空气储罐设计计算

I摘要压力容器在石油、化工以及冶金等领域应用广泛，结构虽然简单，但受力情况却很复杂，一旦投入使用就要连续运行，还具有爆炸的危险。随着科学技术的发展，压力容器制造水平越来越高，压力容器涉及多个学科，综合性很强，一台压力容器从参数确定到投入正常使用，要通过很多的环节及相关部门的各类工程技术人员的共同努力才能实现。因此，重视压力容器设计具有重要的意义。本论文简述了压力容器结构标准，主要探讨压力容器设计的一般要求。通过查阅压力容器工艺手册，我们发现压力容器的每个部分都需要确定使用的材料与工艺，不可忽视每一个很小的环节，否则将会有生命的危险。这样多种性的操作特点给压力容器从选材、制造、检验到使用、维护以致管理等诸方面造成了复杂性，因此对压力容器的制造、现场组焊、检验等诸多环节提出了越来越高的要求。关键词: 压力容器 设计要求 结构标准 工艺IIABSTRACT The pressure vessel is widely used in petroleum, chemical, metallurgy and other fields.Although its structure is simple, the force is very complex. Once put into use ,it is necessary to run continuously, and also has a risk of explosion. With the development of science and technology, the level of pressure vessel manufacturing increasingly high.The pressure vessel involves multiple disciplines and highly integrated.A pressure vessel,from the determination of the parameters to put into regular use, can be achieved through the joint efforts of many links and relevant departments of the various types of engineering and technical personnel. Therefore, the emphasis on pressure vessel design is of great significance. This paper outlines the pressure vessel structural standards,mainly has discussed the design requirements of pressure vessels.Through the inspection of pressure vessel technology manual, we found that each part of the pressure vessel needs to determine the use the materials and craft and each a small part can not be ignored, otherwise there will be lives at risk.Such a variety of operating characteristics result in the pressure vessel from the selection of materials, manufacture, examination to the use, maintenanceand complexity.Therefore,to the manufacture, scene group welded, examination and so many other aspects of the pressure vessel set the more and more high demands. Keywords ：pressure vessel;design requirements ;structural standards;craft 