15m3液氨儲罐的設(shè)計(jì).doc

15m3液氨儲罐的設(shè)計(jì) 目錄1. 前言.2. 設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)任務(wù).3. 容器類別的確定.4. 設(shè)計(jì)計(jì)算.5. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).6. 結(jié)束語. 1.前言本次設(shè)計(jì)是針對過程設(shè)備基礎(chǔ)所安排的一次課程設(shè)計(jì)，是對這門課的一次總結(jié)和鞏固，需綜合運(yùn)用所學(xué)知識并查閱相關(guān)文獻(xiàn)書籍完成設(shè)計(jì)。本說明書為15m3夜氨儲罐設(shè)計(jì)說明書。這次設(shè)計(jì)中采用全面分析方法，綜合考慮環(huán)境條件、液體性質(zhì)等因素并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按工藝設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算的設(shè)計(jì)順序，分別對儲罐的筒體、封頭、鞍座、人孔、接管等進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后采用GB150對其進(jìn)行強(qiáng)度校核，最后形成了比較合理的設(shè)計(jì)方案。 2.設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)條件表序號項(xiàng)目數(shù)值單位備注1最高工作壓力2.1Mpa由介質(zhì)溫度確定2工作溫度-20503公稱容積15m34裝量系數(shù)0.855工作介質(zhì)液氨6使用地點(diǎn)太原市，室外管口條件：液氨入口DN40；液氨出口DN40;氣氨出口DN40;放空口DN25；排污管DN32；安全閥接口DN80;壓力表接口DN25.液位計(jì)接口和人孔按需設(shè)置設(shè)計(jì)任務(wù)：綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)課知識，設(shè)計(jì)一個第一二類壓力容器中的中度危害性內(nèi)壓容器液氨儲罐。 3.容器類別的確定1. 介質(zhì)分組 壓力容器的介質(zhì)分為以下兩組，包括氣體、液化氣體以及最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體：（1） 第一組介質(zhì)，毒性程度為極度危害、高度危害的化學(xué)介質(zhì)，易爆介質(zhì)，液化氣體。（2） 第二組介質(zhì)，除第一組以外的介質(zhì)。介質(zhì)危害性介質(zhì)危害性指壓力容器在生產(chǎn)過程中因事故致使介質(zhì)與人體大量接觸，發(fā)生爆炸或者因經(jīng)常泄露引起職業(yè)性慢性危害的嚴(yán)重程度，用介質(zhì)毒性程度和爆炸危害程度表示。壓力容器類別劃分化工設(shè)備的主體是壓力容器，容器的強(qiáng)度決定著設(shè)備的安全性，為了加強(qiáng)壓力容器的安全監(jiān)察，保護(hù)任命生命和財(cái)產(chǎn)的安全，國家質(zhì)量監(jiān)督局頒布了壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程這是一部對壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督提出基本要求的法規(guī)，壓力容器設(shè)計(jì)、安裝、使用、檢驗(yàn)、修理和改造等單位必須遵守的法規(guī)，為了有利于安全技術(shù)監(jiān)督和管理，壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程將其管轄范圍內(nèi)的壓力容器劃分為三類，分別為第一類壓力容器、第二類壓力容器和第三類壓力容器。 本次設(shè)計(jì)壓力容器中的介質(zhì)為液態(tài)氨，屬于中度危害，且設(shè)計(jì)壓力為中壓，根據(jù)其類別劃分圖將其劃分為第三類壓力容器。 設(shè)計(jì)計(jì)算筒體和封頭厚度設(shè)計(jì)計(jì)算 1）確定封頭的大概直徑因?yàn)閂=15 m，筒體長度與直徑之比L：D3，由V= 于是D=1854mm,根據(jù)計(jì)算將筒體內(nèi)徑圓整至1800，即DN=1800. 2）確定筒體的長度根據(jù)DN=1800，查表可得V=0.8270 mV=15-20.8270=17.2984 m=計(jì)算得L=5244mm,據(jù)此將筒長圓整至L=5250V=+2 V=15.01m3與所要設(shè)計(jì)的50 m非常接近，完全符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)以上計(jì)算將筒體的DN設(shè)計(jì)為1800mm，筒體設(shè)計(jì)為5250mm。 3)筒體厚度的確定查表可得在50時(shí)液氨的飽和蒸汽壓為1.925Mpa，所以Pw=1.925-0.1=1.825，所以安全閥開啟壓力P=1.1X1.825=2.0075Mpa,據(jù)此將以下壓力定為,Pc=Pw=2.1Mpa。液氨是中度危害性的介質(zhì)，但其腐蝕性小,貯罐可選用一般低碳鋼,有因?yàn)槭褂脺囟葹?2050，且很少出現(xiàn)條件惡劣的溫度，根課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中鋼板的使用條件，應(yīng)選用Q245R或Q345R。下面針對Q245R和Q345R進(jìn)行計(jì)算，并決定最終的選材與厚度。