儲(chǔ)罐-課程設(shè)計(jì)

1、目 錄一、緒論 111設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)特點(diǎn)112主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定記說(shuō)明1二、材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證 221 材料選擇與論證222 結(jié)構(gòu)選擇與論證3221 封頭形式的確定 3222 人孔的選擇 3223 法蘭的選擇 3224 液面計(jì)的選擇 4225 鞍式支座的選擇與確定 4三、設(shè)計(jì)計(jì)算 531筒體厚度的計(jì)算 532封頭壁厚的計(jì)算 533水壓試驗(yàn)壓力及其強(qiáng)度的計(jì)算 634人孔的選擇及核算開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) 635鞍座的選擇及核算承載能力 836液位計(jì)的選擇 937選配工藝接管 9四設(shè)備總裝備圖（附錄）10五小結(jié) 10六設(shè)計(jì)參考書(shū)目 10液氨儲(chǔ)罐機(jī)械設(shè)計(jì)一. 緒論1. 1 設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)特

2、點(diǎn)（1）設(shè)計(jì)任務(wù)按要求設(shè)計(jì)一壓力容器，液氨儲(chǔ)罐的公稱(chēng)直徑為1400mm，罐體的公稱(chēng)容積為20m3，制造地點(diǎn)：廣東省廣州市。（2）設(shè)計(jì)思想液氨儲(chǔ)罐通常由臥式圓柱形圓筒和兩端橢圓封頭組成，按照化學(xué)生產(chǎn)工藝的要求設(shè)置進(jìn)料口，出料口，放空口，排污口，壓力表，安全閥和液面計(jì)等，為了檢修方便開(kāi)設(shè)人孔，用鞍式支座支撐于混凝土基座上。綜合運(yùn)用化工過(guò)程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)及所學(xué)的知識(shí)，聯(lián)系實(shí)際，進(jìn)而鞏固加深和發(fā)展所學(xué)的知識(shí)，提高分析實(shí)際問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。（3）設(shè)計(jì)特點(diǎn)液氨對(duì)鋼材的腐蝕作用很小，但是，至于室外的液氨儲(chǔ)罐，其工作溫度為環(huán)境溫度，其工作壓力為該環(huán)境溫度下的飽和蒸汽壓，隨著氣溫的變化，液氨儲(chǔ)罐的操作溫度和操

3、作壓力也會(huì)變化，所以其材料的鋼材必須應(yīng)能承受這種變化，在我國(guó)的北方嚴(yán)寒地區(qū)，冬季氣溫很低，普通鋼材就可能出現(xiàn)低溫脆性，所以選用低溫設(shè)備用鋼。 壁厚分類(lèi)薄壁容器工程上的容器外徑和內(nèi)徑的比值K=D0/Di小于等于1.2的壓力容器稱(chēng)為薄壁容器。 受壓狀況的分類(lèi)內(nèi)壓容器容器器壁承受的拉應(yīng)力，通過(guò)強(qiáng)度條件計(jì)算壁厚。 安裝方式分類(lèi)臥式容器在自重和內(nèi)部充滿液體等載荷作用下在殼體一些特殊部位產(chǎn)生各種局部應(yīng)力，加以考慮。 容器工作溫度的確定常溫容器設(shè)計(jì)溫度在200C2000C的壓力容器，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的容器的工作溫度為400C400C，確定為常溫容器。 設(shè)計(jì)壓力的分類(lèi)中壓容器壓力1.6MPa到10MPa的容器為中

4、壓容器，本次設(shè)計(jì)的容器工作的壓力為1.55MPa，設(shè)計(jì)壓力稍大于工作壓力，所以為中壓容器。 容器在生產(chǎn)中的用途和分類(lèi)貯存容器 按壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察視程分類(lèi)第二類(lèi)容器1. 2主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定和說(shuō)明（1）工作溫度的確定貯罐常至于室外，在夏天經(jīng)過(guò)太陽(yáng)的曝曬，溫度可達(dá)400C，所以工作溫度應(yīng)低于400C（2） 工作壓力的確定表液氨的飽和蒸汽壓和密度溫度/0C-30-20-1001020304050飽和蒸汽壓（絕壓）/MPa0.120.190.2910.4290.6150.8571.171.552.03密度/kg/m3678665652639625610595588563隨著氣溫的變化，罐內(nèi)的氣壓也

