50M3液化石油气储罐设计完美版

1、标准文案 课程设计说明书 学生： 学 号： 学 院： 专 业： 题 目： （50） M3 液化石油气储罐设计 指导教师： 职称 : 2014年 大全 标准文案 课程设计任务书 学年 第 学期 学 院： 专 业： 学生 姓 名： 学 号： 课程设计题目： （50）M 3液化石油气储罐设计 起 迄 日 期： 课程设计地点： 校 指 导 教 师： 下达任务书日期 : 2014 年 大全 标准文案 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

2、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 液化石油气储罐 2 用途 液化石油气储配站 3 最高工作压力 1.92 MPa 由介质温度确定 4 工作温度 -2048 5 公称容积( Vg) 50 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 液化石油气(易燃) 9 使用地点 室外 10 安装与地基要求 储罐底壁坡度 0.01 0.02 11 其它要求 管口表

3、 接管代号 公称尺寸 连接尺寸标准 连接面形式 用途或名称 A 32 HG20592-1997 RF 液位计接口 B 80 HG20592-1997 RF 放气管 C 500 HG/T21514-2005 / 人孔 D 80 HG20592-1997 RF 安全阀接口 E 80 HG20592-1997 RF 排污管 F 80 HG20592-1997 RF 液相出口管 G 80 HG20592-1997 RF 液相进口管 H 20 HG20592-1997 RF 压力表接口 I 20 HG20592-1997 RF 温度计接口 大全 标准文案 课程设计任务书 2设计容 1）设备工艺、结构设计

4、； 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、容要详尽，图纸采 用计算机绘制。 大全 标准文案 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

5、容器，中国标准， 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， 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 津洋、董其伍、桑芝富， 过程设备设计，化学工业， 2001 5 黄振仁、新利，过程装备成套技术设计指南 ，化学工业， 2002 6 国家医药管理局医药， 化工工艺设计手册 ，化学工业， 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， 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（ A1 图纸一） 3）总装配图一 （A1 图纸一 ）； 大全 标准文案

6、前言 液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备 , 由于该气体具有易燃易爆的特点 , 因 此在设计这种贮罐时 , 要注意与一般气体贮罐的不同点 , 尤其是安全与防火 , 还要注意在制 造、安装等方面的特点。 目前我国普遍采用常温压力贮罐 , 常温贮罐一般有两种形式 : 球 形贮罐和圆筒形贮罐。球形贮罐和圆筒形贮罐相比 : 前者具有投资少 , 金属耗量少 , 占地面 积少等优点 , 但加工制造及安装复杂 , 焊接工作量大 , 故安装费用较高。一般贮存总量大于 500 M3或单罐容积大于 200 M3时选用球形贮罐比较经济 ; 而圆筒形贮罐具有加工制造安装 简单 , 安装费用少等优点 , 但金属耗

7、量大占地面积大 , 所以在总贮量小于 500 M3, 单罐容积 小于 100 M3时选用卧式贮罐比较经济。圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。在 一般中、小型液化石油气站大多选用卧式圆筒形贮罐 , 只有某些特殊情况下 (站地方受限制 等 ) 才选用立式。本文主要讨论卧式圆筒形液化石油气贮罐的设计。液化石油气呈液态时 的特点。 (1) 容积膨胀系数比汽油、煤油以及水等都大 , 约为水的 16 倍, 因此, 往槽车、贮 罐以及钢瓶充灌时要严格控制灌装量 , 以确保安全 ;(2) 容重约为水的一半。因为液化石油 气是由多种碳氢化合物组成的 , 所以液化石油气的液态比重即为各组成成份的平均比重

8、, 如在常温 20时, 液态丙烷的比重为 0. 50, 液态丁烷的比重为 0. 56 0. 58, 因此, 液化石 油气的液态比重大体可认为在 0. 51 左右 , 即为水的一半。 卧式液化石油气贮罐设计的特 点。卧式液化石油气贮罐也是一个储存压力容器 , 也应按 GB150钢制压力容器进行制 造、试验和验收 ; 并接受劳动部颁发压力容器安全技术监察规程 (简称容规) 的监督。 液化石油气贮罐 , 不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。贮罐主要有筒体、封头、人 孔、支座以及各种接管组成。贮罐上设有液相管、液相回液管、气相管、排污管以及安全 阀、压力表、温度计、液面计等 大全 标准文案 目录 第

