28m3臥式液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

1、<p>　　2.8m3臥式液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 生：xxxxxxx</p><p>　　指導(dǎo)教師：xxxxxxx</p><p><b>　　一、題目來源</b></p><p><b>　　題目來源：實(shí)際生產(chǎn)</b></p><p>　　二

2、、研究的目的和意義 </p><p>　　儲(chǔ)罐是一種用于儲(chǔ)存液體或氣體的密封容器，主要用于存儲(chǔ)或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)的設(shè)備，在化工、石油、能源、冶金、消防、輕工、環(huán)保、制藥、食品、城市燃?xì)獾刃袠I(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，儲(chǔ)存介質(zhì)涵蓋了(丙烷、丁烷、丙烯、乙烯、液化石油氣、液氨等)液化氣體、氧氣、氮?dú)狻⑻烊粴夂统鞘忻簹獾葰怏w，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著不可替代的作用。其種類很多，大體上有：滾塑儲(chǔ)罐，玻璃鋼儲(chǔ)罐，陶瓷儲(chǔ)罐

3、、橡膠儲(chǔ)罐、焊接塑料儲(chǔ)罐等。就儲(chǔ)罐的性價(jià)比來講，現(xiàn)在以滾塑儲(chǔ)罐最為優(yōu)越，滾塑儲(chǔ)罐又可以分鋼襯塑儲(chǔ)罐，全塑儲(chǔ)罐兩大系，分別包括立式，臥式，運(yùn)輸，攪拌等多個(gè)品種。而臥式液化氣儲(chǔ)罐是目前中、小型液化氣站儲(chǔ)存和運(yùn)輸液化氣的主要容器之一，在石油化工行業(yè)中應(yīng)用廣泛并占有相當(dāng)大的比例。</p><p>　　臥式儲(chǔ)罐的容積一般都小于100m3 ，通常用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)或加油站。年來隨著制造工藝的提高其容積有逐漸增大的趨勢。隨著容積的增

4、大，儲(chǔ)罐在設(shè)計(jì)和使用中的安全可靠性就變得極為重要。然而我國臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)制造技術(shù)的還遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平，制造較困難，加工費(fèi)用高，且焊接、檢驗(yàn)技術(shù)要求高。所以研究臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)及其焊接工藝對我國石油化工等行業(yè)有著極其重要的意義。</p><p>　　三、閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱</p><p>　　[1]呂宜濤,壓力容器制造質(zhì)量控制的研究，天津大學(xué)學(xué)位論文，1997年9月．</p&g

5、t;<p>　　[2]馬自勤,孫麗,王秀倫等：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹在CAPP信息管理中的應(yīng)用，大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2001年9月，第22卷，第3期．</p><p>　　[3]王錦,張振明,黃乃康：集成環(huán)境下面向產(chǎn)品的 CAPP系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)工程與</p><p>　　應(yīng)用，2000年4月．</p><p>　　[4]肖凌,姚建初：集成環(huán)境下的計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)

6、，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2000年7月，第29卷，第4期．</p><p>　　[5]趙麗萍,陳鴻：面向CAPP的工作流程管理研究與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2001年第17期．</p><p>　　[6]高清,馬云輝，馬玉林：先進(jìn)制造系統(tǒng)中的質(zhì)量保證，高技術(shù)通訊，1995年5月．</p><p>　　[7]張曙，張為民：新一代CAPP系統(tǒng)，組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，1

7、996年第10期．</p><p>　　[8]湯善甫,朱思明主編：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，第2版，華東理工出版社，2004年12月</p><p>　　[9] 陳祝年,焊接工程師手冊。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[10]楊海濤.壓力容器的安全與強(qiáng)度計(jì)算 [M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,1985.</p><p>　　[11

8、]李俊斌，李彬喜 在役液氨儲(chǔ)罐應(yīng)力場有限元分析與安全評定 Technology & Products技術(shù)產(chǎn)品版 2006.5</p><p>　　[12]儲(chǔ)罐基礎(chǔ)知識 海川化工論壇</p><p>　　[13]馬朝玲 液氨貯存設(shè)計(jì)分析 硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程 2004年第1期</p><p>　　[14] 錢才富,段成紅,徐鴻,黎澎 大型臥

9、式儲(chǔ)罐鞍座應(yīng)力分析 設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu) P25-28</p><p>　　[15]王永興,大型立式圓筒型儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì) 山西化工 第23 卷第4 期2003 年11 月</p><p>　　[16] 常征,大型臥式罐熱處理 沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 第22卷第3期 2000年6月</p><p><b>　　P200—202</b></p>

10、<p>　　[17]王元文,臥式承壓儲(chǔ)罐可靠性優(yōu)化研究 化工裝各技術(shù) 第27卷第3期2006年</p><p><b>　　P39—43</b></p><p>　　[18] 何錫梁,壓力容器制造的CECAPP技術(shù) 任惠珍上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) 第4卷 第1期 2004.3 p39—42</p><p>　　[19] J.

11、C. Choi · Chul Kim · S.Y. Jung Development of an automated design system of a CNG composite vessel using a steel liner manufactured using the DDI process DOI 10.1007/s00170-003-1798-4 Int J Adv M

12、anuf Technol (2004) 24: 781–788</p><p>　　[20] M. PERL_1 and Y. GREENBERG_2 Three-dimensional analysis of thermal shock effect on innersemi-elliptical surface cracks in a cylindrical pressure vessel I

13、nternational Journal of Fracture 99: 161–170, 1999. 1999 Kluwer Academic Publishers. Printed in the Netherlands.</p><p>　　[21] J. Rudolph · E. Weiß · M. Forster Modeling of welded joints

14、 for design against fatigue Engineering with Computers (2003) 19: 142–151 DOI 10.1007/s00366-003-0253-3</p><p>　　[22]A.M.P.DE JESUS1,A.S.RIBEIRO1 and A.A.FERNANDES2 Validation of procedures for fatigue lif

15、e assessment of a steelpressure vessel doi: 10.1111/j.1460-2695.2004.00794.x</p><p>　　四、國內(nèi)外儲(chǔ)罐的發(fā)展和研究狀況</p><p>　　4.1．國內(nèi)外儲(chǔ)罐的發(fā)展</p><p>　　隨著石油化工工業(yè)的發(fā)展以及國家原油戰(zhàn)略儲(chǔ)備庫項(xiàng)目的實(shí)施，儲(chǔ)罐的大型化將成為發(fā)展的必然趨勢。目

16、前世界上已建成的大型儲(chǔ)罐數(shù)量逐年增加，如早在1967年在委內(nèi)瑞拉就建成了16的浮頂儲(chǔ)罐，1971年日本建成了20的浮頂儲(chǔ)罐，而世界產(chǎn)油大國之一的沙特阿拉伯也已成功建造了20廳的浮頂儲(chǔ)罐。</p><p>　　國內(nèi)大型儲(chǔ)罐發(fā)展從20世紀(jì)70年代開始，1975年，國內(nèi)首臺(tái)5浮頂儲(chǔ)罐在上海陳山碼頭建成。繼后，在石化企業(yè)、港口、油田、管道系統(tǒng)建造數(shù)十臺(tái)5浮頂儲(chǔ)罐。20世紀(jì)80年代中后期，國內(nèi)開始建造10的大型浮頂儲(chǔ)罐，迄

