中北大学
课 程 设 计 说 明 书
学生姓名： 学 专 题 院： 业：
詹锋
学 号： 0603044238 材料科学与工程学院 复合材料与工程
目：容积为 60m3 贮存质量分数为 37%的硝酸 卧式玻璃钢储罐设计
指导教师： 指导教师： 陈剑楠
曹 杨
职称: 职称: 讲 师 讲 师
2009 年
12 月 31 日
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中北大学
课程设计任务书
学年第 一 学期
学 专
院： 业：
材料科学与工程学院 复合材料与工程 学 号：
3
学 生 姓 名：
课程设计题目：容积为 60m 贮存质量分数为 37%的硝酸
卧式玻璃钢储罐设计
起 迄 日 期：2009 年 12 月 21 日～2009 年 12 月 31 日 课程设计地点： 指 导 教 师： 系 主 任： 中北大学材料科学与工程学院 陈剑楠 曹 杨
李迎春
下达任务书日期: 2009 年 12 月 18 日
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课 程 设 计 任 务 书
1．设计目的：
通过复合材料玻璃钢产品课程设计，强化学生课堂上学习到的复合材料产品设计的 知识，加深学生对复合材料设计思路的理解，培养学生独立设计复合材料产品的能力， 使学生熟练掌握 Auto CAD 等绘图软件的应用，为学生以后的毕业设计和从事相关工作 打下良好的基础。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等） ：
（1）卧式玻璃钢贮罐，容积为 60m3； （2）贮存质量分数为 37%的硝酸； （3）使用温度为常温，采用蝶形封头设计； （4） 设计内容包括卧式玻璃钢贮罐装配图一张及铺层表， 全部非标准件零件图及铺层表， 并打印设计说明书。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、 实物样品等〕 ：
本次课程设计的工作内容包括以下几个部分： （1）产品设计图纸一张，要求写明技术要求以及所用原材料； （2）产品设计图（零号图纸）一张； （3）产品零件图（除标准件） ； （4）复合材料产品结构计算说明书一本。
注：以上各项内容均要求打印。
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课 程 设 计 任 务 书
4．主要参考文献：
15 篇以上
5．设计成果形式及要求：
本次课程设计的设计成果以复合材料产品设计图纸和设计计算说明书的形式提交。
6．工作计划及进度：
2009 年 12 月 21 日~2009 年 12 月 22 日 2009 年 12 月 23 日~2009 年 12 月 24 日 2009 年 12 月 25 日~2009 年 12 月 27 日 2009 年 12 月 28 日~ 2010 年 12 月 30 日 2009 年 12 月 31 日 查阅相关文献 结构设计与计算 图纸的绘制 设计计算说明书的撰写 答辩和成绩考核
系主任审查意见：
签字： 年 月 日
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目 录
1.前言……………………………………………………………………………………1 2.造型设计………………………………………………………………………………2 2.1 储罐构造尺寸确定…………………………………………………………………2 2.2 封头的选择…………………………………………………………………………2 2.3 伸臂长度确定………………………………………………………………………3 2.4 支座及间距……………………………………………………………………………3 3.性能设计…………………………………………………………………………………4 3.1 基体材料性能及其特点介绍…………………………………………………………5 3.2 增强材料介绍…………………………………………………………………………6 4.节构设计……………………………………………………………………………………7 4.1 储罐荷载计算和设计简图……………………………………………………………7 4.2 由储罐的轴向应力计算壁厚………………………………………………………8 4.3 由储罐的剪力计算储罐的壁厚……………………………………………………8 4.4 由储罐的环形应力计算储罐壁厚…………………………………………………8 4.5 由蝶形封头设计壁厚…………………………………………………………………10 4.6 设计结果……………………………………………………………………………10 5.工艺设计………………………………………………………………………………11 5.1 筒身设计………………………………………………………………………………11 5.2 封头的制造工艺及模具制造方法……………………………………………………12 6.玻璃钢卧式贮罐零部件设计……………………………………………………………14 6.1 贮罐的开孔与补强……………………………………………………………………14 6.2 排气孔…………………………………………………………………………………14 6.3 贮罐进出口管和人孔设计……………………………………………………………14 6.4 排液管…………………………………………………………………………………16 6.5 支座设计………………………………………………………………………………16 7.安装设计…………………………………………………………………………………17 8.制品检验…………………………………………………………………………………18 9.小结………………………………………………………………………………………19 10.参考文献…………………………………………………………………………………20
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前 言
卧式玻璃纤维增强塑料贮罐主要用做化工贮罐、 运输罐车、 反应釜、 喷雾洗涤器等。 与立式贮罐相比，卧式贮罐的容积较小，但具有搬运方便，可异地安装使用的特点。 玻璃钢容器、玻璃钢储罐耐化学腐蚀，使用寿命长，玻璃钢具有特殊的耐腐 性能，在储存腐蚀性介质时，玻璃钢显示出其他材料所无法比拟的优越性，可以 耐多种酸、碱、盐和有机溶剂 [1]。 玻璃钢容器、玻璃钢储罐设计灵活性大，罐壁结构性能优异，纤维缠绕玻璃钢 可以改变树脂系统或增强材料来高速玻璃钢贮罐及非标装置的物理化学性能，以 适应不同介质和工作条件的需要。通过结构层厚度、缠绕角和壁厚结构和设计来 调整罐体的承载能力，制成不同压力等级或某些特殊性能的玻璃钢贮罐及非标装 置，这是各向同性的金属材料无法与其相比的。 因为玻璃钢的比重通常为 1.8-2.1，是钢的 1/4-1/5，比钢、铸佚和塑料的比强 度都高。玻璃钢的热膨胀系数与钢大体相当，热传导系数只有钢的 0.5%。玻璃钢 贮罐具有一系列特点，如质量轻、耐腐蚀性强、强度高、保温隔热效果好、成型容易、 安装和运输方便、维护费用低等，在各工业领域得到广泛应用[2]。 我国玻璃钢贮罐的发展十分迅速，已经颁布了纤维增强塑料贮罐的标准，规定了贮 罐用原材料、生产工艺、结构形式、产品性能和几何尺寸、验收条件等等，规范了玻璃 钢产品市场，对提高玻璃钢贮罐产品质量起到了促进作用。目前国内玻璃钢贮罐主要用 于地下石油贮罐、化工及食品容器、运输罐、三次采油聚丙烯酰胺母液贮罐、工业用超 纯水贮罐、污染回收罐等等纤维增强塑料贮罐是复合材料制品最广泛应用的一种产品结 构形式，主要用于储存各种腐蚀性液体、气体和粉末状物料，应用在石油、化工、冶金、 造纸、城市供水等领域。这类贮罐强度、刚度和防渗漏性要求较高，对于容积较大的贮 罐，特别适合于纤维缠绕工艺或喷射工艺整体成型，不宜采用手糊工艺分块制造、最后 组装的结构形式。
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2 造型设计
2.1 储罐构造尺寸确定
造型设计如图 2-1：
图 2-1
设计标准： 《中华人民共和国行业标准
玻璃钢储罐标准系列 HG 21504.1-92》 ，卧
式 储 罐 容 积 V = 60m3 ， 可 选 直 径 系 列 有 D = 2800mm 和 D = 3000mm ， 本 设 计 初 选
D = 3000mm ，因此储罐的长度 L= V = 8500mm 。 ( D )2 π 2
2.2 封头的选择
卧式圆筒形储罐的封头一般采用凸形封头，常用的凸形封头形式有半球形、半椭球 形和蝶形封头[3]。
