【正文】 ..... 33 設(shè)備附件組焊 ........................................................................................................... 33 完工總檢 ................................................................................................................... 33 壓力試驗 ................................................................................................................... 33 結(jié)論 .......................................................................................................................................... 35 致謝 .......................................................................................................................................... 36 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 37 附 錄 ...........................................................................................................................................38 1 1 緒論 壓力容器是一種密閉的承壓容器，通常是由板、殼組合而成的焊接結(jié)構(gòu)。其應(yīng)用廣泛且用量大，但又比較容易發(fā)生事故且事故往往是嚴(yán)重的。 與任何工程設(shè)計一樣，壓力容器的設(shè)計目標(biāo) 也是對新的或改進(jìn)的工程系統(tǒng)和裝置進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，以滿足人們的愿望與需要。 本儲罐是石油工業(yè)中必不可少的分離容器，所以本設(shè)計過程的內(nèi)容包括容器的材質(zhì)的選取、容器筒體結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的設(shè)計，密封的設(shè)計、罐體及封頭的強(qiáng)度設(shè)計、確定支座，人孔及接管、開孔補(bǔ)強(qiáng)的情況以及焊接形式的設(shè)計與選取。 設(shè)備的 選擇大都有相應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時可以直接選用符合設(shè)計條件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備零部件，也有一些設(shè)備沒有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，則選擇合適的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。 此次設(shè)計主要原理來自《過程設(shè)備設(shè)計》一書以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范 [2]。 原油經(jīng)過電脫鹽后 的顏色是由石油中含有的其它物質(zhì)所形成的。原油 粘度變化較大，一般在 1－ 之間，粘度大的原油俗稱稠油，稠油由于流動性差而開發(fā)難度增大。原油的凝固點大約在 50℃－ 35℃之間。原油很難溶于水中，但卻能溶于普通的有機(jī)溶劑，如苯、氯仿、酒精、乙醚、四氯化碳等。 設(shè)計一臺具體的化工設(shè)備或容器，必須全面考慮設(shè)計 對象的工況條件，使其有： 1. 總體結(jié)構(gòu)合理、符合工藝要求，高效、可靠、經(jīng)濟(jì)； 2. 保證受壓元件強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，密封良好，使用期內(nèi)具有安全壽命； 3. 力求制造、運輸、安裝、維修簡便，易于實現(xiàn)質(zhì)量監(jiān)檢與控制； 4. 符合國家設(shè)計規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，符合勞動部門法規(guī)。通過計算，常會對結(jié)構(gòu)加以修改，使之更加合理。 2. 編寫技術(shù)文件 1) 計算書 2) 設(shè)計說明書 內(nèi)容應(yīng)包含技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，并表明技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)生產(chǎn)能力與消耗系數(shù)；材料消耗與生產(chǎn)；維護(hù)管理費用 3) 設(shè)計圖紙 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計一個容積為 。 