17、今為止，已經(jīng)先后在秦皇島、大慶、儀征、鐵嶺、黃島、舟山、大連、山東、蘭州、上海、鎮(zhèn)海、燕山、湛江等地建造了80余座10浮頂儲(chǔ)罐。到目前為止，國內(nèi)建成并投入使用的最大容積的大型浮頂儲(chǔ)罐是中國石化集團(tuán)公司建造的油罐15。</p><p>　　4.2．儲(chǔ)罐大型化的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　節(jié)省鋼材，減少投資。儲(chǔ)罐容積越大，單一位容積所需要的鋼材量越少。相同的容積，</p><

18、p>　　由大罐組成要比小罐組成節(jié)省大投資。</p><p>　　占地面積小，因?yàn)楣藓凸拗g要有一定的距離，所以在相同的容積情況下，用幾臺(tái)大</p><p>　　罐比一群小罐的占地面積要節(jié)省的多。</p><p>　　便于操作管理并且節(jié)省管線及配件。幾臺(tái)大罐與一群小罐相比，庫區(qū)管理要簡單的多，在檢修、維護(hù)、保衛(wèi)等方面都比較方便。</p><p

19、>　　4.3．臥式液氨儲(chǔ)罐的簡介</p><p>　　臥式儲(chǔ)罐的容積一般都小于100m3 ，通常用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)或加油站。臥式儲(chǔ)罐環(huán)向焊縫采用搭接，縱向焊縫采用對接。圈板交互排列，取單數(shù)，使端蓋直徑相同。臥式儲(chǔ)罐的端蓋分為平端蓋和碟形端蓋，平端蓋臥式儲(chǔ)罐可承受 40kPa 內(nèi)壓，碟形端蓋臥式儲(chǔ)罐可承受 0.2Mpa 內(nèi)壓。地下臥式儲(chǔ)罐必須設(shè)置加強(qiáng)環(huán)，加強(qiáng)還用角鋼煨制而成。</p><p>

20、;　　氨是生產(chǎn)含氮肥料及尿素的基木原料，一般以液態(tài)的形式從合成氨工廠送到這些肥料廠。這就需要設(shè)置液氨貯存設(shè)施，以確保原料供應(yīng)，為化肥廠連續(xù)生產(chǎn)創(chuàng)造必要條件。氨在常壓下，冷卻到-33.4就液化。故常壓下液氨需要 在低于-33.4貯存，而在常溫下應(yīng)在壓力容器內(nèi)貯存。</p><p>　　按照不同地區(qū)的氣溫和貯存條件的變化，液氨的貯存原則上可在-33—43內(nèi)，以控制其相應(yīng)汽化壓力確定工藝方案。一般采用壓縮、低溫或兩者

21、結(jié)合的方法，因此有三種貯存工藝，即加壓常溫、加壓低溫和常壓低溫。國內(nèi)通常將液氨的這二種貯存工藝稱為常溫中壓、降溫低壓和低溫常壓。</p><p>　　液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)溫度為40，對應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa;而降溫低壓工藝是利用制冷系統(tǒng)將液氨適當(dāng)冷凍貯存，相應(yīng)降低了貯存設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力以減薄其壁，從而降低儲(chǔ)罐的投資;至于低溫常壓工藝，則是將液氨冷凍至不高于它的沸點(diǎn)(低于-33，視當(dāng)?shù)卮髿鈮憾?，使得液氨對應(yīng)的氣相壓

22、力與大氣壓力相同或相近，從而可以采用常壓容器盛裝貯存，以最大限度降低儲(chǔ)罐投資。</p><p>　　上述三種液氨貯存工藝對制造液氨儲(chǔ)罐的鋼材用量有很大影響，隨著儲(chǔ)罐的工作溫度降低，儲(chǔ)罐單位鋼材用量可貯存的液氨量顯著增大。常溫儲(chǔ)罐每噸鋼材用量可貯存液氨2.07t;若溫度降到0，則每噸鋼材用量可貯存液氨10t.儲(chǔ)罐容量可達(dá)250 —4000t液氨;若貯存在－33，則每噸鋼材用量可貯存40t液氨，儲(chǔ)罐容量可達(dá)4500t

23、以上。</p><p>　　4.4．現(xiàn)階段研究狀況</p><p>　　儲(chǔ)罐在石油化工行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，而且近年來隨著制造工藝的提高其容積有逐漸增大的趨勢。隨著容積的增大，儲(chǔ)罐在設(shè)計(jì)和使用中的安全可靠性就變得極為重要。</p><p>　　目前儲(chǔ)罐及其部件的設(shè)計(jì)可以參照壓力容器的設(shè)計(jì)規(guī)范，其分為基于彈性失效準(zhǔn)則的規(guī)則設(shè)計(jì)(Design by Rule)和基于塑性

24、失效準(zhǔn)則的“分析設(shè)計(jì)”(Design by Analysis)其中分析設(shè)計(jì)法是工程與力學(xué)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，它不僅能解決壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)所不能解決的問題，而且代表了近代設(shè)計(jì)的先進(jìn)水平。</p><p>　　為了確保儲(chǔ)罐在生產(chǎn)中的安全，工廠都會(huì)定期對儲(chǔ)罐進(jìn)行檢修，其中包括外觀檢修，打開人孔進(jìn)行檢查，做理化檢驗(yàn)，無損檢測等等。但是隨著儲(chǔ)罐的使用，儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)、壁厚等參數(shù)都發(fā)生了變化，儲(chǔ)罐在這種變化下還能不能滿足上作的要求，

25、這就需要我們對儲(chǔ)罐的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，做出判斷?，F(xiàn)在最常用的分析就是應(yīng)力分析，其目的就是求出結(jié)構(gòu)在承受載荷以后結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力分布情況，找出最大應(yīng)力點(diǎn)或求出當(dāng)量應(yīng)力值，然后對此進(jìn)行評定，當(dāng)應(yīng)力值在許用范圍以內(nèi)時(shí)，結(jié)構(gòu)滿足要求，可以安全生產(chǎn)。當(dāng)應(yīng)力值超出許用應(yīng)力時(shí)，儲(chǔ)罐是危罐，應(yīng)該立即停止使用或者采取合適的方法來補(bǔ)救。</p><p>　　常用的應(yīng)力分析的方法有兩種:一種是解析的方法，分為精確解，近似解;另一種是數(shù)值的方法，

26、分為有限差分法，有限元法等。精確解法在解決彈性問題時(shí)通常已經(jīng)知道結(jié)構(gòu)的形狀與幾何尺寸、材料常數(shù)、彈性模量、泊松比、屈服極限、內(nèi)壓力、表面力、體積力、溫度載荷、結(jié)構(gòu)的約束情況等。</p><p>　　由于有限元法是采用有限個(gè)有限大小的單元節(jié)點(diǎn)處相連所組合成的離散體代替連續(xù)的彈性體，這就是使用有限元法具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，即可以適應(yīng)各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、載荷及邊界條件，也可以計(jì)算由不同材料組合成的結(jié)構(gòu)。近年來許多功能較強(qiáng)的有限

