【正文】 核 圓筒中間截面上的軸向應(yīng)力 計(jì)算 截面最高點(diǎn)（壓應(yīng)力） σ1=eieic RMRP δπδ2 21_ （ 35） 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 = ????? ? = MPa 截面最低點(diǎn)（拉應(yīng)力） σ2=eieic RMRP δπδ2 21+ = MPa （ 36） 由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計(jì)算并校核 鞍座平面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力，按下式計(jì)算： 1 當(dāng)圓筒在鞍座平面上或靠近鞍座處有加強(qiáng)圈或被封頭加強(qiáng)（即/2aAR? ）時(shí)，軸向應(yīng)力 3? 位于橫截面最高點(diǎn)處 . 取鞍座包角 120?? ，查資料得 ， , ??.則：鞍座橫截面最高點(diǎn)軸向應(yīng)力（拉應(yīng)力） σ3=eieic Rk MRP δπδ2 212_ = 3 1 . 9 63162 ????? ? （ 37） = 2 在橫截面最低點(diǎn)處的軸向應(yīng)力 4? 鞍座很截面最低點(diǎn)處軸向應(yīng)力（壓應(yīng)力） σ4=eieic Rk MRP δπδ2 222+ = ?????? ? （ 38） = MPa 圓筒軸向應(yīng)力校核 A=161150 ?eiR ?=103 （ 39） 查《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》得 10E??,則 B=32 EA= 32 2105103= （ 310） 壓應(yīng)力不應(yīng)超過 [σ]tcr=min（ [σ]t， B） =min（ ） = MPa 在操作工況條件下，軸向拉應(yīng)力不得超過材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 υ[σ]t，壓應(yīng)力不應(yīng)超過軸向許用臨界應(yīng)力 [σ]cr 和材料的 [σ]t。公稱直徑 DN=80mm。 安全閥的設(shè)計(jì) 由操作壓力 P=，工作溫度為 20~48℃ ，盛放介質(zhì)為液化石油氣體。 其他附件的設(shè)計(jì) 液面計(jì)的設(shè)計(jì) 儲(chǔ)罐總高 H=h+D=40+2300=2340＜ 3000m，容器盛裝液化石油氣，物料沒有結(jié)晶等易堵塞固體，所以選用玻璃管式液面計(jì)。 綜上述： A=570 mm （ A 為封頭切線至封頭焊縫間距離， L 為筒體和兩封頭直邊段的總長） 人孔補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì) 圖 28 補(bǔ)強(qiáng)圈 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 查《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊》，人孔接管直徑為 500mm，選取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 840mm，內(nèi)徑 510mm，補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為 16mm,質(zhì)量 。 因此， JB 4731 還規(guī)定當(dāng)滿足 A≤ 時(shí)，最好使 A≤ m（ Rm=Ri+δn/2），即 Rm=1150+18/2=1159mm 。 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)于圓筒的抗彎剛度具有局部的加強(qiáng)作用。查 JB 表 3 得鞍座尺寸如下： 表 27 鞍座支座結(jié)構(gòu)尺寸 公稱直徑 DN 2300 腹板 δ2 10 墊板 b4 500 允許載荷 Q/kN 410 筋板 l3 255 δ4 10 鞍座高度 h 250 b2 208 e 100 底板 l1 1660 b3 290 螺栓間距 l2 1460 b1 240 δ3 8 螺孔 /孔長 D/l 24/40 δ1 14 弧長 2680 重量 kg 215 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 鞍座的安裝位置 因?yàn)楫?dāng)外伸長度 A= 時(shí)，雙支座跨距中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩絕對(duì)值相等，從而使上述兩截面上保持等強(qiáng)度，考慮到支座截面處除彎矩以外的其他載荷，面且支座截面處應(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 A 不超過 值，為此中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn) JB 4731 《鋼制臥式容器》規(guī)定 A≤=（ L+2h），A 最大不超過 大。選取輕型，焊制 A，包角為 120176。 估算鞍座的負(fù)荷：計(jì)算儲(chǔ)罐總重量 m=m1+2m2+m3+m4 （ 29） 其中： m1 為筒體質(zhì)量：對(duì)于 16MnR 普通碳素鋼，取 ρ=103kg/m3 L=πDLδρ= = （ 28） m2 為單個(gè)封頭的質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn) JB/T 47462020 《鋼制壓力容器用封頭》中橢圓形封頭質(zhì)量，可知 m2= m3 為充液質(zhì)量： ρ 液化石油氣 ρ 水 故 m3（ ma x） =ρ 水 V=1000V== kg （ 210） m4 為附件質(zhì)量：選取人孔后，查得人孔質(zhì)量為 331 kg，其他接管質(zhì)量總和估為 400 kg。選擇螺栓材料為 Q345。得對(duì)應(yīng)墊片尺寸如表： 圖 25 凹凸面型墊片 表 25 墊片尺寸 符號(hào) 管口名稱 公稱直徑DN(mm) 內(nèi)徑 D1(mm) 外徑 D2(mm) 厚度 δ(mm) a 液位計(jì)口 32 82 3 b 放氣管 80 120 142 3 c 人孔 500 530 575 3 d 安全閥 80 120 142 3 e 排污口 80 120 142 3 f 液相出口 80 120 142 3 g 液相回流管 80 120 142 3 h 液相進(jìn)口 80 120 142 3 i 氣相管口 20 61 3 j 壓力表 20 61 3 k 溫度計(jì) 20 61 3 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 螺栓（螺柱）的選擇 根據(jù)密封所需壓緊力大小計(jì)算螺栓載荷，選擇合適的螺柱材料。