化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 液氨貯罐的機(jī)械設(shè)計(jì)

1、化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)題目：液氨貯罐的機(jī)械設(shè)計(jì)班級(jí)：07080102學(xué)號(hào)：0708010210姓名：楊_慧指導(dǎo)教師：崔岳峰2010沈陽(yáng)理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院年11月設(shè)計(jì)任務(wù)書課題：液氨貯罐的機(jī)械設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容：根據(jù)給定的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)液氨貯罐已知工藝參數(shù)：最高使用溫度：T=50C公稱直徑：DN=2800mm筒體長(zhǎng)度（不含封頭）：L0=4900mm具體內(nèi)容包括：.筒體材料的選擇罐的結(jié)構(gòu)及尺寸罐的制造施工零部件型號(hào)及位置、接口相關(guān)校核計(jì)算設(shè)計(jì)人：楊慧學(xué)號(hào)：0708010210下達(dá)時(shí)間：2010年11月19日完成時(shí)間：2010年12月20日目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK

2、l bookmark10 o Current Document .設(shè)計(jì)方案1. HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 設(shè)計(jì)原則1. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定1. HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 設(shè)計(jì)結(jié)果2. HYPERLINK l bookmark18 o Current Document .設(shè)計(jì)計(jì)算4. HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 壁厚的設(shè)計(jì)4.筒體壁厚的設(shè)計(jì)4.封頭

3、壁厚的設(shè)計(jì)5.水壓試驗(yàn)與強(qiáng)度校核5. HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 鞍座的設(shè)計(jì)6.罐體質(zhì)量m6.封頭質(zhì)量m26.液氨質(zhì)量m36.附件質(zhì)量m7. HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 人孔的設(shè)計(jì)及補(bǔ)強(qiáng)核算.7.人孔的設(shè)計(jì)7.人孔補(bǔ)強(qiáng)的核算8. HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 接口管的設(shè)計(jì)8.液氨進(jìn)料管8.液氨出料管8.液面計(jì)接口管9.放空閥接口管9.安全閥接口管9.排污管9. HYPERLINK l bookmark28 o Current Do

4、cument .參數(shù)校核.10 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 筒體軸向應(yīng)力校核10筒體軸向彎矩計(jì)算1.0筒體軸向應(yīng)力計(jì)算1.1 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 筒體和封頭切向應(yīng)力校核12筒體切向應(yīng)力計(jì)算12封頭切向應(yīng)力計(jì)算12 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 筒體環(huán)向應(yīng)力校核13 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 鞍座有效斷面平均壓力13.設(shè)計(jì)匯總.15 HYPERLINK l bookm

5、ark38 o Current Document .總結(jié)1.6 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 參考文獻(xiàn)1.7計(jì)方案設(shè)計(jì)原則綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)課程知識(shí)，本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對(duì)貯罐進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性，安全可靠性。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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，目的是讓設(shè)計(jì)有章可循。本液氨貯罐屬于中壓容器，設(shè)計(jì)以“鋼制壓力容器”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB150為依據(jù)，嚴(yán)格按照政府部門對(duì)“壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督教程”的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。以安全為前提，綜合考慮質(zhì)量保證的各個(gè)環(huán)節(jié)，盡可能做到經(jīng)濟(jì)合理，可靠的密封性，足夠的安全壽命。其設(shè)計(jì)的

6、主要步驟如下：1）對(duì)設(shè)計(jì)中要用的各種設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和選取，以及根據(jù)制造容器的特殊要求選擇材料。2）利用計(jì)算公式對(duì)容器筒體和封頭壁厚的設(shè)計(jì)，以及封頭類型的選擇。3）根據(jù)鞍座承受的載荷而選用對(duì)稱布置的雙鞍座，再對(duì)容器進(jìn)行各種應(yīng)力分析和校核。4）從連接的密閉性和強(qiáng)度等出發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)選用各種法蘭。5）根據(jù)以上的容器設(shè)計(jì)計(jì)算，畫出涉及總設(shè)備圖。設(shè)計(jì)參數(shù)的確定1）設(shè)計(jì)溫度:T=50C2）設(shè)計(jì)壓力：因?yàn)楸举A罐在最高使用溫度50c下，氨的飽和蒸汽壓為2.033MPag色對(duì)壓強(qiáng)），取設(shè)計(jì)壓力為p=1.10X（2.0330.10133）=2.12MPa（表壓），容器上裝有安全閥時(shí)，可取1.05到1.11倍的最高工作

