立式儲(chǔ)罐課程設(shè)計(jì)---二氧化碳立式儲(chǔ)罐

1、<p>　　過程設(shè)備課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　一、設(shè)計(jì)題目：二氧化碳立式儲(chǔ)罐</p><p><b>　　二、 技術(shù)特性指標(biāo)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)壓力：1.81MPa 最高工作壓力：1.6MPa</p><p>　　設(shè)計(jì)溫度：165℃

2、 工作溫度：≤125℃</p><p>　　受壓元件材料：16MnR 介質(zhì)：二氧化碳?xì)怏w</p><p>　　腐蝕裕量：1.0mm 焊縫系數(shù)：0.85</p><p>　　全容積：13m3

3、 裝料系數(shù)：0.9</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1、儲(chǔ)罐的強(qiáng)度計(jì)算及校核</p><p>　　2、選擇合適的零部件材料</p><p>　　3、焊接結(jié)構(gòu)選擇及設(shè)計(jì)</p&

4、gt;<p>　　4、安全閥和主要零部件的選型</p><p>　　5、繪制裝配圖和主要零部件圖</p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)說明書要求</b></p><p>　　1、字?jǐn)?shù)不少于5000字。</p><p>　　2、內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)參數(shù)的確定、結(jié)構(gòu)分析、材料選擇、強(qiáng)度計(jì)算及校核、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)零

5、部件的選型、制造工藝及制造過程中的檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)體會(huì)、參考書目等。</p><p>　　3、設(shè)計(jì)說明書封面自行設(shè)計(jì)（計(jì)算機(jī)打?。?，要求有設(shè)計(jì)題目、班級、學(xué)生姓名、指導(dǎo)教師姓名、設(shè)計(jì)時(shí)間。（全班統(tǒng)一）</p><p>　　4、設(shè)計(jì)說明書用A4紙橫訂成冊，封面和任務(wù)書在前。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p&

6、gt;<b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 儲(chǔ)罐的分類1</p><p>　　1.2 立式二氧化碳儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)的特點(diǎn)2</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)思路2</p><p>　　第二章 零部件的設(shè)計(jì)和選型4</p><p>　　2.1 材料用鋼

7、的選取4</p><p>　　2.1.1 容器用鋼4</p><p>　　2.1.2 附件用鋼4</p><p>　　2.2 封頭的設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2.1 封頭的選擇5</p><p>　　2.2.2 封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算5</p><p>　　2.3 筒體的設(shè)

8、計(jì)6</p><p>　　2.3.1 筒體的設(shè)計(jì)計(jì)算6</p><p>　　2.4 人孔的設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.4.1 人孔的選擇6</p><p>　　2.4.2 人孔的選取7</p><p>　　2.5 容器支座的設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.5.1 支座

9、選取9</p><p>　　2.5.2 支座的設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.5.3 支座的安裝位置11</p><p>　　2.6 接管、法蘭、墊片和螺栓的選取13</p><p>　　2.6.1 接管的選取13</p><p>　　2.6.2 法蘭的選取13</p><p

10、>　　2.6.3 墊片的選取15</p><p>　　2.6.4 螺栓的選取15</p><p>　　第三章 強(qiáng)度設(shè)計(jì)與校核17</p><p>　　3.1 圓筒強(qiáng)度設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.2 封頭強(qiáng)度設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.3 人孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)18</p>

11、<p>　　第四章 試驗(yàn)校核21</p><p>　　4.1 水壓試驗(yàn)21</p><p>　　4.1.1 試驗(yàn)?zāi)康?1</p><p>　　4.1.2 試驗(yàn)強(qiáng)度校核21</p><p>　　4.2 氣密性試驗(yàn)22</p><p><b>　　總結(jié)23</b>&l

12、t;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 儲(chǔ)罐的分類</p><p>　　壓力儲(chǔ)罐的組成部分根據(jù)文獻(xiàn)[1]一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構(gòu)成容器本體。此外，還配有安全裝置、表計(jì)及完成

13、不同生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)件。壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)等原因，容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)的安全及污染環(huán)境的事故。目前，世界各國均將其列為重要的監(jiān)檢產(chǎn)品，由國家指定的專門機(jī)構(gòu)。</p><p>　　按照國家規(guī)定的文獻(xiàn)[2]法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督檢查和技術(shù)檢驗(yàn)。儲(chǔ)罐按其制造材質(zhì)可分為金屬罐和非金屬罐。在化工、石油化工和石油等工業(yè)中儲(chǔ)存液化氣以外的原料油主要采用金屬儲(chǔ)罐，即金屬油罐。油罐分類金屬油罐可根據(jù)油