潍坊学院本科毕业设计 0目录中文摘要 .I英文摘要 .II前言 .1第 1 章 压力容器 .21.1 压力容器的结构与分类 .21.2 压力容器的失效和设计要求 .31.3 设计参数的规定 .3第 2 章 容器的选型和选材 .52.1 筒体的选材及结构 .52.2 封头的结构及选材 .5第 3 章 设计计算 .63.1 筒体壁厚计算 .63.2 封头壁厚计算 .63.3 压力试验 .7第 4 章 容器的开孔及补强 .84.1 容器的开孔 .84.2 容器的补强 .9第 5 章 支座的选择 .135.1 支座结构和材料的选取 .135.2 裙座设计 .135.2.1 座体设计 .135.2.2 基础环设计 .145.2.3 螺栓座的设计 .15第 6 章 容器焊缝标准 .166.1 压力容器焊接结构设计要求 .166.2 筒体与椭圆封头的焊接接头 .166.3 管法兰与接管的焊接接头 .166.4 接管与壳体的焊接接头 .16结束语 .18参考文献 .19致谢 .20 潍坊学院本科毕业设计 1前言压力容器是一种特殊的焊接结构，它比较容易发生事故且事故的危害较为严重。随着我国改革开放的深入，压力容器的应用范围不断扩大，数量不断增加。在化工、炼油、医药等行业中，压力容器几乎成为生产中的主要设备。设备的增多，随之而来的安全问题，显得非常突出。近年来，国内已经多次发生压力容器爆炸伤人的恶性事故。因此，保证压力容器生产和使用安全，是从事压力容器生产制造、管理以及压力容器使用人员义不容辞的责任和义务。国内外压力容器发生破坏的事故不少，究其原因，基本上可分为两类性质完全不同的破坏方式：一类是超强度破坏，即容器因晶间腐蚀、均匀腐蚀和高温氧化等原因，导致材料强度削弱或壁厚减薄引起的破坏，以及操作失误，致使压力、温度超过极限值引起的破坏。另一类是裂纹扩展破坏，即在正常使用条件或设计条件下，甚至在水压试验时，由于制造和使用中形成的各种裂纹失稳扩展所引起的破坏。压力容器都是采用传统的方法进行设计。但是，在以往的压力容器设计中，由于 对容器各部分的受力以及它们对容器强度的影响，缺乏全面、精确、深刻的了解，因而只能在设计中采用较高的安全系数，以保证压力容器的运行安全。在很长一段时间内，这一设计方法对压力容器设计和技术的发展起着积极的推动作用。由于传统设计方法简单易行，具有丰富的使用经验，各国依然采用它进行一般压力容器的设计。在压力容器建造的初期，产品建造的目的为满足本国相应工业的需求，压力容器的生产技术也是以本国的基本生产条件为基础。生产技术的总结和统一安全质量的要求，使得国家依据自己的生产技术和管理要求制定出了适合于本国国情的相应安全法规和技术标准体系。中国已经加入 WTO，我国的压力容器行业已经不可避免地面临国际市场的激烈竞争。在新形势下，压力容器生产厂家应充分认识自身的优势和不足，改变观念，实行国际压力容器生产的通行做法，使产品早日走出国门。压力容器设计是指根据给定的工艺设计条件，遵循现行的标准规范的规定，在确保安全的前提下，经济、正确合理地选择材料，并进行结构、强（刚）度 和密封设计。压力容器设计的基本思路：设计参数、容器类别和设计标准的确定、结构型式选择、主体尺寸确定、材料的选择、强度计算（应力分析） 、初步设计和施工图设计、容器附件的选择、安全附件的配用、制造、检验和验收的技术条件的编制。 潍坊学院本科毕业设计 2第 1 章 压力容器1.1 压力容器的结构与分类化学工业、石油化学工业领域使用的受压设备十分繁多，这些设备的功能及其内、外结构各异，但从强、刚度的角度分析，除个别者外都是受压力载荷的回转壳体，都属于压力容器范畴。压力容器通常由筒体、封头、接管(开孔） 、密封件、支座等部分组成。它们又被称为化工设备通用零部件，通常，承压不大的化工设备通用零件大多有已有标准，设计时尽可能直接选用。为了保证使用的安全性，我国国家质量技术监督局制定及公布了压力容器安全技术监察规程 （以下简称容规 ） 。按照容规的要求，根据设计压力的高低、在运行中可能发生危险的程度、所储介质的毒性和易燃等级等把压力容器划分为一、二、三等三个类别。其要点如下。按设计压力大小容器分为四个等级：低压(代号 L)容器 0.1MPap1.6MPa; 中压(代号 M)容器 1.6MPap10MPa; 高压(代号 H)容器 10MPap100MPa; 超高压(代号 U)容器 p100MPa。按容器在生产工艺过程中的作用原理可分为: 反应压力容器(代号 R):用于完成介质的物理、化学反应。 