（1） 半球形封头 受力最佳，与筒体的连接平滑过渡，局部附加应力小。但是由于
这样封头深度大， 手糊成型不方便， 脱模比较困难， 所以玻璃钢储罐很少采用这样封头。 （2） 半椭球形封头 其是由半个椭球壳和一段高度为 h 的圆筒形部分组成。由于半
椭球形曲线的曲率半径变化是连续的，所以封头中的应力分布比较均匀，受力仅此于半 球形封头，加工制造比较方便。 （3） 蝶形封头 其是有折边的球形封头，由半径为 R 的部分球面和高度为 h 的圆筒
形部分以及半径为 r 的过渡部分组成，标准蝶形封头 R = 0.9 D 且 r = 0.17 D 。在连接处， 经线曲率半径有突变，应力分布不如椭球形分布均匀，缓和，但是蝶形封头的加工制作 最方便。
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综合以上分析，选择蝶形封头，因为它加工制造最方便，本设计中的卧式储罐不是 压力储罐，因此标准蝶形封头可以满足应力使用要求，因此 R = 0.9 D 且 r = 0.17 D ，封 头高度 H = R ? [( R ? D)( R + D ? 2r )]0.5 = 550mm 。 2
2.3 伸臂长度确定
根据
A = 0.207 ? 0.390 H L L
计算出 G = G1 + G2 + G3 。
2.4 支座及间距
卧式储罐一般是水平安装在支座上的，支座主要分为双边连续支座、鞍座、圈座和 支腿。其中鞍座应用最多,所以选择鞍式支座。 鞍座间距 L1 = L ? 2 A = 6600mm
如图 2-2 所示
q = 7 0 . 5 k N / m
F
A
3 . 3 0 m
3 . 3 0 m 8 . 5 0 m
图 2-2
F
B
2.4 小节：
（1）储罐鞍座选用三鞍座（如图 2-1）,鞍座间距为 3300mm
（2）封头采用蝶形封头设计； （3）罐身长 8500mm,内径 3000mm； （4）进水、出水孔、人孔、液面计口、备用口安装标准按 HG 21504.1-92《玻璃钢储槽 标准系列》 （5）所用法兰按 HG/T 21633-1991 选用
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3 性能设计
任务要求: 贮存质量分数 37%的盐酸，使用温度为常温，属于典型的玻璃钢贮罐。
表一 材料名称
[6]
各种材料规格 铺层数 纤维（kg） 内 衬 树 脂 （kg） 结构层树脂 （kg）
规格（g?m2） 层数
筒身
聚酯毡 网眼布 喷射纱 网眼布 喷射纱 网眼布 0.4 布 网眼布
30 65 150 65 450 65 450 65 350 150 450 400 450
1 1 1 1 4 4 4 2 1 1 4 3 2
2.15 4.27 9.49 4.27 113.89 17.07 105.05 8.54 0.62 2.76 33.09 22.89 16.55
40.83
28.47
292.86
105.05
封头
表面毡 喷射纱 喷射纱 0.4 布 喷射纱
11.86 8.27 89.47 22.89 44.74
以上两步交替重复 3 遍 拐角加喷，宽度 300m 喷射纱 300 g?m2 参数 纱片宽 纱股数 纤维类型 材 料 用 量 （kg） 聚酯毡 喷射纱 网眼布 合计 2.77 223.23 34.14 1252.51 内衬层树脂 结构层树脂 0.4 布 471.77 346.84 173.74 TEX 12 14.39
说明：1、内衬层树脂用 SW901 结构层树脂用 S901； 2、储罐内衬层脱模后与平地封头对接，缠绕结构层设备位号“2V-707”
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典型的玻璃钢贮罐其结构分为四层：内表层、次表层、结构层和外表层。 其功能各为： （1） 内衬层主要起防腐、防渗作用； （2） 次表层主要是防止介质渗漏结构层承受荷载引起的各种应力； （3） 外保护层则用于防自然老化和摩擦碰撞[4]. 内表层、次表层、结构层和外表层如图 3-1：
图 3-1 （1）内表层 内表层也是防腐层，一般用玻璃纤维表面毡、有机纤维表面毡或其他增强材料的富 树脂层，要求含胶量达到 90%左右，其厚度为 0.25~0.5mm。各种材料指标如（表一） （2）次表层 其含胶量比内表层低，通常有短切纤维制成的短切毡铺成；其主要功能是防止介 质渗漏。 （3）结构层 这一层是贮罐壁的主要结构，用来承受外载荷，由连续纤维缠绕成型或由纤维织物 手糊成型。玻璃钢贮罐的结构设计主要是确定这一层的铺层方式和厚度。 （4）外表层 它是贮罐的结构层的外保护层。其功能是保护结构层免收外界机械损伤和外界环境 条件引起的老化。
3.1 基体的性能及其特点介绍：
1，内衬层树脂为 SW901 树脂，其特点如下： (1)极低的粘度，工艺性能好，放热峰在 100°C 以内；
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(2)成型树脂具有良好的力学性能和防腐性能； (3)其 FRP 成品可以在大于-45°C.的环境下面安全使用。 2，结构层树脂用 S901，其特点是：价格便宜、实用性强，同时其强度要求满足工艺及 其使用要求。
3.2 增强材料的性能介绍：
3.2.1 聚酯毡 抗拉强力高、延伸性能好、热稳定性能优良、耐穿刺能力强、抗腐蚀、耐老化。 3.2.2 喷射纱 (1)硅烷偶联剂。 (2)优良的集束性和成带性。 (3)在树脂中能快速和彻底地浸透。 (4)优良的耐磨蚀性,无毛羽。 (5)优良的机械性能。 3.2.3 玻璃钢基布 0.4 布 玻璃钢基布（玻璃钢 0.4 布）是由中碱或无碱无捻粗纱纺织而成，无捻粗纱经硅烷 偶连剂处理，易于被树脂浸润，耐腐蚀，强度高，而且层间粘合性好，能适合各种曲面 施工[7]。 3.2.4 表面毡，其特点如下： 玻璃纤维表面毡特有的生产工艺,决定其具有表面平整纤维分散均匀,手感柔顺,透 气性好,树脂浸透速度快等特点.表面毡应用于玻璃钢制品,良好的透气性能使树脂快速 渗透,彻底消除气泡和白渍现象,它良好的伏模性适合任何形状复杂的产品和模制品表 面,能掩盖布纹,提高表面光洁度和防渗漏性,同时增强层间剪切强度和表面韧性,提高 产品的耐腐蚀性和耐侯性,是制造高质量玻璃钢模具及制品的必需用品. 产品适用于玻 璃钢手糊成型，缠绕成型，拉挤型材，连续平板，真空吸附成型等工艺。
3.2 小节：
（1）内衬层选用树脂为 SW901 树脂； （2）结构层树脂用 S901 树脂； （3）外表层选用玻璃纤维表面毡混合 S901 树脂缠绕。
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4 结构设计
4.1 储罐荷载计算和设计简图
4.1.1 储罐设计简图 储罐设计简图如图 4-1 所示：此储罐按照三支座外伸梁计算储罐受力分析
q
L H
1
L L 图4-1
1
H
4.1.2
载荷计算
储罐中液体硫酸质量 G1 = V ρHCL = 60 ×1.19 = 71.4t 玻璃钢壳体质量 G2 = {2π rL + 2 × 2 π [ Hr 2 ? ( H ? r )(r ? t ) 2 ]} ρ = 2.2 t 3 附件质量 G3 ≈ 0.4 支座承受的总重量 G = G1 + G2 + G3 = 74t
a、储罐单位长度上的均布载荷 q = G/(L+2 × 2 H)=7.05t/m = 70.5kN/m 3
b、支座反力 FA = FB = 1 q（L+ 4 H） =246.8KN 3 3 c、支座处剪力
边支座内侧截面处的剪力 Q1 =FA -qA- 2 qH = 109.3KN 3
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2R
边支座外侧截面处的剪力 Q2 =qA + 2 qH = 137.5 KN 3 跨中支座处的剪力 Q3 =q(L/2+ 2 H)-FA = 616.9 KN 3 d、边支座和跨中支座处的弯矩 边支座处弯矩 M A =- 1 (A+ 2 H)2 = ?68.73KN 2 3
2 4 跨中支座处弯矩 M B = 1 q（L+ 3 H）- 1 q（L+ 4 H） L -A)=3886.3KN ? m (2 2 2 3
由于 M B > M A ，所以应该以 M B 作为计算弯矩。
4.2 由储罐的轴向应力计算壁厚
储罐的最大轴向应力发生在跨中储罐底部和支座处储罐的顶部，计算结果取其最大 值。
4.2.1 由跨中储罐底部轴向应力计算壁厚
