【正文】 前世界上已建成的大型儲罐數(shù)量逐年增加，如早在 1967 年在委內(nèi)瑞拉就建成了 16? 410 3m 的浮頂儲罐， 1971 年日本建成了 20? 410 3m 的浮頂 儲罐，而世界產(chǎn)油大國之一的沙特阿拉伯也已成功建造了 20? 410 3m 廳的浮頂儲罐。 . Jung Development of an automated design system of a CNG posite vessel using a steel liner manufactured using the DDI process DOI (2020) 24: 781– 788 [20] M. PERL_1 and Y. GREENBERG_2 Threedimensional analysis of thermal shock effect on innersemielliptical 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 三、閱讀的主要參考文獻及資料名稱 [1]呂宜濤 ,壓力容器制造質(zhì)量控制的研究，天津大學學位論文， 1997 年 9 月． [2]馬自勤 ,孫麗 ,王秀倫等：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹在 CAPP 信息管理中的應用，大連鐵道學院學報，2020 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)，計算機工程與 應用， 2020 年 4 月． [4]肖凌 ,姚建初：集成環(huán)境下的計算機輔助工藝設計系統(tǒng)，機械設計與制造工程， 2020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用，計算機工程與應用， 2020 年第 17 期． [6]高清 ,馬云輝，馬玉林：先進制造系統(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)，組合機床與自動化加工技術(shù)， 1996 年第 10 期． 2 [8]湯善甫 ,朱思明主編：化工設備機械基礎(chǔ)，第 2 版，華東理工出版社， 2020 年 12 月 [9] 陳祝年 ,焊接工程師手冊。年來隨著制造工藝的提高其容積有逐漸增大的趨勢。其種類很多，大體上有：滾塑儲罐，玻璃鋼儲罐，陶瓷儲罐、橡膠儲罐、焊接塑料儲罐等。就儲罐的性價 比來講，現(xiàn)在以滾塑儲罐最為優(yōu)越，滾塑儲罐又可以分鋼襯塑儲罐，全塑儲罐兩大系，分別包括立式，臥式，運輸，攪拌等多個品種。隨著容積的增大，儲罐在設計和使用中的安全可靠性就變得極為重要。北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [10]楊海濤 .壓力容器的安全與強度計算 [M].天津 :天津科學技術(shù)出版社 ,1985. [11]李俊斌，李彬喜 在役液氨儲罐應力場有限元分析與安全評定 Technology amp。 E. Wei223。 國內(nèi)大型儲罐發(fā)展從 20 世紀 70 年代開始， 1975 年，國內(nèi)首臺 5? 410 3m 浮頂儲罐在上海陳山碼頭建成。 ．儲罐大型化的優(yōu)點 節(jié)省鋼材，減少投資。 便于操作管理并且節(jié)省管線及配件。圈板交互排列，取單數(shù)，使端蓋直徑相同。這就需要設置液氨貯存設施，以確保原料供應，為化肥廠連續(xù)生產(chǎn)創(chuàng)造必要條件。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。 4 至于低溫常壓工藝，則是將液氨冷凍至不高于它的沸點 (低于 33C? ，視當?shù)卮髿鈮憾?)，使得液氨對應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，以最大限度降低儲罐投資。若貯存在－ 33C? ，則每噸鋼材用量可貯存 40t 液氨，儲罐容量可達 4500t 以上。 為了確保儲罐在生產(chǎn)中的安全，工廠都會定期對儲罐進行檢修，其中包括外觀檢修 ，打開人孔進行檢查，做理化檢驗，無損檢測等等。 常用的應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 。近年來許多功能較強的有限元軟件的不斷涌現(xiàn)，前后處理功能的不斷改進，可以輸入比以前更少的信息便可以自動生成網(wǎng)格及載荷 移置，ANSYS,NASTRAN 理出圖象輸出，高溫蠕變分析、極大地方便了設計者。 