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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 目录第 1 章 绪论 . 第 2 章 工艺设计 . 2.1 储罐储备量 . 2.2 储罐设备的选型 . 第 3 章 结构设计 . 3.1 筒体及封头设计 . . 3.1.2 筒体壁厚设计 . 3.1.3 封头壁厚设计 . 3.2 接管的选取 . 3.3 法兰的选取 . 3.4 垫片的选取 . 3.5 螺栓的选取 . 3.6 人孔的选取 . 3.6.1 人孔的结构设计 . 3.6.2 核算开孔补强 . 3.7 安全阀、液位计和压力表的选取. 173.8 容器支座的设计 . 3.8.1 支座的挑选 . 3.8.2 鞍座位置的确定 . 3.9 总体布
2、局 . 第 4 章 强度运算 . 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书4.1 弯矩和剪力的运算 . 4.2 圆筒轴向应力运算及校核. 4.2.1 圆筒轴向应力运算 . 4.2.2 圆筒轴向应力校核 . 4.3 圆筒和封头切应力运算及校核. 274.4 鞍座截面处圆筒的周向应力运算及校核 . 27 第 5 章 焊接结构设计 . 5.1 焊接接头设计 . 5.2 焊条的挑选 . 设计心得 . 参考文献 . 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 38 页精选学习资料 -
3、- - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书第 1 章 绪论在固定位置使用、以介质储存为目的的容器称为储罐,如加氢站用高压氢气储罐、液化石油气储罐、战略石油储罐、自然气接收站用液化自然气储罐等；储罐有多种分类方法,按几何外形分为卧式圆柱形储罐、立式平底筒形储罐、球形储罐；按温度划分为低温储罐 或称为低温储槽 、常温储罐 90 和高温储罐 90250 ；按材料可划分为非金属储罐、 金属储罐和复合材料储罐； 按所处的位置又可分为地面储罐、地下储罐、半地下储罐和海上储罐等；单罐容积大于1000m3 的可称为大型储罐；金属制焊接式储罐是应用最多的一种储存设备,目前国际上最大的金属
4、储罐的容量已到达 2 10 5m3；储罐通常是由板、壳组合而成的焊接结构；圆柱形筒体、球形封头、椭圆形封头、碟 形封头、球冠形封头、锥形封头和膨胀节所对应的壳分别是圆柱壳、球壳、椭球壳、球冠+环壳、球冠、锥壳和环形板+环壳,而平盖或平封头、环形板、法兰、管板等受压元件分别对应于圆平板、环形板外半径与内半径之差大10 倍的板厚 、环 外半径与内半径之差小于 10 倍的板厚以及弹性基础圆平板；上述7 种壳和板可以组合成各种储罐结构形式,再加上密封元件、支座、安全附件等就构成了一台完整的储罐；图 1.1 为一台卧式储罐的总体结构图,下面结合该图对储罐的基本组成作简洁介绍；图 1.1 储罐总体结构1
5、名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书1 筒体筒体的作用是供应工艺所需的承压空间,是储罐最主要的受压元件之一,其内直径和容积往往需由工艺运算确定；圆柱形筒体即圆筒 和球形筒体是工程中最常用的筒体结构；圆筒按其结构可分为单层式和组合式两大类； 2 封头依据几何外形的不同,封头可以分为球形、椭圆形、碟形、球冠形、锥壳和平盖等几 种,其中球形、椭圆形、碟形和球冠形封头又统称为凸形封头；3 法兰储罐上需要有很多密封装置,如封头和筒体间的可拆式连接、容器接管与外管道间的 可拆连接以及人孔、手孔盖
6、的连接等,储罐能否正常、安全地运行在很大程度上取决于密 封装置的牢靠性；4 开孔与接管由于工艺要求和检修的需要,常在储罐的筒体或封头上开设各种大小的孔或安装接 管,如人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪 表等接管开孔；筒体或封头上开孔后,开孔部位的强度被减弱,并使该处的应力增大；这种减弱程度 随开孔直径的增大而加大,因而容器上应尽量削减开孔的数量,特别要防止开大孔；对容 器上已开设的孔,仍应进行开孔补强设计,以确保所需的强度；5 支座储罐靠支座支承并固定在基础上；圆筒形容器和球形容器的支座各不相同,圆筒形容 器支座分立式容器支座和卧式容器支座两类,其中立式容
7、器支座又有腿式支座、支承式支 座、耳式支座和裙式支座四种；而球形容器多采纳柱式或裙式支座；6 安全附件由于储罐的使用特点及其内部介质的化学工艺特性,往往需要在容器上设置一些安全 装置和测量、掌握外表来监控工作介质的参数,以保证储罐的使用安全和工艺过程的正常 进行；储罐的安全附件主要有安全阀、爆破片装置、紧迫切断阀、安全联锁装置、压力表、液面计、测温外表等；上述六大部件 筒体、封头、法兰、开孔接管、支座及安全附件 即构成了一台储罐的2 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书外壳；对于储存
