臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

1、臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) . 1一、緒論 2設(shè)計(jì)任務(wù)： . 2設(shè)計(jì)思想 . 2設(shè)計(jì)特點(diǎn) . 2二、設(shè)計(jì)總論 . 3設(shè)計(jì)任務(wù) . 3材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證 . 3材料及結(jié)構(gòu)的選擇 . 3封頭的選擇 . 3容器支座的選擇 . 4三、主體設(shè)計(jì)計(jì)算 . 5確定罐體的內(nèi)徑及長(zhǎng)度 . 5筒體厚度設(shè)計(jì) . 5確定參數(shù) . 5計(jì)算壁厚 . 6圓筒最大允許工作壓力 . 6封頭壁厚設(shè)計(jì) . 7封頭壁厚設(shè)計(jì) . 7封頭最大允許工作壓力 . 7水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核 . 7四、零部件選配及設(shè)計(jì) . 8人孔選擇及補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 . 8人孔選擇 . 8補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 . 10進(jìn)出料接管的選擇及管法蘭選配 . 10進(jìn)料管 . 10出料管

2、. 11排污管 . 11液面計(jì)接管 . 11放空管 . 11安全閥的選擇 . 12鞍座的選擇 . 12罐體質(zhì)量 . 12封頭質(zhì)量 . 12二甲醚質(zhì)量 . 13附件質(zhì)量 . 13鞍座選擇 . 13五、容器焊縫標(biāo)準(zhǔn) . 14壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 . 14筒體與橢圓封頭的焊接接頭 . 14管法蘭與接管的焊接接頭 . 15接管與殼體的焊接接頭 . 15參考文獻(xiàn) 16、緒論設(shè)計(jì)任務(wù)：針對(duì)化工廠中的二甲醚儲(chǔ)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，并便攜設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。設(shè)計(jì)思想本設(shè)計(jì)的液料為二甲醚，二甲醚又稱甲醚，簡(jiǎn)稱DME甲醚在常壓下是一種無(wú)色氣體或壓縮液體，具有輕微醚香味。相對(duì)

3、密度（20°C) 664.10kg / m3，熔點(diǎn)C,沸點(diǎn)C,室溫下蒸氣壓約為，與石油液化氣（LPG相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多種有機(jī)溶劑。易燃，在燃燒時(shí)火焰略帶光亮，燃燒熱（氣 態(tài)）為1455kJ/mol。常溫下DME具有惰性，不易自動(dòng)氧化，無(wú)腐蝕、無(wú)致癌性, 但在輻射或加熱條件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。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)師可直接選用。 本設(shè)計(jì)書(shū)主要介紹了液罐的筒體， 封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算，低壓通用零部件的選用。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(guó)家使用標(biāo)準(zhǔn)， 這樣讓設(shè)計(jì)有章 可

4、循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)總論設(shè)計(jì)任務(wù)表2-1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值單位備注1名稱臥式二甲醚儲(chǔ)罐2用途二甲醚儲(chǔ)藏3最高工作壓力MPa4最高工作溫度505全容積3 m6裝料系數(shù)7工作介質(zhì)名稱二甲醚材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證材料及結(jié)構(gòu)的選擇二甲醚腐蝕性小,貯罐可選用一般鋼材,但由于壓力較大,可以考慮Q245R Q345R這兩種鋼種。如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用Q245R類的低碳鋼板，Q345R鋼板的價(jià)格雖比 Q245R貴，但在制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的計(jì)價(jià)， Q345F鋼板為比較經(jīng)濟(jì)。所以在此選擇 Q345F鋼板作為制造筒體和封頭材料。筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為圓筒形。封頭的選擇壓力容

5、器封頭的種類較多，常見(jiàn)容器凸形封頭形式如圖2-1示。圖2-1常見(jiàn)容器凸形封頭的形式從受力與制造方面分析來(lái)看，球形圭寸頭是最理想的結(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(lái)年： 球形封頭用材最少， 比橢圓開(kāi)封頭 節(jié)約，平板封頭用材最多。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。容器支座的選擇容器支座有鞍座 , 圈座和支腿三種 , 用來(lái)支撐容器的重量。 鞍式支座是應(yīng)用最 廣泛的一種臥式支座。 從應(yīng)力分析看， 承

