20m^3 氮气储罐设计..doc

太原科技大学过程设备设计（论文） I 课 程 设 计 任 务 书 1设计目的： 1) 使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。 2) 掌握查阅、综合分析文献资料的能力，进行设计方法和方案的可行性研究和论 证。 3) 掌握电算设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计 算机操作和专业软件的使用。 4) 掌握工程图纸的计算机绘图。 2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 1原始数据 设计条件表 序号项 目数 值单 位备 注 1名 称氮气储罐 2用 途氮气储配站 3最高工作压力2.5MPa由介质温度确定 4工作温度-2048 5公称容积（Vg）20 M3 6工作压力波动情况可不考虑 7装量系数(V)0.9 8工作介质氮气 9使用地点室外 10安装与地基要求储罐底壁坡度0.010.02 11其它要求 管口表 接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称 A80HG20592-1997MFM物料进管 B80HG/T21514-2005MFM物料出管 C80HG20592-1997MFM安全阀接口 D80HG20592-1997MFM排污管 E80HG20592-1997MFM放气管 F28HG20592-1997MFM温度计接口 G28HG20592-1997MFM压力表接口 H450HG20592-1997MFM人孔 太原科技大学过程设备设计（论文） II 课 程 设 计 任 务 书 2设计内容 1）设备工艺、结构设计； 2）设备强度计算与校核； 3）技术条件编制； 4）绘制设备总装配图； 5）编制设计说明书。 3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、 实物样品等： 1）设计说明书： 主要内容包括：封面、设计任务书、目录、设计方案的分析和拟定、各部分结构尺 寸的设计计算和确定、设计总结、参考文献等； 2）总装配图 设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要 合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字书写采用仿宋体、内容要详尽，图纸 采用计算机绘制。 太原科技大学过程设备设计（论文） III 课 程 设 计 任 务 书 4主要参考文献： 1 国家质量技术监督局，GB150-1998钢制压力容器 ，中国标准出版社，1998 2 国家质量技术监督局， 压力容器安全技术监察规程 ，中国劳动社会保障出版社， 1999 3 全国化工设备设计技术中心站， 化工设备图样技术要求 ，2000，11 4 郑津洋、董其伍、桑芝富， 过程设备设计 ，化学工业出版社，2001 5 黄振仁、魏新利， 过程装备成套技术设计指南 ，化学工业出版社，2002 6 国家医药管理局上海医药设计院， 化工工艺设计手册 ，化学工业出版社，1996 7 蔡纪宁主编， 化工设备机械基础课程设计指导书 ，化学工业出版社，2003 年 5设计成果形式及要求： 1）完成课程设计说明书一份； 2）草图一张（A1 图纸一张） 3）总装配图一张 (A1 图纸一张)； 系主任审查意见： 签字： 年 月 日 太原科技大学过程设备设计（论文） IV 前 言 本设计是针对过程设备设计这门课程所安排的一次课程设计，是对这 门课程的一次总结，要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。 本设计的物料为氮气，它是一种无色无味气体。氮气作为一种重要的化工 原料，应用广泛于氨氮的生产制造。分子式 N，密度 1.25g/L，熔点 63K，沸点 75K，临界温度 126K。氮气通常不易燃烧且不支持燃烧。化学性质很稳定，常 温下很难跟其他物质发生反应，但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化 学变化，用来制取对人类有用的新物质。 