甲醇儲(chǔ)罐的可靠性設(shè)計(jì)

1、目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 02摘要 04第1章 前言05第二章 設(shè)備工藝參數(shù)設(shè)計(jì)061、原始數(shù)據(jù)062、設(shè)計(jì)壓力063、設(shè)計(jì)溫度064、筒體和封頭材料的選擇06第三章 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)原理08 1、概述08 2、可靠性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和方法08 3、應(yīng)力-強(qiáng)度分布干涉理論09 4、已知應(yīng)力和強(qiáng)度均為正態(tài)分布時(shí)的可靠度計(jì)算10 5、可靠安全系數(shù)計(jì)算法10 6、隨機(jī)變量的均值和標(biāo)準(zhǔn)差的近似計(jì)算11第四章 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)131、筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)132、接管及接管法蘭設(shè)計(jì)183、筒體的封頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)204、支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 215、焊接接頭設(shè)計(jì)25第五章 結(jié)束語(yǔ) 26 參考資料27 太原科技大學(xué)環(huán)境與安全學(xué)院 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)

2、書(shū)課程設(shè)計(jì)題目： （ 30）M3甲醇儲(chǔ)罐可靠性設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：一、課程設(shè)計(jì)要求：1.使用國(guó)家最新壓力容器標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，掌握典型設(shè)計(jì)的全過(guò)程。2.廣泛查閱和綜合分析各種文獻(xiàn)資料，進(jìn)行設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)方案的可行性研究和論證。3.設(shè)計(jì)計(jì)算采用手算，要求設(shè)計(jì)思路清晰，計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。4.工程圖紙要求手工繪圖。5.畢業(yè)設(shè)計(jì)全部工作由學(xué)生本人獨(dú)立完成。二、原始數(shù)據(jù)：設(shè) 計(jì) 條 件 表序號(hào)項(xiàng) 目數(shù) 值單 位備 注1名 稱甲醇儲(chǔ)罐2用 途甲醇廠3最高工作壓力1.2MPa 4工作溫度-10485公稱容積（Vg）30M36工作壓力波動(dòng)情況可不考慮7裝量系數(shù)(V)0.98可靠度0.

3、99999使用地點(diǎn)太原市,室外10安裝與地基要求儲(chǔ)罐底壁坡度0.010.0211其它要求管 口 表接管代號(hào)公稱尺寸連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)連接面形式用途或名稱n1150HG20615RF液相進(jìn)口管n2150HG20615RF液相出口管課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容： 1設(shè)備工藝設(shè)計(jì)2設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算4強(qiáng)度可靠性計(jì)算6編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計(jì)文件(論文)：1.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份 （ 30）M3甲醇儲(chǔ)罐可靠性設(shè)計(jì) 摘要通過(guò)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，并且結(jié)合液體的理化性質(zhì)，參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，按工藝參數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，焊接接頭分類，分別對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、筒體及封頭的選材進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)計(jì)算，確定容器的滿載容積、長(zhǎng)度、

4、內(nèi)徑、壁厚，主要是可靠性設(shè)計(jì)，結(jié)合工藝條件設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇附件裝置：接管及接管法蘭、人孔、手孔、視鏡、液面計(jì)、支座、安全閥、壓力計(jì)等進(jìn)行選取同時(shí)選取焊接接頭。關(guān)鍵詞：工藝參數(shù)，甲醇儲(chǔ)罐、可靠性、原始數(shù)據(jù)，壓力，溫度，材料，滿載容積，長(zhǎng)度，公稱直徑，壁厚，附件，焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，焊接接頭。 第一章 前言儲(chǔ)氣罐是指專門用來(lái)儲(chǔ)存氣體的設(shè)備，同時(shí)起穩(wěn)定系統(tǒng)壓力的作用，根據(jù)儲(chǔ)氣罐的承受壓力不同可以分為高壓儲(chǔ)氣罐，低壓儲(chǔ)氣罐，常壓儲(chǔ)氣罐。 本設(shè)計(jì)為材料我甲醇，無(wú)色、透明、高度揮發(fā)、易燃液體。略有酒精氣味。分子式 C-H4-O。分子量32.04。相對(duì)密度0.792(20/4)。熔點(diǎn)-97.8。沸點(diǎn)64.5。閃

5、點(diǎn) 12.22。自燃點(diǎn)463.89。蒸氣密度 1.11。蒸氣壓 13.33KPa(100mmHg 21.2)。蒸氣與空氣混合物爆炸下限 636.5 % 。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮、鹵代烴和許多其他有機(jī)溶劑相混溶。遇熱、明火或氧化劑易著火。用途：基本有機(jī)原料之一。主要廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料，醫(yī)藥，林產(chǎn)品加工等領(lǐng)域的基本有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。甲醇儲(chǔ)罐是儲(chǔ)存甲醇的常用設(shè)備，由于該氣體的特殊性（即易燃易爆的性質(zhì)），設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意與別的儲(chǔ)藏罐的不同。除此之外，還要注意安裝過(guò)程中的安全隱患。設(shè)計(jì)基本思路：本設(shè)計(jì)綜合考慮環(huán)境條件，介質(zhì)的理化性質(zhì)等因素。針對(duì)化工廠中常見(jiàn)的甲醇儲(chǔ)罐，完成主體設(shè)備（封頭）

