液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說明書

1、液 氨 儲(chǔ) 罐 設(shè) 計(jì) 說 明書 指導(dǎo)老師：張永強(qiáng)、韓曉星 設(shè)計(jì)人: 張繼偉 朱溶坤 黃營野 王麗新 宋大朋 吳輝 時(shí)間： 2013 年 12 月 4 日 設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目： 液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 已知工藝參數(shù)如下： 最高使用溫度：t=40； 容積：18m3 公稱直徑：未知； 筒體長度（不含封頭）：未知。 設(shè)計(jì)任務(wù)： 試設(shè)計(jì)一液氨儲(chǔ)罐，完成主體設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備的選型設(shè)計(jì)。 包括筒體、封頭、零部件的材料的選擇及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；罐的制造施工及焊接形式等； 設(shè)計(jì)計(jì)算及相關(guān)校核；各設(shè)計(jì)的參考標(biāo)準(zhǔn)；附 cad 圖。 設(shè)計(jì)人:張繼偉 1166115107 朱溶坤 1166115201 吳輝 1166115

2、117 王麗新 1166115232 宋大朋 1166115124 黃營野 1166115227 任務(wù)下達(dá)時(shí)間：2013 年 11 月 25 日 完成截止時(shí)間：2013 年 12 月 4 日 目錄目錄 設(shè)計(jì)任務(wù)書.1 1 前言.5 2 設(shè)計(jì)選材及結(jié)構(gòu).6 2.1 工藝參數(shù)的設(shè)定 .6 2.1.1設(shè)計(jì)壓力.6 2.1.2筒體的選材及結(jié)構(gòu).6 2.1.3封頭的結(jié)構(gòu)及選材.6 3 設(shè)計(jì)計(jì)算.7 3.1.公稱直徑 di和筒體長度 l 的計(jì)算.7 3.2 筒體壁厚計(jì)算 .7 3.3 封頭壁厚計(jì)算.8 3.4 壓力試驗(yàn).8 4 附件選擇.9 4.1人孔選擇.9 4.2人孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算.11 5 選擇鞍座并核

3、算承載能力.14 6.選擇液面計(jì).15 7.選配工藝接管.16 8.參數(shù)校核.17 8.1.筒體軸向應(yīng)力校核.17 8.1.1.筒體軸向彎矩計(jì)算.17 8.1.2.筒體軸向應(yīng)力計(jì)算.18 8.2 筒體封頭切向應(yīng)力校核.19 8.3.筒體環(huán)向應(yīng)力的計(jì)算和校核.19 8.3.1.環(huán)向應(yīng)力的計(jì)算.19 8.3.2.環(huán)向應(yīng)力的校核.20 8.4.鞍座有效斷面平均壓力.20 9耳式支座.21 9.2 封頭質(zhì)量m2.21 9.3 充液氨質(zhì)量m3.21 10.人孔的確定.23 11人孔補(bǔ)強(qiáng)的確定.23 12接口管.23 12.1 液氨進(jìn)料管：.23 12.2 液氨出料管.23 12.3 液面計(jì)接管.24 1

4、2.4 放空管接管.24 13.結(jié)束語.24 14.液氨貯罐技術(shù)要求.24 15.參考文獻(xiàn).27 16附件.29 附件 1：設(shè)計(jì)壓力.29 附件 2：焊縫系數(shù).29 附件 3：無縫鋼管的公稱直徑 dn 與外徑 d。（mm） .30 附件 4：凸面受壓封頭的壁厚設(shè)計(jì).30 附件 5：系數(shù) k1.31 附件 6：補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸系列.31 附件 7：支持式支座的形式特征.32 附件 8：各種型號(hào)的鞍座結(jié)構(gòu)特征.32 附件 9：材料許用應(yīng)力表.33 附件 10：容器直徑.33 附件 11：奧氏體不銹鋼無縫鋼管尺寸和理論質(zhì)量.34 附件 12：尺寸表.34 附件 13：橢圓形和蝶形封頭的直邊高度.35 附件

