(完整word版)液氨儲罐設計

1、內蒙古科技大學化工機械設計基礎課程設計說明書本設計是針對化工設備機械基礎這門課程所安排的一次課程設計， 是對這門課程的一次總結，要綜合運用所學的知識，查閱相關書籍，小組團結 合作共同完成設計。本設計的液料為液氨。液氨，又稱為無水氨，是一種無色液體。氨作為 一種重要的化工原料，應用廣泛，為運輸及儲存便利，通常將氣態(tài)的氨氣通過 加壓或冷卻得到液態(tài)氨。液氨在工業(yè)上應用廣泛，而且具有腐蝕性，且容易揮 發(fā)，所以其化學事故發(fā)生率相當高。氨作為一種重要的化工原料，應用廣泛。 分子式 NH3，分子量 17.03 ，相對密度 0.7714g/L ，熔點-77.7 ，沸點-33.35 ， 自燃點 651.11，蒸

2、汽壓 1013.08kPa(25.7 ) 。設計基本思路：設計壓力容器要求根據(jù)化工生產(chǎn)工藝提出的條件，確定 容器設計所需參數(shù)( P、T、D)，選定材料和結構形式，通過強度計算確定容器 筒體及封頭壁厚。對已制定材準的受壓元件，可直接選取。而本設計容器為 18m3的液氨儲罐，所以要求結合所學到的知識和利用身邊可以查到的資料對 18m3的液氨儲罐進行設計。課程設計是對課程內容的應用性訓練環(huán)節(jié)，是學生應用所學知識進行階 段性的單體設備或單元設計方面的專業(yè)訓練過程，也是對理論教學效果的檢 驗。通過這一環(huán)節(jié)使學生在查閱資料、理論計算、工程制圖、調查研究、數(shù)據(jù) 處理等方面得到基本訓練， 培養(yǎng)學生綜合運用理論

3、知識分析、 解決實際問題的 能力。液氨儲罐屬于化工常見的儲運設備，一般可分解為筒體，封頭，法蘭， 人孔，手孔，支座及管口等幾種元件。儲罐的工藝尺寸可通過工藝計算及生產(chǎn) 經(jīng)驗決定。液氨儲罐是合成氨工業(yè)中必不可少的儲存容器，所以本設計過程的內容包括容器的材質的選取、容器筒體的性狀及厚度、封頭的性狀及厚度、確定支 座，人孔及接管、開孔補強的情況以及其他接管的設計與選取。本設計綜合考慮環(huán)境條件、介質的理化性質等因素，結合給定的工藝參 數(shù)，機械按容器的選材、壁厚計算、強度核算、附件選擇、焊縫標準的設計順 序，分別對儲罐的筒體、封頭、人孔接管、人孔補強、接管、管法蘭、液位計、 鞍座、焊接形式進行了設計和選

4、擇。設備的選擇大都有相應的執(zhí)行標準，設計 時可以直接選用符合設計條件的標準設備零部件，也有一些設備沒有相應標 準，則選擇合適的非標設備。各項設計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設計有章 可循，并考慮到結構方面的要求， 合理地進行設計。此次設計主要原理來自 化 工設備機械基礎一書以及其他參考資料。因 為 的 知 識 有 限 ，此 次 設 計 又 是 小 組 成 員 的 首 次 設 計 ，所 做 出 的 設計存在許多缺點和不足，請 老師做出批評和指正。最后感謝老師對 這次課設的評閱。第十三小組2011年 11 月17第一章 緒論1.1 設計符號說明英文字母 容器的設計壽命 , y;D

5、 i 貯罐內徑， mm;t 鋼板的許用應力， MPa P 液氨的飽和蒸汽壓， MPa C1鋼板厚度負偏差 , mm; C2 介質的腐蝕裕量 , mm;希臘字母罐體計算厚度 ,mm ;d罐體設計厚度 ,mm;n罐體的名義厚度, mm;e罐體的有效厚度, mm;圓整值， mm腐蝕速率， mm/ y焊接接頭系數(shù)1.2 設計任務設計一液氨貯罐。工藝條件：溫度為 40，氨飽和蒸氣壓 1.55MPa ，容積 為18m3。1.3 設計思路綜合運用所學的機械基礎課程知識， 本著認真負責團結合作的態(tài)度， 對儲罐 進行詳細設計。在設計過程中綜合考慮了經(jīng)濟性，實用性，安全可靠性，各項設 計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標

