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：
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 = 953.4mm2
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) = 334.02mm2
补强区内焊缝截面积 A3： 1 A3 = 2 × × 6 × 6 = 36mm2
有效补强面积 Ae： Ae = A1 + A2 + A3 = 862.6 + 334.02 + 36 = 1232.62mm2
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
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标准号
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适用通经 DN
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适用压力 MPa
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常压人孔
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HG21515
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400～600
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常压
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回转盖板平焊法兰人孔
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HG21516
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400～600
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0.6
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回转盖带颈平焊法兰人孔
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HG21517
|
400～600
|
1.0，1.6
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|
回转盖带颈对焊法兰人孔
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HG21518
|
400～600
|
2.5，4.0，6.3
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垂直吊盖板式平焊法兰人孔
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HG21519
|
400～600
|
0.6
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垂直吊盖带颈对焊法兰人孔
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HG21520
|
400～600
|
|
|
垂直吊盖带颈对焊法兰人孔
|
HG21521
|
400～600
|
2.5，4.0，6.3
|
|
水平吊盖板式平焊法兰人孔
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HG21522
|
400～600
|
0.6
|
|
水平吊盖带颈平焊法兰人孔
|
HG21523
|
400～600
|
1.0，1.6
|
|
水平吊盖带颈对焊法兰人孔
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HG21524
|
400～600
|
2.5，4.0，6.3
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常压旋柄快开人孔
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HG21525
|
400～500
|
常压
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椭圆形回转盖快开人孔
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HG21526
|
450×350
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0.6
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回转拱盖快开人孔
|
HG21527
|
400～500
|
0.6
|
|
常压手孔
|
HG21528
|
150,250
|
常压
|
|
板式平焊法兰手孔
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HG21529
|
150,250
|
0.25
|
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带颈平焊法兰手孔
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HG21530
|
150,250
|
1.0，1.6
|
|
带颈对焊法兰手孔
|
HG21531
|
150,250
|
2.5，4.0，6.3
|
|
回转盖带颈对焊法兰手孔
|
HG21532
|
250
|
4.0，6.3
|
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常压快开手孔
|
HG21533
|
150,250
|
常压
|
|
旋柄快开手孔
|
HG21534
|
150,250
|
0.25
|
|
回转盖快开手孔
|
HG21535
|
150,250
|
0.6
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2.3.2 不锈钢类
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标准号
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适用通经 DN
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适用压力MPa
|
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| 适用压力 MPa | |||
| 常压不锈钢人孔 | HG21595 | 450600 | 常压 |
| 回转盖不锈钢人孔 | HG21596 | 450600 | 1.0～4.0 |
| 回转拱盖快开不锈钢人孔 | HG21597 | 450500 | 0.6～4.0 |
| 水平吊盖不锈钢人孔 | HG21598 | 450,500 | 0.6～4.0 |
| 垂直吊盖不锈钢人孔 | HG21599 | 450～600 | 0.6～4.0 |
| 椭圆快开不锈钢人孔 | HG21600 | 450×350 | 0.6 |
| 常压快开不锈钢手孔 | HG21601 | 150,250 | 常压 |
| 平盖不锈钢手孔 | HG21602 | 150,250 | 0.6～4.0 |
| 回转盖快开不锈钢手孔 | HG21603 | 150,250 | 0.6 |
| 旋柄快开不锈钢手孔 | HG21604 | 150,250 | 0.25 |
2.3.3 人孔的PN2.5DN明细表
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件号
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标准号
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名称
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数量
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材料
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尺寸/mm
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| 1 | GB/T 713--2008 | 筒节 | 1 | Q345R |
dw=480*12 |
| 2 | HG20592 | 法兰 | 1 | 16Mn（锻件） | |
| 3 | HG20592 | 垫片 | 1 | 石棉橡胶板 | |
| 4 | HG20592 | 法兰片 | 1 | Q345R | |
| 5 | HG20613 | 螺栓 | 20 | 35CrMoA | |
| 6 | HG20613 | 螺母 | 40 | 30CrMo | |
| 7 | 吊环 | 1 | Q235-A.F | ||
| 8 | 转臂 | 1 | Q235-A.F | ||
| 9 | GB/T 95-- | 垫圈20 | 1 | 100HV | |
| 10 | GB/T 6170--2000 | 螺母M20 | 2 | 5级 | |
| 11 | 吊钩 | 1 | Q235-A.F | ||
| 12 | 环 | 1 | Q235-A.F | ||
| 13 | GB/T 8163--2008 | 无缝钢管 | 1 | 20 | |
| 14 | 支撑板 | 1 | Q345 |
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。