【文章內(nèi)容簡介】 度較薄，質(zhì)量較輕，鞍座的承載重量也更小，而且制造費用目前也按碳鋼設備同等計價，因此制造費用比較經(jīng)濟。（3）材料性能 20R鋼板的抗腐蝕性能比16MnR鋼要好，但是考慮到儲存介質(zhì)液氨的腐蝕性不是很強，而且16MnR鋼比20R鋼板的強度高，機械加工性能和焊接性能指標都明顯要好，所以選用板更合適。（4）方案比較總結由于上述比較可以看出，說明方案一選用16MnR鋼更合理，那么下面的內(nèi)容就針對方案一的選材和設計數(shù)據(jù)進行相關的計算和校核。（1）計算質(zhì)量．筒體質(zhì)量 m1＝π(Di＋δe)δnL0109 ＝(1200+10)1020007850109 ＝597kg．單個封頭的質(zhì)量m2＝(查JBll53—73). 附件質(zhì)量m3(包括入孔，接管、液面計、平臺等)近似取m3＝400kg．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＝ ＝[120022025+2109]1000109＝2799kg ．保溫層質(zhì)量 本設備不保溫，故m5＝0．設備最大質(zhì)量 m＝m1＋m2 ＋m3＋m4＋m5＝597＋2＋400＋2799＋0＝4053 kg（2）計算鞍座反力 F＝mg/2＝(4053)/2＝19880N臥式容器的支座有鞍座、圈座和支腿三種形式。而常用的儲罐、儲槽、換熱器等臥式容器設備常選用鞍式支座予以支承，所以此設備也選用鞍座。臥式儲罐的鞍式支座設計包括以下幾個要點：鞍式支座普遍選用雙鞍座支承，這是因為若采用多鞍座支承，難于保證各鞍座均勻受力。雖然多支座罐的彎曲應力比較小，但是各支座嚴格的保持在同一水平面上，特別是對于大型臥式儲罐很難達到，同時，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。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，若梁的全長為L，則當外伸端的長度A=，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?？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力較為復雜，故常取支座截面處的彎矩略小于跨中間截面的彎矩，為此中國現(xiàn)行標準JB4731《鋼制壓力容器》。否則由于容器外伸端的作用使支座截面處的應力過大。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，故封頭對于圓筒的抗彎剛度有局部的加強作用。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。因此，國標JB4731還規(guī)定當滿足，A≤，最好使（Rm為圓筒的平均半徑，Rm＝ Ri＋δn/2=605mm，Ri為圓筒的內(nèi)徑）。由于Rm/2=, =416mm＞，鞍座位置A≤Rm/2=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式儲罐引起的附加應力，對于雙鞍座中的其中一個設計為固定支座（代號F），而另一個應允許為可沿軸線方向移動的活動支座（代號S）?；顒又ё幕A螺栓應沿圓筒軸向開成長圓孔，固定支座通常設置在儲罐配管較多的一側，活動支座應安裝在沒有配管或配管較少的一側。 液氨儲罐受力分析圖 綜上所述，結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。查JB/T4712—92可得鞍座基本尺寸：包角θ＝120176。，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880mm底板寬170mm，底板厚10mm；筋板寬140mm，筋板厚度6 mm，鞍座質(zhì)量52kg。鞍座的尺寸和結構見裝配圖和附錄。鞍座墊板材料選16MnR，鞍座其余材料選用Q235—AF鋼。鞍座標記：JB/T4712—92，鞍座A 1200（1）筒體軸向彎矩計算．筒體中間處截面的彎矩 ＝106Nmm．