8、用的容器,这一外壳即为容器本身；对于用于化学反应、传热、别离等工艺过程的容器,就须在外壳内装入工艺所要求的内件,才能构成一个完整的产品；3 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书第 2 章 工艺设计2.1 储罐储备量盛装液氯的储罐设计储备量W V t式中： W-储备量, t；-装量系数；V-储罐容积, m3；t-设计温度下的饱和溶液的密度,t/m3；由某些无机物重要物理性质表查得,液氯的密度为 1314kg/m3；依据设计条件 W V t 0 . 8 25 1 . 314 26 . 2
9、8 t2.2 储罐设备的选型目前我国普遍采纳常温压力储罐一般有两种形式,球形储罐和圆筒型储罐；由于圆筒形储罐加工制造安装简洁,安装费用少,但金属耗量大,占地面积大,所以在总储量小于500m3,单罐容积小于 100m3时,选用卧式储罐比较经济；粗略运算储罐的内径： D i 2L =25m 34一般 L =36,取 L =4,D D得 iD 1997 mm,圆整为 2000mm；就力学性能而言,半球形封头成效较好,但是冲压工艺较难,不易成型；依据 GB/T25198-2022储罐封头 选用 EHA 椭圆形封头,公称直径 D =2000mm,4 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共
10、 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书总深度 H= 525mm,内外表积 Am2 ,容积 V=1.1257m3；图 2.1 椭圆形封头储罐体积 V=42 DiL2 V 封头25m37.24m,圆整得 L=7800mm；就LV42 V封头2521.1257D2 i224L7800.3 90符合设计要求Di20001.125726.75m3V 实4D2L2 V 封头447.82iV实V100%26.75425100%7%5% 符合设计要求V25综上所述,筒体的公称直径为D =2000mm,长度 L=7800mm；5 名师归纳总结 - - -
11、- - - -第 7 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书6 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书第 3 章 结构设计3.1 筒体及封头设计3考虑液氯的特性以及材料的综合机械性能和使用的经济性,依据过程设备设计选择 Q345R 作为制造筒体和封头的材料；Q345R 为储罐专用钢板,50时的许用应力t170MPa=616mm；筒体壁厚设计1设计压力 P液氯储罐的工作温度 -1050,故取设计温度t=50；由储罐介质手册查得
12、该温度下的肯定饱和蒸气压为1.401MPa；在本次设计中的液氯储罐上装有安全阀,通常认为设计压力为工作压力的1.051.1 倍,所以设计压力P=1.1 =1.432MPa；2液柱静压力P 静P静gD i13149 . 8120 . 026 MPa（3）运算压力cPP静0.0261001.82%5%,P1.432可忽视液柱静压力影响,所以cP =PMPa；（4）焊接接头系数本次液氯储罐的设计采纳双面焊对接接头,100%无损检测,焊接接头系数取 1；（5）筒体运算厚度取厚度负偏差C 1P cD i1 . 43220008 . 46 mm2tP c217011 . 4320 . 25 mm,腐蚀裕度
13、C 22mm；设计厚度dC 1C 28 . 460 . 25210 . 71 mm7 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书查钢材标准规格,将其圆整为12mm；12.02529 . 75 mm；即名义厚度n12 mm,有效厚度enC 1C 2检查：n12 mm在 616mm 范畴,故名义厚度取12mm 合适；（6）水压试验水压试验时,液体的温度不低于s5,取 20；1 .79MPa .48MPaQ345R：t170MPa,345 MPa；P T1.25Pt1.251. 4321水压试验
14、时应力：TP TD iee1. 7920009. 75184229. 75水压试验许用应力：.09s0 . 91345310 . 50MPaT0 . 9s故筒体满意水压试验要求；3.1.3 封头壁厚设计标准椭圆形封头外形系数k=1；9 . 75 mm；2KP cD iP c21.143220008 . 44 mmt0 . 51701.0 51 . 432取厚度负偏差C 10 . 25 mm,腐蚀裕度C 22mm；设计厚度dC 1C 2.8440 . 25210 . 69 mm查钢材标准规格,将其圆整为12mm 与筒体相等；即名义厚度n12 mm,有效厚度enC 1C 212.0252检查：n1
