說明指導書樣本專業(yè)版

《過程設備設計》課程設計說明書設計題目：10m3學校：太原理工大學學院：化學化工學院專業(yè)：過程裝備和控制工程班級：0803姓名：陳浩學號：002296指導老師：王鳳斌時間：12設計任務書課程設計題目：10m3課程設計要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：課程設計要求：使用國家最新壓力容器標準、規(guī)范進行設計，掌握經(jīng)典過程設備設計全過程。廣泛查詢和綜合分析多種文件資料，進行設計方法和設計方案可行性研究和論證。設計計算采取電算，要求設計思緒清楚，計算數(shù)據(jù)正確、可靠，且正確掌握計算機操作和專業(yè)軟件使用。工程圖紙要求計算機繪圖畢業(yè)設計全部工作由學生本人獨立完成。原始數(shù)據(jù)：設計條件表序號項目數(shù)值單位備注1名稱液化石油氣儲罐2用途液化石油氣貯備站3最高工作壓力MPa由介質(zhì)溫度確定4工作溫度-20～48℃5公稱容積（Vg）10M36工作壓力波動情況可不考慮7裝量系數(shù)(φV)0.908工作介質(zhì)液化石油氣(丙烷)9使用地點太原市，室外管口表符號公稱規(guī)格連接法蘭標準密封面用途或名稱液位計口放氣管人孔安全閥口排污口液相進口液相出口氣相口壓力表口課程設計關鍵內(nèi)容：設備工業(yè)設計設備結構設計設備強度計算計算條件編制繪制設備總裝配圖編制設計說明書學生應交出設計文件（論文）：設計說明書一份總裝配圖一張（折合A1圖紙一張）關鍵參考資料：[1]國家質(zhì)量計算監(jiān)督局，GB150-1998《鋼制壓力容器》，中國家標準準出版社，1998[2]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，TSGR0004-《固定式壓力容器安全計算監(jiān)察規(guī)程》，[3]全國化工設備設計技術中心站，《化工設備圖樣技術要求》，，,11[4]鄭津洋、董其伍、桑芝富，《過程設備設計》，化學工業(yè)出版社，[5]黃振仁、魏新利，《過程裝備成套技術設計設計指南》，化學工業(yè)出版社，[6]國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設計院，《化工工藝設計手冊》，化學工業(yè)出版社，1996摘要伴隨中國化工行業(yè)蓬勃發(fā)展，各地建立了大量液化氣貯備站。對于存量小于500m3時，通常選擇臥式圓筒形儲罐。液化氣儲罐是儲存易燃易爆介質(zhì)，直接關系到大家生命財產(chǎn)安全關鍵設備。所以屬于設計、制造要求高、檢驗要求嚴格III類壓力容器。此次設計液化石油氣儲罐是盛裝液化石油氣常見設備，因為該介質(zhì)含有易燃易爆特點，所以在設計該儲罐時，要注意和通常氣體儲罐不一樣點，尤其要注意安全，還要注意在制造、安裝等方面特點?，F(xiàn)在中國一般采取常溫壓力儲罐，常溫儲罐通常有兩種形式：球形儲罐和圓筒形儲罐。球形儲罐和圓筒形儲罐相比：前者含有投資少，金屬耗量少，占地面積少等優(yōu)點，但加工制造及安裝復雜，焊接工作量大，故安裝費用較高。通常儲存總量大于500m3時選擇球形儲罐比較經(jīng)濟；而圓筒形儲罐含有加工制造簡單，安裝費用少等優(yōu)點，但金屬耗量大占地面積大，所以在總儲量小于臥式液化石油氣儲罐設計特點。臥式液化石油氣儲罐也是一個儲存壓力容器，也應按GB150《鋼制壓力容器》進行制造、試驗和驗收；并接收《固定式壓力容器安全技術檢驗規(guī)程》監(jiān)督。液化石油氣儲罐，不管是臥式還是球罐全部屬于III類壓力容器。儲罐關鍵有筒體、封頭、人孔、支座和多種接管組成。儲罐上設有液相管、氣相管、排污管和安全閥、壓力表表、液面計等。目錄第1章 工藝設計 -1-1.1 盛裝液化氣體壓·力容器設計存放量 -1-1.2 設備初步選型及輪廓尺寸 -1-第2章 機械設計 -2-2.1 結構設計 -2-2.1.1 設計條件 -2-2.1.2 結構設計 -3-2.2 強度計算 -11-2.2.1 容器筒體和封頭厚度設計 -11-2.2.2 臥式容器應力校核 -13-2.2.3 開孔補強計算 -20-參考文件……………………….…………..-22過程設備設計包含工藝設計和機械設計兩部分。