液氨儲罐課程設(shè)計.doc

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課程設(shè)計任務(wù)書 1. 設(shè)計題目：液氨儲罐機械設(shè)計 2. 課程設(shè)計要求及原始數(shù)據(jù)（資料）： (1)、課程設(shè)計要求： ①.使用國家最新壓力容器和換熱器標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，掌握典型過程設(shè)備設(shè)計的全過程。 ②.廣泛查閱和綜合分析各種文獻(xiàn)資料，進(jìn)行設(shè)計方法和設(shè)計方案的可行性研究和論證。 ③.設(shè)計計算要求設(shè)計思路清晰，計算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。 ④.設(shè)計說明書可以手寫，也可打印，但工程圖紙要求手工繪圖。 ⑤.課程設(shè)計全部工作由學(xué)生本人獨立完成。 (2). 設(shè)計數(shù)據(jù)： 技 術(shù) 特 性 公稱容積(m3) 16 公稱直徑DN(mm) 2000 介 質(zhì) 液氨 筒體長度L(mm) 4700 工作壓力(MPa) 2.07 工作溫度(0C) 50 廠 址 茂名 推薦材料 16MnR 管 口 表 編號 名稱 公稱直徑(mm) 編號 名稱 公稱直徑(mm) a1-2 液位計 15 e 安全閥 32 b 進(jìn)料管 50 f 放空管 25 c 出料管 32 g 人孔 450 d 壓力表 h 排污管 50 3.　工藝條件圖 4.　計算及說明部分內(nèi)容（設(shè)計內(nèi)容）： 第1章 緒論： （1）液氨儲罐的設(shè)計背景 （2）液氨貯罐的分類及選型； （3）主要設(shè)計參數(shù)的確定及說明。 第2章 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證 （1）材料選擇與論證； （2）結(jié)構(gòu)選擇與論證：封頭型式的確定、人孔選擇、法蘭型式、液面計的選擇、鞍座的選擇確定。 第3章 工藝尺寸的確定 第4章 設(shè)計計算 （1）計算筒體的壁厚； （2）計算封頭的壁厚； （3）水壓試驗壓力及其強度校核； （4）選擇人孔并核算開孔補強； （5）選擇鞍座并核算承載能力； （6）選擇液位計； （7）選配工藝接管。 設(shè)計小結(jié) 參考文獻(xiàn) 5．繪圖部分內(nèi)容： 總裝配圖一張（A1圖紙） 6．設(shè)計期限：1周（ 2013 年 06月 24 日 ～ 2013 年 07 月 05 日） 7、設(shè)計參考進(jìn)程： (1)設(shè)計準(zhǔn)備工作、選擇容器的型式和材料 半天 (2)設(shè)計計算筒體、封頭、選擇附件并核算開孔補強等 一天 (3)繪制裝配圖 二天 (4)編寫計算說明書 一天 (5)答辯 半天 8．參考資料： (一)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，GB150-1998《鋼制壓力容器》，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998； (二)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，中國勞動社會保障出版社，1999 (三)《金屬化工設(shè)備零部件》第四卷 (四)中華人民共和國化學(xué)工業(yè)部，中華人民共和國待業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》，1997 (五)《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書》　　　（圖書館借閱書號：TQ　05/51） (六)刁玉緯 王立業(yè)，《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》，大連理工大學(xué)出版社，2003年第五版； (七)李多民　俞惠敏，《化工過程設(shè)備機械基礎(chǔ)》，中國石化出版社，2007； (八)董大勤，《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》，化學(xué)工業(yè)出版社，1994年第二版； (九)湯善甫 朱思明，《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》，華東理工大學(xué)出版社，2004年第二版； 發(fā)給學(xué)生（簽名）： 指導(dǎo)教師：　　　　 　　　　　　　　　 年 月 日 （注：此任務(wù)書應(yīng)附于所完成的課程設(shè)計說明書封面后） 目錄 第一章 緒論…………………………………………………………6 1.1 液氨貯罐的設(shè)計背景…………………………………………6 1.2 液氨貯罐的分類及選型………………………………………6 1.2.