化工機(jī)械課程設(shè)計(jì)

1、化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 題 目：液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師： 設(shè)計(jì)人: 設(shè)計(jì)任務(wù)書課題：液氨儲(chǔ)罐的機(jī)械設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容：根據(jù)既定的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)一臺(tái)液氨儲(chǔ)罐已知工藝參數(shù)：最高使用溫度T=40罐體容積V=42mm3此時(shí)氨的飽和蒸汽壓P=1.55MPa具體的內(nèi)容包括：1.筒體材料選擇2.罐的結(jié)構(gòu)及尺寸（內(nèi)徑、長度）形狀（臥式、球形、立式），罐體厚度，封頭形狀及厚度，支座的選擇，人孔及接管，開孔補(bǔ)強(qiáng)，設(shè)備裝配圖（A2）下達(dá)時(shí)間：2011年11月10日完成時(shí)間：2011年11月16日前言本次課程設(shè)計(jì)是化工學(xué)院，化學(xué)工程與工藝專業(yè)對(duì)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)這門課程進(jìn)行的。課設(shè)題目為液氨儲(chǔ)罐的課程設(shè)計(jì)。液氨，又稱為無水氨

2、，是一種無色液體。氨作為一種重要的化工原料，應(yīng)用廣泛，為運(yùn)輸及儲(chǔ)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(yīng)用廣泛，而且具有腐蝕性，且容易揮發(fā)，所以其化學(xué)事故發(fā)生率相當(dāng)高。NH3氣氨相對(duì)密度(空氣1)：0.59，分子量為1704.液氨的密度是0.562871Kg/L(50) 。自燃點(diǎn)：65111 飽和蒸汽壓：2.033MPa熔點(diǎn)()：-777 爆炸極限：1625 沸點(diǎn)()：-334 1水溶液PH值：117 比熱kJ(kg·K)： 氨（液體）4.609 氨（氣體）2.179 蒸汽與空氣混合物爆炸極限1625%(最易引燃濃度17%)。氨在20水中溶解度34%,25時(shí),

3、在無水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是許多元素和化合物的良好溶劑。水溶液呈堿性。液態(tài)氨將侵蝕某些塑料制品,橡膠和涂層。遇熱、明火,難以點(diǎn)燃而危險(xiǎn)性較低; 但氨和空氣混合物達(dá)到上述濃度范圍遇明火會(huì)燃燒和爆炸,如有油類或其它可燃性物質(zhì)存在,則危險(xiǎn)性更高。液氨主要用于生產(chǎn)硝酸、尿素和其他化學(xué)肥料，還可用作醫(yī)藥和農(nóng)藥的原料。 在國防工業(yè)中，用于制造火箭、導(dǎo)彈的推進(jìn)劑?？捎米饔袡C(jī)化工產(chǎn)品的氨化原料，還可用作冷凍劑。液氨還可用用于紡織品的絲光整理。液氨通常采用鋼瓶或槽車灌裝。灌裝用鋼瓶或槽車應(yīng)符合國家勞動(dòng)局頒發(fā)的 “氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程”、“壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程”等有關(guān)規(guī)定。本設(shè)

4、計(jì)是針對(duì)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)這門課程所安排的一次課程設(shè)計(jì)，是對(duì)這門課程的一次總結(jié)，要綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)并查閱相關(guān)書籍完成設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)基本思路：本設(shè)計(jì)綜合考慮環(huán)境條件、介質(zhì)的理化性質(zhì)等因素，結(jié)合給定的工藝參數(shù)，機(jī)械按容器的選材、壁厚計(jì)算、強(qiáng)度核算、附件選擇、焊縫標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)順序，分別對(duì)儲(chǔ)罐的筒體、封頭、人孔接管、人孔補(bǔ)強(qiáng)、接管、管法蘭、液位計(jì)、鞍座、焊接形式進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選擇。設(shè)備的選擇大都有相應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可以直接選用符合設(shè)計(jì)條件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備零部件，也有一些設(shè)備沒有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，則選擇合適的非標(biāo)設(shè)備。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)或國家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)

5、計(jì)。本設(shè)計(jì)過程的內(nèi)容包括容器的材質(zhì)的選取、容器筒體的性質(zhì)及厚度、封頭的形狀及厚度、確定支座、人孔及接管、開孔補(bǔ)強(qiáng)的情況以及其他接管的設(shè)計(jì)與選取。此次設(shè)計(jì)主要原理來自化工設(shè)計(jì)機(jī)械基礎(chǔ)及過程裝備機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)、化工設(shè)計(jì)、化工機(jī)械基礎(chǔ)等參考書。1. 設(shè)計(jì)方案61.1.設(shè)計(jì)依據(jù)及原則61.2.設(shè)計(jì)參數(shù)的確定62.各種參數(shù)計(jì)算82.1.確定罐體的形狀及內(nèi)徑82.2.壁厚設(shè)計(jì)82.2.1.筒體壁厚設(shè)計(jì)82.2.2.封頭壁厚設(shè)計(jì)102.2.3.筒體與封頭水壓試驗(yàn)102.3.人孔設(shè)計(jì)112.3.1.人孔參數(shù)確定112.3.2.人孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)112.4.接口管設(shè)計(jì)132.4.1.進(jìn)料管132.4.2.出料管142.

