400m3低温球罐设计说明书.doc

学号： 06403314 常 州 大 学 毕业设计（论文）（2010届）题 目 400m3 低温乙烯球罐设计 学 生 卢甲猛 学 院 机械与能源工程学院 专 业 班 级 装备063 校内指导教师 魏安安 专业技术职务 教授级高工 校外指导老师 专业技术职务 二一年六月400m3低温乙烯球罐设计摘要： 球罐设计可参照的标准有GB12337-1998钢制球形储罐，GB150-1998钢制压力容器，JB/T 17261-1998钢制球形储罐型式基本参数。本文主要介绍了400m3乙烯球罐的设计,安装地点在上海。文章主要针对设计参数的确定、选材、整体方案设计、球壳壁厚的确定、应力校核、支柱结构设计、安全阀的计算、开孔补强计算、及保冷计算做了详细的论证说明。并对焊后整体热处理、对制造安装的技术要求等，作了简单的阐述。经过对比论证，最后确定设计压力为2.2Mpa，水压试验压力2.85，设计温度为-30,球壳材料为16MnDR，球壳厚度为36mm。球壳的组合方式为桔瓣式，六根支柱，保温材料为酚醛，保温层厚度为100mm。整个大型球罐的设计从整个球罐的生命周期着手,为后来的制造、安装、使用、检测及维修等创造条件。 关键词：乙烯，球罐，设计，低温，结构 ，材料，参数 。 Design of 400 m3Low Temperature Ethylene TankAbstract ： China has the capacity of designing and Building the Ethylene Tank Less than 2000 m3 .We Can refer to the standards such as GB12337-1998 Spherical tanks, GB150-1998 Steel Pressure Vessels, JB / T 17261-1998 Spherical tanks type basic parameters.This paper describes about 400m3 Ethylene Tank design, installation Located in Shanghai. This paper gives a detailed discuss about the identification, selection, overall program design, determination of shell thickness, stress check, pillars of structural design, safety valve calculations, opening reinforcement calculations, and ensure the cold calculation .Brief description of the overall heat treatment after welding, installation of manufacturing technology requirements.After comparison argument，we make decisions that Design pressure is 2.2Mpa, water pressure test is 2.85, design temperature is -30 , shell material is16MnDR, shell thickness is 36mm.Combinations of spherical shell for the orange valve type, six pillars, phenolic insulation materials, insulation thickness is 100mm.The large spherical tank design should begin the life cycle of the tank Created the conditions for subsequent manufacture, installation, use, testing and maintenancthe later.Key words: ethylene, tank, design, low temperature, structural material parameters.