过程设备设计课程设计说明书

第一章 设计参数的选择1.1设计参数形式：卧式椭圆形封头储罐 材料：16MnR设计压力：0.78MPa 设计温度：60℃ 全容积：7.5m3 介质名称：硫化剂介质特性：强氧化性，毒性，不易燃第二章 容器强度的计算与校核2.1筒体与封头的厚度计算2.1.1筒体厚度由于该容器存储介质具有中毒毒性，熔点195℃，不易燃。

所以该容器的焊缝采用双面全融透对接接头结构，对该储罐进行局部探伤，所以取焊缝系数0.85φ=。

根据长径比/2~6L D =最为合适，取/4L D =，则4L D =。

则：222224244324i ii i i D DV D L V D D πππ⎛⎫=+=⋅+⨯⋅⋅ ⎪⎝⎭封头所以：337.5130112i ii D D D mmππ=+⇒=查钢板卷焊筒体，规定用筒体内径作为公称直径系列尺寸表，圆整为1300i D mm =。

查JBT4737-95椭圆形封头表1得在封头厚度在6mm 时的3=0.3208m V 封，总深度350H mm =，代入原式反算：7.5 1.6920.320851704L L mmπ=⨯+⨯⇒=则：/ 5.167/1.3 3.97i L D ==在区间2~6之间，符合要求。

计算厚度[]0.7813003.51821700.850.782c i tcP D mm P δδϕ⋅⨯===⨯⨯--钢板或钢管厚度负偏差1C 应按相应钢材标准名义厚度的规定选取。

当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm ，且不超过名义厚度的6%时，可取1=0mm C 。

由于GB 6654《压力容器用钢板》规定压力容器专用钢板厚度的厚度负偏差不大于0.25mm ，因此使用该标准中钢板厚度超过5mm ，可取1=0mm C 。

根据腐蚀速率直接选取2C ：材料属于单面腐蚀取2=2mm C 。

则： 筒体设计厚度2 3.5182 5.518d C mm δδ=+=+=筒体名义厚度1=+ 5.51806n d C mm δδ+∆=++∆=2.1.2封头厚度选用标准椭圆形封头，其形状系数12162i i D K h ⎡⎤⎛⎫=+=⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦，封头采用钢板整体冲压而成，焊接接头系数取 1.0φ=，故封头计算壁厚：[]10.7813002.99217010.50.7820.5c i tckP D mm P δδϕ⋅⨯⨯===⨯⨯-⨯-取22h C mm =，则封头设计厚度2 2.992 4.99d C mm δδ=+=+= 同上取10h C mm =，则封头名义厚度1 4.990 4.99hn d C mm δδ≥+=+=考虑常用钢板的规格和材料采购和焊接上的方便，可取封头壁厚与筒体厚度相同6hn mm δ=2.1.3液压试验应力校核试验压力[][]1701.25 1.250.780.975170T c t P P MPa σσ=⨯⨯=⨯⨯= (或由用户输入)故[]0.90310.5s T MPa σσ≤= 而()()()()0.9751300620158.922620T i e T e P D MPa σσσϕ⨯+--⋅+===⨯--[]T T σσ<，液压试验应力校核合格。

2.2鞍座选型和结构确定2.2.1鞍座选型卧式容器优先考虑双支座，标准鞍座材料为Q235-A ·F ，垫片材料一般应与卧式容器圆筒材料相同。

储罐总质量12342m m m m m =+++1m ----筒体质量：()22124i n i m L D D πρδ⎡⎤=⋅+-⎣⎦()3227.8510 5.17 1.312 1.34π=⨯⨯⨯⨯-999.09kg =2m ----单个封头质量：查表得289.15m kg =3m -----充气质量：ρρ>水气，水压试验充满水，故取ρ水则337.5107500m V kg ρ=⋅=⨯=4m ----附件质量：估计人孔质量150Kg ，其他接管总和为300kg ，4450m kg =综上所述，999.09289.1575004509127.39m kg =+⨯++=9127.399.8189539.70G mg N ==⨯=则每个鞍座承受约44769.85N 的重力由此据表JB/T4712.1-2007表2得相应参数： 公称直径DN允许载荷QkN鞍座高度h底板腹板筋板13001552001l1b1δ2δ3l2b3b3δ94017010 8215 140 2006垫板 螺栓配置鞍座质量增加100mm 高度增加的质量kg 弧长 4b4δe 间距2l74 915203508707802.2.2鞍座位置根据根据JB/T4712-2005中规定：应尽量使支座中心到封头切线的距离0.5a A R ≤ (a R 为圆筒的平均半径，2na i R R δ=+)，当无法满足0.5a A R ≤时，A 值不宜大于0.2L 。

已知：5170L mm =，查JBT4737-95知25h mm = 当0.2A L ≤时，0.251701034A ≤⨯= 当0.5a A R ≤时，0.5()326.52ni A R mm δ≤+=取326.5A mm =,圆整为325A mm =增加100mm 高度增加的质量为9Kg 。

2.3封头、法兰、接管的选型和结构尺寸拟定2.3.1封头由前边各项数据已定，由JB/T4737-95，选用1300616DN MnR ⨯-。

2.3.2法兰选用带颈对焊钢制管法兰，按GB20595-2009标准，都是FM （凹面），凹凸面安装时易于对中，且能有效地防止垫片被挤出压紧面，使用于 6.4PN MPa ≤的容器法兰和管法兰。

