課程設(shè)計--液氨儲罐設(shè)計

1、<p>　　化工容器與設(shè)備課程設(shè)計</p><p>　?。玻埃保材辏翟拢保慈眨保溉?lt;/p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 設(shè)計參數(shù)的選擇4</p><p>　　1.3 設(shè)計壓力：4</p><p>　　1.4 設(shè)計溫度：4</p>

2、<p>　　1.5 主要元件材料的選擇：4</p><p>　　1.5.1 筒體材料的選擇：4</p><p>　　1.5.2 鞍座材料的選擇：4</p><p>　　1.5.3 地腳螺栓的材料選擇：4</p><p>　　第二章 設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計5</p><p>　　2.1 圓筒厚度的設(shè)計5

3、</p><p>　　2.1.1 計算壓力Pc：5</p><p>　　2.1.2 計算厚度：5</p><p>　　2.2 封頭厚度的設(shè)計6</p><p>　　2.2.1 封頭的設(shè)計厚度6</p><p>　　2.2.2 有效厚度6</p><p>　　2.3 筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計

4、6</p><p>　　2.4 容積的計算7</p><p>　　2.5 鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計7</p><p>　　2.5.1 估算鞍座的負荷：7</p><p>　　2.5.2 支座反力8</p><p>　　2.5.3 鞍座選擇8</p><p>　　2.6 人孔的選擇9<

5、;/p><p>　　2.7 接管、法蘭、墊片和螺栓的選擇9</p><p>　　2.7.1 接管和法蘭9</p><p>　　2.7.2 墊片10</p><p>　　2.7.3 螺栓（螺柱）的選擇10</p><p>　　第三章 容器強度的校核10</p><p>　　3.1 水

6、壓試驗應(yīng)力校核10</p><p>　　3.2 筒體軸向彎矩計算11</p><p>　　3.2.1圓筒中間彎矩計算11</p><p>　　3.2.2 鞍座處橫截面的彎矩：12</p><p>　　3.3 筒體軸向應(yīng)力計算及校核12</p><p>　　3.3.1 圓筒中間橫截面上，由壓力及軸向彎矩引起的

7、軸向應(yīng)力13</p><p><b>　　最高點處：13</b></p><p>　　3.3.2 由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力13</p><p>　　3.3.3 水壓試驗狀態(tài)13</p><p>　　3.4 筒體軸向應(yīng)力校核13</p><p>　　3.5 筒體和封頭中的切向剪應(yīng)力計

8、算與校核14</p><p>　　3.6 筒體的周向應(yīng)力計算與校核14</p><p>　　3.6.1 鞍座在橫截面最低點處周向應(yīng)力14</p><p>　　3.6.2 鞍座角邊處的周向應(yīng)力15</p><p>　　3.7 鞍座應(yīng)力計算與校核15</p><p>　　3.7.1 腹板水平應(yīng)力及強度校核：15

9、</p><p>　　3.7.2 鞍座有效斷面應(yīng)力校核15</p><p>　　第四章 符號說明與參考文獻15</p><p><b>　　緒 論</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┰O(shè)計任務(wù)：</b></p><p>　　針對化工廠中常見的液氨儲罐，完成主體設(shè)備

10、的工藝設(shè)計和附屬設(shè)備的選型設(shè)計，繪制總裝配圖和零件圖，并編寫設(shè)計說明書。</p><p><b>　　（二）設(shè)計思想：</b></p><p>　　綜合運用所學(xué)的機械基礎(chǔ)課程知識，本著認真負責(zé)的態(tài)度，對儲罐進行設(shè)計。在設(shè)計過程中綜合考慮了經(jīng)濟性，實用性，安全可靠性。各項設(shè)計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設(shè)計有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進行設(shè)

11、計。</p><p><b>　　（三）設(shè)計特點：</b></p><p>　　容器的設(shè)計一般由筒體、封頭、法蘭、支座、接口管及人孔等組成。常、低壓化工設(shè)備通用零部件大都有標準，設(shè)計時可直接選用。本設(shè)計書主要介紹了液氨儲罐的筒體、封頭的設(shè)計計算，低壓通用零部件的選用。</p><p>　　各項設(shè)計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設(shè)

12、計有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進行設(shè)計。</p><p><b>　　設(shè)計參數(shù)的選擇</b></p><p><b>　　1.1、設(shè)計題目</b></p><p><b>　　液氨儲罐的設(shè)計</b></p><p><b>　　1.2、設(shè)計數(shù)據(jù)</b

13、></p><p><b>　　1、筒體內(nèi)徑：</b></p><p><b>　　2、計算壓力：</b></p><p><b>　　3、設(shè)計溫度</b></p><p><b>　　4、介質(zhì)密度： </b></p><p>

