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1、臥式儲罐設(shè)計(jì) 臥式儲罐設(shè)計(jì) 1 一、緒論 2 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)： 2 1.2 設(shè)計(jì)思想 2 1.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 2 二、設(shè)計(jì)總論 3 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 3 2.2 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證 3 2.2.1 材料及結(jié)構(gòu)的選擇 3 2.2.2 封頭的選擇 3 2.2.3 容器支座的選擇 4 三、 主體設(shè)計(jì)計(jì)算 5 3.1 確定罐體的內(nèi)徑及長度 5 3.2 筒體厚度設(shè)計(jì) 5 3.2.1 確定參數(shù) 5 3.2.2 計(jì)算壁厚 6 3.2.3 圓筒最大允許工作壓力 6 3.3 封頭壁厚設(shè)計(jì) 7 3.3.1 封頭壁厚設(shè)計(jì) 7 3.3.2 封頭最大允許工作壓力 7 3

2、.4 水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核 7 四、 零部件選配及設(shè)計(jì) 8 4.1 人孔選擇及補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 8 4.1.1 人孔選擇 8 4.1.2 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 10 4.2 進(jìn)出料接管的選擇及管法蘭選配 10 4.2.1 進(jìn)料管 10 4.2.2 出料管 11 4.2.3 排污管 11 4.2.4 液面計(jì)接管 11 4.2.5 放空管 11 4.3 安全閥的選擇 11 4.4 鞍座的選擇 11 4.4.1 罐體質(zhì)量 12 4.4.2 封頭質(zhì)量 12 4.4.3 二甲醚質(zhì)量 12 4.4.4 附件質(zhì)量 12 4.4.5 鞍座選擇 12 五、 容器焊縫標(biāo)準(zhǔn) 14 5.1

3、 壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 14 5.2 筒體與橢圓封頭的焊接接頭 14 5.3 管法蘭與接管的焊接接頭 15 5.4 接管與殼體的焊接接頭 15 參考文獻(xiàn) 16 一、緒論 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)： 針對化工廠中的二甲醚儲罐，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，并便攜設(shè)計(jì)說明書。 1.2 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，簡稱DME，甲醚在常壓下是一種無色氣體或壓縮液體，具有輕微醚香味。相對密度（20℃），熔點(diǎn)-141.5℃，沸點(diǎn)-24.9℃，室溫下蒸氣壓約為0.5MPa，與石油液化氣（LPG）相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多

4、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，不易自動氧化，無腐蝕、無致癌性，但在輻射或加熱條件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。 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)或國家使用標(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，合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)。 二、設(shè)計(jì)總論 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 表2-1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表 序號 項(xiàng)目 數(shù)值 單位

5、備注 1 名稱 臥式二甲醚儲罐 2 用途 二甲醚儲藏 3 最高工作壓力 1.15 MPa 4 最高工作溫度 50 ℃ 5 全容積 6 裝料系數(shù) 0.9 7 工作介質(zhì)名稱 二甲醚 2.2 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證 2.2.1 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)， Q345R鋼板為比較經(jīng)濟(jì)。所以在此選擇Q345R鋼板

6、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。 2.2.2 封頭的選擇 壓力容器封頭的種類較多，常見容器凸形封頭形式如圖2-1示。 圖2-1 常見容器凸形封頭的形式 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，比橢圓開封頭節(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。 2.2.3 容器支座的選擇 容器支座有鞍座,圈座和

7、支腿三種,用來支撐容器的重量。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. 圈座一般對于大直徑薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座簡稱支腿，因這種支座在與容器殼壁連接處會造成嚴(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)鞍式支座作為儲罐的支座。 圖2-2 鞍式支座總體圖 3、 主體設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 確定罐體的內(nèi)徑及長度 已知要求設(shè)計(jì)的儲罐的容積為，選用儲罐形式為臥式儲罐，