14、罐所處位置、幾何形狀和不同結(jié)構(gòu)形式等幾方面來劃分。 </p><p>　　1、按油罐所處位置劃分 分為地上油罐、半地下油罐和地下油罐三種。</p><p>　　地上油罐。指油罐的罐底位于設(shè)計(jì)標(biāo)高±0.00及其以上；罐底在設(shè)計(jì)標(biāo)高±0.00以下但不超過油罐高度的1/2，也稱為地上油罐。</p><p>　　半地下油罐。半地下油罐是指油罐

15、埋入地下深于其高度的1/2，而且油罐的液位的最大高度不超過設(shè)計(jì)標(biāo)高±0.00以上0.2m。</p><p>　　地下油罐。地下油罐指罐內(nèi)液位處于設(shè)計(jì)標(biāo)高±0.00以下0.2m的油罐。</p><p>　　2、按油罐的幾何形狀劃分 按油罐的幾何形狀可劃分為：</p><p><b>　　立式圓柱形罐；</b><

16、/p><p><b>　　臥式圓柱形罐；</b></p><p>　　球形罐；球形儲(chǔ)罐和圓筒形儲(chǔ)罐相比：前者具有投資少，金屬耗量少，占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，但加工制造及安裝復(fù)雜，焊接工作量大，故安裝費(fèi)用較高。一般儲(chǔ)存總量大于500m3或單罐容積大于200m3時(shí)選用球形儲(chǔ)罐比較經(jīng)濟(jì)，而圓筒形儲(chǔ)罐具有加工制造安裝簡單，安裝費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn), 但金屬耗量大占地面積大, 所以在總儲(chǔ)量小

17、于500m3或單罐容積小于100m3時(shí)選用圓筒形儲(chǔ)罐比較經(jīng)濟(jì)。圓筒形儲(chǔ)罐按安裝方式可分為臥式和立式兩種。在一般中、小型液化石油氣站內(nèi)大多選用臥式圓筒形儲(chǔ)罐， 只有某些特殊情況下（站內(nèi)地方受限制等) 才選用立式。但本說明書主要討論立式圓筒形二氧化碳儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.2 立式二氧化碳儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)的特點(diǎn)</p><p>　　立式儲(chǔ)罐，危險(xiǎn)性大，容易發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故，必須按照有

18、關(guān)文獻(xiàn)[3]，建立防火、防爆制度，經(jīng)常進(jìn)行防火巡查，嚴(yán)格進(jìn)行消防安全管理，確保消防安全。國家勞動(dòng)部門把這類設(shè)備作為受安全監(jiān)察的一種特殊設(shè)備，并在技術(shù)上進(jìn)行了嚴(yán)格、系統(tǒng)和強(qiáng)制性的管理，制定了一系列地強(qiáng)制性或推薦性地規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)法規(guī)，對壓力容器的設(shè)計(jì)、材料、制造、安裝、檢驗(yàn)、使用和維修提出了相應(yīng)的要求，同時(shí)為確保其安全可靠，實(shí)施了持證設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)制度。儲(chǔ)罐區(qū)防火防爆應(yīng)按文獻(xiàn)[4]規(guī)定。此類容器接受勞動(dòng)部頒發(fā)《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》

19、(簡稱容規(guī)) 的監(jiān)督，因此設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。</p><p>　　二氧化碳,化學(xué)式為CO2，碳氧化物之一，是一種無機(jī)物，常溫下是一種無色無味氣體，密度比空氣略大，微溶于水，并生成碳酸。（碳酸飲料基本原理）可以使澄清的石灰水變渾濁，做關(guān)于呼吸作用的產(chǎn)物等產(chǎn)生二氧化碳的試驗(yàn)都可以用到。</p><p>　　二氧化碳不參與燃燒，密度比空氣略大，所以也被用作滅火劑。</p>

20、<p>　　二氧化碳是綠色植物光合作用不可缺少的原料，溫室中常用二氧化碳作肥料。</p><p>　　立式二氧化碳儲(chǔ)罐，此次設(shè)計(jì)針對的是第一類壓力容器的設(shè)計(jì)。儲(chǔ)罐主要由筒體、封頭、人孔、支座以及各種接管組成。儲(chǔ)罐上設(shè)有進(jìn)料管、出料管、排污管以及安全閥、壓力表等。</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)思路</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)

