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范文一：压缩空气储罐

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压缩空气储罐设计

过程设备设计课程设计

目录绪

论 .................................................................................................... 3 第一章压缩空气的特

性 .......................................................................... 4 第二章设计参数的选

择 .......................................................................... 5 第三章容器的结构设

计 .......................................................................... 6 3.1 圆筒厚度的设

计 ................................................................................................... 6 3.2 封头厚度的计

算 ................................................................................................... 6 3.3 筒体和封头的结构设

计 ....................................................................................... 6 3.4 人孔的选

择 ........................................................................................................... 7 3.5 接管，法兰，垫片和螺栓（柱） ....................................................................... 9 3.6 鞍座选型和结构设

计 ..........................................................................................11 第四章开孔补强设

计 ........................................................................... 14 4.1 补强设计方法判

别 ............................................................................................. 13 4.2 有效补强范

围 ..................................................................................................... 13 4.3 有效补强面

积 ..................................................................................................... 14 4.4 补强面

积 ............................................................................................................. 14 第五章强度计

算 ..................................................................

............... 16 5.1 水压试验应力校

核 ............................................................................................. 15 5.2 圆筒轴向弯矩计

算 ............................................................................................. 15 5.3 圆筒轴向应力计算及校

核 ................................................................................. 16 5.4 切向剪应力的计算及校

核 ................................................................................. 17 5.5 圆筒周向应力的计算和校

核 ............................................................................. 20 5.6 鞍座应力计算及校

核 ......................................................................................... 22 5.7 地震引起的地脚螺栓应

力 ................................................................................. 24 第六章设计汇

总 ................................................................................. 25 参考文

献 ........................................................... 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1 绪论课程设计是一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养： 1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力； 2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力； 3. 迅速准确的进行工程计算的能力； 4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力本次设计为压缩空气储罐，在三周时间内内，通过相关数据及对国家标准的查找计算出合适的尺寸，设计出主体设备及相关配件，画出装备图零件图以及课程设计说明书。压缩空气储罐的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的的筒体、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使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。 2 第一章压缩空气的特性中文名称：压缩空气 English name： compressed air 主要成分：氮气、氧气等。外观与性状：无色无味沸点(℃)：－192℃（101.3 千帕）相对密度(水=1)： 0.9 健康危害：无环境危害：无燃烧危险：无危险特性：高压常温储存，高温剧烈震动易爆。特性总述：压缩空气，即被外力压缩的空气。它具有下列明显的特点：清晰透明，输送方便，没有特殊的有害性能，没有起火危险，不怕超负荷，能在许多不利环境下工作，空气在地面上到处都有，取之不尽。来源：大气中的空气常压为 0.1Mpa，经过空气压缩机加压后达到理

想的压力。作用或用途：压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源，其应用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、食品、医药、生化、国防、科研等行业和部门。 3 第二章设计参数的选择 1、设计题目：压缩空气储罐设计 2、最高工作压力：3.3 MPa 3、工作温度：<150 °="" c="" 4、工作介质：压缩空气="" 5、全容积：3="" m="" 3="" 6、设计压力：="" 3.75="" mpa="" 7、设计温度：150="" °="" c="" 8、公称直径：根据筒体全容积，粗定筒体公称直径为="" 1200mm。="" 9、焊接接头系数：0.85="" 10、主要元件材料的选择：="" 根据="" gb150-1998[1]表="" 4-1，选用筒体材料为="" 16mnr（钢材标准为="">

[2] 根据 JB/T4731 ,鞍座选用材料为 Q235-B，其许用应力错误！未找到引用源。; 错误！错误未找到引用源。地脚螺栓选用符合 GB/T 700 规定的 Q235，Q235 的许用应力错误！未找到引用源。错误！错误未找到引用源。 11、容器类别：第二类 4 第三章容器的结构设计 3.1 圆筒厚度的设计由于该容器储存压缩空气，所以该容器的焊缝都要采用全焊透结构，需要对该储罐进行 100%探伤，所以取焊缝系数为错误！未找到引用源。错误！。错误未找到引用源。假设圆筒的厚度在 6~16mm 范围内，查 GB150-1998 中表 4-1，可得：疲劳极限强度错误！未找到引用源。错误！，屈服极限强度错误！未找到引用源。错误！，错误未找到引用源。错误未找到引用源。 150 °C 错误！未找到引用源。下的许用应力为错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！，利用中径公错误未找到引用源。式 pDi 3.75 ×1200 δ= = mm =16.46 mm t 2υ σ p 2 ×0.85 ×163 3.75 [] （3-1）查标准 HG20580-1998[3]表 7-1 知，钢板厚度负偏差为 0.8mm，故取错误！未找错误！错误到引用源。。到引用源。设计任务说明书给定腐蚀裕量错误！未找到引用源。错误！。错误未找到引用源。则筒体的名义厚度错误！未找到引用源。错误！错误未找到引用源。圆整后取为错误！未找到引用源。错误！错误未找到引用源。 3.2 封头厚度的计算查标准 JB/T4746-2002[4]中表 1，得公称直径 DN = Di =1200 mm 选用标准椭圆形封头，长短轴比值为 2，根据[1]中椭圆形封头计算中式（7-1） pc Di 3.75 ×1200 δ= = =16.33mm t 2 σ υ 0.5 pc 2 ×163 ×0.85 0.5 ×3.75

[] (3-2) 同上，取错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！，错误错误未找到引用源。错误！未找到引用源。则封头的名义厚度为错误！未找到引用源。错误！错误未找到引用源。圆整后取为错误！未找到引用源。错误！错误未找到引用源。 3.3 筒体和封头的结构设计由封头长短轴之比为 2，即 Di =2 错误！未找到引用源。得， 2 hi Di 1200 = mm = 300 mm 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 4 4 查标准[4]中表 B.1 EHA 和 B.2 EHA 表椭圆形封头内表面积、容积，质量，见表 3-1 和图 3-1。 hi = 5 π Di L0 + 2V封 4 取装料系数为 0.9，则 π V = Di L0 + 2V封 0 .9 4 3 .0 π = ×1 .2 2 × L0 + 2 × 0 .2545 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。即 0 .9 4 算得错误！未找到引用源。错误！错误未找到引用源。圆整后取为错误！未找到引用源。错误！错误未找到引用源。表 3-1 封头尺寸表公称直径 DN 总深度 H 内表面积 A 容积 mm mm m2 m3 V = 1200 325 1.6552 0.2545 质量 Kg 234.7 图 3-1 椭圆形封头 3.4 人孔的选择根据 HG/T 21518-95，查表 3-3，选用凸面的法兰，其明细尺寸见表 3-2： 6 表 3-2 人孔尺寸表密封面型式凸面 D D1 H1 H2 495 b 775 670 290 140 62 b1 b2 A

B L 56 60 430 225 300 螺柱数量螺母数量螺柱尺寸 20 40 公称压力 PN 4.0 MPa 公称直径 DN dw × s d 500 单位：mm 总质量 kg 418 接管、法兰、垫片

和螺栓（ 3.5 接管、法兰、垫片和螺栓（柱） 3.5.1 接管和法兰该压缩空气储罐应设置物料入口、物料出口、温度计口、压力表口、安全阀口、液面计口、排污口和人孔。初步确定各口方位如图 3-2：图 3-2 各管口方位查 HG/T 20592-2009[6]中表 8.2 3-1 PN 带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。查[6]中附录 D 中表 D-3,得各法兰的质量。查[6]中表