Q345R:假設(shè)筒體厚度在616mm,根據(jù)公式= ，焊接接頭采用雙面焊對接接頭，=1，查表得=189Mpa根據(jù)公式計(jì)算得 =10.06mm，腐蝕余量取C2=2， =+=10.06+2=12.06mm,設(shè)計(jì)厚度加上鋼材的負(fù)偏差C10.03，并圓整，取=13此厚度在假設(shè)范圍之內(nèi)，計(jì)算有效厚度e=13-2-0.3=10.7 mm。Q245R:假設(shè)筒體厚度在616mm,根據(jù)公式= ，焊接接頭采用雙面焊對接接頭，=1，查表得=147Mpa根據(jù)公式計(jì)算得 =12.94mm，腐蝕余量取C2=2， =+=12.94+2=12.06mm,設(shè)計(jì)厚度加上鋼材的負(fù)偏差C10.03，并圓整，取=15此厚度在假設(shè)范圍之內(nèi)，計(jì)算有效厚度e=15-2-0.3=10.7 mm。名義厚度，從經(jīng)濟(jì)方面，選Q345R較合適。所以筒體的的材料選Q345R, n=13mm，e=10.07。厚度的校核計(jì)算：正常情況:m1為筒體質(zhì)量，m2為液氨質(zhì)量，m=m1+m2=+,帶入數(shù)據(jù)得=11t G=107.8N耐壓試驗(yàn)：m1為筒體質(zhì)量，m3為水質(zhì)量。m=m1+m3+,帶入數(shù)據(jù)得m=17.78t。G=174.244正常操作和液壓試驗(yàn)時(shí)跨中截面處的彎矩與封頭相同體積的的筒體直徑的量長度L=15.01（3.141.81.8)4=5902建立力學(xué)模型，把上述計(jì)算所得的質(zhì)量產(chǎn)生的重力，簡化為沿容器軸線作用的分布載荷，即上圖L.求出A、B兩點(diǎn)的支反力:由教材知，當(dāng)支座位置a=0.207Le時(shí)，支座在跨中截面處的彎矩最小。所以支座的最佳位置距筒體邊緣的距離a，=1222-（5902-5250）/2=890所以a重新取值為a=890+（5902-5250）/2=1216。M的最小值為M=1/8qL2-1/2qLa,所以正常情況下M=(1/8115.902-1/2111.216)9.8=14KNm水壓情況下有：M=（1/817.785.902-1/217.781.216)9.8=23.6KNm 正常操作狀態(tài)下，最大拉應(yīng)力由介質(zhì)壓力及彎矩引起，位于該截面的最低點(diǎn)，即 最大壓應(yīng)力位于該截面的最高點(diǎn)，即 若smin0，表明整個跨中截面不會出現(xiàn)壓應(yīng)力。液壓試驗(yàn)時(shí)的最大拉應(yīng)力由試驗(yàn)壓力及試驗(yàn)時(shí)的重力產(chǎn)生的彎矩產(chǎn)生，即 最大壓應(yīng)力在盛滿液體而未升壓時(shí)有最大值，故壓力試驗(yàn)時(shí)壓應(yīng)力的最大值為： 分別按公式帶入數(shù)據(jù)求得：正常操作max=86.64Mpa ，min=85.64Mpa水壓試驗(yàn)：Pt=1.25P/t =1.25P=1.252.1=2.625Mpa分別按公式帶入數(shù)據(jù)得在水壓試驗(yàn)情況下有：max=108.53Mpa ， min=-0.864Mpa smaxstF 液壓試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度條件為： sTmax0.9ssF 其穩(wěn)定性條件為：max-smin，-sTmin scr 式中cr為穩(wěn)定許用壓縮應(yīng)力，按下述方法來確定：按照外壓圓筒的圖算法，由（2-10）式計(jì)算系數(shù)A： 式中Ro為圓筒外半徑。根據(jù)圓筒的材料選擇相應(yīng)的系數(shù)B圖，若A值位于曲線的右方，則可查出系數(shù)B，若位于曲線的左方，則按（2-11）式計(jì)算系數(shù)B： 如此得到的B值就是穩(wěn)定許用壓縮應(yīng)力，即scr=B。由強(qiáng)度條件及穩(wěn)定性條件知，在該厚度下，壓力容器處于安全裝態(tài)。正常操作時(shí)的強(qiáng)度條件為： 開孔及開孔補(bǔ)強(qiáng)壓力容器不可避免地要開孔并往往帶有管子或凸緣。容器開孔接管后在應(yīng)力分布和強(qiáng)度方面會帶來如下影響：（1）開孔破壞了原有的應(yīng)力分布并引起應(yīng)力集中；（2）接管處容器殼體與接管形成不連續(xù)應(yīng)力；（3）殼體與接管連接的拐角處因不等截面過渡而引起應(yīng)力集中。這樣往往在開孔接管根部產(chǎn)生很大的應(yīng)力峰值，引起局部強(qiáng)度削弱，必要時(shí)須采取一定的補(bǔ)強(qiáng)措施。2.2.1 不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑容器開孔并非都需要補(bǔ)強(qiáng)，因?yàn)槌３Ｓ懈鞣N強(qiáng)度富裕量存在。例如，殼體和接管的有效厚度超過計(jì)算厚度，有一定的多余壁厚，接管根部的填角焊縫等，都會使開孔接管的局部削弱得到一定的加強(qiáng)。當(dāng)開孔直徑較小，兩相鄰開孔相距較遠(yuǎn)，且在離連接邊緣較遠(yuǎn)處開孔時(shí)，可考慮不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。GB150規(guī)定，殼體開孔滿足下述全部要求時(shí)，可不另行補(bǔ)強(qiáng)：（1） 設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa；（2）兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計(jì)算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和；對于3個或以上相鄰開孔，任意兩孔中心的間距（對曲面間距以弧長計(jì)算）應(yīng)不小于該兩孔直徑之和的2.5倍（3）接管外徑小于或等于89mm；（4）接管最小壁厚滿足表24的要求。