卧式钢制储罐工程设计说明书

1 卧式 钢制储罐工程设计说明书 第一章 绪论 针对化工厂中的储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图，并编写设计说明书。 综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。 容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设 计时可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的的筒体、封头的设计计算，低压通用零部件的选用。 各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计 2 第二章 储罐简介 用于储存液体或气体的钢制密封容器即为钢制储罐，钢制储罐工程是石油、化工、粮油、食品、消防、交通、冶金、国防等行业必不可少的、重要的基础设施，我们的经济生活中总是离不开大大小小的钢制储罐，钢制储罐在国民经济发展中所起的重要作用是无可替代的。钢制储罐是储存各 种液体（或气体）原料及成品的专用设备，对许多企业来讲没有储罐就无法正常生产，特别是国家战略物资储备均离不开各种容量和类型的储罐。我国的储油设施多以地上储罐为主，且以金属结构居多，故本网站将着重介绍在国内普遍使用的拱顶储罐、内浮顶储罐以及卧式储罐的一些基础知识。 由于储存介质的不同，储罐的形式也是多种多样的。 按位置分类：可分为地上储罐、地下储罐、半地下储罐、海上储罐、海底储罐等。 按油品分类：可分为原油储罐、燃油储罐、润滑油罐、食用油罐、消防水罐等。 按用途分类：可分为生产油罐、存储油 罐等。 按形式分类：可分为立式储罐、卧式储罐等。 按结构分类：可分为固定顶储罐、浮顶储罐、球形储罐等。 按大小分类： 3100m 以上为大型储罐，多为立式储罐； 3100m 以下的为小型储罐，多为卧式储罐。 3 第三章 材料及结构的选择与论证 物料腐蚀轻微 ,贮罐可选用一般钢材 ,可以考虑 果纯粹从技术角度看，建议选用低碳钢板， 在制造费用方面，同 等重量设备的计价， 械加工性能、强度和塑性指标都比较好，所以在此选择 从受力与制造方面分析来看，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；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。从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，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。 法兰连接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。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。甲型平焊法兰有 较 4 小范围内（ 2000 用温度范围为 300。乙型平焊法兰用于 用的全部直径范围为 3000 用温度范围为 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（ 用温度范围为 450。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、紧固件设计参照原化学工业部于 1997 年颁布的钢制管法兰、垫片、紧固件标准（ 规定。 液面计是用以指示容器内物料 液面的装置，其类型很多，大体上可分为四类，有玻璃板液面计、玻璃管液面计、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 0 250。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 质温度在 0 250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 3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。 在此选用玻璃管液面计 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。所以，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，这是因为当支点多于两个时， 5 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等，均会影响支座反力的分布。