分離器設(shè)計說明書1

1、目錄1 緒論12設(shè)計選材及結(jié)構(gòu)32.1材料選擇32.2筒體及封頭的選擇33設(shè)計計算43.1確定罐體的工藝尺寸43.2設(shè)計主要技術(shù)參數(shù)的確定43.2.1設(shè)計壓力43.2.2設(shè)計溫度53.2.3厚度及厚度附加量53.2.4焊接接頭系數(shù)73.2.5許用應(yīng)力73.3筒體厚度設(shè)計83.4 封頭壁厚設(shè)計103.5水壓試驗及強度校核104 附件的選擇124.1 人孔的選擇124.2人孔補強的計算134.2.1補強判別144.2.2開孔所需補強面積144.3補強圈的設(shè)計174.4接管選擇174.5液面計的設(shè)計184.6壓力計的設(shè)計194.7安全閥的設(shè)計204.8容器支座的選擇204.8.1承載核算214.8.

2、2鞍座的選擇214.9密封裝置的設(shè)計224.10 視鏡的選擇244.11 溢流堰板的設(shè)計245筒體和封頭的強度及穩(wěn)定性校核255.1筒體的彎矩255.2剪力265.3.筒體應(yīng)力計算及校核265.3.1 圓筒軸向應(yīng)力及校核265.3.2筒體和封頭切向應(yīng)力及校核285.3.3 支座截面處圓筒體的周向應(yīng)力及校核296容器制造工藝306.1下料306.1.1劃線306.1.2坡口加工306.2成形306.3縱縫施焊306.4筒節(jié)復(fù)圓316.5縱縫無損檢測326.6筒體組裝326.7筒節(jié)環(huán)縫施焊326.8筒節(jié)環(huán)縫無損檢測326.9劃線開孔326.10筒體封頭總裝336.11設(shè)備附件組焊336.12完工總

3、檢336.13壓力試驗33結(jié)論35致謝36參考文獻37附錄.381 緒論 壓力容器是一種密閉的承壓容器，通常是由板、殼組合而成的焊接結(jié)構(gòu)。其應(yīng)用廣泛且用量大，但又比較容易發(fā)生事故且事故往往是嚴重的。壓力容器的設(shè)計一般有筒體、封頭、密封裝置、支座、接口管、人孔及安全附件等組成。與任何工程設(shè)計一樣，壓力容器的設(shè)計目標也是對新的或改進的工程系統(tǒng)和裝置進行創(chuàng)新和優(yōu)化，以滿足人們的愿望與需要。具體來說，壓力容器的設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)的特定要求，遵循設(shè)計工作的基本規(guī)則或規(guī)范，以及材料控制結(jié)構(gòu)細節(jié)制造工藝檢驗及質(zhì)量管理等方面的規(guī)則，并盡可能地采用標準1。 本儲罐是石油工業(yè)中必不可少的分離容器，所以本設(shè)計過

4、程的內(nèi)容包括容器的材質(zhì)的選取、容器筒體結(jié)構(gòu)和強度的設(shè)計，密封的設(shè)計、罐體及封頭的強度設(shè)計、確定支座，人孔及接管、開孔補強的情況以及焊接形式的設(shè)計與選取。在設(shè)計過程中要綜合考慮經(jīng)濟性、實用性和安全可靠性。設(shè)備的選擇大都有相應(yīng)的執(zhí)行標準，設(shè)計時可以直接選用符合設(shè)計條件的標準設(shè)備零部件，也有一些設(shè)備沒有相應(yīng)標準，則選擇合適的非標準設(shè)備。各項設(shè)計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設(shè)計有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進行設(shè)計。此次設(shè)計主要原理來自過程設(shè)備設(shè)計一書以及相關(guān)的標準及規(guī)范2。 原油經(jīng)過電脫鹽后的顏色是由石油中含有的其它物質(zhì)所形成的。原油相對密度一般在0.750.95之間，少

5、數(shù)大于0.95或小于0.75，相對密度在0.91.0的稱為重質(zhì)原油，小于0.9的稱為輕質(zhì)原油。原油粘度變化較大，一般在1100mPa.s之間，粘度大的原油俗稱稠油，稠油由于流動性差而開發(fā)難度增大。一般來說，粘度大的原油密度也較大。原油的凝固點大約在-5035之間。凝固點的高低與石油中的組分含量有關(guān)，輕質(zhì)組分含量高，凝固點低，重質(zhì)組分含量高，尤其是石蠟含量高，凝固點就高。原油很難溶于水中，但卻能溶于普通的有機溶劑，如苯、氯仿、酒精、乙醚、四氯化碳等。雖然原油幾乎完全不能和水相溶解，但仍有少量水分會“包溶”于原油中，一定條件下可自然析出。 設(shè)計一臺具體的化工設(shè)備或容器，必須全面考慮設(shè)計對象的工況條

6、件，使其有：1. 總體結(jié)構(gòu)合理、符合工藝要求，高效、可靠、經(jīng)濟；2. 保證受壓元件強度、剛度和穩(wěn)定性，密封良好，使用期內(nèi)具有安全壽命；3. 力求制造、運輸、安裝、維修簡便，易于實現(xiàn)質(zhì)量監(jiān)檢與控制；4. 符合國家設(shè)計規(guī)定和標準，符合勞動部門法規(guī)。 設(shè)計概要1. 強度、穩(wěn)定性設(shè)計1) 根據(jù)設(shè)計條件及所造的結(jié)構(gòu)、材料進行強度、穩(wěn)定性及密封計算，以確定設(shè)備或容器的機械尺寸。通過計算，常會對結(jié)構(gòu)加以修改，使之更加合理。2) 施工圖設(shè)計 根據(jù)設(shè)計計算的結(jié)果，繪制施工圖，確定制造技術(shù)要求，提出各零件質(zhì)量及設(shè)備總重、材料、品種、規(guī)格、用量及標準件、外構(gòu)件等。2. 編寫技術(shù)文件1) 計算書2) 設(shè)計說明書 內(nèi)容