查表得，缠绕玻璃钢聚酯储罐的轴向拉伸强度为 85 ～ 160MPa ,取强度值为 160MPa ， 取载荷系数 K = 13.4 ，则 [σ x ] = 160 ÷ 13.4 = 11.9MPa 由 σ max = R 2ρH 2 SO4 / t + M max / π R 2t ≤ [σ x ] ， 得出 t = R 2ρH 2 SO4 / [σ x ] + M max / π R 2 [σ x ] 由此得出 t = 4.1cm
4.2.2 由支座处储罐顶部应力计算壁厚
支座处储罐顶部应力 σ max = M max / π R 2t ≤ [σ x ] ，由此推导出壁厚
t = M max / π R 2 [σ x ] = 0.284cm
4.3 由储罐的剪力计算储罐的壁厚
储罐的最大剪力发生在支座的底部，由于 Q3 > Q 2 ，并且 Q3 > Q1 ，所以最大剪力发生 在跨中支座的底部，且 Q max = Q3 =616.9KN ，支座处要设置加强圈。因此有
τ = Q
max
π Rt
max ≤ [τ]
从而得出壁厚
Q t= max πR[τ]
聚酯玻璃钢的剪切强度为 8.9MPa ，取安全系数为 8，则 [τ] =1.11MPa 。 代入数据的
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t=1.26cm
4.4 由储罐的环形应力计算储罐壁厚
4.4.1 支座的设计 a、 鞍座包角的设计 增大鞍座包角 θ 时，可以减小储罐的环形应力，但是鞍座变得笨重，材料消耗增 多；而过分减小包角，将使设备容易从鞍座上倾倒。在一般情况下，鞍座包角应在
120° ≤ θ ≤ 150° 范围内，本设计选择 θ = 150° 。
b 鞍座宽度的设计 由支座处的承载情况，查阅资料，得出鞍座宽度
B = F /( 2 R[σ]) ° S 9
其中 FS =0.204FA 从而 B = 16.6 cm，本设计中取 B = 20cm ° ° 4.4.2 加强圈的设计 玻璃钢和钢材相比在荷载下易产生较大的形变，在玻璃钢结构设计中用增加厚度来 提高储罐的刚性不一定恰当，有时不仅给成型带来很大的困难，也会增加成本，这一问 题在玻璃钢储罐的设计中尤为突出，支座处的环向弯矩会使筒体的壁厚大为增加，因此 在鞍座处设置加强圈是很必要的[8]。 加强圈有两种形式，一种是在筒体外设置加强圈，另一种是在筒体内设置加强圈， 无论从美学还是力学的角度分析，内置加强圈都要比外置加强圈要好，因为筒体的应力 是压应力，如果还有操作内压作用时，还会降低压应力的数值，而采用外加强圈是，筒 体的应力是拉应力，如果有操作内压作用时，拉应力的数值会随之增加，从防渗漏的角 度分析，拉应力对玻璃钢储罐来说是不利的，因为树脂的延伸率比纤维大，尽管玻璃钢 的有较大的拉伸强度，但拉应力会使树脂中的微裂纹处于张开的状态。 由于设置加强圈，支座处的荷载由筒体和加强圈共同承担。 设支座处的储罐壁厚为 t=4.1cm ，支座的宽度 B = 20cm ，缠绕聚酯玻璃钢的环向和 ° 轴向弹性模量分别为 2×104 和 1×104 ， 其泊松比为 0.3 和 0.15， 因此可以得出加强圈的有 效宽度 B = B° + 2 Rt / 4 3( E° / EL )(1 ? υ° υ L )
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= 20 + 2 × 140 ×14.6 / ( 4 3 × 2 × (1? 0.3× 0.15) ) = 50.5cm
为了便于加工制造，取
B = 52cm σm = 150 MPa
4.4.3 由环形应力校核计算 当 β = 120° 时，查表得， M β = 0.053FA R ， N P = 0.34 FA 。经查阅资料得到复合材料缠 绕玻璃钢的环向拉伸强度为 σ y = σβ = 300 MPa ，弯曲强度 σm = 150 MPa ，由
σβ = Nβ / ( Bt ) + M β / (π R 2t )
从而得出 t = Nβ / ( B[σ y ]) + M β / (π R 2 [σm ]) 取安全系数 K = 8 ，则有 [σ y ] = 37.5MPa ， [σ m ] = 18.75MPa
t = 0.75cm
4.5 由蝶形封头设计壁厚
t ≥ pDM / (2[σ y ]) ，其中 M = 0.25(3 + R / r ) ， r = 0.17 D ， R = 0.9 D
从而得出 t = 0.62cm
4.6 设计小节
综合上述计算结果，考虑缠绕成型的工艺特点，选择以下特点： （1）罐体、封头及支座处壁厚均选择 t = 41 mm； （2）在支座处设置加强圈，其宽度为 520mm，厚度为 5mm，材料选用钢板； （3）鞍座宽度选用 200mm，包角为 150° ，最底边离地高度 5mm,采用采用树脂手糊成型； （4）法兰接管处需要加强，采用角形板撑板；
\（5）顶部法兰支管采用无塑料衬里的伸入式支管，封头处法兰采用无塑料衬里的平接
支管。
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5 工艺设计
5.1 筒身设计
筒身采用湿法缠绕成型工艺，缠绕结构层设备位号“2V-707” 。 5.1.1 纤维缠绕增强材料制品的特点 纤维缠绕增强材料制品的特点：纤维缠绕增强材料制品除具有一般纤维增强制品的 优点外，还具有更为突出的特点： （1）强度高 FWRP 的比强度是钛合金的 3 倍，钢的 4 倍。玻璃纤维缠绕压力容器比一般同体 积的钢制容器，质量轻 40%~60%。 （2）可靠性强 缠绕成型很好地解决了韧性与强度的矛盾（金属的韧性随强度提高而降低）. （3）生产效率高 缠绕制品质量高而稳定，可以采用机械化或自动化生产，需要的操作工人少，缠 绕速度快，生产效率高，适于大批量的生产。 缺点： （1）缠绕成型适应性小，不能缠绕任意结构形式的制品。 （2）缠绕设备投资大，只有大批量的生产才能降低成本[9]。 5.1.2 工艺流程 胶液配制 芯模制造
（集束） 纱团 浸胶
（湿法） 张力控制 纵、环向缠绕
成品
后固化
修整
脱模
固化
5.1.3 缠绕玻璃钢贮罐 先要在芯模上制作内衬层，制作内衬时首先是在芯模上缠绕一层聚酯树脂薄膜，再
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涂上脱模剂，刷一层树脂，再缠绕聚酯毡（短切纤维）再缠绕一层网格布，缠绕网格布 时要边刮胶边缠绕，其作用就是让树脂完全浸渍聚酯毡，内衬做好后要等待其进入凝胶 状态，再进行纱团集束，浸渍树脂，进行结构层的缠绕，缠绕过程中同样要刮胶操作， 其目的主要是压实，减少结构层的树脂含量，使得其结构层达到使用的压力降。在缠绕 过程中要控制纱束的张力，保证贮罐的质量，缠绕完成后，进行固化，采用红外固化， 固化完全后进行脱模，修整，再将其制品放入烘房进行后固化，最后得到成品[10]。
5.2 封头的制造工艺及模具制造方法
5.2.1 成型工艺 封头采用手糊成型工艺，手糊成型工艺在实际生产中所包括的主要内容。 （1）生产准备场地：手糊成型工作场地的大小，要根据产品大小和日产量决定，场地 要求清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在 15～35℃之间，后加工整修段，要设有 抽风除尘和喷水装置。 （2）模具准备：准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。 （3）树脂胶液配制：配制时，要注意两个问题： ①防止胶液中混入气泡； ②配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。增强材料准备 增强材料的种 类和规格按设计要求选择。 （4） 糊制与固化铺层糊制： 手工铺层糊制分湿法和干法两种： ①干法铺层 用预浸布为原料，先将预学好料（布）按样板裁剪成坏料，铺层时加热软 化，然后再一层一层地紧贴在模具上，并注意排除层间气泡，使密实。此法多用于热压 罐和袋压成型。 ②湿法铺层 直接在模具上将增强材料浸胶，一层一层地紧贴在模具上，扣除气泡，使 之密实。一般手糊工艺多用此法铺层。湿法铺层又分为胶衣层糊制和结构层糊制。 （5）手糊工具：手糊工具对保证产品质量影响很大。有羊毛辊、猪鬃辊、螺旋辊及电 锯、电钻、打磨抛光机等。 （6）固化： 制品固化分硬化和熟化两个阶段：从凝胶到三角化一般要 24h，此时固化 度达 50%～70%（巴柯尔硬性度为 15） ，可以脱模，脱后在自然环境条件下固化 1～2 周 才能使制品具有力学强度，称熟化，其固化度达 85%以上。加热可促进熟化过程，对聚 酯玻璃钢，80℃加热 3h，对环氧玻璃钢，后固化温度可控制在 150℃以内。加热固化方