7、壓力作為設(shè)計(jì)壓力，這里取最高設(shè)計(jì)壓力為1.10倍。液柱靜壓力為Pi=DNp=2.8X562.90X9.81X10-6=0.0155MPa2.82X/X4.2=54.8010Mpam3,由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（趙軍，張有忱，段成紅編，P99,P127表96）可知，該設(shè)備為中壓儲(chǔ)存容器，即為第三類壓力容器。由于焊縫區(qū)是容器上強(qiáng)度比較薄弱的地方，要保證設(shè)備密封性能良好，故筒體焊接結(jié)構(gòu)采用雙面焊或相當(dāng)于雙面的全焊透的對(duì)接接頭，且全部無損探傷的，故取焊接頭系數(shù)小=1.07）許用應(yīng)力：對(duì)于本設(shè)計(jì)是采用鋼板卷焊的筒體以內(nèi)徑作為公稱直徑DN=Di=2800mm。假設(shè)16MnR鋼的厚度在16-36mm之間，根據(jù)化工

8、設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（趙軍，張有忱，段成紅編，P125）表94,設(shè)計(jì)溫度下鋼板的許用應(yīng)力J=163Mpa。常溫強(qiáng)度指標(biāo)（b=490MPa、8=325Mpa。設(shè)計(jì)結(jié)果罐體：采用16MnR鋼板，DN=2800mm,Lo=4900mm,圓整后金=22mm封頭：采用DN280050=5000mm水壓試驗(yàn)與強(qiáng)度校核19.2=194.554MPaC0.9磯=0.9X325X1.0=292.5MPa水壓試驗(yàn)滿足要求。鞍座的設(shè)計(jì)首先對(duì)鞍座的負(fù)荷進(jìn)行粗略性的計(jì)算一下貯罐總質(zhì)量：m=mi+m2+m3+m4（2-6）式中mi罐體質(zhì)量（kg）；質(zhì)量（kg）；質(zhì)量（kg）；質(zhì)量（kg）罐體質(zhì)量m根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（董大勤主編

9、P195）續(xù)查表得，DN=2800mm,i=22mm條件下筒節(jié)鋼板質(zhì)量qi=1531kg/m,所以mi=qiLo（2-7）于是mi=qiLo=1531X4.9=7501.9kg封頭質(zhì)量m根據(jù)化工機(jī)械基礎(chǔ)（陳國(guó)恒主編P312）續(xù)查表得，DN=2800mm,壁厚=22mm,ho=50mm條件下橢圓型封頭質(zhì)量q2=1570kg/m,故(2-8)m2=2q2于是m2=2q2=2X1570=3140kg液氨質(zhì)量m3m3=Vp（2-9）式中V一主管容積（m3）;廠水的密度（kg/m3）；其中根據(jù)化工機(jī)械基礎(chǔ)（陳國(guó)恒主編P312,P315）續(xù)查表得，DN=2800mm,壁厚(n=22mm,ho=50mm條件

10、下1m高筒體的體積Vi=6.158m3,橢圓型封頭的容積V2=3.18m3,故V=V封+V筒(2-10)于是V=V封+V筒=2V2+L0Vi=2X3.18+4.9X6.158=36.53m3液氨在0c時(shí)的密度為64kg/m3,小于水的密度，故充液氨質(zhì)量按水考慮。即p=1000kgzm3所以m3=V-仍6.531000=36530kg附件質(zhì)量m人孔約重200kg,其他管的總和按300kg計(jì)，故m4=200+300=500kg設(shè)備總質(zhì)量為m=m1+m2+m3+m4=7501.9+3140+36530+500=47671.9kg各鞍座的反力為F=mg/2=47.672)9.81/2=233.8KN,

