副本外压筒体,外压封头,加强圈,内压厚度计算程序-2008

关于大型储罐加强圈设计计算的探讨

关于大型储罐加强圈设计计算的探讨唐悦影(中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司) 在立式圆筒形储罐设计中,储罐罐壁除应满足强度要求外,还应具有足够的抗风能力,以避免储罐在风载作用下失稳。

随着储罐大型化和高强度钢的采用,使储罐罐壁减薄,储罐的抗风稳定性设计越趋重要。

对于大型储罐来说,为防止储罐抗风圈以下的罐壁局部被风吹,通常需要在罐壁适当的位置上设置一道或数道加强圈。

加强圈和功能是在罐壁上形成节线圈,以提高储罐的抗外压能力。

当两个加强圈之间(或加强圈与抗风圈、包边角钢、罐底等加强截面之间)的罐壁许用临界压力大于设计外压时,就可以认为罐壁具备了足够的抗风能力。

对于加强圈的设计计算,各国标准中都有详细的计算方法,我国标准SH3046《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》中也对加强圈的计算做了详细的描述,但在该标准中,对于罐壁筒体的临界压力和各圈罐壁板当量高度的计算中,所采用的罐壁板厚度为规格厚度,而未考虑使用中介对材料的腐蚀影响。

本文通过计算实例说明采用不同的罐壁厚度(规格厚度、有效厚度),其计算出的加强圈数量是不相同的。

11问题分析举例分析,如一台10000m 3钢制拱项储罐,储罐内径31120mm ,高度13490mm (至包边角钢),罐壁圈数为7圈,自下而上罐壁名义厚度分别为16、14、12、10、8、6、6mm ,顶部壁板高度1580mm ,其余各圈壁板高度均为1980mm ,罐壁腐蚀裕度为1mm 、底层壁板材料为16MnR ,其余材料为Q235-A ,基本风压值600Pa ,风压高度变化系数取1,罐顶呼吸阀负压取500Pa 。

111　以罐壁规格厚度进行的计算按照SH3046《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》进行加强圈计算,在计算各圈罐壁板当量高度H ei 时所引用的顶层罐壁板厚度t min和第i 圈的罐板厚度t i 均为规格厚度。

计算出的各圈的H ei 值,见表1。

表1　以罐壁规格厚度进行计算的H ei 值圈次h i (m )t i (mm)t min (mm )H ei (m )底圈 1.981660.17第2圈 1.981460.24第3圈 1.981260.35第4圈 1.981060.55第5圈 1.98860.97第6圈 1.9866 1.98第7圈1.58661.58 罐壁筒体的当量高度H E =ΣH ei =5184m 。

外压容器壁厚计算

二、外压容器的失稳过程及临界压力的概念
◆ 失稳的概念
容器强度足够却突然失去了原有的形状，筒壁被压瘪或发生褶绉，筒壁的圆环截面一瞬间变成了曲波形。这种在外压作用下，筒体突然失去原有形状的现象称弹性失稳。
容器发生弹性失稳将使容器不能维持正常操作，造成容器失效。
◆ 容器失稳形式
● 侧向失稳
由于均匀侧向外压引起失稳叫侧向失稳。
● 比较：
若[ p]
pc
、且 cr
t s
，则以上假设的满足要求；若
[ p] ＜pc ，则重新假设另一较大的 n ，重复以上各步、直
至满足要求为止；若[ p] pc
、但 cr
＞
t s
，则改用图
算法。
● 校核压力试验时圆筒的强度。
四、圆筒壁厚确定的图算法
◆ 图解法的依据
图算法的基础是解析法，将解析法的相关公式经过分析整理，绘制成两张图。一张图反映圆筒受外压力后，变形与几何尺寸之间的关系，称为几何参数计算图，另一张图反映不同材质的圆筒在不同温度下，所受外压力与变形之间关系的图，称为厚度计算图，此图不同的材料有不同的图。
◆ 图算法的步骤
利用图算法设计不同类型的圆筒其过程也有所不同，现以≥20的圆筒为例说明
● 确定、pc、t、C、E、L、 p、T 等s相关参数；
● 假设圆筒的名义厚度，n 得 e n C Do Di 2 n
● 计算 L Do , Do 的 e 值；
● 在几何参数计算图上，由L/Do和Do/δe在横坐标上找到系数A值，若L/DO大于50、用L/DO=50查图，若L/DO小于0.05，用L/DO=0.05查图；
● 当L≥Lcr时，为长圆筒； ● 当L≤Lˊcr时，刚性圆筒；

