化工機械課程設計---液氨儲罐機械設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、緒論 ………………………………………………………………………………1</p><p>　　1．設計任務、設計思想、設計特點………………………………………………1</p><p>　　2．主要設計參數的確定記說明……………………………………………………1</p>

2、<p>　　二、材料及結構的選擇與論證 ………………………………………………………2</p><p>　　1．材料選擇與論證…………………………………………………………………2</p><p>　　2． 結構選擇與論證…………………………………………………………………3</p><p>　　(1) 封頭形式的確定 ……………………………………………………

3、………3</p><p>　　(2) 人孔的選擇 …………………………………………………………………3</p><p>　　(3) 法蘭的選擇 …………………………………………………………………3</p><p>　　(4) 液面計的選擇 ………………………………………………………………4</p><p>　　(5) 鞍式支座的選擇與確定 …

4、…………………………………………………4</p><p>　　三、設計計算 …………………………………………………………………………5</p><p>　　1.筒體厚度的計算 …………………………………………………………………5</p><p>　　2.封頭壁厚的計算 …………………………………………………………………5</p><p>　　

5、3.水壓試驗壓力及其強度的計算 …………………………………………………6</p><p>　　4.人孔的選擇及核算開孔補強 ……………………………………………………6</p><p>　　5.鞍座的選擇及核算承載能力 ……………………………………………………8</p><p>　　6.液位計的選擇 ……………………………………………………………………9</p&

6、gt;<p>　　7.選配工藝接管 ……………………………………………………………………9</p><p>　　四．設備總裝備圖（附錄）…………………………………………………………10</p><p>　　五．小結 ……………………………………………………………………………10</p><p>　　六．設計參考書目 …………………………………………

7、………………………10</p><p><b>　　液氨儲罐機械設計</b></p><p><b>　　符號說明</b></p><p>　　英文字母 希臘字母</p><p>　　Di———貯罐內徑，mm;

8、 δ———罐體計算厚度, mm;</p><p>　　[δ]t———鋼板的許用應力 MPa δd———罐體設計厚度, mm;</p><p>　　P———液氨的飽和蒸汽壓 MPa δn———罐體的名義厚度, mm;</p><p>　　C1———鋼板厚度負偏差, mm;

9、 δe———罐體的有效厚度, mm;</p><p>　　C2———介質的腐蝕裕量,mm; ———焊接接頭系數</p><p><b>　　一. 緒論</b></p><p>　　1. 設計任務、設計思想、設計特點</p><p><b>　?。?）設計任務</

10、b></p><p>　　按要求設計一壓力容器，液氨儲罐的公稱直徑為2000mm，罐體的公稱容積為15m3，制造地點：廣東省茂名市。</p><p><b>　?。?）設計思想</b></p><p>　　液氨儲罐通常由臥式圓柱形圓筒和兩端橢圓封頭組成，按照化學生產工藝的要求設置進料口，出料口，放空口，排污口，壓力表，安全閥和液面計等，為

11、了檢修方便開設人孔，用鞍式支座支撐于混凝土基座上。</p><p>　　綜合運用化工過程設備機械基礎及所學的知識，聯系實際，進而鞏固加深和發(fā)展所學的知識，提高分析實際問題和解決問題的能力。</p><p><b>　?。?）設計特點</b></p><p>　　本設計的液料為液氨，它是一種無色液體。氨作為一種重要的化工原料，應用廣泛。分子式NH

12、3，分子量17.03，相對密度0.7714g/L，熔點-77.7℃，沸點-33.35℃，自燃點651.11℃，蒸汽壓1013.08kPa(25.7℃)。蒸汽與空氣混合物爆炸極限16～25%(最易引燃濃度17%)。氨在20℃水中溶解度34%,25℃時,在無水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是許多元素和化合物的良好溶劑。水溶液呈堿性。液態(tài)氨將侵蝕某些塑料制品,橡膠和涂層。遇熱、明火,難以點燃而危險性較低; 但氨和