术 语 表 A -单个支柱的横截面积，mm2 ;d1 -支柱内直径，mm;do -支柱外直径，mm;Dcp-球壳平均直径，mm;D1-球壳内直径，MM;Do -球壳外直径（当有保温层时，为保温层外直径）,mm;E-球壳材料的常温弹性模量，MPa;Es -支柱材料的常温弹性模量，MPa;Fc -拉杆作用在支柱上的水平力,N;Fe -球罐的水平地震力,N;Fs -支柱底板与基础的摩擦力,N;Fmax-最大水平力,N；FT -拉杆的最大拉力,N;Fw -球罐的水平风力,N;G -重力加速度，取g=9.81m /s;Go -操作状态下的重力载荷,N;GT -液压试验状态下的重力载荷,N;Ho -支柱底板底面至球壳中心的距离,mm;I-支 柱横截面的惯性矩,mm;l-支 柱底板底面至上支耳销子中心的距离,mm;Lw -支柱与球壳连接焊缝单边的弧长,m m,Mmin-球罐最小质量 ,kg;mo -操作状态下的球罐质量 ,kg ;mT -液压试验状态下的球罐质量,kg ;Mmax-水平地震力和水平风力引起的最大弯矩,N m m;Mo -操作状态下支柱的总弯矩,Nmm;Mo1 -操作状态下支柱的偏心弯矩,N MM;Mo2-操作状态下支柱的附加弯矩,N MM;MT -液压试验状态下支柱的总弯矩,N m m;MTl-液压试验状态下支柱的偏心弯矩,NMM;MT2-液压试验状态下支柱的附加弯矩,N mm;n-支柱数目；p-设计压力,M Pa；Pc1-计算压力 ,M Pa，PT -试验压力 ,M Pa，R-支柱中心圆半径，取R=Ri,mm;Ri-球壳内半径,mm;T-基本自振周期，sWo-操作状态下支柱的最大垂直载荷,N;WT - 液 压试验状态下支柱的最大垂直载荷,N;Wmax- 最大垂直载荷，取W,和WT的较大值，N;-拉杆和支柱间的夹角,;- 球壳计算厚度，mm；-球壳有效厚度，mm;- 球壳a点处的有效厚度，mm; -球壳名义厚度，mm;- 球壳材料的泊松比，;- 物料密度，kg/m3;- 液压试验时液体的密度，kg/m3;- 操作状态下a点的纬向应力,MPa;- 操作状态下a点的组合应力, MPa; -钢材常温下的屈服点，MPa;- 液压试验状态下a点的纬向应力,MPa;-液压试验状态下a点的组合应力,MPa;- 设计温度下球壳材料的许用应力,MPa;- 操作状态下。a点的剪切应力, MPa;- 液压试验状态下a点的剪切应力 ,MPa;- 焊接接头系数;- 角焊缝系数;目录摘要：I术 语 表III目录VI引言11 任务书给定的设计条件12 设计参数确定12.1设计温度12.2 设计压力33 材料的选取43.1 刚才的力学性能43.1.1 抗拉强度43.1.2 屈服点43.1.3 刚性53.1.4 韧性53.1.5 可焊性63.2 经济性73.3 选材74 结构参数的确定85 球壳计算105.1 球壳厚度125.2 球罐质量计算125.3 地震载荷计算135.4 风载荷计算155.5 支柱计算155.6 地脚螺栓计算195.7 支座地板205.8 拉杆计算205.9 焊缝强度检验216.补强计算237 保冷计算268 安全阀的计算278.1泄放量的确定278.2操作条件的确定288.2.1定压Ps（绝压）288.2.2积聚压力Pa288.2.3最高泄放压力Pm 288.3 喷嘴面积计算288.4 安全阀的选用309.参考文献31致 谢31 V 引言 球罐在相同容积的前提下，与其它形状的压力容器相比，具有几何尺寸小、材料用量少、受力状态好，占地面积小等优点，故而在工业中得到广泛使用。同时由于球罐成型和组装难度大、残余应力高、介质环境苛刻等特点，质量难于保证。因此，在球罐在制造、安装和使用方面，如何确保安全又兼顾经济成为一个重要的壳体，这样选定意义合理的方案愈发有必要。