6、的工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備的選型設(shè)計(jì)，并編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。綜合運(yùn)用所學(xué)的壓力容器基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性，安全可靠性。容器的設(shè)計(jì)一般由筒體，封頭，法蘭，接口管及人孔等組成。常、低壓化工設(shè)備通用零件大都有標(biāo)準(zhǔn)。各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)。 第二章設(shè)備 設(shè)備工藝參數(shù)設(shè)計(jì)2.1原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求進(jìn)行選擇的，由儲(chǔ)罐的要求最終確定。設(shè) 計(jì) 條 件 表序號(hào)項(xiàng) 目數(shù) 值單 位備 注1名 稱甲醇儲(chǔ)罐2用 途甲醇廠3最高工作壓力1.2M Pa 4工作溫度-10485公稱容積（Vg

7、）30M36工作壓力波動(dòng)情況可不考慮7裝量系數(shù)(V)0.98可靠度0.99999使用地點(diǎn)太原市,室外10安裝與地基要求儲(chǔ)罐底壁坡度0.010.0211其它要求2.2設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力應(yīng)根據(jù)最高工作壓力來(lái)確定、且由壓力容器安全技術(shù)檢查規(guī)程等有關(guān)規(guī)定來(lái)確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力。 當(dāng)容器上裝有安全閥時(shí)，?。?.051.3）倍的最高工作壓力作為設(shè)計(jì)壓力。由設(shè)計(jì)條件表知最高工作壓力為1.2MPa、設(shè)計(jì)壓力取最高工作壓力的1.2倍，則設(shè)計(jì)壓力=1.1×1.2=1.32MPa2.3設(shè)計(jì)溫度 設(shè)計(jì)溫度是指容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值)。設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力一起作為設(shè)計(jì)載

8、荷條件，設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)可能達(dá)到的最高溫度。對(duì)于0以下的金屬溫度，設(shè)計(jì)溫度不得高于元件金屬可能達(dá)到的最低溫度。根據(jù)工作溫度為-1568和確定方法2，選取設(shè)計(jì)溫度為70。2.4筒體和封頭材料的選擇正確選擇結(jié)構(gòu)材料對(duì)于保證設(shè)備的安全使用和降低成本是非常重要的。材料的選擇應(yīng)符合設(shè)備結(jié)構(gòu)、制造工藝（鍛造、焊接和磨削加工等）實(shí)際的工作條件（壓力、溫度、介質(zhì)腐蝕等）和材料的力學(xué)性能、物理性能耐腐蝕性能、價(jià)格、供應(yīng)等諸多因素。材料的正確選擇是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意一下幾點(diǎn)：材料的使用條件、如碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼板Q235-A的使用條件為容器設(shè)計(jì)壓力P1.6M Pa，鋼板使用溫度為

9、0350，用于液體時(shí)，鋼板厚度不大于16mm，不得用于液化石油氣介質(zhì)以及毒性程度高或極度危險(xiǎn)介質(zhì)的壓力容器。Q235-B的使用條件為容器設(shè)計(jì)壓力P1.6M Pa，鋼板使用溫度為0350，用于液體時(shí)，鋼板厚度不大于20mm，不得用于液化石油氣介質(zhì)以及毒性程度為高或極度危害介質(zhì)的壓力容器。碳素鋼和低合金剛的選用。低合金鋼的強(qiáng)度指標(biāo)高于碳素鋼。當(dāng)設(shè)計(jì)壓力較小、直徑較大，這時(shí)可能是以剛度控制或是以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主，這種情況下通常應(yīng)盡量選用普通碳素鋼；當(dāng)設(shè)計(jì)壓力較高、在以強(qiáng)度控制的條件下，根據(jù)設(shè)計(jì)厚度的不同再權(quán)衡考慮選用哪一種鋼材。如使用的鋼板厚度在810mm以下時(shí)，則盡量選用碳素鋼，反之則優(yōu)先考慮選用低合

10、金鋼。一般來(lái)說(shuō)，以強(qiáng)度設(shè)計(jì)為主的中壓設(shè)備以采用普通低合金鋼為宜，因?yàn)槠胀ǖ秃辖痄撊?6MnR和15MnVR的屈服極限比普通碳素鋼甚至優(yōu)質(zhì)碳素鋼的屈服極限高出許多，采用這類鋼材制造壓力容器，可以顯著減小設(shè)備重量、降低制造成本，同時(shí)給設(shè)備的運(yùn)輸和安裝也帶來(lái)很大的方便對(duì)于含碳量大于0.24%的材料，一般不得用于制造壓力容器殼體。鋼管所用鋼材不宜采用強(qiáng)度級(jí)別高的鋼種，因?yàn)殇摴艿膹?qiáng)度一般不是使用中的主要問(wèn)題。高溫、低溫和腐蝕介質(zhì)的情況，應(yīng)選用相應(yīng)的合金鋼。選材時(shí)應(yīng)明確材料的供應(yīng)類型，如管材、板材、鍛件或是其它的型式。常用壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鋼板有Q235-A、Q235-B、20R、16MnR、15