设计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合 给定的工艺参数，按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准 的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、接管、管法兰、人孔接管、人孔接管 补强、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的 执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设 备没有相应标准，则选择合适的非标设备。 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。 太原科技大学过程设备设计（论文） V 目 录 1.工艺设计.1 1.1. 存储量.1 1.2. 设备的选型及轮廓尺寸.1 2.筒体及封头设计.2 2.1. 筒体材料设计.2 2.2. 圆筒设计.2 2.3. 封头厚度.2 3.接管、法兰、垫片和螺栓的选择.2 3.1. 接管和法兰.2 3.2. 垫片的选择.2 3.3. 螺栓（螺柱）的选择.2 3.4. 人孔的选取.2 3.5. 人孔补强圈设计：.2 4.容器支座.2 4.1. 制作所承受最大载荷.2 4.2. 鞍座选择.2 4.3. 支座的位置.2 4.4. 焊接机构设计.2 5.附件选择.2 6.整体布局.2 7.强度校核.2 结束语.2 参考文献.2 太原科技大学过程设备设计（论文） 1 1. 工艺设计 1.1.存储量 盛装氮气的压力容器设计存储量 W=Vt 式中：W-存储量，t； -装量系数； V-压力容器容积； t-设计温度下的饱和溶液的密度，t/m3 已知压力容器的工作温度是-2048，取设计温度为 50，设计压力 Pc=2.5MPa 由气体状态方程：PV=nRT 得 PM=RT 查得，标准状况下氮气的密度 0=1.251 kg/m3 设计温度下的密度 =0Pc/P0 T0/T=26.094 kg/m3 根据设计条件 W=Vt=0.92026.094=469.692kg 1.2.设备的选型及轮廓尺寸 粗略计算内径： L=20m3 2 D 4 i 取 L/D=4,得 Di=1853mm 圆整为 1900mm 根据氮气的性质及设计条件，选用卧式椭圆形封头容器。 就力学性能而言，半球形封头效果较好，但是冲压工艺较难，不易成型。 根据 JB/T 4737-1995 选用 EHA 椭圆形封头 公称直径 DN/mm 曲面高度 h /mm 1 直边高度 h /mm 2 内表面积 A/m 2 容积 V/m 3 1900500254.06240.9687 太原科技大学过程设备设计（论文） 2 图 1-1 椭圆形封头 压力容器体积 V=2V 封头+ D L=20m3 4 2 i 得 L=5750mm 圆整得 L=6000mm V实=2V封头+ L=2 0.9687+1.926=20.79m3 2 D 4 i 4 100%=4%5% 可得 L=6800mm V VV 实 综上所述，筒体的公称直径为 Di=1900mm ，长度 L=6800mm。 太原科技大学过程设备设计（论文） 3 2. 筒体及封头设计 2.1.筒体材料设计 设计压力，工作温度-2048aMPcP5 . 2 根据 GB6654 选用 16MnR 热轧钢 2.2.圆筒设计 材料许用应力表得 16MnR 的=163MPa () t 16mm36 由钢制压力容器的焊接接头系数值表，选择双面焊对接接头无损检测 比例为 100%，所以=1.00 =14.68mm c t ic 2P DP 取腐蚀裕度，负偏差mmC2 2 mmC30 . 0 1 设计厚度 mmC d 68.16268.14 2 名义厚度mmC dn 18 1 圆整 根据钢材标准规格 GB709-88 ，得：名义厚度为 18mm 检查：,没有变化，故取名义厚度 18mm 合适mm n 18 t 2.3.封头厚度 标准椭圆形封头形状系数 k=1 mm P DKP 63.14 c t ic 5 . 02 取腐蚀裕量，负偏差mm2C2mmC30 . 0 1 设计厚度 mmC d 63.16 2 名义厚度 mmC dn 18 1 圆整 据 JB/T 4737-1995 知，=18mm n 检查：，没有变化，故取名义厚度 18mm 合适mm n 18 t 太原科技大学过程设备设计（论文） 4 3. 接管、法兰、垫片和螺栓的选择 3.1.