压力容器壁厚成本计算

压力容器壁厚成本计算
椭圆型封头
压力容器壁厚计算公式：
圆桶壁厚:封头壁厚S':
S
计算壁厚,mm P
计算压力,MPa D
内径，mm σ
设计温度下材料的许用应力,MPa（150℃以下Q235钢取113)φ焊接接头系数(一般取0.8)K
封头形状系数（标准椭圆形封头K=1）条件：
P
0.60MPa D
350.00mm σ
113.00MPa ρ
7850.00kg/m3φ
0.80K
1.00计算结果：
圆桶壁厚S
1.17mm 封头壁厚S' 1.1634349mm
设计圆桶壁厚：20
mm 设计封头壁厚：20
mm 桶体高度：
1800mm 圆桶的内表面积：
1.9782m2圆桶的体积：
0.17309m3圆桶的质量：
310.577kg 封头的内表面积：
0.15025m2封头的质量：
23.5899kg 容器共有2
个椭圆形封头容器的内表面积：
2.27871m2容器的总重：357.757kg
常规压力容器，CS每吨制造价：10000SUS304每吨制造价：60000内衬天然橡胶3mm，单价每平米：160内衬天然橡胶5mm，单价每平米：250EPOXY 防腐，单价每平米：85FRP 防腐，单价每平米：150容器的制造价：3577.5713衬胶费用：569.67695总价：4147.2482
X 1.2=4976.6979P PD s -=σφ2P
KPD
s 5.02'-=σφ。

压力容器、常压容器钢板壁厚计算选择和标准公式

压力容器、常压容器钢板壁厚计算选择和标准公式容器标准：《GB 150-2011 压力容器》《NB/T 47003.1-2009 钢制焊接常压容器》钢材标准：《GB 713-2008 锅炉和压力容器用钢板》－－GB 150碳素钢和低合金钢的钢板标准牌号Q245R、Q345R、Q370R、18MnMoNbR、13MnNiMoR、15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr1MoVR 《GB/T 3274-2007 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》－－GB150 Q235B钢板标准《GB 24511-2009 承压设备用不锈钢钢板及钢带》－－GB150高合金钢的钢板标准《GB/T 4237-2007 不锈钢热轧钢板和钢带》－－NB/T 47003高合金钢板标准，化学成分、力学性能《GB/T 3280-2007 不锈钢冷轧钢板和钢带》《GB/T 20878-2007 不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》《GB/T 699-1999 优质碳素结构钢》牌号08F、10F、15F、08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、15Mn、20Mn、25Mn、30Mn、35Mn、40Mn、45Mn、50Mn、60Mn、65Mn、70Mn《GB/T 700-2006 碳素结构钢》－－牌号Q195、Q215、Q235、Q275《GB/T 709-2006 热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量级允许偏差》不锈钢牌号对照表《GB 150-2011 压力容器》俗称GB 24511-2009承压设备用不锈钢钢板及钢带GB/T 4237-1992不锈钢热轧钢板和钢带ASME(2007)SA240 统一数字代号新牌号旧牌号型号S304 S30408 06Cr19Ni10 0Cr18Ni9 304 S316 S31608 06Cr17Ni12Mo2 0Cr17Ni12Mo2 316 S316L S31603 022Cr17Ni12Mo2 00Cr17Ni14Mo2 316L S321 S32168 06Cr18Ni11Ti 0Cr18Ni10Ti 321圆筒直径：钢板卷焊的筒体，规定内径为公称直径。

