低温压力容器应力计算.doc

15、内容器与外壳支承应力计算和校核：15.1、内容器支撑承受载荷计算15.1.1内容器支撑承受静载荷 满载时内容器及其附件质量为 m27722Kg G2.72X105 N15.1.2内容器支撑承受动载荷 支座承受的力 向上：1G （由上部四个支撑承受） 向下：2G （由下部四个支撑承受） 轴上：2G （由右端四个支撑承受） 由此可知：下部四个支撑承受的力最大。15.1.3支撑选用环氧玻璃管，材料性能如下：压缩强度：180MPa；拉伸强度：180MPa；下部支撑环氧玻璃管承受向下载荷为：P轴2G cos30/41.20105NP切l2G sin30/40.69105N选用的环氧玻璃管尺寸为：18020102(L)环氧玻璃管截面积为：A（D2-d2）/4=10053mm2抗弯截面模量为：W=（D4-d4）/（32D）=363028mm3弯矩为：M1=P切1L=73.14105Nmm弯曲应力为：bM1/W=20.15Mpab=87.5 Mpa 满足要求剪切应力为：P切1/A=6.86 MPa=12 Mpa满足要求压缩应力为：cP轴/A=11.95 MPac=75 Mpa满足要求15.1.4 右部支撐环氧玻璃管承受轴向截荷为 P切2=2G/4=1.38105N右下部选用的环氧玻璃管尺寸为：18040102（L）环氧玻璃管截面积为：A（D2-d2）/4=17593mm2抗弯截面模量为：W=（D4-d4）/（32D）=518014mm3弯矩为：M2=P切2L=1.41107 Nmm组合弯曲力矩为：M=158.6105 Nmm弯曲应力为：bM/W=30.62Mpab=87.5 Mpa满足要求剪切应力为：/A=8.8MPa=12 Mpa满足要求压缩应力为：cP轴/A=6.82MPac=75 Mpa满足要求15.2 内容器筒体应力计算 内容器筒体可视为承受均布载荷的两支撑点的外伸梁，其最大弯矩位于容器支承处的截面上或圆筒中间处的截面上。15.2.1圆筒轴向弯矩计算 圆筒中间处截面的弯矩： 式中：R支座反力 R1.36X105N L圆筒长度（两封头切线之间的距离） L9200mm Rm圆筒的平均半径 Rm1008mm hi封头曲面深度 hi500mm A支座形心至封头切线的距离 A1825mm支座处截面上的弯矩：15.2.2圆筒轴向应力计算 在圆筒中间处横截面上，由于压力及轴向弯矩引起轴向应力：a .最高点处 式中： p计算压力 p1.065Mpa e有效厚度 e8.52mmb.最低点处 在支座处圆筒横截面上，由于压力及轴向弯矩引起的轴向应力：a. 靠近水平中心线处 式中：K1系数 K10.107b. 在横截面最低点处 式中：K2系数 K20.19215.2.3圆筒轴向应力校核 以上计算所得的轴向拉应力1、2、3、4均不超过设计温度下材料许用应力l=137 Mpa，故满足要求。15.2.4切向剪应力计算 在圆筒支座处横截面上的剪应力： 式中 K3系数 K30.31915.2.5切向剪应力的校核圆筒的切向剪应力不超过设计温度下材料许用应力的0.8倍，即0.8l109.6Mpa，故满足要求。14、114X6钢管支撑强度校核14.1钢管与加强垫板间焊缝剪切应力校核：3根钢管所支撑的重量PG1+G2+G3式中 内筒体重量G1=3470 Kg装液重量G221000 Kg内筒顶上夹层珠光砂重量G3=500 KgP=24970Kg由公式得：=80 Mpa式中：a焊角高度，mm 焊缝系数 l焊缝长度，mm 焊缝金属的剪切应力，Mpa 焊缝金属的许用剪切应力，Mpa抗剪强度校核满足要求。14.2钢管抗弯强度校核每根钢管承受的载荷为P/3,弯矩弯曲应力式中：e=57mm偏心距，mm 故抗弯强度满足要求15、支腿的强度校核15.1. 支腿所受载荷15.1.1 储罐的满重m038675kg 储罐的空重m8500kg 总高度H7070mm 外容器外直径D02516mm支腿个数n3支腿材料113Mpa15.1.2容器受水平风力 P=K1K2q0f1l1D0x10-6 =0.71.706001.637070251610-6 =1.27X104N P水平风力 K1体形系数，取K10.7； K2风振系数，取K11.70； q0该地区基本风压值，取q0600N/m2; f1风压高度变化系数，选取f11.63； l1容器高度，l17070mm； D0容器的外直径，D02516mm。