过程设备设计（Ⅱ）教案 5储存设备5.1概述5.2卧式储罐（共2学时） (总第1-2学时) 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 5储存设备 1.卧式容器采用的支座标准为JB/T4731-2005《钢 5.1概述 制卧式容器》。适用于设计压力不大于35MPa的双 储罐的结构形式：卧式、立式、球形储罐。 鞍座支承的常压及受压卧式容器，不适用于： 介质的物理状态：储存气体的、储存液体的、储存固体的。 直接火焰加热及受核辐射作用、经常搬运、带夹套、 5.2卧式储罐 作疲劳分析的卧式容器。 5.2.1基本结构 2.卧式容器设计是先根据操作压力（内压、外压） 1.地面卧式储罐：（鞍式支座） 确定壁厚，再依据自重、风、地震及其他附加载荷 2.地下卧式储罐 来校核轴向、剪切、周向应力及稳定性。 5.2.2设计计算 3.卧式容器设计还包括支座位置的确定及支座本 52.2.1载荷分析 身的设计。 压力、储罐重量、物料重量、其他载荷。 4.无论双、三或多鞍座，都必须只有一个为固定 重点：图53，双鞍座卧式储罐受力分析的弯矩图与剪力图 支座，其余为滑动支座，以减小圆筒体因热胀、冷 5.2.2.2内力分析 缩或圆筒体及物料质量引起的对支座产生的附加 1.弯矩（支座跨中截面、支座截面处的弯矩） 载荷。 2.剪力(A>0.5Ri时、A≤0.5Ri时) 5.对双鞍座，固定端多选择在容器接管较大、较 多的一侧。对三鞍座，固定端选在中间支座。 互动题目： 作业题（思考题）： 1.卧式储罐为什么选用双鞍座？ P245:1,2 2.地下储罐与地面上的储罐相比有什么优缺点？ 3.卧式储罐的简化力学模型是什么？与外伸简支梁有什么不同？
过程设备设计（Ⅱ）教案 5 储存设备 5.1 概述 5.2 卧式储罐（共 2 学时） （总第 1-2 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 5 储存设备 5.1 概述 储罐的结构形式：卧式、立式、球形储罐。 介质的物理状态：储存气体的、储存液体的、储存固体的。 5.2 卧式储罐 5.2.1 基本结构 1. 地面卧式储罐：（鞍式支座） 2. 地下卧式储罐 5.2.2 设计计算 5.2.2.1 载荷分析 压力、储罐重量、物料重量、其他载荷。 重点：图 5-3，双鞍座卧式储罐受力分析的弯矩图与剪力图 5.2.2.2 内力分析 1. 弯矩（支座跨中截面、支座截面处的弯矩） 2. 剪力（A＞0.5Ri 时、A≤0.5Ri 时） 1. 卧式容器采用的支座标准为 JB/T4731-2005《钢 制卧式容器》。适用于设计压力不大于 35MPa 的双 鞍座支承的常压及受压卧式容器，不适用于： 直接火焰加热及受核辐射作用、经常搬运、带夹套、 作疲劳分析的卧式容器。 2．卧式容器设计是先根据操作压力（内压、外压） 确定壁厚，再依据自重、风、地震及其他附加载荷 来校核轴向、剪切、周向应力及稳定性。 3．卧式容器设计还包括支座位置的确定及支座本 身的设计。 4．无论双、三或多鞍座，都必须只有一个为固定 支座，其余为滑动支座，以减小圆筒体因热胀、冷 缩或圆筒体及物料质量引起的对支座产生的附加 载荷。 5．对双鞍座，固定端多选择在容器接管较大、较 多的一侧。对三鞍座，固定端选在中间支座。 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 卧式储罐为什么选用双鞍座？ 2. 地下储罐与地面上的储罐相比有什么优缺点？ 3. 卧式储罐的简化力学模型是什么？与外伸简支梁有什么不同？ P245: 1,2
过程设备设计（Ⅱ）教案 5.2.2.3圆筒应力计算和强度校核(2学时) (总第3-4学时) 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 5.2.23圆简应力计算和强度校核 卧式容器壳体应力计算步骤： 1.圆筒上的轴向应力 (1)按GB150设计压力（内压、外压、常压） (1)“扁塌”现象。(2)跨距中点处轴向应力。(3)支座截面处轴向应力。 或最小壁厚选取原则，求出圆筒体、封头等 2.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 壁厚。 a.支座截面处设置有加强圈的圆筒：b.支座截面处无加强圈且A>O.5Ri的圆 (2)按JB/T4731计算01-09，t,Th,0sa 筒：c.被封头加强的圆筒：d.封头中的附加拉伸应力(A≤0.5Ri,封头对圆 各项应力并进行校核。同时还要确定危险截 筒起加强作用)t≤[r=0.8σ：t。+o≤1.25[o 面上的最大应力的位置与大小。 (3)对卧式容器筒体上有附属设备时，需按 3.