（1） 貯罐的分類………………………………………………6 1.2.（2）貯罐的選型 ………………………………………………6 1.3 設(shè)計溫度和設(shè)計壓力的確定…………………………7 第二章材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證…………………………………8 2.1材料選擇與論證 ………………………………………………8 2.1.（1）容器用鋼 …………………………………………………8 2.2.（2）附件用鋼 …………………………………………………8 2.2結(jié)構(gòu)選擇與論證 ………………………………………………8 2.2.（1）封頭形式的確定……………………………………………8 2.2.（1）人孔的選擇 ………………………………………………9 2.2.（3）法蘭形式 …………………………………………………9 2.2.（4）液面計的選擇……………………………………………10 2.2.（5）鞍式支座的選擇…………………………………………10 第三章工藝尺寸的確定 …………………………………………11 第四章設(shè)計計算 …………………………………………………14 4.1計算罐體壁厚設(shè)計……………………………………………14 4.2 計算封頭的壁厚 ……………………………………………14 4.3校核罐體和封頭水壓試驗強度 ………………………………15 4.4選擇人孔并核算開孔補強 …………………………………15 4.4（1）計算削去的承受應(yīng)力所必須的金屬截面…………………16 4.4（2）.計算有效補強范圍 ………………………………………16 4.4（3）. 計算有效補強金屬截面積………………………………16 4.4（4）. 所需補強截面積為……………………………………17 4.4（5）.補強圈設(shè)計 ………………………………………………17 4.5.選擇鞍座并核算承載能力……………………………………17  4.5（1）.罐體的質(zhì)量 ……………………………………………17 4.5（2）.封頭的質(zhì)量……………………………………………18 4.5（3）.水壓試驗時水的質(zhì)量…………………………………18 4.5（4）.附件的質(zhì)量……………………………………………18 4.6選擇液位計………………………………………………………18 4.7選配工藝接管……………………………………………………18 4.7（1）.液氨進(jìn)料管 ………………………………………………19 4.7（2）液氨出料管 ………………………………………………19 4.7（3）排污管 ……………………………………………………19 4.7（4）.放空管接口管 ……………………………………………19 4.7（5）.液面計接管 ………………………………………………19 4.7(6).安全閥接口管 ………………………………………………19 設(shè)計心得……………………………………………………………20 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………21 第一章緒論： 1.1.液氨貯罐的設(shè)計背景 化學(xué)工業(yè)和其它流程工業(yè)的生產(chǎn)都離不開容器。所有的化工設(shè)備的殼體都是一種容器，容器的應(yīng)用遍及各行各業(yè)，諸如航空、航海、機械制造、輕工、動力等行業(yè)。然而化工容器又有其本身特點，不僅要適應(yīng)化學(xué)工藝過程所要求的壓力和溫度條件，還要承受化學(xué)介質(zhì)的作用，要能長期的安全工作且保證良好的密封。因此在容器的設(shè)計中應(yīng)綜合考慮個方面的因素，使之達(dá)到最優(yōu)。 液氨主要用于生產(chǎn)硝酸、尿素和其它化學(xué)肥料，還可用作醫(yī)藥和農(nóng)藥的原料。在國防工業(yè)中用于制造火箭、導(dǎo)彈的推進(jìn)劑，可用作有機化工產(chǎn)品的氨化原料，還可用作冷凍劑，將氨進(jìn)行分解，分解成氫氮混合氣體這種混合氣體是一種良好的保護(hù)氣體，可以廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)、冶金工業(yè)以及需要保護(hù)氣氛的其它工業(yè)和科學(xué)研究中。 為能夠進(jìn)行連續(xù)的生產(chǎn)，需要有儲存液氨的容器，因此設(shè)計液氨貯罐是制造貯罐的必備步驟，是化工生產(chǎn)能夠順利進(jìn)行的前提。 1.2. 液氨貯罐的分類及選型 1.2.（1） 貯罐的分類 貯罐按其形狀可分為方形和矩形容器、球形容器、圓筒形容器（立式、臥式）。 按其承壓性質(zhì)可分為內(nèi)壓和外壓，內(nèi)壓容器又可分為低壓、中壓、高壓、超高壓4個壓力等級。 