化工機械設備基礎課程設計13m3液氨貯罐的設計

1、設計任務書一、設計題目13m3液氨貯罐的設計二、設計任務設計一個容積為13m3液氨貯罐三、設計條件1.最高溫度40，氨的飽和蒸汽壓為1.55Mpa2.液氨的儲量為13m3四、設計步驟1.確定容器的材質(zhì)根據(jù)液氨貯罐的工作壓力、工作溫度和介質(zhì)的性質(zhì)可知該設備為一中壓常溫設備，介質(zhì)對碳鋼的腐蝕作用很小。故選材料時，主要考慮的強度指標（指s和b）和塑性指標適合的材料有：A3R、20g、16MnR、15MnVR。為了節(jié)省金屬，高壓設備應優(yōu)先選取普通低合金鋼、中強度。凡屬強度計算為主要的中壓設備亦以采用普通低合金鋼為宜。因為屈服強度分別為343MPa 和392MPa的普通低合金鋼，其材料價格與碳素鋼差不多

2、，但強度比碳素鋼約高30%-60%，采用該類鋼材制造壓力容器，可以有效地減少設備質(zhì)量，降低成本，給設備的制造、運輸、安裝帶來很大的方便。其中16MnR的機械加工性能、強度和塑性指標都比較好，綜合金屬的強度、剛度、溫度、抗腐蝕能力等方面考慮選用16MnR制作罐體和封頭。2. 確定罐體的形狀及內(nèi)徑（1）由于此容器為液氨貯存性容器，所以此容器選用罐身為圓筒形，兩端均用標準橢圓形封頭的臥式容器。 （2）內(nèi)徑的確定根據(jù)化工設備機械與基礎中的表8-1壓力容器的公稱直徑，由于V=13m3液氨貯罐，試選用Di=1600mm,設罐身的長度為L，則2×V 1+V2× L= 26m3V 1標準橢

3、圓形封頭的容積查表為0.586 m3V2筒體每米的容積查表為2.017 m3求得L=2.40m.由L/Di=1.5 符合L/Di=2-9 所以次容器的罐身的長度L=2400mm，公稱直徑Di=1600mm3.罐體壁厚設計 設計壁厚d根據(jù)公式計算：40oC溫度時，16MnR鋼材的許用應力表 鋼材厚度n(mm)許用應力t(MPa)屈服極限s(MPa)1617034516361633253660157305負偏差 查表：鋼材厚度n(mm)6-78-2526-3032-34負偏差(mm)0.60.80.91.0式中 P-設計壓力。本貯罐在夏季最高溫度可達40，這時氨的飽和蒸氣壓為1.55MPa（絕對壓

4、力)，故取p=1.1×1.45=1.6 MPa (表壓)；Di=1600mm；st170MPa(表8-7)；f1.O(雙面對接焊縫，100探傷，表8-10)；C2=1mm 于是：d =+C2=+1=8.6mm取C10.8mm（見表8-11），圓整后取12mm厚的16MnR鋼板制作罐體。e=n-Cl- C2=12-1.0-0.8=10.2mm4封頭壁厚的設計采用標準橢圓形封頭。設計壁厚dd按(8-8)式計算：dd =+C2=+1=8.5mm式中f1.0 (鋼板最大寬度為2.0m，該貯罐直徑為1.6m，故封頭需將鋼板并焊后沖壓)；其它符號如前。 考慮鋼板厚度負偏差及沖壓減薄量，圓整后取d

5、n12mm厚的16MnR鋼板制作封頭。校核罐體與封頭水壓試驗強度根據(jù)（15-2）式： 式中： PT=1.25p=1.25×1.62.0Mpae=dn-C=12-1.8=10.2mm ss=345 MPa （表8-7）sT=157.86Mpa 0.9sf=0.91.0345=310.5 Mpa所以sT0.9sf 水壓試驗符合強度要求。 5鞍座 首先粗略計算鞍座負荷。 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。（1）罐體質(zhì)量m1 DN=1600mm，dn=12mm的筒節(jié)，每米質(zhì)量為q1=477Kg/m（附表8-24

6、），故 m1=q1L=4772.401144.8(Kg) （2）封頭質(zhì)量m2 DN=1600mm，dn=12mm，直邊高度h=25mm的橢圓形封頭，其質(zhì)量為q2=270Kg/m（參考書），故 m2=2q2=2×270540 (Kg) （3）充水質(zhì)量m3 m3=Vg ， g-水的密度為1000Kgm3。 V= V封 + V筒 =×1.6×2.40+0.586×213.24m3m313240Kg （4）附件質(zhì)量m4人孔約重200Kg，其它接管的總和按300Kg計，故 m4=500Kg 設備總重量 m=m1+m2+m3+m4=1144.8+540+13240+

7、500=15424Kg15t 每個鞍座只承約受180KN負荷，所以選用輕型帶墊板，包角為120°的鞍座。即JBT4712-92鞍座 A2400一 FJBT4712-92鞍座 A2400一 S6.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，人孔標準應按公稱壓力為1.6MPa的等級選取。從人孔類型系列標準可知，公稱壓力為1.6MPa的人孔類型很多。本設計考慮人孔蓋直徑較大較重，故選用水平吊蓋人孔。該人孔結構中有吊鉤和銷軸，檢修時只須松開螺栓將蓋板繞銷軸旋轉一個角度，由吊鉤吊住，不必將蓋板取下。 該人孔標記為： HG21523-95 人孔RF （A·G）4

