化工设备机械基础课程设计汇编.docx

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化工设备机械基础课程设计汇编

化工设备机械基础课程设计

题目：

液氨储罐的机械设计

班级：

07080102

学号：

0708010209

姓名：

熊领领

指导老师：

崔岳峰

沈阳理工环境与化学工程学院

2010月11月

设计任务书

课题：

液氨储罐的机械设计

设计内容:

根据给定的工艺参数设计一个液氨储罐

已知工艺参数：

1最高使用温度：

T=50℃

2公称直径:

DN=2600mm

3筒体长度（不含封头）：

L0=3900mm

具体内容包括：

1：

筒体材料的选择

2：

罐的结构及尺寸

3罐的制造施工

4零部件型号及位置、接口

5相关校核及计算

设计人：

熊领领

学号：

0708010209

下达时间：

2010年11月19号

完成时间:

2010年12月20号

目录

1设计方案1

1.1设计依据1

1.2设计参数的确定1

1.3设计结果的确定2

2工艺计算3

2.1壁厚的设计3

2.1.1筒体壁厚设计3

2.1.2封头壁厚的设计3

2.1.3筒体与封头水压强度的校核4

2.2人孔的设计及补强的确定5

2.2.1人孔的选择5

2.2.2补强的确定5

2.3接口管的设计6

2.3.1液氨进料管的设计6

2.3.2液氨出料管的设计6

2.3.3放空管接管口的设计6

2.3.4液面计接口管的设计6

2.3.5排污管的设计6

2.3.6安全阀接口管的设计7

2.4鞍座的设计7

2.4.1罐体的质量7

2.4.2封头的质量7

2.4.3液氨的质量7

2.4.4附件的质量8

3参数的校核9

3.1筒体轴向应力的校核9

3.1.1筒体轴向弯矩计算9

3.1.2筒体轴向应力计算10

3.2筒体和封头切向应力的校核11

3.2.1筒体切向应力11

3.2.2封头切向应力校核11

3.3筒体环向应力的校核12

3.3.1轴向应力计算12

3.3.2轴向应力校核12

3.4鞍座有效断面平均压力12

4液氨贮罐设备图14

5设计汇总15

6总结16

参考文献17

1设计方案

1.1设计依据

本液氨贮罐属于中压容器，设计以“钢制压力容器”国家标准为依据，严格按照政府部门对压力安全监督的法规“压力容器安全技术监督教程”的规定进度进行设计。

以安全为前提，综合考虑质量保证的各个环节，尽可能做到经济合理，可靠的密封性，足够的安全寿命。

设计的主要步骤如下：

1）对设计中要用的各种设计参数进行计算和选取，以及根据制造容器的特殊要求选择材料。

2）利用计算公式对容器筒体和封头壁厚的设计，以及封头类型的选择。

3）根据鞍座承受的载荷而选用对称布置的双鞍座，再对容器进行各种应力分析和校核。

4）从连接的密闭性、强度等出发，标准选用各种法兰。

5）根据以上的容器设计计算，画出总的设备图。

1.2设计参数的确定

1）设计温度:

T=50℃

2）设计压力：

查《化工设备机械基础》（赵军，张有忱，段成红编，p132）本贮罐在最高使用温度下，氨的饱和蒸汽压为2.033Mpa（绝对压强），故取设计压力为p=1.10×（2.033－0.10133）=2.12Mpa（表压），原因是因为容器上装有安全阀时，可取1.05到1.11倍的最高工作压力作为设计压力，这里取最高设计压力为1.10倍。

液柱静压力为Pi=DN·ρ·g=2.6×562.90×9.81×10-6=0.0144Mpa＜5％p=0.106Mpa，所以静压力可忽略不计，可取计算压力pc=p=2.12Mpa

3）材料选择：

由操作条件分析，该容器属于中压、常温范畴。

在常温下材料的组织和力学性能没有明显变化。

根据《化工设备机械基础》（赵军，张有忱，段成红编，p125）表9—3钢板选用表，筒体和封头的材料选择钢号为16MnR的钢板，使用状态为热轧或正火（设计温度-40~475℃，钢板标准GB6654-1996）,接管材料选用10号钢管（许用应力：