6、準或國家標準， 這樣讓設計有實際意義， 并考慮 到結構方面的要求，合理地進行設計，研究出最佳方案。1.4 設計特點 容器的設計一般由筒體、封頭、法蘭、支座、接口管及人孔等組成。常、低 壓化工設備通用零部件大都有標準， 設計時可直接選用。 本設計書主要介紹了液 罐的的筒體、封頭的設計計算，低壓通用零部件的選用。各項設計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設計有章可 循，并考慮到結構方面的要求，合理地進行設計。1.5 設計要求及成果1. 確定容器材質；2. 確定罐體形狀及名義厚度；3. 確定封頭形狀及名義厚度；4. 確定支座，人孔及接管，以及開孔補強情況5. 編制設計說明書以及繪制設備裝

7、配圖 1 張（A2）1.6 技術要求（一）本設備按 GBl50-1998鋼制壓力容器進行制造、試驗和驗收（二）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) 1.0）三）焊接采用電弧焊，焊條型號為 E4303四）殼體焊縫應進行無損探傷檢查，探傷長度為 100第二章 設計參數(shù)確定2.1 設計溫度題目中給出設計溫度取 40 C2.2 設計壓力在夏季液氨儲罐經(jīng)太陽暴曬， 隨著氣溫的變化， 儲罐的操作壓力也在不斷變 化。通過查閱資料可知包頭最高氣溫為 40.4 ，通過查表可知， 在 40 時液氨 的飽和蒸汽壓 （絕對壓力 ）為1.55MPa，密度為 580kg/m3，

8、而容器設計時必須考慮 在工作情況下可能遇到的工作壓力和相對應的溫度兩者相結合中最苛刻工作壓 力來確定設計壓力。 一般是指容器頂部最高壓力與相應的設計溫度一起作為設計 載荷條件，其值不低于工作壓力。此液氨儲罐采用安全法，依據(jù)化工設備機械基礎若儲罐采用安全法時 設計壓力應采用最大工作壓力 Pw的1.05 1.1倍，取設計壓力 P 1.05Pw （已知 Pw 1.55MPa 表壓）所以 P 1.05Pw 1.6MPa 。2.3 腐蝕余量查腐蝕數(shù)據(jù)手冊 16MnR耐氨腐蝕，其0.1mm/ y ，若設計壽命為 15年，則 C215 0.1 1.5mm2.4 焊縫系數(shù) 該容器屬中壓貯存容器，技壓力容器安全

9、技術監(jiān)察規(guī)程規(guī)定，氨屬中度 毒性介質，容器筒體的縱向焊接接頭和封頭基本上都采用雙面焊或相當于雙面焊 的全焊透的焊接接頭，所以 取1.0或 0.85常見。 得選取按下表選擇 :表 2.1 焊接接頭系數(shù)序號焊接接頭結構焊接接頭系數(shù)全部無損探傷局部無損探傷1雙面焊或相當于雙面焊的全焊透對接焊接接頭1.00.852單面焊的對接焊接接頭，在焊接過程 中沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的 墊板0.90.85此儲罐采用 100%無損探傷，故1.02.5 容器直徑考慮到壓制封頭胎具的規(guī)格及標準件配套選用的需要， 容器的筒體和封頭的 直徑都有規(guī)定。此儲罐設計的公稱直徑（內徑）選擇 Di 2200mm 。表 2.2

10、公稱直徑 Di公稱直徑 Di300、400、500、600、700、800、900、1000、1200、1400、1600、1800、2000、 2200、2400、2600、2800、3000、3200、3400、3600、3800、40002.6 許用應力40oC溫度時， 16MnR鋼材的許用應力表 , 知 t 170.0MPa表 2.3 400 C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<16170345163616332536601573052.7 、材料選擇根據(jù)液氨貯罐的工作壓力（ P 1.60 MPa作為設計壓力）、工作溫