6、受同樣載且具有同樣截面幾何形狀和尺 寸的梁采用多個(gè)支承比采用兩個(gè)支承優(yōu)越，因?yàn)槎嘀С性诹粌?nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力較小。 所以，從理論上說(shuō)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 .圈座一般對(duì)于大直徑薄壁容器和真空操作的容器。 腿式支座簡(jiǎn)稱支腿， 因這 種支座在與容器殼壁連接處會(huì)造成嚴(yán)重的局部應(yīng)力， 故只適合用于小型設(shè)備。 綜 上考慮在此選擇雙個(gè)鞍式支座作為儲(chǔ)罐的支座。圖 2-2 鞍式支座總體圖三、主體設(shè)計(jì)計(jì)算確定罐體的內(nèi)徑及長(zhǎng)度已知要求設(shè)計(jì)的儲(chǔ)罐的容積為16m3，選用儲(chǔ)罐形式為臥式儲(chǔ)罐，根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 公式計(jì)算臥式儲(chǔ)罐的直徑和筒長(zhǎng)，取長(zhǎng)徑比 L : Di 4 6，筒體的直徑和 筒

7、長(zhǎng)可由式（3-1 ）計(jì)算V14 d2L （3 - 1）根據(jù)化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB9019-2001，試選用筒體內(nèi)經(jīng)Di=1600mm 罐身的長(zhǎng)度L=8000mm對(duì)容積的核算：筒體體積V1： V1=3封頭體積經(jīng)查表得到V2=3總體積：V=V+2V2=3 > 16rr3所以取筒體：Di=1600mm L=8000mm筒體厚度設(shè)計(jì)確定參數(shù)工作壓力pw1.15MPa設(shè)計(jì)壓力 p1.05 pw1.051.151.21MPa液柱靜壓力 P液gDi664.109.981.20.008MPa由于p：/0.66%5%，故不計(jì)液柱靜壓力，f p所以計(jì)算壓力Pc P 1.21MPat為-2050°

8、C，假設(shè)厚度為616mm，由鋼板許用應(yīng)力表可得 Q345R的t 170MPa，因?yàn)?的取值是根據(jù)焊接接頭的形式，及無(wú)損檢測(cè)的長(zhǎng)度比例來(lái)確定的。本次儲(chǔ) 罐的設(shè)計(jì)采用雙面對(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面對(duì)接焊的全焊透對(duì)接接頭，100%6損檢測(cè)，所以1.0計(jì)算壁厚所以Pc Di1.21 16005.71mmt2Pc21701 - 1.21式中筒體計(jì)算厚度，mmPc 計(jì)算壓力，通常可取最高工作壓力的倍，MPat 許用應(yīng)力，MPa焊縫接頭系數(shù)；Di 筒體內(nèi)徑，伽。在鋼制壓力容器中，只考慮鋼板平面腐余量取C2=mm。dC25.711.57.21mm式中 d 設(shè)計(jì)厚度，伽。根據(jù) d 7.21mm，得 C10.25mm，

9、故 dC17.46mm,根據(jù)鋼板厚度規(guī)格，圓整后確定名義厚度n 8.0mm。復(fù)驗(yàn) n 6%0.48mm0.25mm，故最后取 C10.25mm，故該儲(chǔ)罐用8mm厚 Q345R鋼板制作。圓筒最大允許工作壓力Di26.25170116006.251.32MPa1.21MPa，滿足設(shè)計(jì)條件封頭壁厚設(shè)計(jì)封頭壁厚設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同計(jì)算厚度PcDi1.2116005.70mm2七0.5pc21701-0.51.21設(shè)計(jì)厚度C1C25.700.251.57.45mm考慮鋼板厚度規(guī)格，圓整后確定名義厚度 n 8mm圭寸頭最大允許工作壓力橢圓形封頭的最大允許工作壓力按下式確定KDi0.5

10、e217016.25116000.56.251.33MPa1.21MPa所以封頭也符合設(shè)計(jì)條件0.9水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核tPT(Di2 ee)0.9s式中Pt1.25 p1.251.211.51MPa，enCnGC280.251.56.25mms345MPa，Q345F鋼板的屈服極限，則t1.51(16006.25)194MPa現(xiàn)已知圓筒n，需對(duì)圓筒進(jìn)行強(qiáng)度校核。校核如下:26.25而s0.91345310.5MPa，所以水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠四、零部件選配及設(shè)計(jì)人孔選擇及補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算人孔選擇人孔的作用： 為了檢查壓力容器在使用過(guò)程中是否產(chǎn)生裂紋、 變形、腐蝕等 缺陷。人孔的結(jié)構(gòu)：既有承受壓力的筒節(jié)、端蓋

