28m3臥式液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì).doc

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1、 2.8m3臥式液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì) 學(xué) 生：xxxxxxx 指導(dǎo)教師：xxxxxxx 一、題目來(lái)源 題目來(lái)源：實(shí)際生產(chǎn) 二、研究的目的和意義 儲(chǔ)罐是一種用于儲(chǔ)存液體或氣體的密封容器，主要用于存儲(chǔ)或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)的設(shè)備，在化工、石油、能源、冶金、消防、輕工、環(huán)保、制藥、食品、城市燃?xì)獾刃袠I(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，儲(chǔ)存介質(zhì)涵蓋了(丙烷、丁烷、丙烯、乙烯、液化石油氣、液氨等)液化氣體、氧氣、氮?dú)?、天然氣和城市煤氣等氣體，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著不可替代的作用。其種類很多，大體上有：滾塑儲(chǔ)罐，玻璃鋼儲(chǔ)罐，陶瓷儲(chǔ)罐、橡膠儲(chǔ)罐、焊接塑料

2、儲(chǔ)罐等。就儲(chǔ)罐的性價(jià)比來(lái)講，現(xiàn)在以滾塑儲(chǔ)罐最為優(yōu)越，滾塑儲(chǔ)罐又可以分鋼襯塑儲(chǔ)罐，全塑儲(chǔ)罐兩大系，分別包括立式，臥式，運(yùn)輸，攪拌等多個(gè)品種。而臥式液化氣儲(chǔ)罐是目前中、小型液化氣站儲(chǔ)存和運(yùn)輸液化氣的主要容器之一，在石油化工行業(yè)中應(yīng)用廣泛并占有相當(dāng)大的比例。 臥式儲(chǔ)罐的容積一般都小于100m3 ，通常用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)或加油站。年來(lái)隨著制造工藝的提高其容積有逐漸增大的趨勢(shì)。隨著容積的增大，儲(chǔ)罐在設(shè)計(jì)和使用中的安全可靠性就變得極為重要。然而我國(guó)臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)制造技術(shù)的還遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平，制造較困難，加工費(fèi)用高，且焊接、檢驗(yàn)技術(shù)要求高。所以研究臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)及其焊接工藝對(duì)我國(guó)石油化工等行業(yè)有著極其重要的意義

3、。 三、閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱 [1]呂宜濤,壓力容器制造質(zhì)量控制的研究，天津大學(xué)學(xué)位論文，1997年9月． [2]馬自勤,孫麗,王秀倫等：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹在CAPP信息管理中的應(yīng)用，大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2001年9月，第22卷，第3期． [3]王錦,張振明,黃乃康：集成環(huán)境下面向產(chǎn)品的 CAPP系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)工程與 應(yīng)用，2000年4月． [4]肖凌,姚建初：集成環(huán)境下的計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2000年7月，第29卷，第4期． [5]趙麗萍,陳鴻：面向CAPP的工作流程管理研究與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2001年第17期． [6]高清,馬云輝，馬玉林：先進(jìn)制

4、造系統(tǒng)中的質(zhì)量保證，高技術(shù)通訊，1995年5月． [7]張曙，張為民：新一代CAPP系統(tǒng)，組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，1996年第10期． [8]湯善甫,朱思明主編：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，第2版，華東理工出版社，2004年12月 [9] 陳祝年,焊接工程師手冊(cè)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 [10]楊海濤.壓力容器的安全與強(qiáng)度計(jì)算 [M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,1985. [11]李俊斌，李彬喜 在役液氨儲(chǔ)罐應(yīng)力場(chǎng)有限元分析與安全評(píng)定 Technology & Products技術(shù)產(chǎn)品版 2006.5 [12]儲(chǔ)罐基礎(chǔ)知識(shí) 海川化工論壇 [13]馬朝玲 液氨貯存設(shè)計(jì)分

5、析 硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程 2004年第1期 [14] 錢才富,段成紅,徐鴻,黎澎 大型臥式儲(chǔ)罐鞍座應(yīng)力分析 設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu) P25-28 [15]王永興,大型立式圓筒型儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì) 山西化工 第23 卷第4 期2003 年11 月 [16] 常征,大型臥式罐熱處理 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 第22卷第3期 2000年6月 P200—202 [17]王元文,臥式承壓儲(chǔ)罐可靠性優(yōu)化研究 化工裝各技術(shù) 第27卷第3期2006年 P39—43 [18] 何錫梁,壓力容器制造的CECAPP技術(shù) 任惠珍上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) 第4卷 第1期 2004.3 p39—42 [19

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7、 analysis of thermal shock effect on innersemi-elliptical surface cracks in a cylindrical pressure vessel International Journal of Fracture 99: 161–170, 1999. 1999 Kluwer Academic Publishers. Printed in the Netherlands. [21] J. Rudolph E. Wei M. Forster Modeling of welded joints for des

8、ign against fatigue Engineering with Computers (2003) 19: 142–151 DOI 10.1007/s00366-003-0253-3 [22]A.M.P.DE JESUS1,A.S.RIBEIRO1 and A.A.FERNANDES2 Validation of procedures for fatigue life assessment of a steelpressure vessel doi: 10.1111/j.1460-2695.2004.00794.x 四、國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)罐的發(fā)展和研究狀況 4.1．國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)罐的發(fā)展

9、 隨著石油化工工業(yè)的發(fā)展以及國(guó)家原油戰(zhàn)略儲(chǔ)備庫(kù)項(xiàng)目的實(shí)施，儲(chǔ)罐的大型化將成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前世界上已建成的大型儲(chǔ)罐數(shù)量逐年增加，如早在1967年在委內(nèi)瑞拉就建成了16的浮頂儲(chǔ)罐，1971年日本建成了20的浮頂儲(chǔ)罐，而世界產(chǎn)油大國(guó)之一的沙特阿拉伯也已成功建造了20廳的浮頂儲(chǔ)罐。 國(guó)內(nèi)大型儲(chǔ)罐發(fā)展從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，1975年，國(guó)內(nèi)首臺(tái)5浮頂儲(chǔ)罐在上海陳山碼頭建成。繼后，在石化企業(yè)、港口、油田、管道系統(tǒng)建造數(shù)十臺(tái)5浮頂儲(chǔ)罐。20世紀(jì)80年代中后期，國(guó)內(nèi)開(kāi)始建造10的大型浮頂儲(chǔ)罐，迄今為止，已經(jīng)先后在秦皇島、大慶、儀征、鐵嶺、黃島、舟山、大連、山東、蘭州、上海、鎮(zhèn)海、燕山、湛江等地建造了

10、80余座10浮頂儲(chǔ)罐。到目前為止，國(guó)內(nèi)建成并投入使用的最大容積的大型浮頂儲(chǔ)罐是中國(guó)石化集團(tuán)公司建造的油罐15。 4.2．儲(chǔ)罐大型化的優(yōu)點(diǎn) 節(jié)省鋼材，減少投資。儲(chǔ)罐容積越大，單一位容積所需要的鋼材量越少。相同的容積， 由大罐組成要比小罐組成節(jié)省大投資。 占地面積小，因?yàn)楣藓凸拗g要有一定的距離，所以在相同的容積情況下，用幾臺(tái)大 罐比一群小罐的占地面積要節(jié)省的多。 便于操作管理并且節(jié)省管線及配件。幾臺(tái)大罐與一群小罐相比，庫(kù)區(qū)管理要簡(jiǎn)單的多，在檢修、維護(hù)、保衛(wèi)等方面都比較方便。 4.3．臥式液氨儲(chǔ)罐的簡(jiǎn)介 臥式儲(chǔ)罐的容積一般都小于100m3 ，通常用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)或加油站。臥式儲(chǔ)罐環(huán)向焊