3.2.2，法兰的密封面均 7 采用 RF（凸面密封）。将查得的各参数整理如表 3-4

3.5.2 垫片查 HG/T 20606-1997，得各管口的垫片尺寸如表 3-3：表 3-3 垫片尺寸表管口名称进料口出料口排污口人孔温度计口压力表口安全阀口排空口公称直径 50 50 50 500 20 20 25 25 27 27 34 34 61 61 71 71 内径 D1 61 61 61 外径 D2 107 107 107 注：包覆金属材料为纯铝板， 1：标准为 GB/T 3880，代号为 L3，最高工作温度 200 ° C 。 2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板有机材料，代号 NAS，最高工作温度 200 ° C 。 3：垫片厚度均为 1.5mm。 8 表 3-4 名称各管口法兰尺寸表法兰厚度 C N 20 20 20 75 75 75 6 6 6 法兰颈 R S 2.9 2.9 2.9 8 8 8 H1 法兰公称法兰外螺栓孔螺栓螺栓螺栓规格质量直径径 D 中心圆孔直孔数 Kg DN 直径 K 径 L 量 n （个） 144 144 144 418 50 50 50 500 20 20 25 25 105 105 115 115 75 75 85 85 14 14 14 14 4 4 4 4 M12 M12 M12 M12 165 165 165 125 125 125 18 18 18 4 4 4 M16 M16 M16 进料口出料口排污口人孔温度计口 60 压力表口 60 安全阀口 60 排空口 60 16 16 16 16 40 40 50 50 4 4 4 4 56 56 65 65 2 2 2 2 9 螺栓（螺柱） 3.5.3 螺栓（螺柱）的选择查 HG/T 20613-2009[8]中表 5.0.7-11 和附录中表 A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸如表 3-5：表 3-5 螺栓及垫片名称公称直径螺纹进料口出料口排污口人孔温度计口压力表口安全阀口排空口 50 50 50 500 20 20 25 25 M12 M12 M12 M12 75 75 75 75 13 13 17 17 24 24 30 30 2.5 2.5 2.5 2.5 M16 M16 M16 螺柱长 90 90 90 紧固件用平垫圈 d1 17 17 17 d2 30 30 30 mm H 3 3 3 3.6 鞍座选型和结构设计 3.6.1 鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用 Q235-B。估算鞍座的负荷：罐（3-3）总质量 m = m1 + 2 m 2 + m 3 + m 4 m1 —筒体质量： m1 = π DL 0 δρ = 3 .14 ×1 .2 × 2 .5 × 0 .018 × 7 .85 ×10 3 =1331 kg m 2 —单个封头的质量， m2 = 234 .7 kg m3 — 充液质量： ρ 水 > ρ 压缩空气，水压试验充满水，故取介质密度为 ρ 水 =1000 kg / m 3 ， m3 = ρ 水V V =V筒 + 2V封 = π 2 π Di L0 + 2V封 = ×1 .2 2 × 2.5 + 2 × 0 .2545 = 3.24 m 3 4 4 则 m3 = ρ 水V =1000 ×3.24 kg = 3240 kg m 4 —附件质量：人孔质量为 418kg ，其他接管总和为 672kg， m4 =1090 kg 即综上所述 m = m1 + 2 m 2 + m 3 + m 4 =1331 + 2 × 234.7 + 3240 +1090 = 6130.4 kg 则每个鞍座承受的质量为 3065.2 kg ，即为 30.65kN 。查 JB4712.1-2007 表 1，优先选择轻型支座。查[9]中表 2，得出鞍座尺寸如表 3-6：表 3-6 鞍座尺寸表公称直径 DN 1200 腹板

[9] δ2 6 b4 320 允许载荷 Q kN h 145 l3 200 垫板 δ4 e 6 鞍座高度 200 筋板 b2 140 55 l1 底板 b1 880 170 10 垫板 b3 200 6 1410 螺栓间距鞍座质量增 l2 Kg 720 56 7 δ3 弧长 δ1 加 Kg 100mm 增加的高度 3.6.2 鞍座的安装位置根据[2]中 6.1.1 规定，应尽量使支座中心到封头切线的距离 A 小于等于 0.5 Ra ，当无法满足 A 小于等于 0.5 Ra 时，A 值不宜大于 0.2L 。 R a 为圆筒的平均内径。 Ra = Di δ n 1200 20 + = + = 610 mm 2 2 2 2 hi ) = 2500 + 2 × (325 300 ) = 2550 mm L = L0 + 2 h = L0 + 2 ( H 即 A ≤0 .5

Ra = 0.5 ×610 = 305 mm 取 A = 0 . 3m 鞍座的安装位置如图 3-3 所示：图 3-3 鞍座安装位置第四章开孔补强设计根据[1]中式 8.3，知该储罐中只有人孔需要补强。 4.1 补强设计方法判别人孔开孔直径为 d = d i + 2 C 2 = 500 + 2 ×1 .5 = 503 mm d< di="" 1200="=" 600="" mm="" 且="" d="">< 520="" mm="" 2="" 2="" 故可采用等面积法进行补强计算="" 接管材料选用="" 16mnr，其许用应力="" σ="" t="170" mpa="" 根据="" gb150-1998="" 中式="" 8-1：="" a="d" δ="" +="" 2="" δδ="" et="" (1="" fr="" )="" []="" （4-1）="" 式中：="" 壳体开孔处的计算厚度="" δ="14" .92="" mm="" 接管的有效厚度="" δ="" et="δ" nt="" c="14" 1="" .5="12" .5="" mm="" 强度削弱系数="" f="" r="1" 所以="" a="d" δ="" +="" 2="" δδ="" et="" (1="" 4.2="" 有效补强范围="" 4.2.1="" 有效宽度="" b="" 按[1]中式="" 8-7，得：="" f="" r="" )="503" ×14="" .92="7504" .76="" mm="" 2="" b1="2" d="2" ×503="1006" mm="" b="" 2="d" +="" 2="" δ="" n="" +="" 2="" δ="" nt="503" +="" 2="" ×="" 20="" +="" 2="" ×14="567" mm="" b="max(" b1="" ,="" b2="" )="1006" mm="" （4-2）="" 4.2.2="" 4.2.2="" 外侧有效高度="" 根据[1]中式="" 8-8，得：="" h1="d" δ="" nt="503" ×14="83" .9="" mm="" h1="接管实际外伸高度" =="" h="" 1="290" mm="" h1="min(" h1="" ,="" h1="" )="83" .9="" mm="" '="" "="" "="">

4.2.3 内侧有效高度根据[1]中式 8-9，得： h2 = d δ nt = 503 ×14 = 83 .9 mm h2 = 接管实际内伸高度 = 0 " ' h2 = min( h2 , h2 ) = 0 ' " 4.3 有效补强面积根据[1]中式 8-10 至式 8-13，分别计算如下： Ae = A1 + A2 + A3 （4-3） A1 —筒体多余面积 A1 = ( B d )( δ e δ ) 2 δ et ( δ e δ )(1 f r ) = (1006 503 ) ×(16 .5 14 .92 ) = 794 .74 mm 2 A2 —接管多余面积 A2 = 2 h1 ( δ et δ t ) f r + 2 h2 ( δ et C 2 ) f r = 2 ×83 .9 × (12 .5 12 .5 ) ×1 + 0 = 0 A3 —焊缝金属截面积，焊脚去 8mm，则 1 A3 = ×8 2 × 2 = 64 mm 2 2 4.4 补强面积 Ae = A1 + A2 + A3 = 794 . 74 + 0 + 64 = 858 . 74 mm 2 因为 Ae < a="" ，所以开孔需另行补强="" 另行补强面积为="" a4="" ≥a="" ae="7504" .76="" 858="" .74="6646" .02="" mm="" 2="" 第五章="" 强度计算="" 5.1="" 水压试验应力校核="" 试验压力="" pt="1.25" p="1.25" ×3.75="4.69" mpa="" 圆筒的薄膜应力为="" σ="" t="PT" (="" di="" +δ="" e="" )="" 4.69="" ×(1200="" +16="" .5)="=172" .89="" mpa="" 2δ="" e="" 2="" ×16="" .5="" 0="" .9υσ="" s="0" .9="" ×0.85="" ×345="263" .9="" mpa="" 即="" 0="" .9="" υσ="" s=""> σ T ，所以水压试验合格 5.2 圆筒轴向弯矩计算圆筒的平均半径为 Ra = Di δ n 1200 20 + = + = 610 mm 2 2 2 2 鞍座反力为 F = mg 6130 .4 ×9.8 = = 30039 .0 N 2 2 5.2.1 圆筒中间截面上的轴向弯矩根据[2]中式 7-2，得： 2 ? 2 ( R a hi ) 1+ FL ? L2 ? M1 = 4 hi 4 ? 1+ ? 3 L ? = 8 .47 × 10 6 N ? mm ? ? 2 × ( 610 2 300 2 ) 1+ 4 A ? 30039 × 2550 ? 2150 2 ?= ×? 4 300 L ? 4 ? 1+ × ? ? 3 2550 ? ? ? 4 × 300 ? ? 2550 ? ? ? 5.2.2 鞍座平面上的轴向弯矩根据[2]中式 7-3，得： 2 2 ? hi A Ra + ? 1 2 AL L M 2 = FA ?1 4 hi ? 1+ ? 3L ? = 4 .86 × 10 6 N ? mm ? ? ? ? 1 ? = 30039 × 300 × ?1 ? ? ? ? ? ? 300 610 2 300 2 + 2550 2 × 300 × 2550 4 × 300 1+ 3 × 2550 ? ? ? ? ? ? 图 5-1（a）筒体受剪力图图 5-1（b）筒体受弯矩图圆筒轴向应力计算及校核 5.3 圆筒轴向应力计算及校核 5.3.1 圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力根据[2]中式 7-4 至式 7-7 计算最高点处： σ1 = p c Ra 2δ e M1 3 .75 ×10 6 × 610 = 2 2 ×16 .5 πRa δ e 8 .47 ×10 6 = 69 .03 MPa 3 .142 × 0 .610 2 ×16 .5 （5-1）最低点处： σ2 = pc Ra M1 3 .75 ×10 6 × 610 8 .47 ×10 6 + = + = 69 .59 MPa 2δ e πRa 2 δ e 2 ×16 .5 3 .142 × 0 .610 2 ×16 .5 （5-2）