11、MnVR等；無(wú)縫鋼管常用材料為10、20、16Mn等。按設(shè)計(jì)要求，筒體材料選擇為奧氏體不銹鋼0Cr18Ni10Ti材料的屈服強(qiáng)度值為=205MPa。筒體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為圓筒形。因?yàn)樽鳛槿萜髦黧w的圓柱形筒體，制造容易，安裝內(nèi)件方便，而且承壓力較好，這類容器應(yīng)用廣泛。封頭取與筒體材料相同。 第三章機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)原理3.1概述 “產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計(jì)出來(lái)的，生產(chǎn)出來(lái)的，管理出來(lái)的”。定量計(jì)算和定性分析（例如FMEA、FTA等）主要是評(píng)價(jià)產(chǎn)品現(xiàn)有的可靠性水平或找出薄弱環(huán)節(jié)，要從本質(zhì)上提高產(chǎn)品的固有可靠性，只有通過(guò)各種具體的可靠性設(shè)計(jì)?？煽啃栽O(shè)計(jì)是為了在設(shè)計(jì)過(guò)程中挖掘、分析及確定隱患和薄弱環(huán)節(jié)，并采取設(shè)計(jì)、預(yù)防

12、和改進(jìn)措施有效地消除隱患和薄弱環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性?？煽啃栽O(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)：以應(yīng)力、強(qiáng)度為隨機(jī)變量作為出發(fā)點(diǎn)，認(rèn)識(shí)到零部件所受的應(yīng)力和材料的強(qiáng)度均非定值，而是隨機(jī)變量，具有離散性，數(shù)學(xué)上必須用分布函數(shù)來(lái)描述，這是由于載荷、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)尺寸、工況等都具有隨機(jī)性和統(tǒng)計(jì)規(guī)律性?？煽啃栽O(shè)計(jì)基本確定系統(tǒng)固有可靠性，說(shuō)“基本確定”是因?yàn)樵谝院蟮纳a(chǎn)制造過(guò)程還會(huì)影響固有可靠性。該固有可靠性是系統(tǒng)所能達(dá)到的可靠性上限。其它因素（如維修性設(shè)計(jì)等）只能保證系統(tǒng)的實(shí)際可靠性盡可能地接近固有可靠性。我們不能把可靠性設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單理解只是提高系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)當(dāng)理解為要在系統(tǒng)的性能、可靠性、費(fèi)用等各方面的要求之間進(jìn)行綜合權(quán)

13、衡，從而得到最優(yōu)設(shè)計(jì)。3.2可靠性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和方法3.2.1可靠性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容一般系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括： 元器件的選擇和降額設(shè)計(jì)； 元器件的容差和漂移設(shè)計(jì)； 系統(tǒng)的“三防”設(shè)計(jì)；概率設(shè)計(jì)；對(duì)高可靠性系統(tǒng)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。如對(duì)計(jì)算機(jī)測(cè)井系統(tǒng)采用雙機(jī)系統(tǒng)；對(duì)工業(yè)過(guò)程控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用冗余表決系統(tǒng)。3.2.2可靠度的計(jì)算方法基本原理：應(yīng)力強(qiáng)度干涉1、 數(shù)值積分和應(yīng)力干涉模型2、兩個(gè)隨機(jī)變量（正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、指數(shù)分布）： 3、 蒙特卡洛法：數(shù)字模擬、仿真試驗(yàn)3.3 應(yīng)力-強(qiáng)度分布干涉理論可靠度：強(qiáng)度大于應(yīng)力的整個(gè)概率。1 當(dāng)t=0時(shí)，兩個(gè)分布之間有一定的安全裕度，不會(huì)失效2 當(dāng)t&g

14、t;0時(shí)，由于各種因素的影響，導(dǎo)致在事件t1時(shí)應(yīng)力分布與強(qiáng)度分布發(fā)生干涉，將產(chǎn)生失效。3.4 已知應(yīng)力和強(qiáng)度均為正態(tài)分布時(shí)的可靠度計(jì)算應(yīng)力和強(qiáng)度概率密度函數(shù)為 當(dāng)應(yīng)力和強(qiáng)度均為正態(tài)分布，根據(jù)正態(tài)分布的差仍為正態(tài)分布的性質(zhì)，安全儲(chǔ)備也為正態(tài)分布。若Z值能知，則可按正態(tài)分布面積表查得可靠度的值。3.5 可靠安全系數(shù)計(jì)算法3.5.1安全系數(shù)概述安全系數(shù)是機(jī)械設(shè)計(jì)中一個(gè)很關(guān)鍵的指標(biāo)。它的取值大小，關(guān)系到機(jī)械強(qiáng)度的可靠性，也設(shè)計(jì)到設(shè)備成本的高低。在機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，恰當(dāng)?shù)倪x取安全系數(shù)，可保證機(jī)械設(shè)備的最佳工作狀態(tài)，是十分重要的問(wèn)題。安全系數(shù)與一系列因素有關(guān)。它涉及到載荷、材料機(jī)械性能、計(jì)算理論、失效型式、