金屬材料為純鋁板 L3，標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T 3880，最高工作溫度 200℃ ，最大硬度 40HB。根據(jù)各接管公稱通徑，查得各法蘭的尺寸 如下： 圖 23 帶頸平焊鋼制管法蘭 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 表 23 法蘭尺寸 序號(hào) 名稱 公稱通徑DN 鋼管外徑 B 連接尺寸 法蘭厚度C 法蘭高度H 法蘭頸 法內(nèi)蘭徑B1 坡口寬度b 法蘭理論質(zhì)量 Kg 法蘭 外徑 D D 螺栓孔中心圓直徑 K 螺栓孔直徑 L 螺栓孔數(shù)量 n 螺栓通徑 a 液位計(jì)口 32 38 140 100 18 8 M16 18 30 60 39 5 b 放氣管 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 d 安全閥口 80 89 200 160 18 8 M16 4 40 118 91 6 e 排污口 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 f 液相出口 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 g 液相回流管 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 h 液相進(jìn)口 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 i 氣相管 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 j 壓力表口 20 25 105 75 14 4 M12 16 26 45 26 4 k 溫度計(jì)口 20 25 105 75 14 4 M12 16 26 45 26 4 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 24 筒體整體、接管、人孔分布圖 接管外徑的選用以 B 國內(nèi)沿用系列（公制管）為準(zhǔn)，對(duì)于公稱壓力≤PN≤25MPa 的接管，查《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊》普通無縫鋼管，選材料為 16MnR。 根 據(jù)設(shè)計(jì)壓力 PN=，查 HG/T 2059297《鋼制管法蘭》，選用 帶頸平焊法蘭（ SO），由介質(zhì)特性和使用工況，查密封面型式的選用。其明細(xì)尺寸見下表： 圖 22 回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 表 22 人孔尺寸表 密封面形式 公稱壓力 公稱直徑 d S d D D1 H1 H2 b b1 b2 A B L d0 螺柱數(shù)量 螺母數(shù)量 螺柱尺寸 總質(zhì)量 凹凸面 Mpa 500 530 12 500 730 660 270 134 48 54 55 405 200 300 30 20 40 M36 180 331 通用件的選用 接管和法蘭 液化石油氣儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置排污口，氣相平衡口，氣相口，出液口，進(jìn)液口，人孔，液位計(jì)口，溫度計(jì)口，壓力表口，安全閥口，排空口。 由使用地為太原市室外， 確定人孔的公稱直徑 DN=500mm，以方便工作人員的進(jìn)入檢修。 筒體設(shè)計(jì) 查 GB1501998，為了有效的提高筒體的剛性，一般取 L/D=3~6，為方便設(shè)計(jì)，此處取 L/D=4 （ 26） Π d2L/4=38 （ 27） 得： D==2296mm 圓整得 D=2300mm 封頭設(shè)計(jì) 查標(biāo)準(zhǔn) JB/T47462020《鋼制壓力容器用封頭》中表 EHA 橢圓形封頭 內(nèi)表面積、容積得： 表 21 EHA 橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積 公稱直徑 DN /mm 總深度 H /mm 內(nèi)表面積 A/ 2m 容積 V封 / 3m 2300 615 圖 21 橢圓形封頭 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 由 2V封 + 2D? L/4=38 得 L=8303mm 圓整得 L=8400mm 則 L/D= 符合要求 . 則 V計(jì) =2 V封 + 2D? L/4= m3 35m3 且比較接近，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。 δn=δ+C1+C2=+2+0= mm （ 25） 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圓整后取名義厚度為 δn=18mm 跟筒體一樣，選擇厚度為 18mm 的16MnR 材料合適。 封頭壁厚的設(shè)計(jì) 為了得到良好的焊接工藝，封頭材料的選擇同筒體設(shè)計(jì)，同樣采用16MnR。而當(dāng)鋼材的厚度負(fù)偏差不大于 ，且不超過名義厚度的 6%時(shí)，負(fù)偏差可以忽略不計(jì)，故取 C1=0。根據(jù) GB150，初選厚度為 6~25mm，最低沖擊試驗(yàn)溫度為 20℃ ，熱軋?zhí)幚?。根?jù) GB1501998 表 41，選用筒體材料為低合金鋼 16MnR（鋼材標(biāo)準(zhǔn)為 GB6654） [σ]t=170MPa。選擇螺栓材料為 Q345。 地腳螺栓的材料選擇 根據(jù)密封所需壓緊力大小計(jì)算螺栓載荷，選擇合適的螺柱材料。Vρt=38580=19836t （ 12） 主要元件材料的選擇 筒體材料的選擇 選用筒體材料為 16MnR(鋼材標(biāo)準(zhǔn)： GB 6654）。所以有 Pc==。 根據(jù)道爾頓分壓定律，我 們不難計(jì)算出各種溫度下液化石油氣中各種成分的飽和蒸氣分壓，如下表 : 表 13 各種成分在相應(yīng)溫度下的飽和蒸氣分壓 溫度 /℃ 飽和蒸氣分壓 /MPa 異辛烷 乙烷 丙烷 異丁烷 正丁烷 異戍烷 正戍烷 乙 烯 25 0 0 20 0 0 0 0 0 20 0 0 50 0 0 有上述分壓可計(jì)算再設(shè)計(jì)溫度 t=50℃ 時(shí)，總的高和蒸汽壓力 ： P=ini ipy∑81=