m化工設(shè)計(jì)18m3液氨儲(chǔ)罐.doc

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內(nèi)蒙古科技大學(xué)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書（18m3液氨儲(chǔ)罐） 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 題 目：液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說明書 學(xué) 院：化學(xué)與化工學(xué)院 班 級(jí)：化工13-3班 姓 名： 學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)老師：韓曉星 設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)課題： 18m3液氨儲(chǔ)罐 工藝參數(shù)： 最高使用溫度：T=40℃ 公稱直徑：Di=2400mm 筒體長(zhǎng)度（不含封頭）：L0=3000mm 飽和蒸汽壓：1.55MPa 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1.罐體材料的選擇 2.罐體的規(guī)格 3.罐體的形狀 4.罐體的厚度 5.封頭形狀及厚度 6.支座的選擇 7.人孔及接管選擇 8.開孔補(bǔ)強(qiáng) 9.核算校驗(yàn) 10.設(shè)備裝備圖（A2） 設(shè)計(jì)人： 朱沁楠 化工13-1班 1366115115 宋志強(qiáng) 化工13-1班 1366115108 黃敏 化工13-3班 1366115311 李文穎 化工13-3班 1366115335 鄧?yán)^東 化工13-2班 1366155126 完成時(shí)間：2015年12月2日 前 言 液氨，又稱為無水氨，是一種無色液體。氨作為一種重要的化工原料，應(yīng)用廣泛，為運(yùn)輸及儲(chǔ)存便利，通常將氣態(tài)的氨氣通過加壓或冷卻得到液態(tài)氨。液氨在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，而且具有腐蝕性，且容易揮發(fā)，所以其化學(xué)事故發(fā)生率相當(dāng)高。 本次設(shè)計(jì)是關(guān)于液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)，在老師給定的相關(guān)條件下，充分利用課堂上學(xué)到的理論知識(shí)發(fā)散思維、擴(kuò)寬視野使之能更好的聯(lián)系實(shí)際的生產(chǎn)，在實(shí)際的操作中我們應(yīng)考慮的問題非常多。充分考慮上述條件的同時(shí)設(shè)計(jì)出符合標(biāo)準(zhǔn)的液氨儲(chǔ)罐。這樣不僅使我們所學(xué)的理論知識(shí)的到進(jìn)一步的提高，也使我們可以了解到更多的實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該注意的問題，使我們受益匪淺。 通過這次課程設(shè)計(jì)是我深刻了解到理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的差別，讓我們學(xué)到了很多東西比如：如何聯(lián)系實(shí)際考慮問題，分析問題，解決問題。 V 摘 要 儲(chǔ)罐按其形式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)和能力可分為內(nèi)壓和外壓，內(nèi)壓容器又可分為常壓、低壓、中壓、高壓、超高壓等五類。根據(jù)使用時(shí)候的壁溫，可分為常溫容器、高溫容器、中溫容器和低溫容器。按其結(jié)構(gòu)材料分類，容器有金屬制的和非金屬制的兩類。按其反應(yīng)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(chǔ)存壓力容器（C）等。本次設(shè)計(jì)，我選用的是臥式圓筒形、中壓常溫的內(nèi)壓容器。 Abstract According to the form of the storage tank can be divided into square and rectangular container, spherical container, cylindrical container (vertical, horizontal). According to its bearing capacity can be divided into internal and external pressure, internal pressure vessel can be divided into five categories, such as normal pressure, low pressure, medium pressure, high pressure, high pressure and so on. According to the use of the wall temperature, can be divided into normal temperature, high