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法很多，中小型制品可在固化炉内加热固化，大型制品可采用模内加热或红外线加热 （7）脱模和修整脱模：脱模要保证制品不受损伤。 脱模方法有如下几种： ①顶出脱模：在模具上预埋顶出装置，脱模时转动螺杆，将制品顶出。 ②压力脱模：模具上留有压缩空气或水入口，脱模时将压缩空气或水（0.2MPa）压入模 具和制品之间，同时用木锤和橡胶锤敲打，使制品和模具分离。 ③大型制品（如船）脱模：可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具。 ④复杂制品可采用手工脱模方法：先在模具上糊制二三层玻璃钢，待其固化后从模具上 剥离，然后再放在模具上继续糊制到设计厚度，固化后很容易从模具上脱下来。 （8）修整： 修整分两种：一种是尺寸修整，另一种缺陷修补。 ①尺寸修整 成型后的制品，按设计尺寸切去超出多余部分； ②缺陷修补 包括穿孔修补，气泡、裂缝修补，破孔补强等[11]。 5.2.2 封头模具制造
A
A
A-A
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图 5-1
封头模具制造为了节省成本，可以采用水泥制造。形状如图 5-2：
图 5.2 蝶形封头模具
5.2.3 封头模具制造注意事项： （1） 因加热， 会发生材质劣化， 导致树脂封头耐腐蚀性下降， 不适合不锈钢封头加工。 （2）加热成形，导致模具受热膨胀和封头冷却收缩，尺寸难以控制且一致性差。 （3）因加热，封头成形后的表面氧化皮严重，且难以去除。 5.2.4 小节： （1）为了节省成本，又为了满足性能要求，采用水泥制作模具； （2）完成模具制作之后，注意要用蜡封住模具上面的气孔； （3）阳模制作的时候要注意尺寸，如图 5-2 所示； （4）罐体缠绕过程中要注意含胶量的控制。
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6 玻璃钢卧式贮罐零部件设计
零部件是贮罐必不可少的部分。它主要涉及贮罐的开孔、补强、人孔、进出管设计、 支座设计等。
6.1 贮罐的开孔与补强
由于工艺和结构上的需要，复合材料贮罐要有各种开孔，供工艺接管或零部件安装 时使用。开孔的大小决定于开孔的用途，开孔的形状应该是圆形或长短轴比不超过 2 的 椭圆形。用连续纤维制成的设备，再用机械方法切孔后，无凝会破坏纤维的连续性。纤 维被切断， 不单会削弱贮罐强度， 而且由于结构连接性受破坏， 壳体和接管变形不一致， 在开孔和接管出将产生较大的附加内力分量。其中影响最大的是附加弯曲内力，局部地 区的应力可达壳体壁基本应力的三倍以上。这种局部应力增长现象，称为应力集中。 大量实验表明，如果将连接处的接管或壳体壁厚适当加厚，上述局部区域的应力集 中现象在很大程度上会得到缓和，应力集中系数有人可以控制在所允许的范围内。所谓 “开孔补强设计” ，就是指采取适当加厚接管或壳体壁厚的方法，使之达到提高壳壁强 度，并把应力集中系数降低到某一允许数值的目的。 在实际工作中较多的采用局部补强形式。即在壳体开孔处的一定范围内将增加壳体 的壁厚。补强设计方法可采用等面积补强发，即局部的符合材料截面积。也就是用的开 孔相等截面的外加复合材料来补偿被消弱的壳壁强度[12]。
6.2 排气孔
各种顶端封闭的直接排到大气的常压贮罐，必须开设能自由排气道大气中的排气 孔。最小排气孔尺寸应该满足控制所有的联合入口或排出口的排气量，使封闭贮罐不产 生正压或负压。
6.3 贮罐进出口管和人孔设计
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目录 摘要 ............................................................................................................................... I ABSTRACT ................................................................................................................. I I 第一章绪论 (1) 1.1液化石油气储罐的用途与分类 (1) 1.2液化石油气特点 (1) 1.3液化石油气储罐的设计特点 (2) 第二章工艺计算 (3) 2.1设计题目 (3) 2.2设计数据 (3) 2.3设计压力、温度 (3) 2.4主要元件材料的选择 (4) 第三章结构设计与材料选择 (5) 3.1筒体与封头的壁厚计算 (5) 3.2筒体和封头的结构设计 (6) 3.3鞍座选型和结构设计 (7) 3.4接管，法兰，垫片和螺栓的选择 (10) 3.5人孔的选择 (15) 3.6安全阀的设计 (15) 第四章设计强度的校核 (19) 4.1水压试验应力校核 (19) 4.2筒体轴向弯矩计算 (20) 4.3筒体轴向应力计算及校核 (20) 4.4筒体和封头中的切向剪应力计算与校核 (21) 4.5封头中附加拉伸应力 (22) 4.6筒体的周向应力计算与校核 (22) 4.7鞍座应力计算与校核 (23) 第五章开孔补强设计 (26) 5.1补强设计方法判别 (26) 5.2有效补强范围 (26) 5.3有效补强面积 (27) 5.4.补强面积 (28)
安徽工程大学 课程设计说明书 题目名称：卧式储罐设计 专业班级：食品122班 学生姓名：王飞腾 指导教师：季长路 完成日期： 2015-09-24
目录 摘要 (3) 第一章绪论 (4) 1.1设计任务： (4) 1.2设计思想： (4) 1.3设计特点： (4) 第二章材料及结构的选择与论证 (5) 2.1材料选择 (5) 2.2结构选择与论证 (5) 2.2.1 封头的选择 (5) 2.2.2容器支座的选择 (5) 2.3法兰型式 (6) 2.4液面计的选择 (6) 第三章结构设计 (7) 3.1壁厚的确定 (7) 3.2封头厚度设计 (7) 3.2.1计算封头厚度 (7) 3.2.2水压试验及强度校核 (8) 3.3储罐零部件的选取 (8) 3.3.1储罐支座 (8) 3.3.2 罐体质量 (8) 3.3.3封头质量 (9) 3.3.4液氨质量 (9) 3.3.5附件质量 (9) 第四章接管的选取 (10) 4.1液氨进料管 (10) 4.2平衡口管 (10) 4.3液位指示口管 (10) 4.4放空口管 (10) 4.5液体进口管 (11) 4.6液体出口管 (11) 第五章压力计选择 (12) 符号说明 (13) 总结 (14)
摘要 本说明书为《1.2m3液氨储罐设计说明书》。扼要介绍了卧式储罐的特点及在工业中的广泛应用，详细的阐述了卧式储罐的结构及强度设计计算及制造、检修和维护。 本文采用分析设计方法，综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准，按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、接管进行设计，然后采用1SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。 设计结果满足用户要求，安全性与经济性及环保要求均合格。 关键词：压力容器、卧式储罐、结构设计、强度校核、开孔补强
湖南大学 《压力容器与管道安全》课程设计 专业安全工程 姓名刘恶 学号023412229 课程名称压力容器与管道安全 指导教师杨有豪马莲 市政与环境工程学院 2019年12月
目录 1. 目的与任务 (2) 2. 储罐的设计要求 (2) 2.1 设计题目 (2) 2.2 设计要求 (2) 3. 卧式液氨储罐的结构设计 (3) 3.1储罐主要结构的设计 (3) 3.1.1筒体和封头的结构选择 (3) 3.1.2用方案一计算筒体和封头的厚度 (4) 3.1.3用方案二计算筒体和封头的厚度 (5) 3.1.4两种方案的比较 (6) 3.2计算鞍座反力 (7) 3.3支座及其位置选取 (8) 3.3.1鞍座数量的确定 (8) 3.3.2鞍座安装位置的确定 (8) 3.3.3鞍座标准的选用 (10) 3.4储罐应力校核 (10) 3.4.1筒体轴向应力校核 (10) 3.4.2筒体和封头切向剪应力校核 (12) 3.4.3筒体周向应力校核 (12) 3.4.4鞍座有效断面的平均应力校核 (13) 3.5 入孔设计 (13) 3.6开孔补强计算 (14) 3.7接管与法兰联结设计 (16) 参考文献 (19)