13、空氣混合物達到上述濃度范圍遇明火會燃燒和爆炸,如有油類或其它可燃性物質存在,則危險性更高。</p><p>　　液氨對鋼材的腐蝕作用很小，但是，至于室外的液氨儲罐，其工作溫度為環(huán)境溫度，其工作壓力為該環(huán)境溫度下的飽和蒸汽壓，隨著氣溫的變化，液氨儲罐的操作溫度和操作壓力也會變化，所以其材料的鋼材必須應能承受這種變化。</p><p>　?、?壁厚分類———薄壁容器</p>&l

14、t;p>　　工程上的容器外徑和內徑的比值K=D0/Di小于等于1.2的壓力容器稱為薄壁容器。</p><p>　?、?受壓狀況的分類——內壓容器</p><p>　　容器器壁承受的拉應力，通過強度條件計算壁厚。</p><p>　?、?安裝方式分類——臥式容器</p><p>　　在自重和內部充滿液體等載荷作用下在殼體一些特殊部位產生各

15、種局部應力，加以考慮。</p><p>　　④ 容器工作溫度的確定——常溫容器</p><p>　　設計溫度在－200C～2000C的壓力容器，根據本次設計的容器的工作溫度為－500C～500C，確定為常溫容器。</p><p>　?、?設計壓力的分類——中壓容器</p><p>　　壓力1.6MPa到10MPa的容器為中壓容器，本次設計的容

16、器工作的壓力為2.2MPa，設計壓力稍大于工作壓力，所以為中壓容器。</p><p>　　⑥ 容器在生產中的用途和分類——貯存容器</p><p>　?、?按《壓力容器安全技術監(jiān)察視程》分類——第二類容器</p><p>　　2.主要設計參數的確定和說明</p><p>　?。?）工作溫度的確定</p><p>　　貯

17、罐常至于室外，在夏天經過太陽的曝曬，溫度可達500C，所以工作溫度應低于500C</p><p>　　（2） 工作壓力的確定</p><p>　　表《液氨的飽和蒸汽壓和密度》</p><p>　　隨著氣溫的變化，罐內的氣壓也會改變。一般罐體的溫度最高可以達到500C,所以選用的設計溫度為500C。</p><p>　?。?）設計壓力的確定&l

18、t;/p><p>　　按《壓力容器安全監(jiān)督規(guī)程》規(guī)定液化氣體貯罐必須安裝安全閥，設計壓力可取最大操作壓力的1.05到1.1倍，設計溫度為500C，此時液氨的飽和蒸氣壓為2.03MPa，通過計算選擇貯罐的設計壓力為2.2MPa(表壓)。</p><p>　　設計溫度為50攝氏度，在-20～200℃條件下工作屬于常溫容器。</p><p>　　二 . 材料及結構的選擇與論證

19、</p><p><b>　　1.材料選擇與論證</b></p><p>　　材料：本貯罐選用16MnR制作罐體和封頭。</p><p>　　論證：按YB(T)40-87標準生產的鋼板的化學成分和力學性質</p><p>　　壓力容器用鋼板的化學成分（YB（T）40）/(％)</p><p>　　

20、壓力容器用鋼板力學性能和冷彎試驗（YB(T)40）</p><p><b>　?、?鋼板的耗用量</b></p><p>　　16MnR鋼板比20R鋼板略貴，但從耗用量及價格的綜合考慮，16MnR鋼板的用量較省，應采用16MnR鋼板為宜。</p><p><b>　?、?制造費用</b></p><p&

21、gt;　　16MnR鋼板，厚度較薄，質量較輕，且制造費用目前也按碳鋼設備重量同等，因此制造費用而言，16MnR也比較經濟。</p><p>　?、?根據工作環(huán)境的溫度范圍，可知儲罐的工作溫度大概在－500C～500C之間，而且工作壓力較高，根據《化工過程設備機械基礎》表5-3鋼制壓力容器中使用的鋼板許用應力中可以查得16MnR的各項工作指標都能滿足儲罐的工作要求，且16MnR加工比較容易。</p>

