液氨氣體儲罐設(shè)計(jì)方案

PAGEVII液氨氣體儲罐設(shè)計(jì)方案目錄1設(shè)計(jì) 41.1工藝參數(shù)的設(shè)定 41.1.1設(shè)計(jì)壓力 41.1.2筒體的選材及結(jié)構(gòu) 41.1.3封頭的結(jié)構(gòu)及選材 51.2設(shè)計(jì)計(jì)算 51.1.1筒體壁厚計(jì)算 51.1.2 封頭壁厚計(jì)算 61.3壓力實(shí)驗(yàn) 71.3.1水壓試驗(yàn) 71.3.2水壓試驗(yàn)的應(yīng)力校核： 71.4附件選擇 71.4.1人孔選擇及人孔補(bǔ)強(qiáng) 71.4.3 進(jìn)出料接管的選擇 91.4.4 液面計(jì)的設(shè)計(jì) 111.4.5 安全閥的選擇 111.4.6 排污管的選擇 111.4.7 鞍座的選擇 111.4.8鞍座選取標(biāo)準(zhǔn) 121.4.9鞍座強(qiáng)度校核 131.4.10容器部分的焊接 141.5筒體和封頭的校核計(jì)算 141.5.1筒體軸向應(yīng)力校核 141.5.2筒體和封頭切向應(yīng)力校核 16液化氣體儲罐設(shè)計(jì)方案1.1工藝參數(shù)的設(shè)定1.1.1設(shè)計(jì)壓力液化氣體儲罐裝安全閥，設(shè)計(jì)壓力可取最大操作壓力的1.05-1.10倍。通過公式，因此我們的設(shè)計(jì)壓力。表2-1設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)要求參數(shù)設(shè)計(jì)壓力1.3Mpa設(shè)計(jì)溫度50℃儲存物料液氨儲罐體積50m31.1.2筒體的選材及結(jié)構(gòu)根據(jù)液氨的物性選擇罐體材料，碳鋼對液氨有良好的耐蝕性腐蝕在0.1以下，且又屬于中壓儲罐，可以考慮20R和16MnR這兩種鋼材。如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用20R類的低碳鋼板，16MnR鋼板的價(jià)格雖比20R貴，但在制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的計(jì)價(jià)，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟(jì)。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。鋼板標(biāo)準(zhǔn)號為GB6654-1996。常溫儲罐有兩種形式：球形貯罐和圓筒形貯罐。球形儲罐具有投資少,金屬耗量少,占地面積少等優(yōu)點(diǎn),但是加工制造及安裝復(fù)雜,焊接工作量大,因此安裝費(fèi)用較高。一般用于儲存總量大于500或單罐容積大于200時；圓筒形貯罐具有加工制造安裝簡單,承壓能力較好，安裝費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn),但是金屬耗量大占地面積大,所以在總貯量小于500,單罐容積小于100時選用臥式貯罐比較經(jīng)濟(jì)。由于圓筒形貯罐按安裝方式可分為臥式和立式兩種。根據(jù)工藝要求，液氨儲量為50，因此，液氨儲罐可設(shè)計(jì)為臥式圓筒形[1]。1.1.3封頭的結(jié)構(gòu)及選材封頭有多種形式，半球形封頭就單位容積的表面積來說為最小，需要的厚度是同樣直徑圓筒的二分之一，從受力來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式，但缺點(diǎn)是深度大，直徑小時，整體沖壓困難，大直徑采用分瓣沖壓其拼焊工作量也較大。橢圓形封頭的應(yīng)力情況不如半球形封頭均勻，但對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭與厚度相等的筒體連接時，可以達(dá)到與筒體等強(qiáng)度。它吸取了蝶形封頭深度淺的優(yōu)點(diǎn)，用沖壓法易于成形，制造比球形封頭容易，所以選擇橢圓形封頭，結(jié)構(gòu)由半個橢球面和一圓柱直邊段組成。查橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)（JB/T4737-95）以內(nèi)直徑為公稱直徑的封頭封頭取與筒體相同材料[4]。