課程設(shè)計液氨儲罐設(shè)計

1、湖北大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計計算說明書課程設(shè)計題目 : 液氨儲罐設(shè)計鄒曉雙姓名號學(xué)級化工122 班專業(yè)年級魯?shù)缕街笇?dǎo)教師日期指導(dǎo)教師評語：成績指導(dǎo)教師簽名日月年b 人孔450 f放空管 6565gc 排污管進料管8080出料管 dL=200mm10 ×， 17 32mm 安全閥接管 L=200mm Q235-A法蘭 18配合以上各接管學(xué)院審查意見院長簽名年月日目 錄一、設(shè)計任務(wù)書 .1二、液氨儲罐設(shè)計參數(shù)的確定 .21、根據(jù)要求選擇罐體和封頭的材料 .2.2確定設(shè)計溫度與設(shè)計壓力、 23、其他設(shè)計參數(shù) .2三、筒體和封頭壁厚的計算 .21、筒體壁厚的計算 .2設(shè)計參數(shù)

2、的確定 .3筒體壁厚的設(shè)計 .3剛度條件設(shè)計筒體的最小壁厚 .32、罐體封頭壁厚的計算 .33、罐體的水壓試驗 .3液壓試驗壓力的確定 .3液壓試驗的強度校核 . .3壓力表的量程、水溫的要求 .3液壓試驗的操作過程34、罐體的氣壓試驗4氣壓試驗壓力的確定4氣壓試驗的強度校核4、氣壓試驗的操作過程.4四、罐體的開孔與補強.41、開孔補強的設(shè)計準(zhǔn)則.42、開孔補強的計開孔、.4算補強的有關(guān)計算參數(shù) .5、補強圈的設(shè)計 .5五、選擇鞍座并核算承載能力 .51、支座的設(shè)計 .52、鞍座的計算 .63、安裝位置 .64、人孔的設(shè)計 .65、液面計的設(shè)計 .7六、選配工藝接管 .71、液氨進料管 .72

3、、液氨出料管 .73、排污管 .74、安全閥接口管75、壓力表接口管8七、設(shè)計結(jié)果一覽表9八、液氨儲罐裝配圖（見附圖）.一、設(shè)計任務(wù)書試設(shè)計一液氨儲罐，其公稱容積、儲罐內(nèi)徑、罐體（不包括封頭）長度見下表。使用地點：家鄉(xiāng) - 湖北省十堰市竹溪縣。技術(shù)特性表公稱容積 ( 立方 25 公稱直徑 (DN)米液氨介質(zhì)筒體長度(L)工作壓力（ MPa)工作溫度 ( ) 40使用地點湖北省十堰市推薦材料16MnR竹溪縣名稱名稱 公稱直徑（編號編號 mm）公稱直徑）（mma1-a2 液面計 e 20安全閥 80二、液氨儲罐設(shè)計參數(shù)的確定1、根據(jù)要求選擇罐體和封頭的材料純液氨腐蝕性小 , 貯罐可選用一般鋼材 ,

4、 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鋼板的價格雖比20R貴，但在制造費用方面， 同等重量設(shè)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2、確定設(shè)計溫度與設(shè)計壓力料。液氨儲罐通常置于室外，雖然設(shè)計有保溫措施，但罐內(nèi)液氨的溫度和壓力還是可能直接受到大氣溫度的影響， 在夏季液氨儲罐經(jīng)太陽暴曬，液氨溫度可達 40，隨著氣溫的變化，儲罐的操作壓力也在不斷變化 . 根據(jù)化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊查得 40飽和蒸汽壓為 , 可以判定設(shè)計的容器為儲存內(nèi)壓壓力容器，按壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程

5、 規(guī)定，盛裝液化氣體無保冷時的飽和蒸汽壓力，可 40 設(shè)施的壓力容器，其設(shè)計壓力應(yīng)不低于液化氣取液氨的設(shè)計壓力為， 當(dāng)液化氣體儲罐安裝有安全閥時， 設(shè)計壓力可取最大操作壓力的倍，所以合適。 p 10MPa屬于中壓容器。3、其他設(shè)計參數(shù)容器公稱直徑見技術(shù)特性表即公稱直徑DN=；罐體和封頭的材料為16MnR，查教材 P168 表 8-7 可知其設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力 t =170MPa 。液氨儲罐封頭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，