9、一章 工艺设计 - 1 - 1.1 液化石油气参数的确定 -1 - 1.2 设计温度 -1 - 1.3 设计压力 -1 - 1.4 设计储量 -2 - 第二章 结构设计 - 3 - 2.1 筒体和封头的设计： -3 - 2.1.1 筒体设计： - 3 - 2.1.2 封头设计： - 3 - 2.1.3 筒体厚度计算： - 4 - 2.1.4 封头厚度计算： - 5 - 第三章 零部件的确定 - 5 - 3.1 开孔和选取法兰分析 -5 - 3.2 安全阀设计 -6 - 3.2.1 安全阀最大泄放量的计算 - 7 - 3.2.2 安全阀喷嘴面积的计算 - 7 - 3.2.3 安全阀的选型 - 9

10、 - 3.2.4.安全阀法兰的确定 - 10 - 3.3 压力表及其连接件的确定 - 10 3.4 液面计及其连接件的确定 - 12 3.5 接管，法兰，垫片和螺栓的选择 - 12 3.5.1 接管和法兰 - 12 - 3.5.2 垫片的选择 - 14 - 3.5.3 螺栓（螺柱）的选择 - 15 - 3.6 人孔的选取 - 16 3.7 开孔补强 - 17 3.8 鞍座选型和结构设计 - 20 3.8.1 鞍座选型 - 20 - 3.8.2 鞍座位置的确定 - 22 - 3.9 焊接接头的设计： - 23- 第四章 强度校核 24 结束语 34 参考文献 35 大全 标准文案 第一章 工艺设

11、计 1.1液化石油气参数的确定 液化石油气的主要组成部分由于石油产地的不同，各地石油气组成成分也不同。取产 自克拉玛依液化石油气如下： 组成成分 异辛烷 乙烷 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 乙炔 各成分百分比 0.01 2.25 47.3 23.48 21.96 3.79 1.19 0.02 表 1-1 液化石油气组成成分 对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如下： 表 1-2 各温度下各组分的饱和蒸气压力 温 度， 饱和蒸汽压力， MPa 异辛 烷 乙烷 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 乙炔 -25 0 1.3 0.2 0.06 0.04 0.025 0.007 0 -20 0

12、1.38 0.27 0.075 0.048 0.03 0.009 0 0 0 2.355 0.466 0.153 0.102 0.034 0.024 0 20 0 3.721 0.833 0.294 0.205 0.076 0.058 0 50 0 7 1.744 0.67 0.5 0.2 0.16 0.0011 1.2设计温度 根据本设计工艺要求，使用地点为室外，用途为液化石油气储配站工作温度为-20 48，介质为易燃易爆的气体。 从表中我们可以明显看出 ,温度从 50降到 -25时,各种成分的饱和蒸气压力下降的很 厉害,可以推断 ,在低温状态下 ,由饱和蒸气压力引起的应力水平不会很高。 由

13、上述条件选择危险温度为设计温度。 为保证正常工作， 对设计温度留一定的富裕量。 所以，取最高设计温度 t=50，最低设计温度 t=25。根据储罐所处环境，最高温度为 危险温度，所以选 t=50为设计温度。 1.3设计压力 该储罐用于液化石油气储配供气站，因此属于常温压力储存。工作压力为相应温度下 大全 标准文案 的饱和蒸气压。因此，不需要设保温层。 根据道尔顿分压定律，我们不难计算出各种温度下液化石油气中各种成分的饱和蒸气 分压，如表： 表1-3各种成分在相应温度下的饱和蒸气分压 温度 饱和蒸气分压 , MPa 异辛烷 乙烷 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戍烷 正戍烷 乙烯 -25 0 0.029

14、0.0946 0.014 0.0088 0.00095 0.000083 0 -20 0 0.031 0.127 0.0176 0.0105 0.00114 0.000109 0 0 0 0.053 0.2204 0.0359 0.0224 0.00129 0.000256 0 20 0 0.084 0.394 0.069 0.045 0.00288 0.00063 0 50 0 0 0.0825 0.1573 0.1098 0.00758 0.0019 0 有上述分压可计算再设计温度 t=50时，总的高和蒸汽压力 n=8 P= yipi =0.01% 0+2.25% 7+47.3% 1.74

15、4+23.48% 0.67+21.96% 0.5+3.79% i=1 0.2+1.19%0.16+0.02%0.0011=1.25901 MPa 因为： P 异丁烷 （0.2）P 液化气 （1.25901）P 丙烷 （1.744） 当液化石油气在 50时的饱和蒸汽压力高于异丁烷在 50时的饱和蒸汽压力时，若 无保冷设施，则取 50时丙烷的饱和蒸汽压力作为最高工作压力。 对于设置有安全泄放装置的储罐，设计压力应为 1.05-1.1 倍的最高工作压力。所以有 Pc=1.11.744=1.92MPa。 1.4设计储量 表 1-4 液化石油气主要成分在 50的密度Kg/m3 温度 丙烷 异丁烷 正丁烷