21、容：</b></p><p>　　1、儲(chǔ)罐的強(qiáng)度計(jì)算及校核</p><p>　　2、選擇合適的零部件材料</p><p>　　3、焊接結(jié)構(gòu)選擇及設(shè)計(jì)</p><p>　　4、安全閥和主要零部件的選型</p><p>　　5、繪制裝配圖和主要零部件圖</p><p>　　表1-1 技術(shù)

22、特性指標(biāo)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)思路：</b></p><p>　　我的設(shè)計(jì)題目是二氧化碳?xì)怏w儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)壓力為1.81MPa，設(shè)計(jì)溫度為165 0C 。</p><p>　　首先我根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、介質(zhì)特性在結(jié)合經(jīng)濟(jì)性選擇了筒體和封頭的材料16MnR以及各附件的材料；</p><p>　　然后進(jìn)行筒體

23、和封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算，進(jìn)行筒體和封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)與校核；</p><p>　　然后根據(jù)文獻(xiàn)[5]選擇支座以及支座的安裝位置，根據(jù)文獻(xiàn)[6]如選擇人孔的型式及尺寸；</p><p>　　最后根據(jù)文獻(xiàn)[7]選擇各個(gè)接管法蘭及其附件。根據(jù)自己所設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行二維裝配圖、零件圖等的繪制、說明書的編寫和排版。</p><p>　　第二章 零部件的設(shè)計(jì)和選型</p>

24、<p>　　2.1 材料用鋼的選取</p><p>　　2.1.1 容器用鋼</p><p>　　壓力容器的使用工況（如溫度、壓力、介質(zhì)特性和操作特點(diǎn)等）差別很大，制造壓力容器所用的鋼種類很多，既有碳素鋼、低合金高強(qiáng)度鋼和低溫鋼，也有中溫抗氫鋼、不銹鋼和耐熱鋼，還有復(fù)合鋼板。</p><p>　　一般中低壓設(shè)備可采用采用屈服極限為245Mpa-345M

25、pa級的鋼材；直徑較大、壓力較高的設(shè)備，均應(yīng)采用普通低碳鋼，強(qiáng)度級別宜用400Mpa級或以上；如果容器的操作溫度超過4000C，還需考慮材料的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。</p><p>　　16MnR鋼是屈服強(qiáng)度340Mpa級的普通低合金高強(qiáng)度鋼，具有良好的綜合力學(xué)性能、焊接性能、工藝性能以及低溫沖擊韌性。在焊接壓力容器時(shí)采用堿性焊條（J507），15MnVR鋼和18MnMoNbR鋼是屈服強(qiáng)度分別為400、500Mpa

26、級普通低合金高強(qiáng)度鋼，雖然有較高的強(qiáng)度，但韌性、塑性都較C-Mn鋼低，且有較高的缺口敏感性和時(shí)效敏感性。并且這兩類鋼均較16MnR鋼昂貴。</p><p>　　因此選用16MnR鋼作為筒體與封頭的材料，既符合工藝要求也節(jié)約資源，以便獲得更好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值 。</p><p>　　2.1.2 附件用鋼</p><p>　　優(yōu)質(zhì)低碳鋼的強(qiáng)度較低，塑性好，焊接性能好，因此在

27、化工設(shè)備制造中常用作熱交換器列管、設(shè)備接管、法蘭的墊片包皮。</p><p>　　優(yōu)質(zhì)中碳鋼的強(qiáng)度較高，韌性較好，但焊接性能較差，不宜用作接管用鋼。</p><p>　　由于接管要求焊接性能好且塑性好。故選擇10號優(yōu)質(zhì)低碳鋼的普通無縫鋼管制作各型號接管。</p><p>　　由于法蘭與支座必須具有足夠大的強(qiáng)度和剛度，以滿足連接的條件，使之能夠密封良好，故選用Q235

28、-A的普通碳素鋼。</p><p>　　2.2 封頭的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 封頭的選擇</p><p>　　從受力與制造方面分析來看，半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。橢圓形封頭深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。根據(jù)文獻(xiàn)