temperature, medium temperature and low temperature vessel. According to the classification of its structural material, the container has two kinds of metal and non metal. According to their reaction conditions can be divided into the reaction pressure vessel (R), heat exchange pressure vessel (E), the separation pressure vessel (S), storage pressure vessel (C), etc.This design, I use the horizontal cylinder, medium pressure inside the pressure vessel. 目 錄 前 言 I 摘 要 II Abstract III 1、液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 1 1.1設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力的確定 1 1.2罐體和封頭的材料的選擇 1 1.3形狀設(shè)計(jì)參數(shù) 2 2、封頭的選擇 2 2.1許用應(yīng)力 2 2.2焊接接頭設(shè)計(jì) 3 3、筒體和封頭的壁厚的計(jì)算 3 3.1公稱直徑Di和筒體長(zhǎng)度L的計(jì)算 3 3.2筒體壁厚的計(jì)算 4 3.3封頭壁厚的計(jì)算 4 3.4水壓試驗(yàn) 5 3.4.1確定水壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力值 6 3.4.2計(jì)算水壓試驗(yàn)時(shí)的器壁應(yīng)力值 6 3.4.3校核強(qiáng)度 6 4、選擇人孔并核算開孔補(bǔ)強(qiáng) 7 4.1人孔的選擇 7 4.2開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算 8 5、選擇鞍座并核算承載能力 11 5.1罐體質(zhì)量W1 11 5.2 液氨質(zhì)量W2 11 5.3其他附件質(zhì)量W3 12 5.4設(shè)備總質(zhì)量W 12 5.5鞍座的選擇 12 6.選擇液面計(jì) 13 7、選配工藝接管 14 7.1液氨進(jìn)料管 14 7.2液氨出料管 14 7.3排污管 14 7.4安全閥接口管 14 7.5液面計(jì)接口管 15 7.6放空管接管口 15 8、參數(shù)校核 15 8.1筒體軸向應(yīng)力校核 15 8.1.1筒體軸向彎矩計(jì)算 15 8.1.2筒體軸向應(yīng)力計(jì)算 16 8.2筒體和封頭切向應(yīng)力校核 17 8.3筒體環(huán)向應(yīng)力的計(jì)算和校核 18 8.3.1環(huán)向應(yīng)力的計(jì)算 18 8.3.2環(huán)向應(yīng)力的校核 19 8.4鞍座有效斷面平均壓力 19 9.設(shè)計(jì)匯總 19 10.結(jié)束語 21 參考文獻(xiàn) 22 1、液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 1.1設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力的確定 液氨儲(chǔ)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，在夏季液氨儲(chǔ)罐經(jīng)太陽暴曬，隨著氣溫的變化，儲(chǔ)罐的操作壓力也在不斷變化。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，所設(shè)計(jì)液氨貯罐的最高使用溫度為40℃，查表可知40℃時(shí)液氨的飽和蒸汽壓為1.55MPa?！秹毫θ萜靼踩O(jiān)察規(guī)程》規(guī)定液化氣體儲(chǔ)罐必須安裝安全閥，設(shè)計(jì)壓力可取最大操作壓力的1.05-1.10倍。取1.10倍最大操作壓力為設(shè)計(jì)壓力，所以設(shè)計(jì)壓力P = 1.101.55 = 1.705MPa，故取設(shè)計(jì)壓力P=1.70MPa。 1.2罐體和封頭的材料的選擇 選擇容器用鋼必須綜合考慮：容器的操作條件，如設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、介質(zhì)特性和操作壓力等；材料的使用性能，如力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能（主要是耐腐蝕性能）；材料的加工工藝性能，如焊接性能、熱處理性能等；經(jīng)濟(jì)合理性及容器結(jié)構(gòu)，如材料價(jià)格、制造費(fèi)用和使用壽命等。 純液氨腐蝕性小，貯罐可選用一般碳素鋼，壓力容器專用鋼板為20R，另外還有一些合金鋼，如16MnR、15MnVR等也適合作為壓力容器的鋼板。 16MnR是345MPa級(jí)的低合金鋼，具有良好的機(jī)械性能、焊接性能、工藝性能及低溫沖擊韌性。