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课程设计课程名称过程设备课程设计设计名称10m3液化石油气储罐设计专业班级过控1203学号2012002521学生姓名胡拯纲指导教师孙海阳2015年6月19日课程设计任务书10M3液化石油气储罐设计课程设计要求及原始数据
1、课程设计要求
1、按照国家压力容器设计标准,规范进行设计,掌握典型过程设备设计的过程
2、设计计算采用手算,要求设计思路清晰,计算数据准确、可靠
3、工程图纸要求计算机绘图
4、独立完成
2、原始数据设计条件表序号项目数值备注1名称液化石油气储罐储罐2用途液化石油气储配站3最高工作压力MPa
1.610介质由温度确定4工作温度OC-20~505公称容积M3106工作压力波动情况可不考虑7装量系数
0.98工作介质液化石油气(易燃)9使用地点太原市,室内课程设计主要内容
1、设备工艺设计
2、设备结构设计
3、设备强度设计
4、技术条件编制
5、绘制设备总装配图
6、编制设计说明书学生应交出的设计文件(论文)
1、设计说明书一份
2、总装配图一张(折合A1图纸一张)摘要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500m3或单罐容积大于200m3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量大占地面积大所以在总贮量小于500m3单罐容积小于100m3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、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形贮罐只有某些特殊情况下站内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、液面计等目录TOC\o1-3\h\u课程设计任务书I摘要II
1.工艺设计
11.1设计压力的确定
11.2设计温度的确定
22.机械设计
22.1结构设计
22.
1.1设计条件
22.2结构设计
32.
2.1材料选择
32.
2.2筒体和封头结构设计
42.
2.3筒体整体、接管、人孔分布图
42.
2.4法兰设计
52.
2.5接管设计
72.
2.6接管法兰垫片设计
82.
2.7接管法兰紧固件设计
92.
2.8人孔结构设计
92.
2.9支座结构设计
122.
2.10焊接接头设计
143.强度计算
173.
1.液柱静压力
173.2容器的筒体和封头厚度设计
173.
2.1筒体厚度设计
173.
2.2封头厚度设计
183.3开孔补强圈计算
184.强度校核
194.1水压试验应力计算和校核
194.2气密性实验
194.3软件强度校核表格19结束语33参考文献3410M3液化石油气储罐设计
1.工艺设计工艺设计的内容是根据设计任务提供的原始数据和生产工艺要求,通过计算和选型确定设备的轮廓和尺寸其中设计存储量W=ƒVρt式中,W—储存量,t;f—装量系数;V—压力容器容积;ρt—设计温度下饱和液体密度;其中ƒ=
0.9V=
10.31m3ρt=
0.571t/m3计算可得W=
5.3(t)
1.1设计压力的确定设计压力应根据最高工作压力来确定设计压力是指设定的容器顶部的最高压力,与相应的设计温度一起作为容器的基本设计载荷条件,其值不低于工作压力设计压力的确定原则是应该根据容器最危险的操作情况而定通常可取最高工作压力的
1.05~
1.10倍表1—1液化石油气饱和蒸汽压及饱和液密度温度℃﹣15103050饱和蒸汽压MPa绝压)液化石油气
0.
1830.
3190.
7221.182丙烷
0.
2790.
6161.
0581.710饱和液密度Kg/m3液化石油气571543512485该储罐用于液化石油气储配站,因此属于常温压力存储工作压力为相应温度下的饱和蒸汽压因为对于液化石油气的压力起主要贡献的是其中丙烷的饱和蒸汽压,所以可取50℃时丙烷的饱和蒸汽压力作为最高工作压力由上表可知50℃时丙烷饱和蒸汽压力
1.710MPa其表压为
1.710-
0.1=
1.610MPa则其设计压力为
1.610×
1.1=
1.77MPa.
