300立方米液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)--化工容器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書.doc

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圓筒周向應(yīng)力的計(jì)算并校核164.5.1 在橫截面的最低點(diǎn)處164.5.2 周向應(yīng)力校核165 防護(hù)及使用管理175.1 防腐175.2 防靜電175.3 熱處理要求175.4 焊接175.5 使用及管理171 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇1.1 設(shè)計(jì)的題目300m3液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)1.2 原始數(shù)據(jù)表1.1 設(shè)計(jì)條件序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值單位備注1名稱液化石油氣儲(chǔ)罐2用途液化石油氣儲(chǔ)存3最高工作壓力1.62MPa由介質(zhì)溫度決定4工作溫度-20485公稱容積300m36工作壓力波情況可不考慮7裝量系數(shù)0.98工作介質(zhì)液化石油氣9材料16MnR10焊接要求雙面焊，局部無損探傷11設(shè)計(jì)壽命20年12腐蝕速率0.1mm/a13其他要求1.3 儲(chǔ)存量盛裝液化氣體的壓力容器設(shè)計(jì)存儲(chǔ)量：W=Vt式中，裝載系數(shù)=0.9壓力容器設(shè)計(jì)V=300m設(shè)計(jì)溫度下的飽和液體密度t =500/m則：存儲(chǔ)量W=135.00t1.4 設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力取飽和蒸氣壓，p=1.8MPa1.5 設(shè)計(jì)溫度工作溫度為 -2048 ，則取 設(shè)計(jì)溫度取502 容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 筒體的內(nèi)徑和長度的確定由設(shè)計(jì)任務(wù)書可知：V=300m3L/Di=8 取 L=8Di則有： 取內(nèi)徑為3630mm，由于筒體的內(nèi)徑較大，所以采用鋼板卷制，公稱直內(nèi)徑DN3700mm.選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭表2.1 EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積及容積 公稱直徑（mm）總深度H/mm內(nèi)表面積A/m2容積V/m3370096515.30477.0605則筒體長度：圓整：L =26700mm則實(shí)際體積： 則體積相對誤差為：符合設(shè)計(jì)要求。2.2 筒體和封頭的厚度設(shè)計(jì)計(jì)算（1）設(shè)計(jì)壓力取：p=1.8MPa液柱壓力（安裝滿時(shí)計(jì)算）：5所以可以忽略液柱的壓力。雙面焊，局部無損探傷，焊接接頭系數(shù)=0.85筒體厚度：計(jì)算壓力： 計(jì)算厚度： 查表2-5得，厚度負(fù)偏差C1=0.8mm。設(shè)計(jì)壽命20年，腐蝕速率0.1mm/a，所以腐蝕裕量C2=2mm。設(shè)計(jì)厚度=24.19+2=26.19mm；名義厚度=28mm。標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度：計(jì)算厚度： 設(shè)計(jì)厚度： 2.3 人孔設(shè)計(jì)設(shè)置1個(gè)人孔，其公稱直徑取DN450。根據(jù)HG/T 21518-2005 鋼制人孔和手孔選?。喝丝?RF t-35CM (WD-1232) B 450-2.5 HG/T 21518-2005具體結(jié)構(gòu)和材料見標(biāo)準(zhǔn)HG/T 21518-2005 鋼制人孔和手孔。2.4 其他零部件的設(shè)計(jì)2.4.1 液位計(jì)的設(shè)計(jì)1）液位計(jì)類型由于該儲(chǔ)罐的介質(zhì)為液化石油氣，工作溫度常溫，所以選用磁性液位計(jì)。2）液位計(jì)中心距可簡化容器為一圓筒，液體達(dá)到總體積的90%（本儲(chǔ)罐的裝量系數(shù)為0.9），可近似認(rèn)為截面面積達(dá)到全面積的90%，所以下圖所示的陰影面積為全面積的10%。即： 即 迭代求解得：=46.6 所以最高液面到筒體中心線的距離為： 所以選用中心距為2500mm的液位計(jì)不對稱安裝裝。