29、[8]從鋼材耗用量來看，球形封頭用材最少，比橢圓形封頭節(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。</p><p>　　2.2.2 封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　由，得</b></p><p>　　封頭的其他參數(shù)：查標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)[6]中表B.1 EHA和B.2 EHA表橢圓形封頭內(nèi)表面積、容

30、積，質(zhì)量，見封頭尺寸表2-1。</p><p><b>　　圖2-1 封頭</b></p><p><b>　　表2-1 封頭尺寸</b></p><p>　　2.3 筒體的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.1 筒體的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　設(shè)計(jì)體積，根據(jù)文獻(xiàn)[7

31、]選得容器公稱直徑，</p><p>　　采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：取直邊高度。</p><p>　　單個(gè)封頭容積： ，封頭總?cè)莘e： ，</p><p>　　單個(gè)封頭內(nèi)表面積， 封頭總內(nèi)表面積：</p><p>　　故筒體容積： 。</p><p><b>　　則筒體長度：</b><

32、/p><p><b>　　取整后筒體長度取。</b></p><p>　　則實(shí)際體積： </p><p><b>　　筒體內(nèi)表面積： </b></p><p><b>　　則總內(nèi)表面積： </b></p><p>　　長徑比：

33、 介于1與2之間，符合條件。</p><p>　　2.4 人孔的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.4.1 人孔的選擇</p><p>　　壓力容器設(shè)置人孔是作為工作人員進(jìn)出設(shè)備以進(jìn)行檢驗(yàn)和維修之用，而且能避免因意外原因造成罐內(nèi)急劇超壓或真空時(shí)，損壞儲(chǔ)罐而發(fā)生事故，還能起到安全阻火作用，是保護(hù)儲(chǔ)罐的安全裝置。因此，人孔的位置應(yīng)適當(dāng)，人孔直徑必須保證工作人員能攜帶工具進(jìn)

34、出設(shè)備方便。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個(gè)手柄。選用時(shí)應(yīng)綜合考慮公稱壓力、公稱直徑（人、手孔的公稱壓力與法蘭的公稱壓力概念類似。公稱直徑則指其筒節(jié)的公稱直徑）、工作溫度以及人、手孔的結(jié)構(gòu)和材料等諸方面的因素。人孔的類型很多，選擇使用上有較大的靈活性。通常可以根據(jù)文獻(xiàn)[9]需要選擇，在這選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔。</p><p>　　2.4.2 人孔的選取</p><p

35、>　　由于貯罐是在125℃及最高壓力為1.6MPa下工作，人孔標(biāo)準(zhǔn)按公稱壓力2.5MPa的壓力等級根據(jù)文獻(xiàn)[10]標(biāo)準(zhǔn)適用于公稱壓力PN 2.5-6.3MPa。又因人孔蓋直徑較大且質(zhì)量較重，故選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔(A型)。</p><p>　　人孔的型式和基本參數(shù)見下圖2-2A和圖2-2B。</p><p>　　圖2-2A RF型人孔主視圖</p><p&g

36、t;　　圖2-2B RF型人孔俯視圖</p><p>　　人孔各部件的材料的選?。海ㄒ姳?-2）</p><p>　　表2-2 人孔各部件的材料</p><p>　　注： 1.螺柱與螺母材料匹配如下：8.8級螺柱配用8級螺母，35CrMoA螺柱配30CrMo螺母。</p><p>　　2.35CrMoA螺柱使用于工作溫度小于或等于-20℃時(shí)，

37、應(yīng)進(jìn)行工作溫度下的低溫沖擊試驗(yàn)，其相應(yīng)的材料標(biāo)記代號為35CML。工作溫度大于-20℃時(shí)，其標(biāo)記代號為35CM。</p><p>　　人孔尺寸的選?。海ㄒ姵叽绫?.3）</p><p><b>　　表2-3 人孔尺寸</b></p><p>　　注：人孔高度系根據(jù)容器的直徑不小于人孔的公稱直徑的二倍而定；如有特殊要求，允許改變，但需注明改變后的

38、尺寸，并修正人孔總質(zhì)量。</p><p>　　則該人孔標(biāo)記為： 人孔RF Ⅲ（A.G）450-2.5 HG/T21518-2005</p><p>　　2.5 容器支座的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.5.1 支座選取</p><p>　　支座用來支撐容器的重量、固定容器的位置并使容器在操作中保持穩(wěn)定。立式圓筒形容器的支座分為支承式支座