工藝設計工藝設計是依據(jù)設計任務提供原始數(shù)據(jù)和生產(chǎn)工藝要求，經(jīng)過工藝計算確定；盛裝液化氣體壓力容器設計存放量W=φVρt式中，W—儲存量，t；φ—裝量系數(shù)；V—壓力容器容積，m3；ρt—設計溫度下飽和液體密度，t/m3；其中φ=0.9；V=10m3依據(jù)任務書取得，工作介質(zhì)為液化石油氣，取丙烷，工作溫度為-20密度；ρt=0.57t/m3（見表一故W=0.9×10×0.57=5.04t依據(jù)物料物理及化學性質(zhì),按最危險工況設計，取丙烯為液化石油氣關鍵成份表一丙烯飽和蒸汽壓及飽和液密度溫度-20204050飽和蒸汽壓Bar2.969.6515.8619.99飽和液密度kg/升0.570.5150.4750.45設備初步選型及輪廓尺寸依據(jù)公式V=πD2（L1-2h）/4+2V∵Vg=10m3∴V≥10m3設L1/D=3.7，則L1=5550mmV=πD2（L1-2h）/4+2V封查附錄8鋼制壓力容器用封頭表B.1及設計指導書P80表1可得H=400，選擇橢圓形封頭，依據(jù)表1以內(nèi)徑基準求出h=25，V封=0.4860m3當D=1500mm，V計=3.14×1.52×（5.5-2×25）/4+2×0.4860=10.2978m3滿足要求機械設計機械設計包含結構設計和強度設計兩部分。結構設計設計條件（以結構設計表和管口表形式列出）表2設計條件表項目內(nèi)容備注工作介質(zhì)丙烯液化石油氣工作壓力MPa1.8999設計壓力MPa2.0899工作溫度-20~48設計溫度50公稱容積（Vg）m310計算容積（V計）m310.3工作容積（V工）m39.22裝量系數(shù)（φv）0.9介質(zhì)密度（ρt）t/m30.57材質(zhì)Q345R（熱軋）保溫要求無其它要求無其中：工作介質(zhì)：選擇丙烯（液化石油氣）設計壓力：裝有安全閥，設計壓力為工作壓力1.05~1.1,P設=P工×1.1=1.8999×1.1=2.0889MPa計算容積：V計=3.14×1.52×（5.5-2×25）/4+2×0.4860=10.3工作容積：V工=0.9×10.3=9.22保溫要求：容器內(nèi)物料溫度隨季節(jié)溫度改變，工作壓力為對應溫度下飽和蒸汽壓，此儲罐為常溫壓力儲存，這類儲存不設保溫層。表三管口表公稱規(guī)格連接法蘭標準密封面用途或名稱PN4.0DN25HG/T20594-M液位計PN4.0DN50HG/T20594-FM放氣管PN4.0DN500HG/T20594-MFM人孔PN4.0DN50HG/T20594-FM安全閥PN4.0DN80HG/T20594-M液相進口PN4.0DN50HG/T20594-M液相出口PN4.0DN50HG/T20594-M氣相管PN4.0DN50HG/T20594-M排污口PN4.0DN25HG/T20594-FM壓力表口結構設計化工設備結構設計包含設備承壓殼體（通常為筒體和封頭）及其零部件設計。設備零部件包含支座、接管和法蘭、人口和手孔、液面計、視鏡等。中國已經(jīng)制訂了化工設備通用零部件系列標準，設計時可依據(jù)具體條件根據(jù)標準進行選擇。筒體和封頭結構設計筒體直徑通常由工藝條件決定，但要注意符合壓力容器公稱直徑標準。封頭公稱直徑必需和筒體公稱直徑相一致，筒體內(nèi)徑再工藝計算中已經(jīng)求出為1500mm，長度為5500mm。標準橢圓封頭是中低壓容器中常常采取封頭型式，其最新標準為JB/T4746。該標準要求了以內(nèi)徑為公稱直徑標準橢圓形封頭直邊高度只和公稱直徑相關：當DN≤mm時，直邊高度為25mm；當DN≥mm時，直邊高度為40mm。圖1封頭封頭參數(shù)：取公稱直徑DN=1500mm，總深度H=400mm，內(nèi)表面積A=2.5568m2，容積V==========================================================法蘭設計法蘭設計可依據(jù)法蘭標準進行選型設計，也可按GB150相關條款進行設計。法蘭有壓力容器法蘭和管法蘭，二者屬相同標準體系。