6、4.3.液位計(jì)接口管152.4.4.放空閥接口管152.4.5.安全閥接口管15. 排污管152.5.鞍座負(fù)載設(shè)計(jì)152.5.1.罐體質(zhì)量m1162.5.2.封頭質(zhì)量m2162.5.3.液氨質(zhì)量m3162.5.4.附件質(zhì)量m4163.各種參數(shù)校核183.1筒體軸向應(yīng)力校核18筒體軸向彎矩計(jì)算183.1.2.筒體軸向應(yīng)力計(jì)算193.2筒體和封頭切向剪應(yīng)力校核20筒體切向應(yīng)力20封頭切向剪應(yīng)力203.3筒體周向應(yīng)力校核20周向應(yīng)力計(jì)算20周向應(yīng)力校核213.4鞍座有效斷面平均應(yīng)力214.設(shè)計(jì)匯總235.結(jié)束語246.參數(shù)對(duì)照表257.參考文獻(xiàn).268.附錄271.設(shè)計(jì)方案1.1. 設(shè)計(jì)依據(jù)及原則本

7、液氨貯罐屬于中壓容器，設(shè)計(jì)以“鋼制壓力容器”國家標(biāo)準(zhǔn)（GB150）為依據(jù)，嚴(yán)格按照政府部門對(duì)壓力容器安全監(jiān)督的法規(guī)“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。設(shè)計(jì)的步驟如下：(1) 根據(jù)設(shè)計(jì)中要用的各種參數(shù)進(jìn)行計(jì)算及材料選擇。(2) 對(duì)容器的筒體、封頭鞍座及其他附件進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。(3) 對(duì)計(jì)算出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。(4)根據(jù)以上容器參數(shù)的設(shè)計(jì)，畫出總設(shè)備圖。1.2. 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定（1）設(shè)計(jì)溫度：T= 40（2）設(shè)計(jì)壓力:本貯罐在最高使用溫度40下，氨的飽和蒸汽壓為1.55MPa(絕對(duì)壓強(qiáng))，容器上裝有安

8、全閥，則取1.05到1.10倍的最高工作壓力作為設(shè)計(jì)壓力，這里取最高設(shè)計(jì)壓力為1.10倍。所以設(shè)計(jì)壓力為P= 1.10×（1.55-0.10133）=1.60MPa。（3）材料選擇：由操作條件可知，該容器屬于中壓、常溫范疇。.由化工機(jī)械工程手冊(cè)（上卷）（余國琮第七篇第一章P7-5 表7.1-1），考慮到機(jī)械性能、強(qiáng)度條件、腐蝕情況等要求，筒體和封頭的材料選用可以考慮20R、16MnR這兩種鋼種。如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用20R類的低碳鋼板， 16MnR鋼板的價(jià)格比20R貴，但在制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的計(jì)價(jià)， 16MnR鋼板為比較經(jīng)濟(jì)。所以在此選擇16MnR 鋼板作為制造筒體和

9、封頭材料。鋼號(hào)為16MnR的鋼板（適用溫度范圍-40-475，使用狀態(tài)為熱軋或正火，鋼板標(biāo)準(zhǔn)為GB66541996）。接管材料選用鋼號(hào)為16MnR的接管（許用應(yīng)力：=t=163MPa）。法蘭材料為16MnR，鞍座材料選用16MnR。（4）鋼板厚度負(fù)偏差：由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P97表49可知，鋼板厚度在7.5-25mm時(shí)鋼板負(fù)偏差C1=0.80mm。（5）腐蝕裕量:腐蝕裕量有介質(zhì)對(duì)材料的均勻腐蝕速率和容器的設(shè)計(jì)壽命決定。腐蝕裕量C2=a，其中為腐蝕速率；a容器的使用壽命。對(duì)于低合金鋼的容器，其腐蝕程度若屬于輕度腐蝕，腐蝕速度 0.05-0.13（mm/a），腐蝕余量1.0mm，（教材P98 表4-