15.1.3容器受水平地震力 F水平地震力； C综合影响系数，取C0.5；a1容器基本自振周期T1的地震影响系数，a10.16；基本振型参与系数，1；m0容器的操作质量，m038675 kg其中 a10.16，由T0.077s查得Wm0g=70709.8=6.9X104N;H容器的总高度，H7070mm；E弹性模量，E1.92X105MpaDi外容器内直径，Di2500mm。 e外容器筒体有效厚度，e6.2mmF1=P=1.27X104N F2=F+0.25P=3.03X104N+0.25X1.27X104=3.35X104N容器受水平力：FH=F2=3.35X104N (在F1与F2中取大值)15.1.4支腿水平反力 15.1.5支腿垂直反力 支腿个数n3时，15.2.支腿的应力计算15.2.1支腿弯曲应力 Wmin支腿最小截面系数mm3e从容器壳体外壁到支腿型钢重心处的距离mmL支腿高度L873mm15.2.2支腿压缩应力 c压缩应力Mpa； FL支柱垂直反力N AT支腿截面积mm2 AT=386262-374238=12120mm2综合应力： 则，满足要求。15.3.支腿稳定性校核柔度：Lk支腿纵向弯曲长度Lk873mm支腿截面的最小惯性半径： I支腿截面惯性矩mm4AT支腿截面积，AT12120mm2临界柔度 E材料弹性模量，E1.92X105Mpa c压缩许用应力c计算cc则满足要求。15.4地脚螺栓的强度计算 地脚螺栓反力 地脚螺栓中的拉应力Bnb地脚螺栓个数，nb3AB地脚螺栓截面积，d螺栓最小直径。螺栓选用M38，腐蚀裕量3mm，则d35mm。地脚螺栓中的剪应力：Q支脚水平反力，Q1.12X104N底板与基础间的静摩擦系数，0.15nb地脚螺栓个数，nb3。 许用剪应力 67.8Mpa15.5底板 支脚作用混凝土基础上，其上面的最大压应力为 FL支脚的垂直反应力N b1,b2底板的长和宽mm 底板厚度 a0支脚边至底板的距离实取底板厚度b20mm 满足要求。15.6外支脚与外筒体连接处焊接接头的强度计算 剪切应力： 焊接接头剪切应力Mpa A焊接接头在厚度方向的截面面积mm2 角焊缝计算取10mm。 弯曲应力： a焊接接头弯曲应力Mpa Z焊接接头本体对环向轴的截面系数mm3组合应力，满足要求。16、内容器径向支撑载荷计算内容器及其附件质量为M3470kg在运输过程中，取2倍重力，即此重力由下部的两环向支撑承受，如图受力分析可得： N1=54867.8每个支撑结构承受的载荷为：选用的环氧玻璃板尺寸为：1207512mm环氧玻璃板截面积为：压缩应力为：满足要求。目 录一、漏热计算第2页二、蒸发率的计算第3页三、夹层内5A分子筛吸附剂重量计算第4页四、贮藏自然升压时间的计算第4页一、漏热计算型号参数说明公式来源结果单位备注1.1基本参数1Vis有效容积结构28m32绝热层厚度结构0.025m3q多层绝热比热流1.05W/m. 2 4T2465P夹层真空度设计1X10-1Pa6DN1顶底部进液管结构57x3.5mm7DN2液面计气液相管结构10x2mm8DN3放空管结构57x3.5mm9DN4增压管结构32x2.5mm10DN5溢流管结构14x2mm11DN6低部进液管结构57x3.5mm12DN7压力表管结构10x2mm11B1玻璃钢支撑棒结构180x20mmL10212B2玻璃钢支撑棒结构180x40mmL102132不锈钢平均导热率结构9W/m.K1.2绝热体综合漏热量1Q1绝热体综合漏热量Q1=q.Fm70.1W2F1绝热层内表面积结构65.93m23F2绝热层外表面积结构67.51m24FmFm=(F1-F2)/In(F1/F2)66.79m21.3管材漏热量1Q2管材漏热量Q21+Q22+Q23+Q285.78W2Q21顶部进液管漏热量Q212Fm1.T/L10.456W3Fm1顶部进液管截面积Fm1（R2-r2)5.88X10-4m24L1管长结构2.85m5Q22底部进液管漏热量Q222Fm2.T/L20.95W6Fm2底部进液管截面积Fm2（R2-r2)5.88X10-4m27L2管长结构1.37m