設計內(nèi)容以下：依據(jù)設計壓力、操作溫度和法蘭材料決定法蘭公稱壓力PN；水壓試驗壓力Pt=1.25×2.0899=2.61，所以選擇高一等級公稱壓力，所以PN=4.0[2，162]依據(jù)公稱直徑DN、公稱壓力PN及介質(zhì)特征決定法蘭類型及密封面型式，法蘭選帶頸對焊法蘭（標準HG20954）[3，11~14]圖2帶頸對焊鋼制凹凸面法蘭表四PN4.0MPa帶頸對焊法蘭鋼制管法蘭尺寸（mm）[4，52]公稱通徑DN鋼管外徑A1法蘭外徑D連接尺寸法蘭厚度c法蘭頸法蘭高度H法蘭理論重量（kg）螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺紋ThNSH1≈R253211585144M1218502.664401.05057165125184M1620842.986483.08089200160188M20241423.2108585.0依據(jù)溫度、壓力及介質(zhì)腐蝕性選擇墊片材料合成纖維橡膠墊片使用條件：P≤4.0MPat范圍為-400C-2900所以選擇合成纖維橡膠墊片墊片圖3[4，177]墊片尺寸表6[2，181]公稱通徑DN墊片內(nèi)徑D1max墊片外徑D2墊片厚度T2534571.55061871.580891201.55005305753選擇和法蘭材料、墊片材料相匹配螺柱和螺母材料，螺柱和螺母材料為30CrMo[3，239]人孔、手孔、視鏡、液面計結構設計人孔和手孔壓力容器設人孔是為了檢驗設備內(nèi)部空間和裝拆設備內(nèi)部零部件。人孔大小設置標準是方便人進出。所以人孔公稱直徑要求為400~600mm，可依據(jù)容器直徑及所處地域冷暖程度來選擇。人孔選回轉(zhuǎn)帶頸對焊法蘭人孔表七回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔明細表[3，12]件號標準號名稱數(shù)量材料1筒節(jié)116MnR2HG20613等長雙頭螺柱見尺寸表8.8級3HG20613螺母見尺寸表8級4HG20595法蘭116MnⅡ5HG20606墊片1非金屬平墊6HG20601法蘭蓋116MnR7把手1Q235－A·F8軸銷1Q235－A·F9GB/T91銷2Q21510GB/T95墊片2100HV11蓋軸耳（1）1Q235－A·F12法蘭軸耳（1）1Q235－A·F13法蘭軸耳（2）1Q235－A·F14蓋軸耳（2）1Q235－A·F回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔尺寸表表8[3，14]密封面形式PN（MPa）DN（mm）dw×S（mm）d（mm）D（mm）D1（mm）H1（mm）H2（mm）b（mm）凹凸面2.5450480×1245667060025012142b1（mm）b2（mm）A（mm）B（mm）L（mm）D0（mm）螺柱螺母螺柱尺寸總質(zhì)量kg數(shù)量4146375175250242040M33×2×165245圖4回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔視鏡視鏡用來觀察設備內(nèi)部物料工作情況。用凸緣組成視鏡稱為不帶頸視鏡，其結構簡單不易粘料，有比較寬視察范圍，應優(yōu)先選擇。液面計液面計選擇磁性液位計適用范圍：PN=1.6~16MPa，-40oC~300oC，液體密度大于0.45g/cm3，粘度小于150mPa.s，標準選擇HG/T21584，磁性液位計測量范圍L=350~6000mm,常見規(guī)格有：500,800,1100,1400,1700,,2500,3500,4000,4500,5000,6000mm標識示例：HG/T21584-95UZ①②-③-④-⑤⑥⑦⑧-公稱壓力，MPa;-密封面型式：凸面M;-中心距L值，mm;-介質(zhì)密度，g/cm3;-結構型式：一般A,帶夾套B;-顯示方法：翻板F，跟蹤H，遠傳Y；-材質(zhì):0Cr18Ni9（304）、00Cr19Ni10（304L）、0Cr18Ni10Ti（321）-報警器代號：上限位報警器A，下限位報警器B，上下限位報警器C，無報警器不標。