7、應(yīng)包含技術(shù)經(jīng)濟分析，并表明技術(shù)經(jīng)濟指標生產(chǎn)能力與消耗系數(shù)；材料消耗與生產(chǎn)；維護管理費用3) 設(shè)計圖紙設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個容積為50.0m3臥式儲罐。設(shè)計數(shù)據(jù)表如表1-1所列：表1-1 設(shè)計數(shù)據(jù)表序號項目數(shù)值單位備注1名稱初頂回流油罐2用途初頂油分離3工作壓力0.05MPa4工作溫度405全容積50M³6物料名稱油水7裝量系數(shù)0.82設(shè)計選材及結(jié)構(gòu)2.1材料選擇 根據(jù)初頂油的物性選擇罐體材料，碳鋼對初頂油有良好的耐蝕性，腐蝕率在0.1/年以下，儲罐可選用一般鋼材，根據(jù)儲罐的工作壓力、工作溫度和介質(zhì)的性質(zhì)可知該設(shè)備為一低壓設(shè)備，介質(zhì)對碳鋼的腐蝕作用很小。故選材料時，主要考慮的強度指標（指s和

8、b）和塑性指標適合的材料，內(nèi)罐貯存中溫初頂油，可以考慮Q245、Q235這兩種鋼種。Q235的特點是，塑性好，適合于制作各種型材，如板材、角鋼、槽鋼、工字鋼等；同時它的焊接性能優(yōu)良，適合于制造各種焊接結(jié)構(gòu)。所以初選Q235B3 5。2.2筒體及封頭的選擇 壓力容器封頭的種類較多，分為凸形封頭、錐殼、變徑段、平蓋及緊縮口等，其中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和球冠形封頭?？蓞㈤單墨I1126頁。常見容器凸形封頭形式如下圖示1。圖2-1 常見容器凸形封頭的形式 從受力與制造方面分析來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點是深度大，沖壓較為困難；橢圓封頭深度比半球形封頭小得多，易于沖壓成

9、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。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，從強度、結(jié)構(gòu)和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭較為合理6。筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計為圓筒形。因為作為容器主體的圓柱形筒體，制造容易，安裝內(nèi)件方便，而且承壓能力較好，這類容器應(yīng)用最廣。3設(shè)計計算3.1確定罐體的工藝尺寸 根據(jù)工藝要求，初頂油儲罐可設(shè)計罐身為圓筒形，兩端均用標準橢圓形封頭的臥式容器5。根據(jù)化工設(shè)備標準手冊標準GB 9019-88中的表1壓力容器的公稱直徑，筒體的容積、面積及質(zhì)量查標準GB 9019-88表1。表3-1

10、 筒體用鋼板卷制時，容器的公稱直徑表3003504004505005506006507007508009001000110012001300140015001600170018001900200021002200230024002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000 由于容器設(shè)計壓力為0.25Mpa,容積50立方米，根據(jù)HG3154-1985-7臥式橢圓形封頭儲罐系列，得： 初選筒體內(nèi)徑Di=2800，設(shè)罐身的長度為L，則：設(shè)L=7200 對容積的核算11：

11、筒體體積V1：V1=封頭體積V2：經(jīng)查表得到V2=3.12總體積：式中設(shè)計容積，m³。所以取筒體： L=7200。3.2設(shè)計主要技術(shù)參數(shù)的確定 壓力容器設(shè)計技術(shù)參數(shù)主要有設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、厚度及其附加量、焊接接頭系數(shù)和許用應(yīng)力等。3.2.1設(shè)計壓力 設(shè)計壓力為壓力容器的設(shè)計載荷條件之一，其值不得低于最高工作壓力。而最高工作壓力系指容器頂部在正常工作過程中可能產(chǎn)生的最高表壓。設(shè)計壓力應(yīng)視內(nèi)壓或外壓容器分別取值。 當(dāng)內(nèi)壓容器上裝有安全泄放裝置時，其設(shè)計壓力應(yīng)根據(jù)不同形式的安全泄放裝置確定。裝設(shè)安全閥的容器，考慮到安全閥開啟動作的滯后，容器不能及時泄壓，設(shè)計壓力不應(yīng)低于安全閥的開啟壓力，

12、通?？扇∽罡吖ぷ鲏毫Φ?.05-1.10倍；裝設(shè)爆破片時，設(shè)計壓力不得低于爆破片的爆破壓力。 對于盛裝氣液共存的容器，由于容器內(nèi)介質(zhì)壓力為氣體的飽和蒸汽壓，在規(guī)定的裝量系數(shù)范圍內(nèi)，與體積無關(guān)，僅取決于溫度的變化，故設(shè)計壓力與周圍的大氣環(huán)境溫度密切相關(guān)。此外，還要考慮容器外壁有否保冷設(shè)施，可靠的保冷設(shè)施能有效地保證容器內(nèi)溫度不受大氣環(huán)境溫度的影響，即設(shè)計壓力應(yīng)根據(jù)工作條件下可能達到的最高金屬溫度確定。計算壓力是指在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定元件最危險截面厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。通常情況下，計算壓力等于設(shè)計壓力加上液柱靜壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計壓力時，可忽略不計。本設(shè)計的工