换热压力容器(代号 E):用于完成介质的热量交换。 分离压力容器（代号 S):用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离。 储存压力容器（代号 C，其中球罐代号 B）：用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质。这两种分类方法还不便于对压力容器的分类管理工作。因此，从安全监察的角度，容规将压力容器按照其危险性和危害性进行分类，即综合考虑设计压力的高低、容器内介质的危险性大小、反应或作用过程的复杂程度以及一旦发生事故的危害性大小，把它分为三类。 第三类压力容器，具有下列情况之一的，为第三类压力容器： 高压容器； 潍坊学院本科毕业设计 3中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； 中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且 pV 乘积大于等于10MPam3 ）； 中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且 pV 乘积大于等于0.5MPam3）； 低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且乘积大于等于0.2MPam3）； 高压、中压管壳式余热锅炉； 中压搪玻璃压力容器； 使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于 540MPa）的材料制造的压力容器； 移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车液化气体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体）等； 球形储罐（容积大于等于 50m3）；低温液体储存容器（容积大于 5m3）。 低温液体储存容器（容积大于 5m3） 第二类压力容器，具有下列情况之一的，为第二类压力容器： 中压容器； 低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； 低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）； 低压管壳式余热锅炉； 低压搪玻璃压力容器。 第一类压力容器 ,除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。1.2 压力容器的失效和设计要求压力容器常见的失效现象有以下三大类：过度变形失效（强度失效、刚度失效）、断裂失效、表面损伤失效。压力容器存在多种失效模式，容器设计时必须切实防止各种失效的出现以保障容器的安全。容器设计时按防止各种不同失效所建立的设计准则进行强度或刚度的设计校核。概括的说，压力容器的设计应当以安全为前提，综合考虑质量保证的各个环节，并尽可能做到经济合理。一般先从掌握应力分析的理论基础着手，进入具体问题的设计计算，然后从综合考虑落实到机构设计。1.3 设计参数的规定工作压力（P W） 指在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。设计压力（P） 指设定容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载 潍坊学院本科毕业设计 4荷条件，其值不得低于工作压力。即 PP W。计算压力（P C） 指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于 5%设计压力时，可忽略不计。故 PCP；试验压力（P t） 指压力试验时，容器顶部的压力。 （试验用压力表口设计位置应位于容器顶部）设计温度 指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值） 。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。试验温度 指压力试验时，壳体金属的温度。计算厚度 指按厚度计算公式计算得到的厚度。设计厚度 d 指计算厚度（）与腐蚀裕量（C 2）之和。