10、11）故腐蝕余量取C2=2.0mm.（6）焊接頭系數(shù)：本次課程設(shè)計(jì)是液氨儲(chǔ)罐的機(jī)械設(shè)計(jì)。氨屬于中度毒性物質(zhì)， 查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第六版.P56 表2-2）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)=1.0。（7）許用應(yīng)力：對(duì)于本設(shè)計(jì)是用鋼板卷焊的筒體以內(nèi)徑作為公稱直徑DN=D1=2800mm.假設(shè)16MnR鋼的厚度在16-36mm之間，設(shè)計(jì)溫度下鋼板的許用應(yīng)力t=163Mpa。2. 各種參數(shù)計(jì)算2.1. 確定罐體的形狀及內(nèi)徑（1）此容器為液氨儲(chǔ)存性容器

11、，從受力方面分析來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點(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。從鋼材耗用量來說：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。所以此容器選用罐身為圓筒形，兩端均用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的臥式容器。（2）內(nèi)徑的確定根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)中的表8-1壓力容器的公稱直徑，由于V=42m3液氨貯罐，試選用Di=2800mm,設(shè)罐身的長度為L，則L（Di/2）×（Di/2）+

12、V2×242V2標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的容積的計(jì)算：h0=40mm（封頭直邊高度） 化工制圖（鄭曉梅 P95 附表1 JB/T4737-95）V2 =/24×Di3+/4×Di2×h0 =3.14÷24×2.83+3.14÷4×2.82×0.04 =3.12 m3將上式帶入可求得罐身長度LL=5.81m故取L=5.81m.由L/Di=2.075 符合L/Di=2-9 所以次容器的罐身的長度L=5810mm，公稱直徑Di=2800mm2.2. 壁厚設(shè)計(jì)2.2.1. 筒體壁厚設(shè)計(jì)16MnR的密度為7.85t/m3，熔

13、點(diǎn)為1430，許用應(yīng)力列于下表：表3.1 16MnR許用應(yīng)力鋼號(hào)板厚/在下列溫度（）下的許用應(yīng)力/ Mpa2010015020025030016MnR61617017017017015614416361631631631591471343660157157157150138125>60100153153150141128116在GB-150-1998鋼制壓力容器中規(guī)定，將計(jì)算厚度與腐蝕裕量作為設(shè)計(jì)厚度，即： 式中 d設(shè)計(jì)厚度（mm）；C2腐蝕裕量（mm）；Pc圓筒的設(shè)計(jì)壓力（MPa）；DN圓筒的公稱直徑（mm）；焊接接頭系數(shù)；t鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力（MPa）。于是=1.60

14、5;2800/（2×163×1.0-1.60）+2.0=15.81mm.將設(shè)計(jì)厚度加上鋼板負(fù)偏差后向上圓整到鋼板的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，及圓筒的名義厚度： = 15.81+0.8+=17mm 即=21.64+0.8+。圓整后取n=24mm后的16MnR鋼板制作筒體。有效厚度 則=17.0-0.8-2.0=14.2mm。2.2.2. 封頭壁厚設(shè)計(jì)由于橢圓封頭厚度的計(jì)算公式和筒體厚度的計(jì)算公式幾乎相同，說明筒體采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，其封頭厚度近似等于筒體厚度，這樣筒體和封頭可采用相同厚度的鋼板制作。因?yàn)镈i/2hf=2時(shí)，定義為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，所以封頭的形狀系數(shù)K=1.0。封頭的設(shè)計(jì)厚度為

15、： 即=1.60×2800/（2×163××1.60）+2.0=15.75mm?？紤]鋼板厚度負(fù)偏差及沖壓減薄量，需圓整，封頭的名義厚度由公式可得=15.75+0.8+，圓整后取n=17mm厚的16MnR鋼板作封頭。橢圓封頭標(biāo)記為：橢圓封頭DN2800×1716MnR JB/T4737封頭的有效厚度由公式（2.3）得=17-0.8-2.0=14.2mm。標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的直邊高度與封頭公稱直徑有關(guān)。查表（化工制圖 鄭曉梅，P95，附錄 化工設(shè)備零件標(biāo)準(zhǔn)摘錄）得當(dāng)封頭的公稱直徑DN=2800mm時(shí)，封頭直邊高度h0=40mm。2.2.3. 筒體與封頭水

16、壓試驗(yàn)由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第六版P100）查得內(nèi)壓容器液壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核公式為 式中pt試驗(yàn)壓力（MPa）； e有效厚度（mm）；s圓筒材料在試驗(yàn)溫度下的屈服點(diǎn)（MPa）；Di圓筒的內(nèi)直徑；t 圓筒壁在試驗(yàn)壓力下的計(jì)算應(yīng)力（MPa）；圓筒的焊接接頭系數(shù)。其中pt=1.25p=1.25×1.60=2.00MPa e=14.2mm s=325MPa于是=198.18MPa=0.9×325×1.0=292.5MPa.水壓試驗(yàn)滿足強(qiáng)度要求。2.3. 人孔設(shè)計(jì)2.3.1. 人孔參數(shù)確定為了檢查設(shè)備使用過程中是否產(chǎn)生裂紋、變形、腐蝕等缺陷，應(yīng)開設(shè)檢查孔，此設(shè)備應(yīng)至少開設(shè)一個(gè)人