5、 14：安全閥壓力.35 附件 15：系數(shù) a.36 附件 16：pn16 帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭.36 附件 17：耳式支座 6 種結(jié)構(gòu)形式.37 附件 18：板式平焊法尺寸.37 1 前言 本設(shè)計(jì)是針對(duì)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)這門課程所安排的一次課程設(shè)計(jì)，是對(duì)這門 課程的一次總結(jié)，要綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)并查閱相關(guān)書籍完成設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)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(yīng)用廣 泛。分子式 nh3，分子量 17.03，相對(duì)密度 0.7714g/l，熔點(diǎn)-77.7，沸點(diǎn)-33.35， 自燃點(diǎn) 651.11，蒸汽壓 1013.08kpa(25.7)。蒸汽與空氣混合物爆炸極限 1625%(

6、最易引燃濃度 17%)。氨在 20水中溶解度 34%,25時(shí),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(diǎn)燃而危險(xiǎn)性較 低; 但氨和空氣混合物達(dá)到上述濃度范圍遇明火會(huì)燃燒和爆炸,如有油類或其它可燃性 物質(zhì)存在,則危險(xiǎn)性更高。 設(shè)計(jì)基本思路：本設(shè)計(jì)綜合考慮環(huán)境條件、介質(zhì)的理化性質(zhì)等因素，結(jié)合給定的 工藝參數(shù)，機(jī)械按容器的選材、壁厚計(jì)算、強(qiáng)度核算、附件選擇、焊縫標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)順 序，分別對(duì)儲(chǔ)罐的筒體、封頭、人孔接管、人孔補(bǔ)強(qiáng)、接管、管法蘭、液位計(jì)、鞍座、 焊接形式進(jìn)行了設(shè)計(jì)和

7、選擇。設(shè)備的選擇大都有相應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可以直接選 用符合設(shè)計(jì)條件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備零部件，也有一些設(shè)備沒有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，則選擇合適的非標(biāo) 設(shè)備。 各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并 考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2 設(shè)計(jì)選材及結(jié)構(gòu) 2.1 工藝參數(shù)的設(shè)定 2.1.1 設(shè)計(jì)壓力 根據(jù)化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)查得 40時(shí)氨的飽和蒸汽壓為 1.55mpa，可以判 斷設(shè)計(jì)的容器為儲(chǔ)存內(nèi)壓壓力容器，按壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定，盛裝液 化氣體無保冷設(shè)施的壓力容器，其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不低于液化氣 40時(shí)的飽和蒸汽壓力， 可取液氨容器的設(shè)計(jì)壓力為 1.6 mpa，屬于中壓容器

8、。而且查得當(dāng)容器上裝有安全閥時(shí)， 取 1.051.1 倍的最高工作壓力作為設(shè)計(jì)壓力；所以取 1.6 mpa 的壓力合適。 屬于中壓容器。 pa10pm6 . 0mpa 設(shè)計(jì)溫度為 40 攝氏度，在-20200條件下工作屬于常溫容器。 2.1.2 筒體的選材及結(jié)構(gòu) 根據(jù)液氨的物性選擇罐體材料，碳鋼對(duì)液氨有良好的耐蝕性腐蝕率在 0.1/年以 下，且又屬于中壓儲(chǔ)罐，可以考慮 20r 和 16mnr 這兩種鋼材。綜合考慮：容器的操作 條件，如設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、介質(zhì)特性和操作壓力等；材料的使用性能，如力學(xué)性 能、物理性能、化學(xué)性能；材料的加工工藝性能，如焊接性能、熱處理性能等；經(jīng)濟(jì) 合理性及容器結(jié)構(gòu)，

9、如材料價(jià)格和使用壽命等。 如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用 20r 類的低碳鋼板， 16mnr 鋼板的價(jià)格雖比 20r 貴， 但在制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的計(jì)價(jià)，16mnr 鋼板為比較經(jīng)濟(jì)。所以在此選擇 16mnr 鋼板作為制造筒體和封頭材料。鋼板標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為 gb6654-1996。 筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為圓筒形。因?yàn)樽鳛槿萜髦黧w的圓柱形筒體，制造容易，安裝內(nèi)件方便， 而且承壓能力較好，這類容器應(yīng)用最廣。 2.1.3 封頭的結(jié)構(gòu)及選材 封頭有多種形式，半球形封頭就單位容積的表面積來說為最小，需要的厚度是同 樣直徑圓筒的二分之一，從受力來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式，但缺點(diǎn)是深度 大，直徑小時(shí)，整體沖壓

