液氨儲(chǔ)罐機(jī)械設(shè)計(jì)

1、廣東石油化工學(xué)院化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書二級(jí)學(xué)院：化工與環(huán)境工程學(xué)院 專業(yè)： 姓 名： 班 別： 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師： 過程裝備與控制工程教研室2013年6月廣東石油化工學(xué)院化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1. 設(shè)計(jì)題目：液氨儲(chǔ)罐機(jī)械設(shè)計(jì)2. 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：技 術(shù) 特 性公稱容積(m3)8公稱直徑Dg(mm) 1000介 質(zhì)液氨筒體長度L(mm) 9305工作壓力(MPa)1.99工作溫度(0C)40廠 址茂名推薦材料16MnR管 口 表編號(hào)名稱公稱直徑(mm)編號(hào)名稱公稱直徑(mm)a1-2液位計(jì)20e安全閥50b進(jìn)料管50f放空管50c出料管50g人孔 450d壓力表20h排污管50工藝條件圖3.計(jì)

2、算及說明部分內(nèi)容（設(shè)計(jì)內(nèi)容）：第一部分 緒論：（1）設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)特點(diǎn)；（2）主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定及說明。第二部分 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證（1）材料選擇與論證；（2）結(jié)構(gòu)選擇與論證：封頭型式的確定、人孔選擇、法蘭型式、液面計(jì)的選擇、鞍式支座的選擇確定。第三部分 設(shè)計(jì)計(jì)算（1）計(jì)算筒體的壁厚；（2）計(jì)算封頭的壁厚；（3）水壓試驗(yàn)壓力及其強(qiáng)度校核；（4）選擇人孔并核算開孔補(bǔ)強(qiáng)；（5）選擇鞍座并核算承載能力；（6）、選擇液位計(jì)（7）、選配工藝接管附設(shè)計(jì)參考資料清單4繪圖部分內(nèi)容： 總裝配圖一張（1#）5設(shè)計(jì)期限：1周（2013年 06 月 22日 2013 年 06月 26 日）6、設(shè)計(jì)參考

3、進(jìn)程：(1)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作、選擇容器的型式和材料 一天(2)設(shè)計(jì)計(jì)算筒體、封頭、選擇附件并核算開孔補(bǔ)強(qiáng)等 兩天(3)繪制裝配圖 三天(4)編寫計(jì)算說明書 一天(5)答辯 半天7參考資料：1 化工過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，李多民、俞慧敏主編，中國石化大學(xué)出版社2 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，湯善甫 朱思明主編，華東理工大學(xué)出版社。3 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，蔡業(yè)彬 宣征南主編。4 鋼制壓力容器GB150-98 指導(dǎo)教師： 2013年 06 月 目錄第一部分 設(shè)計(jì)緒論1（1）設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)特點(diǎn)1（2）主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定及說明1第二部分 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證3（1）材料的選擇與認(rèn)證3（2）結(jié)構(gòu)的選擇

4、與認(rèn)證3第三部分 設(shè)計(jì)計(jì)算5（1）計(jì)算筒體的壁厚5（2）計(jì)算封頭的壁厚5（3） 水壓試驗(yàn)壓力及其強(qiáng)度校核6 （4）選擇人孔并核算開孔補(bǔ)強(qiáng)6（5）選擇鞍座并核算承載能力7（6）選擇液位計(jì)7（7）選配工藝接管8技術(shù)要求8技術(shù)特性表8接管表9參考資料9第四部分 設(shè)計(jì)心得10第一部分 設(shè)計(jì)緒論1.設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)特點(diǎn) 設(shè)計(jì)任務(wù)：根據(jù)儲(chǔ)罐筒體公稱直徑D i = 1000mm ，罐體公稱容積 V=8m3 ,設(shè)計(jì)一液氨儲(chǔ)罐, 通過設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐的厚度，選擇合適鞍座及封頭，使其能滿足工藝要求。 設(shè)計(jì)思想：通過圖書館和上網(wǎng)查找有關(guān)的書籍與資料，獲取需要的數(shù)據(jù)，來完成所要求要設(shè)計(jì)的部分。液氨儲(chǔ)罐是化工及煉油廠運(yùn)