22、<p>　　2. 結構選擇與論證</p><p>　　(1) 封頭形式的確定</p><p>　　本液氨儲罐的封頭選用橢圓形封頭，橢圓封頭是由曲率半徑連續(xù)變化而成的，所以，封頭上的應力分布也是均勻變化的，他的受力狀態(tài)比蝶形封頭要好，雖不如半球封頭，但對各種封頭的強度和經濟合理性進行比較。</p><p>　　從鋼材耗用量考慮：球形封頭用量最少，比橢圓形封

23、頭節(jié)約25.8％，平板封頭的用量最多，是橢圓形封頭的4倍多。</p><p>　　從制造考慮：橢圓形封頭制造方便，平板封頭則因直徑和厚度較大，坯材的獲得、車削加工、焊接等方面都遇到不少困難，且封頭與筒體厚度相差懸殊，結構也不合理。</p><p>　　所以，從強度，結構和制造等方面綜合考慮，采用橢圓形風封頭最為合理。 </p><p>　　( 2) 人孔的選擇

24、</p><p>　　人孔已經標準化，按材料分為碳鋼人孔，低溫合金鋼，和不銹鋼人孔，根據液氨的工作環(huán)境考慮，臥式液氨儲罐常用碳鋼水平吊蓋人孔，這人孔方便使用，壓緊墊片可靠，開啟時人孔蓋懸掛于吊桿下，避免搬動交重的人孔蓋，碳鋼水平吊蓋人孔的尺寸，本儲罐選用公稱直徑為Dg450mm的人孔，保證了冬天檢修時，穿著棉衣的工人能順利進出。</p><p>　　根據貯罐是在常溫及最高壓力為2.2MPa

25、的條件下工作，人孔標準按公稱壓力為2.2MPa的選取。</p><p><b>　　(3) 法蘭形式</b></p><p>　　按照設計的口徑選擇各種工藝接管，進料管伸進罐內并在管端切成450斜口指向罐中央，防止物料沿著器壁流動，減少物料對器壁的磨損，物料壓出管也伸進罐內，離罐低約100mm，常制成可拆式接管。</p><p>　　安全閥和放

26、空閥設置在容器最高處，排污管應設置在容器的最低處，以利排放。按照儲罐的設計壓力和設計溫度選擇各個工藝接管的法蘭。</p><p>　　對于液面計法蘭圖（a），出料口法蘭，進料口法蘭，安全閥法蘭，放空閥法蘭和排污閥法蘭，其法蘭可以選擇使用突起密封面，兩個法蘭的密封面都是加工成突起的平臺，突起面上加工出螺旋形或同心圓形的溝槽，如同鋸齒，其作用式使墊片變形并壓住墊片。突起密封面制造簡單，在一般情況下密封的性能交好，比較

27、適宜液氨儲罐各小管法蘭。</p><p>　　(4) 液面計的選擇</p><p>　　液氨儲罐常用玻璃管液面計，液面計的玻璃管兩端裝在針形閥內，工作時開啟針形閥，清洗或檢修時關閉針形閥，在針形閥內裝有一個直徑為100mm的鋼球，當玻璃管發(fā)生斷裂的時候，鋼珠在內壓的作用下自動封閉針形閥，防止物料的泄漏，在上下針形閥的兩端，分別裝有放氣塞和流液塞。由于玻璃管的公稱長度為：500～1400mm

28、，所設計的儲罐的公稱直徑為2000mm，所以選用兩組液面計完成其工作。</p><p>　　(5) 鞍式支座的選擇</p><p>　　換熱器、貯罐等臥式容器的支座通常是已經標準化的鞍式支座，每一公稱直徑得鞍座規(guī)格有輕型（A型）和重型（B型）。立式容器支座中的耳式支座和支承式支座用于小型直立式設備，而裙式支座用于高大的設備。</p><p>　　所設計的液氨儲罐相對