1 任务书给定的设计条件 设计一台400m3低温乙烯球罐。介质:乙烯；公称容积：400m3； 安装地点：上海。2 设计参数确定 乙烯球罐属低温球罐，设计参数主要取决于所存乙烯介质的工作状态，不受环境温度的影响。参照HG 205801998钢制化工容器设计基础规定，设计压力一般取1 .0 1 .1 倍工作压力，设计温度一般取介质最低工作温度减0 10 。目前80%左右的乙烯球罐操作温度约- 30 ，其设计温度一般选-40，设计压力取2 .2 MPa，燕山、大庆、兰石化、扬子、金山、齐鲁均属这种情况；另一种使用温度约- 40 ，设计压力1 .55 1 .9 MPa，设计温度为- 45 - 50 ，吉化和茂名进口的2000m3 乙烯罐属该类。因此建造球罐，应由工艺先确定正常操作温度，随之确定设计温度和设计压力。2.1设计温度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。标志在铬牌上的设计温度应是壳体设计温度的最高值或最低值。乙烯的沸点为- 104 ，在- 104 以上时需施加一定压力时才能液化，目前国内外乙烯存储方式主要有：一是常压冷储，通过制冷系统把乙烯的温度保持在- 104 左 右，存储在大型低温储罐内（即常压低温冷储）。一般冷储罐都在10000 m3 以上，低温储罐一般为双层罐，中间夹保冷材料，为了制造方便一般都做成立式拱顶储罐形状；二是带压冷储，最多的是低温球罐，个别也有低温卧罐。乙烯球罐的设计温度的确定要兼顾经济和可操作性。必须考虑先期的一次性投资和后期的运行投资投资。如果设计温度低，那么饱和蒸汽压就会减小，设计压力压力必然小，板壳的厚度定会减少，先期的一次性投资少，但为了保持很低的温度，日后的维护投资定会相应增加；如果设计温度取的高的话，饱和蒸汽压就会高，设计压力相应增大，壁厚定会增大，一次投资多，但较高的设计温度相对而言比较容易达到，故日后的运行投入会相应减少。这就要求我们寻找一个平衡点。工作时间为八年的情况下，在不同设计温度下的先期投资和后期投资示意图其中：1为-20时的投资曲线。 2为-30时的投资曲线。 3为-40时的投资曲上图可以很形象的反应了，在额定年限，不同的设计温度下，球罐先后期的投资情况。可以看出过高和过低都不是最经济的，在这两个温度中间有个最佳点。前面进行了定性的分析了一下设计温度和经济性的问题，具体的计算本文不做重点说明。至于设计温度最佳点的选取可参照以往的工程实例。 目前80%左右的乙烯球罐操作温度约- 30 ，其设计温度一般选- 40 ，设计压力取2 .2 MPa，燕山、大庆、兰石化、扬子、金山、齐鲁均属这种情况；另一种使用温度约- 40 ，设计压力1 .55 1 .9 MPa，设计温度为- 45 - 50 ，吉化和茂名进口的2000m3 乙烯罐属该类。所以参照前人的经验，选设计温度为- 30 。当设计温度确定后，可进行设计压力的选取。2.2 设计压力 设计压力指设定的球罐顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。球罐上装 有超压泄放装置时，应按GB150附录B“超压泄放装置”的规定确定设计压力。在此处所选择的泄放压力。符合GB150附录B“超压泄放装置”的规定。 对于盛装液化气体的球罐，在规定的充装系数范围内，设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。此处的乙烯球罐为保冷，温度即为-30，液化乙烯的设计压力，应选取其对应温度下的饱和蒸汽压。根据下列表格，查取-30温度下对应的饱和蒸汽压为-2.3Mpa（绝压），故其设计压力为2.2Mpa（表压）。3 材料的选取3.1 刚才的力学性能3.1.1 抗拉强度 抗拉强度是材料的主要强度强度指标之一，它是材料的在拉伸受力过程中，从开始加载至断裂所能承受的最大应力，是决定材料许用应力的主要一局之一。GB 228金属抗拉伸试验方法中给出了拉伸强度的定义和试验方法。3.1.2 屈服点屈服点是知呈现屈服现象的金属材料，在所加外载荷不在增加（保持恒定），而材料仍继续伸长变形时所对应的应力。