R圖 2.13）接管與法蘭 由于介質(zhì)為液化石油氣，應(yīng)采用帶頸對焊法蘭（突面）、帶加強(qiáng)環(huán)的纏繞墊片（帶外環(huán)）和專用級(jí)高強(qiáng)度螺栓組合，而且它的腐蝕性不大，所以材料不需要選太好的。為了有良好焊縫，接管材料選16Mn。同時(shí)接管伸出較長，需要支撐結(jié)構(gòu)。綜上所述，具體見表3.2表2.2 接管與法蘭名稱標(biāo)記數(shù)量總質(zhì)量/kg備注液位計(jì)HG/T 21584-95 UZ 1.6-2500-0.5 AF 304 C130法蘭HG/T 20592 法蘭WN20-2.5 RF S=3.522墊片HG 20610 纏繞墊 D 25-25 123222接管253.5 L=395mm10.97接管253.5 L=495mm11.22全螺紋螺柱M12280 8.8級(jí) 材料 35CrMoA80.48螺母M12 8級(jí) 材料 30CrMo16032筋板403 材料Q235A4現(xiàn)場確定長度2.4.2 管口設(shè)計(jì)1）管口中心線位置的確定根據(jù)管口的性質(zhì)可確定其安放位置，排污管在筒體的下方，其它在筒體的上方。根據(jù)GB 150規(guī)定，按殼體開孔不另行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)法蘭管的位置。要求如下：a.設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa。 b.兩相鄰開孔中心線的間距應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍。c.接管公稱外徑小于或等于89mm。d.接管最小壁厚滿足下表：表2.3 接管最小壁厚接管公稱外徑253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.01接管的腐蝕余量為1mm集中布管，順序?yàn)椋悍趴湛?、人孔、安全閥接口、溫度計(jì)口、壓力表接口、液相進(jìn)口管、氣相出口管、排污口在殼體下方、液相出口管在殼體下方。（具體位置見裝配圖）1.離焊縫最近的人孔，所以它離焊縫距離應(yīng)該不小于，則取人孔與焊縫距離為640mm；2.兩相鄰開孔中心線的間距應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍,則放空口與人孔距離為1200mm，人孔與安全閥接口距離為2400，安全閥與溫度計(jì)口2000mm、溫度計(jì)與壓力表的距離為2000mm、壓力表與液相進(jìn)口距離為2000mm、液相進(jìn)口與氣相出口距離為2000mm。（具體位置見裝配圖）2）接管與法蘭選取a根據(jù)殼體開孔不另行補(bǔ)強(qiáng)，條件d條可確定接管厚度：b液相進(jìn)口管，液相出口管，氣相進(jìn)口管，氣相出口管，排污管5mmc安全閥接口接管6.0mmd壓力表接管，液位計(jì)接管3.5mm由于本儲(chǔ)罐裝的是液化石油氣，法蘭采用帶頸對焊法蘭，纏繞墊片（帶外環(huán)）。綜上所述： 表2.4 接管與法蘭標(biāo)準(zhǔn)號(hào)名稱材料數(shù)量總質(zhì)量/kg備注HG20592法蘭 WN50(B)-25 FM S=5.016Mn515.55液相進(jìn)口管，液相出口管，氣相進(jìn)口管，氣相出口管，排污管法蘭HG20592法蘭 WN25(B)-25 FM S=3.516Mn11.26壓力表接管法蘭HG20592法蘭 WN25(B)-25 RF S=3.516Mn23.0液位計(jì)接管法蘭HG20592法蘭 WN80(B)-25 FM S=6.016Mn15.0安全閥接管法蘭GB6479接管575.0 L=1500,L=12340,L=15516Mn524.76其中L=155取3條，其它一條GB6479接管325.0 L=150 L=495 L=39516Mn32.97壓力表接管，液位計(jì)接管GB6479接管897.0 L=14516Mn11.77安全閥接管3）焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1殼體A，B類焊接接頭的設(shè)計(jì)該容器上的A,B類接頭必須采用對接焊，不允許采用搭接焊。對接焊易于焊透，質(zhì)量容易保證，易于作無損檢測，可獲得最好的焊接接頭質(zhì)量。該容器上的接管與殼體以及補(bǔ)強(qiáng)圈之間的焊接一般只能采用角接和搭接。2殼體C，D類焊接接頭的設(shè)計(jì) 平蓋，管板與圓筒非對接連接的接頭，法蘭與殼體，接管連接的接頭，內(nèi)封頭與圓筒的搭接接頭以及多層包扎容器層板層縱向接頭，均屬C類焊接接頭，但已規(guī)定為A，B類的焊接接頭除外。接管、人孔、凸緣、補(bǔ)強(qiáng)圈等與殼體連接的接頭均屬于D類焊接接頭，但已規(guī)定為A，B類的除外。3焊接接頭坡口設(shè)計(jì)容器筒體，封頭與接管法蘭的厚度均在=328mm的范圍，為了減小焊接變形和殘余應(yīng)力，因此可取接頭坡口形式為X形。