10m3汽油储罐设计

西南石油大学

课程设计

题目： 10m^3卧式圆筒储罐设计 院系： 机电工程学院 专业： 过程装备与控制工程 班级： 2009级2班 姓名： 何勇 张谦益 指导教师： ***

完成日期：2012年11月14日

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目录

设计任务书

1 前言 ...................................................................................................................................... 5 2 设计选材及结构 .................................................................................................................. 6

2.1 工艺参数的设定 ....................................................................................................... 6

2.1.1 设计压力 ....................................................................................................... 6 2.1.2 筒体、的选材 ............................................................................................... 6

3 设计计算 .............................................................................................................................. 7

3.1 筒体壁厚计算 ........................................................................................................... 7 3.2 封头壁厚计算 ......................................................................................................... 8 3．3筒体和封头的结构设计-----------------------------------------------------------------------------8 3.4 压力试验 ................................................................................................................... 9 4 附件的选择 ........................................................................................................................ 10

4.1 人孔的选择 ............................................................................................................. 10 4.2

人孔补强的计算 ..................................................................................................... 11 4.3 进出料接管的选择 ................................................................................................. 13 4.4 液面计的设计 ......................................................................................................... 14 4.5 安全阀的选择 ......................................................................................................... 14 4.6 排污管的选择 ......................................................................................................... 15 4.7 鞍座的选择 ............................................................................................................. 15

4.7.1 鞍座结构和材料的选取 ............................................................................. 15 4.7.2 容器载荷计算 ............................................................................................. 16 4.7.3 鞍座选取标准 ............................................................................................. 16 4.7.4 鞍座强度校核 ............................................................................................. 17

5 容器焊缝标准 .................................................................................................................... 21

5.1 压力容器焊接结构设计要求 ................................................................................. 21 5.2 筒体与椭圆封头的焊接接头 ................................................................................. 21 5.3 管法兰与接管的焊接接头 ..................................................................................... 21 5.4 接管与壳体的焊接接头 ......................................................................................... 21 6 筒体和封头的校核计算 .................................................................................................... 22

2

6.1 筒体轴向应力校核 ................................................................................................. 22

6.1.1 由弯矩引起的轴向应力 ............................................................................. 22 6.1.2 由设计压力引起的轴向应力 ...................................................................... 25 6.1.3 轴向应力组合与校核 .................................................................................. 25 6.2 筒体和封头切向应力校核 ..................................................................................... 25 7 总结 .................................................................................................................................... 27 参考文献 .................................................................................................................................. 28

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设计任务书

设计题目： 汽油储罐设计

设计任务： 试设计一汽油储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计。 包括筒体、封头、零部件的材料的选择及结构的设计；罐的制造施工及焊接形式等； 设计计算及相关校核；各设计的参考标准； 已知工艺参数如下：

1、最高使用温度：T= 50℃； 2、工作温度：-10～50℃； 3、要求钢板的腐蚀裕量：1 mm； 4、钢板规定的公差为：± 0.8 mm； 5、全容积：10 m

6、设计压力：汽油介质储罐一般处于常压下，所以取其工作压力为0.4Mpa

即设计压力为P=0.4×1.1=4.4Mpa； 7、设计温度：设计温度取为50℃

8、公称直径：根据筒体全容积，粗定筒体公称直径为1600mm。 其他参数由设计计算确定。 任务下达时间：2012年11月2日 完成截止时间：2010年11月17日

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1 前言

本设计是针对《炼油设备技术》这门课程所安排的一次课程设计，是对这门课程 的一次总结，要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。

本设计的液料为汽油，谈黄色易挥发液体，组成C5～C12。具有易燃，易爆，硫 含量少，腐蚀性小，抗氧化安定性和抗爆性能好，易启动。其生产方法为，有直馏汽 油与二次加工汽油按一定的比例调合而成，并加入适量的抗爆剂和抗氧防胶剂。其质 量指标为，无铅汽油质量执行SH0041—93石化行业标准，按研究辛烷值分90号、93 号和95号等3个牌号。油品在储存及使用过程中与空气中的氧接触，特别是在温度较 高且有金属催化作用时，容易氧化。

