液氨儲罐機械設(shè)計分析

1、課程設(shè)計任務(wù)書廣東石油化化工機械基礎(chǔ)課程設(shè)計任務(wù)書1. 設(shè)計題目：液氨儲罐機械設(shè)計2. 設(shè)計數(shù)據(jù)：技術(shù)特性公稱容積Vm3)16公稱直徑Di (mm)2000介質(zhì)液氨筒體長度L(mm)4000工作壓力(MPa)2.07工作溫度(0c) 50廠址茂名推薦材料16MnR管口表編號名稱公稱直徑(mm)編號名稱公稱直徑(mm)ai-2液位計15e安全閥32b進料管50f放空管25c出料管32g人孔500d壓力表15h排污管50工藝條件圖工藝 條 件 團33.計算及說明部分內(nèi)容(設(shè)計內(nèi)容)第一部分緒論:(1 )設(shè)計任務(wù)、設(shè)計思想、設(shè)計特點;(2 )主要設(shè)計參數(shù)的確定及說明。第二部分材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證(

2、1) 材料選擇與論證;(2) 結(jié)構(gòu)選擇與論證：封頭型式的確定、人孔選擇、法蘭型式、液面計的選擇、鞍式支座的選擇確定。第三部分設(shè)計計算(1)計算筒體的壁厚;(2)計算封頭的壁厚;水壓試驗壓力及其強度校核;選擇人孔并核算開孔補強;選擇鞍座并核算承載能力;第四章主要附件的選用(1 )、液面計選擇(2)、各進出口的選擇(3) 、壓力表選擇第五章設(shè)計小結(jié)附設(shè)計參考資料清單4 .繪圖部分內(nèi)容:總裝配圖一張(1#)5.設(shè)計期限：1周(2014年07月07日2014 年 07 月 11 日)6、設(shè)計參考進程:(1)設(shè)計準備工作、選擇容器的型式和材料半天設(shè)計計算筒體、封頭、選擇附件并核算開孔補強等二天半天繪制裝

3、配圖 編寫計算說明書 答辯7 .參考資料:1化工過程設(shè)備機械基礎(chǔ)，李多民、俞慧敏主編，中國石化大學(xué)出版社23課程設(shè)計任務(wù)書化工設(shè)備機械基礎(chǔ)，湯善甫 朱思明主編，華東理工大學(xué)出版社?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書，蔡業(yè)彬宣征南主編。4鋼制壓力容器 GB150-98發(fā)給學(xué)生（簽名）：指導(dǎo)教師：陳華豪2014年07月8日緒論第一章緒論#1、液氨貯罐的設(shè)計背景化學(xué)工業(yè)和其它流程工業(yè)的生產(chǎn)都離不開容器。所有的化工設(shè)備的殼體都是一種容 器，容器的應(yīng)用遍及各行各業(yè)，諸如航空、航海、機械制造、輕工、動力等行業(yè)。然而 化工容器又有其本身特點，不僅要適應(yīng)化學(xué)工藝過程所要求的壓力和溫度條件，還要承 受化學(xué)介質(zhì)的作用

4、，要能長期的安全工作且保證良好的密封。因此在容器的設(shè)計中應(yīng)綜 合考慮個方面的因素，使之達到最優(yōu)。液氨主要用于生產(chǎn)硝酸、尿素和其它化學(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)彈的推進劑，可用作有機化工產(chǎn)品的氨化原料，還可用作冷 凍劑，將氨進行分解，分解成氫氮混合氣體這種混合氣體是一種良好的保護氣體，可以 廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)、冶金工業(yè)以及需要保護氣氛的其它工業(yè)和科學(xué)研究中。為能夠進行連續(xù)的生產(chǎn)，需要有儲存液氨的容器，因此設(shè)計液氨貯罐是制造貯罐的必備 步驟，是化工生產(chǎn)能夠順利進行的前提。2. 設(shè)計任務(wù)、設(shè)計思想、設(shè)計特點設(shè)計任務(wù)：根據(jù)儲罐筒體公稱直徑 D i = 2000m