11、、法蘭、密封墊片、緊固件等受壓 元件，也有安置與啟閉端蓋所需要的軸、銷、耳、把手等非受壓件。人孔類型：從是否承壓來(lái)看有常壓人孔和承壓人孔。 從人孔所用法蘭類型來(lái) 看，承壓人孔有板式平焊法蘭人孔、 帶頸平焊法蘭人孔和帶頸對(duì)焊法蘭人孔， 在 人孔法蘭與人孔蓋之間的密封面， 根據(jù)人孔承壓的高低、 介質(zhì)的性質(zhì)， 可以采用 突面、凹凸面、 榫槽面或環(huán)連接面。 從人孔蓋的開(kāi)啟方式及開(kāi)啟后人孔蓋的所處 位置看，人孔又可分為回轉(zhuǎn)蓋人孔、垂直吊蓋人孔和水平吊蓋人孔三種。人孔標(biāo)準(zhǔn)HG21524-95規(guī)定卩心時(shí)只能用帶頸平焊法蘭人孔或帶頸對(duì)焊法蘭 人孔。容器上開(kāi)設(shè)人孔規(guī)定當(dāng) Di>1000 時(shí)至少設(shè)一個(gè)人孔，

12、壓力容器上的開(kāi)孔最好 是圓形的，人孔公稱直徑最小尺寸為© 400伽。綜合考慮選擇水平吊蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔(HG21524-95，公稱壓力、公稱 直徑DN450 H仁320 RF型密封面、采用Q345F材料、墊片采用外環(huán)材料為低碳 鋼、金屬帶為0Cr19Ni9、非金屬帶為柔性石墨、C型纏繞墊。標(biāo)記為：人孔 RF W( W- C-1220)總質(zhì)量為 256kg.法蘭標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為 HGJ5A 53-91,墊片標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為 HGJ6A 72-91,法蘭蓋標(biāo)準(zhǔn) HGJ6什65-91材料為20R,螺柱螺母標(biāo)準(zhǔn) HGJ75-91 螺柱材料40Cr螺母材料45,吊環(huán)轉(zhuǎn)臂和材料 Q235-A - F,墊圈標(biāo)準(zhǔn)

13、為GB95-85 材料100HV,螺母標(biāo)準(zhǔn)GB41-86吊鉤和環(huán)材料Q235-A- F,無(wú)縫鋼管材料為20, 支承板材料為 Q345R。件號(hào)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)名稱數(shù)量材料尺寸/mm1筒節(jié)1Q345R2法蘭13墊片14法蘭蓋15螺柱206螺母407吊環(huán)18轉(zhuǎn)臂19墊圈20110螺母M20211吊鉤112環(huán)113無(wú)縫鋼管114支承板1Q345R補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)： 壓力容器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)常用的形式可分為補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)、 厚壁管補(bǔ) 強(qiáng)、整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)三種。補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)是使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式， 它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 制造方便、 原材 料易解決、安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)。在一般用途、條件不苛刻的條件下，可采用補(bǔ)強(qiáng) 圈補(bǔ)強(qiáng)形式。但必須滿足

14、規(guī)定的條件。壓力容器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算方法有多種，為了計(jì)算方便，采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法， 即殼體截面因開(kāi)孔被削弱的承載面積， 必須由補(bǔ)強(qiáng)材料予以等面積的補(bǔ)償。 當(dāng)補(bǔ) 強(qiáng)材料與被削弱殼體的材料相同時(shí)， 則補(bǔ)強(qiáng)面積等于削弱的面積。 補(bǔ)強(qiáng)材料采用 Q345R。根據(jù)JB/T 4736-2002，確定補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑 D1=484mm外徑D2=760m,補(bǔ)強(qiáng)圈 厚度為 20mm。進(jìn)出料接管的選擇及管法蘭選配材料：容器接管一般應(yīng)采用無(wú)縫鋼管， 所以液體進(jìn)料口接管材料選擇無(wú)縫鋼 管，采用無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn) GB8163-87材料為16MnR結(jié)構(gòu)：接管伸進(jìn)設(shè)備內(nèi)切成 45 度，可避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動(dòng)，減少物料 對(duì)壁的磨損與腐蝕。

15、接管的壁厚要求： 接管的壁厚除要考慮上述要求外， 還需考慮焊接方法、 焊 接參數(shù)、加工條件、施焊位置等制造上的因素及運(yùn)輸、安裝中的剛性要求。一般 情況下，管壁厚不宜小于殼體壁厚的一半，否則，應(yīng)采用厚壁管或整體鍛件，以 保證接管與殼體相焊部分厚度的匹配。不需另行補(bǔ)強(qiáng)的條件：當(dāng)殼體上的開(kāi)孔滿足下述全部要求時(shí)（GB150），可不另行補(bǔ)強(qiáng)。進(jìn)料管書(shū) P322出料管書(shū) P322排污管書(shū) P322液面計(jì)接管書(shū) P322放空管書(shū) P3226 兩相鄰開(kāi)孔中心的間距管間的間距均由下述來(lái)設(shè)計(jì)并計(jì)算： L 2(dn dm) 上部：從罐的右側(cè)至左側(cè)依次設(shè)置：安全閥接管口，放空口，進(jìn)料口，出料口， 人孔，安全閥接管口中

