柴油储罐设计方案说明书.doc

钢制焊接常压容器设计说明（计算）书编写：郭攀审核：曾淦伟批准：张庆东日期2018年3月21日精品文档精品文档2云南省博来特石油设备安装有限公司曲靖分公司一、设计概述该产品为钢制焊接常压容器，盛装介质为柴油。柴油的理化特性包括：外观与性状：稍有粘性的棕色液体，熔点(℃)：-18，相对密度(水=1)：0.87-0.9，沸点(℃)：282-338，闪点(℃)：38，引燃温度(℃)：257。该产品罐体为卧式单层容器，罐体横截面为圆形，封头为标准椭圆形，主体材质为Q235B，设计容积为1m3。该产品设计按照NB/T47003.1-2009《钢制焊接常压容器》的要求进行，设计计算按照NB/T47042-2014《钢制卧式容器》的有关规定进行。精品文档精品文档3二、基本参数表参数名称数值单位参数名称数值单位设计压力p0.09MPa圆筒内直径Di1000mm计算压力pc0.09MPa圆筒平均半径Ra500mm圆筒材料Q235B圆筒名义厚度δo6mm封头材料Q235B圆筒有效厚度δe4.5mm鞍座材料Q235B封头名义厚度δhn7.75mm圆筒材料常温许用应力[σ]160MPa封头有效厚度δhe6.25mm封头材料常温许用应力[σ]h160MPa鞍座垫板名义厚度δre6mm圆筒材料设计温度下许用应力[σ]ht160MPa鞍座腹板名义厚度bo6mm鞍座材料许用应力[σ]sa160MPa两封头切线间距离L1540mm地脚螺栓材料许用应力[σ]bt59MPa圆筒长度Lc1500mm圆筒材料常温屈服强度ReL235MPa封头曲面深度hi250mm圆筒材料常温弹性模量E2.06×105MPa鞍座轴向宽度b200mm圆筒材料设计温度下弹性模量E12.06×105MPa鞍座包角θ120（°）圆筒材料密度ρS7.85×10-6kg/mm3鞍座底板中心至封头切线200mm精品文档精品文档4距离A封头材料密度ρh7.85×10-6kg/mm3焊接接头系数φ0.85操作时物料密度ρo8.4×10-7kg/mm3设计温度20℃物料填充系数φo0.90试验压力PT常压MPa液压试验介质密度ρT1.0kg/mm3三、强度计算表支座反力计算筒体质量（两切线间）m1m1=π(Di+δn)LδnρS=223kg封头质量（曲面部分）m2m2=142kg附件质量m3m2=90.8kg封头容积（曲面部分）VHVH=1.51×108mm3容器容积V=π4Di2L+2VH=1.17×109mm3容器内充液质量m4操作工况m4=Vρoφo=1058kgm4′=VρT=1400kg隔热层质量m5m5=0kg总重量m操作时m=m1+m2+m3+m4+m5=1513.8kg试压压力m′=m1+m2+m3+m4′=1855.8kg支座反力F操作时F′=12mg=7417.6N精品文档精品文档5试压压力F′′=12m′g=9093.4NF=max{F′，F′′}=9093.4N系数确定系数确定条件A≤Rn/2或（A＞Ra/2）θ=120˚系数查表2得：K1=1.0查表2得：K2=1.0查表4得：K3=0.880查表4得：K4=0.401查表5得：K5=0.760查表5得：K6=0.013查表6得：K7=/查表6得：K8=/查表8得：K9=0.204查表6得：C4=/查表6得：C5=/圆筒轴向应力及校核轴向弯矩圆筒中间截面操作工况M1=F′L4[1+2(Ra2−hi2)/L21+43·hiL−4𝐴𝐿]=1.36×107N·mm水压试压工况MT1=F′′L4[1+2(Ra2−hi2)/L21+43·hiL−4𝐴𝐿]=1.67×107N·mm鞍座平面操作工况M2=−F′A[1−1−AL+Ra2−hi22Al1+43·hiL]=-4.1×107N·mm水压试压工