支座處截面上的彎矩 = －105Nmm （2）筒體軸向應力計算由GBl50—89表81查得由“扁塌現(xiàn)象”引起的抗彎截面模量減少系數(shù)K1＝K2＝ 因為｜M1｜》｜M2｜，且A≤Rm/2=,故應力必定出現(xiàn)在跨中面，校核跨 中面應力。.由彎矩引起的軸向應力最低點處： ′= MPa最低點處′＝－′＝．由于設計壓力引起的軸向應力 MPa．軸向應力組合與校核軸向拉應力：σ2＝σp+′=+＝許用軸向拉應力：[σ]t＝170Mpa，σ2＜[σ]t合格軸向壓應力：σ1＝－′＝軸向許用壓縮應力根據(jù)A值查GBl50—89圖4—5，得B＝136MPa＜[σ]t=170 MPa取許用壓縮應力 [σ]ac＝136MPa，合格｜σ1｜＜[σ]ac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= 因為 τ [σ]t =170=136 MPa ， 故合格。(2)封頭切向剪應力因為 [σ]t －δh=[σ]t － = 170－ MPa ＜[σ]t－δh，故合格。(1)周向應力計算設墊板不起加強作用，查GBl50—89，取周向彎矩系數(shù)K6 = =，．在鞍座處橫截面最低點處 MPa式中k=,考慮容器焊接在鞍座上 其中：b2為筒體承受周向壓應力的有效長度。b為支座的軸向?qū)挾龋白吔堑闹芟驊σ騆/Rm=2080/605=＜8,故(2)周向應力校核 ︱σ5 ︳＜　[σ]t＝170MPa ︱σ6 ︳＜　[σ]t＝查GBl50—89，取系數(shù)K9＝支座承受的水平分力Fs＝K9F＝19880＝4056N鞍座有效斷面平均應力 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。 [σ]t＝113 Mpa，為鞍座腹板材料Q235—AF的許用應力。因為筒體長度L=2080mm≤6000mm時，可以很好的采光、氣體置換，檢驗人員進行內(nèi)外部檢驗和出入方便，所以只需要設置一個人孔即可。由于儲罐的公稱直徑900mm＜DN＜2600 mm，而且設計了人孔和適當?shù)膫溆霉芸冢ㄒ娤挛模?，就不必要設計手孔和檢查孔。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?？紤]到筒體和鞍座的結構尺寸，將人孔設置在筒體的頂部，選取開孔中心距離筒體的邊緣620mm。由于沒有設計手孔和檢查孔，需要經(jīng)常打開人孔蓋進行檢查，為了方便打開人孔蓋，選用快開式，并根據(jù)儲罐的公稱直徑和公稱壓力，查手冊，選擇回轉蓋平焊法蘭人孔，標準號為JB58079，C型密封面，Ⅰ類材料。 人孔標記：人孔 CⅠ Pg16 Dg450 JB58079人孔材料：筒節(jié)、法蘭、蓋子材料用Q235B螺栓、螺母材料用Q235A，法蘭材料選用16Mn(鍛)。人孔尺寸：公稱直徑Dg=450mm，接管尺寸dws＝480mm10mm。所有的接管材料選用10號鋼無縫鋼管，法蘭材料選用16Mn(鍛)，接管長度從罐體的外壁算起，罐頂?shù)慕庸荛L度可取150 mm，罐底的接管長度可取100 mm。 接管位置示意圖（1）液氨進出口 需要設計2個液氨進出口，液氨進口設置在筒體的頂部，出口設在罐底，具體定位尺寸見液氨儲罐裝配圖。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。右邊封頭上液位計管口時必須避開邊緣應力區(qū)，隨著離開封頭邊緣處的距離的增大，邊緣應力迅速衰減，所以將管口孔中心距離封頭頂點500mm。由于接管較長，要設計加強筋加強。法蘭標記：HG20593 法蘭 PL20—（3）排污管口為了方便排凈污物，將排污管口設在罐底，具體定位尺寸見液氨儲罐裝配圖。選用螺紋管法蘭。法蘭標記：HG20598 法蘭 Th25—（4）安全閥管口、壓力表管口、備用管口三個管口均用同種法蘭、接管結構和尺寸，具體定位尺寸見液氨儲罐裝配圖。