13、作狀態(tài)為真空，工程上常取2.5倍的大氣壓為設(shè)計壓力，因此可取設(shè)計壓力可參閱文獻1114頁。3.2.2設(shè)計溫度 設(shè)計溫度也為壓力容器的設(shè)計載荷條件之一，它是指容器在正常情況下，設(shè)定元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。當(dāng)元件金屬溫度不低于0時，設(shè)計溫度不得低于元件金屬可能達到的最高溫度；當(dāng)元件金屬溫度低于0時，其值不得高于元件金屬可能達到的最低溫度。GB150規(guī)定設(shè)計溫度等于或等于-20的容器屬于低溫容器。元件的金屬溫度可以通過傳熱計算或?qū)崪y得到，也可按內(nèi)部介質(zhì)的最高（最低）溫度確定，或在此基礎(chǔ)上增加（或減少）一定數(shù)值。設(shè)計溫度與設(shè)計壓力存在對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)壓力容器遇有不同的操作工況時，應(yīng)按

14、最苛刻的壓力與溫度的組合設(shè)定容器的設(shè)計條件，而不能按其在不同工況下各自的最苛刻條件確定設(shè)計溫度和設(shè)計壓力?？蓞㈤單墨I1114頁。由于本設(shè)計的工作溫度是40，而操作工況與啟動工況或停車工況時壓力差別大，而且四季變換也會有溫度波動，所以設(shè)計溫度相應(yīng)比最高工作溫度要高些，故取設(shè)計溫度為60。3.2.3厚度及厚度附加量 由公式所給出的厚度為計算厚度，并未包括厚度附加量。設(shè)計時要考慮的厚度附加量由鋼材的厚度負偏差C1和腐蝕裕量C2組成，即C=C1+C2,不包括加工減薄量C3。加工減薄量一般根據(jù)具體制造工藝和板材的實際厚度由制造廠而并非由設(shè)計人員確定。因此，出廠時的實際厚度可能和圖樣厚度不完全一樣。 計算

15、厚度（）是按有關(guān)公式采用計算壓力得到的厚度。必要時還用計入其他載荷對厚度的影響。 設(shè)計厚度（d）系計算厚度與腐蝕裕量之和。 名義厚度（n）指設(shè)計厚度加上鋼材厚度負偏差后向上圓整至鋼材標準規(guī)格的厚度，及標注在圖樣上的厚度。 有效厚度（e）為名義厚度減去腐蝕裕量和鋼材負偏差。 成形后厚度指制造廠考慮加工減薄量并按鋼板厚度規(guī)格第二次向上圓整得到的坯板厚度，再減去實際加工減薄量后的厚度，也為出廠時容器的實際厚度。一般情況下，只要成形后厚度大于設(shè)計厚度就可滿足強度要求。詳見文獻1115頁圖4-5。圖3-1 各種厚度間的關(guān)系 鋼板或鋼管厚度負偏差C1應(yīng)按相應(yīng)鋼材標準的規(guī)定選取。當(dāng)鋼材的厚度負偏差不大于0.

16、25,且不超過名義厚度的6%時，可取C1=0。由于GB6654壓力容器用鋼板和GB3531低溫壓力容器用低合金鋼鋼板規(guī)定壓力容器專用鋼板的厚度負偏差不大于0.25，一次使用該標準中鋼板厚度超過5時（如20R、16MnR和16MnDR等），可取=0；常用鋼板（如、Q235-A以及0Cr18Ni9等）的厚度負偏差見表3-2。表3-2 常用鋼板的厚度負偏差C1值鋼板標準GB/T 3274 GB/T 3280 GB/T 4237 GB/T 4238鋼板厚度5.57.57.52525303034負偏差0.60.80.91.0鋼板厚度3440405050606080負偏差1.11.21.31.8 腐蝕余量

17、主要是防止容器受壓元件由于均勻腐蝕、機械磨損而導(dǎo)致厚度削弱減薄。與腐蝕介質(zhì)直接接觸的筒體、封頭、接管等受壓元件，均應(yīng)考慮材料的腐蝕裕量。腐蝕裕量一般可根據(jù)鋼材在介質(zhì)中的均勻腐蝕速率和容器設(shè)計壽命確定。在無特殊腐蝕情況下，對于碳素鋼和低合金鋼，不小于1；對于不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)的腐蝕性極微時，可取=0。 但腐蝕裕量只對防止發(fā)生均勻腐蝕破壞有意義；對于應(yīng)力腐蝕、氫脆和縫隙腐蝕等非均勻腐蝕，用增加腐蝕裕量的辦法來防止腐蝕效果不佳，此時應(yīng)著重于選擇腐蝕材料或進行適當(dāng)?shù)姆栏g處理。本設(shè)計取，可參閱文獻1115116頁。3.2.4焊接接頭系數(shù) 通過焊接制成的容器，焊縫中可能存在夾渣、未熔透、裂紋、氣孔等焊接缺陷

18、，且在焊縫的熱影響區(qū)很容易形成粗大晶粒而使目的材料的強度或塑性有所降低，因此焊縫往往成為容器強度比較薄弱的環(huán)節(jié)。為彌補焊縫對容器整體強度的削弱，在強度計算中需引入焊接接頭系數(shù)。焊接接頭系數(shù)表示焊縫金屬與目的材料強度的比值，反映容器強度受削弱的程度。可參閱文獻1116頁。影響焊接接頭系數(shù)大小的因素較多，但主要與焊接接頭形式和焊縫無損檢測的要求及長度比例有關(guān)。中國鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù)可按表3-3選取。表3-3 鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù)值焊接接頭形式無損檢測比例值焊接接頭形式無損檢測比例值雙面焊對接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全熔透對接接頭100%1.00單面焊對接接頭（沿焊接根部全長又緊貼基本金屬