5、會(huì)改變。一般罐體的溫度最高可以達(dá)到400C,所以選用的設(shè)計(jì)溫度為400C。（3）設(shè)計(jì)壓力的確定按壓力容器安全監(jiān)督規(guī)程規(guī)定液化氣體貯罐必須安裝安全閥，設(shè)計(jì)壓力可取最大操作壓力的1.05到1.1倍，設(shè)計(jì)溫度為400C，此時(shí)液氨的飽和蒸氣壓為1.55MPa，通過(guò)計(jì)算選擇貯罐的設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa(表壓)。二 . 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證2. 1材料選擇與論證材料：本貯罐選用16MnR制作罐體和封頭。論證：按YB(T)40-87標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的鋼板的化學(xué)成分和力學(xué)性質(zhì)壓力容器用鋼板的化學(xué)成分（YB（T）40）/()鋼號(hào)CMnSiS,PV20R0.200.40.80.150.30.03016MnR0.201.

6、21.60.20.60.03015MnVR0.181.21.60.20.60.030.10.4壓力容器用鋼板力學(xué)性能和冷彎試驗(yàn)（YB(T)40）鋼號(hào)交貨狀態(tài)厚度/mm/MPa/MPa/%Akv J冷彎試驗(yàn)1800b2a不小于20R熱扎或正火6164005102452634d=1.5a172523525d=1.5a16MnR熱扎或正火2165106303452234d=2a172549061032521d=3a15MnVR熱扎或正火6165306653902034b=3a172551064537519 鋼板的耗用量16MnR鋼板比20R鋼板略貴，但從耗用量及價(jià)格的綜合考慮，16MnR鋼板的用量較

7、省，應(yīng)采用16MnR鋼板為宜。 制造費(fèi)用16MnR鋼板，厚度較薄，質(zhì)量較輕，且制造費(fèi)用目前也按碳鋼設(shè)備重量同等，因此制造費(fèi)用而言，16MnR也比較經(jīng)濟(jì)。 根據(jù)工作環(huán)境的溫度范圍，可知儲(chǔ)罐的工作溫度大概在400C400C之間，而且工作壓力較高，根據(jù)化工過(guò)程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表5-3鋼制壓力容器中使用的鋼板許用應(yīng)力中可以查得16MnR的各項(xiàng)工作指標(biāo)都能滿足儲(chǔ)罐的工作要求，且16MnR加工比較容易。2. 2 結(jié)構(gòu)選擇與論證2. 2. 1 封頭形式的確定本液氨儲(chǔ)罐的封頭選用橢圓形封頭，橢圓封頭是由曲率半徑連續(xù)變化而成的，所以，封頭上的應(yīng)力分布也是均勻變化的，他的受力狀態(tài)比蝶形封頭要好，雖不如半球封頭，但對(duì)各

8、種封頭的強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行比較。從鋼材耗用量考慮：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：橢圓形封頭制造方便，平板封頭則因直徑和厚度較大，坯材的獲得、車(chē)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(jié)構(gòu)也不合理。所以，從強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)和制造等方面綜合考慮，采用橢圓形風(fēng)封頭最為合理。 2. 2. 2 人孔的選擇人孔已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，按材料分為碳鋼人孔，低溫合金鋼，和不銹鋼人孔，根據(jù)液氨的工作環(huán)境考慮，臥式液氨儲(chǔ)罐常用碳鋼水平吊蓋人孔，這人孔方便使用，壓緊墊片可靠，開(kāi)啟時(shí)人孔蓋懸掛于吊桿下，避免搬動(dòng)交重的人孔蓋，碳鋼水平吊蓋人孔的尺寸