11、度（最 高工作溫度為 40 C ）和介質的性質可知該設備為一中壓常溫設備，介質對碳鋼 的腐蝕作用很小 , 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、20R。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 345MPa 和 392MPa的普通低合金鋼，其材料價格與碳素鋼 差不多，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 效地減少設備質量，降低成本，給設備的制造、運輸、安裝帶來很大的方便。所 以主要考慮 16MnR和

12、 20R 這兩種。如果純粹從技術角度看，建議選用 20R類的低碳鋼板， 16MnR鋼板的價格比 20R貴，但在制造費用方面，同等重量設備的計價， 16MnR鋼板為比較經(jīng)濟。所 以在此選擇 16MnR 鋼板作為制造筒體和封頭材料。第三章 結構的選擇與論證3.1 儲罐類型選擇 儲罐可分為立式儲罐、臥式儲罐和球式儲罐。在本設計中由于設計體積較 小(約為18m 3)且設計壓力較小( P 1.6MPa ), 故可采用臥式圓筒形容器，方 形和矩形容器大多在很小設計體積時采用，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且節(jié)省材料， 但制造較難且安裝內件不方便； 立式圓筒 形容器承受自然原因引起

13、的應力破壞的能力較弱，故選用圓筒形臥式容器。3.2 封頭的選擇本液氨儲罐的封頭選用標準型橢圓形封頭。 從應力分布情況考慮： 在直徑、 壁厚、設計壓力相同的條件下各種封頭應力 分布由好到壞的順序是：半球形、橢圓形、蝶形、錐形、球冠形、平板形。橢圓 型封頭的最大應力值和與其相連接的圓筒體中的最大應力值相等， 便于筒體強度 設計；碟心封頭有兩處連接邊界，受力不及橢圓形。從金屬消耗量考慮： 在相同設計條件下， 各種封頭的金屬消耗量按下列順序 依次增大：半球形，橢圓形，蝶形，平板形。球形封頭用量最少，比橢圓形封頭 節(jié)約 25.8 ，平板封頭的用量最多，是橢圓形封頭的 4 倍多。從制造考慮： 橢圓形封頭制

14、造方便， 平板封頭則因直徑和厚度較大， 坯材的 獲得、車削加工、焊接等方面都遇到不少困難，且封頭與筒體厚度相差懸殊，結 構也不合理。所以，從強度、結構和制造等方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。3.3 出料接管的選擇 材料：容器接管一般應采用無縫鋼管， 所以液體進料口接管材料選擇無縫鋼 管，采用無縫鋼管標準 GB8163-87。材料為 16MnR。結構：接管伸進設備內切成 45 度，可避免物料沿設備內壁流動，減少物料 對壁的磨損與腐蝕接管的壁厚要求： 接管的壁厚除要考慮上述要求外， 還需考慮焊接方法、焊 接參數(shù)、加工條件、施焊位置等制造上的因素及運輸、安裝中的剛性要求。一般 情況下，管壁厚不

15、宜小于殼體壁厚的一半。否則，應采用厚壁管或整體鍛件，以 保證接管與殼體相焊部分厚度的匹配。不需另行補強的條件： 當殼體上的開孔滿足下述全部要求時， 可不另行補強。 設計壓力小于或等于 2.5MPa 。 兩相鄰開孔中心的距離應不小于兩孔直徑之和的 2 倍。 接管公稱外徑小于或等于 89mm 。 接管最小壁厚滿足以下要求。表 3.1 接管最小壁厚要求接管公稱直徑 /mm57657689最小壁厚 /mm5.06.0因此熱軋無縫鋼管的尺寸為 89 12mm。 鋼管理論重量為 22.79kg / m 。取 接管伸出長度為 150mm。管法蘭的選擇：根據(jù)平焊法蘭適用的壓力范圍較低（ PN 4.0 MPa

