丙烯儲罐畢業(yè)設(shè)計

1、1、緒論1.1 任務(wù)說明設(shè)計一個容積為50m³的丙烯儲罐，采用常規(guī)設(shè)計方法，綜合考慮環(huán)境條件、液體性質(zhì)等因素并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按工藝設(shè)計、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備強(qiáng)度計算的設(shè)計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、鞍座、人孔、接管進(jìn)行設(shè)計，然后采用SW6-1998對其進(jìn)行強(qiáng)度校核，最后形成合理的設(shè)計方案。1.2 丙烯的性質(zhì)常溫為氣體，不易溶于水，易溶于非極性或弱性有機(jī)溶劑苯、乙醚。2、設(shè)計參數(shù)的確定表1 設(shè)計參數(shù)表名稱丙烯儲罐用途液化石油氣儲配站設(shè)計壓力2.16MPa工作壓力1.96MPa設(shè)計溫度50°C工作溫度50°C工作容積50m³裝填系數(shù)0.9工作介質(zhì)丙烯其它要求

2、100%無損檢測2.1 筒體材料的選擇根據(jù)丙烯的特性，查GB150-1998選擇Q345R。Q345R是壓力容器專用鋼，適用范圍：用于介質(zhì)具有一定腐蝕性,壁厚較大（）的壓力容器。鋼板標(biāo)準(zhǔn)GB6645和“關(guān)于固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程的實施意見”。根據(jù)GB713-2008中規(guī)定，厚度允許偏差按GB/T709的B類偏差取0.3mm。2.2 鋼管材料的選擇根據(jù)JB/T4731,鋼管的材料選用20號鋼，根據(jù)GB8163，其許用應(yīng)力3、壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1筒體公稱直徑計算筒體的公稱直徑有標(biāo)準(zhǔn)選擇，而它的長度L可以根據(jù)容積要求來決定。根據(jù)公式 取 L/D=4 將L/D=4代入得：圓整后，3.2 封頭

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計查GB/T 25198-2010壓力容器封頭得：封頭型號采用EHA型，即標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，并以內(nèi)徑為標(biāo)準(zhǔn)。表2 封頭參數(shù)公稱直徑DN/mm總深度H/mm內(nèi)表面積A/m²容積V/m³26006907.65452.5131查JB/T 4746-2002鋼制壓力容器用封頭，由表B、2 EHA橢圓形封頭質(zhì)量得：m=1064.2kg。3.3筒體長度計算根據(jù) 得： 圓整后取9.5m 在3-6之間 故計算容積為54.98m³3.4 計算壓力查壓力容器介質(zhì)手冊可得丙烯在50下的密度為457.6 則：液柱靜壓力: ,故液柱靜壓力可以忽略，設(shè)計壓力可取計算壓力即：3.5 筒體壁厚

4、計算該容器需100%探傷，所以取其焊接系數(shù)為。腐蝕余量，鋼板厚度負(fù)偏差。假設(shè)圓筒厚度在6-16mm之間，查GB150-1998中表4-1，可得50°C下Q345R的許用應(yīng)力為189MP。由中徑公式可得筒體的計算厚度為：筒體的設(shè)計厚度為：筒體的名義厚度為：。由于工程上一般用厚度為偶數(shù)的板材，所以圓整后取名義厚度 ：筒體的有效厚度為：。設(shè)計溫度下允許最大工作壓力：3.6 封頭壁厚計算 由于采用的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，所以 即，封頭形狀系數(shù) ，由橢圓厚度計算公式可得： 封頭的計算厚度為： 封頭的設(shè)計厚度為：封頭的名義厚度為： 圓整后取名義厚度封頭的有效厚度為： 設(shè)計溫度下允許最大工作壓力： 3.7