5.3.2 由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力，按下式计算： a).当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强（即 A ≤ 时，轴向应力 σ 3 位于横截面最高点处. 取

鞍座包角 θ = 120o ，查表 7-1（JB/T4731-2005）得， K 1 = 1.0, K 2 = 1.0 . 则 σ3 = p c Ra 2δ e M2 3 .75 ×10 6 × 610 = 2 2 ×16 .5 πK 1 Ra δ e 4 .86 ×10 6 = 69 .57 MPa 3 .142 ×1 × 0 .610 2 ×16 .5 Ra 2 ） b).在横截面最低点处的轴向应力 σ 4 ： σ4 = pc Ra M2 3 .75 ×10 6 × 610 4 .86 ×10 6 + = + = 69 .07 MPa 2δ e πK 2 Ra 2 δ e 2 ×16 .5 3 .142 ×1 × 0 .610 2 ×16 .5 5.3.3 圆筒轴向应力校核 0 .094 0 .094 = = 0 .002543 Ri δ e 610 / 16 .5 A= （5-3）查图 4-8[10]得， E =1.86 ×10 5 ,则 2 2 B = EA = ×1.86 ×10 5 ×0..002543 = 315 .3MPa 3 3 [ ] =[ σ σ max 1 , σ2 , σ3 , σ4 ] max = 69 .59 MPa [ ]= B = 315 .3MPa σ 满足条件 [ ] [] σ > σ ac ac max 5.4 切向剪应力的计算及校核 5.4.1 圆筒切向剪应力的计算根据[2]中式 7-9 计算，查[2]中表 7-2，得： K 3 = 0.880 K 4 = 0.401 τ= （5-4） K3F 0.88 ×30039 = = 2.63 MPa Ra δ e 0.610 ×0.0165 圆筒被封头加强（ 5.4.2 圆筒被封头加强（ A ≤ Ra 2 ）时，其最大剪应力 τ h 根据[2]中式 7-10，计算得： τh = （5-5） K 4 F 0.401 ×30039 = =1.20 MPa Ra δ he 0.610 ×0.0165

5.4.3 切向剪应力的校核圆筒的切向剪应力不应超过设计温度下材料许用应力的 0.8 倍，即 τ ≤ 0.8 [σ ] 。封头的切向剪应力，应满足 τ h ≤ 1.25[σ ]t ? σ h t 而 τ = 2.63MPa < 0.8="" σ="0.8" ×170="136" mpa="" 故圆筒满足强度要求。="" 根据[2]中式="" 7-12="" di="" 1="" k="2+" 6="" 2="" hi="" 2="" []="" t="1" 1200="" ×2+="" 6="" 2="" ×="" 300="" 2="1" （5-6）="" σh="（5-7）" kp="" c="" di="" 1="" ×3.75="" ×1200="=136" .36="" mpa="" 2δ="" he="" 2="" ×16.5="" τ="" h="1" .20="" mpa=""><1 .25="" σ="" []="" t="" σ="" h="1" .25="" ×170="" 136="" .36="76" .14="" mpa="" 故封头满足强度要求="" 5.5="" 圆筒周向应力的计算和校核="" 根据鞍座尺寸表知：="" b4="320" mm="" b="" +1="" .56="" ra="" δ="" n="200" +1="" .56="" ×="" 610="" ×="" 6="294" .4="" mm="" 即="" b4=""> b +1 .56 Ra δ n ，所以此鞍座垫片作为加强用的鞍座。在横截面的最低点处： 5.5.1 在横截面的最低点处：根据[2]中式 7—18 σ5 = ( kK 5 F δ e +δ re b2 ) 其中 k = 0.1 （容器焊在支座上）（5-8）查[2]中表 7-3 知， K 5 = 0.76 则 σ5 = 0.1 ×0.76 ×30039 = 0.63MPa 20 +6 ×140 ( ) 5.5.2 在鞍座边角处由于 L Ra = 2550 = 4.18 < 8="" 610="" 根据[2]中式="" 7—20:="" σ6="F" 4="" δ="" e="" +δ="" re="" b2="" (="" )="" 12="" k="" 6="" fr="" a="" 2="" 2="" l="" δ="" e="" +δ="" re="" (="" )="" 查="" [2]="" 中="" 表="" 7-3="" 知="" ，="" k="" 6="0.013" 则="" 由="" 于="" a="" ra="0" .3="0.49">< 0.5="" 0.610="" σ6="30039" 12="" ×0.013="" ×30039="" ×610="5.63MPa" 4="" ×="" 20="" +6="" ×140="" 2550="" ×="" 20="" +6="" 2="" (="" )="" (="" )="" （5-9）="" 5.5.3="" 鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力="" 由于="" l="" ra="">< 8="" ，根据[2]中式="" 7—22="" σ6=' F 4δ eb2 12 K 6 FRa 30039 = 2 4 ×20 ×140 Lδ e 12 ×0.013 ×30039 ×610 = 5.48 MPa 2550 ×20 2 5.5.4 周向应力校核根据[2]中式 7.3.4.3 σ 5 = 0 .65 MPa < σ =170 MPa σ6 σ6 ' []="5" .63="" mpa=""><1 .25[]="1" .25="" ×170="212" .5="" mpa="" σ="5" .="" 48="" mpa="">< 1="" .="" 25="" []="1" .25="" ×170="212" .="" 5="" mpa="" σ="" t="" t="" t="" 故圆筒周向应力强度满足要求。="" 5.6="" 鞍座应力计算及校核="" 5.6.1="" 腹板水平分力及强度校核="" 根据[2]中表="" 7—7="" 鞍="" 座="" 包="" 角="" θ="120o" ，="" 查="" [2]="" 中="" 表="" 7="" —="" 5="" 得="" ：="" k="" 9="0.204" 。="" 则="" fs="K" 9="" f="0" .204="" ×30039="6128" n="" 垫板起加强作用，则：="" σ9="Fs" h="" s="" b0="" +="" br="" δ="" re="" 其中="" δ="" re="6" mm="" ,="" br="b2" =140="" mm="" ，="" ra="" 610="=" 203mm="" ，h="203" 6="197" mm="" 3="" 3="" 则="" h="" s="min" h="" ,="" ra="197" mm="" 3="" 则="" σ9="6128" =="" 3.03="" mpa="" 0.197="" ×0.006="" +0.14="" ×0.006="" 查[2]中表="" 5—1，得：="" [σ="" ]sa="147MPa" ，则="" 2="" σ="" 3="" []="98MPa" sa="" 由于="" σ="" 9="">< 2="" σ="" 3="" []="" ，所以其强度满足要求。="">