14、;　　5、塔體與裙座采用對接焊，塔體焊接接頭系數(shù)φ=0.85</p><p><b>　　1.3 設(shè)計壓力</b></p><p>　　設(shè)計壓力取最大工作壓力的1.1倍，即</p><p><b>　　1.4 設(shè)計溫度</b></p><p><b>　　設(shè)計溫度為40</b>

15、</p><p>　　1.5 主要元件材料的選擇</p><p>　　1.5.1 筒體材料的選擇</p><p>　　根據(jù)GB150-1998表4-1，選用筒體材料為低合金鋼16MnR（鋼材標準為GB6654）。16MnR適用范圍：用于介質(zhì)含有少量硫化物，具有一定腐蝕性,壁厚較大（）的壓力容器。</p><p>　　1.5.2 鞍座材料的選擇

16、</p><p>　　根據(jù)JB/T4731,鞍座選用材料為Q235-B，其許用應(yīng)力</p><p>　　1.5.3 地腳螺栓的材料選擇</p><p>　　根據(jù)HG 20652-1998 選擇Q235-B, 其許用應(yīng)力</p><p><b>　　設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　2.1

17、 圓筒厚度的設(shè)計</p><p>　　2.1.1 計算壓力Pc</p><p><b>　　計算壓力：</b></p><p><b>　　液柱靜壓力: </b></p><p><b>　　,</b></p><p>　　故液柱靜壓力可以忽略，即<

18、;/p><p>　　該容器需20%探傷，所以取其焊接系數(shù)為。</p><p>　　圓筒的厚度在6~16mm范圍內(nèi)，查GB150-1998中表4-1，可得：在設(shè)計溫度為40下，屈服極限強度， 許用應(yīng)力</p><p>　　2.1.2 計算厚度</p><p><b>　　利用中徑公式，</b></p><p

19、><b>　　計算厚度： </b></p><p>　　查標準HG20580-1998《鋼制化工容器設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)定》表7-1知，鋼板厚度負偏差為0.25mm，而有GB150-1998中3.5.5.1知，當鋼材的厚度負偏差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的6%時，負偏差可以忽略不計，故取。</p><p>　　查標準HG20580-1998《鋼制化工容器設(shè)計基礎(chǔ)

20、規(guī)定》表7-5知,在無特殊腐蝕情況下，腐蝕裕量不小于1。本例取=2</p><p><b>　　則筒體的設(shè)計厚度</b></p><p><b>　　圓整后，取名義厚度</b></p><p><b>　　筒體的有效厚度</b></p><p>　　2.2 封頭厚度的設(shè)計<

21、;/p><p>　　2.2.1 封頭的設(shè)計厚度</p><p>　　查標準JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》中表1，得公稱直徑</p><p>　　選用標準橢圓形封頭,型號代號為EHA，根據(jù)GB150-1998中橢圓形封頭計算中式7-1計算：</p><p>　　2.2.2 有效厚度</p><p><

22、b>　　同上，取，。</b></p><p><b>　　封頭的設(shè)計厚度：</b></p><p>　　圓整后，取封頭的名義厚度 ，有效厚度</p><p><b>　　封頭型記做 </b></p><p>　　2.3 筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>

23、　　2.3.1 筒體的結(jié)構(gòu)設(shè)計：</p><p>　　儲罐可分為立式儲罐、臥式儲罐和球式儲罐。在本設(shè)計中由于設(shè)計體積較?。s為）且設(shè)計壓力較?。ǎ?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。</p><p&

24、gt;　　2.3.2 封頭的結(jié)構(gòu)尺寸：</p><p>　　查標準JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》中表B.1 EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積下表2：</p><p>　　表2 ：EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　2.4 容積的計

25、算</b></p><p><b>　　由表D.1:</b></p><p>　　一米高的容積的體積V為0.785/ </p><p>　　2.5 鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　2.5.1 估算鞍座的負荷</p><p>　　該臥式容器采用雙鞍式支座，材料選用Q235-B。&

26、lt;/p><p>　　估算鞍座的負荷： </p><p><b>　　儲罐總質(zhì)量</b></p><p><b>　　——筒體的質(zhì)量</b></p><p>　　——單個封頭的質(zhì)量：查標準JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》中表B.2

27、 EHA橢圓形封頭質(zhì)量，可知，</p><p><b>　　——充液質(zhì)量：， </b></p><p><b>　　故操作時：</b></p><p><b>　　液壓試驗時：</b></p><p>　　——附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為302kg，其他接管質(zhì)量總和估為200kg，即&