27、元軟件的不斷涌現(xiàn)，前后處理功能的不斷改進(jìn)，可以輸入比以前更少的信息便可以自動(dòng)生成網(wǎng)格及載荷移置，ANSYS,NASTRAN理出圖象輸出，高溫蠕變分析、極大地方便了設(shè)計(jì)者。等軟件還有等效線性化后處理功能，并將結(jié)果整有限元法口前不僅用于彈塑性分析，還可以用于大變形與屈曲分析，斷裂分析等。用有限元法與數(shù)學(xué)規(guī)劃法相結(jié)合還進(jìn)行了不同載荷作用下的極限分析與安全性分析。有限元法作為一種有效的應(yīng)力分析方法正在成為壓力容器應(yīng)力分析的首要方法。</p

28、><p>　　五、研究內(nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路</p><p>　　5.1.主要研究內(nèi)容：</p><p>　　(1) 臥式儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　由老師提供的數(shù)據(jù)和參數(shù)，來設(shè)計(jì)壓力容器，其中具體內(nèi)容有：選材，必要的計(jì)算，焊接工藝參數(shù)的確定，焊接工藝卡的生成等。</p><p><b>　

29、　(2) 經(jīng)濟(jì)性分析</b></p><p>　　由所選材料、焊接方法、儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)對容器的價(jià)格進(jìn)行評估，并選擇出較經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　5.2.重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題：</p><p>　　臥式承壓儲(chǔ)罐是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的設(shè)備，也是容易發(fā)生災(zāi)難性事故的特殊設(shè)備，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致的事故占有較大的比例，所以正確合理的壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是才能

30、使安全使用。焊縫的焊接質(zhì)量也對容器的強(qiáng)度有很大的影響，特別是中、高壓壓力容器或有危害性的容器，焊縫的質(zhì)量不過關(guān)，可能會(huì)發(fā)生泄露、爆炸等危險(xiǎn)事故。所以要合理設(shè)計(jì)焊縫位置和焊接工藝，并從分析容器所受應(yīng)力來進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)。</p><p>　　故需要解決的關(guān)鍵問題主要有:儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)用ANSYS軟件進(jìn)行應(yīng)力分析等。</p><p>　　六、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所必須具備的工作條件及解決的辦法<

31、;/p><p><b>　　6.1 具備的條件</b></p><p>　　以前所學(xué)到的理論知識、所用的課本、搜集到的資料、老師提供的參考資料等， Auto CAD二維工程圖軟件，還有計(jì)算機(jī)，圖書館，網(wǎng)絡(luò)資源等。</p><p><b>　　6.2 解決辦法</b></p><p>　　在圖書館查閱化工

32、容器設(shè)計(jì)的、設(shè)計(jì)手冊和雜志等相關(guān)書籍，借助網(wǎng)絡(luò)資源，在學(xué)校圖書館網(wǎng)站和一些化工機(jī)械論壇上查閱下載必要的資料，并在老師的指導(dǎo)，認(rèn)真思考、歸納總結(jié)，逐步解決在設(shè)計(jì)過程中遇到的理論性困難問題，及時(shí)補(bǔ)充學(xué)習(xí)缺乏的知識。在空閑時(shí)間多上機(jī)學(xué)習(xí)并熟練掌握上述的各種繪圖軟件和分析軟件。</p><p>　　七．工作的主要階段、進(jìn)度與時(shí)間安排</p><p>　　1、搜集資料

33、 第 4 周</p><p>　　2、翻譯和開題報(bào)告 第 5-6 周</p><p>　　3、臥式儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 7-8 周</p><p>　　4、焊接工藝設(shè)計(jì) 第 9 周</p><

34、;p>　　5、容器失效分析 第10-11周</p><p>　　6、經(jīng)濟(jì)性分析 第 12 周</p><p>　　7、撰寫論文 第13-14周</p><p>　　8、報(bào)于指導(dǎo)老師審查，修改

35、 第 15 周</p><p>　　9、準(zhǔn)備答辯 第 16 周</p><p>　　八．指導(dǎo)教師審查意見</p><p>　　2.8m3臥式液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 生：xxxxxxxxxx</p><p>　　指導(dǎo)教師：xxxx

36、xxxxxx</p><p>　　【摘要】 本文首先介紹了壓力容器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，對液氨儲(chǔ)罐作了簡單的介紹。接著對液氨儲(chǔ)罐的進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 并運(yùn)用Auto CAD、Pro/Engineer軟件分別繪制了儲(chǔ)罐裝配圖和三維圖。并利用ANSYS分析軟件對儲(chǔ)罐進(jìn)行了應(yīng)力分析，針對最大應(yīng)力分布區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，有效地解決了用定量計(jì)算方法進(jìn)行應(yīng)力分析困難的缺點(diǎn)。還從價(jià)格評估的角度對液氨儲(chǔ)罐作了經(jīng)濟(jì)性分析，

37、驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的可行性。最后從焊接缺陷出發(fā)對儲(chǔ)罐進(jìn)行失效分析，并以VB語言為基礎(chǔ)，結(jié)合控制圖原理設(shè)計(jì)了一個(gè)缺陷分析的CAPP系統(tǒng)，從而完成了整個(gè)臥式液氨儲(chǔ)罐的分析設(shè)計(jì)過程。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】臥式液氨儲(chǔ)罐；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)力分析； 經(jīng)濟(jì)性分析；CAPP</p><p>　　The Design of the horizontal liquid ammonia storage t

38、ank</p><p>　　Student：xxxxxxx</p><p>　　Guide teacher：Zxxxxxxx</p><p>　　[Abstract] This paper introduced the development and trends of the research status the for pressure vessel in t

39、he first, and analyzed the liquid ammonia storage tank with a simple presentation. Then we design the liquid ammonia tank detailed and draw the tank assembly and three-dimensional maps with the application of Auto CAD an

40、d Pro/Engineer software. And we analysis the stress for the storage by use of ANSYS software, region reinforcement design for the greatest stress distribution, solve the</p><p>　　[Keyword] horizontal liquid

41、 ammonia storage tank;structural design; analysis of economic;stress analysis;CAPP</p><p><b>　　1 選題背景</b></p><p>　　1.1該課題研究的目的和意義</p><p>　　儲(chǔ)罐是一種用于儲(chǔ)存液體或氣體的密封容器，主要用于存儲(chǔ)或盛裝氣

42、體、液體、液化氣體等介質(zhì)的設(shè)備，在化工、石油、能源、冶金、消防、輕工、環(huán)保、制藥、食品、城市燃?xì)獾刃袠I(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，儲(chǔ)存介質(zhì)涵蓋了(丙烷、丁烷、丙烯、乙烯、液化石油氣、液氨等)液化氣體、氧氣、氮?dú)?、天然氣和城市煤氣等氣體，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著不可替代的作用。而臥式液化氣儲(chǔ)罐是目前中、小型液化氣站儲(chǔ)存和運(yùn)輸液化氣的主要容器之一，在石油化工行業(yè)中應(yīng)用廣泛并占有相當(dāng)大的比例，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。</p><p>　　然而

43、我國臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)制造技術(shù)的還落后于世界先進(jìn)水平，制造較困難，加工費(fèi)用高，且焊接、檢驗(yàn)技術(shù)要求高，特別是對容器的安全穩(wěn)定性分析顯得尤為重要,可以避免容器失效造成的巨大危害和損失，所以研究臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)對我國石油化工等行業(yè)的發(fā)展有著極其重要的意義。</p><p>　　1.2 壓力容器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著化工、石油、能源、鍋爐等工業(yè)的迅速發(fā)展，今年來壓力容器制造技