16、 50 446 520 542 参考化工原理： 1 n wi 0.493 0.2348 0.2196 510 t i 1 i 446 520 542 510 故设计存储量为： 大全 标准文案 W=?Vt=0.950510=22950Kg=22.95t 第二章 结构设计 2.1筒体和封头的设计： 对于承受压，且设计压力 Pc=1.92MPa3 符合要求。 标准文案 则V计 =V筒+2V封= D L/4+2V封=50.16 M3 V计 -V V 50.16 50 100% 0.32% 5% 50 故符合要求。 3 V计 = V计 =45.144 m 当量静液压： L 计 =L+4H/3=9.391

17、 m 静液压： P静 gDi 510 9.8 2.6 10-6 0.013Mpa P设 5%=0.096Mpa P静则 P静 可以忽略。 根据介质的易燃易爆、有毒、有一定的腐蚀性等特性，存放温度为 -2048 ，最高工 作压力等条件。根据 GB150-2011 表 2，选用筒体材料为低合金钢 Q345R（钢板标准为 GB713），适用于介质含有少量硫化物， 具有一定腐蚀性， 壁厚较大（ 8mm）的压力容器。 Q345R钢板在-2048 围的许用应力根据过程设备设计表D-1查取，根据 GB150， 初选厚度为 316mm，最低冲击试验温度为 -20，热轧处理， =189Mpa;面焊接；钢板 负偏

18、差由化工设备机械基础查得： C2 2mm C 1 0.8mm 腐蚀裕量由化工设备机械基础查得： 则壁厚附加量 C=0.8+2=2.8 mm。 2.1.3筒体厚度计算： 13.27 mm PCDi1.92 2600 2 tPC 2 189 1 1.92 此式，根据过程设备设计第三版表 4-3，焊接接头形式采用双面焊对接接头确定： C2 13.27 2 15.27mm 对 Q345R，钢板负偏差 C1 0.8, 可取名义厚度 n 18mm 大全 标准文案 2.1.4封头厚度计算： PCDi t 2 t0.5PC 1.92 2600 13.23 2 189 1 0.5 1.92 dC2 13.23

19、2 15.23mm 对 Q345R,钢板负偏差 C1 0.8,为便于取材可取封头名义厚度 n 18mm 。 水压实验强度校核：规定的实验压力由化工设备机械基础表14-7 可知， 水压实验时的应力： Pt =1.25 Pc =1.251.92=2.4Mpa t Pt Die 2.4 2600 18 2.8 t i e 206.46Mpa 2 e 2 18 2.8 1 Q345R钢制容器在常温水压实验时许可应力，查表知 18mm 钢板 s 345MPa t 0.9 s 0.9 345 310.5MPa 因为 t t ，故筒体厚度满足水压实验时强度要求。 第三章 零部件的确定 3.1开孔和选取法兰分

20、析 液化石油气储罐应设置排污口， ，出液口，进液口，人孔，液位计口，温度计口，压 力表口，安全阀口，排空口。 根据工艺设计，应使进出口、排污口、放空口满足同一工艺条件。 查化工工艺手册表 25-5 液化石油气储罐的具体尺寸，选取开孔流速为 u=20m/s， 流量 Q=45L/s,根据公式 Q du2 d4u ，算出管子径 d=59mm,根据强度校核和管子外径规格， 选用管子的外径为 89，厚度为 18，具体校核在后续章节给出。 法兰的选择： 查钢制管法兰、 垫片、紧固件HG 20592-20635-97 表 6.0.2法兰类型与密封面型式， 按照公称压力由低到高的原则，首先选用板式平焊法兰（

21、PL），得到如下表： 法兰类型 密封面型式 压力等级 PN（ MPa） 板式平焊法兰（ PL） 凸面（ RF） 0.25-2.5 大全 标准文案 全平面（ FF） 0.25-1.6 根据上表和设计压力 Pc=1.92MPa，应该选用公称压力为 2.5MPa 的凸面板式平焊法兰 PL） 图 3-2 板式平焊钢制管法兰 3.2安全阀设计 液化石油气储罐的设计压力在 16 MPa以上，属于三类压力容器，必须设置安全阀 在安全阀的计算和选型时，首先确定防止设备超压所需的最大泄放量，然后根据最大泄放 大全 标准文案 量计算安全阀的喷嘴面积， 计算过程需要很多参数。 本文针对液化石油气的性质， 参考炼 油

22、技术与工程第 34 卷第 7期液化石油气储罐安全阀的工艺计算。 3.2.1安全阀最大泄放量的计算 一般造成设备超压的原因主要有三种：一是操作故障；二是火灾三是动力故障。在计 算安全阀时，最大泄放量应根据工艺过程的具体情况确定，并按可能发生的最危险情况考 虑。根据资料，对于易燃液化气体如液化石油气，在发生火灾时，安全阀的泄放量最大。 在火灾情况下，设备吸热，液相迅速汽化，引起设备的压力升高，这种情况下液相的汽化 量即为安全阀的泄放量。泄放量决定于火灾时单位时间传人设备的热量和液体的气化潜 热。一般情况下，液化石油气储罐不保温，储罐安全泄放量可按式计算： 2.55 105 FAr0.82 WSr