支座截面处圆筒的周向弯曲应力 JB/T4731的附录A将附加载荷作为集中载 a.在支座截面上有加强圈的筒体周向弯矩Mo: 荷与卧式容器原有的均布载荷等一并考虑， b.在支座截面处没有加强圈的筒体周向应力 求出组合条件下的支座反力和弯矩进行强 4.支座截面处圆筒的周向压缩应力 度校核。 a用加强圈加强圆简（在“加强圈设计”中讨论）：b.未用任何形式加强的圆筒： (4)水压试验时应力校核。 c.被封头加强的圆筒 5.周向弯曲应力和周向压缩应力的强度校核 周向弯曲应力应与周向压缩应力叠加后一起进行强度校核。 6.加强圈设计 互动愿目： 作业题（思考题）： 1.卧式储罐为什么会产生“扁塌”现象？ P245:3,45,6 2.在什么情况下封头中会产生附加拉伸应力？ 3.在什么情况下卧式容器需要设置加强圈？
过程设备设计（Ⅱ）教案 5.2.2.3 圆筒应力计算和强度校核（2 学时） （总第 3-4 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 5.2.2.3 圆筒应力计算和强度校核 1. 圆筒上的轴向应力 （1）“扁塌”现象。（2）跨距中点处轴向应力。（3）支座截面处轴向应力。 2. 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 a. 支座截面处设置有加强圈的圆筒；b. 支座截面处无加强圈且 A>0.5Ri 的圆 筒；c. 被封头加强的圆筒；d. 封头中的附加拉伸应力 （A≤0.5Ri，封头对圆 筒起加强作用） [ ] 0.8[ ] t t τ ≤ = τ σ ； 1.25[ ]t h h τ + ≤ σ σ 3. 支座截面处圆筒的周向弯曲应力 a.在支座截面上有加强圈的筒体周向弯矩 Mφ； b.在支座截面处没有加强圈的筒体周向应力 4. 支座截面处圆筒的周向压缩应力 a.用加强圈加强圆筒（在“加强圈设计”中讨论）；b.未用任何形式加强的圆筒； c.被封头加强的圆筒 5. 周向弯曲应力和周向压缩应力的强度校核 周向弯曲应力应与周向压缩应力叠加后一起进行强度校核。 6. 加强圈设计 卧式容器壳体应力计算步骤： （1） 按 GB150 设计压力（内压、外压、常压） 或最小壁厚选取原则，求出圆筒体、封头等 壁厚。 （2） 按 JB/T4731 计算σ1-σ9，τ，τh，σsa 各项应力并进行校核。同时还要确定危险截 面上的最大应力的位置与大小。 （3） 对卧式容器筒体上有附属设备时，需按 JB/T4731 的附录 A 将附加载荷作为集中载 荷与卧式容器原有的均布载荷等一并考虑， 求出组合条件下的支座反力和弯矩进行强 度校核。 （4） 水压试验时应力校核。 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 卧式储罐为什么会产生“扁塌”现象？ 2. 在什么情况下封头中会产生附加拉伸应力？ 3. 在什么情况下卧式容器需要设置加强圈？ P245: 3,4,5,6
过程设备设计（Ⅱ）教案 5.2.2.4鞍座强度校核5.3球形储罐（共2学时） (总第5-6学时) 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 5.2.2.4鞍座强度校核 1.球罐标准： 鞍座包角9一般为120。~150°。 国内现行的标准有GB12337一1998《钢制球形 储罐》，GB50094一1998《球形储罐施工及验收 0g= 规范》、GB/T17261一1998《钢制球形储罐型式 鞍座有效断面的平均应力： 与基本参数》、H/T3512一2002《球形储罐工程 5.3球形储罐 施工工艺标准》和SH3048一1999《石油化工钢 5.3.1罐体 制设备抗震设计规范》等。 按组合方式分类：纯桔瓣式罐体、足球瓣式罐体、混合式罐体 2.设计： 5.3.2支座 两个基本参数：设计压力、设计温度，取值同 分类：柱式支座、裙式支座 GB150。球罐设计应考虑以下载荷： (1)支柱的结构 (1)压力：(2)液体静压力：(3)球罐自重以 (2)支柱与球壳的连接 及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料 (3)拉杆 的重力载荷：(4)附属设备与隔热材料、管道、 53.3人孔和接管 支柱、拉杆、梯子、平台等的重力载荷：(5)风 5.3.4附件 载荷、地震载荷、雪载荷。 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 标准规定鞍座包角9一般为120·~150°，为什么？鞍座的高矮对鞍座受力 P245:7.8.9 有什么影响？ P245:计算题1 2. 球形储罐与圆柱形储罐相比有什么优缺点？什么情况下常采用球形储罐？ 3. 大型储罐的安全措施有哪些？（如温度剧烈升高、泄露、火灾、爆炸等）