11、由化工容器設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)(賀匡國(guó)編著P606)表40查得，所以選用輕型(A型)120。包角帶墊板鞍座，鞍座寬度為b=300mm,腹板厚10mm,墊板寬610mm,墊板厚8mm。鞍座標(biāo)記為：JB/T47121992鞍座A2800FJB/T47121992鞍座A2800S因?yàn)?.2L0.5R,取鞍座位置A=0.5R=0.5X1400=700mm人孔的設(shè)計(jì)及補(bǔ)強(qiáng)核算人孔的設(shè)計(jì)人孔的類型很多，選擇使用上有較大靈活性，其尺寸大小及位置以設(shè)備內(nèi)件安裝和工人進(jìn)出方便為原則。根據(jù)貯罐是在常溫及最高工作壓力為2.12MPa的條件下，人孔標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按公稱壓力為2.5MPa的等級(jí)選取。受壓設(shè)備的人孔蓋質(zhì)量大，一般均選

12、用吊蓋式或轉(zhuǎn)蓋式人孔。吊蓋式使用方便，墊片壓緊較好，回轉(zhuǎn)蓋式人孔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所占空間平面較小，如布置在水平位置時(shí)，開啟時(shí)較為費(fèi)勁。所以最好選水平吊蓋人孔。該人孔標(biāo)記為：HG215231995人孔R(shí)FIV(AG)4502.5其中RF指突面封閉，IV指接管于法蘭的材料為20R,AG是指用普通石棉橡膠板墊片，4502.5是指公稱直徑為450mm、公稱壓力為2.5MPa。人孔補(bǔ)強(qiáng)的核算由于人孔的筒節(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)。根據(jù)化工設(shè)備課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(方書起主編P76)附表348查得，接管公稱直徑為450mm時(shí)補(bǔ)強(qiáng)圈外徑為760mm。而內(nèi)徑按補(bǔ)強(qiáng)圈坡口類型確定。本次設(shè)計(jì)選用C型2

13、0(C=10)。故內(nèi)徑為：(2-11)(2-12)Di=di+2C+(1216)所以內(nèi)徑為Di=di+2C+(1216)=450+2X10+15=485mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度按下式估算一下：(di2C)補(bǔ)二二D2D1式中6一計(jì)算厚度(mm)?；斓陌倩?di2C)450210220.8”“補(bǔ)強(qiáng)圈厚度補(bǔ)-=36.23mmD2D1760485考慮到筒體與人孔筒節(jié)均有一定的壁厚裕量，故補(bǔ)強(qiáng)圈取壁厚取36mm。接口管的設(shè)計(jì)液氨進(jìn)料管液氨進(jìn)料管采用小57mme3.5mm無縫鋼管，管的一端切成45角形，伸入液氨貯罐內(nèi)少許，為的是避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動(dòng)以減小腐蝕，為了在短時(shí)間內(nèi)將物料注滿容器,再配用具有突面密封的平焊

14、法蘭，法蘭標(biāo)記：HG20592法蘭SO50-2.5RF16MnR因?yàn)闅んw名義厚度(d=22mm12mm,接管公稱直徑小于80mm,故不用補(bǔ)強(qiáng)。液氨出料管在化工生產(chǎn)中，需要將液體介質(zhì)運(yùn)送到與容器平行的或較高的設(shè)備中去，且獲得純凈無雜質(zhì)的物料。如前面第一章中討論結(jié)果液氨出料管采用可拆的壓出管小25mm3mm將它用法蘭套在接口管小38mm3.5mnrt,罐體的接口管法蘭采用法蘭HG20592法蘭SO3225RF16MnR。與該法蘭相匹配并焊接在壓出管的法蘭上，具連接尺寸和厚度與HG20592法蘭SO3225RF16MnR相同，但其內(nèi)徑不同為25mm,液氨壓出管法蘭HG20592法蘭SO3225RF1

