1 材料及结构的选择与论证1.1 材料选择与论证主体材料制定为LF4, LF4是防锈铝的一种，新牌号为5083。这种合金的强度高，特别是具有抗 疲劳强度：塑性与耐腐蚀性高，不能热处理强化 ，在半冷作硬化时 塑性尚好，冷 作硬化时塑性低，耐腐蚀好，焊 接性良好，可切削性能不良， 可抛 光。用途主要 用于要求高的可塑性和良好的焊 接性，在液体或气体介质中工 作的 低载荷零件。 5083 铝板常用于船舶、 舰艇、车辆用材、汽车和飞机 板焊接件、需 严格防火的压 力容器、致冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹元件 、 装甲等。根据容规第18 条，铝和铝合金用于压力容器受压元件应符合下列要求：(1) 设计压力不应大于8MPa，设计温度为-269200C；(2) 设计温度大于75C时，一般不选用含镁量大于等于3%的铝合金给定的工作压力为0.8MPa，给定的工作温度为50C，且设计温度不大于75C，且 工业纯铝对浓硝酸有很好的耐腐蚀性。综上所述，用 LF4 做主体材料可以满足给定工作条件的要求。1.2 结构选择与论证1.2.1 封头的选择从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大，冲 压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中 应用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困 难。从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造等多方面综合考虑，选择采用椭圆形封头。1.2.2 人孔的选择压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主 要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力、 公称直径(人、手孔的公称压力与法兰的公称压力概念类似。公称直径则指其简节的公 称直径)、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很多，选 择使用上有较大的灵活性。通常可以根据操作需要,在这考虑到人孔盖直径较大较重,故 选用碳钢水平吊盖人孔，人孔筒节轴线垂直安装。1.2.3 容器支座的选择容器支座有鞍座,圈座和支腿三种,用来支撑容器的重量。鞍式支座是应用最广泛的 一种卧式支座。从应力分析看，承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多 个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱内产生的应力较小。所以，从理论上说卧 式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为 当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平 度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等，均会影响 支座反力的分市。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不 均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利的影响。所以一台卧式容器支座一般情况 不宜多于二个。圈座一般对于大直径薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座简称支腿， 因这种支座在与容器壳壁连接处会造成严重的局部应力，故只适合用于小型设备(DNW 1600, LW5m)。综上考虑在此选择双个鞍式支座作为储罐的支座。1.2.4 法兰型式的选择法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。压力容器法兰分平焊法兰与 对焊法兰。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。法兰设计优化原则：法兰设计应使各项应 力分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。在考 虑到本次储存的介质为腐蚀性介质，所以选择使用板式平焊凸面法兰。1.2.5 液面计的选择液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型很多，大体上可分为有玻璃板液 面计、玻璃管液面计、浮子液面计和浮标液面计。在中低压容器中常用前两种。 液面计的种类很多，常用的有玻璃板液面计和玻璃板液面计。它们都是外购的标准件， 只需要选用。玻璃板液面计有三种：透光式玻璃板液面计、反射式玻璃板液面计、视镜 式玻璃板液面计。根据选用表，选用反射式玻璃板液面计，标准号HG21590-95，法兰形式及其代号C 型（长颈对焊突面管法兰HG20617-97），液面计型号R型公称压力PN4.0,使用温度0 250C，液面计的主题材料代号：锻钢（16Mn）,结构形式及其代号:普通型（无代号）， 公称长度为1450mm，排污口结构:V （排污口配螺塞）。液面计标记为：液面计CR4.0- I -1450V根据筒体公称直径3000 mm选择两个同样的液面计，单个质量为90婕左右。两个液面计接口管的安装位置如装配图所画。液面计接管：无缝钢管GB8163-87热轧钢管，尺寸为炉89X12 mm。2 设计计算2.1 筒体厚度设计2.1.150m3卧式试验储罐的工作压力（P）1所盛放的浓硝酸的工作温度为50C,工作压力为0.8Mpa,即P1=0.8Mpa （由给定 题目可知）2.1.2设计压力（P ）2工作压力在50C是0.8Mpa,设计压力应为此压力的1.051.10倍，故取p2=0.8X 1.1=0.88Mpa作为设计压力。