按其工作的溫度環(huán)境可分為低溫、常溫、中溫、高溫容器。 按制造器的材料可分為金屬制和非金屬制兩類。 按其應(yīng)用情況可分為反應(yīng)壓力容器（R）、換熱壓力容器（E）、分離壓力容器（S）、儲存壓力容器（C）等。 1.2.（2）貯罐的選型 在本設(shè)計中由于設(shè)計體積較?。s為 16 m3）且工作壓力較?。╬0=1.6MPa）可采用臥式圓筒形容器，方形和矩形容器大多在很小設(shè)計體積時采用，因其承壓能力較小且使用材料較多；而球形容器雖承壓能力強且節(jié)省材料，但制造較難且安裝內(nèi)件不方便；立式圓筒形容器承受自然原因引起的應(yīng)力破壞的能力較弱，故選用圓筒形臥式容器。 臥式圓筒形液氨儲罐通常由臥式圓筒形筒體和兩端的橢圓形封頭組成，按照化學(xué)生產(chǎn)工藝的要求設(shè)置進(jìn)料口、出料口、放空口、排污口、壓力表、安全閥和液面計等。為了檢修方便，還要開設(shè)人孔，用鞍式支座支承于混凝土基座上。 2.3 設(shè)計溫度和設(shè)計壓力的確定 罐儲存的是經(jīng)過壓縮機壓縮后，被冷卻水冷凝的液態(tài)氨，由于冷卻水的溫度隨氣候變化而波動，通常氨被壓縮到0.9～4MPa才能被冷卻水冷凝。儲罐通常置于室外，罐內(nèi)液氨的溫度和壓力直接受到大氣溫度的影響，在冬季可達(dá)-30℃，在夏季儲罐經(jīng)太陽曝曬后，液氨的溫度可達(dá)50℃，這時候氨的飽和蒸汽壓隨著氣溫的變化，儲罐的操作壓力也在不斷改變（參考下表3-1）。 表3-1：液氨的飽和蒸汽壓和密度 溫　　　度（℃） 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 飽和蒸汽壓（絕壓，MPa） 2.07 1.553 1.165 0.856 0.614 0.428 0.291 0.190 0.120 密　　度（kg/m3） 563 580 595 610 625 639 652 665 678 液氨儲罐的操作溫度通?？扇∠募镜淖罡邭鉁?0℃（參考表3-2所示）。為了確保操作安全，我國勞動和社會保障部頒布的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第25條規(guī)定：臨界溫度高于50℃的液氨，無保溫常溫儲存，儲罐必須安裝安全閥，工程中其設(shè)計壓力不低于安全閥開啟壓力（參考表3-3所示，安全閥開啟壓力取1.05～1.10倍工作壓力），通常選取為2.071.1＝2.16MPa（相當(dāng)于取50℃時飽和蒸汽壓對應(yīng)的設(shè)計壓力）。 表3-2　設(shè)計溫度 介質(zhì)工作溫度 設(shè)計溫度 Ⅰ Ⅱ t＜-20℃ 介質(zhì)最低工作溫度 介質(zhì)工作溫度減0～10℃ -20℃≤t≤15℃ 介質(zhì)最低工作溫度 介質(zhì)工作溫度減5～10℃ t>15℃ 介質(zhì)最高工作溫度 介質(zhì)工作溫度加15～30℃ 注：當(dāng)最高（低）工作溫度不明確時，按表中的Ⅱ確定。 表3-3　設(shè)計壓力 類　 型 設(shè)計壓力 內(nèi)壓容器 無安全泄放裝置 1.0～1.10倍工作壓力 裝有安全閥 不低于（等于或稍大于）安全閥開啟壓力（安全閥開啟壓力取1.05～1.10倍工作壓力） 裝有爆破片 取爆破片設(shè)計爆破壓力的上限 出口管線上裝有安全閥 不低于安全閥的開啟壓力加上流體從容器流至安全閥處的壓力降 兩側(cè)受壓的壓力容器元件 一般應(yīng)以兩側(cè)的設(shè)計壓力分別作為該元件的設(shè)計壓力。當(dāng)有可靠措施確保兩側(cè)同時受壓時，可取兩側(cè)最大壓力差作為設(shè)計壓力 真空容器 當(dāng)有安全閥控制時，取1.25倍的內(nèi)外壓力差，或0.1MPa兩者中的較小值。當(dāng)沒有安全閥控制裝置時，取0.1MPa。  第二章 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證 2.1 材料選擇與論證 2.1.（1）容器用鋼 壓力容器的使用工況（如溫度、壓力、介質(zhì)特性和操作特點等）差別很大，制造壓力容器所用的鋼種類很多，既有碳素鋼、低合金高強度鋼和低溫鋼，也有中溫抗氫鋼、不銹鋼和耐熱鋼，還有復(fù)合鋼板。 一般中低壓設(shè)備可采用屈服極限為245MPa～345MPa級的鋼材；直徑較大、壓力較高的設(shè)備，均應(yīng)采用普通低合金高強度鋼，強度級別宜用400MPa級或以上；如果容器的操作溫度超過400℃，還需考慮材料的蠕變強度和持久強度。 16MnR鋼是屈服強度350MPa級的普通低合金高強度鋼，具有良好的綜合力學(xué)性能、焊接性能、工藝性能以及低溫沖擊韌性。在焊接壓力容器時采用堿性焊條（J507），15MnVR鋼和18MnMoNbR鋼是屈服強度分別為400、500MPa級普通低合金高強度鋼，雖然有較高的強度，但韌性、塑性都較C-Mn鋼低，且有較高的缺口敏感性和時效敏感性。