17、孔，人孔的形狀有圓形和橢圓兩種，當(dāng)設(shè)備內(nèi)徑Di1000mm時(shí)，壓力容器上的開孔最好是圓形的。橢圓形人孔的短軸與受壓容器的軸線平行。圓形人孔的直徑一般為450mm，受壓容器的壓力不高或有特殊需要時(shí)，直徑可以大一些。圓形人孔的直徑有DN400、DN450、DN500和DN600共4種。本設(shè)計(jì)根據(jù)儲(chǔ)罐在常溫工作壓力為1.60MPa的條件下工作，人孔標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按公稱壓力為1.60MPa的等級(jí)選取。受壓設(shè)備的人孔蓋較重，一般均選用吊蓋式人孔或回轉(zhuǎn)蓋式人孔。吊蓋式人孔使用方便，墊片壓緊較好，回轉(zhuǎn)蓋式人孔結(jié)構(gòu)簡單，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)較費(fèi)力。故選水平吊蓋帶頸平焊法蘭人孔，該人孔結(jié)構(gòu)

18、中有吊鉤和銷軸，檢修時(shí)只須松開螺栓將蓋板繞銷軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，由吊鉤吊住，不必將蓋板取下。人孔直徑選擇DN450.該人孔標(biāo)記為：HG215231995人孔R(shí)F（A·G）4501.6其中RF指凸面封閉，指材料為20R，A·G是指用普通石棉橡膠板墊片，4501.6是指公稱直徑為450mm、公稱壓力為1.60MPa。2.3.2. 人孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)常用的形式可分為補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)、厚壁管補(bǔ)強(qiáng)、整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)三種。補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)是使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、原材料易解決、安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)。在一般用途、條件不苛刻的條件下，可采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)形式。但必須滿

19、足規(guī)定的條件。 壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算方法有多種，為了計(jì)算方便，采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，即殼體截面因開孔被削弱的承載面積，必須由補(bǔ)強(qiáng)材料予以等面積的補(bǔ)償。當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)材料與被削弱殼體的材料相同時(shí)，則補(bǔ)強(qiáng)面積等于削弱的面積。補(bǔ)強(qiáng)材料采用16MnR。1、 開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)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)。本設(shè)計(jì)所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑d=450mm，壁厚m=10mm。故補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸如下： 查表 （化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 董大勤 P302 表11-2）得人孔的筒體尺寸480×10，由標(biāo)準(zhǔn)查的補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)公式D1=484mm，外徑D2=760mm。開孔補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)計(jì)算參數(shù)如下1、不計(jì)焊縫系數(shù)的筒體

20、計(jì)算壁厚 mm2、 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)的面積A：開孔直徑：d=di+2C=450+2×（0.8+2）=455.6mm補(bǔ)強(qiáng)的面積：A=d×=455.6×13.81=6291.836mm3、 有效地寬度B： B=2×d=2×455.6=911.2mm B=d+2×n+m=455.6+2×17+2×10=509.6mm 取最大值B=911.2mm4、 有效高度h： 外側(cè)高度h1=mm或h1=接管實(shí)際外伸高度=250mm 兩者取較小值h1=67.49mm 內(nèi)側(cè)高度h2= 或 h2=接管實(shí)際內(nèi)伸高度=0mm兩者取較小值h2=0mm

21、5、 筒體多余面積A1 筒體有效厚度：e=n-C=17-2.8=14.2mm選擇與筒體相同的材料（16MnR）進(jìn)行補(bǔ)償，故fr=1，所以A1=（B-d）（e-）-2m（e-）（1-fr） =（911.2-455.6）（14.2-13.81）-0 =177.68mm26、 接管多余金屬的截面積A2： 接管計(jì)算厚度t=Pc×d/（2t -Pc）=1.6×455.6/（2×163×1-1.6）= 2.25 A2=2h1(m-C-t)fr+0=2×67.49×（10-2.8-2.25）=668.42mm27、 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫截面積A3 A3=2

22、×0.5×10×10=100mm28、 有效補(bǔ)強(qiáng)面積Ae Ae=A1+A2+A3=177.68+668.42+100=946.10mm2比較得 滿足以下條件的可選用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)：剛材的標(biāo)準(zhǔn)常溫抗拉強(qiáng)度Mpa；補(bǔ)強(qiáng)圈厚度應(yīng)小于或等于殼體壁厚的1.5倍；殼體名義厚度；設(shè)計(jì)壓力；設(shè)計(jì)溫度?？芍驹O(shè)計(jì)滿足要求，則采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。所需補(bǔ)強(qiáng)圈的面積為：2補(bǔ)強(qiáng)圈的結(jié)構(gòu)及尺寸：為檢驗(yàn)焊縫的緊密型，補(bǔ)強(qiáng)圈上鉆M10的螺孔一個(gè)，以通入壓縮空氣檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量。按照根據(jù)焊接接頭分類，接管、人孔等與殼體連接的接頭，補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體連接的接頭取D類焊縫。根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)圈焊縫要求，并查得結(jié)構(gòu)圖為帶補(bǔ)強(qiáng)圈焊縫