［σ］=［σ］t=112Mpa）,法兰材料选择16Mn（锻），鞍座底板材料选用16MnR，鞍座其余材料选用Q235-AF。

4）钢板厚度负偏差：

由《化工设备机械基础》（赵军，张有忱，段成红编，p128）表9—10知钢板厚度在8.0~25mm时钢板负偏差C1=0.8mm。

5）腐蚀裕量：

根据《化工设备机械基础》（赵军，张有忱，段成红编，p128）知腐蚀余量有介质对材料的均匀腐蚀速率与容器的设计寿命决定。

腐蚀裕量C2=λ·n，其中λ为腐蚀速率；n为容器的设计寿命。

根据《腐蚀数据与选材手册》（左景伊，左禹编著P216）钢铁对于氨气和液氨有优良的腐蚀性，腐蚀率在0.1mm/a以下。

且设计贮罐为单面腐蚀，故取C2=2.0mm。

6）焊接头系数：

本次设计是液氨贮罐的机械设计。

氨属于中度毒性物质，又由于PV=2.12×2.62×π/4=47.25>10Mpa.m3,由《化工设备机械基础》（赵军，张有忱，段成红编，p99，p127表9—6）可知，该设备为中压储存容器，即为第三类压力容器。

要保证设备密封性能良好，故筒体焊接结构采用双面焊或相当于双面的全焊透的对接接头，且全部无损探伤的，故取焊接头系数φ=1.0。

7）许用应力：

对于本设计是用钢板卷焊的筒体以内径作为公称直径DN=D1=2600mm。

假设16MnR钢的厚度在16~36mm之间，根据《化工设备机械基础》（赵军，张有忱，段成红编，p125）表9—4，设计温度下钢板的许用应力［σ］t=163Mpa。

常温强度指标σb=490Mpa、σs=325Mpa。

1.3设计结果的确定

罐体：

采用16MnR钢板，DN=2600mm,L0=3900mm,dn=20mm

封头：

采用DN2600×20—16MnRJB/T4737

鞍座：

采用JB/T4712—92鞍座A2600—F

JB/T4712—92鞍座A2600—S

人孔：

采用HG21523—1995人孔RFⅣ（A·G）450—2.5

液氨进料管:

