立式储罐课程设计说明书

立式贮罐设计

前言

玻璃钢罐分为立式、卧式机械缠绕玻璃钢储罐、运输罐、反应罐、各种化

工设备，玻璃钢卧式罐、立式贮罐、运输罐、容器及大型系列容器、根据所用(贮存或运输)介质选用环氧呋喃树脂、改性或聚酯树脂、酚醛树脂为粘结剂，

由高树脂含量的耐腐蚀内衬层、防渗层、纤维缠绕加强层及外表保护层组成。

玻璃钢具有耐压、耐腐蚀、抗老化、使用寿命长、重量轻、强度高、防渗、

隔热、绝缘、无毒和表面光滑等特点。机械缠绕玻璃钢容器可以通过改变树脂

系统或采用不同的增强材料来调整产品的物理化学性能以适应不同介质和工

作条件需要，通过结构层厚度、缠绕角和壁厚设计制不同压力，是纤维缠绕复

合材料的显著特点。

由于有以上的特点，玻璃钢贮罐可广泛应用于石油、化工、纺织、印染、

电力、运输、食品酿造、给排水、海水淡化、水利灌溉及国防工程等行业。储

存各种腐蚀性介质可以耐多种酸、碱、盐和有机溶剂，主要应用于石油、化工、

制药、印染、酿造、给排水、运输等行业，适应于盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、

双氧水、污水、次氯酸钠等多种产品的贮存、运输，也可作地下油槽、保温储槽、运输槽车等[1]。

本设计为容积180m3,贮存质量分数为70%的硫酸,使用温度为90℃的立式贮罐,设计中分别从造型、性能、结构、工艺、零部件、防渗漏、安装、检验等八个方面做了说明、计算和设计，整体介绍了立式贮罐的设计流程、方法及主要事项，最终设计出了满足设计要求的立式贮罐。

1．造型设计

1.1 设计要求

立式玻璃钢贮罐设计，容积为140m 3，贮存质量分数为10%的醋酸，使用温度为常温，拱形顶盖设计。

1.2 贮罐构造尺寸确定

贮罐容积V =140m 3，取公称直径为D =3800mm ，

则贮罐高度为 H =V π×(D 2⁄)2

⁄=1403.14×(3.82⁄)2⁄=12.35m （式1.1） 初定贮罐结构尺寸为 D =3.8m H =12.4m

1.3 拱形顶盖尺寸设计

与锥形顶盖相比，其结构简单、刚性好、承载能力强，是立式贮罐广为使用的一种形式。为取得罐顶和罐壁等强度，罐顶的曲率半径与贮罐直径差值不超过20%。即 R 0=(0.8~1.2)D （式1.2） 式中 R 0——拱顶球面曲率半径，cm ; D ——贮罐内径，cm ，等于2R 。

取罐顶高为h ，r 为转角曲率半径，r 小则h 小，一般取r =0.2D ，此时h ≈0.2D [1]。 所以 r =0.2D =0.2×380=76cm h ≈0.2D =0.2×380=76cm

1.4贮罐罐底设计

罐体和罐底的拐角处理，对贮罐设计极为重要。尤其是立式贮罐底部附近的受力较为复杂，应引起足够的重视。一般在拐角处都应设计成一定的圆弧过渡区，圆弧半径不应小于38mm 。如果罐壳和罐底分开制造，则应注意在罐壳和罐底的结合处内外进行有效的补强。拐角区域的最小厚度等于壳壁和底部的组合厚度。拐角区域的加强应逐层递减，避免截面上突变产生应力集中[1]。如图1.1[2]。

图 1.1 平底贮罐底部示意表1.1 平底贮罐底部尺寸要求

贮罐内直径mm 过渡段最小宽度

mm

加强段最小宽度

mm

＜1200 80 200 ≥1200100 300

立式贮罐造型简图如下。

图1.2 立式贮罐造型简图

1.5支座设计

常用立式贮罐支座有床式、悬挂式、角环支撑式、和裙式4种形式。

1.5.1 床式支座这种支座是将贮罐直接置于基础上，属于直接支承形式。因为支承面积大、设备底部的应力状态均匀、应力集中地现象较少，所以这种支承方式可以不再采取其他固定措施，不过，对于室外的大型设备，大多要另加地脚螺栓固定。

1.5.2 悬挂式支座悬挂式支座又称耳式支座或耳架，是立式贮罐中用得极为广泛的一种，尤其对中小型贮罐更是如此。每台贮罐一般配置两个或四个支座，必要时也可多一些，但在安装时不容易保证各支座在同一平面上，也不能保证各支座受力均匀。对于较大的薄壁容器或支座上荷载较大时可将各支座连成一体组成环梁式。

1.5.3 角环支承式支座对于高度不大的贮罐，而且离地面比较低的情况下，可采用角环支承式支座。即通过角环与设备本身连接，在由数根支柱直接支承在楼板和基础地面

上。

1.5.4 裙式支座裙式支柱简称裙座。其高度由生产工艺过程和维修要求确定。裙式支柱大多采用圆筒形形式。裙座体一般搭接在罐底封头外侧，因此，在贮罐与裙座的连接处会产生很大的剪切应力。这种支座仅适用于小型贮罐。

1.5.5 支座选择由于设计贮罐公称直径达到3.8m，高度超过1

2.4m，设计为平底，属于室外的大型设备，所以，选择床式支座[1]。

2．性能设计

2.1树脂选择

玻璃钢的耐腐蚀性能主要取决于树脂[3]。由于设计要求为贮存10%的醋酸，使用温度常温，而且考虑价格因素，选择双酚A型191#不饱和树脂即可。以下是部分玻璃钢在化学介质中的使用实例[4]。

表2.1 部分玻璃钢在化学介质中使用实例

介质最高使用温度设备名称使用部

位

树脂品种使用形式

35%HCl 常温贮罐聚酯整体

浓HCl 常温贮罐双酚A 整体

硫酸（1%～10%）70℃贮罐间苯二甲酸整体

10%醋酸常温贮罐双酚A 整体

47%NaOH 40℃贮罐环氧树脂衬里

次氯酸钠常温贮罐双酚A 整体

2.2增强材料选择

玻璃钢贮罐设计中可选用的增强材料种类很多，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚酯纤维及其他纤维等。但在玻璃钢贮罐设计中，仍以玻璃纤维为主[5]。表2.2列出了几种常用典型玻璃纤维的化学性能。

表2.2 几种常用典型玻璃纤维的化学性能比较

玻璃纤维种类耐水性耐酸性耐碱性

沸水煮1h后失重/%试验后水的电阻

/Ω

在硫酸沸液中煮

1h失重/%

NaOH沸液中煮

1h失重 /%

无碱玻璃纤维 1.7 10000 48.2 9.7

中碱玻璃纤维0.13 72000 0.1 —

高碱玻璃纤维11 2500 6.2 12.0～15.0

由表中可知，中碱玻璃纤维的耐酸性最好，设计要求贮存10%醋酸，所以增强材料选用中碱玻璃纤维无捻粗纱、中碱玻璃纤维表面毡和短切毡。