65立方液氨儲罐的設(shè)計 課程設(shè)計

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中北大學(xué)課 程 設(shè) 計 說 明 書學(xué)生姓名： 潘凱 學(xué) 號： 1102034232 學(xué) 院： 機械與動力工程學(xué)院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 題 目： （65）M3液氨儲罐設(shè)計 指導(dǎo)教師： 閆宏偉 、 孟江 職稱: 專業(yè)課老師 2014年06月16日 中北大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書 2013/2014 學(xué)年 第 二 學(xué)期學(xué) 院： 機械與動力工程學(xué)院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 學(xué) 生 姓 名： 潘凱 學(xué) 號： 1102034232 課程設(shè)計題目： （65）M3液氨儲罐設(shè)計 起 迄 日 期： 06 月 16 日06月 27日 課程設(shè)計地點： 校內(nèi) 指 導(dǎo) 教 師： 閆宏偉 、 孟江 基層教學(xué)組織負責(zé)人： 黃晉英 下達任務(wù)書日期: 2014年06月16日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書1設(shè)計目的：使用國家最新壓力容器標準、規(guī)范進行設(shè)計，掌握典型過程設(shè)備設(shè)計的全過程。掌握查閱和綜合分析文獻資料的能力，進行設(shè)計方法和設(shè)計方案的可行性研究和論證。掌握電算設(shè)計計算，要求設(shè)計思路清晰，計算數(shù)據(jù)準確、可靠，且正確掌握計算機操作和專業(yè)軟件的使用。掌握工程圖紙的計算機繪圖。2設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）：原始數(shù)據(jù)設(shè)計條件表序號項 目數(shù) 值單 位備 注1名 稱液氨儲罐2用 途液氨儲存3最高工作壓力 2.032MPa由介質(zhì)溫度確定4工作溫度 -20485公稱容積（Vg） 65M36工作壓力波動情況可不考慮7裝量系數(shù)(V) 0.858工作介質(zhì)液氨（中度危害）9使用地點太原市室外10安裝與地基要求11其它要求管口表接管代號公稱尺寸連接尺寸標準連接面形式用途或名稱aDN65HG/T20592RF液氨進口管bDN20HG/T20592RF排污閥接口cDN500HG/T21518RF人 孔dDN50HG/T20592RF空氣進口管eDN40HG/T20592RF安全閥接管fDN20HG/T20592RF壓力表接口gDN25HG/T20592RF液位計接口hDN65HG/T20592RF液氨出口管 設(shè)計內(nèi)容1）設(shè)備工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計；2）設(shè)備強度計算與校核；3）技術(shù)條件編制；4）繪制設(shè)備總裝配圖；5）編制設(shè)計說明書。3設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：1）設(shè)計說明書：主要內(nèi)容包括：封面、設(shè)計任務(wù)書、目錄、設(shè)計方案的分析和擬定、各部分結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計計算和確定、設(shè)計總結(jié)、參考文獻等； 2）總裝配圖設(shè)計圖紙應(yīng)遵循國家機械制圖標準和化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求有關(guān)規(guī)定，圖面布置要合理，結(jié)構(gòu)表達要清楚、正確，圖面要整潔，文字書寫采用仿宋體、內(nèi)容要詳盡，圖紙采用計算機繪制。 4主要參考文獻：1 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，GB150-1998鋼制壓力容器，中國標準出版社，19982 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，中國勞動社會保障出版社，19993 全國化工設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心站，化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求，2000，114 鄭津洋、董其伍、桑芝富，過程設(shè)備設(shè)計，化學(xué)工業(yè)出版社，20015 黃振仁、魏新利，過程裝備成套技術(shù)設(shè)計指南，化學(xué)工業(yè)出版社，20026 