对于在压力容器行业中通常使用的材料，规定以残余伸长率0.2%时对应的力作为材料许用用力时的屈服点。GB 228中给出了试验方法。 工程上常用屈服强比作为压力容器安全可靠性的参考指标。对于依据弹性设计准则设计的压力容器元件，它可表示承载能力的裕度。=1时，属极端情况，这时任何微小的超载都会导致元件的失效断裂，因而不能用来制造压力容器。当0.6时，虽然超载能力大，安全可靠性增大，但钢材的利用率降低。3.1.3 刚性 刚性是结构抗弯曲和翘曲的能力，是度量构件在弹性范围内承受力时变形大小因素之一，它与钢材弹性模量和结构元件的截面形状（截面惯性矩）有关。弹性模量是刚才在弹性极限内与应变的比值。3.1.4 韧性 韧性用来衡量材料的抗裂纹扩张能力。 由于任性指标繁多，因试验方法不同而不能统一，目前各国以夏比V型缺口冲击试验的吸收能量（Akw），既具有一定形状尺寸的金属式样在冲击载荷下折断时所吸收的功，单位为焦耳（J）。标准冲击试验的方法有GB2106金属夏比（V型缺口）冲击试验方法和GB 4159金属低温夏比冲击试验方法。 冲击试样时，试样经历弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。它们所消耗的能量分别为弹性变形功、塑形变形功和裂纹扩张功，如图3-1所示。不同钢材的冲击值相同，但其物理意义却可能不同。图3-2提供了相同冲击值的三种载荷位移曲线：强度高，塑形低，无裂纹扩展功，裂纹极易失稳扩展；强度虽高，但有一定抗裂纹扩展能力；强度低并具有较大的抗裂纹扩展能力。可见，三者虽然冲击值相同，冲击性能却又明显区别。在球罐设计时应注意这一问题，必要时应考虑钢材的冲击载荷-变形曲线（P-曲线）来选择钢材。图 3-1 缺口试样冲击弯曲时的载荷图 3-2 相同冲击值的三种载荷位移曲线示意3.1.5 可焊性 球罐用材料对可焊性的要求比通常的压力容器材料的要求更高，大量的双全面对焊接，并处于高空全位置（平焊、仰焊、横焊、立焊）焊接，绝大部分属于隐蔽工作面，因而在材料的选择上就要严格考虑可焊性。可焊性通过碳当量和裂纹敏感性系数来判定。3.2 经济性 对球罐用钢提出了各种要求，势必在经济上增加了成本。在球形用钢的选择上，经济指标是要重点考虑的，因为钢材的价格在球罐的投资上占了相当的比例。根据国际焊接学会的文件，材料的选用会影响很多工序，如设计计算中容器几何尺寸，焊接工艺，材料的检验要求，焊接工艺评定，焊工考核，焊接准备工作，焊接过程的管理，焊后的检验，焊后热处理要求，液压试验等。 作为一个优秀的设计着，对于材料的选用应做全面的考虑，恰当的选用合适的材料。如果认为选材要求越高越好的话，则造成优材劣用的设计绝不是一个好的设计方案。对于材料不合适的提高，不但增加了材料的成本，也导致整个施工价格的上升，是一种极大的浪费。在设计选材是，必须着眼于确保安全使用，又要经济合理。3.3 选材球罐材料不仅按其储存物料的性质、压力、温度等因素选定具有足够强度的材料，而且还应考虑到所选材料应具有良好的焊接性能和加工性能，同时还应考虑材料的供给的可靠性和经济性等。 低温球罐受压元件用钢必须是镇静钢。球壳用钢板应使用正火或调质钢板。钢材的使用温度下限可不同于钢材标准中规定的最低试验温度。综合考虑安全和经济后确定球壳材料为16MnDR。球壳用钢板化学成分、力学性能及弯曲性能应符合GB 19189-2003(压力容器用调质高强度钢板有关规定。球壳用钢板以调质状态供货，质量证明书中应提供调质处理的规范(淬火加回火的温度)。制造 单 位 对球壳用钢板的化学成分应按炉批号进行复验，并逐张进行拉伸、弯曲试验和夏比(V型缺口)低温冲击试验复验，其结果应符合有关规定。此外，制造单位应对球壳用钢板逐张进行测厚复验和超声波检测复验，超声波检测按JB 4730-94压力容器无损检测的规定，I级合格。4 结构参数的确定公称容积为400m3的球罐外形尺寸及分瓣按GB/T17261-1998球形罐型式与基本参数选桔瓣式，球壳内直径为9200mm，几何容积为408，支柱底板底面至球壳中心的距离为6200mm，球壳分带数为4，支柱根数为6，各带球心角洛带分块数:上、下极600/3、上温带550/12，赤道带650/12。 