并且這兩類鋼均較16MnR鋼昂貴。 因此選用16MnR鋼既符合工藝要求，也節(jié)約資源，以便獲得更好的經(jīng)濟(jì)價值。 2.1.（2）附件用鋼 優(yōu)質(zhì)低碳鋼的強度較低，塑性好，焊接性能好，因此在化工設(shè)備制造中常用作熱交換器列管、設(shè)備接管、法蘭的墊片包皮等。 優(yōu)質(zhì)中碳鋼的強度較高，韌性較好，但焊接性能較差，不宜用作接管用鋼。 由于接管要求焊接性能好且塑性好。故選擇10號優(yōu)質(zhì)低碳鋼的普通無縫鋼管制作各型號接管。 由于本貯罐使用地點為：茂名，在夏季最高溫度可達(dá)50℃，這時氨的飽和蒸氣壓為2.07MPa（絕對壓力)。由于法蘭必須具有足夠大的強度和剛度，以滿足連接的條件，使之能夠密封良好，故選用普通低合金高強度鋼16MnR（新鋼號名稱已統(tǒng)一為Q345R）。 2.2 結(jié)構(gòu)選擇與論證 2.2.（1）封頭形式的確定 從受力與制造方面分析來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點是深度大，沖壓較為困難；橢圓 封頭濃度比半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。平板封頭因直徑各厚度都較大，加工與焊接方面都要遇到不少困難。從鋼材耗用量來年：球形封頭用材最 少，比橢圓開封頭節(jié)約，平板封頭用材最多。因此，從強度、結(jié)構(gòu)和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。 2.2.(2) 人孔的選擇 壓力容器人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件。人孔的類型很多， 選擇用上有較大的靈活性。選用時應(yīng)綜合考慮公稱壓力、公稱直徑工作溫度以及人、手孔的結(jié)構(gòu)和 材料等諸方面的因素。臥式液氨儲罐常用碳鋼水平吊蓋人孔，這種人孔使用方便，壓緊墊 片可靠，本設(shè)計臥式容器設(shè)計壓力為2.28MPa, 人孔標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按公稱壓力為2.5MPa的等 級選取，由于容器公稱直徑為2000mm,碳鋼水平吊蓋人孔的尺寸、材料和性能可查 HG/T21524-95標(biāo)準(zhǔn)，選用水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔，DN450人孔，密封壓緊面采用 TG型。該人孔標(biāo)記為：HG/T21524-2005 人孔 TGⅧ(A.G) 450-2.5 其中TG指凸面密封， Ⅷ指接管與法蘭的材料為16MnR，A.G是指用普通石棉橡膠板墊片，450-2.5是指公稱直 徑為450mm、公稱壓力為2.5 Mpa。 碳鋼水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔結(jié)構(gòu)圖 2.2.(3)法蘭型式 法蘭與設(shè)備的連接形式：平焊法蘭制造簡單，使用廣泛，但剛性較差，僅用于壓力不高的場合，如管法蘭P。由于本設(shè)計，由HG20592-97標(biāo)準(zhǔn),可以選擇焊接法蘭中的板式平焊法蘭PL。 法蘭與密封面形式：，根據(jù)HG20592-97標(biāo)準(zhǔn)可以選擇RF密封面。 2.2.(4) 液面計的選擇 液氨儲罐常用防霜式玻璃板液位計，由儲罐公稱直徑=2000mm。根據(jù)HG/T21550-93，選擇玻璃管液面計AⅠ2.5-1260-50 HG/T21550-93。與其相配的接管尺寸為183m,管法蘭為HG20592-97法蘭PL15-2.5RF 16MnR。 2.2.(5)鞍式支座的選擇 容器支座有鞍座,圈座和支腿三種,用來支撐容器的重量。鞍式支座是應(yīng)用最廣泛的一種臥式支座。從應(yīng)力分析看，承受同樣載且具有同樣截面幾何形狀和尺寸的梁采用多個支承比采用兩個支承優(yōu)越，因為多支承在粱內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力較小。所以，從理論上說臥式容器的支座數(shù)目越多越好。但在是實際上臥式容器應(yīng)盡可能設(shè)計成雙支座，這是因為當(dāng)支點多于兩個時，各支承平面的影響如容器簡體的彎曲度和局部不圓度、支座的水平度、各支座基礎(chǔ)下沉的不均勻性、容器不同部位抗局部交形的相對剛性等等，均會影響支座反力的分布。因此采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越論反而會造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運行安全帶來不利的影響。