16、心線距右封頭 L1 1500mm ， 安全閥接管口中心線與放空口中心線間距 :L22(89 32) 242mm 取 L2 400mm放空口中心線與進(jìn)料口中心線間距：L32(3257)178mm 取 l3300mm進(jìn)料口中心線與出料口中心線的間距:L42(5725)164mm取 L4300mm出料口中心線與人孔中心線的間距:L5 2(25450)950mm取 L51200mm部：罐左側(cè)設(shè)置排污管：封頭的左側(cè)放兩個(gè)液位計(jì)接口。安全閥的選擇安裝位置：在離右封頭切線處 1150 處安裝一安全閥。由操作壓力決定安全閥的公稱壓力，由操作溫度決定安全閥的使用溫度范 圍，所以由本設(shè)計(jì)的溫度、壓力、介質(zhì)等基本參

17、數(shù)可以查得標(biāo)準(zhǔn)型號(hào) A21H-40, 公稱通徑DN取20 mm,質(zhì)量約為80 kg。與安全閥和接管連接的法蘭選擇突面板 式平焊管法蘭 HG20592-1997法蘭RF(A)，與殼體連接的接管為無(wú)縫鋼管 GB8163-87熱軋鋼管，尺寸為© 89 X 12 m。鞍座的選擇首先計(jì)算鞍座負(fù)荷儲(chǔ)罐總質(zhì)量m m1 m2 m3 m4式中 m1 罐體質(zhì)量m2 封頭質(zhì)量m3 二甲醚質(zhì)量m4 附件質(zhì)量罐體質(zhì)量Di=1600mm， L=8000mm， n 8.0mm ，m1Di L n 3.14 (1600 8) 8000 8 78502537kg8.0mm，直邊高度20mm勺標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭封頭質(zhì)量查 J

18、B/T4746-2002 ， Di=1600mm，質(zhì)量 ,二甲醚質(zhì)量m3V儲(chǔ)罐容積V2V封V筒17.254m3二甲醚密度664.10kg / m3m30.917.254664.1010312.5kg附件質(zhì)量人孔質(zhì)量200kg,其他接管等質(zhì)量總和按300kg記,故 m4500kg鞍座選擇儲(chǔ)罐總質(zhì)量m m m2m3m42537356.810312.550013706.3kgmg13706.39.8F67.2kN2 2根據(jù)附錄12,五、容器焊縫標(biāo)準(zhǔn)壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求焊縫分散原則； 避免焊縫多條相交原則； 對(duì)稱質(zhì)心布置原則； 避開(kāi)應(yīng)力復(fù)雜區(qū)或應(yīng)力峰值去原則； 對(duì)接鋼板的等厚連接原則； 接頭設(shè)計(jì)的

19、開(kāi)敞性原則； 焊接坡口的設(shè)計(jì)原則（焊縫填充金屬盡量少； 避免產(chǎn)生缺陷；焊縫坡口對(duì)稱； 有利于焊接防護(hù)；焊工操作方便； 復(fù)合鋼板的坡口應(yīng)有利于減少過(guò)渡層焊縫金屬的稀釋率） 。筒體與橢圓封頭的焊接接頭壓力容器受壓部分的焊接接頭分為 A、B、C、D 四類，查得封頭與圓筒連接 的環(huán)向接頭采用 A 類焊縫。焊接方法： 采用手工電弧焊， 其原理是利用電弧熱量融化焊條和母材， 由融 化的金屬結(jié)晶凝固而形成接縫，焊接材料為碳鋼、低合金鋼、不銹鋼，應(yīng)用范圍 廣，適用短小焊縫及全位置施焊， 可適用在靜止、 沖擊和振動(dòng)載荷下工作的堅(jiān)固 密實(shí)的焊縫焊接，這種方法靈活方便，適應(yīng)性強(qiáng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，維修方便，生產(chǎn)率 低，勞動(dòng)強(qiáng)度高。封頭與圓筒等厚采用對(duì)接焊接。平行長(zhǎng)度任取。坡口形式為 I 型坡口。根據(jù)16Mn