8、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算臥式儲罐的直徑和筒長，取長徑比，筒體的直徑和筒長可由式（3-1）計(jì)算 根據(jù)《化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)手冊》標(biāo)準(zhǔn)GB 9019-2001，試選用筒體內(nèi)經(jīng)Di=1600mm，罐身的長度L=8000mm。 對容積的核算： 筒體體積V1：V1=16.08m 封頭體積V2：經(jīng)查表得到V2=0.587m 總體積：V=V1+2V2=17.254m＞16m 所以取筒體： Di=1600mm L=8000mm 3.2 筒體厚度設(shè)計(jì) 3.2.1 確定參數(shù) 工作壓力 設(shè)計(jì)壓力 液柱靜壓力 由于，故不計(jì)液柱靜壓力， 所以計(jì)算壓力 為，假設(shè)厚度為，由《鋼板許用應(yīng)力表》可得

9、的， 因?yàn)榈娜≈凳歉鶕?jù)焊接接頭的形式，及無損檢測的長度比例來確定的。本次儲罐的設(shè)計(jì)采用雙面對接接頭和相當(dāng)于雙面對接焊的全焊透對接接頭，100%無損檢測，所以。 3.2.2 計(jì)算壁厚 所以 式中 —筒體計(jì)算厚度，mm； —計(jì)算壓力,通常可取最高工作壓力的1.05-1.10倍，MPa； —許用應(yīng)力，MPa； —焊縫接頭系數(shù)； —筒體內(nèi)徑，㎜。 在《鋼制壓力容器》中，只考慮鋼板平面腐余量取C2=1.5㎜。 式中 —設(shè)計(jì)厚度，㎜。 根據(jù)，得， 故, 根據(jù)鋼板厚度規(guī)格，圓整后確定名義厚度。 復(fù)驗(yàn)，故最后取，

10、故該儲罐用8mm厚Q345R鋼板制作。 3.2.3 圓筒最大允許工作壓力 ， 滿足設(shè)計(jì)條件。 3.3 封頭壁厚設(shè)計(jì) 3.3.1 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 設(shè)計(jì)厚度 考慮鋼板厚度規(guī)格，圓整后確定名義厚度。 3.3.2 封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 所以封頭也符合設(shè)計(jì)條件。 3.4 水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核 現(xiàn)已知圓筒、，需對圓筒進(jìn)行強(qiáng)度校核。校核如下： 式中 ， ，Q345R鋼板的屈服極限， 則 而 ，所以水壓試驗(yàn)

11、強(qiáng)度足夠。 4、 零部件選配及設(shè)計(jì) 4.1 人孔選擇及補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 4.1.1 人孔選擇 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。 人孔類型：從是否承壓來看有常壓人孔和承壓人孔。從人孔所用法蘭類型來看，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。從人孔蓋的開啟方式及開啟后人孔蓋的所處位置看，人孔又可

12、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PN≥1.0Mpa時(shí)只能用帶頸平焊法蘭人孔或帶頸對焊法蘭人孔。 容器上開設(shè)人孔規(guī)定當(dāng)Di>1000時(shí)至少設(shè)一個(gè)人孔，壓力容器上的開孔最好是圓形的，人孔公稱直徑最小尺寸為φ400㎜。 綜合考慮選擇水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔（HG21524-95），公稱壓力PN2.5、公稱直徑DN450、H1=320、RF型密封面、采用Q345R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RFⅥ（WC-1220）450-2.5HG21524-95總質(zhì)量為256kg.法蘭標(biāo)

13、準(zhǔn)號為HGJ50～53-91,墊片標(biāo)準(zhǔn)號為HGJ69～72-91,法蘭蓋標(biāo)準(zhǔn)HGJ61～65-91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-AF,墊圈標(biāo)準(zhǔn)為GB95-85材料100HV,螺母標(biāo)準(zhǔn)GB41-86，吊鉤和環(huán)材料Q235-AF，無縫鋼管材料為20，支承板材料為Q345R。 件號 標(biāo)準(zhǔn)號 名稱 數(shù)量 材料 尺寸/mm 1 筒節(jié) 1 Q345R 2 法蘭 1 3 墊片 1 4 法蘭蓋 1 5 螺柱 20 6 螺母 40

