毕业设计(表格)

共 42 页 第 1页 广西工业职业技术学院广西工业职业技术学院 设计说明书设计说明书 课课 题题 名名 称称 100 m3石油液化气贮罐 姓姓 名 名 韦虹君韦虹君 专专 业 业 机电一体化机电一体化 班班 级 级 机电机电 08350835 班班 起起 止止 日日 期期 指指 导导 教教 师师 谢业东 共 42 页 第 2页 广西工业职业技术学院广西工业职业技术学院 设计说明书设计说明书 题目 题目 100 m3石油液化气贮罐石油液化气贮罐 共 42 页 第 3页 目目 录录 设计摘要 4 前言 5 设计条件 6 一 方案论证 7 二 筒体的设计 9 三 封头的设计 16 四 人孔 22 五 安全阀 29 六 鞍座 34 七 压力试验 40 八 结论 42 九 谢辞 42 参考文献 42 共 42 页 第 4页 设计摘要设计摘要 贮罐是石油液化气储存的重要设备之一 石油液化气主要成分 乙烯 乙烷 丙 烷 丙烯 丁烷 丁烯等 这些化学成分都对工艺设备腐蚀 在生产过程中设备盛装 的介质还具有高温 高压 高真空 易燃易爆的特性 甚至是有毒的气体或液体 根 据以上的特点 确定其设备结构 工艺参数 零部件 在设备生产过程中 没有连续 运转的安全可靠性 在一定的操作条件下 如温度 压力等 有足够的机械强度 具 有优良的耐腐蚀性能 具有良好的密封性能 高效率 低耗能 关键词 贮罐 设备结构 工艺参数 机械强度 耐腐蚀强度 密 封性能 共 42 页 第 5页 前言前言 在与普通机械设备相比 对于处理如气体 液体等流体材料为主的化工设备 其 所处的工艺条件和过程都比较复杂 尤其在化学工业 石油化工部门使用的设备 多 数情况下是在高温 低温 高压 高真空 强腐蚀 易燃易爆 有毒的苛刻条件下操 作 加之生产过程具有连续性和自动化程度高的特点 这就需要要求在役设备既要安 全可靠地运行 又要满足工艺过程的要求 同时还应具有较高的经济技术指标以及易 于操作和维护的特点 生产过程苛刻的操作条件决定了设备必须可靠运行 为了保证其安全运行 防止 事故发生 化工设备应该具有足够的能力来承受使用寿命内可能遇到的各种外来载荷 就是要求所使用的设备具有足够强度 韧性和刚度 以及良好的密封性和耐腐蚀性 化工设备是由不同的材料制造而成的 其安全性与材料的强度密度切相关 在相 同的设计条件下 提高材料强度无疑可以保证设备具有较高的安全性 由于材料 焊接和使用等方面的原因 化工设备不可避免地会出现各种各样的缺 陷 在选材时充分考虑材料在破坏前吸收变形能量的能力水平 并注意材料强度和韧 性的合理搭配 设备的设计应该确保具有足够的强度抵抗变形能力 在相同工艺条件下 为了获得较好的效果 设备可以使用不同的结构内件 附件 等 并充分利用材料性能 使用简单和易于保证质量的制造方法 减少加工量 降低 制造成本 化工设备除了要满足工艺条件和考虑经济性能 使设备操作简单 便于维 护和控制 在结构设计上就应该考虑易损零部件的可维护性和可修理性 对于化工设备提出的基本要求比较多 全部满足显然是比较困难的 但是主要还 是化工设备的安全性 工艺性和经济性 且核心是安全性要求 由此 可以针对化工 设备的具体使用情况 优先考虑主要要求 再适当兼顾次要要求 共 42 页 第 6页 一 设计条件 一 设计条件 1 工作压力 1 5 MPa 2 工作温度 30 3 物料密度 0 45 103 Kg m3 4 设备材料 16MnR 5 设备总容积 50 m3 6 充装系数 0 85 7 腐蚀裕度 1 5 mm 8 管口表 管口 符号 公称 尺寸 用 途 管口 符号 公称 尺寸 用 途 a1 620液面 计 h50排液 口 b1 232压力 计 k80备用 口 c50平衡 管 m50气相 口 d1 2450人 孔 n50排液 口 e1 3100安全 阀 p80进液 口 f80放气 管 r1 225测温 口 9 设备简图 共 42 页 第 7页 3 5 4 二 方案论证二 方案论证 结构方案 石油液化气贮罐是圆筒形容器 具有制造容易 安装内件方便 承压能力较强等 特点 圆筒形容器是由筒体 筒身 封头 端盖 密封装置 人孔 接管和支座等 个组成部件 筒体和封头是用板材卷制而成的具有典型几何形状的焊接构件 构成了 整个压力容器实现化学反应或储存物料的压力空间 是压力容器是主要的受压元件 压力容器使用的密封装置较多 其主要目的是在压力容器某一可能发生介质泄露 而需要加入密封的部位设置一个完善的物理壁垒 保证压力容器正常 安全可靠运行 的又一个重要部件 因为工艺过程的要求和检修的需求 在压力容器的管体和封头上开设有不同尺寸 的安装孔和工艺接管 如 人孔 物料进出口接管以及安装压力表 