23、q 式中： WS液化石油气储罐的安全泄放量， kgh q液相液化石油气的蒸发潜热， kJ kg 液化石油气的汽化潜热 q=300(kJkg)( 500C) F系数 储罐在地面上，取 F=1 A r储罐的受热面积， m2。 对椭圆形封头的卧式储罐， Ar = D0(l 0.3D0) 。 以上计算 Ar 的公式中： D 0为储罐外径； l 为卧式储罐总长，单位均为 m。 D0 Di 2 n 2.6 2 0.018 2.636m l L 2H 2 n 8.5 2 0.69 2 0.018 9.916m Ar D0 (l 0.3D0 ) 88.67m2 则 Ws=33620kg/h 3.2.2安全阀喷

24、嘴面积的计算 液化石油气储罐安全阀起跳排放出的是气体，其喷嘴面积可按一般气体安全阀喷嘴面 积通用公式计算， 安全阀的排气能力决定于安全阀的喷嘴面积。 即根据安全阀出口压力 (背 压)的大小不同，安全阀的排气能力应按临界条件和亚临界条件两种状况进行计算： 临界条件下 p0( 2 )k /(k 1) pd (k 1) 大全 标准文案 亚临界条件下 p0 （ 2 ）k/（k 1） pdk 1 式中： p0 安全阀的出口侧压力 （绝压），MPa； ps 安全阀的定压， MPa； pd 安全阀的排放压力 （绝压）， MPa；取Pd=Pc=1.92 k 绝热系数，对于液化石油气： k 1.15 ( 2 )

25、k/( k 1) 0.5744 k1 液化石油气储罐安全阀放空气体一般排入火炬系统或直接高空排放， 其出口侧压力 （背 压 ）P0很小，即 P0Pd6000mm，需开两个人孔， 选回转盖带颈平焊法兰人孔 。 由使用地为室外，确定人孔的公称直径 DN=500mm ，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回转盖带颈平焊法兰人孔 ，查表 3-1，由 PN=2.5MPa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。 其明细尺寸见下表： 表 3-5 人孔尺寸表 单位： mm 密封面型式 凹凸面 MFM D 730

26、 b1 43 d0 30 公称压力 PN MPa 2.5 D1 660 b2 48 螺柱数量 20 公称直径 DN 500 H1 280 A 405 螺母数量 40 dw s 530 12 H2 123 B 200 螺柱尺寸 M 33 2 170 d 506 b 44 L 300 总质量 kg 302 大全 标准文案 图 3-6 回转盖带颈平焊法兰人孔 3.7开孔补强： （1）补强及补强方法判别 强判别 根据化工设备设计表 4-15，允许不另行补强的最大接管外径为 89mm 按 HG/T 21518-2005,选用回转盖带颈平焊法兰人孔，开孔外径等于 530mm，需另行考虑其 补强。 补强计算

27、方法判别 设：厚度附加量 c=2mm 开孔直径 d=di+2c=500+22=504mm d Di 2 26002 1300mm 满足等面积法开孔补强计算的使用条件，故可采用等面积法进行开孔补强计算。 （2）开孔所需补强面积 大全 标准文案 筒体计算厚度 PCDi t 2 tPC 1.92 2600 2 189 1 1.92 13.27 接管材料选用 16Mn 钢，查GB/T20581-2011，500mm开孔接管外径 529mm，最小壁厚 10mm， 则接管厚度 nt=14mm，许用应力 t=189MnPa，筒体厚度 n=18mm ，需 用应 力 t=185MPa，故强度削弱系数： fr 1

28、89 185 1.04 1 故取强度削弱系数 fr 1。 根据 GB150-2011中， A=d 2 et（1 fr ） =50413.27=6688 mm2 （3）有效补强围 有效宽度 B 的确定： 按 GB150 中有： B1=2d=2504=1008mm B2=d+2n+2nt=504+218+212=564mm B=max（B1 ， B2）=1008 mm 有效高度的确定 外侧有效高度 h1 的确定 根据 GB150 中式 8-8，得： h1d nt 504 12 77.77mm h1=接管实际外伸高度 =H1=280 mm h1=min（h1 ，h2”） =77.77 mm 侧有效高