选用尺寸见表1。

2.4 紧固件的选用根据紧固件HG/T20592~20635-2009密封面形式为凸面。

垫片的选择：垫片是螺栓法兰连接的核心，决定密封性能，选用非石棉纤维橡胶，尺寸见表2.5 材料的选择筒体、封头、人孔、鞍座为Q345R，接管选用10号钢。

2.6计算数据钢制卧式容器计算单位计算条件设计压力P 0.78 MPa 设计温度T 60 ℃筒体材料名称16MnR（热轧）封头材料名称16MnR（热轧）封头形式椭圆形筒体内径Di 1300 mm 筒体长度L 5170 mm 筒体长度L0 5120 mm 筒体名义厚度δn 6 mm 筒体实际厚度δe 4 mm 筒体焊接接头系数φ0.85封头形状系数k 1封头焊接接头系数φ 1.00封头名义厚度δhn 6 mm 封头设计厚度δhe 4 mm 支座垫板名义厚度δrn 8 mm 厚度附加量C1 0 mm 腐蚀欲量C2 2 mm 鞍座材料名称Q235-AF鞍座包角θ120 °支座形心至封头切线距离A 325 mm 鞍座高度H 350 mm 地震烈度低于7第三章 容器及附件强度校核3.1卧式容器的应力校核3.1.1圆筒轴向弯矩鞍座支反力44769.852mgF N ==，300i h H h mm =-=， 圆筒中间截面上的轴向弯矩：()22212144413a i i R h FL A L M h L L ⎡⎤-+⎢⎥⎢⎥=⋅-⎢⎥+⎢⎥⎣⎦()22220.6530.300144769.85 5.17040.325.17040.34 5.17013 5.170⎡⎤⨯-+⎢⎥⨯⨯⎢⎥=-⨯⎢⎥+⎢⎥⨯⎣⎦40.735KN m =⋅鞍座平面上的轴向弯矩：222121413ai iR h A L ALM FA h L ⎡⎤--+⎢⎥=-⋅-⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎣⎦220.320.6530.31 5.17020.32 5.17044769.850.32140.3013 5.170⎡⎤--+⎢⎥⨯⨯=-⨯-⎢⎥⨯⎢⎥+⎢⎥⨯⎣⎦0.5KN m =-⋅3.1.2圆筒轴向应力计算及校核3.1.2.1圆筒中间横截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力最高点处：3112200.65340.753107.6092 3.1420.004 3.140.6530.004c a e a e P R M MPaR σδδ⋅⨯⨯=-=-=-⋅⨯⨯⨯最低点处：6312220.78100.65340.7531071.2772 3.1420.004 3.140.6530.004c a e a e P R M MPa R σδδ⋅⨯⨯⨯=+=+=⋅⨯⨯⨯ 3.1.2.2 鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力由于0.5a A R ≤，则圆筒在鞍座平面上被封头加强，轴向应力3σ位于横截面最高点，系数12,K K 由JB/T4731-2005《钢制卧式容器》表7-1由鞍座选用120°包角轻型带垫板得：121.00, 1.00K K ==则鞍座横截面最高点处轴向应力：63232210.78100.6530.51063.7612 3.1420.004 3.1410.6530.004c a e a e P R M MPaK R σδδ⋅⨯⨯⨯=-=+=⋅⋅⨯⨯⨯⨯鞍座横截面最高点处轴向应力：32422200.6530.5100.09332 3.1420.004 3.1410.6530.004c a e a e P R M MPa k R σδδ⋅⨯⨯=+=-=-⋅⋅⨯⨯⨯⨯ 3.1.2.3 圆筒轴向应力校核0.0940.0940.000578125i eA R δ===，根据圆筒材料查GB150表6-3~6-10得78.7B MPa = [][]min(,)136.507t tac B σσ==因为[]23,170tMPa σσσ<=且[]14,136.507t ac MPa σσσ<= 故合格3.1.3圆筒切向剪应力计算及校核3.1.3.1圆筒切向应力校核0.5a A R ≤带来的加强作用，由过程设备设计表5-2查得在包角为120o 时，340880,0.401K K ==筒体中最大剪应力30.88044769.8515.0836534a e K F MPa R τδ⨯===⨯ 而[][]0.80.8170136tMPa τστ==⨯=> 故切向剪应力校核合格。

3.1.3.2封头切应力校核40.40144769.856.8736534h a e K F MPa R τδ⨯===⨯ 由内压引起的拉伸应力：10.781300126.75224c i h e KP D MPa σδ⋅⨯⨯===⨯[][] 1.25 1.25170126.7585.75th h hMPa τσστ=-=⨯-=>，合格。

3.1.4 支座封面处圆筒周向应力计算与校核3.1.4.1 鞍座处横截面的最低点处周向应力对于有加强圈圆筒采用垫板时(垫板起加强作用)()552e re K kF b σδδ=-+g当容器焊在支座上时，取0.1k =，56,K K 由JB/T4731-2005表7-3查得：560.76,0.013K K ==则()()5520.10.7644769.852.02548140e re K kF MPa b σδδ⨯⨯=-=-=-++⨯g3.1.4.2 鞍座角边处的周向应力采用垫板，（垫板起加强作用）51707.9178653a L R ==≤时 66222221244769.85120.01344769.856.6794()()4121405170(48)a e re e re K FR F MPab L σδδδδ⨯⨯=--=--=-++⨯⨯+3.1.4.3 应力校核[]5 2.025170tMPaσσ=<=[]6 6.679 1.25212.5tMPaσσ=<=故合格。