液面计 安全阀 和各类检测仪的接管等 共 42 页 第 8页 在压力容器壳体上开孔后 器壁会因去除一部分承载的材料而强度被削弱 并使 容器结构出现局部的的不连续 对筒体和封头上开设的孔 当尺寸超过某一规定值后 就要进行开孔补强设计 选用合理的补强结构 确保压力容器所需的强度 支座是支撑和固定设备的一个基础部件 通常是由板材或成型材组焊而成 该石 油液化气贮罐采用了卧式支座 根据容器的质量 结构 承受的载荷以及操作和维修 要求来选定的 压力容器采用的是卧式支座中的一种典型结构的 现拟用鞍式支座 拟定压力容器如下图所示 材料选用方案 储存压力容器主要用于储存或盛装气体 液体 液化气体等介质的压力容器 现 为液化石油气储罐 根据 压力容器安全技术监察规程 采用了既考虑容器的压力等级 容积大小 又考虑介质危害程度以及在生产过程中的作用的分类方法 将此容器划分 到第三类压力容器 根据第十页 压力容器用钢要求 2 根据工作环境和操作条件 压力容器用钢应具有较高的强度 同时应有良好的朔 性 韧性和优良的焊接性能 另外还要满足耐腐蚀要求 压力容器需要承受压力或其他载荷 钢材应该具有足够的强度 压力容器的强 度指标是确定壁厚的依据 但钢材的各项力学性能相互联系又相互制约 因此 选材 时不能单看强度 而要全面分析 材料强度过低 势必要增强容器元件的厚度 但无 原则地选用高强度的材料 将会带来材料和制造成本的提高以及抗脆断能力的降低 在考虑强度要求的同时 钢材应有良好的韧性 在压力容器的结构上不可避免 地会有小圆角或缺口结构 在焊接制造中也不可能没有如气孔 夹渣 未焊透 未溶 共 42 页 第 9页 合等缺陷 甚至裂纹 这些都会在容器的局部位置形成应力集中 这时就要求材料应 具有良好的韧性 以防止因载荷波动 冲击 过载或低温而造成压力容器的裂纹 从制造工艺考虑 钢材还要有良好的焊接性能和较好的冷 热 加工性能 压 力容器多数情况下是用钢材采用冷 热 卷 热冲压成型以及焊接等加工工艺制造出 来的 要求材料应具有良好的塑性和焊接性能 以保证冷卷和热冲时不断裂 而且能 得到质量可靠的焊接结构 为了满足工艺条件需要 钢材应具有较好的耐腐蚀能力 考虑到压力容器的使用性能 钢中的硫和磷含量应较低 因为硫和磷是最主要 的有害元素 硫能促进非金属夹杂物的形成 是塑性和韧性降低 磷元素尽管能够提 高钢材的强度 但会增加钢材的脆性 特别低温的脆性 压力容器用钢的硫和磷含量 就要求分别低于 0 02 和 0 03 钢材所具有的各种性能都是通过钢中化学成分的设计或采用不同的热处理方法来 获得的 为了保证钢材的使用质量 压力容器制造厂在接受钢厂来货时 都需要按照 钢材的质量保证书 对于保证钢材基本要求的化学成分 抗拉强度 屈服强度 断后 伸长率 冲击功等指标进行检查 有必要时要进行 100 无损检测 压力容器用碳素钢和低合金钢板 这类材料属于一般压力容器专用钢板 其中低 合金钢是在普通结构钢的基础上加入了少量或微量的合金元素 如 Mn Si Mo V Ni Cr 等 从而使钢材的强度和综合力学性能得到明显改善 中国 GB 6654 1996 压力容器用钢板 提供了多个钢板品种 根据设计条件给出设备材料 为 16MnR 工作温度 30 C 符合 表 1 2 压力容器用碳素钢和低合金钢板使用性 2 能 厚度范围 6 12mm 使用温度范围 20 475 C 16MnR 是在低碳钢的基础上加入合金元素 Mn 而得到的低合金钢 与 20R 钢相比 含碳量相仿 但加入适量的 Mn 元素后 使 16MnR 的强度显著提高 三 筒体设计三 筒体设计 共 42 页 第 10页 一 强度计算 1 设计条件 工作压力 1 5 MPa 工作温度 30 物料密度 0 45 103 Kg m3 设备材料 16MnR 设备总容积 50 m3 充装系数 0 85 腐蚀裕度 1 5 mm 2 压力容器壁厚的计算 设计温度选用 根据第 48 页表 3 3 2 设计温度 t t 20 30 20 50 C tw 设计温度 t 为 50 C 设计压力 P 根据第 47 页所述 当容器上装有安全阀时考虑到安全阀开启动 2 作的滞后 容器不能及时泄压 设计压力 P 不得低于安全阀的开启压力 开启压力是指阀瓣在运行条件下开始升起 介质连续排除的瞬间时 p2 压力其值小于或等于 1 05 1 1 倍容器的工作压力 pw 所以 1 05 1 1 ppw 因此 1 1 1 1 1 5 1 65 ppwMpa 根据第 8 页 内压容器按压力大小分等级可知 因 2 1 65 所以该容器属于中低压容器 代号 M pMpa 1 6 10 0 MpapMpa 为了对不同安全要求的压力容器进行更好的技术管理和监督检查 