化机基础课程设计要求及例题文档格式.docx
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1、罐体壁厚设计
本储罐选用16MnR制作筒体与封头。
罐体计算厚度根据参考书[1]（4-4）式：
式中δ—圆筒计算厚度,mm；
pc—计算压力,MPa；
Di—圆筒内直径,mm；
[σ]t—圆筒材料设计温度下的许用应力,MPa；
φ—圆筒的焊接接头系数。
由于本储罐在夏季最高温度可达42℃这时氨的饱和蒸气压为1.56MPa（绝对压力）故取pc=1.6MPa；
[σ]t=163MPa（参考书[1]表4-3钢板许用应力）
φ=0.85（双面焊对接接头，局部探伤，参考书[1]表4-4焊接接头系数）
C2=1mm（按参考书[1]表4-6腐蚀裕量）
C1=0.8mm（按参考书[1]表4-5钢板的厚度负偏差）
于是
设计壁厚δd根据参考书[2]（8-2）式
名义厚度δn根据参考书[2]（8-3）式
即选用18mm钢板制作罐体。
2、封头壁厚设计
采用标准椭圆形封头，理论分析证明，此时椭圆形封头的应力分布较好，且封头的壁厚与相连接的筒体壁厚大致相等，便于焊接，经济合理。
封头计算厚度根据参考书[1]（4-12）式：
式中 φ＝0.85（钢板最大宽度为3m，该贮罐直径为2.6m，故封头需将钢板并焊后冲压）；
其它符号如前。
考虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量，取δn＝18mm厚的16MnR钢板制作封头。
其标记为：
椭圆封头DN2600×
18JB/T4737-95
按[2]表8-12取该封头的直边高度为h=40mm；
由[3]附录2得曲面高度为h1=650mm。
根据GB150—1998国标规定：
标准椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内经的0.15%，则计算封头的有效厚度
显然
，满足要求。
3、支座选型
（1）确定支座形式
根据容器公称直径DN=2600mm按参考书[2]表13-1鞍座的形式，选用标准鞍式支座两个，即:
JB/T4712-92,鞍座A2600-F
JB/T4712-92,鞍座A2600-S。
查表13-4得每个支座的允许载荷Q为442KN。
（2）校核支座强度
设每个支座的实际最大载荷为
，储罐总质量为m。
计算储罐总的质量m=m1+m2+m3+m4Kg
式中:
m1-罐体质量
m2-封头质量
m3-罐内充满水的质量（因液氨密度小于水的密度）
m4-附件质量
①计算罐体质量m1由参考书[3]附录1查得DN=2600mm，δn=18的筒节，每米质量是1160Kg/m，所以m1=1160×
4.8=5568Kg
②计算封头质量m2由参考书[2]附录2查得DN=2600mm，δn=18，直边高度为40mm标准椭圆形封头，每米质量是1100Kg/m，所以m2=2×
1100=2200Kg
③计算罐内充满水的质量m3
m3=Vρ=（V封+V筒）ρ=（2×
2.51+4.8×
5.309）1000=30500Kg
④计算附件质量m4由参考书[2]附录5查得PN=1.6Mpa，DN=450mm的水平吊盖人孔，其质量为181Kg。
其它质量总和取300Kg。
则m4=181+300=481Kg。
设备总质量为m=5568+2200+30500+481≈39000Kg
则每个支座的实际最大载荷
=mg/2=39000×
9.8/2=191.3KN
即；
=191＜Q
故所选鞍座合适。
鞍座A2600-F（S）的结构及尺寸见附图2所示。
4、人孔选用及补强措施
（1）人孔选用
根据储罐的设计压力及操作温度，人孔标准应按公称压力为1.6MPa的等级选用。
从参考书[3]人孔类型系列标准选得，人孔形式为水平吊盖式人孔，工程直径选为450mm,密封压紧面采用凸凹面。
人孔标记为：
人孔MFMⅧ（A•••G）450-1.6HG21524-95
由人孔标准查得的水平吊盖人孔的结构及尺寸见附图3。