19、的墊板）100%0.90局部0.85局部0.80 本設(shè)計的筒體及封頭焊接接頭采用雙面焊局部無損檢測，故取=0.85。3.2.5許用應(yīng)力 許用應(yīng)力是容器殼體、封頭等受壓元件的材料許用強度，取材料強度失效判據(jù)的極限值與相應(yīng)的材料設(shè)計系數(shù)（又稱安全系數(shù)）之比。設(shè)計時必須合理地選擇材料的許用應(yīng)力，采用過小的許用應(yīng)力，會使設(shè)計的部件過分笨重而浪費材料，反之則使部件過于單薄而容易破損。 作為壓力容器受壓元件設(shè)計時的許用應(yīng)力，即按下式取值 也就是說在設(shè)計受壓元件時，以抗拉強度和屈服點同時來控制許用應(yīng)力。 GB150給出了鋼板、鋼管、鍛件以及螺栓材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力值，同時也列出了確定鋼材許用應(yīng)力的依據(jù)

20、，表3-4所示為鋼材（除螺栓材料外）許用應(yīng)力的確定依據(jù)?？蓞㈤單墨I1116117頁。表3-4 鋼制壓力容器用材料許用應(yīng)力的取值方法材料許用應(yīng)力取下列各值中的最小值/MPa碳素鋼、低合金鋼、鐵素體高合金鋼奧氏體高合金鋼3.3筒體厚度設(shè)計 初頂回流油罐通常置于室外，罐內(nèi)的溫度和壓力直接受到大氣溫度的影響，在夏季液氨儲罐經(jīng)太陽暴曬，隨著氣溫的變化，儲罐的操作壓力也在不斷變化。儲罐在夏季最高溫度可達到55。由于在操作過程中有氣體析出，壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程規(guī)定液化氣體儲罐必須安裝安全閥，設(shè)計壓力通常可取最大操作壓力的1.051.10倍。設(shè)計壓力故取設(shè)計壓力由于液柱靜壓力所以 在設(shè)計溫度60,估計筒體的厚

21、度在616范圍內(nèi)，為安全取許用應(yīng)力=115MPa，焊接接頭采用V坡口雙面焊接，采用局部無損檢測，其焊接接頭系數(shù)由焊接接頭系數(shù)表查得=0.851 3。 根據(jù)GB150-2011標準，Q235B的特性如下：表3-5 Q235B的許用應(yīng)力表鋼號板厚/在下列溫度（）下的許用應(yīng)力/MPa20100150200250300Q235B3161636116116113108108102999488828175 取=115Mpa 筒體厚度計算： 由于 所以 (3-1) 式中筒體計算厚度，；計算壓力，MPa；許用應(yīng)力，MPa；焊縫街頭系數(shù)；筒體內(nèi)徑，。 在鋼制壓力容器中，取，平面腐裕量取。式中名義厚度，。 根據(jù)鋼

22、板厚度規(guī)格，圓整后取名義厚度n，確定選用的Q235B鋼板?？蓞㈤單墨I1117頁。 現(xiàn)已知圓筒尺寸、，需對圓筒進行強度校核，其應(yīng)力強度判別按下式進行。(3-2)式中有效厚度，,；名義厚度，；C厚度附加量，；設(shè)計溫度下圓筒的計算應(yīng)力，MPa。滿足強度條件。因此，圓筒的最大允許工作壓力為0.25 （3-3)式中圓筒的最大允許工作壓力，MPa。滿足條件。根據(jù)HG3154-1985-7，圓整后選取厚度8Q235B鋼板。筒體尺寸表如表所示：表3-6 筒體尺寸表公稱直徑一米高的容積V（）一米高的內(nèi)表面積()名義厚度（）一米高筒節(jié)鋼板質(zhì)量（）28006.1548.79289093.4 封頭壁厚設(shè)計 采用標準橢

23、圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同。 (3-4)式中0.85 設(shè)計厚度 從制造和受力角度考慮，一般與筒體厚度一致，取名義厚度的Q235B鋼板。 橢圓形封頭的最大允許工作壓力按下式確定 (3-5) 所以封頭也符合設(shè)計條件?？蓞㈤單墨I1127頁。表3-7 封頭尺寸表公稱直徑曲面高度直邊高度容積V（）內(nèi)表面積()名義厚度（）質(zhì)量（）2800700403.128.8212834.03.5水壓試驗及強度校核 根據(jù)公式，試驗壓力 (3-6) 式中試驗壓力，MPa；耐壓試驗壓力系數(shù)，一般??；設(shè)計壓力，MPa；材料許用應(yīng)力，當(dāng)容器各元件（筒體、封頭、接管、法蘭及緊固件等）所用材料不同時，應(yīng)取各元件材料許用應(yīng)力比的最小

24、值；設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa。先按公式確定水壓試驗時的壓力為：，水壓試驗時應(yīng)力校核1 2：計算水壓試驗時應(yīng)力 (3-7)Q235B鋼板的鋼材屈服極限，在常溫水壓試驗時的許用應(yīng)力，故筒體厚度滿足水壓試驗時的強度要求。4 附件的選擇4.1 人孔的選擇 壓力容器人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個手柄。選用時應(yīng)綜合考慮公稱壓力、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，從是否承壓來看有常壓人孔和承壓人孔。從人孔所用法蘭類型來看，承壓人孔有板式平焊法蘭人孔、帶頸平焊法蘭人孔和帶頸對焊法蘭