5.6.2 鞍座压缩应力及强度校核根据[2]中表 7—6，取 α 1 = 0.08 则 FEv =

α 1mg = 0 .08 × 6130 .4 ×9 .8 = 4806 .2 N ，钢底板对水泥基础的 f = 0.4 则 mgf = 6130 .4 ×9 .8 ×0 .4 = 24031 .1N > FEv 所以压应力应按[2]中式 7—29 计算： σ sa = （5-9）其中 F Asa FEv H 2Z r FEv H v Asa L 2 A ( ) H v = R +H = 1200 +197 = 697 mm ， 2 筋板面积腹板面积： A2 = (l1 A1 = b2 δ 3 =140 × 6 = 840 mm 2 50 )δ 2 = 880 ( 50 ×6 = 4980 mm 2 ) Asa = 6 A1 + A2 = 6 × 840 + 4980 = 10020mm 2 x= 880 l1 10 15 δ 3 l3 = 10 15 6 200 = 209mm 2 2 δ3 6 = 209 + = 212 mm 2 2 Z1 = x + Z 2 = Z 1 + l 3 = 212 + 200 = 412 mm 形心： yc = 6 A1 b2 +δ 2 2 6 ×840 × 140 +6 2 = = 36 .7 mm Asa 10020 ( ) ( ) yc = ' b2 +δ 2 2 2 yc = 140 +6 2 36 .7 = 36 .3mm bδ δ l 20 2 2 I y = 2 3 × 2 3 + A1 Z 1 + Z 2 + 2 1 12 12 ( ) ( ) 3 140 × 6 2 6 × 880 20 =2 ×3× +840 × 212 2 + 412 2 + 12 12 = 498367180 mm 4 b δ δ l 20 ' I z = 6 2 3 + A1 xy c + 2 1 + A2 y c 12 12 =6 × 3 3 ( ) ( ) 3 ( ) 140 3 × 6 6 3 880 20 +840 × 209 ×36 .3 + + 4980 ×36 .7 12 12 ( ) = 46667214 mm 4 腹板与筋板组合截面断面系数： max = Z max 170 b1 10 = 10 = 75 mm 2 2 l 880 = 1 10 = 10 = 430 mm 2 2 Z ry = Z rz = Iy Z max = 498367180 =1158993 .4 mm 3 430 Iz 46667214 = =108528 .4 mm 3 Z max 430 Z r = min Z ry , Z rz =108528 .4 mm 3 { } 代入公式 σ sa = ? F H FEv H v F ? Ev ? 得 Asa 2Z r Asa (L ? 2 A) FEv H 2Z r FEv H v 30039 = Asa L 2 A 10020 σ sa = F Asa ( ) 4806.2 ×197 2 ×108528.4 4806.2 ×697 10020 × 2550 2 ×300 ( ) = 7.531MPa σ sa = t F Asa FfH 30039 = Zr 10020 30039 ×0.4 ×197 = 24 .807 MPa 108528 .4 取 K 0 = 1 .2 则 K 0 [σ ]sa = 1.2 × 147 = 176.4 MPa 根据[2]中式 7—32 进行校核 σ sa = 7 .531 MPa < k="" 0="" σ="" σ="" sa="" t="" []="176" .4="" mpa="24" .807="" mpa="">< []="147" mpa="" σ="" sa="" sa="" 即满足强度要求。="" 5.7="" 地震引起的地脚螺栓应力="" 5.7.1="" 倾覆力矩计算="" 0="" m="" ev="" 0="FEv" h="" v="4806" .2="" ×="" 697="3349921" n="" mm="" 5.7.2="" 由倾覆力矩引起的地脚螺栓拉应力="" 根据[2]中式="" 7-34="" 计算="" σ="" bt="0?" m="" ev="" 0="" nlabt="" （5-10）="" 其中="" n="" 为承受倾覆力矩的地脚螺栓个数，n="2" ；l="" 为筒体轴线两侧的螺栓间="" 距="" l="l" 2="720mm" ；="" abt="" 为="" 每="" 个="" 地="" 脚="" 螺="" 栓="" 的="" 横="" 截="" 面="" 面="" 积="" ，="" abt="π" 4="" d2="π" 4="" ×="" 20="" 2="314mm" 2="" ；则="" 0="" m="" ev="" 0="" 3349921="" σ="" bt="=" =="" 7="" .41="" mpa="" nla="" bt="" 2="" ×="" 720="" ×314="" 取载荷系数="" k="" 0="1.2" ，="" σ="" bt="147" mpa="" ，则="" k="" 0="" σ="" bt="1" .2="" ×147="176" .4="" mpa="" 由于="" σ="" bt="">< k="" 0="" σ="" bt="" ，所以强度符合要求。="" 5.7.3="" 由地震引起的地脚螺栓剪应力="" 根据[2]中式="" 7-35="" 计算="" [="" ]="" [="" ]="" [="" ]="" τ="" bt="（5-11）" fev="" n="" '="" abt="" 其="" 中="" n'="" 为="" 承="" 受="" 剪="" 应="" 力="" 的="" 地="" 脚="" 螺="" 栓="" 个="" 数="" ，="" n'="4" ；="" abt="π" 2="" π="" d="×" 20="" 2="314" mm="" 2="" 4="" 4="" 则="" τ="" bt="FEv" 4806="" .2="=" 3.83="" mpa="" n="" '="" abt="" 4="" ×314="" 0.8="" τ="" bt="0.8" ×147="117" .6="" mpa="" 由于="" τ="" bt="">< 0.8="" τ="" bt="" []="" []="" 故符合强度要求。="" 第六章="" 设计汇总="" 技术特性表="" 设计压力="" 设计温度="" 最高工作压力="" 工作温度="" 工作介质="" 主要受压元件材料="" 焊接头系数="" 腐蚀裕度="" 全容积="" 容积类别="" 3.75mpa="" 150℃="" 3.3mpa=""><150℃ 压缩空气="" 16mnr="" 0.85="" 1.5mm="" 3.0="" m="" 第二类="" 3="" 表接管="" 序="" 号="" a="" b="" c="" d="" e="" g="" h="" i="" 工称尺寸="" 50="" 50="" 50="" 500="" 20="" 20="" 25="" 25="" 连接尺寸标准="" pn4.0="" dn150="" hg20592-97="" pn4.0="" dn150="" hg20592-97="" pn4.0="" dn150="" hg20592-97="" pn4.0="" dn150="" hg20592-97="" pn4.0="" dn150="" hg20592-97="" pn4.0="" dn150="" hg20592-97="" pn4.0="" dn150="" hg20592-97="" pn4.0="" dn150="" hg20592-97="" 连接面="" 形式="" rf="" rf="" rf="" rf="" rf="" rf="" rf="" rf="" 用途="" 进料口="" 出料口="" 排污口="" 人孔="" 温度计孔="" 压力表口="" 安全阀口="" 排空口="" 参考文献="" [1]="">

制压力容器》 , [2] JB/T 4731-2005,《钢制卧式压力容器》 , [3] HG20580-1998,《钢制化工容器设计基础规定》 , [4] JB/T4746-2002,《钢制压力容器用封头》 ,

[5] HG/T 21517-2005,《回转盖带颈平焊法兰人孔》 , [6] HG/T 20592-2009,《钢制管法兰》 , [7] HG/T 20609-2009,《钢制管法兰用金属包覆垫片》 , [8] HG/T 20613-2009,《钢制管法兰用紧固件》 , [9] JB4712.1-2007,《鞍式支座》 ,

[10]《过程设备设计》郑津洋等化学工业出版社 [12] 《压力容器设计手册》董大勤袁凤隐 [13] 《化工机械基础课程设计》潘永亮刘玉良科学出版社

[14] 《化工设备设计全书》王非林英 [15] 《化工设备机械基础课程设计指导书》詹长福机械工业出版社

范文二：200923压缩空气储罐

压力容器

产品质量证明书

产品名称_ 压缩空气储罐______

产品编号_ 200923________

质量保证工程师（签章）____________

单位法定代表人（签章）____________

质量检验专用（公章）______________

济南钢铁集团压力容器厂

产品合格证

制造单位：济南钢铁集团压力容器厂

制造许可证编号： TS2237271-2012 产品名称__压缩空气储罐____ 类别________一类 __ 设计单位_济南钢铁集团压力容器厂设计批准编号图号___S08-28 订货单位济钢产品编号制造完成日期年月日