39、、群座、腿式支座三類。由于立式支座承壓能力較好且對筒體產(chǎn)生的局部應(yīng)力較小，故根據(jù)文獻(xiàn)[11]設(shè)計(jì)中選用支承式支座。</p><p>　　由于在此設(shè)計(jì)中，貯罐體積較小且長徑比較小，由于是立式容器，故采用三個(gè)A型4號支承式支座。</p><p>　　2.5.2 支座的設(shè)計(jì)</p><p>　　首先估算計(jì)算支座的負(fù)荷。</p><p>　　貯罐總

40、質(zhì)量： （2-1）</p><p>　　式中：m1為筒體質(zhì)量（kg），m2為封頭質(zhì)量（kg），m3為二氧化碳質(zhì)量（kg），m4 為附件質(zhì)量（kg）。</p><p><b>　　筒體質(zhì)量m1：</b></p><p>　　，的筒節(jié)，每米質(zhì)量為q1=874.0kg，</p&g

41、t;<p>　　故 ： m1= q1L=874.0×3.0=2622kg</p><p><b>　　封頭質(zhì)量m2:</b></p><p>　　，直邊高度h=40mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其質(zhì)量為q2=624.6kg。</p><p>　　故： m2=2q2=1249.2kg</p><p&g

42、t;<b>　　二氧化碳質(zhì)量m3:</b></p><p>　　充氣質(zhì)量：，水壓試驗(yàn)充滿水，故取介質(zhì)密度為， </p><p><b>　　充液質(zhì)量為： </b></p><p><b>　　附件質(zhì)量：</b></p><p>　　人孔約

43、重245kg，其它接口管法蘭重約12kg，</p><p>　　故 257kg。</p><p>　　據(jù)式（2-1）設(shè)備總質(zhì)量：</p><p>　　由于每個(gè)支座承受約56.033kN負(fù)荷，根據(jù)文獻(xiàn)[6] 表2 A型4號支座允許載荷[Q]=100kN。 </p><p>　　故選用三個(gè)A型4號支座。</p><

44、p>　　得到支撐式支座尺寸如下表2-4</p><p>　　表2-4 支承式支座座尺寸</p><p>　　2.5.3 支座的安裝位置</p><p>　　支座的安裝位置圖下圖2-3A和圖2-3B：</p><p>　　圖2-3A 支座安裝位置主視圖</p><p>　　圖2-3B 支座安裝位置左視圖</

45、p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[5]附錄C規(guī)定，知A支座安裝高度500mm（即封頭與筒體連接處到地面的距離）。</p><p>　　則該支座標(biāo)記為： JB/T 4712.4-2007，支座A4</p><p>　　2.6 接管、法蘭、墊片和螺栓的選取</p><p>　　2.6.1 接管的選取</p><p><b&g

46、t;　　二氧化碳進(jìn)氣管：</b></p><p>　　進(jìn)料管伸進(jìn)設(shè)備內(nèi)部并將管的一端切成450，為的是避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動(dòng)以減少磨蝕和腐蝕。為了在短時(shí)間內(nèi)將物料注滿容器。</p><p>　　采用無縫鋼管YB231-65×4mm ,管的一端伸入罐切成45°,管長305 mm。配用凸面式板式平焊管法蘭 HG/T 20592 法蘭 PL 65-2.5 RF Q

47、235A</p><p><b>　　二氧化碳出氣管：</b></p><p>　　在化工生產(chǎn)中，需要將液體介質(zhì)運(yùn)送到與容器平行的或較高的設(shè)備中去，并且獲得純凈無雜質(zhì)的物料。</p><p>　　采用可拆的壓出管65×4mm,配用凸面式板式平焊管法蘭 HG/T 20592 法蘭 PL 65-2.5 RF Q235A</p>

48、<p><b>　　排污管：</b></p><p>　　在清洗貯罐式，為了能夠?qū)U液完全排除貯罐外，介質(zhì)會(huì)微量腐蝕罐壁而出現(xiàn)沉淀，故需在筒體底部安設(shè)排污管一個(gè)。</p><p>　　在罐的最底部設(shè)個(gè)排污管，規(guī)格是25×4mm，管端焊有與截止閥相配的管法蘭 HG/T 20592 法蘭 PL 25-2.5 RF Q235A</p>