中国 压力容器安全技术监察规程 采用了既考虑容器的压力等级 容 结论 t 50 C 1 p 65Mpa 共 42 页 第 11页 积大小 又考虑介质危害程度以及在生产过程中的作用的分类方法 将 压力容器划分成了三个类别 根据第三类压力容器情况为 易燃或毒性程度为中度危害介质 且 乘积大于 10 的中压储存容器 因此 该储存容器属 pvMpa 3 m 于第三压力容器 压力容器的公称直径 DN 根据第 61 页所述 规定公称直径的目的是使容器的直径成为以 2 系列规定的数值 以便零部件的标准化 以符号 DN 表示 单位为 mm 用钢卷制而成的筒体 其公称直径即等于内径 现行标准 Di 中规定的压力容器公称直径系列 封头的公称直径与筒体一致 根据第 64 页 表 3 14 所取 取压力容器公称直径 2 DN 2800mm 因此 筒体的体积为 V 100 2Vf Vf 由封头设计计算可得 Vf 3 12 m3 V 100 2 3 12 93 76 m3 筒体高 h 或 l 为 h V 15235mm 2 r 取 DN 2800mm 得 h 15235mm 取 h 15000mm 筒体周长 C 8792mm 储存量 W 容规 宣贯第三章设计 介质为液化气体 含液化石油气 的固定式压力容器设计储存量 W 充装系数 0 85 压力容器的容积 物 pt 3 mpt 料密度 0 45 10 3 Kg m3 W 38 25t pt 确定筒体厚度 DN 2800m m V 93 76 m3 h 15000mm C 8792mm W 38 25t 共 42 页 第 12页 根据第 59 页所述 单面焊对接接头 100 无损检测 0 9 2 工作压力 1 5 MPa 设计温度 t 50 C 容器公称直径 DN 2800mm 腐蚀裕度 1 5 mm 设备材料 16MnR 16MnR 钢板在 50 C 的许用应力由 根据第 50 页表 3 6 查取 2 估计壁厚在 16 36mm 之间 故 163 MPa 将数据代入公式 t 得到储罐筒体计算厚度 c t ic p Dp 2 15 84mm c t ic p Dp 275 291 4620 设计厚度 17 34mm d c2 根据第 60 页表 3 10 查得 2 钢板厚度的负偏差 0 8mm c1 因而钢板的名义厚度 n 18 14mm n dc1 根据钢板厚度规格 其取名义厚度圆整为 20mm n 因此 计算得出的厚度符合估计厚度的范围内符合要求 3 筒体强度计算与板料的选择 直径之比 15 84mm 17 34 d mm 0 8mm c1 18 14 n mm 20mm n 1 007 共 42 页 第 13页 1 007 i D D0 2800 2820 因此 1 007 1 2 所以该容器属于薄壁容器 经向应力为 1 根据第 25 页式 2 1 圆筒横截面的经向应力为 2 58 16MPa 1 4 PD 80 4653 t 圆筒横截面的受力分析 环向应力为 2 根据第 25 页式 2 2 圆筒纵截面的经向应力为 2 2 116 32 MPa 2 2 PD 1 t 圆筒纵截面的受力分析 板料的选择 1 007 1 2 58 16 1 MPa 116 3 2 2 MPa 共 42 页 第 14页 20mm 厚的 16MnR 钢板的 宽 长 有 1800 8000mm 2000 10000mm 2200 12000mm 根据前面的计算得 到筒体长度为 15235mm 筒体的周长 C DN 8792mm DN 2800mm 根据以上的板材尺寸 选择 2000 10000mm 规格 计算如下 板料 n 张 8 张 余料为 16000 15000 1000mm 长度的余料为 10000 8792 1208mm 经计算 规格为 2000 10000mm 剩余的余料最少 因此选该规格 为最佳方案 4 圆筒体的号料与划线 号料的方法及要求 根据以上所计算得尺寸 在远离切割线的中间部位进行标记 如下 图 根据第 51 页的号料工序要求如下 4 A 号料前要核对所号原料的材质和规格应于施工图纸及工艺技术文件 一致 B 号料的标记要清晰 划线的内容和要求 由于钢板原材料在宽度及长度方向上都存在偏差 相邻两板边互相 不垂直 不能直接投料来卷制圆筒 因此首先要对板边进行 找正 在找正后的矩形板料上再按筒体展开尺寸进行划线 首先要划线实际用 料线 即下料切割并经过边缘加工以后要保证的尺寸线 然后根据切割 方法的不同在实际用料线外围放大到一定尺寸后划出切割线 具体如下 共 42 页 第 15页 图 根据第 53 页可得 不同切割线方法的切割加工余量 4 自动气割 4 5mm 手工气割 