表2-2橢圓封頭標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑曲面高度h1直邊高度h2內(nèi)面積Fi/m2容積V/m32600650407.631.51圖2-1封頭1.2設(shè)計(jì)計(jì)算1.1.1筒體壁厚計(jì)算確定容器的公稱直徑、筒體長度已知：設(shè)計(jì)的液化石油氣儲罐的理論體積為裝量系數(shù)設(shè)：容器的公稱直徑為筒體的長度為L當(dāng)則推出根據(jù)GB/9019-2001查表可知：容器的公稱直徑DN=2600長度L=8500mm查《壓力容器材料使用手冊-碳鋼及合金鋼》得16MnR的密度為7.85t/m3，熔點(diǎn)為1430℃，許用應(yīng)力列于下表：表2-316MnR許用應(yīng)力鋼號板厚/㎜在下列溫度（℃）下的許用應(yīng)力/Mpa16MnR201001502002503006～167017017017015614416～366316316315914713436～6057157157150138125>60～10053153150141128116圓筒的計(jì)算壓力為1.3Mpa,容器筒體的縱向焊接接頭和封頭的拼接接頭都采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)為1.0,全部無損探傷。取許用應(yīng)力為170Mpa，則：筒體計(jì)算厚度為：鋼板厚度負(fù)偏差mm,查材料腐蝕手冊得50℃下液氨對鋼板的腐蝕速率小于0.1mm/y，所以雙面腐蝕取腐蝕裕量。mm所以設(shè)計(jì)厚度為：圓整后取名義厚度為：圖2-2筒體的相關(guān)尺寸1.1.2封頭壁厚計(jì)算根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭得封頭計(jì)算公式故封頭厚度近似等于筒體厚度，取同樣厚度，則名義厚度tn1=24mm。因?yàn)榉忸^壁厚≥20mm則標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度h0=40mm。1.3 壓力試驗(yàn)1.3.1水壓試驗(yàn)試驗(yàn)方法：試驗(yàn)時容器頂部應(yīng)設(shè)排氣口，充液時應(yīng)將容器內(nèi)的空氣排盡，試驗(yàn)過程中，應(yīng)保持容器外表面的干燥。試驗(yàn)時壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)壓力后，保壓時間一般不少于30min。然后將壓力降至規(guī)定試驗(yàn)壓力的80%，并保持足夠長的時間以便對所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行檢查。如有滲漏，修補(bǔ)后重新試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)時的壓力1.3.2水壓試驗(yàn)的應(yīng)力校核：水壓試驗(yàn)時的應(yīng)力查《化工容器設(shè)計(jì)》得16MnR鋼板的常溫強(qiáng)度指標(biāo)，水壓試驗(yàn)時的許用應(yīng)力為故σT＜0.9ФσS筒體滿足水壓試驗(yàn)時的強(qiáng)度要求。1.4附件選擇1.4.1人孔選擇及人孔補(bǔ)強(qiáng)人孔的作用：為了檢查壓力容器在使用過程中是否產(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、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。人孔的筒節(jié)不采用無縫鋼管,故不能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)。因此設(shè)計(jì)所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑為,壁厚。故補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸如下：圖2-3人孔結(jié)構(gòu)示意圖查表得人孔的筒體尺寸為480×10，由標(biāo)準(zhǔn)查得補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)圈內(nèi)公式D1=484mm,外徑D2=760mm，開孔補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)計(jì)算參數(shù)如下：1.不計(jì)焊縫系數(shù)的筒體計(jì)算壁厚：（1.4）1.開孔所需補(bǔ)強(qiáng)的面積A：開孔直徑：（1.5）補(bǔ)強(qiáng)的面積：3.有效寬度B：取最大值B=907.2mm4.有效高度h：外側(cè)高度或兩者取較小值內(nèi)側(cè)高度或h2=接管實(shí)際內(nèi)伸高度=0mm兩者取較小值5.筒體多余面積A1：筒體有效厚度：選擇與筒體相同的材料（16MnR）進(jìn)行補(bǔ)償，故=1，所以（1.6）6.接管多余金屬的截面積A2：接管計(jì)算厚度（1.7）7.補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫截面積A3：8.有效補(bǔ)強(qiáng)面積Ae：因?yàn)?，所以需要補(bǔ)強(qiáng)9.所需補(bǔ)強(qiáng)截面積A4:10.