10、困難，大直徑采用分瓣沖壓其拼焊工作量也較大。橢圓形封 頭的應(yīng)力情況不如半球形封頭均勻，但對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭與厚度相等的筒體連接時(shí)， 可以達(dá)到與筒體等強(qiáng)度。它吸取了蝶形封頭深度淺的優(yōu)點(diǎn)，用沖壓法易于成形，制造 比球形封頭容易，所以選擇橢圓形封頭，結(jié)構(gòu)由半個(gè)橢球面和一圓柱直邊段組成。查 橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)（jb/t4737-95） 表 2.1 橢圓封頭標(biāo)準(zhǔn) 公稱直徑 dn曲面高度 h1直邊高度 h2內(nèi)表面積 fi/m2容積 v/m3 2200550255.41918 封頭取與筒體相同材料。 3 設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1.公稱直徑 di 和筒體長度 l 的計(jì)算 l= 2 4 2 di vnv 取 di=2000

11、 di=2200 di=2400 經(jīng)計(jì)算 當(dāng) di=2200 時(shí)，l=4001mm，此時(shí)， di/l=0.5498 所以取 di=2200mm 3.2 筒體壁厚計(jì)算 查 壓力容器材料使用手冊(cè)-碳鋼及合金鋼得 16mnr 的密度為 7.85t/m3，熔點(diǎn) 為 1430，許用應(yīng)力列于下表： t 表 3.1 16mnr 許用應(yīng)力 在下列溫度（）下的許用應(yīng)力/ mpa 鋼號(hào)板厚/ 20100150200250300 616 170170170170156144 1636 163163163159147134 3660 157157157150138125 16mn r 60100 1531531501

12、41128116 圓筒的計(jì)算壓力為 1.6 mpa,容器筒體的縱向焊接接頭和封頭的拼接接頭都采用雙 面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)為 1.0,全部無損探傷。取 許用應(yīng)力為 170 mpa。 壁厚： （3.1） 10.4 6 . 117012 22006 . 1 2 d c t ic p p 查材料腐蝕手冊(cè)得 50下液氨對(duì)鋼板的腐蝕速率小于 0.05/年，所以雙面腐蝕 取腐蝕裕量。2c2 所以設(shè)計(jì)厚度為： 4 . 12 2 c d 有鋼板厚度負(fù)偏差查表得 c1=0.25,故名義厚度為： n=d+c1=12.4+0.25=12.65 圓整后取名義厚度 14。 3.3 封頭壁厚

13、計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 a:b=2:1 封頭計(jì)算公式 ： 38.10 6 . 15 . 017012 22006 . 1 5 . 02 d c t ic p kp k=1/62+(di/2hi)2=1 設(shè)計(jì)厚度：d=+c2=10.38+2=12.38mm 名義厚度：n=d+c1=12.38+0.25=12.63mm 圓整后?。簄=14mm 可見封頭厚度近似等于筒體厚度，則取同樣厚度。因?yàn)榉忸^壁厚20則標(biāo)準(zhǔn)橢 圓形封頭的直邊高度.40h0 3.4 壓力試驗(yàn) 水壓試驗(yàn)，液體的溫度不得低于 5； 試驗(yàn)方法：試驗(yàn)時(shí)容器頂部應(yīng)設(shè)排氣口，充液時(shí)應(yīng)將容器內(nèi)的空氣排盡，試 驗(yàn)過程中，應(yīng)保持容器外表面的干燥。試驗(yàn)

14、時(shí)壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)壓 力后，保壓時(shí)間一般不少于 30min。然后將壓力降至規(guī)定試驗(yàn)壓力的 80%，并保持 足夠長的時(shí)間以便對(duì)所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行檢查。如有滲漏，修補(bǔ)后重新 試驗(yàn)。 水壓試驗(yàn)時(shí)的壓力 已知 p=1.6mpa = t=170mpa 試驗(yàn)壓力： t p 25 . 1 pt 式中：pt試驗(yàn)壓力, mpa p設(shè)計(jì)壓力，mpa 、 t分別為液壓試驗(yàn)溫度和設(shè)計(jì)溫度下殼壁材料的許 用應(yīng)力，mpa。 代入數(shù)據(jù)的 mpap t 00 . 2 6 . 125 . 1 25 . 1 pt 水壓試驗(yàn)的應(yīng)力校核： 水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力： 其中有效厚度 e=n-c1-c2=14-0.25-2=