即 d =+C 2, 因此 d 名义厚度 n 指设计厚度（ d ）加上钢材厚度负偏差（C1）后向上圆整至钢材标准规格的厚度。即标在图样上的厚度。 n（ d + C1）有效厚度 e 指名义厚度（ n）减去腐蚀裕量（C 2）和钢材厚度负偏（C 1） 。 e = n-C1-C2= n-（C 1+C2）= n-C（厚度附加量）厚度附加量 C 由钢材厚度负偏差 C1和腐蚀裕量 C2两部分组成。C = C1 + C2钢材厚度负偏差 C1 按钢材标准的规定；当钢材厚度负偏差不大于 0.25mm，且不超过名义厚度的 6%时，厚度负偏差 C1可忽略不计。腐蚀裕量 C2 为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损而导至厚度的削弱减薄，应考虑腐蚀裕量。对有腐蚀或磨损的零件，应根据预期的容器寿命和介质对钢材的腐蚀速率而定。最小厚度 容器在较低内压力作用下，按厚度计算方法得到的厚度很小，虽然能满足容器的强度要求，但刚度不够。为解决刚度问题，GB150 中规定了壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度：1)对碳素钢、低合金钢制容器，不小于 3 mm；2)对高合金钢制容器，不小于 2 mm。因此，碳素钢和低合金钢制的容器的最小名义厚度应不小于 4 mm。许用应力 容器使用钢材常用指标是力学性能，在 D 类容器中，主要指标是材料的 潍坊学院本科毕业设计 5抗拉强度 b和屈服点 s（或 0.2） 。容器使用中达到屈服或断裂时即为破坏，在实际应用中必须控制容器的材料受力处在安全范围内，即除以系数 n，n 称为材料许用应力系数（即是设计安全系数） 。焊接接头系数 焊接接头系数应根据受压元件的焊接接头型式及无损检测的长度比例确定。第 2 章 容器的选型和选材2.1 筒体的选材及结构本设计课题条件：工作温度：45；设计温度：50；工作压力：0.8 MPa；设计压力：0.85 MPa；介质：空气；Di=3200mm；总容积：60m 3查相关手册可以判断设计的容器为储存内压压力容器，按容规规定，0.1 MPap1.6 MPa; 属于低压容器。设计温度为 50 ，在-20200条件下工作属于常温容器。根据空气的物性选择罐体材料，空气的腐蚀性很小，且又属于低压储罐，可以考虑 20R 和 16MnR 这两种钢材。如果纯粹从技术角度看，建议选用 20R 类的低碳钢板， 16MnR 钢板的价格虽比 20R 贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价 16MnR 钢板比较经济。所以在此选择 16MnR 钢板作为制造筒体和封头材料。钢板标准号为GB6654-1996。筒体结构设计为圆筒形。因为作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，这类容器应用最广。2.2 封头的结构及选材封头有多种形式，半球形封头就单位容积的表面积来说为最小，需要的厚度是同样直径圆筒的二分之一，从受力来看，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压，其拼焊工作量也较大。椭圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀，但对于标准椭圆形封头与厚度相等的筒体连接时，可以达到与筒体等强度。它吸取了蝶形封头深度浅的优点，用冲压法易于成形，制造比球形封头容易，所以选择椭圆形封头，结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成。查椭圆形封头标准（JB/T4737-95）表 2.1 椭圆封头标准公称直径 DN 曲面高度 h1 直边高度 h2 内表面积 Fi/m2 容积 V/m3 潍坊学院本科毕业设计 60.85329.4317.20.5ctcpDi m3200 800 40 11.25 4.29封头取与筒体相同材料。 