虽然混合式球壳材料利用率高，焊缝长度相对桔瓣短，特别适合1000m3球罐。但本罐小，相差不大，且桔瓣焊缝布置简单，组装容易，无Y型焊点，球壳板制造容易，故不按混合式设计。焊缝长度的计算：设:上极板设上温带之间的环焊缝对应的圆的半径为：r1= 上下温带之间的环焊缝对应的圆的半径为： r2=3条 环焊缝的长度： =220.250D+20.4988D =1.996D上温带纵焊缝的长度： L上=12D=1.83D下温带纵焊缝的长度： L下=12D=2.17D上下极板焊缝的长度：通过作图可知道极板焊缝对应的圆心角为：54o L极=22D=0.6D故焊缝总长度： L总=L环+L上+L下+L极 =1.996D+1.83D+2.17D+0.6D =6.566D =189678.6mm =189.1m焊缝的最大板块展开长度为：L长max=D=5212.9 mm焊缝的最大板块展开宽度为：L长max=2r2 =20.498D =20.4989200 =2397.7 mm 设置支柱6根，支柱中心圆直径等于壳内径。支柱为299 x 9无缝钢管，材料10号钢。支柱与球壳连接结构采用U形柱结构，可确保支柱与壳体下部焊接容易且可靠。U形柱为钢板弯制，柱及其连接板的材料为16MnR。连接板与下段299 x 9支柱焊接。 5 球壳计算设计参数：介质为乙烯，设计压力2.2Mpa，设计温度-30，腐蚀余量2mm，保温厚度100mm，充装系数0.9。 设计压力：2.2Mpa；设计温度；-30；上海的基本风压0.55Mpa；基本雪压0.20Mpa；月平均最低气温-1.2；地震烈度7；球壳材料16MnDR；拉杆为45圆钢，材料为35号钢；乙烯的分子量M=28.025；临界温度tb=9.9；临界压力5.06Mpa；球壳各带的计算压力:Pci=P+hig10-9Pc1=2.2 MpaPc2=2.2+45023929.8110-9 MpaPc3=2.2+45067839.8110-9 MpaPc4=2.2+45073999.8110-9 Mpa 设计温度下球壳材料16MnDR下的许用应力 t=157Mpa,焊缝系数=1（参照标准GB150 10-8.2.1）；厚度附加量按式（1)确定：C C1 C2=0+1.5=1.5 mm式中： C 厚度附加量，mm; C1 钢 材 厚 度负偏差， C1=0 mm C2 腐 蚀裕量厚度负偏差，C2=1.5 mm 5.1 球壳厚度 =32.34 mm=+1.5=32.34+1.5=32.38 mm=32.50 mm=32.38+1.5=34.00 mm=32.79 mm = 32.79+1.5 = 34.29 mm=32.83 mm = 32.83+1.2 = 34.33 mm最大设计厚度和最小设计厚度相差不到2mm，故可去一个计算厚度34.33，圆整后的名义厚度36 mm。5.2 球罐质量计算球罐平均直径：Do=9218 mm球壳材料密度： kg/m3物料密度： kg/m3水的密度： kg/m3装填系数： k=0.9M1:球壳质量M1=3.149218210-9 + 60 = 75461 kg注：支柱连接处增加质量60kgM2：物料质量kgM2=930034500.910-9=165043 kgM3：液压实验时液体的质量M3=93003100010-9=407513 kgM4:积雪的质量M4= kgM5：保温层的质量 5000kgM6：支柱和拉杆的质量 3000kgM7：附件的质量 4000kgA） ：操作状态下的球罐质量：Mo=M1+M2+M3+M4+M5+M6=75461+165043+231+5000+3000+4000=255131 kgB）：液压试验状态下的球罐质量：Mt=M1+M3+M6+M7=75461+407513+300+400=491374 kgC）：球罐最小质量Mmin=M1+M3+M6=75461+3000+4000=84861 kg5.3 地震载荷计算支柱地板至球壳中心的距离 Ho=6200mm支柱底板面至拉杆中心线与支柱中心线交点处的距离 