况MT2=−F′′A[1−1−AL+Ra2−hi22Al1+43·hiL]=-5.05×107N·mm强度计算表(续)轴向应操作工况（盛装内压未加压圆筒中间横截面最高点处σ1=−M13.14Ra2δe=-0.78MPa鞍座平面最低点处σ4=M23.14K2Ra2δC=-0.02MPa精品文档精品文档6力物料）内压加压圆筒中间横截面最低点处σ2=pcRa2δe+M13.14Ra2δe=/MPa鞍座平面最高点处σ3=pcRa2δe−M23.14K1Ra2δe=/MPa外压加压圆筒中间横截面最高点处σ1=pcRa2δe−M13.14Ra2δe=/MPa鞍座平面最低点处σ4=pcRa2δe+M23.14K2Ra2δe=/MPa水压试压工况（充满水）外压未加压圆筒中间横截面最低点处σ2=−M13.14Ra2δe=/MPa鞍座平面最高点处σ3=−M23.14K1Ra2δe=/MPa未加压圆筒中间横截面最高点处σT1=−MT13.14Ra2δe=-0.23MPa鞍座平面最低点处σT4=−MT23.14K2Ra2δe=-0.07MPa加压加压圆筒中间横截面最低点处σT2=pTRa2δe+MT13.14Ra2δe=/MPa鞍座平面最高点处σT3=pTRa2δe+MT23.14K1Ra2δe=/MPa应力校核许用压缩应力[σ]ac外压应力系数BA=0.094δe/Ro=0.009根据圆筒材料，按GB150.3规定求取B=0.77MPa，B0=0.79MPa操作工况[σ]act=min{[σ]t，B}=0.77MPa、充满水未加压状态[σ]ac=min{0.9ReL(Rp0.2)，B0}=0.79MPa操作工况内压加压（外压未加压）max{σ1,σ2,σ3,σ4}=0.31≤φ[σ]t=1.21合格内压未加压（外压加压）|min{σ1,σ2,σ3,σ4}|=0.04≤[σ]act=0.77合格水压试加压max{σT1,σT2,σT3,σT4}≤0.9φReL(Rp0.2)/精品文档精品文档7压工况（充满水）外加压|min{σT1,σT2,σT3,σT4}|≤[σ]ac/强度计算表(续)圆筒切向剪应力圆筒未被封头加强（A＞Ra2时）τ=K3FRaδe(L−2AL+4hi)=/MPa圆筒被封头加强（A≤Ra2时）τ=K3FRaδe=0.21MPa封头应力圆筒被封头加强（A≤Ra2时）τ=K4FRaδhe=0.06MPa应力校核圆筒切向剪应力τ=0.21≤0.8[σ]t=128合格封头应力椭圆σh=KpcDi2δhe=0.72MPaK=16[2+(Di2hi)2]蝶形σh=MpcRb2δhe=/MPaM=14[3+√Rτr]=/半球形σh=pcDi4δhe=/MPaτh=0.06≤1.25[σ]t−σh=199.28合格圆筒周向应力及校核无加强圈圆筒圆筒的有效宽度b2=b+1.56√Raδn=296.7mm鞍座垫板厚度δre=6mm鞍座垫板包角(132°)≥θ+12°取k=0.1无垫板或垫板不起加强作用横截面最低点处σ5=−kK5Fδeb2=-0.3MPa鞍座边角处L/Ra≥8时σ6=−F4δeb2−3K6F2δe2=/MPa精品文档精品文档8b≤b4≤b2L/Ra＜8时σ6=−F4δeb2−12K6FRaLδe2=-104MPa垫板起加强作用b4＞b2δm≥0.6δn横截面最低点处σ5=−kK5F(δe+δre)δeb2=/MPa鞍座边角处L/Ra≥8时σ6=−F4(δe+δre)b2−3K6F2(δe2+δre2)=/MPaL/Ra＜8时σ6=−F4(δe+δre)b2−12K6FL(δe2+δre2)=/MPa鞍座垫板边缘处L/Ra≥8时σ6′=−F4δeb2−3K6F2δe2=/MPaL/Ra＜8时σ6′=−F4δeb2−12K6FRaLδe2=/MPa强度计算表(续)有加强圈圆筒加强圈参数材料/e=/mm，d=/mm加强圈位置参数图8、图9加n=/个组合载Ao=/mm2组合截面Io=/mm4设计温度下[σ]rt/MPa加强圈位于鞍座平面内鞍座边角处圆筒周向应力σ7=C4K7FRaeI0−K8FA0=/MPa加强圈边缘周向应力σ8=C5K7FRadI0−K8FA0=/MPa加强圈无垫板或垫横截面最低σ5=−kK5δe𝐛𝟐=/MPa精品文档精品文档9靠近鞍座平面板不起加强作用点鞍座边角处L/Ra≥8时σ6=−F4δeb2−3K6F2δe2=/MPaL/Ra＜8时σ6=−F4δeb2−12K6FRaLδe2=/MPa垫板起加强作用横截面最低点σ5=−kK5F(δe+δre)b2=/MPa鞍座边角处L/Ra≥8时σ6=−F4(δe+δre)b2−3K6F2(δe+δre2)=/MPaL/Ra＜8时σ6=−F4(δe+δre)b2−12K6FL(δe+δre2)=/MPa靠近水平中心线圆筒周向应力σ7=C4K7FRaeI0−K8FA0=/MPa加强圈边缘周向应力σ8=C5K7FRadI0−K8FA0=/MPa应力校核|σ5|≤[σ]′|σ6|，|σ6′|,|σ7|≤1.25[σ]′|σ8|≤1.25[σ]rt强度计算表(续)鞍座设计技术结构参数鞍座实际高度H=200mm鞍座计算高度Hs=min{H,13Ra}=200mm鞍座腹板厚度b0=6mm鞍座垫板实际宽度b4=200mm圆筒有效宽度b2=b+1.56√Raδn=296.7mm鞍座垫板有限宽度br=圆筒中心至基Hv=700mm精品文档精品文档10b2=296.7mm础表面距离腹板与筋板（小端）组合截面积Asa=/mm2腹板与筋板（小端）组合截面系数Zr=/mm3腹板水平拉力及校核腹板水平拉力Fs=K9F=3560N水平拉应力无垫板或垫板不起加强作用σ9=FaHsb0=0.5MPa垫板起加强作用σ9=FaHsb0+brδre=/MPa应力校核σ9=0.5≤23[σ]sa=106合格鞍座压缩应力及校核地震引起的腹板与筋板组合截面应力水平地震影响系数查表9得a1=0.24防震设防烈度8度，0.30g水平地震力FEv=a1mg=3560N当FEv≤mgf时：σsa=−F′Asa−FEvH2Zr−FEvHvAsa(L−2A)=-0.7MPa当FEv＞mgf时：σsa=−F′Asa−(FEv−Ffs)HZr−FEvHvAsa(L−2A)=-1.1MPa温差引起的腹板与筋板组合截面应力σsa′=−F′Asa−F′fHZr=-0.08MPa应力校核σsa≤K0[σ]sa=192，K0=1.2合格|σsa′|≤[σ]sa合格强度计算表(续)精品文档精品文档11地震引起的地脚螺丝应力及校核地脚螺丝参数筒体轴线两侧螺栓间距l=/mm承受倾覆力矩螺栓个数n=/承受剪应力螺栓个数n’=/倾覆力矩MEv0−0=FEvHv−m0gl2=/N·mm地脚螺丝拉应力σbt=MEv0−0nlAbt=/MPa地脚螺丝剪应力当FEv＞mgf时：σbt=FEv−2Ffsn′=/MPa压力校核拉应力σbt≤K0[σ]bt剪应力σbt≤K00.8[σ]bt四、无损检测1.容器对接焊接接头应进行局部射线检测或超声检测，检测长度不得少于各条焊接接头长度的10%。局部无损检测应优先选择T形接头部位。2.焊接接头的无损检测应按NB/T47013.2-2015、NB/T47013.3-2015的规定进行，要求如下：a)焊接接头的射线检测技术等级为AB级；质量等级III级合格；b)焊接接头的超声检测技术等级为B级；质量等级II级合格。五、试验制造完成后，应进行盛水试验，试验方法按照精品文档精品文档12NB/T47003.1-2009第9.7.5的要求进行。