29、度 h2 的确定 根据 GB150-2011 中式 8-9，得： h2d nt 504 12 77.77mm h2 =0 h2 min（ h2 ,h2 ） 0 大全 标准文案 4）有效补强面积 Ae 根据GB150中式8-10 式8-13， 分别计算如下： Ae =A1+A2+A3 筒体多余面积 A1 A1B d 2 et e fr 2 1008 504 15.2 13.27 972.72mm2 管的多余面积 A2 接管计算厚度： PCDi t 1.92 500 A2 2h1 et tr 焊缝金属截面积 有效补强面积 0.5PC 2h2 et A3 2.55mm 2 189 1 0.5 1.9

30、2 2 C2 fr 2 77.77 10 2.55 1158.77mm2 焊角取 6.0mm 1 62 2 36mm2 2 d 4520.59 840 540 15.1mm 2 Ae A1 A2 A3 972.72 1158.77 36 2167.49mm 因为 Ae A 6688.08mm2 ，所以开孔需另行补强。 A4 A Ae 6688.08 2167.49 4520.59mm2 补强圈设计：根据 JB/T 4736-2002 取补强圈外径 D=840mm 。因为 B D，所以在有 效补强围。补强圈径 d=530+10=540mm 补强圈厚度： 根据 GB-150，JB/T4736-20

31、02，补强圈焊接形式 D 型 D1=d0+（612） 大全 标准文案 表 6 补强圈补强及附件的选择 接管公称直径 DN/mm 外径 D2 径 D1 厚度 e（ 1.5 n ） 重量（Kg） 500 840 540 16 41.5 5）人孔补强圈设计： 图 3-7 补强圈 3.8鞍座选型和结构设计 3.8.1鞍座选型 该卧式容器采用双鞍座式支座，根据工作温度为 -2048，按 JB/T 4731-2005 表 5-1 选择鞍座材料为 Q345，使用温度为 -20250，许用应力为 sa= 170MPa。 估算鞍座的负荷：计算储罐总重量 m=m1+2m2+m3+m4 。 其中：m1 为筒体质量：

32、对于 Q345R普通碳素钢，取 =7.85103kg/m3 m1=DL =2.68.51810-37.85103=9810.35kg m2为单个封头的质量： 查标准 JB/T 4746-2002 钢制压力容器用封头 中标 B.2 EHA 椭圆形封头质量，可知 m2=1064.2kg 。 m3为充液质量： 液化石油气 水 大全 标准文案 故 m3(max)=水V=1000V=1000(/42.628.5+22.5131)=50155.12 kg 。 m4为附件质量：选取人孔后，查得人孔质量为 302 kg，其他接管质量总和估为 400 kg。 综 上 述 ： 总 质 量 m=m1+2m2+m3+

33、m4=9810.35+2 1064.2+50155.12+302 2+400=63097.87kg 63098kg。 每个鞍座承受的重量为 G/2=mg / 2=(63098 9.8)/2=309.18 kN 由此查 JB 4712.1-2007 容器支座。选取轻型，焊制 A，包角为120，有垫板的鞍座 .， 筋板数为 6。查 JB 4712.1-2007表 3 得鞍座尺寸如表 5，示意图如下图： 表 3-7 鞍座支座结构尺寸 公称直 径 DN 2600 腹板 2 10 垫板 b4 610 允许载 荷 Q/kN 440 筋板 l3 295 4 10 鞍座高 度 h 250 b2 268 e 1

34、20 底板 l1 1880 b3 360 螺栓间 距 l2 1640 b1 300 3 8 螺孔/孔 长 D/l 24/40 1 14 弧长 3030 重量 kg 298 大全 标准文案 图 3-11 鞍座 3.8.2 鞍座位置的确定 因为当外伸长度 A=0.207L 时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩 绝对值相等， 从而使上述两截面上保持等强度， 考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷， 面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通 常取尺寸 A 不超过 0.2L 值，为此中国现行标准 JB 4731 钢制卧式容器 规定 A0.2L=0.2 (

35、 L+2h)，A 最大不超过 0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。 由标准椭圆封头Di2 ，有 h=H-Di / 4=690-2600 / 4=40mm 2(H h) 故 A 0.2(L+2h)=0.2(8500+240)=1716mm 由于接管比较多，所以固定支座位于储罐接管较多的左端。 此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度，故封头对于圆筒的抗弯刚度具有局 部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。 因此，JB 4731 还规定当满足 A0.2L 时，最好使 A0.5R m(Rm=Ri+n/2)，即 Rm=1200+18/2

36、=1309mm A 0.5Rm =0.5 1309=654.5mm ,取 A=650mm 综上述： A=650 mm (A为鞍座底板中心线至封头焊缝间距离， L 为筒体和两封头直 边段的总长) 大全 标准文案 3.9焊接接头的设计： 1. 筒体和封头的焊接： =620 =6070 b=02 p=2 3 采用 Y 型对接接头和手工电弧焊，综合考虑材料选用 Q345R. 查 NBT47015-2011(GB/T4705)选用焊条类型： E5015，埋伏焊， H08MnA 焊丝。 图 3-12 Y 型坡口 为保证焊接质量，易于检查。筒体上的所有焊缝及环向接头、封头上的拼接接头，都 采用对接焊。对于人