9、，本儲(chǔ)罐選用公稱(chēng)直徑為Dg450mm的人孔，保證了冬天檢修時(shí)，穿著棉衣的工人能順利進(jìn)出。根據(jù)貯罐是在常溫及最高壓力為1.6MPa的條件下工作，人孔標(biāo)準(zhǔn)按公稱(chēng)壓力為1.6MPa的選取。2. 2. 3 法蘭形式按照設(shè)計(jì)的口徑選擇各種工藝接管，進(jìn)料管伸進(jìn)罐內(nèi)并在管端切成450斜口指向罐中央，防止物料沿著器壁流動(dòng)，減少物料對(duì)器壁的磨損，物料壓出管也伸進(jìn)罐內(nèi)，離罐低約100mm，常制成可拆式接管。安全閥和放空閥設(shè)置在容器最高處，排污管應(yīng)設(shè)置在容器的最低處，以利排放。按照儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度選擇各個(gè)工藝接管的法蘭。對(duì)于液面計(jì)法蘭圖（a），出料口法蘭，進(jìn)料口法蘭，安全閥法蘭，放空閥法蘭和排污閥法蘭，其法

10、蘭可以選擇使用突起密封面，兩個(gè)法蘭的密封面都是加工成突起的平臺(tái)，突起面上加工出螺旋形或同心圓形的溝槽，如同鋸齒，其作用式使墊片變形并壓住墊片。突起密封面制造簡(jiǎn)單，在一般情況下密封的性能交好，比較適宜液氨儲(chǔ)罐各小管法蘭。2. 2. 4 液面計(jì)的選擇液氨儲(chǔ)罐常用玻璃管液面計(jì)，液面計(jì)的玻璃管兩端裝在針形閥內(nèi)，工作時(shí)開(kāi)啟針形閥，清洗或檢修時(shí)關(guān)閉針形閥，在針形閥內(nèi)裝有一個(gè)直徑為100mm的鋼球，當(dāng)玻璃管發(fā)生斷裂的時(shí)候，鋼珠在內(nèi)壓的作用下自動(dòng)封閉針形閥，防止物料的泄漏，在上下針形閥的兩端，分別裝有放氣塞和流液塞。由于玻璃管的公稱(chēng)長(zhǎng)度為：5001400mm，所設(shè)計(jì)的儲(chǔ)罐的公稱(chēng)直徑為1700mm，所以選用兩組

11、液面計(jì)完成其工作。2. 2. 5 鞍式支座的選擇換熱器、貯罐等臥式容器的支座通常是已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的鞍式支座，每一公稱(chēng)直徑得鞍座規(guī)格有輕型（A型）和重型（B型）。立式容器支座中的耳式支座和支承式支座用于小型直立式設(shè)備，而裙式支座用于高大的設(shè)備。所設(shè)計(jì)的液氨儲(chǔ)罐相對(duì)較大，根據(jù)所設(shè)計(jì)的筒體的公稱(chēng)直徑選擇，由液氨儲(chǔ)罐的總質(zhì)量核算其承載能力，本儲(chǔ)罐選用帶加強(qiáng)墊版的A型鞍座一對(duì)，F(xiàn)型（地腳螺拴孔為圓形的固定支座）和S型（地腳螺拴孔為長(zhǎng)圓形的活動(dòng)支座）各一個(gè)。為了利用封頭對(duì)筒體剛度的局部加強(qiáng)作用，鞍座離封頭的距離盡量不超過(guò)容器的直徑的1/4（ARi/2），為了減小因物料自重引起的筒體器壁彎曲應(yīng)力，鞍座離封頭的距