28、lt;/p><p><b>　　支座反力</b></p><p>　　2.5.2 支座反力</p><p><b>　　操作時： , </b></p><p><b>　　液壓試驗時：，</b></p><p>　　故操作時支座反力： </p>

29、<p>　　液壓試驗時支座反力： </p><p>　　2.5.3 鞍座選擇</p><p>　　由此查JB4712.1-2007容器支座，選取輕型，焊制為BI,包角為120，有墊板的鞍座。查JB4712.1-2007表6得鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下表3：</p><p>　　表3：鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸</p><p><b>　　

30、2.6 人孔的選擇</b></p><p>　　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。一般人孔有兩個手柄。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)和材料等諸多方面的因素。人孔的類型很多，選擇使用上有很大的靈活性。在此，考慮到人孔蓋直徑較大較重，可選用MFM型，A型蓋軸耳，公稱壓力為2.5MPa，公稱直徑為500mm

31、,H為280mm的回轉(zhuǎn)蓋對焊法蘭人孔。</p><p>　　2.7 接管、法蘭、墊片和螺栓的選擇</p><p>　　2.7.1 接管和法蘭</p><p>　　材料：容器接管一般應(yīng)采用無縫鋼管，所以液體進料口接管材料選擇無縫鋼管，采用無縫鋼管標準GB8163-87。材料為16MnR。</p><p>　　結(jié)構(gòu)：接管伸進設(shè)備內(nèi)切成45度，可

32、避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動，減少物料對壁的磨損與腐蝕。</p><p>　　接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考慮上述要求外，還需考慮焊接方法、焊接參數(shù)、加工條件、施焊位置等制造上的因素及運輸、安裝中的剛性要求。一般情況下，管壁厚不宜小于殼體壁厚的一半。否則，應(yīng)采用厚壁管或整體鍛件，以保證接管與殼體相焊部分厚度的匹配。</p><p>　　不需另行補強的條件：當殼體上的開孔滿足下述全部要求時，可不

33、另行補強。</p><p>　　設(shè)計壓力小于或等于。</p><p>　　兩相鄰開孔中心的距離應(yīng)不小于兩孔直徑之和的2倍。</p><p>　　接管公稱外徑小于或等于。</p><p>　　接管最小壁厚滿足以下要求。</p><p>　　表3.1 接管最小壁厚要求</p><p>　　因此熱

34、軋無縫鋼管的尺寸為。 鋼管理論重量為。取接管伸出長度為。</p><p>　　管法蘭的選擇：根據(jù)平焊法蘭適用的壓力范圍較低（）,選擇突面板式平焊管法蘭，標記為：HG20592-1997法蘭RF(A)80-2.5,其中D=190,管法蘭材料鋼號（標準號）:20（GB711）。根據(jù)（歐洲體系）鋼制管法蘭、墊片、墊片、緊固件選配表（HG20614-1997）選擇：墊片型式為石棉橡膠板墊片(尚無標準號)，密封面型式為突面

35、，密封面表面為密紋水線，緊固件型式為六角螺栓雙頭螺柱全螺紋螺柱。</p><p>　　在離筒體底以上處安裝容器出料管，容器內(nèi)的管以彎管靠近容器底，這種方式用于臥式容器。出料口的基本尺寸以及法蘭與進料口相同。</p><p>　　進出料接管滿足不另行補強的要求，所以不再另行補強。</p><p><b>　　2.7.2 墊片</b></p

36、><p>　　2.7.3 螺栓（螺柱）的選擇</p><p>　　根據(jù)GB/T 5781選用相應(yīng)六角頭螺母，根據(jù)GB/T 41 GB/T 6170選用六角螺母</p><p><b>　　容器強度的校核</b></p><p>　　3.1 水壓試驗應(yīng)力校核</p><p>　　3.1水壓試驗應(yīng)力校核

37、：</p><p><b>　　試驗壓力：</b></p><p><b>　　圓筒的薄膜應(yīng)力</b></p><p><b>　　合格</b></p><p>　　3.2 筒體軸向彎矩計算</p><p>　　3.2.1圓筒中間彎矩計算</p&g

38、t;<p>　　筒體中間處截面的彎矩用下式計算：</p><p>　　式中 ——鞍座反力，；</p><p>　　——橢圓封頭長軸外半徑，；</p><p>　　——兩封頭切線之間的距離，；</p><p>　　——鞍座與筒體一端的距離，；</p><p>　　——封頭短軸內(nèi)半徑，。</p>

39、<p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　工作時支座反力</b></p><p>　　壓力試驗時，圓筒中間處截面上的彎矩：</p><p>　　3.2.2 鞍座處橫截面的彎矩</p><p>　　壓力試驗時，鞍座處橫截面彎矩：</p><p&