1.2设计温度的确定设计温度指容器在正常工作情况下,设定的元件金属温度(沿元件金属截面的平均温度值)设计温度不得低于元件金属在工作状态可能达到的最高温度该储罐使用地点在太原室外,因取其最高温度为设计温度,所以其设计温度为50℃
2.机械设计机械设计包括结构设计和强度计算两方面
2.1结构设计
2.
1.1设计条件表2—1结构设计条件表项目内容备注工作介质液化石油气原油热裂解产物工作压力MPa
1.61由介质温度确定设计压力MPa
1.77设计压力的
1.1倍工作温度℃﹣20~50设计温度℃50公称容积(Vg)m310计算容积(V计)m
310.31工作容积(V工)m310装量系数ƒ
0.9介质密度(ρt)t/m
30.571材质Q345R保温要求无其他要求无表2—2管口表公称规格连接法兰标准密封面用途或名称PN25DN20HG/T20952-2009FM液位计口PN25DN500HG/T21518-2005MFM人孔G3/4”HG/T20952-2009FM温度计接管M20×15HG/T20952-2009FM压力计接管PN25DN100HG/T20952-2009FM安全阀接管PN25DN50HG/T20952-2009FM排空管PN25DN50HG/T20952-2009FM排污管PN25DN50HG/T20952-2009FM气相平衡管PN25DN50HG/T20952-2009FM气相管PN25DN50HG/T20952-2009FM出液管PN25DN50HG/T20952-2009FM进液管PN25DN20HG/T20952-2009FM连通管排污口
2.2结构设计化工设备的结构设计包括设备承压壳(一般为筒体和封头)及其零部件设计设备零部件包括支座﹑接管和法兰、人孔和手孔、视镜等我国已经制订了化工设备通用零部件的系列标准,设计时可根据具体条件按照标准进行选用
2.
2.1材料选择正确选择材料对于保证设备的安全使用和降低成本是至关重要的压力容器用材料包括容器受压壳体用钢和设备零部件用材料零部件有受压元件(如接管、法兰)和非受压元件(如支座),所用材料涉及钢板、钢管、锻件、型钢及钢棒等压力容器受压元件用钢应符合《压力容器》GB150中的有关规定对于非受压元件用钢,当与受压元件焊接时,也应是焊接性能良好的钢材压力容器壳体通常采用钢板经过成形焊接而成的,法兰视具体情况可采用钢板或锻件,螺栓和螺柱应采用钢棒,接管一般应采用无缝钢管,支座所用材料涉及钢板、型钢及钢管(视具体结构而定)常见用压力容器用碳素钢和低合金钢板有Q245R、Q345R、Q370R等;无缝钢管常用材料有
10、
20、16Mn等对于该储罐,其设计压力属于中压,设计温度为﹣20~50℃,综合设备结构、工艺、实际工作条件及价格等因素,因选择Q345R作为筒体的材料,16Mn为钢管的材料
2.
2.2筒体和封头结构设计筒体直径由工艺条件决定,但要注意符合压力容器的公称直径标准查表可知10m3容积的储罐筒体内径为1800mm,长度为3400mm标准椭圆形封头是中低压容器中经常采用的封头形式,其最新标准为《压力容器封头》GB/T25198—2010封头的公称直径必须与筒体的公称直径相一致,查表可得封头参数如表表2—3EHA椭圆形封头参数公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V封/m
318004753.
65350.8270图
2.1椭圆形封头
2.
2.3筒体整体、接管、人孔分布图
2.