（2）补强措施
①补强及其结构的确定
a.补强判断
根据GB150-1998《钢制压力容器》的规定，壳体开孔满足下述全部要求时，可不另行补强：
设计压力小于或等于2.5MPa；
两相邻开孔中心距应不小于两孔直径之和的两倍；
接管公称外径小于或等于89mm；
接管最小壁厚满足下表要求。
接管公
称外径
25
32
38
45
48
57
65
76
89
最小壁厚
3.5
4.0
5.0
6.0
由于人孔的直径超出了国标规定的不另行补强的最大开孔直径89mm，所以应采取补强措施。
b.补强结构
补强圈（JB/T4736—2002）贴焊在壳体与接管连接处，结构简单、制造方便，使用经验丰富，一般用在静载、中温、中低压等场合。
根据GB150-1998《钢制压力容器》的规定，采用补强圈结构时，应满足下列条件：
Ⅰ.钢材的标准抗拉强度下限值σb≤540MPa；
Ⅱ.补强圈厚度小于或等于1.5δn；
Ⅲ.壳体名义厚度δn≤38mm。
该开孔满足补强圈的使用要求，因此选用补强圈补强结构。
②补强形式及补强面积的计算
a.选用外加强平齐接管形式，如下图。
b.补强计算
Ⅰ.确定设计参数
由前面设计可知：
壳体:
Pc=2.5MPa；
Di=2600mm；
φ=0.85；
C=1+0.8=1.8mm；
[σ]t=163MPa；
δ=15.1mm，δn=18mm，δe=18-2.3=15.7mm.
人孔接管（筒节）：
dw×
δ=480×
10，H1=300mm，H2=0（内平齐接管），di=460mm，δn=10mm，δe=10-1.8=8.2mm，材料与壳体相同。
开孔直径d=di+2C=460+2×
1.8=463.6mm
Ⅱ.开孔所需补强面积：
Ⅲ.有效补强范围
取B=2d=2×
463.6=927.2mm
有效高度:
取
取h2=0
Ⅳ.有效补强面积
壳体多余面积A1
接管多余面积A2
补强区焊缝面积（焊脚取10mm）A3
有效补强面积：
e.需另加补强面积A4为
③补强圈设计
补强外径D2应不大于有效宽度B=927.2mm，参考补强圈（JB/T4736—2002）取D2=760mm，内径取D1=484mm，补强圈厚度δb为：
为便于备材，选用与封头厚度相同的材料制作补强圈，即：
满足补强要求。
该补强圈的标记为：
JB/T4736—2002补强圈φ840/φ484δ=18
5.接口管及其法兰的确定
本储罐设有一下接管：
（1）液氨进料管采用φ57×
3.5的无缝钢管。
进料管法兰采用具有平面密封的带颈平焊钢制管法兰。
标记为：
HG20592—97法兰SO50—1.6RF16Mn
（2）液氨出料管采用可拆的压出管φ25×
3，将它用法兰固定在接口管法兰（HG20592—97法兰RF20—1.616Mn）上。
压出管伸入储罐2.5m。
压出管外伸的端部法兰（与液氨输送管相连）采用：
HG20592—97法兰RF20—1.616Mn
（3）排污管储罐右端最底部设一个排污管，规格为φ57×
3.5。
管端焊有与截止阀JIW—1.6相配的管法兰。
（4）液面计接管本储罐采用玻璃液面计AIWPN1.6，L=1000，HG5—226—65—10两支。
其他接管尺寸见附图表4所示。
6、压力试验校核
（1）压力试验方法的确定
验证容器在超工作压力的条件下，器壁焊缝的强度、焊缝的致密性和容器密封结构的可靠性，及时发现钢材、制造或检验过程中的缺陷。
容器经过压力试验合格后才能投入生产运行。
压力试验的种类一般有液压和气压试验两种。
一般是在全部焊接工作完成并经热处理之后进行。
由于水压试验操作方便，因此一般的压力试验均采用液压试验。
液压试验的方法是首先液压试验时，设备充满液体（水），水温不能过低（碳素钢、16MnR不低于5℃，其它低合金钢不低于15℃），外壳应保持干燥。
其次待壁温大致相等时，缓慢升压到规定试验压力，稳压30min，然后将压力降低到设计压力，保持足够时间以检查有无损坏、宏观变形、泄漏及微量渗透等。
水压试验后及时排水，并用压缩空气等将容器内表面吹干。