中溫及低溫的機(jī)械性能均優(yōu)于Q235-A、15、20等碳素鋼，是使用十分成熟的鋼種，質(zhì)量穩(wěn)定、可使用-40～475℃場(chǎng)合。15MnVR是屈服極限為390MPa級(jí)的低合金結(jié)構(gòu)鋼，其塑性和沖擊韌性較16MnR低，其波動(dòng)較大。另外從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，16MnR也較20R制造費(fèi)用低。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體的材料。16MnR的含碳量為0.12%～0.20%，含Mn量較低，伸長(zhǎng)率為19-21%，是目前我國(guó)用途最廣、用量最大的壓力容器專用鋼板。 1.3形狀設(shè)計(jì)參數(shù) 在本設(shè)計(jì)中由于設(shè)計(jì)體積較?。ǎ┣以O(shè)計(jì)壓力較?。≒=1.70MPa）,故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(jì)體積時(shí)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(qiáng)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。 2、封頭的選擇 幾何方面，就單位容積的表面積來說，以半球形封頭為最小。橢圓形和蝶形封頭的容積和表面積基本相同，可以近似認(rèn)為相等。 力學(xué)方面，在直徑、厚度和計(jì)算壓力相同的條件下，半球形封頭的應(yīng)力最小，二向薄膜應(yīng)力相等，而沿經(jīng)線的分布式均勻的。如果與壁厚相同的圓筒體連接，邊緣附近的最大應(yīng)力與薄膜應(yīng)力并無明顯不同。橢圓形封頭的應(yīng)力情況就不如半球形封頭均勻。由應(yīng)力分析可知，橢圓形封頭沿經(jīng)線各點(diǎn)的應(yīng)力是變化的，頂點(diǎn)處應(yīng)力最大，在赤道上可能出現(xiàn)環(huán)向內(nèi)壓應(yīng)力，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭與壁厚相等的圓筒體相連接時(shí)，其可以達(dá)到與筒體等強(qiáng)度。 從制造方面分析來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式，但缺點(diǎn)是濃度大，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。 因此，從幾何、力學(xué)和制造方面綜合考慮，采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭最為合理。橢圓形封頭的型式及尺寸按JB/T 4737-95《橢圓形封頭》的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的長(zhǎng)短軸比值為2。封頭材料與筒體一樣為16MnR。 2.1許用應(yīng)力 制造容器所用的鋼板，其在設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力值的大小，直接決定著容器強(qiáng)度，是主要設(shè)計(jì)參數(shù)之一。在GB 150《鋼制壓力容器》中，對(duì)鋼板、鍛件、緊固件均規(guī)定了材料的許用應(yīng)力，16MnR的許用應(yīng)力見表2-1。 表2-1 壓力容器用16MnR鋼板的許用應(yīng)力 鋼號(hào) 鋼板標(biāo)準(zhǔn) 使用狀態(tài) 厚度 mm 常溫強(qiáng)度指標(biāo) 在下列溫度(℃)下的需用應(yīng)力/MPa σb MPa σs MPa ≤20 100 150 16MnR GB 6654 熱軋 正火 6～16 510 345 170 170 170 ＞16～36 490 325 163 163 163 ＞36～60 470 305 157 157 157 2.2焊接接頭設(shè)計(jì) 焊縫區(qū)是容器上強(qiáng)度比較薄弱的地方。焊縫區(qū)強(qiáng)度降低的原因在于焊接時(shí)可能出現(xiàn)缺陷而未被發(fā)現(xiàn)；焊接熱影響區(qū)往往形成出大晶粒區(qū)而使強(qiáng)度和塑性降低；由于結(jié)構(gòu)剛性約束造成焊接內(nèi)應(yīng)力過大等。 焊縫區(qū)的強(qiáng)度主要決定于熔焊金屬、焊縫結(jié)構(gòu)和施焊質(zhì)量。設(shè)計(jì)所需的焊接街頭系數(shù)大小主要根據(jù)焊接接頭的型式和無損檢測(cè)的長(zhǎng)度比率確定。容器筒體的縱向焊接接頭和封頭的拼接接頭基本上都采用雙面焊，所以取焊接接頭系數(shù)。 