接管和法兰 氮气储罐应设置排污口，物料进口，物料出口，人孔，温度计口，压力表 口，安全阀口，放空口。 法兰公称压取 aN MPP0 . 4 根据压力容器与化工设备实用手册a 时，可选接管公称通 aN MPP0 . 4 径 DN=80mm。 根据设计压力 MpaP c 5 . 2 ，查 HG/T 20592-97钢制管法兰表 4-4， 选用 PN=4.0MPa 带颈平焊法兰（SO） ，由介质特性和使用工况，查密封面型式 的选用，表 3.0.2。选择密封面型式为凹凸面（MFM） ，压力等级为 1.04.0MPa，接管法兰材料选用 16MnR。根据各接管公称通径，查表 4-4 得各 法兰的尺寸。 图 3-1 带颈平焊钢制管法兰 表 3-1 法兰尺寸 连接尺寸 法兰内 径 B1 序 号 名称 公 称 通 径 DN 钢管 外 径 B 法兰 外径 D 螺栓 孔中 心圆 直径 K 螺栓 孔直 径 L 螺栓 孔数 量 n 螺栓 Th 法兰 厚度 C 法兰 高度 H 法兰颈 B 系列 坡口 宽度 b 法兰 理论 质量 kg 太原科技大学过程设备设计（论文） 5 A 物料 入口 8089200160188M1624401189164.86 B 物料 出口 8089200160188M1624401189164.86 C 安全 阀口 8089200160188M1624401189164.86 D 排污 口 8089200160188M1624401189164.86 E 放空 口 8089200160188M1624401189164.86 F 温度 计口 283210575144M121626452641.03 G 压力 表口 283210575144M121626452641.03 接管外径的选用以 B 国内沿用系列（公制管）为准，对于公称压力 0.25PN25MPa 的接管，查压力容器与化工设备实用手册普通无缝钢管， 选材料为 16MnR。对应的管子尺寸如下如表： 表 3-2 管子尺寸 序号名称公称直径管子外径数量管口伸 出量 管子壁厚伸长量质 量（kg） A物料进管80891150154.106 B物料出管80891150154.106 C安全阀管80891150154.106 D排污管80891150154.106 E放气管80891150154.106 F温度计管2832110080.474 G压力表管2832110080.474 3.2.垫片的选择 查钢制管法兰、垫片、紧固件 ，表 4.0.2-3 凹凸面法兰用 MFM 型垫片尺 寸，根据设计压力为 Pc=2.5MPa，采用金属包覆垫片，选择法兰的密封面均采 太原科技大学过程设备设计（论文） 6 用 MFM（凹凸面密封） 。金属材料为纯铝板 L3，标准为 GB/T 3880，最高工作温 度 200，最大硬度 40HB。填充材料为非石棉纤维橡胶板，代号为 NAS，最 高工作温度为 290。得对应垫片尺寸如表： 图 3-2 凹凸面型垫片 表 3-3 垫片尺寸 序号名称公称直径 DN(mm) 内径 D1(mm) 外径 D2(mm) 厚度 (mm) A物料进管801201423 B物料出管801201423 C安全阀管801201423 D排污管801201423 E放气管801201423 F温度计管2845.5613 G压力表管2845.5613 3.3.螺栓（螺柱）的选择 根据密封所需压紧力大小计算螺栓载荷，选择合适的螺柱材料。计算螺栓 直径与个数，按螺纹和螺栓标准确定螺栓尺寸。选择螺栓材料为 Q345。 查钢制管法兰、垫片、紧固件中表 5.0.07-9 和附录中标 A.0.1，得螺柱 的长度和平垫圈尺寸： 太原科技大学过程设备设计（论文） 7 图 3-4 双头螺柱 图 3-5 螺母 表 3-4 螺栓及垫圈尺寸 紧固件用平垫圈 mm序号名称 公称直径螺纹螺柱长 d1d2h A物料进管80M127513242.5 B物料出管80M1610017303 C安全阀管80M1610017303 D排污管80M1610017303 E放气管80M1610017303 F温度计管32M1610017303 G压力表管32M1610017303 3.4.人孔的选取 查压力容器与化工设备实用手册 ，因筒体长度 7600mm6000mm，需开 两个人孔，可选回转盖带颈对焊法兰人孔。 由使用地为太原市室外，确定人孔的公称直径 DN=450mm，以方便工作人 员的进入检修。