37、孔和筒体的焊接部位，因为两板厚度差大于3m，必须进行削薄加工， 以使两侧面厚度基本相等。 采用 X 型对接接头和手工电弧焊。 2. 人孔补强圈形式 对于人孔、补强圈与壳体的接头选用 B 类接头形式，如图： 3. 焊接方法与材料 对于一般的压力容器焊接，方法均为手工电弧焊。焊接材料为焊条。筒体和接管间的焊 接属于低碳钢和低合金钢之间的焊接。应选用强度较低的钢材等强度的焊条焊接。 焊条类型： E5015。 大全 标准文案 第四章 强度校核 钢制卧式容器 计算单位 计算条 件 设计压力 p 1.92 MPa 设计温度 t 50 筒体材料名称 Q345R（热轧） 封头材料名称 Q345R（热轧） 封头

38、型式 椭圆形 筒体直径 Di 2600 mm 筒体长度 L 8500 mm 简 图 筒体名义厚度 n 18 mm 支座垫板名义厚度 rn 10 mm 筒体厚度附加量 C 2 mm 腐蚀裕量C1 2 mm 筒体焊接接头系数 1 封头名义厚度 hn 18 mm 封头厚度附加量Ch 2 mm 鞍座材料名称 Q345R 鞍座宽度 b 300 mm 鞍座包角 120 支座形心至封头切线距离 A 650 mm 鞍座高度 H 250 mm 地震烈度 低于 7 度 大全 标准文案 压圆筒校核 计算单位 计算所依据的标准 GB 150.3-2011 计算条件 筒体简图 计算压力 Pc 1.93 MPa 设计温度

39、 t 50.00 C 径 Di 2600.00 mm 材料 Q345R ( 板材 ) 试验温度许用应力 185.00 MPa 设计温度许用应力 t 185.00 MPa 试验温度下屈服点 s 325.00 MPa 钢板负偏差 C1 0.30 mm 腐蚀裕量 C2 2.00 mm 焊接接头系数 1.00 厚度及重量计算 计算厚度 PcDi = 2 Pc = 13.65 mm 有效厚度 e = n - C1- C2= 15.70 mm 名义厚度 n = 18.00 mm 重量 9877.96 Kg 压力试验时应力校核 压力试验类型 液压试验 试验压力值 PT = 1.25P t = 2.4000

40、(或由用户输入 ) MPa 压力试验允许通过 的应力水平 T T 0.90 s = 292.50 MPa 试验压力下 圆筒的应力 pT .(Die) T = 2 e. = 199.93 MPa 校核条件 TT 校核结果 合格 压力及应力计算 最大允许工作压力 2 e t (D ) Pw= (Di e) = 2.22082 MPa 设计温度下计算应力 Pc (Di e) t = 2 e = 161.02 MPa t 185.00 MPa 校核条件 t t 结论 合格 大全 标准文案 压椭圆封头校核 计算单位 计算所依据的标准 GB 150.3-2011 计算条件 椭圆封头简图 计算压力 Pc 1

41、.93 MPa 设计温度 t 50.00 C 径 Di 2600.00 mm 曲面深度 hi 650.00 mm 材料 Q345R （板材 ） 设计温度许用应力 t 185.00 MPa 试验温度许用应力 185.00 MPa 钢板负偏差 C1 0.30 mm 腐蚀裕量 C2 2.00 mm 焊接接头系数 1.00 压力试验时应力校核 压力试验类型 液压试验 试验压力值 PT = 1.25Pc t = 2.4000 （或由用户输入 ） MPa 压力试验允许通过的应力 t T 0.90 s = 292.50 MPa 试验压力下封头的应力 pT .（KDi 0.5 e） T = 2 e.= 199

42、.33 MPa 校核条件 TT 校核结果 合格 厚度及重量计算 形状系数 2 1 2Di 6 2h i K = i = 1.0000 计算厚度 KPcDi h = 2 t 0.5Pc = 13.62 mm 有效厚度 eh = nh - C1- C2= 15.70 mm 最小厚度 min = 3.90 mm 名义厚度 nh = 18.00 mm 结论 满足最小厚度要求 重量 1064.13 Kg 压力计算 最大允许工作压力 2 t e Pw= KDi 0.5 e = 2.22751 MPa 结论 合格 大全 标准文案 右封头计算 计算单位 计算所依据的标准 GB 150.3-2011 计算条件