6 物料名稱 油水 7 裝量系數(shù) 3 2 設(shè)計選材及結(jié) 構(gòu) 材料選擇 根據(jù)初頂油的物性選擇罐體材料，碳鋼對初頂油有良好的耐蝕性，腐蝕率在 ㎜ /年以下，儲罐可選用一般鋼材， 根據(jù)儲罐的工作壓力、工作溫度和介質(zhì)的性質(zhì)可知該設(shè)備為一低壓設(shè)備 ， 介質(zhì)對碳鋼的腐蝕作用很小。 Q235 的特點是，塑性好，適合于制作各種型材，如板材、角鋼、槽鋼、工字鋼等；同時它的焊接性能優(yōu)良，適合于制造各種焊接結(jié)構(gòu)。 筒體及封頭的選擇 壓力容器封頭的種類較多，分為凸形封頭、錐殼、變徑段、平蓋及緊縮口等，其中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和球冠形封頭。常見容器凸形封頭形式如下圖示 [1]。但缺點是深度大，沖壓較為困難；橢圓封頭深度比半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。從鋼材耗用量來看， 球形封頭用材最少，比橢圓形封頭節(jié)約，平板封頭用材最多。筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計為圓筒形。 4 3 設(shè)計計算 確定罐體的工藝尺寸 根據(jù)工藝要求，初頂油儲罐可設(shè)計罐身為圓筒形，兩端均用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的臥式容器 [5]。 表 31 筒體用鋼板卷制時，容器的公稱直徑表 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2021 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2800 3000 3200 3400 3500 3600 3800 4000 4200 4400 4500 4600 4800 5000 5200 5400 5500 5600 5800 6000 —— 由于容器設(shè)計壓力為 ,容積 50 立方米，根據(jù) HG315419857臥式橢圓形封頭儲罐系列，得： 初選筒體內(nèi)徑 Di=2800 ㎜，設(shè)罐身的長度為 L，則： 設(shè) L=7200 ㎜ 對容積的核算 [11]： 筒體體積 V1： V1= 232. 8 3. 14 4 7. 2 44 .3 1 m? ? ? ? 封頭體積 V2：經(jīng)查表得到 V2= 3m 總體積 V ： 3122 44 .3 1 2 3. 12 50 .5 5mV V V? ? ? ? ? ?＞ 3=50sVm 式中 sV — 設(shè)計容積， m179。 設(shè)計主要技術(shù)參數(shù)的確定 壓力容器設(shè)計技術(shù)參數(shù)主要有設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、厚度及其附加量、焊接接頭系數(shù)和許用應(yīng)力等。而最高工作壓力系指容器頂部在正常工作過程中可能 產(chǎn)生的最高表壓。 當(dāng)內(nèi)壓容器上裝有安全泄放裝置時，其設(shè)計壓力應(yīng)根據(jù)不同形式的安全泄放裝置確定。 對于盛裝氣液共存的容器，由于容器內(nèi)介質(zhì)壓力為氣體的飽和蒸汽壓，在規(guī)定的裝量系數(shù)范圍內(nèi)，與體積無關(guān)，僅取決于溫度的變化，故設(shè)計壓力與周圍的大氣環(huán)境溫度密切相關(guān)。 計算壓力是指在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定元件最危險截面厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于 5%設(shè)計壓力時，可忽略不計。 設(shè)計溫度 設(shè)計溫度也為壓力容器的設(shè)計載荷條件之一，它是指容器在正常情況下，設(shè)定元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。 GB150 規(guī)定設(shè)計溫度等于或等于 20℃的容器屬于低溫容器。 設(shè)計溫度與設(shè)計壓力存在對應(yīng)關(guān)系。 可參閱文獻(xiàn) [1]114 頁。 厚度及厚度附加量 由公式所給出的厚度為計算厚度，并未包括厚度附加量。加工減薄量一般根據(jù)具體制造工藝和板材的實際厚度由制造廠而并非由設(shè)計人員確定。 計算厚度（ δ ）是按有關(guān)公式采用計算壓力得到的厚度。 設(shè)計厚度（ δ d）系計算厚度與腐蝕裕量之和。 有效厚度（ δ e）為名義厚度減去腐蝕裕量和鋼材負(fù)偏差。一般情況下，只要成形后厚度大于設(shè)計厚度就可滿足強(qiáng)度要求。 圖 31 各種厚度間的關(guān)系 鋼板或鋼管厚度負(fù)偏差 C1 應(yīng)按相應(yīng)鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定選取。