25、人孔，在人孔法蘭與人孔蓋之間的密封面，根據(jù)人孔承壓的高低、介質(zhì)的性質(zhì)，可以采用突面、凹凸面、榫槽面或環(huán)連接面。從人孔蓋的開啟方式及開啟后人孔蓋的所處位置看，人孔又可分為回轉(zhuǎn)蓋人孔、垂直吊蓋人孔和水平吊蓋人孔三種。選擇使用上有較大的靈活性。常見的人孔形狀有圓形和橢圓形兩種，為使操作人員在能夠自由出入，圓形人孔的直徑至少應(yīng)為400，橢圓形人孔的尺寸一般為3504501 7。 容器上開設(shè)人孔規(guī)定當(dāng)Di>1000時至少設(shè)一個人孔，本設(shè)計初選一個圓形人孔。 根據(jù)儲罐的工作溫度及最高工作壓力為0.25MPa,人孔的標準按公稱壓力為0.25MPa等級選取，查標準選回轉(zhuǎn)蓋板式平焊法蘭人孔(HG/T 21

26、516-2005)，人孔筒節(jié)軸線垂直安裝。公稱直徑500,凸法蘭密封面（C型），采用類20R材料、墊片采用外環(huán)材料為低碳鋼、金屬帶為0Cr19Ni9、非金屬帶為柔性石墨、C型纏繞墊。法蘭標準號為HGJ5053-91，墊片標準號為HGJ6972-91，法蘭蓋標準HGJ6165-91 材料為20R，螺柱螺母標準HGJ75-91螺柱材料35CrMoA螺母材料30CrMo，吊環(huán)轉(zhuǎn)臂的材料為Q235-A·F，墊圈標準為GB95-85 ，材料100HV，螺母標準GB41-86，吊鉤環(huán)材料為Q235-A·F，支承板材料為20R。人孔尺寸表如下表8 9。4-1 回轉(zhuǎn)蓋板式平焊法蘭人孔尺寸表

27、 密封面形式PN/MPaDNDbA螺柱螺母螺柱總質(zhì)量數(shù)量直徑長度突面（RF型）0.65005306500645600230106322426355202040M201151174.2人孔補強的計算 由于各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求，不可避免地要在容器上開孔并安裝接管。開孔以后，除削弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，會產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全操作帶來隱患，因此壓力容器設(shè)計必須充分考慮開孔的補強。 壓力容器開孔補強的計算方法有多種，為了計算方便，采用等面積補強法，即殼體截面因開孔被削弱的承載面積，必須由補強材料予以等面積的補償。當(dāng)補強材料與被削弱殼體的材料相同時，則補強

28、面積等于削弱的面積1 7。補強材料采用Q235B。 壓力容器接管補強結(jié)構(gòu)通常采用局部補強結(jié)構(gòu)，主要有補強圈補強、厚壁接管補強和整鍛件補強三種形式，如圖4-1所示。圖4-1補強元件的基本類型 1）補強圈補強 這是中低壓容器使用最為廣泛的補強結(jié)構(gòu)，補強圈貼焊在殼體與接管連接處，如圖4-2（a）所示。它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、原材料易解決、安全、可靠、使用經(jīng)驗豐富等優(yōu)點。但補強圈與殼體金屬之間不能完全貼合，傳熱效果差，在中溫以上使用時，二者存在較大的熱膨脹差，因而使補強區(qū)域產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力；另外，補強圈與殼體采用搭接連接，難以與殼體形成整體，所以抗疲勞性能差。這種補強結(jié)構(gòu)一般使用在靜載、常溫、中低壓

29、、材料的標準抗拉強度低于540MPa、補強圈厚度小于或等于、殼體名義厚度不大于38的場合。 2）厚壁接管補強 即在開孔處焊上一段厚壁接管，如圖4-2（b）所示。由于接管的加厚部分正處于最大應(yīng)力區(qū)域內(nèi)，故比補強圈更能有效地降低應(yīng)力集中系數(shù)。接管補強結(jié)構(gòu)簡單，焊縫少，焊接質(zhì)量容易檢查，因此補強效果較好。高強度低合金鋼制壓力容器由于材料缺口敏感性較高，一般都采用該結(jié)構(gòu)，但必須保證焊縫全熔透。 3）整鍛件補強 該補強結(jié)構(gòu)是接管和部分殼體連同補強部分做成整體鍛件，再與殼體和接管焊接，如圖4-2（c）所示。此補強只在重要壓力容器中應(yīng)用，如核容器，材料屈服點在500MPa以上的容器開孔及受低溫、高溫、疲勞載

30、荷容器的大直徑開孔等。可參考文獻1160164頁。4.2.1補強判別 GB150規(guī)定，當(dāng)在設(shè)計壓力小于或等于2.5MPa的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱直徑小于或等于89時，只要接管最小厚度滿足下表要求，就可不另行補強。由文獻1161頁表4-15。 表4-2不另行補強的接管最小厚度 單位：接管公稱外徑253238454857657689最小厚度3.54.05.06.0根據(jù)表4-2,允許不另行補強的最大接管外徑為89。本開孔外徑等于500，故需另行考慮其補強?？蓞⒖嘉墨I1160頁。 等面積補強允許開孔的范圍GB150對開孔最大直徑作了如

31、下限制。1) 圓筒上開孔的限制，當(dāng)其內(nèi)徑時，開孔最大直徑，且；當(dāng)其內(nèi)徑時，開孔最大直徑，且；2) 凸形封頭或球殼上開孔最大直徑；3) 錐殼（或錐形殼體）上開孔最大直徑， 為開孔中心處的錐殼內(nèi)直徑； 4）在橢圓形或蝶形封頭過渡部分開孔時，其孔的中心線宜垂直于封頭表面。橢圓形或蝶形封頭上開孔的孔邊或外加補強元件的邊緣與封頭邊緣間的投影距離不。 本設(shè)計所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑為=535,壁厚=6。故補強圈尺寸如下： 查HG/T21515-2005得人孔的筒體尺寸為530×6，由標準查得補強圈內(nèi)徑=535,外徑=840。開孔直徑 式中開孔直徑，圓形孔等于接管內(nèi)直徑加2倍厚度附加量，橢圓形或長圓形