4）常用焊接方法與焊條的選擇采用手工電弧焊，該方法設(shè)備簡單，便于操作，使用于各種焊接，在壓力容器制造中應(yīng)用十分廣泛，鋼板對接，接管與筒體、封頭的連接等都可以采用?？紤]母材力學(xué)性能與化學(xué)成分，對低碳鋼和低合金鋼構(gòu)件，要求等強(qiáng)度原則選擇焊條，即要求焊縫與母材的強(qiáng)度相等或基本相等，而不要求焊縫的化學(xué)成分與木材相同。不同類型的低合金鋼之間進(jìn)行異種鋼焊接時(shí)，應(yīng)選與其中強(qiáng)度較低的鋼材等強(qiáng)度的焊條進(jìn)行焊接，再綜合考慮金屬進(jìn)行熱處理后，對其力學(xué)性能的影響構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與剛性和經(jīng)濟(jì)性，該容器所用焊條使用型號(hào)如下表：表2.5 焊條型號(hào)接頭母材焊條型號(hào)焊條牌號(hào)Q345R+Q345RE5016(GB/T5117)J506 Q235-A+Q235-AE4316(GB/T5117)J426Q235-A+Q345RE4303(GB/T5117)J422由于介質(zhì)為液化石油氣，應(yīng)采用帶頸對焊法蘭（突面）、帶加強(qiáng)環(huán)的纏繞墊（帶外環(huán)）和專用級(jí)高強(qiáng)度螺栓組合，而且它的腐蝕性不大，所以材料不需要選太好的。為了有良好焊縫，接管材料選16Mn。同時(shí)接管伸出較長，需要支撐結(jié)構(gòu)。 綜上所述，儲(chǔ)罐其它部件確定如（表2.6）。表2.6 儲(chǔ)罐其他部件名稱標(biāo)記數(shù)量總質(zhì)量/kg備注液位計(jì)HG/T 21584-95 UZ 2.5-2500-0.5 AF 304 C130法蘭HG/T 20592 法蘭WN20-2.5 RF S=3.522墊片HG 20610 纏繞墊 D 25-25 123222接管253.5 L=395mm10.97接管253.5 L=495mm11.22全螺紋螺柱M12280 8.8級(jí) 材料 35CrMoA80.48螺母M12 8級(jí) 材料 30CrMo16032筋板403 材料Q235A4現(xiàn)場確定長度2.5 鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該臥式容器采用雙鞍式支座，初步選用輕型鞍座，材料選用Q235-B。估算鞍座的負(fù)荷 2.5.1 質(zhì)量確定 由于接管、人孔、液位計(jì)等質(zhì)量相對于筒體和封頭的質(zhì)量較小，所以這里主要考慮筒體和封頭質(zhì)量容器質(zhì)量： 正常操作狀態(tài)下最大質(zhì)量: 水壓試驗(yàn)時(shí)最大質(zhì)量：綜上所述， mmax =375967.038kg則每個(gè)鞍座承受的質(zhì)量為187983.519kg，即為1842kN。查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表1，首先優(yōu)先選擇輕型支座。查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表2得（表2.7）表2.7 鞍座尺寸表公稱直徑DN3800腹板16730允許載荷Q/kN1330筋板44012鞍座高度h250335e140底板2780430螺栓間距250038012鞍座質(zhì)量Kg65016墊板弧長4410增加100mm增加的高度Kg47該對鞍座標(biāo)記為JB/T4712.1-2007 鞍座A3800-S和JB/T4712.1-2007 鞍座A2300-F。2.5.2 鞍座的安裝位置根據(jù)JB/T4731-2005鋼制臥式容器中6.1.1規(guī)定，應(yīng)盡量使支座中心到封頭切線的距離A小于等于0.5R無法滿足A小于等于0.5R宜大于0.2L。R筒的平均內(nèi)徑。L=L0+4/3H=26700+4/3965=27987mm即AR/2=1850/2=925mm取A=850mm鞍座的安裝位置如圖所示：圖2.2 鞍座位置3 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)根據(jù)GB150中8.3，知該儲(chǔ)罐中只有人孔需要補(bǔ)強(qiáng)。