筒体和封头壁厚的计算

筒体和封头壁厚的计算计算基准：工作压力：6kgf/cm 2（表压）设计压力：10 kgf/cm 2（绝压）温度：常温筒体直径：φ2000；φ3000；φ40001、筒体壁厚的计算：根据公式[]pS t -Φ=σ2pD i 0 mm 式中：S 0——计算壁厚，mmP ——设计压力，kgf/cm 2D i ——圆筒内径，mm[σ]t ——设计温度下圆筒材料的许用应力，kgf/cm 2C ——壁厚的附加量φ——焊缝系数，取0.85选用材质为普通碳钢，《化工设备》（李健主编）第237页查得100℃以下的许用应力为1270 kgf/cm 2，把上述相关数据代入公式，得1085.0127022000100-⨯⨯⨯=S =9.30mm 实际应用壁厚：S=S 0+C C= C 1+C 2+C 3C 1——钢板厚度的负偏差，mmC 2——腐蚀裕度，mmC 3—加工减薄量，mm1C 2=1mm, C 3= S 0×10%=0.93mm故 C=0.8＋1＋0.93=2.73mmS=9.30＋2.73=12.03实际取12mm2、标准椭圆封头壁厚的计算：根据公式[]Kp K S t -Φ=σ2pD i 0 mm式中：S 0——计算壁厚，mmP ——设计压力，kgf/cm 2D i ——圆筒内径，mm[σ]t ——设计温度下圆筒材料的许用应力，kgf/cm 2C ——壁厚的附加量φ——焊缝系数，取0.85K ——系数，标准椭圆封头D i /2h i =2，查得K=1选用材质为普通碳钢，《化工设备》（李健主编）第237页查得100℃以下的许用应力为1270 kgf/cm 2，把上述相关数据代入公式，得10185.01270220001010⨯-⨯⨯⨯⨯=S = 9.30 mm 实际应用壁厚：S=S 0+C C= C 1+C 2+C 3C 1——钢板厚度的负偏差，mmC 2——腐蚀裕度，mmC 3——加工减薄量，mm1C2=1mm, C3= S0×10%=0.93mm故C=0.8＋1＋0.93=2.73mmS=9.30＋2.73=12.03实际取12mm按上述方法，计算φ3000，φ4000时相应的筒体壁厚及封头壁厚为17mm,22mm。

外压容器计算

试验温度下屈服点 s
钢板负偏差 C1 腐蚀裕量 C2 焊接接头系数 ф＝
过程设备强度设计书
计算单位
MPa ºC
mm mm
中国轻工业武汉设计工程有限责任公司椭圆封头简图
MPa MPa
MPa
mm mm
厚度及重量计算
计算厚度
有效厚度最小厚度名义厚度结论
e n C1 C2 min n 满足最小厚度要求
2 e
校核条件
T T
校核结果
许用外压力结论：
p B
D0 e 合格
压力及应力计算
合格
mm mm mm
kg
MPa MPa MPa
外压碟形封头计算计算条件
计算压力 pc 设计温度 t 内径 Di 曲面高度 hi 材料
试验温度许用应力
设计温度许用应力 t
外压内圆筒计算计算条件
计算压力 pc
设计温度 t= 内径 D i= 材料
试验温度许用应力
过程设备强度设计书
计算单位
中国轻工业武汉设计工程有限责任公司
筒体简图
MPa
ºC mm
MPa
设计温度许用应力 t
MPa
试验温度下屈服点 s
MPa
钢板负偏差 C1
mm
腐蚀裕量 C2
mm
焊接接头系数 ф＝
厚度及重量计算
计算厚度
有效厚度名义厚度结论
e n C1 C2 δn = 满足最小厚度要求
重量
压力试验时应力校核
压力试验类型
液压试验
试验压力值
pT 1.25pc
压力试验允许通过的应力水平 T T 0.90 s