5、 人孔選擇 查HG/T 21518-2005水平蓋帶勁對焊法蘭人孔，表3-3，選擇公稱壓力為2.5MPa的MFM型人孔，其尺寸如下： 表3 人孔數(shù)據(jù)表 密封面型式凹凸面MFMD6704124公稱壓力PN2.560046螺柱數(shù)量20公稱直徑DN450320A375螺母數(shù)量40480×12121B175螺柱尺寸D456b42L250總質(zhì)量kg2453.8 安全附件選擇儲罐上配有壓力表、溫度計、安全閥、液面計，參考公司設(shè)計圖紙可知，其配置選擇如下： 表4 安全附件表安全附件匯總表壓力表型號Y-150測量范圍04.0Mpa(1.6級)溫度計型號WSS-501測量范圍-4060安全閥型號A42

6、F-25型式全啟式公稱壓力2.5 MPa公稱直徑DN100液面計型號UZFAI-25FM-3440-0.503.9 管口的設(shè)計儲罐要開設(shè)排污口、出液口、溫度計口、壓力表口、液位計口、人孔、安全閥口、排空口、進(jìn)液口、氣相口，其分布如下圖： 查HG/T 20592-2009 鋼制管法蘭, 可選擇其相對應(yīng)的法蘭如下：表5 管口表 管口表符號標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)格密封面形式用 途AHG/T 20592 法蘭 WN80(B)-25M（凸面）排污口b12HG/T 20592 法蘭 WN80(B)-25M（凸面）氣相口CHG/T 20592 法蘭 WN80(B)-25M（凸面）出液口DHG/T 20592 法蘭 WN8

7、0(B)-25M（凸面）進(jìn)液口EM27×2螺 紋溫度計口FHG/T 20592法蘭 WN20(B)-25FM（凹面）壓力表口g12HG/T 20592 法蘭 WN32(B)-25FM（凹面）液位計口HHG/T 20592 法蘭WN450(B)-25MFM（凹凸面）人孔i12HG/T 20592 法蘭WN100(B)-25FM（凹面）安全閥口JHG/T 20592 法蘭 WN50(B)-25FM（凹面）排空口 根據(jù)各接口的大小 查HG/T 20592-2009 鋼制管法蘭和HG/T20610-2009 鋼制管法蘭用纏繞式墊片， 可選擇其相對應(yīng)的墊片及法蘭尺寸。 表6 接管法蘭數(shù)據(jù)表用途

8、公稱直徑鋼管外徑法蘭外徑法蘭厚度墊片D1D2D3T t排污口80892002490 106 1203.2 2出液口80892002490 106 1203.2 2溫度計口M27×248壓力表口2025105182736503.2 2液位計口3238140184351653.2 2人孔450480670464714975233.2 2安全閥口100108235241161441683.2 2排空口5057165206173873.2 2進(jìn)液口80892002490 106 1203.2 2氣相口80892002490 106 1203.2 2 跟據(jù)管口公稱直徑選擇相應(yīng)的法蘭，2.5MP

9、a時選用帶頸對焊法蘭，主要參數(shù)如下：表7 法蘭數(shù)據(jù)表 公稱通徑鋼管外徑B連接尺寸法蘭厚度C法蘭頸法蘭高度H法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺紋ThNSHRB202510575144M1218402.364403238140100184M1618562.666425057165125184M1620752.986488089200160188M16241053.212858100108235190228M20241343.6128654504806706003620M33465228.82012110 查HG/T 20613-2009 鋼制管法蘭用緊固件，2.5MPa時，螺柱

10、的主要參數(shù)如下：表8 螺柱數(shù)據(jù)表公稱通徑螺紋數(shù)量n（個）螺柱質(zhì)量（kg）20M124756032M1648513650M1649014480M16895152100M208105252450M332018012243.10 鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計該臥式容器采用雙鞍式支座，材料選用Q235-B。估算鞍座的負(fù)荷： 儲罐總質(zhì)量筒體質(zhì)量：單個封頭的質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.2 EHA橢圓形封頭質(zhì)量，可知，充液質(zhì)量：，故附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為245kg，其他接管質(zhì)量總和估300kg，即綜上所述，每個鞍座承受的重量為 q=mg/2=331.141KN,由此查JB4712.1