配套法兰与上面的法兰类型相同，根据 HG/T 21518-2005回 太原科技大学过程设备设计（论文） 8 转盖带颈对焊法兰人孔 ，查表 3-1，由 PN=4.0MPa 选用凹凸面的密封形式 MFM，采用 8.8 级 35CrMoA 等长双头螺柱连接。其明细尺寸见下图： 图 4-1 回转盖带颈对焊法兰人孔 表 4-1 人孔尺寸表 密封面 型式 凹凸面 MFM D685 1 b 55 0 d 30 公称压 力 PN MPa 4.0 1 D 610 2 b 57螺柱数量20 公称直 径 DN 450 1 H 270A390螺母数量40 w ds 14480 2 H 127B175螺柱尺寸190336M d451.6b57L250总质量 kg278 太原科技大学过程设备设计（论文） 9 3.5.人孔补强圈设计： 图 4-2 补强圈 3.5.1. 设计方法判别 按 HG/T 21518-2005，选用回转盖带颈对焊法兰人孔， 设：厚度附加量 C=2mm 开孔直径 D=Di+2C=450+4=504mm 则=1900/3=633mm 3 D i D 故可以采用等面积法进行开孔补强计算。 接管材料选用 16MnR 钢，其许用应力 a t MP163 根据 GB150-1998 中，)1 (2 ret fdA 其中：壳体开孔处的计算厚度mm68.14 接管的有效厚度mmcc ntet 12214 21 强度削弱系数 1 163 163 r r n r f 则 2 72.666468.14454mmA 3.5.2. 补强范围 3.5.2.1.补强有效宽度 B 的确定： 按 GB150 中有： mmdB90845422 1 mmdB ntn 51814218245422 2 mmBBB908),max( 21 3.5.2.2.有效高度的确定 外侧有效高度的确定 1 h 太原科技大学过程设备设计（论文） 10 根据 GB150-1998 中式 8-9，得： mmdh nt 725.7914454 1 mmHh300 1 1 接管实际外伸高度 mmhhh725.79),min( 2 11 内侧有效高度的确定 2 h 根据 GB150-1998 中式 8-9，得： 4 .9018454 2 nt dh 0 2 h 222 min(,)0hhh 3.5.2.3.有效补强面积 根据 GB150 中式 8-10 式 8-13，Ae=A1+A2+A3 分别计算如下： 3.5.2.3.1.筒体多余面积 1 A 2 1 28.59968.14-16454-908)1)(2)(mmfdBA reete ）（）（ 3.5.2.3.1.1.管的多余面积 接管厚度： mm P dP c t n ic t 33 . 3 5 . 211702 4505 . 2 2 2 2212 3448.1382)478 . 3 12(72.792)(2)(2mmfChfhA retrtet 3.5.2.3.1.2.焊缝金属截面积 焊角取 6.0mm 22 3 1 6236 2 Amm 3.5.2.3.2.补强面积 Ae=A1+A2+A3=599.28+1382.3488+36=2017.6248mm2 因为 AeA=4772.88mm2，所以开孔需另行补强 A4= A Ae=6664.72-2017.6248=4647.1mm2 3.5.2.3.3.补强圈设计 太原科技大学过程设备设计（论文） 11 根据 DN450 取补强圈外径。因为 B，所以在有效补强范 760mmD D 围。补强圈内径 mmd482 3.5.2.3.4.补强圈厚度： =A4()=16.72mm 圆整取名义厚度为 18mm t dD 根据 GB-150，JB/T4736-2002，补强圈焊接形式D 型， D1=d0+(612)。 表 4-2 补强圈补强及附件的选择 接管公称直径 DN/mm外径 D2内径 D1 厚度（） e 1.5 n 重量 （Kg） 4507604821836.3 图 4-3 补强圈 太原科技大学过程设备设计（论文） 12 4. 容器支座 4.1.制作所承受最大载荷 54321 2mmmmmm 其中 为筒体质量 1 m kgm44.5789 1 为封头质量 2 m kgm37.582 2 为全部法兰及附件质量 3 m kgm248.71 3 人孔质量 4 mkgm265 4 水压试验时水重 5 m kgVm21217 5 水实际 则kgm428.2850721217265248.7137.582244.5789 总载荷NNmgQk28.27971.27928279684. 