11、縫采用搭接，縱向焊縫采用對(duì)接。圈板交互排列，取單數(shù)，使端蓋直徑相同。臥式儲(chǔ)罐的端蓋分為平端蓋和碟形端蓋，平端蓋臥式儲(chǔ)罐可承受 40kPa 內(nèi)壓，碟形端蓋臥式儲(chǔ)罐可承受 0.2Mpa 內(nèi)壓。地下臥式儲(chǔ)罐必須設(shè)置加強(qiáng)環(huán)，加強(qiáng)還用角鋼煨制而成。 氨是生產(chǎn)含氮肥料及尿素的基木原料，一般以液態(tài)的形式從合成氨工廠送到這些肥料廠。這就需要設(shè)置液氨貯存設(shè)施，以確保原料供應(yīng)，為化肥廠連續(xù)生產(chǎn)創(chuàng)造必要條件。氨在常壓下，冷卻到-33.4就液化。故常壓下液氨需要 在低于-33.4貯存，而在常溫下應(yīng)在壓力容器內(nèi)貯存。 按照不同地區(qū)的氣溫和貯存條件的變化，液氨的貯存原則上可在-33—43內(nèi)，以控制其相應(yīng)汽化壓力確定

12、工藝方案。一般采用壓縮、低溫或兩者結(jié)合的方法，因此有三種貯存工藝，即加壓常溫、加壓低溫和常壓低溫。國(guó)內(nèi)通常將液氨的這二種貯存工藝稱為常溫中壓、降溫低壓和低溫常壓。 液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)溫度為40，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa;而降溫低壓工藝是利用制冷系統(tǒng)將液氨適當(dāng)冷凍貯存，相應(yīng)降低了貯存設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力以減薄其壁，從而降低儲(chǔ)罐的投資;至于低溫常壓工藝，則是將液氨冷凍至不高于它的沸點(diǎn)(低于-33，視當(dāng)?shù)卮髿鈮憾?，使得液氨對(duì)應(yīng)的氣相壓力與大氣壓力相同或相近，從而可以采用常壓容器盛裝貯存，以最大限度降低儲(chǔ)罐投資。 上述三種液氨貯存工藝對(duì)制造液氨儲(chǔ)罐的鋼材用量有很大影響，隨著儲(chǔ)罐的工作溫度降低，儲(chǔ)罐單

13、位鋼材用量可貯存的液氨量顯著增大。常溫儲(chǔ)罐每噸鋼材用量可貯存液氨2.07t;若溫度降到0，則每噸鋼材用量可貯存液氨10t.儲(chǔ)罐容量可達(dá)250 —4000t液氨;若貯存在－33，則每噸鋼材用量可貯存40t液氨，儲(chǔ)罐容量可達(dá)4500t以上。 4.4．現(xiàn)階段研究狀況 儲(chǔ)罐在石油化工行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，而且近年來(lái)隨著制造工藝的提高其容積有逐漸增大的趨勢(shì)。隨著容積的增大，儲(chǔ)罐在設(shè)計(jì)和使用中的安全可靠性就變得極為重要。 目前儲(chǔ)罐及其部件的設(shè)計(jì)可以參照壓力容器的設(shè)計(jì)規(guī)范，其分為基于彈性失效準(zhǔn)則的規(guī)則設(shè)計(jì)(Design by Rule)和基于塑性失效準(zhǔn)則的“分析設(shè)計(jì)”(Design by Analys

14、is)其中分析設(shè)計(jì)法是工程與力學(xué)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，它不僅能解決壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)所不能解決的問(wèn)題，而且代表了近代設(shè)計(jì)的先進(jìn)水平。 為了確保儲(chǔ)罐在生產(chǎn)中的安全，工廠都會(huì)定期對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行檢修，其中包括外觀檢修，打開(kāi)人孔進(jìn)行檢查，做理化檢驗(yàn)，無(wú)損檢測(cè)等等。但是隨著儲(chǔ)罐的使用，儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)、壁厚等參數(shù)都發(fā)生了變化，儲(chǔ)罐在這種變化下還能不能滿足上作的要求，這就需要我們對(duì)儲(chǔ)罐的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，做出判斷?，F(xiàn)在最常用的分析就是應(yīng)力分析，其目的就是求出結(jié)構(gòu)在承受載荷以后結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力分布情況，找出最大應(yīng)力點(diǎn)或求出當(dāng)量應(yīng)力值，然后對(duì)此進(jìn)行評(píng)定，當(dāng)應(yīng)力值在許用范圍以內(nèi)時(shí)，結(jié)構(gòu)滿足要求，可以安全生產(chǎn)。當(dāng)應(yīng)力值超出許用應(yīng)力時(shí)，儲(chǔ)罐

15、是危罐，應(yīng)該立即停止使用或者采取合適的方法來(lái)補(bǔ)救。 常用的應(yīng)力分析的方法有兩種:一種是解析的方法，分為精確解，近似解;另一種是數(shù)值的方法，分為有限差分法，有限元法等。精確解法在解決彈性問(wèn)題時(shí)通常已經(jīng)知道結(jié)構(gòu)的形狀與幾何尺寸、材料常數(shù)、彈性模量、泊松比、屈服極限、內(nèi)壓力、表面力、體積力、溫度載荷、結(jié)構(gòu)的約束情況等。 由于有限元法是采用有限個(gè)有限大小的單元節(jié)點(diǎn)處相連所組合成的離散體代替連續(xù)的彈性體，這就是使用有限元法具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，即可以適應(yīng)各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、載荷及邊界條件，也可以計(jì)算由不同材料組合成的結(jié)構(gòu)。近年來(lái)許多功能較強(qiáng)的有限元軟件的不斷涌現(xiàn)，前后處理功能的不斷改進(jìn)，可以輸入比以前更少的

16、信息便可以自動(dòng)生成網(wǎng)格及載荷移置，ANSYS,NASTRAN理出圖象輸出，高溫蠕變分析、極大地方便了設(shè)計(jì)者。等軟件還有等效線性化后處理功能，并將結(jié)果整有限元法口前不僅用于彈塑性分析，還可以用于大變形與屈曲分析，斷裂分析等。用有限元法與數(shù)學(xué)規(guī)劃法相結(jié)合還進(jìn)行了不同載荷作用下的極限分析與安全性分析。有限元法作為一種有效的應(yīng)力分析方法正在成為壓力容器應(yīng)力分析的首要方法。 五、研究?jī)?nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路 5.1.主要研究?jī)?nèi)容： (1) 臥式儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由老師提供的數(shù)據(jù)和參數(shù)，來(lái)設(shè)計(jì)壓力容器，其中具體內(nèi)容有：選材，必要的計(jì)算，焊接工藝參數(shù)的確定，焊接工藝卡的生成等。 (2)

17、經(jīng)濟(jì)性分析 由所選材料、焊接方法、儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)對(duì)容器的價(jià)格進(jìn)行評(píng)估，并選擇出較經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。 5.2.重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題： 臥式承壓儲(chǔ)罐是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的設(shè)備，也是容易發(fā)生災(zāi)難性事故的特殊設(shè)備，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致的事故占有較大的比例，所以正確合理的壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是才能使安全使用。焊縫的焊接質(zhì)量也對(duì)容器的強(qiáng)度有很大的影響，特別是中、高壓壓力容器或有危害性的容器，焊縫的質(zhì)量不過(guò)關(guān)，可能會(huì)發(fā)生泄露、爆炸等危險(xiǎn)事故。所以要合理設(shè)計(jì)焊縫位置和焊接工藝，并從分析容器所受應(yīng)力來(lái)進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)。 故需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題主要有:儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)用ANSYS軟件進(jìn)行應(yīng)力分析等。 六、完成畢業(yè)設(shè)

