1、过程设备设计过程设备设计（）宁夏化工厂一化肥装置 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。（1 1）巩固和加强）巩固和加强机械制图机械制图、化工制图化工制图的的基础知识，提高读图和制图的能力。基础知识，提高读图和制图的能力。（2 2）教与学有机结合，多想多问。）教与学有机结合，多想多问。（3 3）课后及时复习，答疑。）课后及时复习，答疑。（4 4）学习过程中的问题及时和教师沟通、反馈，）学习过程中的问题及时和教师沟通、反馈，提出好的建议。提出好的建议。（5 5）按时交作业，及时纠正错误
2、。）按时交作业，及时纠正错误。（6 6）成绩评定：平时成绩和课堂提问）成绩评定：平时成绩和课堂提问2030%2030%，期末考试期末考试7080%7080%。第第5 5章章 储存设备储存设备一 六大部件 筒体、封头、密封、开孔接管、支座、安全附件（安全阀、爆破片）2储存容器（C或B）外壳即为容器本身3传热（E）、传质（S）和反应容器（R）外壳内装入工艺所要求的内件l耳式支座：悬挂式，筋板、支脚板和垫板组成，反应釜及立式换热器等直立设备l支承式支座：高度不大、安装位置距基础面近且具有凸形封头的立式容器，支承在容器底封头上l腿式支座：支腿，高度较小中小型立式容器，支承在容器圆柱体部分l裙式支座：高
3、大立式容器，特别是塔器储存设备设计应考虑的因素：储存设备设计应考虑的因素：工艺条件（可燃性、饱和蒸汽压、密度、工艺条件（可燃性、饱和蒸汽压、密度、腐蚀性、毒性、化学反应活性）腐蚀性、毒性、化学反应活性）材料（腐蚀性，氢腐蚀，氢脆）奥氏体材料（腐蚀性，氢腐蚀，氢脆）奥氏体 场地条件和施工条件（环境温度、风、场地条件和施工条件（环境温度、风、雪、地震载荷、地基条件）雪、地震载荷、地基条件）液化气体的充装量（液化气）液化气体的充装量（液化气）储罐的发展趋势储罐的发展趋势大型化大型化优点：优点：1、节省材料、节省材料2、节省投资、节省投资3、占地面积小、占地面积小4、便于操作管理、便于操作管理5、节省
4、配件和罐区管网、节省配件和罐区管网缺点：缺点：1、壁厚大。、壁厚大。2、强度、稳定性计算比较、强度、稳定性计算比较复杂，地震的破坏力大。复杂，地震的破坏力大。3、地基难以保证均匀的地、地基难以保证均匀的地质状况，容易造成沉陷和质状况，容易造成沉陷和罐底破裂。罐底破裂。相关标准相关标准JBJB4731-2000钢制卧式容器钢制卧式容器GB12337-1998钢制球形储罐钢制球形储罐GB/T 17261-1998钢制球形储罐型式与基本参数钢制球形储罐型式与基本参数GB/T 4712-1992 鞍式支座鞍式支座TH J74 1-85 液化石油气卧式储罐液化石油气卧式储罐其它标准：封头、法兰、支座、人
5、孔、手孔等其它标准：封头、法兰、支座、人孔、手孔等自身重量造成严重挠曲的薄壁容器；真空容器；多于两个支承的长容器。重量较轻的小型容器大型卧式、广泛采用F型鞍式支座S型鞍式支座JB/T 4712-92鞍式支座鞍式支座鞍式支座的最佳位置：鞍式支座的最佳位置：在保证在保证A0.2L的条件下，的条件下，尽量使尽量使A0.5Ri地下卧式储罐地下卧式储罐减少占地面积和安全防火距离液化气，避开环境温度影响地下室；土埋（沥青防锈、牺牲阳极保护）牺牲阳极保护：直流电源+导流电极做阳极；电位较负金属（锌、铝、镁）集中安放双鞍座卧式储罐双鞍座卧式储罐受力分析受力分析载荷分析1 压力 2 储罐重量 3 物料重量 4
6、其它载荷 2243iFqRgLHiSqR4icRy 21234qFHqHmq224icqRmSy2221()4iqMmmRH筒体有效承载范围：筒体有效承载范围：)5360(12162轴向应力（轴向应力（1 4）校核）校核轴向弯矩（轴向弯矩（M1 M2）计算）计算22212()()()()()432224iqLLLLMRHHqFAq11()MF C LA22112()()44(1)3iRHLLCHL2222()()432iqAMRHHqAqA2322(1)iRFAAMCCCLA2413HCL 2232iiRHCR L内力分析1.弯矩 22()433LAVFq AHFLH0.5iARVF 2 剪力