表24接管公稱外徑253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0注:1.鋼材標(biāo)準(zhǔn)接抗拉強(qiáng)度下限值Rm540MPa時(shí)，接管與殼體的連接宜采用全焊透的結(jié)構(gòu)型式。2.接管的腐蝕裕量為1mm。由上述可知，在這次壓力容器的設(shè)計(jì)中許另行補(bǔ)強(qiáng)的部件為人孔。為了避免補(bǔ)強(qiáng)以及容器的安全性，開孔與接管應(yīng)避開邊緣應(yīng)力區(qū)，避開邊緣區(qū)的距離應(yīng)符合下述公式;d1.5（R)1/2 將數(shù)據(jù)帶入上式得d=164 若是接管開孔，接管中心線與筒體的邊緣的距離不應(yīng)小于164mm，若是人孔開孔，則是人孔邊緣距筒體邊緣的距離不應(yīng)小于164mm。開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)（1）補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)我國已制定了補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)：JB/T 4736補(bǔ)強(qiáng)圈。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)選用合適的補(bǔ)強(qiáng)圈。采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，應(yīng)具備下列條件：a） 低合金鋼的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值小于540MPa；b） 殼體名義厚度n38mm；c） 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度小于或等于1.5n。若條件許可，推薦以厚壁管代替補(bǔ)強(qiáng)圈進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，其dnt/dn宜控制在0.52。dnt表示接管的名義厚度。（2） 整體補(bǔ)強(qiáng)增加殼體的厚度，或用全焊透的結(jié)構(gòu)型式將厚壁接管或整體補(bǔ)強(qiáng)鍛件與殼體相焊。開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算GB150采用等面積補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。這種補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的方法簡便，在工程上有很長的使用經(jīng)驗(yàn)。等面積補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則認(rèn)為，沿殼體縱向截面上，由于開孔而減少的有效面積A(有效厚度范圍內(nèi)的面積),可以由有效補(bǔ)強(qiáng)范圍（開孔附近的高應(yīng)力區(qū)域）內(nèi)的強(qiáng)度富余面積Ae（殼體除本身承受內(nèi)壓所需截面積以外的多余面積）來彌補(bǔ)；若AeA，則需要另行補(bǔ)強(qiáng)，其補(bǔ)強(qiáng)面積應(yīng)大于或等于A-Ae。下面是內(nèi)壓圓筒等面積補(bǔ)強(qiáng)法的具體計(jì)算方法。1） 圓筒開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按式（2-12）計(jì)算： 式中：d-開孔直徑，圓形孔取接管內(nèi)直徑加兩倍的厚度附加量，mm；-圓筒計(jì)算厚度，按（2-1）式計(jì)算，mm；et-接管有效厚度，mm；f強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料的許用應(yīng)力與殼體材料許用應(yīng)力之比值，當(dāng)該比值大于1時(shí)，取f=1。式中第二項(xiàng)的意義為，接管插入孔內(nèi)有效厚度部分由于接管強(qiáng)度低于殼體強(qiáng)度造成的所需補(bǔ)強(qiáng)面積的增加，換句話說，由于接管強(qiáng)度低于殼體強(qiáng)度，所以接管插入開孔內(nèi)有效厚度部分的面積不能完全彌補(bǔ)殼體開孔在相應(yīng)區(qū)域內(nèi)損失的面積。設(shè)計(jì)溫度下接管的許用應(yīng)力為189MPa，殼體的材料許用應(yīng)力也是189Mpa，所以強(qiáng)度削弱系數(shù)為1。 先計(jì)算人孔的,=2.1500/(21891-2.1)=2.3mm=d=(500+2.32)10.6=50762)有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)面積Ae的計(jì)算。有效補(bǔ)強(qiáng)范圍的寬度B取2d和d+2（n+nt）二者中的較大值；有效補(bǔ)強(qiáng)范圍的高度有外側(cè)高度h1和內(nèi)側(cè)高度h2。h1取和接管實(shí)際外伸高度二者中的較小值，h2取和接管實(shí)際內(nèi)伸高度二者中的較小值。補(bǔ)強(qiáng)面積Ae按（2-13）式計(jì)算：Ae = A1 + A2 + A3 式中：A1 -殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積，mm2； A2 接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積，mm2； 式中第二項(xiàng)的計(jì)算理由為：因?yàn)榻庸軆?nèi)伸部分處于介質(zhì)包圍之中，沒有強(qiáng)度問題，