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卧式储罐设计书
卧式储罐设计
一、绪论
设计任务：
针对化工厂中的二甲醚储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图，并便携设计说明书。
设计思想
本设计的液料为二甲醚，二甲醚又称甲醚，简称DME，甲醚在常压下是一种无色气体或紧缩液体，具有轻微醚香味。
相对密度（20℃）
，熔点℃，沸点℃
，室温下蒸气压约为，与石油液化气（LPG）相似。
溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多种有机溶剂。
易燃，在燃烧时火焰略带光亮，燃烧热（气态）为1455kJ/mol。
常温下DME具有惰性，不易自动氧化，无侵蚀、无致癌性，但在辐射或加热条件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。
设计特点
容器的设计一样由筒体,封头，法兰，支座，接管等组成。
常，低压化工设备通用零部件多数有标准，设计师可直接选用。
本设计书要紧介绍了液罐的筒体，封头的设计计算，低压通用零部件的选用。
各项设计参数都正确参考了行业利用标准或国家利用标准，如此让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理的进行设计。
二、设计总论
设计任务
表2-1设计数据表
序号
项目
数值
单位
备注
1
名称
卧式二甲醚储罐
2
用途
二甲醚储藏
3
最高工作压力
MPa
4
最高工作温度
50
℃
5
全容积
6
装料系数
7
工作介质名称
二甲醚
材料及结构的选择与论证
材料及结构的选择
二甲醚侵蚀性小,贮罐可选用一样钢材,但由于压力较大,能够考虑Q245R、Q345R这两种钢种。
若是纯粹从技术角度看，建议选用Q245R类的低碳钢板，Q345R钢板的价钱虽比Q245R贵，但在制造费用方面，一样重量设备的计价，Q345R钢板为比较经济。
因此在此选择Q345R钢板作为制造筒体和封头材料。
筒体结构设计为圆筒形。
封头的选择
压力容器封头的种类较多，常见容器凸形封头形式如图2-1示。
图2-1常见容器凸形封头的形式
从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。
但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。
平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要碰到很多困难。
从钢材耗用量来年：
球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。
因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采纳椭圆形封头最为合理。
容器支座的选择
容器支座有鞍座,圈座和支腿三种,用来支撑容器的重量。
鞍式支座是应用最普遍的一种卧式支座。
从应力分析看，经受一样载且具有一样截面几何形状和尺寸的梁采纳多个支承比采纳两个支承优越，因为多支承在粱内产生的应力较小。
因此，从理论上说卧式容器的支座数量越多越好。
但在是事实上卧式容器应尽可能设计成双支座.
圈座一样关于大直径薄壁容器和真空操作的容器。
腿式支座简称支腿，因这种支座在与容器壳壁连接处会造成严峻的局部应力，故只适合用于小型设备。
综上考虑在此选择双个鞍式支座作为储罐的支座。
图2-2鞍式支座整体图
三、主体设计计算
确信罐体的内径及长度
已知要求设计的储罐的容积为
，选用储罐形式为卧式储罐，依照体会公式计算卧式储罐的直径和筒长，取长径比
，筒体的直径和筒长可由式（3-1）计算
依照《化工设备标准手册》标准GB9019-2001，试选用筒体内经Di=1600mm，罐身的长度L=8000mm。
对容积的核算：
筒体体积V1：
V1=³
封头体积V2：
经查表取得V2=³
整体积：
V=V1+2V2=³＞16m³
因此取筒体：
Di=1600mmL=8000mm
筒体厚度设计
确信参数
工作压力
设计压力
液柱静压力
由于
，故不计液柱静压力，
因此计算压力
为
，假设厚度为
，由《钢板许用应力表》可得