设计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工 艺参数，机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序， 分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接 形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合 设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。

各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考 虑到结构方面的要求，合理地进行设计。

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2 设计选材及结构 2.1 工艺参数的设定 2.1.1 设计温度、压力 设计温度为50摄氏度，在-20～200℃条件下工作属于常温容器。 在50摄氏度下，汽油的饱和蒸汽压很小，和常压接近，所以这里取 汽油的饱和蒸汽压也就是工作压力为0.4 Mpa，其设计压力为P=0.4×1.1 =0.44 Mpa。设计容器为内压容器。 2.1.2 筒体、封头材料的选择 钢板标准号为GB150-1998《钢制压力容器》。 16MnR钢板：常温使用时的厚度不宜超过30mm；使用温度建议为-19 ～4750C。使用温度低于00C时，建议使用厚度小于35mm；使用温度低于 -100C时，建议使用厚度小于20mm，以避免增加试验项目。在这里没有选 择其他材料，比如Q235-B,Q235-C，20R等，是因为在在制造费用方面同 等重量设备的计价，16MnR钢板为比较经济 封头的材料和筒体的选取同样的材料。 16MnR钢板性质部分数据如下表所示： 表1 16MnR许用应力 在下列温度（℃）下的许用应力/ Mpa 钢号 板厚/㎜ ≤20 6～16 16MnR 16～36 163 163 163 159 147 134 170 100 170 150 170 200 170 250 156 300 144 P=0.44Mpa 选择16MnR 6 36～60 157 157 157 150 138 125 >60～153 153 150 141 128 116 100 3 设计计算 3.1 筒体壁厚计算 由于该容器储存介质易挥发易启动介质，所以该容器的焊缝都要采用 全焊透结构，需要对该储罐进行100%探伤，所以取焊缝系数为1.0。 假设圆筒的厚度在6～16mm范围内， 50℃下的许用应力为t170MPa，利用中径公式： pDi2tp0.441600211700.44mm2.07mm 钢板负偏差 C10.8 腐蚀裕量C21mm。 则筒体的名义厚度n2.07mm0.8mm1mm3.87mm 圆整后取为n6mm 3.2 封头壁厚计算 查标准JB/T4746-2002[4]中表1，得公称直径DNDi1600mm 选用标准椭圆形封头，长短轴比值为2，根据[1]中椭圆形封头计算中式（7-1）： pcDi2t0.5p0.441600c217010.50.442.07mm 同上，取C10.8，C21mm 则封头的名义厚度为n2.07mm01mm5.15mm 7

=2.07mm C10.8 C21mm n6mm DN1600mm 圆整后取为n6mm 封头n6mm

3.3 筒体和封头的结构设计

由封头长短轴之比为2，即

Di2h2，得hDi1600i44mm400mm i查标准[4]中椭圆形封头内表面积、容积，质量，见表2和图1。

V4DiL02V封

取装料系数为0.9，则

V0.94DiL02V封 即100.941.62L020.5864 算得L04.945m 圆整后取为L04.95m

表2 封头尺寸表

公称直径DN 总深度H 封头直边h 内表面积A 容积V 质量M mm mm mm m2 m3 Kg 1600 425 25 2.9007 0.5864 133.4 图1 椭圆形封头

8

hi=400mm

L04.95m

3.4 压力试验

水压试验，液体的温度不得低于5℃；

试验方法：试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内的空气排 尽，试验过程中，应保持容器外表面的干燥。试验时压力应缓慢上升，达 到规定试验压力后，保压时间一般不少于30min。然后将压力降至规定试 验压力的80%，并保持足够长的时间以便对所有焊接接头和连接部位进行 检查。如有渗漏，修补后重新试验。