44、術(shù)的進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：</p><p>　?。?）壓力容器向大型化發(fā)展</p><p>　　壓力容器向大型化發(fā)展，容器的直徑、容積、厚度、質(zhì)量等參數(shù)增大，容器的工作條件，如溫度、壓力、介質(zhì)越來越惡劣、復(fù)雜，而且這一大型化的趨勢還在繼續(xù)。容器大型化可以節(jié)約能源、節(jié)約材料、降低投資、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率。</p><p>　　國外以美國和日本為代表的合成

45、氨和裝置已經(jīng)基本穩(wěn)定在年產(chǎn)30萬—40萬t，個(gè)別有60萬t，乙烯裝置穩(wěn)定在年產(chǎn)30萬—50萬t，個(gè)別有68萬—75萬t，板焊結(jié)構(gòu)式的煤氣塔厚度為200mm，內(nèi)徑為9100mm，單臺(tái)質(zhì)量已達(dá)到2500t。目前世界上已建成的大型儲(chǔ)罐數(shù)量逐年增加，如早在1967年在委內(nèi)瑞拉就建成了16的浮頂儲(chǔ)罐，1971年日本建成了20的浮頂儲(chǔ)罐，而世界產(chǎn)油大國之一的沙特阿拉伯也已成功建造了20的浮頂儲(chǔ)罐。</p><p>　　國內(nèi)大

46、型儲(chǔ)罐發(fā)展從20世紀(jì)70年代開始，1975年，國內(nèi)首臺(tái)5浮頂儲(chǔ)罐在上海陳山碼頭建成。繼后，在石化企業(yè)、港口、油田、管道系統(tǒng)建造數(shù)十臺(tái)5浮頂儲(chǔ)罐。20世紀(jì)80年代中后期，國內(nèi)開始建造10的大型浮頂儲(chǔ)罐，迄今為止，已經(jīng)先后在秦皇島、大慶、湛江等地建造了80余座10浮頂儲(chǔ)罐。到目前為止，國內(nèi)建成并投入使用的最大容積的大型浮頂儲(chǔ)罐是中國石化集團(tuán)公司建造的油罐15。目前中國已經(jīng)基本掌握了厚度在150mm—200mm的大型容器的制造、焊接和檢測技術(shù)

47、，厚度在200mm以上的大型容器的制造、焊接和檢測技術(shù)也已經(jīng)成熟。</p><p>　　（2）壓力容器用鋼的逐漸完善，專業(yè)用鋼越來越明顯</p><p>　　壓力容器向大型化發(fā)展，對鋼材的要求也日益嚴(yán)格，材料技術(shù)的不斷提高使壓力容器大型化有了保障。當(dāng)前壓力容器用鋼發(fā)展的主要特點(diǎn)有如下幾個(gè)：</p><p>　?、匐S著剛才強(qiáng)度的提高，同時(shí)要改善鋼材的抗裂性和韌性指標(biāo)。

48、通過降低碳的含量，同時(shí)加入微量合金元素以保證鋼材有一定的剛度，不斷提高煉鋼技術(shù)使鋼水雜質(zhì)含量大幅度降低。日本煉鋼可使磷降到0.01%以下，硫降到0.002%以下。</p><p>　?、趯τ诟邷乜箽溆娩?，盡量減輕鋼的回火脆性和氫脆傾向。</p><p>　?、劢档痛笮弯撳V中的夾雜物及偏析等缺陷以保證內(nèi)部性能均勻，提高鋼錠的利用率。日本、美國、德國都生產(chǎn)出了大厚鋼板。</p>

49、<p>　?、艹霈F(xiàn)大線能量下焊接性良好的鋼板。</p><p>　?。?）焊接新材料、新技術(shù)的不斷出現(xiàn)和使用，使焊接質(zhì)量日趨穩(wěn)定并提高</p><p>　　為了適應(yīng)大型化和厚壁壓力容器的發(fā)展，國內(nèi)外普遍采用了強(qiáng)度級別較高的鋼材，這時(shí)為了降低焊縫中的氫含量，提高焊接接頭的韌性，日本神鋼公司研制了UL系列的超低氫焊條，對600MPa級的高強(qiáng)鋼焊接時(shí)，甚至可以不預(yù)熱。</p>

50、;<p>　　隨著鎢極氬弧焊、多絲埋弧焊、窄間隙焊等新焊接方法的采用大大改善了焊接接頭的性能。自動(dòng)焊接技術(shù)和焊接機(jī)器人的使用使大型容器上百米的縱焊縫、環(huán)焊縫和接管的鞍形焊縫實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，提高了焊接質(zhì)量和效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件。</p><p>　?。?）無損檢測技術(shù)的可靠性逐步提高，有力地保證了裝備制造及運(yùn)行的安全。</p><p>　　無損探傷技術(shù)在對過程裝備

51、的材料和整個(gè)制造過程以及在服役裝備檢驗(yàn)方面起者重要的作用，另外，在缺陷評定方面的進(jìn)步也有效地保證了裝備的安全性。</p><p>　　目前工程上主要的檢驗(yàn)方法有：射線探傷、超聲波探傷、表面探傷、聲發(fā)射探傷。</p><p>　　1.3臥式液氨儲(chǔ)罐簡介</p><p>　　氨是生產(chǎn)含氮肥料及尿素的基木原料，一般以液態(tài)的形式從合成氨廠送到這些肥料廠。這就需要設(shè)置液氨貯存

52、設(shè)施，以確保原料供應(yīng)，為化肥廠連續(xù)生產(chǎn)創(chuàng)造必要條件。氨在常壓下，冷卻到-33.4℃就液化。故常壓下液氨需在低于-33.4℃貯存，而在常溫下應(yīng)在壓力容器內(nèi)貯存。</p><p>　　按照不同地區(qū)的氣溫和貯存條件的變化，液氨的貯存原則上可在-33℃—43℃內(nèi)，以控制其相應(yīng)汽化壓力確定工藝方案。一般采用壓縮、低溫或兩者結(jié)合的方法，因此有三種貯存工藝，即加壓常溫、加壓低溫和常壓低溫。國內(nèi)通常將液氨的這二種貯存工藝稱為常溫

53、中壓、降溫低壓和低溫常壓。</p><p>　　液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)溫度為40℃，對應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa;而降溫低壓工藝是利用制冷系統(tǒng)將液氨適當(dāng)冷凍貯存，相應(yīng)降低了貯存設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力以減薄其壁，從而降低儲(chǔ)罐的投資;至于低溫常壓工藝，則是將液氨冷凍至不高于它的沸點(diǎn)(低于-33℃，視當(dāng)?shù)卮髿鈮憾?，使得液氨對應(yīng)的氣相壓力與大氣壓力相同或相近，從而可以采用常壓容器盛裝貯存，以最大限度降低儲(chǔ)罐投資。</p>