第 3 章 设计计算3.1 筒体壁厚计算 查 压力容器材料使用手册-碳钢及合金钢得 16MnR 的密度为 7.85t/m3，熔点为 1430，许用应力 列于下表：t表 3.1 16MnR 许用应力在下列温度（）下的许用应力/ Mpa钢号 板厚/ 20 100 150 200 250 300616 170 170 170 170 156 1441636 163 163 163 159 147 1343660 157 157 157 150 138 12516MnR60100 153 153 150 141 128 116圆筒的计算压力为 0.85 Mpa,容器筒体的纵向焊接接头和封头的对接接头都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数为 0.85,局部无损探伤。取许用应力为 170 Mpa。壁厚： 式(3-1) 钢板厚度负偏差 mm,查材料腐蚀手册得 50下空气对钢板的腐蚀速率小于0.8C1 潍坊学院本科毕业设计 71.251.25081.6t tpMPa20.5ctcpDi1.25083146.2.5tieTPDpa29.431.dCm0.05/年，所以双面腐蚀取腐蚀裕量 mm。C所以设计厚度为：式 (3- 2) 圆整后取名义厚度 14mm。3.2 封头壁厚计算标准椭圆形封头 a:b=2:1 ，其中 a、b 分别为椭圆形封头的长半轴和短半轴。封头计算公式 ：式（3-3）可见封头厚度近似等于筒体厚度，则取同样厚度。由封头壁厚查标准得标准椭圆形封头的直边高度 h2=40。3.3 压力试验水压试验，为了避免试验时发生低温脆性破坏，对于 16MnR 钢制容器，其液体的温度不得低于 5；试验方法： 试验时容器顶部应设排气口，充液 时应将容器内的空气排尽，试验过 程中，应保持容器外表面的干燥。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于30min。然后将压力降至规定试验压力的 80%，并保持足够长的时间以便对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验。水压试验时的压力式（3-4）水压试验的应力校核：水压试验时的应力式（3-5） 水压试验时的许用应力为 潍坊学院本科毕业设计 80.9TS式(3-6）,故筒体厚度满足水压试验时的强度要求。第 4 章 容器的开孔及补强4.1 容器的开孔考虑到容器主要用来空气贮备，应开 7 个孔，包括进气孔、出气孔、安全阀孔、放净气孔、备用孔、压力计孔、人孔。开孔 N1：接管公称直径为 150mm，外径为 159mm，厚度为 4.5mm，接管法兰的标准见 16-17（化工设备机械基础华东化工学院出版社出版） ，法兰直径为 M16，数量为 8 个，法兰重量为 6.12。开孔 N2：出气孔的基本尺寸以及法兰与进气孔相同。接管公称直径为 150mm，外径为 159mm，厚度为 4.5mm，接管法兰的标准见 16-17（化工设备机械基础华东化工学院出版社出版） ，法兰直径为M16，数量为 8 个，法兰重量为 6.12。开孔 N3：接管公称直径为 100mm，外径为 108mm，厚度为 4mm，接管法兰的标准见 16-17（化工设备机械基础华东化工学院出版社出版） ，法兰直径为 M16，数量为 8 个，法兰重量为 4.01。开孔 N4：接管公称直径为 50mm，外径为 57mm，厚度为 3.5mm，接管法兰的标准见 16-17（化工设备机械基础华东化工学院出版社出版） ，法兰直径为 M16，数量为 4 个，法兰重量为 2.09。开孔 N5：接管公称直径为 50mm，外径为 57mm，厚度为 3.5mm，接管法兰的标 潍坊学院本科毕业设计 9准见 16-17（化工设备机械基础华东化工学院出版社出版） ，法兰直径为 M16，数量为 4 个，法兰重量为 2.09。开孔 M：接管公称直径为 500mm，外径为 530mm，厚度为 9mm，接管法兰的标准见 16-17（化工设备机械基础华东化工学院出版社出版） ，法兰直径为 M22，数量为 20 个，法兰重量为 27.7。开孔 P：接管公称直径为 25mm，外径为 35mm，厚度为 3.5mm，接管法兰的标准见 16-17（化工设备机械基础华东化工学院出版社出版） ，法兰直径为 M12，数量为 4 个，法兰重量为 0.89。为了增强容器的强度需验证是否需要补强。4.2 容器的补强开孔补强结构：压力容器开孔补强常用的形式可分为补强圈补强、厚壁管补强、整体锻件补强三种。补强圈补强是使用最为广泛的结构形式，它具有结构简单、制造方便、原材料易解决、安全、可靠等优点。在一般用途、条件不苛刻的条件下，可采用补强圈补强形式。但必须满足规定的条件。