18、計(jì)所必須具備的工作條件及解決的辦法 6.1 具備的條件 以前所學(xué)到的理論知識(shí)、所用的課本、搜集到的資料、老師提供的參考資料等， Auto CAD二維工程圖軟件，還有計(jì)算機(jī)，圖書館，網(wǎng)絡(luò)資源等。 6.2 解決辦法 在圖書館查閱化工容器設(shè)計(jì)的、設(shè)計(jì)手冊(cè)和雜志等相關(guān)書籍，借助網(wǎng)絡(luò)資源，在學(xué)校圖書館網(wǎng)站和一些化工機(jī)械論壇上查閱下載必要的資料，并在老師的指導(dǎo)，認(rèn)真思考、歸納總結(jié)，逐步解決在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的理論性困難問(wèn)題，及時(shí)補(bǔ)充學(xué)習(xí)缺乏的知識(shí)。在空閑時(shí)間多上機(jī)學(xué)習(xí)并熟練掌握上述的各種繪圖軟件和分析軟件。 七．工作的主要階段、進(jìn)度與時(shí)間安排 1、搜集資料

19、 第 4 周 2、翻譯和開(kāi)題報(bào)告 第 5-6 周 3、臥式儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 7-8 周 4、焊接工藝設(shè)計(jì) 第 9 周 5、容器失效分析 第10-11周 6、經(jīng)濟(jì)性分析 第 12 周 7、撰寫論文 第13-14周 8、報(bào)于指導(dǎo)老師審查，修改 第 15

20、 周 9、準(zhǔn)備答辯 第 16 周 八．指導(dǎo)教師審查意見(jiàn) 2.8m3臥式液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì) 學(xué) 生：xxxxxxxxxx 指導(dǎo)教師：xxxxxxxxxx 【摘要】 本文首先介紹了壓力容器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)液氨儲(chǔ)罐作了簡(jiǎn)單的介紹。接著對(duì)液氨儲(chǔ)罐的進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 并運(yùn)用Auto CAD、Pro/Engineer軟件分別繪制了儲(chǔ)罐裝配圖和三維圖。并利用ANSYS分析軟件對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行了應(yīng)力分析，針對(duì)最大應(yīng)力分布區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，有效地解決了用定量計(jì)算方法進(jìn)行應(yīng)

21、力分析困難的缺點(diǎn)。還從價(jià)格評(píng)估的角度對(duì)液氨儲(chǔ)罐作了經(jīng)濟(jì)性分析，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的可行性。最后從焊接缺陷出發(fā)對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行失效分析，并以VB語(yǔ)言為基礎(chǔ)，結(jié)合控制圖原理設(shè)計(jì)了一個(gè)缺陷分析的CAPP系統(tǒng)，從而完成了整個(gè)臥式液氨儲(chǔ)罐的分析設(shè)計(jì)過(guò)程。 【關(guān)鍵詞】臥式液氨儲(chǔ)罐；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)力分析； 經(jīng)濟(jì)性分析；CAPP Ⅶ The Design of the horizontal liquid ammonia storage tank Student：xxxxxxx Guide teacher：Zxxxxxxx [Abstract] This

22、paper introduced the development and trends of the research status the for pressure vessel in the first, and analyzed the liquid ammonia storage tank with a simple presentation. Then we design the liquid ammonia tank detailed and draw the tank assembly and three-dimensional maps with the application

23、 of Auto CAD and Pro/Engineer software. And we analysis the stress for the storage by use of ANSYS software, region reinforcement design for the greatest stress distribution, solve the quantitative calculation method for stress analysis of the shortcomings of difficulties effectively. And we give th

24、e Price assessment from the perspective of liquid ammonia storage tank ,which make economic analysis to verify the structural design of the feasibility of the program. Finally we give the failure analysis starting from the welding defects on the tank ,for which the CAPP system were design for the de

25、fect analysis based on VB language,and Control Chart with the principle of a, thus the whole horizontal analysis of the liquid ammonia tank design process were completed. [Keyword] horizontal liquid ammonia storage tank;structural design; analysis of economic;stress analysis;CAPP 選題背景

26、 1 選題背景 1.1該課題研究的目的和意義 儲(chǔ)罐是一種用于儲(chǔ)存液體或氣體的密封容器，主要用于存儲(chǔ)或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)的設(shè)備，在化工、石油、能源、冶金、消防、輕工、環(huán)保、制藥、食品、城市燃?xì)獾刃袠I(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，儲(chǔ)存介質(zhì)涵蓋了(丙烷、丁烷、丙烯、乙烯、液化石油氣、液氨等)液化氣體、氧氣、氮?dú)?、天然氣和城市煤氣等氣體，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著不可替代的作用。而臥式液化氣儲(chǔ)罐是目前中、小型液化氣站儲(chǔ)存和運(yùn)輸液化氣的主要容器之一，在石油化工行業(yè)中應(yīng)用廣泛并占有相當(dāng)大的比例，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。 然而我國(guó)臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)制造技術(shù)的還落后于世界先進(jìn)水平，制造較困難，加工費(fèi)用高，且焊接、檢驗(yàn)技術(shù)要

27、求高，特別是對(duì)容器的安全穩(wěn)定性分析顯得尤為重要,可以避免容器失效造成的巨大危害和損失，所以研究臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)對(duì)我國(guó)石油化工等行業(yè)的發(fā)展有著極其重要的意義。 1.2 壓力容器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 隨著化工、石油、能源、鍋爐等工業(yè)的迅速發(fā)展，今年來(lái)壓力容器制造技術(shù)的進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面： （1）壓力容器向大型化發(fā)展 壓力容器向大型化發(fā)展，容器的直徑、容積、厚度、質(zhì)量等參數(shù)增大，容器的工作條件，如溫度、壓力、介質(zhì)越來(lái)越惡劣、復(fù)雜，而且這一大型化的趨勢(shì)還在繼續(xù)。容器大型化可以節(jié)約能源、節(jié)約材料、降低投資、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率。 國(guó)外以美國(guó)和日本為代表的合成氨和裝置已經(jīng)基本穩(wěn)定

28、在年產(chǎn)30萬(wàn)—40萬(wàn)t，個(gè)別有60萬(wàn)t，乙烯裝置穩(wěn)定在年產(chǎn)30萬(wàn)—50萬(wàn)t，個(gè)別有68萬(wàn)—75萬(wàn)t，板焊結(jié)構(gòu)式的煤氣塔厚度為200mm，內(nèi)徑為9100mm，單臺(tái)質(zhì)量已達(dá)到2500t。目前世界上已建成的大型儲(chǔ)罐數(shù)量逐年增加，如早在1967年在委內(nèi)瑞拉就建成了16的浮頂儲(chǔ)罐，1971年日本建成了20的浮頂儲(chǔ)罐，而世界產(chǎn)油大國(guó)之一的沙特阿拉伯也已成功建造了20的浮頂儲(chǔ)罐。 國(guó)內(nèi)大型儲(chǔ)罐發(fā)展從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，1975年，國(guó)內(nèi)首臺(tái)5浮頂儲(chǔ)罐在上海陳山碼頭建成。繼后，在石化企業(yè)、港口、油田、管道系統(tǒng)建造數(shù)十臺(tái)5浮頂儲(chǔ)罐。20世紀(jì)80年代中后期，國(guó)內(nèi)開(kāi)始建造10的大型浮頂儲(chǔ)罐，迄今為止，已經(jīng)先后在秦

