过程设备设计过程设备设计（） 钟钟 月月 华华 QQ: 105853430 Tel:过程设备设计过程设备设计第第5 5章章 储存设备储存设备第第6 6章章 换热设备换热设备第第7 7章章 塔设备塔设备第第8 8章章 反应设备反应设备复习：（课后思考题）复习：（课后思考题）1.设计双鞍座卧式容器时，支座位置应该按照那些原则确定设计双鞍座卧式容器时，支座位置应该按照那些原则确定？试说明理由。？试说明理由。2.双鞍座卧式容器受力分析与外伸梁承受均布载荷有何相同双鞍座卧式容器受力分析与外伸梁承受均布载荷有何相同和不同，试用剪力图和弯矩图比较。和不同，试用剪力图和弯矩图比较。3.“扁塌扁塌”现象的原因是什么？如何防止这一现象出现？现象的原因是什么？如何防止这一现象出现？4.双鞍座卧式容器设计中应计算那些应力？如何产生的？双鞍座卧式容器设计中应计算那些应力？如何产生的？5.鞍座包角对卧式容器筒体应力和鞍座自身强度有何影响？鞍座包角对卧式容器筒体应力和鞍座自身强度有何影响？6.在什么情况下应对卧式容器进行加强圈加强？在什么情况下应对卧式容器进行加强圈加强？7.球形储罐有哪些特点？设计球罐时应考虑那些载荷？各球形储罐有哪些特点？设计球罐时应考虑那些载荷？各种罐体型式有何特点？种罐体型式有何特点？8.球形储灌采用赤道正切柱式支座时，应遵循那些准则？球形储灌采用赤道正切柱式支座时，应遵循那些准则？9.液化气体存储设备设计时如何考虑环境对它的影响？液化气体存储设备设计时如何考虑环境对它的影响？第第5 5章章 储存设备储存设备储存设备设计应考虑的因素：储存设备设计应考虑的因素： 工艺条件工艺条件（介质性质介质性质、容量大小、温度、压力、容量大小、温度、压力等等） 材料材料 场地条件和施工条件场地条件和施工条件 液化气体的充装量液化气体的充装量介质性质：介质性质：1.可燃性可燃性2. 饱和蒸气压饱和蒸气压与容器体积无关。高黏度或者高冰点，与容器体积无关。高黏度或者高冰点，考虑加热或者保温，保持流动性。考虑加热或者保温，保持流动性。3. 密度密度 重力载荷，影响载荷分析和应力大小重力载荷，影响载荷分析和应力大小4. 腐蚀性腐蚀性设备选材的首要依据设备选材的首要依据5.毒性毒性影响设备制造管理和安全附件配置影响设备制造管理和安全附件配置6. 化学反应活性化学反应活性场地：场地：1.环境温度环境温度影响饱和蒸气压、热损失。影响饱和蒸气压、热损失。决定保温措施决定保温措施2. 室内、外室内、外载荷的影响（风载荷、地震载荷的影响（风载荷、地震载荷和雪载荷）载荷和雪载荷）3. 地基地基影响振动频率影响振动频率 与基础的设计密切相关与基础的设计密切相关液化气体：液化气体：1.介质特性介质特性2. 场地的特性场地的特性3. 介质的膨胀性、介质的膨胀性、 压缩性压缩性4. 腐蚀性腐蚀性充装量充装量是指装量系数与储罐是指装量系数与储罐实际容积和设计温度实际容积和设计温度下介质的饱和液体密下介质的饱和液体密度的乘积度的乘积失稳失稳校核校核温度温度过低过低复习：（课后思考题）复习：（课后思考题）1.设计双鞍座卧式容器时，支座位置应该按照那些原则确设计双鞍座卧式容器时，支座位置应该按照那些原则确定？试说明理由。定？试说明理由。根根据据JB4731规规定定，取取A小小于于等等于于0.2L，最最大大不不得得超超过过0.25L，否否则则容容器器外外伸伸端端将将使使支支座座界界面面的的应应力力过过大大。因因为为当当A0.207L时时，双双支支座座跨跨距距中中间间截截面面的的最最大大弯弯距距和和支支座座截截面面处处的的弯弯距距绝绝对对值值相相等等，使使两两个个截截面面保保持持等等强强度度。考考虑虑到到除除弯弯距距以以外外的的载载荷荷，所所以以常常取取外外圆圆筒筒的的弯弯距距较较小小。