15、強(qiáng)度判據(jù)、制造工藝、使用條件、檢測(cè)和質(zhì)量控制等多方面問(wèn)題。研究安全系數(shù)，應(yīng)當(dāng)解決兩個(gè)問(wèn)題，一是能定性地列出各種因素與安全系數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，二是能定量求出安全系數(shù)的具體數(shù)值。壓力容器是石油化工行業(yè)中常用的設(shè)備。已頒布的85年版總結(jié)前十幾年國(guó)內(nèi)外壓力容器安全使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)安全系數(shù)取值做出了規(guī)定。但其中也存在著不足之處，它沒(méi)有提出一個(gè)明確的計(jì)算式，沒(méi)能反應(yīng)可靠度與安全系數(shù)的關(guān)系。3.5.2安全系數(shù)計(jì)算的方法 失效概率與璧厚的關(guān)系失效概率 F（t） 10-3 10-4 10-5 10-6可靠度 R(t) 0.999 0.9999 0.99999 0.999999可靠度系數(shù) 3.09 3.72 4.27

16、 4.76壁厚均值h 18.59 19.77 20.91 22.03壁厚標(biāo)準(zhǔn)差h 0.744 0.791 0.836 0.881 常規(guī)設(shè)計(jì)中的安全系數(shù)定義為材料的強(qiáng)度與危險(xiǎn)截面上載荷產(chǎn)生的應(yīng)力之比，一般常用材料的平均強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)截面的平均應(yīng)力之比表示。即： n=r/s 由于材料性能的離散性，熱處理工藝的波動(dòng)，工作條件的變化引起強(qiáng)度和應(yīng)力的隨機(jī)波動(dòng)。而常規(guī)設(shè)計(jì)中的安全系數(shù)役有考慮上述實(shí)際存在的隨機(jī)性，在許多場(chǎng)合是憑經(jīng)驗(yàn)決定，因而具有一定的盲目性。因此對(duì)于可靠性要求較高的石油化工設(shè)備，必須重新考慮安全系數(shù)的含義。我們從安全系數(shù)的定義出發(fā)，引入可靠度系數(shù)，給安全系數(shù)賦予新的含義，就可得到可靠性安全

17、系數(shù)。四種計(jì)算方法： 均商型安全系數(shù)法概率型安全系數(shù)法隨機(jī)型安全系數(shù)法極限型安全系數(shù)法3.6 隨機(jī)變量的均值和標(biāo)準(zhǔn)差的近似計(jì)算在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到需要計(jì)算隨機(jī)變量函數(shù)特征值(均值及標(biāo)準(zhǔn)差）的問(wèn)題。例如對(duì)工程結(jié)構(gòu)的可靠性分析1，需要計(jì)算極限承載能力的均值與標(biāo)準(zhǔn)差，而極限承載能力通常是板厚、屈服強(qiáng)度等隨機(jī)變量的函數(shù)。在機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算過(guò)程中，也常常需要預(yù)測(cè)零件的疲勞壽命2，疲勞壽命是載荷等隨機(jī)變量的函數(shù)。計(jì)算隨機(jī)變量函數(shù)均值與標(biāo)準(zhǔn)差的方法一般包括以下有五種方法： Taylor級(jí)數(shù)展開(kāi)法 Taguchi及其修正法 直接積分法 Rosenbluthe法及其改進(jìn)法 Monte Cario方法

18、。均商型安全系數(shù)“ 數(shù)取值作出了規(guī)定。但其中也存在數(shù)是機(jī)中, 恰當(dāng)?shù)倪x取安全系數(shù), 可安全系數(shù)是機(jī)械設(shè)計(jì)中一個(gè)很關(guān)鍵的指標(biāo)。它的取值大小, 關(guān)系到機(jī) 第四章 設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1筒體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1.1壓力容器設(shè)計(jì)滿載容積 盛裝甲醇的壓力容器設(shè)計(jì)滿載容積 式中， Vt公稱容積，m3 ； v裝量系數(shù)；V壓力容器積，m3 。 原始數(shù)據(jù)中：V t =30，v = 0.9 , 所以，滿載容積V = 30/0.9 33.33 m3 ,4.1.2筒體的長(zhǎng)度及內(nèi)徑的計(jì)算通常情況下取，得D=2197.7根據(jù)封頭設(shè)計(jì)的公稱直徑2200， +2Vs L=4D 1=(30-2×1.5459）×4