1. 目的与任务 本课程设计是在学完《压力容器与管道安全》之后综合利用所学知识完成一个压力容器设计。该课程设计的主要任务 1.是通过解决一、两个实际问题，巩固和加深对压力容器的结构、原理、特性的认识和基本知识的理解，提高综合运用课程所学知识的能力。 2.培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。 3.通过实际设计方案的分析比较，设计计算，元件选择等环节，初步掌握工程中压力容器设计方法。 4.培养严肃认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践，逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。 2. 储罐的设计要求 2.1 设计题目 某厂需添置一台液氨贮罐，设计原始数据：设计压力P=1.9Mpa，设计温度T=43℃，容器内径D=1230mm,容积V=3.1m3，设备充装系数0.9。采用鞍式支座。试设计该设备。 2.2 设计要求 根据已知的条件，按照以下顺序进行设计： 1.主要结构设计—筒体、封头、接管、法兰密封、鞍座及其位置。 2.主要材料—焊缝和探伤 3.筒体和封头的厚度计算 4.计算鞍座反力
概述 在当前已经开发的复合材料制品中，玻璃纤维增强树脂基复合材料（俗称玻璃钢）的贮罐占有相当的比重。玻璃钢贮罐有较好的耐腐蚀性和承载能力，与金属贮罐相比，制造工艺比较简单且容易修补，所以，在石油，化工等部门已有逐步替代金属贮罐的趋势。近几年来，我国生产的玻璃钢贮罐已由中小吨位向大吨位发展，最大的玻璃钢贮罐容积已达到3 m 1500。 目前玻璃钢贮罐的设计方法有两种，一种是以强度为标准，在已经的安全系数下，使贮罐的应力小于材料的许用应力；另一种是以变形为标准，使贮罐的应变不超过规定值。在实际产品设计中，由于材料强度极限的数据积累较充分，而且能方便的使用最大应力失效准则及相应的设计标准，所以第一种方法较通用，而应变设计方法在变形需严格控制时才使用。 玻璃贮罐按使用功能与放置场地的不同，可以有多种结构形式。按使用压力不同，有压力贮罐和常压贮罐之分；按形状不同有圆柱形、球形、箱形等结构形式；按置于地面或运输车上有静置贮罐和运输贮罐之分。 由于玻璃钢贮罐具有耐腐蚀性、质量轻、强度高、易制造、运输安装费用低等特点，已广泛应用与化工、石油，造纸、医药、食品、冶金、粮食、饲料等领域。 （1）玻璃钢贮罐化学应用：贮存酸、碱、盐及各类化学用品。 （2）玻璃钢地下油罐：用于汽车加油站代替钢油罐。 （3）玻璃钢运输贮罐：分为汽车运输和火车运输贮罐两种。 & 本文着重讨论了卧式玻璃钢贮罐的造型设计、性能设计、结构设计、工艺设计、安装、及检 验等各方面。 {
2.性能设计 原材料的选择原则 （）比强度，比刚度高的原则 （）材料与结构的使用环境相适应的原则 】 （）满足结构特殊性能的原则 （）满足工艺要求的原则 （）成本低效益高的原则 树脂基体的选择 树脂的选择按如下要求选取： （）要求基体材料能在结构使用温度范围内正常工作； （）要求基体材料具有一定的力学性能； （）要求基体材料的断裂伸长率大于或者接近纤维的断裂伸长率； ( （）要求基体材料具有满足使用要求的物理、化学性能； （）要求基体材料具有一定的公益性。 玻璃钢制品所用的树脂原料有：聚酯、环氧、酚醛、呋喃树脂及改性树脂等。目前可供选择的的树脂主要有两类：一类为热固性树脂，其中包括环氧树脂、聚酰亚胺是指、酚醛树脂和聚酯树脂。连一类为热塑性树脂，如聚醚醚酮、尼龙、聚苯乙烯、聚醚酰亚胺等。 目前树脂基复合材料中用得较多的基体是热固性树脂，它们有较高的力学性能，但工作温度低。对于需耐高温的复合材料，主要是用聚酰亚胺作为基体材料，目前较新的树脂基体有双马来酰胺、聚醚醚酮等，能满足一般高温的要求，且韧性好，有较大的复合材料强度许用值。 贮罐储存质量分数的硫酸，根据耐酸性，力学性能和经济效益综合考虑，可选用酚醛树脂。 增强材料的选择 目前已有多种纤维可作为复合材料的增强材料，如加各种玻璃纤维、凯夫拉纤维、氧化铝纤维、硼纤维、碳纤维等，有些纤维已经有多种不同性能的品种。 选择纤维类别，是根据结构的功能选取能满足一定的力学、物理和化学性能的纤维。
目录 一、前言 (3) 二、摘要 (4) 三、绪论 (5) 3.1 设计任务： (5) 3.2设计思想： (5) 3.3 设计特点： (5) 四、设备材料及结构的选择 (6) 4.1材料选择 (6) 4.2结构选择 (6) 4.2.1 封头的选择 (6) 4.2.2容器支座的选择 (6) 4.3法兰型式 (6) 4.4液面计的选择 (7) 4.4.1 (7) 4.4.2 (7) 4.4.3 (7) 五、结构计算 (8) 5.1罐体壁厚设计 (8) 5.2封头厚度设计 (9) 5.2.1计算封头厚度 (9) 5.2.2校核罐体与封头水压实验强度 (9) 5.3选择人孔并核算开孔补强 (10) 5.4储罐零部件的选取 (12) 5.4.1储罐支座 (12) 5.4.2罐体质量 (12) 5.4.3封头质量 (12) 5.4.4液氨质量 (13) 5.4.5附件质量 (13) 六、接管的选取 (14) 6.1液氨进料管 (14) 6.1.1接管的计算厚度为： (14) 6.1.2开孔有效补强宽度B，有效补强高度的确定 (14) 6.1.3需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积的计算 (14) 6.2 平衡口管 (14) 6.3 液位指示口管 (15) 6.4 放空口管 (15) 6.5 液体进口管 (15) 6.6 液体出口管 (15) 七、压力计选择 (16) 八、符号说明 (17) 九、致谢 (18)
十、参考文献 (19)
一、前言 压力容器是一种密闭的承压容器，通常是由板、壳组合而成的焊接结构。其应用广泛且用量大，但又比较容易发生事故且事故往往是严重的。压力容器的设计一般有筒体、封头、密封装置、支座、接口管、人孔及安全附件等组成。与任何工程设计一样，压力容器的设计目标也是对新的或该进的工程系统和装置进行创新和优化，以满足人们的愿望与需要。具体来说，压力容器的设计人员应根据设计任务的特定要求，遵循设计工作的基本规则或规范，以及材料控制﹑结构细节﹑制造工艺﹑检验及质量管理等方面的规则，并尽可能地采用标准。 液氨储罐是合成氨工业中必不可少的储存容器，所以本设计过程的内容包括容器的材质的选取、容器筒体结构和强度的设计，密封的设计、罐体壁厚设计、封头壁厚设计、确定支座，人孔及接管、开孔补强的情况以及焊接形式的设计与选取。在设计过程中要综合考虑经济性、实用性和安全可靠性。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。此次设计主要原理来自《化工设备机械基础》一书以及其他参考资料。 本设计的液料为液氨，它是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料，应用广泛。分子式 NH3，分子7.03，相对密度0.7714g/L，熔点-77.7℃，沸点-33.35℃，自燃点651.11℃，蒸汽压1013.08kPa(25.7℃)。蒸汽与空气混合物爆炸极限16～25%(最易引燃浓度17%)。氨在20℃水中溶解度34%,25℃时，在无水乙醇中溶解度10%，在甲醇中溶解度16%，溶于氯仿、乙醚，它是许多元素和化合物的良好溶剂。水溶液呈碱性。液态氨将侵蚀某些塑料制品，橡胶和涂层。遇热、明火，难以点燃而危险性较低；但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在，则危险性更高。 本次设计的所有参数都严格按照国家标准，让设计有章可循。但由于知识水平有限，又是第一次做关于化工设备机械基础的设计，难免会有很多缺陷和不足，还请老师给予批评和指正，最后感谢老师能在百忙之中抽出时间进行评阅 兰亚军2014年1月5日
茂名学院课程设计 目录 一、绪论 (1) 1．1设计任务、设计思想、设计特点 (1) 1．2主要设计参数的确定记说明 (1) 二、材料及结构的选择与论证 (2) 2．1 材料选择与论证 (2) 2．2 结构选择与论证 (3) 2．2．1 封头形式的确定 (3) 2．2．2 人孔的选择 (3) 2．2．3 法兰的选择 (3) 2．2．4 液面计的选择 (4) 2．2．5 鞍式支座的选择与确定 (4) 三、设计计算 (5) 3．1筒体厚度的计算 (5) 3．2封头壁厚的计算 (5) 3．3水压试验压力及其强度的计算 (6) 3．4人孔的选择及核算开孔补强 (6) 3．5鞍座的选择及核算承载能力 (8) 3．6液位计的选择 (9) 3．7选配工艺接管 (9) 四．设备总装备图（附录） (10) 五．小结 (10) 六．设计参考书目 (10)
