臥式儲罐課程設計沐風書苑

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1、 目 錄 第一章 石腦油特性 1 第二章 設計參數(shù)的選擇 2 第三章 容器的結(jié)構(gòu)設計 3 3.1圓筒厚度的設計 3 3.2封頭厚度的計算 3 3.3筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設計 3 3.4人孔的選擇 4 3.5接管，法蘭，墊片和螺栓（柱） 5 3.5.1接管和法蘭 5 3.5.2墊片 6 3.5.3螺栓（螺柱）的選擇 8 3.6鞍座選型和結(jié)構(gòu)設計 8 3.6.1鞍座選型 8 3.6.2鞍座的安裝位置 9 第四章 開孔補強設計 11 4.1補強設計方法判別 11 4.2有效補強范圍 11 4.2.1有效寬度B 11 4.2.2外側(cè)有效高度 11 4.2

2、.3內(nèi)側(cè)有效高度 12 4.3有效補強面積 12 4.4補強面積 12 第五章 強度計算 13 5.1水壓試驗應力校核 13 5.2圓筒軸向彎矩計算 13 5.2.1圓筒中間截面上的軸向彎矩 13 5.2.2鞍座平面上的軸向彎矩 13 5.3圓筒軸向應力計算及校核 14 5.3.1圓筒中間截面上由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力 14 5.3.2由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力計算及校核 14 5.3.3圓筒軸向應力校核 15 5.4切向剪應力的計算及校核 15 5.4.1圓筒切向剪應力的計算 15 5.4.2圓筒被封頭加強（）時，其最大剪應力 15 5.4.3切向剪應

3、力的校核 16 5.5圓筒周向應力的計算和校核 16 5.5.1在橫截面的最低點處： 16 5.5.2在鞍座邊角處 16 5.5.3鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應力 17 5.5.4周向應力校核 17 5.6鞍座應力計算及校核 17 5.6.1腹板水平分力及強度校核 17 5.6.2鞍座壓縮應力及強度校核 18 5.7地震引起的地腳螺栓應力 19 5.7.1傾覆力矩計算 19 5.7.2由傾覆力矩引起的地腳螺栓拉應力 20 5.7.3由地震引起的地腳螺栓剪應力 20 參考文獻 21 教學g 第一章

4、石腦油特性 中文名稱： 石腦油（粗汽油） 化學品英文名稱： Naphtha 石腦油（petroleum naphtha ligroin）：一般含烷烴55.4%、單環(huán)烷烴30.3%、雙環(huán)烷烴2.4%、烷基苯11.7%、苯0.1%。平均分子量為114，密度為0.76g/cm3，爆炸極限1.2%~6.0%。 主要成分： 主要為烷烴的C4～C6成份。 石腦油在常溫、常壓下為無色透明或微黃色液體，有特殊氣味，不溶于水。密度在650-750kg/m3、。硫含量不大于0.08%，烷烴含量不超過60%，芳烴含量不超有12%，烯烴含量不大于1.0%。 外觀與性狀： 無色或淺黃色液體。 沸點(℃)：

5、 20～160 相對密度(水=1)： 0.78～0.97 閃點(℃)： -2 引燃溫度(℃)： 350 爆炸上限%(V/V)： 8.7 爆炸下限%(V/V)： 1.1 溶解性： 不溶于水，溶于多數(shù)有機溶劑。 健康危害： 石腦油蒸汽可引起眼及上呼吸道刺激癥狀，如濃度過高，幾分鐘即可引起呼吸困難、紫紺等缺氧癥狀。 環(huán)境危害： 對環(huán)境有危害，對水體、土壤和大氣可造成污染。 燃爆危險： 本品易燃，具刺激性。 危險特性： 其蒸汽與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑能發(fā)生強烈反應。其蒸汽比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇火源會著火回燃。 應急處理：迅

6、速撤離泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū)，并進行隔離，嚴格限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿防靜電工作服。盡可能切斷泄漏源。防止流入下水道、排洪溝等限制性空間。小量泄漏：用砂土、蛭石或其它惰性材料吸收。大量泄漏：構(gòu)筑圍堤或挖坑收容。用泡沫覆蓋，降低蒸汽災害。用防爆泵轉(zhuǎn)移至槽車或?qū)Ｓ檬占鲀?nèi)，回收或運至廢物處理場所處置。 第二章 設計參數(shù)的選擇 1、設計題目：臥式石腦油儲罐 2、原始數(shù)據(jù)：工作壓力：0.8 3、操作溫度：20 4、介質(zhì)名稱及特性（無毒，易燃）：石腦油 5、全容積：9 6、設計壓力：設計壓力取工作壓力的1.1倍，即 7、設計溫度：設計溫度取為

