代號S）兩種，一般為滿足容器的熱脹冷縮的位移要求，固定式和滑動式應配對使用。故設計中選用輕型鞍座，采用固定式和滑動式，見下圖。 A型支座系列參數(shù)尺寸 （JB/T4712.1-2007） 2.1.7.2鞍座安裝位置確定 雙鞍座臥式容器的受力狀態(tài)可簡化為受均布載荷的外伸梁，由材料力學知，當外伸長度A=0.207L時，跨度中央的彎矩與支座截面處的彎矩絕對值相等，從而使上述兩截面上保持等強度，所以通常取尺寸A不超過0.2L值，中國現(xiàn)行標準JB 4731《鋼制臥式容器》規(guī)定）A≤0.2L=0.2（L+2h+2），A最大不超過0.25L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應力過大。 由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗變鋼度，故封頭對于圓筒的抗彎鋼度具有局部的加強作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對支座處圓筒截面的加強作用。因此，JB 4731還規(guī)定當滿足A≤0.2L時，最好使A≤0.5R m（）,即： 取A=600mm，綜上有：A=600mm。 鞍座標記為： JB/T 4712.1-2007,支座A2400-F JB/T 4712.1-2007，支座A2400-S 2.1.7焊接接頭設計 容器各受壓元件的組裝通常采用焊接。焊接接頭是焊縫,熔合線和熱影響區(qū)的總稱，焊縫是焊接接頭的主要部分。焊接接頭的型式直接影響到焊接的質量與容器的安全。焊接接頭的型式及焊接材料應在化工設備的裝配圖及零部件圖中以適當?shù)姆绞奖硎境鰜怼?0M3液氨儲罐 （a）回轉殼體的焊接結構設計 回轉殼體的拼接接頭必須采用對接接頭，殼體上的所有縱向及環(huán)向接頭，凸形接頭上的拼接接頭，即A，B類接頭，是容器要求最高的焊縫，對容器的安全至關重要，必須采用對接焊，不允許采用搭接焊.對接焊易于焊透，質量容易保證，易于作無損檢測，可獲得最好的焊接接頭質量。此采用雙Y型對接接頭。δ=19mm，a=50。，b=3mm，p=2mm。 焊條選J507，J507普遍用于鍋爐及壓力容器Q245R、Q345R受壓焊縫的焊接，雖然焊接時較J422、J427粘但稍加控制焊縫成型依然很美觀，最主要是力學性能可以滿足要求。 （b）接管與殼體的焊接結構設計 接管與殼體及補強圈之間的焊接一般只能采用角焊和搭焊，具體的焊接結構還與對容器的強度與安全的要求有關，涉及到是否開坡口，單面焊與雙面焊，焊透與否等問題。中低壓容器不需另作補強的小直徑接管可直接插入殼體所開孔內(nèi)，有平齊式和內(nèi)伸式兩種。插入出接管與殼體總有一定間隙，但此間隙不大于3 mm，過大的間隙在焊接收縮時易產(chǎn)生裂紋或其他焊接缺陷。 （b1）帶補強圈的接管的焊接結構 選用單邊V型角焊接頭，β=50。,b=1.5mm,H=8mm,k=6mm，焊條選J507。 （b2）帶補強圈的接管的焊接結構 補強元件的補強圈，一方面要求盡量與補強出的殼體貼合緊密，另外與接管與殼體之間的焊接結構設計也應力求完善合理。選搭接焊，β1=32。，β2=50。，b1=6mm，b2=2.5mm，p=2.5mm,k1=6mm，k2=18.2mm，焊條選J507。 2.2強度計算 2.2.1開孔補強計算 根據(jù)GB150，當設計壓力小于或等于2.5MPa時，在殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑不大于89mm時，接管厚度滿足要求，不另行補強，故該儲罐中只有DN=500mm的人孔需要補強。 2.2.1.1補強設計方法判別 2.2.1.1.1判斷是否需要開孔補強 按GB150規(guī)定，殼體開孔接管公稱直徑小于或等于可不另行補強，但本次設計人孔的公稱外徑為，所以進行補強圈補強。 