29、皇島、大慶、湛江等地建造了80余座10浮頂儲(chǔ)罐。到目前為止，國(guó)內(nèi)建成并投入使用的最大容積的大型浮頂儲(chǔ)罐是中國(guó)石化集團(tuán)公司建造的油罐15。目前中國(guó)已經(jīng)基本掌握了厚度在150mm—200mm的大型容器的制造、焊接和檢測(cè)技術(shù)，厚度在200mm以上的大型容器的制造、焊接和檢測(cè)技術(shù)也已經(jīng)成熟。 （2）壓力容器用鋼的逐漸完善，專業(yè)用鋼越來(lái)越明顯 壓力容器向大型化發(fā)展，對(duì)鋼材的要求也日益嚴(yán)格，材料技術(shù)的不斷提高使壓力容器大型化有了保障。當(dāng)前壓力容器用鋼發(fā)展的主要特點(diǎn)有如下幾個(gè)： ①隨著剛才強(qiáng)度的提高，同時(shí)要改善鋼材的抗裂性和韌性指標(biāo)。通過(guò)降低碳的含量，同時(shí)加入微量合金元素以保證鋼材有一定的剛度，不斷提

30、高煉鋼技術(shù)使鋼水雜質(zhì)含量大幅度降低。日本煉鋼可使磷降到0.01%以下，硫降到0.002%以下。 ②對(duì)于高溫抗氫用鋼，盡量減輕鋼的回火脆性和氫脆傾向。 ③降低大型鋼錠中的夾雜物及偏析等缺陷以保證內(nèi)部性能均勻，提高鋼錠的利用率。日本、美國(guó)、德國(guó)都生產(chǎn)出了大厚鋼板。 ④出現(xiàn)大線能量下焊接性良好的鋼板。 （3）焊接新材料、新技術(shù)的不斷出現(xiàn)和使用，使焊接質(zhì)量日趨穩(wěn)定并提高 為了適應(yīng)大型化和厚壁壓力容器的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外普遍采用了強(qiáng)度級(jí)別較高的鋼材，這時(shí)為了降低焊縫中的氫含量，提高焊接接頭的韌性，日本神鋼公司研制了UL系列的超低氫焊條，對(duì)600MPa級(jí)的高強(qiáng)鋼焊接時(shí)，甚至可以不預(yù)熱。 隨著鎢極氬弧

31、焊、多絲埋弧焊、窄間隙焊等新焊接方法的采用大大改善了焊接接頭的性能。自動(dòng)焊接技術(shù)和焊接機(jī)器人的使用使大型容器上百米的縱焊縫、環(huán)焊縫和接管的鞍形焊縫實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，提高了焊接質(zhì)量和效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件。 （4）無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的可靠性逐步提高，有力地保證了裝備制造及運(yùn)行的安全。 無(wú)損探傷技術(shù)在對(duì)過(guò)程裝備的材料和整個(gè)制造過(guò)程以及在服役裝備檢驗(yàn)方面起者重要的作用，另外，在缺陷評(píng)定方面的進(jìn)步也有效地保證了裝備的安全性。 目前工程上主要的檢驗(yàn)方法有：射線探傷、超聲波探傷、表面探傷、聲發(fā)射探傷。 1.3臥式液氨儲(chǔ)罐簡(jiǎn)介 氨是生產(chǎn)含氮肥料及尿素的基木原料，一般以液態(tài)的形式從合成氨廠送

32、到這些肥料廠。這就需要設(shè)置液氨貯存設(shè)施，以確保原料供應(yīng)，為化肥廠連續(xù)生產(chǎn)創(chuàng)造必要條件。氨在常壓下，冷卻到-33.4℃就液化。故常壓下液氨需在低于-33.4℃貯存，而在常溫下應(yīng)在壓力容器內(nèi)貯存。 按照不同地區(qū)的氣溫和貯存條件的變化，液氨的貯存原則上可在-33℃—43℃內(nèi)，以控制其相應(yīng)汽化壓力確定工藝方案。一般采用壓縮、低溫或兩者結(jié)合的方法，因此有三種貯存工藝，即加壓常溫、加壓低溫和常壓低溫。國(guó)內(nèi)通常將液氨的這二種貯存工藝稱為常溫中壓、降溫低壓和低溫常壓。 液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)溫度為40℃，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa;而降溫低壓工藝是利用制冷系統(tǒng)將液氨適當(dāng)冷凍貯存，相應(yīng)降低了貯存設(shè)

33、備的設(shè)計(jì)壓力以減薄其壁，從而降低儲(chǔ)罐的投資;至于低溫常壓工藝，則是將液氨冷凍至不高于它的沸點(diǎn)(低于-33℃，視當(dāng)?shù)卮髿鈮憾?，使得液氨對(duì)應(yīng)的氣相壓力與大氣壓力相同或相近，從而可以采用常壓容器盛裝貯存，以最大限度降低儲(chǔ)罐投資。 上述三種液氨貯存工藝對(duì)制造液氨儲(chǔ)罐的鋼材用量有很大影響，隨著儲(chǔ)罐的工作溫度降低，儲(chǔ)罐單位鋼材用量可貯存的液氨量顯著增大。常溫儲(chǔ)罐每噸鋼材用量可貯存液氨2.07t;若溫度降到0℃，則每噸鋼材用量可貯存液氨lOt。儲(chǔ)罐容量可達(dá)250—4000t液氨;若貯存在－33℃，則每噸鋼材用量可貯存40t液氨，儲(chǔ)罐容量可達(dá)4500t以上。 1.4液氨儲(chǔ)罐的作用 液氨儲(chǔ)罐主要用在化

34、肥廠的合成氨的存儲(chǔ)工序中，現(xiàn)以吉林化學(xué)工業(yè)股份有限責(zé)公司化肥廠，年產(chǎn)30萬(wàn)噸的合成氨工藝為例，來(lái)說(shuō)明液氨儲(chǔ)罐的作用。 其主要生產(chǎn)工序有:①原料氣的制造。即通過(guò)重油氣化或由原料焦在煤氣發(fā)生爐中與空氣、蒸汽進(jìn)行反應(yīng)，制取半水煤汽。②煤氣鼓風(fēng)及轉(zhuǎn)化。即將半水煤氣進(jìn)行脫塵、脫硫，并將其中的CO在以氧化鐵為主的觸媒存在條件下，與水蒸氣起反應(yīng)生成C02和H2。③氣體的壓縮與精制。即通過(guò)壓縮、水洗、銅洗等工序?qū)⑺浩械腃02和CO除去。④氨的合成。合成是氨生產(chǎn)的最后一道工序，由銅洗工段送來(lái)H2、N2混合氣與循環(huán)氣在油過(guò)濾器混合，H2:N2為2.8-2.9進(jìn)入合成塔，在(32MPa,460-520℃有鐵觸