16、）,選擇突 面板式平焊管法蘭，標記為： HG20592-1997法蘭 RF（A）80-2.5, 其中 D=190,管法 蘭材料鋼號（標準號） :20 （GB711）。根據(jù)（歐洲體系）鋼制管法蘭、墊片、墊 片、緊固件選配表（ HG20614-1997）選擇：墊片型式為石棉橡膠板墊片 （ 尚無標 準號） ，密封面型式為突面，密封面表面為密紋水線，緊固件型式為六角螺栓雙 頭螺柱全螺紋螺柱。在離筒體底以上 250mm 處安裝容器出料管， 容器內的管以彎管靠近容器底， 這種方式用于臥式容器。出料口的基本尺寸以及法蘭與進料口相同。進出料接管滿足不另行補強的要求，所以不再另行補強。3.4 容器支座的選擇容器

17、支座有鞍座 , 圈座和支腿三種 , 用來支撐容器的重量。 可知大型臥式儲槽和臥式容器常采用鞍座， 多于兩個支撐的長容器常采用圈座， 小型容器常采用支 腿，由于本設計采用臥式儲罐，故采用鞍式支座。3.5 人孔的選擇人孔的作用：檢查設備和便于安裝與拆除設備內部構件。 人孔的結構：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、 介質的性

18、質， 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，人孔又可分為回轉蓋人孔、垂直吊蓋人孔和水平吊蓋人孔三種。根據(jù)儲罐是在常溫及最高工作壓力為 1.6MPa 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， 檢修時只需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)450-1.6 ，其中 RF面密封， 指

19、接管與法蘭的材料為 20R，A·G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 1.6MPa 。表 3.2 人孔選擇表人孔類型公稱壓力 MPa公稱直徑 mm板式平焊法蘭人孔0.6400、450、500、600板式平焊法蘭人孔(限用凸面) 或帶頸平焊法法蘭1.0400、450、500、6001.6400、450、500、600帶頸對焊法法蘭2.5400、450、500、6004.0400、450、500、6003.6 法蘭的選擇法蘭與筒體、封頭或管段以角焊方式聯(lián)接的， 稱為平焊法蘭， 平焊法蘭制造 簡單，廣泛應用，但剛性較差，緊用于壓力不高的場合，

20、如管法蘭 PN 小于或等 于 2.5MPa , 壓力容器法蘭 PN 小于或等于 4.0MPa ；是筒體、封頭或管段以對焊 方式連接用的法蘭， 稱為對焊法蘭或帶頸法蘭， 對焊法蘭剛性好且對焊縫的強度 高，適用于壓力、溫度較高的場合3.7 液面計的選擇液面計是用以指示容器內物料液面的裝置， 其類型很多，大體上可分為四類， 有玻璃板液面計、 玻璃管液面計、 浮子液面計和浮標液面計。 在中低壓容器中常 用前兩種。1 玻璃板液面計和玻璃管液面計均適用于物料內沒有結晶等堵塞固體的場 合。板式液面計承壓能力強，但是比較笨重、成本較高。2玻璃板液面計一般選易觀察的透光式， 只有當物料很干凈時才選反射式。 3當

21、容器高度大于 3m 時，玻璃板液面計和玻璃管液面計的液面觀察效果， 應改用其它適用的液面計。液氨為較干凈的物料， 易透光，不會出現(xiàn)嚴重的堵塞現(xiàn)象所以在此選用玻璃 管液面計。玻璃板液面計有透光式玻璃板液面計（ T 型）、反射式玻璃板液面計 （R型）和試鏡式玻璃板液面計 （S 型）三種結構，其適用溫度一般在 0250 但透光式適用工作壓力較反射式高， 試鏡式工作壓力最小。 玻璃管液面計適用工 作壓力小于 1.6MPa ，介質溫度在 0 2500 C的范圍。對于承壓設備，一般都是將 液面計通過法蘭、 活接頭或螺紋接頭與設備連接在一起， 分別用于不同型式的液 面計?？紤]到本設備的設計壓力為 1.6MP

