卧式储罐人孔设计.doc

Hefei University
《化工机械与设备》过程考核之二
——常用零部件设计

题 目：
2.5MPa卧式储罐人孔设计
系 别：
化学材料与工程系
班 级：
10化工（三）
姓 名：
何文龙
学 号：
1003023004
队 别：
Team 5
队 员：
朱广佳（队长）、吴凯、何文龙
教 师：
胡 科 研
日 期：
2011-12-02

《化工机械与设备》过程考核之二 1
一 前言 3
1.1 设计人孔的目的 3
1.2 人孔附图 3
二 人孔的机械设计 3
2.1选择人孔 3
2.2核算人孔补强 4
2.3机械设计标准参数 5
2.3.1.碳素钢、低合金钢类 5
2.3.2 不锈钢类 6
2.3.3 人孔的PN2.5DN明细表 6
三 人孔工艺设计： 7
3.1人孔的功能类型： 7
3.2材料的选择 7
3.3人孔种类的划分 8
3.3.1、以通信管块容量划分 8
3.3.2、以人孔的通向划分 8
3.3.3、以人孔上覆承受负荷能力划分 8
3.4 人孔直径及人孔中心距底板尺寸 8
四 总结 9
五 参考文献 9

一 前言
1.1 设计人孔的目的

人孔是安装在卧式储罐上部的安全应急装置。通常与防火器、机械呼吸阀配套使用，既能避免因意外原因造成罐内急剧超压或真空时，损坏储罐而发生事故，又有起到安全阻火作用，是保护储罐的安全装置。具有方便维修，定压排放、定压吸入、开闭灵活、安全阻火、结构紧凑、密封性良好、安全可靠等优点。
1.2 人孔附图

图—1 人孔俯视图

图2——人孔开关侧面图

图3——人孔主视图

设计条件：管经480mm×12；工作介质：水蒸气；表压：<2.5MPa
二 人孔的机械设计
2.1选择人孔
根据储罐是在常温下及最高工作压力为 2.5MPa 条件下工作,人孔的标准按公称压力为 2.5 MPa 等级选取，考虑到人孔盖直径较大较重,故选用回转盖对焊法兰（GH21518-2005）,公称直径 450，榫槽面密封面（TG型）和石棉橡胶板垫面。
该人孔标记为：人孔 RF Ⅳ(A·G)450-2.5 GH21518-2005
另外还要考虑人孔补强,确定补强圈尺寸,由于人孔的筒节不是采用无缝钢管,故不能直接选用补强圈标准。本设计所选用的人孔筒节内径为 d i = 484mm ,壁 厚 δ m = 12mm
立式储罐为腐蚀介质压力容器，故其所有焊缝（包括角焊缝）均采用全焊透结构。
查表得人孔的筒体尺寸为 Φ 480×12，由标准 JB/T 4736-2002 查得补强圈尺寸为：内径 Di= 490mm 外径 Do= 760mm
2.2核算人孔补强
补强圈坡口取D型立式储罐设计说明书
开孔补强的有关计算参数如下：
1 筒体的计算壁厚：

2. 计算开孔所需补强的面积 A：
开孔直径：d = di + 2C = 480 + 2 × (0.0 + 2.0) = 484mm
补强的面积： A = d - δ = 484 × 2.1 = 1016.4mm2
3 有效宽度：
B = 2 *d = 2 × 484 = 968mm
B = d + 2 - δn + 2- δm = 484 + 2 × 12+ 2 × 12 = 1016mm
取最大值 B = 1016mm
4 有效高度：
外侧高度 h1 = d -δ m = 484 × 12 = 58.04mm
或 h1 = 接管实际外伸高度 = 250mm
两者取较小值 h1 = 58.04mm
内侧高度 h2 = d - δ m = 484 × 12= 58.04mm
h2 = 接管实际内伸高度 = 0mm
两者取较小值 h2 = 0mm
5筒体多余面积 A1：