23、T型接頭，補(bǔ)強(qiáng)圈坡口取B型，標(biāo)準(zhǔn)HG 21506-92 得補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm,內(nèi)徑則取484。計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)圈厚度： 考慮到鋼板負(fù)偏差并圓整，補(bǔ)強(qiáng)材料與殼體材料相同，制造時(shí)為便于備材，且查標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)強(qiáng)圈厚度取22，計(jì)算的補(bǔ)強(qiáng)圈厚度也滿足補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)的條件。 查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（董大勤 P327 表12-1）得對(duì)應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)圈質(zhì)量為46.5Kg.2.4. 接口管設(shè)計(jì) 2.4.1. 進(jìn)料管 材料：容器接管一般應(yīng)采用無縫鋼管，所以液體進(jìn)料口接管材料選擇無縫鋼管，采用無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)GB8163-87。材料為16MnR。 結(jié)構(gòu)：接管伸進(jìn)設(shè)備內(nèi)切成45度，可避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動(dòng)，減少物料對(duì)壁的磨損與腐蝕。 接管的壁厚要求：接管

24、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(yùn)輸、安裝中的剛性要求。一般情況下，管壁厚不宜小于殼體壁厚的一半，否則，應(yīng)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(bǔ)強(qiáng)的條件：當(dāng)殼體上的開孔滿足下述全部要求時(shí)，可不另行補(bǔ)強(qiáng)。 設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5Mpa。 兩相鄰開孔中心的距離應(yīng)不小于兩孔直徑之和的2倍。 接管公稱外徑小于或等于89。 接管最小壁厚滿足以下要求。表4.2 接管最小壁厚要求接管公稱直徑/mm57657689最小壁厚/mm5.06.0由化工原理上冊(cè)（夏青，陳常貴主編）P357附錄23可知，采用76mm×5

25、mm無縫鋼管。管的一端切成45°，伸入貯罐內(nèi)少許，管長400mm。根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版P343附表15-4查得配用具有突面密封的帶頸平焊管法蘭，法蘭標(biāo)記：HG20595-97法蘭SO651.6RF 16MnR。因?yàn)闅んw名義壁厚n=17mm>12mm,接管公稱直徑小于80mm,故不用補(bǔ)強(qiáng)。2.4.2. 出料管采用可拆的壓出管45mm×3.5mm，伸入到罐內(nèi)離罐底約100mm，將它用法蘭套連接在接口管57mm×3.5mm內(nèi)，罐體的接口管法蘭采用HG20595-97法蘭SO501.6RF 16MnR。該法蘭與57mm×3.5mm的接口管（管壁加厚，

26、具有補(bǔ)強(qiáng)作用）相配并焊接在一起，另一法蘭蓋與該法蘭用螺栓緊固，法蘭蓋上穿過45mm×3.5mm的壓出管，兩者焊牢。其連接尺寸和厚度與HG20595-97法蘭SO501.6RF 16MnR相同，但其內(nèi)徑為45mm。液氨壓出管的端部法蘭HG20595-97法蘭SO401.6RF 16MnR。這些小管都不補(bǔ)強(qiáng)。壓出管伸入貯罐2.6m。2.4.3. 液位計(jì)接口管液面計(jì)是用以指示容器內(nèi)物料液面的裝置，其類型大體上可以分為四類：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)。在中低壓容器中常用前兩種。玻璃板液面計(jì)有透光式和反射式兩種結(jié)構(gòu)，其適用溫度在0-200。玻璃管液面計(jì)適用于工作壓力小

27、于1.6MPa，介質(zhì)溫度在0-200情況下。玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)均適用于物料沒有結(jié)晶等堵塞固體的場(chǎng)合。板式5液面計(jì)承壓能力強(qiáng)但比較笨重，成本較高。液氨為較干凈的物料，易透光，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞現(xiàn)象，所以在此選用玻璃管液面計(jì)。選用玻璃管液面計(jì)，記作AG1.6-I-1200P，L=1200mm兩支。與液面計(jì)相配的接口管尺寸為18mm×3mm，管法蘭為HG20595-97法蘭SO151.6RF 16MnR。2.4.4. 放空閥接口管采用32mm×3.5mm無縫鋼管，法蘭為HG20595-97法蘭SO251.6RF 16MnR。2.4.5. 安全閥接口管采用32mm×