12、離也不要超過(guò)筒體長(zhǎng)的1/5（A0.2L），應(yīng)用水壓試驗(yàn)時(shí)的罐體總重。計(jì)算三 . 設(shè)計(jì)計(jì)算：3.1 筒體長(zhǎng)度計(jì)算根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，查表：JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭得：故有：罐體的封頭體積=2*0.3977=0.7954m3筒體體積=20-0.7954=19.2046 m3筒體長(zhǎng)度=12.4818m3. 1罐體壁厚的計(jì)算。根據(jù)材料分析，選用16MnR制作筒體和封頭。液氨儲(chǔ)罐是內(nèi)壓容器，按公式計(jì)算出筒體的壁厚。其中：為設(shè)計(jì)壓力，本儲(chǔ)罐在夏季最高溫度可達(dá)400C，此時(shí)液氨的飽和蒸汽壓為1.555MPa（絕對(duì)壓力），所以P=1.6MPaDi1400mm；=170MPa；=1.00 （雙

13、面對(duì)接焊，100%無(wú)損探傷）；則： = =6.62 mm查得相應(yīng)的負(fù)偏差，腐蝕裕量 C=0.8+1=1.8mm則： =6.621 =7.62mm根據(jù)及鋼板的厚度規(guī)格 圓整后確定選用厚的16MnR鋼板制作罐體。3. 2 封頭厚度的設(shè)計(jì)： 本容器用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，厚度根據(jù)公式：其中各數(shù)據(jù)跟罐體相同，=1.0（因?yàn)樵O(shè)計(jì)的儲(chǔ)罐的直徑為1.7m，鋼板的最大寬度為3m，故封頭需將鋼板并焊后沖壓）則： =+1 =7.60mm圓整后取確定用厚的16MnR鋼板制作封頭。3. 3 校核罐體與封頭水壓試驗(yàn)強(qiáng)度根據(jù)公式取2.0MPa式中：81.8 =6.2mm 345MPa則水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力： = =171.49MPa

14、16MnR鋼制容器在常溫水壓試驗(yàn)時(shí)的許可應(yīng)力MPa可見(jiàn)：,所以罐體厚度滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度。3. 4 選擇人孔并核算開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)。 液氨儲(chǔ)罐常選用碳鋼水平吊蓋人孔（JB583-79），公稱(chēng)直徑Dt=450mm，凹凸法蘭密封面（C形），公稱(chēng)壓力Pt16（在工作溫度小于2000C時(shí)的允許工作壓力為16kgf/cm2） 標(biāo)記符號(hào)為：人孔C1Pt16，Dt450，JB583-79 水平吊蓋人孔JB 583-79 明細(xì)表件號(hào)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)名稱(chēng)數(shù)量材料1筒節(jié) 1Q235-A16Mn2GB30-76螺栓20A4353GB30-76螺母20Q235-A304法蘭1Q235-A16Mn5墊片 1橡膠石棉板6蓋 1Q235-

15、A16Mn7吊環(huán)1Q235-AF8轉(zhuǎn)臂1Q235-AF9吊鉤1Q235-AF10GB 41-76螺母 2Q235-A11GB 95-76墊圈 1Q235-A12環(huán)1Q235-AF13無(wú)縫鋼管11014支撐板1Q235-AF查資料確定不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大孔徑，不再焊封上開(kāi)孔，不計(jì)焊封的筒體計(jì)算壁厚=6.62mm器壁厚度增強(qiáng)系數(shù)=1.06不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大孔徑為，即人孔需要另行補(bǔ)強(qiáng)外，其他各個(gè)工藝接管開(kāi)孔都不需要補(bǔ)強(qiáng)?？紤]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(wú)縫鋼管，所以不能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑是450mm。壁厚10mm。由補(bǔ)強(qiáng)圈的標(biāo)準(zhǔn)查得補(bǔ)強(qiáng)圈的內(nèi)徑D1=484mm