（2）校核罐体水压试验强度根据参考书[1]式（4-9）：
由于容器承受的压力pT高于设计压力p，为了安全需进行强度效核，应力校核的要求是：
容器壁产生的最大应力不超过所用材料在试验温度时屈服极限的90%（液压试验）或80%（气压试验），即：
式中：
σs=345MPa查[1]表4-3钢板屈服应力。
于是：
即
水压试验满足强度要求。
7、参考书
（1）刁玉伟主编.化工设备机械基础.大连：
大连理工大学出版社.2002
（2）董大勤编.化工设备机械基础.北京：
化学工业出版社.2003
（3）魏崇光等编.化工工程制图（化工制图）.北京：
化学工业出版社.2000
（4）
2
附图1封头结构尺寸。
封头的直边高度为h=40mm；
曲面高度为h1=650mm。
附图2鞍座A2600-F（S）的结构及尺寸：
b4
附图3由人孔标准查得的水平吊盖人孔的结构及尺寸:
公称压力为1.6MPa，公称直径为450mm，如下图所示。
Dw×
S=480×
10，D=640mm，D1=585MM，A=365mm，H1=300mm，H2=201mm，b=38mm，b1=31mm，b2=36mm，d0=36mm，等，总质量：
181kg。
水平吊盖人孔零件的明细如表：
件号
标准号
名称
数量
材料
1
筒节
16MnR
HGJ75-91
螺栓M27
20
35
3
HGJ76-91
螺母M27
40
4
HGJ52-91
法兰
16Mn锻件
5
HGJ69-91
垫片
石棉橡胶板
6
HGJ63-91
法兰盖
7
把手
Q235-A·
F
8
轴销
9
GB91-86
销
低碳钢
10
GB95-85
垫圈20
100HV
11
盖轴耳
（1）A
12
法兰轴耳
（1）
13
法兰轴耳
（2）
14
盖轴耳
（2）
附图表4接口管尺寸。
主要接管及其法兰的部分尺寸如下表：
DN
管子dw×
δ
D
K
C
L
50
57×
165
125
18
400
32×
115
85
16
210
38×
140
100
200
15
18×
95
三、计算机绘图要求
化工设备机械基础课程设计图纸中应遵守以下标准：
1、文字书写
标题栏中文字除图名和设计单位用7号或10号字体外其余都用5号字体，字体应选用仿宋体或宋体。
图纸中尺寸字体一律用5号或3.5号。
图纸中文字叙述部分，如技术要求、技术特性、附注等内容一律应写成5号仿宋体或宋体，该部分标题如：
技术要求、技术特性等字要写成7号仿宋体或宋体。
装配图中的零件序号要排列整齐，字体比尺寸字体大一或两号。
按顺时针或逆时针排序。
文字样式要建立至少两个，名称应该使用中文容易识别的名称，推荐为：
尺寸、文本等。
2、线型绘制
机械图纸中线形按宽度分为粗、细两种，粗线形如粗实线等选择0.5mm。
细线形选择该图纸中粗线形宽度的0.25mm。
化工类图纸，如工艺流程图等，有三种宽度，推荐粗线形采用0.50mm，中粗线采用0.25mm，细线采用0.20mm。
3、图纸输出
图纸一般推荐用绘图机按图纸大小输出，打印完的图纸中的字体和线形应符合上述要求。
一般应尽量用黑白输出，不要彩色打印，以免因颜色影响图纸质量。
4、比例
图纸所采用比例应尽可能符合国家标准，特殊时也可以使用自定义标准（即国家标准中没有的比例）但必须标识清楚。
5、图层
图层推荐按国家CAD制图标准执行（CAD工程制图规则RuleofCADengineeringdrawingGB/T18229一2000）。
各个图层线形宽度按上述要求，各个图层颜色按国家CAD标准。
表1
图层名称
颜色
描述
粗实线
白色
可见轮廓线等
细实线
绿色
波浪线、细折线等
细点画线
红色
中心线等
细虚线
黄色
不可见的轮廓线等
尺寸
（青色）
尺寸线、尺寸数字等
文本
（白色）
技术要求等
细双点画线
粉红色
假想结构等
剖面线
（橙色）
粗点画线
棕色
注：
带（）符号的，不是国家标准定义的，是推荐使用的。
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