8Q23液面计液相管漏热量Q232Fm3.T/L30.036W9Fm3液面计液相管截面积Fm3（R2-r2)5.02X10-5m210L3管长结构3.04m11Q24液面计气相管漏热量Q242Fm4.T/L40.074W12Fm4液面计气相管截面积Fm2（R2-r2)5.02X10-5m213L4管长结构1.5m14Q25放气管漏热量Q252Fm5.T/L50.42W15Fm5放气管截面积Fm5（R2-r2)5.88X10-4m216L5管长结构3.12m17Q26增压管漏热量Q262Fm6.T/L60.39W18Fm6增压管截面积Fm6（R2-r2)2.31X10-4m219L6管长结构1.29m20Q27压力表管漏热量Q272Fm7.T/L70.14W21Fm7压力管截面积Fm7（R2-r2)5.02X10-5m222L7管长结构0.8m23Q28压力表管漏热量Q282Fm8.T/L80.068W24Fm8压力管截面积Fm8（R2-r2)7.5X10-5m225L2管长结构2.45m1.4玻璃钢支撑漏热量计算（固定端）1Q31支撑漏热量Q31n3Fm.T/L141.87W固定端24玻璃钢平均导热率企业标准0.31W/mK3Fm玻璃钢截面积Fm（R2-r2)结构0.014m24L1固定端玻璃钢有效长度结构0.102m5n固定端玻璃钢数量设计41.5玻璃钢支撑漏热量计算（滑动端）1Q32支撑漏热量Q32n3Fm.T/L229.9W滑动端24玻璃钢平均导热率企业标准0.31W/mK3Fm玻璃钢截面积Fm（R2-r2)结构0.01m24L2滑动端玻璃钢有效长度结构0.102m5n滑动端玻璃钢数量设计4总漏热量计算1Q总漏热量Q=Q1+Q2+Q31+Q32147.6W二、蒸发率计算型号参数说明公式来源结果单位备注1Q总漏热量计算147.6W2hfg汽化潜热202.5KJ/Kg3V容器有效容积结构28m34LN2密度810Kg/m35LNG日蒸发率LN2Q243.6(hfgV）0.278%Kg/d6A标准日蒸发率JB/4783-20070.290%Kg/d三、夹层内5A分子筛吸附剂重量计算型号参数说明公式来源结果单位备注1a吸附剂容量0.02Pa.m3/g2V15年内及附剂所吸附的气体量V1=Qn365243600157.68Pa.m33Q夹层静态漏放气率1E-0.6Pa.m3/S4n有效期设计5Y5W1所需分子筛质量W1=V1/a10.5kg6V2吸附筒容量结构28L7W2吸附筒容吸附剂量W2=V2X0.822.4kg四、贮藏自然升压时间的计算4.1 基本技术参数4.1.1 几何容积V31m34.1.2 有效容积V28 m34.1.3 充装介质质量G22680 Kg4.1.4 日蒸发率 在外界温度为20时：200.29%/d4.2 饱和LN2的有关物理参数4.2.1 物理性质参数 （注：表中压力为绝压） 参数状态饱和蒸气压饱和温度比热汽化潜热MPaKKJ/Kg.KKJ/Kg0.1MPa077.242.02199.840.9MPa0.8100.782.32162.74.2.2 内容器气相空间容积： VV-V2.5m34.2.3 日蒸发量：4.3 无损贮存自然升压时间 在自然升压过程中，由于液体饱和蒸汽压升高，使其处于过冷状态，而吸收外界传入的热量而升高温度，以与其饱和蒸汽压相适应。4.3.1 压力由0Mpa升至0.81Mpa时，其吸收热量为： 液体升温所需热量Q只能由表征传热性能的日蒸发率所平衡。4.3.2 外界温度为20、饱和蒸汽压由0.1Mpa升至0.7Mpa时，其无损贮存时间为： （单独表格）3 外壳完好，保温绝热层损坏、真空失效，夹层中充满最高温度（火灾）的罐体安全阀计算1、贮罐安全泄放量计算1Ws12.61(650-T2)3A0.82(q3)JB/T4783-20071889Kg/h2Pdi1.3Ps+0.1JB/T4783-20071.166Mpa3T2介质在泄放压力下的温度实用热物理性质手册2-171107.6（-165.4）K43火灾下气体导热系数MATHESON气体数据手册附录230.907KJ/mh5Q3在泄放压力下的汽化潜热实用热物理性质手册2-172144a6A内容积受热面积3.14D0（L+0.3D0）68.4m27D0内容