28立方米卧式液氨储罐的设计_毕业设计(编辑修改稿)

28立方米卧式液氨储罐的设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

体相等，取 DN=1200mm，按有关标准 JB47462020，查得封头的容积 Vh= m3，总深度 H=325 mm。 由于采用的是标准椭圆形封头，由 h/DN=，得出 封 头的直边高度 h=25mm，而封头的曲面深度 h1=325－ 25=300mm。 筒体长度： mVVDL hi)( 4)2(4 220   取 0L =2030 mm 两封头切线之间的距离 L= hL 20  =2030+225=2080mm 现选用 16MnR 和 20R 两个钢种，对储罐的主要结构 ——筒体和封头进行两个方案的设计，然后对这两个方案进行比较和选择。 的 设计 第 6 页（共 56 页） 用方案一计算筒体和封头的厚度 首先选用 16MnR 钢为材料，来计算筒体和封头的厚度。 16MnR 钢板在 40℃ 时的许用应力查表，根据筒体厚度计算公式初步估计此筒体的设计厚度在 8—16mm 之间， [σ]＝ [σ]t =170 Mpa，屈服强度 σs=345 Mpa。 （ 1）筒体厚度 δ= 02 12 ][2   ppdt imm 设计厚度 δd＝ δ 十 C2＝ 十 2＝ 按 GS709，取钢板负偏差 C1= 考虑钢板厚度系列取名义厚度 δn＝ 10mm 因 δn＝ 10mm，查此情况下 16MnR 钢的许用应力没有变化， [σ]= 170 Mpa，所以上述计算成立。 （ 2）封头厚度 由于选用标准椭圆形封头，所以其封头形状系数 k= 计算厚度 δ= 02 12 ][2   pk p dt imm 设计厚度 δd＝ δ＋ C2＝ ＋ 2＝ 取 C2＝ ，故名义厚度 δn＝ 10mm，且许用应力也没有发生变化，所以上计算成立。 （ 3）水压试验校核 ○ 1 ．试验压力： PT＝M P M P ][ ][ppt 取水压试验压力 PT＝ 2. 0MPa ○ 2 ．筒体应力校核；筒体有效厚度 δe＝ δn－ C1－ C2＝ 10－ ＝ 所以试验时应力： 卧式液氨储罐的结构设计 第 7 页 ( 共 56 页 ) )( )(   se eirT M P aDp   MPa 筒体水压试验应力校核满足要求。 ○ 1 ○ 2 ○ 3 ．封头应力校核：有效厚度 δe＝ δn－ C1－ C2＝ l0－ － 2＝ M P )( )(   se eiTT M P aDp   所以封头水压试验应力校核满足要求 用第二种方案计算筒体和封头的厚度 选用 20R 钢作为第二种方案，来计算筒体和封头的厚度。 20R 钢板在 40℃ 时的许用应力查表，根据筒体厚度计算公式初步估计此筒体的设计厚度在 8—16mm 之间，取此时 20R 钢的许用应力 [σ]＝ [σ]t =133 Mpa，屈服强度δ s=245 Mpa。 筒体和封头的结构和尺寸与第一种方案的设计相同（厚度除外），选用标准椭圆形封头（ EHA 型），其它尺寸和参数如上所叙。 （ 1）筒体厚度 δ= 02 12 ][2   ppdt imm 设计厚度 δ d＝ δ 十 C2＝ 十 2＝ 按 GS709，取钢板负偏差 C1=。 考虑钢板厚度系列取名义厚度 δn＝ 12mm 因 δ n＝ 12mm，查此情况下 20R 钢的 许用应力没有变化， [σ]= 133 Mpa，所以上计算成立。 （ 2）封头厚度 由于选用标准椭圆形封头，所以其封头形状系数 k=。 计算厚度 δ= 32 12 ][2   pk p dt imm 设计厚度 δ d＝ δ＋ C2＝ ＋ 2＝ 的 设计 第 8 页（共 56 页） 取 C2＝ ，故名义厚度 δ n＝ 12mm，且许用应力也没有发生变化，所以上计算成立。 （ 3）水压试验校核 ○ 1 ．