故選擇HG/T21584UZ2.5M-1260-0.56AF321支座結構設計支座結構設計根據(jù)JB/T4712~4725-92容器支座進行設計筒體體積v=π/4×（1400+12×2）2×6050-π/4×14002×6050=0.322m筒體質(zhì)量m=0.322×7850=2527封頭質(zhì)量依據(jù)DN=1400δn=12得m=2.2346×0.012×7850=245.58kg[1，39]設備質(zhì)量m=2527.7+2×245.58=3018.86kg液體質(zhì)量m=10.1×1000=1010總質(zhì)量m=3018.86+10100=13118.86G=mg=13118.86×10=131.2KN<160KN所以，選擇輕型鞍式支座A≤0.2L=0.2×6100=1220mm,且最好A≤0.5R=353mm所以A取300mm表九支座尺寸表公稱直徑DN許可載荷QKN鞍座高度h底板腹板筋板lb140016020010001701082301402006墊板螺栓間距鞍座質(zhì)量kg增加100mm高度增加質(zhì)量kg弧長e1640350870840809輕型鞍式支座圖5焊接接頭設計通常壓力容器設計中，全部是按電弧焊要求來進行焊接結構設計，并選擇對應焊接材料。所以，下面全部是電弧焊及其焊接材料[40]不帶補強圈平齊式接管焊接結構帶補強圈平齊式接管焊接結構封頭和筒體V形坡口表十焊接材料選擇[7，40]XX和XX焊接焊條型號焊條牌號示例16MnR和16MnRE5015J507Q235-A和Q235-AE4303J42216MnR和Q235-AE4315J427強度計算容器筒體和封頭厚度設計內(nèi)壓容器計算厚度由（2-1）中徑公式確定：δ=PcDi2[σ]tφ-Pc（2-1）假設靜液注壓力P=ρ介gh=560×10×1.4×10-6=0.008MPa<5%×P工=0.05×1.83=0.0915MPa，故靜液注壓力忽略不計計算壓力Pc=P設=1.83MPa焊接接頭系數(shù)φ=1（因為筒體為雙面對接接頭形式相當于雙面對接焊全焊透對接接頭，采取100%無損檢測，故取φ=1）故而，內(nèi)筒計算厚度δ=Pc取腐蝕余量C2=2設計厚度δd=δ+C2=7.57+2.5=10.07對于Q345R(正火)，取鋼板負偏差C1=0.3mm名義厚度δn=12滿足δ=6~16mm取δn=14mm有效厚度δe=δn﹣C1﹣C2=12﹣2.5﹣0.3=9.2而滿足強度最小厚度δmin=3mm，δe>δmin標準橢圓封頭是常常采取封頭形式，其計算厚度由式（2-2）確定：δ=Pc假設封頭厚度δ=6~16mm工作條件和內(nèi)筒相同即：QUOTEδ=1.86×18002×170×1-0.5×1.86計算厚度為7.56取腐蝕余量C2=2設計厚度δd=δ+C2=7.56+2.5=11.87對于Q345R(正火)取鋼板負偏差C1=0.3mm，所以名義厚度可取滿足δ=6~16mm取δn=1有效厚度δe=δn﹣C1﹣C2=12﹣2.5﹣0.3=9.2而滿足強度最小厚度δmin=3mm，δe>δmin臥式容器鞍座應力校核臥式容器（雙鞍座）計算單位四川科新機電股份計算條件簡圖計算壓力pC1.83MPa設計溫度t50℃圓筒材料16MnR(熱軋)鞍座材料16MnR圓筒材料常溫許用應力[]170MPa圓筒材料設計溫度下許用應力[]t170MPa圓筒材料常溫屈服點345MPa鞍座材料許用應力[]sa170MPa工作時物料密度0.56kg/m3液壓試驗介質(zhì)密度1000kg/m3圓筒內(nèi)直徑Di1400mm圓筒名義厚度12mm圓筒厚度附加量2.7mm圓筒焊接接頭系數(shù)1封頭名義厚度12mm封頭厚度附加量Ch2.7mm兩封頭切線間距離6150mm鞍座墊板名義厚度8mm鞍座墊板有效厚度8mm鞍座軸向?qū)挾萣170mm鞍座包角θ120°鞍座底板中心至封頭切線距離A350mm封頭曲面高度375mm試驗壓力pT2.29MPa鞍座高度H200mm腹板和筋板(小端)組合截面積11200mm2腹板和筋板(小端)組合截面斷面系數(shù)151144mm3地震烈度0配管軸向分力0N圓筒平均半徑706mm物料充裝系數(shù)0.9支座反力計算圓筒質(zhì)量(兩切線間)2569.87kg封頭質(zhì)量(曲面部分)203.587kg附件質(zhì)量450kg封頭容積(曲面部分)3.59189e+08mm3容器容積(兩切線間)V=1.01856e+10mm3容器內(nèi)充液質(zhì)量工作時,5.13353壓力試驗時,=10185.6kg耐熱層質(zhì)量0kg總質(zhì)量工作時,3432.17壓力試驗時,13612.6kg單位長度載荷5.0641320.0852N/mm支座反力16838.266783.566783.5N筒體彎矩計算圓筒中間處截面上彎矩工作時=1.85019e+07壓力試驗=7.33818e+07N·mm支座處橫截面彎矩工作時-300289壓力試驗-1.191e+06N·mm系數(shù)計算K1=1K2=K3=0.879904K4=0.401056K5=0.760258K6=0.0132129K6’=K7=K8=K9=0.203522C4=C5=