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，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。在此选择鞍式双支座，一个 个 第四章 结构设计 根据壁厚公式 2在设计温度下，设计压力为 对压力），液柱静压力为i 2 6 4 6 0 01 ， % 2 6 4 体静压力 已 大于 设 计压力的 5%，故 应计 入 计算 压力 中。 则计 算压 力为M P c 2 7 6 4 6 4 ，容器的内径 i 1800 ，在设计温度下，假设材料的许用应力为 89 （厚度为 3 密度 33 /1085.7 ,筒体材料在实验温度下的屈服强度为 45， 采用双面焊对接接头， 100%无损检测焊接接头系数 。 6 4 92 1 8 0 02 7 6 4 2 物料为轻微腐蚀性，腐蚀裕量由筒体封头腐蚀裕量表查取 取 222 . 0 1c m m c m m设计壁厚为 对 板厚度负偏差 ， 因而可取名义厚度 6 可圆整至 ，但对低合金钢制的容器，规定不包括腐蚀裕量的最小的厚度应不小于 3加上 2义厚度至少应取 5钢材标准规格，名义厚度取为 6 ， t 没有变化，故取名义厚度 6 确定选用壁厚为 6345封头厚度设计 采用标准椭圆封头 算封头厚度 根据厚度公式2 焊接接头系数取 ，钢板最大宽度为 3m,而此储罐为直径 ，股风头需将钢板拼焊后冲压成型 于是封头厚度 6 4 92 1 8 0 02 7 6 4 2 物料为轻微腐蚀性，腐蚀裕量由筒体封头腐蚀裕量表查取 取 222 . 0 1c m m c m m设计壁厚为 对 板厚度负偏差 ， 因而可取名义厚度 可圆整至 ，但对低合金钢制的容器，规定不包括腐蚀裕量的最小的厚度应不小于 3加上 2义厚度至少应取 5钢材标准规格，名义厚度取为 6 7 ， t 没有变化，故取名义厚度 6 确定选用 厚的 罐支座 此容器为卧式压力容器，可以选用鞍式支座 首先粗略计算鞍座的负荷 储罐总质量 m 1 2 3 4m m m m m m 1m 234（ 1）罐体质量 i 1 3 3 1 （ 2）封头质量 公称直径为 800 ，壁厚为 ，选用直边高度为 52 的标准椭圆封头，曲面高度 501 ， 容积 3826.0 封，内表面积364.3 ，封头质量 。（ （ 3）物料质量 3 装量系数 物料密度 V 容器体积 8 装量系数取 储罐容积 322i 筒封 物料的密度 3/m物则溶剂质量3 3 9 0 （ 4）附件质量 4m 有人孔、无手孔，其他接管法兰等质量按 400 储罐总质量 m 4 7 24 0 3 9 121 3 3 12 4321 162 22 每个鞍座只承受的 106荷 根据鞍座负荷，选择鞍座，可以选择轻型带垫板，包角为 120的鞍座， 该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用 查 表 1，优先选择轻型支座。查 9中表 2，得出鞍座尺寸如表 4 表 4鞍座尺寸表 公称直径 800 腹板 210 垫板 4许载荷 Q 95 筋板 310 鞍座高度 h 250 2e 80 底板 1 栓 间距 28 鞍 座 质量 62 112 垫板 弧 长 2100 增加100g 16 9 增 加 的高度 所以选择的鞍座为 座 A 1800 座 A 1800据规定，应尽量使支座中心到封头切线的距离 A 小于等于 无法满足 A 小于等于 A 值 不宜大于 0 32621 8 0 022 2 2 =5000+2 25=5050 19 0 取 A=450 人孔 的选择 因为该容器设计压力较低，所以选回转盖人孔（ 10 低压人孔图 一般情况下人孔尺寸可按下列方式选择 当：容器直径 90 1000用 容器直径 1000 1600用 容器直径 1600 3000用 容器直径 3000，选用 因为该压力容器 800以所选的人孔 00因为 人孔手孔的设置 容器公称直径 有内部附件时 无内部附件时 300 900 设置设备法兰 设置 1 个手孔或设置 1 2个检查孔 11 900 2600 设置 1个人孔 设置 1个人孔 2600 设置 2个人孔 设置 1个人孔 所以所选的人孔个数为 1个，人孔为常压人孔，公称直径 00以明细表为 件数 标准号 名称 数量 材 料 类 别 1 筒节 1 6 栓 见尺寸表 5 3 母 见尺寸表 0 4 法兰 1 6 把手 1 垫片 =3 1 橡胶石棉板 7 盖 1 A3 2,用 20号钢锻件 16 轴销 1 2 低碳钢 10 圈 2 1 盖轴耳（ 1） 1 2 法兰轴耳（ 1） 1 3 法兰轴耳（ 2） 1 4 盖轴耳（ 2） 1 孔尺寸表 密封面形式 公称压力公称直径Dg( B L 2 A 00 53040 600 350 175 250 230 104 12 续上表 b b1 b2 d 螺栓螺母 螺栓 总重 （ 材料类别 标准图号 数量 直径 30 24 26 20 16 09 , 接管和法兰的选择 错误 !