水压试验时的压力

pT1.25pt1.250.440.55Mpa

水压试验的应力校核： 水压试验时的应力

pTDie0.55160060.81T2610.8105.04Mpa

e2查GB150-1998

16MnR疲劳极限强度b510MPa，屈服极限强度s345MPa 水压试验时的许用应力为

0.9s0.91.00345310.5Mpa

T＜0.9S故筒体满足水压试验时的强度要求。

9

pT=0.55Mpa

T=105.04Mpa

4 附件选择

4.1 人孔选择

人孔的作用：为了检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐 蚀等缺陷。

人孔的结构：既有承受压力的筒节、端盖、法兰、密封垫片、紧固件等 受压元件，也有安置与启闭端盖所需要的轴、销、耳、把手等非受压件。

人孔标准HG21524-95规定PN≥1.0Mpa时只能用带颈平焊法兰人孔或带 颈对焊法兰人孔。

容器上开设人孔规定当Di>1000时至少设一个人孔，压力容器上的开孔 最好是圆形的，人孔公称直径最小尺寸为φ400㎜。

综合考虑后选取回转盖带劲平焊法兰人孔，材料采用16MnR。

根据HG/T 21517-2005[5]，查表3-3； 选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见表3

表3 人孔尺寸表

密封面型式 凹凸面D 670 b1 23 d0 24 MFM 公称压力PN 1.0 D1 620 b2 28 螺柱数量 20 MPa 公称直径DN 500 H1 250 A 365 螺母数量 40 dws 530×8 H2 103 B 175 螺柱尺寸 M24×120 d b 28 L 250 总质量kg 153

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4.2 人孔补强的计算

开孔补强结构：压力容器开孔补强常用的形式可分为补强圈补强、 厚壁管补强、整体锻件补强三种。

补强圈补强是使用最为广泛的结构形式，它具有结构简单、制造方 便、原材料易解决、安全、可靠等优点。在一般用途、条件不苛刻的条 件下，可采用补强圈补强形式。但必须满足规定的条件。

压力 开孔补强的计算方法有多种，为了计算方便，采用等面积补 强法，即壳体截面因开孔被削弱的承载面积，必须由补强材料予以等面 积的补偿。当补强材料与被削弱壳体的材料相同时，则补强面积等于削 弱的面积。补强材料采用16MnR。

4.2.1 补强设计方法判别

人孔开孔直径为ddi2(C1C2)50021.8503.6mm dDi316003533.3mm 故可采用等面积法进行补强计算 接管材料选用16MnR，其许用应力t170MPa 根据GB150-1998中式8-1：

Ad2et(1fr) 式中：

壳体开孔处的计算厚度2.07mm

接管的有效厚度etntC61.84.2mm

强度削弱系数fr1,fr 查《化工容器设计》P109 所以Ad2et(1fr)503.62.071042.452mm2 4.2.2 有效补强范围

4.2.2.1 有效宽度B

按[1]中式8-7，得：

11

d=503.6 mm

fr =1 A=1042.452mm

B12d2503.61007.2mm

B2d2n2nt503.62226519.6mm

Bmax(B1,B2)1007.2mm B=1007.2mm

4.2.2.2外侧有效高度

根据[1]中式8-8，得：

h'1dnt503.6654.97mm

h\"1接管实际外伸高度H1250mm

h'\"1min(h1,h1)54.97mm

4.2.2.3 内侧有效高度

根据[1]中式8-9，得：

h'2dnt503.6654.97mm

h\"2接管实际内伸高度0

h2min(h'\"2,h2)0 4.2.3有效补强面积

根据[1]中式8-10 至式8-13，分别计算如下：

AeA1A2A3

A1—筒体多余面积

A1(Bd)(e)2et(e)(1fr)(1007.2503.6)(52.07)1475.548mm2 A2—接管多余面积 A22h1(ett)fr2h2(etC2)fr254.97(61.82.07)10234.17mm A3—焊缝金属截面积，焊脚去6mm，则