5、輸與儲(chǔ)存液氨的一個(gè)常用設(shè)備，在設(shè)計(jì)液氨儲(chǔ)罐時(shí)，要有利于成批生產(chǎn)，提高質(zhì)量，便于互換，降低成本，提高勞動(dòng)的生產(chǎn)率，要對(duì)容器的設(shè)計(jì)（如封頭、法蘭、支座、人孔、液面計(jì)等）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，且部件安裝合理，除此之外還要盡量滿足工藝的要求，密封性能要好。 設(shè)計(jì)特點(diǎn)：為了滿足工藝過程的需要，必須做到如下要求：（1）強(qiáng)度：液氨儲(chǔ)罐可以抵抗外力破壞能力，以保證生產(chǎn)安全。 （2）剛度：零部件應(yīng)有抵抗外力使其變形的能力，以防止容器在使用、運(yùn)輸或安裝的過程中發(fā)生不允許的變形。 （3）穩(wěn)定性：容器或其零部件在外力作用下有維持其原型的能力，防止容器被壓癟或出現(xiàn)皺折。 （4）耐久性：容器有一定的抵抗介質(zhì)及大氣的腐蝕能力，保持一

6、的使用年限。 （5）氣密性：容器在承受壓力或處理有毒介質(zhì)時(shí)有可靠的氣密性，提供良好的勞動(dòng)環(huán)境及維持正常的操作。 （6）其他：節(jié)約材料、便于制造、運(yùn)輸、安裝、操作、維修方便，符合有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等的規(guī)定。2.主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定及說明（1）.液氨貯罐的分類及選型及材料的確定儲(chǔ)罐的形狀有圓形或球形。圓筒形儲(chǔ)罐兩端的封頭有橢圓形、球形、錐形和平蓋等形狀。在本設(shè)計(jì)中由于設(shè)計(jì)體積較小且工作壓力較小，可采用臥式圓筒形容器，方形和矩形容器大多在很小設(shè)計(jì)體積時(shí)采用，因其承壓能力較小且使用材料較多；而球形容器雖承壓能力強(qiáng)且節(jié)省材料，但制造較難且安裝內(nèi)件不方便；立式圓筒形容器承受自然原因引起的應(yīng)力破壞的能力

7、較弱，故選用臥式圓筒形容器。 氨對(duì)鋼材的腐蝕作用很小，但是，置于室外的液氨儲(chǔ)罐，它的操作溫度就是大氣溫度，它的操作壓力就是操作溫度對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓。隨著氣溫的變化，液氨儲(chǔ)罐的操作溫度和壓力也隨之變化，制造儲(chǔ)罐的鋼材應(yīng)能承受這種變化。液氨儲(chǔ)罐通常選擇16MnR鋼，它是屈服強(qiáng)度為350MPa級(jí)的普通低合金高強(qiáng)度鋼，具有良好的綜合力學(xué)性能、焊接性能、工藝性能以及低溫沖擊韌性。(2) .設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力的確定本儲(chǔ)罐在夏季最高溫度可達(dá)，這時(shí)液氨的飽和蒸氣壓為（絕對(duì)壓力）。選用16MnR制作罐體和封頭，估計(jì)筒體厚度為4-6mm左右，應(yīng)此許用應(yīng)力 =170MPa（查教材表53）；焊縫接頭系數(shù)=1.0（雙面