3、筒體和封頭的壁厚的計(jì)算 3.1公稱直徑Di和筒體長(zhǎng)度L的計(jì)算 取Di =2400 Di= 2800 Di = 3000 Di = 3200 經(jīng)計(jì)算 當(dāng)Di = 2400mm時(shí)，L= 3000mm,此時(shí)，Di/L = 0.8 最接近0.618 所以取 Di=2400mm 3.2筒體壁厚的計(jì)算 取計(jì)算壓力Pc=P=1.70MPa，筒體內(nèi)徑Di=DN=2400mm，查表2.1知16MnR在設(shè)計(jì)溫度為40℃時(shí)的許用應(yīng)力為，筒體的理論計(jì)算壁厚公式為： (3.1) 式中：——筒體的理論計(jì)算壁厚，mm； ——筒體計(jì)算壓力，MPa； ——筒體內(nèi)徑，mm； ——鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa； ——焊接接頭系數(shù)，其值為1； 將數(shù)值代入公式(3.1)計(jì)算出筒體的計(jì)算厚度為： 由于液氨對(duì)金屬有一定的腐蝕，取腐蝕裕量C2=1mm，故筒體的設(shè)計(jì)厚度為： 由鋼板厚度負(fù)偏差表查得C1=0.8mm，故名義壁厚為： 圓整后取。 3.3封頭壁厚的計(jì)算 采用的是標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同，其厚度計(jì)算式為： 設(shè)計(jì)厚度為： 名義厚度為： 圓整后取。 查得標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度(JB/T4737-95)為h0=40mm。 3.4水壓試驗(yàn) 容器制成以后，必須做壓力試驗(yàn)或增加氣密性試驗(yàn)，其目的是在于檢驗(yàn)容器的宏觀強(qiáng)度和有無滲漏現(xiàn)象，即考察容器的密封性，以確保設(shè)備的安全運(yùn)行。 對(duì)需要進(jìn)行焊后熱處理的容器，應(yīng)在全部焊接工作完成并經(jīng)熱處理之后，才能進(jìn)行壓力試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)；對(duì)于分段交貨的壓力容器，可以分段熱處理，在安裝工地組裝焊接，并對(duì)焊接的環(huán)焊縫進(jìn)行局部熱處理之后，再進(jìn)行壓力試驗(yàn)。 壓力試驗(yàn)一般采用液壓試驗(yàn)或氣壓測(cè)試，本次設(shè)計(jì)我們選用液壓測(cè)試，液壓試驗(yàn)一般采用水。需要時(shí)也可采用不會(huì)導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)的其他液體。實(shí)驗(yàn)室液體的溫度應(yīng)低于其閃點(diǎn)或沸點(diǎn)。奧氏體不銹鋼制容器用水進(jìn)行液壓實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)將水漬清楚干凈。無法清楚干凈時(shí)，應(yīng)控制水中氯離子的含量不超過25mg/L。 試驗(yàn)溫度：對(duì)碳鋼、16MnR、15MnRNbR和正火的15MnVR鋼制容器進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)，液體溫度不得低于5℃；對(duì)于其他低合金鋼制容器進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)，液體的溫度不得低于15℃。如果由于板厚等因素造成材料無塑性轉(zhuǎn)變溫度升高，則須相應(yīng)提高試驗(yàn)液體的溫度。 試驗(yàn)方法：試驗(yàn)時(shí)容器頂部應(yīng)設(shè)排氣口，充液是應(yīng)將容器內(nèi)空氣排凈，試驗(yàn)過程中保持容器觀察表明干燥。試驗(yàn)時(shí)壓力應(yīng)緩慢上升至設(shè)計(jì)壓力，若無泄露，再緩慢上升，達(dá)到一定的試驗(yàn)壓力后，保壓一段時(shí)間后一般不低于30min。然后將壓力降至規(guī)定試驗(yàn)壓力的80％，并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以對(duì)所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行檢查。如有滲漏，修補(bǔ)后重新試驗(yàn)，直至合格。對(duì)于夾套容器，先進(jìn)行內(nèi)筒液壓試驗(yàn)，合格后再焊夾套，然后進(jìn)行夾套內(nèi)的液壓試驗(yàn)；液壓試驗(yàn)完畢后，應(yīng)將液體排凈，并用壓縮空氣凈內(nèi)部吹干。 3.4.1確定水壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力值 已知P=1.70MPa， 試驗(yàn)壓力： (3.2) 式中：PT——試驗(yàn)壓力，MPa; P——設(shè)計(jì)壓力，MPa; [σ] 、[σ]t——分別為液壓試驗(yàn)溫度和設(shè)計(jì)溫度下殼壁材料的許用應(yīng)力，MPa。 帶入數(shù)據(jù)得： 3.4.2計(jì)算水壓試驗(yàn)時(shí)的器壁應(yīng)力值 實(shí)驗(yàn)時(shí)器壁的應(yīng)力： (3.3) 其中有效厚度 故 3.4.3校核強(qiáng)度 查表2.1可知14mm的16MnR鋼板的常溫強(qiáng)度指標(biāo)。所以,，故所設(shè)計(jì)的器壁厚度滿足設(shè)計(jì)要求。 4、選擇人孔并核算開孔補(bǔ)強(qiáng) 4.1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。