6 7mm 手工等离子切割 8 10mm 划线的具体要求 划线前应首先检查板料的平整度及表面质量 检查板边是否存在 重皮 缺肉 弯折 斜边及裂纹等缺陷 板料上应准确划出实际用料线 切割线 检查线和中心线 其划 线尺寸允许下偏差为零 上偏差为 2 0mm 两对角线之差为 4 0mm 确认无误后方可切割 5 筒体的直线度允差 根据第 111 页可知 壳体直线度是用 0 5mm 的钢丝两端用滑轮支 4 撑并悬垂重物进行度量 在沿圆角 0 90 180 270 四个方位 测量 壳体直线度随壳体长度的不同而要求不同 具体控制指标为 筒体直线度为 2H 1000 且 20mm 因此该直线度为 0 032mm 6 筒体的基本尺寸 筒体的长度 l 15000mm 公称直径 DN 2800mm 筒体的壁厚 20mm 7 筒体的焊接坡口选择 根据第 139 页坡口的选择以及筒体的工艺条件的要求 筒体的焊 4 l 15000mm DN 2800mm 20mm 共 42 页 第 16页 接坡口为 V 型坡口 V 形坡口形状简单 加工方便 是最常用的坡口形 式 12mm 以上一般可考虑开单面坡口 双面焊接 但是背面施焊前应 清好根 焊接坡口的基本形式如下图所示 以上的 V 型坡口用于筒体的纵焊缝于环焊缝 其焊缝工艺施行 焊接工 艺卡 上得要求 8 筒体的卷板和校圆工艺 1 弯卷前的准备工作 根据第 87 页 考虑到冷加工的局部性和热加工的困难及缺点 4 此筒体采用温卷 将钢板加热到 500 600 然后在此温度下进行卷制 注意温卷的加热温度应该低于该材料的回火温度 根据卷板需要退火的 要求可知 16MnR 30mm 不需要退火 卷板前应检查待卷制的板材下料 尺寸是否正确 有关展开尺寸的附加量或伸长量是否已经增减过 2 筒体的校圆 根据第 88 页 筒体热校圆时将筒体加热到正火温度 校圆完成 4 时筒体的温度必须在 650 以上 随后卸载 让筒体在卷板机上慢慢转 动 查到筒体冷却到一定温度方可取下 以防止筒体变形 1600mm 以 上的筒体要冷却到 300 400 四 封头设计四 封头设计 一 封头结构和计算 1 封头结构 由于椭圆形封头的椭球部分线曲率变化平滑连续 故应力分布比 较均匀 且椭圆形封头深度半球形封头小得多 易于冲压成型 是目 共 42 页 第 17页 前中低压容器中应用较为普遍的一种封头形式 故选椭圆形封头 如 下图 2 封头的设计计算 最大综合应力 max 根据第三章第三节可知 受内压的椭圆形封头最大综合应力 2 与椭圆形封头长短轴的比值 即 a b a 2 b max i D h 为封头曲面深度 故 有关 工程上对2 i h b a i i h D 2 1 0 2 6 的椭圆形封头 引入行状系数 K 由此得到最大综合应力b a 为 3 12 max 2 KPD 式中 K 椭圆形封头形状系数 其 K 值根据 按 化工设b a i i h D 2 备 第三章第三节表 3 18 椭圆形封头形状系数 K 值 查取 选取标准椭圆形封头 其 2 K 1 b a i i h D 2 取封头的厚度与筒体的厚度值一样 其设计压力 P 与直径 D 值 一样 其 20mm P 1 65MPa 20mm P 1 65MPa D 2840mm 共 42 页 第 18页 D 2840mm 因为 2 所以 700mmb a i i h D 2 i h 将其代入 3 12 得 117 15MPa max 2 KPD 因封头的材料与筒体的板材一致 为 16MnR 其许用应力为 163MPa 其单面焊对接接头 100 无损检测 0 9 t 因此 117 15MPa max t 封头直边段高度 h 及作用 根据第三章第三节表 3 17 椭圆形封头材料 厚度和直边高 2 度的对应关系 查取 h 40mm 直边段的作用是避免筒体与封头间的环向连接焊缝处出现边缘应 力与热应力叠加 以改善焊接的受力情况 封头厚度的计算 标准椭圆形封头的厚度计算公式 15 8mm c t ic P DP 5 02 腐蚀裕量 1 5mm 2 C 根据第 60 页表 3 10 查得 2 钢板厚度负偏差 0 8mm 1 C 117 max 15MPa 15 8mm 1 5mm 2 C 0 8mm 1 C 18 1m n 共 42 页 第 19页 因此 18 1mm n 1 C 2 C 从计算结果可以知道 标准椭圆形封头厚度大致和其相连接的 圆筒厚度相等 因此 筒体和封头即可采用等厚度钢板进行制造 这 部仅给选材带来方便 也方便与筒体和封头的焊接加工 故工程上多 选用标准椭圆形封头作为圆筒形容器的端盖 因此 封头厚度与筒体的厚度一样 20mm 最大允许工作压力 