五、研究內(nèi)容、需重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路 ： (1) 臥式儲罐的結(jié)構(gòu)設計 由老師提供的數(shù)據(jù)和參數(shù)，來設計壓力容器，其中具體內(nèi)容有：選材，必要的計算， 焊接工藝參數(shù)的確定，焊接工藝卡的生成等。所以要合理設計焊縫位置和焊接工藝，并從分 析容器所受應力來進行可靠性設計。在空閑時間多上機學習并熟練掌握上述的各種繪圖軟件和分析軟件。還從價格評估的角度對液氨儲罐作了經(jīng)濟性分析，驗證了結(jié)構(gòu)設計方案的可行性。 analysis of economic。 然而我國臥式儲罐設計制造技術(shù)的還落后于世界先進水平，制造較困難，加工費用高，且焊接、檢驗技術(shù)要求高，特別是對容器的安全穩(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，所以研究臥式儲罐設計對我國石油化工等行業(yè) 的發(fā)展 有著極其重要的意義。目前世界上已建成的大型儲罐數(shù)量逐年增加，如早在 1967 年在委內(nèi)瑞拉就建成了 16? 410 3m 的浮頂儲罐， 1971 年日本建成了 20? 410 3m 的浮頂儲罐，而世界產(chǎn)油大國之一的沙特阿拉伯也已成功建造了 20? 410 3m 的浮頂儲罐。到目前為止，國內(nèi)建成并投入使用的最大容積的大型浮頂儲罐是中國石化集團公司建造的油罐 15? 410 3m 。通過降低碳的含量，同時加入微量合金元素以保證鋼材有一定的剛度，不斷提高煉鋼技術(shù)使鋼水雜質(zhì)含量大幅度降低。日本、美國、德國都生產(chǎn)出了大厚鋼板。自動焊接技術(shù)和焊接機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現(xiàn)了自動化，提高了焊接質(zhì)量和效率，降低了勞動強度，改善了勞動條件。 選題背景 第 3 頁 ( 共 56 頁 ) 臥式液氨儲罐簡介 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到這些肥料廠。 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)，以控制其相應汽化壓力確定工藝方案。而降溫低壓工藝是利用制冷系統(tǒng)將液氨適當冷凍貯存，相應降低了貯存設備的設計壓力以減薄其壁，從而降低儲罐的投資 。若溫度降到 0℃ ，則每噸鋼材用量可貯存液氨 lOt。 其主要生產(chǎn)工序有 :① 原料氣的制造。 ③ 氣體的壓縮與精制。從合成工段送來的液氨進入入 671 液氨倉庫，在液氨倉庫中，液氨的主要貯藏設備為液氨貯槽，并在此分發(fā)給下游工廠或工段。 氨屬于中度危害介質(zhì) (Ⅱ 級 )，且本設備為 PV 值小于 10Mpa 筒體和封頭的對接焊接，采用全焊透焊縫，并進行 l00％無損探傷，查表取焊縫系數(shù) Φ =。由于采用的是標準橢圓形封頭，由 h/DN=，得出 封 頭的直邊高度 h=25mm，而封頭的曲面深度 h1=325－ 25=300mm。 （ 1）筒體厚度 δ= 02 12 ][2 ??? ??? ppdt i??mm 設計厚度 δd＝ δ 十 C2＝ 十 2＝ 按 GS709，取鋼板負偏差 C1= 考慮鋼板厚度系列取名義厚度 δn＝ 10mm 因 δn＝ 10mm，查此情況下 16MnR 鋼的許用應力沒有變化， [σ]= 170 Mpa，所以上述計算成立。 20R 鋼板在 40℃ 時的許用應力查表，根據(jù)筒體厚度計算公式初步估計此筒體的設計厚度在 8—16mm 之間，取此時 20R 鋼的許用應力 [σ]＝ [σ]t =133 Mpa，屈服強度δ s=245 Mpa。 （ 2）封頭厚度 由于選用標準橢圓形封頭，所以其封頭形狀系數(shù) k=。 兩種方案的比較 （ 1）鋼板耗用量 鋼板耗用量與板厚成正比，則儲罐的主要結(jié)構(gòu)筒體和封頭采用 16MnR 時，鋼板比使用 20R 鋼板可減輕 : ??? %100121012 % 16MnR 鋼板的價格比 20R 鋼板略貴，兩者相差不大，從耗材量與價格綜合考慮，兩種鋼板均可考慮，但在上述計算過程中，如 16MnR 的名義厚度 δ n 與設計厚度 δ d很接近，其差值為 10－ =,而 20R 的名義厚度 δ n 與設計厚度 δ d 大很多，其差值為 12－ =，所以用 16MnR 鋼時，鋼 板耗用量就要省很多，更為適宜。 