5、m，罐體公稱容積V=16m ,設(shè)計- 液氨儲罐，通過設(shè)計儲罐的厚度，使其能滿足工藝要求。設(shè)計思想：通過圖書館和上網(wǎng)查找有關(guān)的書籍與資料，獲取需要的數(shù)據(jù)，來完成所 要求要設(shè)計的部分。液氨儲罐是我們平時運輸液氨的一個常用設(shè)備， 在設(shè)計液氨儲罐時, 要有利于成批生產(chǎn)，提高質(zhì)量，便于互換，降低成本，提高勞動的生產(chǎn)率，要對容器的 設(shè)計（如封頭、法蘭、支座、人孔、液面計等）進行標準化，除此之外還要盡量滿足工 藝的要求，密封性能要好。設(shè)計特點：為了滿足工藝過程的需要，必須做到如下要求：強度：液氨儲罐可以抵抗外力破壞能力，以保證生產(chǎn)安全。剛度：零部件應(yīng)有抵抗外力使其變形的能力，以防止容器在使用、運輸或安裝的過

6、 程中發(fā)生不允許的變形。穩(wěn)定性：現(xiàn)皺折。耐久性：氣密性：(1)(2)(3)容器或其零部件在外力作用下有維持其原型的能力，防止容器被壓癟或出(4)(5)容器有一定的抵抗介質(zhì)及大氣的腐蝕能力，保持一的使用年限。 容器在承受壓力或處理有毒介質(zhì)時有可靠的氣密性，提供良好的勞動環(huán)境及維持正常的操作。其他：節(jié)約材料、便于制造、運輸、安裝、操作、維修方便，符合有關(guān)的國家標準和行業(yè)標準等的規(guī)定。2、主要設(shè)計參數(shù)的確定及說明（1）設(shè)計壓力本儲罐在茂名夏季最高溫度380C左右，其工作溫度480C,該溫度下氨的飽和蒸汽壓 為：1.929M P,比工作壓力相同，故取設(shè)計壓力為 P=2.07Mp（2）設(shè)計溫度該儲罐內(nèi)的

7、介質(zhì)工作時溫度為 480C,故可取設(shè)計溫度為：t=480C+150C=630C（3）許用應(yīng)力、屈服極限制造該儲罐采用16MnR剛板，其在設(shè)計溫度 630C下的許用應(yīng)力為170Mp,屈服極限為345Mp（4）焊接系數(shù)本設(shè)計采用雙面對接焊，100%損傷，焊接接頭系數(shù)為1.0。（5）厚度附加量預(yù)計鋼材厚度在8mm-25m之間取鋼材厚度偏差為0.8mm液氨有輕腐蝕作用筒體和 封頭的腐蝕欲量為1.0mm材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證第二章材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證1、材料選擇與論證純液氨腐蝕性小，儲罐可選用一般鋼種，但由于壓力較高，根據(jù)鋼種適用范圍的說 明，可以考慮采用16MnF鋼種。從鋼板耗量和價格綜合考慮，采用

8、 16MnF鋼板，制造費用較為經(jīng)濟。綜上所述，本設(shè)計的儲罐材料選用 16MnF鋼板制作罐體和封頭。2、結(jié)構(gòu)選擇與論證 圭寸頭形式的確定本設(shè)計選用橢圓形封頭，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，受力狀態(tài)比蝶形封頭要好，雖不如半球封頭，但對各種封頭 的強度和經(jīng)濟合理性進行比較。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，材料的獲得、 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(jié)構(gòu)也不合理。所以，從強度、結(jié)構(gòu)和制造等