8、對(duì)接焊縫，100%探傷，教材表5-4）；腐蝕余量C =1mm（輕微腐蝕，教材表5-6），鋼板厚度負(fù)偏差C =0.6mm（教材表5-5）。在40攝氏度下設(shè)計(jì)壓力取工作壓力的11.1倍，所以設(shè)計(jì)壓力P=1.99又有筒體長為9305mm，筒體厚度可由公式核算得，液面計(jì)、進(jìn)料管、壓力表、安全閥、放空閥、人孔、排污管的公稱直徑確定參數(shù)參照各目的標(biāo)準(zhǔn)及筒體的公稱直徑確定其參數(shù)見下表技 術(shù) 特 性公稱容積(m3)8公稱直徑Dg(mm)1000介 質(zhì)液氨筒體長度L(mm)9305工作壓力(MPa)1.99工作溫度(0C)40廠 址茂名推薦材料16MnR管 口 表編號(hào)名稱公稱直徑(mm)編號(hào)名稱公稱直徑(mm)

9、a1-2液位計(jì)20e安全閥50b進(jìn)料管50f放空管50c出料管50g人孔450d壓力表20h排污管5011第二部分 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證1.材料的選擇與認(rèn)證純液氨腐蝕性很小，貯罐可選用一般鋼材，但由于壓力較大，可以考慮16MnR這種鋼種。16MnR鋼板： 式中P設(shè)計(jì)壓力為1.99MPa；Di=1000mm; =170MPa; =1.0（雙面對(duì)接焊，100%無損探傷）；C=1mm那么，代入數(shù)據(jù)得：=5.89 mm取C=0.6mm，圓整后取=8mm因此，選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。2.結(jié)構(gòu)的選擇與認(rèn)證（1） 封頭形式的確定 從受力與制造方面分析來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺

10、點(diǎn)是深度大，沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。平板封頭因直徑各厚度都較大，加工與焊接方面都要遇到不少困難。從鋼材耗用量來年：球形封頭用材最少，比橢圓開封頭節(jié)約，平板封頭用材最多。因此，從強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。（2） 人孔的選擇 壓力容器人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個(gè)手柄。選用時(shí)應(yīng)綜合考慮公稱壓力、公稱直徑(人、手孔的公稱壓力與法蘭的公稱壓力概念類似。公稱直徑則指其簡節(jié)的公稱直徑)、工作溫度以及人、手孔的結(jié)構(gòu)和材料等諸方面

11、的因素。人孔的類型很多，選擇使用上有較大的靈活性。根據(jù)設(shè)計(jì)溫度和壓力表以及標(biāo)準(zhǔn)JB585-79查得人孔標(biāo)準(zhǔn)按壓力為2.2MPa的等液選取：選擇碳鋼水平吊蓋人孔，密封壓緊面采用C型，人孔筒節(jié)軸線垂直安裝。（3）法蘭型式法蘭連接主要優(yōu)點(diǎn)是密封可靠、強(qiáng)度足夠及應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是不能快速拆卸、制造成本較高。壓力容器法蘭分平焊法蘭與對(duì)焊法蘭。本設(shè)計(jì)中采用乙型平焊法蘭。乙平焊法蘭比甲型平焊法蘭增加了百度大于筒體的短節(jié)，增加了法蘭的剛度，適用于直徑較大和壓力較高的條件。（4） 液面計(jì)的選擇液面計(jì)是用以指示容器內(nèi)物料液面的裝置，其類型很多，大體上可分為四類，有玻璃板液面計(jì)、玻璃管液面計(jì)、浮子液面計(jì)和浮標(biāo)液面計(jì)。

12、液面計(jì)與容器的連接型式有法蘭連接、頸部連接及嵌入連接，分別用于不同型式的液面計(jì)。液面計(jì)的選用：1玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)均適用于物料內(nèi)沒有結(jié)晶等堵塞固體的場合。板式液面計(jì)承壓能力強(qiáng)，但是比較笨重、成本較高。2玻璃板液面計(jì)一般選易觀察的透光式，只有當(dāng)物料很干凈時(shí)才選反射式。3當(dāng)容器高度大于3m時(shí)，玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)的液面觀察效果受到限制，應(yīng)改用其它適用的液面計(jì)。液氨為較干凈的物料，易透光，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象。所以，在此液面計(jì)選用玻璃板式PN1.6 DN15 GB9119.8-88 板式液面計(jì)用于較高壓力，液面計(jì)上均設(shè)閥門，以防液面計(jì)破裂。（5）鞍式支座的選擇容器支座有鞍座,圈座和支

