《液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)》word版

目錄第一章緒論……………..……………….…………2設(shè)計(jì)任務(wù) 2設(shè)計(jì)思想 2設(shè)計(jì)特點(diǎn) 2第二章材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證 3材料選擇 3結(jié)構(gòu)選擇與論證…………..…………4\o"CurrentDocument"第三章設(shè)計(jì)計(jì)算 5筒體厚度設(shè)計(jì) 5封頭壁厚設(shè)計(jì) 6水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核 6人孔并核算開孔補(bǔ)強(qiáng) .…6核算承載能力并選擇鞍座 7液面計(jì)選擇 ……8壓力表選擇 .9接口管選擇 .…10設(shè)計(jì)小結(jié) .11第四章主要參考資料………………12第一章緒論.設(shè)計(jì)任務(wù)綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)課程知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)常溫下儲(chǔ)存液氨的儲(chǔ)罐2．設(shè)計(jì)思想綜合運(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，對儲(chǔ)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)計(jì)。3．設(shè)計(jì)特點(diǎn)容器的設(shè)計(jì)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(shè)備通用零部件大都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可直接選用。本設(shè)計(jì)書主要介紹了液罐的的筒體、封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算，低壓通用零部件的選用。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)計(jì)。第二章材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證（1）材料選擇純液氨腐蝕性小,貯罐可選用一般鋼材,但由于壓力較大,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)格雖比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封頭材料。（2）結(jié)構(gòu)選擇與論證封頭的選擇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。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)和材料等諸方面的因素。人孔的類型很多，選擇使用上有較大的靈活性。通?？梢愿鶕?jù)操作需要,在這考慮到人孔蓋直徑較大較重,故選用碳鋼水平吊蓋人孔，人孔筒節(jié)軸線垂直安裝。容器支座的選擇容器支座有鞍座,圈座和支腿三種,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。所以一臺(tái)臥式容器支座一般情況不宜多于二個(gè)。圈座一般對于大直徑薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座簡稱支腿，因這種支座在與容器殼壁連接處會(huì)造成嚴(yán)重的局部應(yīng)力，故只適合用于小型設(shè)備(DN≤1600,L≤5m)。綜上考慮在此選擇雙個(gè)鞍式支座作為儲(chǔ)罐的支座。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焊法蘭。平焊法蘭又分為甲型與乙型兩種。甲型平焊法蘭有PN0.25MPa0.6MPa1.0MPa1.6MPa，在較小范圍內(nèi)(DN300mm-2000mm)適用溫度范圍為-20℃-300℃。乙型平焊法蘭用于PN0.25MPa-1.6MPa壓力等級中較大的直徑范圍，適用的全部直徑范圍為DN300mm-3000mm，適用溫度范圍為-20℃-350℃。對焊法蘭具有厚度更大的頸，進(jìn)一步增大了剛性。用于更高壓力的范圍(PN0.6MPa-6.4MPa)適用溫度范圍為-20℃-45℃。法蘭設(shè)計(jì)優(yōu)化原則：法蘭設(shè)計(jì)應(yīng)使各項(xiàng)應(yīng)力分別接近材料許用應(yīng)力值，即結(jié)構(gòu)材料在各個(gè)方向的強(qiáng)度都得到較充分的發(fā)揮。法蘭設(shè)計(jì)時(shí)，須注意以下二點(diǎn)：管法蘭鋼制管法蘭、墊片、緊固件設(shè)計(jì)參照HG5010或GB9119?GB91126中的規(guī)定。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)。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)，其適用溫度一般在0?250℃。但透光式適用工作壓力較反射式高。玻璃管液面計(jì)適用工作壓力小于1.6MPa，介質(zhì)溫度在0?250℃的范圍。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)象所以在此選用玻璃管液面計(jì)。