椭圆形封头最大允许工作压力公式 w P ei e t KD 5 0 2 将其数值代入上式得 2 08MPa w P ei e t KD 5 0 2 因此 P 1 65MPa 2 09MPa w P 故符合要求 按上面的计算公式 椭圆形封头虽然满足强度要求 但仍有可能 发生周向屈服 目前 工程上采用限制椭圆形封头最小厚度的方法解 决这一问题 即标准椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的 0 15 4 2mm 椭圆形封头的基本尺寸 椭圆形封头的公称直径 DN 2800mm 封头曲面深度 m 20mm 2 08 w P MPa DN 2800mm 700mm i h 20mm 共 42 页 第 20页 700mm i h 封头钢板的厚度 20mm 封头的直边段 h 40mm 封头的容积计算 0 1309 2 87 m 3 a V 3 i D 直边段的容积 h 0 25 m 3 h V 2 2 D 整个封头的容积 包括直边段 3 12 m 3 f V a V h V 3 封头焊接坡口的选择 根据封头钢板的厚度与第 139 页来选择 该封头的坡口为 V 形坡 4 口 V 形坡口形状简单 加工方便 是最常用的坡口形式 12mm 以上 一般可考虑开单面坡口 双面焊接 但是背面施焊前应清好根 封头焊接坡口的基本形式如下图 4 封头的加工余量的工料展开计算 根据第 50 页可知 一般冲压或旋压的椭圆形封头都是近似标准 4 的椭圆形封头 由大半径 R 0 8 和小半径 r 0 146的三段圆弧组 i D i D h 40mm 2 87 a V m3 0 25 h V m3 3 12 f V m3 共 42 页 第 21页 成 高度 H 0 25 如下图所示 i D 其圆板的理论展开计算直径为 1 20066 2h 30mm 加工余量 s D i D 因此 3495 86mm s D 内直径公差 根据第 100 页可知 以内直径为对接基准的封头切边后 在直边 4 部分实测等距离的四个内直径 取其平均值 内直径公差为 3mm 4mm 圆度公差 根据第 100 页可知 封头切边后 在直边部分实测等距离分布的 4 四个内直径 以实测最大值与最小值之差作为圆度公差 其圆度公差 不得大于 0 5 为封头的内径 且不大于 25mm 因此 圆度 i D i D 公差为 14mm 形状公差 根据第 100 页可知 封头成型后的形状公差 用弦长相当于 3 4 4 的样板检查封头的间隙 样板与封头内表面的最大间隙 外凸不 i D 3495 s D 86mm 外凸 35mm 共 42 页 第 22页 得大于 1 25 内凹不得大于 0 625 i D i D 外凸 35mm 内凹 17 5mm 封头总深度公差及直边段公差 根据第 101 页可知 封头切边后 在封头端面任意两面直径位置 4 上分别放置直尺或拉紧的钢丝 在两直尺交叉处或两根钢丝交叉处垂 直测量封头总深度 封头总高度 其公差为 0 2 0 6 当封 i D 头公称直径 DN 2000mm 时 直边段 H 宜为 40mm 直边段的公差为 5 10 h 封头总深度公差为 5 6mm 16 8mm 直边段公差为 2mm 4mm 内凹 17 5mm 五 人孔五 人孔 一 设计条件一 设计条件 人孔的公称直径为 DN 450mm 二 人孔的计算及选择二 人孔的计算及选择 参考第六章第三节 2 1 初步选取人孔类型 因该储罐 2500mm 在筒体上开设两个人孔 因不需要经常开 i D 启 设备工作压力为中压 选用回转盖带颈对焊法兰人孔 2 确定人孔筒节及法兰材质 根据储罐的材质 可选择人孔筒节与法兰盖的材质为 16MnR 法兰 的材质为 16MnRV 锻件 其外伸长量为 320mm 3 确定人孔的公称直径 DN 及公称压力 PN 由于该设备露天放置 且不在寒冷地区 人孔的公称直径 DN 450mm DN 450mm 共 42 页 第 23页 人孔设计压力 P 1 5 1 1 1 65MPa 设计温度 t 50 由人孔的设计压力 设计温度及材质查表 6 8 可确定人孔法兰 2 的公称压力级别为 2 5MPa 人孔的公称压力即为人孔上法兰的公称压力 所以 人孔的 PN 2 5MPa 4 确定选用人孔 由以上得出的人孔的公称直径和公称压力查表 6 12 可知 回转 2 盖带颈对焊法兰 凹凸面密封面适合该设备 标准号为 HG20595 1995 在生产过程中 为了便于内部的附件安装 检修和衬里 以及检查 压力容器和设备内部在使用过程中是否产生裂纹 变形 腐蚀等缺陷而 开设的 5 人孔补强 容器开孔后 在开孔处产生较大的附加应力 结果使该区域的局部 