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個(gè)手柄。根據(jù)儲(chǔ)罐是在常溫下及設(shè)計(jì)壓力為2.5MPa 的條件下工作,人孔的標(biāo)準(zhǔn)按公稱壓力為2.5MPa 等級(jí)選取。考慮到人孔蓋直徑較大較重,故選用水平吊蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔(HG 20593-95)，公稱直徑為400mm，突面法蘭密封面(RF型)。該人孔結(jié)構(gòu)中有吊鉤和銷軸，在檢修時(shí)只需松開螺栓將蓋板繞銷軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，由吊鉤吊住，即可輕松進(jìn)入，而不必將其取下以節(jié)約維修時(shí)間。查得該人孔的有關(guān)數(shù)據(jù)如下: 表4.1 水平吊蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔(突面)標(biāo)準(zhǔn)尺寸(mm) 公稱 壓力 MPa 公稱直徑 dWS D D1 b b1 b2 A H1 H2 d0 2.5 400 42612 620 550 40 38 40 355 300 208 36 該水平吊蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔的標(biāo)記為：HG20593-95 人孔R(shí)F Ⅴ（A?G）400-2.5 其中RF指突面密封，Ⅴ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，400-2.5是指公稱直徑為400mm、公稱壓力為2.5 Mpa。 表4.2 人孔PN2.5DN400(HG20593-95)明細(xì)表 件號(hào) 標(biāo)準(zhǔn)號(hào) 名稱 數(shù)量 材料 尺寸/mm 1 筒節(jié) 1 16MnR dWS=42612，H1=300 2 HGJ52-91 法蘭 1 16Mn(鍛件) 3 HGJ69-91 墊片 1 石棉橡膠板 δ=3(代號(hào)A?XB350) 4 HGJ63-91 法蘭蓋 1 16MnR b1=38， b2=40 5 HGJ75-91P 螺柱 20 35 M272150 6 螺母 40 25 M33 7 吊環(huán) 1 Q235-A.F 8 轉(zhuǎn)臂 1 Q235-A.F d0=36 9 GB95-85 墊圈20 1 100HV 10 GB41-88 螺母M20 2 4級(jí) 11 吊鉤 1 Q235-A.F 12 環(huán) 1 Q235-A.F 13 無縫鋼管 1 20 14 支承板 1 16MnR 4.2開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算 在開孔或安裝接管處一般采取相應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)措施。容器開孔后，在空附近的局部地區(qū)，應(yīng)力會(huì)達(dá)到很大的數(shù)值。這種局部的應(yīng)力增長(zhǎng)現(xiàn)象叫做“應(yīng)力集中”。在應(yīng)力集中區(qū)域的最大應(yīng)力值，稱為“應(yīng)力峰值”，通常用表示。 引起開孔附近應(yīng)力集中現(xiàn)象的基本原因是結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞。在開孔處，殼體和接管的變形不一致。為了使二者在連接之后的變形協(xié)調(diào)一致，連接處便產(chǎn)生了附加內(nèi)力，主要是附加彎矩。由此產(chǎn)生的附加彎曲應(yīng)力，便形成了連接處局部地區(qū)的應(yīng)力集中。 補(bǔ)強(qiáng)的形式有：（1）內(nèi)加強(qiáng)平齊接管；（2）外加強(qiáng)平齊接管；（3）對(duì)稱加強(qiáng)凸出接管；（4）密集補(bǔ)強(qiáng)。 由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管，故不能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)。由表4.1知本設(shè)計(jì)所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑di＝400mm，壁厚。 內(nèi)徑D1=400+2（1+0.8）=403.6mm。 開孔補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)計(jì)算參數(shù)如下： 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積A 對(duì)于圓筒，殼體開口出的計(jì)算厚度為： 開孔直徑。由于接管材料與殼體材料都為16MnR，故fr=1，內(nèi)壓容器的圓筒開孔后所需的補(bǔ)強(qiáng)面積為： (4.1) 式中 d——開孔直徑，圓形孔取接管內(nèi)直徑加兩倍壁厚附加量，mm； δ——?dú)んw開孔處的計(jì)算厚度，mm； ——接管有效厚度，mm； fr——強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比值。 