2.4法兰设计法兰有压力容器法兰和管法兰,二者属于不同的标准体系容器法兰按JB/T4700~4707—2000《压力容器法兰》标准设计管法兰按HG/T20592—2009《钢制管法兰》标准进行设计,设计内容如下
①根据设计压力、操作温度和法兰材料决定法兰的公称压力PN公称压力应比设计压力稍高,该储罐设计压力为
1.77MPa故选PN为
2.5MPa
②根据公称直径DN、公称压力PN及介质特性决定法兰类型及密封面形式法兰选带颈对焊法兰(WN密封面形式为凹凸面(MFM图
2.2带颈对焊法兰图
2.3法兰的连接尺寸图
2.4密封面形式表2—4PN
2.5带颈对焊法兰钢制管法兰尺寸(mm管口符号管口名称公称直径钢管外径B法兰外径D法兰厚度C法兰高度H法兰理论质量(kg)a1-2液位计口
202510518401.0b人孔
50053073048125302.0c温度计口G3/4”
10518401.0d压力计口M20×
1510518401.0e1-2安全阀口
10010823524656.5f排空口
505716520483.0g排污口
505716520483.0h气象平衡口
505716520483.0i气象口
505716520483.0j出液口
505716520483.0k进液口
505716520483.0l连通管排污口
202510518401.
02.
2.5接管设计容器一般采用无缝钢管,使用标准GB8163钢管的材料选用16Mn与壳体连接形式为平齐式表2—5接管尺寸(mm)管口符号管口名称公称直径DN钢管外径B数量n管口伸长量ΔL管壁厚δa1-2液位计接管
202521003.5c温度计接管
202511003.5d压力计接管
202511003.5e1-2安全阀接管10010821508f排空管505711505g排污管505711505h气相平衡管505711505i气相管505711505j出液管505711505k进液管505711505l连通管排污口
202511003.
52.
2.6接管法兰垫片设计根据介质为液化石油气、公称压力为
2.5MPa、工作温度≤50oC、密封面为凸面得出垫片的形式并考虑液化石油气腐蚀性,查HG/T20283-2011可以选用金属包覆垫片,金属材料选用铝板L3(查标准HG20609附录D,代号CM硬度40HB,最高使用温度427oC),填充材料为特制石棉图
2.5凹凸面型垫片
2.
2.7接管法兰紧固件设计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
5.7-9和附录中标A.
0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸图
2.6双头螺柱图
2.7螺母
2.
2.8人孔结构设计根据HG-T20583-2011P440一般当设备的公称直径超过1000mm时应开设人孔,所以该储罐应开设人孔人孔大小的设置原则是方便人的进出因此,人孔的公称直径规定为400~600mm,可根据容器直径及所处地区的冷暖程度来选择容器公称直径大于等于1000mm且筒体与封头为焊接连接时,容器应至少设置一个人孔卧式容器筒体长度大于等于6000mm时,应考虑设置两个以上人孔现行的人孔手孔标准为HG/T21514~21535—2005《钢制人孔和手孔》该储罐人孔选用回转盖带颈对焊法兰人孔图
2.8回转盖带颈对焊法兰人孔(HG/T21518-2005)表2—6回转盖带颈对焊法兰人孔明细表件号标准号名称数量材料类比代号1筒节116MnR2HG20613等长双头螺栓见尺寸表
8.8级35CrMoA3HG20613螺母8级30CrMo4HG20595法兰116MnⅡ5HG20606垫片1非金属垫片6HG20601法兰盖116MnR7把手1Q235-A.F8轴销19GB/T91销2Q21510GB/T95垫圈2100HV11盖轴耳
(1)1Q235—A.F12法兰轴耳1)113法兰轴耳
(2)114盖轴耳
(2)1表2—7回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表密封面形式PNMPaDNmmdw×SmmdmmDmmD1mmH1mmH2mmbmm凹凸面
2.5500530×1250673066028012344b1mmb2mmAmmBmmLmmd0mm螺柱螺母螺柱总质量(kg数量直径长度4346405200300302040M33×2×
1703022.