筒体和封头壁厚的计算

筒体和封头壁厚的计算计算基准：工作压力：6kgf/cm 2（表压）设计压力：10 kgf/cm 2（绝压）温度：常温筒体直径：φ2000；φ3000；φ40001、筒体壁厚的计算：根据公式[]pS t -Φ=σ2pD i 0 mm 式中：S 0——计算壁厚，mmP ——设计压力，kgf/cm 2D i ——圆筒内径，mm[σ]t ——设计温度下圆筒材料的许用应力，kgf/cm 2C ——壁厚的附加量φ——焊缝系数，取0.85选用材质为普通碳钢，《化工设备》（李健主编）第237页查得100℃以下的许用应力为1270 kgf/cm 2，把上述相关数据代入公式，得1085.0127022000100-⨯⨯⨯=S =9.30mm 实际应用壁厚：S=S 0+C C= C 1+C 2+C 3C 1——钢板厚度的负偏差，mmC 2——腐蚀裕度，mmC 3—加工减薄量，mm1C 2=1mm, C 3= S 0×10%=0.93mm故 C=0.8＋1＋0.93=2.73mmS=9.30＋2.73=12.03实际取12mm2、标准椭圆封头壁厚的计算：根据公式[]Kp K S t -Φ=σ2pD i 0 mm式中：S 0——计算壁厚，mmP ——设计压力，kgf/cm 2D i ——圆筒内径，mm[σ]t ——设计温度下圆筒材料的许用应力，kgf/cm 2C ——壁厚的附加量φ——焊缝系数，取0.85K ——系数，标准椭圆封头D i /2h i =2，查得K=1选用材质为普通碳钢，《化工设备》（李健主编）第237页查得100℃以下的许用应力为1270 kgf/cm 2，把上述相关数据代入公式，得10185.01270220001010⨯-⨯⨯⨯⨯=S = 9.30 mm 实际应用壁厚：S=S 0+C C= C 1+C 2+C 3C 1——钢板厚度的负偏差，mmC 2——腐蚀裕度，mmC 3——加工减薄量，mm1C2=1mm, C3= S0×10%=0.93mm故C=0.8＋1＋0.93=2.73mmS=9.30＋2.73=12.03实际取12mm按上述方法，计算φ3000，φ4000时相应的筒体壁厚及封头壁厚为17mm,22mm。

外压容器环向加强圈快速计算

7127E
(9) 上式算得的 I 就是按稳定性要求所需的最小惯性矩, 该式适用于弹性稳定问题。应用上式时, 应力应控制在弹性范围, 工程上可近似用屈服强度来限制, 即 m Ρ= 3Ρ≤Ρst。一般工程设计均能满足这一要求。
对于装在厚度为 ∆e 的圆筒上, 初定截面积为 A s 的加强圈, 可将其厚度看作 ∆E = ∆e+
s′) 2
≤
4A
1 sA
s′
(5)
把式 (5) 代入式 (4) 得:
I
s
≤
be
h
3 e
12 +
A s′h e2
16 +
A she2
16
(6)
把 A s 代入式 (6) , 化简得:
7he3be + 3A s′he2 ≥ 48I s
(7)
3 加强圈与壳体组合段所需惯性矩
考虑每个加强圈两侧各承受 L s 2 范围
be >
(48I -
3A s′he2)
(
7h
3 e
)
(12)
利用上式即可一次求出矩形加强圈截面
尺寸。下面以文[ 3 ]第 105 页例题为例进行说
明。已知 p = 011 M Pa, D 0= 2 420 mm , L = L s = 2 4 0 0mm , t = 1 5 0 ℃ , Ρst = 2 1 0M Pa ,
为加强圈间距mmcr的加强圈所需惯性矩crlsd24e24e我国国家标准采用文献算圆环临界压力相应地对于和圆筒相连在一起的加强圈取稳定性安全系数虑到加强圈和筒体相连的间断焊可能削弱或割断等因素而增加10的惯性矩裕量111pcrlsdplsd7127e7127e全国压力容器标准化技术委员会1gb15089钢制压力容器北京