15、6MnR。這類都屬于小型管，不補(bǔ)強(qiáng)，壓出管伸入貯罐2.5m液面計(jì)接口管液面計(jì)是用來觀察設(shè)備內(nèi)部液位變化的一種裝置，通過測(cè)量液位來確定容器中物料的數(shù)量，由于設(shè)備不太大而且壓力較小，物料純凈，故液氨貯罐常用玻璃液面計(jì)，由于貯罐公稱直徑2800mm選擇長(zhǎng)度為1400mm液面計(jì)兩支，體材料（針型閥）為碳鋼，體溫型，液面計(jì)接管為無縫鋼管，液面計(jì)相匹配的接口管尺寸為：432m由2.5mm平焊法蘭HG5010-58Pg16Dg25液面計(jì)標(biāo)記為：玻璃管液面計(jì)AIW-1200HG5-227-80。放空閥接口管為了在注入液體時(shí)，將容器內(nèi)的空氣排到罐體外以便能順利快速的注入，需要安放放空閥，采用（|）32m由2.5

16、mm無縫鋼管，法蘭為HG20592法蘭SO252.5RF16MnR安全閥接口管安全閥是通過閥的自動(dòng)開啟排出氣體來降低容器內(nèi)過高的壓力。為了操作的安全，因此安設(shè)一安全閥。采用（|）32m由2.5mm無縫鋼管，法蘭為法蘭為HG20592法蘭SO252.5RF16MnR（尺寸由安全閥泄漏放量決定）。排污管在清洗貯罐式，為了能夠?qū)U液完全排除貯罐外，液氨介質(zhì)會(huì)腐蝕罐壁而出現(xiàn)沉淀，故選擇在貯罐右端最底部安設(shè)排污管一個(gè)，管子規(guī)格為457m由3.5mm,管端焊有一與截止閥J41W16相匹配的管法蘭HG25092法蘭SO502.5RF16MnR。排污管與罐體連接處焊有一厚度為10mm的補(bǔ)強(qiáng)圈。3.參數(shù)校核筒體

17、軸向應(yīng)力校核筒體軸向彎矩計(jì)算筒體中間處截面的彎矩 TOC o 1-5 h z 2212Rmh；M1(3-1)FL1L24A14hiT3L式中F一鞍座反力（N）;Rm橢圓封頭外半徑（mm）;L一兩封頭切線之間的距離（mm）;A鞍座位置（mm）;hi一封頭短軸內(nèi)半徑（mm）；其中RmDN2800 2221411mm所以M112Rmh：FL1L241%3L,2141127002一一174A=233800500050002T-44700L1-3500047008=1.111085000Nmm支座處截面上的彎矩M2=fa1ARmh：L2AL14hi=-233800X700X3L TOC o 1-5 h

18、z 22,70014117001(3-2)1500027005000=-6.61107Nmm(47001350003.1.2筒體軸向應(yīng)力計(jì)算由封頭加強(qiáng)筒體，有加強(qiáng)圈存在，所以根據(jù)化工機(jī)械工程手冊(cè)(上卷)P1199表11.411查得K1=K2=1.0。經(jīng)過上面的計(jì)算知M1M2,且A&Rm/2=705.5mm,所以最大軸向應(yīng)力出現(xiàn)在跨中面，校核跨中面應(yīng)力(1)由彎矩引起的軸向應(yīng)力圓筒中間截面上最高點(diǎn)處：(3-3)M13.14Rme于是1M13.14R2 e8二 1.11 10- 3.14 14112 19.2=-0.90MPa取低點(diǎn)處位=-o1=0.90Mpa鞍座截面處最高點(diǎn)處:M2 03=-3.