本压力容器产品经质量检验符合《压力容器安全技术监察规程》、设计图样和技术条件的要求。

质量总检验员签字年月日

质量检验专用（公章）年月日

电话：88825137

产品技术特性

产品编号200923

产品主要受压元件使用材料一览表（含焊接材料）

产品编号200923

审核人：王平平填表人：崔秀霞年月日

产品主要受压元件使用材料一览表（含焊接材料）

产品编号200923

审核人：王平平填表人：崔秀霞年月日

产品焊接试板力学和弯曲性能检验报告

产品编号200923

理化责任人：赵虎填表人：崔秀霞 2009年8月16日

压力容器外观及几何尺寸检验报告

产品编号

焊缝射线检测报告

产品编号200923

焊缝射线检测底片评定表

产品编号：200923

渗透检测报告

产品编号

磁粉检测报告

产品编号

产品制造变更报告

产品编号：

热处理检验报告

产品编号：

审核人：检查员：年月日

压力试验检验报告

□水压□气压□气密性

范文三：200921压缩空气储罐

压力容器

产品质量证明书

产品名称_ 压缩空气储罐______

产品编号_ 200921________

质量保证工程师（签章）____________

单位法定代表人（签章）____________

质量检验专用（公章）______________

济南钢铁集团压力容器厂

产品合格证

制造单位：济南钢铁集团压力容器厂

制造许可证编号： TS2237271-2012 产品名称__压缩空气储罐____ 类别________一类 __ 设计单位_济南钢铁集团压力容器厂设计批准编号图号___S08-27 订货单位济钢产品编号制造编号制造完成日期年月日

本压力容器产品经质量检验符合《压力容器安全技术监察规程》、设计图样和技术条件的要求。

质量总检验员签字年月日

质量检验专用（公章）年月日

电话：88825137

产品技术特性

产品编号200921

产品主要受压元件使用材料一览表（含焊接材料）

产品编号200921

审核人：王平平填表人：崔秀霞年月

产品焊接试板力学和弯曲性能检验报告

产品编号200922

理化责任人：赵虎填表人：崔秀霞 2009年8月20日

压力容器外观及几何尺寸检验报告

产品编号

焊缝射线检测报告

产品编号200921

焊缝射线检测底片评定表

产品编号：200921

渗透检测报告

产品编号

磁粉检测报告

产品编号

产品制造变更报告

产品编号：

热处理检验报告

产品编号：

审核人：检查员：年月日

压力试验检验报告

□水压□气压□气密性

范文四：200922压缩空气储罐

压力容器

产品质量证明书

产品名称_ 压缩空气储罐______

产品编号_ 200922________

质量保证工程师（签章）____________

单位法定代表人（签章）____________

质量检验专用（公章）______________

济南钢铁集团压力容器厂

产品合格证

制造单位：济南钢铁集团压力容器厂

本压力容器产品经质量检验符合《压力容器安全技术监察规程》、设计图样和技术条件的要求。

质量总检验员签字年月日

质量检验专用（公章）年月日

电话：88825137

产品技术特性

产品编号200922

产品主要受压元件使用材料一览表（含焊接材料）

产品编号200922

审核人：王平平填表人：崔秀霞年月

产品焊接试板力学和弯曲性能检验报告

产品编号200921

理化责任人：赵虎填表人：崔秀霞 2009年8月20日

压力容器外观及几何尺寸检验报告

产品编号

焊缝射线检测报告

产品编号200922

焊缝射线检测底片评定表

产品编号：200922

渗透检测报告

产品编号

磁粉检测报告

产品编号

产品制造变更报告

产品编号：

热处理检验报告

产品编号：

审核人：检查员：年月日

压力试验检验报告

□水压□气压□气密性

范文五：压缩空气储罐设计

卧式储气罐设计任务书 ................................................ 2 第一张绪论 ......................................................... 3 1.1设计背景 ...................................................... 3 1.2 储罐的用途及分类 .............................................. 4 1.3 储存介质的性质 ................................................ 4 1.4 设计任务 ...................................................... 5 1.5 设计思想 ...................................................... 5 1.6 设计特点 ...................................................... 5 1.7设计数据 ...................................................... 6 第二章容器主要原件的设计 ........................................... 6 2.1圆筒厚度的设计 ................................................ 6 2.2 封头的设计 .................................................... 7 2.3人孔的选择 .................................................... 8 2.4接管和法兰 .................................................... 8 2.5螺栓（螺柱）的选择 ............................................ 9 2.6鞍座选型和结构设计 ............................................ 9 第三章开孔强度设计 ................................................ 11 3.1补强设计方法的判断 ........................................... 11 3.2有效补强范围 ................................................. 11 3.3 有效补强面积 ................................................. 11 第四章强度设计 .................................................... 12 4.1水压试验校核 ................................................. 12 4.2圆筒轴向应力弯矩计算 ......................................... 12 4.3 圆筒的轴向应力及校核 ......................................... 14 4.4切向剪应力的计算机校核 ....................................... 14 4.5圆筒周向应力的计算及校核 ..................................... 15 4.6鞍座应力计算及校核 ........................................... 16 4.7地震引起的地脚螺栓应力 ....................................... 18 第五章焊接结构设计 ................................................ 18 5.1焊接方法 ..................................................... 18 5.2焊接工艺及技术要求 ........................................... 19 总结 ............................................................... 21 附录：参考文献 ..................................................... 22

卧式储气罐设计任务书

第一章绪论

1.1设计背景

所谓容器是指用于储存气体、液化气体、液体和固体原料、中间产品或成品的设备。压力容器是容器的一种，是指最高工作压力P≥0.1MPa，容积V≥25L，工作介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点液体的容器。它广泛地用于化工、炼油、机械、动力、轻工、纺织、冶金、核能及运输等工业部门，是生产过程中必不可少的设备[1]。

随着石油化工、电站锅炉和原子能工业的迅猛发展，压力容器制造技术也有了很大的发展，它主要表现在以下三个方面：一是压力容器向大型化过渡，容器直径和壁厚成倍增长；二是低合金高强度钢的广泛应用，大部分压力容器均采用了各种级别的低合金高强度钢；三是焊接新工艺、新技术的广泛应用，使得焊接质量进一步提高，从而提高了这些大型产品质量的可靠性。

其中以压力容器产品大型化、高参数化的趋势尤为明显。1000吨级的储气罐、2000吨级的煤液化反应器、10000立方米的天然气球罐（日本最大的天然气球罐为30000立方米）等已经在我国大量应用。压力容器在石油化工、核工业、煤化工等领域中的应用场合也日益苛刻。因此，耐高温、高压和耐腐蚀的压力容器用材料的研制与开发一直是压力容器行业所面临的重大课题。对此，各国均投入了大量的人力物力从事相关的研究工作。目前，压力容器用材料的主要研究成果和技术进步表现在以下几个方面：①材料的高纯净度：冶金工业整体技术水平和装备水平的提高，极大地提高了材料的纯净度，提高了压力容器用材料的力学性能指标，提高了压力容器的整体安全性；②材料的介质适应性：针对各种腐蚀性介质和操作情况，已研究开发出超级不锈钢、双相钢、特种合金等金属材料，使之适合各种应用条件，给容器设计者以更多选择的空间，为长期安全生产提供了保证；③材料的应用界限：针对高温蠕变、回火脆化、低温脆断所进行的研究，准确地给出材料的适用范围；④更高强度材料的应用：在设备大型化的要求下，传统的材料已经无法解决，诸如30000立方米天然气球罐、200000立方米原油储罐以及超高压容器的选材问题。目前 b≥ 800MPa 高强材料的应用正在引起国内研究人员的广泛关注[2]。

近年来，压力容器制造业在装备投资中，焊接设备的比例占了40%以上。正由于这些先进高效焊接设备及工艺的采用，使压力容器制造技术有了更大的提高和发展。就具体的压力容器焊接而言，焊条电弧焊的比例已逐步缩小，而埋弧自动焊、氩弧焊、CO2气体保护焊等先进的焊接技术已经得到广泛应用；带极堆焊、窄间隙埋弧焊和药芯焊丝气体保护焊等高效率的焊接方法设备已成为一些大型压力容器厂必备的焊接设备；小管径内壁堆焊、管子-管板自动旋转氩弧焊、马