A12326236mm2 12

h1=54.97mm

h2=0

A1=1475.55 mm

A2=234.17 mm

A3=36mm2 4.2.4补强面积

AeA1A2A31475.55234.17361745.72mm2 Ae=1745.72 mm

因为AeA，所以开孔不需另行补强

4.3 进出料接管的选择

材料：容器接管一般应采用无缝钢管，所以液体进料口接管材料选

择无缝钢管，采用无缝钢管标准GB8163-87。材料为16MnR。 结构：接管伸进设备内切成45度，可避免物料沿设备内壁流动，减

少物料对壁的磨损与腐蚀。

接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考虑上述要求外，还需考虑焊接方

法、焊接参数、加工条件、施焊位置等制造上的因 素及运输、安装中的刚性要求。一般情况下，管壁 厚不宜小于壳体壁厚的一半，否则，应采用厚壁管 或整体锻件，以保证接管与壳体相焊部分厚度的匹配。

不需另行补强的条件：当壳体上的开孔满足下述全部要求时， 可不另行补强：

① 设计压力小于或等于2.5Mpa。

② 两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。 ③ 接管公称外径小于或等于89㎜。 ④ 接管最小壁厚满足以下要求。

表4 接管最小壁厚要求

接管公称直径

76

/mm 89 最小壁厚/mm

6.0

因此热轧无缝钢管的尺寸为φ80×12㎜。 钢管理论重量为 22.79㎏/m。取接管伸出长度为150㎜。

13

接管大小：

φ80×12㎜ m接管=22.79㎏/m 管法兰的选择：根据平焊法兰适用的压力范围较低（PN<4.0Mpa）,选

择突面板式平焊管法兰，标记为：HG20592-2009 法兰RF (A)80-2.5,其中D=190,管法兰

材料钢号（标准号）:20（GB711）。根据（欧洲体系）钢制管法兰、垫片、

垫片、紧固件选配表（HG20614-2009）

选择：垫片型式为石棉橡胶板垫片(尚无标准号)，密封面型式为突面，密封

面表面为密纹水线，紧固件型式为六角螺栓双头螺柱全螺纹螺柱。 安装：在离筒体底以上250㎜处安装容器出料管，容器内的管以弯管靠近容

器底，这种方式用于卧式容器。出料口的基本尺寸以及法兰与进料口 相同。

进出料接管满足不另行补强的要求所以不再另行补强[5]。

4.4 液面计的设计

玻璃板液面计有三种：透光式玻璃板液面计、反射式玻璃板液面计、视 镜式玻璃板液面计。根据选用表选用：选用反射式玻璃板液面计，标准号

HG21590-95，法兰形式及其代号C型（长颈对焊突面管法兰HG20617-97）, HG21590-95 液面计型号R型公称压力PN4.0,使用温度0～250℃，液面计的主题材料代号 HG20617-97 锻钢（16Mn），结构形式及其代号:普通型（无代号），公称长度为1450mm， 排污口结构:V（排污口配螺塞）。

液面计标记为：液面计CR4.0-Ⅰ-1450V CR4.0-根据筒体公称直径3000㎜选择两个同样的液面计，单个质量为90㎏左 右。两个液面计接口管的安装位置如装配图所画。

液面计接管：无缝钢管GB8163-87热轧钢管，尺寸为φ25×12㎜[4]。

4.5 安全阀的选择

由操作压力决定安全阀的公称压力，由操作温度决定安全阀的使用温度范

围，所以由本设计的温度、压力、介质等基本参数可以查得标准型号A21H-40, 80公称通径DN取20㎜，质量约为80㎏。与安全阀和接管连接的法兰选择突面 HG20592-1997 板式平焊管法兰HG20592-1997法兰RF(A)80-2.5，与壳体连接的接管为无缝钢14