过程设备设计（Ⅱ）教案 5.2.2.4 鞍座强度校核 5.3 球形储罐（共 2 学时） （总第 5-6 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 5.2.2.4 鞍座强度校核 鞍座包角θ一般为 120 °～150°。 鞍座有效断面的平均应力： 0 9 9 2[ ] 1 3 3 i K F R b σ = ≤ σ 5.3 球形储罐 5.3.1 罐体 按组合方式分类：纯桔瓣式罐体、足球瓣式罐体、混合式罐体 5.3.2 支座 分类：柱式支座、裙式支座 （1）支柱的结构 （2）支柱与球壳的连接 （3）拉杆 5.3.3 人孔和接管 5.3.4 附件 1. 球罐标准： 国内现行的标准有 GB12337—1998《钢制球形 储罐》，GB50094—1998《球形储罐施工及验收 规范》、GB/T17261—1998《钢制球形储罐型式 与基本参数》、SH/T3512—2002《球形储罐工程 施工工艺标准》和 SH3048—1999《石油化工钢 制设备抗震设计规范》等。 2．设计： 两个基本参数：设计压力、设计温度，取值同 GB150。球罐设计应考虑以下载荷： （1）压力；（2）液体静压力；（3）球罐自重以 及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料 的重力载荷；（4）附属设备与隔热材料、管道、 支柱、拉杆、梯子、平台等的重力载荷；（5）风 载荷、地震载荷、雪载荷。 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 标准规定鞍座包角θ一般为 120 °～150°，为什么？鞍座的高矮对鞍座受力 有什么影响？ 2. 球形储罐与圆柱形储罐相比有什么优缺点？什么情况下常采用球形储罐？ 3. 大型储罐的安全措施有哪些？（如温度剧烈升高、泄露、火灾、爆炸等） P245: 7,8,9 P245: 计算题 1
过程设备设计（Ⅱ）教案 6换热设备6.1概述6.2管壳式换热器6.2.1基本类型（共2学时） (总第7-8学时) 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 6.1概述 1.GB151一1999《管壳式换热器》规定了管壳式 6.1.1换热设备的应用 换热器的结构形式及其相应的设计、制造、检 6.1.2换热设备分类及其特点 验要求。 6.1.2.1按作用原理和传热方式分类 2.GB151适用范围： 1.直接接触式换热器 DN≤2600mm,PN≤35MPa,DN·PN≤17500 2.蓄热式换热器 标准限定最大设计参数范围是为了避免过于 3.间壁式换热器 笨重的、结构上的不合理设计。 4.中间载热体式换热器 对于超出上述参数范围的换热器，特别是工程 6.1.2.2间壁式换热器分类 中可能遇到的中、低压大直径（超过DN2600mm) 1,管式换热器（蛇管式、套管式、缠绕管式、管壳式） 换热器，作为设备整体在结构尺寸合理设计的前提 2.板面式换热器（螺旋板式、板式、板翅式、板壳式、伞板式） 下完全可以应用标准给出的设计原则。 3.其它型式换热器 3.对于管壳式换热器的关键零部件管板的设计计 6.1.3换热器选型 算，GB151对管板进行了尽可能详尽的力学分 1.流体的性质 析， 从本质上讲可以认为就是一种分析设计方 2.压力、温度及允许压力降范围 法。 6.2管壳式换热器 4.仅对管板等个别零部件进行应力分析计算并不 6.2.1基本类型 等于对换热器进行“应力分析设计”。 1.固定管板式：2.浮头式：3.U形管式：4.填料函式：5.釜式重沸器 互动愿目： 作业题（思考题）： 1.换热设备的基本形式有哪些？是如何分类的？ P283:1,2 2.间壁式换热器分为哪些形式？各自有什么特点？ 管壳式换热器有哪5种基本形式？结构特点是什么？
过程设备设计（Ⅱ）教案 6 换热设备 6.1 概述 6.2 管壳式换热器 6.2.1 基本类型（共 2 学时） （总第 7-8 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 6.1 概述 6.1.1 换热设备的应用 6.1.2 换热设备分类及其特点 6.1.2.1 按作用原理和传热方式分类 1. 直接接触式换热器 2. 蓄热式换热器 3. 间壁式换热器 4. 中间载热体式换热器 6.1.2.2 间壁式换热器分类 1. 管式换热器（蛇管式、套管式、缠绕管式、管壳式） 2. 板面式换热器（螺旋板式、板式、板翅式、板壳式、伞板式） 3. 其它型式换热器 6.1.3 换热器选型 1. 流体的性质 2. 