28、2.5mm無縫鋼管，法蘭為HG20595-97法蘭 SO251.6 RF 16MnR（尺寸有安全閥泄露放量決定）。排污管儲(chǔ)罐右端最底部安設(shè)排污管一個(gè)，管子規(guī)格為76mm×5mm，管端焊有一與截止閥J41W16相配的管法蘭HG20595-97法蘭SO651.6RF 16MnR。排污管一罐體連接處焊有一厚度為10mm的補(bǔ)強(qiáng)圈。壓力表接口 壓力表接口管尺寸的最大工作壓力決定，因此選用無縫鋼管，管法蘭采用HG 5010-58 Pg16Dg65。各接外管外伸高度都是150mm。2.5. 鞍座負(fù)載設(shè)計(jì)首先粗略計(jì)算鞍座負(fù)荷儲(chǔ)罐總質(zhì)量： m=m1+ m2+ m3+ m4 式中 m1罐體質(zhì)量（kg）；

29、 m2封頭質(zhì)量（kg）； m3液氨質(zhì)量（kg）； m4附件質(zhì)量（kg）。2.5.1. 罐體質(zhì)量m1由公稱直徑Di=2800mm，壁厚n=17mm條件下根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（董大勤P195）表8-24續(xù)表得筒節(jié)鋼板質(zhì)量q1=1181kg/m,故 m1= q1L0 于是m1= q1L0= 1181×5.81=6861.61kg2.5.2. 封頭質(zhì)量m2 由封頭公稱直徑DN=2800mm,壁厚n=17mm,h0=40mm條件下，根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（董大勤主編P198）的公式 = 8.51（2.8+0.017）2+24.7（2.8+0.017）×0.04×0.017&#

30、215;103 求得 G =1195.3Kg 封頭質(zhì)量m2=2G=2×1195.3=2390.6Kg 2.5.3. 液氨質(zhì)量m3m3=V· 式中V主管容積（m3）；水的密度（kg/ m3）。其中，當(dāng)DN=2800mm,壁厚d=17mm,h0=40mm條件下，罐體的容積為42m3液氨在0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=1000kg/m3。所以m3=V·=42×1000=42000kg2.5.4. 附件質(zhì)量m4人孔約重200kg,其他管的總和按300kg計(jì)，故m4=200+300=500kg設(shè)備的總質(zhì)量m=m1+m2+m3+

31、m4=6861.61+2390.6+42000+500=51752.21kg各鞍座的支座反力為F=mg/2=51752.21×9.81/2=253.84KN,.根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第六版,P354 附表 16-1）查得由于筒體的公稱直徑DN=2800mm，所以可以選輕型（A型）120°包角帶墊板鞍座，鞍座高度250mm,底板長度l1=2040mm,螺栓連接尺寸l2=1800mm,鞍座寬度為b=300mm,底板厚度1=12mm,腹板厚10mm，筋板厚度3=8mm,筋板長度l3=320mm,墊板寬=500mm，墊板厚8mm。鞍座標(biāo)記為：JB/T471292 鞍座A2800FJ

32、B/T471292 鞍座A2800S由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版 P175 知：當(dāng)同體的L/D較大，或在鞍座所在平面內(nèi)有加強(qiáng)圈是，取A0.2L時(shí)；當(dāng)筒體的L/D較大，且在鞍座所在平面內(nèi)無加強(qiáng)圈時(shí)，取AD0/4,且A不宜大于0.2A；A最大不得大于0.25L。因?yàn)?.2L>0.5R,取鞍座位置A=0.5R=0.5×1400=700mm3.各種參數(shù)校核3.1筒體軸向應(yīng)力校核筒體軸向彎矩計(jì)算筒體中間處截面的彎矩 式中F鞍座反力（N）；Rm橢圓封頭外直徑（mm）；L兩封頭切線之間的距離（mm）；A鞍座位置（mm）；hi封頭曲面深度（mm）； 其中Rm =mm mm所以=×=KN支

33、座處截面上的彎矩 所以=KN.筒體軸向應(yīng)力計(jì)算查表得K1=K2=1.0。因?yàn)閨M1|>>|M2|，且ARm/2=708.5mm，故最大軸向應(yīng)力出席在跨中面，校核跨中面應(yīng)力。（1）由彎矩引起的軸向應(yīng)力及介質(zhì)壓力引起的軸向應(yīng)力圓筒中間截面上最高點(diǎn)處： =MPa 最低點(diǎn)處： =MPa鞍座截面處最高點(diǎn)處：MPa最低點(diǎn)處：MPa（3）軸向應(yīng)力組合與校核許用軸向拉壓應(yīng)力=163MPa，<合格。軸向許用應(yīng)力A= 于是A=0.0009420MPa根據(jù)A值查外壓容器設(shè)計(jì)的材料溫度線圖，得B=145MPa化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第六版 P136 圖 5-9），取許用壓縮應(yīng)力=B=145MPa，<