32、孔取所考慮平面上的尺寸（弦長，包括厚度附加量），。 本筒體開孔直徑,且滿足，滿足等面積法開孔補強計算的使用條件，故可用等面積法進行開孔補強。可參考文獻1161頁。4.2.2開孔所需補強面積筒體計算厚度： 式中筒體計算厚度， 開孔所需補強面積按下式計算 (4-1) 式中開孔削弱所需要的補強面積，；開孔直徑，圓形孔等于接管內(nèi)直徑加2倍厚度附加量，橢圓形或長圓形孔取所考慮平面上的尺寸（弦長，包括厚度附加量），；殼體開孔處的計算厚度，；接管有效厚度，；強度削弱系數(shù)，等于設(shè)計溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比，當(dāng)該值大于1.0時，取。有效寬度范圍： 有效寬度B按一下公式確定 (4-2)取最大值B=10

33、44式中B補強有效寬度，；殼體名義厚度，；接管名義厚度，。有效高度h： 外側(cè)有效高度按下式確定 (4-3)（實際外伸高度）兩者取較小值，故 內(nèi)側(cè)有效高度按下式確定 (4-4)（實際內(nèi)伸高度）兩者取較小值有效補強面積：1.筒體多余金屬面積筒體多余金屬面積按下式計算 (4-5) 式中筒體有效厚度，；選擇與筒體相同的材料（Q235B）進行補償，故=1。2.接管多余金屬面積接管計算厚度接管多余金屬面積按下式計算 (4-6) 3.接管區(qū)焊縫面積（焊腳取10.0）4.有效補強面積 因為，所以需要補強 所需另行補強截面積A4 擬采用補強圈補強1 6 采用補強圈搭焊結(jié)構(gòu)進行補強時應(yīng)遵循下列規(guī)定：（1）鋼材的常

34、溫抗拉強度；（2）補強圈的厚度不得超過1.5；（3）殼體名義厚度。圖4-2 有效補強范圍示意圖4.3補強圈的設(shè)計1 根據(jù)接管公稱直徑DN500選補強圈，參照HG 21506-92取補強圈外徑,內(nèi)徑。因B=1044>,補強圈在有效補強范圍內(nèi)。補強圈厚度為： (4-7)考慮鋼板負偏差并圓整，實取補強厚度4，補強材料與殼體材料相同。補強圈標記為：標準號JB -T 4736-2002規(guī) 格補強圈 DN 5006-D材 質(zhì)Q235-B4.4接管選擇1015 一般輸用液體用無縫鋼管時按GB 8163-87用普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼制造。無縫鋼管按外徑和壁厚供貨，分為冷拔和熱軋兩種。冷拔管外

35、徑6200，壁厚0.214。熱軋管外徑32630，壁厚2.575。冷拔管的最大公稱直徑為200，熱軋管最大外徑為630。在管道工程中，管徑超過57時，常用熱軋管，57以內(nèi)時，常用冷拔管。 本設(shè)計選用材料為Q235-B。本設(shè)計選擇結(jié)構(gòu)：接管伸進設(shè)備內(nèi)切成45度，可避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動使液流集中，減少物料對壁的磨損與腐蝕，對減少產(chǎn)生靜電也有好處。 接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考慮上述要求外，還需考慮焊接方法、焊接參數(shù)、加工條件、施焊位置等制造上的因素及運輸、安裝中的剛性要求。一般情況下，管壁厚不宜小于殼體壁厚的一半，否則，應(yīng)采用厚壁管或整體鍛件，以保證接管與殼體相焊部分厚度的匹配。本設(shè)計的接管

36、選擇按ISO4200規(guī)定系列1的標準選擇。表4-3 管子最小壁厚材料公稱直徑100150200250300350碳素鋼、低合金鋼2.43.24.04.8高合金鋼、奧氏體不銹鋼1.52.3 由已知條件：進口流量：，抽出液流量：，罐頂不凝性：，罐底含硫污油：。查化工原理上冊第18頁得 管道內(nèi)徑，表1-1查得流速。帶入數(shù)據(jù)得： 進料管 同理 出料管d=54.3mm,罐頂d=18.8mm,排污管d=15.4mm。1）初頂油進料管 查設(shè)備設(shè)計161頁采用無縫鋼管65×5(管壁加厚，具有補強作用)。管長2100，距左端環(huán)焊縫200mm，配用平焊管法蘭PN0.25DN65 GB/T 9112-20

37、00。 根據(jù)表4-15允許不另行補強的最大接管外徑為89。本開孔外徑等于65，故不需另行考慮其補強。2）初頂油出料管 采用無縫鋼管管57×5,伸入到罐內(nèi)離罐底約100,距右端環(huán)焊縫150mm，配用平焊管法蘭（GB/T 9112-2000），凸面管法蘭蓋（GB9119.8-1988）和石棉橡膠墊片（GB/T519）。出料管的補強同初頂油進料管。3）排污管 在離右鞍座的左側(cè)1000處最底部設(shè)個排污管，規(guī)格是25×4，配用平焊管法蘭PN0.25DN25 GB/T 9112-2000。排污管的補強同初頂油進料管。4）罐頂排氣管 采用25×4無縫鋼管，距右端環(huán)焊縫300mm