40、gt;　　3.3 筒體軸向應(yīng)力計算及校核</p><p>　　3.3.1圓筒中間橫截面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力：</p><p><b>　　充滿水未加壓時： </b></p><p><b>　　加壓狀態(tài)時： </b></p><p>　　3.3.2由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力：&l

41、t;/p><p>　　因鞍座平面上，即筒體未被封頭加強，查JB/T 4731-2005表7-1可得K1=0.107，K2=0.192</p><p>　　充滿水未加壓時鞍座橫截面軸向應(yīng)力：</p><p>　　加壓狀態(tài)時鞍座橫截面軸向應(yīng)力：</p><p>　　3.3.3水壓試驗狀態(tài)：</p><p>　?。幔┏錆M水未加壓

42、時：</p><p><b>　　合格</b></p><p><b>　　b）加壓狀態(tài)時：</b></p><p><b>　　合格</b></p><p>　　3.4 筒體軸向應(yīng)力校核</p><p>　　因軸向許用臨界應(yīng)力由：</p>

43、<p><b>　　由直線內(nèi)插法：</b></p><p><b>　　合格</b></p><p>　　3.5 筒體和封頭中的切向剪應(yīng)力計算與校核</p><p>　　因，所以圓筒在鞍座平面上無加強圈，查JB/T4731-2005表7-2得，其最大剪應(yīng)力位于靠近鞍座邊角處</p><p&

44、gt;　　因圓筒 []=0.8 </p><p>　　故有 ， 故切向剪應(yīng)力校核合格</p><p>　　3.6 筒體的周向應(yīng)力計算與校核</p><p>　　3.6.1 鞍座在橫截面最低點處周向應(yīng)力</p><p>　　因為墊板的厚度6mm小于0.6倍的圓筒的厚度12mm,所以無墊板或者墊板不起作用，圓筒的有效寬度 ，當容器焊在支座上

45、時，取，查JB/4731-2005表7-3可得。因為，由內(nèi)差法得：</p><p>　　鞍座在橫截面最低點處周向應(yīng)力</p><p>　　3.6.2 鞍座角邊處的周向應(yīng)力</p><p>　　鞍座角邊處的周向應(yīng)力</p><p><b>　　周向應(yīng)力校核</b></p><p><b>

46、;　　故周向應(yīng)力合格</b></p><p>　　3.7 鞍座應(yīng)力計算與校核</p><p>　　3.7.1 腹板水平應(yīng)力及強度校核</p><p><b>　　由可得，水平分力</b></p><p>　　計算高度，鞍座腹板厚度</p><p>　　鞍座有效斷面平均應(yīng)力：</p

47、><p>　　3.7.2鞍座有效斷面應(yīng)力校核</p><p>　　—鞍座材料Q235-B的許用應(yīng)力</p><p>　　故鞍座有效斷面應(yīng)力校核合格。</p><p><b>　　符號說明與參考文獻</b></p><p><b>　　設(shè)計符號說明：</b></p>

48、<p><b>　　英文字母</b></p><p>　　———容器的設(shè)計壽命,;</p><p><b>　　———貯罐內(nèi)徑，;</b></p><p>　　———鋼板的許用應(yīng)力，</p><p>　　———液氨的飽和蒸汽壓，</p><p>　　———鋼板厚度負

49、偏差, ;</p><p>　　———介質(zhì)的腐蝕裕量, ;</p><p><b>　　希臘字母</b></p><p>　　———罐體計算厚度, ;</p><p>　　———罐體設(shè)計厚度, ;</p><p>　　———罐體的名義厚度, ;</p><p>　　———罐

50、體的有效厚度, ;</p><p><b>　　———圓整值，</b></p><p><b>　　———腐蝕速率，</b></p><p><b>　　———焊接接頭系數(shù)</b></p><p><b>　　主要參考資料：</b></p>

51、<p>　　1. 《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》第五版 刁與瑋 王立業(yè) 編著 2003.3；</p><p>　　2. 《化工單元過程與設(shè)備設(shè)計》匡國柱 史啟才 主編；</p><p>　　3.《化工制圖》華東化工學(xué)院制圖教研室編 人民教育出版社 1980；</p><p>　　4.《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》參考資料；</p><p>　　5

52、.《鋼制壓力容器》GB150-1998；</p><p>　　6.《鋼制塔式容器》JB4710-1992；</p><p>　　7. GB151-1999 《管殼式換熱器》1999年；</p><p>　　8.《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 1999年</p><p>　　另附液氨儲罐裝配圖（A1）</p>