2.9支座结构设计鞍式支座是卧式容器常采用的支座形式,设计时可根据具体情况通过《鞍式支座第一部分鞍式支座》JB/T
4712.1﹣2007确定设计中鞍式支座的地脚螺栓中心至封头切线位置的距离应不大于1/4筒体中径若无法满足时,应尽量使该距离不大于
0.2倍的两封头切线间距离
①估算鞍座负荷鞍座总负荷量等于各部分质量之和m=m1+2m2+m3+m4其中m1为筒体的质量,对于Q345R的碳素钢,ρ=7850kg/m3故m1=ρπDLδ=7850×π×
1.8×
3.4×
0.012=
1811.14Kgm2为单个封头的质量,查《压力容器封头》GB/T25198-2010中表C.2EHA椭圆形封头质量得
338.4Kgm3为充水质量故m3(max=ρV=1000×
10.3016=
10301.6Kgm4为附件质量:选取人孔后,查得人孔质量为302kg,其他质量总和估计为200Kg.则m4=302+200=502Kg由上可得总质量:m=m1+2m2+m3+m4=
1811.14+2×
338.4+
10301.6+502=13292kg所以每一个鞍座承受的的重量G=13292×
9.8=
130.26kN
②由此查《容器支座第一部分鞍式支座》JB/T
4712.1—2007选择轻型,焊制A,包角120度,带垫板的鞍座,筋板数为4鞍座标记JB/T
4712.1—2007鞍座A2008—SJB/T
4712.1—2007鞍座A2008—F查表JB
4712.1﹣2007得鞍座尺寸表如下,表2—8鞍座支座结构尺寸(mm)公称直径DN1800筋板l3295垫板弧长2100允许载荷Q/kN295b2190b4430鞍座高度h250b3260δ410底板 l11280δ38e80b1220鞍座质量kg162螺栓配置间距l21120δ112增加100mm高度增加的质量kg16孔长l40螺孔d24腹板δ210螺纹M20图
2.9鞍式支座结构图
③鞍座位置的确定当外伸长度A=
0.207L时(L为两封头切线间距离,A为鞍座中心线距封头切线间距离),支座处弯矩的绝对值与跨中截面弯矩的绝对值相等,使其最大弯矩达到最小通常取尺寸A≤
0.2L,否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大根据JB/T4746-2002,当DN≤2000mm时,直边高度h=25mm,故A≤
0.2(L+2h)=
0.2×(2×475+3400+2×25)=880mm此外,由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度,故而封头对于圆筒的抗弯刚度具有局部加强的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的加强作用JB4731规定当满足A≤
0.2L时,最好使A≤
0.5R.其中R=DN/2+δn/2=900+6=906mm所以A≤
0.5Rm=
0.5×906=
453.综上所述,取A=500mmL=2400mm
④材料鞍座为Q235A垫板为Q345R
2.
2.10焊接接头设计容器各受压元件的组装通常采用焊接焊接接头是焊缝,熔合区和热影响区的总称焊接接头的型式直接影响到焊接的质量与容器的安全焊接接头的型式及焊接材料应在化工设备的装配及零部件图中以适当的方式表示出来
(1)回转壳体的焊接结构设计回转壳体的拼接接头必须采用对接接头壳体上的所有纵向及环向接头,凸形接头上的拼接接头,及A,B类接头,必须采用对接焊头,不允许采用搭接焊对接焊易于焊透,质量容易保证,易于作无损检测,可获得最好的焊接接头质量
(2)接管与带补强圈的焊接结构设计接管与壳体及补强圈之间的焊接一般智能采用角焊和搭焊,具体的焊接结构还与安全的要求有关,涉及到是否开坡口,单面焊与双面焊,焊透与否等问题作为开孔补强元件的补强圈,一方面要求就尽量与补强前的壳体贴合紧密,另一方面与接管,壳体之间的焊接接头设计也应力求完善合理但只能采用搭接和角接,难于保证全融透,也无法进行无损检测,因而焊接质量不易保证3焊接方法和材料选择一般压力容器的设计中,都是按电弧焊的要求来进行焊接结构设计,并选择用相应的焊接材料手工电弧焊设备简单,便于操作,适用于各种焊接,在压力容器制造中应用十分广泛,钢板对接,接管与筒体,封头的连接等都可以采用手工电弧焊焊条电弧焊的焊接材料是焊条表2—9焊条的选用焊接母材焊条型号焊条牌号示例Q345R与Q345RE5015J507Q345R与16MnRE5015J507Q235A与Q235AE4303J42216Mn与Q235AE4315J427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图2-10Y型坡口接管与筒体的焊接β=50°+5°b=2±
0.5p=1±
0.5K≥δt/3,且K≥6图2-11接管、筒体焊接接头结构带补强圈的焊接β1=35°±2°β2=50°±5°b1=5±1b2=2±
0.5K1=δS/3且K1≥6K2=δe(当δe≤8时)K2=
0.7δe,或K2=8取大值(δe>8时)P=2±
0.5图2-12带补强圈焊接接头结构
3.强度计算依据我国现行压力容器常规设计的标准GB150-1998《钢制压力容器》、JB/T4731-2005《钢制卧式容器》
3.
