卧式容器设计.doc

卧式容器设计张哲峰 蒋润华（中国石油工程建设公司新疆设计分公司、第一建设分公司）摘要：本文通过一个具体事例，对卧式容器中内压圆筒容器的受力、计算、分析，及其双鞍式支座的受力、计算、分析，描述了内压圆筒容器的整个设计计算过程，计算过程描述比较详细，可为以后的相关设计人员提供参考。关键词：卧式容器 内压圆筒容器 设计 计算 分析1 主要设计参数设计压力 p= 1.298Mpa 设计温度 t= 190 壳体内径 Di =3600mm 筒体长度 L0 =6320mm焊缝系数 =0.85 腐蚀裕量 C2 =2mm物料密度 =908.8KG/m3 设备充装系数 0 = 0.9鞍座 JB/T 4712-2007 B3600-S 4 =22 Q345R/Q345R2 计算圆筒、封头材质及厚度2.1 材质判断根据常规容器的常规经验，一般情况下，容器内部H2S含量偏高的话可选用Q245R钢板，H2S含量不高或没有的话可选用Q345R钢板，同时通过厚度计算，判断选用比较经济的钢材。2.2 厚度计算（1）采用Q345R板材时由GB150补充文件“关于固定式压力容器安全技术监察规程的实施意见”中钢板的许用应力表，利用插值法求得Q345R钢材厚度在16-36温度在190时的许用应力为t=172.6 Mpa。0.4t = 0.4172.60.85 = 58.684 MpaPc = 1.298 Mpa 0.4t = 58.684Mpa,按照GB150-1998中式（5-1）计算圆筒厚度：计算厚度 最小厚度min = 2Di/1000 = 7.2 mm由于最小厚度小于计算厚度，故设计厚度为d =+C2 =16+2 = 18 mm由石油化工设备设计便查手册中查得厚度为8-25的钢板的厚度负偏差为C1 = 0.8，故名义厚度为：n =d +C1 = 18+0.8 = 18.8 mm，圆整至20 mm（2）采用Q245R板材时由GB150补充文件“关于固定式压力容器安全技术监察规程的实施意见”中钢板的许用应力表，利用插值法求得Q245R钢材厚度在16-36温度在190时的许用应力为t =125.8 Mpa。0.4t = 0.4125.80.85 = 42.772 MpaPc = 1.298Mpa 0.4t = 42.772Mpa,按照GB150-1998中式（5-1）计算圆筒厚度：计算厚度最小厚度min = 2Di/1000 = 7.2 mm由于最小厚度小于计算厚度，故设计厚度为d = +C2 = 21.98+2 = 23.98 mm由石油化工设备设计便查手册中查得厚度为8-25的钢板的厚度负偏差为C1 = 0.8，故名义厚度为：n =d + C1 = 23.98+0.8 = 24.78 mm，圆整至26 mm（3）选用结果经过计算比较，在同样满足设计要求的条件下，使用Q345R板材的经济性能要比使用Q245R板材好，故最终确定：钢板材质为：Q345R，钢板名义厚度为：20 mm。（4）封头厚度计算封头选用标准椭圆形封头，按照GB150-1998中式（7-1）计算名义厚度n =+C1+C2=15.96+0.8+2 = 18.76 mm，圆整至20 mm。最终确定筒体及封头的钢板材质为：Q345R，名义厚度为：20 mm。3 计算鞍座反力（1）计算质量a 圆筒质量m1 b 单个封头质量m2m2 = 2232 Kgc 附件质量m3 附件质量估算为m3 = 5000 Kgd 充液质量m4由于物料密度为908.8kg/m3，设备充装物料的质量小于充满水的质量，故按充满水的质量考虑。 e 保温层质量m5保温棉质量m= 3108.5Kg保温铁皮质量m”= 416Kgm5 = m+m”= 3108.5 + 416 = 3524.5Kgf 设备最大重mm = m1 + 2m2 + m3 + m4 + m5 = 93860 Kg（2）计算鞍座反力按JB/T4731-2005中式（7-1）计算：F = mg/2 = 938609.81/2 = 460383 N4 计算圆筒轴向弯矩（1）圆筒中间处截面的弯矩按JB/T4731-2005中式（7-2）计算： （2）鞍座处截面上的弯矩按JB/T4731-2005中式（7-3）计算： 5 计算圆筒轴向应力（1）由于弯矩引起的轴向应力a 在圆筒中间截面上最高点处：式中：最低点处：b 在鞍座处圆筒截面上最高点处： 式中：K1 = 1.0，由JB/T4731-2005表（7-1）查得。最低点处： 式中：K2 = 1.0，由JB/T4731-2005表（7-1）查得。（2）由设计压力引起的轴向应力 （3）轴向应力组合与校核a 轴向拉应力 最大轴向拉应力 b 轴向压应力 最大轴向压应力 c 轴向应力校核轴向许用压应力 t=172.6 Mpa = 69.9MPa t=172.6 Mpa轴向许用压应力 ac 由GB150-1998图6-5，利用插值法，查得：B = 96.3Mpa由GB150补充文件“关于固定式压力容器安全技术监察规程的实施意见”中钢板的许用应力表，查得Q345R板材的ReL = 325Mpa 轴向许用压应力： 6 计算圆筒、封头切向应力因A = 900 0.5Rm（1）圆筒切向剪应力按JB/T4731-2005中式（7-9）计算： 式中：K3 = 0.88，由JB/T4731-2005表（7-2）查得。（2）封头切向剪应力按JB/T4731-2005中式（7-10）计算：式中：K4 = 0.401，由JB/T4731-2005表（7-2）查得， C3为封头冲压减薄量，由制造厂控制，我们按0计算。（3）切向剪应力校核 式中为圆筒许用切向剪应力。 式中为封头许用切向剪应力，其中按JB/T4731-2005中式（7-12）计算： 式中：K = 1.0，由GB150-1998表（7-1）查得。7 计算圆筒周向应力（1）鞍座处横截面最低点处周向应力按JB/T4731-2005中式（7-15）计算： 式中： K = 0.1 考虑容器焊在鞍座上。 K5 = 0.7603，由JB/T4731-2005表（7-3）查得。 其中b值按JB/T4712-2007中表8，取。（2）鞍座边角处的周向应力因为L/Rm 8，故按JB/T4731-2005中式（7-17）计算： 式中：K6 = 0.013，由JB/T4731-2005表（7-3）查得。 因为A/Ra = 0.497 0.5。（3）周向应力校核 结论：不设加强垫板，保留鞍座本身的垫板。8 计算鞍座有效断面平均应力（1）鞍座承受的水平分力按JB/T4731-2005中式（7-25）计算： 式中K9 = 0.204，由JB/T4731-2005表（7-5）查得。（2）鞍座有效断面平均应力按JB/T4731-2005中式（7-26）计算： 式中：Hs = 250mm，为鞍座实际高度和Rm/3两者中的较小值。 b0 = 22-0.8 = 21.2 mm 腹板名义厚度为22 mm。（3）鞍座有效断面平均应力校核 式中为鞍座材质Q345R在小于等于20时的许用应力。结论：校核合格。参考文献：1 GB150-1998钢制压力容器 国家质量技术监督局 19982 JB/T4731-2005钢制卧式容器 国家发展和改革委员会 20053 钢制压力容器设计指南 全国技术委员会设计分委员会 19934 JB/T4712-2007容器支座 中华人民共和国国家发展和改革委员会 2007作者简介：张哲峰，男，1983年生，毕业于辽宁石油化工大学，现就职中国石油工程建设公司新疆设计分公司。