15、11.75 故 mpa p e ei 23.188 75.112 75.11220000 . 2 2 d t t 校核強(qiáng)度 水壓試驗(yàn)時(shí)的許用應(yīng)力為 mpa s 5 . 31045300 . 1 9 . 09 . 0 故筒體滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度要求。 st 0.9 由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)大連理工大學(xué)出版社附表 9-1 查得。 s 4 附件選擇 4.1人孔選擇 人孔的作用：為了檢查壓力容器在使用過程中是否產(chǎn)生裂紋、變形、腐蝕等缺陷。 人孔的結(jié)構(gòu)：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。 人孔類型：從是否承壓來看有常壓人孔和承壓

16、人孔。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(duì)焊法蘭人孔，在人孔法蘭 與人孔蓋之間的密封面，根據(jù)人孔承壓的高低、介質(zhì)的性質(zhì)，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(zhuǎn)蓋人孔、垂直吊蓋人孔和水平吊蓋人孔三種。 人孔標(biāo)準(zhǔn) hg21524-95 規(guī)定 pn1.0mpa 時(shí)只能用帶頸平焊法蘭人孔或帶頸對(duì)焊法 蘭人孔。 容器上開設(shè)人孔規(guī)定當(dāng) di1000 時(shí)至少設(shè)一個(gè)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 400。 綜合考慮選擇水平吊蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔（hg21524-95）(由化

17、工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化工工業(yè)出版社表 11-2 和 11-3 查得),公稱壓力 pn=1.6mpa、公稱直徑 dn400、h1=290mm 、rf 型密封面、采用類 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(biāo)記為：人孔 rf（ag） 400-1.6 總質(zhì)量為 144kg.法蘭標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為 hgj5053-91,墊片標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為 hgj6972-91,法 蘭蓋標(biāo)準(zhǔn) hgj6165-91 材料為 20r，螺柱螺母標(biāo)準(zhǔn) hgj75-91 螺柱材料 40cr 螺母材料 45，吊環(huán)轉(zhuǎn)臂和材料 q235-af,墊圈標(biāo)準(zhǔn)為 gb95-85 材料 100hv

18、,螺母標(biāo)準(zhǔn) gb41-86， 吊鉤和環(huán)材料 q235-af，無縫鋼管材料為 20，支承板材料為 20r。 尺寸表如下 表 4.1 水平吊蓋帶頸平焊法蘭人孔（凸面）標(biāo)準(zhǔn)尺寸 公稱壓力 mpa公稱直徑 dwsdd1bb1b2ah1h2d0 1.64004261058052532303233529020036 該水平吊蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔的標(biāo)記為：hg20593-95 人孔 rf v (ag) 400- 1.6 其中 rf 指凸面密封，v 指接管與法蘭的材料為 16mnr，ag 是指普通石棉橡膠板， 400-1.6 是指公稱直徑為 400mm、公稱壓力為 1.6mpa。 表 4.1 人孔 pn1.6d

19、400(hg20593-95)明細(xì)表 件號(hào)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)名稱數(shù)量材料尺寸/mm 1gb6654-96筒節(jié)116mnr dws=42610,h1= 290 2hgj52-91 法蘭 1 16mnr(鍛件) 3hgj69-91 墊片 1 石棉橡膠板=3(代號(hào) axb350) 4hgj63-91 法蘭蓋 116mnr b1=30，b2=32 5hgj75-91 螺柱 2035m272150 6hgj75-91螺母4025m33 7 吊環(huán) 1q235-a.f 8 轉(zhuǎn)臂 1q235-a.f d。=36 9gb95-85 墊圈 20 1100hv 10gb41-88 螺母 m20 1 4 級(jí) 11 吊鉤 1q23