13、腿三種,用來支撐容器的重量。鞍式支座是應(yīng)用最廣泛的一種臥式支座。從應(yīng)力分析看，承受同樣載且具有同樣截面幾何形狀和尺寸的梁采用多個(gè)支承比采用兩個(gè)支承優(yōu)越，因?yàn)槎嘀С性诹粌?nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力較小。所以，從理論上說臥式容器的支座數(shù)目越多越好。但在是實(shí)際上臥式容器應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成雙支座，這是因?yàn)楫?dāng)支點(diǎn)多于兩個(gè)時(shí)，各支承平面的影響如容器簡體的彎曲度和局部不圓度、支座的水平度、各支座基礎(chǔ)下沉的不均勻性、容器不同部位抗局部交形的相對(duì)剛性等等，均會(huì)影響支座反力的分市。因此采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越論反而會(huì)造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運(yùn)行安全帶來不利的影響。而且，現(xiàn)在儲(chǔ)罐等的支座已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，所以鞍座采

14、用了雙支座，一個(gè)S型，另外一個(gè)F型，為了充分利用封頭對(duì)筒體的加強(qiáng)作用，支座應(yīng)靠近封頭，即ARi ，A不大于0.2L，以便使筒體的中間部分截面與支撐部分截面的彎矩值相等或相近。第三部分 設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)一液氨儲(chǔ)罐，工藝尺寸為：儲(chǔ)罐的公稱直徑， 公稱容積。使用地點(diǎn)：茂名；工作溫度：。儲(chǔ)罐的技術(shù)要求：本設(shè)備按GB150-1998 鋼制壓力容器進(jìn)行制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收；焊接材料、對(duì)接焊接接頭及尺寸按GB985-80中規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用雙面對(duì)接焊，全部無傷檢測(cè)，=1.00；焊接采用電弧焊，焊條E4303；殼體焊縫要進(jìn)行無損傷檢測(cè)，探傷長度為100%；設(shè)備制造后，有2.75MPa表壓進(jìn)行水壓試驗(yàn)。（1）計(jì)算筒體的

15、壁厚選取儲(chǔ)罐材料16MnR，制作罐體和封頭，查得16MnR材料在 時(shí)，焊縫為雙面對(duì)接焊，100%無損探傷，故 =1.00 ,設(shè)備內(nèi)徑，P=1.99MPa。于是罐體計(jì)算厚度為：查表得，取，則根據(jù)，查鋼板厚度，取（2）計(jì)算封頭的壁厚 采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭厚度計(jì)算根據(jù)，向上圓整后取取標(biāo)準(zhǔn)校核罐體與封頭水壓試驗(yàn)強(qiáng)度：a其中：故，水壓試驗(yàn)時(shí)強(qiáng)度足夠。（3）選擇鞍座并核算承載能力其中：m1罐體質(zhì)量，kg； m2封頭質(zhì)量，kg； m3液氨質(zhì)量，kg； m4附件質(zhì)量，kg。1） 罐體質(zhì)量：根據(jù)，的筒節(jié)，可得每米筒體質(zhì)量， 所以： 2）封頭質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭可得，直邊高為，橢圓封頭質(zhì)量為 117.1所以

16、3） 液氨質(zhì)量：其中：a充料系數(shù)，取0.7； v儲(chǔ)罐容積， 液氨在-20°C時(shí)的密度，為于是：4） 附件質(zhì)量：附件取設(shè)備總質(zhì)量： 每個(gè)鞍座負(fù)荷：選取鞍座為：輕型帶墊板，包角為120°的鞍座。即鞍座 鞍座（4）選擇人孔并核算開孔補(bǔ)強(qiáng)查標(biāo)準(zhǔn)，按，進(jìn)行選用，選取水平吊蓋人孔，如圖結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)JB585-79，人孔公稱直徑，密封面采用C型。人孔筒節(jié)內(nèi)徑 ，壁厚。人孔補(bǔ)強(qiáng)圈采用內(nèi)徑，外徑厚度為： 考慮到罐體和人孔筒節(jié)都有一定的壁厚余量，?。?）選配工藝接管1）液氨進(jìn)料口采用，查表選法蘭：平焊平面密封管法蘭，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為， 管的一端切成45°。因?yàn)闅んw，等于8mm，接管公稱直徑小于

