40立方米液化石油气储罐设计解析

河北工程大学《过程设备设计》课程设计说明书设计题目：40立方米液化石油气储罐设计学院(系)：装备制造学院专业：过程装备与控制工程班级：过控1101班作者：李鑫学号：110640108指导教师：段滋华、张喜亮、刘涛日期：2014年7月1日

设计任务书课程设计题目：40m3液化石油气储罐设计课程设计要求及原始数据（资料）：课程设计要求：使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。广泛查询和综合分析各种文献资料，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。设计计算采用电算，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。工程图纸要求计算机绘图毕业设计全部工作由学生本人独立完成。原始数据：序号项目数值单位备注1名称液化石油气储罐2用途液化石油气储备站3最高工作压力MPa由介质温度确定4工作温度-20～48℃5公称容积（Vg）106工作压力波动情况可不考虑7装量系数(φV)0.908工作介质液化石油气(丙烷)9使用地点邯郸市，室外设计条件表

管口表符号公称规格连接法兰标准密封面用途或名称液位计口放气管人孔安全阀口排污口液相进口液相出口气相口压力表口三、课程设计主要内容：设备工业设计设备结构设计设备强度计算计算条件编制绘制设备总装配图编制设计说明书四、学生应交出的设计文件（论文）：设计说明书一份总装配图一张（折合A1图纸一张）主要参考资料：[1]国家质量计算监督局，GB150-1998《钢制压力容器》，中国标准出版社，1998[2]国家质量监督检验检疫总局，TSGR0004-2009《固定式压力容器安全计算监察规程》，2009[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]郑津洋、董其伍、桑芝富，《过程设备设计》，化学工业出版社，2010[5]黄振仁、魏新利，《过程装备成套技术设计设计指南》，化学工业出版社，2003[6]国家医药管理局上海医药设计院，《化工工艺设计手册》，化学工业出版社，1996

目录第一章设备的工艺设计 1第一节容器设计储存量得确定 1第二节设备的初步选型及轮廓尺寸的确定 11.2.1设备的初步选型 11.2.2设备轮廓尺寸的确定 1第二章设备的机械设计 3第一节设计条件的确定 32.1.1设计压力的确定 32.1.2设计温度的确定 42.1.3设计条件表 4第二节设备的结构设计 52.2.1筒体和封头的结构设计 52.2.2筒体壁厚的计算 52.2.3封头壁厚的计算 62.2.4压力试验校核 6第三章设备附件及零部件的确定 7第一节开孔分析与法兰选取 73.1.1开孔分析 73.1.2法兰的选取 7第二节安全阀设计 83.2.1安全阀最大泄放量的计算 83.2.2安全阀喷嘴面积的计算 83.2.3安全阀的选型 103.2.4.安全阀法兰的确定 11第三节压力表及其连接件的确定 11第四节液位计及其连接件的确定 11第五节接管，法兰，垫片和螺栓的选择 123.5.1接管和法兰列表 123.5.2垫片的选择及尺寸列表 143.5.3螺栓（螺柱）的选择及尺寸列表 14第六节人孔的选取 15第七节开孔补强 163.7.1补强及补强方法判别 163.7.2开孔所需补强面积 173.7.3有效补强范围 173.7.4有效补强面积的计算 183.7.5补强圈设计及尺寸确定 18第八节鞍座选型和结构设计 193.8.1鞍座选型 193.8.2鞍座位置的确定 20第九节焊接接头的设计 213.9.1筒体和封头的焊接 213.9.2人孔补强圈焊接形式 223.9.3焊接方法与材料 22第四章强度校核 23第一节设备详细尺寸 23第二节筒体校核 24第三节封头应力校核 25第四节封头应力校核 ..26第五节鞍座应力校核 27第六节无补强圈处应力校核 34第五章结束语 35第六章参考文献36