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計院，化工工藝設(shè)計手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，19967 蔡紀寧主編，化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年5設(shè)計成果形式及要求：1）完成課程設(shè)計說明書一份； 2）草圖一張（A1圖紙一張）3）總裝配圖一張 (A1圖紙一張)； 6工作計劃及進度：2014年06月16日：布置任務(wù)、查閱資料并確定設(shè)計方法和步驟 06月17、18、19、20日：機械設(shè)計計算（強度計算與校核）及技術(shù)條件編制06月21日06月24日：設(shè)計圖紙繪制（草圖和裝配圖）06月25日06月26日：撰寫設(shè)計說明書06月27日：答辯及成績評定基層教學(xué)負責(zé)人審查意見： 簽字： 年 月 日目錄第一章 前言 1.1存儲量1.2設(shè)備的選型及輪廓尺寸第二章 機械設(shè)計2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1.1筒體及封頭設(shè)計 材料的選擇 筒體壁厚的設(shè)計計算 封頭壁厚的設(shè)計計算第三章 接管及接管法蘭設(shè)計 接管尺寸選擇 管口表及連接標準 接管法蘭的選擇 墊片的選擇 緊固件的選擇 第四章 人孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計 密封面的選擇 人孔的設(shè)計 核算開孔補強 第五章 支座的設(shè)計 支座的選擇 支座的位置 液面計及安全閥選擇 總體布局 焊接接頭設(shè)計 第六章 強度校核 第七章參考文獻 第一章 前言本設(shè)計是針對過程設(shè)備設(shè)計這門課程所安排的一次課程設(shè)計，是對這門課程的一次總結(jié)，要綜合運用所學(xué)的知識并查閱相關(guān)書籍完成設(shè)計。 本設(shè)計的液料為液氨，它是一種無色液體。氨作為一種重要的化工原料，應(yīng)用廣泛。分子式NH3，分子量17.03，相對密度0.7714g/L，熔點-77.7，沸點-33.35，自燃點651.11，蒸汽壓1013.08kPa(25.7)。蒸汽與空氣混合物爆炸極限為1625%（最易引燃濃度為17%）氨在20水中溶解度34%,25時,在無水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是許多元素和化合物的良好溶劑。水溶液呈堿性。液態(tài)氨將侵蝕某些塑料制品,橡膠和涂層。遇熱、明火，難以點燃而危險性極低，但氨和空氣混合物達到上述濃度范圍遇火和燃燒或爆炸，如有油類或其它可燃物存在則危險性極高。 設(shè)計基本思路：本設(shè)計綜合考慮環(huán)境條件、介質(zhì)的理化性質(zhì)等因素，結(jié)合給定的工藝參數(shù)，機械按容器的選材、壁厚計算、強度核算、附件選擇、焊縫標準的設(shè)計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、人孔接管、人孔補強、接管、管法蘭、液位計、鞍座、焊接形式進行了設(shè)計和選擇。設(shè)備的選擇大都有相應(yīng)的執(zhí)行標準，設(shè)計時可以直接選用符合設(shè)計條件的標準設(shè)備零部件，也有一些設(shè)備沒有相應(yīng)標準，則選擇合適的非標設(shè)備。 各項設(shè)計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設(shè)計有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進行設(shè)計。第二章 設(shè)計選材及結(jié)構(gòu)2.1工藝參數(shù)的設(shè)定2.1.1存儲量由要求可初步確定儲罐需滿足儲存量 W=0.9650.56281000=3292設(shè)計壓力 根據(jù)化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊查得50蒸汽壓為2032.5kpa，可以判斷設(shè)計的容器為儲存內(nèi)壓壓力容器，按壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定，盛裝液化氣體無保冷設(shè)施的壓力容器，其設(shè)計壓力應(yīng)不低于液化氣50時的飽和蒸汽壓力，而且查得當(dāng)容器上裝有安全閥時，取1.051.1倍的工作壓力作為設(shè)計壓力；所以 ，屬于中壓容器5。設(shè)計溫度為50攝氏度，在-20200條件下工作屬于常溫容器。筒體的選材及結(jié)構(gòu) 根據(jù)液氨的物性選擇罐體材料，碳鋼對液氨有良好的耐蝕性腐蝕率在0.1/年以下，且又屬于中壓儲罐，可以考慮Q245R和Q345R這兩種鋼材。如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用Q245R類的低碳鋼板， Q345R鋼板的價格雖比20R貴，但在制造費用方面，同等重量設(shè)備的計價，Q345R鋼板為比較經(jīng)濟。