16、，外徑D2=760mm 補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度按公式計(jì)算：mm考慮到罐體與人孔筒節(jié)均有一定的壁厚裕量，故補(bǔ)強(qiáng)圈取12 mm厚。3. 5 鞍座的選用。儲(chǔ)罐總質(zhì)量罐體質(zhì)量封頭質(zhì)量裝滿水質(zhì)量附件質(zhì)量即 m=m1+m2+m3+m4(1)筒體體的質(zhì)量m1； DN=1400mm，=10mm的筒節(jié)，根據(jù)L*2600*16/1030=L*1400*12/q算得：每米的質(zhì)量為q1=346.6kg/mm1=q1L=346.612.48=4325.57kg(2)封頭的質(zhì)量m2; DN=1400mm，=8mm, 直邊高度 h=25mm的標(biāo)準(zhǔn)封頭查表得 封頭容積為0.3977m3 封頭深度為375mm 其質(zhì)量=137.7kgm2

17、=2137.7=275.4kg （3）所裝液氨質(zhì)量m3; m3=a式中：a - 沖料系數(shù)，取0.7; V - 儲(chǔ)罐容積， V=V封+V筒=20m3; - 液氨在-20時(shí)的密度，為665kg/m3.m3=a=0.720665=9310kg(4)附件的質(zhì)量m4;人孔的質(zhì)量約為200kg，其他的連接管質(zhì)量總和按300kg算，則：m4=500kg設(shè)備總質(zhì)量為：m=m1+m2+m3+m4 = 4325.57+275.4+9310+500 =14410.97kg每個(gè)鞍負(fù)荷F=70.69kN查表選用輕型帶墊板，包角為120的鞍座：JB/T471292 鞍座A1700F JB/T471292 鞍座A1700S

18、3. 6 液位計(jì)的選擇。液氨儲(chǔ)罐常用玻璃管液面計(jì)，由儲(chǔ)罐公稱(chēng)直徑Di=1400mm選擇公稱(chēng)長(zhǎng)度為800mm的液面計(jì)兩只，采用玻璃管液面計(jì)BIW PN1.6 , L=800mm , HG5-227-80兩支。與其相配的接管尺寸為183m,管法蘭為PN1.6 DN15 GB 9119.8-883. 7 選配工藝接管。（1）液氨進(jìn)料管采用484.0mm的無(wú)縫鋼管, 管的一端切成450，深入罐內(nèi)少許，配用平面密封的平焊管法蘭：法蘭PN1.6 DN50 GB 9119.8-88因?yàn)闅んw名義壁厚n=10mm , 小于12mm , 接管公稱(chēng)直徑小于50mm , 故不用補(bǔ)強(qiáng)。 （2）液氨出料管 采用可拆的壓出

19、管253mm ，將它套入罐體的固定接口管383.5mm內(nèi)，并用一非標(biāo)準(zhǔn)法蘭固定在接口法蘭上。罐體的接口法蘭采用法蘭PN1.6 DN32 GB 9119.8-88 。與該法蘭相配并焊接在壓出管的法蘭上，其連接尺寸和厚度跟管法蘭PN1.6 DN32 GB 9119.8-88相同，但是內(nèi)徑為25mm。（3）排污管貯罐右側(cè)最底部，安設(shè)排污管一個(gè), 管子的規(guī)格是484.0mm，管端焊有一與截止閥J41W-16相配的管法蘭取PN1.6 DN50 GB 9119.8-88。（4）放空管接管采用323.5mm無(wú)縫鋼管，管法蘭取PN1.6 DN25 GB9119.8-88（5）壓力表接管采用323.5mm無(wú)縫鋼管，管法蘭取PN1.6 DN25 GB9119.8-88（6）安全閥接管采用323.5mm無(wú)縫鋼管，管法蘭取PN1.6 DN25 GB9119.8-88（7）液位計(jì)接管采用183mm無(wú)縫鋼管，管法蘭為PN1.6 DN15 GB 9119.8-88四 設(shè)備總裝備圖 ( 如附錄 ) 五小結(jié)從一開(kāi)始什么都不懂，到現(xiàn)在該做的工作都能完成，時(shí)間也接近尾聲了，一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)感覺(jué)上時(shí)間不是很充足，但