第一章设备的工艺设计容器设计储存量得确定根据公式：式中，W—储存量，t；—装量系数；—压力容器公称容积，m3；—设计温度下饱和液体密度，t/m3；其中=0.9；=40m3根据任务书取得，工作介质为液化石油气，取丙烷，工作温度为-20的密度；=0.57t/m3（见表一）故W=0.9×40×0.57=20.52t根据物料的物理及化学性质,按最危险工况设计，取丙烯为液化石油气的主要成分。表1-1丙烯饱和蒸汽压及饱和液密度温度-20204050饱和蒸汽压Bar2.969.6515.8619.99饱和液密度kg/升0.570.5150.4750.45第二节设备的初步选型及轮廓尺寸的确定1.2.1设备的初步选型对于承受内压的压力容器，根据化工工艺设计手册（下）常用设备系列，采用卧式椭圆形封头容器。即主体结构采用卧室储罐，筒体采用圆柱形筒体，封头采用标准椭圆封头。1.2.2设备轮廓尺寸的确定筒体尺寸确定根据公式式中，—压力容器容积，m3；—容器公称直径，mm；—筒体长度，mm；—封头体积，mm。查GB150,为了有效的提高筒体的刚性，一般取=3~6，为方便设计，此处取L/D=4。所以，得D=2335mm圆整得D=2400mm封头尺寸确定查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1EHA椭圆形封头内表面积、容积得：表1-2EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/容积/24006406.54531.9905图1-1椭圆形封头由2V+L/4=40m³得L=7966mm圆整得L=8000mm则L/D=8000/2400=3.33符合要求则V=2V+L/4=40.15m(V-V)/V=(40.15-40)/40=0.0375<5%符合要求故工作体积

第二章设备的机械设计第一节设计条件的确定2.1.1设计压力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。现以新疆克拉玛依油田所产液化石油气为标准，得其组分为：表2-1液化石油气组成成分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百分比0.012.2549.323.4821.963.791.190.02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：对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如下：表2-2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-25060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050071.7440.660.0011有上述分压可计算再设计温度t=50℃时，总的高和蒸汽压力P==0.01%×0+2.25%×7+47.3%×1.744+23.48%×0.67+21.96%×0.5+3.79%×0.2+1.19%×0.16+0.02%×0.0011=1.25901MPa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=1.1×1.744=1.92MPa。2.1.2设计温度的确定根据GB150第4.3.4条，容器在正常工作情况下，设定元件金属温度（沿元件金属截面的平均温度值）。涉及温度不得低于元件金属在工作状态可能达到的最高温度。由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。2.1.3设计条件表表2-3设计条件表项目内容备注工作介质丙烯液化石油气工作压力MPa1.744设计压力MPa1.92工作温度-20~48设计温度50公称容积（Vg）m340计算容积（V计）m340.15工作容积（V工）m336.14装量系数（φv）0.9介质密度（ρt）t/m30.57材质Q345R保温要求无其它要求无

材质：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-20~48℃，最高工作压力等条件。根据GB150-1998表4-1，选用筒体材料为低合金钢Q345R（钢材标准为GB6654）选用Q345R为筒体材料，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。保温要求：容器内物料温度随季节温度变化，工作压力为相应温度下的饱和蒸汽压，此储罐为常温压力储存，此类储存不设保温层。第二节设备的结构设计2.2.1筒体和封头的结构设计筒体的内径在工艺计算中已经求出为2400mm，长度为8000mm。JB/T47462002标准规定了以内径为公称直径的标准椭圆形封头的直边高度只与公称直径有关：当DN≤2000mm时，直边高度为25mm；当DN≥2000mm时，直边高度为40mm。封头参数：取公称直径DN=2400mm，总深度H=640mm，内表面积A=6.5453m2，容积V封=1.9905m3,直边高度h=40mm。封头图样参考图1-1椭圆形封头。2.2.2筒体壁厚的计算壁厚附加量的计算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-20~48℃，最高工作压力等条件。根据GB150表4-1，选用筒体材料为低合金钢Q345R（钢材标准为GB6654）选用Q345R为筒体材料，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-20℃∽48℃范围内的许用应力有《化工设备机械基础》表14-3查取，根据GB150，初选厚度为3-16mm，最低冲击试验温度为-20℃，热轧处理，[σ]=189Mpa;面焊接；钢板负偏差由《化工设备机械基础》表14-5查：，腐蚀裕量由《化工设备机械基础》表14-6查得：。则壁厚附加量C=0.3+2=2.3mm。筒体壁厚计算根据GB150，对接焊缝全熔透，采用100%无损检测，故取焊缝系数取1.0。得mm则，设计厚度对Q345R，钢板负偏差,可取名义厚度。2.2.3封头壁厚的计算则，设计厚度对Q345R，钢板负偏差,为便于取材可取封头名义厚度2.2.4压力试验校核水压实验强度校核：规定的实验压力由《化工设备机械基础》表14-7可知，=1.25P=1.25×1.92=2.4Mpa水压实验时的应力：Q345R钢制容器在常温水压实验时许可应力，查表知16mm钢板则，因为，故筒体厚度满足水压实验时强度要求。