代入數(shù)據(jù)得：開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 (2) 有效寬度B 二者中取較大值B=807.2mm。 (3) 有效高度 ①外側(cè)高度h1 二者中取較小值h1=63.53mm ②內(nèi)側(cè)高度h2 二者中取較小值h2=0mm。 (4) 補(bǔ)強(qiáng)面積 在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，可作為補(bǔ)強(qiáng)的截面積按下式計(jì)算 (4.2) 式中 ——補(bǔ)強(qiáng)面積,； ——?dú)んw有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積[按式(4.3)]，； ——接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積[按式(4.4)]，； ——焊縫金屬截面積，。 計(jì)算： (4.3) 其中接管有效厚度為，故 (4.4) 其中接管計(jì)算厚為 故 焊縫金屬截面積，故補(bǔ)強(qiáng)面積為 由于，故開孔需另加補(bǔ)強(qiáng)，其另加補(bǔ)強(qiáng)面積為 (5) 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度δ 圓整后取，補(bǔ)強(qiáng)材料與殼體材料相同為16MnR。 5、選擇鞍座并核算承載能力 選擇鞍座時(shí)應(yīng)該考慮容器的質(zhì)量、介質(zhì)的質(zhì)量以及其他附件的質(zhì)量，計(jì)算三者的總質(zhì)量，并根據(jù)總質(zhì)量選擇符合相應(yīng)承載的鞍座。 5.1罐體質(zhì)量W1 筒體質(zhì)量：公稱直徑Di=2400 mm，壁厚δ=12 mm的筒體，查表(《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，天津大學(xué)出版社,附表4)得每米質(zhì)量是，所以 封頭質(zhì)量：公稱直徑D=2400 mm，壁厚δ=9.62mm，直邊高度h0=40mm的橢圓形封頭，查表(《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，天津大學(xué)出版社，附表6)得其質(zhì)量，所以 5.2 液氨質(zhì)量W2 (5.1) 式中:——裝量系數(shù)，取0.9；(《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定：介質(zhì)為液化氣體的固定式壓力容器，裝量系數(shù)一般取0.9) V——貯罐容積，； ρ——液氨的密度，在-20℃時(shí)液氨的密度為665kg/。 于是 5.3其他附件質(zhì)量W3 人孔約重194kg，其它接口管的總重約200kg。于是W3=394kg。 5.4設(shè)備總質(zhì)量W W=W1+W2+W3=5520+10773+394=16687kg 5.5鞍座的選擇 每個(gè)鞍座承受的負(fù)荷為 根據(jù)鞍座承受的負(fù)荷，查表(《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》，大連理工大學(xué)出版社，附錄16)可知，選擇輕型(A)帶墊板，包角為120的鞍座。即JB/T4712-92 鞍座A3000-F，JB/T4712-92 鞍座A3000-S。其標(biāo)準(zhǔn)尺寸如下： 表5.1 A型鞍座標(biāo)準(zhǔn)尺寸(mm) 公稱直徑DN 允許載荷/kN 鞍座高度h 底板 腹板 筋板 墊板 螺栓連接尺寸 l1 b1 δ1 δ2 l3 b2 b3 δ3 弧長(zhǎng) b4 δ4 e 間距l(xiāng)2 螺孔 d 螺紋M 孔長(zhǎng)l 2400 435 250 1720 240 14 10 265 208 290 8 2800 500 10 100 1520 24 M20 40 安放位置： 筒體長(zhǎng)度 式中A——鞍座與封頭切線之間的距離，mm； L1——兩鞍座間距，mm。 由于筒體L/D較大，且鞍座所在平面又無加強(qiáng)圈，取 6.選擇液面計(jì) 液面計(jì)是用以指示容器內(nèi)物料液面的裝置，其類型很多，大體上可分為四類，有玻璃板液面計(jì)、玻璃管液面計(jì)、磁性液位計(jì)和用于低溫設(shè)備的防霜液面計(jì)。在中低壓容器中常用前兩種。玻璃板液面計(jì)有透光式玻璃板液面計(jì)（T型）、反射式玻璃板液面計(jì)（R型）和試鏡式玻璃板液面計(jì)（S型）三種結(jié)構(gòu)，其適用溫度一般在0～250℃。但透光式適用工作壓力較反射式高，試鏡式工作壓力最小。玻璃管液面計(jì)適用工作壓力小于2.5MPa，介質(zhì)溫度在0～250℃的范圍。對(duì)于承壓設(shè)備，一般都是將液面計(jì)通過法蘭、活接頭或螺紋接頭與設(shè)備連接在一起，分別用于不同型式的液面計(jì)。所以在此選用玻璃管G型，公稱壓力1.70MPa，液面計(jì)主體材料16Mn，結(jié)構(gòu)形式：W:保溫型，排污口一律配螺塞，公稱長(zhǎng)度L=1400mm，帶頸平焊突面管法蘭（HG20594-97)。液面計(jì)標(biāo)記為液面計(jì)AG1.7-IW-1400。 