3.1 補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別其中開孔直徑: d=480-122+2(2+0.8)mm=461.6mmdDi/3=3700/3=1233mm故可以采用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算3.2 補(bǔ)強(qiáng)圈計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)圈如圖：圖4.1 補(bǔ)強(qiáng)圈3.2.1 圓筒開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積開孔直徑: d=480-122+2(2+0.8)mm=461.6mm圓筒計(jì)算厚度: 接管有效厚度: et=15-1-0.8mm=13.2mm強(qiáng)度削弱系數(shù): f=1.0所以 : A=12089.304mm23.2.2 殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積有效補(bǔ)強(qiáng)范圍的寬度: B=923.2mm所以: A1=835.496mm23.2.3 接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積有效補(bǔ)強(qiáng)范圍外側(cè)高度: h1=85.94mm有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)側(cè)高度: h2=0 mm接管計(jì)算厚度 ： 所以: A2=1830.522mm23.2.4 焊縫金屬面積焊縫金屬面積不考慮，則： A3=03.2.5 另加補(bǔ)強(qiáng)面積A4=A-A1-A2-A3=12089.304-835.496-1830.522=9423.286mm2所以補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：考慮焊縫的補(bǔ)強(qiáng)作用，取 c=14mm 標(biāo)記：dN45014-C-Q16MnR JB/T 4736質(zhì)量：29.6kg4 強(qiáng)度計(jì)算4.1 液壓試驗(yàn)采用水壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力： 校核有效厚度: 而 符合要求。4.2 圓筒軸向彎矩建立力學(xué)模型，建立數(shù)學(xué)模型該臥式容器可簡化為外伸梁受均布載荷如圖：qF AMVF圖4.1 載荷分布4.2.1 載荷分布置于對稱分布的鞍座上臥式容器所受的外力包括載荷和支座反力。（1）均布載荷q、支座反力F 首先應(yīng)把封頭折算成和容器直徑相同的當(dāng)量圓筒。長度為2/3H（H凸形封頭的深度）故重量載荷作用的長度為L+4/3H如果容器的總重量為2F，則作用在外伸梁上的的單位長度均布載荷為 N/mm= （4-1）則有 : F= N= （4-2） (2)豎直剪力V和力偶M封頭本身和封頭物料的重量為，此重力作用在封頭的重心上，橢圓形封頭重心e=，按照力線平移法則，此重力可用一個(gè)作用在梁端點(diǎn)的橫向剪力V和一個(gè)附加的力偶m1來代替，則有 （4-3）和 （4-4）此外，當(dāng)封頭中充滿液體時(shí)，液體靜壓力對封頭作用一水平向外推力。這一推力偏離容器軸線，對梁的則形成一個(gè)力偶m2為 （4-5）將力偶m1和m2合成一個(gè)力偶M，即 （4-6）橢圓封頭可近似可做RI=H則有 M=04.2.2 筒體彎矩?。篈=850mm1.彎矩，筒體在支座跨中截面的彎矩，可分析兩平衡條件得：筒體在支座截面處的彎矩：則最大彎矩為M14.3 圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算并校核4.3.1 筒體應(yīng)力1）鞍座跨中截面上筒體的最大軸向應(yīng)力截面最高點(diǎn)：1=-=-截面最低點(diǎn)：2=+= +2）支座截面筒體的最大軸向應(yīng)力截面最高點(diǎn)： 截面最低點(diǎn)：由于ARi/2鞍座包角，查表7-1（JB/T4731-2005）得式中折扣系數(shù)K1和K2分別為14.3.2 筒體軸向應(yīng)力校核由以上分析知，筒體的最大軸向應(yīng)力為14其位置如下圖： 3124 圖4.2 筒體的軸向應(yīng)力圖最大應(yīng)力為2=66.07147MPa計(jì)算得到的軸向壓應(yīng)力為; cr= (4-7) pcr=mP設(shè)計(jì) （4-8）m為安全系數(shù)取3則有：cr= =MPa設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力t為325MPa容器安全使用的穩(wěn)定條件為：比較得：4cr ，故均滿足強(qiáng)度要求4.4 切向剪應(yīng)力的計(jì)算并校核4.4.1 圓筒切向剪應(yīng)力的計(jì)算根據(jù)JB/T 4731-2005中式7-9計(jì)算查JB/T 4731-2005中表7-2，得： =4.4.2 圓筒被封頭加強(qiáng)時(shí)，最大剪應(yīng)力根據(jù)JB/T4731-2005中式7-10，計(jì)算得： =4.4.3 切向剪應(yīng)力的校核圓筒的切向剪應(yīng)力不應(yīng)超過設(shè)計(jì)溫度下材料許用應(yīng)力的0.8倍，即封頭的切向剪應(yīng)力，應(yīng)滿足而 =3.45MPa0.8t=0.8325=260MPa即： 故圓筒滿足強(qiáng)度要求