第三章设备附件及零部件的确定开孔分析与法兰选取3.1.1开孔分析液化石油气储罐应设置排气口，人孔，测温口，测压口，进料口，出料口，安全阀口，气相口，液位计口，排污口。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，液化石油气属于易燃易爆液体，选取开孔流速为u=0.8m/s，压缩空气流量。假设液化石油气流量,空气流量得，液化石油气进出口接管内径，取。空气进出口接管内径，取。3.1.2法兰的选取查《钢制管法兰、垫片、紧固件》HG20592-20635-97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（PL），得到如下表：表3-1凸面板式平焊法兰密封数据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全平面（FF）0.25-1.6又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3-1凸面板式平焊法兰

第二节安全阀设计液化石油气储罐的设计压力在1．6MPa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：式中：WS——液化石油气储罐的安全泄放量，kg／h；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(kJ／kg)(500C)F——系数储罐在地面上，取F=1Ar——储罐的受热面积，m2。对椭圆形封头的卧式储罐，Ar=。以上计算Ar的公式中：D。为储罐外径；l为卧式储罐总长，单位均为m。则=31124kg/h3.2.2安全阀喷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：临界条件下亚临界条件下式中：——安全阀的出口侧压力(绝压)，MPa；——安全阀的定压，MPa；——安全阀的排放压力(绝压)，MPa；取Pd=Pc=1.92——绝热系数，对于液化石油气，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P0／Pd<0.5744，因此安全阀的排气能力应该按临界条件计算，查《钢制压力容器》得对应的公式为：式中：Ws——安全阀的排放能力，kg/h;K——安全阀的排放系数，与安全阀的结构型式有关，应根据试验数据确定，无参考数据时，可按下述规定选取：对全启式安全阀，K=0．6～0．7；对带调节圈的微启式安全阀，K=0．4～0．5；对不带调节圈的微启式安全阀，K=0．25～0．35；液化石油气储罐设置的安全阀，需要有较大的排气能力，应选用全启式安全阀，取K=0．65；A——安全阀的喷嘴面积，单位mm2；C——气体的特性系数，仅与气体的绝热系数k有关，可按下式算：对于液化石油气，绝热指数k1.15，计算得C=332；Z——安全阀进口处气体的压缩系数，液化石油气的压缩系数Z0.7；T——安全阀进口处介质的热力学温度，K；安全阀排放温度T=323～343K。取T=330KM——气体的摩尔质量，kg／kmol。摩尔质量M50kg／kmol所以得：得出安全阀喷嘴面积为最后得出安全阀的内径mm3.2.3安全阀的选型公称通径：80主要外形尺寸（mm）LDb1701501952210021518015512120318505888重量：65kg配法兰标准号：进口-HG5016-58凸面；出口-按阀配查《化工管路手册》上册444页，（九）安全阀，1各种安全阀的产品名称、型号、技术数据，根据介质为石油气，发现无公称压力为2.5MPa的安全阀，所以选用公称压力为4.0MPa的安全阀,型号为A40Y-40A40Y-40I，其尺寸参数如下表：表3-2安全阀数据