35、媒存在條件下合成氨。從合成工段送來(lái)的液氨進(jìn)入入671液氨倉(cāng)庫(kù)，在液氨倉(cāng)庫(kù)中，液氨的主要貯藏設(shè)備為液氨貯槽，并在此分發(fā)給下游工廠或工段。671工號(hào)液氨系統(tǒng)收支示意圖如下圖1.1所示。 圖1.1 671工號(hào)液氨系統(tǒng)收支示意圖 1.5 臥式液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)要求及概況 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：設(shè)計(jì)壓力P=1.6Mpa，設(shè)計(jì)溫度T=40℃，容積V=2.8m3，設(shè)備充裝系數(shù)0.9。臥式液氨儲(chǔ)罐圖如下圖1.2和1.3所示： 圖1.2 液氨儲(chǔ)罐 圖1.3 液氨儲(chǔ)罐 第 5 頁(yè)

36、 ( 共 56 頁(yè) ) 臥式液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 臥式液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1儲(chǔ)罐主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1.1筒體和封頭的結(jié)構(gòu)選擇 由于純液氨具有一定的腐蝕性，但設(shè)計(jì)壓力為中等壓力，根據(jù)鋼制壓力容器中使用的鋼板許用應(yīng)力及其使用范圍的說(shuō)明，儲(chǔ)罐的主要結(jié)構(gòu)筒體和封頭選材可以考慮使用20R、16MnR、15MnVR等鋼。 氨屬于中度危害介質(zhì)(Ⅱ級(jí))，且本設(shè)備為PV值小于10Mpam3的中壓儲(chǔ)存容器按[2]劃分，本設(shè)備為第二類壓力容器。儲(chǔ)罐選用臥式，液體靜柱壓力很低，可不記入設(shè)計(jì)壓力中。 筒體由鋼板卷制而成，其公稱直徑等于內(nèi)徑，查閱壓力容器的公稱直徑表，并結(jié)合儲(chǔ)罐的容積，初步選擇其公稱

37、直徑DN=Di=1200mm。 筒體和封頭的對(duì)接焊接，采用全焊透焊縫，并進(jìn)行l(wèi)00％無(wú)損探傷，查表取焊縫系數(shù)Φ=1.0。根據(jù)氨的腐蝕程度，取腐蝕裕量C2＝2mm。 封頭可以選擇球形、橢圓形、碟形、平板形、圓錐形等幾種形式的封頭，但從材料消耗、受力和加工制造的難易程度等幾個(gè)方面的綜合比較考慮，選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（EHA型）最為理想，故選之。 假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭封頭厚度在8—16mm之間，封頭的公稱直徑應(yīng)該與筒體相等，取DN=1200mm，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)JB4746-2002，查得封頭的容積Vh=0.2545 m3，總深度H=325 mm。由于采用的是標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，由h/DN=0.25，得出封

38、頭的直邊高度h=25mm，而封頭的曲面深度h1=325－25=300mm。 筒體長(zhǎng)度： 取 =2030 mm 兩封頭切線之間的距離L==2030+225=2080mm 現(xiàn)選用16MnR和20R兩個(gè)鋼種，對(duì)儲(chǔ)罐的主要結(jié)構(gòu)——筒體和封頭進(jìn)行兩個(gè)方案的設(shè)計(jì)，然后對(duì)這兩個(gè)方案進(jìn)行比較和選擇。 2.1.2用方案一計(jì)算筒體和封頭的厚度 首先選用16MnR鋼為材料，來(lái)計(jì)算筒體和封頭的厚度。 16MnR鋼板在40℃時(shí)的許用應(yīng)力查表，根據(jù)筒體厚度計(jì)算公式初步估計(jì)此筒體的設(shè)計(jì)厚度在8—16mm之間，[σ]＝[σ]t =170 Mpa，屈服強(qiáng)度σs=345 Mpa。 （1）筒體厚度

39、 δ=mm 設(shè)計(jì)厚度δd＝δ十C2＝5.67十2＝7.67mm 按GS709，取鋼板負(fù)偏差C1=0.8mm 考慮鋼板厚度系列取名義厚度δn＝10mm 因δn＝10mm，查此情況下16MnR鋼的許用應(yīng)力沒(méi)有變化，[σ]= 170 Mpa，所以上述計(jì)算成立。 （2）封頭厚度 由于選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，所以其封頭形狀系數(shù)k=1.0 計(jì)算厚度 δ=mm 設(shè)計(jì)厚度δd＝δ＋C2＝5.66＋2＝7.66mm 取C2＝0.8mm，故名義厚度δn＝10mm，且許用應(yīng)力也沒(méi)有發(fā)生變化，所以上計(jì)算成立。 （3）水壓試驗(yàn)校核 ．試驗(yàn)壓力：PT＝ 取水壓試驗(yàn)壓力PT＝2. 0MPa ．

40、筒體應(yīng)力校核；筒體有效厚度δe＝δn－C1－C2＝10－2.8＝7.2mm 所以試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力： MPa 筒體水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求。 ．封頭應(yīng)力校核：有效厚度δe＝δn－C1－C2＝l0－0.8－2＝7.2mm 所以封頭水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求 2.1.3用第二種方案計(jì)算筒體和封頭的厚度 選用20R鋼作為第二種方案，來(lái)計(jì)算筒體和封頭的厚度。 20R鋼板在40℃時(shí)的許用應(yīng)力查表，根據(jù)筒體厚度計(jì)算公式初步估計(jì)此筒體的設(shè)計(jì)厚度在8—16mm之間，取此時(shí)20R鋼的許用應(yīng)力[σ]＝[σ]t =133 Mpa，屈服強(qiáng)度δs=245 Mpa。 筒體和封頭的結(jié)構(gòu)

41、和尺寸與第一種方案的設(shè)計(jì)相同（厚度除外），選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（EHA型），其它尺寸和參數(shù)如上所敘。 （1）筒體厚度 δ=mm 設(shè)計(jì)厚度δd＝δ十C2＝7.26十2＝9.26mm 按GS709，取鋼板負(fù)偏差C1=0.8mm?？紤]鋼板厚度系列取名義厚度δn＝12mm 因δn＝12mm，查此情況下20R鋼的許用應(yīng)力沒(méi)有變化，[σ]= 133 Mpa，所以上計(jì)算成立。 （2）封頭厚度 由于選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，所以其封頭形狀系數(shù)k=1.0。 計(jì)算厚度 δ=mm 設(shè)計(jì)厚度δd＝δ＋C2＝7.24＋2＝9.24mm 取C2＝0.8mm，故名義厚度δn＝12mm，且許用

42、應(yīng)力也沒(méi)有發(fā)生變化，所以上計(jì)算成立。 （3）水壓試驗(yàn)校核 ．試驗(yàn)壓力：PT＝ 取水壓試驗(yàn)壓力PT＝2. 0MPa ．筒體應(yīng)力校核；筒體有效厚度δe＝δn－C1－C2＝12－2.8＝9.2mm 所以試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力： MPa 筒體水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求。 ．封頭應(yīng)力校核：有效厚度δe＝δn－C1－C2＝l2－0.8－2＝9.2mm 因?yàn)? 所以封頭水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求。 2.1.4兩種方案的比較 （1）鋼板耗用量 鋼板耗用量與板厚成正比，則儲(chǔ)罐的主要結(jié)構(gòu)筒體和封頭采用16MnR時(shí)，鋼板比使用20R鋼板可減輕: 16.7% 16MnR鋼板的價(jià)格比