9428.28507 kNkNQQ64.13928.279 2 1 2 1 每个鞍座的重量 4.2.鞍座选择 由容器支座JB/T 4712.1-2007 Q=139.64kNmmDg1900 选取轻型（A 型）鞍式支座 DN=1900mm 如图 图 5-1 鞍式支座 太原科技大学过程设备设计（论文） 13 表 5- 1 鞍座的结构尺寸 公称直径DN1900腹板 2 10b4430 允许载荷Q/kN295 l3315 4 10 鞍座高度h250b2190 垫板 e80 l11360b3260螺栓间距l21200 b1220 筋板 3 8螺孔/孔长D/l24/40底板 1 12弧长2330重量kg160 标记：JB/T 4712.1-2007 支座 A 2000F JB/T 4712.1-2007 支座 A 2000S 4.3.支座的位置 因为鞍座位置的要求为 A0.2L=1360mm,并尽量使 A0.5R.，综合考 虑选择 A=484mm. 4.4.焊接机构设计 4.4.1. 焊接接头设计 4.4.1.1.筒体、封头与筒体的焊接形式 由于筒体、封头与筒体焊接为 A 类、B 类，所以才用对接接头 对接接头特点：受热均匀、受力对称、便于无损检测，焊接质量容易 得到保证。 4.4.1.2.管材与筒体、封头焊接 采用带补强圈的角焊接 4.4.1.3.管材与法兰相连接 采用无补强圈的角焊接 4.4.2. 坡口形式 4.4.2.1.筒体、筒体与封头采用双 V 形坡口 4.4.2.2.接管与筒体 太原科技大学过程设备设计（论文） 14 4.4.2.3.接管与法兰 4.4.2.4.焊条的选择 表 5-1 焊条型号及牌号（JB/T 4709-2007） 接头母材焊条型号焊条牌号 16MnR+16MnRE5016J506 太原科技大学过程设备设计（论文） 15 5. 附件选择 安全阀的选择 由操作压力决定安全阀的公称压力，由操作温度决定安全阀的使用温 度范围，所以由本设计的温度、压力、介质等基本参数选用弹簧封闭式安全阀 CA41H-25. 图 6-1 安全阀 太原科技大学过程设备设计（论文） 16 6. 整体布局 太原科技大学过程设备设计（论文） 17 7. 强度校核 钢制卧式容器钢制卧式容器计算单位太原科技大学太原科技大学 计计 算算 条条 件件 简简 图图 设计压力 p2.5MPa 设计温度 t50 筒体材料名称16MnR(热轧热轧) 封头材料名称16MnR(热轧热轧) 封头型式椭圆形椭圆形 筒体内直径Di 1900mm 筒体长度 L6800mm 筒体名义厚度 n18mm 支座垫板名义厚度 rn10mm 筒体厚度附加量 C2mm 腐蚀裕量 C12mm 筒体焊接接头系数 1 封头名义厚度 hn18mm 封头厚度附加量 Ch2mm 鞍座材料名称16MnR 鞍座宽度 b220mm 鞍座包角 120 支座形心至封头切线距离 A509mm 鞍座高度 H250mm 地震烈度 低于低于 7度 太原科技大学过程设备设计（论文） 18 内压圆筒校核内压圆筒校核计算单位太原科技大学太原科技大学 计算条件筒体简图 计算压力 Pc 2.50MPa 设计温度 t 50.00 C 内径 Di 1900.00mm 材料 16MnR(热轧热轧) ( 板材板材 ) 试验温度许用应力 163.00MPa 设计温度许用应力 t 163.00MPa 试验温度下屈服点 s 325.00MPa 钢板负偏差 C1 0.00mm 腐蚀裕量 C2 2.00mm 焊接接头系数 1.00 厚度及重量计算 计算厚度 = = 14.68 P D P ci t c 2 mm 有效厚度 e =n - C1- C2= 16.00mm 名义厚度 n = 18.00mm 重量 5789.44Kg 压力试验时应力校核 压力试验类型 液压试验液压试验 试验压力值 PT = 1.25P = 3.7500 (或由用户输入) t MPa 压力试验允许通过 的应力水平 T T 0.90 s = 292.50MPa 试验压力下 圆筒的应力 T = = 224.53 pD Tie e .() . 