22、a,而且液氨為較干凈的物料，易透光， 不會出現(xiàn)嚴重的堵塞現(xiàn)象，所以在此選用透光式玻璃板液面計（ T 型）。由筒體 公稱直徑為 2200mm ，選擇長度為 1450mm 的液面計。 .確定液面計為透光式（ T型）、公稱壓力 PN1.60MPa 、鍛鋼材料（ 16MnR）、 保溫型、排污口配閥門、長頸對焊突面法蘭連接（按 HG 20595-97）、公稱長度 L 1450mm 的液面計 , 標記為：液面計 AG 1.6- W-1450第四章 設計計算4.1 儲罐高度確定儲罐容量為 18m3 ，查表：表 4.1 筒身常量公稱直徑 DN1 米高容器體 積V1 米高容器內 表面積 Fi1 米高容器鋼板質量

23、 Kg鋼板厚度101416002.0175.0339755720003.1426.2842269522003.8016.8144676424004.5247.5547183326005.3098.17496902表 4.2 封頭常量公稱直徑 DN曲面高度 h1直邊高度 h0內表面 積 F容積 V厚度質量 G1600400252.9010.58610224122701431516362184082000500254.4931.1261034612416144862200590405.52291.545914616試選用公稱直徑為 2200mm，由表知，筒體 1米高容器體積 V1 3.801m3

24、， 封頭的容積為 V2 1.5459m3 。利用公式 V nV1 代入，得：V 18n 4.74 4.8mV1 3.801則總長為 L 2 590 40 4800 mm 6060mm ,取整 L 6060mm。由于液氨筒體的長徑比值為 2 9 為合適值，所選的長徑比L圓整Di480022002.18所以，選用公稱直徑為 2200mm的筒體合適。4.2 設計與校核4.2.1 筒體壁厚設計4.2.1.1 筒體計算壁厚 根據(jù)公式 :pDid 2 t p其中P 1.6MPa 、 Di 2200mm 、 t 170MPa 、 1.0代入公式：1.6 2200dmm 10.40 mm2 170 1.0 1

25、.6由 2.3 可知 C2 1.50 mmdpDi2 tpC2得：d1.6 22002 170 1.0 1.6C2 mm 11.90 mm根據(jù) d 10.4 mm ，查書中表可知 C1 0.8mm 則可得：n d C1 C2 12.7 14mm4.2.1.2 筒體最小厚度校驗min 2Di 1000 4.4mm n筒 C2 11.7 mm ，滿足要求4.2.1.3 筒體水壓試驗液壓試驗時PT 1.25P t T t設計溫度 T 400 C T 170MPaPT 1.25P 1.25 1.6 2.0MPa圓筒的應力PT (Die)2e因為2.0(2220101.911.9) 185.87MPas

26、 345MPa , 0.9 s 0.9 345 310.5MPaT 0.9 S所以，水壓校驗符合要求4.2.2 筒體軸向應力計算與校核4.2.2.1 筒體軸向彎矩計算筒體中間處截面的彎矩用下式計算：hiM1FL4A4hi3L式中 F鞍座反力， N ；Rm 橢圓封頭長軸外半徑， mm；L 兩封頭切線之間的距離， mm ；A 鞍座與筒體一端的距離， mm ； h1 封頭短軸內半徑， mm其中：RmDN 2 n22200 14 21114 mm 。所以：M11 2(Rm2 hi ) FL1L24A4 1 4hiL式中 F mg 34.45KN ； hi Di 550mm24L 6060mm ； A

27、550mm將數(shù)值代入公式得M134.45 60604221 2(1114 2 5502 )12606024 55013 60604 550 29989830.7 5 3.00 107 N mm6060支座處截面上的彎矩FA22A R m2 hi 2L 2AL4hi3L所以：M 2 34450 550 1550 11142 550216060 2 550 60604 55013 60601.20 106N mm4.2.2.2 筒體軸向應力計算由化工機械工程手冊 （上卷， P1199）得K 1 K2 1.0因為： M1M2 ，且A Rm/2 711mm ， 所以，最大軸向應力出現(xiàn)在跨中面，校核跨中