1.液柱静压力根据设计为卧式储罐,所以储存液体最大高度hmax≤D=1800mmP静(max)=ρghmax=571×
9.8×1800=
10.07kPaP液P设×5%=
88.5kPa则P静可以忽略不记Pc=P设=
1.77Mpa
3.2容器的筒体和封头厚度设计
3.
2.1筒体厚度设计内压容器的计算厚度由中径公式确定δ=式中[σ]t—材料许用应力,假定罐体厚度范围为δ=6~16mm查表可得[σ]t=189MPaPc—计算压力,Pc=P=
1.77MPa,忽略液柱的静压力Di—罐体内直径,Di=1800mmΦ—焊接接头系数Φ=1(因为筒体为单面对接接头形式相当于单面对接焊的全焊透对接接头,采用100%无损检测,故取Φ=
1.0)综上得计算厚度δ=
1.77×1800/2×189×
1.0-
1.77=
8.47mm取腐蚀余量C2=
2.5mm得设计厚度δd=δ+C2=
8.47+
2.5=
10.97mm对于Q345R,取钢板负偏差C1=
0.3mm因而可取名义厚度δn=12mm满足6~16mm故取δn=12mm
3.
2.2封头厚度设计标准椭圆封头是经常采用的封头形式,其计算公式由下式确定δ=δ=假设封头厚度δ=6~16mm工作条件与筒体相同可得计算厚度δ=PCDI/2[σ]tΦ-
0.5Pc=
1.77×1800/2×189×
1.0-
0.5×
1.77=
8.45mm取腐蚀余量C2=
2.5mm得设计厚度δd=δ+C2=
8.45+
2.5=
10.95mm对于Q345R,取钢板负偏差C1=
0.3mm因而可取名义厚度δn=12mm满足δ=6~16mm,故可取δn=12mm
3.3开孔补强圈计算根据GB150壳体开孔满足下述全部要求时,可不另行补圈
①设计压力小于等于
2.5MPa
②两相邻开孔中心的间距应不小于两孔直径之和的两倍
③接管工程外径小于等于89mm
④接管最小壁厚满足下表要求表2—10接管最小壁厚(mm)接管工程直径25323845485765769最小壁厚
3.
54.
05.
06.