鞍形接管自动焊等一系列新型焊机也在不少工厂中得到了应用。这对于稳定地提高压力容器焊接质量，提高压力容器制造工艺水平，无疑将起到很大推动作用。

压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性产品，其建造技术涉及到冶金、机械加工、腐蚀与防腐、无损检测及安全防护等众多行业。随着冶金、机械加工、焊接和无损检测等技术的不断进步，特别是以计算机技术为代表的信息技术的飞速发展，带动了相关产业的发展。在世界各国投入了大量人力物力进行深入研究的基础上，压力容器技术领域也取得了相应的进展。为了生产和使用更安全、更具有经济性的压力容器产品，传统的设计、制造、焊接和检验方法已经和正在不同程度地为新技术、新工艺所代替、而冶金机械加工、焊接和无损检测等压力容器相关行业的技术进步，是压力容器行业整体制造技术水平提高的前提条件。中国是压力容器的生产大国，目前生产的目的主要是满足国内的需求。生产厂家的数量（约3200 家）和相应的装备能力均为世界领先，从以储气罐为代表的重型容器到高压气体运输容器等特殊的容器，中国都有很强的生产能力，并且产品的价格和质量都具有一定的竞争力。多年的生产实践和国家的规范化管理，使我国的压力容器行业形成了装备齐全、人员配套、管理严格的生产格局，为我国的压力容器产品走向世界奠定了基础。随着我国加入WTO和国民经济持续高速发展，压力容器制造业今后也必然会有一个很大的发展，只有认清发展趋势，才能把握住自己的发展方向，才会使压力容器制造业有更好的发展。

1.2 储罐的用途及分类

储存设备又称储罐，主要是指用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备，在化工、石油、能源、轻工、环保、制药及食品等行业得到广泛应用，如氢气储罐、液化石油气储罐、石油储罐、液氨储罐等。储罐内的压力直接受温度影响，且介质往往易燃、易爆或有毒。储罐的结构形式主要有卧式储罐、立式储罐和球形储罐。

1.3 储存介质的性质

储存介质的性质，是选择储罐形式和储存系统的一个重要因素。介质最重要的特性有：可燃性、饱和蒸汽压、密度、腐蚀性、毒性程度、化学反应活性（如聚合趋势）等。储存介质可燃性的分类和等级，可在有关消防规范中查得。饱和蒸汽压是指在一定温度下的密闭容器中，当达到气液两相平衡时气液分界面上的蒸汽压，它随温度而变化，但与容积的大小有关。对于液化石油气和液化天然气之类，都不是纯净物，而是一种混合物，此时的饱和蒸汽压与混合比例有关，可根据道尔顿定律和拉乌尔定律进行计算。当储存的介质为具有高粘度或高冰点的液体时，为保持其流动性，就需要对储存设备进行加热或保温，使其保持便于输送的状态。储存液体的密度，直接影响制造工艺和设备造价。而介质的毒性程度则直接影响设备制造与管理的等级和安全附件的配置。

储存设备若盛装液化气体时，除了应该考虑上述条件外，还应注意液化气体的膨胀性和压缩性。液化气体的体积会随温度的上升而膨胀，温度的降低而收缩。如果环境温度变化较大，储罐就可能因超压而爆破。为此，在储存设备使用时必须严格控制储罐的充装量。

当储罐的金属温度受大气环境温度影响时，其最低设计温度可按该地区气象资料，取气象局实测的10年逐月平均最低温度的最小值。随着液化气体温度的下降，罐内压力也将较大幅度下降，此时罐体的应力水平就有较大的降低。为此，在确定储罐设计温度时，可按有关规定进行低温低应力分析。当储罐内部因温度降低而使内压低于大气压时，还应进行罐体的稳定性校核，以免发生失稳失效。

1.4 设计任务

针对化工厂中常见的气体储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图和零件图，并编写设计说明书。

1.5 设计思想

设计储存设备，首先必须满足各种给定的工艺要求，考虑储存介质的性质、容量的大小、设置的位置、钢材的耗量以及施工的条件等来确定储罐的形式；在设计中还必须考虑场地的条件：环境温度、风载荷、地震载荷、雪载荷、地基条件等，因此设计者在设计储存设备时必须针对上述条件进行综合的考虑，以确定最佳的设计方案。

综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。

1.6 设计特点

压力容器的外壳由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座及安全附件六大部件组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了储气罐的的筒体、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使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。

1.7设计数据

设计数据详见表1-1

表1-1

第二章容器主要原件的设计

2.1圆筒厚度的设计

全容积为3m3的卧式压缩空气储罐，焊接系数为?=0.85，根据HGT3154-1985?卧式椭圆形封头贮罐系列?表6，取Di=1000mm。设计压力

Pc =0.6MPa，此储罐的最高工作温度为90℃，圆筒材料为Q235-A 假设圆筒的厚度在6~16mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：疲劳极限强度σb=375MPa，屈服极限强度σs=235MPa，在90℃时近似取为100℃时的

PcDi0.6×1000

σ t =113MPa。利用公式，δ== (2-1)

2? σ ?Pc 2×0.85×113?0.6查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》及其中表7-3查得压力容器专用钢板厚度负偏差不大于0.25 mm，钢板厚度负偏差为可以忽略，即C1=0，而有GB150-1998中3.5.5.1知，腐蚀裕量C2=.2:则筒体的名义厚度δn≥3.13+0+2=5.13:根据钢板的厚度规格，查《钢板的常用厚度表》，圆整为δn=6mm。

2.2 封头的设计

从受力与制造角度分析，球形封头是最理想的结构形式，但其缺点是深度大，冲压较困难；而椭圆形封头深度比半径小，易于冲压成型，是目前低压容器中用的较多的，故采用标准椭圆形封头，各参数与筒体相同,则封头的设计厚度: δd=

Pc?Di0.6?1000

==3.32mm (2-2)

2[σ]t?-0.5Pc2?113?0.8-0.5?0.6

考虑到钢板负偏差，所以封头厚度应再加上C=C1+C2=2，即 δn ≥3.32+2=5.32mm

根据钢板的厚度规格，查《钢板的常用厚度表》，圆整为δn=6mm，可见跟筒体等厚。由Di/2hi=2，得hi=Di/4=1000/4=250mm

封头的容积：

查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表1和表B.1、表B.2,选择封头的型号为EHA1000×6-Q235A，椭圆形封头内表面积、容积、质量见表2-1和图1。

表2-1 封头尺寸表

图1

2.3人孔的选择

根据HG/T 21518-2005《回转盖带颈对焊法兰人孔》，查表3-3，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见下表：

表2-2 人孔尺寸表单位：mm

2.4接管和法兰

压缩空气气储罐应设置排污口，进气口，出气口，人孔，，温度计口，压力表口，安全阀口，排废口。如图2所示：

图2

查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中表8.2 3-3 PN带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。

查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中附录D中表D-5,得各法兰的质量。查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。

表2-3 选择工艺接管

2.5螺栓（螺柱）的选择

查HG/T 20613-2009 《钢制管法兰用紧固件》中表5.0.7-11和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸，见表2-4

表2-4

2.6鞍座选型和结构设计

鞍座选型

该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用Q235-B。首先粗略计算支座负荷

储罐总质量：W=W1+W2+W3 (2-3)式中:

W1—罐体的质量，Kg

W2—水压试验时水的质量，Kg

W3—附件的质量，Kg

1 罐体质量W1

储罐公称容积为3m3，筒体公称直径DN=1000mm,由V=4×Di2L+2V封 (2-4),

封头容积V封=0.1505m3，解得L=3.44m，即取L=3440mm。罐体的自重由《压力容器设计手册》可查得，公称直径DN=1000mm，壁厚

δn=6mm，筒体重:

m=πDiδρL=3.14×1×0.006×7850×3.44=508.76Kg (2-5)，封头自重为160Kg，故罐体自重W1=508.76+2?160=829Kg≈830Kg 1. 水压试验时水的质量W2 储罐的总容积V=3.0m3

水压试验充满水，故取介质密度为ρ水=1000kg/m3，故水压试验时罐内水重

W2=3000Kg。 2. 其他附件质量W3

人孔质总量为366Kg,加上其他的附件总重约为600Kg。 3. 设备总质量W

W=W1+W2+W3=830+3000+600=4430Kg，约为43.4KN，则每个鞍座承受的重量为21.7kN。

查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表1，首先优先选择轻型支座。查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表2。

表2-5 鞍座尺寸表

A2000-F。

第三章开孔强度设计

根据GB150中8.3，知该储罐中只有人孔需要补强。

3.1补强设计方法的判断

其中开孔直径d=di+2C=400+2×2=404mm (3-1) d

故可以采用等面积法进行开孔补强计算接管材料选用Q235-A，其许用应力 σ t=113MPa

根据GB150-1998中式8-1，A=dδ+2δδet(1-fr) (3-2)壳体开孔处的计算厚度δ=3.32mm

mm2 (3-3) 强度削弱系数fr=1,所以补强的面积：A=d?δ=404?3.32=1342

3.2有效补强范围

1有效补强B 按GB150中式8-7，得：有效宽度

B=2?d=2?404=808mm (3-4) B=d+2?δn+2?δm=404+2?6+2?6=428mm (3-5) 取最大值 B=808mm 2外侧有效高度