Ⅰ-1450V

φ25×6㎜

㎏ GB8163-87 管GB8163-87热轧钢管，尺寸为φ80×12㎜。 φ80×12㎜

4.6 排污管的选择

选择无缝钢管GB8163-87热轧钢为材料的排污管焊接在容器底部，尺寸为 GB8163-87 φ80×12㎜。 φ80×12㎜ 管端法兰：突面板式平焊管法兰HG20592-1997法兰RF(A)80-2.5，法兰一 HG20592-1997 端连接排污阀（截止阀），型号J41H-40，取公称通径为80㎜，对应质量为 J41H-40 44.4㎏。 44.4

4.7 鞍座的选择

该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用Q235-A。 4.7.1容器载荷计算

筒体的质量m1：查得圆筒体理论质量为236.1㎏/m,筒体长度加上封头的 直边长度为5m,则W1=236.1×5=1180.5㎏。

封头的质量m2:根据封头的名义厚度查得2:1标准椭圆形封头理论质量为 133.4㎏。

水压试验时水的质量m3：由常用压力容器手册查得公称直径1600mm厚 6mm的标准椭圆封头的容积为1.1728m3,则容器容积为：

VV封头V筒体1.17281.624.9511.12032m34

水重 m3=11.12032×1000=11120.32㎏。

附件的质量m4：人孔重256kg,人孔补强重42.3kg,进出料管约100kg, 两个液面计共180kg,安全阀80kg,排污阀44.4kg,再加上与阀门相接的接管重 量，附件总质量约为750kg.

所以设备总质量为13172.095kg.即131.721kN. N=131.721kN

4.7.2鞍座选型

查得公称直径为1600mm的容器选择轻型(A),120°包角、焊制、六筋、带垫板。左鞍座标记为JB/T4712-1992 鞍座 A3000-F.右鞍座标记为JB/T4712-1992 鞍座 A3000-S.

15

㎏

表5 鞍座尺寸表

公称直径 DN 1600 腹板 8 2 b390 4 垫板 允许载荷 Q 275 8 kN l3 2554 鞍座高度 h 250 筋板 b170 e 70 2 1120 240 螺栓间距 l1 b3 l960 2 底板 b200 8 鞍座质量 Kg 116 1 3 12 垫板 弧1870 增加100mmKg 12 1 长 增加的高度

4.7.3鞍座的安装位置

应尽量使支座中心到封头切线的距离A小于等于0.5Ra，当无法满足A小于等于

0.5Ra时，A值不宜大于0.2L。Ra为圆筒的平均内径。

RiaD2n21600262803mm LL02hL02(Hhi)49502(425400)5000mm 即A0.5Ra0.5803401.5mm

取A0.4m 鞍座的安装位置如图2所示：

图2 鞍座安装位置

16

Ra=803mm L=5000m

A0.4m

4.7.4 鞍座强度校核 鞍座腹板的水平分力：

FSK9F

查得鞍座包角120°对应系数 K90.204 支座反力：

Fmg13.435542kN F=13.435542KN 2鞍座腹板有效界面内的水平方向平拉应力：

9FSHb

S0brreHRS计算高度，取鞍座实际高度和

m3两者中的较小值，mm

b0鞍座腹板厚度，mm

br鞍座腹板有效宽度，取垫板宽度b4与圆筒体的有效宽度

b2b1.56Rme两者中的较小值， mm

re鞍座垫板有效厚度，8mm

则 9FsHb0.20413435.5420.573Mpa S0brre2508348.38应力校核：鞍座材料Q235-A·F的许用应力sa125Mpa，

则

23sa83.333Mpa 923sa 故强度适合。

4.7.5 地震引起的地脚螺栓应力

4.7.5.1 倾覆力矩计算

查 JB/T 4731-2005,《钢制卧式压力容器》，因地震发生几率小，取a1=0.08

则 Fv = 0.08×13172.095×9.81=10337.5 N Fv=10337.5N 钢底板对水泥基础 f0.4 f=0.4 因为 Fv所以压力按下式计算：