11、-2007容器支座中表1，選取 DN 2100mm-4000mm、120°包角輕型帶墊板鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下：表9 DN2600mm輕型帶墊板包角120°的鞍座尺寸 單位：mm公稱直徑DN鞍座高度h允許載荷kN底板腹板筋板墊板螺栓間距L2鞍座質(zhì)量kg增加100mm高度增加的質(zhì)量kgl1b112L3b2b33弧長b44e2600250445188030014102952683608303061010120164029826鞍座的安裝位置：通常取尺寸A不超過0.2L值，中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB 4731鋼制臥式容器規(guī)定A0.2L=0.2（L+2h），A最

12、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(yīng)力過大。由標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。故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(qiáng)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(qiáng)作用。因此，JB 4731還規(guī)定當(dāng)滿足A0.2L時，最好使A0.5R m（）,即 ，取A=654.5mm綜上有：A=654.5mm。4、 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計根據(jù)GB150，當(dāng)設(shè)計壓力小于或等于2.5MPa，腐蝕余量為1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2.5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(bǔ)強(qiáng)。故儲罐中所有接管開孔處只有人孔和

13、安全閥口需要補(bǔ)強(qiáng)計算。4.1 人孔開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計根據(jù)HG/T 21518-2005，選用水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔4.1.1 補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計方法判別開孔直徑 采用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計算 所需補(bǔ)強(qiáng)面積 接管材料選用20號鋼，其許用應(yīng)力根據(jù)GB150-1998，其中：殼體開孔處的計算厚度接管的有效厚度強(qiáng)度削弱系數(shù)所以開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積為：4.1.3 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效寬度B的確定按GB150中式8-7，得：有效高度的確定1）外側(cè)有效高度的確定根據(jù)GB150，得： （人孔外伸長度為220mm）2）內(nèi)側(cè)有效高度的確定根據(jù)GB150-1998，得： 4.1.4 有效補(bǔ)強(qiáng)面積：根據(jù)GB150，分別計算如下：筒體多余面

14、積接管的多余面積接管厚度： 焊縫金屬截面積（焊腳為6mm）：4.1.5 補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度：因為，所以開孔需另行補(bǔ)強(qiáng)，所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積：補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T 4736根據(jù)DN450取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D=760mm， 補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑d=485mm。補(bǔ)強(qiáng)圈厚度： 圓整取名義厚度為15mm5、 強(qiáng)度計算鋼制臥式容器內(nèi)容50m³丙烯儲罐計 算 條 件 簡 圖設(shè)計壓力 p2.16MPa設(shè)計溫度 t50筒體材料名稱Q345R封頭材料名稱Q345R封頭型式橢圓形筒體內(nèi)直徑Di2600mm筒體長度 L9400mm筒體名義厚度 dn18mm支座墊板名義厚度 drn10mm筒體厚度附加量 C1.3mm腐蝕裕量 C

15、11mm筒體焊接接頭系數(shù) F1封頭名義厚度 dhn18mm封頭厚度附加量 Ch1.3mm鞍座材料名稱Q235-B鞍座寬度 b300mm鞍座包角 120°支座形心至封頭切線距離 A654.5mm鞍座高度 H250mm地震烈度 低于七度5.1 內(nèi)壓圓筒校核5.1.1 水壓試驗校核計算根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計中式 4-102 可算的試驗壓力值：， 根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計中式4-104可算的試驗壓力下筒體的應(yīng)力為： 由于壓力試驗允許通過的應(yīng)力水平滿足sT£ 0.90 ss =310.5 MPa試驗溫度下屈服點(diǎn) ss =345MPa 所以筒體水壓試驗校核合格5.1.2 氣壓試驗校核計算查 GB 1