所以在此選擇Q345R鋼板作為制造筒體和封頭材料。鋼板標準號為GB6654-2011。 筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計為圓筒形。因為作為容器主體的圓柱形筒體，制造容易，安裝內(nèi)件方便，而且承壓能力較好，這類容器應(yīng)用最廣。封頭的結(jié)構(gòu)及選材 封頭有多種形式，半球形封頭就單位容積的表面積來說為最小，需要的厚度是同樣直徑圓筒的二分之一，從受力來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式，但缺點是深度大，直徑小時，整體沖壓困難，大直徑采用分瓣沖壓其拼焊工作量也較大。橢圓形封頭的應(yīng)力情況不如半球形封頭均勻，但對于標準橢圓形封頭與厚度相等的筒體連接時，可以達到與筒體等強度。它吸取了蝶形封頭深度淺的優(yōu)點，用沖壓法易于成形，制造比球形封頭容易，所以選擇橢圓形封頭，結(jié)構(gòu)由半個橢球面和一圓柱直邊段組成。封頭取與筒體相同材料。第三章設(shè)計計算3.1筒體尺寸的計算 取L/Dn=4 算出=2731.6查標準并圓整取Dn=2800mm，查標準JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.1 EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，如下表1 表3.1：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/容積/28007408.85033.1198 算出L=11200mm取L=12000mm,L/DN=4.29(在36之間)滿足要求。查 壓力容器材料使用手冊-碳鋼及合金鋼得Q345R的密度為7.85t/m3，熔點為1430，許用應(yīng)力列于下表： 表3.2 Q345R的許用應(yīng)力鋼號板厚/在下列溫度（）下的許用應(yīng)力/ Mpa20100150200250300Q345R6161891891891831671531636185185183170157143366018118117316014713360100181181167150137123 圓筒的計算壓力為2.13 Mpa,容器筒體的縱向焊接接頭和封頭的拼接接頭都采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)為1.00,全部無損探傷。在板厚為1636mm時取許用應(yīng)力為185Mpa。液柱靜壓力gh=0.56639.82800=0.016Mpa而gh2.12=0.1% 1000時至少設(shè)一個人孔，壓力容器上的開孔最好是圓形的，人孔公稱直徑最小尺寸為400。 綜合考慮選擇回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔（HG/T21518-2005）, 48012公稱壓力Pn2.5、公稱直徑Dn450、=250、MFM型密封面、采用Q345R材料。其尺寸下表 表4.1 人孔標準尺寸表密封面型式凹凸面MFMD6704124公稱壓力Pn MPa2.562046螺柱數(shù)量20公稱直徑Dn500250A375螺母數(shù)量404812121B175螺柱尺寸M332170d506b42L250總質(zhì)量kg302 圖2人孔結(jié)構(gòu)圖開孔補強的計算開孔補強結(jié)構(gòu)：壓力容器開孔補強常用的形式可分為補強圈補強、厚壁管補強、整體鍛件補強三種。補強圈補強是使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、原材料易解決、安全、可靠等優(yōu)點。在一般用途、條件不苛刻的條件下，可采用補強圈補強形式。但必須滿足規(guī)定的條件。壓力容器開孔補強的計算方法有多種，為了計算方便，采用等面積補強法，即殼體截面因開孔被削弱的承載面積，必須由補強材料予以等面積的補償。當(dāng)補強材料與被削弱殼體的材料相同時，則補強面積等于削弱的面積。補強材料采用Q345R。根據(jù)GB150中8.3，當(dāng)設(shè)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，接管厚度滿足表4.2要求時，不另行補強。 表4.2 不另外補強的接管最小厚度接管公稱外徑2532384548 57657689最小厚度3.5 4.05.06.04.2.1 補強設(shè)計方法判別按HG/T2158-2005，選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔。開孔直徑，在筒體上開孔，可用等面積進行開孔補強計算。內(nèi)壓容器開孔后所需的補強面積 式中 開孔直徑：；2強度削弱系數(shù)：殼體開孔處的計算厚度接管有效厚度：則 4.2.2 有效補強范圍殼體開孔后，在有效補強范圍內(nèi)，可作為補強的截面積（包括來自殼體、接管、焊縫金屬、補強元件）根據(jù)GB/150式8-7得有效寬度：B=Max()=1023.2mm有效高度：根據(jù)GB/150式8-8，（實際外伸高度）故=Max()=95.91mm（實際內(nèi)伸高度）4.2.3. 