20、5-a.f 12 吊環(huán) 1q235-a.f 13 無縫鋼 管 120 14 支撐板 116mnr 4.2人孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算 在開孔或安裝接管處一般采取相應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)措施。容器開孔后，在附近的局部地區(qū) 開，應(yīng)力會(huì)達(dá)到很大的數(shù)值。這種局部的應(yīng)力增長現(xiàn)象叫做“應(yīng)力集中” 。在應(yīng)力集中 區(qū)域的最大應(yīng)力值，稱為“應(yīng)力峰值” ，通常用mix 表示。 引起開孔附近應(yīng)力集中現(xiàn)象的基本原因是結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞。在開孔處，殼體 和接管的變形不一致。為了使二者連接之后的變形協(xié)調(diào)一致，連接處便產(chǎn)生了附加內(nèi) 力，主要是附加彎矩。由此產(chǎn)生的附加彎曲應(yīng)力，便形成了連接處局部地區(qū)的應(yīng)力集 中。 補(bǔ)強(qiáng)的形式有：（1）內(nèi)加強(qiáng)平齊接管；（

21、2）外加強(qiáng)平齊接管；（3）對(duì)稱加強(qiáng)凸 出接管；（4）密集補(bǔ)強(qiáng)。 由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管，故不能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)所選用 的人孔筒節(jié)內(nèi)徑 di=400mm，壁厚 nt=10mm。據(jù)此差得補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸（jb/t4736-2002） 為：外徑 d2=680，內(nèi)徑 d1=400+2 10+14=434mm。 開孔補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)計(jì)算參數(shù)如下： （1）開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 a 對(duì)于圓筒，殼體開口處的計(jì)算厚度為: =pcdi/(2-pc)=(1.6 2200)/(2 170 1-1.6)=10.4mm t 開孔直徑：。由于接管材料與殼體材料都為404.525 . 2 20042cdd i 16mnr,

22、故 fr=1，內(nèi)壓容器的圓筒開孔后所需的補(bǔ)強(qiáng)面積為： a=d*+2* et(1-fr) mm2 式中 d-開孔直徑， -殼體開孔處的計(jì)算厚度，mm； et-接管有效厚度，mm; fr-強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比值。帶 入數(shù)據(jù)得：開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 a=404.5 10.85=4388.83mm (2)有效寬度 b b=2d=2404.5=809mm b=d+2n+2nt=404.5+214+210=452.5mm 二者中取較大值 b=809mm (3)有效高度 外側(cè)高度 h1 h1=63.60mm tn d10 5 . 404 h1=接管實(shí)際外伸高度=240mm

23、外側(cè)高度 h2 h2=63.60ntd10 5 . 404 h2=接管實(shí)際外內(nèi)伸高度=0mm 二者中取較小值 h2=0mm （4）補(bǔ)強(qiáng)面積 ae 在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，可作為補(bǔ)強(qiáng)的截面積按以下式計(jì)算 ae=a1+a2+a3 式中 ae補(bǔ)強(qiáng)面積，mm2 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 a3焊縫金屬截面積，mm2 計(jì)算如下： a1=(b-d)( e- )-2 et(e - )(1-fr) 其中接管有效厚度為 et= nt-c1-c2=10-0.25-2=7.75mm，故 a1=(809-404.5)(11.75-10.85)-2

24、7.75 (11.75-10.85)(1-1)=364.05 a2=2h1( et- t)+2h2(et-c2)fr 其中接管計(jì)算厚度為 mm p dp c t ic t 051 . 2 6 . 111632 42061 2 a2=2 63.60 (7.75-2.051) 1+0=724.913mm2 焊縫金屬截面積 a3=2 10 10=100mm2，故補(bǔ)強(qiáng)面積 ae為 2 1 ae=a1+a2+a3=364.05+724.913+100=1188.963mm2 由于 ae a，故開孔需另外加補(bǔ)強(qiáng)，其另外補(bǔ)強(qiáng)面積為m2,且 arm/2=759mm,故 最大軸向應(yīng)力出現(xiàn)在跨中面，校核跨中面應(yīng)力

25、。 （1）由彎矩引起的軸向應(yīng)力 筒體中間截面上最高點(diǎn)處： em r m 2 1 1 14 . 3 75.11225 . 0 14 21 cc ne 所以mpa821 . 0 75.11110714 . 3 1071 . 3 2 7 1 最低點(diǎn)處：mpa821 . 0 12 鞍座截面處最高點(diǎn)處： 3=-=-=0.079mpa e14 . 3 2 m1 2 rk m 11.7511071.03.14 103.55- 2 6 最低點(diǎn)處：4=-0.079mpa e 2 m1 2 14 . 3 rk m 11.7511071.03.14 103.55- 2 6 （2）由設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力 由 p=