筒體軸向應力計算軸向應力計算操作狀態(tài)70.732469.4819MPa-1.27114-0.0206309MPa水壓試驗狀態(tài)-5.03902-0.0818256MPa91.963187.0033應力校核許用壓縮應力0.00124886依據(jù)圓筒材料查GB150圖6-3～6-10B=140.17MPa140.17140.17MPa<170合格||,||<140.17合格||,||<140.17合格T2,T3<0.9s=310.5合格時(時,不適用)MPa時圓筒中：8.94986封頭中：4.07931MPa封頭橢圓形封頭,125.906碟形封頭,半球形封頭,MPa圓筒封頭[]=0.8[]t=13686.5937MPa圓筒,<[]=136合格封頭,h<[h]=86.5937合格MPa鞍座處圓筒周向應力無加強圈圓筒圓筒有效寬度313.588mm無墊板或墊板不起加強作用時在橫截面最低點處MPa在鞍座邊角處L/Rm≥8時,MPaL/Rm<8時,MPa無加強圈筒體墊板起加強作用時鞍座墊板寬度；鞍座墊板包角橫截面最低點處周向應力-0.935889MPa鞍座邊角處周向應力L/Rm≥8時,-11.8729MPaL/Rm<8時,MPa鞍座墊板邊緣處圓筒中周向應力L/Rm≥8時,-18.3044MPaL/Rm<8時,MPa應力校核|5|<[]t=170合格|6|<1.25[]t=212.5合格||<1.25[]t=212.5合格MPa有加強圈圓筒加強圈參數(shù)加強圈材料,e=mmd=mm加強圈數(shù)量,n=個組合總截面積,A0=mm2組合截面總慣性矩,I0=mm4設計溫度下許用應力MPa加強圈在鞍座平面上在鞍座邊角處圓筒周向應力：MPa：MPa

有加強圈圓筒加強圈靠近鞍座橫截面最低點周向應力無墊板時，（）采取墊板時，（墊板起加強作用）MPa在橫截上靠近水平中心線周向應力：MPa在橫截上靠近水平中心線處，不和筒壁相接加強圈內(nèi)緣：MPa加強圈靠近鞍座鞍座邊角處點處周向應力無墊板L/Rm≥8時,MPa無墊板L/Rm<8時,MPa采取墊板時，（墊板起加強作用）L/Rm≥8時,MPa采取墊板時，（墊板起加強作用）L/Rm<8時,MPa應力校核|5|<[]t=合格|6|<1.25[]t=合格|7|<1.25[]t=|8|<1.25[]=MPa鞍座應力計算水平分力13591.9N腹板水平應力計算高度200mm鞍座腹板厚度8mm鞍座墊板實際寬度350mm鞍座墊板有效寬度313.588mm腹板水平應力,墊板起加強作用,3.30807MPa應力判定9<[]=113.333合格MPa腹板和筋板組合截面軸向彎曲應力由地震、配管軸向水平分力引發(fā)支座軸向彎曲強度計算圓筒中心至基礎表面距離912mm軸向力N時,MPa時MPa由圓筒溫差引發(fā)軸向力NMPa應力判定sa<1.2[]sa=MPa開孔補強計算開孔補強計算計算單位四川科新機電股份接管:1,φ480×12設計條件簡圖計算壓力pc1.838MPa設計溫度50℃殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型16MnR(熱軋)板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)φ1殼體內(nèi)直徑Di1400mm殼體開孔處名義厚度δn12mm殼體厚度負偏差C10mm殼體腐蝕裕量C22.7mm殼體材料許用應力[σ]t170MPa接管實際外伸長度250mm接管實際內(nèi)伸長度0mm接管材料16Mn(熱軋)接管焊接接頭系數(shù)1名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補強圈材料名稱16MnR(熱軋)凸形封頭開孔中心至封頭軸線距離mm補強圈外徑600mm補強圈厚度16mm接管厚度負偏差C1t1.5mm補強圈厚度負偏差C1r0mm接管材料許用應力[σ]t163MPa補強圈許用應力[σ]t170MPa開孔