43、椭圆封头简图 计算压力 Pc 1.93 MPa 设计温度 t 50.00 C 径 Di 2600.00 mm 曲面深度 hi 650.00 mm 材料 Q345R （板材 ） 设计温度许用应力 t 185.00 MPa 试验温度许用应力 185.00 MPa 钢板负偏差 C1 0.30 mm 腐蚀裕量 C2 2.00 mm 焊接接头系数 1.00 压力试验时应力校核 压力试验类型 液压试验 试验压力值 PT = 1.25Pc t = 2.4000 （或由用户输入 ） MPa 压力试验允许通过的应力 t T 0.90 s = 292.50 MPa 试验压力下封头的应力 pT .（KDi 0.5

44、e） T = 2 e.= 199.33 MPa 校核条件 TT 校核结果 合格 厚度及重量计算 形状系数 2 K = 1Di= 1.0000 2 62h i 计算厚度 KPcDi h = 2 0.5Pc = 13.62 mm 有效厚度 eh = nh - C1- C2= 15.70 mm 最小厚度 min = 3.90 mm 名义厚度 nh = 18.00 mm 结论 满足最小厚度要求 重量 1064.13 Kg 压力计算 最大允许工作压力 2 te Pw= KDi 0.5 e = 2.22751 MPa 结论 合格 大全 标准文案 人孔补强计算 计算单位 接 管 : C, 53014 计算方

45、法 : GB150.3-2011 等面积补强法，单孔 设计条件 简图 计算压力 pc 1.933 MPa 设计温度 50 壳体型式 圆形筒体 壳体材料Q345R 名称及类型 板材 壳体开孔处焊接接头系数 1 壳体直径 Di 2600 mm 壳体开孔处名义厚度 n 18 mm 壳体厚度负偏差 C1 0.3 mm 壳体腐蚀裕量 C2 2 mm 壳体材料许用应力 t 185 MPa 接管轴线与筒体表面法线的夹角 () 0 凸形封头上接管轴线与封头轴线 的夹角 ( ) 接管实际外伸长度 280 mm 接管连接型式 插入式接管 接管实际伸长度 0 mm 接管材料 名称及类型 16Mn 管材 接管焊接接头

46、系数 1 接管腐蚀裕量 2 mm 补强圈材料名称 Q345R 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm 补强圈外径 840 mm 补强圈厚度 16 mm 接管厚度负偏差 C1t 1.4 mm 补强圈厚度负偏差 C1r 0.3 mm 接管材料许用应力 t 181 MPa 补强圈许用应力 t 189 MPa 开孔补强计算 非圆形开孔长直径 508.8 mm 开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 13.655 mm 接管计算厚度 t 2.695 mm 补强圈强度削弱系数frr 1 接管材料强度削弱系数 fr 0.9784 开孔补强计算直径 d 508.8 mm 补强区有效宽度 B 1017.6 mm

47、 接管有效外伸长度 h1 84.399 mm 接管有效伸长度 h2 0 mm 开孔削弱所需的补强面积 A 6954 2 mm2 壳体多余金属面积 A1 1040 2 mm2 接管多余金属面积 A2 1306 mm2 补强区的焊缝面积 A3 63 mm2 A1+A2+A3= 2408 mm2 ，小于 A ，需另加补强。 补强圈面积 A4 4867 mm2 A-(A1+A2+A3) 4545 mm2 结论 : 合格 大全 标准文案 支座反力计算 圆筒质量 （两切线 间） m1Di n Lc n s 9209.49 kg 封头质量 （ 曲面部 分） m2 895.538 kg 附件质量 m3 100

48、 kg 封头容积 （曲面部 分） Vh 1.80956e+09 3 mm 容器容积 （两切线 间） V = 4.24341e+10 3 mm 容器充液质量 工作时 ,m4 V o o 38190.7 压力试验时 , m4 V T = 42434.1 kg 耐热层质量 m5 0 kg 总质量 工作时 , m m1 2 m2 m3 m4 m5 49291.3 压力试验时 , m m1 2 m2 m3 m4 m5 53534.7 kg 单位长度载荷 mg m g q mg451.5614 q 4 56.0003 L 3hiL 3hi N/mm 支座反力 11 F 1mg 241823 F 1 mg

49、262641 22 F max F ,F 262641 N 筒体弯矩计算 圆筒中间处截 面上的弯矩 工作时 2 2 2 M1 FL 1 2 Ra2 hi2/L2 4A = 3.33905e+08 M 1 4 1 4hiL 1 3L 压力试验 MT1 F L 1 2Ra hi /L 4A = 3.6265e+08 M T1 4 1 4hiL 3L Nm m 支座处横 截面弯矩 操作工况： A Ra2 hi2 1 M2 FA 1 L 4h2AL-9.55845e+06 2 1 4hi 3L 压力试验工况： 1 A Ra2 hi2 1 MT2 F A1 L 4h2AL-1.03813e+07 1i