而且，現(xiàn)在儲罐等的支座已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，所以鞍座采用了雙支座，一個S型，另外一個F型，為了充分利用封頭對筒體的加強作用，支座應(yīng)靠近封頭，即A≤Ri/2 ，且A不大于0.2L，以便使筒體的中間部分截面與支撐部分截面的彎矩值相等或相近。 第三章工藝尺寸的確定 設(shè)計體積：，公稱直徑：。 采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（圖5-1），按JB/T 4746-2002規(guī)定：取直邊高度。則由表5-1、表5-2可得 1) 單個封頭容積： 2) 封頭總?cè)莘e： ，則 3) 筒體部份容積為： ，則 4) 筒體長度： 5) 取整后（按百位數(shù)）筒體實際長度： 6) 所以儲罐實際容積為： 。 表5-1　筒體的容積、面積及質(zhì)量（鋼制：JB/T 4746-2002） 公稱 直徑 DN 1m高的容積 V/ 1m高的內(nèi)表面積 Fi/ 1 m 高 筒 節(jié) 質(zhì) 量 值/kg 壁　　厚　/mm 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 350 0.096 1.10 26 35 44 400 0.126 1.26 30 40 50 60 79 99 119 450 0.159 1.41 34 45 56 67 500 0.196 1.51 37 50 62 75 100 125 150 175 550 0.238 1.74 41 55 68 82 600 0.283 1.88 45 60 75 90 121 150 180 211 650 0.332 2.04 65 81 97 130 700 0.385 2.20 69 87 105 140 176 213 250 800 0.503 2.51 79 99 119 159 200 240 280 900 0.636 2.83 89 112 134 179 224 270 315 363 408 1000 0.785 3.14 124 149 199 249 296 348 399 450 503 1100 0.950 3.46 136 164 218 274 1200 1.131 3.77 149 178 238 298 358 418 479 540 602 662 1300 1.327 4.09 161 193 258 323 1400 1.539 4.40 173 208 278 348 418 487 567 630 700 770 840 914 986 1058 1500 1.767 4.71 186 223 297 372 446 1600 2.017 5.03 198 238 317 397 476 556 636 720 800 880 960 1040 1124 1206 1800 2.545 5.66 267 356 446 536 627 716 806 897 987 1080 1170 1263 1353 2000 3.142 6.28 296 397 495 596 695 795 895 995 1095 1200 1300 1400 1501 2200 3.801 6.81 322 436 545 655 714 874 984 1093 1204 1318 1429 1540 1650 2400 4.524 7.55 356 475 596 714 834 960 1080 1194 1314 1435 1556 1677 1798 2600 5.309 8.17 514 644 774 903 1030 1160 1290 1422 1553 1684 1815 1946 2800 6.158 8.80 554 693 831 970 1110 1250 1390 1531 1671 1812 1953 2094 3000 7.030 9.43 593 742 881 1040 1190 1338 1490 1640 1790 1940 2091 2242 3200 8.050 10.05 632 791 950 1108 1267 1425 1587 1745 1908 2069 2229 2390 3400 9.075 10.68 672 841 1008 1177 1346 1517 1687 1857 2027 2197 2367 2538 3600 10.180 11.32 711 890 1070 1246 1424 1606 1785 1965 2145 2325 2505 2686 3800 11.140 11.83 751 939 1126 1315 1514 1693 1884 2074 2263 2453 2643 2834 4000 12.566 21.57 790 988 1186 1383 1582 1980 1980 2185 2380 2585 2785 2985 表5-2　EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積（鋼制：JB/T 