7、選配工藝接管 7.1液氨進(jìn)料管 進(jìn)料管采用φ895mm的無縫鋼管，鋼管一端切成45,伸入儲(chǔ)罐少許，管長(zhǎng)400mm，配用突面板式平焊法蘭 HG 20593法蘭 PL 80-1.7 RF 16MnR,不需補(bǔ)強(qiáng)。 7.2液氨出料管 在化工生產(chǎn)中，需要將液體介質(zhì)運(yùn)送到與容器平行的或較高的設(shè)備中去，并且獲得純凈無雜質(zhì)的物料。故采用可拆的壓出管，將它用法蘭固定在接口管內(nèi)。 罐體的接口管法蘭采用HG20593 法蘭 PL 65-1.6 RF 16MnR。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HG20593 法蘭 PL 65-1.6 RF 16MnR相同，但其內(nèi)徑為57mm。 液氨壓出管的端部法蘭采用HG 20593 法蘭 PL 50-1.6RF 16MnR。這些小管都不必補(bǔ)強(qiáng)。壓出管伸入貯罐2100mm。 7.3排污管 貯罐右端最底部安設(shè)一個(gè)排污管，管子規(guī)格：，管端焊有一與截止閥J41W-16相配的管法蘭HG 20593法蘭 PL 50-1.6 RF 16MnR。 7.4安全閥接口管 安全閥在系統(tǒng)中起安全保護(hù)作用。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過規(guī)定值，安全閥打開，將系統(tǒng)中得一部分氣體排出罐體，使系統(tǒng)壓力不超過允許值，從而保證系統(tǒng)不因壓力過高而發(fā)生事故。 本設(shè)計(jì)采用無縫鋼管，法蘭為HG20593 法蘭 PL 32-1.6 RF 16MnR。 7.5液面計(jì)接口管 本貯罐采用透光式玻璃管液面計(jì)AG 1.6-IW-1400 兩支。與液面計(jì)相配的接管尺寸為, 與液面計(jì)接口管相配的法蘭型號(hào)為 HG 20593-97 法蘭 PL10-1.6 RF 16MnR。 7.6放空管接管口 為了在注入液體時(shí)，將容器內(nèi)的空氣排到罐體外以便能順利快速地注入，需安設(shè)一放空管。采用無縫鋼管，法蘭為HG20593 法蘭 PL30-1.6 RF 16MnR。 8、參數(shù)校核 8.1筒體軸向應(yīng)力校核 8.1.1筒體軸向彎矩計(jì)算 （1）筒體中間處截面的彎矩用下式計(jì)算 (8-1) 式中 F——鞍座反力，N； Rm——橢圓封頭長(zhǎng)軸外半徑，mm； L——兩封頭切線之間的距離，mm； A——鞍座與筒體一端的距離，mm； hi——封頭短軸內(nèi)半徑，mm。 其中，。所以 （2）支座處截面上的彎矩 (8-2) 故： 8.1.2筒體軸向應(yīng)力計(jì)算 由《化工機(jī)械工程手冊(cè)》（上卷）得K1=K2=1.0。因?yàn)棣騇1︱＞＞︱M2︱，且A＜Rm/2=603.5mm，故最大軸向應(yīng)力出現(xiàn)在跨中面，校核跨中面應(yīng)力。 （1）由彎矩引起的軸向應(yīng)力 ①筒體中間截面上最高點(diǎn)處： (8-3) 所以 最低點(diǎn)處：。 ②鞍座截面處最高點(diǎn)處： 最低點(diǎn)處： （2）由設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力 由 (8-4) 所以 （3）軸向應(yīng)力組合與校核 最大軸向拉應(yīng)力出現(xiàn)在筒體中間截面最低處，所以，許用軸向拉壓應(yīng)力，而合格。 最大軸向壓應(yīng)力出現(xiàn)在充滿水時(shí)，在筒體中間截面最高處，，軸向許用應(yīng)力： ， 根據(jù)A值查外壓容器設(shè)計(jì)的材料溫度線圖得B=150MPa，取許用壓縮應(yīng)力[σ]ac=150MPa，︱σ1︱＜[σ]ac，合格。 8.2筒體和封頭切向應(yīng)力校核 因筒體被封頭加強(qiáng)，筒體和封頭中的切向剪應(yīng)力分別按下列計(jì)算： （1）筒體切向應(yīng)力計(jì)算 由《化工機(jī)械工程手冊(cè)》（上卷）查得K3=0.880，K4=0.401。所以 封頭切向應(yīng)力計(jì)算 因,所以合格。 8.3筒體環(huán)向應(yīng)力的計(jì)算和校核 8.3.1環(huán)向應(yīng)力的計(jì)算 （1）在鞍座處橫截面最低點(diǎn) (8-5) 式中 b2——筒體的有效寬度，mm。 由《化工機(jī)械工程手冊(cè)》（上卷）查得，K5=0.7603，K6=0.0132。式中k=0.1，考慮容器焊在鞍座上 (8-6) 式中 b——鞍座軸向?qū)挾?，mm。 所以 所以 （2）鞍座邊角處軸向應(yīng)力 因?yàn)長(zhǎng)/Rm=3000/1207=2.49＜8,且 (8-7) 所以 8.3.2環(huán)向應(yīng)力的校核 ，合格。 ，合格。 8.4鞍座有效斷面平均壓力 鞍座承受的水平分力 (8-8) 由《化工機(jī)械工程手冊(cè)》（上卷）查得，K9=0.204。 所以。 鞍座有效斷面平均應(yīng)力 (8-9) 式中 Hs——鞍座的計(jì)算高度，mm； b0——鞍座的腹板厚度，mm。 其中Hs取鞍座實(shí)際高度（H=250mm）和Rm/3=1207/3=402.33mm中的最小值，即Hs=250mm。腹板厚度b0=δ2-C1=10-0.8=9.2mm。 