7、8、公稱直徑：根據(jù)筒體全容積，粗定筒體公稱直徑為1600mm。 9、主要元件材料的選擇：根據(jù)GB150-1998[1]表4-1，選用筒體材料為16MnR（鋼材標準為GB6654）。根據(jù)JB/T4731[2],鞍座選用材料為Q235-B，其許用應力。地腳螺栓選用符合GB/T 700規(guī)定的Q235，Q235的許用應力 第三章 容器的結(jié)構(gòu)設計 3.1圓筒厚度的設計 由于該容器儲存介質(zhì)易燃，所以該容器的焊縫都要采用全焊透結(jié)構(gòu)，需要對該儲罐進行100%探傷，所以取焊縫系數(shù)為。 假設圓筒的厚度在6~16mm范圍內(nèi)，查GB150-1998

8、中表4-1，可得： 疲勞極限強度，屈服極限強度，下的許用應力為，利用中徑公式 （3-1） 查標準HG20580-1998[3]表7-1知，鋼板厚度負偏差為0.25mm，而由[1]中3.5.5.1知，當鋼材的厚度負偏差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的6%時，負偏差可以忽略不計，故取。 查[3]中表7-5知，對于有輕微腐蝕的介質(zhì)，腐蝕裕量。 則筒體的名義厚度 圓整后取為 3.2封頭厚度的計算 查標準JB/T4746-2002[4]中表1，得公稱直徑 選用標準橢圓形封頭，長短軸比值為2，根據(jù)[1]中橢圓形封頭計算中式（7-1）

9、 (3-2) 同上，取， 則封頭的名義厚度為 圓整后取為 3.3筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設計 由封頭長短軸之比為2，即，得 查標準[4]中表B.1 EHA和B.2 EHA表橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，質(zhì)量，見表3-1和圖3-1。 取裝料系數(shù)為0.9，則 即 算得 圓整后取為 表3-1 封頭尺寸表 公稱直徑DN mm 總深度H mm 內(nèi)表面積A 容積 質(zhì)量 Kg 1600 425 2.9007 0.5864 133.4 圖3-1 橢圓形封頭 3.4人孔的選擇 根據(jù)HG/T 2151

10、7-2005[5]，查表3-3，選用凹凸面的法蘭，其明細尺寸見表3-2： 表3-2 人孔尺寸表 單位：mm 密封面型式 凹凸面MFM D 670 23 24 公稱壓力PN MPa 1.0 620 28 螺柱數(shù)量 20 公稱直徑DN 500 250 A 365 螺母數(shù)量 40 103 B 175 螺柱尺寸 d b 28 L 250 總質(zhì)量kg 153 密封面型式 密封面 （TG型） D 670 39

11、 24 公稱壓力PN MPa 2.5 600 44 螺柱數(shù)量 20 公稱直徑DN 450 320 A 365 螺母數(shù)量 40 48012 214 B 175 螺柱尺寸 d 450 b 28 L 250 總質(zhì)量kg 153 3.5接管、法蘭、墊片和螺栓（柱） 3.5.1接管和法蘭 該石腦油儲罐應設置物料入口、物料出口、溫度計口、壓力表口、安全閥口、液面計口、排污口和人孔。初步確定各口方位如圖3-2： 圖3-2 各管口方位 查HG/T 20592-2009[6]中表8.2 3-1 PN帶頸

12、對焊鋼制管法蘭，選取各管口公稱直徑，查得各法蘭的尺寸。 查[6]中附錄D中表D-3,得各法蘭的質(zhì)量。查[6]中表3.2.2，法蘭的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。 將查得的各參數(shù)整理如表3-3 3.5.2墊片 查HG/T 20609-2009[7]，得各管口的墊片尺寸如表3-4： 表3-4 墊片尺寸表 管口名稱 公稱直徑 內(nèi)徑D1 外徑D2 進料口 80 109.5 142 出料口 80 109.5 142 排污口 80 109.5 142 人孔 500 561 624 液位計口 32 61.5 82 溫度計口 20 45.5