压力容器开孔补强的计算方法有多种，为了计算方便，采用等面积补强法，即壳体截面因开孔被削弱的承载面积，必须由补强材料予以等面积的补偿。当补强材料与被削弱壳体的材料相同时，则补强面积等于削弱的面积。补强材料采用 16MnR。补强范围：有效补强区（即开孔应力集中区）补强区宽度：B=2d补强区外侧高度：h 1=d（S t-C）/2 或等于接管外伸高度，取二者中较小值 补强区内侧高度：h 2=d（S t-2C）/2 或等于接管内侧高度，取二者较小值式中：d考虑腐蚀后的开孔直径，等于开孔内径加两倍腐蚀裕度St接管的实际壁厚C壁厚附加量有效补强区内，可作为补强金属截面面积 A 的计算A=A1+A2+A3A 4式中：A筒体或封头承受内压或外压所需壁厚和壁厚附加量两者之外的多余金属A4在补强区内另外加的补强金属截面面积A1=(B-d)（S-C）-S 0式中：焊缝系数，焊缝不通过开孔时，取 =1.0：焊缝通过开孔时，取=0.85A2接管承受内压或外压所需要厚度和壁厚附加量两者之外的多余金属 潍坊学院本科毕业设计 10A3=2h1（ S t- St0-C）+2h 2（S t-2C）式中：S t0接管的计算厚度A3在补强区内的焊缝截面面积开孔所削弱的金属截面 F 的计算：对于内压容器：A=dS 0 ,其中 S0为壳体开孔处计算壁厚，对于封头 S0的计算为：如果开孔位于以椭圆形封头中心为中心 80%封头内径范围内，则 S0=PK1Di/2 t ，式中：K 1当量球体半径系数等面积补强设计准则方程式若 A1+A2+A3 A,则不需补强;若 A1+A2+A3 A，则需补强，要求有效补强金属截面面积 A4 ：A4 A-(A1+A2+A3 )N1：开孔接管，接管的实际外伸长度 L=194mm，实际的内伸长度为 0，接管焊接接头系数 F=1，接管材料选用 20（GB8163）管材，接管的腐蚀裕量 C=1.8mm，接管厚度负偏差 C1r=0.562mm，接管材料的许用应力=130Mpa。开孔的计算厚度 S=8.883mm，所以开孔销所需的补偿面积：A=Sd=8.883159=1379mm 2接管的有效外伸长度 h1=26.34mm，接管的有效内伸长度 h2=o，壳体多余金属面积A1=(B-d)（S-C）-S 0，代入数据得：A 1=553.4mm2接管多余金属面积：A 2=2h1（ S t- St0-C）+2h 2（S t-2C）代入数据得：A 2=79.53mm2补强区内的焊缝面积：A 3=20.25mm2则：A 1+A2+A3=653.1mm2 A需要另加补强，补强圈材料选 16MnR(热轧)，补强圈外径 D=300mm，补强圈厚度负偏差 C1r=0mm，补强圈许用应力 170Mpa，补强圈强度削弱系数 f=1，接管材料强度削弱系数 fr=0.765。接管的计算厚度 S=0.463mm，补强区有效宽度 B=2d=308.2mm，补强区面积A4=1974mm2，则 A-(A 1+A2+A3 )=726.1mm2A4所以，补强满足要求N2：出气孔的基本尺寸以及法兰与进气孔相同，局部补强的计算与进气孔 N1 相同。N3：开孔接管，接管的实际外伸长度 L=144mm，实际的内伸长度为 0，接管焊接接头系数 F=1，接管材料选用 20（GB8163）管材，接管的腐蚀裕量 C=1.8mm，接管厚度负偏差 C1r=0.5mm，接管材料的许用应力=130Mpa。开孔的计算厚度 S=8.883mm，所以开孔销所需的补偿面积：A=Sd=8.883108=932.2mm 2接管的有效外伸长度 h1=20.4mm，接管的有效内伸长度 h2=o，壳体多余金属面积:A1=(B-d)（S-C）-S 0，代入数据得：A 1=372.8mm2 潍坊学院本科毕业设计 11接管多余金属面积：A 2=2h1（ S t- St0-C）+2h 2（S t-2C）代入数据得：A 2=52.76mm2补强区内的焊缝面积：A 3=16mm2则：A 1+A2+A3=441.6mm2 A需要另加补强，补强圈材料选 16MnR(热轧)，补强圈外径 D=300mm，补强圈厚度负偏差 C1r=0mm，补强圈许用应力 170Mpa，补强圈强度削弱系数 f=1，接管材料强度削弱系数 fr=0.765。