9、方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。 人孔選擇人孔是安裝或按檢修人員進入塔器的唯一通道。人孔不應(yīng)該設(shè)置在鞍座截面和跨中截面上，也不宜在封頭上設(shè)置人孔。人孔尺寸應(yīng)根據(jù)容器直徑大小、壓力等級、容器內(nèi) 部可拆構(gòu)件尺寸等因素決定，一般情況下：容器直徑大于或等于9001000mm寸，選用DN400人孔；容器直徑大于10001600mm寸，選用DN450人孔；容器直徑大于16003000mm寸，選用DN500人孔； 容器直徑大于3000mm寸，選用DN600人孔。表6-5 人孔的設(shè)置容器公稱直徑 DN/mm有內(nèi)部構(gòu)件時無內(nèi)部構(gòu)件時300V DN 900設(shè)置設(shè)備法蘭設(shè)置一個人孔或設(shè)置1-2個檢杳孔900W

10、 DN 2600設(shè)置二個人孔設(shè)置一個人孔本設(shè)計的容器公稱直徑是2000mm設(shè)置一個DN500人孔。臥式液氨儲罐常用碳鋼水平吊蓋人孔，這種人孔使用方便，壓緊墊片可靠，儲罐在常溫及最高工作壓力為2.07 MPa的條件下工作，人孔標準應(yīng)按公稱壓力為2.5 MPa的等級選取，由于容器公稱直徑為2000mm碳鋼水平吊蓋人孔的尺寸、材料和性能可查 HG/T21524-2005標準，選用水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔，DN500人孔，密封壓緊面采用 RF型。該人孔標記為：HG/T21524-2005人孔TGW (A.G) 500-2.5 其中RF指凸面密封, 毗指接管與法蘭的材料為16MnR A.G是指用普通石棉

11、橡膠板墊片，500-2.5是指公稱 直徑為500mm公稱壓力為2.5Mpa。 法蘭型式選擇法蘭與設(shè)備的連接形式：平焊法蘭制造簡單，使用廣泛，但剛性較差，僅用于壓力不高的場合，如管法蘭 P2.5MPa。由于本設(shè)計P=2.07Mpa，由HG20592-97標準,可以選擇焊接法蘭中的板式平焊法蘭 PLo法蘭與密封面形式：P=2.5Mpa根據(jù)HG20592-97標準可以選擇RF密封面。 液位計的選擇液面計是用以指示容器內(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、玻璃管液面計、浮子液面計和浮標液面計。液面計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。

12、液面計的選用：1. 玻璃板液面計和玻璃管液面計均適用于物料內(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(dāng)物料很干凈時才選反射式。3當(dāng)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受到限制， 應(yīng)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。 液氨儲罐常用玻璃管液面計，由儲罐公稱直徑Di=2000mm選擇玻璃管液面計AT25-1HG5-1364-80 兩支。與其相配的接管尺寸為18 X 3mm管法蘭為PL15-2.5RF 16MnR HG20592-97 鞍

13、式支座的選擇確定承受同樣載荷且具有同樣 因為多支承在粱內(nèi)產(chǎn)生的 但在是實際上臥式容器應(yīng)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， 截面幾何形狀和尺寸的梁采用多個支承比采用兩個支承優(yōu)越， 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。盡可能設(shè)計成雙支座，這是因為當(dāng)支點多于兩個時，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)越論反而會造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運行安全帶來不利的影響。 而且，現(xiàn)在儲罐等的支座已經(jīng)標準化了，所以

14、鞍座采用了雙支座，一個S型，另外一個F型，為了充分利用封頭對筒體的加強作用，支座應(yīng)靠近封頭，即AW Ri ,A不大于0.2L, 以便使筒體的中間部分截面與支撐部分截面的彎矩值相等或相近。鞍座的公稱直徑是筒體的公稱直徑，每一公稱直徑的鞍座規(guī)格有輕型（A型）和重型（B型）。臥式液氨儲罐選用鞍式支座（JB/T 4712.1-2007 ），按照儲罐公稱直徑DN=2000選 用A型（輕型）帶墊板的鞍座一對（其中 S型和F型各一個），包角為120C標記為： JB/T 4712.1-2007 鞍座 A2000-FJB/T 4712.1-2007 鞍座A2000-S。（具體參數(shù)如下圖表）2如2410：.,24