26、2 prm 所以 p=75.37mpa 75.112 11071.6 (3)軸向應(yīng)力組合與校核 最大軸向拉應(yīng)力出現(xiàn)在筒體中間在截面最低處，所以 2=p+2，=75.37+0.821=76.191mpa，許用軸向拉壓應(yīng)力t=163mpa,而 2 2t合格。 最大軸向壓應(yīng)力出現(xiàn)在充滿水時(shí)，在筒體中間截面最高處，1=- 1，=0.821mpa，軸向許用應(yīng)力 a=0.001mpa ri e094 . 0 1100 75.111.6 根據(jù) a 值查外壓容器設(shè)計(jì)的材料溫度線圖得 b=180mpa，取許用壓縮應(yīng)力 ac=163mpa，|1|ac,合格。 8.2 筒體封頭切向應(yīng)力校核 因筒體被封頭加強(qiáng)，筒體和

27、封頭中的切向剪應(yīng)力分別按下列計(jì)算： （1）筒體封頭切向應(yīng)力計(jì)算 由化工機(jī)械工程手冊(cè)查得 k3=0.880，k4=0.401。所以 mpa r fk em 086 . 5 75.111107 75170880 . 0 3 （1） 封頭切向應(yīng)力計(jì)算 mpa r fk em h 318 . 2 75.111107 75170401 . 0 4 1.25 mpa dnpk e t h t 712.62 75.112 22006 . 11 17025 . 1 2 25 . 1 因?yàn)椋院细瘛?h t h 25 . 1 8.3.筒體環(huán)向應(yīng)力的計(jì)算和校核 8.3.1.環(huán)向應(yīng)力的計(jì)算 設(shè)墊片不起作用 （1）

28、在鞍座處截面最低點(diǎn) 2 5 5 b fkk e 式中 b2 筒體的有效寬度，mm。 由化工機(jī)械工程手冊(cè)查的，k5=0.7603，k6=0.0132。式中 k=0.1，考慮容器焊 在鞍座上 b2=b+1.56 e rm 式中 b鞍座軸向?qū)挾龋琺m 所以 b2=240+1.56917.41775.111107 所以 mpa164 . 1 917.41775.11 75170917.1771 . 0 5 (2)鞍座邊角處軸向應(yīng)力 因?yàn)?l/rm=4000/1107=3.628，且 2 6 2 6 2 3 4 ee fk b f 所以 mpa607.14 75.112 751700132 . 0 3

29、75.11917.4174 75170 2 6 8.3.2.環(huán)向應(yīng)力的校核 5t=170mpa,合格 1.25t=1.25170=212.5mpa,合格 8.4.鞍座有效斷面平均壓力 鞍座承受的水平分力 fs=k9f 由化工機(jī)械工程手冊(cè)查得，k9=0.204 所以 fs=0.20475170=15334.68 鞍座有效斷面平均應(yīng)力 0 9 bh f s s 式中 hs鞍座計(jì)算高度，mm b。鞍座的腹板厚度，mm 其中 hs 取鞍座實(shí)際高度（h=250mm）和 rm/3=1107/3=369mm 中的最小值，即 hs=250mm。腹板厚度 b。=-c1=8-0.25=7.75mm。 所以 mpa

30、92 . 7 75 . 7 250 68.15334 9 應(yīng)力校核，式中，鞍座材料 q235-mpa sa 33.93140 3 2 3 2 9 mpa sa 140 af 的許用應(yīng)力。 以上是液氨儲(chǔ)罐為臥式時(shí)的設(shè)計(jì)及計(jì)算，當(dāng)液氨儲(chǔ)罐為立式時(shí)，只有支座、人孔和 接口管和臥式儲(chǔ)罐有差別，下面為立式儲(chǔ)罐相關(guān)設(shè)計(jì)和計(jì)算： 9耳式支座 首先粗略計(jì)算支座負(fù)荷。 貯罐總質(zhì)量：m=m1+m2+m3+m4 式中 m1-罐體質(zhì)量； m2-封頭質(zhì)量； m3-液氨質(zhì)量； m4-附件質(zhì)量。 9.1 罐體質(zhì)量m1 dn=2200mm，n=14mm 的筒節(jié)，每米質(zhì)量為q1=720kg/m（見附錄 7）故 m1=q1l=7