3.2.4.安全阀法兰的确定查HG5016-58知安全阀进口法兰的型号为凹凸面对焊法兰，其尺寸参数如下：表3-3安全阀法兰数据公称直径：80管子外径：89法兰重量双头螺栓橡胶石棉垫Dbh凸面凹面数量直径/长度外径内径厚度19516013812012124585.024.648M16×85120901.5第三节压力表及其连接件的确定取其在筒体上的开孔序号为C，根据《压力表选型手册》和经济耐用型原则，首先选用通用型压力表，又由于工作地点在室外，容易腐蚀，所以选择全不锈钢压力表。故最后确定选用Y-B系列的全不锈钢压力表。其外形尺寸系列如下，根据尺寸表和压力值，应选择Y-100B，连接压力表的法兰外形图如下：图3-2压力表法兰表3-3压力表安全阀数据代号量程（Mpa）法兰标准代号凸面法兰尺寸DKdfLCBMF42.5-4.0DIN11585653M122625根据法兰的内径，和强度要求，选择接管φ32×8，其强度校核将在后面给出。第四节液位计及其连接件的确定根据容器的工作温度-20~48℃，设计压力Pc=1.92MPa，介质密度,查《化工容器及设备设计简明手册》，玻璃管液面计适用工作工作压力小于1.6MPa，并不满足工作的需求，所以选用价格稍高的磁性液面计，根据测量范围300-10000mm，工作压力：（高压型）<4.0MPa，介质温度：（标准型）-20℃-150℃，介质密度，选择了L5770T顶装式的磁性液面计。根据法兰标准和液面计的型号标准综合考虑，选用公称直径为φ32的液面计，其接管法兰也用公称直径为φ32的凹凸面法兰，其尺寸与压力表连接法兰一致。第五节接管，法兰，垫片和螺栓的选择3.5.1接管和法兰列表接管数据如表3-4（除人孔）：表3-4接管详细数据序号名称公称直径管子外径数量管口伸出量管子壁厚A排气口管808911504C测温口接管323811003D测压口接管323811003E进料口管808911504F安全阀接管808911504G气相口管808911504H1-2液位计接管323821003J1-2排污口接管808921504K出料口808911504法兰数据如表3-5（除人孔）：

本页法兰数据

3.5.2垫片的选择及尺寸列表根据介质为液化石油气、公称压力为2.5MPa、工作温度为500oC以及密封面为凸面得出垫片的形式可以选用缠绕垫、柔性石墨复合垫，其材料可以选用0Cr13、钢带-石棉板、石墨-0Cr13等骨架。图3-3凹凸面型垫片表3-6垫片尺寸符号管口名称公称直径DN(mm)内径D1(mm)外径D2(mm)厚度δ(mm)A排气口管801201423C测温口接管3261.5823D测压口接管3261.5823E进料口管801201423F安全阀接管801201423G气相口管801201423H1-2液位计接管3261.5823J1-2排污口接管8061.5823K出料口接管8061.58233.5.3螺栓（螺柱）的选择及尺寸列表根据密封所需压紧力大小计算螺栓载荷，选择合适的螺柱材料。计算螺栓直径与个数，按螺纹和螺栓标准确定螺栓尺寸。选择螺栓材料为Q345。查《钢制管法兰、垫片、紧固件》中表5.0.07-9和附录中标A.0.1，得螺柱的长度和平垫圈尺寸：

表3-7螺栓及垫圈尺寸名称管口名称公称直径螺纹螺柱长紧固件用平垫圈mmd1d2hA排气口管80M168517303C测温口接管32M1610017303D测压口接管32M1610017303E进料口管80M1610017303F安全阀接管80M1610017303G气相口管80M1610017303H1-2液位计接管32M108517303J1-2排污口接管80M168517303K出料口接管80M168517303第六节人孔的选取查《压力容器与化工设备实用手册》，因筒体长度7600mm>6000mm，需开两个人孔，选回转盖带颈平焊法兰人孔。由使用地为邯郸市室外，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/T21518-2005《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3-8人孔尺寸表单位：mm密封面型式凹凸面MFMD7304330公称压力MPa2.566048螺柱数量16公称直径DN500280A405螺母数量32530×12123B200螺柱尺寸M33×2×170d506b44L300总质量kg302

图3-4回转盖带颈平焊法兰人孔开孔补强3.7.1补强及补强方法判别①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。按HG/T21518-2005,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。②补强计算方法判别设：厚度附加量c=2mm开孔直径d=di+2c=500+2×2=504mm，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。