13、 61 壓力表口 20 45.5 61 安全閥口 80 109.5 142 排空口 50 77.5 107 注：1：包覆金屬材料為純鋁板，標準為GB/T 3880，代號為L3。 2：填充材料為有機非石棉纖維橡膠板。 3：墊片厚度均為3mm。 教學g 名稱 公稱直徑DN 鋼管外徑法蘭焊端外徑 法蘭外徑D 螺栓孔中心圓直徑K 螺栓孔直徑L 螺栓孔數(shù)量n（個） 螺栓Th 法蘭厚度C 法蘭頸 法蘭高度 法蘭質(zhì)量 N R 進料口 80 89B 200 160 18 8 M16 20 105 3.2 10

14、6 50 4.0 出料口 80 89B 200 160 18 8 M16 20 105 3.2 10 6 50 4.0 排污口 80 89B 200 160 18 8 M16 20 105 3.2 10 6 50 4.0 人孔 500 液位計口 32 38B 140 100 18 4 M16 18 56 2.6 6 6 42 2.0 溫度計口 20 25B 105 75 14 4 M12 18 40 2.3 6 4 4

15、0 1.0 壓力表口 20 25B 105 75 14 4 M12 18 40 2.3 6 4 40 1.0 安全閥口 80 89B 200 160 18 8 M16 20 105 3.2 10 6 50 4.0 排空口 50 57B 165 125 18 4 M16 18 74 2.9 8 5 45 2.5 表3-3 各管口法蘭尺寸表 3.5.3螺栓（螺柱）的選擇 查HG/T 20613-2009[8]中表5.0.7-11和附錄中表A.0.1,得螺柱的長度和平墊圈尺寸如表3-5： 表3

16、-5 螺栓及墊片 名稱 緊固件用平墊圈 mm 公稱直徑 螺紋 螺柱長 H 進料口 80 M16 92 17 30 3 出料口 80 M16 92 17 30 3 排污口 80 M16 92 17 30 3 人孔 500 液位計口 32 M16 85 17 30 3 溫度計口 20 M12 75 13 24 2.5 壓力表口 20 M12 75 13 24 2.5 安全閥口 80 M16 92 17 30 3 排空口 50 M16

17、90 17 30 3 3.6鞍座選型和結(jié)構(gòu)設計 3.6.1鞍座選型 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。 估算鞍座的負荷： 儲罐總質(zhì)量 （3-3） —筒體質(zhì)量： —單個封頭的質(zhì)量， —充液質(zhì)量：，水壓試驗充滿水，故取介質(zhì)密度為， 則 —附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為，其他接管總和為200kg，即 綜上所述， 則每個鞍座承受的質(zhì)量為，即為。 查JB4712.1-2007[9]表1，優(yōu)先選擇輕型支座。查[9]中表2，得出鞍座尺寸如表3-6： 表3-6 鞍座尺寸表 公稱

18、直徑 DN 1600 腹板 8 墊板 390 允許載荷 Q kN 275 筋板 255 8 鞍座高度 h 250 170 e 70 底板 1120 240 螺栓間距 960 200 8 鞍座質(zhì)量 Kg 116 12 墊板 弧長 1870 增加100mm增加的高度 Kg 12 3.6.2鞍座的安裝位置 根據(jù)[2]中6.1.1規(guī)定，應盡量使支座中心到封頭切線的距離A小于等于，當無法滿足A小于等于時，A值不宜大于。為圓筒的平均內(nèi)徑。 即

19、取 鞍座的安裝位置如圖3-3所示： 圖3-3 鞍座安裝位置 第四章 開孔補強設計 根據(jù)[1]中式8.3，知該儲罐中只有人孔需要補強。 4.1補強設計方法判別 人孔開孔直徑為 故可采用等面積法進行補強計算 接管材料選用16MnR，其許用應力 根據(jù)GB150-1998中式8-1： （4-1） 式中： 殼體開孔處的計算厚度 接管的有效

20、厚度 強度削弱系數(shù) 所以 4.2有效補強范圍 4.2.1有效寬度B 按[1]中式8-7，得： （4-2） 4.2.2外側(cè)有效高度 根據(jù)[1]中式8-8，得： 4.2.3內(nèi)側(cè)有效高度 根據(jù)[1]中式8-9，得： 4.3有效補強面積 根據(jù)[1]中式8-10 至式8-13，分別計算如下： （4-3） —筒體多余面積 —接管多余面積 —焊縫金屬截面積，焊腳去

