臥式鋼制儲罐工程設(shè)計(jì)說明書

1、臥式鋼制儲罐工程設(shè)計(jì)說明書第一章 緒論1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)針對化工廠中的儲罐，完成主體設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備的選型設(shè)計(jì)， 繪制總裝配圖，并編寫設(shè)計(jì)說明書。1.2 設(shè)計(jì)思想綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)課程知識，本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對儲罐進(jìn)行設(shè) 計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性，安全可靠性。各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都 正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方 面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)容器的設(shè)計(jì)一般由筒體、封頭、法蘭、支座、接口管等組成。常、低壓化 工設(shè)備通用零部件大都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時可直接選用。本設(shè)計(jì)書主要介紹了液罐 的的筒體、封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算，低壓通用零部件的選用。

2、各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)， 這樣讓設(shè)計(jì)有章可循， 并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)第二章 儲罐簡介2.1 儲罐的用途用于儲存液體或氣體的鋼制密封容器即為鋼制儲罐， 鋼制儲罐工程是石油、 化工、糧油、食品、消防、交通、冶金、國防等行業(yè)必不可少的、重要的基礎(chǔ) 設(shè)施，我們的經(jīng)濟(jì)生活中總是離不開大大小小的鋼制儲罐，鋼制儲罐在國民經(jīng) 濟(jì)發(fā)展中所起的重要作用是無可替代的。鋼制儲罐是儲存各種液體（或氣體） 原料及成品的專用設(shè)備，對許多企業(yè)來講沒有儲罐就無常生產(chǎn)，特別是國家戰(zhàn) 略物資儲備均離不開各種容量和類型的儲罐。我國的儲油設(shè)施多以地上儲罐為 主，且以金屬結(jié)構(gòu)居多，故本將著重介紹

3、在國普遍使用的拱頂儲罐、浮頂儲罐 以及臥式儲罐的一些基礎(chǔ)知識。2.2 儲罐的分類由于儲存介質(zhì)的不同，儲罐的形式也是多種多樣的按位置分類：可分為地上儲罐、地下儲罐、半地下儲罐、海上儲罐、海底儲按油品分類：可分為原油儲罐、燃油儲罐、潤滑油罐、食用油罐、消防水罐等。按用途分類：可分為生產(chǎn)油罐、存儲油罐等。按形式分類：可分為立式儲罐、臥式儲罐等。按結(jié)構(gòu)分類：可分為固定頂儲罐、浮頂儲罐、球形儲罐等。按大小分類：100m 3 以上為大型儲罐， 多為立式儲罐； 100m3 以下的為小型儲罐，多為臥式儲罐第三章 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證3.1 材料選擇物料腐蝕輕微,貯罐可選用一般鋼材,可以考慮Q345R這種鋼板

4、。如果純粹 從技術(shù)角度看，建議選用低碳鋼板， Q345R鋼板的價格雖比低碳鋼板貴，但在 制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的計(jì)價， Q345R鋼板為比較經(jīng)濟(jì)，且Q345F機(jī)械 加工性能、強(qiáng)度和塑性指標(biāo)都比較好，所以在此選擇Q345F鋼板作為制造筒體和封頭材料。3.2 結(jié)構(gòu)選擇與論證3.2.1. 封頭的選擇從受力與制造方面分析來看， 球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。 但缺點(diǎn)是深度 大，沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目 前中低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。平板封頭因直徑各厚度都較大，加工與 焊接方面都要遇到不少困難。從鋼材耗用量來年：球形封頭用材最少，比橢圓 頭節(jié)約，平板封頭用材

5、最多。因此，從強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和制造方面綜合考慮，采用 橢圓形封頭最為合理。3.2.2. 法蘭的選擇法蘭連接主要優(yōu)點(diǎn)是密封可靠、強(qiáng)度足夠及應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是不能快速拆 卸、制造成本較高。壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭。平焊法蘭又分為甲 型與乙型兩種。甲型平焊法蘭有 PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa ，在較小圍（DN300 mm-2000 mm）適用溫度圍為-20 C300C。乙型平焊法蘭用于 PN0.25 MPa1.6 MPa壓力等級中較大的直徑圍，適用的全部直徑圍為DN300mm3000 mm適用溫度圍為-20 C350C。對焊法蘭具有厚度更大的頸，進(jìn) 一步增大了