31、20 4.0012880.72(kg) 9.2 封頭質(zhì)量m2 dn=2200mm，n=14mm，直邊高度h=40mm 的橢圓形封頭，其質(zhì)量為 q2=600kg/m（查附錄），故 m2=2q2=26001200(kg) 9.3 充液氨質(zhì)量m3 m3=v 式中 v-貯罐容積 14.0 m3，-水的密度為 1000kgm3。 m314.0100014000kg 9.4 附件質(zhì)量 人孔約重 170kg，其它接管的總和按 350kg 計(jì)，故 m4=470kg 設(shè)備總重量 m=m1+m2+m3+m4=2880.72+1200+10773+470=15323.7215.4t 假設(shè)使用允許載荷為 200 的支

32、座，選用 b 型耳式支座根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 大連理工大學(xué)編表 13-6 查得相關(guān)數(shù)據(jù) 利用公式 3 0 4 10 ee e p hgsm gg q knnd 其中=1114+430+14- 0 231 2 e d sls 130=1428mm， 、m0=15323.72kg、g=9.81m/s2、k=1（三個(gè)支座） 、n=3、ge=10000n、取 h=700mm， ， 22 32221 2222() in ddbls =2840mm 22 (22002 142 14)(3002 14)2(430 130)d ac=0.45（地震系數(shù)對(duì)7度地震取0.23） 、fi=0.80（風(fēng)壓高度系數(shù)，距

33、地面高度5米、 在房屋較稀疏的中小城鎮(zhèn)取0.80） 、q0= 0.45kn/m2、d0=2228mm、h0=5209mm 省份地區(qū)10m 高處的風(fēng)載荷 （n/m2） 包頭市 450 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 500 可知地震載荷 0.5 0.45 15323.72 9.8=33788.8n 0 0.5 cc pa m g 水平風(fēng)載 6 000 0.9510 wi pf q d h =0.95 0.80 450 2228 5209=3969.13 6 10 則 p=c=33788.8np 通過以上數(shù)據(jù)計(jì)算出 q 3 0 4 10 ee e p hgsm gg q knnd = 3 15323.72 9

34、.81 100004 (33788.8 700 10000 1428) 10 1 33 2840 =71.25kn=200kn q 10.人孔的確定 根據(jù)貯罐是在常溫及最高工作壓力為 16mpa 的條件下工作，人孔標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按 公稱壓力為 1.6mpa 的等級(jí)選取。從人孔類型系列標(biāo)準(zhǔn)可知，公稱壓力為 1.6mpa 的人 孔類型很多。本設(shè)計(jì)考慮人孔蓋直徑較大較重，故選用水平吊蓋人孔。該人孔結(jié)構(gòu)中 有吊鉤和銷軸，檢修時(shí)只須松開螺栓將蓋板繞銷軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，由吊鉤吊住，不必 將蓋板取下。 該人孔標(biāo)記為： hg21523-95 人孔 rf （ag）450-1.6 其中 rf 指突面密封， 指接管與法蘭的材

35、料為 20r，ag 是指用普通石棉橡膠板墊片，450-1.6 是指公稱直 徑為 450mm、公稱壓力為 1.6 mpa。 11人孔補(bǔ)強(qiáng)的確定 由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管，故不能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)所 選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑 d450mm，壁厚n10mm。故補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸確定如下：補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑 d=484mm，外徑 d=760mm，根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積應(yīng)大于等于開孔減少的截面積，補(bǔ)強(qiáng)圈 的厚度按下式估算： 補(bǔ) =19.37mm 故補(bǔ)強(qiáng)圈取 20mm 厚。 dd ecd )2( 484760 11.75)2.52450( 12接口管 本貯罐設(shè)有以下接口管。 12.1 液氨進(jìn)料管： 采用 573.5m