l=4190 mm支柱数目：n=6支柱材料常温弹性模量： Es=192103（1） 自震周期：球罐的基本自震周期=3.14=0.702 s式中 拉杆影响系数由表查5-1查得为=0.249 I为支柱截面惯性矩 I = = = mm4表5-1（2） 水平地震力Fe=Cz=0.450.1072545359.81=120229.9 N式中 Cz综合影响系数；取Cz=0.45 式中 地震影响系数的最大值 =0.23 按表5-2查取表二 Tg 各类场地的特性周期 取Tg=0.3 按表5-3查取表5-3 场地土的特征周期Tg5.4 风载荷计算水平风力Fw=29742.8 N式中：k1 风载体形系数取k1=0.4 K2 风振系数 K2=1+0.35=1+0.350.212=1.424 Qo=550 N/m2 f1风压高度变化系数 f1=1.20 球罐附件增大系数 f2=1.1弯矩计算Mmax=FmaxL=127665.62010=2.57108 n.Mm式中 Fmax为最大水平力，取（Fe+0.05Fw）与Fw的较大值 （Fe+0.05Fw）=120339.9+0.2529742.8=127665 N Fw=297428 N L力臂 L=Ho-l=6200-4190=2010 mm5.5 支柱计算（1） 单个支柱垂直载荷支柱中心圆半径 R=Ri=4600 mm拉杆与支柱的夹角:=arctan=47.67单个支柱的截面积：A= mm2重力载荷操作状态下的重力载荷：G0= N液压试验状态下对支柱的重力载荷：GT= N最大弯矩对支柱产生的垂直载荷Fi=Fi最大弯矩对i支柱产生的垂直载荷支柱的方位角R=Ri 即支柱的中心圆半径近似等于球壳的内直径当A向受力时支柱方位角：=i当A向受力时支柱方位角：=（i-）各支柱受力：支柱号A向受力A向受力cosFi/NcosFi/N001-18623.19-300.866-16127.681600.5-9311.60300.866-16127.682120-0.59311.6090003180-118623.19150-0.86616127.684240-0.59311.602100.86616127.6853000.5-9311.6027000(2) 拉杆作用在支柱上的垂直载荷，所用相邻两支柱用拉杆连接时，作用在支柱上的垂直载荷：当A向受力时支柱方位角：=（j+）当A向受力时支柱方位角：=j支柱号A向受力A向受力cosPi-j/NcosPi-j/N0300.51913.12-3000190138262.24300.86633135.02150+0.51913.12900.86633135.03210-0.5-1913.12150-0.86604270-1-38262.24210-0.86633135.053300.5-1913.12270-0.86633135.0（3） 支柱的最大处置载荷 操作状态下支柱的最大垂直载荷WoWo=Go+(Fi+Pi-j)max=415837.7+(-9311.60+38262.64)=4.45105 N液压状态下支柱的最大垂直载荷WT=GT+(Fi+Pi-j)max =8.06105 （4） 单个支柱弯矩 偏心弯矩球壳材料的柏松比：u=0.3；球壳材料的弹性模量：E=2.06103 MpaA、 操作状态下支柱的偏心弯矩：Mo1=1.02106 n.Mm式中： = MpaPoe操作状态下物料在赤道线的液柱静压力Poe=p+=2.2+4509.81279910-9 Mpa=-1.5=34.5 mmB、液压试验状态下支柱的偏心弯矩Mt1=(1-0.3)=2.56106 n.Mm式中： te液压试验状态球壳赤道线的薄膜应力 te= MpaPte=10009.81279910-9=0.027 Mpa附加弯矩A、 操作状态下支柱的附加弯矩MozMoz= =6.0310-6 n.MmB、液压试验状态下支柱的附加弯矩Mt2Mt2= =8.2810-6 n.Mm总弯矩A、 操作状态下支柱的总弯矩：MoMo=Mo1+Mo2=1.02106+6.03106=7.0510-6 n.MmB、 液压试验状态下支柱的总弯矩Mt