所所以以取取A小小于于等等于于0.2L。当当A满满足足小小于于等等于于0.2L时时，最最好好使使A小小于于等等于于0.5Rm（Rm为为圆圆筒筒的的平平均均半半径径）。这这是是因因为为支支座座靠靠近近封封头头可可充充分分利利用用封封头头对支座处圆筒的加强作用。对支座处圆筒的加强作用。双鞍座卧式储罐双鞍座卧式储罐内力分析内力分析受力分析受力分析1.弯矩弯矩支座截面处支座截面处跨中截面处跨中截面处2.剪力剪力支座截面处支座截面处复习：（课后思考题）复习：（课后思考题）2.双鞍座卧式容器受力分析与外伸梁承受均布载荷有何相双鞍座卧式容器受力分析与外伸梁承受均布载荷有何相同和不同，试用剪力图和弯矩图比较。同和不同，试用剪力图和弯矩图比较。外外伸伸梁梁的的剪剪力力和和弯弯矩矩图图与与此此图图类类似似，只只是是在在两两端端没没有有剪剪力力和和弯矩作用，两端的剪力和弯矩均为零弯矩作用，两端的剪力和弯矩均为零筒体有效承载范围：筒体有效承载范围：复习：（课后思考题）复习：（课后思考题）3.“扁塌扁塌”现象的原因是什么？如何防止这一现象出现？现象的原因是什么？如何防止这一现象出现？如果圆筒上不设置加强圈，且支座的设置位置如果圆筒上不设置加强圈，且支座的设置位置A0.5时，由于时，由于支座处截面受剪力作用而产生周向弯距，在周向弯距的作用下，支座处截面受剪力作用而产生周向弯距，在周向弯距的作用下，导致支座处圆筒的上半部发生变形，产生所谓导致支座处圆筒的上半部发生变形，产生所谓“扁塌扁塌”现象。现象。可以设置加强圈，或者使支座靠近封头布置，利用加强圈或可以设置加强圈，或者使支座靠近封头布置，利用加强圈或封头的加强作用。封头的加强作用。 问：非支座附件圆筒的的力学模型是什么？问：非支座附件圆筒的的力学模型是什么？谁的理论？谁的理论？复习：（课后思考题）复习：（课后思考题）4.双鞍座卧式容器设计中应计算那些双鞍座卧式容器设计中应计算那些应力？如何产生的？应力？如何产生的？圆筒上的轴向应力。由轴向弯矩引起。圆筒上的轴向应力。由轴向弯矩引起。支座截面处圆筒和封头上的切向切应力和封头支座截面处圆筒和封头上的切向切应力和封头的附加拉伸应力。由横向剪力引起。的附加拉伸应力。由横向剪力引起。支座截面处圆筒的周向弯曲应力。由截面上切支座截面处圆筒的周向弯曲应力。由截面上切向切应力引起。向切应力引起。支座截面处圆筒的周向压缩应力。通过鞍座作支座截面处圆筒的周向压缩应力。通过鞍座作用于圆筒上的载荷所导致的。用于圆筒上的载荷所导致的。1压缩应力压缩应力3拉伸应力拉伸应力2拉伸应力拉伸应力4压缩应力压缩应力轴向应力（轴向应力（14）校核）校核轴向弯矩（轴向弯矩（M1M2）计算）计算圆筒上的轴向应力圆筒上的轴向应力圆筒中间界面和圆筒中间界面和支座处圆筒支座处圆筒的轴向应力：的轴向应力：141压缩应力压缩应力4压缩应力压缩应力3拉伸应力拉伸应力2拉伸应力拉伸应力复习：（课后思考题）复习：（课后思考题）5.鞍座包角对卧式容器筒体应力和鞍座自身强度有何影鞍座包角对卧式容器筒体应力和鞍座自身强度有何影响？响？鞍鞍座座包包角角的的大大小小不不仅仅影影响响鞍鞍座座处处圆圆筒筒截截面面上上的的应应力力分分布布，而而且且也也影影响响卧卧式式储储罐罐的的稳稳定定性性和和储储罐罐支支座座系系统统的的重重心心高高低低。包包角角小小，鞍鞍座座重重量量轻轻，但但重重心心高高，且且鞍鞍座座处处圆圆筒筒上上的的应力较大。应力较大。轴向应力校核注意事项轴向应力校核注意事项l应校核危险工况下可能产生的最大应力。l不同工况（操作、液压试验）下，储罐的载荷和应力情况不同。l内压容器，K1= K2=1，且M1 M2时，只需校核跨中截面的轴向应力，Lmax为操作工况下的2， Ymax为非操作工况下的1 。 