2.8m卧式液氨储罐的设计
3
取C2＝0.8mm，故名义厚度δn＝12mm，且许用应力也没有发生变化，所以上计算成立。 （3）水压试验校核
[?]?1.25p?1.25?1.6?2.0MPa?t1○．试验压力：PT＝? [?]??p?0.1?1.6?0.1?1.7MPa取水压试验压力PT＝2. 0MPa
2．筒体应力校核；筒体有效厚度δe＝δn－C1－C2＝12－2.8＝9.2mm 所以试验时○
应力：
?T?pr(Di??e)2.0?(1200?9.2)??131.4MPa?0.9?s?0.9?245?220.5MPa
2?e?2?9.2?1.0筒体水压试验应力校核满足要求。
3．封头应力校核：有效厚度δe＝δn－C1－C2＝l2－0.8－2＝9.2mm ○
?T?pT(Di?0.5?e)2.0?(1200?0.5?9.2)??130.9MPa
2?e?2?9.2?1.0因为 ?T?[?T]?0.9?s?0.9?245?220.5MPa 所以封头水压试验应力校核满足要求。 2.1.4两种方案的比较 （1）钢板耗用量
钢板耗用量与板厚成正比，则储罐的主要结构筒体和封头采用16MnR时，钢板比使用20R钢板可减轻:
12?10?100%?16.7% 1216MnR钢板的价格比20R钢板略贵，两者相差不大，从耗材量与价格综合考虑，两种钢板均可考虑，但在上述计算过程中，如16MnR的名义厚度δn与设计厚度δd很接近，其差值为10－7.67=2.33mm,而20R的名义厚度δn与设计厚度δd大很多，其差值为12－9.26=2.74mm，所以用16MnR钢时，钢板耗用量就要省很多，更为适宜。
第 8 页（共 56 页）
卧式液氨储罐的结构设计
（2）制造费用
总的来说，由于采用16MnR钢板厚度较薄，质量较轻，鞍座的承载重量也更小，而且制造费用目前也按碳钢设备同等计价，因此制造费用比较经济。 （3）材料性能
20R钢板的抗腐蚀性能比16MnR钢要好，但是考虑到储存介质液氨的腐蚀性不是很强，而且16MnR钢比20R钢板的强度高，机械加工性能和焊接性能指标都明显要好，所以选用板更合适。 （4）方案比较总结
由于上述比较可以看出，说明方案一选用16MnR钢更合理，那么下面的内容就针对方案一的选材和设计数据进行相关的计算和校核。
2.2计算鞍座反力
（1）计算质量
1．筒体质量 ○
m1＝π(Di＋δe)δnL0?×10-9
＝3.14×(1200+10)×10×2000×7850×10-9 ＝597kg
2．单个封头的质量m2＝128.3.0kg(查JBll53—73) ○
3. 附件质量m3(包括入孔，接管、液面计、平台等)近似取m3＝400kg ○
4．充液质量 液氨在0℃时的密度为640kg/m3，小于水的密度，故充液质量按水○
的质量考虑，
?2 m4＝(DiL0?2Vh)??10-9
4? ＝[×12002×2025+2×0.2545×10-9]×1000×10-9
4＝2799kg
5．保温层质量 本设备不保温，故m5＝0 ○
6．设备最大质量 ○
m＝m1＋m2 ＋m3＋m4＋m5＝597＋2×128.3＋400＋2799＋0＝4053 kg
第 9 页 ( 共 56 页 )
2.8m卧式液氨储罐的设计
3
（2）计算鞍座反力
F＝mg/2＝(4053×9.81)/2＝19880N
2.3支座及其位置选取
卧式容器的支座有鞍座、圈座和支腿三种形式。而常用的储罐、储槽、换热器等卧式容器设备常选用鞍式支座予以支承，所以此设备也选用鞍座。
卧式储罐的鞍式支座设计包括以下几个要点： 2.3.1鞍座数量的确定
鞍式支座普遍选用双鞍座支承，这是因为若采用多鞍座支承，难于保证各鞍座均匀受力。虽然多支座罐的弯曲应力比较小，但是各支座严格的保持在同一水平面上，特别是对于大型卧式储罐很难达到，同时，由于地基的不均匀下沉，多支座 的罐体在支座处的支反力不能均匀分配，故选用双鞍式支座支承。 2.3.2鞍座安装位置的确定