04.强度校核
4.1水压试验应力计算和校核试验压力Pt=
1.25P[σ]/[σ]t=
1.25×
1.77×189/189=
2.21MPa有效厚度δe=δn-C2-C1=12-
2.5-
0.3=
9.2mm校核圆筒应力σt=PtDi+δe/2δe=
2.21×106(1800+
9.2)/(2×
9.2)
217.30=MPa<
0.9φ[σe]=
0.9×
1.0×345=
310.5MPa校核合格
4.2气密性实验因为液化石油气易燃易爆,故不允许有微量泄漏,所以应进行气密性实验气密性实验压力为
1.77MPa
4.3软件强度校核表格液化石油气储罐计算单位太原理工大学计算条件简图设计压力p
1.77MPa设计温度t50℃筒体材料名称Q345R封头材料名称Q345R封头型式椭圆形筒体内直径Di1800mm筒体长度L3400mm筒体名义厚度n12mm支座垫板名义厚度rn10mm筒体厚度附加量C
2.8mm腐蚀裕量C
12.5mm筒体焊接接头系数1封头名义厚度hn12mm封头厚度附加量Ch
2.8mm鞍座材料名称Q235-B鞍座宽度b220mm鞍座包角θ120°支座形心至封头切线距离A525mm鞍座高度H250mm地震烈度八
0.2g度内压圆筒校核计算单位太原理工大学计算所依据的标准GB
150.3-2011计算条件筒体简图计算压力Pc
1.78MPa设计温度t
50.00C内径Di
1800.00mm材料Q345R板材试验温度许用应力
189.00MPa设计温度许用应力t
189.00MPa试验温度下屈服点s
345.00MPa钢板负偏差C
10.30mm腐蚀裕量C
22.50mm焊接接头系数
1.00厚度及重量计算计算厚度==
8.52mm有效厚度e=n-C1-C2=
9.20mm名义厚度n=
12.00mm重量
1823.16Kg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=
2.2100或由用户输入MPa压力试验允许通过的应力水平TT
0.90s=
310.50MPa试验压力下圆筒的应力T==
217.30MPa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]==
1.92218MPa设计温度下计算应力t==
175.02MPat
189.00MPa校核条件t≥t结论合格左封头计算计算单位太原理工大学计算所依据的标准GB
150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力Pc
1.78MPa设计温度t
50.00C内径Di
1800.00mm曲面深度hi
475.00mm材料Q345R板材设计温度许用应力t
189.00MPa试验温度许用应力
189.00MPa钢板负偏差C
10.30mm腐蚀裕量C
22.50mm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=
2.2100或由用户输入MPa压力试验允许通过的应力tT
0.90s=
310.50MPa试验压力下封头的应力T==
201.98MPa校核条件TT校核结果合格厚度及重量计算形状系数K==
0.9317计算厚度h==
7.92mm有效厚度eh=nh-C1-C2=
9.20mm最小厚度min=
3.00mm名义厚度nh=
12.00mm结论满足最小厚度要求重量
347.30Kg压力计算最大允许工作压力[Pw]==
2.06802MPa结论合格右封头计算计算单位太原理工大学计算所依据的标准GB
150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力Pc
1.78MPa设计温度t
50.00C内径Di
1800.00mm曲面深度hi
475.00mm材料Q345R板材设计温度许用应力t
189.00MPa试验温度许用应力
189.00MPa钢板负偏差C
10.30mm腐蚀裕量C
22.50mm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=
2.2100或由用户输入MPa压力试验允许通过的应力tT
0.90s=
310.50MPa试验压力下封头的应力T==
201.98MPa校核条件TT校核结果合格厚度及重量计算形状系数K==
0.9317计算厚度h==
7.92mm有效厚度eh=nh-C1-C2=
9.20mm最小厚度min=
3.00mm名义厚度nh=
12.00mm结论满足最小厚度要求重量
347.30Kg压力计算最大允许工作压力[Pw]==
2.06802MPa结论合格卧式容器(双鞍座)计算单位太原理工大学计算条件简图计算压力pC
1.77MPa设计温度t50℃圆筒材料Q345R鞍座材料Q235-B圆筒材料常温许用应力[]189MPa圆筒材料设计温度下许用应力[]t189MPa圆筒材料常温屈服点345MPa鞍座材料许用应力[]sa147MPa工作时物料密度1000kg/m3液压试验介质密度1000kg/m3圆筒内直径Di1800mm圆筒名义厚度12mm圆筒厚度附加量
2.8mm圆筒焊接接头系数1封头名义厚度12mm封头厚度附加量Ch
2.8mm两封头切线间距离3450mm鞍座垫板名义厚度10mm鞍座垫板有效厚度10mm鞍座轴向宽度b220mm鞍座包角θ120°鞍座底板中心至封头切线距离A525mm封头曲面高度475mm试验压力pT
2.21MPa鞍座高度H250mm腹板与筋板组合截面积18680mm2腹板与筋板组合截面断面系数365686mm3地震烈度
80.2g圆筒平均半径Ra906mm物料充装系数
0.9一个鞍座上地脚螺栓个数2地脚螺栓公称直径20mm地脚螺栓根径
17.294mm鞍座轴线两侧的螺栓间距1120mm地脚螺栓材料16Mn支座反力计算圆筒质量两切线间
1850.03kg封头质量曲面部分
335.271kg附件质量502kg封头容积曲面部分
7.63407e+08mm3容器容积两切线间V=
1.0306e+10mm3容器内充液质量工作时
9275.4压力试验时=10306kg耐热层质量0kg总质量工作时12298压力试验时
13328.6kg单位长度载荷
29.