6、剛性。用于更高壓力的圍（PN0.6 MPa6.4MP8適用溫度圍為 -20 C450r。法蘭設(shè)計(jì)優(yōu)化原則：法蘭設(shè)計(jì)應(yīng)使各項(xiàng)應(yīng)力分別接近材料許用 應(yīng)力值，即結(jié)構(gòu)材料在各個方向的強(qiáng)度都得到較充分的發(fā)揮。法蘭設(shè)計(jì)時，須注意以下二點(diǎn)：管法蘭、鋼制管法蘭、墊片、緊固件設(shè)計(jì)參 照原化學(xué)工業(yè)部于 1997 年頒布的鋼制管法蘭、墊片、緊固件標(biāo)準(zhǔn)（ HG20592 HG20635-1997 的規(guī)定。3.3. 液面計(jì)的選擇液面計(jì)是用以指示容器物料液面的裝置， 其類型很多， 大體上可分為四類， 有玻璃板液面計(jì)、玻璃管液面計(jì)、浮子液面計(jì)和浮標(biāo)液面計(jì)。在中低壓容器中 常用前兩種。 玻璃板液面計(jì)有透光式和反射式兩種結(jié)構(gòu)，

7、 其適用溫度一般在 0 250E。但透光式適用工作壓力較反射式高。玻璃管液面計(jì)適用工作壓力小于 1.6MPa介質(zhì)溫度在0250r的圍。液面計(jì)與容器的連接型式有法蘭連接、頸 部連接及嵌入連接，分別用于不同型式的液面計(jì)。液面計(jì)的選用：（1）玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)均適用于物料沒有結(jié)晶等堵塞固體的場 合。板式液面計(jì)承壓能力強(qiáng)，但是比較笨重、成本較高。（2）玻璃板液面計(jì)一般選易觀察的透光式， 只有當(dāng)物料很干凈時才選反射式。（3）當(dāng)容器高度大于3m時，玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)的液面觀察效果 受到限制，應(yīng)改用其它適用的液面計(jì)。在此選用玻璃管液面計(jì)3.4. 鞍座的選擇鞍式支座是應(yīng)用最廣泛的一種臥式支座。

8、從應(yīng)力分析看，承受同樣載且具 有同樣截面幾何形狀和尺寸的梁采用多個支承比采用兩個支承優(yōu)越，因?yàn)槎嘀?承在粱產(chǎn)生的應(yīng)力較小。所以，從理論上說臥式容器的支座數(shù)目越多越好。但 在是實(shí)際上臥式容器應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成雙支座，這是因?yàn)楫?dāng)支點(diǎn)多于兩個時，各支承平面的影響如容器簡體的彎曲度和局部不圓度、支座的水平度、各支座基 礎(chǔ)下沉的不均勻性、容器不同部位抗局部交形的相對剛性等等，均會影響支座 反力的分布。因此采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越論反而會造成容器受 力不均勻程度的增加，給容器的運(yùn)行安全帶來不利的影響。所以一臺臥式容器 支座一般情況不宜多于二個。在此選擇鞍式雙支座，一個S型，一個F型。第四章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4

9、.1壁厚的確定根據(jù)壁厚公式2Pc在設(shè)計(jì)溫度下，設(shè)計(jì)壓力為0.25MPa（絕對壓力），液柱靜壓力為Pi gDi 1500 9.8 1.8 26460Pa， p1 / p 0.02646/0.25 10.6% 液體靜壓力已大于設(shè)計(jì)壓力的5%,故應(yīng)計(jì)入計(jì)算壓力中。則計(jì)算壓力為Pc p p1 0.25 0.02646 0.27646MPa，容器的徑 Dj 1800mm，在設(shè)計(jì)溫度下，假設(shè)材料的許用應(yīng)力為t 189MPa （厚度為3-16mm時），Q345R勺密 度 7.85 103kg/m3,筒體材料在實(shí)驗(yàn)溫度下的屈服強(qiáng)度為s 345MPa，采用雙面焊對接接頭，100%6損檢測焊接接頭系數(shù)1.0。Pc

10、Dj0.27646 1800, “:1.32mm2 pc 2 189 10.27646物料為輕微腐蝕性，腐蝕裕量由筒體封頭腐蝕裕量表查取取C22.0mm C2 1mm設(shè)計(jì)壁厚為 dC2 1.32 2.0 3.32mm對Q345R鋼板厚度負(fù)偏差C10.3mm，因而可取名義厚度 n d C13.32 0.33.62mm可圓整至4mm,但對低合金鋼制的容器，規(guī)定不包括腐蝕裕量的最小的厚度應(yīng)不小于3mm若加上2mm的腐蝕裕量，名義厚度至少應(yīng)取 5mm由鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，名義厚度取為6mm6mm， t沒有變化，故取名義厚度6mm合適。確定選用壁厚為6mm的 Q345R鋼板制作罐體4.2 封頭厚度設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)