筒体有效厚度： δ e = δ n -C = 12- 2.0 = 10mm
选择与筒体相同的材料（16MnR）进行补偿，故 f r =1，
所以 Ai = ( B -d )(δ e -δ ) -2δ m (δ e -δ )(1 -f γ ) = (1016 -484)(10.0 -2.1) -2 × 12 × (10.0 -2.1)(1 *1) = 4013.2mm2
6 接管多余金属的截面积 A2：
Pc -d 0.594 × 454 = = 0.80mm t 2[σ ] -Pc× 170 × 1 -0.594
接管计算厚度 δ t = A2 = 2 -h1 (δ et -δ t ) f γ + 2 -h2 (δ et -C 2 ) f γ 8
立式储罐设计说明书 = 2 -h1 (δ m -C -δ t ) f γ + 0 = 2 × 52.19 × (6 -2.0 -0.80) = 334.02mm2
补强区内焊缝截面积 A3： 1 A3 = 2 × × 6 × 6 = 36mm2
有效补强面积 Ae： Ae = A1 + A2 + A3 = 862.6 + 334.02 + 36 = 1232.62mm2
因为 Ae > A ，所以不需要补强
2.3机械设计标准参数
2.3.1.碳素钢、低合金钢类

标准号
适用通经 DN
适用压力 MPa
常压人孔
HG21515
400～600
常压
回转盖板平焊法兰人孔
HG21516
400～600
0.6
回转盖带颈平焊法兰人孔
HG21517
400～600
1.0，1.6
回转盖带颈对焊法兰人孔
HG21518
400～600
2.5，4.0，6.3
垂直吊盖板式平焊法兰人孔
HG21519
400～600
0.6
垂直吊盖带颈对焊法兰人孔
HG21520
400～600

垂直吊盖带颈对焊法兰人孔
HG21521
400～600
2.5，4.0，6.3
水平吊盖板式平焊法兰人孔
HG21522
400～600
0.6
水平吊盖带颈平焊法兰人孔
HG21523
400～600
1.0，1.6
水平吊盖带颈对焊法兰人孔
HG21524
400～600
2.5，4.0，6.3
常压旋柄快开人孔
HG21525
400～500
常压
椭圆形回转盖快开人孔
HG21526
450×350
0.6
回转拱盖快开人孔
HG21527
400～500
0.6
常压手孔
HG21528
150，250
常压
板式平焊法兰手孔
HG21529
150250
0.25
带颈平焊法兰手孔
HG21530
150，250
1.0，1.6
带颈对焊法兰手孔
HG21531
150，250
2.5，4.0，6.3
回转盖带颈对焊法兰手孔
HG21532
250
4.0，6.3
常压快开手孔
HG21533
150，250
常压
旋柄快开手孔
HG21534
150，250
0.25
回转盖快开手孔
HG21535
150，250
0.6

2.3.2 不锈钢类

标准号
适用通经 DN
适用压力MPa
适用压力 MPa
常压不锈钢人孔
HG21595
450600
常压
回转盖不锈钢人孔
HG21596
450600
1.0～4.0
回转拱盖快开不锈钢人孔
HG21597
450500
0.6～4.0
水平吊盖不锈钢人孔
HG21598
450，500
0.6～4.0
垂直吊盖不锈钢人孔
HG21599
450～600
0.6～4.0
椭圆快开不锈钢人孔
HG21600
450×350
0.6
常压快开不锈钢手孔
HG21601
150，250
常压
平盖不锈钢手孔
HG21602
150，250
0.6～4.0
回转盖快开不锈钢手孔
HG21603
150，250
0.6
旋柄快开不锈钢手孔
HG21604
150，250
0.25
2.3.3 人孔的PN2.5DN明细表

件号
标准号
名称
数量
材料
尺寸/mm
1
GB/T 713--2008
筒节
1
Q345R
dw=480*12
δ=3
b1=39,
b2=44
M33*2*175

M33

Do=36
2
HG20592
法兰
1
16Mn（锻件）
3
HG20592
垫片
1
石棉橡胶板
4
HG20592
法兰片
1
Q345R
5
HG20613
螺栓
20
35CrMoA
6
HG20613
螺母
40
30CrMo
7