17

9=0.573Mpa

sa

FEvHvFFEvHAsa2ZrAsaL2A

其中 Hv=R/2+h=1600/2+250=1050mm Hv=1050mm A1= b23=170×8=1360 mm2 A1=1360mm2

0000MEvFEvHV10337.5105010854375N•mm MEv=

4.7.5.2 由倾覆力矩引起的地脚螺栓拉应力

根据JB/T 4731-2005,《钢制卧式压力容器》中式7-34计算 M00EvbtnlA bt其中：n为承受倾覆力矩的地脚螺栓个数，n2； l为筒体轴线两侧的螺栓间距，ll2960mm； Abt为每个地脚螺栓的横截面面积，Abt4d24202314mm2；则 00MEv10854375btnlA18.0MPa bt2960314取载荷系数K01.2，bt147MPa，则K0bt1.2147176.4MPa 由于btK0bt，所以强度符合要求。

4.7.5.3 由地震引起的地脚螺栓剪应力

根据JB/T 4731-2005,《钢制卧式压力容器》中式7-35计算

FEvbtn'A bt其中:n'为承受剪应力的地脚螺栓个数，n'4； A2bt4d4202314mm2 则 FEvbtn'A10337.58.23MPa bt431418

10854375N•mm n=2

l=960mm

Abt=314mm2

bt=18.0MPa

n=4

bt= 8.23MPa

0.8bt0.8147117.6MPa

由于 bt0.8bt 故符合强度要求。

4.8垫片

表6 垫片尺寸表

管口名称 公称直径 内径D1 外径D2 进料口 80 109.5 142 出料口 80 109.5 142 排污口 80 109.5 142 人孔 500 561 624 液位计口 25 61.5 82 安全阀口 80 109.5 142 排空口 65 77.5 107

注：1：包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T 3880，代号为L3。

2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。 3：垫片厚度均为3mm。

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表7 各管口法兰尺寸表

名称 公钢管法兰螺栓螺栓螺栓螺栓法兰厚法法兰称外径外径D 孔中孔直孔数Th 度C 兰质量 直法兰心圆径L 量n高径焊端直径K （个度 DN 外径） A1 进料口 80 89B 200 160 18 8 M16 20 50 4.0 出料口 80 89B 200 160 18 8 M16 20 50 4.0 排污口 80 89B 200 160 18 8 M16 20 50 4.0 人孔 500 液位计25 38B 140 100 18 4 M16 18 42 2.0 口 安全阀80 89B 200 160 18 8 M16 20 50 4.0 口 排空口 65 72B 165 125 18 4 M16 18 45 2.5

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5 容器焊缝标准

5.1 压力容器焊接结构设计要求

焊缝分散原则；避免焊缝多条相交原则；对称质心布置原则；避开应力复杂区 或应力峰值去原则；对接钢板的等厚连接原则；接头设计的开敞性原则；焊接坡口 的设计原则（焊缝填充金属尽量少；避免产生缺陷；焊缝坡口对称；有利于焊接防 护；焊工操作方便；复合钢板的坡口应有利于减少过渡层焊缝金属的稀释率）。

5.2 筒体与椭圆封头的焊接接头

压力容器受压部分的焊接接头分为A、B、C、D四类，查得封头与圆筒连接的 环向接头采用A类焊缝。

焊接方法：采用手工电弧焊，其原理是利用电弧热量融化焊条和母材，由融化 采用手工电弧焊的金属结晶凝固而形成接缝，焊接材料为碳钢、低合金钢、不锈钢，应用范围广， 适用短小焊缝及全位置施焊，可适用在静止、冲击和振动载荷下工作的坚固密实的 焊缝焊接，这种方法灵活方便，适应性强，设备简单，维修方便，生产率低，劳动 强度高。封头与圆筒等厚采用对接焊接。平行长度任取。坡口形式为I型坡口。 I型坡口