由材料力学可知，将出储罐的力学模型简化为双支座上的受均布载荷的外伸梁，如下图2.1所示，若梁的全长为L，则当外伸端的长度A=0.207L时，双支座跨中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩相等，从而使上述两截面上保持等强度。考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，而且支座截面处的应力较为复杂，故常取支座截面处的弯矩略小于跨中间截面的弯矩，通常取尺寸不超过0.2L，为此中国现行标准JB4731《钢制压力容器》规定取0.2L，A值不得大于0.25L。否则由于容器外伸端的作用使支座截面处的应力过大。其中A为封头切线到支座的距离，此外由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度，故封头对于圆筒的抗弯刚度有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此，国标JB4731还规定当满足，A≤0.2L时，最好使（Rm为圆筒的平均半径，Rm＝ Ri＋δn/2=605mm，Ri为圆筒的内径）。
由于Rm/2=302.5mm, 0.2L=416mm
因为0.2L＞0.5R，鞍座位置A≤Rm/2=302.5mm 取鞍座位置 A＝300mm
第 10 页（共 56 页）
卧式液氨储罐的结构设计
其中：A为封头切线到支座的距离
为了防止卧式储罐因操作温度和安装温度不同而引起的热膨胀，以及由于圆筒及物料的重量使圆筒防止弯曲等原因对卧式储罐引起的附加应力，对于双鞍座中的其中一个设计为固定支座（代号F），而另一个应允许为可沿轴线方向移动的活动支座（代号S）。活动支座的基础螺栓应沿圆筒轴向开成长圆孔，固定支座通常设置在储罐配管较多的一侧，活动支座应安装在没有配管或配管较少的一侧。
图2.1 液氨储罐受力分析图
第 11 页 ( 共 56 页 )
2.8m卧式液氨储罐的设计
3
2.3.3鞍座标准的选用
综上所述，结合筒体公称直径和上述计算的鞍座反力F＝19880N=19.88 KN，查压力容器手册，选用JB/T4712—92标准的鞍式支座，公称直径DN1200mm,A型，带加强垫板，允许支承载荷Q=147 KN，因为Q＞F，所以符合要求。
查JB/T4712—92可得鞍座基本尺寸：包角θ＝120°，支座高度H=200mm,鞍座宽度b＝150mm；腹板厚6mm；垫板宽270mm，垫板厚6mm；底板长880mm底板宽170mm，底板厚10mm；筋板宽140mm，筋板厚度6 mm，鞍座质量52kg。
鞍座的尺寸和结构见装配图和附录。
鞍座垫板材料选16MnR，鞍座其余材料选用Q235—AF钢。 鞍座标记：JB/T4712—92，鞍座A 1200
2.4储罐应力校核
2.4.1筒体轴向应力校核 （1）筒体轴向弯矩计算
1．筒体中间处截面的弯矩 ○
2?（??2??2Rm2?h1）（6052?3002）1?1?22FL?4A?19880?2080?4?300?2080L???M1??????
4h14?3004?L?42080??1?1?????3?20803L???? ＝3.81×106N·mm
2．支座处截面上的弯矩 ○
2?ARm2?h1?1??L2ALM2??FA?1?4h?1?1?3L???3006052?3002????1??20802?300?2080???19880?300??1??
4?300???1????3?2080??? = －5.77×105N·mm （2）筒体轴向应力计算
由GBl50—89表8-1查得由―扁塌现象‖引起的抗弯截面模量减少系数K1＝K2＝
第 12 页（共 56 页）