19、÷3.14÷2.22； l=7.082m=7100 3=7100÷2200=3.2276，所以，筒體參數(shù)設(shè)計(jì)符合要求即，選擇筒體直徑D=2200,長(zhǎng)度l=7100。4.1.3 筒體的壁厚計(jì)算 要對(duì)壓力容器壁厚進(jìn)行計(jì)算，需要對(duì)材料力學(xué)性能的統(tǒng)計(jì)分析及可靠性知識(shí)有所準(zhǔn)備，查取相關(guān)資料到如下內(nèi)容： 目前中國(guó)鋼材標(biāo)準(zhǔn)中的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度數(shù)據(jù)大都是一置信下限為90%的保證值，因此考慮到它們的變異系數(shù)，則抗拉強(qiáng)度的均值應(yīng)=1.07b； 而屈服強(qiáng)度的均值=1.1s 式中，b和s均為有關(guān)手冊(cè)上查到的保證值。筒體壁厚計(jì)算材料的屈服強(qiáng)度=205MPa，其均值應(yīng)為 ，對(duì)鋼材屈服強(qiáng)度的

20、變異系數(shù)，查表取，因此 一般情況下，受內(nèi)壓容器直徑的尺寸偏差應(yīng)控制在。因此，取 D=2200，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)中的3原則，得 D=0.01×2200÷3=7.33 VD=7.33÷2200=0.0033根據(jù)設(shè)計(jì)資料顯示，容器內(nèi)壓波動(dòng)可取=0,05，而 P=1.32MPa， 鋼板厚度的偏差取 。(1) 給定設(shè)計(jì)條件，可靠度R=0.9999，根據(jù)正態(tài)分布表查得聯(lián)結(jié)系數(shù) (2) 采用變異系數(shù)法，求、和 、兩式聯(lián)立求解方程： ； ； ； 根據(jù)一元二次方程根的公式得= 15.77或8.15I 當(dāng)MPa時(shí)，a、代入式得 ； b、代入式得 ； a、b求得的值不等，因此舍去MPa，II

21、 當(dāng)時(shí)，a、 代入式得；或是S=308.6(由式知此值不符合題意，所以舍去）a、 b求得的值在工程上可認(rèn)為是一致的，在允許誤差范圍內(nèi)。綜上所述，?。?；SMPa；(3) 根據(jù)壓力容器應(yīng)力計(jì)算的壁厚 ；因此 則 t =PD/S=1/2×（1.32×2200)÷159.49.1092；因此 t =9.1092mm；所以 t=Vtt=0.01×9.1092=0.091092；壓力容器壁厚t=（9.1092±0.091092）=9.20034.1.4筒體的名義厚度：筒體的名義厚度是由筒體的計(jì)算厚度加上厚度附加量得來(lái)的。厚度附加量由厚度負(fù)偏差和腐蝕裕度相加

22、所得。腐蝕裕量考慮的原則：（） 與工作介質(zhì)接觸的筒體、封頭、接管、人（手）孔及內(nèi)部構(gòu)件等，均應(yīng)考慮腐蝕裕度（） 下列情況一般不考慮腐蝕裕量：A. 介質(zhì)對(duì)不銹鋼無(wú)腐蝕作用時(shí)（不銹鋼、不銹復(fù)合鋼板或有不銹鋼堆焊層的元件）；B. 有可靠的耐腐蝕襯里（如襯鉛、襯橡膠、襯塑料等）的基體材料：C. 可經(jīng)常更換的非受壓元件；D. 法蘭的密封表面；E. 管殼式換熱器的換熱管；F. 管殼式換熱器的拉桿、定距管、折流板和支持板等非受壓元件；G. 用涂漆可以有效防止環(huán)境腐蝕的容器外表面及外部構(gòu)件（如支座、支腿、底板及托架等，但不包括裙座（3) 腐蝕裕量一般應(yīng)根據(jù)剛才在介質(zhì)中的腐蝕速率和容器的設(shè)計(jì)壽命確定，對(duì)有使用經(jīng)

23、驗(yàn)者，可以按經(jīng)驗(yàn)選取。（4) 容器的設(shè)計(jì)壽命出有特殊要求外，塔，反應(yīng)器等主要容器一般不應(yīng)少于15年，一般容器，換熱器等不少于8年。綜合考慮以上原則選取腐蝕裕量=2mm厚度負(fù)偏差的選取：鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏差應(yīng)按相應(yīng)鋼材的標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定取。據(jù)，常用鋼板厚度負(fù)偏差見(jiàn)表鋼板標(biāo)準(zhǔn)鋼板厚度>5.57.5>7.525>2530>3034>3440>4050>5060>6080負(fù)偏差0.60.80.91.01.11.21.31.8由鋼板厚度為9.1mm,因此選取負(fù)偏差=0.8mm.綜上所述：筒體名義厚度=筒體的計(jì)算厚度+腐蝕裕量+厚度負(fù)偏差=9.2003+2+0.

