过程设备设计复习资料5-1

第5章储存设备容器-----各种设备外部壳体的总称设备-----工业生产中用于传质、传热和化学反应等过程的装置·设备为不同的工艺过程服务例如：合成氨生产造气（煤气发生炉）净化脱硫（脱硫塔）变换（变换炉）脱碳（吸收塔）合成（氨合成塔）尿素（尿素合成塔）（造粒塔）传质、传热和化学反应是过程工业中应用非常广泛的工艺过程，相应于传质过程，一般使用塔设备；相应于传热过程，使用换热设备；而化学反应过程，使用反应设备。

·容器设计以强度计算及校核为主要内容，设备设计则以结构分析为主要内容在本专业的第一版教材中，一个著名的苏联学者指出：在任何结构中，绝没有偶然的和多余的东西，所有结构的产生都有一定的原因。

学会分析设备的结构，能找出为什么采取这种结构的原因，应该是本课程的基本任务之一。

通过塔设备、换热设备、反应设备这几种典型设备的结构分析，并应用容器设计中强度计算方法进行设备重要零部件的强度计算，从而进一步可以分析和设计其它类型的设备。

·看图读图；§5-1 概述一、储存设备设计应考虑的因素：1、工艺条件2、材料3、场地条件和施工条件4、液化气体的充装量二、储罐的发展趋势——大型化优点：1、节省材料2、节省投资3、占地面积小4、便于操作管理5、节省配件和罐区管网缺点：1、壁厚大。

2、强度、稳定性计算比较复杂，地震的破坏力大。

3、地基难以保证均匀的地质状况，容易造成沉陷和罐底破裂。

三、储罐的设计内容和相关标准1、 设计内容2、相关标准JB4731-2000《钢制卧式容器》 GB12337-1998《钢制球形储罐》GB/T 17261-1998《钢制球形储罐型式与基本参数》 GB/T 4712-1992 《鞍式支座》TH J74 1-85 《液化石油气卧式储罐》 其它标准：封头、法兰、支座、人孔、手孔等§5-2 卧式储罐⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧附件支座封头筒体储罐的机构设计一、卧式储罐的基本结构 1、地面卧式储罐 （1）设计内容（2）支座形式（3）鞍式支座JB/T 4712-92《鞍式支座》① 鞍座的作用和结构 ② 双鞍座的优点 ③ 鞍座的种类F 型鞍式支座（固定鞍座） S 型鞍式支座（活动鞍座） ④ 鞍座包角 ⑤ 鞍座的最佳位置在保证A ≤0.2L 的条件下，尽量使A ≤0.5R i 2、地下卧式储罐（1）地下卧式储罐的结构（2）埋地措施⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧筒体的强度校核设计、应力校核支座的载荷分析、尺寸封头的选型筒体的设计计算⎪⎩⎪⎨⎧支腿圈座鞍式支座（3）工艺接管或接口集中安放 （4）牺牲阳极保护法 二、卧式储罐的设计计算 （一） 双鞍座卧式储罐受力分析梁所受外载荷：q 、F 、F q 、M（二）内力分析 1、弯矩（1）跨中截面的轴向弯矩M 1（2）鞍座截面的轴向弯矩M 22、剪力)(11A L C F M -=)1(2322C A R C L A C FA Mi -+-=（1） 跨中截面的剪力（2）鞍座截面的剪力（三）筒体应力计算及强度校核 1、筒体的轴向应力 “扁塌效应” 筒体有效承载范围：（1）轴向弯矩（M 1-M 2 ）的计算轴向应力（σ1-σ4 ）的校核（3）轴向应力校核注意事项① 应校核危险工况下可能产生的最大应力。

②不同工况（操作、液压试验）下，储罐的载荷和应力情况不同。

内压容器，K 1= K 2=1，且[M 1]＞ [M 2]时，只需校核跨中截面的轴向应力，σLmax 为操作工况下的σ2，σYmax 为非操作工况下的σ1。

)5360(12162θβθ+=+=∆=V )342(5.0H L A L F V R A i +-=>时：FV R A i =≤时：5.0ei ei R M PR δπδσ2112+=e i e i R M PR δπδσ2122-=eie i R K MPRδπδσ21232+=ei ei R K MPR δπδσ22242-=K 1 ≠K 2时，则需校核跨中截面和支座截面的轴向应力。