2.1.3液柱静压力（P ）3根据 GB/T 9019-2001压力容器公称直径,可取公称直径 DN=3200mm。查某些无机物重要物理性质表得，浓硝酸的密度为1400kg/m3，取内径 Di=DN=2800mm,重力加速度 g=9.8m/s2，根据公式 P3= /gDi 可知 P3=0.038416MPa 2.1.4计算压力（P ）C因为厶 4.4% V5%，所以可忽略静压力的影响。即Pc=P2=0.88MPa。p22.1.5设计温度下材料的许用应力ot在工作温度50C,由JB/T 4734-2002铝制焊接容器可取，筒体的厚度在4.540mm范围时，H112状态的LF4的许用应力约a t=68MPa。2.1.6焊接接头系数（）焊接接头采用V坡口双面焊接，采用100%无损检测，其焊接接头系数由焊接接头系数表查得=1.002.1.7内压容器的计算厚度（）内压容器的计算厚度公式为：式中：计算压力 Pc=0.88MPac筒体内径 Di=2800mm设计温度下材料的许用应力b t=68MPa焊缝系数=1.000.88 x 2800o =ct=mm = 18 .24 mm2 In Jt - p2 x 68 x 1.0 - 0.88将以上数据代入公式得c6 =18.24mm4.540mm,所以第5步的假设是成立的。2.1.8筒体名义厚度（ ）n由于浓硝酸有腐蚀性，但是材料LF4有很好的抗腐蚀性，所以C2=0.5。由JB/T 4734-2002铝制焊接容器可查的，铝板的的负偏差不大于0.25mm,且 不超过名义厚度的 6。6% 6=6%X 176=10.56mm故取， C =0.25mm16 =6 +C +C =18.24+0.25+0.5=18.99，查铝板厚度的常用规格表，将其圆整为n 1 220mm,即名义厚度6 =20mm的LF4铝板。n2.2 封头壁厚设计采用标准椭圆形封头，各参数与筒体相同。2.2.1标准椭圆形封头的计算厚度（）标准椭圆形封头的计算厚度公式为QP DO =c i2h -0.5 pc式中：计算压力p = 0.88MPac筒体内径 Di=2800mm设计温度下材料的许用应力Q t=68MPa焊缝系数=1.000.88 x 2800将以上数据代入公式得pD6 =c i = 18. 24 mm2In Jt 0.5p 2 x 68 x 1 - 0.5 x 0.88c2.2.2标准椭圆形封头的名义厚度（ ）n由公式8 = 8 +C +C代入具体数据得8 = 8 +C +C =18.24+0.25+0.5=18.99查铝板n 1 2 n 1 2厚度的常用规格表将其圆整为20mm，即名义厚度6 =20mm，可见标准椭圆形封头n与筒体等厚。查 GB/T 25198-2010可得封头尺寸如下表：表 2-1 椭圆形封头尺寸表公称直径DN mm曲面深度himm直边高度h mm厚度6 mm内表面积F m2容积V m31丿页量G kg280070050208.913.18468图 2-1 椭圆形封头示意图2.3 筒体的长度计算(L)由EHA椭圆形封头内表面积及容积表可得公称直径DN=2.8m的椭圆形封头容 积V=3.18m3。本次设计的卧式储罐的公称容积Vg=50m3，所以代入公式V - 2V 50 -2 X 3.18L = g 1 = 7.088 m0 1 1兀DN 2x 兀 x 2.8244厶=、空=2.53，满足在25范围内的要求，所以选择DN=2800mm是合理选DN 2.8择。2.4 人孔的选择开孔补强计算2.4.1 选择人孔由于贮罐是在常温及最高压力0.88MPa下工作，人孔标准按公称压力1.0MPa的压 力等级选取。又人孔盖直径较大且质量较重，选用水平吊盖法兰人孔，因为人孔结构中 有吊钩和销轴，在检修时只需松开螺栓将盖板绕销轴旋转，即可轻松进入，而不必将其 取下以节约维修时间。查得该人孔的有关数据如下:表 2-2 水平吊盖带颈平焊法兰人孔 RF 标准尺寸 (mm)公称压 力PN (MPa)公称直径DNd X swDD1Abb1b2H1H2d1.0450480X861556535528262829019836螺栓螺母螺栓螺柱螺母螺柱质量(kg)数量直径X长度数量直径X长度总质量不锈钢20M24X952040M24X125139标记为：人孔 RF III b-8.8 (NM-XB350)450-1.0 HG/T215232005，其中 RF 指突面密封，111指接管与法兰的材料为16MnR, NM-XB350是指垫片是非金属平垫片（不 带内包边的XB350石棉橡胶板），450-1.0是指公称直径为450mm、公称压力为1.0 Mpa。 2.4.2 补强圈选择及厚度计算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。由表 2-2 知本设 计所选用的人孔筒节内径d = 480mm。查JB/T 4736-2002得补强圈尺寸为：外径wD2=760mm,内径 D=480+10=490mm。开孔补强的有关计算参数如下：1、开孔所需补强面积 A内压容器的圆筒开孔后所需的补强面积为A = d + 2 et （1 fr） mm2式中d开孔直径，圆形孔取接管内直径加两倍壁厚附加量8壳体开孔处的计算厚度；8 t接管有效厚度etf强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比值。r开孔直径d = d + 2C = 450 + 2 x 0.25 = 450 .5mmi1由于接管和筒体选用同种材料，取 fr=1 将这些数据代入上式得： 开孔所需补强面积 A = 450 .5 x 18.24 = 8217 .12mm 22、有效宽度 BB = 2d = 2 x 450 .5 = 901 mm