试验压力： PT＝M P M P ][ ][ppt 取水 压试验压力 PT＝ 2. 0MPa ○ 2 ．筒体应力校核；筒体有效厚度 δ e＝ δ n－ C1－ C2＝ 12－ ＝ 所以试验时应力： ) 2 0 0( )(   se eirT M P aDp   MPa 筒体水压试验应力校核满足要求。 ○ 3 ．封头应力校核：有效厚度 δ e＝ δ n－ C1－ C2＝ l2－ － 2＝ M P aDp e eiTT )( )(     因为 M P 2 02 4 ][  sTT  所以封头水压试验应力校核满足要 求。 两种方案的比较 （ 1）钢板耗用量 钢板耗用量与板厚成正比，则储罐的主要结构筒体和封头采用 16MnR 时，钢板比使用 20R 钢板可减轻 :  %100121012 % 16MnR 钢板的价格比 20R 钢板略贵，两者相差不大，从耗材量与价格综合考虑，两种钢板均可考虑，但在上述计算过程中，如 16MnR 的名义厚度 δ n 与设计厚度 δ d很接近，其差值为 10－ =,而 20R 的名义厚度 δ n 与设计厚度 δ d 大很多，其差值为 12－ =，所以用 16MnR 钢时，钢 板耗用量就要省很多，更为适宜。 卧式液氨储罐的结构设计 第 9 页 ( 共 56 页 ) （ 2）制造费用 总的来说，由于采用 16MnR 钢板厚度较薄，质量较轻，鞍座的承载重量也更小，而且制造费用目前也按碳钢设备同等计价，因此制造费用比较经济。 （ 3）材料性能 20R 钢板的抗腐蚀性能比 16MnR 钢要好，但是考虑到储存介质液氨的腐蚀性不是很强，而且 16MnR 钢比 20R 钢板的强度高，机械加工性能和焊接性能指标都明显要好，所以选用板更合适。 （ 4）方案比较总结 由于上述比较可以看出，说明方案一选用 16MnR 钢更合理，那么下面的内容就针对方案一的选材和设计数据 进行相关的计算和校核。 计算鞍座反力 （ 1）计算质量 ○ 1 ．筒体质量 m1＝ π(Di＋ δe)δnL0 109 ＝ (1200+10)1020207850109 ＝ 597kg ○ 2 ．单个封头 的 质量 m2＝ (查 JBll53—73) ○ 3 . 附件质量 m3(包括入孔，接管、液面计、平台等 )近似取 m3＝ 400kg ○ 4 ．充液质量 液氨在 0℃ 时的密度为 640kg/m3，小于水的密度，故充液质量按水的质量 考虑， m4＝ 902 10)24(   hi VLD ＝ [ 4 120202025+2109]1000109 ＝ 2799kg ○ 5 ．保温层质量 本设备不保温，故 m5＝ 0 ○ 6 ．设备最大质量 m＝ m1＋ m2 ＋ m3＋ m4＋ m5＝ 597＋ 2＋ 400＋ 2799＋ 0＝ 4053 kg 的 设计 第 10 页（共 56 页） （ 2）计算鞍座反力 F＝ mg/2＝ (4053)/2＝ 19880N 支座及其位置选取 卧式容器的支座有鞍座、圈座和支腿三种形式。 而常用的储罐、储槽、换热器等卧式容器设备常选用鞍式支座予以支承，所以 此 设备也选用鞍座。 卧式储罐的鞍式支座设计包括以下几个要点： 鞍座数量的确定 鞍式支座普遍选用双鞍座支承，这是因为若采用多鞍座支承，难于保证各鞍座均匀受力。 虽然多支座罐的弯曲应力比较小， 但是各支座严格的保持在同一水平面上，特别是对于大型卧式储罐很难达到，同时，由于地基的不均匀下沉，多支座 的罐体在支座处的支反力不能均匀分配，故选用双鞍式支座支承。 鞍座安装位置的确定 由材料力学可知，将出储罐的力学模型简化为双支座上的受均布载荷的外伸梁，如下图 所示，若梁的全长为 L，则当外伸端的长度 A= 时，双支座跨中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩相等，从而使上述两截面上保持等强度。 