卧式容器设计

第1页共7页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φ=0.85腐蚀裕量C2=2mm物料密度ρ=908.8KG/m3设备充装系数ψ0=0.9鞍座JB/T4712-2007BⅠ3600-Sδ4=22Q345R/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[σ[t=172.6Mpa。0.4[σ]tφ=0.4×172.6×0.85=58.684MpaPc=1.298Mpa0.4[σ]tψ=58.684Mpa,按照GB150-1998中式（5-1）计算圆筒厚度：计算厚度1.2983600162[]2172.60.851.298citcPDmmP最小厚度σmin=2Di/1000=7.2mm第2页共7页由于最小厚度小于计算厚度，故设计厚度为σd=σ+C2=16+2=18mm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：σn=σd+C1=18+0.8=18.8mm，圆整至20mm（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[σ]t=125.8Mpa。0.4[σ]tφ=0.4×125.8×0.85=42.772MpaPc=1.298Mpa0.4[σ]tψ=42.772Mpa,按照GB150-1998中式（5-1）计算圆筒厚度：计算厚度1.298360021.982[]2125.80.851.298citcPDmmP最小厚度σmin=2Di/1000=7.2mm由于最小厚度小于计算厚度，故设计厚度为σd=σ+C2=21.98+2=23.98mm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：σn=σd+C1=23.98+0.8=24.78mm，圆整至26mm（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：20mm。（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1.298360015.962[]0.52172.60.850.51.298citcPDmmP名义厚度σn=σ+C1+C2=15.96+0.8+2=18.76mm，圆整至20mm。最终确定筒体及封头的钢板材质为：Q345R，名义厚度为：20mm。第3页共7页3计算鞍座反力（1）计算质量a圆筒质量m199100()103.14362020632078501011278.6nnmDiLKgb单个封头质量m2m2=2232Kgc附件质量m3附件质量估算为m3=5000Kgd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。29299400(2)100.7853600632026.51410)10000.91069592.654hmDiLVKg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=93860Kg（2）计算鞍座反力按JB/T4731-2005中式（7-1）计算：F=mg/2=93860×9.81/2=460383N4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：222222812(1820900)2()114460383640049006400[][]2.82104490044640011364003miiRhFLALMNmmhLL（2）鞍座处截面上的弯矩按JB/T4731-2005中式（7-3）计算：第4页共7页2222729001820900116400290064002[1]460383900[1]3.87104490011364003miiRhALALMFANmmhL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：12200.8217.2enCCmm8'11222.82101.593.14181017.2meMMPaR式中：36002018102222inmDRmm最低点处：''211.59MPab在鞍座处圆筒截面上最高点处：7'232213.87100.223.141181017.2meMMPaKR式中：K1=1.0，由JB/T4731-2005表（7-1）查得。最低点处：7'242223.87100.223.141181017.2meMMPaKR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1.298181068.32217.2mpePRMPa（3）轴向应力组合与校核a轴向拉应力'221.5968.369.9pMPa'330.2268.368.5pMPa第5页共7页最大轴向拉应力269.9MPab轴向压应力'111.59MPa'440.22MPa最大轴向压应力11.59cMPac轴向应力校核轴向许用压应力[σ]t=172.6Mpaσ=69.9MPa[σ]t=172.6Mpa轴向许用压应力[σ]ac0.0940.09417.20.000898/1800ieAR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[]min([],)96.3ttacBMPa[]min([],)96.3ttacBMPa轴向许用压应力：1.59[]96.3cacMPaMPa6计算圆筒、封头切向应力因A=9000.5Rm（1）圆筒切向剪应力按JB/T4731-2005中式（7-9）计算：30.8846038313.01181017.2meKFMPaR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：40.4014603835.93181017.2hmheKFMPaR第6页共7页式中：K4=0.401，由JB/T4731-2005表（7-2）查得，123200.82017.2hehhCCCCmm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13.010.8[]138.1tMPaMPa式中0.8[]t为圆筒许用切向剪应力。5.931.25[]79.9thhMPaMPa式中1.25[]th为封头许用切向剪应力，其中按JB/T4731-2005中式（7-12）计算h：1.01.2983600135.842217.2ihheKPDMPa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：5520.10.76034603832.81723.317.2ekKFMPab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。21.564481.56181017.2723.3mebbRmm其中b值按JB/T4712-2007中表8，取33b。（2）鞍座边角处的周向应力因为L/Rm8，故按JB/T4731-2005中式（7-17）计算：6622212460383120.013460383181077.9144723.317.2640017.2meeKFRFMPabL式中：K6=0.013，由JB/T4731-2005表（7-3）查得。因为A/Ra=0.4970.5。（3）周向应力校核第7页共7页52.81[]172.6tMPaMPa677.911.25[]215.75tMPaMPa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：90.20446038393918.1sFKFN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：9093918.117.7225021.2ssFMPaHb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=21.2mm腹板名义厚度为22mm。（3）鞍座有效断面平均应力校核92217.72[]185123.333saMPaMPa式中[]185saMPa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1998[2]JB/T4731-2005《钢制卧式容器》国家发展和改革委员会2005[3]《钢制压力容器设计指南》全国技术委员会设计分委员会1993[4]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。