36、m 無縫鋼管(強(qiáng)度應(yīng)驗(yàn)算，在此略去)。管的一端切成 45，伸入 貯罐內(nèi)少許。配用具有突面密封的平焊管法蘭，法蘭標(biāo)記：hg20592 法蘭 so450-1.6 rf16mnr。 因?yàn)闅んw名義壁厚 n12mm=12mm，接管公稱直徑小于或等于 50mm，不需 補(bǔ)強(qiáng)。 12.2 液氨出料管 采用法蘭套在接口管 573.5mm 內(nèi)。 罐體的接口管法蘭采用法蘭：hg20592 法蘭 so15-1.6 rf 16mnr。與該法蘭相配并 焊接在壓出管的法蘭上，其連接尺寸和厚度與 hg20592 法蘭 so15-1.6 rf 16mnr 相同， 但其內(nèi)徑為 25mm。 液氨壓出管的端部法蘭(與氨輸送管相連)采

37、用 hg20592 法蘭 so20-1.6 rf 16mnr。這些小管都不必補(bǔ)強(qiáng)。壓出管伸入貯罐 1.7m。 12.3 液面計(jì)接管 本貯罐采用玻璃管液面計(jì) biw pn1.6，l1400mm，hg20592 法蘭 so15-1.6 rf16mnr 兩支。 與液面計(jì)相配的接管尺寸為183mm，管法蘭為 hg20592 法蘭 so15-1.6 rf 16mnr。 12.4 放空管接管 采用453.5mm 無縫鋼管，法蘭 hg20592 法蘭 so32-1.6 rf 16mnr。 13.結(jié)束語 通過兩周的化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)，著實(shí)讓人充分認(rèn)識(shí)到課程設(shè)計(jì)的重要性， 當(dāng)手中拿著自己設(shè)計(jì)完的液氨儲(chǔ)罐時(shí)

38、，心中滿是豐收的喜悅。雖比不上專業(yè)人士的設(shè) 計(jì)，但在同組人的幫助下，錯(cuò)誤已經(jīng)避免了許多。 這次設(shè)計(jì)是我們對(duì)液氨貯罐工作原理及其工作過程有了更全面的理解，更增強(qiáng)了 我們的動(dòng)手與思考能力，此次設(shè)計(jì)我們更加熟練的學(xué)會(huì)了使用 cad 制圖。 14.液氨貯罐技術(shù)要求 1本設(shè)備按 gbl50-1998鋼制壓力容器進(jìn)行制造、試驗(yàn) 2焊接材料，對(duì)接焊接接頭型式及尺寸可按 gb985-80 中規(guī)定(設(shè)計(jì)焊接接頭系數(shù) 10) 3焊接采用電弧焊，焊條型號(hào)為 e4303 4殼體焊縫應(yīng)進(jìn)行無損探傷檢查，探傷長度為 100 5設(shè)備制造完畢后，以 2mpa 表壓進(jìn)行水壓試驗(yàn) 6管口方位按接管表 技術(shù)特性表 液氨儲(chǔ)罐指標(biāo) 設(shè)

39、計(jì)壓力 1.6mpa 工作溫度 40 物料名稱液氨 容積 18 3 m 其它：焊縫采用雙面對(duì)接焊縫，100探傷，表 8-10 1.o 鋼板負(fù)偏差： cl0.25mm 腐蝕裕量: c2=2mm 接管表接管表 接 管 表 符號(hào)連接法蘭標(biāo)準(zhǔn)密封面形 式 用途 ahg2059 so15-1.6 rf 凸面出料口 b1-4hg2059 so15-1.6 rf 凸面液面計(jì)接管 口 chg2059 so450-1.6 rf 凸面進(jìn)料口 dhg2059 so32-1.6 rf 凸面放空口 ehg2059 so50-1.6 rf 凸面?zhèn)溆每?fhg2059 so25-1.6 rf 平面人孔 總明細(xì)表總明細(xì)表 總 圖 材 料 明 細(xì) 表 重量(kg) 序 號(hào) 圖號(hào)或標(biāo)準(zhǔn) 號(hào) 名稱材料 數(shù) 量單重總重 1hb20592-95 法蘭 so15-1.6 rf 16mnr40.682.73 2gb8163-87 液位計(jì) 接管 183 l=400 1040.440.88 3 螺栓 m1245 16 4 螺母 m12 16 5 石棉橡 膠墊 4 6hb20592-95 法蘭 so50-1.6 rf 16mnr32.77 7gb8163-87 接管 573.5 l=400 1031.85