15、TZItffl 19設(shè)計計算第三章設(shè)計計算1、計算筒體的壁厚液氨儲罐是內(nèi)壓薄壁容器，根據(jù)選材分析，本儲罐選用16MnR制作罐體和封頭。根據(jù)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定液氨儲罐設(shè)計溫度為48 C,設(shè)計壓力P=2.07Mpa 由設(shè)計參數(shù) Dj =2000mm 可以查得 t =170Mpa c345MPa *=1.00（帶墊板的單面對接焊縫，全部無損檢測）。根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)，可以查得腐蝕裕量為C2=1mm根據(jù)內(nèi)徑查常用鋼板厚度負偏差規(guī) 格，可以查得，負偏差為C1=0.8mm厚度附加量為 C=C1 +C2=0.8mm+1mm=1.8mm因此，筒體的計算厚度為：2.07X20006 = 巴。 =2X170

16、X1.002.07 =12.3mm 2曲一 P筒體的設(shè)計厚度為：= 6 +13.3mm6 =6=13.3+0.8 =14.1mm對厚度進行圓整可得名義厚度為：6 n =16mm確定用16mm厚的16MnR鋼板制作罐體。2、計算封頭的壁厚本容器用標準橢圓封頭，厚度根據(jù)公式：5廠益騷9其中各數(shù)據(jù)跟罐體相同,2.07x2000& =+C2 =2咒170燈.00_0.5咒2.07+1 =13.2mm2b 冷-0.5p =6 +C, =13.21+0.8=14.01mm對厚度進行圓整可得名義厚度為：厲=16mm 確定用厚的16mm16MnF鋼板制作封頭。3、水壓試驗壓力及其強度校核根據(jù)公式”駕is取 P

17、t =1.1 P=1.1 X 2.07Mpa =2.3 Mpa式中： 6 = S - C = 16- 1.8 = 14.2mmcTs =345 Mpa則水壓試驗時的應(yīng)力：片二里於二163.1paQ345R鋼制容器在常溫水壓試驗時的許可應(yīng)力OQbs = 0.9x345 =315.0 MPa可見：cTt 10 二71*86h2 =0取小值，故h2=0(3) 計算有效補強金屬截面積筒體多余金屬截面積A1筒體有效厚度：=6 -c=16-匸84.2A1 =(B-d)-2(&t -c)(6e-6) =(1032.8-516.4)-2x(10-1.8)(14.2-12.25) = 975mm22.07咒51

18、6.4Pd接管多余金屬截面積Ar -= 3.16mm接管計算厚度2&-p 170補強圈厚度D2-D1A 4526.55 彳 /。=14.8mm 840534考慮到罐體與人孔筒節(jié)均有一定的壁厚裕量，取S =14.8mm其標記為：補強圈*840/ *534 6 =15 16MnR JB/T 4736-20025、選擇鞍座并核算承載能力首先粗略計算鞍座負荷，儲罐總質(zhì)量 口=01|+譏+%+0式中m1 罐體質(zhì)量,kg;m2 封頭質(zhì)量,kg；m3 液氨質(zhì)量,kgm4 附件質(zhì)量,kgDN=2000mm 6 =16mm,L=4400mm=4.4 的筒節(jié),由GB150-1998查得，每米的質(zhì)量為 q1=795

19、kg/mm1=q1L=795X 4.4 kg =3498 kg封頭的質(zhì)量m2DN=2000m，m 6 =16mm,直邊高度h=25m m的標準圭寸頭,由GB150-1998查得其質(zhì)量q2 =284kgm2 = 2 咒 284 = 568kg水壓試驗時水的質(zhì)量m3m3 =aPV式中：a沖裝系數(shù)，取0.9V 儲罐容積P水密度，為1000kg/m33由JB/T4746-2002查得，封頭容積為1.1257m由GB3019-88查得，筒體每米容積為3.142m3Vi + 7筒=2x1.1257 + 4.4 咒 3.142 =16.0762m3 =aPv =0.9x1000x16.0762 = 1446