接管的计算厚度 S=0.309mm，补强区有效宽度 B=2d=208mm，补强区面积A4=1400mm2，则 A-(A 1+A2+A3 )=490.6mm2A4 ，所以补强满足要求N4：开孔接管，接管的实际外伸长度 L=145mm，实际的内伸长度为 0，接管焊接接头系数 F=1，接管材料选用 20（GB8163）管材，接管的腐蚀裕量 C=1.8mm，接管厚度负偏差 C1r=0.438mm，接管材料的许用应力=130Mpa。开孔的计算厚度 S=7.983mm，所以开孔销所需的补偿面积：A=Sd=7.98357=436mm 2接管的有效外伸长度 h1=13.73mm，接管的有效内伸长度 h2=o，壳体多余金属面积:A1=(B-d)（S-C）-S 0，代入数据得：A 1=80.59mm2接管多余金属面积：A 2=2h1（ S t- St0-C）+2h 2（S t-2C）代入数据得：A 2=29.57mm2补强区内的焊缝面积：A 3=12.25mm2则：A 1+A2+A3=441.6mm2 A，需要另加补强，补强圈材料选 16MnR(热轧)，补强圈外径 D=300mm，补强圈厚度负偏差 C1r=0mm，补强圈许用应力 170Mpa，补强圈强度削弱系数 f=1，接管材料强度削弱系数 fr=0.765。接管的计算厚度 S=0.154mm，补强区有效宽度 B=2d=107.8mm，补强区面积A4=710.5mm2，则 A-(A1+A2+A3 )=490.6mm2A4，所以补强满足要求N5：开孔接管，接管的实际外伸长度 L=144mm，实际的内伸长度为 0，接管焊接接头系数 F=1，接管材料选用 20（GB8163）管材，接管的腐蚀裕量 C=1.8mm，接管厚度负偏差 C1r=0.438mm，接管材料的许用应力=130Mpa。开孔的计算厚度 S=7.983mm，所以开孔销所需的补偿面积：A=Sd=7.98357=436mm 2接管的有效外伸长度 h1=13.73mm，接管的有效内伸长度 h2=o，壳体多余金属面积:A1=(B-d)（S-C）-S 0，代入数据得：A 1=80.59mm2接管多余金属面积：A 2=2h1（ S t- St0-C）+2h 2（S t-2C）代入数据得：A 2=29.57mm2补强区内的焊缝面积：A 3=12.25mm2则：A 1+A2+A3=441.6mm2 A，需要另加补强，补强圈材料选 16MnR(热轧)，补强圈外径 D=300mm，补强圈厚度负偏差 C1r=0mm，补强圈许用应力 170Mpa，补强圈强度削弱 潍坊学院本科毕业设计 12系数 f=1，接管材料强度削弱系数 fr=0.765。接管的计算厚度 S=0.154mm，补强区有效宽度 B=2d=107.8mm，补强区面积A4=710.5mm2，则 A-(A1+A2+A3 )=490.6mm2A4，所以补强满足要求M：开孔接管，接管的实际外伸长度 L=200mm，实际的内伸长度为 0，接管焊接接头系数 F=1，接管材料选用 20（GB8163）管材，接管的腐蚀裕量 C=1.8mm，接管厚度负偏差 C1r=0mm，接管材料的许用应力=170Mpa。开孔的计算厚度 S=8.883mm，所以开孔销所需的补偿面积：A=Sd=8.883530=4592mm 2接管的有效外伸长度 h1=64.31mm，接管的有效内伸长度 h2=o，壳体多余金属面积:A1=(B-d)（S-C）-S 0，代入数据得：A 1=1870mm2接管多余金属面积：A 2=2h1（ S t- St0-C）+2h 2（S t-2C）代入数据得：A 2=680.1mm2补强区内的焊缝面积：A 3=64mm2则：A 1+A2+A3=2614mm2 A，需要另加补强，补强圈材料选 16MnR(热轧)，补强圈外径 D=840mm，补强圈厚度负偏差 C1r=0mm，补强圈许用应力 170Mpa，补强圈强度削弱系数 f=1，接管材料强度削弱系数 fr=1。接管的计算厚度 S=1.212mm，补强区有效宽度 B=2d=1034mm，补强区面积A4=4340mm2，则 A-(A1+A2+A3 )=1978mm2A4，所以补强满足要求。 tssmVsm KBAFgZM,in1101ax 潍坊学院本科毕业设计 13第 5 章 支座的选择5.1 支座结构和材料的选取立式容器的支座有四种形式：耳式、支承式、腿式和裙式支座。中小型直立设备采用前三种，高大的设备则采用裙式支座，它是应用得最为广泛的一种立式容器支座。常用的裙座结构有圆筒形裙座和圆锥形裙座。圆筒形裙座制作方便，经济上合理，应用广泛。裙座材料如裙座壳、基础环、地脚螺旋等属于非受压元件，在选材时可适当放宽。