根据16MnR的抗拉强度b=490Mpa和屈服点s=325Mpa选择E50系列 E50系列 （强度要求：b≥490Mpa；s≥400Mpa）的焊条，型号为E5014.该型号的焊条是 铁粉钛型药皮（药皮成分：氧化钛30%，加铁粉），适用于全位置焊接，熔敷效率较 高，脱渣性较好，焊缝表面光滑，焊波整齐，角焊缝略凸，能焊接一般的碳钢结构。

5.3 管法兰与接管的焊接接头

管法兰与接管焊接接头形式和尺寸参照标准HG20605-97,根据公称通经

DN 80选择坡口宽度b=6mm 坡口宽度b=6mm

5.4 接管与壳体的焊接接头

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所设的接管都是不带补强圈的插入式接管，接管插入壳体，接管与壳体间的焊

接有全焊透和部分焊头两种，它们的焊接接头均属T形或角接接头。选择 G2接头 HG20583-1998标准中代号为G2的接头形式，基本尺寸为505；b20.5； 505

1p10.5；k1t，且k6，它适用于s4～25，ts，因为所选接管 b20.5

32的厚度都为壳体厚度的一半，壳体的厚度为6mm，所以符合要求。选择全焊透工 p10.5 艺，可用于交变载荷，低温及有较大温度梯度工况。

6 筒体和封头的校核计算

6.1.1 由弯矩引起的轴向应力

筒体中间处截面的弯矩：

2R2mh2iMFL1214L4A4h 1iL3L式中 F—鞍座反力，N；

Rm—椭圆封头长轴外半径，mm； L—两封头切线之间的距离，mm； A—鞍座与筒体一端的距离，mm； hi—封头短轴内半径，mm。

RDN2n1600m2622806mm 22

k13t

Rm=806mm 2806240021265.8605500045005000M10.4437105Nmm M1=

4400450001350000.4437105Nmm



图3筒体受剪力图

支座处截面上的弯矩：

AR22mhiM12FA1L2AL 14hi3L所以

50080624002M5001265.8605500025005000144000.32104Nmm 135000

图4筒体受弯矩图

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M2= 0.32104Nmm

由《化工机械工程手册》（上卷，P11~99）得K1=K2=1.0。因为︱M1︱＞＞︱M2︱， 且A＜Rm/2=400mm，故最大轴向应力出现在跨中面，校核跨中面应力。

筒体中间截面上最高点处

1'M12

3.14RmeenC1C260.814.2 所以

'0.44371053.1480624.25.110-31MPa 最低点处： 2'1'0.0051MPa 鞍座截面处最高点处： M20.32104533.14K20.37410MPa 1Rme3.141.080624.2 最低点处：

6.1.2 由设计压力引起的轴向应力

由 pRmp2 e

所以 0.44806p24.242.22MPa

6.1.3 轴向应力组合与校核

最大轴向拉应力出现在筒体中间截面最低处

所以

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e 4.2mm

1'= 5.110-3MPa

2'=

0.0051MPa

3= 0.374105MPap=42.22MPa

2p2'42.220.005142.2251MPa 2=42.2251MPa

许用轴向拉压应力[σ]t=170MPa，而σ2＜[σ]t合格。

最大轴向压应力出现在充满水时，在筒体中间截面最高处 11'0.0051MPa 轴向许用应力：

A0.094eR0.0944.20.00049MPa i800根据A值查《化工容器设计》P161 外压容器设计的材料温度线图得B=68MPa，取许用压缩应力[σ]ac=170MPa，︱σ1︱＜＜[σ]ac，合格。

