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(shuō)明書(shū).doc

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圓筒被封頭加強(qiáng)時(shí)，最大剪應(yīng)力154.4.3 切向剪應(yīng)力的校核154.5 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(chēng)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(chēng)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(wú)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(zhǎng)度的確定由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)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(chēng)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(chēng)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(zhǎng)度：圓整：L =26700mm則實(shí)際體積： 則體積相對(duì)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?。簆=1.8MPa液柱壓力（安裝滿(mǎn)時(shí)計(jì)算）：5所以可以忽略液柱的壓力。雙面焊，局部無(wú)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(chēng)直徑取DN450。根據(jù)HG/T 21518-2005 鋼制人孔和手孔選取：人孔 RF t-35CM (WD-1232) B 450-2.5 HG/T 21518-2005具體結(jié)構(gòu)和材料見(jiàn)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(lèi)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(jiǎn)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(duì)稱(chēng)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(duì)焊法蘭（突面）、帶加強(qiáng)環(huán)的纏繞墊片（帶外環(huán)）和專(zhuān)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(zhǎng)，需要支撐結(jié)構(gòu)。綜上所述，具體見(jiàn)表3.2表2.2 接管與法蘭名稱(chēng)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(chǎng)確定長(zhǎng)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(kāi)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(kāi)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(chēng)外徑小于或等于89mm。d.接管最小壁厚滿(mǎn)足下表：表2.3 接管最小壁厚接管公稱(chēng)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(jiàn)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(kāi)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(jiàn)裝配圖）2）接管與法蘭選取a根據(jù)殼體開(kāi)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(duì)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(chēng)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(lèi)焊接接頭的設(shè)計(jì)該容器上的A,B類(lèi)接頭必須采用對(duì)接焊，不允許采用搭接焊。對(duì)接焊易于焊透，質(zhì)量容易保證，易于作無(wú)損檢測(cè)，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(lèi)焊接接頭的設(shè)計(jì) 平蓋，管板與圓筒非對(duì)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(lèi)焊接接頭，但已規(guī)定為A，B類(lèi)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(lèi)焊接接頭，但已規(guī)定為A，B類(lèi)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(jiǎn)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(duì)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(duì)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(lèi)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(duì)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(duì)焊法蘭（突面）、帶加強(qiáng)環(huán)的纏繞墊（帶外環(huán)）和專(zhuān)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(zhǎng)，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(chēng)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(chǎng)確定長(zhǎng)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(duì)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(chēng)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(zhǎng)4410增加100mm增加的高度Kg47該對(duì)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(wú)法滿(mǎn)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積開(kāi)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(jiǎn)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(duì)稱(chēng)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(zhǎng)度為2/3H（H凸形封頭的深度）故重量載荷作用的長(zhǎng)度為L(zhǎng)+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(zhǎng)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(lái)代替，則有 （4-3）和 （4-4）此外，當(dāng)封頭中充滿(mǎn)液體時(shí)，液體靜壓力對(duì)封頭作用一水平向外推力。這一推力偏離容器軸線，對(duì)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 筒體彎矩取：A=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(mǎn)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(guò)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(mǎn)足而 =3.45MPa0.8t=0.8325=260MPa即： 故圓筒滿(mǎn)足強(qiáng)度要求