11、橢圓封頭計(jì)算封頭厚度根據(jù)厚度公式PcDi2 t 0.5pc焊接接頭系數(shù)取1.0，鋼板最大寬度為3m,而此儲罐為直徑1.8米，股風(fēng)頭需將鋼板拼焊后沖壓成型于是封頭厚度PcDi2 t0.5pc0.27646 18002 189 1.00.5 0.276461.32mm物料為輕微腐蝕性，腐蝕裕量由筒體封頭腐蝕裕量表查取取c22.0mm c2 1mm設(shè)計(jì)壁厚為 d C21.322.03.32mm對Q345R鋼板厚度負(fù)偏差C10.3mm，因而可取名義厚度 n d C13.32 0.33.62mm可圓整至n 4mm，但對低合金鋼制的容器，規(guī)定不包括腐蝕裕量的最小的厚度應(yīng)不小于3mm若加上2mm的腐蝕裕量，

12、名義厚度至少應(yīng)取 5mm由鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，名義厚度取為6mm確定選用n 6mm厚的Q345R鋼板制作罐體封頭4.3 儲罐零部件的選取儲罐支座此容器為臥式壓力容器，可以選用鞍式支座 首先粗略計(jì)算鞍座的負(fù)荷儲罐總質(zhì)量 mm m1 m2 m3 m4m m1 罐體質(zhì)量m2 封頭質(zhì)量m3 物料質(zhì)量m4 附件質(zhì)量（1）罐體質(zhì)量m1Di L 3.14 1.8 0.006 5 7.85 103 1331kg（2）封頭質(zhì)量公稱直徑為DN 1800mm，壁厚為n 6mm，選用直邊高度為h2 25mm 的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，曲面高度h1 450mm， 容積V封0.826m3，表面積S 3.64m3，封頭質(zhì)量 m2171.8

13、kg。（ JB1154-73）（ 3）物料質(zhì)量m3 V裝量系數(shù)物料密度V 容器體積裝量系數(shù)取0.9儲罐容積23.1423V2V封 V筒2 0.826Di L 1.6521.82 5 1 4.369m344物料的密度物1500kg / m3則溶劑質(zhì)量m3m3V 0.9 1500 14.369 19398.15kg(4) 附件質(zhì)量m4有人孔、無手孔，其他接管法蘭等質(zhì)量按400kg計(jì)儲罐總質(zhì)量mmm12m2 m3 m413312 171.819398.15 400Fmg21472.75 9.8105216475N105.22kN2221472.75kg120的鞍座,每個鞍座只承受的106kg負(fù)荷根據(jù)

14、鞍座負(fù)荷，選擇鞍座，可以選擇輕型帶墊板，包角為該臥式容器采用雙鞍式支座，初步選用輕型鞍座，材料選用Q235-B查JB4712.1-2007表1,優(yōu)先選擇輕型支座。查9中表2,得出鞍座尺寸如表4-3 :表4-3鞍座尺寸表公稱直徑DN1800腹板210墊板b4430允許載荷Q kN295筋板1 3295410鞍座 高度h250b2190e80底板l11280b3260螺栓間距121120bi22038鞍座質(zhì) 量Kg162112墊板弧長2100增加100mm增Kg16加的高 度所以選擇的鞍座為 JB/T4712.1鞍座A 1800-F和JB/T4712.1鞍座A 1800-S根據(jù)規(guī)定，應(yīng)盡量使支座中

15、心到封頭切線的距離 A小于等于0.5艮,當(dāng)無法滿足A小于等于0.5 Rm時，A值不宜大于0.2L。Rm為圓筒的平均徑。RmDi2丄 18002 26-903mm2L' L 2h2 =5000+2X 25=5050mm即 A 0.5Rm 0.5 903451.5mm取 A=450mm人孔的選擇因?yàn)樵撊萜髟O(shè)計(jì)壓力較低，所以選回轉(zhuǎn)蓋人孔（JB580-79）低壓人孔圖一般情況下人孔尺寸可按下列方式選擇當(dāng)：容器直徑901000mm寸，選用DN400人孔容器直徑10001600mm寸，選用DN450人孔容器直徑16003000mm寸，選用DN500人孔容器直徑3000mm寸，選用DN600人孔因?yàn)?/p>