28、面應力4.2.2.3 由彎矩引起的軸向應力筒體中間截面上最高點處M123.14Rm2 e式中 e n C1 C2 14 0.8 1.5 11.7mm所以：M123.14Rm2 e3 10745591711.050.658014347 0.66 MPa筒體中間截面上最低點處：2'1' 0.66 MPa內蒙古科技大學化工機械設計基礎課程設計說明書鞍座截面處最高點處：M223.14K1Rm2 e1.20 10623.14 1.0 11142 11.70.03MPa鞍座截面處最低點處：M223.14 K1Rm e0.03MPa4.2.2.4 由設計壓力引起的軸向應力由：pRm2e1.6

29、 1114所以： p 76.17094017 76.17MPa p 2 11.74.2.2.5 軸向應力組合與校核最大軸向拉應力出現(xiàn)在筒體中間截面最低處，所以2 p 2' 76.82873147 76.83MPa ，許用軸向拉壓應力 t 170.0MPa ，由上述計算得： 2 t ，合格。最大軸向壓應力出現(xiàn)在充滿水時，在筒體中間截面最高處，11' 0.66MPa ，軸向許用應力：A 0.094 e0.094 11.711149.87 10 4 MPaRm18內蒙古科技大學化工機械設計基礎課程設計說明書332 t t 5從書中查得： BAEt， Et 2.001 1053計算得

30、B 131.6MPa ，取許用壓縮應力 ac 150MPa ，1 ac ，所以合格。4.2.3 封頭壁厚計算4.2.3.1 封頭計算壁厚根據(jù)公式：KPDid 2 t 0.5p本儲罐選用標準橢圓形封頭，a 2 ，故形狀系數(shù) k 1 ，代入： b1.6 2200KPDi2 t 0.5pC2 C1 0.8mm, C 2 1.5mm代入：mm 10.38mm2 170 1.0 0.5 1.64.2.3.2 封頭設計壁厚根據(jù)公式：d 1.6 2200C2 mm 11.90mmd 2 170 1.0 1.6 2則名義厚度： n d C212.68 14mm4.2.3.3 封頭最小厚度校驗1.5min n筒

31、 c1 c2 14 0.8 1.5 Di 3.3mm ，滿足要求 n 10004.2.3.4 封頭強度校核Pt(Di e)t 0.94 s 2ee n C 11.7mmPT 1.25P t 1.25p 2MPaT tt 2(2200 11.7) 189.03 0.9 1 345 310.5 MPa2 11.7經(jīng)強度校核滿足要求4.2.4 筒體和封頭切向應力校核因筒體被封頭加強，筒體和封頭中的切向剪應力分別按下列計算4.2.4.1筒體切向應力計算由化工機械工程手冊 （上卷， P11-100）查得 K3 0.880，K4 0. 401 。所以：K3 F 0.880 344500.23MPaRm e

32、 1114 11.74.2.4.2封頭切向應力計算K 4 F 0.401 34450h 4 0.11MPah Rm e 1114 11.71.25 th 1.25 t K P DNh 2 e1.25 1701 1.6 220062.07 MPa2 11.7因 h 1.25 t h ， 所以合格4.2.5. 筒體環(huán)向應力的計算和校核4.2.5.1. 環(huán)向應力的計算設墊片不起作用1）在鞍座處橫截面最低點k K5 F555 e b2式中： b 2 筒體的有效寬度， mm 。由化工機械工程手冊（上卷，P11-101）查得， K5 0.7603，K 6 0.0132 式中 k 0.1 ，考慮容器焊在鞍座

33、上b2 b 1.56 Rm e式中： b 鞍座軸向寬度， mm。所以b2590 1.56 1114 11 .7 768 .10 mm所以 50.1 0.7603 344500.29 MPa11.7 768.102）鞍座邊角處軸向應力因為 L/R m 4800 / 1114 4.309 8，F(xiàn)3K6F4b2 e 2 e2所以 634450 3 0.0132 3244505.94MPa4 768.10 11.7 2 11.724.2.5.2. 環(huán)向應力的校核s t 170.0MPa ，合格。1.25 t 1.25 170 212.5MPa ，合格。4.2.5.3 鞍座有效斷面平均壓力鞍座承受的水平