2.2.1.1.2判斷本次設計是否符合 《補強圈》 本次設計：a)容器設計壓力 b)容器設計溫度 c)容器鋼材的標準抗拉強度下限 d)殼體開孔處的名義厚度 e)補強圈厚度 所以補強圈的設計標準可用 《補強圈》 2.2.1.1.3開孔補強計算 由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管，故不能直接選用補強圈標準。本次設計所選用的人孔筒節(jié)的公稱直徑為，查《回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔尺寸表》得為，。 (1)所需最小補強面積A 不計焊縫系數(shù)的筒體計算壁厚由： 得δ=16.13mm， 補強的面積 A=dδ+2δδet（1-fr） 其中開孔直徑d=d=dw+2C=500+2×2.3=504.6mm 削弱系數(shù)fr =170/185=0.9,厚度附加量C=C1+C2=2.3mm,筒體的名義厚度δn=19mm，接管有效厚度δet =δnt-C=14-2.3=11.7mm, 。 故A=8175.3292mm2,選擇與筒體相同的材料進行補強。 （2）有效補強范圍 由B=2d B=d+2δn+2δnt 取二者中較大者，得有效寬度B=1009.2mm 由h1= h1=接管實際外伸高度 取最小者，得外側高度h1=84mm 由h2= h2=接管實際內(nèi)伸高度 取最小者，得內(nèi)側高度h2=0mm (3)有效補強圈的面積為A A1=（B-d）（δe-δ）-2δet（δe-δ）（1-fr）=286.2882mm2 A2=2h1（δet-δt）fr+2h2（δet-C2）fr=71.568mm2 A3=100mm2 A=A1+A2+A3=457.86mm2 D2，補強圈在有效補強范圍內(nèi)。 補強圈厚度： δc=A4/(D2-D1)=25.22mm 考慮鋼板負偏差并經(jīng)圓整，取補強圈名義厚度為26mm。則所選擇的的補強圈的標記為500×26-D-Q345R JB/T 4736。 補強圈質量 2.2.2容器的壓力測試 所謂壓力試驗，就是用液體或氣體作為工作介質，在容器內(nèi)施加比它的設計壓力還要高的試驗壓力，以檢查容器在試驗壓力下是否有滲漏、明顯的塑性變形以及其他缺陷。壓力試驗分為液壓試驗和氣壓試驗兩種，一般采用液壓試驗，而且普遍采用水為液壓試驗介質，故本次設計采用水壓試驗。根據(jù)GB150標準的規(guī)定，液壓試驗時： 式中，——容器元件材料在試驗溫度下的許用應力，MPa； ——容器元件材料在設計溫度下的許用應力，MPa。 所以 　　　?。?.25×2.1×185/185=2.625Mpa20M3液氨儲罐 而圓筒的應力 式中 ――試驗壓力下圓筒的應力，MPa； ――圓筒內(nèi)直徑，mm； ――圓筒的有效厚度，mm； ――圓筒材料在試驗溫度下的屈服點，MPa； ――圓筒的焊接接頭系數(shù)。 設計容器：　　 所以，試驗壓力上限值的應力校核合格。 內(nèi)壓圓筒校核 計算單位 壓力容器專用計算軟件 計算所依據(jù)的標準 GB 150.3-2011 計算條件 筒體簡圖 計算壓力 Pc 2.11 MPa 設計溫度 t 50.00 ° C 內(nèi)徑 Di 2400.00 mm 材料 Q345R ( 板材 ) 試驗溫度許用應力 [s] 185.00 MPa 設計溫度許用應力 [s]t 185.00 MPa 試驗溫度下屈服點 ss 325.00 MPa 鋼板負偏差 C1 0.30 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.85 厚度及重量計算 計算厚度 d = = 16.24 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 