14、 7 吊環(huán) 1 8 轉(zhuǎn)臂 1 9 墊圈20 1 10 螺母M20 2 11 吊鉤 1 12 環(huán) 1 13 無縫鋼管 1 14 支承板 1 Q345R 4.1.2 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：壓力容器開孔補(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。但必須滿足規(guī)定的條件。 壓力

15、容器開孔補(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=760mm，補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為20mm。 4.2 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。 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，減少物料對壁的磨損與腐蝕。 接管的壁厚要

16、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)殼體上的開孔滿足下述全部要求時(shí)(GB150)，可不另行補(bǔ)強(qiáng)。 4.2.1 進(jìn)料管 書P322 4.2.2 出料管 書P322 4.2.3 排污管 書P322 4.2.4 液面計(jì)接管 書P322 4.2.5 放空管 書P322 6 兩相鄰開孔中心的間距 管間的間距均由下述來設(shè)計(jì)并計(jì)算： 上部：從罐的右側(cè)至左側(cè)依次設(shè)置

17、：安全閥接管口，放空口，進(jìn)料口，出料口，人孔， 安全閥接管口中心線距右封頭， 安全閥接管口中心線與放空口中心線間距: 取 放空口中心線與進(jìn)料口中心線間距： 取 進(jìn)料口中心線與出料口中心線的間距: 取 出料口中心線與人孔中心線的間距: 取 下部：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。 4.3 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)等基本參數(shù)可以查得標(biāo)準(zhǔn)型號A21H-40,公稱通徑DN取20㎜，質(zhì)量約為80㎏。與安全閥和接管連接

18、的法蘭選擇突面板式平焊管法蘭HG20592-1997法蘭RF(A)80-2.5，與殼體連接的接管為無縫鋼管GB8163-87熱軋鋼管，尺寸為φ8912㎜。 4.4 鞍座的選擇 首先計(jì)算鞍座負(fù)荷 儲罐總質(zhì)量 式中 —罐體質(zhì)量 —封頭質(zhì)量 —二甲醚質(zhì)量 —附件質(zhì)量 4.4.1 罐體質(zhì)量 Di=1600mm，L=8000mm，， 4.4.2 封頭質(zhì)量 查JB/T4746-2002，Di=1600mm，，直邊高度20mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭質(zhì)量178.4kg, 4.4.3 二甲醚質(zhì)量 儲罐容積 二甲醚密度 4.4

19、.4 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 4.4.5 鞍座選擇 儲罐總質(zhì)量 根據(jù)附錄12， 5、 容器焊縫標(biāo)準(zhǔn) 5.1 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）。 5.2 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

20、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)備簡單，維修方便，生產(chǎn)率低，勞動強(qiáng)度高。 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。 根據(jù)16MnR的抗拉強(qiáng)度 =490Mpa和屈服點(diǎn) =325Mpa選擇E50系列（強(qiáng)度要求： ≥490Mpa； ≥400Mpa）的焊條，型號為E5014.該型號的焊條是鐵粉

21、鈦型藥皮（藥皮成分：氧化鈦30%，加鐵粉），適用于全位置焊接，熔敷效率較高，脫渣性較好，焊縫表面光滑，焊波整齊，角焊縫略凸，能焊接一般的碳鋼結(jié)構(gòu)。 5.3 管法蘭與接管的焊接接頭 管法蘭與接管焊接接頭形式和尺寸參照標(biāo)準(zhǔn)HG20605-97,根據(jù)公稱通經(jīng)選擇坡口寬度 5.4 接管與殼體的焊接接頭 所設(shè)的接管都是不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的插入式接管，接管插入殼體，接管與殼體間的焊接有全焊透和部分焊頭兩種，它們的焊接接頭均屬T形或角接接頭。選擇HG20583-1998標(biāo)準(zhǔn)中代號為G2的接頭形式，選擇全焊透工藝，可用于交變載荷，低溫及有較大溫度梯度工況。如附圖中的局部放大圖所示[4,5]。 參考文獻(xiàn)

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