34、分力Fs K 9 F由化工機械工程手冊 （上卷， P11-103）查得， K9 0.204所以Fs 0.204 34450 7027.8N 。鞍座有效斷面平均應力FsH s b0式中： H S 鞍座的計算高度， mm ；b 0 鞍座的腹板厚度， mm其中 H s 取鞍座實際高度H 250mm ）和 Rm/3 1114 / 3 371.3 mm 中的最小值，即 Hs 250mm 。腹板厚度 b0 8mm由上述計算得：鞍座材料 Q235AF的許用應力所以 9 7027.8 3.51MPa250 8應力校核：2 sa ，式中 sa 140 MPa32 sa 2140 93.33 MPa3 sa 34

35、.3 人孔設計與人孔補強確定4.3.1 人孔的尺寸選擇表 4.3 人孔尺寸選擇表人孔類型，公 稱壓力，公稱 直徑dw sDD1帶頸平焊法 蘭人孔，公稱 壓力為 1.6MPa，公稱 直徑為 450mm480*10640585dbb1（RF）（1）（1）（1）（2）-34383436螺栓或螺柱總質量回轉蓋規(guī)格數(shù)量M2720171/1814.3.2 人孔開孔補強 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)內徑 D1 450mm ，壁厚 10mm，故補強圈尺寸確定如下：補強圈內徑 D1 484mm ，外徑 D2 760mm ，根據(jù)補強圈的金屬表面積應大于或等

36、于開孔 減少的截面積，補強圈的厚度按下式計算：c c1 c2 c1 0.80mm c2 1.50mmdi 2C (450 2 2.3) 10.0 2.3補i mm 13mm補D2 D1760 484故補強圈取 13mm 厚。4.4 液面計選擇選用玻璃管液面計 (HG 21592-95) ，選用材料如下：表 4.5 玻璃管液面計選用內容玻璃管液面計法蘭形式及其代號A型：帶頸平焊突面管法蘭( HG 20594-95)B型：帶頸帶焊凸面管法蘭( HG 20594-95)C型：帶頸平焊突面管法蘭( HG 20616-95)液面計型號G型液面計主要材料代號： 16Mn ：OCr18Ni9結構形式及其代號

37、無代號：普通型W:保溫型公稱長度及(透光長度 * 寬度) mm1450(1160*14)排污結構V：排污口配閥門P：排污口配螺塞液面積標記為 AG 1.6- W-14504.5 接口管選擇4.5.1 液氨進料管用 89 5mm無縫鋼管（強度驗算略 ） 。一端切成 45°。配用具有突面密封的 平焊管法蘭。法蘭標記： HG20593 法蘭 SO80-1.6 RF 16MnR。因為 89 5mm ，厚度等于 5mm ，故不用補強。4.5.2 液氨出料管采用可拆壓出管 57mm 3.5mm ，用法蘭套在接口管 38mm 3.5mm 內。 罐體接口管法蘭：HG20593 法蘭 SO50-1.6

38、 RF 16MnR。該法蘭 38mm 3.5mm 與的接口管相配合并焊接在一起， 另一法蘭蓋與該法 蘭用焊接緊固， 法蘭蓋上穿過 57mm 3.5mm 的壓出管，兩者焊接牢。其聯(lián)結尺 寸和厚度與 HG20592 法蘭 SO50-1.6 RF 16MnR相同，但內徑 25mm 。 液氨壓出 管端部法蘭（與氨輸送管相連 ）用HG20592 法蘭 SO50-1.6 RF 16MnR。都不必補強。 壓出管伸入貯罐 2.5mm。4.5.3 排污管貯罐右端最底部安設排污管 1 個，管子規(guī)格 57 3.5 ，管端焊有一與截止閥 J41W-16相配的管法蘭： HG20592 法蘭 SO50-1.6 RF 16