38、，管法蘭PN0.25DN25 GB/T 9112-2000。5）安全閥接口管 安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定。本貯罐選用20×4的無縫鋼管，距右端環(huán)焊縫500mm，管法蘭PN0.25DN20 GB/T 9112-2000。6）液面計接管 選用玻璃管液面計HG21592-1995，尺寸為20×4。7）壓力表接口管 壓力表接口管一般都是帶法蘭接管并附帶法蘭蓋，由最大工作壓力決定。因此選用與殼體連接的接管為無縫鋼管GB8163-2008熱軋鋼管，尺寸為50×4,距右端環(huán)焊縫800mm，管法蘭采用PN0.25DN50 GB/T 9112-2000。各接管外伸高度都是2

39、00。4.5液面計的設(shè)計6 7 11 液面計是用以指示容器內(nèi)物料液面的裝置，其類型很多，大體上可分為四類，有玻璃板液面計、玻璃管液面計、浮子液面計和浮標液面計。在中低壓容器中常用的有玻璃板液面計和玻璃管液面計。它們都是外購的標準件，只需要選用。玻璃管液面計適用工作壓力小于1.6MPa，玻璃板液面計適用于1.6Mpa以上。并且：1玻璃板液面計和玻璃管液面計均適用于物料內(nèi)沒有結(jié)晶等堵塞固體的場合。板式液面計承壓能力強，但是比較笨重、成本較高。2玻璃板液面計一般選易觀察的透光式，只有當(dāng)物料很干凈時才選反射式。3當(dāng)容器高度大于3m時，玻璃板液面計和玻璃管液面計的液面觀察效果受到限制，應(yīng)改用其它適用的液

40、面計。油水為較干凈的物料，不會出現(xiàn)嚴重的堵塞現(xiàn)象所以根據(jù)選用表選用：在此選用玻璃管液面計，標準號HG21592-1995。由儲罐公稱直徑2800選擇長度為1400液面計兩支，保溫型，液面計接管為無縫鋼管。液面計的標準系列如下表4-4。表4-4 液面計標準系列名稱公稱壓力MPa使用溫度允許工作壓力MPa公稱長度結(jié)構(gòu)型式標準號玻璃管液面計1.602001.6500，600，800，1000，1200,1400普通型保溫型HG21592.1-95HG21592.2-95 法蘭形式及其代號C型（長頸對焊突面管法蘭JB/T4703-2000），液面計公稱壓力PN1.6，使用溫度0200，液面計的主題材料

41、代號：鍛鋼（16Mn），結(jié)構(gòu)形式及其代號：普通型（無代號），公稱長度為1400，排污口結(jié)構(gòu)：V（排污口配螺塞）。液面計標記為：AG 1.6 -W-1400 4.6壓力計的設(shè)計11 裝在鍋爐、壓力容器上的壓力表，其最大量程（表盤上刻度極限值）應(yīng)與設(shè)備的工作壓力相適應(yīng)。壓力表的量程一般為設(shè)備工作壓力的153倍，最好取2倍。若選用的壓力表量程過大，由于同樣精度的壓力表，量程越大，允許誤差的絕對值和肉眼觀察的偏差就越大，則會影響壓力讀數(shù)的準確性；反之，若選用的壓力表量程過小，設(shè)備的工作壓力等于或接近壓力表的刻度極限，則會使壓力表中的彈性元件長期處于最大的變形狀態(tài)，易產(chǎn)生永久變形，引起壓力表的誤差增大和

42、使用壽命降低。另外，壓力表的量程過小，萬一超壓運行，指針越過最大量程接近零位，而使操作人員產(chǎn)生錯覺，造成更大的事故。因此，壓力表的使用壓力范圍，應(yīng)不超過刻度極限的6070。 測量精度壓力表的精度是以允許誤差占表盤刻度極限值的百分數(shù)來表示的。精度等級一般都標在表盤上，選用壓力表時，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的壓力等級和實際工作需要來確定精度。額定蒸汽壓力小于2.45MPa的鍋爐和低壓容器所用的壓力表，其精度不應(yīng)低于2.5級；額定蒸汽壓力大于2.45MPa的鍋爐和中、高壓容器的壓力表，精度不應(yīng)低于1.5級。表盤直徑為了使操作人員能準確地看清壓力值，壓力表的表盤直徑不應(yīng)過小。在一般情況下，鍋爐和壓力容器所用壓力表的

43、表盤直徑不應(yīng)小于100mm，如果壓力表裝得較高或離崗位較遠，表盤直徑還應(yīng)增大。就地壓力指示，當(dāng)壓力在0.25到0.3MPa時，可選用普通壓力表，又油體腐蝕性不是很大，所以綜合考慮選用彈簧管壓力表。技術(shù)指標為：精度等級：(2.5) 公稱直徑：50 接頭螺紋：1.5 G1 測量范圍：0-0.6Mpa4.7安全閥的設(shè)計11由操作壓力決定安全閥的公稱壓力，由操作溫度決定安全閥的使用溫度范圍，所以由本設(shè)計的溫度、壓力、介質(zhì)等基本參數(shù)可以查得標準型號A21H-40,公稱通徑DN取20。與安全閥和接管連接的法蘭選擇平焊管法蘭JB/T 4701-2000。安裝在離右封頭切線1000處。4.8容器支座的選擇1壓