54、<p>　　上述三種液氨貯存工藝對制造液氨儲(chǔ)罐的鋼材用量有很大影響，隨著儲(chǔ)罐的工作溫度降低，儲(chǔ)罐單位鋼材用量可貯存的液氨量顯著增大。常溫儲(chǔ)罐每噸鋼材用量可貯存液氨2.07t;若溫度降到0℃，則每噸鋼材用量可貯存液氨lOt。儲(chǔ)罐容量可達(dá)250—4000t液氨;若貯存在－33℃，則每噸鋼材用量可貯存40t液氨，儲(chǔ)罐容量可達(dá)4500t以上。</p><p>　　1.4液氨儲(chǔ)罐的作用</p>

55、<p>　　液氨儲(chǔ)罐主要用在化肥廠的合成氨的存儲(chǔ)工序中，現(xiàn)以吉林化學(xué)工業(yè)股份有限責(zé)公司化肥廠，年產(chǎn)30萬噸的合成氨工藝為例，來說明液氨儲(chǔ)罐的作用。</p><p>　　其主要生產(chǎn)工序有:①原料氣的制造。即通過重油氣化或由原料焦在煤氣發(fā)生爐中與空氣、蒸汽進(jìn)行反應(yīng)，制取半水煤汽。②煤氣鼓風(fēng)及轉(zhuǎn)化。即將半水煤氣進(jìn)行脫塵、脫硫，并將其中的CO在以氧化鐵為主的觸媒存在條件下，與水蒸氣起反應(yīng)生成C02和H2。③氣體

56、的壓縮與精制。即通過壓縮、水洗、銅洗等工序?qū)⑺浩械腃02和CO除去。④氨的合成。合成是氨生產(chǎn)的最后一道工序，由銅洗工段送來H2、N2混合氣與循環(huán)氣在油過濾器混合，H2:N2為2.8-2.9進(jìn)入合成塔，在(32MPa,460-520℃有鐵觸媒存在條件下合成氨。從合成工段送來的液氨進(jìn)入入671液氨倉庫，在液氨倉庫中，液氨的主要貯藏設(shè)備為液氨貯槽，并在此分發(fā)給下游工廠或工段。671工號液氨系統(tǒng)收支示意圖如下圖1.1所示。</p>

57、;<p>　　圖1.1 671工號液氨系統(tǒng)收支示意圖</p><p>　　1.5 臥式液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)要求及概況</p><p>　　設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：設(shè)計(jì)壓力P=1.6Mpa，設(shè)計(jì)溫度T=40℃，容積V=2.8m3，設(shè)備充裝系數(shù)0.9。臥式液氨儲(chǔ)罐圖如下圖1.2和1.3所示：</p><p>　　圖1.2 液氨儲(chǔ)罐

58、 圖1.3 液氨儲(chǔ)罐</p><p>　　2 臥式液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1儲(chǔ)罐主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1.1筒體和封頭的結(jié)構(gòu)選擇</p><p>　　由于純液氨具有一定的腐蝕性，但設(shè)計(jì)壓力為中等壓力，根據(jù)鋼制壓力容器中使用的鋼板許用應(yīng)力及其使用范圍的說明，儲(chǔ)罐的主要結(jié)構(gòu)筒體

59、和封頭選材可以考慮使用20R、16MnR、15MnVR等鋼。</p><p>　　氨屬于中度危害介質(zhì)(Ⅱ級)，且本設(shè)備為PV值小于10Mpa·m3的中壓儲(chǔ)存容器按[2]劃分，本設(shè)備為第二類壓力容器。儲(chǔ)罐選用臥式，液體靜柱壓力很低，可不記入設(shè)計(jì)壓力中。</p><p>　　筒體由鋼板卷制而成，其公稱直徑等于內(nèi)徑，查閱壓力容器的公稱直徑表，并結(jié)合儲(chǔ)罐的容積，初步選擇其公稱直徑DN=D

60、i=1200mm。</p><p>　　筒體和封頭的對接焊接，采用全焊透焊縫，并進(jìn)行l(wèi)00％無損探傷，查表取焊縫系數(shù)Φ=1.0。根據(jù)氨的腐蝕程度，取腐蝕裕量C2＝2mm。</p><p>　　封頭可以選擇球形、橢圓形、碟形、平板形、圓錐形等幾種形式的封頭，但從材料消耗、受力和加工制造的難易程度等幾個(gè)方面的綜合比較考慮，選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（EHA型）最為理想，故選之。</p>

61、<p>　　假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭封頭厚度在8—16mm之間，封頭的公稱直徑應(yīng)該與筒體相等，取DN=1200mm，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)JB4746-2002，查得封頭的容積Vh=0.2545 m3，總深度H=325 mm。由于采用的是標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，由h/DN=0.25，得出封頭的直邊高度h=25mm，而封頭的曲面深度h1=325－25=300mm。</p><p><b>　　筒體長度：</b>

62、;</p><p>　　取 =2030 mm</p><p>　　兩封頭切線之間的距離L==2030+2×25=2080mm</p><p>　　現(xiàn)選用16MnR和20R兩個(gè)鋼種，對儲(chǔ)罐的主要結(jié)構(gòu)——筒體和封頭進(jìn)行兩個(gè)方案的設(shè)計(jì)，然后對這兩個(gè)方案進(jìn)行比較和選擇。</p><p>　　2.1.2用方案一計(jì)算筒體和封頭的厚度</p

63、><p>　　首先選用16MnR鋼為材料，來計(jì)算筒體和封頭的厚度。</p><p>　　16MnR鋼板在40℃時(shí)的許用應(yīng)力查表，根據(jù)筒體厚度計(jì)算公式初步估計(jì)此筒體的設(shè)計(jì)厚度在8—16mm之間，[σ]＝[σ]t =170 Mpa，屈服強(qiáng)度σs=345 Mpa。</p><p><b>　?。?）筒體厚度</b></p><p>

64、;<b>　　δ=mm</b></p><p>　　設(shè)計(jì)厚度δd＝δ十C2＝5.67十2＝7.67mm</p><p>　　按GS709，取鋼板負(fù)偏差C1=0.8mm</p><p>　　考慮鋼板厚度系列取名義厚度δn＝10mm</p><p>　　因δn＝10mm，查此情況下16MnR鋼的許用應(yīng)力沒有變化，[σ]= 1

65、70 Mpa，所以上述計(jì)算成立。</p><p><b>　　（2）封頭厚度</b></p><p>　　由于選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，所以其封頭形狀系數(shù)k=1.0</p><p><b>　　計(jì)算厚度</b></p><p><b>　　δ=mm</b></p>&l

66、t;p>　　設(shè)計(jì)厚度δd＝δ＋C2＝5.66＋2＝7.66mm</p><p>　　取C2＝0.8mm，故名義厚度δn＝10mm，且許用應(yīng)力也沒有發(fā)生變化，所以上計(jì)算成立。</p><p><b>　　（3）水壓試驗(yàn)校核</b></p><p><b>　?。囼?yàn)壓力：PT＝</b></p><p

67、>　　取水壓試驗(yàn)壓力PT＝2. 0MPa</p><p>　　．筒體應(yīng)力校核；筒體有效厚度δe＝δn－C1－C2＝10－2.8＝7.2mm</p><p>　　所以試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力： </p><p><b>　　MPa</b></p><p>　　筒體水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求。</p>

68、<p>　?。忸^應(yīng)力校核：有效厚度δe＝δn－C1－C2＝l0－0.8－2＝7.2mm</p><p>　　所以封頭水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求</p><p>　　2.1.3用第二種方案計(jì)算筒體和封頭的厚度</p><p>　　選用20R鋼作為第二種方案，來計(jì)算筒體和封頭的厚度。</p><p>　　20R鋼板在40℃時(shí)的許用應(yīng)力查