有效補強面積有效補強寬度B=2d筒體的有效厚度 筒體上多余金屬面積： =（1023.2-511.6）（17.5-16.21）-215.2(17.5-16.21)(1-0.92)=656.83 人孔接管上多余金屬面積： 接管計算厚度：所以焊縫金屬截面積：按照GB985-80中角焊縫角尺寸的選擇規(guī)定當(dāng)材料厚度為1623mm時焊腳取8mm所以則有效補強面積： 比較的 滿足以下條件的可選用補強圈補強：剛材的標準常溫抗拉強度Mpa；補強圈厚度應(yīng)小于或等于殼體壁厚的1.5倍；殼體名義厚度；設(shè)計壓力；設(shè)計溫度?？芍驹O(shè)計滿足要求，則采用補強圈補強。所需另行補強的面積為：4.2.4補強圈的設(shè)計 為檢驗焊縫的緊密型，補強圈上鉆M10的螺孔一個，以通入壓縮空氣檢驗焊縫質(zhì)量。按照根據(jù)焊接接頭分類，接管、人孔等與殼體連接的接頭，補強圈與殼體連接的接頭取D類焊縫。根據(jù)補強圈焊縫要求，并查得結(jié)構(gòu)圖為帶補強圈焊縫T型接頭，補強圈坡口取D型（查化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊）。查標準JB/T4736-2002得補強圈外徑,內(nèi)徑則取490。計算補強圈厚度： 查標準補強圈厚度取16，由JB/T4736-2002查得補強圈質(zhì)量為46.7kg。4.3 接管及附件的選擇4.3.1接管選擇： 容器接管一般應(yīng)采用無縫鋼管，所以本設(shè)計筒體上接管材料均選擇無縫鋼管20（GB9948）。查過程設(shè)備設(shè)計知當(dāng)殼體上的開孔滿足下述全部要求時，可不另行補強。 設(shè)計壓力小于或等于2.5Mpa。 兩相鄰開孔中心的距離應(yīng)不小于兩孔直徑之和的2倍。 接管公稱外徑小于或等于89。接管最小壁厚滿足以下要求下表為不需另補強的尺寸要求 接管公稱外徑2532384548 57657689最小厚度3.5 4.05.06.0 根據(jù)化工工藝設(shè)計手冊查得在壓力在1.0到2.0Mpa時液氨流速約為2m/s，本設(shè)計要求流量約為3L/s根據(jù)初步確定進出料管直徑d=24mm。根據(jù)要求查標準，液氨進出口接管取d7614公稱直徑為65mmm的接管，空氣進出管選用d5712公稱直徑為50mm的無縫鋼管，排污管用20（GB9948）無縫鋼管尺寸d256熱軋。排污管一端焊接在筒體下方，另一端用螺紋帽密封，制造便宜，操作方便。 表4.3接管尺寸表序號接管名稱公稱直徑DN(mm)ds材料a液氨進出口管65761420（GB9948）b空氣進出口管50571220（GB99948）c液位計接管2532820(GB9948)d壓力表接管2025620(GB9948)e人孔接管45048012Q345（HG/T21518-2005）g排污管2025620(GB9948)F安全閥接管40451020(GB9948)可見以上所選接管都滿足不需另行補強的要求。4.3.2管法蘭及螺栓的選擇： 由設(shè)計壓力2.13Mpa查HG20592-20635-97中PN2.5Mpa板式平焊鋼制管法蘭（PL）知板式平焊鋼制管法蘭的密封面形式有突面（RF）和全平面（FF）。RF形式適用公稱壓力范圍為0.252.5Mpa而FF形式適用公稱壓力范圍為0.251.6Mpa,本設(shè)計壓力為2.13Mpa故采用板式平焊鋼制管法蘭（RF）形式。 鋼結(jié)構(gòu)連接用螺栓性能等級分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余個等級，其中8.8級及以上螺栓材質(zhì)為低碳合金鋼或中碳鋼并經(jīng)熱處理（淬火、回火），通稱為高強度螺栓，其余通稱為普通螺栓。根據(jù)設(shè)計要求選定法蘭后，則會得到與螺栓配套的螺栓。查HG20592-20635-97鋼制管法蘭中PN2.5板式平焊法蘭選擇以接管公稱直徑一致的鋼制管法蘭，得各法蘭的尺寸和質(zhì)量，詳細尺寸將見表4.4表4.4法蘭尺寸公稱直徑DN（mm）接管外徑法蘭外徑法蘭厚度法蘭內(nèi)徑破口寬度密封面形式螺栓孔直徑螺栓數(shù)法蘭質(zhì)量202510516264RF1440.94253211516335RF 1441.12404515018465RF1842.12505716520595RF1842.77657618522786RF1883.464504806705048512MFM 362057.6 法蘭材料選用Q345R 圖3 法蘭簡圖 4.3.3壓力表的選擇 儀表類型的選用必須滿足工藝生產(chǎn)的要求。例如是否需要遠傳、自動記錄或報警；被側(cè)介質(zhì)的性質(zhì)（如被測介質(zhì)的溫度高低、粘度大小、腐蝕性、臟污程度、是否易燃易爆等）是否對儀表提出特殊要求，現(xiàn)場環(huán)境條件（如濕度、溫度、磁場強度、振動等）對儀表類型的要求等。因此根據(jù)工藝要求正確地選用儀表類型是保證儀表正常工作及安全生產(chǎn)的重要前提?；ば袠I(yè)所用的壓力表有多種型號，根據(jù)液氨的性質(zhì)查化工工藝設(shè)計手冊常用的壓力表型號為YA-100,管螺紋M201.5,壓力表一端與帶有相應(yīng)螺紋的接管一端旋合，接管另一端焊接在筒體適合的位置。