43、20R鋼板略貴，兩者相差不大，從耗材量與價(jià)格綜合考慮，兩種鋼板均可考慮，但在上述計(jì)算過(guò)程中，如16MnR的名義厚度δn與設(shè)計(jì)厚度δd很接近，其差值為10－7.67=2.33mm,而20R的名義厚度δn與設(shè)計(jì)厚度δd大很多，其差值為12－9.26=2.74mm，所以用16MnR鋼時(shí)，鋼板耗用量就要省很多，更為適宜。 （2）制造費(fèi)用 總的來(lái)說(shuō)，由于采用16MnR鋼板厚度較薄，質(zhì)量較輕，鞍座的承載重量也更小，而且制造費(fèi)用目前也按碳鋼設(shè)備同等計(jì)價(jià)，因此制造費(fèi)用比較經(jīng)濟(jì)。 （3）材料性能 20R鋼板的抗腐蝕性能比16MnR鋼要好，但是考慮到儲(chǔ)存介質(zhì)液氨的腐蝕性不是很強(qiáng)，而且16M

44、nR鋼比20R鋼板的強(qiáng)度高，機(jī)械加工性能和焊接性能指標(biāo)都明顯要好，所以選用板更合適。 （4）方案比較總結(jié) 由于上述比較可以看出，說(shuō)明方案一選用16MnR鋼更合理，那么下面的內(nèi)容就針對(duì)方案一的選材和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算和校核。 2.2計(jì)算鞍座反力 （1）計(jì)算質(zhì)量 ．筒體質(zhì)量 m1＝π(Di＋δe)δnL010-9 ＝3.14(1200+10)102000785010-9 ＝597kg ．單個(gè)封頭的質(zhì)量m2＝128.3.0kg(查JBll53—73) . 附件質(zhì)量m3(包括入孔，接管、液面計(jì)、平臺(tái)等)近似取m3＝400kg ．充液質(zhì)量 液氨在0℃

45、時(shí)的密度為640kg/m3，小于水的密度，故充液質(zhì)量按水的質(zhì)量考慮， m4＝ ＝[120022025+20.254510-9]100010-9 ＝2799kg ．保溫層質(zhì)量 本設(shè)備不保溫，故m5＝0 ．設(shè)備最大質(zhì)量 m＝m1＋m2 ＋m3＋m4＋m5＝597＋2128.3＋400＋2799＋0＝4053 kg （2）計(jì)算鞍座反力 F＝mg/2＝(40539.81)/2＝19880N 2.3支座及其位置選取 臥式容器的支座有鞍座、圈座和支腿三種形式。而常用的儲(chǔ)罐、儲(chǔ)槽、換熱器等臥式容器設(shè)備常選用鞍式支

46、座予以支承，所以此設(shè)備也選用鞍座。 臥式儲(chǔ)罐的鞍式支座設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)要點(diǎn)： 2.3.1鞍座數(shù)量的確定 鞍式支座普遍選用雙鞍座支承，這是因?yàn)槿舨捎枚喟白С?，難于保證各鞍座均勻受力。雖然多支座罐的彎曲應(yīng)力比較小，但是各支座嚴(yán)格的保持在同一水平面上，特別是對(duì)于大型臥式儲(chǔ)罐很難達(dá)到，同時(shí)，由于地基的不均勻下沉，多支座 的罐體在支座處的支反力不能均勻分配，故選用雙鞍式支座支承。 2.3.2鞍座安裝位置的確定 由材料力學(xué)可知，將出儲(chǔ)罐的力學(xué)模型簡(jiǎn)化為雙支座上的受均布載荷的外伸梁，如下圖2.1所示，若梁的全長(zhǎng)為L(zhǎng)，則當(dāng)外伸端的長(zhǎng)度A=0.207L時(shí)，雙支座跨中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩

47、相等，從而使上述兩截面上保持等強(qiáng)度?？紤]到支座截面處除彎矩以外的其他載荷，而且支座截面處的應(yīng)力較為復(fù)雜，故常取支座截面處的彎矩略小于跨中間截面的彎矩，通常取尺寸不超過(guò)0.2L，為此中國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB4731《鋼制壓力容器》規(guī)定取0.2L，A值不得大于0.25L。否則由于容器外伸端的作用使支座截面處的應(yīng)力過(guò)大。其中A為封頭切線到支座的距離，此外由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗彎剛度，故封頭對(duì)于圓筒的抗彎剛度有局部的加強(qiáng)作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對(duì)支座處圓筒截面的加強(qiáng)作用。因此，國(guó)標(biāo)JB4731還規(guī)定當(dāng)滿足，A≤0.2L時(shí)，最好使（Rm為圓筒的平均半徑，Rm＝ Ri＋δn/2=605m

48、m，Ri為圓筒的內(nèi)徑）。 由于Rm/2=302.5mm, 0.2L=416mm 因?yàn)?.2L＞0.5R，鞍座位置A≤Rm/2=302.5mm 取鞍座位置 A＝300mm 其中：A為封頭切線到支座的距離 為了防止臥式儲(chǔ)罐因操作溫度和安裝溫度不同而引起的熱膨脹，以及由于圓筒及物料的重量使圓筒防止彎曲等原因?qū)εP式儲(chǔ)罐引起的附加應(yīng)力，對(duì)于雙鞍座中的其中一個(gè)設(shè)計(jì)為固定支座（代號(hào)F），而另一個(gè)應(yīng)允許為可沿軸線方向移動(dòng)的活動(dòng)支座（代號(hào)S）?；顒?dòng)支座的基礎(chǔ)螺栓應(yīng)沿圓筒軸向開(kāi)成長(zhǎng)圓孔，固定支座通常設(shè)置在儲(chǔ)罐配管較多的一側(cè)，活動(dòng)支座應(yīng)安裝在沒(méi)有配管或配管較少的一側(cè)。

49、 圖2.1 液氨儲(chǔ)罐受力分析圖 2.3.3鞍座標(biāo)準(zhǔn)的選用 綜上所述，結(jié)合筒體公稱直徑和上述計(jì)算的鞍座反力F＝19880N=19.88 KN，查壓力容器手冊(cè)，選用JB/T4712—92標(biāo)準(zhǔn)的鞍式支座，公稱直徑DN1200mm,A型，帶加強(qiáng)墊板，允許支承載荷Q=147 KN，因?yàn)镼＞F，所以符合要求。 查JB/T4712—92可得鞍座基本尺寸：包角θ＝120，支座高度H=200mm,鞍座寬度b＝150mm；腹板厚6mm；墊板寬270mm，墊板厚6mm；底板長(zhǎng)880mm底板寬170mm，底板厚10mm；筋板寬140mm，筋板厚度

50、6 mm，鞍座質(zhì)量52kg。 鞍座的尺寸和結(jié)構(gòu)見(jiàn)裝配圖和附錄。 鞍座墊板材料選16MnR，鞍座其余材料選用Q235—AF鋼。 鞍座標(biāo)記：JB/T4712—92，鞍座A 1200 2.4儲(chǔ)罐應(yīng)力校核 2.4.1筒體軸向應(yīng)力校核 （1）筒體軸向彎矩計(jì)算 ．筒體中間處截面的彎矩 ＝3.81106Nmm ．支座處截面上的彎矩 = －5.77105Nmm （2）筒體軸向應(yīng)力計(jì)算 由GBl50—89表8-1查得由“扁塌現(xiàn)象”引起的抗彎截面模量減少系數(shù)K1＝K2＝1.0 因?yàn)椋麺1｜》｜M2｜，且A≤Rm/2=302.5mm,故應(yīng)力必定出現(xiàn)在跨中面，校

51、核跨 中面應(yīng)力。 .由彎矩引起的軸向應(yīng)力 最低點(diǎn)處： ′= MPa 最低點(diǎn)處′＝－′＝0.461MPa ．由于設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力 MPa ．軸向應(yīng)力組合與校核 軸向拉應(yīng)力：σ2＝σp+′=67.2+0.461＝67.7MPa 許用軸向拉應(yīng)力：[σ]t＝170Mpa，σ2＜[σ]t合格 軸向壓應(yīng)力：σ1＝－′＝0.461Mpa 軸向許用壓縮應(yīng)力 根據(jù)A值查GBl50—89圖4—5，得B＝136MPa＜[σ]t=170 MPa 取許用壓縮應(yīng)力 [σ]ac＝136MPa，合格｜σ1｜＜[σ]ac 2.