16.70 mm 名義厚度 dn = 19.00 mm 重量 9067.49 Kg 壓力試驗時應力校核 壓力試驗類型 液壓試驗 試驗壓力值 PT = 1.25P = 2.6250 (或由用戶輸入) MPa 壓力試驗允許通過 的應力水平 [s]T [s]T￡ 0.90 ss = 292.50 MPa 試驗壓力下 圓筒的應力 sT = = 223.45 MPa 校核條件 sT￡ [s]T 校核結果 合格 壓力及應力計算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 2.17327 MPa 設計溫度下計算應力 st = = 152.90 MPa [s]tf 157.25 MPa 校核條件 [s]tf ≥st 結論 合格 內(nèi)壓橢圓封頭校核 計算單位 壓力容器專用計算軟件 計算所依據(jù)的標準 GB 150.3-2011 計算條件 橢圓封頭簡圖 計算壓力 Pc 2.11 MPa 設計溫度 t 50.00 ° C 內(nèi)徑 Di 2400.00 mm 曲面深度 hi 640.00 mm 材料 Q345R (板材) 設計溫度許用應力 [s]t 185.00 MPa 試驗溫度許用應力 [s] 185.00 MPa 鋼板負偏差 C1 0.30 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.85 壓力試驗時應力校核 壓力試驗類型 液壓試驗 試驗壓力值 PT = 1.25Pc= 2.6250 (或由用戶輸入) MPa 壓力試驗允許通過的應力[s]t [s]T￡ 0.90 ss = 292.50 MPa 試驗壓力下封頭的應力 sT = = 204.77 MPa 校核條件 sT￡ [s]T 校核結果 合格 厚度及重量計算 形狀系數(shù) K = = 0.9193 計算厚度 dh = = 14.87 mm 有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 16.70 mm 最小厚度 dmin = 3.60 mm 名義厚度 dnh = 19.00 mm 結論 滿足最小厚度要求 重量 993.10 Kg 壓 力 計 算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 2.37160 MPa 結論 合格 臥式容器（雙鞍座） 計算單位 壓力容器專用計算軟件 計 算 條 件 簡 圖 計算壓力 pC 2.1 MPa 設計溫度 t 50 ℃ 圓筒材料 Q345R 鞍座材料 Q345 圓筒材料常溫許用應力 [s] 185 MPa 圓筒材料設計溫度下許用應力[s]t 185 MPa 圓筒材料常溫屈服點 ss 325 MPa 鞍座材料許用應力 [s]sa 185 MPa 工作時物料密度 563 kg/m3 液壓試驗介質密度 1000 kg/m3 圓筒內(nèi)直徑Di 2400 mm 圓筒名義厚度 19 mm 圓筒厚度附加量 2.3 mm 圓筒焊接接頭系數(shù) 0.85 封頭名義厚度 19 mm 封頭厚度附加量 Ch 2.3 mm 兩封頭切線間距離 8080 mm 鞍座墊板名義厚度 0 mm 鞍座墊板有效厚度 0 mm 鞍座軸向寬度 b 240 mm 鞍座包角 θ 120 ° 鞍座底板中心至封頭切線距離 A 60 mm 封頭曲面高度 640 mm 試驗壓力 pT 2.625 MPa 鞍座高度 H 250 mm 腹板與筋板組合截面積 0 mm2 腹板與筋板組合截面斷面系數(shù) 0 mm3 地震烈度 <7 圓筒平均半徑 Ra 1209.5 mm 物料充裝系數(shù) 0.85 一個鞍座上地腳螺栓個數(shù) 2 地腳螺栓公稱直徑 0 mm 地腳螺栓根徑 0 mm 鞍座軸線兩側的螺栓間距 0 mm 