16、50-2011 中式3-3 可知，設(shè)計溫度下計算應(yīng)力：st = = 由于計算應(yīng)力滿足： 其中 ： ， 50°C下的許用應(yīng)力 ， 所以筒體的內(nèi)壓應(yīng)力校核合格。5.2 封頭校核5.2.1 封頭最小厚度校核 根據(jù) GB 150.3 可知：封頭的最小厚度不得小于內(nèi)徑的0.15%，封頭的最小厚度為 ， 由于封頭的有效厚度 所以，封頭的厚度滿足要求5.3 臥式容器強(qiáng)度校計 算 條 件 簡 圖 計算壓力 pC2.16MPa 設(shè)計溫度 t50 圓筒材料Q345R 鞍座材料Q235-B 圓筒材料常溫許用應(yīng)力 s189MPa 圓筒材料設(shè)計溫度下許用應(yīng)力st189MPa 圓筒材料常溫屈服點(diǎn) ss345MP

17、a 鞍座材料許用應(yīng)力 ssa147MPa 工作時物料密度 457.6kg/m3 液壓試驗介質(zhì)密度 1000kg/m3 圓筒內(nèi)直徑Di2600mm 圓筒名義厚度 18mm 圓筒厚度附加量 1.3mm 圓筒焊接接頭系數(shù) 1 封頭名義厚度 18mm 封頭厚度附加量 Ch1.3mm 兩封頭切線間距離 9480mm 鞍座墊板名義厚度 10mm 鞍座墊板有效厚度 10mm 鞍座軸向?qū)挾?b300mm 鞍座包角 120° 鞍座底板中心至封頭切線距離 A654.5mm 封頭曲面高度 650mm 試驗壓力 pT2.7MPa 鞍座高度 H250mm腹板與筋板組合截面積 50000mm2 腹板與筋板組合截

18、面斷面系數(shù)1.55231e+06mm3 地震烈度<7圓筒平均半徑 Ra 1309mm 物料充裝系數(shù) 0.9一個鞍座上地腳螺栓個數(shù)2地腳螺栓公稱直徑20mm地腳螺栓根徑17.294mm鞍座軸線兩側(cè)的螺栓間距1640mm地腳螺栓材料35CrMoA5.3.1 支座反力計算由于水的密度大于介質(zhì)密度，故用水代替介質(zhì)由前面可知則單個支座的支座反力為：F=mg/2=331.141KN5.3.2 剪力與彎矩根據(jù)JB/T 4731-2005 中式 7-2和7-3，其中F=331.141KN 、L=9480mm 、Ra=1309mm 、=650mm 、A=654.5mm得： 5.3.3 筒體軸向應(yīng)力校核根據(jù)

19、JB/T 4731-2005 中式 7-4 到式 7-7 可計算：圓筒中間截面上由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力在最高點(diǎn)處：在最低點(diǎn)處：在鞍座平面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計算：筒體在鞍座平面上雖無加強(qiáng)圈，但由于，所以，取鞍座包角 時，查JB/T4731-2005 表7-1 可得：.則鞍座截面最高點(diǎn)的軸向應(yīng)力（拉應(yīng)力）：鞍座截面最低點(diǎn)的軸向應(yīng)力（壓應(yīng)力）：應(yīng)力系數(shù) 查過程設(shè)備設(shè)計中圖4-8得，E=200000，則：應(yīng)力系數(shù) B=(2/3)EA=160MPa ，筒體的軸向允許應(yīng)力：筒體最大軸向應(yīng)力：滿足條件 即：圓筒軸向應(yīng)力校核滿足要求。5.3.4 筒體的切向應(yīng)力校核剪力總是在鞍座截面處最