24、8=12.0003mm經(jīng)過(guò)圓整，取筒體的名義厚度為14mm。4.2接管及接管法蘭設(shè)計(jì)4.2.1法蘭的選擇：法蘭設(shè)計(jì)一般為根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)的選型設(shè)計(jì)。法蘭有壓力容器法蘭和管法蘭，二者屬于不同的標(biāo)準(zhǔn)體系。管法蘭參照HG2061520637-97標(biāo)準(zhǔn)，容器法蘭參照J(rèn)B47004707-92標(biāo)準(zhǔn)，法蘭設(shè)計(jì)的內(nèi)容如下：(1) 根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、操作溫度和法蘭材料決定法蘭的公稱壓力PN；(2)根據(jù)公稱直徑DN、公稱壓力PN及介質(zhì)特性決定法蘭類型及密封面型式；(3)根據(jù)溫度、壓力及介質(zhì)腐蝕性選擇墊片材料；(4)選擇與法蘭材料、墊片材料相匹配的螺柱和螺母材料。選擇的標(biāo)準(zhǔn)法蘭應(yīng)按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定進(jìn)行標(biāo)記。表4.2 法

25、蘭的應(yīng)用情況法蘭類型規(guī)范介紹建議使用備注板式平焊不得用于易燃、易爆和高度、極度危害場(chǎng)合用于D類管道（無(wú)毒、不燃的公用管道）PN1.6MPa帶頸平焊可用于劇烈循環(huán)操作條件，N7000次/年有角焊縫，不能拍片探傷，A、B類管道不用帶頸對(duì)焊承載能力最好，適用于任何管道適用于任何管道承插焊用于小尺寸管道，不適用縫隙腐蝕或強(qiáng)腐蝕介質(zhì)用于壓力較高管道的放空、導(dǎo)淋，不適用有潔凈要求，高凝固點(diǎn)物料螺紋法蘭不得用于易燃、易爆和高度、極度危害場(chǎng)合有特殊連接要求，如和設(shè)備、儀表的連接場(chǎng)合對(duì)焊環(huán)松套用于腐蝕介質(zhì)管道，在一定范圍內(nèi)可替代帶頸對(duì)焊法蘭用于PN2.5MPa的不銹鋼管道，不推薦在極度毒性和高真空下使用。對(duì)焊環(huán)

26、為不銹鋼制造平焊環(huán)松套設(shè)備制造廠使用一般不用多為對(duì)焊環(huán)松套法蘭替代整體法蘭用于閥門、泵等制造等設(shè)備鑄件中只在制造管道過(guò)濾器中使用，工藝管道一般不用法蘭蓋不銹鋼襯里法蘭蓋大直徑法蘭說(shuō)明：1、對(duì)于不銹鋼材料，帶頸平焊和帶頸對(duì)焊法蘭價(jià)格相當(dāng)，因?yàn)閷?duì)焊法蘭雖然比帶頸平焊法蘭貴一些，但卻少用一段管子，少一道焊縫。 2、對(duì)焊環(huán)松套法蘭具有平焊法蘭的結(jié)構(gòu)，具有帶頸對(duì)焊法蘭的連接方式，使用方便，價(jià)格相對(duì)較低，與板式平焊法蘭相比，約可節(jié)省費(fèi)用10%，和帶頸對(duì) 焊法蘭相比，約可節(jié)省費(fèi)用15%。選定法蘭經(jīng)過(guò)綜合分析，根據(jù)HG 20615-97決定法蘭材料選用Q235A（GB 3274）。根據(jù)法蘭應(yīng)用情況，類型是帶頸

27、對(duì)焊法蘭。法蘭公稱壓力PN=2.0MPa（10bar），公稱通徑DN=150mm，具體法蘭尺寸參見(jiàn)HG20615-97中法蘭尺寸表，密封面形式采用凸面，采用非金屬平墊片。根據(jù)非金屬墊片的使用條件（HG 20606-97），選擇用天然橡膠材料的墊片。根據(jù)HG 20615-97規(guī)定，緊固件使用六角頭螺栓.4.2.2接管的選擇：管 口 表接管代號(hào)公稱尺寸連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)連接面形式用途或名稱n1150HG20615RF液相進(jìn)口管n2150HG20615RF液相出口管由所給管口表：公稱直徑DN=150。查公稱直徑和鋼管外徑標(biāo)準(zhǔn)（本標(biāo)準(zhǔn)適用的鋼管外徑包括A、B兩個(gè)系列，按B系列國(guó)內(nèi)沿用系列查找）當(dāng)DN=150

28、時(shí)，鋼管外徑為168.3。h接管=150-H+筒體壁厚+2=150-89+12+2=754.3筒體的封頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.3.1封頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)封頭有多種形式，半球形封頭就單位容積的表面積來(lái)說(shuō)最小，需要的厚度是同樣直徑圓筒的二分之一。從受力來(lái)看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點(diǎn)是深度大，直徑小時(shí)，整天體沖壓困難，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(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭與厚度相等的筒體連接時(shí)，可以達(dá)到與筒體等強(qiáng)度，是中低壓容器中經(jīng)常采用的風(fēng)頭形式。它吸取了蝶形封頭深度淺在優(yōu)點(diǎn)。用沖壓法易于成形，制造比球形封頭容易。選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭的公稱直徑必須與筒體的公