29、較大，根據所設計的筒體的公稱直徑選擇，由液氨儲罐的總質量核算其承載能力，本儲罐選用帶加強墊版的A型鞍座一對，F型（地腳螺拴孔為圓形的固定支座）和S型（地腳螺拴孔為長圓形的活動支座）各一個。</p><p>　　為了利用封頭對筒體剛度的局部加強作用，鞍座離封頭的距離盡量不超過容器的直徑的1/4（A≤Ri/2），為了減小因物料自重引起的筒體器壁彎曲應力，鞍座離封頭的距離也不要超過筒體長的1/5（A≤0.2L），應用水

30、壓試驗時的罐體總重。</p><p><b>　　三 . 設計計算：</b></p><p>　　1.罐體壁厚的計算。</p><p>　　根據材料分析，選用16MnR制作筒體和封頭。</p><p>　　液氨儲罐是內壓容器，按公式計算出筒體的壁厚。</p><p>　　其中：為設計壓力，本儲罐

31、在夏季最高溫度可達500C，此時液氨的飽和蒸汽壓為2.03MPa（絕對壓力），所以P=2.2MPa</p><p>　　Di＝2000mm；</p><p><b>　　=170MPa；</b></p><p>　　=1.00 ①（雙面對接焊，100%無損探傷）；</p><p><b>　　則： <

32、/b></p><p><b>　　=11.84 mm</b></p><p>　　查得相應的負偏差，腐蝕裕量 </p><p>　　C=0.8+1=1.8mm</p><p><b>　　則： </b></p><p>　　=11.84＋1 =12.84mm<

33、;/p><p>　　根據及鋼板的厚度規(guī)格 </p><p>　　圓整后確定選用 =14mm厚的16MnR鋼板制作罐體。</p><p>　　2 .封頭厚度的設計：</p><p>　　本容器用標準橢圓封頭，厚度根據公式：</p><p>　　其中各數據跟罐體相同，=1.0（因為設計的儲罐的直徑為2000mm，鋼板的最大寬

34、度為3m，故封頭需將鋼板并焊后沖壓）</p><p>　　則： =13.98mm</p><p>　　圓整后取 =14mm</p><p>　　確定用 =14mm厚的16MnR鋼板制作封頭。</p><p>　　3. 校核罐體與封頭水壓試驗強度</p><p><b>　　根據公式 ⑤</b>&

35、lt;/p><p><b>　　取2.75MPa</b></p><p>　　式中：14－1.8 = 12.2mm</p><p><b>　　345MPa</b></p><p>　　則水壓試驗時的應力： </p><p><b>　　226.8MPa</b&g

36、t;</p><p>　　16MnR鋼制容器在常溫水壓試驗時的許可應力</p><p><b>　　MPa</b></p><p>　　可見：,所以罐體厚度滿足水壓試驗時的強度。</p><p>　　4 .選擇人孔并核算開孔補強。</p><p>　　人孔類型：從是否承壓來看有常壓人孔和承壓人孔。

37、從人孔所用法蘭類型來看，承壓人孔有板式平焊法蘭人孔、帶頸平焊法蘭人孔和帶頸對焊法蘭人孔，在人孔法蘭與人孔蓋之間的密封面，根據人孔承壓的高低、介質的性質，可以采用突面、凹凸面、榫槽面或環(huán)連接面。從人孔蓋的開啟方式及開啟后人孔蓋的所處位置看，人孔又可分為回轉蓋人孔、垂直吊蓋人孔和水平吊蓋人孔三種。</p><p>　　人孔的作用：為了檢查壓力容器在使用過程中是否產生裂紋、變形、腐蝕等缺陷。</p>&l

38、t;p>　　人孔的結構：既有承受壓力的筒節(jié)、端蓋、法蘭、密封墊片、緊固件等受壓元件，也有安置與啟閉端蓋所需要的軸、銷、耳、把手等非受壓件。</p><p>　　人孔標準HG21524-95規(guī)定PN≥1.0Mpa時只能用帶頸平焊法蘭人孔或帶頸對焊法蘭人孔。容器上開設人孔規(guī)定當Di>1000時至少設一個人孔，壓力容器上的開孔最好是圓形的，人孔公稱直徑最小尺寸為φ400㎜。</p><p