4746-2002） 序 號 公　稱 直　徑 DN （mm） 總深度 H （mm） 內(nèi)　表 面　積 A （） 容　積 V （） 序 號 公　稱 直　徑 DN （mm） 總深度 H （mm） 內(nèi)　表 面　積 A （） 容　積 V （） 1 300 100 0.1211 0.0053 31 2600 690 7.6545 2.5131 2 350 113 0.1603 0.0080 32 2700 715 8.2415 2.8055 3 400 125 0.2049 0.0115 33 2800 740 8.8503 3.1198 4 450 138 0.2548 0.0159 34 2900 765 9.4807 3.4567 5 500 150 0.3103 0.0213 35 3000 790 10.1329 3.8170 6 550 163 0.3711 0.0277 36 3100 815 10.8067 4.2015 7 600 175 0.4374 0.0353 37 3200 840 11.5021 4.6110 8 650 188 0.5090 0.0442 38 3300 865 12.2193 5.0463 9 700 200 0.5861 0.0545 39 3400 890 12.9581 5.5080 10 750 213 0.6686 0.0663 40 3500 915 13.7186 5.9972 11 800 225 0.7566 0.0796 41 3600 940 14.5008 6.5144 12 850 238 0.8499 0.0946 42 3700 965 15.3047 7.0605 13 900 250 0.9487 0.1113 43 3800 990 16.1303 7.6364 14 950 263 1.0529 0.1300 44 3900 1015 16.9775 8.2427 15 1000 275 1.1625 0.1505 45 4000 1040 17.8464 8.8802 16 1100 300 1.3980 0.1980 46 4100 1065 18.7370 9.5498 17 1200 325 1.6552 0.2545 47 4200 1090 19.6493 10.2523 18 1300 350 1.9340 0.3208 48 4300 1115 20.5832 10.9883 19 1400 375 2.2346 0.3977 49 4400 1140 21.5389 11.7588 20 1500 400 2.5568 0.4860 50 4500 1165 22.5162 12.5644 21 1600 425 2.9007 0.5864 51 4600 1190 23.5152 13.4060 22 1700 450 3.2662 0.6999 52 4700 1215 24.5359 14.2844 23 1800 475 3.6535 0.8270 53 4800 1240 25.5782 15.2003 24 1900 500 4.0624 0.9687 54 4900 1265 26.6422 16.1545 25 2000 525 4.4930 1.1257 55 5000 1290 27.7280 17.1479 26 2100 565 5.0443 1.3508 56 5100 1315 28.8353 18.1811 27 2200 590 5.5229 1.5459 57 5200 1340 29.9644 19.2550 28 2300 615 6.0233 1.7588 58 5300 1365 31.1152 20.3704 29 2400 640 6.5453 1.9905 59 5400 1390 32.2876 21.5281 30 2500 665 7.0891 2.2417 60 5500 1415 33.4817 22.7288 注：對于封頭直邊高度h的取值，JB/T4746-2002規(guī)定： 　?、佼?dāng)DN≤2000時，取h=25mm；　?、诋?dāng)DN＞2000時，取h=40mm。 總深度H＝h＋h1，h1為封頭內(nèi)曲面高度。 圖5-1　標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 第四章 設(shè)計計算 根據(jù)材料分析，選用16MnR制作筒體和封頭。 4.1計算罐體壁厚設(shè)計 液氨儲罐是內(nèi)壓容器，按公式計算出筒體的壁厚。 其中：為設(shè)計壓力，本儲罐在夏季最高溫度可達(dá)500℃，此時液氨的飽和蒸汽壓為2.07MPa（絕對壓力），所以P=2.17MPa Di＝2000mm； =163MPa； =1.00 （雙面對接焊，100%無損探傷）； 則： = 查得相應(yīng)的負(fù)偏差，腐蝕裕量 C=0.8+2=2.8mm 則： =13.4＋2.8 =16.2mm 根據(jù)及鋼板的厚度規(guī)格 圓整后確定選用厚的16MnR鋼板制作罐體 4.2計算封頭的壁厚 本容器用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，厚度根據(jù)公式 根據(jù)，其中各數(shù)據(jù)跟罐體相同，=1.0。