MT=MT1+MT2=2.56106+8.28106=10.8410-6 n.Mm（5） 支柱稳定性校核支柱的惯性半径：ri= mm支柱的长细比 式中：计算长度系数取k3=1 换算长细比支柱材料10钢常温下的屈服强度=205 Mpa支柱材料的许用应力 Mpa 操作状态下的稳定性校核41.46 0.215 = =1.83焊接钢管截面系数， 取=1r截面塑形发展系数 取r=1.15Z单个支柱的截面系数：z=5.8105 mm3欧拉临界力Wex=4.34106 N5.6 地脚螺栓计算FsFc时，球罐必须设置地脚螺栓，地脚螺栓直径：dB=1.13dB=1.13=4.8 mmNd 每个支柱上的地脚螺栓个数 nd=2 地脚螺栓材料的许用应力 =0.4=0.4205=82 MpaCB 地脚螺栓材料Q235A的腐蚀裕量取 CB =3 mm综合考虑取地脚螺栓去d=30 mm5.7 支座地板（1） 支座地板直径Db取两式中的较大值Db1=1.13 mmDb2=(810)d +d0=(810)30+300=540600 mm 故取Db为600 mm（2） 地板的厚度= mm故取42 mm式中： mmLb 地板边缘至支柱外表面的距离 Lb =150 mm5.8 拉杆计算（1） 拉杆螺栓根的径dT=21.1 mm式中： FT 拉杆的最大拉力， FT= N 拉杆材料35钢的许用应力= Mpa CT 拉杆的腐蚀裕量（2） 拉杆连接部位的计算销子直径dp= mm式中： 拉杆材料35钢的许用剪切应力=0.4=0.4295=118 Mpa 实取销子直径： dp=30 mm耳板厚度 mm式中： 耳板材料Q235A的许用应力， Mpa实取耳板厚度：=30 mm翼板厚度 mm 翼板材料Q235A屈服强度205Mpa， 螺纹Q235 5.9 焊缝强度检验（1） 耳板与支柱的焊缝A所受的剪切应力校核。 Mpa Mpa式中： L1 A焊缝单边长度 L1=250 mm S1 B焊缝焊脚尺寸 S1=8 mm 焊缝的许用剪切应力，=0.4=57.4 Mpa 支柱或耳板材料的屈服强度取最小值=205 Mpa（2） 拉杆与翼板（连接板）的焊缝B（见图）所承受的剪切应力校核。A点的剪切应力：支柱与球壳连接焊缝单边的弧长：X2=R2-(R-299/2)2=1353049故X=1163.2 故X1=196.8 mm hx=1360 mmsin= 17.19故Lw=R=46002=1379.4 mm 球壳A点处的有效厚度=34.5 mm操作状态下a点的剪切应力：=4.59 Mpa液压状态下a点的剪切应力：=8.56 MpaA点的纬向应力：操作状态下a点的液柱高度Hoa=2398+1360=3758 mm液压状态下的a点的液柱高度：Hta=4600+1360=5960 mm操作状态下a点的静液柱压力：Poa=hoag10-9=35784509.8110-9=0.0166 Mpa液压试验状态下液体在a点的静液柱压力：Pta=htag10-9=596010009.8110-9=0.058 Mpa操作状态下a点纬向应力=74.44 Mpa液压试验状态下a点纬向应力=94.30 MpaA点的应力校核操作状态下a点的组合应力：=+=4.59+74.44=79.03 Mpa液压状态下a点的组合应力=+=8.56+94.30=102.86 Mpa应力校核 =79.03 Mpa =157 Mpa =102.86 Mpa 0.9=0.9296=265.5 Mpa支柱与球壳连接焊缝的强度校核Go+(Fi)max和GT+0.3（Fi）max比较。选较大值Go+(Fi)max=415837.7+18623.19=434460.89GT+0.3（Fi）max=803723.5+0.318623.19=816538.97 n.mm故取W=GT+0.3（Fi）max=816538.97 n.Mm支柱与球壳连接焊缝焊脚尺寸：s=8 mm支柱与球壳连接焊缝的剪切应力: Mpa支柱或材料屈服点的较小值： Mpa焊缝的许用剪切应力： Mpa应力校核：Mpa =57.4 Mpa 故通过。6 补强计算 由于各种工艺和结构上的要求，不可避免的在容器上开孔并安装接管。