裙座的材料（除加强垫板除外）为 Q235-C，只有环境温度低于 0时采用16Mn，加强垫板的材料应与设备壳体材料相同为 16MnR。5.2 裙座设计圆筒形裙座主要有以下几个部分组成：（1) 座体它的上端与塔体底封头焊接在基础环上，座体承受塔体的全部载荷并把载荷传到基础环上去。（2) 基础环 潍坊学院本科毕业设计 1400maxin,teVssbsbMgFKBZA11max0min,teVsssgFKBZA111max0.3in0.9,WeVsssMgFBZA 基础环是块环形垫板，它把由座体传下来的载荷平均分配到基础上去。 （3）螺栓座 由盖板和筋 板组成，共安装地脚螺栓用，以便地脚螺栓把塔 设备固定在基础上。（4) 管孔在裙座上有检修用的检查孔、引出孔、排气孔等。5.2.1 座体设计首先参照塔体 厚度试取一座体有效厚度 L0=10.02,然后验算危险截面的应力，危险截面的位置一般取裙座基底截面、裙座壳检查孔或较大管线引出孔截面。裙座基底截面 （00 截面）危险截面时，应满足下 列条件：操作时 式(4-1)水压试验时式(4-2）裙座壳检查孔或较大管线引出截面（11 截面）为危险截面，应满足下列条件：操作时 式(4-3)水压试验时 式(4-4) 代入数据得： 危险截面满足要求取名义厚度 n =11mm裙座的高度 h=1580mm，裙座的腐蚀裕量 C=0mm，裙座材料的许用应力为 125Mpa，裙座0max.3in0.9,WessbsbMKBZA 潍坊学院本科毕业设计 156sbbM上同一高度处开两个较大的孔，中心高度为 264mm，引出管宽度为 500mm，引出管长度为 180mm。5.2.2 基础环设计 （1）基础环尺寸的确定 基础环内、外径的选取应考虑可以放置地脚螺栓，一般可参考下式选取： Dbo=Dso+(160400)mm 或 Dbi=Dsi-(160400)mm其中 Dso裙座基底截面外径（Dso=Dsi+2 n ）Dbo基础环的外径Dbi基础环的内径代入数据得： Dbi=3000mm，Dbo=3500mm(2) 基础环厚度的设计操作时或水压试验时，设备重力和弯矩在混凝土基础上所产生的最大轴向压力为：式(4-5）式中：Z b基础环的抗弯截面系数Ab基础环的面积基础环上无筋板时基础环作为悬臂梁，在均匀载荷 Dmax 的作用下其最大弯曲应力为：式(4-6） 由此得出基础厚度 式(4-7）基础环上有筋板时，求出基础环厚度为：式(4-8）式中：M s计算力矩，M s=1487.43Nmm代入数据得： b=7.98mm基础环的厚度求出后，应加上壁厚附加量 2mm，并圆整到钢板规格厚度，故取S=11mm。全部筋板块数为 24，筋板内侧间距为 200mm。相邻筋板最大外侧间距为 684mm，筋板厚度选为 11mm，筋板宽度选为 136mm。 bbewbvb AgmZMAFgmZax000axmax 3.,bb73.1max2max11axmax6bbbMZ 潍坊学院本科毕业设计 165.2.3 螺栓座的设计 为了使设备在刮风或地震时不致翻倒，必须安装足够数量和一定直径的地脚螺栓，把设备固定在基础环上。计算时常以 4 的倍数来假设螺栓的数量（一般取 824 个） 。然后根据迎风侧受力最大的一个螺栓的强度条件，来计算螺栓的根径。基础环是一块环板，它把座圈传来的全部载荷均匀的分布到基础环上处。基础环上的螺栓座，由座板和筋板组成，是专门供安装地脚螺栓用的。第 6 章 容器焊缝标准6.1 压力容器焊接结构设计要求焊缝分散原则；避免焊缝多条相交原则；对称质心布置原则；避开应力复杂区或应力峰值去原则；对接钢板的等厚连接原则；接头设计的开敞性原则；焊接坡口的设计原则（焊缝填充金属尽量少；避免产生缺陷；焊缝坡口对称；有利于焊接防护；焊工操作方便；复合钢板的坡口应有利于减少过渡层焊缝金属的稀释率） 。6.2 筒体与椭圆封头的焊接接头压力容器受压部分的焊接接头分为 A、B、C、D 四类，查得封头与圆筒连接的环向接头采用 A 类焊缝。焊接方法：采用手工电弧焊，其原理是利用电弧热量融化焊条和母材，由融化的金属结晶凝固而形成接缝，焊接材料为碳钢、低合金钢、不锈钢，应用范围广，适用 潍坊学院本科毕业设计 17短小焊缝及全位置施焊，可适用在静止、冲击和振动载荷下工作的坚固密实的焊缝焊接，这种方法灵活方便，适应性强，设备简单，维修方便，生产率低，劳动强度高。封头与圆筒等厚采用对接焊接。平行长度