第三章設(shè)計(jì)計(jì)算筒體厚度設(shè)計(jì)p—設(shè)計(jì)壓力。儲(chǔ)罐在夏季最高溫度可達(dá)到目的40℃,查常溫下液體飽和蒸氣壓表,這時(shí)氨的飽和蒸氣壓為1.55MPa（絕對壓力）。取此壓強(qiáng)的1.05倍,故取P=1.6MPa作為設(shè)計(jì)壓力。D=2200mmi在操作溫度-5—40℃的范圍內(nèi),估計(jì)些筒體的厚度在16mm左右,為安全計(jì)［。］=170MPa（查鋼制壓力容器中使用的許用應(yīng)力表）焊接接頭采用V坡口雙面焊接,采用局部無損檢測,其焊接接頭系數(shù)由焊接接頭系數(shù)表查得φ=0.85壁厚附加量C，在《鋼制壓力容器》中，只考慮腐裕量C，不計(jì)鋼板厚度2負(fù)偏差C，單面腐蝕取C=1mm。287412PD 1.6X2200同體厚度S=i +c= +1=13.3mm2LσJtφ-p22X170X0.85-1.6圓整后選取厚度為14mm的16MnR鋼板來制造筒體。封頭壁厚設(shè)計(jì)按照教材公式計(jì)算內(nèi)壓橢圓形封頭的壁厚S：S= IpD +C2lσlφ-0.5P采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同，因?yàn)榉忸^的直徑較大，需用兩塊鋼板拼接毛坯，仍取焊縫系數(shù)φ=0.85o《鋼制壓力容器》規(guī)定封頭的壁厚附加量C只考慮腐蝕裕量C，不計(jì)鋼板2厚度負(fù)偏差C1制造工廠考慮，，也不考慮封頭在熱壓成型時(shí)的壁厚減薄量C，這個(gè)問題由封頭3保證制成的凸型封頭厚度符合圖紙規(guī)定值，故仍取C=1mm。封頭壁厚S=J+C2LσJfφ-p21.6X2200

+1=13.2mm

2X170X0.85-0.5x1.6因此橢圓型封頭的壁厚也是14mm（JB1154—73;《材料與零部件》P）。329水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核先按公式確定水壓試驗(yàn)時(shí)的壓力P為:

tP=1.25pt[σ]=1.25X1.6=2MPa或Pt=P+0?1=1-6+0?1=1-7MPa選取前兩者中壓力較大值作為水壓試驗(yàn)壓力為P=2.0MPat人 P（D+δ）2Γ2200+（14—1）]水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力δ=-T一之一J=-γ J=170.2MPaT 2δ 2X（14—1）e14mm16MnR鋼板在常壓下的許用應(yīng)力[σ]=0.9σφ=0.9X345X0.85=263.93MPatsσ<[σ],故筒體滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度要求tt人孔并核算開孔補(bǔ)強(qiáng)根據(jù)儲(chǔ)罐是在常溫下及最高工作壓力為1.6MPa的條件下工作,人孔的標(biāo)準(zhǔn)按公稱壓力為1.6MPa等級選取，考慮到人孔蓋直徑較大較重,故選用碳鋼水平吊蓋人孔（JB583-79），公稱直徑450mm,凹凸法蘭密封面（C型），該人孔結(jié)構(gòu)中有吊鉤和銷軸，檢修時(shí)只須松開螺栓將蓋板旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，由吊鉤吊住，不必將蓋松取下。查得如下圖水平吊蓋人孔（JB583-79—25;《材料與零部件》P）各零件486的名稱、材料及尺寸如下：件號標(biāo)準(zhǔn)號名稱數(shù)量材料 尺寸/mm1筒節(jié)1Q235—AdXS=480X10,H=30o n 1 2_GB30—76煤栓20A4 直徑×長度=M27×120 3_GB30—76螺母20Q235—AM27 法蘭1Q235—AD=640,D1=585 5墊片1δ=36蓋1Q235—AB1=42;b2=44 7吊環(huán)1Q235—Ad=20 8轉(zhuǎn)臂1Q235—Ad=369吊鉤1Q235—A螺紋部分M20 10GB41—76螺母2Q235—A 1￡GB95—76墊圈1Q235—A 12_環(huán) 1Q235—A外徑d=50,內(nèi)徑d=3613無縫鋼管1110φ67X3.5 14支承板1Q235—Aδ=10另外,還要考慮人孔補(bǔ)強(qiáng),確定補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸,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)徑為d=450mm,壁厚δ二10mm。故補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸如下：m查表得人孔的筒體尺寸為①480X10，由標(biāo)準(zhǔn)查得補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)圈內(nèi)公式D=484mm,1外徑D=760mm,2不計(jì)焊縫系數(shù)的筒體計(jì)算壁厚δ0δ,=JDid2LσJf-p1.6X22002x170-1.6+1=10.4mm開孔補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)計(jì)算參數(shù)如下：考慮腐蝕后的開孔內(nèi)徑d=d+2XC=460+2X1=462i2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的寬度B=2d=2X462=924mm接管的計(jì)算壁厚附加量c=c+C=0.15δ+C=0.15x10+1=2.5mm12 