34、合格。3.2筒體和封頭切向剪應(yīng)力校核因筒體被封頭加強(qiáng)，筒體和封頭中的切向剪應(yīng)力分別按下列計(jì)算。筒體切向應(yīng)力 由化工機(jī)械工程手冊(cè)（上卷）P11100表11.412查得K3=0.880，K4=0.401。于是 =11.10MPa3.2.2封頭切向剪應(yīng)力. 于是=5.06MPa1.25=1.25×=142.13MPa合格 由化工機(jī)械工程手冊(cè) P11-100 （11.4-88）知3.3筒體周向應(yīng)力校核周向應(yīng)力計(jì)算（1）在鞍座處橫截面最低點(diǎn)處 式中b2筒體有效寬度。由化工機(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考慮容器焊在鞍座上

35、式中b支座軸向?qū)挾?。于?521.286mm故=-2.61MPa（2）鞍座邊角處軸向應(yīng)力因L/Rm=7290/1417=5.14<8，故= =-33.50MPa 3.3.2周向應(yīng)力校核=163MPa=203.75MPa3.4鞍座有效斷面平均應(yīng)力鞍座承受的水平分力 由化工機(jī)械工程手冊(cè)（上卷）P11103表11.415查得K9=0.204。于是Fs=K9·F=0.204×253840=51783.4N鞍座有效斷面平均應(yīng)力 式中Hs鞍座計(jì)算高度；b0鞍座腹板厚度。其中Hs取鞍座實(shí)際高度（H=250mm）和Rm/3=1417/3=472.33mm中的最小值，即Hs=250mm

36、。腹板厚度b0=10-0.8=9.2mm于是=22.51MPa應(yīng)力校核=108.67MPa式中=163MPa，鞍座材料16MnR的許用應(yīng)力。4.設(shè)計(jì)匯總1.本設(shè)備按GB 150-1998鋼制壓力容器和HG 20584-1998鋼制化工容器制造技術(shù)要求進(jìn)行制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收，并接受國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程；2.焊接采用電弧焊，焊條牌號(hào)16MnR間為J507,16MnR與碳鋼間為J427；3.焊接接頭型式及尺寸除圖中注明外，按HG 20583的規(guī)定，不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的接管與筒體的焊接接頭為G2,角焊縫的焊角尺寸按較薄板的厚度，法蘭的焊接按相應(yīng)法蘭標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定；4.設(shè)備筒體的A、B類

37、焊接接頭應(yīng)進(jìn)行無損檢測(cè)，檢測(cè)長度為100%，射線檢測(cè)不低于JB 4730-94RT為合格，且射線照相質(zhì)量不低于AB級(jí)；5.設(shè)備制造完畢，以2.7MPa表壓進(jìn)行水壓測(cè)試；6.管口及方位按附圖。5.結(jié)束語經(jīng)過了一百多個(gè)小時(shí)的不懈努力，終于完成了這次課程設(shè)計(jì)，通過本次液氨儲(chǔ)罐的機(jī)械設(shè)計(jì)，使我了解了很多關(guān)于化工容器的知識(shí)，如容器材料的選擇、附件型號(hào)的選擇、焊接方式、參數(shù)校核等。瀏覽了很多與此相關(guān)的書籍，感覺受益匪淺。此次課程設(shè)計(jì)過程中，感覺最困難的應(yīng)該是繪制平面設(shè)計(jì)圖，由于很長時(shí)間沒有繪圖，所以有些生疏。對(duì)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定不太清楚。不過通過這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)制圖中的零件繪制、尺寸標(biāo)準(zhǔn)、比例、字體等各

38、方面有了更深刻的掌握，對(duì)手工制圖的掌握更加熟練。由于所學(xué)知識(shí)有限，時(shí)間有限，在本次課程設(shè)計(jì)中可能有很多方面還不夠完善，部分設(shè)計(jì)可能不太合理或有更優(yōu)選擇，希望老師給予指正。最后，感謝老師細(xì)致而耐心的講解，使我們更加清楚設(shè)計(jì)的步驟及關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也要感謝同學(xué)的幫助，給我們指出設(shè)計(jì)過程中的不足使我們本次的課程設(shè)計(jì)更加完善。6.參數(shù)對(duì)照表符號(hào)代表參數(shù)符號(hào)代表參數(shù)DN筒體直徑Hs鞍座設(shè)計(jì)高度L0筒體長度（不含封頭）s屈服極限T溫度V體積P設(shè)計(jì)壓力t管件應(yīng)力Pc計(jì)算壓力m質(zhì)量t許用應(yīng)力L兩封頭切線間距離腐蝕速率h0封頭直邊高n設(shè)計(jì)年限F支座反力C2腐蝕裕量H鞍座高度焊接接頭系數(shù)A鞍座中心線與封頭切線間的距離密