52、4.2筒體和封頭切向剪應(yīng)力校核 因筒體被封頭加強(qiáng)(即A＜Rm/2)，筒體和封頭中的切向剪應(yīng)力分別按下式計(jì)算 (1) 筒體切向剪應(yīng)力 查GBl50—89，取系數(shù)K3＝0.880，K4=0.401 因?yàn)? τ< 0.8[σ]t =0.8170=136 MPa ， 故合格。 (2)封頭切向剪應(yīng)力 因?yàn)? 1.25[σ]t －δh=1.25[σ]t － = 1.25170－ MPa ＜1.25[σ]t－δh，故合格。 2.4.3筒體周向應(yīng)力校核 (1)周向應(yīng)力計(jì)算 設(shè)墊板不起加強(qiáng)作用，查GBl50—8

53、9，取周向彎矩系數(shù)K6 =0.0132周向壓縮系數(shù)K5 =0.760， ．在鞍座處橫截面最低點(diǎn)處 MPa 式中k=0.1,考慮容器焊接在鞍座上 其中：b2為筒體承受周向壓應(yīng)力的有效長(zhǎng)度。 b為支座的軸向?qū)挾? ．鞍座邊角的周向應(yīng)力 因L/Rm=2080/605=3.43＜8,故 (2)周向應(yīng)力校核 ︱σ5 ︳＜　[σ]t＝170MPa ︱σ6 ︳＜　1.25[σ]t＝212.5MPa 2.4.4鞍座有效斷面的平均應(yīng)力校核 查GBl50—89，取系數(shù)K9＝0.204 支座承受的水平分力Fs＝K9F＝0.20419880＝4056N 鞍座有效斷面

54、平均應(yīng)力 Mpa 應(yīng)力校核 σ9＜2/3[σ]t＝75.3MPa 式中：bs為鋼制鞍座的腹板厚度，bs=δ2=6mm， 由于鞍座的實(shí)際高度h=200mm＜1/3Rm=201.7mm，所以Hs取h=200mm。 [σ]t＝113 Mpa，為鞍座腹板材料Q235—AF的許用應(yīng)力。 2.5開(kāi)孔與接管設(shè)計(jì) 2.5.1人孔設(shè)計(jì) 因?yàn)橥搀w長(zhǎng)度L=2080mm≤6000mm時(shí)，可以很好的采光、氣體置換，檢驗(yàn)人員進(jìn)行內(nèi)外部檢驗(yàn)和出入方便，所以只需要設(shè)置一個(gè)人孔即可。由于儲(chǔ)罐的公稱直徑900mm＜DN＜2600 mm，而且設(shè)計(jì)了人孔和適當(dāng)?shù)膫溆?/p>

55、管口（見(jiàn)下文），就不必要設(shè)計(jì)手孔和檢查孔。 人孔不應(yīng)該布置在鞍座處的截面和跨中間截面上，也不適宜在封頭上設(shè)置人孔。考慮到筒體和鞍座的結(jié)構(gòu)尺寸，將人孔設(shè)置在筒體的頂部，選取開(kāi)孔中心距離筒體的邊緣620mm。由于沒(méi)有設(shè)計(jì)手孔和檢查孔，需要經(jīng)常打開(kāi)人孔蓋進(jìn)行檢查，為了方便打開(kāi)人孔蓋，選用快開(kāi)式，并根據(jù)儲(chǔ)罐的公稱直徑和公稱壓力，查手冊(cè)，選擇回轉(zhuǎn)蓋平焊法蘭人孔，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為JB580-79，C型密封面，Ⅰ類材料。 人孔標(biāo)記：人孔 CⅠ Pg16 Dg450 JB580-79 人孔材料：筒節(jié)、法蘭、蓋子材料用Q235-B螺栓、螺母材料用Q235-A，法蘭材料選用16Mn(鍛)。 人孔尺寸：公

56、稱直徑Dg=450mm，接管尺寸dws＝480mm10mm。 2.5.2接管與法蘭聯(lián)結(jié)設(shè)計(jì) 所有的接管材料選用10號(hào)鋼無(wú)縫鋼管，法蘭材料選用16Mn(鍛)，接管長(zhǎng)度從罐體的外壁算起，罐頂?shù)慕庸荛L(zhǎng)度可取150 mm，罐底的接管長(zhǎng)度可取100 mm。接管位置示意圖見(jiàn)下圖2.2所示 圖2.2 接管位置示意圖 （1）液氨進(jìn)出口 需要設(shè)計(jì)2個(gè)液氨進(jìn)出口，液氨進(jìn)口設(shè)置在筒體的頂部，出口設(shè)在罐底，具體定位尺寸見(jiàn)液氨儲(chǔ)罐裝配圖。選用凸面板式平焊鋼制管法蘭，公稱直徑80mm，接管外徑89 mm。法蘭標(biāo)記：HG20593 法蘭 PL80—1.6RF （2）液位計(jì)管口 設(shè)置兩個(gè)液位計(jì)

57、管口，兩個(gè)均設(shè)在左邊封頭上，具體定位尺寸見(jiàn)液氨儲(chǔ)罐裝配圖。右邊封頭上液位計(jì)管口時(shí)必須避開(kāi)邊緣應(yīng)力區(qū)，隨著離開(kāi)封頭邊緣處的距離的增大，邊緣應(yīng)力迅速衰減，所以將管口孔中心距離封頭頂點(diǎn)500mm。由于接管較長(zhǎng)，要設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋加強(qiáng)。法蘭標(biāo)記：HG20593 法蘭 PL20—1.6RF （3）排污管口 為了方便排凈污物，將排污管口設(shè)在罐底，具體定位尺寸見(jiàn)液氨儲(chǔ)罐裝配圖。選用螺紋管法蘭。法蘭標(biāo)記：HG20598 法蘭 Th25—1.6 （4）安全閥管口、壓力表管口、備用管口 三個(gè)管口均用同種法蘭、接管結(jié)構(gòu)和尺寸，具體定位尺寸見(jiàn)液氨儲(chǔ)罐裝配圖。 法蘭標(biāo)記：HG20593 法蘭 PL25—1.6

58、RF （5）接管管口表 根據(jù)工藝，操作和檢修的要求，設(shè)備接管如下表所示： 符號(hào) 公稱尺寸 連接尺寸和標(biāo)準(zhǔn) 用途和名稱 A1～2 80 HG20593 法蘭 PL80—1.6RF 液氨進(jìn)出口 b 450 人孔 CⅠPg16 Dg450 JB580-79 入孔 C1～2 20 HG20593 法蘭 PL20—1.6RF 液位計(jì)口 d 25 HG20598 法蘭 Th50—1.6 排污口 e1～2 25 HG20593 法蘭 PL20—1.6RF 安全閥及備用 f 20 HG20593 法蘭 PL20—1.6RF 壓力表及備用