7、0.5iAR圆筒应力计算和强度较核圆筒上的轴向应力112ieMR122ieMR中间圆筒截面最高点最高点（压缩）（压缩）最低点最低点（拉伸）（拉伸）计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度、计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度、毛坯厚度、成形后厚度毛坯厚度、成形后厚度22233sinsincossin22sincos222iO OxieieieRIIAdRRR1(3605)2612 220232231sincossinsincos2iiO OieieMRRM yMIKRR21sinsincos2sincosK22242232sinsinsincos2iinO OieieMRRM yMIKRR22
8、sinsincos2sin1K支座处圆筒截面近圆筒中心（拉伸）圆筒最低点（压缩）轴向应力校核注意事项轴向应力校核注意事项l应校核危险工况下可能产生的最大应力。应校核危险工况下可能产生的最大应力。l不同工况（操作、液压试验）下，储罐的载不同工况（操作、液压试验）下，储罐的载荷和应力情况不同。荷和应力情况不同。l内压容器，内压容器，K1=K2=1，且，且M1 M2时，只时，只需校核跨中截面的轴向应力，需校核跨中截面的轴向应力，Lmax为操作工为操作工况下的况下的2，Ymax为非操作工况下的为非操作工况下的1。K1 K2时，则需校核跨中截面和支座截面的时，则需校核跨中截面和支座截面的轴向应力。轴向应
9、力。计算示例计算示例切向切应力切向切应力eieieiRVKKRVKRV319.0319.02sinsinmax333时，1、支座截面有加强圈、支座截面有加强圈未被封头加强未被封头加强2、支座截面无加强圈、支座截面无加强圈未被封头加强未被封头加强13601922040sin2sineiieVVCRdRsincosC799.0958.0171.0150135120cossinsin)cossin(sin333max、时、时KKRVKRVeiei219360403、支座被封头加强、支座被封头加强485.0645.0880.0150135120)cossin()cossin(sin)cossin()c
10、ossin(sin333max、时、时KKRFKRFeiei0sinsin2sin2sineieiieieFFRdCRdRRsincossincosC4、封头中的附加拉伸应力、封头中的附加拉伸应力42424sin1.52sincos23sin()8sincos120 135 1500.401 0.344 0.2971.5hiheihehhK FFRRKK、时、平封头：封头中的切向切应力02sincossincossincossincossin2sincosiiiiFFR dR dRRF切向切应力校核切向切应力校核圆筒圆筒t=0.8t封头封头h+h 1.25theihKPD2椭圆形封头：计算示例
11、计算示例周向弯曲应力周向弯曲应力切向切应力切向切应力周向弯矩周向弯矩周向弯曲应力周向弯曲应力支座反力支座反力周向压缩力周向压缩力周向压缩应力周向压缩应力叠加叠加周向应力周向应力强度校核强度校核周向弯矩周向弯矩222sin462cos2 sincos1sincossincos92324sinsincos1 2iFRM 2()iMfFR、6iMKFR6iMKFR支座截面有加强圈支座截面有加强圈0.5iAR220支座截面无加强圈支座截面无加强圈有效截面6iKFR偏安全鞍座边角处最大周向弯矩小于有加强圈时推到的弯矩8iLR2212463ieieWRR8iLR2216212eeLLW662382ieMK
12、FLRW 当时，662128iieMKFRLRWL 当时，周向弯曲应力 周向弯曲应力周向弯曲应力被封头加强的圆筒被封头加强的圆筒0.5iAR6iMK FR6614KK662382ieMK FLRW 当时，662128iieMK FRLRWL 当时，周向压缩应力周向压缩应力sincoscos()(sincos)sincoseiieFRdTFR max51cossincosTTFK F未用任何形式加强的圆筒未用任何形式加强的圆筒0sinieFRsinsincos()sincosieFR sinsinsincos()sincoscoscos()sincoseieiaiieFFTRdRdRRF max
13、51cos()sincosTTFK F 被封头加强的圆筒被封头加强的圆筒计算示例计算示例 55(1.56)tieeK FbR 62381.2524(1.56)tieieeK FFLRbR6当时 621281.254(1.56)tiieieeK FRFLRLbR6当时 加强圈结构加强圈结构 787001.25tiK FReK FIA 888001.25tiK FRdK FIA 鞍座截面处设置内加强圈外缘内缘 550(1.56)tieK FbR 787001.25tiK FReK FnInA 788001.25tiK FRdK FnInA 最低处鞍座边角处外缘内缘靠近鞍座截面处设置加强圈鞍座强度校