49、<p><b>　　壓力表接管：</b></p><p>　　壓力表接口管由最大工作壓力決定, ,因此選用采用15×3.5mm無縫鋼管,管法蘭采用 HG/T 20592 法蘭 PL 15-2.5 RF Q235A</p><p><b>　　安全閥接口管：</b></p><p>　　安全閥是通過閥的自

50、動(dòng)開啟排出氣體來降低容器內(nèi)過高的壓力。為了操作的安全，因此安設(shè)一安全閥。安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定。</p><p>　　本貯罐選用57×4mm的無縫鋼管, 管法蘭HG/T 20592 法蘭 PL 57-2.5 RF Q235A</p><p>　　接口管中，其選擇的條件均在不需要補(bǔ)強(qiáng)的條件之內(nèi)，因此，以上接口管在筒體上的開孔不需要補(bǔ)強(qiáng)。</p><p

51、>　　2.6.2 法蘭的選取</p><p>　　如圖2-4：板式平焊鋼制管法蘭：</p><p>　　圖2-4 板式平焊鋼制管法蘭</p><p>　　查文獻(xiàn)[12]中表8.2.2-1至8.2.1-5 PN2.5板式平焊鋼制管法蘭，選取各管口公稱直徑，查得各法蘭的尺寸。</p><p>　　查文獻(xiàn)[13]中附錄D中表D-5,得各法

52、蘭的質(zhì)量。</p><p>　　查文獻(xiàn)[14]中表3.2.2，法蘭的密封面均采用RF（突面密封）。</p><p>　　得求得接管法蘭尺寸見下表：</p><p>　　表2-5 接管法蘭尺寸表</p><p>　　2.6.3 墊片的選取</p><p>　　查文獻(xiàn)[15]，墊片尺寸見表2-6：</p>

53、<p>　　表2-6 墊片尺寸（mm）</p><p>　　注：1：聚四氟乙烯包覆層材料應(yīng)符合QB/T 3625中規(guī)定的FSB-2和QB/T 3626的規(guī)定。</p><p>　　2：填充材料為有機(jī)非石棉纖維橡膠板。</p><p>　　3：墊片厚度除人孔墊片厚度為4外，其他均為3。</p><p>　　2.6.4 螺栓的選取&l

54、t;/p><p>　　地腳螺栓(g)選用Q235-A（鋼材標(biāo)準(zhǔn)GB 700），選得材料的許用應(yīng)力，屈服極限</p><p>　　查文獻(xiàn)[16]中表5.0.7-2和附錄中表A.0.1 ，得螺柱的長度見下表2-7：</p><p>　　表2-7 六角頭螺栓螺柱及墊片(未注明單位：mm)</p><p>　　注：1.緊固件質(zhì)量為每1000件的近似質(zhì)量；

55、</p><p><b>　　表2-8 附件質(zhì)量</b></p><p>　　2.緊固件長度未計(jì)入墊片厚度。</p><p>　　第三章 強(qiáng)度設(shè)計(jì)與校核</p><p>　　3.1 圓筒強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　其焊接系數(shù)已知為。材料的許用應(yīng)力，屈服極限。根據(jù)GB/T 9019-2001

56、選得容器公稱直徑為。設(shè)計(jì)壓力，利用中徑公式（3-1）計(jì)算筒體壁厚：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)[5]表7-2知，鋼板厚度負(fù)偏差為。并已知腐蝕裕量。</p><p>　　筒體設(shè)計(jì)厚度： （3-2）</p><p>　　筒體名義厚度：

57、 （3-3）</p><p>　　由于鋼板厚度范圍為，圓整后保守取。</p><p>　　筒體的有效厚度 （3-4） </p><p>　　3.2 封頭強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)[7]中表1，選取公稱直徑，選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，型號代號為EHA，取 ，則查標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)[6]中表2

58、，取直邊長h=40mm。該容器取其焊接系數(shù)為。材料的許用應(yīng)力，屈服極限。根據(jù)橢圓形封頭計(jì)算式（3-1）計(jì)算：</p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)[18]表7-1知，鋼板厚度負(fù)偏差為。并已知腐蝕裕量。</p><p>　　據(jù)式(3-2)計(jì)算封頭厚度：</p><p>　　據(jù)式（3-3）計(jì)算封頭名義厚度：</p><p>　　由于鋼板厚度范圍為，圓整