地腳螺栓材料 支 座 反 力 計 算 圓筒質量(兩切線間) 9158.42 kg 封頭質量(曲面部分) 946.072 kg 附件質量 44315.8 kg 封頭容積(曲面部分) 1.80956e+09 mm3 容器容積(兩切線間) V = 4.01722e+10 mm3 容器內(nèi)充液質量 工作時, 19224.4 壓力試驗時, = 40172.2 kg 耐熱層質量 0 kg 總質量 工作時, 74590.8 壓力試驗時, 95538.5 kg 單位長度載荷 81.9274 104.936 N/mm 支座反力 365942 468712 468712 N 筒 體 彎 矩 計 算 圓筒中間處截 面上的彎矩 工作時 = 6.6821e+08 壓力試驗 = 8.55867e+08 N·mm 支座處橫 截面彎矩 操作工況： 1.93285e+07 壓力試驗工況： 2.47567e+07 N·mm 系 數(shù) 計 算 K1=1 K2=1 K3=0.879904 K4=0.401056 K5=0.760258 K6=0.0132129 K6’= K7= K8= K9=0.203522 C4= C5= 筒 體 軸 向 應 力 計 算 軸向應力計算 操作狀態(tài) 84.7571 75.7946 MPa -8.71074 0.251965 MPa 水壓試驗狀態(tài) -11.1514 0.322726 MPa 106.215 94.7354 MPa 應力校核 許用壓縮應力 0.00128778 根據(jù)圓筒材料查GB150圖4-3～4-12 B = 142.086 MPa 142.086 142.086 MPa < 185 合格 ||,|| < 142.086 合格 ||,|| < 142.086 合格 sT2 ,sT3 < 0.9ss = 292.5 合格 MPa 筒體和封頭的切應力 時(時,不適用) MPa 時 圓筒中：20.4183 封頭中：9.30655 MPa 應力校核 封頭 橢圓形封頭, 138.716 碟形封頭, 半球形封頭, MPa 圓筒 封頭 [t] = 0.8 [s ]t = 148 92.5337 MPa 圓筒, t < [ t ] = 148 MPa 合格 封頭, th < [ t h] = 92.5337 MPa 合格 鞍 座 處 圓 筒 周 向 應 力 無加強圈圓筒 圓筒的有效寬度 476.485 mm 無墊板或墊板不起加強作用時 在橫截面最低點處 -4.47817 MPa 在鞍座 邊角處 L/Rm≥8時, MPa L/Rm<8時, -54.6144 MPa 無 加 強 圈 筒 體 墊板起加強作用時 鞍座墊板寬度 ； 鞍座墊板包角 橫截面最低點處的周向應力 MPa 鞍座邊角處 的周向應力 L/Rm≥8時, MPa L/Rm<8時, MPa 鞍座墊板邊 緣處圓筒中 的周向應力 L/Rm≥8時, MPa L/Rm<8時, MPa 應力校核 |s5| < [s ]t = 185 合格 |s6 | < 1.25[s ]t = 231.25 合格 |s’6 | 1.25[s ]t = 231.25 MPa 有加強圈圓筒 加強圈參數(shù) 加強圈材料, e = mm d = mm 加強圈數(shù)量, n = 個 組合總截面積, A0 = mm2 組合截面總慣性矩, I0 = mm4 設計溫度下許用應力 MPa 加強圈位于 鞍座平面上 在鞍座邊角處圓筒的周向應力： MPa 在 鞍 座 邊 角 處 ，加 強 圈 內(nèi) 緣 或 外 緣 表 面 的 周 向 應 力 ： MPa 有加強圈圓筒 加強圈靠近鞍座 橫 截 面 最 低 點 的 周 向 應 力 無墊板時，（ 或 墊 板 不 起 加 強 作 用 ） 采用墊板時，（墊板起加強作用） MPa 在橫截上靠近水平中心線的周向應力： MPa 在橫截上靠近水平中心線處，不與筒壁相接的加強圈內(nèi)緣 