向上圓整后取取標(biāo)準(zhǔn) 確定用厚的16MnR鋼板制作封頭 4.3校核罐體和封頭水壓試驗強度 根據(jù)公式 取2.71MPa 式中：16－2.8 = 13.2mm 345Mpa a則水壓試驗時的應(yīng)力： = =186.13 MPa 16MnR鋼制容器在常溫水壓試驗時的許可應(yīng)力 MPa 可見：,所以罐體厚度滿足水壓試驗時的強度 4.4選擇人孔并核算開孔補強 根據(jù)儲罐是在常溫及最高工作壓力為2.17 Mpa的條件工作，人孔標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按公稱壓力為2.17 Mpa。從人孔類型系列標(biāo)準(zhǔn)可知，公稱壓力為2.17 Mpa的人孔類型很多。本設(shè)計考慮人孔蓋直徑較大較重，故選用水平吊蓋人孔，該人孔結(jié)構(gòu)中有吊鉤和銷軸，檢修時只須松開螺栓將蓋板繞銷軸旋轉(zhuǎn)一個角度，由吊鉤吊住，不必將蓋板取下。 該人孔標(biāo)記為：HG 21524-2005 人孔 RFⅧ DN450-PN1.6 其中RF指突面密封，Ⅷ指接管與法蘭的材料為16MnR，DN450是指公稱直徑為450mm、PN2.17指公稱壓力為2.17Mpa。 另外,還要考慮人孔補強,確定補強圈尺寸,由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管,故不能直接選用補強圈標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑為d=450mm,壁厚=10mm。故補強圈尺寸如下：筒體內(nèi)徑Di＝2000mm，壁厚dn＝18mm，設(shè)計壓力2.17MPa，設(shè)計溫度為50℃，焊接接頭系數(shù)1.0。由標(biāo)準(zhǔn)查得補強強圈內(nèi)徑=484mm,外徑=760mm。 開孔補強的有關(guān)計算參數(shù)如下： 4.4（1）.計算削去的承受應(yīng)力所必須的金屬截面 筒體的計算壁厚： 計算開孔所需補強的面積A 開孔直徑： 4.4（2）.計算有效補強范圍 、有效寬度： 取最大值 ②外側(cè)高度 接管實際的外伸高度 取較小值，故 內(nèi)側(cè)高度 0 取小值，故=0 4.4（3）. 計算有效補強金屬截面積 筒體多余金屬截面積A1 筒體有效厚度： ②接管多余金屬截面積A2 接管計算厚度 補強區(qū)內(nèi)焊縫截面積A3 有效補強面積 ，所以需要另加強 4.4（4）. 所需補強截面積為 4.4（5）.補強圈設(shè)計 參考JB/T 4736-2002標(biāo)準(zhǔn),取內(nèi)徑D1=484mm，外徑D2=760mm 補強圈厚度 考慮到罐體與人孔筒節(jié)均有一定的壁厚裕量，取故補強圈取16mm厚。 因補強圈厚度，符合GB150-1998的規(guī)定。故用補強圈補強是合適的。 4.5.選擇鞍座并核算承載能力 首先粗略計算鞍座負(fù)荷，儲罐總質(zhì)量 式中—罐體質(zhì)量，kg； —封頭質(zhì)量，kg； —液氨質(zhì)量，kg —附件質(zhì)量，kg 4.5（1）.罐體的質(zhì)量 根據(jù)，的筒節(jié)，可得每米筒體質(zhì)量， 由 則 可求得： 向上圓整后取標(biāo)準(zhǔn)圓筒長度為 所以： 4.5（2）.封頭的質(zhì)量 DN=2000mm=18mm直邊高度 h=25mm的標(biāo)準(zhǔn)封頭，由 查得其質(zhì)量=627.7kg 4.5（3）.水壓試驗時水的質(zhì)量 式中：a ——沖裝系數(shù)，取0.9 V —— 儲罐容積 ——水密度，為1000kg/m3 由JB/74746-2002查得，封頭容積為1.1257 m3 4.5（4）.附件的質(zhì)量 人孔的質(zhì)量約為200kg，其他的連接管質(zhì)量總和按300kg計，則：=500kg 設(shè)備總質(zhì)量為： 每個鞍負(fù)荷F= 所以選用輕型帶墊板，包角為120的鞍座： JB/T 4712.1-2007 鞍座 A2600-F JB/T 4712.1-2007 鞍座 A2600-S。 4.6選擇液位計 液氨儲罐常用玻璃管液面計，由儲罐公稱直徑=2000mm 根據(jù)HG/T21550-93，選擇玻璃管液面計AIW PN2.17,L=1000mm，HG5-227-80一支。 與其相配的接管尺寸為183m,管法蘭為法蘭PN 2.17 DN 15 GB 9119.8-88。 4.7選配工藝接管 本儲罐設(shè)有以下接口管 4.7（1）.液氨進(jìn)料管 采用573.5mm無縫鋼管。