压力、温度及允许压力降范围 6.2 管壳式换热器 6.2.1 基本类型 1. 固定管板式；2. 浮头式；3. U 形管式；4. 填料函式；5. 釜式重沸器 1. GB151—1999《管壳式换热器》规定了管壳式 换热器的结构形式及其相应的设计、制造、检 验要求。 2. GB151 适用范围： DN≤2600mm，PN≤35MPa，DN·PN≤17500 标准限定最大设计参数范围是为了避免过于 笨重的、结构上的不合理设计。 对于超出上述参数范围的换热器，特别是工程 中可能遇到的中、低压大直径（超过 DN 2600 mm） 换热器，作为设备整体在结构尺寸合理设计的前提 下完全可以应用标准给出的设计原则。 3．对于管壳式换热器的关键零部件管板的设计计 算，GB151 对管板进行了尽可能详尽的力学分 析，从本质上讲可以认为就是一种分析设计方 法。 4．仅对管板等个别零部件进行应力分析计算并不 等于对换热器进行“应力分析设计”。 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 换热设备的基本形式有哪些？是如何分类的？ 2. 间壁式换热器分为哪些形式？各自有什么特点？ 管壳式换热器有哪 5 种基本形式？结构特点是什么？ P283: 1,2
过程设备设计（Ⅱ）教案 三维动画光盘（固定管板式）6.2.2管壳式换热器结构6.2.2.1管程结构 (共2学时)（总第9-10学时） 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 换热器三维动画光盘（固定管板式），预计15分钟 1.GB151不适用情况（可采用JB4732或有限单元 6.2.2管壳式换热器结构 分析设计方法)： 6.2.2.1管程结构 (1)与法兰搭接的固定管板： 1.换热管 (2)圆环形管板： 换热管型式、换热管尺寸、换热管材料、换热管排列形式及中心距 (3)周边不布管区较宽(k>1.0)的固定式管板： 2.管板 (4)部分布管或非轴对称布管的管板： 管板材料、管板结构（厚度一一厚管板、薄管板） (5)具有非同一换热管径的管板： 3.管箱 (6)管程、壳程直径差别较大的换热器： 作用、结构形式、特点 (7)管程、壳程、管箱不是a型连接的浮头式或 4.管束分程 填函式换热器： 为何要分程、管束分程布置图 (8)程间温差较大的换热器： 5.换热管与管板连接 (9)沿厚度方向温差较大的管板： 强度胀、强度焊、胀焊并用 (10)重量载荷有显著影响的立式换热器。 2.如果对整台换热器以JB4732进行分析设计，则 选材、制造、检验都应有相应得配套要求。目前工 程中只有极个别情况才作这种应力分析设计。 互动题目： 作业题（思考题）： 看了动画片后请你讲述固定管板式换热器的基本结构。 P283:3 管板的作用是什么？选材有什么要求？ 3. 管束为什么要分程？通常如何分程？ 4. 换热管与管板的连接通常有几种方式？对比各自的优缺点
过程设备设计（Ⅱ）教案 三维动画光盘（固定管板式）6.2.2 管壳式换热器结构 6.2.2.1 管程结构 （共 2 学时）（总第 9-10 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 换热器三维动画光盘（固定管板式），预计 15 分钟 6.2.2 管壳式换热器结构 6.2.2.1 管程结构 1. 换热管 换热管型式、换热管尺寸、换热管材料、换热管排列形式及中心距 2. 管板 管板材料、管板结构（厚度——厚管板、薄管板） 3. 管箱 作用、结构形式、特点 4. 管束分程 为何要分程、管束分程布置图 5. 换热管与管板连接 强度胀、强度焊、胀焊并用 1. GB151 不适用情况（可采用 JB4732 或有限单元 分析设计方法）： （1）与法兰搭接的固定管板； （2）圆环形管板； （3）周边不布管区较宽（k>1.0）的固定式管板； （4）部分布管或非轴对称布管的管板； （5）具有非同一换热管径的管板； （6）管程、壳程直径差别较大的换热器； （7）管程、壳程、管箱不是 a 型连接的浮头式或 填函式换热器； （8）程间温差较大的换热器； （9）沿厚度方向温差较大的管板； （10）重量载荷有显著影响的立式换热器。 2．如果对整台换热器以 JB4732 进行分析设计，则 选材、制造、检验都应有相应得配套要求。目前工 程中只有极个别情况才作这种应力分析设计。 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 看了动画片后请你讲述固定管板式换热器的基本结构。 2. 管板的作用是什么？选材有什么要求？ 3. 管束为什么要分程？通常如何分程？ 4. 换热管与管板的连接通常有几种方式？对比各自的优缺点。 P283: 3