59、后取與筒體相同的名義厚度 。</p><p>　　據(jù)式（3-4）計(jì)算筒體的有效厚度：</p><p>　　則封頭標(biāo)記為： 。</p><p>　　3.3 人孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)</p><p>　　為了滿足各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求，不可避免的要在容器的筒體或封頭上開孔并安裝接管。開孔后，殼壁因除去了一部分承載的金屬材料而被削弱，而出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)

60、象。為保證容器安全運(yùn)行，對開孔必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右匝a(bǔ)強(qiáng)，以降低峰值應(yīng)力。這里采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，因其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、使用經(jīng)驗(yàn)豐富。另外,還要考慮人孔補(bǔ)強(qiáng),確定補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸,由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管,故不能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑為,壁厚=12mm</p><p>　　查表得人孔的筒體尺寸為480×12，由標(biāo)準(zhǔn)[7] A型查得補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸為：</p><p&g

61、t;　　內(nèi)徑Di=484mm，外徑Do=760mm。</p><p>　　開孔補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)計(jì)算參數(shù)如下：</p><p>　　據(jù)式（3-1）計(jì)算筒體的壁厚：</p><p>　　計(jì)算開孔所需補(bǔ)強(qiáng)的面積A：</p><p><b>　　開孔直徑： </b></p><p>　　補(bǔ)強(qiáng)面積：

62、 （3-5）</p><p><b>　　有效寬度：</b></p><p>　　取最大值 B=907.2mm</p><p><b>　　有效高度：</b></p><p><b>　　外側(cè)高度： </b></p><p>

63、;<b>　　或 </b></p><p><b>　　兩者取較小值</b></p><p><b>　　內(nèi)側(cè)高度</b></p><p><b>　　或</b></p><p><b>　　兩者取較小值0mm</b></p

64、><p><b>　　筒體多余面積A1：</b></p><p>　　據(jù)式（3-3）計(jì)算筒體有效厚度：</p><p>　　選擇與筒體相同的材料（16MnR）進(jìn)行補(bǔ)償，故=1，所以</p><p>　　接管多余金屬的截面積A2：</p><p><b>　　接管計(jì)算厚度：</b>

65、</p><p>　　補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫截面積A3：</p><p>　　據(jù)式（3-5）計(jì)算有效補(bǔ)強(qiáng)面積Aε：</p><p><b>　　因?yàn)椋孕枰a(bǔ)強(qiáng)</b></p><p>　　所需補(bǔ)強(qiáng)截面積A4:</p><p>　　補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：（補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑，外徑）</p><p>

66、　　考慮鋼板負(fù)偏差并圓整，實(shí)取補(bǔ)強(qiáng)厚度16mm，補(bǔ)強(qiáng)材料與殼體材料相同。</p><p>　　不需補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑：</p><p>　　由于鋼板具有一定的規(guī)格，殼體的壁厚往往超過實(shí)際強(qiáng)度的需要，厚度增加，使最大應(yīng)力降低，相當(dāng)于容器已被整體加強(qiáng)，并且容器的開孔總有接管相連，其接管多于實(shí)際需要的壁厚也起補(bǔ)強(qiáng)作用。同時(shí)由于容器材料具有一定的塑性儲(chǔ)備，允許承受不大的局部應(yīng)力。故當(dāng)孔徑不超過一定

67、數(shù)值時(shí)，可不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。</p><p><b>　　不需要補(bǔ)強(qiáng)的條件:</b></p><p>　　設(shè)計(jì)壓力小于或等于 2.5MPa；</p><p>　　兩相鄰開孔中心的間距應(yīng)不小于兩孔徑之和的兩倍；</p><p>　　接管公稱外徑小于或等于89mm；</p><p>　　接管最小壁厚滿足下表

68、3.1的要求：</p><p>　　表3-1 接管最小壁厚</p><p>　　注:1.鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值時(shí)，接管與殼體的連接宜采用全熔透的結(jié)構(gòu)形式。</p><p>　　2.接管的腐蝕裕量為1mm</p><p><b>　　第四章 試驗(yàn)校核</b></p><p><b>　

69、　4.1 水壓試驗(yàn)</b></p><p>　　4.1.1 試驗(yàn)?zāi)康?lt;/p><p>　　除材料本身的缺陷外，容器在制造（特別是焊接過程）和使用中會(huì)產(chǎn)生各種缺陷。為考核缺陷對壓力容器安全性的影響，壓力容器制成后或定期檢驗(yàn)（必要時(shí)）中，需要進(jìn)行水壓試驗(yàn)。</p><p>　　對于內(nèi)壓容器，水壓試驗(yàn)的目的是：在超設(shè)計(jì)壓力下，考核缺陷是否會(huì)發(fā)生快速擴(kuò)展造成