管的一端切成45,伸入儲罐少許.配用具有突面密封的平焊管法蘭: 法蘭PN1.6DN50 GB9119.8-88 因為殼體名義壁厚=18mm,大于12mm,接管公稱直徑小于80mm,故不要補強. 4.7（2）液氨出料管 采用可拆的壓出管253mm,將它套入罐體的固定接口管383.5mm內(nèi),并用一非標(biāo)準(zhǔn)法蘭固定在接口法蘭上。 罐體的接口管法蘭采用法蘭PN2.17 DN32 GB9119.8-88。與該法蘭相配并焊接在壓出管的法蘭上,其連接尺寸和厚度與法蘭法蘭PN2.17 DN32 GB9119.8-88相同,但其內(nèi)徑為25mm(見總裝圖的局部放大部大圖). 液氨壓出管的端部法蘭(與氨輸送管相連)采用法蘭PN1.6 DN20 GB9119.8-88。這些小管都不必補強。壓出管伸入貯罐2.5m。 4.7（3）排污管 在罐的右端最底部設(shè)個排污管一個，規(guī)格是573.5mm，管端焊有與截止閥J41W-16相配的管法蘭PN1.6DN50 GB9119.8-88。 4.7（4）.放空管接口管 采用323.5mm無縫鋼管, 法蘭PN1.6 DN25 GB9119.8-88 4.7（5）.液面計接管 液氨儲罐常用玻璃管液面計，由儲罐公稱直徑=2000mm 根據(jù)HG/T21550-93，選擇玻璃管液面計AIW PN1.6,L=1000mm，HG5-227-80兩支。與其相配的接管尺寸為183m,管法蘭為法蘭PN1.6 DN15 GB9119.8-88。 4.7(6).安全閥接口管 安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定。本貯罐選用322.5mm的無縫鋼管, 法蘭PN1.6 DN25 GB9119.8-88。 設(shè)計心得 為期兩周的課程設(shè)計結(jié)束了，在本次設(shè)計中要查閱的數(shù)據(jù)多，剛開始時，不知如何下手，查有關(guān)資料后才有一定的了解，才得以知怎么計算。通過這次課程設(shè)計，使我對所學(xué)的《化工過程設(shè)備機械基礎(chǔ)》中的工程力學(xué)理論、金屬材料的基礎(chǔ)知識有了更深入的了解我更加扎實地掌握了有關(guān)內(nèi)壓容器方面的知識，加深了對化工容器設(shè)計、制造、材料使用和監(jiān)察管理的國家標(biāo)準(zhǔn)的了解，而且在此設(shè)計過程中，要具有耐心，考慮周到。通過設(shè)計，從中學(xué)到了綜合分析問題的能力，增加了設(shè)計經(jīng)驗，更近一步提高了手工繪圖的技能。實踐出真知，通過親自動手制作，我們掌握的知識不再是紙上談兵。 還有，在這次課程設(shè)計過程中我感謝我們的指導(dǎo)老師和班上的同學(xué)，經(jīng)過大家的探討和幫助我才能順利的把說明書和把裝配圖畫好。世上無難事，只怕有心人。只要持之以恒，就可以克服一切的苦難。功夫不負(fù)有心人，最終我把圖畫完了。 經(jīng)過這次《化工過設(shè)備機械基礎(chǔ)》的課程設(shè)計讓我學(xué)會了很多關(guān)于機械方面的知識，同時也培養(yǎng)了我很多好習(xí)慣。雖然這次的課程設(shè)計比較辛苦，但是當(dāng)我看到我畫的圖和我自己設(shè)計的方案，感到很開心。 參考資料： （1）國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，GB150-1998《鋼制壓力容器》，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998； （2）國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，中國勞動社會保障出版社，1999 （3）《金屬化工設(shè)備零部件》第四卷 （4）中華人民共和國化學(xué)工業(yè)部，中華人民共和國待業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》，1997 （5）《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書》　　　（圖書館借閱書號：TQ　05/51） （6）刁玉緯 王立業(yè)，《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》，大連理工大學(xué)出版社，2003年第五版； （7）李多民　俞惠敏，《化工過程設(shè)備機械基礎(chǔ)》，中國石化出版社，2007； （8）董大勤，《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》，化學(xué)工業(yè)出版社，1994年第二版； （9）湯善甫 朱思明，《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》，華東理工大學(xué)出版社，2004年第二版；