3.7.2开孔所需补强面积筒体计算厚度接管和筒体材料选用Q345R号钢，接管厚度δnt=12mm，许用应力[δ]t=170MnPa，筒体厚度δn=18mm，需用应力[δ]t=163MnPa，故强度削弱系数：故取强度削弱系数。根据GB150-1998中，=504×14.22=71673.7.3有效补强范围①有效宽度B的确定：按GB150中有：B1=2d=2×504=1008mmB2=d+2δn+2δnt=504+2×18+2×12=564mmB=max（B1，B2）=1008mm②有效高度的确定<1>外侧有效高度的确定根据GB150中式8-8，得：h1=max（h1’，h2”）=280mm<2>内侧有效高度的确定根据GB150-1998中式8-9，得：h2=03.7.4有效补强面积的计算根据GB150中式8-10~式8-13，分别计算如下：Ae=A1+A2+A3①筒体多余面积

②管的多余面积接管计算厚度：③焊缝金属截面积焊角取6.0mm④有效补强面积因为，所以开孔需另行补强3.7.5补强圈设计及尺寸确定根据JB/T4736-2002取补强圈外径D’=840mm。因为B>D’，所以在有效补强范围。补强圈内径d’=530+10=540mm补强圈厚度：圆整取名义厚度为20mm根据GB-150，JB/T4736-2002，补强圈焊接形式——D型，D1=d0+(6～12)。

表3-9补强圈补强及附件的选择接管公称直径DN/mm外径D2内径D1厚度（）重量（Kg）5008405402051.8图3-5补强圈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-20~48℃，按JB/T4731-2005表5-1选择鞍座材料为Q235-A，使用温度为-20~250℃，许用应力为[σ]sa=140MPa。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：对于Q345R普通碳素钢，取ρ=7.85×103kg/m3故m1=πDLδ×ρ=π×2.4×8.5×18×10-3×7.85×103=11100.6kgm2为单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中标B.2EHA椭圆形封头质量，可知m2=911.3kg。m3为充液质量：ρ液化石油气<ρ水故m3（max）=ρ水×V=1000×V=1000×（π/4×2.42×8.5+2×1.9905）=47434.09kg。m4为附件质量：选取人孔后，查得人孔质量为302kg，其他接管质量总和估为400kg。综上述：总质量m=m1+2m2+m3+m4=9055.7+2×911.3+42434.09+302×2+400=54316.39kg≈53534。∴每个鞍座承受的重量为G/2=mg/2=(54316×9.8)/2=266.15kN由此查JB4712.1-2007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JB4712.1-2007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DN2400腹板δ210垫板b4500允许载荷Q/kN435筋板l3265δ410鞍座高度h250b2208e100底板l11720b3290螺栓间距l21520b1240δ38螺孔/孔长D/l24/40δ114弧长2800重量kg234图3-6鞍座示意图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JB4731《钢制卧式容器》规定A≤0.2L=0.2（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，有h=H-Di/4=640-2400/4=40mm故A≤0.2(L+2h)=0.2(8500+2×40)=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，JB4731还规定当满足A≤0.2L时，最好使A≤0.5Rm（Rm=Ri+δn/2），即Rm=1200+18/2=1209mm。A≤0.5Rm=0.5×1209=604.5mm,取A=600mm。综上述：A=600mm（A为封头切线至封头焊缝间距离，L为筒体和两封头直边段的总长）。第九节焊接接头的设计3.9.1筒体和封头的焊接δ=6~20α=60~70b=0~2p=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.焊条类型：E5018——铁粉低氢钾型图3-7Y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。3.9.2人孔补强圈焊接形式对于人孔、补强圈与壳体的接头选用B类接头形式，如图：图3-8人孔补强焊缝形式3.9.3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：E5018——铁粉低氢钾型

第四章强度校核设备详细尺寸钢制卧式容器计算单位河北工程大学计算条件简图设计压力p1.92MPa设计温度t50℃筒体材料名称Q345R(热轧)封头材料名称Q345R(热轧)封头型式椭圆形筒体内直径Di2400mm筒体长度L8500mm筒体名义厚度n18mm支座垫板名义厚度rn10mm筒体厚度附加量C2mm腐蚀裕量C12mm筒体焊接接头系数1封头名义厚度hn18mm封头厚度附加量Ch2mm鞍座材料名称Q345R鞍座宽度b240mm鞍座包角θ120°支座形心至封头切线距离A640mm鞍座高度H250mm地震烈度低于7度