吊环
1
Q235-A.F
8

转臂
1
Q235-A.F
9
GB/T 95--
垫圈20
1
100HV
10
GB/T 6170--2000
螺母M20
2
5级

11

吊钩
1
Q235-A.F
12

环
1
Q235-A.F
13
GB/T 8163--2008
无缝钢管
1
20
14

支撑板
1
Q345

三 人孔工艺设计：
3.1人孔的功能类型：
人孔分为紧急泄压人孔、防爆阻火呼吸人孔、罐顶人孔、罐壁人孔和带芯人
孔等。
3.2材料的选择
根据提供的压力1MPa 温度200℃ 直径2000mm，根据前面的机械设计，可选择Q245R类型的钢板，其化学成分包括C Si Mn Cr Ni Nb V P S等。其屈服强度一般为200左右，实验温度为200-400℃，故符合所给是数据要求。
3.3人孔种类的划分
3.3.1、以通信管块容量划分

　 按人孔可容纳规格为宽360mm、高250mm（标准的六孔管孔内径90mm水泥管块，简称标准块）的管道断面管块或单孔管道管孔内径90mm的数量，分为大、中、小三类。
通信管道所设置人孔的大小，应以通信管道的远期容量设置。不应只考虑本期建设通信管道容量。

3.3.2、以人孔的通向划分

以人孔的通向划分可分为直通人孔、三通人孔、四通人孔和斜通人孔，具体详见下表1。其中，斜通人孔又分为15°、30°、45°、60°、75°共五种。每种斜通人孔的角度，可适用于±7.5°范围以内。

3.3.3、以人孔上覆承受负荷能力划分

以人孔上覆承受负荷能力划分可分为汽-20级和汽-10级两种

3.4 人孔直径及人孔中心距底板尺寸
人孔已有成型产品，直径通常为600mm。人孔中心距地板一般为750mm。便于工作人员在安装、清洗、维护时进出油罐和通风。
考虑到人孔盖直径较大较重,故选用回转盖对焊 法兰人孔（GH21518-2005）,公称直径 450 ，突面法兰密封面。
我们可选择储存液体为油类，做案例分析。
非金属油罐的人孔设在罐顶上，金属油罐的人孔设在罐壁最下圈板上。大都为直径600mm的圆孔，其中心距底板750mm，为油罐清洗或维修人员进出油罐用，又称作道门。检修清理油罐时刻利用人孔进行采光和通风。立式油罐的容量在5000m³以下时设1~2个人孔，5000m³以上的设2个人孔。人孔的安装应与进出油管线相隔不大于90°。当只设一个人孔时，应将其置于罐顶透光孔的对面；当设2个人孔时，其中一个设在透光孔的对面，另一个应至少与第一个人孔相隔90°。

人孔应有一个设在进出油管右侧附近，并尽量使人孔正对罐室密闭门，以便人员进出、维修油罐和通风接管用。
由于人孔安装在油罐的最下层体圈上，防渗漏就显得特别重要。要求两法兰结合面必须保证其平直度，无飘扭现象。加强板和法兰应尽量在整块钢板上切割而不拼接。法兰和盖板上加工有密封圈，在施工中要特别注意保护。密封用3mm厚石棉橡胶垫片，不允许有折裂。安装人孔盖板上紧螺栓时，要成对角均与用力，以防孔盖变形。
3.5 人孔的安装及维护
人孔因位于油罐下部，人孔承受很大的液体压力，为了防止渗漏，对人孔的安装质量必须严格要求。法兰和盖板上加工有密封水线，在施工中要注意保护， 以免在使用时发生渗油。每次拆下人孔时要做标记，以免再装时错位，影响严密性。安装人孔盖板上螺母时，要成对对角均匀用力，以防盖板变形或用力不均而造成的渗油。
四 总结
人孔的设计应根据具体的工艺设计方案，先进行工艺设计，在联系这个设备的设计参数，进行相应的机械设计，做到综合考虑。特别要注意人孔补强的计算，否则会造成维修人员进入储罐类维修时的人身安全。
五 参考文献

【1】编《化工原理 上册》天津大学出版社 2006.3
【2】《化工设备机械基础》 俞健良 主编 2009年7月第一版
【3】《化工设备的选择与设计》 刘道德等 编著
【4】《化工容器》 金国淼 等编
【5】《工程力学》 孟凡深 主编