根据GB150中式8-8，得：

′h1= nt= =49.23mm (3-6)

h1''=接管实际外伸高度=H1=280mm (3-7)

取最小的h1=49.23≈50mm 3内侧有效高度

根据GB150-1998中式8-9，得： h‘2= dδnt= =50mm (3-8)

h2''=0

h2=min(h2',h2'')=0 (3-9)

3.3 有效补强面积

根据GB150中式8-10 ~ 式8-13，分别计算如下：

Ae=A1+A2+A3 (3-10) 1 筒体多余面积A1

A1=（B-d）(δe-δ )- 2δet(δe?δ)(1- fr)=(808-404)(4-3.32)-0=405 mm2 (3-11)

2接管的多余面积 A2=2h1（δ

?δt）fr+2h2（δ

?C2）fr

=2×63.66× 4?4 ×1+2×0× 4?2 =0mm2 (3-12) 3焊缝金属截面积焊角去6mm

A3=?62?2=36mm2 (3-13)

4补强面积

Ae=A1+A2+A3=405+0+36=441mm 因为Ae

另行补强面积为A4≥A-Ae=1342-441=901mm2 (3-14)

3.4补强圈得设计

根据管道公称直径DN=400mm选择补强圈，参照JB/T4736取补强圈外径D’=680；内径d’=426mm,因为B>D’,补偿圈在有效补强范围内;补偿圈厚度为：

δ=

’

D’?d’680?426

901

=3.55mm (3-15)

考虑到钢板的负偏差故圆整为6mm。

第四章强度设计

4.1水压试验校核

试验压力PT=1.25P=1.25×0.6=0.75Mpa (4-1) 圆筒的薄膜应力σT=

PT（Di?δe）

2δe

0.75×(1000?4)

2×4

=93.375Mpa (4-2)

0.9?δs=0.9×0.85×235=180 MPa

即0.9?δs>σT所以水压试验合格。

4.2圆筒轴向应力弯矩计算

圆筒的平均半径Ra=Di/2 +σn/2=1000/2+6/2=503mm (4-3)鞍座反力F=mg/2=21.7kN。 (4-4) 1圆筒中间截面上的轴向弯矩如图4-1：

根据JB/T 4731-2005中式7-2，得：

22 R2a? hi

1+3L

M1=

FL4

21700×3440

2 5032? 2502 1+

1+×?

4×2203440

=1.27×107N?mm (4-5)

2鞍座平面上的轴向弯矩

根据JB/T 4731-2005中式7-3，得： M2=?FA 1

A Ra? hi 1?+41+?

=-21700×220(4-6)

220 503? 250 1?+

1+33440

=-1.43×105N?mm

4.3 圆筒的轴向应力及校核

根据JB/T 4731-2005中式7-4 ~ 式7-7计算

1圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力最高点处： δ1=

δ2δe3.14Rae

最低点处：

PcRa

0.6×106×503

2×4

1.27×1073.14×503×4

=37.73Mpa (4-7)

PcRaM10.6×106×5031.27×107

δ2=-+（4-8）δ=×4=37.73Mpa 2δe3.14Ra2×43.14×503e

由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算并校核鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力，按下式计算：

a).当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强（即A≤Ra/2）时，轴向应力σ3位于横截面最高点处.

取鞍座包角θ=120 ，查表7-1（JB/T4731-2005）得，K1=1.0,K2=1.0.则:

PcRaM20.6×106×503?1.43×105δ3=- δ×4 =37.73MPa （4-9）2δe3.14K1Ra2×43.14×1.0×503e

b).在横截面最低点处的轴向应力δ4：

PcRaM20.6×106×705?1.43×105δ4=-δ×4 =37.73MPa （4-10）2δe3.14K2Ra2×43.14×1.0×503e

3.圆筒轴向应力校核

0.0940.094A== （4-11）

Ri/δe503/4

查《过程设备设计》中图4-8得，E=2.00?105,则 B=EA=

×2.0×105×0.00075=100MPa （4-12）

δ max= δ1,δ2,δ3,δ4 =37.73MPa （4-13）

t δ t ac= δ =113MPa （4-14）

满足条件 δ tac> δ max

4.4切向剪应力的计算机校核

1圆筒切向剪应力的计算

根据JB/T 4731-2005中式7-9计算查JB/T 4731-2005中表7-2，得：

K3=0.880 K4=0.401 KF0.880×21.7τ=3= （4-15）

Raδe0.503×4

2圆筒被封头加强（A≤Ra/2）时，其最大剪应力τh 根据JB/T4731-2005中式7-10，计算得：

τh=

K4FRaδhe

0.401×21.70.503×4

=4.33MPa (4-16)

3切向剪应力的校核

圆筒的切向剪应力不应超过设计温度下材料许用应力的0.8倍，即τ≤0.8[σ] t

封头的切向剪应力，应满足τ≤1.25[σ]t

-σh

而τ=9.5MPa≤0.8 δ t=0.8×113=90.4MPa，即τ≤0.8[σ]t

故圆筒满足强度要求。 K=1

Di62+

2h 2

1000

6 2+ 2×250 =1 σKPh=c Di1×0.6×10002δhe2×4

τh=1.57MPa≤1.25 δ t-σh=1.25×113-4.33=137MPa 即τh≤1.25 δ t-σh 故封头满足强度要求。

4.5圆筒周向应力的计算及校核

b4=320mm;b+1.56 an b2=140mm 所以b4> b+1.56 Ran 所以鞍座垫片作为加强用的鞍座。

1在横截面的最低点处：

σ5=-KK5F

δe+δre b2

其中k=0.1(容器焊在支座上)

查JB/T4731-2005,表7-3知，K5=0.760 F=3780N, δe=4mm, δre=4mm, b2=140mm

σ5=-

0.1×0.760×21700

4+4 ×140

2在鞍座边角处当L/Ra=3440/503=6.84<>

σ6=-

4 δe+δre b212K6FRa

L δe+δre

A/ Ra=0.000987/1.008<>

查JB/T4731-2005,表7-3知，K6=0.013

(4-17)

(4-18)

(4-19)(4-20) (4-22)

(4-23)

(4-24)

2170012×0.013×21700×503

σ6=-- (4-25)

4× 4+4 ×14021700× 4+4

3鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力根据《过程设备设计》第二版式5-25a：

当L/Ra=21700/503=43.14≥8 F3K6F217003×0.013×21700‘

σ6=--=-27.65MPa (4-26)

4δeb22δe4×4×1402×44周向应力校核

根据JB/T 4731-2005中7.3.4.3进行校核由于 δ t=113MPa

所以 σ5< δ="" t,|="">< δ="" t,|="" σ‘6|="">< δ="">

故均满足强度要求

4.6鞍座应力计算及校核

1腹板水平分力及强度校核

Fs=K9F

鞍座包角θ=120?，查表JB4731-2005中表7-5 相应K9=0.204 则Fs=0.204×21700=4426.8N 当垫板起加强作用时：

σF9=s

Hsb0+brδre 其中δre=4mm, br=b2=140mm, Ra/3=503/3=168mm,H=200-10=190mm

则HRs=min H,

=168mm σ=

4426.8

9168×8+140×4

查JB/T 4731-2005中表5-1，得： [σ]2

sa=147Mpa，3

[σ]sa=98Mpa 满足要求σ9≤

[σ]sa，即其强度合格。 2鞍座压缩应力及强度校核

查JBT4731-2005 表7-6，因当地地震发生几率小，取α1=0.08

则 FEv=α1mg=0.08×4430×9.8=3473N 钢底板对水泥基础 f=0.4 因为 FEv≤mgf 所以压力按下式计算：

(4-27)

(4-28)

(4-29)

σsa=-

FAsa

FEvH2Zr

FEvHv

Asa（L?2A）

(4-30)

Hv=R+H=1000/2+168=668mm (4-31)筋板面积 A1=b2δ3=140×6=840mm2 (4-32)腹板面积: A2=(l1?50) δ2=（760-50）×6=4260mm2