5.3螺栓（螺柱）的選擇 根據(jù)要求法蘭處用螺栓做緊固件，螺栓有多種材料和多種結(jié)構(gòu)，選擇時應(yīng)考慮到設(shè)計的適用性和安全性。查HG/T 20613-2009 鋼制管法蘭用緊固件中表5.0.7-9和附錄中表A.0.1,得螺柱的長度和平墊圈尺寸：表4.5 螺栓緊固件用平墊圈 mm公稱直徑螺紋螺柱長ha65M167017303b50M167017303c450M2413025444d25M125013242.5e40M166517303f20M125013242.54.3.5墊片的選擇 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，考慮經(jīng)濟性當(dāng)非金屬墊片能滿足要求時首先使用非金屬墊片。 由本設(shè)計壓力和溫度要求查化工工藝設(shè)計手冊HG20606選用石棉橡膠墊片，其使用范圍PN4.0 Mpa,t290,密封形式為RF（突面）。其尺寸如表4.6表4.6 墊片尺寸表符號法蘭公稱直徑mm墊片內(nèi)徑D1墊片外徑D2密封形式墊片材料墊片厚度mma202558RF石棉橡膠1.5b253268RF石棉橡膠1.5C404588RF石棉橡膠1.5d5057102RF石棉橡膠1.5e6576122RF石棉橡膠1.5f450478555RF石棉橡膠3 圖4 墊片結(jié)構(gòu)圖4.3.4安全閥的選擇 查化工工藝設(shè)計手冊知液氨常用安全閥有A21H-40其公稱直徑是15mm到25mm公稱壓力為1.6-4.0Mpa使用溫度t200和A41H-40其公稱直徑為32mm到48mm公稱壓力為1.3到4.0Mpa,使用溫度t300。根據(jù)本設(shè)計要求選用公稱直徑為40mm的彈簧封閉微啟式安全閥，材料為不銹鋼。 圖6安全閥結(jié)構(gòu)4.3.3液面計的設(shè)計 液面計的種類很多，常用的有玻璃板液面計和玻璃板液面計。它們都是外購的標準件，只需要選用。玻璃板液面計有三種：透光式玻璃板液面計、反射式玻璃板液面計、視鏡式玻璃板液面計。根據(jù)設(shè)計要求選用查標準HG21589.-1995選用透光式玻璃板液面計，型號T；利用連通器原理，通過液面計的玻璃板視窗可以觀察容器內(nèi)部液面位置的變動情況。結(jié)構(gòu)形式：保溫型W,鋼板Q345. 圖 5磁性液面計 4.7鞍座的選擇鞍座結(jié)構(gòu)和材料的選取 臥式容器的支座有三種形式：鞍座、圈座、和支腿，常見的臥式容器和大型臥式儲罐、換熱器等多采用鞍座，它是應(yīng)用得最為廣泛的一種臥式容器支座。置于支座上的臥式容器，其情況和梁相似，有材料力學(xué)分析可知，梁彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力與支點的數(shù)目和位置有關(guān)。當(dāng)尺寸和載荷一定時多支點在梁內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力較小，因此支座數(shù)目似乎應(yīng)該多些好。但對于大型臥式容器而言，當(dāng)采用多支座時，如果各支座的水平高度有差異或地基沉陷不均勻，或殼體不直不圓等微小差異以及容器不同部位受力撓曲的相對變形不同，是支座反力難以為個支點平均分攤，導(dǎo)致課題應(yīng)力增大，因而體現(xiàn)不出多制作的優(yōu)點，故一般情況采用雙支座。此外，臥式容器由于溫度或載荷變化時都會產(chǎn)生軸向的伸縮，因此容器兩端的支座不能都固定在基礎(chǔ)上，必須有一端能在基礎(chǔ)上滑動，以避免產(chǎn)生過大的附加應(yīng)力。通常的做法是將一個支座上的地腳螺栓孔做成長圓形，并且螺母不上緊，使其成為活動支座，而另一支座仍為固定支座。 所以本設(shè)計就采用這種支座結(jié)構(gòu)。根據(jù)設(shè)備的公稱直徑和容器的重量參照鞍座標準JB/T4712-2011選取鞍座結(jié)構(gòu)及尺寸。鞍座的材料（除加強墊板除外）為Q235-A，加強墊板的材料應(yīng)與設(shè)備殼體材料相同為Q345。4.7.2鞍座位置的確定 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(xué)知，當(dāng)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，所以一般近似取,其中L取兩封頭切線間距離，A為鞍座中心線至封頭切線間距離。A0.2L=0.212000+252)=2410 當(dāng)鞍座鄰近封頭時，則封頭對支座處筒體有加強剛性的作用。為了充分利用這一加強效應(yīng)，在滿足下應(yīng)盡量使.A0.5()=710.23 綜合以上取A=710mm則兩鞍座間距S=(L+2h)-2A=10710mm,鞍座位置及結(jié)構(gòu)如下圖所示。 圖5鞍座位置及結(jié)構(gòu)4.7.3鞍座載荷計算 筒體的質(zhì)量：查得圓筒體材料Q345密度=7850/m,筒體長度加上封頭的直邊長度為12.04m,則=3.142.8(12+0.04) 0.0207850=5935.48 封頭的質(zhì)量:根據(jù)封頭的名義厚度查得2:1標準橢圓形封頭理論質(zhì)量為1367.8。