储液加压罐设计

1、摘 要本文结合储液加压罐在工业中的应用和发展，详细的阐述了储液罐的结构及强度设计计算及校核。参照课本，综合考虑各种因素，结构设计需要选择适用合理、经济的结构形式，同时满足制造、检修、装配、运输和维修等技术要求。强度计算的内容包括筒体材料，确定主要结构尺寸，满足强度、应力等技术要求，根据设计压力确定壁厚，确保有足够的腐蚀裕度，从而使设计结果达到最优化组合。 关键词：储液加压罐、结构设计、强度设计、补强计算目 录1.绪 论12.设备设计主要指标及结构1 2.1设计任务12.2主要设计指标12.3结构选择与论证22.3.1封头的选择22.3.2人孔及手孔的选择22.3.3容器支座的选择32.3.4法

2、兰及垫片的选择32.3.5液面计的选择43.设计计算53.1筒体厚度设计53.2封头壁厚设计53.3水压试验及强度校核63.4手孔并核算开孔补强63.5核算承载能力并选择鞍座73.6压力表选择83.7接口管选择103.7.1进料管103.7.2出料管103.7.3排污管103.7.4放空管接口管103.7.5安全阀接口管103.7.6压力表接口管114.储液加压罐指标12符号说明13设计心得14参考资料15 化工机械基础课程设计 1.绪 论加压储液罐通常是采用钢板材料焊成的容器。普通罐采用的板材是一种代号叫A3F的平炉沸腾钢；寒冷地区采用的是平炉镇静钢；对于超过10000m3的大容积油罐采用的

3、是高强度的低合金钢。常见的储液罐形状，一般是立式圆柱形、卧式圆柱形、球形等几种。立式圆柱形油罐根据顶的结构又可分为桁架顶罐、无力矩顶罐、梁柱式顶罐、拱顶式罐、套顶罐和浮顶罐等，其中最常用的是拱顶罐和浮顶罐。拱顶罐结构比较简单，常用来储存原料油。浮顶罐又分内浮顶罐和外浮顶罐两种，罐内有钢浮顶浮在油面上，随着液面升降。浮顶不仅降低了液体的消耗，而且减少了发生火灾的危险性和对大气的污染。尤其是内浮顶罐，蒸发损耗较小，可以减少空气对液体的氧化，保证储存质量，对消防比较有利。目前内浮顶罐在国内外被广泛用于储存易挥发的液体，是一种被推广应用的储油罐。卧式圆柱形油罐应用也极为广泛。由于它具有承受较高的正压和

4、负压的能力，有利于减少液体的蒸发损耗，也减少了发生火灾的危险性。它可在机械，一成批制造，然后运往工地安装，便于搬运和拆迁，机动性较好。缺点是容量一般较小，用的数量多，占地面积大。它适用于小型分配库，如放空罐和计量罐等。球形油罐具有耐压、节约材料等特点，多用于石油液化气系统，也用做压力较高的溶剂储罐。此外还有非金属罐；非金属油罐的种类很多，有土油罐、砖油罐、石砌油罐、钢筋混凝土油罐、玻璃钢油罐、耐油橡胶油罐等等。石砌油罐和砖砌油罐应用较多，常用于储存原油和重油。该类油罐最大的优点是节约钢材、耐腐蚀性好、使用年限长。非金属材料导热系数小，当储存原油或轻质油品时，因罐内温度变化较小，可减少蒸发损耗，

5、降低火灾危险性。又由于非金属罐一般都具有较大的刚度，能承受较大的外压，适宜建造地下式或半地下式油罐，有利于隐蔽和保温。但是一旦发生基础下陷，易使油罐破裂，难以修复2.设备设计主要指标及结构2.1设计任务综合运用所学的机械基础课程设计一个常温下储存液体的加压储罐。2.2主要设计指标设备主要材质为钢材。设计压力：设计温度:最高工作压力：工作温度：常温介质名称：空气，水设备容积：2.3结构选择与论证2.3.1封头的选择 封头是容器的一个部件，根据几何形状的不同，可分为球形、椭圆形、碟形、球冠形、锥壳和平盖等几种，其中球形 、椭圆形、碟形、球冠型封头又统称为凸形封头。在焊接上分为对焊封头，承插焊封头。