液氨储罐机械设计 一. 绪论 1. 1 设计任务、设计思想、设计特点 （1）设计任务 按要求设计一压力容器，液氨储罐的公称直径为1400mm，罐体的公称容积为20m3，制造地点：广东省广州市。 （2）设计思想 液氨储罐通常由卧式圆柱形圆筒和两端椭圆封头组成，按照化学生产工艺的要求设置进料口，出料口，放空口，排污口，压力表，安全阀和液面计等，为了检修方便开设人孔，用鞍式支座支撑于混凝土基座上。 综合运用化工过程设备机械基础及所学的知识，联系实际，进而巩固加深和发展所学的知识，提高分析实际问题和解决问题的能力。 （3）设计特点 液氨对钢材的腐蚀作用很小，但是，至于室外的液氨储罐，其工作温度为环境温度，其工作压力为该环境温度下的饱和蒸汽压，随着气温的变化，液氨储罐的操作温度和操作压力也会变化，所以其材料的钢材必须应能承受这种变化，在我国的北方严寒地区，冬季气温很低，普通钢材就可能出现低温脆性，所以选用低温设备用钢。 ①壁厚分类———薄壁容器 工程上的容器外径和内径的比值K=D0/D i小于等于1.2的压力容器称为薄壁容器。 ②受压状况的分类——内压容器 容器器壁承受的拉应力，通过强度条件计算壁厚。 ③安装方式分类——卧式容器 在自重和内部充满液体等载荷作用下在壳体一些特殊部位产生各种局部应力，加以考虑。 ④容器工作温度的确定——常温容器 设计温度在－200C～2000C的压力容器，根据本次设计的容器的工作温度为－400C～400C，确定为常温容器。 ⑤设计压力的分类——中压容器 压力1.6MPa到10MPa的容器为中压容器，本次设计的容器工作的压力为1.55MPa，设计压力稍大于工作压力，所以为中压容器。 ⑥容器在生产中的用途和分类——贮存容器 ⑦按《压力容器安全技术监察视程》分类——第二类容器 1. 2主要设计参数的确定和说明 （1）工作温度的确定 贮罐常至于室外，在夏天经过太阳的曝晒，温度可达400C，所以工作温度应低于400C （2）工作压力的确定
1. 卧式储罐结构简介 液氮低温储罐是广泛应用于空分系统中的产品储罐，由于其特殊的工作环境，工作温度为-196℃，致使其结构及材料的应用必须满足超低温的要求，工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备，称压力容器。设计温度为-20℃以下的压力容器被称为低温压力容器，对于低温压力容器首先要选用合适的材料，材料在使用温度下应具有良好的韧性。致使低于-196℃时可选用奥氏体不锈钢。罐体分内罐，外罐两层，因此内罐材质选用不锈钢为0Cr18Ni9，外罐材质选用碳钢为Q235-B。内外罐中间填充绝热材料，即内筒壁与外筒壁之间用珠光砂填充绝热。本储罐结构示意图见图1.1。 图1.1卧式储罐结构示意图
表1.1 设计数据 依据表1.1设计参数得出卧式储罐结构尺寸见表1.2。 封头即是容器的端盖。根据形状的不同，分为球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和平板封头等结构形式。本储罐选择椭圆形封头，其内胆封头与外胆封头尺寸见表1.3。 表1.3 EHA椭圆形封头内表面积、容积 储罐还有人孔、支座以及各种接管组成。接管主要设有排污管、安全阀、压力表、温度计、进料口和出料口等。 根据HG/T21517-2005回转盖带颈平焊法兰人孔，查表3-3，选用凹凸面型，其明细尺寸见表1.4。
查JB4712.1-2007《容器支座》，选取轻型，焊制为BⅠ,包角为120°，有垫板的鞍座。设计鞍座结构尺寸如下表1.5。 接管的材料为0Cr18Ni9，长度根据实际情况选择，查得接口管口参数见表1.6。 表1.6 接口管口表
查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中表8.2.2-2 PN10带颈对焊焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸见表1.7。 表1.7 法兰表 密封垫片选择非金属软垫片系列中的石棉橡胶板。
液化石油气卧式储罐课 程设计精编版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
前言 随着我国石油化工行业的快速发展，液化石油气作为炼油化工的副产品，以其经济高效、清洁环保以及灵活方便的优势占据着城乡能源市场，储配站的液化石油气通常采用球形储罐或卧式储罐进行储存。 液化石油气是一种低碳的烃类混合物，主要由乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯及少量的戊烷、戊烯等组成。常温常压下是气态，在加压和降低温度的条件下变成液体。气态相对密度为空气的2倍，液化石油气的饱和蒸气压随温度升高而急剧增加，其膨胀系数较大,一般为水的10倍以上，气化后体积膨胀250～ 300倍。液化石油气是一种极易燃烧、爆炸的石油化工原料，其储罐属于具有较大危险的储存容器之一。因此，在满足设施功能要求下，储罐具有良好的安全性是设计的首要问题。 目前我国普遍采用的常温压力贮罐一般有两种形式：球形储罐和圆筒形储罐。球形储罐与圆筒形储罐相比，前者具有投资少，金属耗量少，占地面积少等优点，但加工制造及安装复杂，焊接工作量大，故安装费用较高。一般储存总量大于500m3或单罐容积大于200m3时选用球形储罐比较经济。而圆筒形贮罐具有加工制造安装简单，安装费用少等优点，但金属耗量大占地面积大。所以在总贮量小于500m3，单罐容积小于100m3时选用卧式贮罐比较经济。圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形贮罐,，只有某些特殊情况下（站内地方受限制等）才选用立式。 本次设计对液化石油气卧式储罐进行设计计算。主要内容包括储罐工艺参数计算、储罐的结构设计、储罐的强度计算、应力校核、绘制设备总图以及针对一些安全问题提出对策措施。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。 目录
中北大学 课程设计说明书 学生姓名：詹锋学号：0603044238 学院：材料科学与工程学院 专业：复合材料与工程 题目：容积为60m3贮存质量分数为37%的硝酸 卧式玻璃钢储罐设计 指导教师：陈剑楠曹杨职称: 讲师讲师 2009年 12月 31日
中北大学 课程设计任务书 学年第一学期 学院：材料科学与工程学院 专业：复合材料与工程 学生姓名：学号： 课程设计题目：容积为60m3贮存质量分数为37%的硝酸 卧式玻璃钢储罐设计 起迄日期：2009年12月21日～2009年12月31日课程设计地点：中北大学材料科学与工程学院 指导教师：陈剑楠曹杨 系主任：李迎春
下达任务书日期: 2009年12月18日课程设计任务书
课程设计任务书
目录 1.前言 (1) 2.造型设计 (2) 2.1储罐构造尺寸确定 (2) 2.2封头的选择 (2) 2.3伸臂长度确定 (3) 2.4支座及间距 (3) 3.性能设计 (4) 3.1基体材料性能及其特点介绍 (5) 3.2增强材料介绍 (6) 4.节构设计 (7) 4.1储罐荷载计算和设计简图 (7) 4.2由储罐的轴向应力计算壁厚 (8) 4.3由储罐的剪力计算储罐的壁厚 (8) 4.4由储罐的环形应力计算储罐壁厚 (8) 4.5由蝶形封头设计壁厚 (10) 4.6设计结果 (10) 5.工艺设计 (11) 5.1筒身设计 (11) 5.2封头的制造工艺及模具制造方法 (12) 6.玻璃钢卧式贮罐零部件设计 (14) 6.1贮罐的开孔与补强 (14) 6.2排气孔 (14) 6.3贮罐进出口管和人孔设计 (14) 6.4排液管 (16) 6.5支座设计 (16) 7.安装设计 (17) 8.制品检验 (18)
前言 随着我国石油化工行业的快速发展，液化石油气作为炼油化工的副产品，以其经济高效、清洁环保以及灵活方便的优势占据着城乡能源市场，储配站的液化石油气通常采用球形储罐或卧式储罐进行储存。 液化石油气是一种低碳的烃类混合物，主要由乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯及少量的戊烷、戊烯等组成。常温常压下是气态，在加压和降低温度的条件下变成液体。气态相对密度为空气的2倍，液化石油气的饱和蒸气压随温度升高而急剧增加，其膨胀系数较大,一般为水的10倍以上，气化后体积膨胀250～ 300倍。液化石油气是一种极易燃烧、爆炸的石油化工原料，其储罐属于具有较大危险的储存容器之一。因此，在满足设施功能要求下，储罐具有良好的安全性是设计的首要问题。 目前我国普遍采用的常温压力贮罐一般有两种形式：球形储罐和圆筒形储罐。球形储罐与圆筒形储罐相比，前者具有投资少，金属耗量少，占地面积少等优点，但加工制造及安装复杂，焊接工作量大，故安装费用较高。一般储存总量大于500m3或单罐容积大于200m3时选用球形储罐比较经济。而圆筒形贮罐具有加工制造安装简单，安装费用少等优点，但金属耗量大占地面积大。所以在总贮量小于500m3，单罐容积小于100m3时选用卧式贮罐比较经济。圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。在一般中、小型液化石油气站大多选用卧式圆筒形贮罐,，只有某些特殊情况下（站地方受限制等）才选用立式。 本次设计对液化石油气卧式储罐进行设计计算。主要容包括储罐工艺参数计算、储罐的结构设计、储罐的强度计算、应力校核、绘制设备总图以及针对一些安全问题提出对策措施。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。