故=1367.82=2735.6kg 水壓試驗時水的質(zhì)量：由常用壓力容器手冊查得公稱直徑2800mm厚20mm的標準橢圓封頭的容積為3.1198,則容器容積為： 水重 =80.091000=80090。 附件的質(zhì)量：人孔重245kg,人孔補強重46.7kg,進出料管約100kg,液面計、安全閥、排污閥等附件總質(zhì)量約為120kg.故=511.7kg 所以設(shè)備總質(zhì)量為89248.36kg.即G=9.8mg874.63kN1,3,5.每個鞍座所受支座反力F=437.32KN鞍座尺寸標準 查JB/T4712.1-4712.4-2007選公稱直徑DN=2800mm輕型(A),120包角、焊制、帶墊板，高度為250mm的鞍座，允許載荷Q445kN437.32kN。由公稱直徑查壓力容器與化工設(shè)備實用手冊得具體尺寸如下表：表4.7 鞍座標準尺寸表公稱直徑DN2800腹板10墊板430允許載荷Q/kN295筋板29510鞍座高度h250260e80底板1280260螺栓間距11202208螺孔/孔長/螺紋D/l24/40M2012墊板弧長2100鞍座質(zhì)量Kg162 第五章 容器焊縫標準壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 焊縫分散原則；避免焊縫多條相交原則；對稱質(zhì)心布置原則；避開應(yīng)力復(fù)雜區(qū)或應(yīng)力峰值去原則；對接鋼板的等厚連接原則；接頭設(shè)計的開敞性原則；焊接坡口的設(shè)計原則（焊縫填充金屬盡量少；避免產(chǎn)生缺陷；焊縫坡口對稱；有利于焊接防護；焊工操作方便；復(fù)合鋼板的坡口應(yīng)有利于減少過渡層焊縫金屬的稀釋率）。筒體與橢圓封頭的焊接接頭 壓力容器受壓部分的焊接接頭分為A、B、C、D四類，查得封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭采用A類焊縫。 焊接方法：采用手工電弧焊，其原理是利用電弧熱量融化焊條和母材，由融化的金屬結(jié)晶凝固而形成接縫，焊接材料為碳鋼、低合金鋼、不銹鋼，應(yīng)用范圍廣，適用短小焊縫及全位置施焊，可適用在靜止、沖擊和振動載荷下工作的堅固密實的焊縫焊接，這種方法靈活方便，適應(yīng)性強，設(shè)備簡單，維修方便，生產(chǎn)率低，勞動強度高。 封頭與圓筒等厚采用對接焊接。平行長度任取。坡口形式為Y型坡口。 根據(jù)Q345R的抗拉強度=490Mpa和屈服點=325Mpa選擇E50系列（強度要求：490Mpa；400Mpa）的焊條，型號為E5014.該型號的焊條是鐵粉鈦型藥皮（藥皮成分：氧化鈦30%，加鐵粉），適用于全位置焊接，熔敷效率較高，其結(jié)構(gòu)如下圖 Y型坡口筒體和封頭的焊接：=620 =6070 b=02 p=2 3管法蘭與接管的焊接接頭管法蘭與接管焊接接頭形式和尺寸參照標準HG20605-97,根據(jù)公稱通經(jīng)選擇相應(yīng)的坡口寬度結(jié)構(gòu)如附圖中為幾種常用的管法蘭與結(jié)接管焊接形式的局部放大圖。 接管與殼體的焊接接頭 本設(shè)計除人孔接管帶補強圈外其它接管都是不帶補強圈的插入式接管，接管插入殼體，接管與殼體間的焊接有全焊透和部分焊頭兩種，它們的焊接接頭均屬T形或角接接頭。選擇HG20583-1998標準中代號為G2的接頭形式，基本尺寸為；，且，它適用于，因為所選接管的厚度都為殼體厚度的一半，殼體的厚度為24mm，所以符合要求。選擇全焊透工藝，可用于交變載荷，低溫及有較大溫度梯度工況。如附圖中的局部放大圖所示4,5。 圖5.1帶補強圈焊接接頭結(jié)構(gòu)=50+5302 b=2+0.5,51,t ,=8) k0.76各附件接管的布局 為了便于操作及考慮到開孔的安全性要求，本設(shè)計中將安全閥接管、進料接管、壓力表接管、人孔接管、放空口接管成直線依次布局在筒體上方，其中安全閥、壓力表、進料管以及左右接管和筒體左右直邊間的距離均為800mm，人孔接管與放空管間距離為2000mm,壓力表與人孔接管間距離為2800mm。 排污口接管和出料管布置在筒體下方，排污口接管在左封頭與左支座之間，距左封頭直邊200mm處，出料管在右封頭直邊與右支座之間距右封頭直邊250mm處。進料管內(nèi)伸長度為1650mm，排污管和出料管內(nèi)伸長度為0，其余的接管內(nèi)伸長度均為10mm,其中排污管和出料管外伸長度為150mm，人孔接管外伸長度為250mm，液面計外伸長度300mm,其余接管外伸長度均為200mm,具體布局見裝配圖。