69、表，根據(jù)筒體厚度計(jì)算公式初步估計(jì)此筒體的設(shè)計(jì)厚度在8—16mm之間，取此時(shí)20R鋼的許用應(yīng)力[σ]＝[σ]t =133 Mpa，屈服強(qiáng)度δs=245 Mpa。</p><p>　　筒體和封頭的結(jié)構(gòu)和尺寸與第一種方案的設(shè)計(jì)相同（厚度除外），選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（EHA型），其它尺寸和參數(shù)如上所敘。</p><p><b>　　（1）筒體厚度</b></p>

70、<p><b>　　δ=mm</b></p><p>　　設(shè)計(jì)厚度δd＝δ十C2＝7.26十2＝9.26mm</p><p>　　按GS709，取鋼板負(fù)偏差C1=0.8mm。考慮鋼板厚度系列取名義厚度δn＝12mm</p><p>　　因δn＝12mm，查此情況下20R鋼的許用應(yīng)力沒有變化，[σ]= 133 Mpa，所以上計(jì)算成立。&

71、lt;/p><p><b>　?。?）封頭厚度</b></p><p>　　由于選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，所以其封頭形狀系數(shù)k=1.0。</p><p><b>　　計(jì)算厚度</b></p><p><b>　　δ=mm</b></p><p>　　設(shè)計(jì)厚度δd＝

72、δ＋C2＝7.24＋2＝9.24mm</p><p>　　取C2＝0.8mm，故名義厚度δn＝12mm，且許用應(yīng)力也沒有發(fā)生變化，所以上計(jì)算成立。</p><p><b>　?。?）水壓試驗(yàn)校核</b></p><p><b>　　．試驗(yàn)壓力：PT＝</b></p><p>　　取水壓試驗(yàn)壓力PT＝

73、2. 0MPa</p><p>　?。搀w應(yīng)力校核；筒體有效厚度δe＝δn－C1－C2＝12－2.8＝9.2mm 所以試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力： </p><p><b>　　MPa</b></p><p>　　筒體水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求。</p><p>　　．封頭應(yīng)力校核：有效厚度δe＝δn－C1－C2＝l2－0

74、.8－2＝9.2mm</p><p><b>　　因?yàn)?</b></p><p>　　所以封頭水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求。</p><p>　　2.1.4兩種方案的比較</p><p><b>　?。?）鋼板耗用量</b></p><p>　　鋼板耗用量與板厚成正比，則儲(chǔ)罐的

75、主要結(jié)構(gòu)筒體和封頭采用16MnR時(shí)，鋼板比使用20R鋼板可減輕:</p><p><b>　　16.7%</b></p><p>　　16MnR鋼板的價(jià)格比20R鋼板略貴，兩者相差不大，從耗材量與價(jià)格綜合考慮，兩種鋼板均可考慮，但在上述計(jì)算過程中，如16MnR的名義厚度δn與設(shè)計(jì)厚度δd很接近，其差值為10－7.67=2.33mm,而20R的名義厚度δn與設(shè)計(jì)厚度δd

76、大很多，其差值為12－9.26=2.74mm，所以用16MnR鋼時(shí)，鋼板耗用量就要省很多，更為適宜。</p><p><b>　　（2）制造費(fèi)用</b></p><p>　　總的來說，由于采用16MnR鋼板厚度較薄，質(zhì)量較輕，鞍座的承載重量也更小，而且制造費(fèi)用目前也按碳鋼設(shè)備同等計(jì)價(jià)，因此制造費(fèi)用比較經(jīng)濟(jì)。</p><p><b>　

77、?。?）材料性能</b></p><p>　　20R鋼板的抗腐蝕性能比16MnR鋼要好，但是考慮到儲(chǔ)存介質(zhì)液氨的腐蝕性不是很強(qiáng)，而且16MnR鋼比20R鋼板的強(qiáng)度高，機(jī)械加工性能和焊接性能指標(biāo)都明顯要好，所以選用板更合適。</p><p><b>　?。?）方案比較總結(jié)</b></p><p>　　由于上述比較可以看出，說明方案一選

78、用16MnR鋼更合理，那么下面的內(nèi)容就針對方案一的選材和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算和校核。</p><p><b>　　2.2計(jì)算鞍座反力</b></p><p><b>　　（1）計(jì)算質(zhì)量</b></p><p><b>　?。搀w質(zhì)量</b></p><p>　　m1＝π(Di

79、＋δe)δnL0×10-9</p><p>　　＝3.14×(1200+10)×10×2000×7850×10-9</p><p><b>　?。?97kg</b></p><p>　　．單個(gè)封頭的質(zhì)量m2＝128.3.0kg(查JBll53—73)</p><p&

80、gt;　　. 附件質(zhì)量m3(包括入孔，接管、液面計(jì)、平臺(tái)等)近似取m3＝400kg</p><p>　?。湟嘿|(zhì)量 液氨在0℃時(shí)的密度為640kg/m3，小于水的密度，故充液質(zhì)量按水的質(zhì)量考慮， </p><p><b>　　m4＝</b></p><p>　?。絒×12002×2025+2×0.2545

81、5;10-9]×1000×10-9</p><p>　?。?799kg </p><p>　?。貙淤|(zhì)量 本設(shè)備不保溫，故m5＝0</p><p><b>　?。O(shè)備最大質(zhì)量</b></p><p>　　m＝m1＋m2 ＋m3＋m4＋m5＝597＋2×1

82、28.3＋400＋2799＋0＝4053 kg</p><p><b>　?。?）計(jì)算鞍座反力</b></p><p>　　F＝mg/2＝(4053×9.81)/2＝19880N</p><p>　　2.3支座及其位置選取</p><p>　　臥式容器的支座有鞍座、圈座和支腿三種形式。而常用的儲(chǔ)罐、儲(chǔ)槽、換熱器

83、等臥式容器設(shè)備常選用鞍式支座予以支承，所以此設(shè)備也選用鞍座。</p><p>　　臥式儲(chǔ)罐的鞍式支座設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)要點(diǎn)：</p><p>　　2.3.1鞍座數(shù)量的確定</p><p>　　鞍式支座普遍選用雙鞍座支承，這是因?yàn)槿舨捎枚喟白С校y于保證各鞍座均勻受力。雖然多支座罐的彎曲應(yīng)力比較小，但是各支座嚴(yán)格的保持在同一水平面上，特別是對于大型臥式儲(chǔ)罐很難達(dá)到，同

84、時(shí)，由于地基的不均勻下沉，多支座 的罐體在支座處的支反力不能均勻分配，故選用雙鞍式支座支承。</p><p>　　2.3.2鞍座安裝位置的確定</p><p>　　由材料力學(xué)可知，將出儲(chǔ)罐的力學(xué)模型簡化為雙支座上的受均布載荷的外伸梁，如下圖2.1所示，若梁的全長為L，則當(dāng)外伸端的長度A=0.207L時(shí)，雙支座跨中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩相等，從而使上述兩截面上保持等強(qiáng)度?？紤]到支