16、該壓力容器DN=1800mm所以所選的人孔DN=500mm 又因?yàn)槿丝资挚椎脑O(shè)置容器公稱直徑DN (mr)i有部附件時無部附件時>300900設(shè)置設(shè)備法蘭設(shè)置1個手孔或設(shè)置12 個檢杳孔> 9002600設(shè)置1個人孔設(shè)置1個人孔> 2600設(shè)置2個人孔設(shè)置1個人孔所以所選的人孔個數(shù)為1個，人孔為常壓人孔，公稱直徑 DN=500mm 所以明細(xì)表為件數(shù)標(biāo)準(zhǔn)號名稱數(shù)量材料類另SIn1筒節(jié)1A316Mn2GB30-76螺栓見尺寸表A4353GB52-76螺母見尺寸表A3304法蘭1A316Mn5把手1A3F6墊片S =31橡膠石棉板7蓋1A3b2=62,用20號鋼鍛件16Mn8軸銷1

17、A3F9GB91-76銷2低碳鋼10GB95-76墊圈2A311蓋軸耳（1）1A3F12法蘭軸耳（1）1A3F13法蘭軸耳（2）1A3F14蓋軸耳（2）1A3F人孔尺寸表密 封 面 形 式公稱壓 力Pg（MPa）公稱直 徑Dj（mm）dW(SDABLHiA0.6500530x6640600350175250230104續(xù)上表bb1b2d螺栓螺母螺栓總重(Kg)材料 類別標(biāo)準(zhǔn)圖號數(shù)量直徑x長度3024262016M20x80109I , nJB580-79-3接管和法蘭的選擇該介質(zhì)儲罐應(yīng)設(shè)置物料入口、物料出口、液面計(jì)口、和人孔。所選用的接管為無縫鋼管。初步確定各接管的公稱直徑為：接管名稱人孔物料

18、進(jìn)口物料出口液面計(jì)口DN(mm)500808032因?yàn)樗O(shè)計(jì)的壓力容器為低壓容器，所以選擇平焊法蘭（HG5010-58所以各管口法蘭尺寸表如下：接管名稱eg管子平焊法蘭螺栓焊縫dHSDDD2fbd重量Kg數(shù) 量直 徑KH物 料 入 口80894185150128318182.484M1656物 料 出 口80894185150128318182.484M1656液 面 計(jì) 口20253906550214120.5364M1034主要技術(shù)參數(shù)：1. 測量圍：0.6 ； 1.6 ； 2.5 ； 4； 6； 10； 16； 25kgf/cm2. 精度等級：2.5級3. 法蘭：1Cr18Ni9Ti4.

19、 膜片：Cr15Ni7Mo5. 密圭寸墊圈：丁啨橡膠第五章強(qiáng)度校核5.1筒體強(qiáng)度校核試驗(yàn)溫度20°C，試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力為l89MPa，容器元件材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力為s 345MPa此罐采用采用液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力Pt1-25 0.27646 189 0.345575MPa189n C1 C26 0.3 2.03.7 mm根據(jù)液壓試驗(yàn)強(qiáng)度條件Pt ( Die)T0.9 s2 eTPt ( Die)0.345575(1800 站)84.23MPa2 e23.70.9s 0.9 1.0345310.5MPaT 0.9 s所以筒體液壓試驗(yàn)強(qiáng)度符合要求5.2封頭強(qiáng)度校核試驗(yàn)壓力Pt189

20、p r 1.25 0.276460.345575MPat189en C1 C26 0.3 2.03.7 mm根據(jù)液壓試驗(yàn)強(qiáng)度條件0.9Pt ( Di e)0.9 spT ( Di e)0.345575 (18003.7)2 3.784.23MPa0.9 1.0345310.5MPa0.9故封頭液壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠5.3鞍座受載分析和強(qiáng)度校核雙鞍座的筒體的軸向應(yīng)力mg2mg221472.75 9.8105216.475N2q '4q(L -hi)23支座的反力N105.22kN容器的總質(zhì)量Kg重力加速度 m/s 105216.475 37.245N / mm (5000 2 25) - 45

21、0hi筒體長度（兩圭寸頭切線之間的距離）封頭壁曲面高度 mmmm單位長度的重量載荷 N/mmmg設(shè)備總重量（包括容器自重、容器充裝介質(zhì)的重量、所用附屬裝置和法蘭的重量等）。L' L 2h2,hih2。2Fq 4L 4hi筒體的軸向彎矩的計(jì)算雙支座支承的臥式容器，可以視為雙支點(diǎn)的外伸梁，在容器軸向存在兩個最大彎矩，一個在鞍座處，一個在容器兩支座間跨距的的中點(diǎn)處跨距中點(diǎn)處截面上的彎矩按下式計(jì)算：M1FL221 2Rm h'2 L 1坐 3L4AM1105216.475 50502 22903450505024 4504 4507.71 107 N mm50505050支座處截面上的