39、>　　綜合考慮選擇水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔（HG21524-95）,公稱壓力PN=2.5、公稱直徑DN=450、H1=320、RF型密封面、采用Ⅵ類20R材料、墊片采用外環(huán)材料為低碳鋼、金屬帶為0Cr19Ni9、非金屬帶為柔性石墨、C型纏繞墊。標記為：人孔RFⅥ（W·C-1220）450-2.5HG21524-95總質量為256kg.法蘭標準號為HGJ50～53-91,墊片標準號為HGJ69～72-91,法蘭蓋標準HGJ

40、61～65-91材料為20R，螺柱螺母標準HGJ75-91螺柱材料40Cr螺母材料45，吊環(huán)轉臂和材料Q235-A·F,墊圈標準為GB95-85材料100HV,螺母標準GB41-86，吊鉤和環(huán)材料Q235-A·F，無縫鋼管材料為20，支承板材料為20R。</p><p>　　查資料確定不另行補強的最大孔徑，不再焊封上開孔，不計焊封的筒體計算壁厚</p><p>　　=

41、=13.03mm</p><p>　　器壁厚度增強系數= =0.77不另行補強的最大孔徑為，即人孔需要另行補強外，其他各個工藝接管開孔都不需要補強。</p><p>　　考慮人孔補強，確定補強圈尺寸</p><p>　　由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管，所以不能直接選用補強圈標準，本設計所選用的人孔筒節(jié)內徑是450mm。壁厚12mm。</p><p

42、>　　由補強圈的標準查得補強圈的內徑D1=484mm，外徑D2=760mm </p><p>　　補強圈的厚度按公式計算：</p><p><b>　　=19.9mm</b></p><p>　　考慮到罐體與人孔筒節(jié)均有一定的壁厚裕量，故補強圈取18mm</p><p><b>　　5 .鞍座的選用。&

43、lt;/b></p><p>　　儲罐總質量＝罐體質量＋封頭質量＋裝滿水質量＋附件質量</p><p>　　即 m=m1+m2+m3+m4</p><p>　　(1)罐體的質量m1； ⑦</p><p>　　DN=2000mm，=14mm的筒節(jié)，每米的質量為q1=695kg/m</p&g

44、t;<p>　　查表得 封頭容積為1.18m3 筒體每米容積為3.142m3</p><p>　　即 V=V封+V筒 = 2×1.18+3.142×L=20 得L=5.61m</p><p>　　m1=q1L=6955.61=3901.9kg</p><p>　　(2)封頭的質量m2;</p><

45、;p>　　DN=2000mm，=14mm, 直邊高度 h=40mm的標準封頭，其質量=511kg</p><p>　　m2=2511=1022kg </p><p>　?。?）水壓試驗時水的質量m3;</p><p><b>　　m3=a</b></p><p>　　式中：a ---- 沖料系數，取0.7;<

46、/p><p>　　V ---- 儲罐容積， V=V封+V筒=20m3;</p><p>　　---- 液氨在-20℃時的密度，為665kg/m3.</p><p><b>　　m3=a</b></p><p>　　=0.7×20×665</p><p><b>　　=93

47、10kg</b></p><p>　　(4)附件的質量m4;</p><p>　　人孔的質量約為200kg，其他的連接管質量總和按300kg算，則： m4=500kg</p><p><b>　　設備總質量為：</b></p><p>　　m=m1+m2+m3+m4 = 3901.9+1022+93

48、10+500</p><p>　　=14733.9kg</p><p>　　每個鞍負荷 14733.9N=14.73kN</p><p>　　查表選用輕型帶墊板，包角為120°的鞍座：</p><p>　　JB/T4712－92 鞍座A2000－F ⑧</p><p>　　JB/T4712－92 鞍座A2