第二节筒体校核内压圆筒校核计算单位河北工程大学计算条件筒体简图计算压力Pc1.92MPa设计温度t50.00C内径Di2400.00mm材料Q345R(热轧)(板材)试验温度许用应力163.00MPa设计温度许用应力t163.00MPa试验温度下屈服点s325.00MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数1.00厚度及重量计算计算厚度==14.22mm有效厚度e=n-C1-C2=16.00mm名义厚度n=18.00mm重量9123.34Kg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=2.4000(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平TT0.90s=292.50MPa试验压力下圆筒的应力T==181.20MPa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[Pw]==2.15894MPa设计温度下计算应力t==144.96MPat163.00MPa校核条件t≥t结论合格第三节封头应力校核右封头计算计算单位河北工程大学计算条件椭圆封头简图计算压力Pc1.92MPa设计温度t50.00C内径Di2400.00mm曲面高度hi600.00mm材料Q345R(热轧)(板材)设计温度许用应力t163.00MPa试验温度许用应力163.00MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数1.00厚度及重量计算形状系数K==1.0000计算厚度==14.18mm有效厚度e=n-C1-C2=16.00mm最小厚度min=3.60mm名义厚度n=18.00mm结论满足最小厚度要求重量911.29Kg压力计算最大允许工作压力[Pw]==2.16611MPa结论合格