551332.0277N/mm支座反力
60333.
865389.
965389.9N筒体弯矩计算圆筒中间处截面上的弯矩工作时=
1.66888e+07压力试验=
1.80873e+07N·mm支座处横截面弯矩操作工况-
4.58812e+06压力试验工况-
4.97262e+06N·mm系数计算K1=
0.106611K2=
0.192348K3=
1.17069K4=K5=
0.760258K6=
0.0195131K6’=
0.0160397K7=K8=K9=
0.203522C4=C5=筒体轴向应力计算轴向应力计算操作状态
87.
857188.9673MPa-
0.703803-
1.00594MPa水压试验状态-
0.762396-
1.09024MPa
109.
581110.785MPa应力校核许用压缩应力
0.000960889根据圆筒材料查GB150图4-3~4-12B=
126.711MPa
126.
711126.711MPa189合格||||
126.711合格||||
126.711合格T2T
30.9s=
310.5合格MPa筒体和封头的切应力时时不适用
5.39803MPa时圆筒中封头中MPa应力校核封头椭圆形封头碟形封头半球形封头MPa圆筒封头[]=
0.8[]t=
151.2MPa圆筒[]=
151.2MPa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
382.659mm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/Rm8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-
0.676641MPa鞍座边角处的周向应力L/Rm≥8时MPaL/Rm8时-
24.0023MPa鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力L/Rm≥8时MPaL/Rm8时-
43.6936MPa应力校核|5|[]t=189合格|6|
1.25[]t=
236.25合格|’6|
1.25[]t=
236.25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在鞍座边角处,加强圈内缘或外缘表面的周向应力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)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或外缘表面的周向应力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/Rm≥8时MPa无垫板或垫板不起加强作用L/Rm8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/Rm8时MPa应力校核|5|[]t=合格|6|
1.25[]t=合格|7|
1.25[]t=|8|
1.25[]tR=MPa鞍座应力计算水平分力
13308.3N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430mm鞍座垫板有效宽度
382.659mm腹板水平应力无垫板或垫板不起加强作用垫板起加强作用
2.10354MPa应力判断9[]sa=98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1162mm轴向力
19306.8N-
10.6078MPaMPa|sa|
1.2[bt]=
176.4合格地脚螺栓应力拉应力
42.703MPabt
1.2[bt]=204MPa合格剪应力MPabt
0.8Ko[bt]=136MPa合格温差引起的应力26156N-
19.7287MPa|tsa|[]sa=147合格注带#的材料数据是设计者给定的开孔补强计算计算单位太原理工大学接管:N1φ530×15计算方法:GB
150.3-2011等面积补强法,单孔设计条件简图计算压力pc
1.78MPa设计温度50℃壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数φ1壳体内直径Di1800mm壳体开孔处名义厚度δn12mm壳体厚度负偏差C
10.3mm壳体腐蚀裕量C