考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，而且支座截面处的应力较为复杂，故常取支座截面处的弯矩略小于跨 中间截面的弯矩，通常取尺寸不超过 ，为此中国现行标准JB4731《钢制压力容器》规定取 ， A 值不得大于。 否则由于容器外伸端的作用使支座截面处的应力过大。 其中 A 为封头切线到支座的距离，此外由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度，故封头对于圆筒的抗弯刚度有局部的加强作用。 若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。 因此，国标JB4731 还规定当满足， A≤ 时，最好使（ Rm 为圆筒的平均半径， Rm＝ Ri＋δn/2=605mm， Ri为圆筒的内径）。 由于 Rm/2=, =416mm 因为 ＞ ，鞍座位置 A≤Rm/2= 取鞍座位置 A＝ 300mm 卧式液氨储罐的结构设计 第 11 页 ( 共 56 页 ) 其中： A 为封头切线到支座的距离 为了防止卧式储罐因操作温度和安装温度不同而引起的热膨胀，以及由于圆筒及物料的重量使圆筒防止弯曲等原因对卧式储罐引起的附加应力，对于双鞍座中的其中一个设计为固定支座（代号 F），而另一个应允许为可沿轴线方向移动的活动支座（代号 S）。 活动支座的基础螺栓应沿圆筒轴向开成长圆孔，固定支座通常设置在储罐配管较多的一侧，活动支座应安装在没有配管或配管较少的一侧。 图 液氨储罐受力分析图 的 设计 第 12 页（共 56 页） 鞍座标准的选用 综上所述，结合筒体公称直径和上述计算的鞍座反力 F＝ 19880N= KN，查压力容器手册，选用 JB/T4712—92 标准的鞍式支座，公称直径 DN1200mm,A 型，带加强垫板，允许支承载荷 Q=147 KN，因为 Q＞ F，所以符合要求。 查 JB/T4712—92 可得鞍座基本尺寸：包角 θ＝ 120176。 ，支座高度 H=200mm,鞍座宽度 b＝ 150mm；腹板厚 6mm；垫板宽 270mm，垫板厚 6mm；底 板长 880mm 底板宽170mm，底板厚 10mm；筋板宽 140mm，筋板厚度 6 mm，鞍座质量 52kg。 鞍座的尺寸和结构见装配图 和附录。 鞍座垫板材料选 16MnR，鞍座其余材料选用 Q235—AF 钢。 鞍座标记： JB/T4712—92，鞍座 A 1200 储罐应力校核 筒体轴向应力校核 （ 1）筒体轴向弯矩计算 ○ 1 ．筒体中间处截面的弯矩  2080 3004208033004120803006052142080198804341214122212212 ）（）（LALhLhRmFLM ＝ 106Nmm ○ 2 ．支座处截 面上的弯矩 2 0 8 03300412 0 8 030023006052 0 8 0300113001 9 8 8 03412112212122LhALhRmLAFAM = － 105Nmm （ 2）筒体轴向应力计算 由 GBl50—89 表 81 查得由 ―扁塌现象 ‖引起的抗弯截面模量减少系数 K1＝ K2＝卧式液氨储罐的结构设计 第 13 页 ( 共 56 页 ) 因为｜ M1｜》｜ M2｜，且 A≤Rm/2=,故应力必定出现在跨中面，校核跨 中面应力。 ○ 1 .由弯矩引起的轴向应力 最低点处： 1 ′= 621   emRM  MPa 最低点处 2 ′＝－ 1 ′＝ ○ 2 ．由于设计压力引起的轴向应力 p empRMPa ○ 3 ．轴向应力组合与校核 轴向拉应力： σ2＝ σp+ 2 ′=+＝ 许用 轴向拉应力： [σ]t＝ 170Mpa， σ2＜ [σ]t 合格 轴向压应力： σ1＝－ 1 ′＝ 轴向许用压缩应力 1 。