采用φ57mm×3.5mm无缝钢管

液氨出料管：

采用可拆的压出管φ25mm×3mm，将它与法兰套在接口管φ38mm×3.5mm内

排污管：

采用φ57mm×3.5mm的管子

液面计：

采用HG5—227—80AG2.5-I-1200P，L=1200mm两支

放空管接管：

采用φ32mm×3.5mm无缝钢管，法兰HG20592，法兰SO25—1.6RF16MnR

安全阀接管：

采用φ32mm×2.5mm无缝钢管，法兰HG20592，法兰SO25—1.6RF16MnR

2工艺计算

2.1壁厚的设计

2.1.1筒体壁厚设计

在GB-150-1998《钢制压力容器》中规定，将计算厚度与腐蚀余量作为设厚

度，即：

（2-1）

式中δd—设计厚度（mm）；

C2—腐蚀裕量（mm）；

Pc—圆筒的设计压力（Mpa）；

DN—圆筒的公称直径（mm）；

φ—焊接接头系数；

[σ]t—钢板在设计温度下的许用应力（Mpa）。

于是

=2.12×2600／（2×163×1.0－2.12）＋2.0=19.02mm

将设计厚度加上钢板负偏差后向上圆整到钢板的标准规格的厚度，即圆筒的名义厚度：

δn=δd＋C1＋Δ（2-2）

即δn=δd＋C1＋Δ=19.02＋0.8＋Δ=20mm。

圆整后取δn=20mm厚的16MnR钢板制作筒体。

有效厚度

δe=δn－C1－C2（2-3）

所以δe=δn－C1－C2=20－0.8－2.0=17.2mm

2.1.2封头壁厚的设计

由于椭圆封头厚度的筒体厚度的计算公式几乎一样，说明圆筒体采用标准椭圆封头，其封头厚度近似等于筒体厚度，这样筒体和封头可采用同样厚度的钢板来制造。

故采用标准椭圆型封头。

由《化工设备机械基础》（赵军，张有忱，段成红编，P134）表10—2知，当DN／2hi=2时，椭圆封头的形状系数K=1.00。

封头的设计厚度为：

（2-4）

即

=2.12×2600／

（2×163×1.0－0.5×2.12）＋2.0=18.96mm

考虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量，需圆整，封头的名义厚度仍利用公式（2.2）于是

δn=δd＋C1＋Δ=18.96＋0.8＋Δ=20mm。

圆整后取δn=20mm厚的16MnR钢板制作封头。

椭圆封头标记为：

椭圆封头DN2600×20—16MnRJB／T4737

封头的有效厚度由公式（2.3）计算，于是δe=δn－C1－C2=20－0.8－1.0=17.2mm

由《化工设备机械基础》（赵军，张有忱，段成红编，P134）表10—2查得标准椭圆封头的直边高度h0=50mm。

故两封头切线之间的距离为L=L0＋2h0=3900＋2×50=4000mm

2.1.3筒体与封头水压强度的校核

根据《化工机械基础》（陈国恒主编P162）公式

（2-5）

式中pt—试验压力（Mpa）；

δe—有效厚度（mm）；

σs—强度指标（Mpa）。

其中pt=1.25p=1.25×2.12=2.65Mpaδe=17.2mmσs=325Mpa

于是

=201.6MPa≤0.9σsφ=0.9×325×1.0

=292.5MPa

水压试验满足强度要求。

2.2人孔的设计及补强的确定

2.2.1人孔的选择

压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。

人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。

一般人孔有两个手柄。

根据贮罐是在常温及最高工作压力为2.12MPa的条件下，人孔标准应按公称压力为2.5MPa的等级选取。

由《化工容器及设备简明设计手册》（贺匡国P675）表23-1-33查得受压设备的人孔盖较重，一般选取吊盖式人孔或回转盖式人孔，吊盖式人孔使用方便垫片压紧较好，回转盖式人孔结构简单，转动时所占空间平面较小，如布置水平位置时，开启时较为费力。

故选水平吊盖人孔。

该人孔标记为：

HG21523—1995人孔RFⅣ（A·G）450—2.5

其中RF—突面封闭，Ⅳ—接管于法兰的材料为20R，A·G—用普通石棉橡胶板垫片，450—2.5—公称直径为450mm、公称压力为2.5MPa

2.2.2补强的确定

由于人孔的筒节不是采用无缝钢管，故不能直接选用补强圈标准由《化工容器》（丁伯民，黄正林等编）P192表6-1查表得人孔的尺寸为

480×10，标准补强圈尺寸为内径Di=484mm，外径D0=760mm。

本设计选用C型20°（C=10）。

因此内径为

Di=di+2C+（12～16）（2-6）

于是内径为Di=di＋2C＋（12～16）=450＋2×10＋16=486mm

补强圈厚度按下式估算

（2-7）

故取补强圈厚为36mm

2.3接口管的设计

2.3.1液氨进料管的设计

采用φ57mm×3.5mm无缝钢管。

管的一端切成45°，伸入贮罐内少许。

根据《化工机械基础》（陈国桓）P192表11-2查得配用具有突面密封的平焊管法兰，法兰标记：

HG20592法兰SO50—2.5RF16MnR。

因为壳体名义壁厚δd=20mm＞12mm，接管公称直径小于80mm，故不用补强。

2.3.2液氨出料管的设计

采用可拆的压出管φ25mm×3mm，将它用法兰套在接口管φ38mm×3.5mm内，罐体的接口管法兰采用法兰HG20592法兰SO32–2.5RF16MnR。

与该法兰相配并焊接在压出管的法兰上，其连接尺寸和厚度与HG20592法兰SO32–2.5RF16MnR相同，但其内径为25mm。

液氨压出管的端部法兰HG20592法兰SO32–2.5RF16MnR。

这些小管都不补强。

压出管伸入贮罐2.5m。

2.3.3放空管接管口的设计

采用φ