85、座截面處除彎矩以外的其他載荷，而且支座截面處的應(yīng)力較為復(fù)雜，故常取支座截面處的彎矩略小于跨中間截面的彎矩，通常取尺寸不超過0.2L，為此中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB4731《鋼制壓力容器》規(guī)定取0.2L，A值不得大于0.25L。否則由于容器外伸端的作用使支座截面處的應(yīng)力過大。其中A為封頭切線到支座的距離，此外由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗彎剛度，故封頭對于圓筒的抗彎剛度有局部的加強(qiáng)作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對支座處圓筒截面的加強(qiáng)作用

86、。因此，國標(biāo)JB4731還規(guī)定當(dāng)滿足，A≤0.2L時(shí)，最好使（Rm為圓筒的平均半徑，Rm＝ Ri＋δn/2=605mm，Ri為圓筒的內(nèi)徑）。</p><p>　　由于Rm/2=302.5mm, 0.2L=416mm</p><p>　　因?yàn)?.2L＞0.5R，鞍座位置A≤Rm/2=302.5mm</p><p>　　取鞍座位置 A＝300mm</p>

87、<p>　　其中：A為封頭切線到支座的距離</p><p>　　為了防止臥式儲(chǔ)罐因操作溫度和安裝溫度不同而引起的熱膨脹，以及由于圓筒及物料的重量使圓筒防止彎曲等原因?qū)εP式儲(chǔ)罐引起的附加應(yīng)力，對于雙鞍座中的其中一個(gè)設(shè)計(jì)為固定支座（代號F），而另一個(gè)應(yīng)允許為可沿軸線方向移動(dòng)的活動(dòng)支座（代號S）?；顒?dòng)支座的基礎(chǔ)螺栓應(yīng)沿圓筒軸向開成長圓孔，固定支座通常設(shè)置在儲(chǔ)罐配管較多的一側(cè)，活動(dòng)支座應(yīng)安裝在沒有配管或配管

88、較少的一側(cè)。</p><p>　　圖2.1 液氨儲(chǔ)罐受力分析圖</p><p>　　2.3.3鞍座標(biāo)準(zhǔn)的選用</p><p>　　綜上所述，結(jié)合筒體公稱直徑和上述計(jì)算的鞍座反力F＝19880N=19.88 KN，查壓力容器手冊，選用JB/T4712—92標(biāo)準(zhǔn)的鞍式支座，公稱直徑DN1200mm,A型，帶加強(qiáng)墊板，允許支承載荷Q=147 KN，因?yàn)镼＞F，所以符合要

89、求。</p><p>　　查JB/T4712—92可得鞍座基本尺寸：包角θ＝120°，支座高度H=200mm,鞍座寬度b＝150mm；腹板厚6mm；墊板寬270mm，墊板厚6mm；底板長880mm底板寬170mm，底板厚10mm；筋板寬140mm，筋板厚度6 mm，鞍座質(zhì)量52kg。</p><p>　　鞍座的尺寸和結(jié)構(gòu)見裝配圖和附錄。</p><p>　

90、　鞍座墊板材料選16MnR，鞍座其余材料選用Q235—AF鋼。</p><p>　　鞍座標(biāo)記：JB/T4712—92，鞍座A 1200</p><p><b>　　2.4儲(chǔ)罐應(yīng)力校核</b></p><p>　　2.4.1筒體軸向應(yīng)力校核</p><p>　?。?）筒體軸向彎矩計(jì)算</p><p>

91、;　?。搀w中間處截面的彎矩</p><p>　?。?.81×106N·mm</p><p>　?。ё幗孛嫔系膹澗?lt;/p><p>　　= －5.77×105N·mm </p><p>　　（2）筒體軸向應(yīng)力計(jì)算</p><p>　　由GBl50—89表8-1查得由“扁塌現(xiàn)象

92、”引起的抗彎截面模量減少系數(shù)K1＝K2＝1.0 因?yàn)椋麺1｜》｜M2｜，且A≤Rm/2=302.5mm,故應(yīng)力必定出現(xiàn)在跨中面，校核跨 中面應(yīng)力。</p><p>　　.由彎矩引起的軸向應(yīng)力</p><p><b>　　最低點(diǎn)處：</b></p><p><b>　　′= MPa</b></p&g

93、t;<p>　　最低點(diǎn)處′＝－′＝0.461MPa</p><p>　?。捎谠O(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力</p><p><b>　　MPa</b></p><p>　　．軸向應(yīng)力組合與校核</p><p>　　軸向拉應(yīng)力：σ2＝σp+′=67.2+0.461＝67.7MPa</p><p&

94、gt;　　許用軸向拉應(yīng)力：[σ]t＝170Mpa，σ2＜[σ]t合格</p><p>　　軸向壓應(yīng)力：σ1＝－′＝0.461Mpa</p><p><b>　　軸向許用壓縮應(yīng)力</b></p><p>　　根據(jù)A值查GBl50—89圖4—5，得B＝136MPa＜[σ]t=170 MPa</p><p>　　取許用壓縮應(yīng)力

95、 [σ]ac＝136MPa，合格｜σ1｜＜[σ]ac</p><p>　　2.4.2筒體和封頭切向剪應(yīng)力校核</p><p>　　因筒體被封頭加強(qiáng)(即A＜Rm/2)，筒體和封頭中的切向剪應(yīng)力分別按下式計(jì)算</p><p><b>　　筒體切向剪應(yīng)力</b></p><p>　　查GBl50—89，取系數(shù)K3＝0.880，

96、K4=0.401</p><p>　　因?yàn)?τ< 0.8[σ]t =0.8×170=136 MPa ， 故合格。</p><p>　　(2)封頭切向剪應(yīng)力</p><p>　　因?yàn)?1.25[σ]t －δh=1.25×[σ]t － </p><p>　　= 1.25×170－ MPa

97、</p><p>　?。?.25[σ]t－δh，故合格。</p><p>　　2.4.3筒體周向應(yīng)力校核</p><p><b>　　(1)周向應(yīng)力計(jì)算</b></p><p>　　設(shè)墊板不起加強(qiáng)作用，查GBl50—89，取周向彎矩系數(shù)K6 =0.0132周向壓縮系數(shù)K5 =0.760，</p><p

98、>　?。诎白帣M截面最低點(diǎn)處</p><p><b>　　MPa</b></p><p>　　式中k=0.1,考慮容器焊接在鞍座上</p><p>　　其中：b2為筒體承受周向壓應(yīng)力的有效長度。</p><p><b>　　b為支座的軸向?qū)挾?lt;/b></p><p>

99、　　．鞍座邊角的周向應(yīng)力</p><p>　　因L/Rm=2080/605=3.43＜8,故</p><p><b>　　(2)周向應(yīng)力校核</b></p><p>　　︱σ5 ︳＜　[σ]t＝170MPa</p><p>　　︱σ6 ︳＜　1.25[σ]t＝212.5MPa</p><p>　　

100、2.4.4鞍座有效斷面的平均應(yīng)力校核</p><p>　　查GBl50—89，取系數(shù)K9＝0.204</p><p>　　支座承受的水平分力Fs＝K9·F＝0.204×19880＝4056N</p><p>　　鞍座有效斷面平均應(yīng)力</p><p><b>　　Mpa</b></p>&

