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立式储罐人孔设计

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《化工机械与设备》过程考核之三 ............................................ 错误!未定义书签。

一前言 .. (2)
1.1 设计人孔的目的 (2)
1.2 人孔附图 (2)
二人孔的机械设计 (2)
2.1选择人孔 (2)
2.2核算人孔补强 (3)
2.3机械设计标准参数 (4)
2.3.1.碳素钢、低合金钢类 (4)
2.3.2 不锈钢类 (5)
2.3.3 人孔的PN2.5DN明细表 (6)
三人孔工艺设计: (6)
3.1人孔的功能类型: (6)
3.2材料的选择 (6)
3.3人孔种类的划分 (7)
3.3.1、以通信管块容量划分 (7)
3.3.2、以人孔的通向划分 (7)
3.3.3、以人孔上覆承受负荷能力划分 (7)
3.4 人孔直径及人孔中心距底板尺寸 (7)
四总结 (8)
五参考文献 (8)
一前言
1.1 设计人孔的目的
人孔是安装在储罐顶上的安全应急通气装置,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,特别适用于贮存物料以氮气封顶的拱顶常压罐。

具有定压排放、定压吸入、开闭灵活、安全阻火、结构紧凑、密封性能好、安全可靠等优点。

1.2 人孔附图
设计条件:管经308mm×5;工作介质:水蒸气;表压:1MPa
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1MPa 条件下工作,人孔的标准按公称压力为1.0 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,突面法兰密封面。

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 = 450mm ,壁厚δ m = 6mm
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:
[]mm
P D P e i e 1.2594.0117021200
594.02=-⨯⨯⨯=-=
φσσ
2. 计算开孔所需补强的面积 A : 开孔直径:d = di + 2C = 450 + 2 × (0.0 + 2.0) = 454mm 补强的面积: A = d - δ = 454 × 2.1 = 95
3.4mm 2 3 有效宽度: B = 2 - d = 2 × 454 = 908mm
B = d + 2 - δn + 2- δm = 454 + 2 × 6 + 2 × 6 = 478mm 取最大值 B = 908mm 4 有效高度:
外侧高度 h1 = d -δ m = 454 × 6 = 52.19mm 或 h1 = 接管实际外伸高度 = 250mm 两者取较小值 h1 = 52.19mm
内侧高度 h2 = d - δ m = 454 × 6 = 52.19mm 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 = 6 - 2.0 = 4mm
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 ) = (908 -454)(4.0 -2.1) -2 × 6 × (4.0 -2.1)(1 -1) = 862.6mm2
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) = 334.02mm 2
补强区内焊缝截面积 A3: 1 A3 = 2 × × 6 × 6 = 36mm 2
有效补强面积 Ae : Ae = A1 + A2 + A3 = 862.6 + 334.02 + 36 = 1232.62mm 2 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
2.3.2 不锈钢类
2.3.3 人孔的PN2.5DN明细表
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。

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