59、 表1.1接管表 注：采用法定計(jì)量單位的標(biāo)準(zhǔn)（如：HG等）公稱壓力用PN表示，單位采用Mpa。采用工程制單位的標(biāo)準(zhǔn)（如：JB等）公稱壓力用P g表示，單位為/cm2。 2.6開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 根據(jù)GBl50—89規(guī)定，殼體名義厚度為10mm時(shí)，當(dāng)在設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5 Mpa的殼體上開(kāi)孔，兩相鄰開(kāi)孔中心間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于89mm的接管可以不另行補(bǔ)強(qiáng)，故補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算需考慮人孔和液氨進(jìn)口處的開(kāi)孔接管補(bǔ)強(qiáng)問(wèn)題，這里只給出人孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 （1）人孔補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別 ．補(bǔ)強(qiáng)判別 由于人孔接管的外徑為480 mm，大于允許不另行補(bǔ)強(qiáng)

60、的的最大接管外徑89 mm，所以需要另行考慮補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)該與殼體的材料相同，選用16MnR鋼，由前面的人孔設(shè)計(jì)可知，人孔的接管選用Q235－B鋼，選用其厚度附加量C，＝C1＋C2＝2＋0.8＝2.8mm，在該設(shè)計(jì)條件下Q235－B鋼的許用應(yīng)力=113Mpa。 ．補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別 開(kāi)孔直徑d＝Di＋2 C，＝（480－210）＋22.8＝465.6mm 本筒體開(kāi)孔直徑d＝465.6mm＜Di/2＝600mm，滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的使用條件，故可以用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 （2）開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)所需補(bǔ)強(qiáng)面積 ．削弱系數(shù)fr和接管有效厚度δet fr＝/[σ]t＝113/17

61、0＝0.6647 δet=δnt－C， =10-2.8=7.2mm ．開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)所需補(bǔ)強(qiáng)面積 A ＝d＋2δδet (1－fr) ＝465.65.66＋25.667.2(1－0.6647) ＝2689mm2 式中：δ為筒體的計(jì)算厚度 （3）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 ．有效寬度 B=2d＝2465.6＝931mm B=d＋2δn＋2δnt=465.6＋210＋210=525.6mm 取兩者的最大值B＝933mm ．有效高度h1： 外側(cè)有效高度：h1＝ 接管實(shí)際外伸高度為h1＝200mm， 取兩

62、者的最小值，h1＝68.23mm。 內(nèi)側(cè)高度h2： 接管實(shí)際內(nèi)伸高度為零，故取h2＝0。 內(nèi)側(cè)有效高度：h2＝ 取兩者的最小值，故取h2＝0。 （4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ．殼體多余金屬面積 A1＝(B－d)(δe－δ) －2(δnt－C)[δe－δ)(1－fr) ＝(931－465.6) (7.2－5.66) －27.2 (7.2 - 5.66)(1- 0.6647) ＝817 mm2 式中：δe為筒體的計(jì)算厚度 ．接管多余金屬面積A2 接管計(jì)算厚度δt δt=Mpa 接管多余金屬面積A2 A2 ＝2h1(δet－δt) fr +2h2

63、(δet－C2) fr ＝268.23(7.2－2.04)0.6647十0 =467.8 mm2 ．補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積 補(bǔ)強(qiáng)圈與筒體，補(bǔ)強(qiáng)圈與接管的焊縫腰高均取8mm。 A3＝288＝64 mm2 ．有效補(bǔ)強(qiáng)面積 Ae=A1＋A2＋A3=817＋467.8＋64=1348.8 ＜mm2A=2689 mm2 所以需要另行補(bǔ)強(qiáng)。 ．補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)面積 A4＝A－Ae＝2689－1348.8＝ 1340.2 mm2 (2)補(bǔ)強(qiáng)圈選用 查補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)HG21506—92，選用補(bǔ)強(qiáng)圈45010—D—16MnR JB/T4736，補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D＝760

64、mm，補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑d＝484mm，因?yàn)锽=931 mm2＞D＝760mm，在補(bǔ)強(qiáng)圈的有效補(bǔ)強(qiáng)范圍之內(nèi)。所以補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度為： 考慮鋼板負(fù)偏差，并經(jīng)圓整和與殼體的焊接質(zhì)量問(wèn)題，取補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度等于筒體的名義厚度，即=δn=10mm。 3 液氨儲(chǔ)罐的經(jīng)濟(jì)性分析 由前面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的尺寸數(shù)據(jù)和選材，結(jié)合相關(guān)的資料，我們要對(duì)液氨儲(chǔ)罐的制造和安裝的總成本價(jià)格進(jìn)行估計(jì)，再和儲(chǔ)罐的市場(chǎng)價(jià)格進(jìn)行比較，做出設(shè)計(jì)調(diào)整，進(jìn)行簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)。 3.1容器的費(fèi)用評(píng)估 查閱《常用壓力容器手冊(cè)》可知，容器制作安裝的工程總費(fèi)用，包括以下幾方面的費(fèi)用：容器設(shè)備的制作費(fèi)、容器設(shè)備的安裝費(fèi)用、水壓試驗(yàn)費(fèi)用、附件和其它費(fèi)

65、用。其中容器設(shè)備的制作費(fèi)、容器設(shè)備的安裝費(fèi)用包括人工費(fèi)、材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)。 （1）容器的制作費(fèi) ①筒體和封頭的制作費(fèi) 查手冊(cè)可知，當(dāng)容器采用雙橢圓形封頭，體積V＜5 m3時(shí)，低合金鋼制筒體和封頭的制作費(fèi)為5708.46元/t，其中包括人工費(fèi)900.24元、材料費(fèi)1037.24元、機(jī)械費(fèi)3370.98元。 由容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，筒體和封頭的總質(zhì)量： m＝m1＋m2 =603＋128.32＝860 kg 故筒體和封頭的制作費(fèi)： S1＝5708.46860=4909.27元 ②鞍座的制作費(fèi) 由于單個(gè)鞍座的質(zhì)量為m3＝52kg ，50kg＜m3＜100 kg，鞍座的制作費(fèi)為4945.71

66、元/t 故雙鞍座的制作費(fèi)： S2＝24945.7152=514.36元 ③接管的制作費(fèi) 當(dāng)接管直徑DN=25mm時(shí)，接管的制作費(fèi)為32.55元/個(gè) 當(dāng)接管直徑DN=80mm時(shí)，接管的制作費(fèi)為53.24元/個(gè) 故所有接管的制作費(fèi)： S3＝253.24＋632.55=301.78元 第 49 頁(yè) ( 共 56 頁(yè) ) 液氨儲(chǔ)罐的經(jīng)濟(jì)性分析 ④地角螺栓的制作費(fèi) 4個(gè)M20地角螺栓的制作費(fèi)為： S4＝420.62=82.48元 ⑤人孔的制作費(fèi) 回轉(zhuǎn)蓋平漢法蘭人孔的制作費(fèi)： S5＝653.28元 ⑥容器設(shè)備的總制作費(fèi) SA ＝S1＋S2＋S3＋S4＋S5 ＝4909.27＋514.36＋301.78＋82.48＋653.28 ＝6461.18元 （2）容器設(shè)備的安裝費(fèi) 查手冊(cè)可知，當(dāng)容器采用雙橢圓形封頭，體積V＜5 m3時(shí)，低合金鋼制筒體和封頭的安裝費(fèi)為： SB＝1450.17元/臺(tái)。 （3）水壓試驗(yàn)費(fèi)用