第六章校核計算（用SW6軟件）7.1封頭的校核內(nèi)壓橢圓封頭校核計算單位 壓力容器專用計算軟件 計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力Pc 2.13MPa設(shè)計溫度t 50.00 C內(nèi)徑Di 2800.00mm曲面高度hi 450.00mm材料 Q345R(熱軋) (板材)設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 185.00MPa試驗溫度許用應(yīng)力 s 185.00MPa鋼板負偏差C1 0.80mm腐蝕裕量C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.90厚度及重量計算形狀系數(shù) K = = 1.0000計算厚度 d = = 16.21mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 17.70mm最小厚度 dmin = 6.00mm名義厚度 dn = 19.01mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 1367.8 Kg壓 力 計 算最大允許工作壓力 Pw= = 2.09840MPa結(jié)論 合格6.2筒體的校核內(nèi)壓圓筒校核計算單位壓力容器專用計算軟件 計算條件筒體簡圖計算壓力Pc 2.13MPa設(shè)計溫度t 50.00 C內(nèi)徑Di 2800.00mm材料 Q345R(熱軋) ( 板材 )試驗溫度許用應(yīng)力 s 185.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 185.00MPa試驗溫度下屈服點 ss 345.00MPa鋼板負偏差C1 0.80mm腐蝕裕量C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.90厚度及重量計算計算厚度 d = = 16.21mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 17.7mm名義厚度 dn = 19.01mm重量 5935.48Kg壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型 液壓試驗試驗壓力值PT = 1.25P = 2.7000 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 174.92 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計算最大允許工作壓力 Pw= = 2.91731MPa設(shè)計溫度下計算應(yīng)力 st = = 137.99MPastf 189.00MPa校核條件stf st結(jié)論 合格6.3接管的校核開孔補強計算計算單位壓力容器專用計算軟件 接 管: A1, 7614計 算 方 法 : GB150-1998等 面 積 補 強 法, 單 孔設(shè) 計 條 件簡 圖計算壓力pc2.13MPa設(shè)計溫度50殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345R(熱軋)板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)0.9殼體內(nèi)直徑Di21800mm殼體開孔處名義厚度n20mm殼體厚度負偏差C10.8mm殼體腐蝕裕量C22mm殼體材料許用應(yīng)力t185MPa 接管實際外伸長度200mm接管實際內(nèi)伸長度10mm接管材料20(GB9948)接管焊接接頭系數(shù)0.9名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補強圈材料名稱凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補強圈外徑mm補強圈厚度mm接管厚度負偏差C1t 1.75mm補強圈厚度負偏差C1r mm接管材料許用應(yīng)力t150.1MPa補強圈許用應(yīng)力tMPa開 孔 補 強 計 算殼體計算厚度 10.2mm接管計算厚度t0.343 mm補強圈強度削弱系數(shù) frr0接管材料強度削弱系數(shù) fr0.794開孔直徑d55.5mm補強區(qū)有效寬度B115.5 mm接管有效外伸長度h127.87mm接管有效內(nèi)伸長度h28 mm開孔削弱所需的補強面積A 609.1mm2殼體多余金屬面積A1212 mm2接管多余金屬面積A2543.6mm2補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積A336 mm2A1+A2+A3=791.5 mm2 ，大于A，不需另加補強。補強圈面積A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 補強滿足要求,不需另加補強。