K1 K2时，则需校核跨中截面和支座截面的轴向应力。计算示例计算示例切向切应力切向切应力1、支座截面有加强圈、支座截面有加强圈未被封头加强未被封头加强2、支座截面无加强圈、支座截面无加强圈未被封头加强未被封头加强3、支座被封头加强、支座被封头加强4、封头中的附加拉伸应力、封头中的附加拉伸应力封头中的切向切应力思考：附加拉伸应力是怎么产生的？思考：附加拉伸应力是怎么产生的？切向切力在水平方向的分力切向切力在水平方向的分力切向切应力校核切向切应力校核圆筒圆筒t=0.8t封头封头h+h1.25t计算示例计算示例周向弯曲应力周向弯曲应力切向切应力切向切应力周向弯矩周向弯矩周向弯曲应力周向弯曲应力支座反力支座反力周向压缩力周向压缩力周向弯曲应力周向弯曲应力叠加叠加周向应力周向应力强度校核强度校核周向弯矩周向弯矩周向压缩应力周向压缩应力计算示例计算示例加强圈结构加强圈结构复习：（课后思考题）复习：（课后思考题）6.在什么情况下应对卧式容器进行加强圈加强？在什么情况下应对卧式容器进行加强圈加强？如如卧卧式式储储罐罐支支座座因因结结构构原原因因不不能能设设置置在在靠靠近近封封头头处处（A0.5Ri），且且圆圆筒筒不不足足以以承承受受周周向向弯弯距距时时，就就需需在在支支座座截截面面处处的的圆圆筒筒上上设设置置加加强强圈圈，以以便便与与圆圆筒筒一一起起承承载。载。鞍座强度校核鞍座强度校核计算示例计算示例卧卧式式储储罐罐计计算算程程序序球形储罐球形储罐复习：（课后思考题）复习：（课后思考题）7.球形储罐有哪些特点？设计球罐时应考虑那些载荷？球形储罐有哪些特点？设计球罐时应考虑那些载荷？各种罐体型式有何特点？各种罐体型式有何特点？球形储罐应力分布均匀。球形储罐应力分布均匀。设计时要考虑压力载荷、重量载荷、风载荷、雪载荷、设计时要考虑压力载荷、重量载荷、风载荷、雪载荷、地震载荷和环境温度变化引起的载荷。地震载荷和环境温度变化引起的载荷。纯桔瓣式的特点是球壳拼装焊缝较规则，施焊组装比较纯桔瓣式的特点是球壳拼装焊缝较规则，施焊组装比较容易，加快组装进度并可对其实施自动焊。但是球瓣在容易，加快组装进度并可对其实施自动焊。但是球瓣在各带位置尺寸大小不一，只能在本带内或上，下对称的各带位置尺寸大小不一，只能在本带内或上，下对称的带间互换；下料成型复杂，板材利用率低，板材较小，带间互换；下料成型复杂，板材利用率低，板材较小，不易设计人孔和接管。且不易错开焊缝。不易设计人孔和接管。且不易错开焊缝。足球瓣式，由于每块的尺寸相同，下料规格化，材料利足球瓣式，由于每块的尺寸相同，下料规格化，材料利用率好，互换性好，组装焊缝短。但是焊缝排布比较困用率好，互换性好，组装焊缝短。但是焊缝排布比较困难，组装困难，且此类罐的适用容积较小。难，组装困难，且此类罐的适用容积较小。混合式罐体基本结合了前面两种的有点，现在的应用比混合式罐体基本结合了前面两种的有点，现在的应用比较广泛。较广泛。 复习：（课后思考题）复习：（课后思考题）8.球形储灌采用赤道正切柱式支座时，应遵循那些准则球形储灌采用赤道正切柱式支座时，应遵循那些准则？支柱在球壳赤道带等距离布置，支柱中心线和球壳相切支柱在球壳赤道带等距离布置，支柱中心线和球壳相切或相割而焊接起来。若相割，支柱中心线和球壳交点同或相割而焊接起来。若相割，支柱中心线和球壳交点同球心连线与赤道平面的夹角为球心连线与赤道平面的夹角为1020。为了能承受风载。为了能承受风载荷和地震载荷，保证稳定性，还必须在支柱间设置连接荷和地震载荷，保证稳定性，还必须在支柱间设置连接拉杆。拉杆。 复习：（课后思考题）复习：（课后思考题）9.液化气体存储设备设计时如何考虑环境对它的影响？液化气体存储设备设计时如何考虑环境对它的影响？