14、核鞍座强度校核计算示例计算示例sincoscos()(sincos)sincosiiFRdTFR coscos()sincosiiTFqRR2911 cossin2sinsincosiFqRdFK F 992133tioK FRb卧卧式式储储罐罐计计算算程程序序球形储罐球形储罐球球形形储储罐罐液化气液化气气体气体常温常温石油液化气、石油液化气、NH3低温低温CO2、液氧、液氮、液氧、液氮城市煤气、城市煤气、O2、N2、空气空气纯桔瓣式罐体纯桔瓣式罐体纯纯桔桔瓣瓣式式罐罐体体 拼装焊缝较规则，施焊组装拼装焊缝较规则，施焊组装容易（可采用自动焊）。容易（可采用自动焊）。特特点点 （1）拼装焊缝较规
15、则，施焊组装容易（）拼装焊缝较规则，施焊组装容易（可采用可采用 自动焊）。自动焊）。（2）支柱可错开焊缝布置在赤道带球瓣的中间，）支柱可错开焊缝布置在赤道带球瓣的中间，应力状态均匀。应力状态均匀。（3）可采用大瓣片设计，减少环带和焊缝数量。）可采用大瓣片设计，减少环带和焊缝数量。优优点点 （1）球瓣在各带位置尺寸大小不一，只能在本带）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。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。）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。）极板尺寸小，不便于布置焊缝、人孔和接管。缺缺点点足球瓣式
16、罐体足球瓣式罐体该结构形式通常用于该结构形式通常用于容积小于容积小于120m3的球罐的球罐足足球球瓣瓣式式罐罐体体 各瓣片大小相同各瓣片大小相同特特点点 （1）下料成型方便，材料利用率高，瓣片）下料成型方便，材料利用率高，瓣片 互换性好。互换性好。（2）组装焊缝长度短，便于焊接和检验。）组装焊缝长度短，便于焊接和检验。优优点点 （1）焊缝数量多，布置复杂，施工组装困难。）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。）对球瓣的制造精度要求高。缺缺点点混合式罐体混合式罐体混混合合式式罐罐体体 赤道带赤道带桔瓣式桔瓣式 温带温带桔瓣式桔瓣式 极板极板足球瓣式（每极三块）足球瓣式
17、（每极三块）特特点点 （1）桔瓣式为主，极板尺寸较大，制造方便，）桔瓣式为主，极板尺寸较大，制造方便，材料利用率高。材料利用率高。（2）球壳板数量少，焊缝尺寸短，便于制作）球壳板数量少，焊缝尺寸短，便于制作 大型储罐。大型储罐。（3）极板尺寸大，便于布置人孔和接管。）极板尺寸大，便于布置人孔和接管。优优点点 有两种球瓣，主焊缝有有两种球瓣，主焊缝有Y型和型和T型型 两种，焊缝质量不易保证，组装较麻烦。两种，焊缝质量不易保证，组装较麻烦。缺缺点点球罐的支承球罐的支承单段式单段式双段式双段式支柱支柱支柱和球壳的连接支柱和球壳的连接拉杆拉杆支柱结构支柱结构带拉杆的支柱带拉杆的支柱优点优点受力均匀、弹
18、性好，受力均匀、弹性好，能承受热膨胀变形。能承受热膨胀变形。现场安装方便，容易现场安装方便，容易调整。调整。缺点缺点球罐重心高，稳定性球罐重心高，稳定性相对较差。相对较差。支柱与球壳的连接支柱与球壳的连接可调式可调式拉杆结构拉杆结构固定式固定式上下极板上分别设置上下极板上分别设置一个人孔一个人孔人孔直径人孔直径DN500采用带整体段件凸缘采用带整体段件凸缘补强的回转盖或水平补强的回转盖或水平吊盖型式吊盖型式l采用厚壁管或整体锻件凸缘等措施提高采用厚壁管或整体锻件凸缘等措施提高强度。强度。l接管选用与球壳相同或相近的材质。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。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。管群可采用联合补强。l球罐接管法兰应采用凹凸面法兰。球罐接管法兰应采用凹凸面法兰。梯子和平台梯子和平台水喷淋装置水喷淋装置隔热或保冷设施隔热或保冷设施液面计、压力表、液面计、压力表、安全阀、温度计等安全阀、温度计等式式(5-3)和和）式式(5-4)）由公式计算或查表得：由公式计算或查表得：支座截面弯矩支座截面弯矩M2：7(4-31)(5-12)(5-13):(4-45)(5-25)(5-24)