開孔補強計算計算單位壓力容器專用計算軟件 接 管: A2, 7614計 算 方 法 : GB150-1998等 面 積 補 強 法, 單 孔設(shè) 計 條 件簡 圖計算壓力pc2.13MPa設(shè)計溫度50殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345R(熱軋)板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)0.9殼體內(nèi)直徑Di2800mm殼體開孔處名義厚度n20mm殼體厚度負偏差C10.80mm殼體腐蝕裕量C22mm殼體材料許用應(yīng)力t185MPa 接管實際外伸長度150mm接管實際內(nèi)伸長度0mm接管材料20(GB9948)接管焊接接頭系數(shù)0.9名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補強圈材料名稱凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補強圈外徑mm補強圈厚度mm接管厚度負偏差C1t 1.75mm補強圈厚度負偏差C1r mm接管材料許用應(yīng)力t150.1MPa補強圈許用應(yīng)力tMPa開 孔 補 強 計 算殼體計算厚度 10.2mm接管計算厚度t0.343 mm補強圈強度削弱系數(shù) frr0接管材料強度削弱系數(shù) fr0.794開孔直徑d55.5mm補強區(qū)有效寬度B115.5 mm接管有效外伸長度h127.87mm接管有效內(nèi)伸長度h20 mm開孔削弱所需的補強面積A 609.1mm2殼體多余金屬面積A1212 mm2接管多余金屬面積A2438.7mm2補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積A336 mm2A1+A2+A3=686.7 mm2 ，大于A，不需另加補強。補強圈面積A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 補強滿足要求,不需另加補強。開孔補強計算計算單位壓力容器專用計算軟件 接 管: A3, 5712計 算 方 法 : GB150-1998等 面 積 補 強 法, 單 孔設(shè) 計 條 件簡 圖計算壓力pc2.13MPa設(shè)計溫度50殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345R(熱軋)板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)0.9殼體內(nèi)直徑Di2800mm殼體開孔處名義厚度n20mm殼體厚度負偏差C10.80mm殼體腐蝕裕量C22mm殼體材料許用應(yīng)力t185MPa 接管實際外伸長度200mm接管實際內(nèi)伸長度10mm接管材料20(GB9948)接管焊接接頭系數(shù)0.9名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補強圈材料名稱凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補強圈外徑mm補強圈厚度mm接管厚度負偏差C1t 1.5mm補強圈厚度負偏差C1r mm接管材料許用應(yīng)力t150.1MPa補強圈許用應(yīng)力tMPa開 孔 補 強 計 算殼體計算厚度 10.2mm接管計算厚度t0.236 mm補強圈強度削弱系數(shù) frr0接管材料強度削弱系數(shù) fr0.794開孔直徑d40mm補強區(qū)有效寬度B96 mm接管有效外伸長度h121.91mm接管有效內(nèi)伸長度h28 mm開孔削弱所需的補強面積A 443.7mm2殼體多余金屬面積A1199.5 mm2接管多余金屬面積A2370.2mm2補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積A336 mm2A1+A2+A3=605.7 mm2 ，大于A，不需另加補強。補強圈面積A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 補強滿足要求,不需另加補強。開孔補強計算計算單位壓力容器專用計算軟件 接 管: A4, 4510計 算 方 法 : GB150-1998等 面 積 補 強 法, 單 孔設(shè) 計 條 件簡 圖計算壓力pc2.13MPa設(shè)計溫度50殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345R(熱軋)板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)0.9殼體內(nèi)直徑Di2800mm殼體開孔處名義厚度n20mm殼體厚度負偏差C10.80mm殼體腐蝕裕量C22mm殼體材料許用應(yīng)力t185MPa 接管實際外伸長度200mm接管實際內(nèi)伸長度10mm接管材料20(GB9948)接管焊接接頭系數(shù)0.9名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補強圈材料名稱凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補強圈外徑mm補強圈厚度mm接管厚度負偏差C1t 1.25mm補強圈厚度負偏差C1r mm接管材料許用應(yīng)力t150.1MPa補強圈許用應(yīng)力tMPa開 孔 補 強 計 算殼體計算厚度 10.2mm接管計算厚度t0.179 mm補強圈強度削弱系數(shù) frr0接管材料強度削弱系數(shù) fr0.794開孔直徑d31.5mm補強區(qū)有效寬度B83.5 mm接管有效外伸長度h117.75