毕业小设计-储气罐设计说明书

1绪论

化学工业和其他流程工业的生产离不开容器，所有化工设备的合体都是一种容器，某些化工机器的部件，如压缩机的气缸，也是一种容器。压力容器应用遍及各行各业，然而压力容器又有其本身的特点，它们不仅要适应化学工艺过程所要求的压力和温度条件，还要承受化学介质的作用，要能长期的安全工作，且保证密封。而储气罐则是用于储存介质的压力容器，在本次设计中，介质为氮气、氩气这些无毒无腐蚀性气体，因此本次设计不用特意考虑防毒防腐蚀的问题。容器本身承受其内部气体对它的压力，为内压容器，这容器的失效形式只要为弹塑性失效，故本次设计应首先考虑这个问题。另外，泄露也是容器失效的一种形式，在这次设计中也要考虑，对其进行预防。一个好的压力容器在设计过程中必须就要考虑到合理的实现所规定的工艺条件，使结构安全可靠，便于制造、安装、操作和维修，经济上合理等条件。本次设计也是本着按设计要求出发，以设计出一个最优的储气罐为目标。但由于时间能力有限，设计中定会有不妥之处，望老师批评指正。

2选材及结构设计

2.1设计要求及基本参数

如下表2.1,2.2

表2.1 基本设计参数

表2.2接管设计参数

2.2接管法兰

接管法兰标准为HG/T20592-2009，其中N1~6为SO形式，即带颈平焊法兰，人孔为WN形式，即带颈对焊法兰。除N2外，所有法兰密封形式都是RF，即突面密封，N2为内螺纹密封。其规格见下图：[1]

表2.3 PN40带颈平焊钢管法兰

对于法兰内径，本次设计取B型。

以下是人孔的法兰规格：[1]

表2.4 PN40带颈对焊钢管法兰

对于法兰颈而言，取B型。

2.3人孔

本次设计中，人孔公称压力为PN40，公称尺寸DN450，法兰形式WN（带颈对焊），密封为RF（突面密封）。人孔标准为：[1]

表2.5 垂直吊盖带颈对焊法兰人孔

图2-1 人孔部件图

3强度计算

3.1筒体壁厚计算

由公式δ=Pc X Di/(2Φ［ζ］t- Pc)+C1+C2 （3-1）其中δ——计算厚度，mm；

Pc——计算压力（Mpa），在本次设计中，为3.0；

Di——圆筒内直径（mm），在本次设计中，为2200；

Φ——焊接接头系数，在本次设计中取0.85；

［ζ］t——设计温度下的许用应力（Mpa），t=60℃；

C1——钢板厚度负偏差，对Q345R而言，取0.3；

C2——腐蚀余量，在本次设计中取1.0；

C= C1+ C2为厚度附加量，共1.3mm

对于［ζ］t而言，可查表，假设壁厚为6~16mm,则［ζ］t=170MPa,经计算，δ=24mm>16mm,故壁厚为16~36mm，此时［ζ］t=163MPa，求的δ=25.4mm，经圆整，取δn=28mm，即名义厚度为28mm。[2]

3.2封头壁厚计算

选取标准椭圆形封头，DN=2200mm

材料：根据要求为Q345R, 假设封头壁厚为16~36mm，则可查表得：［ζ］t=163Mpa。

由公式δ=Pc X Di/(2Φ［ζ］t-0.5 Pc)+C1+C2 （3-2）其中δ——计算厚度，mm；

Pc——计算压力（MPa），在本次设计中，为3.0；

Di——圆筒内直径（mm），在本次设计中，为2200；

Φ——焊接接头系数，在本次设计中取0.85；

［ζ］t——设计温度下的许用应力（MPa），［ζ］t=163MPa；

C1——钢板厚度负偏差，对Q345R 而言，取0.3； C2——腐蚀余量，在本次设计中取1.0；

[3]

求得δ=25.24mm ，圆整取δn=28mm ，即名义厚度为28mm 。 3.3 水压试验校核

液压试验时试验压力值：pT=1.25 Pc X ［ζ］/［ζ］t 其中pT ——内压容器的试验压力，MPa ； Pc ——设计压力，MPa ；

［ζ］——试验温度下的许用应力，MPa ； ［ζ］t ——设计温度下的许用应力，MPa ； 在本次设计中，有［ζ］/［ζ］t =1， 所以P T =1.25 Pc=1.25X3.0=3.75MPa

校核公式ζT = P T X （Di+te ）/2 t e X Φ

（3-3）

其中ζT——圆筒应力，MPa ； P T ——试验压力，3.0MPa ； Di ——筒体内径，2200mm ； t e ——筒体有效厚度，mm ；

Φ——焊接接头系数，取0.85；[2]

δe=δn -C=28-1.3=26.7mm （3-4）

所以在试验压力下圆筒应力为ζT =156.4MPa 查表得ζs=325M Pa

所以0.9ζs=0.9*325=292.5M Pa 因为[]T T σσ≤ 所以校核结果合格。

3.4开孔补强计算

图3-1 开孔补强示意图

3.4.1 N1管的开孔补强计算

接管为20钢，其[]tσ=130MPa，φ57×3.5，由于管壁为斜坡，壁厚有变化，所以实际计算的尺寸为φ70X10。

已知筒体计算厚度为δ=25.4mm

接管计算厚度δt=pc*Di/(2Φ［ζ］t- Pc)+C1+C2

Di为50mm，C1为0.1，所以=1.8mm

接管名义厚度δnt =10mm

由于使用材料不同，所以强度削弱系数fr=130Mpa/170Mpa=0.76

补强区有效宽度：B=2d或者B=2δn+δnt+d，两者取大值

其中d=di+2C=70+2*1.1=72.2，所以算的B=148.2mm

接管有效长度：h1=√dδnt=26.8mm

接管实际外伸长度为120mm，在120和26.8中取较小值所以有效外伸长度为26.8mm 接管内伸长度：接管实际内伸长度为0，因为取较小值，所以接管有效内伸长度为0。

开孔削弱所需补强面积：A=dδ/2 （3-5）A1=72.2*25.4/2=916.94mm²

壳体多余金属面积：A1=（B-d）X（δε-δ）-2δεt（δε-δ）X（1-f r）（3-6）A2=（148.2-72.2）*（28-1.3-25.4）-2*（10-1.1）*（28-1.3-25.4）*（1-0.76）=100.42 mm²接管多余金属面积：A2=2h1（δεt-δε）f r+2h1（δεt-C2）f r（3-7）A3=2*26.8*[(10-1.1)-1.8]*0.76=289.22 mm²

焊缝金属截面积A3=10*10=100 mm²

A1+A2+A3=100.42+289.22+100=489.64 mm²[2]