应力达到较高的数量 甚至可以达到容器壁厚薄膜应力的 3 倍或更大 1 确定是否需要补强 按照 GB150 规定 由于人孔的公称直径 DN 89mm 故此需要补强 2 补强计算 计算开孔后被削弱的金属截面面积 A 其人孔材质与筒体一致 C 2 3mm 1 C 2 C 开孔直径为 D DN 2C 454 6mm i D 根据查表 3 6 和 3 7 得筒体在设计温度下材料的许用应力 2 P 1 65MPa t 50 C 2 3mm D 454 6mm 共 42 页 第 24页 163MPa 故 t 强度削弱系数 1 r f t o t 筒体开孔处计算厚度 15 64mm P PD t i 265 1 9 01632 280065 1 接管的有效厚度 C 20 2 3 17 7mm et nt A 7109 d 1 2 re f d 2 mm 确定有效补强范围 因 B 2d 909 2mm 则 B d 530mm n 2 nt 2 故取大值 则 B 909 2mm 外侧有效高度 95 35mm 1 h nt d 因 95 35mm 故人孔的筒节的内侧有效高度取 nt d 95 35mm 2 h 1 r f 15 64 mm 17 7m et m A 7109 2 mm 95 35m 1 h m 共 42 页 第 25页 计算有效范围内用来补强的金属面积 e A a 计算壳体多余金属截面积 1 A 17 7mm e c n 则 B d 2 1 1 A e c nt e r f 664 3 2 mm b 计算人孔筒节多余的筒壁截面积 2 A 17 7mm 则 et 15 64mm et P PD t i 2 所以 2 A retrtet fchfh 2 2 221 3367 7 2 mm c 计算焊缝金属截面积 3 A 取焊角高度为 20mm 故焊缝截面积为 400 3 A 2 mm 用来补强的金属面积为 4432 06 e A 1 A 2 A 3 A 2 mm 17 7m e m 664 3 1 A 2 mm et 17 7mm et 15 64mm 3367 7 2 A 2 mm 400 3 A 2 mm 4432 0 e A 6 2 mm 共 42 页 第 26页 由于 A 7109 944 故需要另行补强 e A 2 mm 3 确定标准补强圈尺寸 由于上计算可知 需要由补强圈提供的金属面积为 A 2677 884 4 A e A 2 mm 取补强圈厚度 16mm c 板厚负偏差 0 8mm 1 C 由于补强圈与空气接触 有轻微腐蚀 取腐蚀裕量 1 5mm 故 2 C 补强圈有效厚度为 13 7mm ce 根据人孔和筒体的公称直径 DN 为 450mm 查表 6 11 得补强圈 2 外径 760mm 2 D 补强圈的有效面积为 4247 c A 2 mm 由此得到由补强圈提供的有效金属截面积为 4247 2677 884 c A 2 mm 4 A 2 mm 故 此补强圈可用其标记为 450 14HG21536 1992 16mm c 13 7m ce m 4247 c A 2 mm 共 42 页 第 27页 4 确定补强圈的结构 根据设备的工艺条件 可选择 B 型补强圈 查图 6 11 中的 B 型 2 加强圈 其孔内锥形部分深度 S 12 6mm 内径 495mm 人孔筒节的公称直径 DN 450mm 厚 i D 5 3 o d o d 度 2 其结构如下图所示 5 人孔法兰的尺寸 法兰类型 带颈对焊法兰 标准号 HG20595 1995 密封面形式 MFM 公称压力范围 2 5 MPa 公称直径 DN 450mm 带颈对焊法兰结构图如下所示 法兰结构图 共 42 页 第 28页 带颈对焊法兰结构 带颈对焊法兰的尺寸 根据第六章第一节表 6 5 其值采用内差法计算得出 2 公称直径 DN 450mm 公称压力 PN 2 5MPa 法兰外径 D 610mm 螺栓孔中心圆直径 565mm 1 D 凹面密封面外径 523mm 2 D 凹面密封面内径 512mm 3 D 凸面密封外径 508mm 4 D 法兰盘厚度 40mm 短节高 H 100mm 短节厚度 14mm 1 过渡段圆角 R 12mm 螺栓孔 d 27mm 螺栓规格 M20 法兰标记 法兰 MFM450 2 5 JB T 4703 2000 DN 450mm PN 2 5MPa D 610mm 565mm 1 D 523mm 2 D 512mm 3 D 508mm 4 D 40mm H 100mm 14mm 1 R 12mm d 27mm M20 共 42 页 第 29页 6 人孔的焊接及热处理 人孔的焊接工艺与筒体的焊接工艺一致 