开孔以后，除消弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患，因此压力容器设计必须充分考虑开孔补强问题。球罐人孔的补强采用整锻件补强结构，该结构是将接管和部分壳体连同补强部分做成整体锻件，再与壳体接管焊接。优点是补强金属集中于开孔应力最大部位，能最有效地降低应力集中系数；可采用对接焊缝，并使焊缝及其热影响区离开最大应力点，抗疲劳性能好。疲劳寿命只降低10%15%。缺点是锻件供应困难，制造成本较高，所以只在重要压力容器中应用。开孔补强的设计准则 开孔补强设计就是指采取适当增加壳体或接管厚度的方法讲应力集中系数减小到某一允许数值。目前通用的、也是最早的开孔补强设计准则是基于弹性设计失效设计准则的等面积补强法。所谓等面积补强就是认为壳体因开孔被消弱的承载面积，须有补强材料在离孔边一定距离范围内予以等面积补偿。改方法是以双向受拉伸的无限大平板上开有小孔时孔边的应力集中作为理论基础的，即仅考虑壳体中存在的薄膜应力，且以补强壳体的一次应力强度作为设计准则，故对小直径的开孔安全可靠。由于该补强法未计及开孔处的应力集中的影响，也没有计入容器直径变化的影响，补强后对不同接管会得到的不同的应力集中系统，即安全裕量不足，因此有时显得富裕，有时显得不足。等面积补强的优点是有长期的实践经验，简单易行，当开孔较大时，只要对其开孔尺寸和形状等予以一定的配套限制，在一般压力容器使用条件下能够保证安全，因此不少国家的容器设计规范主要采用该方法。而本设计方案也采取等面积设计准则。补强材料一般需与壳体材料相同，若补强材料许用应力小于壳体材料的许用应力，则补强面积按壳体材料与补强材料许用应力之比而增加。若补强材料许用应力大于壳体材料许用应力，则所需补强面积不的减少。 （1）补强及补强方法判别A、补强判断。允许不另行补强的最大接管外经为89mm，本开孔等于530mm，故需另行考虑其补强。B.补强计算方法判别。开孔直径：d=di+2c=500+21.5=503mm 本凸型封头开口直径d=503A, 所以补强满足要求。7 保冷计算绝热材料的性能要求，绝热层材料是一种具有特殊性能的功能材料，因此，对绝热层材料有不同于一般材料的性能要求，概括起来主要有导热系数，密度，抗压强度，含水率，可燃性，化学性能和其它等方面的要求。综合考虑后选材为酚醛。采用浇注结构。分两层。 除平面外，设备或管道的直径小于或等于1020mm是，绝热层厚度应按圆筒面（管道）计算，大于1020mm时，应按平面（即设备）计算。经济厚度计算公式：平面型绝热层： = =0.0921 m式中：Pe 能量价格10元/106kJPT 绝热结构单位造价 220元/m2 绝热材料在平均温度下的导热系数取=0.030 w/(m.) 绝热层最外表面想环境的放热系数， =1.163（6+）=1.163（6+）=16.85 w/(m2.) W 年平均风速t 年运行时间h，常年运行取t=8000hTo 管道或设备的表面温度 取To =-30Ta 环境温度 取Ta=16S 绝热工程投资年摊销率%，宜在设计使用年限内按复利计算。 S= 0.205 i - 年利率，一般取i=0.1。 n - 利息年数，一般取n=7 。圆整后取绝热层厚度100 mm保冷后的散热量计算：q= w/mD0=9200+362=9272 mmD1= D0+1002 =9472 mm保冷后的表面温度Ts=88 安全阀的计算 8.1泄放量的确定介质为易燃液化气体中有完善保温层的液化气体容器。安全阀的安全泄放量计算公式：G= kg/h式中：G 容器的安全泄放量 kg/h t 泄放压力下的饱和温度 -18 常温下隔热材料的导热系数 0.03 w/m.K 保温层厚度 =100 mm =0.1m A 容器的受热面积 A=Do2=92722=1.35108 mm2=135m2 Hv 在泄放压力下液体的蒸发潜热 512.5 kJ/kg8.2操作条件的确定一般规定： 容器装有泄放装置时，一般以容器的设计压力作为容器超压限度的起始压力。可用容器的最大允许工作压力作为容器超压限度的起始压力。采用