所以 應(yīng)力校核，式中[σ]sa=140MPa，鞍座材料Q235—AF的許用應(yīng)力。 9.設(shè)計(jì)匯總 （1）本設(shè)備按GB 150—1998《鋼制壓力容器》和HG 20584-1998《鋼制化工容器制造技術(shù)要求》進(jìn)行制造、校驗(yàn)和驗(yàn)收，并接受國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的監(jiān)督； （2）焊接采用電弧焊，焊條型號(hào)E4303,16MnR間為J507,16MnR與碳鋼間為J427，埋弧焊漢斯牌號(hào)為H10Mn2焊劑牌號(hào)為HJ431； （3）焊接接頭型式及尺寸除圖中注明外，按HG 20583的規(guī)定，不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的接管與筒體的焊接接頭為G2，角焊縫的焊角尺寸按較薄板的厚度，法蘭的焊接按相應(yīng)法蘭標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定； （4）設(shè)備筒體的A、B類焊接接頭應(yīng)進(jìn)行無損檢測(cè)，檢測(cè)長(zhǎng)達(dá)度為100％，涉嫌檢測(cè)不低于JB 4730-94RTⅡ?yàn)楹细瘢疑渚€照相質(zhì)量不低于AB級(jí)； （5）設(shè)備制造完畢后，以2.13MPa的表壓進(jìn)行水壓試驗(yàn)； （6）焊接工作全部結(jié)束后，爐內(nèi)整體進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理； （7）設(shè)備檢驗(yàn)合格后，外表面整體除銹涂紅丹防銹漆、灰漆各兩道；運(yùn)輸和包裝按JB/T4711-2003《壓力容器涂敷與運(yùn)輸包裝》的規(guī)定； 技術(shù)特性 序號(hào) 名稱 指標(biāo) 序號(hào) 名稱 指標(biāo) 1 設(shè)計(jì)壓力 1.7MPa 4 介質(zhì) 液氨 2 工作溫度 ≤40℃ 5 容積 18m3 3 公稱直徑 2.4m 6 筒體長(zhǎng)度 3.00m 接管表 序號(hào) 公稱直徑 公稱壓力 接口法蘭標(biāo)準(zhǔn) 密封面形式 用途 a1-2 DN14 PN2.5 HG 20593 突面 液面計(jì)接管口 b1-2 DN14 PN2.5 HG 20593 突面 液面計(jì)接管口 c DN400 PN2.5 HG 20593 突面 人孔 d DN65 PN2.5 HG 20593 突面 出料口 e DN89 PN2.5 HG 20593 突面 進(jìn)料口 f DN32 PN2.5 HG 20593 突面 安全閥接管 g DN32 PN2.5 HG 20593 突面 放空口 h DN50 PN2.5 HG 20593 突面 排污口 10.結(jié)束語 通過本次課程設(shè)計(jì)，提高了我們組的查閱資料、綜合分析的能力，應(yīng)用了化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)的知識(shí)，將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，提高了基本設(shè)計(jì)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力，提高了使用知識(shí)的技能。 經(jīng)過半個(gè)學(xué)期的理論學(xué)習(xí)和兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，我們對(duì)《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》這門課的學(xué)習(xí)已經(jīng)接近了尾聲。在這期間我們學(xué)到了很多的東西，有學(xué)術(shù)方面的，也有做人方面的。在此，我們要特別感謝我們的任課教師----韓老師，感謝她對(duì)我們的教導(dǎo)。另外，對(duì)所有幫助過我們的同學(xué)們，表示衷心的感謝。 通過設(shè)計(jì)我們也對(duì)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)這門課程有了更深刻的認(rèn)識(shí)和了解，在這個(gè)過程中，我們不斷翻閱資料，客服困難，通過我們小組的團(tuán)結(jié)努力，最終圓滿完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 在課程設(shè)計(jì)的過程中，我們能把理論上的知識(shí)很好的用在了設(shè)計(jì)方面，我們感到很自豪也很高興，感謝韓老師，感謝您讓我們有這樣的實(shí)踐機(jī)會(huì)。也很感謝我們一起奮斗過的同學(xué)們，因?yàn)橛龅嚼щy的時(shí)候我們總是一起解決。 22 參考文獻(xiàn) [1]董大勤.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ).北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2009. 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