20、大，鞍座截面處無加強(qiáng)圈且被封頭加強(qiáng)的圓筒的情況下，大部分剪力先由鞍座的右側(cè)跨過鞍座傳至封頭，然后又將載荷穿回到鞍座靠封頭的左側(cè)筒體，此時圓筒中切應(yīng)力的分布呈過程設(shè)備設(shè)計圖5-25（c）所示的狀態(tài)，最大切應(yīng)力位于的鞍座角點(diǎn)處。查過程設(shè)備設(shè)計表5-2 得：K3=0.880，K4=0.401.根據(jù)JB/T 4731-2005中式 7-9計算最大切應(yīng)力 ，查JB/T 4731-2005 可知：筒體的切向剪應(yīng)力不應(yīng)超過設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力的0.8倍，即： ，而 ，故筒體的切向應(yīng)力滿足要求；5.3.5 封頭的切向應(yīng)力的校核當(dāng)筒體被封頭加強(qiáng)時（），封頭中得內(nèi)力系會在水平方向?qū)Ψ忸^產(chǎn)生附加拉伸應(yīng)力作用，封頭

21、切應(yīng)力大小為按JB/T 4731-2005中式 7-10 計算最大切應(yīng)力查JB/T 4731-2005 可知：封頭的切向剪應(yīng)力應(yīng)滿足 ：，而 ， ，故封頭的切向應(yīng)力滿足要求。5.3.6 周向應(yīng)力的校核由 JB /4371-2005 可知：當(dāng)無加強(qiáng)圈時，最大彎矩點(diǎn)在鞍座邊角處，彎矩最大點(diǎn)存在最大周向應(yīng)力。根據(jù) JB/T 4731-2005 表7-3知： K5=0.76 , K6=0.013;已知： k=0.1（ 容器焊在鞍座上）鞍座反力 F=331141N; 當(dāng)墊板起加強(qiáng)作用時，厚度， 筒體厚度為18mm，鞍座墊板有效厚度為10mm； b2=268mm； 圓筒截面最低點(diǎn)的周向壓應(yīng)力： 由于 所以

22、，鞍座邊角處的最大周向應(yīng)力： 鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力： 根據(jù)JB/T 4731-2005 中7.3.4.3 校核由于許用應(yīng)力 ，所以 ，故周向應(yīng)力均滿足要求。5.4 鞍座應(yīng)力計算5.4.1 腹板水平分力及強(qiáng)度計算鞍座包角為120°，查表JB/T 4731-2005中表7-5 可得 : 系數(shù) K9=0.204 ，則鞍座腹板的水平分力按JB/T 4731-2005 中式 7-25 得：已知：墊板厚度=10mm，腹板厚度=10mm鞍座墊板實際寬度620mm鞍座墊板有效寬度268mm計算高度240mm故當(dāng)墊板起加強(qiáng)作用時，由JB/T 4731-2005 中式 7-27 得： 查JB/

23、T 4731-2005 中表 5-1，得：， 根據(jù)JB/T 4731-2005 中式7-28 來校核： 由于 s9 < s sa 故其強(qiáng)度滿足要求。5.4.2 腹板與筋板組合截面應(yīng)力及強(qiáng)度校核查JB/T 4731-2005 表 7-6 ，取水平地震影響系數(shù) ，則 水平地震力 ,鞍座底板與基礎(chǔ)間靜摩擦系數(shù)f=0.4（鋼底板對水泥基礎(chǔ)），因為 所以 組合截面內(nèi)的壓力按JB/T 4731-2005 式7-29 計算： 由溫度引起的筒伸縮時組合截面壓應(yīng)力按式7-31計算： 其中：筒體高度 ， 筋板面積 ， 腹板面積 組合面積 （6個筋板）形心： 慣性矩： 腹板與筋板組合截面斷面系數(shù)：代入公式得：查JB/T 4731-2005 中式7-32 可知，鞍座壓縮應(yīng)力的校核應(yīng)滿足：而 載荷組合系數(shù) ， 許用應(yīng)力 ，所以：故強(qiáng)度校核滿足要求。5.5 地震引起的地腳螺栓應(yīng)力計算與校核5.5.1 地腳螺栓拉應(yīng)力計算與校核地震引起的傾覆力矩：已知：承受傾覆力矩的地腳螺栓的個數(shù)為2個 由JB/T 4712-2007 圖1 可知：匹配的螺栓為M20的