39、MnR。排污管與罐體聯(lián)接 處焊有一厚度為 10mm的補強圈。4.5.4 液面計接口管本貯罐采用兩支玻璃管液面計 BIW PN 1.6 ，L 5900 ，HG-5227-80一支。 與液面計相配的接管 14mm 3mm ，法蘭為 HG20595 法蘭 WN32-2.5 RF 16MnR。4.5.5 放空管接口管用 32mm 3.5mm 無縫鋼管，法蘭為 HG20592 法蘭 SO25-1.6 RF 16MnR。4.5.6 安全閥接口管其尺寸由安全閥泄放量決定。本貯罐選用 32mm 3.5mm 的無縫鋼管， 法蘭為 HG20592 法蘭 SO25-1.6 RF 16MnR。4.6 鞍座設計儲罐總質

40、量：m m1 m2 m3 m4式中： m1 罐體質量m2 封頭質量m3 充液質量m4 附件質量4.6.1 罐體質量的計算 :罐體質量 m1 ，筒節(jié)DN 2200 mm ， n 14.0 mm每米質量為 q1 764.0 kg/m ，V1 3.801m3 ;故 m1 q1L 764.0 4.8 3667.2 kg4.6.2 封頭質量的計算：封頭質量 m2 ， DN 2200 mm ， n 14.0 mm 直邊高度 h 44.0mm的橢圓形封頭，其質量為 q2 616.0 kg ， V 2 1.5459 m 3故：m 2 2q2 2 224.0 kg 448.0 kg4.6.3充液質量m3 V式中

41、：V 儲罐容積水的密度為 1000kg /m3故：V V封頭 V筒體 3.801 4.8 1.5459 1.26 20.19 21m3 m3 1000 21 21000kg4.6.4 附件質量： 人孔質量為 181kg ，其他接管總和按 300kg計。故： m4 500.0kg4.6.5 設備總質量m m1 m2 m3 m4 3667 .2 776 . 16 21000 418 7024 .36 kg 。每個鞍座只約承受 34.45KN 負荷，所以選用輕型墊板， 包角為1200 C 的鞍座，即：JB/T74712-92 鞍座 A2200-F；JB/T74712-92 鞍座 A2200-S。4.

42、6.6 鞍座安放位置 筒體長度L 0 2A L 1 。式中： L 1 兩鞍座間距離A 鞍座與封頭切線之間距離 由于筒體 L/D 較大，且鞍座所在平面又無加強圈，取A 0.25 D i 0.25 2200 550mmL 1 L 0 2A 4800 2 0.25 2200 3700 mm第五章 結束語通過 這次 課程 設計 ，讓我 對化 工設 備機 械基 礎這 門課 有了 進 一步 的認識。這次課設是對這門 課程的一個總結，對化工機 械知識的應用。設 計 時 要 有 一 個 明 確 的 思 路 ，要 考 慮 多 種 因 素 包 括 環(huán) 境 條 件 和 介 質的性 質等 再選 擇合 適 的設 計參

43、數(shù)，對 罐體 的材 料和 結構 確定 之 后還 要進行一系列校核計算，包括筒體、封頭的應力校核，以 及鞍座的載 荷和應力校核。校核合格之后才能確定所選設備型符合要求。通 過 這 次 設 計 對 我 們 獨 自 解 決 問 題 的 能 力 也 有 所 提 高 。在 整 個 過 程中，我查閱了相關書籍及文獻，取其相關知識要點應用到課設中， 而且其 中有 很多 相關 設 備選 取標 準可 以直 接選 取，這 樣設 計出 來 的設 備更加符合要求。在 設計過程中，我們對化工機械設備基礎有了 更深入地學習，也 是我們加強了化工方面的基本素養(yǎng)，為我 們以后的 學習及 工作 都奠 定了 良 好的 基礎 ，感謝 張老 師給 我們 這次 團結 合 作的 機 會 ，使 我 們 不 僅 認 識 到 團 結 合 作 精 神 的 重 要 性 ，更 是 我 們 加 強 了 彼 此間的友誼，再次感謝老師。因 為 的 知