補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：（補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑，外徑）考慮圓整問題=26mm尺寸表如下表2-4:人孔標(biāo)準(zhǔn)尺寸表密封面型式PN/MpaDNdw×sdDD1H1H2總質(zhì)量kg突面1.5450480×124506706003202142561.4.3進(jìn)出料接管的選擇材料：容器接管一般應(yīng)采用無縫鋼管，所以液體進(jìn)料口接管材料選擇無縫鋼管，采用無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)GB8163-87。材料為16MnR。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。圖2-4罐上的各接管位置不需另行補(bǔ)強(qiáng)的條件：當(dāng)殼體上的開孔滿足下述全部要求時，可不另行補(bǔ)強(qiáng)。（1）設(shè)計(jì)壓力小于或等于1.5Mpa；（2）兩相鄰開孔中心的距離應(yīng)不小于兩孔直徑之和的2倍；（3）接管公稱外徑小于或等于89mm；（4）接管最小壁厚滿足以下要求。表2-5:接管最小壁厚要求接管公稱直徑/mm57766589最小壁厚/mm5.06.0因此熱軋無縫鋼管的尺寸為φ89×12mm。鋼管理論重量為21.79㎏/m。取接管伸出長度為150mm。管法蘭的選擇：根據(jù)平焊法蘭適用的壓力范圍較低（PN<4.0Mpa）,選擇突面板式平焊管法蘭，標(biāo)記為：HG20592-1997法蘭RF(A)80-1.5,其中D=190,管法蘭材料鋼號（標(biāo)準(zhǔn)號）:20（GB711）。根據(jù)（歐洲體系）鋼制管法蘭、墊片、墊片、緊固件選配表（HG20614-1997）選擇：墊片型式為石棉橡膠板墊片(尚無標(biāo)準(zhǔn)號)，密封面型式為突面，密封面表面為密紋水線，緊固件型式為六角螺栓雙頭螺柱全螺紋螺柱。在離筒體底以上250mm處安裝容器出料管，容器內(nèi)的管以彎管靠近容器底，這種方式用于臥式容器。出料口的基本尺寸以及法蘭與進(jìn)料口相同。因此進(jìn)出料接管滿足不另行補(bǔ)強(qiáng)的要求所以不再另行補(bǔ)強(qiáng)。1.4.4液面計(jì)的設(shè)計(jì)液面計(jì)的種類很多，常用的有玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)。它們都是外購的標(biāo)準(zhǔn)件，只需要選用。玻璃板液面計(jì)有三種：透光式玻璃板液面計(jì)、反射式玻璃板液面計(jì)、視鏡式玻璃板液面計(jì)。根據(jù)選用表選用：選用反射式玻璃板液面計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)號HG21590-95，法蘭形式及其代號C型（長頸對焊突面管法蘭HG20617-97）,液面計(jì)型號R型公稱壓力PN4.0,使用溫度0～250℃，液面計(jì)的主題材料代號：鍛鋼（16Mn）。液面計(jì)標(biāo)記為：液面計(jì)CR4.0-Ⅰ-1450V根據(jù)筒體公稱直徑2600mm選擇兩個同樣的液面計(jì)，單個質(zhì)量為90kg左右。兩個液面計(jì)接口管的安裝位置如裝配圖所畫。液面計(jì)接管：無縫鋼管GB8163-87熱軋鋼管，尺寸為φ89×12mm。1.4.5安全閥的選擇安裝位置：在離右封頭切線處1150mm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)等基本參數(shù)可以查得標(biāo)準(zhǔn)型號A21H-40,公稱通徑DN取20mm，質(zhì)量約為80kg。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)80-1.5，與殼體連接的接管為無縫鋼管GB8163-87熱軋鋼管，尺寸為φ89×12mm。1.4.6排污管的選擇排污閥是利用裝在閥桿下面的閥盤與閥體的突緣部分相配合，控制閥的啟閉。結(jié)構(gòu)較閘閥簡單，制造、維修方便?？梢哉{(diào)節(jié)流量，應(yīng)用廣泛。安裝位置：在離右鞍座的左側(cè)1000mm處安裝一個排污管。選擇無縫鋼管GB8163-87熱軋鋼為材料的排污管焊接在容器底部，尺寸為φ89×12mm。管端法蘭：突面板式平焊管法蘭HG20592-1997法蘭RF(A)80-1.5，法蘭一端連接排污閥（截止閥），型號J41H-40，取公稱通徑為80mm，對應(yīng)質(zhì)量為44.4kg。1.4.7鞍座的選擇臥式容器的支座有三種形式：鞍座、圈座和支腿，常見的臥式容器和大型臥式儲罐、換熱器等多采用鞍座，它是應(yīng)用得最為廣泛的一種臥式容器支座。置于支座上的臥式容器，其情況和梁相似，有材料力學(xué)分析可知，梁彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力與支點(diǎn)的數(shù)目和位置有關(guān)。