中北大学
课 程 设 计 说 明 书
学生姓名： 学 专 题 院： 业：
詹锋
学 号： 0603044238 材料科学与工程学院 复合材料与工程
目：容积为 60m3 贮存质量分数为 37%的硝酸 卧式玻璃钢储罐设计
指导教师： 指导教师： 陈剑楠
曹 杨
职称: 职称: 讲 师 讲 师
2009 年
12 月 31 日
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中北大学
课程设计任务书
学年第 一 学期
学 专
院： 业：
材料科学与工程学院 复合材料与工程 学 号：
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学 生 姓 名：
课程设计题目：容积为 60m 贮存质量分数为 37%的硝酸
卧式玻璃钢储罐设计
起 迄 日 期：2009 年 12 月 21 日～2009 年 12 月 31 日 课程设计地点： 指 导 教 师： 系 主 任： 中北大学材料科学与工程学院 陈剑楠 曹 杨
李迎春
下达任务书日期: 2009 年 12 月 18 日
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课 程 设 计 任 务 书
1．设计目的：
通过复合材料玻璃钢产品课程设计，强化学生课堂上学习到的复合材料产品设计的 知识，加深学生对复合材料设计思路的理解，培养学生独立设计复合材料产品的能力， 使学生熟练掌握 Auto CAD 等绘图软件的应用，为学生以后的毕业设计和从事相关工作 打下良好的基础。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等） ：
（1）卧式玻璃钢贮罐，容积为 60m3； （2）贮存质量分数为 37%的硝酸； （3）使用温度为常温，采用蝶形封头设计； （4） 设计内容包括卧式玻璃钢贮罐装配图一张及铺层表， 全部非标准件零件图及铺层表， 并打印设计说明书。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、 实物样品等〕 ：
本次课程设计的工作内容包括以下几个部分： （1）产品设计图纸一张，要求写明技术要求以及所用原材料； （2）产品设计图（零号图纸）一张； （3）产品零件图（除标准件） ； （4）复合材料产品结构计算说明书一本。
注：以上各项内容均要求打印。
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卧式液氨储罐课程设计说明书 3.1 设计任务： 针对化工厂中常见的卧式液氨储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计， =1000mm，罐体（不包括绘制总装配图。本次设计的卧式液氨储罐的工艺尺寸为：储罐径D i 封头）长度L=1200mm，使用地点：新疆。 3.2设计思想： 综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，综合的进行设计。 3.3 设计特点： 容器的设计一般由筒体,封头，法兰，支座，接管等组成。常，低压化工设备通用零部件大都有标准，设计师可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的筒体，封头的设计计算，低压通用零部件的选用。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家使用标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理的进行设计。 四、设备材料及结构的选择 4.1材料选择 根据本次课程设计的安排和要求，本次设计采用Q235-C号钢。所以在此选择Q235-C钢板作为制造筒体和封头材料。 4.2结构选择 4.2.1 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，比椭圆头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和
制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。 4.2.2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（DN≤1600，L≤≤5m）。综上考虑在此选择鞍式支座作为储罐的支座。 4.3法兰型式 法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。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。甲型平焊法兰有PN0.25 MPa 0.6 MPa1.0 MPa1.6 MPa，在较小围（DN300 mm -2000 mm）适用温度围为-20o C-30o C。乙型平焊法兰用于PN0.25 MPa-1.6 MPa压力等级中较大的直径围，适用的全部直径围为DN300 mm -3000 mm，适用温度围为-20o C-350o C。对焊法兰具有厚度更大的颈，进一步增大了刚性。用于更高压力的围（PN0.6 MPa-6.4MPa）适用温度围为 -20o C-45o C。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。 法兰设计时，须注意以下二点：管法兰钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照 HG20592~HG20635的规定。 4.4液面计的选择 液面计是用以指示容器物料液面的装置，其类型很多，大体上可分为四类，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。玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度一般在0~250o C。但透光式适用工作压力较反射
《油罐与管道强度设计》课程设计 题目《15m3埋地卧式油罐》 所在院（系）石油工程学院 专业班级 学生姓名 学号 指导教师 完成时间2011年07月08日
《油罐及管道强度设计》课程设计任务书
目录 1绪论 (1) 1.1 金属油罐设计的基本知识 (1) 1.1.1 金属油罐的发展趋势 (1) 1.1.2 对金属油罐的基本要求 (1) 1.2 金属油罐的分类 (2) 1.2.1 地上钢油罐 (2) 1.2.2 地下油罐 (3) 1.3 课题意义 (4) 2设计说明书 (5) 2.1 设计说明书 (5) 2.1.1适用范围 (5) 2.1.2 设计、制造遵循的主要标准规范 (5) 2.1.3主要设计内容 (5) 2.1.4 安全 (6) 2.1.5 设计遵循参照的主要规范 (6) 2.1.6 设计范围 (6) 2.1.7防腐 (7) 2.1.8油罐接管 (7) 2.1.9油罐容积的确定 (8) 2.1.10 其它 (8) 3设计计算书 (9) 3.1 设计的基本参数 (9) 3.2 壳体壁厚计算 (9) 3.2.1 壁厚计算 (9) 3.2.2 封头壁厚计算 (9) 3.3 鞍座的选择计算 (10) 3.3.1 罐体重Q1 (10) 3.3.2 燃料油重Q2 (10) 3.3.3储罐的总重 (10) 3.4鞍座作用下筒体应力计算 (10) 3.4.1筒体轴向弯矩计算 (10) 3.4.2 筒体轴向应力计算 (11) 3.4.3 筒体周向应力计算 (12) 3.5 抗浮验算 (13) 参考文献 (15)