6、用于各种容器设备，如储罐、换热器、塔、反应釜、锅炉和分离设备等。半球形封头：是最理想的结构形式。但缺点是深度大，冲压较为困难，球形封头用材最少。椭圆封头：浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头：因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。2.3.2人孔及手孔的选择 手孔即缩小的人孔，其安设是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部装置。手孔与人孔的结构基本相同，由一个短筒节，盖上一块盲板构成。手孔直径一般为150250mm，应使工人戴上手套并握住工具的手能方便地通过，

7、标准化手孔的公称直径有DN150、DN250两种。当设备直径超过900mm时，应开设人孔。按人孔可容纳规格为宽360mm、高250mm（标准的六孔管孔内径90mm水泥管块，简称标准块）的管道断面管块或单孔管道管孔内径90mm的数量，分为大、中、小 不锈钢人孔三类。手孔可容纳规格可分为为DN150mm和DN250mm两种。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力、公称直径(人、手孔的公称压力与法兰的公称压力概念类似。公称直径则指其简节的公称直径)、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。通常可以根据操作需要,在这考虑到人孔盖直径较大较重,故选用碳

8、钢水平吊盖人孔，人孔筒节轴线垂直安装。 2.3.3容器支座的选择 容器支座有鞍座,圈座和支腿三种,用来支撑容器的重量。鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。从应力分析看，承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱内产生的应力较小。从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等，均会影响支座反力的分市。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加

9、，给容器的运行安全带来不利的影响。所以一台卧式容器支座一般情况不宜多于二个。圈座一般对于大直径薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座简称支腿，因这种支座在与容器壳壁连接处会造成严重的局部应力，故只适合用于小型设备（DN1600，L5m）。综上考虑在此选择三腿式支座作为储罐的支座。2.3.4法兰及垫片的选择法兰，又叫法兰盘或凸缘盘。法兰是使管子与管子相互连接的零件，连接于管端；也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之间的连接，先各自固定在一个法兰盘上，两个法兰盘之间，加上法兰垫，用螺栓紧固在一起，完成了连接。有的管件和器材已经自带法兰盘，也是属于法兰连接。法兰连接是管道施工的重要连接方式。法兰连接

10、主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。按照连接方式法兰连接种类可分为：板式平焊法兰、带颈平焊法兰、带颈对焊法兰、承插焊法兰、螺纹法兰、法兰盖、带颈对焊环松套法兰、平焊环松套法兰、环槽面法兰及法兰盖、大直径平板法兰、大直径高颈法兰、八字盲板、对焊环松套法兰等。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。甲型平焊法兰有PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa，在较小范围内（DN300 mm -2000 mm）适用温度范围为-20-300。乙型平焊法兰用于PN0.25 MPa-1.6 MPa压力等级中较大的直径范围，适用的全部直径范围为DN300 mm

11、 -3000 mm，适用温度范围为-20-350。 对焊法兰具有厚度更大的颈，进一步增大了刚性。用于更高压力的范围（PN0.6 MPa-6.4MPa）适用温度范围为-20-45。垫片，一种能产生塑性变形、并具有一定强度的材料制成的圆环。大多数垫片是从非金属板裁下来的，或由专业工厂按规定尺寸制作，其材料为石棉橡胶板、石棉板、四氟板、聚乙烯板等；也有用薄金属板（白铁皮、不锈钢）将石棉等非金属材料包裹起来制成的金属包垫片；还有一种用薄钢带与石棉带一起绕制而成的缠绕式垫片。普通橡胶垫片适用于温度低于120的场合；石棉橡胶垫片适用于对水蒸气温度低于450，对油类温度低于350，压力低于5MPa的场合，对

12、于一般的腐蚀性介质，最常用的是耐酸石棉板。在高压设备及管道中，采用铜、铝、10号钢、不锈钢制成的透镜型或其他形状的金属垫片。高压垫片与密封面的接触宽度非常窄（线接触），密封面与垫片的加工光洁度较高。低压小直径有丝接法兰，高压和低压大直径都是使用焊接法兰，不同压力的法兰盘的厚度和连接螺栓直径和数量是不同的。法兰设计优化原则：法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。法兰设计时，须注意以下二点：管法兰钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照HG20592HG20635的规定。2.3.5液面计的选择 液面计是用来观察设备内部液面位置的装置。常见的液面计有板式液