的
，
因为
的取值是依照焊接接头的形式，及无损检测的长度比例来确信的。
本次储罐的设计采纳双面对接接头和相当于双面对接焊的全焊透对接接头，100%无损检测，因此
。
计算壁厚
因此
式中
—筒体计算厚度，mm；
—计算压力,通常可取最高工作压力的倍，MPa；
—许用应力，MPa；
—焊缝接头系数；
—筒体内径，㎜。
在《钢制压力容器》中，只考虑钢板平面腐余量取C2=㎜。
式中
—设计厚度，㎜。
依照
，得
，
故
依照钢板厚度规格，圆整后确信名义厚度
。
复验
，故最后取
，
故该储罐用8mm厚Q345R钢板制作。
圆筒最大许诺工作压力
，
知足设计条件。
封头壁厚设计
封头壁厚设计
采纳标准椭圆形封头，各参数与筒体相同。
计算厚度
设计厚度
考虑钢板厚度规格，圆整后确信名义厚度
。
封头最大许诺工作压力
椭圆形封头的最大许诺工作压力按下式确信
因此封头也符合设计条件。
水压实验及强度校核
现已知圆筒
、
，需对圆筒进行强度校核。
校核如下：
式中
，
，Q345R钢板的屈服极限，
那么
而
，因此水压实验强度足够。
四、零部件选配及设计
人孔选择及补强计算
人孔选择
人孔的作用：
为了检查压力容器在利用进程中是不是产生裂纹、变形、侵蚀等缺点。
人孔的结构：
既有经受压力的筒节、端盖、法兰、密封垫片、紧固件等受压元件，也有安置与启闭端盖所需要的轴、销、耳、把手等非受压件。
人孔类型：
从是不是承压来看有常压人孔和承压人孔。
从人孔所用法兰类型来看，承压人孔有板式平焊法兰人孔、带颈平焊法兰人孔和带颈对焊法兰人孔，在人孔法兰与人孔盖之间的密封面，依照人孔承压的高低、介质的性质，能够采纳突面、凹凸面、榫槽面或环连接面。
从人孔盖的开启方式及开启后人孔盖的所处位置看，人孔又可分为回转盖人孔、垂直吊盖人孔和水平吊盖人孔三种。
人孔标准HG21524-95规定PN≥时只能用带颈平焊法兰人孔或带颈对焊法兰人孔。
容器上开设人孔规定当Di>1000时至少设一个人孔，压力容器上的开孔最好是圆形的，人孔公称直径最小尺寸为φ400㎜。
综合考虑选择水平吊盖带颈对焊法兰人孔（HG21524-95），公称压力、公称直径DN450、H1=320、RF型密封面、采纳Q345R材料、垫片采纳外环材料为低碳钢、金属带为0Cr19Ni九、非金属带为柔性石墨、C型缠绕垫。
标记为：
人孔RFⅥ（W·C-1220）总质量为256kg.法兰标准号为HGJ50～53-91,垫片标准号为HGJ69～72-91,法兰盖标准HGJ61～65-91材料为20R，螺柱螺母标准HGJ75-91螺柱材料40Cr螺母材料45，吊环转臂和材料Q235-A·F,垫圈标准为GB95-85材料100HV,螺母标准GB41-86，吊钩和环材料Q235-A·F，无缝钢管材料为20，支承板材料为Q345R。
件号
标准号
名称
数量
材料
尺寸/mm
1
筒节
1
Q345R
2
法兰
1
3
垫片
1
4
法兰盖
1
5
螺柱
20
6
螺母
40
7
吊环
1
8
转臂
1
9
垫圈20
1
10
螺母M20
2
11
吊钩
1
12
环
1
13
无缝钢管
1
14
支承板
1
Q345R
补强计算
开孔补强结构：
压力容器开孔补强经常使用的形式可分为补强圈补强、厚壁管补强、整体锻件补强三种。
补强圈补强是利用最为普遍的结构形式，它具有结构简单、制造方便、原材料易解决、平安、靠得住等优势。
在一样用途、条件不苛刻的条件下，可采纳补强圈补强形式。
但必需知足规定的条件。
压力容器开孔补强的计算方式有多种，为了计算方便，采纳等面积补强法，即壳体截面因开孔被减弱的承载面积，必需由补强材料予以等面积的补偿。
当补强材料与被减弱壳体的材料相同时，那么补强面积等于减弱的面积。
补强材料采纳Q345R。
依照JB/T4736-2002，确信补强圈内径D1=484mm，外径D2=760mm，补强圈厚度为20mm。
进出料接管的选择及管法兰选配
材料：
容器接管一样应采纳无缝钢管，因此液体进料口接管材料选择无缝钢管，采纳无缝钢管标准GB8163-87。
材料为16MnR。
结构：
接管伸进设备内切成45度，可幸免物料沿设备内壁流动，减少物料对壁的磨损与侵蚀。
接管的壁厚要求：
接管的壁厚除要考虑上述要求外，还需考虑焊接方式、焊接参数、加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。