第四节人孔补强校核人孔补强计算计算单位河北工程大学接管:I,φ530×12设计条件简图计算压力pc1.92MPa设计温度50℃壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数φ1壳体内直径Di2400mm壳体开孔处名义厚度δn18mm壳体厚度负偏差C10mm壳体腐蚀裕量C22mm壳体材料许用应力[σ]t163MPa接管实际外伸长度280mm接管实际内伸长度0mm接管材料16Mn(热轧)接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称Q345R(热轧)凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径840mm补强圈厚度20mm接管厚度负偏差C1t1.5mm补强圈厚度负偏差C1r0mm接管材料许用应力[σ]t163MPa补强圈许用应力[σ]t163MPa开孔补强计算壳体计算厚度δ14.22mm接管计算厚度δt2.998mm补强圈强度削弱系数frr1接管材料强度削弱系数fr1开孔直径d513mm补强区有效宽度B1026mm接管有效外伸长度h178.46mm接管有效内伸长度h20mm开孔削弱所需的补强面积A7294mm2壳体多余金属面积A1913.8mm2接管多余金属面积A2863.4mm2补强区内的焊缝面积A336mm2A1+A2+A3=1813mm2，小于A，需另加补强。补强圈面积A46200mm2A-(A1+A2+A3)5481mm2结论:补强满足要求。第五节鞍座应力校核卧式容器（双鞍座）计算单位四川科新机电股份有限公司计算条件简图计算压力pC1.92MPa设计温度t50℃圆筒材料Q345R(热轧)鞍座材料Q345R圆筒材料常温许用应力[]163MPa圆筒材料设计温度下许用应力[]t163MPa圆筒材料常温屈服点325MPa鞍座材料许用应力[]sa170MPa工作时物料密度1000kg/m3液压试验介质密度1000kg/m3圆筒内直径Di2400mm圆筒名义厚度18mm圆筒厚度附加量2mm圆筒焊接接头系数1封头名义厚度18mm封头厚度附加量Ch2mm两封头切线间距离8580mm鞍座垫板名义厚度10mm鞍座垫板有效厚度10mm鞍座轴向宽度b240mm鞍座包角θ120°鞍座底板中心至封头切线距离A640mm封头曲面高度600mm试验压力pT2.4MPa鞍座高度H250mm腹板与筋板组合截面积26984mm2腹板与筋板组合截面断面系数642080mm3地震烈度<7圆筒平均半径Ra1209mm物料充装系数0.9一个鞍座上地脚螺栓个数1地脚螺栓公称直径0mm地脚螺栓根径0mm鞍座轴线两侧的螺栓间距0mm地脚螺栓材料支座反力计算圆筒质量(两切线间)9209.49kg封头质量(曲面部分)895.538kg附件质量100kg封头容积(曲面部分)1.80956e+09mm3容器容积(两切线间)V=4.24341e+10mm3容器内充液质量工作时,38190.7压力试验时,=42434.1kg耐热层质量0kg总质量工作时,49291.3压力试验时,53534.7kg单位长度载荷51.561456.0003N/mm支座反力241823262641262641N筒体弯矩计算圆筒中间处截面上的弯矩工作时=3.33905e+08压力试验=3.6265e+08N·mm支座处横截面弯矩操作工况：-9.55845e+06压力试验工况：-1.03813e+07N·mm系数计算K1=0.106611K2=0.192348K3=1.17069K4=K5=0.760258K6=0.0155408K6’=0.0127744K7=K8=K9=0.203522C4=C5=筒体轴向应力计算轴向应力计算操作状态77.08773.7603MPa-4.54696-0.676702MPa水压试验状态-4.93589-0.734959MPa95.613492.0003MPa应力校核许用压缩应力0.00125333根据圆筒材料查GB150图6-3～6-10B=140.325MPa140.325140.325MPa<163合格||,||<140.325合格||,||<140.325合格T2,T3<0.9s=292.5合格MPa筒体和封头的切应力时(时,不适用)12.3703MPa时圆筒中：封头中：MPa封头椭圆形封头,碟形封头,半球形封头,MPa圆筒封头[]=0.8[]t=130.4MPa圆筒,<[]=130.4MPa合格封头,h<[h]=MPa鞍座处圆筒周向应力无加强圈圆筒圆筒的有效宽度470.13mm无垫板或垫板不起加强作用时在横截面最低点处MPa在鞍座边角处L/Rm≥8时,MPaL/Rm<8时,MPa无加强圈筒体垫板起加强作用时鞍座垫板宽度；鞍座垫板包角横截面最低点处的周向应力-1.63355MPa鞍座边角处的周向应力L/Rm≥8时,MPaL/Rm<8时,-24.7585MPa鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力L/Rm≥8时,MPaL/Rm<8时,-30.8898MPa应力校核|5|<[]t=163合格|6|<1.25[]t=203.75合格||<1.25[]t=203.75合格MPa有加强圈圆筒加强圈参数加强圈材料,e=mmd=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=mm4设计温度下许用应力MPa加强圈位于鞍座平面上在鞍座边角处圆筒的周向应力：MPa：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，（）采用垫板时，（垫板起加强作用）MPa在横截上靠近水平中心线的周向应力：MPa在横截上靠近水平中心线处，不与筒壁相接的加强圈内缘：MPa加强圈靠近鞍座鞍座边角处点处的周向应力无垫板L/Rm≥8时,MPa无垫板L/Rm<8时,MPa采用垫板时，（垫板起加强作用）L/Rm≥8时,MPa采用垫板时，（垫板起加强作用）L/Rm<8时,MPa

应力校核|5|<[]t=合格|6|<1.25[]t=合格|7|<1.25[]t=|8|<1.25[]=MPa鞍座应力计算水平分力53453.2N腹板水平应力计算高度250mm鞍座腹板厚度10mm鞍座垫板实际宽度500mm鞍座垫板有效宽度470.13mm腹板水平应力,垫板起加强作用,7.42271MPa应力判断9<[]=113.333合格MPa腹板与筋板组合截面应力由地震水平分力引起的支座强度计算圆筒中心至基础表面距离1468mm轴向力N,MPa,MPa|sa|1.2[bt]=地脚螺栓应力拉应力MPabt1.2[bt]=MPa剪应力MPabt0.8Ko[bt]=MPa温差引起的应力N-46.6241MPa|a|<[]sa=170第六节无补强圈处应力校核开孔补强计算计算单位四川科新机电股份有限公司接管:B,φ89×18设计条件简图计算压力pc1.92MPa设计温度50℃壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数φ1壳体内直径Di2400m