29、稱直徑相一致，結(jié)構(gòu)由半個(gè)橢球面和一圓柱直邊段組成。查橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)（JB/T4746-2002）表B.1和B.2選取封頭：公稱直徑 DN/mm總深度 H/mm內(nèi)表面積A/m2容積 V/m3質(zhì)量 kg 厚度 2200 590 5.5229 1.5459 596.5 144.3.2人孔、手孔設(shè)計(jì)壓力容器人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件。一般當(dāng)設(shè)備的公稱直徑在900以下時(shí)可根據(jù)需要設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的手孔。超過(guò)900時(shí)應(yīng)開(kāi)設(shè)人孔。人孔也有圓形和長(zhǎng)圓形兩種。人孔大小的設(shè)置原則是方便人的進(jìn)出。因此，圓形人孔孔的公稱直徑規(guī)定為400600，可根據(jù)容器直徑及所處地區(qū)的冷暖程度來(lái)選擇。當(dāng)人孔

30、經(jīng)常需要打開(kāi)時(shí)，可選用快開(kāi)人孔。人手孔已有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)設(shè)計(jì)條件直接選用。該設(shè)計(jì)選用圓形人孔，由HG/T21514-2005鋼制之人孔和手孔的類型與技術(shù)條件選擇回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔A型，突面RF。具體結(jié)構(gòu)類型參見(jiàn)手冊(cè)。4.3.3 視鏡、頁(yè)面計(jì)設(shè)計(jì)視鏡視鏡用來(lái)觀察設(shè)備內(nèi)部物料化學(xué)與物理變化過(guò)程的裝置。視鏡形式多為圓形和長(zhǎng)方形，以圓形最為普遍，玻璃表面多數(shù)是平面，有時(shí)為了特殊目的也有球面。視鏡有普通視鏡、鋼與玻璃燒結(jié)視鏡。普通視鏡又分為帶頸視鏡和不帶頸視鏡。用凸緣構(gòu)成的視鏡稱為不帶頸視鏡，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不易粘料，有比較寬的視察范圍，應(yīng)優(yōu)先選用。當(dāng)視鏡須斜裝或設(shè)備直徑較小，可采用帶頸視鏡。液

31、面計(jì)液面計(jì)是用以指示容器內(nèi)物料液面的裝置，使物料保持在工藝要求的高度，或?qū)ξ锪系纳舷聵O限位置報(bào)警。液面計(jì)種類很多，其類型大體上可以分為四類：有玻璃板液面計(jì)，玻璃管液面計(jì)，浮子液面計(jì)和浮標(biāo)液面計(jì)。它們都是外購(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)件，只需選用。玻璃板液面計(jì)有三種：透光式玻璃板式液面計(jì)、反射式玻璃板式液面計(jì)、試鏡式玻璃板式液面計(jì)。液面計(jì)一般通過(guò)法蘭、活接頭或螺紋接頭與設(shè)備連接在一起，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)所選的液面計(jì)配相應(yīng)的接口。設(shè)備高度不能很高（三米以下），物料內(nèi)沒(méi)有結(jié)晶等易堵塞固體時(shí)，可采用玻璃管式或板式液面計(jì)，板式液面計(jì)承壓能力強(qiáng)但比較笨重，成本較高，但承壓也高（適用于壓力在1.6MPa以上）。當(dāng)要求觀察的液面變化范

32、圍很小時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不易堵塞的視鏡。液面計(jì)的長(zhǎng)度和安裝位置應(yīng)根據(jù)最高液面和最低液面的要求來(lái)確定，對(duì)于直徑較大的設(shè)備，若干液面計(jì)不能滿足要求，就應(yīng)考慮采用兩個(gè)或多個(gè)液面計(jì)來(lái)配合使用。根據(jù)選用標(biāo)準(zhǔn)HG 21588-95，選用透光式玻璃板液面計(jì)（T)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)HG 21589.1-95，法蘭形式突面法蘭（RF）及其代號(hào)A型，液面計(jì)型號(hào)T型公稱壓力2.5MPa，適用溫度0250，液面計(jì)主體材料及其代號(hào)：鍛鋼16Mn（I)，結(jié)構(gòu)形式及其代號(hào)：普通型（無(wú)代號(hào)),公稱長(zhǎng)度為1450，排污口結(jié)構(gòu)V（配閥門）。液面計(jì)標(biāo)記為：液面計(jì)AT2.5-1450V.4.4支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.4.1支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)容器支座的作用

33、是支承容器重量、固定容器位置并使容器在操作中保持穩(wěn)定。其結(jié)構(gòu)型式由容器自身的型式?jīng)Q定，分臥式容器支座、立式容器支座、球形容器支座。臥式容器支座分三種：鞍式、圈座、腿式；立式容器支座有三種：耳式、支承式、裙式。常見(jiàn)的臥式容器和大型臥式儲(chǔ)罐、換熱器等多采用鞍座，它是應(yīng)用的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，由材料力學(xué)分析可知，由梁彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力與支點(diǎn)的數(shù)目和位置有關(guān)。當(dāng)尺寸和載荷一定時(shí)，多支點(diǎn)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(duì)于大型臥式容器而言，當(dāng)采用多支座時(shí)，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