由于 GB6654《壓力容器用鋼板》和 GB3531《低溫壓力容器用低合金鋼鋼板》規(guī)定壓力容器專用鋼板的厚度負(fù)偏差不大于 ㎜ ，一次使 用該標(biāo)準(zhǔn)中鋼板厚度超過 5 ㎜ 時（如 20R、 16MnR 和 16MnDR 等），可取 1C =0；常用鋼板（如 20g 、 Q235A 以及 0Cr18Ni9 等）的厚度負(fù)偏差見表 32。與腐蝕介質(zhì)直接接觸的筒體、封頭、接管等受壓元件，均應(yīng)考慮材料的腐蝕裕量。在無特殊腐蝕情況下，對于碳素鋼和 低合金鋼， 2C 不小于 1 ㎜； 對于不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)的腐蝕性極微時，可取 2C =0。本設(shè)計取 120 .8 , 2C m m C m m??，可參閱文獻(xiàn) [1]115~116 頁。為彌補(bǔ)焊縫對容器整體強(qiáng)度的削弱，在強(qiáng)度計算中需引入焊接接頭系數(shù)。 可參閱文獻(xiàn) [1]116 頁。中國鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù)可按表 33 選取。 許 用應(yīng)力 許用應(yīng)力是容器殼體、封頭等受壓元件的材料許用強(qiáng)度，取材料強(qiáng)度失效判據(jù)的極限值與相應(yīng)的材料設(shè)計系數(shù)（又稱安全系數(shù)）之比。 作為壓力容器受壓元件設(shè)計時的許用應(yīng)力，即按下式取值 ? ? m in tb s sb s sn n n? ? ?? ??? ????， ， 也就是說在設(shè)計受壓元件時，以抗拉強(qiáng)度和屈服點同時來控制許用應(yīng)力?？蓞㈤單墨I(xiàn) [1]116~117 頁。儲罐在夏季最高溫度可達(dá)到 55℃。 設(shè)計壓力 M Pa? ? ? 故取設(shè)計壓力 MPa? 由于 5% M Pa? ? ? 液柱靜壓力 280 0 25 5%lp gh M P a p?? ? ? ? ? ? 所以 + = M Pa? 在設(shè)計溫度 60 ℃ ,估計筒體的厚度在 6~16 ㎜范圍內(nèi)， 為安全取許用應(yīng)力??t? =115MPa， 焊接接頭采用 V坡口雙面焊接 ， 采用 局部無 損檢測 ， 其焊接接頭系數(shù)由焊接接頭系數(shù)表查得 ? =[1] [3]。 在《鋼制壓力容器》中，取 1 mm? ，平面腐裕量取 2 2C mm? 。 根據(jù)鋼板厚度規(guī)格，圓整后取名義厚度 ? n，確定選用 8n mm? ? 的 Q235B 鋼板。 現(xiàn)已知圓筒尺寸 iD 、 n? ， 需對圓筒進(jìn)行強(qiáng)度校核，其應(yīng)力強(qiáng)度判別按下式進(jìn)行 。 滿足強(qiáng)度條件 。 滿足條件 。筒體尺寸表如表所示 ： 表 36 筒體尺寸表 公稱直徑 iD 一米高的容積 V（ 3m ） 一米高的內(nèi)表面積 BF (㎡ ) 名義厚度 n? （㎜） 一米高筒節(jié)鋼板質(zhì)量（㎏） 2800 8 909 10 封頭壁厚設(shè)計 采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同。 橢圓形封頭的最大允許工作壓力按下式確定 ? ? ? ? ? ? ? ?2 2 8 2 . 8 1 1 5 0 . 8 5 0 . 3 6 3 0 . 2 50 . 5 1 . 0 2 8 0 0 0 . 5 8 2 . 8tewiep M P a M P aD? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? (35) 所以封頭也符合設(shè)計條件。 表 37 封頭尺寸表 公稱直徑 gD 曲面高度 1h 直邊高度 2h 容積 V（ 3m ） 內(nèi)表面積F (㎡ ) 名義厚度n? （㎜） 質(zhì)量（㎏） 2800 700 40 12 水壓試驗及強(qiáng)度校核 根據(jù)公式，試驗壓力 ? ?? ?tT pp ???? (36) 式中 Tp —— 試驗壓力， MPa； ?—— 耐壓試驗壓力系數(shù)，一般取 =? ； p —— 設(shè)計壓力， MPa； ??? —— 材料許用應(yīng)力，當(dāng)容器各元件（筒體、封頭、接管、法蘭及緊固件等）所用材料不同時，應(yīng)取各元件材料許用應(yīng)力比 ? ? ? ?/ t??的最小值； ??t? —— 設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力， MPa。 12 4 附件的選擇 人孔的選擇 壓力容器人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件。一般人孔有兩個手柄。 人孔的類型很多，從是否承壓來看有常壓人孔和承壓人孔。從人孔蓋的開啟方式及開啟后人孔蓋的所處位置看，人 孔又可分為回轉(zhuǎn)蓋人孔、垂直吊蓋人孔和水平吊蓋人孔三種。常見的人孔形狀有圓形和橢圓形兩種，為使操作人員在能夠自由出入，圓形人孔的直徑至少應(yīng)為 400 ㎜，橢圓形人孔的尺寸一般為 350 ㎜ ? 450 ㎜ [1] [7]。 根據(jù)儲罐的工作溫度及最高工作壓力為 ,人孔的標(biāo)準(zhǔn)按公稱壓力為 等級選取，查標(biāo)準(zhǔn)選回轉(zhuǎn)蓋板式平焊法蘭人孔 (HG/T 215162021)，人孔筒節(jié)軸線垂直安裝。法