其热处理与筒体热处理一致 主要是消除焊接应力 7 回转式人孔结构图如下 六 安全阀六 安全阀 一 设计条件 公称直径 DN 100mm 二 安全阀接管的计算 参照第六章第二节 2 1 确定是否要补强 按照 GB150 规定 由于接管公称外径已经大于不另行补强的最大 直径 89mm 故此开孔需要补强 2 补强计算 计算开孔后被削弱的金属截面积 A 查表 3 10 确定算负偏差 2 为 0 8mm 其腐蚀裕量为 1 5mm 得壁厚附加量为 C 2 3mm 1 C 2 C 开孔直径 d 2C 118 6mm i d 查表 3 6 和 3 7 得筒体在设计温度下材料的许用应力 2 163MPa 钢管的许用应力 163MPa 材质与筒体一致 故 t t t DN 100mm C 2 3mm 1 r f 15 64 共 42 页 第 30页 强度削弱系数 1 r f t o t 筒体开孔处计算厚度 15 64mm P PD t i 2 接管有效厚度 4 7mm et c nt A 1850 16 d 1 2 re f 2 mm 确定有效补强范围 因 B 2d 237 2mm 则 B d 159 2mm n 2 nt 2 故取大值 则 B 237 2mm 外侧有效高度 28 8mm 1 h nt d 因 28 8mm 故人孔的筒节的内侧有效高度取 28 8mm nt d 2 h 计算有效范围内用来补强的金属面积 e A a 计算壳体多余金属截面积 1 A mm 4 7mm et A 1850 16 2 mm B 237 2mm 28 8mm 1 h 28 8mm 2 h 17 7mm e 244 32 1 A 2 mm 共 42 页 第 31页 17 7mm e c n 则 B d 2 1 1 A e c nt e r f 244 32 2 mm b 计算人孔筒节多余的筒壁截面积 2 A 4 7mm et 则 0 34mm t P PD t t i 2 所以 2 A retrtet fchfh 2 2 221 435 64 2 mm c 计算焊缝金属截面积 3 A 取焊角高度为 20mm 故焊缝截面积为 81mm 3 A 用来补强的金属面积为 760 96 A 1850 16 e A 1 A 2 A 3 A 2 mm 2 mm 由于 A 1850 16 故需要另行补强 e A 2 mm 3 确定标准补强圈尺寸 et 4 7mm t 0 34mm 435 64 2 A 2 mm 81mm 3 A 760 96 e A 共 42 页 第 32页 由于上计算可知 需要由补强圈提供的金属截面积为 A 1089 2 4 A e A 2 mm 取补强圈厚度 16mm c 板厚负偏差 0 8mm 1 C 由于补强圈与空气接触 有轻微腐蚀 取腐蚀裕量 1 5mm 2 C 故补强圈有效厚度为 13 7mm ce 根据人孔和筒体的公称直径 DN 为 100mm 查表 6 11 得补强圈 2 外径 200mm 2 D 补强圈的有效面积为 1178 2 c A 2 mm 由此得到由补强圈提供的有效金属截面积为 1178 2 1089 2 c A 2 mm 4 A 2 mm 故 此补强圈可用其标记为 100 16HG 21506 1992 4 确定补强圈的结构及接管外伸量 根据设备的工艺条件 可选择 B 型补强圈 查图 6 11 中的 B 2 2 mm 16mm c 13 7m ce m 1178 2 c A 2 mm 共 42 页 第 33页 型加强圈 其孔内锥形部分深度 4mm 内径 i D 5 3 0 d 其结构图如下 5 法兰的选择及尺寸 公称直径 DN 100mm 公称压力 PN 1 65MPa 外径 D 114mm 根据工艺设备的条件 选择带颈平焊法兰 密封面形式为突面 RF 公 称压力等级为 2 5 级 根据第六章第一节表 6 7 查得 2 法兰外径 D 235mm 公称直径 DN 100mm 螺栓孔中心圆直径 K 190mm 螺栓孔直径 L 22mm 螺纹公称直径 Th M20 螺栓孔数量 n 8 个 带颈平焊法兰结构图如下 DN 100mm PN 1 65MPa D 114mm D 235mm DN 100mm K 190mm L 22mm Th M20 n 8 个 共 42 页 第 34页 七 鞍座七 鞍座 一 支座的结构和类型 第六章第六节 2 卧式容器支座可分鞍式 圈式和支腿式三种支座 其中应用最普 遍的是鞍式支座 它分为焊制与弯制两种 为了使容器的壁温发生变 化时能沿轴向方向自由收缩 鞍座的底板有两种 一种是底板上的螺 栓孔是圆形的 代号为 F 另一种底板上的螺栓是椭圆形的 代号为 S 安装时 F 型鞍座固定在基础上 S 