39、度Rm橢圓封頭外徑計(jì)算厚度hi封頭曲面深度d設(shè)計(jì)厚度M彎矩n名義厚度p軸向應(yīng)力e有效厚度R封頭內(nèi)徑K有效厚度封頭形狀系數(shù)剪應(yīng)力C1厚度負(fù)偏差b2筒體有效寬度7.參考文獻(xiàn)1董大勤化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)北京化工工業(yè)出版社 20092喻建良 王立業(yè) 刁玉偉 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 大連理工大學(xué)出版社20093余國琮化工機(jī)械工程手冊(cè) 化學(xué)工業(yè)出版社 2003 4鄭津洋 董其伍 桑芝富 過程設(shè)備設(shè)計(jì) 化學(xué)工業(yè)出版社 2010 5李福寶 李勤 壓力容器過程設(shè)備設(shè)計(jì) 化學(xué)工業(yè)出版社 2010 6 夏清 陳常貴化工原理上冊(cè)天津大學(xué)出版社 20057丁伯民 黃正林高壓容器化學(xué)工業(yè)出版社 20028鄭曉梅 魏崇光 化工制圖化

40、學(xué)工業(yè)出版社 20018.附錄：表11.4-13 系數(shù)K5 K6 值鞍座包角，鞍座墊板包角+120K5K6A/Rm0.5A/Rm11200（120+120）=13201350（1350+120）=14701500（1500+120）=16200.76030.71960.71080.68000.67330.65010.01320.01090.01030.00840.00790.00630.05920.04340.04130.03350.03170.0252條件鞍座包角K3K4筒體在鞍座平面上有加強(qiáng)圈（用于11.4-84）120013501500 1/=0.319 筒體在鞍座平面上無加強(qiáng)圈，且AR

41、m/2或靠近鞍座處有加強(qiáng)圈（用于11.4-85）1209135015001.1710.9580.799 筒體被封頭加強(qiáng)（即ARm/2）用于式（11.4-86） 式（11.4-87）1200135015000.8800.6540.4850.4010.3440.295表 11.4-12 系數(shù)K3 K4值表11.4-15 系數(shù)K9值鞍座包角120135150K90.2040.2310.259附表1 橢圓形封頭（摘自JB/T473795）公稱直徑DN曲面高度h1直邊高度h2厚度1600 400 25 68 40 1018 50 20421700 425 25 8 40 1018 50 20241800

42、 450 25 8 40 1018 50 20501900 475 25 8 40 10182000 500 25 8 40 1018 50 20502100 525 40 10142200 550 25 8, 9 40 1018 50 20502300 575 40 10142400 600 40 1018 50 2050A（輕型）型鞍座標(biāo)準(zhǔn)系列（DN2 1004000）公稱直徑DN允許載荷Q/KN鞍座高度h 底板腹板 筋板 墊板 螺旋連接尺寸鞍座質(zhì)量250L1b12L3B2B33弧長B44e間距l(xiāng)2螺孔d螺紋M孔長l2300412166024012825620828882680400850

43、146024M20401912400436172010266280015202092600442188030029326835810303050065164026928004472040320326018002913000786218036014341316406349050010194028M24604053200796234036837202100432340083924803801239133542539506008022005033600848264041841802360535附表 15-4: 管法蘭連接尺寸公稱直徑DNPN1.6MPa(16bar)DKLTh.n3214010018

44、M1644015011018M1645016512518M1646518514518M164(8)8020016018M168注: 也可采用8個(gè)螺栓孔.。PN1.04.0MPa, DN80 法蘭的連接尺寸相同。表中黑線框內(nèi)為不同壓力等級(jí)具有相同連接尺寸的法蘭。接管公稱直徑DN/mm1米高的容積V/m31米高的內(nèi)表面積Fi/m21米高筒節(jié)鋼板質(zhì)量/kg鋼板厚度p/mm141618202224004.5247.5583395310731193131426005.3098.17902103211621292142228006.1588.80972111112511391153130007.0309.

45、431041119013401489163932008.05010.0511101269142815881748表8-24 圓柱形筒體的容積、內(nèi)表面積和質(zhì)量注：1.表中數(shù)據(jù)計(jì)算公式；G=24.66×（質(zhì)量公式中D雨單位均為mm）。2.中間值用內(nèi)插法求。 表 12-1 補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸（JB/T 4736-2002）注:內(nèi)徑Di 為補(bǔ)強(qiáng)圈成型后的尺寸容器按壓力等級(jí)的分類 接管公稱直徑DN外徑D2內(nèi)徑D1厚度c/mm1618202224尺寸/mm重（質(zhì)）量/kg250480按類型確定15.217.018.920.822.730055019.221.624.026.328.735062023.626.629.532.435.440068027.438.034.237.641.0450