22.5mm壳体材料许用应力[σ]t189MPa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300mm接管连接型式安放式接管接管实际内伸长度0mm接管材料16Mn接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量
1.9mm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840mm补强圈厚度10mm接管厚度负偏差C1t
1.5mm补强圈厚度负偏差C1r
0.3mm接管材料许用应力[σ]t181MPa补强圈许用应力[σ]t189MPa开孔补强计算非圆形开孔长直径
506.8mm开孔长径与短径之比1壳体计算厚度δ
8.5163mm接管计算厚度δt
2.4707mm补强圈强度削弱系数frr1接管材料强度削弱系数fr
0.9577开孔补强计算直径d
506.8mm补强区有效宽度B
1013.6mm接管有效外伸长度h
187.189mm接管有效内伸长度h20mm开孔削弱所需的补强面积A4316mm2壳体多余金属面积A1347mm2接管多余金属面积A21525mm2补强区内的焊缝面积A345mm2A1+A2+A3=1916mm2,小于A,需另加补强补强圈面积A43007mm2A-A1+A2+A32400mm2结论:合格开孔补强计算计算单位太原理工大学接管:N2φ108×4计算方法:GB
150.3-2011等面积补强法,单孔设计条件简图计算压力pc
1.78MPa设计温度50℃壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数φ1壳体内直径Di1800mm壳体开孔处名义厚度δn12mm壳体厚度负偏差C
10.3mm壳体腐蚀裕量C
22.5mm壳体材料许用应力[σ]t189MPa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150mm接管连接型式插入式接管接管实际内伸长度0mm接管材料16Mn接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量
1.9mm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210mm补强圈厚度8mm接管厚度负偏差C1t
0.4mm补强圈厚度负偏差C1r
0.3mm接管材料许用应力[σ]t181MPa补强圈许用应力[σ]t189MPa开孔补强计算非圆形开孔长直径
104.6mm开孔长径与短径之比1壳体计算厚度δ
8.5163mm接管计算厚度δt
0.4941mm补强圈强度削弱系数frr1接管材料强度削弱系数fr
0.9577开孔补强计算直径d
104.6mm补强区有效宽度B
209.2mm接管有效外伸长度h
120.455mm接管有效内伸长度h20mm开孔削弱所需的补强面积A892mm2壳体多余金属面积A171mm2接管多余金属面积A247mm2补强区内的焊缝面积A312mm2A1+A2+A3=131mm2,小于A,需另加补强补强圈面积A4779mm2A-A1+A2+A3761mm2结论:合格结束语为期两周的过程设备课程设计结束了,这两周过的忙碌而充实,第一周每天的计算让我再次对我们的专业进行了深刻的认识,让我知道了自己的价值,而且这些天的查阅资料、计算说明也是一个很好的复习所学专业知识内容的机会让我们懂得了知识就是伟大的生产力!后一周我们借用CAD软件将自己辛辛苦苦设计的储罐呈现在了图纸上,就像一位母亲看着自己刚刚诞生的孩子,这可能就是付出后获得回报的欢愉感吧!最后真心的感谢张兴芳老师和孙海洋老师不辞辛劳的指导!作为学生的我必将更加努力,将来走进工作岗位,为母校争荣!参考文献[1]国家质量技术监督局.GB150—2011《钢制压力容器》,中国标准出版社.2011[2]国家质量技术监督局.TSGR0004—2009固定式压力容器安全技术监察规程.中国劳动社会保障出版社.2009[3]《过程设备设计》课程设计指导书.太原理工大学.2012[4]郑津洋董其伍桑芝富.《过程设备基础》.化学工业出版社.
2010.[5]国家质量技术监督局.JB/T4713《钢制液化石油气卧式储罐形式与基本参数》.中国标准出版社.2009[6]国家质量技术监督局.JB/T87—1994《管路法兰用石棉橡胶垫片》.中国标准出版社.1944[7]国家质量技术监督局.HG/T4730—2009《承压设备无损检测》.中国标准出版社.2005。