或 外 緣 表 面 的 周 向 應 力 ： MPa 加強圈靠近鞍座 鞍座邊角處點處的周向應力 無墊板或墊板不起 加強 作用 L/Rm≥8時, MPa 無墊板或墊板不起 加強 作用 L/Rm<8時, MPa 采用墊板時，（墊板起加強作用） L/Rm≥8時, MPa 采用墊板時，（墊板起加強作用） L/Rm<8時, MPa 應力校核 |s5| < [s]t = 合格 |s6 | < 1.25[s]t = 合格 |s7 | < 1.25[s]t = |s8 | < 1.25[s]tR = MPa 鞍 座 應 力 計 算 水平分力 95393.1 N 腹板水平應力 計算高度 250 mm 鞍座腹板厚度 10 mm 鞍座墊板實際寬度 0 mm 鞍座墊板有效寬度 0 mm 腹板水平應力 無 墊 板 或 墊 板 不 起 加 強 作 用 , 38.1572 墊板起加強作用, MPa 應力判斷 s9 < [s ]sa = 123.333 合格 MPa 腹板與筋板組合截面應力 由地震水平分力引起的支座強度計算 圓筒中心至基礎表面距離 1469 mm 軸向力 N , MPa , MPa |ssa| 1.2[sbt]= 地腳螺栓應力 拉應力 MPa sbt 1.2[sbt] = MPa 剪應力 MPa tbt 0.8×Ko×[sbt] = MPa 溫差引起的應力 N 0 MPa |stsa| < [s]sa = 185 注：帶#的材料數(shù)據(jù)是設計者給定的 開孔補強計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 接 管: N1, φ530×14 計算方法: GB150.3-2011等面積補強法，單孔 設 計 條 件 簡 圖 計算壓力 pc 2.1132 MPa 設計溫度 50 ℃ 殼體型式 圓形筒體 殼體材料 名稱及類型 Q345R 板材 殼體開孔處焊接接頭系數(shù)φ 0.85 殼體內(nèi)直徑 Di 2400 mm 殼體開孔處名義厚度δn 19 mm 殼體厚度負偏差 C1 0.3 mm 殼體腐蝕裕量 C2 2 mm 殼體材料許用應力[σ]t 185 MPa 接管軸線與筒體表面法線的夾角(°) 0 凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角(°) 接管實際外伸長度 254 mm 接管連接型式 插入式接管 接管實際內(nèi)伸長度 0 mm 接管材料 Q345R 接管焊接接頭系數(shù) 0.85 名稱及類型 管材 接管腐蝕裕量 2 mm 補強圈材料名稱 Q345R 凸形封頭開孔中心至 封頭軸線的距離 mm 補強圈外徑 840 mm 補強圈厚度 22 mm 接管厚度負偏差 C1t 0 mm 補強圈厚度負偏差 C1r 0.3 mm 接管材料許用應力[σ]t 185# MPa 補強圈許用應力[σ]t 185 MPa 開 孔 補 強 計 算 非圓形開孔長直徑 506 mm 開孔長徑與短徑之比 1 殼體計算厚度δ 16.235 mm 接管計算厚度δt 3.3959 mm 補強圈強度削弱系數(shù) frr 1 接管材料強度削弱系數(shù) fr 1 開孔補強計算直徑 d 506 mm 補強區(qū)有效寬度 B 1012 mm 接管有效外伸長度 h1 84.167 mm 接管有效內(nèi)伸長度 h2 0 mm 開孔削弱所需的補強面積A 8215 mm2 殼體多余金屬面積 A1 235 mm2 接管多余金屬面積 A2 1448 mm2 補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A3 66 mm2 A1+A2+A3= 1750 mm2 ，小于A，需另加補強。 補強圈面積 A4 6727 mm2 A-(A1+A2+A3) 6465 mm2 結論: 合格 46