50、3L Nm m 大全 标准文案 系数计算 K1=0.106611 K2=0.192348 K3=1.17069 K4= K5=0.760258 K6=0.0155408 K6=0.0127744 K7= K8= K9=0.203522 C4= C5= 筒体轴向应力计算 轴向 应力 计算 操作状态 pC RaM 1 22C a 2 177.087 2 eRa e 3pCRaM 2273.7603 2 eK1 Ra e MPa pCRaM1 1 2 -4.54696 12 e Ra2 e 4pCRaM 22 -0.676702 4 2 e K 2 Ra2 e MPa 水压试验状 态 MT1 T1R

51、2-4.93589 Ra e M T 2 T4 K RT 22-0.734959 MPa pTRaM T1 T 2 2R2 95.6134 ea e pT RaM T 2 T 32 K R292.0003 2 e K1 Ra e MPa 应力 校核 许用压缩应 力 0.094 e A e 0.00125333 Ra 根据圆筒材料查 GB150 图 6-36-10 B = 140.325 MPa tac min t ,B 140.325 ac min(0.9ReL,B) 140.325 MPa 2， 3 163 合格 | 1|,| 4| tac 140.325 合格 | T1|,| T4| ac

52、 140.325 合格 T2 , T3 0.9 s = 292.5 合格 MPa 筒体 和封 头的 切应 力 A Rm 时 ( A L 24 时,不适用) K3F L 2A 12.3703 Ra e L 4hi /3 MPa A Rm 时 2 圆筒中：K 3F Ra e 封头中：K 4F h Ra he MPa 大全 标准文案 应力校核 封头 椭圆形封头 ,KP cDi h 2 he 碟形封头 ,MPcRh h 2 he 半球形封头 , Pc D i h 4 he MPa 圆筒 封头 = 0.8 t = 130.4 1.25 t h MPa 圆筒, = 130.4 MPa 合格 封头, h h

53、 = MPa 鞍座处圆筒周向应力 无 加 强 圈 圆 筒 圆筒的有效宽度 b2 b 1.56 Ra n 470.13 mm 无垫 板或 垫板 不起 加强 作用 时 在横截面 最低点处 kK5F 5eb2 MPa 在鞍座 边角处 L/Rm8时, F3K 6F 62 6 4 eb22 e2 MPa L/Rm8时, F 12 K 6 FR a 62 6 4 eb 2 L e2 MPa 无加强圈筒体 垫板 起加 强作 用时 鞍座垫板宽度 W b 1.56 Ra n ； 鞍座垫板包角 12 横截面最 低点处的 周向应力 5kK 5F-1.63355 e re b2 MPa 鞍座边角 处 的周向应 力 L

54、/Rm8时, F3K6F 6 22 4 e re b2 2 ere MPa L/Rm8时, 6 F12K26FR m2-24.7585 4 e re b2 L e re MPa 鞍座垫板 边 缘处圆筒 中 的周向应 力 L/Rm8时, F3K 6 F 62 6 4 eb22 e2 MPa L/Rm8时, 6 F12K 6F2Rm -30.8898 6 4 eb2L e2 MPa 应力校核 | 5| t = 163合格 | 6 | 1.25 t = 203.75合格 | 6 | 1.25 t = 203.75合格 MPa 大全 标准文案 有 加 强 圈 圆 筒 加强圈参数 加强圈材料 , e =

55、 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 = 4 mm 设计温度下许用应力tR MPa 加强圈位于 鞍座平面上 在鞍座边角处圆筒的周向应力： C4K7FRme K 8F 7 I 0A0 MPa 在 鞍座 边角处 ，加 强圈 缘或外 缘表面 的周 向应 力 ： C5K 7RmdF K 8F I 0A0 MPa 有 加 强 圈 圆 筒 加强圈靠近鞍座 横截面最低点的周向应力 无垫板时，（ 或垫板不起加强作用 ） kK5F 5eb2 采用垫板时，（垫板起加强作用） kK5F e re b2 MPa 在横截上靠近水平中心线的周向应力： C 4K 7FR m e K 8 F 7 I 0A0 MPa 在横截上靠近水平中心线处，不与筒壁相接的加强圈缘 或外缘表面的周向应力： C5K 7RmdF K 8F 8I 0A0 MPa 加 强 圈 靠 近 鞍 座 鞍座边角处 点处的周向 应力 无垫板或垫板不起 加强作用 L/Rm8 时, 6 F 3K62F 6 4 eb2 2 e2 MPa 无垫板或垫板不起 加强作用 L/Rm8时, 6 F 12 K6F2Rm 64 eb2L e2 MPa 采用垫板时，（垫板起加强作用） L/Rm8 时,F 3K6F 6 4 b 2 2 2 e re 2