型鞍座使用两个螺母 先拧上 去的螺母较松 用第二个螺母锁紧 当设备出现热变形时 鞍座可以 随设备一起轴向移动 因为 DN 900mm 所以用焊制鞍座 通常由底板 腹板 筋板和垫板组焊而成 而且一定都要带垫板 如下图 根据DN2100 4000mm 120 包角重型带垫板鞍式支座结构和尺寸 3 应符合图 6 和表 8 规定选用 类型 重型 代号 R 适用公称直径 DN 159 4000mm DN 与容器的公称直径一致 结构特征 焊制 120 包角 带垫板 4 6 筋 材料 16MnR 20853k 1 Q g 542 4k 2 Q g 1084kg 2 Q 650kg 3 Q Q 22488kg 100000 水 Q kg 12248 总 Q 8kg F 600 19KN 共 42 页 第 35页 许用应力 163MPa t 二 鞍座的校核 1 计算设备的总质量 筒体质量 1 Q 16MnR 的密度为 7 850g mm 3 1 Q LDi 20853kg 1 Q LDi 封头的质量 2 Q 封头的计算体积公式为 3 1309 0 DVa 因此 0 1309 542 4kg 2 Q hDiDD 33 两封头的质量为 2 1084kg 2 Q 2 Q 附件重量 3 Q 650kg 3 Q 容器净重 Q Q 22488kg 1 Q 2 Q 3 Q 充装重量 水 Q 100000kg 水 Q 水 容器充满总重量 总 Q Q 122488kg 总 Q 水 Q 每个鞍座上的作用反力 F F 600 19KN 2 g 总 Q 2 封头切线至鞍座的距离 A 0 5Rm Rm 1400mm 700mm L D 5 4 共 42 页 第 36页 0 0071D 因此 A 700mm 3 求最大的弯矩 根据第七章计算 1 两鞍座中间处的的弯矩 式 7 5 M1 F C1L A C1 值查图 7 2 当 L D 21 43 0 5 时 0 24 i R H 1 C 174KN m 11 ALCFM 鞍座处弯矩 式 7 5 1 23 2 2 C A R C L A C FA M i 其中 值查图 7 3 图 7 4 得 32 C C 1 048 0 027 2 C 3 C 16 33KN m 1 23 2 2 C A R C L A C FA M i 经计算最大弯矩为 故应计算两座中间处的筒体轴向弯矩应力 两鞍座中点处筒体轴向力计算 在最高点为压力 非操作状态下 容器充装满水时为最大 1 41MPa i R M1 1 100 在最低点拉应力 按式 7 8 计算 59 39MPa 2 1 2 100 2 i i R MPR 轴向许用压缩应力 A 0 0013 174KN 1 M m 2 M 16 33KN m 1 1 41MPa 59 39M 2 Pa 共 42 页 第 37页 查图 4 4 得 B 1500 可以看出 B 1 2 t 筒体和封头切向剪切应力的计算 因 A 700 1400 0 5 筒体被容器封头所加强 i R 筒体剪切应力按式 7 13 计算 188 8MPa i R Fk3100 封头剪切应力按式 7 14 计算 78 65MPa i H R Fk4100 式中 由表 7 2 查得 0 88 0 4 3 k 4 k 3 k 4 k 在鞍座处筒体的周向应力计算 在横截面最低点处的周向应力的计算 78 65MPa 10 100 5 5 b Fk 式中当鞍座包角 120 时 0 76 5 k b 360 筒体在鞍座边缘角处的周向应力 因 L 10 71 8 故按式 i R 7 20 计算 64 13MPa 2 6 6 2 1003 10 4 100 Fk b F 式中 由图 7 7 查得 0 017 6 k 6 k 1 25 203 75MPa 6 t 鞍座的弯矩图如下 188 8MP a H 78 65MPa 5 78 65MPa 6 64 13MPa 203 7 6 5MPa 共 42 页 第 38页 鞍座设计 鞍式支座所承受的水平分力按式 7 27 计算 90 03KN m s FFk9 式中由表 7 7 查得 0 015 9 k 9 k 按规定承受水平分力的有效截面高度应控制在 Ri 3 距离内 但此值大 于鞍座的实际高度 故有效截面高度减去底板厚度即 250 20 230mm 代入式 7 28 计算鞍座应力 29 36MPa 0 9 9 100 bH Fk s s 108 7MPa 9 t 3 2 其中 鞍座材料许用应力 16MnR 许用应力 163MPa t t 三 鞍座尺寸和标记 90 03K s F N m 29 36M 9 Pa 共 42 页 第 39页 根据DN2100 4000mm 120 包角