101、lt;p>　　應(yīng)力校核 σ9＜2/3[σ]t＝75.3MPa</p><p>　　式中：bs為鋼制鞍座的腹板厚度，bs=δ2=6mm，</p><p>　　由于鞍座的實(shí)際高度h=200mm＜1/3Rm=201.7mm，所以Hs取h=200mm。</p><p>　　[σ]t＝113 Mpa，為鞍座腹板材料Q235—AF的許用應(yīng)力。</p>&

102、lt;p>　　2.5開孔與接管設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.5.1人孔設(shè)計(jì)</b></p><p>　　因?yàn)橥搀w長度L=2080mm≤6000mm時(shí)，可以很好的采光、氣體置換，檢驗(yàn)人員進(jìn)行內(nèi)外部檢驗(yàn)和出入方便，所以只需要設(shè)置一個(gè)人孔即可。由于儲(chǔ)罐的公稱直徑900mm＜DN＜2600 mm，而且設(shè)計(jì)了人孔和適當(dāng)?shù)膫溆霉芸冢ㄒ娤挛模?，就不必要設(shè)計(jì)手孔和檢查孔

103、。</p><p>　　人孔不應(yīng)該布置在鞍座處的截面和跨中間截面上，也不適宜在封頭上設(shè)置人孔。考慮到筒體和鞍座的結(jié)構(gòu)尺寸，將人孔設(shè)置在筒體的頂部，選取開孔中心距離筒體的邊緣620mm。由于沒有設(shè)計(jì)手孔和檢查孔，需要經(jīng)常打開人孔蓋進(jìn)行檢查，為了方便打開人孔蓋，選用快開式，并根據(jù)儲(chǔ)罐的公稱直徑和公稱壓力，查手冊，選擇回轉(zhuǎn)蓋平焊法蘭人孔，標(biāo)準(zhǔn)號為JB580-79，C型密封面，Ⅰ類材料。</p><p

104、>　　人孔標(biāo)記：人孔 CⅠ Pg16 Dg450 JB580-79</p><p>　　人孔材料：筒節(jié)、法蘭、蓋子材料用Q235-B螺栓、螺母材料用Q235-A，法蘭材料選用16Mn(鍛)。</p><p>　　人孔尺寸：公稱直徑Dg=450mm，接管尺寸dw×s＝480mm×10mm。</p><p>　　2.5.2接管與法蘭聯(lián)結(jié)設(shè)計(jì)&

105、lt;/p><p>　　所有的接管材料選用10號鋼無縫鋼管，法蘭材料選用16Mn(鍛)，接管長度從罐體的外壁算起，罐頂?shù)慕庸荛L度可取150 mm，罐底的接管長度可取100 mm。接管位置示意圖見下圖2.2所示</p><p>　　圖2.2 接管位置示意圖</p><p><b>　　（1）液氨進(jìn)出口</b></p><p&g

106、t;　　需要設(shè)計(jì)2個(gè)液氨進(jìn)出口，液氨進(jìn)口設(shè)置在筒體的頂部，出口設(shè)在罐底，具體定位尺寸見液氨儲(chǔ)罐裝配圖。選用凸面板式平焊鋼制管法蘭，公稱直徑80mm，接管外徑89 mm。法蘭標(biāo)記：HG20593 法蘭 PL80—1.6RF</p><p><b>　?。?）液位計(jì)管口</b></p><p>　　設(shè)置兩個(gè)液位計(jì)管口，兩個(gè)均設(shè)在左邊封頭上，具體定位尺寸見液氨儲(chǔ)罐裝配圖。

107、右邊封頭上液位計(jì)管口時(shí)必須避開邊緣應(yīng)力區(qū)，隨著離開封頭邊緣處的距離的增大，邊緣應(yīng)力迅速衰減，所以將管口孔中心距離封頭頂點(diǎn)500mm。由于接管較長，要設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋加強(qiáng)。法蘭標(biāo)記：HG20593 法蘭 PL20—1.6RF</p><p><b>　　（3）排污管口</b></p><p>　　為了方便排凈污物，將排污管口設(shè)在罐底，具體定位尺寸見液氨儲(chǔ)罐裝配圖。選用螺紋管

108、法蘭。法蘭標(biāo)記：HG20598 法蘭 Th25—1.6</p><p>　?。?）安全閥管口、壓力表管口、備用管口</p><p>　　三個(gè)管口均用同種法蘭、接管結(jié)構(gòu)和尺寸，具體定位尺寸見液氨儲(chǔ)罐裝配圖。</p><p>　　法蘭標(biāo)記：HG20593 法蘭 PL25—1.6RF</p><p><b>　　（5）接管管口表<

109、;/b></p><p>　　根據(jù)工藝，操作和檢修的要求，設(shè)備接管如下表所示：</p><p><b>　　表1.1接管表</b></p><p>　　注：采用法定計(jì)量單位的標(biāo)準(zhǔn)（如：HG等）公稱壓力用PN表示，單位采用Mpa。采用工程制單位的標(biāo)準(zhǔn)（如：JB等）公稱壓力用P g表示，單位為/cm2。</p><p>

110、;　　2.6開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 </p><p>　　根據(jù)GBl50—89規(guī)定，殼體名義厚度為10mm時(shí)，當(dāng)在設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5 Mpa的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心間距（對曲面間距以弧長計(jì)算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于89mm的接管可以不另行補(bǔ)強(qiáng)，故補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算需考慮人孔和液氨進(jìn)口處的開孔接管補(bǔ)強(qiáng)問題，這里只給出人孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。</p><p>　　（1）人孔補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法

111、判別</p><p><b>　　．補(bǔ)強(qiáng)判別 </b></p><p>　　由于人孔接管的外徑為480 mm，大于允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的的最大接管外徑89 mm，所以需要另行考慮補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)該與殼體的材料相同，選用16MnR鋼，由前面的人孔設(shè)計(jì)可知，人孔的接管選用Q235－B鋼，選用其厚度附加量C，＝C1＋C2＝2＋0.8＝2.8mm，在該設(shè)計(jì)條件下Q235－B鋼的許用

112、應(yīng)力=113Mpa。</p><p><b>　?。a(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別</b></p><p>　　開孔直徑d＝Di＋2 C，＝（480－2×10）＋2×2.8＝465.6mm</p><p>　　本筒體開孔直徑d＝465.6mm＜Di/2＝600mm，滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的使用條件，故可以用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。&l

113、t;/p><p>　　（2）開孔補(bǔ)強(qiáng)所需補(bǔ)強(qiáng)面積</p><p>　?。魅跸禂?shù)fr和接管有效厚度δet</p><p>　　fr＝/[σ]t＝113/170＝0.6647 </p><p>　　δet=δnt－C， =10-2.8=7.2mm</p><p>　　．開孔補(bǔ)強(qiáng)所需補(bǔ)強(qiáng)面積</p><p&

114、gt;　　A ＝d＋2δδet (1－fr)</p><p>　?。?65.6×5.66＋2×5.66×7.2×(1－0.6647)</p><p><b>　?。?689mm2</b></p><p>　　式中：δ為筒體的計(jì)算厚度</p><p>　　（3）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍

115、 </p><p><b>　?。行挾?lt;/b></p><p>　　B=2d＝2×465.6＝931mm</p><p>　　B=d＋2δn＋2δnt=465.6＋2×10＋2×10=525.6mm</p><p>　　取兩者的最大值B＝933mm</p><p&g