13、面计、玻璃管液面计、浮子式液面计、和磁性液面计4种类型，尤其以玻璃管液面计最为常用。液面计结构有多种型式，其中部分已经标准化，最常用的是玻璃管液面计、玻璃板液面计，浮子液面计和浮标液面计。在中低压容器中常用前两种。玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度一般在0250。但透光式适用工作压力较反射式高。玻璃管液面计适用工作压力小于1.6MPa，介质温度在0250的范围。液面计与容器的连接型式有法兰连接、颈部连接及嵌入连接，分别用于不同型式的液面计。液面计的选用1玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场合。板式液面计承压能力强，但是比较笨重、成本较高。2玻璃板液面计一

14、般选易观察的透光式，只有当物料很干净时才选反射式。3当容器高度大于3m时，玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果受到限制，应改用其它适用的液面计。液氨为较干净的物料，易透光，不会出现严重的堵塞现象所以在此选用玻璃管液面计。3.设计计算 3.1筒体厚度设计p设计压力。设计压力为在操作温度-340的范围内,估计筒体的厚度在10 mm 左右,为安全计查得，使用的许用应力，采用双面焊对接接头，100%无损检测由焊接接头系数表查得=1.0空气和水为介质，易腐蚀，取，得筒体厚度根据,由表12-9查得，压力容器用钢，该值大于名义厚度的6%,所以要计入其内圆整后取确定选取厚度的钢板。3.2封头壁厚设计采用标

15、准椭圆形封头，各参数与筒体相同圆整后确定取厚的钢板来制造封头3.3水压试验及强度校核根据式中 屈服点 则 而 因为，所以水压试验强度足够。 3.4手孔并核算开孔补强 由于本储液罐体积仅1.05，人孔不利于使用，故设计 两个手孔。根据储罐是在常温下及最高工作压力为的条件下工作,手孔的标准按公称压力为等级选取，考虑到手孔孔盖直径较大较重,故选用碳钢水平吊盖人孔(JB583-79)，公称直径150mm,凹凸法兰密封面（C型），该手孔结构中有吊钩和销轴，另外,还要考虑手孔补强,确定补强圈尺寸,由于手孔的筒节不是采用无缝钢管,故不能直接选用补强圈标准。本设计所选用的标准手孔，孔筒节内径为,部分壁厚。故补

16、强圈尺寸如下：确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径由已知条件，筒体计算厚度。接管计算厚度 开孔直径 确定筒体和接管实际厚度，开孔有效补强宽度B及外侧有效补强高度。接管有效补强宽度为 查表得手孔的筒体尺寸为，由标准查得补强强圈内公式接管外侧有效补强高度 计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积。需要补强的金属面积可以作为补强的金属面积若不计焊缝补强的金属截面面积，得补强金属截面面积为 由于考虑到筒体的厚度为,故选取补强圈为厚的补强圈,其标记为:补强圈Dg1508 JB 1207-733.5核算承载能力并选择鞍座首先粗略计算鞍座负荷储罐总质量 式中罐体的质量，kg封头的质量，kg液体的质量，k

17、g附件的质量，kg罐体质量 ，的筒节，B.封头质量 C.由于整个罐的容积为,水的密度为1000故其水压试验时罐内的水重为 D. 其它附件质量两个手孔质量约为,其他接管质量和按计。于是 罐的总质量 采用三腿支座，则那么每支腿承受负荷，根据表14-8可以选用情形带垫板，角度为的形式，即： 材料3.6压力表选择 3.6.1类型的选用仪表类型的选用必须满足工艺生产的要求。例如是否需要远传、自动记录或报警；被侧介质的性质（如被测介质的温度高低、粘度大小、腐蚀性、脏污程度、是否易燃易爆等）是否对仪表提出特殊要求，现场环境条件（如湿度、温度、磁场强度、振动等）对仪表类型的要求等。因此根据工艺要求正确地选用仪

18、表类型是保证仪表正常工作及安全生产的重要前提。 3.6.2精度等级的选取根据工艺生产允许的最大绝对误差和选定的仪表最程、计算出仪表允许的最大引用误差，在国家规定的精度等级中确定仪表的精度。一般来说，所选用的仪表越精密，则测量结果越精确、可靠。但不能认为选用的仪表精度越高越好，因为越精密的仪表一般价格越贵，操作和维护越费事。因此，在满足工艺要求的前提下，应尽可能选用精度较低、价廉耐用的仪表。 3.6.3测量范围的确定为了保证弹性元件能在弹性变形的安全范围内可靠地工作，在选择压力表量程时，必须根据被测压力的大小和压力变化的快慢，留有足够的余地，因此，压力表的上限值应该高于工艺生产中可能的最大压力值