未找到引用源。 该介质储罐应设置物料入口、物料出口、液面计口、和人孔。 所选用的接管为无缝钢管。 初步确定各接管的公称直径为： 接管名称 人孔 物料进口 物料出口 液面计口 DN(500 80 80 32 因为所设计的压力容器为低压容器，所以选择平焊法兰（ 所以各管口法兰尺寸表如下： 接管名称 子 平焊法兰 螺栓 焊缝 D 2 f b d 重量量 直径 K H 物料入口 80 89 4 185 150 128 3 18 18 6 物料出口 80 89 4 185 150 128 3 18 18 6 液面计口 20 25 3 90 65 50 2 14 12 4 主要技术参数： 4； 6； 10； 16； 25 1啨橡胶 13 第五章 强度校核 试验温度 20，试验温度下的许用应力为 89 ，容器元件材料在设计温度下的许用应力为 45。 此罐采用采用液压试验 试验压力 4 5 5 7 91 8 92 7 6 4 根据液压试验强度条件 se M P 4 5 5 7 ( 0 . 9 0 . 9 1 . 0 3 4 5 3 1 0 . 5s M P a 所以筒体液压试验强度符合要求 试验压力 4 5 5 7 91 8 92 7 6 4 根据液压试验强度条件 14 se M P 4 5 5 7 ( 0 . 9 0 . 9 1 . 0 3 4 5 3 1 0 . 5s M P a 故封头液压试验强度足够 鞍座的筒体的轴向应力 162 22 )34(22 F 每一支座的反力 N m 容器的总质量 Kg g 重力加速度 2/L 筒体长度（两封头切线之间的距离） mm mm q 单位长度的重量载荷 N/mm 设备总重量 (包括容器自重、容器内充装介质的重量、 所用附属装置和法兰的重量等 )。 2 2 ， 2 。 525000( 15 体的轴向弯矩的计算 双支座支承的卧式容器，可以视为双支点的外伸梁，在容器轴向存在两个最大弯矩，一个在鞍座处，一个在容器两支座间跨距的的中点处 跨距中点处截面上的弯矩按下式计算： 22214341214 72221 107 . 7 222341211 62 式中 其他符号同前 16 筒轴 向应力计算及校核 圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力 最高点处： M P 72 11 最低点处： 17 M P 72 12 由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核 鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力，按下式计算： a) 2）时，轴向应力3位于横截面最高点处 . 取鞍座包角 120 ，查（ 4731， 1 则 M P 03276 4 62123 b) ： M P 03276 4 62224 圆筒轴向应力校核 0 0 0 3 8 3 0 9 由所得系数 A，根据所用材料， 械基础得 E ,则 M P 8 M , m a a x 满足条件 向剪应力的计算及校核 圆筒切向剪应力的计算 查过程设备设计得： 18 K K M P 5 2 1 圆筒被封头加强（ 2）时，其最大剪应力 h M P 3 4 7 5 2 1 64 0 切向剪应力的校核 圆筒的切向剪应力不应超过设计温度下材料许用应力的 ，即 0.8 t 。封头的切向剪应力，应满足 M P a t 故圆筒满足强度要求。 因封头为标准椭圆形封头，所以 K=1 则 M P 8 0 02 7 6 4 M P a 故封头满足强度要求 筒周向应力的计算和校核 根据鞍座尺寸表知： 304 即，所以此鞍座垫片作为加强用的鞍座。 在圆筒截面的最低点处周向应力 255 ， 其中 1.0k （容器焊在支座上） 查过程设备设计得， K， 104 则 M P 5 2 1 19 在鞍座边角处周向应力 由于 35 0 5 0 22 626 124 由于 M P 5 0 9 0 34 7 5 2 1 60 1 7 5 2 1 6 226 周向应力校核 MP a t M P a t 故圆筒周向应力强度满足要求。 座腹板应力校核 腹板厚 ： 00 计算高度： 301324010250s 240取 系数： 099 = M P 0 4 5 2 162 M P 3232 至此鞍座强度验算合格 壳体开孔满足下述全部要求时，可不另行补强： （ 1）设计压力不大于 2）两相邻开孔中心间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之