2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的外側(cè)高度h=dδnn=√462x10=67.97mm1補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的內(nèi)側(cè)高度h=02δ0=Pxd/2尸］=1.6x462/2x114=3.24Inm由教材公式計(jì)算因開孔被削弱的金屬面面積A：A=dXδ'=462X10.4=4805mm2d由教材公式計(jì)算筒體超過承壓所需的多余金屬截面積A1A=(B-d)(δ-C-δ')=(924×462)(14-1-10.4)=484mm21dδA=2h1[(δ-c)-0]=2×67.97×[(14-2.5)-3.24]=1123mm2若不計(jì)焊縫補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面面積A，得補(bǔ)強(qiáng)金屬截面面積A為30A=A-(A+A+A)=4805-(1123+484)=3198mm20 123由教材公式求得補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度δ1δ=A/(D2-D1)=3198/(760-484)mm=11.6mm10由于考慮到筒體的厚度為14mm,故選取補(bǔ)強(qiáng)圈為12mm厚的16MnR補(bǔ)強(qiáng)圈，其標(biāo)記為:補(bǔ)強(qiáng)圈Dg450×12JB1207-73(五)核算承載能力并選擇鞍座首先粗略計(jì)算鞍座負(fù)荷儲(chǔ)罐總質(zhì)量W=W+W+W123式中W一罐體的質(zhì)量，Kg1W—水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量，Kg2W一附件的質(zhì)量，Kg3A.罐體質(zhì)量W1筒體公稱直徑D=2200mm,那么每米長的容積為3.801m3,由《材料與零部N件》查得封頭容積V2=1.54m3/m,則V=V+V=2V+VL=2×1,54+3.801×L=22m3解得L=4.97m取L=5m為封筒21宜。罐體的自重(《材料與零部件》)可查得，公稱直徑為2200壁厚為14mm的筒體每米長的重量為714Kg,封頭的自重為616Kg，罐體自重W為：1W=2×616+5×714=4802Kg1B.水壓試驗(yàn)時(shí)罐內(nèi)的水重為W2=22100KgC.其它附件質(zhì)量W3人孔質(zhì)量約為210Kg,其他附件重量約為200Kg,共410Kg。于是，設(shè)備總質(zhì)量為W=W+W+W=（22100+4802+410）Kg=27312Kg123其總重力Q為273.12KN，查《材料與零部件》得，公稱直徑為2200mm,高度H=200mm的A型鞍座，其單個(gè)承載能力為179KN>273.12/2KN.故其承載能力足夠。標(biāo)記為：DN2200-AIM-200JB1167-81DN1600-AIIM-200JB1167-81液面計(jì)的選擇液氨儲(chǔ)罐常用玻璃液面計(jì)，由儲(chǔ)罐公稱直徑2200選擇長度為1000mm液面計(jì)兩支,體材料（針形閥）為碳鋼,體溫型,液面計(jì)接管為無縫鋼管,液面計(jì)相配的接口管尺寸為：￠25×3m叫平焊管法蘭HG5010-58Pg16Dg20液面計(jì)標(biāo)記為：玻璃管液面計(jì)AIDL=1000HG5-227-80壓力計(jì)選擇（1）量程裝在鍋爐、壓力容器上的壓力表，其最大量程（表盤上刻度極限值）應(yīng)與設(shè)備的工作壓力相適應(yīng)。壓力表的量程一般為設(shè)備工作壓力的1.5?3倍，最好取2倍。若選用的壓力表量程過大，由于同樣精度的壓力表，量程越大，允許誤差的絕對值和肉眼觀察的偏差就越大，則會(huì)影響壓力讀數(shù)的準(zhǔn)確性；反之，若選用的壓力表量程過小，設(shè)備的工作壓力等于或接近壓力表的刻度極限，則會(huì)使壓力表中的彈性元件長期處于最大的變形狀態(tài)，易產(chǎn)生永久變形，引起壓力表的誤差增大和使用壽命降低。另外，壓力表的量程過小，萬一超壓運(yùn)行，指針越過最大量程接近零位，而使操作人員產(chǎn)生錯(cuò)覺，造成更大的事故。因此，壓力表的使用壓力范圍，應(yīng)不超過刻度極限的60?70%。（2）測量精度壓力表的精度是以允許誤差占表盤刻度極限值的百分?jǐn)?shù)來表示的。精度等級一般都標(biāo)在表盤上，選用壓力表時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的壓力等級和實(shí)際工作需要來確定精度。額定蒸汽壓力小于2.45MPa的鍋爐和低壓容器所用的壓力表，其精度不應(yīng)低于2.5級；額定蒸汽壓力大于2.45MPa的鍋爐和中、高壓容器的壓力表，精度不應(yīng)低于1.5級。（3）表盤直徑為了使操作人員能準(zhǔn)確地看清壓力值，壓力表的表盤直徑不應(yīng)過小。在一般情況下，鍋爐和壓力容器所用壓力表的表盤直徑不應(yīng)小于100mm，如果壓力表裝得較高或離崗位較遠(yuǎn)，表盤直徑還應(yīng)增大。又考慮到液氨有一定腐蝕性,所以綜合考慮選用隔膜壓力表,技術(shù)指標(biāo)為：精度等級：(1.6) 公稱直徑：Φ50接頭螺紋：1.5G1測量范圍：0-2.4Mpa接口管選擇本儲(chǔ)罐設(shè)有如下接口管a)液氨進(jìn)料管采用無縫鋼管φ76×6mm(管壁加厚，具有補(bǔ)強(qiáng)作用).管的一端伸入罐切成45°,管長400mm。配用凸面式平焊管法蘭Pg16Dg