1绪论 1.1 金属油罐设计的基本知识 1.1.1 金属油罐的发展趋势 近一、二十年来，油罐的设计与施工技术都较过去有了更快的发展。从世界范围来讲，这一状况与前一时期国际上的能源危机有关。由于能源危机，近若干年来许多工业化的、靠进口原油的国家都增加了原油的储备量，这就迫使这些国家不得不建造更多更大的油罐。这一经济需求不仅促进了油罐事业的发展，也使越来越多的新课题，随着这些新课题的研究和解决，这就使油罐的设计与施工技术进一步发展和深化。 现在油罐发展的总体趋势是走向大型化，而所以有此趋势是由于大型化具有下列优点： (1)节省钢材。 (2)减少投资。 (3)占地面积小。 (4)便于操作管理。 (5)节省管线及配件。 由以上分析可以看出，油罐大型化有许多经济利益，这也就是这种趋势的动力。目前油库的组成结构与十年前相比有了很大的改观，由油罐的“小而多”变为“大而少”。这一点也是衡量一个国家在油罐设计、研究、建造等方面技术水平高低的一个 尺度。 1.1.2 对金属油罐的基本要求 对金属油罐的基本要求主要有以下五个方面： (1)强度要求。油罐在卸载以后不应留下塑性变形。 (2)有抵抗断裂的能力。无论在水压或操作条件下，油罐不得产生断裂破坏。 (3)有抵抗风荷的能力。在整个建造及使用期间，在建罐地区的最大风荷下不产生破坏。 (4)有抗地震的能力。要求在整个使用期间内，在建罐地区的最大烈度下不产生烈性变形。 (5)油罐要坐落在稳固的基础之上。油罐的基础在整个使用期间期间的不均匀沉陷要在允许的范围之内。 上述基本要求是就总体而言的，具体的某一构件还要有其各自的特殊要求。 如前所述，油罐大型化以后给人们带来了一些利益，但另一方面随着油罐大型化，也出现了一些新的技术课题。因而要付出更大的努力才能满足以上五个基
目录 1 绪论 .................................................................................................. 错误！未定义书签。 1.1 低温储罐的发展状况 ................................................................. 错误！未定义书签。 1.2 低温储罐的结构简介 ................................................................. 错误！未定义书签。 1.2.1 储罐的基本结构................................................................... 错误！未定义书签。 1.2.2 储罐的强度要求................................................................... 错误！未定义书签。 1.3 低温储罐的焊接工艺 ................................................................. 错误！未定义书签。 1.4二氧化碳的用途 ............................................................................ 错误！未定义书签。 1.5课题设计意义 ................................................................................ 错误！未定义书签。 1.6 低温卧式储罐的设计任务 (1) 1.6.1 设计压力............................................................................... 错误！未定义书签。 1.6.2 设计温度............................................................................... 错误！未定义书签。 1.6.3 设计中应考虑的载荷........................................................... 错误！未定义书签。 1.6.4 充装系数............................................................................... 错误！未定义书签。 1.6.5 焊接接头系数....................................................................... 错误！未定义书签。 1.6.6 应力腐蚀的控制................................................................... 错误！未定义书签。 2 低温卧式储罐的结构设计 (2) 2.1 低温卧式储罐筒体材料的选择 (2) 2.2 筒体尺寸计算 (2) 2.3 封头的选择 (3) 2.3.1 封头类型的确定 (3) 2.3.2 椭圆形封头厚度的计算 (3) 2.4 储罐开孔设计和附件选择 (4) 2.4.1 人孔 (4) 2.4.2 其他接管的开孔设计 (7) 2.4.3 管法兰组件的选择 (7) 2.4.4 垫片的选择 (7) 2.4.5 管法兰组中的螺栓 (7)
过程设备课程设计任务书 一、设计题目：二氧化碳立式储罐 二、技术特性指标 设计压力：1.81MPa 最高工作压力：1.6MPa 设计温度：165℃工作温度：≤125℃ 受压元件材料：16MnR 介质：二氧化碳气体 腐蚀裕量：1.0mm 焊缝系数：0.85 全容积：13m3 装料系数：0.9 三、设计内容 1、储罐的强度计算及校核 2、选择合适的零部件材料 3、焊接结构选择及设计 4、安全阀和主要零部件的选型 5、绘制装配图和主要零部件图 四、设计说明书要求 1、字数不少于5000字。 2、内容包括：设计参数的确定、结构分析、材料选择、强度计算及校核、焊接结构设计、标准零部件的选型、制造工艺及制造过程中的检验、设计体会、参考书目等。 3、设计说明书封面自行设计（计算机打印），要求有设计题目、班级、学生姓名、指导教师姓名、设计时间。（全班统一） 4、设计说明书用A4纸横订成册，封面和任务书在前。
目录 第一章绪论 (1) 1.1储罐的分类 (1) 1.2立式二氧化碳储罐设计的特点 (2) 1.3设计内容及设计思路 (2) 第二章零部件的设计和选型 (4) 2.1材料用钢的选取 (4) 2.1.1容器用钢 (4) 2.1.2附件用钢 (4) 2.2封头的设计 (5) 2.2.1封头的选择 (5) 2.2.2封头的设计计算 (5) 2.3筒体的设计 (6) 2.3.1筒体的设计计算 (6) 2.4人孔的设计 (6) 2.4.1人孔的选择 (6) 2.4.2人孔的选取 (7) 2.5容器支座的设计 (9) 2.5.1支座选取 (9) 2.5.2支座的设计 (9) 2.5.3支座的安装位置 (10) 2.6接管、法兰、垫片和螺栓的选取 (12) 2.6.1接管的选取 (12) 2.6.2法兰的选取 (12) 2.6.3垫片的选取 (14) 2.6.4螺栓的选取 (14) 第三章强度设计与校核 (16) 3.1圆筒强度设计 (16) 3.2封头强度设计 (16) 3.3人孔补强设计 (17) 第四章试验校核 (20)
随着我国石油化工行业的快速发展，液化石油气作为炼油化工的副产品，以其经济高效、清洁环保以及灵活方便的优势占据着城乡能源市场，储配站的液化石油气通常采用球形储罐或卧式储罐进行储存。 液化石油气是一种低碳的烃类混合物，主要由乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯及少量的戊烷、戊烯等组成。常温常压下是气态，在加压和降低温度的条件下变成液体。气态相对密度为空气的2倍，液化石油气的饱和蒸气压随温度升高而急剧增加，其膨胀系数较大,一般为水的10倍以上，气化后体积膨胀250～300倍。液化石油气是一种极易燃烧、爆炸的石油化工原料，其储罐属于具有较大危险的储存容器之一。因此，在满足设施功能要求下，储罐具有良好的安全性是设计的首要问题。 目前我国普遍采用的常温压力贮罐一般有两种形式：球形储罐和圆筒形储罐。球形储罐与圆筒形储罐相比，前者具有投资少，金属耗量少，占地面积少等优点，但加工制造及安装复杂，焊接工作量大，故安装费用较高。一般储存总量大于500m3或单罐容积大于200m3时选用球形储罐比较经济。而圆筒形贮罐具有加工制造安装简单，安装费用少等优点，但金属耗量大占地面积大。所以在总贮量小于500m3，单罐容积小于100m3时选用卧式贮罐比较经济。圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形贮罐,，只有某些特殊情况下（站内地方受限制等）才选用立式。 本次设计对液化石油气卧式储罐进行设计计算。主要内容包括储罐工艺参数计算、储罐的结构设计、储罐的强度计算、应力校核、绘制设备总图以及针对一些安全问题提出对策措施。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。