卧式储罐人孔设计

Hefei University
《化工机械与设备》过程考核之二——常用零部件设计
题目： 2.5MPa卧式储罐人孔设计
系别：化学材料与工程系
班级：10化工（三）
姓名：何文龙
学号：1003023004
队别：Team 5
队员：朱广佳（队长）、吴凯、何文龙
教师：胡科研
日期：2011-12-02
Hefei University (1)
《化工机械与设备》过程考核之二 (1)
——常用零部件设计 (1)
一前言 (3)
1.1 设计人孔的目的 (3)
1.2 人孔附图 (3)
二人孔的机械设计 (5)
2.1选择人孔 (5)
2.2核算人孔补强 (5)
2.3机械设计标准参数 (6)
2.3.1.碳素钢、低合金钢类 (6)
2.3.2 不锈钢类 (7)
2.3.3 人孔的PN2.5DN明细表 (8)
三人孔工艺设计： (9)
3.1人孔的功能类型： (9)
3.2材料的选择 (9)
3.3人孔种类的划分 (9)
3.3.1、以通信管块容量划分 (9)
3.3.2、以人孔的通向划分 (9)
3.3.3、以人孔上覆承受负荷能力划分 (9)
3.4 人孔直径及人孔中心距底板尺寸 (10)
四总结 (10)
五参考文献 (10)
一前言
1.1 设计人孔的目的
人孔是安装在卧式储罐上部的安全应急装置。

通常与防火器、机械呼吸阀配套使用，既能避免因意外原因造成罐内急剧超压或真空时，损坏储罐而发生事故，又有起到安全阻火作用，是保护储罐的安全装置。

具有方便维修，定压排放、定压吸入、开闭灵活、安全阻火、结构紧凑、密封性良好、安全可靠等优点。

1.2 人孔附图
图—1 人孔俯视图
图2——人孔开关侧面图
图3——人孔主视图
设计条件：管经480mm×12；工作介质：水蒸气；表压：<2.5MPa
二 人孔的机械设计
2.1选择人孔
根据储罐是在常温下及最高工作压力为 2.5MPa 条件下工作,人孔的标准按公称压力为 2.5 MPa 等级选取，考虑到人孔盖直径较大较重,故选用回转盖对焊法兰（GH21518-2005）,公称直径 450，榫槽面密封面（TG 型）和石棉橡胶板垫面。

该人孔标记为：人孔 RF Ⅳ(A·G)450-2.5 GH21518-2005
另外还要考虑人孔补强,确定补强圈尺寸,由于人孔的筒节不是采用无缝钢管,故不能直接选用补强圈标准。

本设计所选用的人孔筒节内径为 d i = 484mm ,壁 厚 δ m = 12mm
立式储罐为腐蚀介质压力容器，故其所有焊缝（包括角焊缝）均采用全焊透结构。

查表得人孔的筒体尺寸为 Φ 480×12，由标准 JB/T 4736-2002 查得补强圈尺寸为：内径 Di= 490mm 外径 Do= 760mm
2.2核算人孔补强
补强圈坡口取D 型立式储罐设计说明书 开孔补强的有关计算参数如下： 1 筒体的计算壁厚：
[]mm
P D P e i e 1.2594.0117021200
594.02=-⨯⨯⨯=-=
φσσ
2. 计算开孔所需补强的面积 A ： 开孔直径：d = di + 2C = 480 + 2 × (0.0 + 2.0) = 484mm 补强的面积： A = d - δ = 484 × 2.1 = 1016.4mm 2 3 有效宽度： B = 2 *d = 2 × 484 = 968mm B = d + 2 - δn + 2- δm = 484 + 2 × 12+ 2 × 12 = 1016mm 取最大值 B = 1016mm 4 有效高度：
外侧高度 h1 = d -δ m = 484 × 12 = 58.04mm 或 h1 = 接管实际外伸高度 = 250mm 两者取较小值 h1 = 58.04mm 内侧高度 h2 = d - δ m = 484 × 12= 58.04mm h2 = 接管实际内伸高度 = 0mm 两者取较小值 h2 = 0mm 5筒体多余面积 A1：
筒体有效厚度： δ e = δ n -C = 12- 2.0 = 10mm
选择与筒体相同的材料（16MnR）进行补偿，故f r =1，
所以Ai = ( B -d )(δ e -δ ) -2δ m (δ e -δ )(1 -f γ ) = (1016 -484)(10.0 -2.1) -2 × 12 ×(10.0 -2.1)(1 *1) = 4013.2mm2
6 接管多余金属的截面积A2：
Pc -d 0.594 × 454 = = 0.80mm t 2[σ ] -Pc× 170 × 1 -0.594
接管计算厚度δ t = A2 = 2 -h1 (δ et -δt ) f γ + 2 -h2 (δ et -C 2 ) f γ 8
立式储罐设计说明书= 2 -h1 (δ m -C -δ t ) f γ + 0 = 2 × 52.19 × (6 -2.0 -0.80) = 334.02mm2
补强区内焊缝截面积A3：1 A3 = 2 × × 6 × 6 = 36mm2
有效补强面积Ae：Ae = A1 + A2 + A3 = 862.6 + 334.02 + 36 = 1232.62mm2因为Ae > A ，所以不需要补强
2.3机械设计标准参数
2.3.1.碳素钢、低合金钢类
2.3.2 不锈钢类
2.3.3 人孔的PN2.5DN明细表
件号标准号名称数量材料尺寸/mm
1 GB/T
713--2008 筒节 1 Q345R dw=480*12
δ=3
b1=39,
b2=44
M33*2*175
M33
Do=36
2 HG20592 法兰 1 16Mn（锻
件）
3 HG20592 垫片 1 石棉橡胶板
4 HG20592 法兰片 1 Q345R
5 HG20613 螺栓20 35CrMoA
6 HG20613 螺母40 30CrMo
7 吊环 1 Q235-A.F
8 转臂 1 Q235-A.F
9 GB/T 95-- 垫圈20 1 100HV
10 GB/T
6170--2000
螺母M20 2 5级
11 吊钩 1 Q235-A.F
12 环 1 Q235-A.F
13 GB/T
8163--2008
无缝钢管 1 20
14 支撑板 1 Q345
三人孔工艺设计：
3.1人孔的功能类型：
人孔分为紧急泄压人孔、防爆阻火呼吸人孔、罐顶人孔、罐壁人孔和带芯人
孔等。