34、撓曲的相對(duì)變形不同，使支座難以平均分?jǐn)傒d荷，反而導(dǎo)致殼體應(yīng)力增大，因而體現(xiàn)不出多支座優(yōu)點(diǎn)，故一般情況采用雙支座。采用雙支座時(shí)選取的原則如下：雙鞍座臥式容器的受力狀態(tài)可簡(jiǎn)化為受均布載荷的外伸梁，由材料力學(xué)知，當(dāng)外伸長(zhǎng)度A=0.207L時(shí)，跨度中央的彎矩與支座截面處的彎矩絕對(duì)值相等，所以一般近似取A0.2L，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。當(dāng)鞍座臨近封頭時(shí)，則封頭對(duì)支座處筒體有加強(qiáng)剛性的作用。為了充分利用這一加強(qiáng)效應(yīng)，在滿足A0.2L前提下應(yīng)盡量使A0.5R。此外，臥式容器由于溫度或載荷變化時(shí)都會(huì)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

35、動(dòng)，以免產(chǎn)生過(guò)大的附加應(yīng)力。通常做法是將一個(gè)支座上的地腳螺栓孔做成長(zhǎng)圓形，并且螺母不上緊，使其成為活動(dòng)支座，而另一支座仍為固定支座。所以，本設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)JB/T4712-2007選取鞍座結(jié)構(gòu)及尺寸。鞍座的材料為Q235-A·F，墊板材料一般應(yīng)與容器圓筒材料相同為奧氏體不銹鋼0Cr18Ni10Ti。儲(chǔ)罐總質(zhì)量 m=m1+2m2+m3+m4；其中，m1筒體質(zhì)量： =3.14×2.2×8.813×0.012×7850=5734.915 奧氏體不銹鋼0Cr18Ni10Ti的密度，7850kg/m3；

36、 m2單個(gè)封頭的質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002中表B.2EHA橢圓形封頭質(zhì)量，可知，m2=596.5kg； m3充液質(zhì)量：,水壓試驗(yàn)充滿水，故取介質(zhì)密度； m3 =V=1000×30=30000；m4附件質(zhì)量，附件總質(zhì)量約為m4=650kg 綜上所述，m=m1+2m2+m3+m4=5734.915+2×596.5+30000+650=37577.915， 每個(gè)支座承受的質(zhì)量18788.96，即為187.890kN.設(shè)計(jì)選擇鞍座： 鞍座尺寸表 mm公稱直徑DN2200腹板10墊板500允許載荷Q(kN)405筋板24510鞍座高度h250208100底板1580290

37、螺栓間距13802408鞍座質(zhì)量kg20514墊板弧長(zhǎng)25700增加100mm增加的質(zhì)量kg19 鞍座尺寸表 說(shuō)明：按照 JB/T4712.14712.4-2007 容器支座進(jìn)行設(shè)計(jì)4.4.2壓力計(jì)的選取量程裝在壓力容器上的壓力表，其最大量程（表盤上刻度極限值）應(yīng)與設(shè)備的工作壓力相適應(yīng)。壓力表的量程一般為設(shè)備工作壓力的1.53倍，最好取2倍，若選用的壓力表量程過(guò)大，由于同樣精度的壓力表，量程越大，允許誤差的絕對(duì)值和肉眼觀測(cè)的偏差就越大，則會(huì)影響壓力讀數(shù)的準(zhǔn)確性；反之若選用的壓力表量程過(guò)小，設(shè)備的工作壓力等于或接近壓力表的刻度極限，則會(huì)使壓力表中的彈性元件長(zhǎng)期處于最大的變形狀態(tài)，易產(chǎn)生永久性變形

38、，引起壓力表的誤差增大和使用壽命降低。另外，壓力表的量程過(guò)小，萬(wàn)一超壓運(yùn)行，指針越過(guò)最大量程接近零位，而使操作人員產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，造成更大的事故。因此，壓力表的使用范圍不得超過(guò)極限的6070%。測(cè)量精度壓力表的精度是以允許誤差占表盤刻度極限值的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。精度等級(jí)一般都在表盤上，選用壓力表時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的壓力等級(jí)和實(shí)際工作需要來(lái)確定精度。額定蒸氣壓力小于2.45MPa的鍋爐和低壓容器所用的壓力表，其精度不低于2.5級(jí)；額定蒸汽壓力大于2.45MPa的鍋爐和中高壓力容器的壓力表，精度不得低于0.5級(jí)。表盤直徑為了使操作人員能準(zhǔn)確滴看清壓力值，壓力表的表盤直徑不應(yīng)過(guò)小，在一般情況下鍋爐壓力和壓力容器所用壓力表的表盤直徑不應(yīng)小于100，如果壓力表裝得較高或離崗位較遠(yuǎn)，表盤直徑還應(yīng)增大。綜上所述，所選取壓力表的測(cè)量范圍為03MPa.4.4.3液位計(jì)的設(shè)計(jì)1. 液位計(jì)型式有很多種，本次設(shè)計(jì)采用磁性液位計(jì)。2. 選普通型，外加保溫層的液位計(jì)。3. 中心距L的選擇： 液位h=0.8Di=0.8×2200=1760液位計(jì)位置在0.2Di處：0.2Di=0.2×2200=440L=1760-440=1320，取L=1400的液位計(jì)4材質(zhì)選擇：16MnR。 5采用規(guī)格為DN40的接管 外伸500，內(nèi)伸0。