19、14(46.61 10723.14 1.0 14112 19.20.55MPa最低點(diǎn)處:_ M2但=z3.14K2R2te6.61 1073.14 1.0 14112 19.20.55MPaPRm2 e(2)由設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力于是PRm = 2.12 14112 e 2 19.277.90Mpa(3-4)(3)軸向應(yīng)力組合與校核最大軸向拉應(yīng)力出現(xiàn)在筒體中間截面最低點(diǎn)處，因此得出：(2=op+o2/77.90+0.9=80.80MPa(3-5)許用軸向拉力應(yīng)力，=163Mpa,出J公格。最大軸向壓應(yīng)力出現(xiàn)在筒體充滿水時(shí)，在筒體中間截面最高點(diǎn)處oi=-1=-0.90Mpa軸向許用應(yīng)力A=0.

20、094te0.094 19.2Ri14000.001289(3-6)根據(jù)A值查外壓容器設(shè)計(jì)的材料溫度線圖 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)(P152圖119), 得B=130Mpa,取許用壓縮壓力同=130Mpa,回熨說明是合格的。3.2筒體和封頭切向應(yīng)力校核筒體切向應(yīng)力計(jì)算K3 FR m e(3-7)同樣由化工機(jī)械工程手冊(cè)(上卷)P11-100表11.4-12查得K3=0.880, K4=0.401。于是=K3 F =0.880 233800- Rm e 1411 19.27.59MPa封頭切向應(yīng)力計(jì)算 封頭剪應(yīng)力計(jì)算公式：K4 FR m e(3-8)于是代入各項(xiàng)數(shù)據(jù)hK F =0.401 2338003.

21、46MPaRm e 1411 19.21.25 th 1.25 tKPDn2the1.25 163 1 212 2800 49.17Mpa2 19.21.25 th合格筒體環(huán)向應(yīng)力校核假設(shè)墊片不起作用，在鞍座處橫截面最低點(diǎn)出:(3-9)kK5Feb2式中b2一筒體有效寬度。根據(jù)化工機(jī)械工程手冊(cè)（上卷）P11101表11.413查得K5=0.7603,K6=0.0132式中k=0.1考慮到容器焊接在鞍座上b2b1.56TRTT(3-10)式中b一支座軸向?qū)挾取Ｓ谑莃2b1.56.Rme=300+1.56141119.2=556.77mm同理,kF = 0.1 0.7603 233800eb2 -

22、19.2 556.771.66 Mpa鞍座邊角處軸向應(yīng)力：因?yàn)長(zhǎng)/Rm=5000/1411=3.548F 3K6F .24b2 e 2 e2338003 0.0132 233800556.774 19.2一 一一22 19.2218.03Mpa (3-11)軸向應(yīng)力校核:t163MPat61.251.25163203.75MPa鞍座有效斷面平均壓力支座承受的水平分力Fs=K9F（3-12）同樣由化工機(jī)械工程手冊(cè)（上卷）P11-103表11.4-15查得K9=0.204。即Fs=K9F=0.204X233800=47695.2N鞍座有效斷面平均應(yīng)力：Fs(3-13)式中Hs一鞍座計(jì)算高度；B0一鞍座腹板厚度其中Hs取鞍座實(shí)際高度（H=250mm）和Rm/3=1411/3=470.33mm中的最小值，即Hs=250mm。腹板厚度bo=（2Ci=100.8=9.2mm于是Fs9Hsbo47695.220.74MPa2509.2sa2 140 93.3 Mpa應(yīng)力校核式中sa140MPa,鞍座材料Q235AF的許用應(yīng)力。4.設(shè)計(jì)匯總在舁廳P名稱指標(biāo)1設(shè)計(jì)壓力2.12MPa/2工作溫度500C/3物料名稱液氨/4容積36.53m3/5筒體DN280022,L500016MnR6封頭DN280022,h40JB/T4712-