44、力容器靠支座支承并固定在基礎(chǔ)上，圓筒形容器和球形容器的支座不同。隨安裝位置不同，圓筒形容器支座分立式容器支座和臥式容器支座兩類，其中立式容器支座有腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座四種；臥式容器支座有鞍座，圈座和支腿三種。而球形容器多采用柱式或裙式支座。鞍座是應(yīng)用最廣泛的一種臥式支座，鞍座普遍使用雙鞍座支承。從應(yīng)力分析看，承受同樣載荷且具有同樣截面幾何形狀和尺寸的梁采用多個支承比采用兩個支承優(yōu)越，因為多支承在粱內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力較小。所以，從理論上說臥式容器的支座數(shù)目越多越好。但在是實際上臥式容器應(yīng)盡可能設(shè)計成雙支座，這是因為當(dāng)支點多于兩個時，各支承平面的影響如容器簡體的彎曲度和局部不圓度、支

45、座的水平度、各支座基礎(chǔ)下沉的不均勻性、容器不同部位抗局部矯形的相對剛性等等，均會影響支座反力的分布。因此采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越論反而會造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運行安全帶來不利的影響。所以一般臥式儲罐最好采用雙鞍座支承。圈座一般用于大直徑薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座簡稱支腿，因這種支座在與容器殼壁連接處會造成嚴重的局部應(yīng)力，故只適合用于小型設(shè)備（DN1600，L5m）。綜上考慮在此選擇雙個鞍座作為儲罐的支座,一個S型，一個F型2。另外，由材料力學(xué)可知，對于雙支座上受均布載荷的簡支梁，若梁的全長為L,則當(dāng)外伸長度為時，雙支座跨距中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩絕

46、對值相等，從而使上述兩截面處應(yīng)力較為復(fù)雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩，通常取尺寸值，為此中國現(xiàn)行標準JB 4731鋼制臥式容器規(guī)定取，A值最大不得超過。否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過大。其中A為封頭切線至支座中心線之距離，L為兩封頭切線間之距離，此外，由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗彎剛度，故封頭對于支座處圓筒的抗彎剛度具有局部的加強作用1 12。圖4-3鞍式支座總體圖4.8.1承載核算 先粗略計算鞍座負荷。 貯罐總質(zhì)量：m=m1+m2+m3+m4式中m1-罐體質(zhì)量；m2-封頭質(zhì)量；m3-初頂油質(zhì)量；m4-附件質(zhì)量。（1）罐體質(zhì)量m1 筒節(jié)DN=2800，的筒

47、節(jié)，每米質(zhì)量為909Kg。所以（2）封頭質(zhì)量m2橢圓形封頭DN=2800，直邊高度h=40，=870.4Kg。所以 m2=2=2×870.4=1740.8Kg（3）充水質(zhì)量m3 m3（4）附件質(zhì)量m4 人孔約117Kg，補強圈約10Kg其它接管總和按100Kg計，m4=227Kg設(shè)備總重量1 7 m=m1+m2+m3+m4=6544.8+1740.8+50000+227=58512.6kg=576.9KN4.8.2 鞍座的選擇114 每個鞍座承約受288.5KN<445KN負荷，選用包角為120°的鞍座，輕型帶墊板焊制2。即：JBT4712.1-2007鞍座 A280

48、0F h=250 JBT4712.1-2007鞍座 A2800S h=250 表4-5 鞍座尺寸表 公稱直徑DN允許載荷Q（KN）鞍座高度h底板腹板筋板墊板螺栓連接尺寸鞍座質(zhì)量（）弧長間距螺孔螺紋弧長28004452502040300141032026836083260610101201800242040324圖4-4 鞍式支座結(jié)構(gòu)圖4.9密封裝置的設(shè)計1 壓力容器的可拆密封裝置形式很多，如中低壓容器中的螺紋連接、承插式連接和螺栓法蘭連接等，其中以結(jié)構(gòu)簡單、裝配比較方便的螺栓法蘭連接用得最普遍。 螺栓法蘭連接主要有法蘭、螺栓和墊片組成。螺栓的作用有兩個：一是提供預(yù)緊力實現(xiàn)初始密封，并承擔(dān)內(nèi)壓產(chǎn)

49、生的軸向力；二是使螺栓法蘭連接變?yōu)榭刹疬B接。墊片裝在兩個法蘭中間，作用是防止容器發(fā)生泄漏。法蘭上由螺栓孔，以容納螺栓。螺栓法蘭連接設(shè)計的一般目的是：對于已知的墊片特性，確定安全、經(jīng)濟的法蘭和螺栓尺寸，使接頭的泄漏率在工藝和環(huán)境允許范圍內(nèi)，使接頭內(nèi)的應(yīng)力在材料允許范圍內(nèi)，即確保密封性和結(jié)構(gòu)完整性。 螺栓法蘭連接設(shè)計關(guān)鍵要解決兩個問題：一是保證連接處“緊密不漏”；二是法蘭應(yīng)具有足夠的強度，不致因受力而破壞。實際應(yīng)用中，螺栓法蘭連接很少因強度不足而破壞，大多因密封性能不良而導(dǎo)致泄漏。因此密封設(shè)計是螺栓法蘭連接中的重要環(huán)節(jié)，而密封性能的優(yōu)劣又與壓緊面和墊片有關(guān)1 13。1.法蘭壓緊面的選擇壓緊面主要應(yīng)根據(jù)工藝條件、密封口徑以及墊片等進行選擇。常用的壓緊面形式有全平面圖4-5（a）、突面圖4-5（b）、凹凸面圖4-5（c）、榫槽面圖4-5（d）及環(huán)連接面（或稱T形槽）圖4-5（e）等，其中以突面、凹凸面、榫槽面最為常用。本設(shè)計管法蘭壓緊面全部選擇突面。圖4-5壓緊面的形式2.墊片的選擇墊片是螺栓法蘭連接的核心，密封效果的好壞主要取決于墊片的密封性能。設(shè)計時，主