21、6mm，則 4.4補強面積 因為，所以開孔需另行補強 另行補強面積為 第五章 強度計算 5.1水壓試驗應力校核 試驗壓力 圓筒的薄膜應力為 即，所以水壓試驗合格 5.2圓筒軸向彎矩計算 圓筒的平均半徑為 鞍座反力為 5.2.1圓筒中間截面上的軸向彎矩 根據(jù)[2]中式7-2，得： 5.2.2鞍座平面上的軸向彎矩 根據(jù)[2]中式7-3，得： 圖5-1（a）筒體受剪力圖 圖5-1（b）筒體受彎矩圖 5.3圓筒軸向應力計算及校核 5.3.1圓筒中間截面上由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力 根據(jù)[2]中式7-4至

22、式7-7計算 最高點處： （5-1） 最低點處： （5-2） 5.3.2由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力計算及校核 鞍座平面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力，按下式計算： a).當圓筒在鞍座平面上或靠近鞍座處有加強圈或被封頭加強（即）時，軸向應力位于橫截面最高點處. 取鞍座包角，查表7-1（JB/T4731-2005）得，.則 b).在橫截面最低點處的軸向應力： 5.3.3圓筒軸向應力校核 （5-3） 查圖4-8[10]得，,則 滿足條件 5.4切向剪應力的計

23、算及校核 5.4.1圓筒切向剪應力的計算 根據(jù)[2]中式7-9計算，查[2]中表7-2，得： （5-4） 5.4.2圓筒被封頭加強（）時，其最大剪應力 根據(jù)[2]中式7-10，計算得： （5-5） 5.4.3切向剪應力的校核 圓筒的切向剪應力不應超過設計溫度下材料許用應力的0.8倍，即。封頭的切向剪應力，應滿足 而 故圓筒滿足強度要求。 根據(jù)[2]中式7-12 （5-6） 則

24、 （5-7） 故封頭滿足強度要求 5.5圓筒周向應力的計算和校核 根據(jù)鞍座尺寸表知： 即，所以此鞍座墊片作為加強用的鞍座。 5.5.1在橫截面的最低點處： 根據(jù)[2]中式7—18 其中（容器焊在支座上） （5-8） 查[2]中表7-3知， 則 5.5.2在鞍座邊角處 由于 根據(jù)[2]中式7—20: 由于 查[2]中表7-3知，則 （5-9） 5.5.3鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應力 由于，根據(jù)[2]中式7—22 5.5.

25、4周向應力校核 根據(jù)[2]中式7.3.4.3 故圓筒周向應力強度滿足要求。 5.6鞍座應力計算及校核 5.6.1腹板水平分力及強度校核 根據(jù)[2]中表7—7 鞍座包角，查[2]中表7—5得：。則 墊板起加強作用，則： 其中，， 則 則 查[2]中表5—1，得：，則 由于，所以其強度滿足要求。 5.6.2鞍座壓縮應力及強度校核 根據(jù)[2]中表7—6，取 則 ，鋼底板對水泥基礎的 則 所以壓應力應按[2]中式7—29計算： （5-9） 其中 ，筋板面

26、積 腹板面積： 形心： 腹板與筋板組合截面斷面系數(shù)： 代入公式得 取 則 根據(jù)[2]中式7—32進行校核 即滿足強度要求。 5.7地震引起的地腳螺栓應力 5.7.1傾覆力矩計算 5.7.2由傾覆力矩引起的地腳螺栓拉應力 根據(jù)[2]中式7-34計算 （5-10） 其中n為承受傾覆力矩的地腳螺栓個數(shù)，；為筒體軸線兩側(cè)的螺栓間距；為每個地腳螺栓的橫截面面積，；則 取載荷系數(shù)，，則

27、 由于，所以強度符合要求。 5.7.3由地震引起的地腳螺栓剪應力 根據(jù)[2]中式7-35計算 （5-11） 其中為承受剪應力的地腳螺栓個數(shù)，； 則 由于 故符合強度要求。 參考文獻 [1] GB150-1998,《鋼制壓力容器》 [2] JB/T 4731-2005,《鋼制臥式壓力容器》 [3] HG20580-1998,《鋼制化工容器設計基礎規(guī)定》 [4] JB/T4746-2002,《鋼制壓力容器用封頭》 [5] HG/T 21517-2005,《回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔》 [6] HG/T 20592-2009,《鋼制管法蘭》 [7] HG/T 20609-2009,《鋼制管法蘭用金屬包覆墊片》 [8] HG/T 20613-2009,《鋼制管法蘭用緊固件》 [9] JB4712.1-2007,《鞍式支座》 [10] 鄭津洋等.《過程設備設計》.北京:化學工業(yè)出版社, 2010