8、50-1.6 其中RF指突面密封，指接管與法蘭的材料為20R，A·G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。 7人孔補強的確定 由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管，故不能直接選用補強圈標準。本設計所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑d450mm，壁厚dn10mm。故補強圈尺寸確定如下：補強圈內(nèi)徑d=484mm，外徑D=760mm，根據(jù)補強的金屬面積應大于等于開孔減少的截面積，補強圈的厚度按下式估算：d補 =16.76mm故補強圈取17mm厚。 8接口管 本貯罐設有以下接口管。 (1) 液氨進料管：采用f45×3.5mm無縫鋼管(強度驗算略去)

9、。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，法蘭標記：HG20592 法蘭SO50-1.6 RF16MnR。 因為殼體名義壁厚dn12mm>10mm，接管公稱直徑小于或等于50mm，不需補強。(2)液氨出料管采用可拆的壓出管f25×3mm，將它用法蘭套在接口管f38×3.5mm內(nèi)。罐體的接口管法蘭采用法蘭：HG20592 法蘭SO32-1.6 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HG2 SO32-1.6 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)采用H

10、G20592 法蘭SO20-1.6 RF 16MnR。這些小管都不必補強。壓出管伸入貯罐2.5m。(3)排污管：貯罐右端最底部安設排污管一個，管子規(guī)格是f57×3.5mm，管端焊有一與截止閥J41W一16相配的管法蘭HG20592 法蘭SO50-1.6 RF 16MnR。排污管與罐體聯(lián)接處焊有一厚度為10mm的補強圈。 (4)液面計接管本貯罐采用玻璃管液面計BIW PN1.6，L500mm，HG5-227-80兩支。 與液面計相配的接管尺寸為f18×3mm，管法蘭為HG20592 法蘭SO15-1.6 RF 16MnR。 (5)放空管接管 采用f32×3.5mm無

11、縫鋼管，法蘭HG20592 法蘭SO25-1.6 RF 16MnR。 (6)安全閥接管 安全閥接管尺寸由安全閥泄放量決定。本貯罐選用f32×2.5mm的無縫鋼管，法蘭為HG20592 法蘭SO25-1.6 RF 16MnR。五.參考文獻1 董大勤主編.化工機械設備基礎.北京:化學工業(yè)出版社,2002.122 王非編著.化工壓力容器設計. 北京:化學工業(yè)出版社,2005.43 陳國桓主編. 化工機械設備基礎. 第二版.北京:化學工業(yè)出版社,2006.14 潘紅良,郝俊文主編.過程設備機械設計.上海:華東理工大學出版社,2006.7六.設計心得為期兩周緊張而忙碌的課程設計馬上結束了。忙碌

12、的時間總是過得很快，回想剛開始設計的時候無從下手，再到后來的得心應手，自己的收獲確實很多。在這整個設計期間，我對已經(jīng)學過的化工機械設備基礎書中的知識有了更深一步的了解，對液氨貯罐工作原理及其工作過程有了更全面的認識，同時也鞏固加強了CAD制圖方法，感受到了CAD制圖的方便與快捷。 順利完成此次設計離不開老師和同學們的幫助和關心，自己的設計不可避免的存在很多錯誤跟問題，期待老師的批評指正！技術特性表液氨貯罐指標設計壓力1.55MPa工作溫度40物料名稱液氨容積13m3其它：焊縫采用雙面對接焊縫，100探傷，表8-10 f1.O鋼板負偏差： Cl0.8mm腐蝕裕量: C2=1mm液氨貯罐技術要求1

13、本設備按GBl50-1998鋼制壓力容器進行制造、試驗和驗收 2焊接材料，對接焊接接頭型式及尺寸可按GB985-80中規(guī)定(設計焊接接頭系數(shù)f10) 3焊接采用電弧焊，焊條型號為E4303 4殼體焊縫應進行無損探傷檢查，探傷長度為100 5設備制造完畢后，以2MPa表壓進行水壓試驗 6管口方位按接管表接 管 表符號連接法蘭標準密封面形式 用途a1-2HG20592 SO15-1.6 RF突面液面計接口管b1-2HG20592 SO15-1.6 RF突面液面計接口管cHG20592 SO450-1.6 RF突面人孔dHG20592 SO32-1.6 RF突面出料口eHG20592 SO45-1.

14、6 RF突面進料口fHG20592 SO25-1.6 RF突面安全閥接口管gHG20592 SO25-1.6 RF突面放空口hHG20592 SO50-1.6 RF突面排污口總 圖 材 料 明 細 表22GB8163-87出料接管f38×3.5 L=200101 0.5 21HB20592-95法蘭SO 32-1.6 RF16MnR1 1.6 20HB20592-95法蘭內(nèi)徑f35其它尺寸按SO32-1.6 16MnR1 1.86 19GB8163-87壓料接管f25×3 L=2750101 4.5

15、60;18HB20592-95法蘭SO20-1.6 RF16MnR1 0.94 17GB8163-87排污接管f57×3.5 L=210101 1.0 16HB20592-95法蘭SO50-1.6 RF16MnR1 2.77 15JB/T4712-92JBT4712-92鞍座 A1600一 FJBT4712-92鞍座 A1600一 SQ235-A·F2420840 14HB20592-95法蘭SO25-1.6 RF16MnR1 1.12 13GB8163-87放空管接管f32×

16、;3.5 L=210101 0.58 12HB20592-95法蘭SO25-1.6 RF16MnR1 1.12 11GB8163-87安全閥接管f32×3.5 L=210101 0.58 10HB20592-95法蘭SO50-1.6 RF16MnR1 2.27 9GB8163-87 進料接管f45×3.5 L=400101 1.85 8JB/T4736-95補強圈f760/f484 d=1016MnR1 33.9 7HG21523-95人孔RF （A·G）450-1.6組合件1 178 6GB9019-88罐體DN 1600×10 L=235016MnR1 1863 5JB4737-95 封