17、80mm，故不用補(bǔ)強(qiáng)。2）液氨出料口采用可拆壓出管，將它套入罐體的固定接口管內(nèi)，并用一非標(biāo)準(zhǔn)法蘭固定在借口管法蘭上，液氨出料管也不用補(bǔ)強(qiáng)。固定接口管標(biāo)準(zhǔn)號(hào): 壓出管法蘭標(biāo)準(zhǔn)號(hào): 但其內(nèi)徑為50mm液氨壓出料管也不用補(bǔ)強(qiáng)。3）排污管在儲(chǔ)罐最底部，管子規(guī)格，管端焊有管法蘭： ；排污管與截止閥聯(lián)接。正常工作時(shí)截止閥關(guān)閉，檢修時(shí)截止閥打開，排除罐內(nèi)液體。4） 液面計(jì)接管 本柱罐采用玻璃管液面計(jì)AIW PN1.6，L=820mm，HG5-227-80兩支。與其相配的接管尺寸=18×3mm,管法蘭為PN1.6DN15 GB 9119.8-88。其標(biāo)記符號(hào)意義如下：第一項(xiàng)用A,B,C表示法蘭連接處

18、的密封面型式。第二項(xiàng)用，表示液面計(jì)各零件的材料類別，它決定著液面計(jì)的最大工作壓力。第三項(xiàng)用D,W分別表示液面計(jì)外不保溫和保溫。第四項(xiàng)表示液面計(jì)的公稱壓力。第五項(xiàng)表示液面計(jì)長度。第六項(xiàng)是該液面計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)。5） 放空管采用 無縫鋼管，法蘭為 6） 安全接管 采用 l=210mm 無縫鋼管，法蘭為 設(shè)備總裝圖附圖，應(yīng)標(biāo)明罐的安裝技術(shù)要求，以及接管明細(xì)表、材料、零件為明細(xì)表等。技術(shù)要求1) 本設(shè)備按GB 150-1998鋼制壓力容器進(jìn)行制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收2) 焊接材料、對(duì)焊接接頭型式及尺寸可按GB 985-80中規(guī)定（設(shè)計(jì)焊縫強(qiáng)度系數(shù)=1.00）3) 殼體焊縫應(yīng)進(jìn)行無損探傷檢查，探傷長度為100%4)

19、 設(shè)備制造完畢后，進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)5) 管口方位按本圖技術(shù)特性表技術(shù)特性表序號(hào)名稱指標(biāo)1設(shè)計(jì)壓力1.99MPa2工作溫度403物料名稱液氨4公稱容積(m3)8接管表序號(hào)接管法蘭標(biāo)準(zhǔn)密封面形式用途a1-2PN1.99DN20 GB9119.8-88平 面液面接管口b1-2PN1.99 DN20 GB9119.8-88平 面液面接管口cBIIPN1.99 DN450 JB583-64榫 槽人孔dPN1.99 DN50 GB9119.8-88平 面出料口ePN1.99 DN50 GB9119.8-88平 面進(jìn)料口fPN1.99 DN50 GB9119.8-88平 面安全閥接管口gPN1.99 DN50 GB9119.8-88平 面放空閥hPN1.99 DN50 GB9119.8-88平 面排污口參考資料5 化工過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，李多民、俞慧敏主編，中國石化大學(xué)出版社6 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，湯善甫 朱思明主編，華東理工大學(xué)出版社。7 化工設(shè)備機(jī)械基