49、000－S 每個鞍負荷</p><p>　　14733.9N=14.73kN</p><p>　　查表選用輕型帶墊板，包角為120°的鞍座：</p><p>　　JB/T4712－92 鞍座A2000－F ⑧</p><p>　　JB/T4712－92 鞍座A2000－S</p><p>　　6. 液位計

50、的選擇。</p><p>　　液氨儲罐常用玻璃管液面計，由儲罐公稱直徑Di=2000mm選擇公稱長度為1000mm的液面計兩只，采用玻璃管液面計</p><p><b>　?。?）液氨出料管 </b></p><p>　　采用可拆的壓出管25×3mm ，將它套入罐體的固定接口管38×3.5mm內，并用一非標準法蘭固定在接口法

51、蘭上。</p><p>　　罐體的接口法蘭采用法蘭PN2.5 DN15 GB/9119-2000 。與該法蘭相配并焊接在壓出管的法蘭上，其連接尺寸和厚度跟管法蘭PN2.5 DN15 GB/9119-2000相同，但是內徑為25mm。</p><p><b>　?。?）排污管</b></p><p>　　貯罐右側最底部，安設排污管一個, 管子的規(guī)

52、格是48×4.0mm，管端焊有一與截止閥J41W-16相配的管法蘭取PN2.5 DN15 GB/9119-2000</p><p><b>　?。?）放空管接管</b></p><p>　　采用32×3.5mm無縫鋼管，管法蘭取PN2.5 DN15 GB/9119-2000</p><p><b>　　（5）壓力表

53、接管</b></p><p>　　采用32×3.5mm無縫鋼管，管法蘭取PN2.5 DN15 GB/9119-2000</p><p><b>　?。?）安全閥接管</b></p><p>　　采用32×3.5mm無縫鋼管，管法蘭取PN2.5 DN15 GB/9119-2000</p><p&

54、gt;<b>　?。?）液位計接管</b></p><p>　　采用18×3mm無縫鋼管，管法蘭為PN2.5 DN15 GB/9119-2000</p><p>　　四． 設備總裝備圖 ( 如附錄 ) </p><p><b>　　五．小結</b></p><p>　　課程設計剛剛開始的一

55、天，沒有什么設計經驗，有些手忙腳亂，不知從何入手。每一個數據都要從機械設計書上或者機械設計手冊上找到出處。這是一項急需耐心的工作。在設計的過程中碰到種種困難難以解決，不斷告訴自己，自己認識事物的知識慢慢的會隨著解決困難而不斷深入，不斷進步。抱著這個心理我一步步走了過來，最終完成了我的任務。關于這點，有一種說不出的成就感。</p><p>　　化工過程裝備機械基礎課程設計結束了，在這次實踐的過程中學到了一些除技能以

56、外的其他東西,領略到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質,更深切的體會到人與人之間的那種相互協調合作的機制,最重要的還是自己對一些問題的看法產生了良性的變化.在實習設計當中依靠與被依靠對我的觸及很大,有些人很有責任感,把這樣一種事情當成是自己的重要任務,并為之付出了很大的努力,不斷的思考自己所遇到的問題.而有些人則不以為然,總覺得自己的弱勢…..其實在生活中這樣的事情也是很多的,當我們面對很多問題的時候所采取的具體行動也是不同的,

57、這當然也會影響我們的結果.很多時候問題的出現所期待我們的是一種解決問題的心態(tài),而不是看我們過去的能力到底有多強,那是一種態(tài)度的端正和目的的明確,只有這樣把自己身置于具體的問題之中,我們才能更好的解決問題。在今后的學習中,一定要戒驕戒躁,態(tài)度端正,虛心認真….要永遠的記住一句話:態(tài)度決定一切！</p><p>　　課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設計使我明白了自己原

58、來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。 在這次課程設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。 我的心得也就這么多了，總之，不管學會的還是學不會的的確覺得

59、困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了！感謝課程設計拓展了我成長學習的空間！</p><p><b>　　六． 設計參考書目</b></p><p>　　《化工設備機械基礎》，湯善