當(dāng)尺寸和載荷一定時多支點(diǎn)在梁內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力較小，因此支座數(shù)目似乎應(yīng)該多些好。但對于大型臥式容器而言，當(dāng)采用多支座時，如果各支座的水平高度有差異或地基沉陷不均勻，或殼體不直不圓等微小差異以及容器不同部位受力撓曲的相對變形不同，是支座反力難以為個支點(diǎn)平均分?jǐn)偅瑢?dǎo)致課題應(yīng)力增大，因而體現(xiàn)不出多制作的優(yōu)點(diǎn)，故一般情況采用雙支座。采用雙支座時選取的原則如下：① 雙鞍座臥式容器的受力狀態(tài)可簡化為受均布載荷的外伸梁，由材料力學(xué)知，當(dāng)外伸長度A=0.207L時，跨度中央的彎矩與支座截面處的彎矩絕對值相等，所以一般近似取,其中L取兩封頭切線間距離，A為鞍座中心線至封頭切線間距離。② 當(dāng)鞍座鄰近封頭時，則封頭對支座處筒體有加強(qiáng)剛性的作用。為了充分利用這一加強(qiáng)效應(yīng)，在滿足下應(yīng)盡量使。圖2-5筒體鞍座位置此外，臥式容器由于溫度或載荷變化時都會產(chǎn)生軸向的伸縮，因此容器兩端的支座不能都固定在基礎(chǔ)上，必須有一端能在基礎(chǔ)上滑動，以避免產(chǎn)生過大的附加應(yīng)力。通常的做法是將一個支座上的地腳螺栓孔做成長圓形，并且螺母不上緊，使其成為活動支座，而另一支座仍為固定支座。所以本設(shè)計(jì)就采用這種支座結(jié)構(gòu)。根據(jù)設(shè)備的公稱直徑和容器的重量參照鞍座標(biāo)準(zhǔn)JB/T4712-1992選取鞍座結(jié)構(gòu)及尺寸。鞍座的材料（除加強(qiáng)墊板除外）為Q235-A?F，加強(qiáng)墊板的材料應(yīng)與設(shè)備殼體材料相同為16MnR[7]。1.4.8鞍座選取標(biāo)準(zhǔn)（1）容器載荷計(jì)算筒體的質(zhì)量：查得圓筒體理論質(zhì)量為1290kg/m,筒體長度加上封頭的直邊長度為8540mm,則W1=1290×8.54=11016.6kg。封頭的質(zhì)量：根據(jù)封頭的名義厚度查得2:1標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭理論質(zhì)量為1230kg。水壓試驗(yàn)時水的質(zhì)量：由常用壓力容器手冊查得公稱直徑2600mm、厚24mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的容積為1.51,則容器容積為水重=50.338×1000=50338kg附件的質(zhì)量：人孔重256kg，人孔補(bǔ)強(qiáng)重21.2kg，進(jìn)出料管約100kg，兩個液面計(jì)共180kg，安全閥80kg，排污閥44.4kg，螺栓和法蘭140Kg，再加上與閥門相接的接管重量，附件總質(zhì)量約為821.600kg。所以設(shè)備總質(zhì)量為：筒體的重量為：（2）鞍座的選擇查得公稱直徑為2600mm的容器選擇重型(BⅠ)，120°包角、焊制、六筋、帶墊板，高度為250mm的鞍座，允許載荷Q1951kN>634.062kN,為使封頭對鞍座處的圓筒起加強(qiáng)作用，可取，則選A=650mm。左鞍座標(biāo)記為JB/T4712-1992鞍座B2600-F.(固定)，右鞍座標(biāo)記為JB/T4712-1992鞍座B3000-S.具體尺寸如下表：表2-6：鞍座標(biāo)準(zhǔn)尺寸表公稱直徑DN允許載荷Q/kN鞍座高度h螺栓間距mm鞍座質(zhì)量/kg增加100mm高度所增加的質(zhì)量/kg260019512501640454471.4.9鞍座強(qiáng)度校核鞍座腹板的水平分力：查得鞍座包角120°對應(yīng)系數(shù)支座反力：鞍座腹板有效界面內(nèi)的水平方向平拉應(yīng)力：計(jì)算高度，取鞍座實(shí)際高度和兩者中的較小值，250mm鞍座腹板厚度，18mm鞍座腹板有效寬度，取墊板寬度=500mm與圓筒體的有效寬度兩者中的較小值，500mm鞍座墊板有效厚度，12mm則鞍座腹板水平拉應(yīng)力為：應(yīng)力校核：鞍座材料Q235-A?F的許用應(yīng)力，則，。1.4.10容器部分的焊接焊接應(yīng)滿足以下要求:焊縫分散原則；避免焊縫多條相交原則；對稱質(zhì)心布置原則；避開應(yīng)力復(fù)雜區(qū)或應(yīng)力峰值去原則；對接鋼板的等厚連接原則；接頭設(shè)計(jì)的開敞性原則；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)有利于減少過渡層焊縫金屬的稀釋率）。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。封頭與圓筒等厚采用對接焊接。平行長度任取。坡口形式為I型坡口。接管與殼體的焊接接頭中，由于容器