一样情形下，管壁厚不宜小于壳体壁厚的一半，不然，应采纳厚壁管或整体锻件，以保证接管与壳体相焊部份厚度的匹配。
不需另行补强的条件：
当壳体上的开孔知足下述全数要求时（GB150），可不另行补强。
进料管
书P322
出料管
书P322
排污管
书P322
液面计接管
书P322
放空管
书P322
6两相邻开孔中心的间距
管间的间距均由下述来设计并计算：
上部：
从罐的右边至左侧依次设置：
平安阀接管口，放空口，进料口，出料口，人孔，
平安阀接管口中心线距右封头
，
平安阀接管口中心线与放空口中心线间距:
取
放空口中心线与进料口中心线间距：
取
进料口中心线与出料口中心线的间距:
取
出料口中心线与人孔中心线的间距:
取
下部：
罐左侧设置排污管：
封头的左侧放两个液位计接口。
平安阀的选择
安装位置：
在离右封头切线处1150处安装一平安阀。
由操作压力决定平安阀的公称压力，由操作温度决定平安阀的利用温度范围，因此由本设计的温度、压力、介质等大体参数能够查得标准型号A21H-40,公称通径DN取20㎜，质量约为80㎏。
与平安阀和接管连接的法兰选择突面板式平焊管法兰HG20592-1997法兰RF（A），与壳体连接的接管为无缝钢管GB8163-87热轧钢管，尺寸为φ89×12㎜。
鞍座的选择
第一计算鞍座负荷
储罐总质量
式中
—罐体质量
—封头质量
—二甲醚质量
—附件质量
罐体质量
Di=1600mm，L=8000mm，
，
封头质量
查JB/T4746-2002，Di=1600mm，
，直边高度20mm的标准椭圆封头质量,
二甲醚质量
储罐容积
二甲醚密度
附件质量
人孔质量200kg,其他接管等质量总和按300kg记，
故
鞍座选择
储罐总质量
依照附录12，
五、容器焊缝标准
压力容器焊接结构设计要求
焊缝分散原那么；
幸免焊缝多条相交原那么；
对称质心布置原那么；
躲开应力复杂区或应力峰值去原那么；
对接钢板的等厚连接原那么；
接头设计的开敞性原那么；
焊接坡口的设计原那么（焊缝填充金属尽可能少；
幸免产生缺点；焊缝坡口对称；
有利于焊接防护；焊工操作方便；
复合钢板的坡口应有利于减少过渡层焊缝金属的稀释率）。
筒体与椭圆封头的焊接接头
压力容器受压部份的焊接接头分为A、B、C、D四类，查得封头与圆筒连接的环向接头采纳A类焊缝。
焊接方式：
采纳手工电弧焊，其原理是利用电弧热量融化焊条和母材，由融化的金属结晶凝固而形成接缝，焊接材料为碳钢、低合金钢、不锈钢，应用范围广，适用短小焊缝及全位置施焊，可适用在静止、冲击和振动载荷下工作的牢固密实的焊缝焊接，这种方式灵活方便，适应性强，设备简单，维修方便，生产率低，劳动强度高。
封头与圆筒等厚采纳对接焊接。
平行长度任取。
坡口形式为I型坡口。
依照16MnR的抗拉强度=490Mpa和屈服点=325Mpa选择E50系列（强度要求：
≥490Mpa；≥400Mpa）的焊条，型号为E5014.该型号的焊条是铁粉钛型药皮（药皮成份：
氧化钛30%，加铁粉），适用于全位置焊接，熔敷效率较高，脱渣性较好，焊缝表面滑腻，焊波整齐，角焊缝略凸，能焊接一样的碳钢结构。
管法兰与接管的焊接接头
管法兰与接管焊接接头形式和尺寸参照标准HG20605-97,依照公称通经选择坡口宽度
接管与壳体的焊接接头
所设的接管都是不带补强圈的插入式接管，接管插入壳体，接管与壳体间的焊接有全焊透和部份焊头两种，它们的焊接接头均属T形或角接接头。
选择HG20583-1998标准中代号为G2的接头形式，选择全焊透工艺，可用于交变载荷，低温及有较大温度梯度工况。
如附图中的局部放大图所示[4,5]。
参考文献
[1]赵军，张有忱等编.化工设备机械基础.第二版.北京：
化学工业出版社，
[2]《压力容器有效技术丛书》编写委员会编.压力容器设计知识.北京：
化学工业出版社，
[3]刘湘秋编.经常使用压力容器手册.北京：
机械工业出版社，
[4]董大勤编.化工设备机械基础.北京：
化学工业出版社，2003
[5]贺匡国.化工容器及设备简明设计手册，第二版.
[6]余国琮.化工机械工程手册，上卷.北京：
化学工业出版社
[7]郑晓梅编.化工制图.北京：
化学工业出版社，
[8]林大军编著.简明化工制图.北京：
化学工业出版社，
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