Asa=6A1+A2=6×840+4260=9300mm2 (4-45) l760

x=16-6-δ3-l3=-6-6-6-170=192mm； (4-46) 22Z1=x+形心: yc=

′yc=

6A1 b2+δ2 /2

Asa2δ32

=192+2=195mm (4-47)

Z2=Z1+l3=195+170=365mm

6×405(140+6)/2

9300

=19.1mm (4-48)

b2+δ2

?yc=

b2δ231212

140+6

?19.1=53.9mm

δ2 L1?50 3

Iy=2 3× =2 3× Iz=6 3× = 3×

+A1 Z1+Z2 +

140×62b2δ31212

+405(1952+3652) +

′

δ2 L1?50 3

6(3000?50)3

=1.45×1010mm3 (4-49)

+A1xyc ++A2yc

63× 3000?50

1403×6

+405×192×53.9 ++0×29.51 (4-50)

=5.55×10mm3

腹板与筋板组合截面断面系数： υmax=21?6=Zmax=21?6=Zry=ZZrz=Z

max

b170

23000

?6=79mm (4-51) ?6=1494mm (4-52) =9.7×106mm2 （4-53） =3.7×109mm2 （4-54）

FEvH2Zr

FEvHv

1.45×1010

1494

max

5.55×1012

1494

Zr=min Zry,Zrz =9.7×106mm2 （4-55）代入公式σsa=-A?

Asa（L?2A）

（4-56）

σsa=-

217009300

FAsa

3473×1902×5623

3473×668

9300（3000?2×0.00075）

=?61MPa （4-57）

σtsa=?

FfHZr

217009300

21700×0.4×190

9.7×106

=?2.5MPa （4-58）

K0=1.2

K0 σ sa= 1.2×147=176.4 （4-59）根据JB/T 4731-2005中式7-32进行校核

满足式σsa≤K0[σsa]和式σsat≤[σsa]，即满足强速要求。

4.7地震引起的地脚螺栓应力

1 倾覆力矩计算

0?0MEv=FEvHv=3473×668=2.32×106N?m （4-60）

2 由倾覆力矩引起的地脚螺栓拉应力

n=2,l=l1=760mm,Abt=4×202=314mm2 （4-61）地脚螺栓拉应力为：

σbt=

M0nlAbt

2.32×1062×760×314

=4.86MPa （4-62）

载荷组合系数 K0=1.2 σbt =147MPa

满足式 σbt≤K0× σbt 即符合强度要求。

3由地震引起的地脚螺栓剪应力地脚螺栓剪应力计算 N=4 FEv=3473N τbt=

FEvnAbt

34734×314

=2.77MPa （4-63）

τbt≤0.8 σbt =0.8×147=117.6MPa （4-64）

即满足式τbt≤0.8[σbt] 符合强度要求。

第五章焊接结构设计

5.1焊接方法

焊接技术就是高温或高压条件下，使用焊接材料（焊条或焊丝）将两块或两块以上的母材（待焊接的工件）连接成一个整体的操作方法。

焊接技术主要应用在金属母材上，常用的有电弧焊，氩弧焊，CO2保护焊，氧气-乙炔焊，激光焊接，电渣压力焊等多种，塑料等非金属材料亦可进行焊接。金属焊接方法有40种以上，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。

熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。

在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。

压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因

电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。

各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。

5.2焊接工艺及技术要求

一、焊接技术

对于压力容器来说，压力容器各受压部件的组装大多采用焊接方式，焊缝的接头形式和坡口形式的设计直接影响到焊接质量与容器的安全，因而必须对容器的焊接接头的结构进行合理设计。

焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。

现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处的强度除受焊缝质量影响外，还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接（正交接）和角接等。

对接接头焊缝的横截面形状，决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。焊接较厚的钢板时，为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口，以便较容易地送入焊条或焊丝。坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口。选择坡口形式时，除保证焊透外还应考虑施焊方便，填充金属量少，焊接变形小和坡口加工费用低等因素。

厚度不同的两块钢板对接时，为避免截面急剧变化引起严重的应力集中，常把较厚的板边逐渐削薄，达到两接边处等厚。对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。在交变、冲击载荷下或在低温高压容器中工作的联接，常优先采用对接接头的焊接。

搭接接头的焊前准备工作简单，装配方便，焊接变形和残余应力较小，因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。一般来说，搭接接头不适于在交变载荷、腐蚀介质、高温或低温等条件下工作。

采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要。丁字接头上未焊透的角焊缝工作特点与搭接接头的角焊缝相似。当焊缝与外力方向垂直时便成为

正面角焊缝，这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中；焊透的角焊缝受力情况与对接接头相似。

角接头承载能力低，一般不单独使用，只有在焊透时，或在内外均有角焊缝时才有所改善，多用于封闭形结构的拐角处。

焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻，对于交通运输工具来说可以减轻自重，节约能量。焊接的密封性好，适于制造各类容器。发展联合加工工艺，使焊接与锻造、铸造相结合，可以制成大型、经济合理的铸焊结构和锻焊结构，经济效益很高。采用焊接工艺能有效利用材料，焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。焊接已成为现代工业中一种不可缺少，而且日益重要的加工工艺方法。

在近代的金属加工中，焊接比铸造、锻压工艺发展较晚，但发展速度很快。焊接结构的重量约占钢材产量的45%，铝和铝合金焊接结构的比重也不断增加。

二．设计技术要求

1.焊接采用焊条电弧焊，焊条型号为J422，图中未标明焊接接头形式与尺寸按GB985-88《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊逢坡口的基本形式与尺寸》进行选用。所有角焊缝焊脚高度，除注明者外，均为两相焊较薄者的厚度，且须连续焊。

2.预制完毕的封头、罐壁板、包边角钢在堆放、运输和起吊过程中应采取有效措施防止变形。

3罐体安装前必须对甲苯罐基础按土建基础设计文件中的要求和GBJ128-90中有关对基础的要求进行检查、验收合格后方可进行安装。

4.罐体安装完毕验收合格后，罐体外表面刷二遍底漆-环氧树脂漆，二遍面漆-聚氨酯面漆,涂层厚度参照国家标准规定执行。

5.罐壁纵焊缝进行大于等于10%，T形焊缝进行大于等于15%,和环焊缝进行大于等于1%的X射线无损探伤。探伤合格标准按GB3323-87〈钢焊接射线照相底片等级分类法〉III级评定。

总结

经过三周的课程设计，我深有体会，从查找资料到设计分析，其中的计算，数据和参数标准的查询，主要根据GB150中的设计过程以及其他的GB和HG/T、JB等系列文进行件结构设计，其中封头采用JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中的标准设计，型号为EHA1000×6-Q235-B；筒体材料采用的是Q235-A筒体和封头厚度均设计为6mm，其他的附件的选材和设计也依据相应的国标进行的。到最终的画图和排版，每一步都得足够的细心和耐心。经历这次课程设计，我对CAD和Word的操作水平有了进一步的提高，同时设计综合能力和细心程度也有较大提高可谓收获良多。

通过本次设计得出以下结论：

(1)正确的制定焊接工艺参数，以便焊工能够按照焊接规范进行焊接，防止缺陷的产生。

(2)如何用更好的方法及设备进行装配定位，提高工作效率及筒节质量，有待日后科技进步进行解决。

(3)自动化设备在机械行业已得到广泛使用，如何将计算机和机械设备有机结合运用到实际生产中是又一急需解决的问题，同时也有着巨大的发展前景。

在此还要感谢朱老师和李老师的大力支持和耐心辅导，在我遇到困难时给你指导和鼓励

附录：参考文献

1 GB150 《钢制压力容器》

2 JB/T 4731-2006 《钢制卧式压力容器》

3 JB/T 4746-2002 《钢制压力容器用封头》 4 HG/T 21518-2005 《回转盖带颈对焊法兰人孔》 5 HG20580-1998 《钢制化工容器设计基础规定》 6 HG/T 20592-2009 《钢制管法兰》

7 HG/T 20609-2009 《钢制管法兰用金属包覆垫片》 8 HG/T 20613-2009 《钢制管法兰用紧固件》 9 HG 20582-1998 《钢制压力容器强度计算规定》 10 《过程设备设计》化学工业出版社郑津洋等 2005 11 《化工容器设计》化学工业出版社王志文著 1990 12 《过程设备焊接》化学工业出版社冯兴奎

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