15、2 mm在 616mm 范畴,故名义厚度取12mm 合适；3.2 接管的选取 液氯储罐应设置物料进口,物料出口,安全阀口,排污口,进气口,放气口,液位计口,压力表口,人孔；依据P N2 . 5MPa 查无缝钢管标准 GB/T8163-2022,材料为 208 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书钢时,各接管尺寸如表 3-1；表 3-1 接管表名称公称直径外径 壁厚连接尺寸标准理论质量 kg/m物料进管50 57 12HG20595-20221物料出管50 57 12HG20595-
16、2022安全阀管50 57 12HG20595-2022排污管50 57 12HG20595-2022进气管50 57 12HG20595-2022放气管50 57 12HG20595-2022液位计管40 45 10HG20595-2022压力表管40 45 10HG20595-2022265人孔450 480 12HG20595-20223.3 法兰的选取查 HG/T20592-2022钢制管法兰,P =2.5MPa 时,法兰材料用 20 钢；设计温度为50时,最大答应工作压力为2.25MPa,故公称压力选用2.5MPa；查 HG/T20592-2022钢制管法兰,依据公称压力2.5MPa
17、,公称直径 50mm 和 40mm 挑选法兰,但考虑到连接面形式和剧毒介质液氯的密封要求较高,综合各种因素,应选用带颈对焊法兰,如图 3.1所示,密封面型式为 FM；法兰参数如表 3-2 所示；9 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书图 3.1 带颈对焊法兰表 3-2 法兰尺寸表管公称钢管法兰螺栓螺栓螺栓螺法兰法兰N法兰颈R法兰口外径外径孔中孔直孔数栓厚度高度SH1理论D心圆径量直径A1名质量直径CHD NLnThkgBB称K物料进管5057165125184M1620487448
18、5物料出管5057165125184M16204874485安全阀管5057165125184M16204874485排污管5057165125184M16204874485进气管5057165125184M16204874485放气管5057165125184M16204874485液位计管4045150110184M1618456476压力表管4045150110184M161845647610名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书3.4 垫片的选取MPa,而且工作温度不是太高,
19、液氯的腐蚀性可以忽视,该密封属于静密封,压紧面 安装时易于对中,仍能有效的防止金属垫片被挤出压紧面,所以垫片选用石棉橡胶垫片即 可满意要求,查 HG/T20606-2022钢制管法兰用非金属平垫片得垫片尺寸,如表 3-3；垫片结构如图 3.2 所示；图 3.2 垫片结构表 3-3 垫片尺寸表管口名称公称直径内径外径厚度物料进管DNmmD1mmD2mm mm506187物料出管506187安全阀管506187排污管506187进气管506187放气管506187液位计管404575压力表管40457511名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 38 页精选学习资料 - - -
20、- - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书3.5 螺栓的选取依据密封所需压紧力大小运算螺栓载荷,挑选合适的螺柱材料； 运算螺栓直径与个数,按螺纹和螺栓标精确定螺栓尺寸；挑选螺栓材料为 Q235-A；查 HG20613-2022钢制管法兰用紧固件的螺栓长度和平垫片尺寸,如表 3-4；表 3-4 螺栓及垫圈尺寸管口名称公称直径螺纹螺柱长d1紧固件用平垫圈mmhd2物料进管50M169017303物料出管50M169017303安全阀管50M169017303排污管50M169017303进气管50M169017303放气管50M169017303液位计管40M169017303压力
21、表管40M1690173033.6 人孔的选取3.6.1 人孔的结构设计查储罐与化工设备有用手册 ,采纳回转盖带颈对焊法兰人孔；人孔的公称直径 D N=450mm,以便利工作人员的进入检修；配套法兰与上面的法兰类型相同,依据 HG/T 21518-2005回转盖带颈对焊法兰人孔,由 P =MPa 选用突面的密封形式 RF 型,采纳8.8 级 35CrMoA 等长双头螺柱连接；人孔尺寸如表 123-5,结构如图 3.3；名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书表 3-5 人孔尺寸结构密封