70、破壞或開裂造成泄漏，檢驗(yàn)密封性結(jié)構(gòu)的密封性能。對于外壓容器，在外壓作用下，容器中的缺陷受壓應(yīng)力的作用，不可能發(fā)生開裂，且外壓臨界失穩(wěn)壓力主要與容器的幾何尺寸、制造精度有關(guān)，跟缺陷無關(guān)，一般不用外壓試驗(yàn)來考核其穩(wěn)定性，而以內(nèi)壓試驗(yàn)進(jìn)行“試漏”，檢查是否存在穿透性缺陷。</p><p>　　4.1.2 試驗(yàn)強(qiáng)度校核</p><p>　　為保證水壓試驗(yàn)時(shí)容器材料處于彈性狀態(tài)，在水壓試驗(yàn)前必須按

71、壓力容器水壓校核公式（4-1）進(jìn)行計(jì)算：</p><p><b>　　（4-1）</b></p><p><b>　　則式中：</b></p><p><b>　　則，</b></p><p>　　故符合工藝條件的要求。</p><p>　　4.2 氣

72、密性試驗(yàn)</p><p>　　氣密性試驗(yàn)的目的是：考核容器的密封性能，檢查的重點(diǎn)是可拆的密封裝置和焊接接頭等部位。氣密性試驗(yàn)應(yīng)在水壓試驗(yàn)合格后進(jìn)行。它并不是每臺(tái)壓力容器制造過程中必做的試驗(yàn)項(xiàng)目，這是因?yàn)槎鄶?shù)容器沒有嚴(yán)格的致密性要求，且耐壓試驗(yàn)也同時(shí)具備一定的檢漏功能。</p><p>　　當(dāng)介質(zhì)毒性程度為極度、高度危害或設(shè)計(jì)上不允許有微量泄漏（如真空度要求較高時(shí)）的壓力容器，必須進(jìn)行氣密性

73、試驗(yàn)。</p><p>　　由于設(shè)計(jì)內(nèi)容是二氧化碳立式儲(chǔ)罐，二氧化碳?xì)怏w不屬于毒性程度為極度、高度危害的氣體，而且設(shè)計(jì)上沒有真空度的要求，因此不需要進(jìn)行氣密性試驗(yàn)校核。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　壓力介質(zhì)的封閉的容器稱壓力容器，它的設(shè)計(jì)要求有安全可靠、滿足過程要求、易于操作、維護(hù)和控制、綜合經(jīng)濟(jì)好等?；谇安?/p>

74、分的設(shè)計(jì)與校核的計(jì)算，得出如下的設(shè)計(jì)結(jié)果：</p><p><b>　　設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]John F.Harvey,P.E Theory and Design of Pressure Vessels. Second Edition. Van N

75、ostrand Reinhold Company,1991</p><p>　　[2]ASME HPS-2003 High Pressure System,2003</p><p>　　[3]Henry H.Bednar,P.E.Pressure Vessel Design Handbook.Krieger Publishing Company,1991</p><p&

76、gt;　　[4]GB150-1998《鋼制壓力容器》 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社[S] 1998</p><p>　　[5]JB4712-1998《支承式支座》 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社[S] 1998</p><p>　　[6]HG/T21514～21535-2005《鋼制人孔和手孔》 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社[S] 2005</p><p>　　[7]HG/T20592～20635-2009《

77、鋼制管法蘭、墊片和緊固件》 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社[S] 2009</p><p>　　[8]JB/T4736-2002《補(bǔ)強(qiáng)圈》 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社[S] 2002</p><p>　　[9]JB/T4731-2005《鋼制立式容器》 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社[S] 2005</p><p>　　[10]《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第五版 刁與瑋 王立業(yè) 化學(xué)工業(yè)出版社[M] 2003.3&

78、lt;/p><p>　　[11]《化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊》匡國柱 史啟才 中國石化出版社[M] 2005</p><p>　　[12]《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》第二版 鄭津洋 化學(xué)工業(yè)出版社[M] 2003</p><p>　　[13]《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局[M] 1999</p><p>　　[14]《化工過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》李多民 俞