22、彎矩:所以 M2M2FA 13.1 106N ?mm式中 Rm筒體的平均半徑,ARm2ILmm RmA-支座中心線至封頭切線的距離其他符號同前mmhi22 AL'3L'L圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算及校核圓筒中間截面上由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力最高點(diǎn)處:PcRm2 eM1Rme0.27646 9032 3.77.71 1073.14 9032 3.733.74 8.14 25.6MPa最低點(diǎn)處:Pc RmM12 eRm' e0.27646 9037.71 1072 3.73.14 9032 3.7A時，軸向應(yīng)力3位于橫截面最高點(diǎn)處.取鞍座包角120，查JB/T4731-2005

23、 )得，K11.0,K21.0.則Pc Rmm2QRm2 e0.27646 9033.1 1062 3.73.14 1 9032 3.733.740.33 34.07MPa由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計(jì)算及校核鞍座平面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力，按下式計(jì)算:a).當(dāng)圓筒在鞍座平面上或靠近鞍座處有加強(qiáng)圈或被圭寸頭加強(qiáng)(即b).在橫截面最低點(diǎn)處的軸向應(yīng)力Pc RmM222 eK2Rme0.27646 9032 3.73.1 1063.14 1 9032 3.733.740.33 33.41MPa圓筒軸向應(yīng)力校核AO.。94R e0.0940.000385903 3.7由所得系數(shù)A,根據(jù)所

24、用材料，Q345R查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)得E 2.00510 ,則B 3ea105 0.000385 51.33MPamaxmax 41.88MPaac滿足條件acmax切向剪應(yīng)力的計(jì)算及校核圓筒切向剪應(yīng)力的計(jì)算查過程設(shè)備設(shè)計(jì)得：K30.880K40.401K3F°88 105216.475 27.71MPa903 3.7圓筒被封頭加強(qiáng)（A Ra 2 ）時，其最大剪應(yīng)力hh 空 °.401 105216.47512.63MPaRa he903 3.7切向剪應(yīng)力的校核圓筒的切向剪應(yīng)力不應(yīng)超過設(shè)計(jì)溫度下材料許用應(yīng)力的0.8 倍，即 0.8。封頭的切向剪應(yīng)力，應(yīng)滿足ht1.25 h而

25、 27.71MPa0.8t 0.8 189151.2MPa故圓筒滿足強(qiáng)度要求。因封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，所以K=1ntKpcDj則h c 1 h 2 he1 °.27646 180067.25MPa2 3.7h 12.63MPa1.25 t h 1.25 189 67.25 169MPa故封頭滿足強(qiáng)度要求5.3.4圓筒周向應(yīng)力的計(jì)算和校核根據(jù)鞍座尺寸表知：b4430 mmb 1.56 Rm n 2401.56. 903 6354.8mm即 b4 b 1.56 Rm n，所以此鞍座墊片作為加強(qiáng)用的鞍座。在圓筒截面的最低點(diǎn)處周向應(yīng)力上KaF，其中ke re b20.1（容器焊在支座上）查過

26、程設(shè)備設(shè)計(jì)得，K5 0.760re 4 C 10 2.37.7mm0.1 0.760 105216.4753.77.71903.69MPa在鞍座邊角處周向應(yīng)力由于 l Rm 50505.59 8903查過程設(shè)備設(shè)計(jì)得4 e re b212K6FRmreL e2450由于 A Rm0.498 0.5903查過程設(shè)備設(shè)計(jì)知， K60.013105216.47543.7 7.719012 °.°13 105216475 90312.14 40.225050 3.727.7252.36MPa周向應(yīng)力校核3.69MPa189MPa52.36MPa1.25 t1.25 189236.2

27、5MPa故圓筒周向應(yīng)力強(qiáng)度滿足要求。鞍座腹板應(yīng)力校核腹板厚：b0 10mm計(jì)算高度:系數(shù):K9Hs240取Hs240 mm則得:kgFHsb。0.2°4 105216.4758.94MPa240 10sa-14093.3MPa3至此鞍座強(qiáng)度驗(yàn)算合格5.4容器開孔補(bǔ)強(qiáng)殼體開孔滿足下述全部要求時，可不另行補(bǔ)強(qiáng)：（1）設(shè)計(jì)壓力不大于 2.5Mpa（2）兩相鄰開孔中心間距（對曲面間距以弧長計(jì)算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍(3) 接管外徑不大于 89mm(4) 接管最小厚度滿足下表要求接管最小厚度 mm接管外徑最小厚度接管外徑最小厚度25， 32， 383.557，655.045，484.076，896.