2 MPa 校核条件 T T 校核结果 合格合格 压力及应力计算 最大允许工作压力 Pw= = 2.72234 2 e t ie ()D MPa 设计温度下计算应力 t = = 149.69 PD cie e () 2 MPa t 163.00MPa 校核条件t t 结论 合格合格 太原科技大学过程设备设计（论文） 19 左封头计算左封头计算计算单位 太原科技大学太原科技大学 计算条件椭圆封头简图 计算压力 Pc 2.50MPa 设计温度 t 50.00 C 内径 Di 1900.00mm 曲面高度 hi 500.00mm 材料 16MnR(热轧热轧) (板材板材) 设计温度许用应力 t 163.00MPa 试验温度许用应力 163.00MPa 钢板负偏差 C1 0.00mm 腐蚀裕量 C2 2.00mm 焊接接头系数 1.00 厚度及重量计算 形状系数 K = = 0.9350 1 6 2 2 2 D h i i 计算厚度 = = 13.68 KP D P ci t c 20 5. mm 有效厚度 e =n - C1- C2= 16.00mm 最小厚度 min = 5.70 mm 名义厚度 n = 18.00mm 结论 满足最小厚度要求满足最小厚度要求 重量 582.37 Kg 压 力 计 算 最大允许工作压力 Pw= = 2.92295 2 0 5 . t e ie KD MPa 结论 合格合格 太原科技大学过程设备设计（论文） 20 右封头计算右封头计算计算单位 太原科技大学太原科技大学 计算条件椭圆封头简图 计算压力 Pc 2.50MPa 设计温度 t 50.00 C 内径 Di 1900.00mm 曲面高度 hi 500.00mm 材料 16MnR(热轧热轧) (板材板材) 设计温度许用应力 t 163.00MPa 试验温度许用应力 163.00MPa 钢板负偏差 C1 0.00mm 腐蚀裕量 C2 2.00mm 焊接接头系数 1.00 厚度及重量计算 形状系数 K = = 0.9350 1 6 2 2 2 D h i i 计算厚度 = = 13.68 KP D P ci t c 20 5. mm 有效厚度 e =n - C1- C2= 16.00mm 最小厚度 min = 5.70 mm 名义厚度 n = 18.00mm 结论 满足最小厚度要求满足最小厚度要求 重量 582.37 Kg 压 力 计 算 最大允许工作压力 Pw= = 2.92295 2 0 5 . t e ie KD MPa 结论 合格合格 太原科技大学过程设备设计（论文） 21 卧式容器（双鞍座）卧式容器（双鞍座）计算单位太原科技大学太原科技大学 计计 算算 条条 件件 简简 图图 计算压力 pC2.5MPa 设计温度 t50 圆筒材料16MnR(热轧热轧) 鞍座材料16MnR 圆筒材料常温许用应力 163MPa 圆筒材料设计温度下许用应力t163MPa 圆筒材料常温屈服点 325MPa 鞍座材料许用应力 sa170MPa 工作时物料密度 O 1000kg/m3 液压试验介质密度 T1000 kg/m3 圆筒内直径Di1900 mm 圆筒名义厚度 n 18 mm 圆筒厚度附加量 C2mm 圆筒焊接接头系数 1 封头名义厚度 hn 18 mm 封头厚度附加量 Ch2mm 两封头切线间距离 L6850mm 鞍座垫板名义厚度 rn10 mm 鞍座垫板有效厚度 re10 mm 鞍座轴向宽度 b220mm 鞍座包角 120 鞍座底板中心至封头切线距离 A509mm 封头曲面高度 hi500 mm 试验压力 pT3.75MPa 鞍座高度 H250mm 腹板与筋板组合截面积 Asa19480mm2 腹板与筋板组合截面断面系数Zr367704mm3 地震烈度7 圆筒平均半径 Ra 959mm 物料充装系数 o 0.9 太原科技大学过程设备设计（论文） 22 一个鞍座上地脚螺栓个数1 地脚螺栓公称直径0mm 地脚螺栓根径0mm 鞍座轴线两侧的螺栓间距0mm 地脚螺栓材料 太原科技大学过程设备设计（论文） 23 支支 座座 反反 力力 计计 算算 圆筒质量(两切线间)5832.18 snni1 c LDm kg 封头质量(曲面部分) 563.467m2 kg 附件质量71.248m3 kg 封头容积(曲面部分) 8.97841e+08Vh mm3 容器容积(两切线间)V = 2.12174e+10mm3 容器内充液质量 工作时, 19095.7 oo Vm4 压力试验时, = 21217.4mV T4 kg 耐热层质量0m5 kg 总质量 工作时, 26126 54321 2mmmmmm 压力试验时, 28247.8 5 4321 2mmmmmm kg 单位长度载荷 34.104 36.8737 q mg Lh 4 3 i q m