計算鞍座反力 （ 1）計算質(zhì)量 ○ 1 ．筒體質(zhì)量 m1＝ π(Di＋ δe)δnL0? 109 ＝ (1200+10)1020207850109 ＝ 597kg ○ 2 ．單個封頭 的 質(zhì)量 m2＝ (查 JBll53—73) ○ 3 . 附件質(zhì)量 m3(包括入孔，接管、液面計、平臺等 )近似取 m3＝ 400kg ○ 4 ．充液質(zhì)量 液氨在 0℃ 時的密度為 640kg/m3，小于水的密度，故充液質(zhì)量按水的質(zhì)量 考慮， m4＝ 902 10)24( ?? ?? hi VLD ＝ [ 4? 120202025+2109]1000109 ＝ 2799kg ○ 5 ．保溫層質(zhì)量 本設備不保溫，故 m5＝ 0 ○ 6 ．設備最大質(zhì)量 m＝ m1＋ m2 ＋ m3＋ m4＋ m5＝ 597＋ 2＋ 400＋ 2799＋ 0＝ 4053 kg 的 設計 第 10 頁（共 56 頁） （ 2）計算鞍座反力 F＝ mg/2＝ (4053)/2＝ 19880N 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。 鞍座安裝位置的確定 由材料力學可知，將出儲罐的力學模型簡化為雙支座上的受均布載荷的外伸梁，如下圖 所示，若梁的全長為 L，則當外伸端的長度 A= 時，雙支座跨中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩相等，從而使上述兩截面上保持等強度。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對支座處圓筒截面的加強作用。 圖 液氨儲罐受力分析圖 的 設計 第 12 頁（共 56 頁） 鞍座標準的選用 綜上所述，結(jié)合筒體公稱直徑和上述計算的鞍座反力 F＝ 19880N= KN，查壓力容器手冊，選用 JB/T4712—92 標準的鞍式支座，公稱直徑 DN1200mm,A 型，帶加強墊板，允許支承載荷 Q=147 KN，因為 Q＞ F，所以符合要求。 鞍座墊板材料選 16MnR，鞍座其余材料選用 Q235—AF 鋼。 ○ 1 .由彎矩引起的軸向應力 最低點處： 1? ′= 621 ???? ???? emRM ? MPa 最低點處 2? ′＝－ 1? ′＝ ○ 2 ．由于設計壓力引起的軸向應力 ?p? ????empR?MPa ○ 3 ．軸向應力組合與校核 軸向拉應力： σ2＝ σp+ 2? ′=+＝ 許用 軸向拉應力： [σ]t＝ 170Mpa， σ2＜ [σ]t 合格 軸向壓應力： σ1＝－ 1? ′＝ 軸向許用壓縮應力 1 ???? R e? 根據(jù) A 值查 GBl50—89 圖 4—5，得 B＝ 136MPa＜ [σ]t=170 MPa 取許用壓縮應力 [σ]ac＝ 136MPa，合格｜ σ1｜＜ [σ]ac 筒體和封頭切向剪應力校核 因筒體被封頭加強 (即 A＜ Rm/2)，筒體和封頭中的切向剪應力分別按下式 計算 (1) 筒體切向剪應力 查 GBl50—89，取系數(shù) K3＝ ， K4= M P aR FK em ????? ?? 因為 τ [σ]t =170=136 MPa ， 故合格。F ＝ 19880＝ 4056N 鞍座有效斷面平均應力 9 ???? Hs b sFs?Mpa 應力校核 σ9＜ 2/3[σ]t＝ 式中： bs 為鋼制鞍座的腹板厚度， bs=δ2=6mm， 由于鞍座的實際高度 h=200mm＜ 1/3Rm=，所以 Hs 取 h=200mm。 人孔不應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置人孔。 人孔尺寸：公稱直徑 Dg=450mm，接管尺寸 dws＝ 480mm10mm。法蘭標記： HG20593 法蘭 PL80— （ 2）液位計管口 設置兩個液位計管口， 兩 個 均 設在 左 邊封頭上，具體定位尺寸見液氨儲罐裝配圖。選用螺紋管法蘭。 開孔補強計算 根據(jù) GBl50—89 規(guī)定，殼體名義厚度為 10mm 時，當在設計壓力小于或等于 Mpa 的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心間距（對曲面間距以弧長計算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于 89mm 的接管可以不另行補強，故補強計算需考慮人孔 和液氨進口處的 開孔接管 補強問題，這