不仅要考虑环境温度、风载荷、雪载荷和地震载荷，还要不仅要考虑环境温度、风载荷、雪载荷和地震载荷，还要注意液化气体的膨胀性和压缩性。注意液化气体的膨胀性和压缩性。纯桔瓣式罐体纯桔瓣式罐体罐体罐体纯纯桔桔瓣瓣式式罐罐体体拼装焊缝较规则，施焊组装拼装焊缝较规则，施焊组装容易（可采用自动焊）。容易（可采用自动焊）。特特点点（1）拼装焊缝较规则，施焊组装容易（）拼装焊缝较规则，施焊组装容易（可采用可采用自动焊）。自动焊）。（2）支柱可错开焊缝布置在赤道带球瓣的中间，）支柱可错开焊缝布置在赤道带球瓣的中间，应力状态均匀。应力状态均匀。（3）可采用大瓣片设计，减少环带和焊缝数量。）可采用大瓣片设计，减少环带和焊缝数量。优优点点（1）球瓣在各带位置尺寸大小不一，只能在本带）球瓣在各带位置尺寸大小不一，只能在本带或上下对称的带之间互换。或上下对称的带之间互换。（2）下料及成型较复杂，板材利用率低。）下料及成型较复杂，板材利用率低。（3）极板尺寸小，不便于布置焊缝、人孔和接管。）极板尺寸小，不便于布置焊缝、人孔和接管。缺缺点点足球瓣式罐体足球瓣式罐体该结构形式通常用于该结构形式通常用于容积小于容积小于120m3的球罐的球罐足足球球瓣瓣式式罐罐体体各瓣片大小相同各瓣片大小相同特特点点（1）下料成型方便，材料利用率高，瓣片）下料成型方便，材料利用率高，瓣片互换性好。互换性好。（2）组装焊缝长度短，便于焊接和检验。）组装焊缝长度短，便于焊接和检验。优优点点（1）焊缝数量多，布置复杂，施工组装困难。）焊缝数量多，布置复杂，施工组装困难。（2）对球瓣的制造精度要求高。）对球瓣的制造精度要求高。缺缺点点混合式罐体混合式罐体混混合合式式罐罐体体赤道带赤道带桔瓣式桔瓣式温带温带桔瓣式桔瓣式极板极板足球瓣式（每极三块）足球瓣式（每极三块）特特点点（1）桔瓣式为主，极板尺寸较大，制造方便，）桔瓣式为主，极板尺寸较大，制造方便，材料利用率高。材料利用率高。（2）球壳板数量少，焊缝尺寸短，便于制作）球壳板数量少，焊缝尺寸短，便于制作大型储罐。大型储罐。（3）极板尺寸大，便于布置人孔和接管。）极板尺寸大，便于布置人孔和接管。优优点点有两种球瓣，主焊缝有有两种球瓣，主焊缝有Y型和型和T型型两种，焊缝质量不易保证，组装较麻烦。两种，焊缝质量不易保证，组装较麻烦。缺缺点点球罐的支承球罐的支承单段式单段式双段式双段式支柱支柱支柱和球壳的连接支柱和球壳的连接拉杆拉杆支柱结构支柱结构带拉杆的支柱带拉杆的支柱优点优点受力均匀、弹性好，受力均匀、弹性好，能承受热膨胀变形。能承受热膨胀变形。现场安装方便，容现场安装方便，容易调整。易调整。缺点缺点球罐重心高，稳定球罐重心高，稳定性相对较差。性相对较差。支柱与球壳的连接支柱与球壳的连接可调式可调式拉杆结构拉杆结构固定式固定式人孔人孔上下极板上分别设置上下极板上分别设置一个人孔一个人孔人孔直径人孔直径DN500采用带整体段件凸缘采用带整体段件凸缘补强的回转盖或水平补强的回转盖或水平吊盖型式吊盖型式接管接管l采用厚壁管或整体锻件凸缘等措施提高采用厚壁管或整体锻件凸缘等措施提高强度。强度。l接管选用与球壳相同或相近的材质。接管选用与球壳相同或相近的材质。l接管尽量布置在上下极板上。接管尽量布置在上下极板上。l球罐上所有接管均需设置加强筋，小接球罐上所有接管均需设置加强筋，小接管群可采用联合补强。管群可采用联合补强。l球罐接管法兰应采用凹凸面法兰。球罐接管法兰应采用凹凸面法兰。附件附件梯子和平台梯子和平台水喷淋装置水喷淋装置隔热或保冷设施隔热或保冷设施液面计、压力表、液面计、压力表、安全阀、温度计等安全阀、温度计等例题例题式式(5-3)和和）式式(5-4) 由公式计算或查表得：由公式计算或查表得：支座截面弯矩支座截面弯矩M2：7(5-12)(5-13)(5-24)(5-25)