g Lh 4 3 i N/mm 支座反力 128174 138584 Fmg 1 2 gmF 2 1 138584FF F max, N 筒筒 体体 弯弯 矩矩 计计 算算 圆筒中间处截 面上的弯矩 工作时 = 1.405e+08 L A L h LhRLF M 4 3 4 1 /21 4 i 22 i 2 a 1 压力试验 = 1.5191e+08 L A L h LhRLF MT 4 3 4 1 /21 4 i 22 i 2 a 1 Nm m 支座处横 截面弯矩 操作工况： -4.49447e+06 L h AL hR L A AFM 3 4 1 2 1 1 i 2 i 2 a 2 Nm m 太原科技大学过程设备设计（论文） 24 压力试验工况： -4.85947e+06 L h AL hR L A AFMT 3 4 1 2 1 1 i 2 i 2 a 2 太原科技大学过程设备设计（论文） 25 系系 数数 计计 算算 K1=0.106611K2=0.192348K3=1.17069 K4=K5=0.760258K6=0.0156516 K6=0.0128655K7=K8= K9=0.203522C4=C5= 筒筒 体体 轴轴 向向 应应 力力 计计 算算 77.9627 e 2 a 1aC 2 2 R MRp e 75.8338 e 2 a1 2 e aC 3 2 RK MRp MPa 操作状态 -3.04081 ee R MRp 2 a 1aC 1 2 -0.505713 e 2 a2 2aC 4 2 RK MRp e MPa -3.28609 e 2 a 1 T1 R MT -0.546782 e 2 a2 2 4 RK MT T MPa 轴向 应力 计算 水压试验状态 115.671 e 2 a 1aT 2 2 R MRp T e T 113.369 e 2 a1 2 e aT 3 2 RK MRp T T MPa 0.00158316 a e 094. 0 R A 根据圆筒材料查 GB150 图 6-36-10 B = 150.005 MPa 许用压缩应力 150.005 B t ac ,min t 150.005 ),9 . 0min( ac BReL MPa 应力 校核 163 合格合格 32 ， t |,| 150.005 合格合格 1 4 t ac |,| 150.005 合格合格 1T 4T ac T2 ,T3 0.9s = 292.5 合格合格 MPa 时(时,A R m 24 L A 不适用) 8.20368 3/4 2 iea 3 hL AL R FK MPa 筒体 和封 头的 切应 力 时 A R m 2 圆筒中： ea 3 R FK 封头中： hea 4 h R FK MPa 太原科技大学过程设备设计（论文） 26 太原科技大学过程设备设计（论文） 27 封头 椭圆形封头, he ic h 2 DKP 碟形封头, he hc h 2 RMP 半球形封头, he ic h 4 DP MPa 圆筒 封头 = 0.8 t = 130.4 125. t h MPa 应力校核 圆筒, = 130.4 MPa 合格合格 封头, h h = MPa 鞍鞍 座座 处处 圆圆 筒筒 周周 向向 应应 力力 圆筒的有效宽度 424.96 na2 56.1Rbb mm 在横截面最 低点处 5 5 2 kK F b e MPa L/Rm8 时, 6 2 6 2 4 3 2 F b K F ee MPa 无 加 强 圈 圆 筒 无垫 板或 垫板 不起 加强 作用 时 在鞍座 边角处L/Rm8 时, 2 e a6 2e 6 12 4 L FRK b F MPa 鞍座垫板宽度 ； 鞍座垫板包角 na 56.1RbW 12 横截面最低 点处的周向 应力 -0.953566 5 5 2 kK F b ereMPa L/Rm8 时, 6 2 6 22 4 3 2 F b K F ereere MPa 鞍座边角处 的周向应力 L/Rm8 时, -13.3717 6 2 6 22 4 12 F b K FR L ere m ere MPa L/Rm8 时, 2 e 6 2e 6 2 3 4 FK b FMPa 垫板 起加 强作 用时 鞍座垫板边 缘处圆筒中 的周向应力 L/Rm8 时, -16.7961 2 e m 6 2e 6 12 4 L FRK b FMPa 无 加 强 圈 筒 体 应力校核 |5| t = 163 