法蘭標記：HG20593 法蘭 PL25—（5）接管管口表根據(jù)工藝，操作和檢修的要求，設備接管如下表所示：符號公稱尺寸連接尺寸和標準用途和名稱A1～280HG20593 法蘭 PL80—液氨進出口b450人孔 CⅠPg16 Dg450 JB58079入孔C1～220HG20593 法蘭 PL20—液位計口d25HG20598 法蘭 Th50—排污口e1～225HG20593 法蘭 PL20—安全閥及備用f20HG20593 法蘭 PL20—壓力表及備用注：采用法定計量單位的標準（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準（如：JB等）公稱壓力用P g表示，單位為/cm2。 根據(jù)GBl50—89規(guī)定，殼體名義厚度為10mm時， 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，這里只給出人孔補強計算。（1）人孔補強及補強方法判別．補強判別 由于人孔接管的外徑為480 mm，大于允許不另行補強的的最大接管外徑89 mm，所以需要另行考慮補強，補強材料應該與殼體的材料相同，選用16MnR鋼，由前面的人孔設計可知，人孔的接管選用Q235－B鋼，選用其厚度附加量C，＝C1＋C2＝2＋＝，在該設計條件下Q235－B鋼的許用應力=113Mpa。．補強計算方法判別 開孔直徑d＝Di＋2 C，＝（480－210）＋2＝本筒體開孔直徑d＝＜Di/2＝600mm，滿足等面積法開孔補強計算的使用條件，故可以用等面積法進行開孔補強計算。（2）開孔補強所需補強面積．削弱系數(shù)fr和接管有效厚度δetfr＝/[σ]t＝113/170＝ δet=δnt－C， ==．開孔補強所需補強面積 A ＝d＋2δδet (1－fr) ＝＋2(1－) ＝2689mm2式中：δ為筒體的計算厚度（3）有效補強范圍 ．有效寬度B=2d＝2＝931mm B=d＋2δn＋2δnt=＋210＋210=取兩者的最大值B＝933mm．有效高度h1：外側有效高度：h1＝接管實際外伸高度為h1＝200mm，取兩者的最小值，h1＝。內(nèi)側高度h2：接管實際內(nèi)伸高度為零，故取h2＝0。內(nèi)側有效高度：h2＝取兩者的最小值，故取h2＝0。（4）有效補強面積．殼體多余金屬面積A1＝(B－d)(δe－δ) －2(δnt－C)[δe－δ)(1－fr) ＝(931－) (－) －2 ( )(1 )＝817 mm2式中：δe為筒體的計算厚度．接管多余金屬面積A2 接管計算厚度δtδt=Mpa接管多余金屬面積A2A2 ＝2h1(δet－δt) fr +2h2(δet－C2) fr＝2(－)= mm2．補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積補強圈與筒體，補強圈與接管的焊縫腰高均取8mm。 A3＝288＝64 mm2．有效補強面積Ae=A1＋A2＋A3=817＋＋64= ＜mm2A=2689 mm2所以需要另行補強。．補強圈補強面積 A4＝A－Ae＝2689－＝ mm2 (2)補強圈選用查補強圈標準HG21506—92，選用補強圈45010—D—16MnR JB/T4736，補強圈外徑D＝760mm，補強圈內(nèi)徑d＝484mm，因為B=931 mm2＞D＝760mm，在補強圈的有效補強范圍之內(nèi)。所以補強圈的厚度為：考慮鋼板負偏差，并經(jīng)圓整和與殼體的焊接質(zhì)量問題，取補強圈的名義厚度等于筒體的名義厚度，即=δn=10mm。3 液氨儲罐的經(jīng)濟性分析由前面的結構設計的尺寸數(shù)據(jù)和選材，結合相關的資料，我們要對液氨儲罐的制造和安裝的總成本價格進行估計，再和儲罐的市場價格進行比較，做出設計調(diào)整，進行簡單的經(jīng)濟性評價。查閱《常用壓力容器手冊》可知，容器制作安裝的工程總費用，包括以下幾方面的費用：容器設備的制作費、容器設備的安裝費用、水壓試驗費用、附件和其它費用。其中容器設備的制作費、容器設備的安裝費用包括人工費、材料費、機械費。（1）容器的制作費①筒體和封頭的制作費查手冊可知，當容器采用雙橢圓形封頭，體積V＜5 m3時，、。由容器的結構設計，筒體和封頭的總質(zhì)量： m＝m1＋m2 =603＋2＝860 kg故筒體和封頭的制作費：S1＝860=②鞍座的制作費由于單個鞍座的質(zhì)量為m3＝52kg ，50kg＜m3＜100 kg，故雙鞍座的制作費： S2＝252=③接管的制作費 當接管直徑DN=25mm時，