2、切向切应力（1）支座截面有加强圈未被封头加强（2）支座截面无加强圈未被封头加强（3）支座被封头加强（4）封头中的附加拉伸应力切向切应力校核：τ≤[τ]t =0.8[σ]t τh + σh ≤ 1.25[σ]t 3、周向弯曲应力切向切应力→周向弯矩→周向弯曲应力 支座反力→圆筒承受周向载荷→周向压缩应力ei ei e i R V K K R V K R V δτπφπφδδπφτ319.0319.02sin sin max 333=⇒=====时，799.0958.0171.0150135120cos sin sin )cos sin (sin 333max 、、时、、时==+-==⇒=+-=K K R V K R V ei e iθαααπαδταφαααπδφτ485.0645.0880.0150135120)cos sin ()cos sin (sin )cos sin ()cos sin (sin 333max 、、时、、时==+--==⇒=+--=K K R F K R F ei e i θαααππααααδταφαααπδπαααφτ5.1297.0344.0401.0150135120)cos sin sin (834244h h e h i h K K R FK ττθαααπαδτ='==+-==平封头：、、时、、heih KPD δσ2=椭圆形封头：（1）周向弯曲应力① 支座截面有加强圈的圆筒式（5-15）② 支座截面无加强圈的圆筒③ 被封头加强（2）周向压缩应力 ① 有加强圈加强 ② 无加强圈加强③ 被封头加强iFR K M'=6β鞍座边角处：iFR K M'=6β鞍座边角处：266238ei F K WM R L δσβ'±=±=≥时：266128eii L FR K WM R L δσβ'±=±=<时：266238ei F K WM R L δσβ±=±=≥时：266128eii L FR K WM R L δσβ±=±=<时：FK T T 5max =FK T T =（3） 周向弯曲应力和周向压缩应力的强度校核（4）应力不满足要求时可采取的措施 ① 采用鞍座垫板作为加强板 ② 增大鞍座包角或鞍座宽度 ③ 在鞍座截面设置加强圈 （四）加强圈设计（了解） （五）鞍座强度校核卧式储罐设计计算程序99931b R F K FK F i =='σt e e i R b F K ][)56.1(55σδδσ≤+-=处：支座截面上圆筒最低处t e ee i iF K R b F R L ][25.123)56.1(48266σδδδσ≤-+-=≥时：：支座截面上鞍座包角处teiee i i L FR K R b FR L ][25.112)56.1(48266σδδδσ≤-+-=<时：§5-3 球形储罐一、罐体1、纯桔瓣式罐体特点：拼装焊缝较规则，施焊组装容易（可采用自动焊）。

优点：（1）拼装焊缝较规则，施焊组装容易（可采用自动焊）。

（2）支柱可错开焊缝布置在赤道带球瓣的中间，应力状态均匀。

（3）可采用大瓣片设计，减少环带和焊缝数量。

缺点：（1）球瓣在各带位置尺寸大小不一，只能在本带或上下对称的带之间互换。

（2）下料及成型较复杂，板材利用率低。

（3）极板尺寸小，不便于布置焊缝、人孔和接管。

2、足球瓣式罐体该结构形式通常用于容积小于120m3的球罐特点：各瓣片大小相同优点：（1）下料成型方便，材料利用率高，瓣片互换性好。

（2）组装焊缝长度短，便于焊接和检验。

缺点：（1）焊缝数量多，布置复杂，施工组装困难。

（2）对球瓣的制造精度要求高。

3、混合式罐体特点：赤道带—桔瓣式温带—桔瓣式极板—足球瓣式（每极三块）优点：（1）桔瓣式为主，极板尺寸较大，制造方便，材料利用率高。

（2）球壳板数量少，焊缝尺寸短，便于制作大型储罐。

（3）极板尺寸大，便于布置人孔和接管。

缺点：有两种球瓣，主焊缝有Y型和T型两种，焊缝质量不易保证，组装较麻烦。

二、支座1、支柱结构（1）支柱（2）支柱和球壳的连接（3）拉杆2、带拉杆的支柱优点：（1）受力均匀、弹性好，能承受热膨胀变形。

（2）现场安装方便，容易调整。

缺点：球罐重心高，稳定性相对较差。

3、拉杆结构三、人孔和接管1、人孔（1）上下极板上分别设置一个人孔（2）人孔直径DN500（3）采用带整体段件凸缘补强的回转盖或水平吊盖型式2、接管l采用厚壁管或整体锻件凸缘等措施提高强度。

l接管选用与球壳相同或相近的材质。

l接管尽量布置在上下极板上。

l球罐上所有接管均需设置加强筋，小接管群可采用联合补强。

l球罐接管法兰应采用凹凸面法兰。

四、附件梯（1）子和平台（2）水喷淋装置（3）隔热或保冷设施（4）液面计、压力表、安全阀、温度计等。