合格合格 |6 | 1.25 t = 203.75 合格合格 |6 | 1.25 t = 203.75 合格合格 MPa 太原科技大学过程设备设计（论文） 28 加强圈材料, e = mm d = mm 加强圈数量, n = 个 组合总截面积, A0 = mm2 组合截面总惯性矩, I0 = mm4 加强圈参数 设计温度下许用应力 R t MPa 在鞍座边角处圆筒的周向应力： 0 8 0 74 7 A FK I eFRKC m MPa 有 加 强 圈 圆 筒 加强圈位于 鞍座平面上 在 鞍 座 边 角 处 ，加 强 圈 内 缘 或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力 ： 0 8 0 m75 8 A FK I dFRKC MPa 横横 截截 面面 最最 低低 点点 的的 周周 向向 应应 力力 无垫板时， （ 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 ） 5 5 2 kK F b e 采用垫板时， （垫板起加强作用） 5 5 2 kK F b ere MPa 在横截上靠近水平中心线的周向应力： 0 8 0 m74 7 A FK I eFRKC MPa 加强圈靠近鞍座 在横截上靠近水平中心线处，不与筒壁相接的加强圈内缘 或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力 ： 8 57 0 8 0 C K R dF I K F A m MPa 无垫板或垫板不起 加强 作用 L/Rm8 时, 6 2 6 2 4 3 2 F b K F ee MPa 无垫板或垫板不起 加强 作用 L/Rm8 时, 6 2 6 2 4 12 F b K FR L e m e MPa 采用垫板时， （垫板起加强作用） L/Rm8 时, 6 2 6 22 4 3 2 F b K F ereere MPa 有 加 强 圈 圆 筒 加 强 圈 靠 近 鞍 座 鞍座边角处点 处的周向应力 采用垫板时， （垫板起加强作用） L/Rm8 时, 6 2 6 2 4 12 F b K FR L ere m e 2 re MPa 太原科技大学过程设备设计（论文） 29 应力校核 |5| t = 合格合格 |6 | 1.25t = 合格合格 |7 | 1.25t = |8 | 1.25tR = MPa 鞍鞍 座座 应应 力力 计计 算算 水平分力 28204.8 FKF 9S N 计算高度 250 HRH, 3 1 min asmm 鞍座腹板厚度 10 o b mm 鞍座垫板实际宽度 430b4 mm 鞍座垫板有效宽度 424.96bb b r min, 42 mm 腹板水平应力 无 垫 板 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 , 9 0 F H b S S 垫板起加强作用, 4.17873 9 0 F H bb S Srre MPa 腹板水 平应力 应力判断 9 sa = 113.333 合格合格 2 3 MPa 由地震水平分力引起的支座强度计算 圆筒中心至基础表面距离 1218Hvmm 轴向力 mgF 1Ev N , FfFEv ALA HF Z HF A F EvEv 22 sa V rsa sa MPa , FfFEv ALA HF Z HFfF A F EvEv 2 sa V r s sa sa MPa 腹板与 筋板组 合截面 应力 |sa| 1.2bt= bt Ev bt Anl M 1 00 MPa 拉应力 bt 1.2bt = MPa bt sEv bt An fFF MPa 地脚螺 栓应力 剪应力 bt 0.8Kobt = MPa FfFf N -41.4378 rsa sa Z HfF A F t MPa 温差引 起的应 力 |tsa| sa = 170 注：带注：带#的材料数据是设计者给定的的材料数据是设计者给定的 太原科技大学过程设备设计（论文） 30 开孔补强计算开孔补强计算 计算单位 太原科技大学太原科技大学 接 管: A, 328计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔 设 计 条 件简 图 计算压力 pc2.5MPa 设计温度50 壳体型式圆形筒体圆形筒体 壳体材料 名称及类型 16MnR(热轧热轧)