3.2材料的选择
根据提供的压力1MPa 温度200℃直径2000mm，根据前面的机械设计，可选择Q245R类型的钢板，其化学成分包括C Si Mn Cr Ni Nb V P S等。

其屈服强度一般为200左右，实验温度为200-400℃，故符合所给是数据要求。

3.3人孔种类的划分
3.3.1、以通信管块容量划分
按人孔可容纳规格为宽360mm、高250mm（标准的六孔管孔内径90mm 水泥管块，简称标准块）的管道断面管块或单孔管道管孔内径90mm的数量，分为大、中、小三类。

通信管道所设置人孔的大小，应以通信管道的远期容量设置。

不应只考虑本期建设通信管道容量。

3.3.2、以人孔的通向划分
以人孔的通向划分可分为直通人孔、三通人孔、四通人孔和斜通人孔，具体详见下表1。

其中，斜通人孔又分为15°、30°、45°、60°、75°共五种。

每种斜通人孔的角度，可适用于±7.5°范围以内。

3.3.3、以人孔上覆承受负荷能力划分
以人孔上覆承受负荷能力划分可分为汽-20级和汽-10级两种
3.4 人孔直径及人孔中心距底板尺寸
人孔已有成型产品，直径通常为600mm。

人孔中心距地板一般为750mm。

便于工作人员在安装、清洗、维护时进出油罐和通风。

考虑到人孔盖直径较大较重,故选用回转盖对焊法兰人孔（GH21518-2005）,公称直径450 ，突面法兰密封面。

我们可选择储存液体为油类，做案例分析。

非金属油罐的人孔设在罐顶上，金属油罐的人孔设在罐壁最下圈板上。

大都为直径600mm的圆孔，其中心距底板750mm，为油罐清洗或维修人员进出油罐用，又称作道门。

检修清理油罐时刻利用人孔进行采光和通风。

立式油罐的容量在5000m³以下时设1~2个人孔，5000m³以上的设2个人孔。

人孔的安装应与进出油管线相隔不大于90°。

当只设一个人孔时，应将其置于罐顶透光孔的对面；当设2个人孔时，其中一个设在透光孔的对面，另一个应至少与第一个人孔相隔90°。

人孔应有一个设在进出油管右侧附近，并尽量使人孔正对罐室密闭门，以便人员进出、维修油罐和通风接管用。

由于人孔安装在油罐的最下层体圈上，防渗漏就显得特别重要。

要求两法兰结合面必须保证其平直度，无飘扭现象。

加强板和法兰应尽量在整块钢板上切割而不拼接。

法兰和盖板上加工有密封圈，在施工中要特别注意保护。

密封用3mm 厚石棉橡胶垫片，不允许有折裂。

安装人孔盖板上紧螺栓时，要成对角均与用力，以防孔盖变形。

3.5 人孔的安装及维护
人孔因位于油罐下部，人孔承受很大的液体压力，为了防止渗漏，对人孔的安装质量必须严格要求。

法兰和盖板上加工有密封水线，在施工中要注意保护，以免在使用时发生渗油。

每次拆下人孔时要做标记，以免再装时错位，影响严密性。

安装人孔盖板上螺母时，要成对对角均匀用力，以防盖板变形或用力不均而造成的渗油。

四总结
人孔的设计应根据具体的工艺设计方案，先进行工艺设计，在联系这个设备的设计参数，进行相应的机械设计，做到综合考虑。

特别要注意人孔补强的计算，否则会造成维修人员进入储罐类维修时的人身安全。

五参考文献
百度文库- 让每个人平等地提升自我
【1】编《化工原理上册》天津大学出版社 2006.3
【2】《化工设备机械基础》俞健良主编2009年7月第一版【3】《化工设备的选择与设计》刘道德等编著
【4】《化工容器》金国淼等编
【5】《工程力学》孟凡深主编
11。