22、面型式公称压 MPa公称直径dW SdDkgD 1RFH 2450480 12456670600H1bb1b2AB250121424146375175Ld0螺柱数量螺母数量螺柱尺寸总质量回转盖带颈对250242040M33 2 165265焊法兰13名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书图 3.3 人孔结构示意图3.6.2 核算开孔补强依据 GB150,MPa 时,在壳体上开孔,两相邻开孔中间的间距大于两孔直径之和的2.5 倍,且接管公称外径不大于89mm 时,接管厚度满意要求,不另
23、行补强；本次设计人孔的公称外径为 450mm,大于 89mm,所以进行补强圈补强；1补强设计方法判别开孔直径dd i2C4502.225454 . 5 mm14名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书dDi20001000mm22满意等面积开孔补强运算的适用条件,故采纳等面积法进行开孔补强运算；2开孔所需补强面积接管材料选用 20 号钢,依据材料许用应力表查得t137MPa；Ad2et 1fr75 mm其中：壳体开孔处运算厚度=8.4592mm；接管有效厚度etntC 1C 2120
24、. 252.9强度减弱系数rft1370 . 81nt170开孔所需补强面积为Ad2et1fr454 . 58 . 45922.845929 . 751.081 3876 .71mm 23有效补强范畴有效补强范畴的宽度B12502 . 50 mmB2 d2454 .5909 mmBd2n2nt454 . 52122取二者中较大值,故B=909mm；有效补强范畴的外侧高度1hh 1dnt454.51273. 85mmh 1接管实际外伸高度200mm取二者中较小值,故1h =73.85mm；有效补强范畴的内侧高度h 2h 2dnt454.51273. 85mmh 2接管实际外伸高度0mm15名师归
25、纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书取二者中较小值,故 2h =0mm；4补强范畴内补强金属面积 A eA -壳体有效厚度减去运算厚度之外的余外面积；A 1Bde2ete 1fr.9758 . 4592 10 . 81 A 1909454 5. .9 758 . 4592 29 . 75 A 1581 . 79 mm2A -接管有效厚度减去运算厚度之外的余外面积；接管运算厚度t2P cD iP c2.1 432450.2 36 mmt13711 . 432A 22 h 1ettfr2 h
26、 2etC2frA 2273 . 85（9 . 75.2364）0 . 810A 2879 . 28 mm2A -有效补强区内焊缝金属截面积；由于本次设计的储罐是存放有毒介质的,所以选用A 3126236mm22D 类接头形式焊接 ;AeA 1A2A 3581 .88879 . 29361497 . 07 mm2（5）补强圈的选取由于A eA,所以需另加补强,其补强面积为：10mm,补强材A 4AA e3876 . 711497 . 072379 . 64 mm2nD2A 4D 12379. 6357.93mm760460查表 JB/T4736-2022 规定的补强圈尺寸系列,应选用的补强圈厚
27、度为料与筒体材料相同,为Q345R；16名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工业高校课程设计论文运算说明书3.7 安全阀、液位计和压力表的选取1安全阀的选用安全阀的作用是通过阀的自动开启排出气体来降低容器内过高的压力；其优点是仅排 放容器内高于规定值的部分压力,当容器内的压力降至稍低于正常操作压力时,能自动关 闭,防止一旦容器超压就把全部气体排出而造成铺张和中断生产；可重复使用多次,安装 调整也比较简洁；但密封性能较差,阀的开启有滞后现象,泄压反应较慢；安全阀主要由阀座、阀瓣和加载机构组成；阀瓣与阀座紧扣在一起形成一密封面,阀 瓣上面是加载机构；图为弹簧式安全阀；图 弹簧式安全阀当容器内的压力处于正常工作压力时,容器内介质作用于阀瓣上的力小于加载机构施 加在它上面的力,两力之差在阀瓣与阀座之间构成密封比压,使阀瓣紧压着阀座,容器内 的气体无法排出；当容器内压力超过额定的压力并到达安全阀的开启压力时,介质作用于 阀瓣上的力大于加载机构加在它上面的力,于是阀瓣离开阀座,安全阀开启,容器内的气 体通过阀座排出；假如容器的安全泄放量小于安全阀的额定排放量,经一段时间泄放后,容器内压力会降到正常工