20、8.58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計，則:m 4 =500kg設(shè)備總質(zhì)量為:=m1 +2 + m3 =3498 + 568 + 14468.58 = 1853458kgmg J8534.59.890912.1149N每個鞍負荷2所以選用輕型帶墊板，包角為120。的鞍座:JB/T 4712.1-2007 鞍座 A2200-FJB/T 4712.1-2007 鞍座 A2200-S。6、選擇液位計液氨儲罐常用玻璃管液面計，由儲罐公稱直徑Di =2000mmPN 2.0 DN 15 GB 9119.8-88。根據(jù) HG/T21550-93,選擇玻璃管液面計

21、 AIW PN2.0 ,L=1200mm HG5-227-80兩支。 與其相配的接管尺寸為*18X 3m,管法蘭為法蘭7、選配工藝接管液氨進料管:，伸入儲罐少許.配用具有突面密封采用*57 X 3.5mm無縫鋼管。管的一端切成45的平焊管法蘭：法蘭PN2.0DN50 GB9119.8-88因為殼體名義壁厚6=16mm接管公稱直徑小于80mm故不要補強.19液氨出料管:采用可拆的壓出管*25X 3mm將它套入罐體的固定接口管* 38X 3.5mm內(nèi),罐體的接口管法蘭采用法蘭 PN2.0 DN32GB9119.8-88。與該法蘭相配并焊接在壓出管的 法蘭上，其連接尺寸和厚度與法蘭法蘭PN2.0 D

22、N32 GB9119.8-88相同，但其內(nèi)徑為25mm見總裝圖的局部放大部大圖）.液氨壓出管的端部法蘭（與氨輸送管相連）采用法蘭PN2.0 DN20GB9119.8-88。這些 小管都不必補強。壓出管伸入貯罐 2.5m。排污管在罐的右端最底部設(shè)個排污管一個，規(guī)格是 57 X 3.5mm,管端焊有與截止閥J41W-16相配的管法蘭PN2.0DN5（EB9119.8-88。排污管與罐體連接處焊有一厚度為 10mm 的補強圈.放空管接口管采用* 32 X 3.5mm無縫鋼管,法蘭 PN2.0 DN25 GB9119.8-88 液面計接管液氨儲罐常用玻璃管液面計，由儲罐公稱直徑 Di=2000mm根據(jù)

23、 HG/T21550-93,選擇玻璃管液面計 AIW PN2.0,L=1200mm HG5-227-80兩支。與其相配的接管尺寸為*18X 3m,管法蘭為法蘭PN2.0 DN15 GB9119.8-88。安全閥接口管安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定。本貯罐選用* 32X 2.5mm的無縫鋼管，法PN 2.0 DN25 GB9119.8-88。第四章設(shè)計小結(jié)為期兩周的課程設(shè)計結(jié)束了，在本次設(shè)計中要查閱的數(shù)據(jù)多，剛開始時，不知如何 下手，查有關(guān)資料后才有一定的了解，才得以知怎么計算。通過這次課程設(shè)計，使我對 所學(xué)的化工過程設(shè)備機械基礎(chǔ)中的工程力學(xué)理論、金屬材料的基礎(chǔ)知識有了更深入 的了解我更加扎實地掌握了有關(guān)內(nèi)壓容器方面的知識，加深了對化工容器設(shè)計、制造、 材料使用和監(jiān)察管理的國家標準的了解， 而且在此設(shè)計過程中，要具有耐心，考慮周到。 通過設(shè)計，從中學(xué)到了綜合分析問題的能力，增加了設(shè)計經(jīng)驗，更近一步提高了手工繪 圖的技能。實踐出真知，通過親自動手制作，我們掌握的知識不再是紙上談兵。還有，在這次課程設(shè)計過程中我感謝我們的指導(dǎo)老師和班上的同學(xué)，經(jīng)過大家的探 討和幫助我才能順利的把說明書和把裝配圖畫好。世上無難事，只怕有心人。只要持之 以恒，就可以克服一切的苦難。功夫不負有心人，最終我把圖畫完了。經(jīng)過這次化工過設(shè)備機械基礎(chǔ)的課程設(shè)計讓我學(xué)會了很多關(guān)于機械方面的