6.2 筒体和封头切向应力校核

筒体切向应力计算：

由《化工机械工程手册》（上卷，P11-100）查得K3=0.880，K4=0.401。所以

K3FR0.88065.86050.017MPa me8064.2封头切向应力计算：

K4F0hR.40165.86058064.20.0078MPa me1.25tth1.25KPDN21.2517010.441600.2128.69MPa

e24因 h1.25th所以合格。 6.3 圆筒周向应力的计算和校核

根据鞍座尺寸表知：b4390mm

b1.56Ran2401.568036348.3mm

即b4b1.56Ran，所以此鞍座垫片作为加强用的鞍座。

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A=

0.00049MPaK3=0.880 K4=0.401

=0.017MPa

h0.0078MPa

B=68MPa 6.3.1在横截面的最低点处：

根据JB/T 4731-2005,《钢制卧式压力容器》中式7—18

5kK5F 其中k0.1（容器焊在支座上）

ereb2k0.1

K50.76

查表7-3知，K50.76 则50.10.7665860.52.10Mpa 5=-2.10Mpa

681706.3.2在鞍座边角处

由于LRa50008036.238 根据JB/T 4731-2005,《钢制卧式压力容器》中式7—20:

F12K6FRa64L22 ereb2ere由于AR0.4a0.8030.4980.5 查表7-3知，K60.013则

5665860.468170120.01365860.58035000628223.41MPa

6.3.3鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力

由于LRa8， 根据JB/T 4731-2005,《钢制卧式压力容器》中式7—22

'6F412K6FRa65860.5120.01365860.58032261.98MPa eb2Le46170500066.3.4周向应力校核

根据JB/T 4731-2005,《钢制卧式压力容器》中式7.3.4.3

52.01MPat170MPa 623.41MPa1.25t1.25170212.5MPa '661.98MPa1.25t1.25170212.5MPa 故圆筒周向应力强度满足要求。

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K60.013

6=23.41MPa'6= 61.98MPat170MPa

1.25t=212.5MPa

7 总结

通过这次课程设计，让我对化工设备机械基础这门课有了进一步的认识。这次课设 是对这门课程的一个总结，对化工机械知识的应用。

设计时要有一个明确的思路，要考虑多种因素包括环境条件和介质的性质等再选择 合适的设计参数，对罐体的材料和结构确定之后还要进行一系列校核计算，包括筒体、 封头的应力校核，以及鞍座的载荷和应力校核。校核合格之后才能确定所选设备型符合 要求。

通过这次设计对我们独自解决问题的能力也有所提高。在整个过程中，我查阅了 关书籍及文献，取其相关知识要点应用到课设中，而且其中有很多相关设备选取标准 可以直接选取，这样设计出来的设备更加符合要求。在设计的最后附有CAD设备图，在 绘图的整个过程中，我对制图软件的操作更加熟悉。

这次课设的书写中对格式的要求也很严格，在老师的指导下我们按照毕业设计的格 式要求完成课设。这就为我们做毕业设计打下了基础。

因为的知识有限，所做出的设计存在许多缺点和不足，请老师做出批评和指正。最 后感谢老师对这次课设的评阅。

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参考文献

1、 GB150-1998,《钢制压力容器》 2、 JB/T 4731-2005,《钢制卧式压力容器》 3、 JB/T4746-2002,《钢制压力容器用封头》 4、 HG/T 21517-2005,《回转盖带颈平焊法兰人孔》 5、 HG/T 20592-2009,《钢制管法兰》

6、HG/T 20609-2009,《钢制管法兰用金属包覆垫片》 7、 HG/T 20613-2009,《钢制管法兰用紧固件》 8、 JB4712.1-2007,《鞍式支座》

9、C005-GB6654-1996，《压力容器器用钢板》 10、HG20605-97，《钢制管法兰焊接接头和坡口尺寸》 11、HG_T20592-2009，《法兰标准》

12、王志文 蔡仁良； 化学工业出版社，《化工容器设计》第三版

13、贺匡国，化学工业出版社，《化工容器及设备简明设计手册》 14、董大勤 袁风隐，化学工业出版社，《压力容器与化工设备实用手册》 15、张康达 洪起超，劳动人事出版社，《压力容器手册》（上） 16、刘湘秋，机械工业出版社，《常用压力容器手册》 17、徐英 杨一凡 朱萍，化学工业出版社，《球罐和大型储罐》 18、杨启明 马欣 ，中国石化出版社，《炼油设备》

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