19、。根据“化工自控设计技术规定”，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的2/3；测量脉动压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的1/2；测量高压时，最大工作压力不应超过测量上限值的3/5。一般被测压力的最小值应不低于仪表测量上限值的1/3。从而保证仪表的输出量与输人量之间的线性关系. 提高仪表测量结果的精确度和灵敏度。根据被测参数的最大值和最小值计算出仪表的上、下限后、不能以此数值直接作为仪表的测量范围。我们在选用仪表的标尺上限值时，应在国家规定的标准系列中选取。中国的压力表测量范围标准系列有：-0.1-0.06,0.15;0-1,1.6,2.5,4,6,10X10 MPa（其中n为

20、自然整数.可为正、负值）。（1）量程装在锅炉、压力容器上的压力表，其最大量程（表盘上刻度极限值）应与设备的工作压力相适应。压力表的量程一般为设备工作压力的153倍，最好取2倍。若选用的压力表量程过大，由于同样精度的压力表，量程越大，允许误差的绝对值和肉眼观察的偏差就越大，则会影响压力读数的准确性；反之，若选用的压力表量程过小，设备的工作压力等于或接近压力表的刻度极限，则会使压力表中的弹性元件长期处于最大的变形状态，易产生永久变形，引起压力表的误差增大和使用寿命降低。另外，压力表的量程过小，万一超压运行，指针越过最大量程接近零位，而使操作人员产生错觉，造成更大的事故。因此，压力表的使用压力范围，

21、应不超过刻度极限的6070。 （2）测量精度压力表的精度是以允许误差占表盘刻度极限值的百分数来表示的。精度等级一般都标在表盘上，选用压力表时，应根据设备的压力等级和实际工作需要来确定精度。额定蒸汽压力小于2.45MPa的锅炉和低压容器所用的压力表，其精度不应低于25级；额定蒸汽压力大于2.45MPa的锅炉和中、高压容器的压力表，精度不应低于1.5级。 （3）表盘直径为了使操作人员能准确地看清压力值，压力表的表盘直径不应过小。在一般情况下，锅炉和压力容器所用压力表的表盘直径不应小于100mm，如果压力表装得较高或离岗位较远，表盘直径还应增大。又考虑到液体有一定腐蚀性,所以综合考虑选用隔膜压力表,

22、 技术指标为：精度等级：(1.) 公称直径：50 接头螺纹：1.5 G1 测量范围：0-2.4Mpa 3.7接口管选择本储罐设有如下接口管 3.7.1进料管采用无缝钢管 (管壁加厚，具有补强作用).管的一端伸入罐切成45,配用凹凸面式乙型平焊管法兰：法兰-M，65-1.6 JB/T4702-2000 3.7.2出料管采用可拆的压出管,伸入到罐内离罐底约80 mm,外套无缝钢管(管壁加厚，具有补强作用),都配用凸面板式平焊管法（GB9119.8-88），凸面管法兰盖（GB9119.8-88）和石棉橡胶垫片（GB9126.2-88）。 3.7.3排污管在罐的右端最底部设个排污管，规格是，管端焊有与

23、截止阀相配的管法兰HG20592 法兰PL50-1.6 RF 16MnR。排污管与罐体连接处焊有一厚度为8mm的补强圈. 3.7.4放空管接口管采用无缝钢管,管法兰HG 5010-58 Pg16Dg50 3.7.5安全阀接口管安全阀接口管尺寸由安全阀泄放量决定.本贮罐选用的无缝钢管, 管法兰HG 5010-58 Pg16Dg50。 3.7.6压力表接口管压力表接口管由最大工作压力决定, ,因此选用采用无缝钢管,管法兰采用HG 5010-58 Pg16Dg50。各接管外伸高度都是30mm。4.储液加压罐指标管口表符号公称压力公称尺寸用途伸出长度N1Rc1进液口35N2Rc3/4导流管出液口35N3M20*2减压阀35N4M20*2减压阀35N5Rc1排污口40N6C3/8液位计管口35N7C3/8液位计管口35N8PN1.6DN150手孔口200N9PN1.6DN150手孔口200设备主要技术指标设计压力Mpa1.0设