6、 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。液氨儲罐筒體為板卷焊， 焊接接頭采用 V 坡口雙面焊接 , 采用局部無損檢測 , 根據(jù)焊接接頭結(jié)構(gòu)和無損探傷比例確定焊接接頭系數(shù)為。三、筒體和封頭壁厚的計算1. 筒體壁厚的計算設(shè)計參數(shù)的確定由文獻查得：焊接接頭系數(shù)=（雙面焊對接接頭， 100%無損探傷檢查），腐蝕裕量 C2=2mm 微(弱腐蝕 )筒體壁厚的設(shè)計圓筒的計算壓力為 , 由教材 P195-P208 表 8-6 ，取許用應(yīng)力 t =170MPa ，由上表知 Pc= ,

7、Di=2*1000mm=2000mm壁厚： Pc Di/(2 t -Pc)代入數(shù)據(jù)得 =鋼板厚度負(fù)偏差 C1= ，查材料腐蝕手冊得 40下液氨對鋼板的腐蝕速率小于年，所以雙面腐蝕取腐蝕裕量 C2=2mm所以設(shè)計厚度為：d = +C2+C1=+2=圓整后取名義厚度14mm.剛度條件設(shè)計筒體的最小壁厚因為 Di=2000mm<3800mm，所以 min=2Di/1000= ，另加 C2=2mm，所以 d=。 按強度條件設(shè)計的筒體壁厚 d14mm d，滿足剛度條件的要 求。2. 封頭的壁厚計算標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭a:b=2:1封頭計算公式： Pc Di/(2 t可見封頭厚度近似等于筒體厚度，則可取同

8、樣厚度。3. 罐體的水壓試驗、液壓試驗壓力的確定根據(jù)公式， Pt = /t，當(dāng)設(shè)計溫度小于200時， 與 t接近，所以 Pt = ×× 1MPa= 。、液壓試驗的強度校核根據(jù)公式， t =Pt (Di + e)/2 e，代入數(shù)據(jù)， t =×（ 2000+14） / 2×(14 MPa=由文獻查得： s =345MPa，因為 max MPa s = × 345 × 1= MPa 所以，液壓強度足夠。、壓力表的量程、水溫的要求壓力表的量程： 2Pt=2×= MPa ，水溫 15、液壓試驗的操作過程在保持罐體表面干燥的條件下， 首

9、先用液體將罐體內(nèi)的空氣排空， 再將液體的壓力 緩慢升至 cm2,保壓 10-30 分鐘，然后將壓力緩慢降至 cm2,保壓足夠長時 間（不低于 30 分鐘），檢查所有焊縫和連接部位， 若無泄漏和明顯的殘留變形。 則質(zhì) 量合格，緩慢降壓將罐體內(nèi)的液體排凈，用壓縮空氣吹干罐體。若質(zhì)量不合格，修補 后重新試壓直至合格為止4. 罐體的氣壓試驗、氣壓試驗壓力的確定根據(jù)公式， Pt = /t，當(dāng)設(shè)計溫度小于200時， 與 t接近，所以 Pt = ×× 1 MPa= MPa 。、氣壓試驗的強度校核根據(jù)公式， T =Pt (Di + e)/2 e，代入數(shù)據(jù)， t = ×（ 2000

10、+14） / 2 ×(14 2-0.8) MPa= 。由文獻 查得： s =345MPa，因為 max MPa s = ×345 × 1= MPa 所以，氣壓強度足夠。、壓力表的量程、氣溫的要求壓力表的量程： 2Pt=2×= MPa，氣溫 15 。、氣壓試驗的操作過程氣壓試驗時緩慢升壓至 cm2，保持 10 分鐘并進行初檢， 合格后繼續(xù)升壓至 Kgf/ cm2 ， 然后按級差為 Kgf/ cm2 逐級升至 Kgf/cm2 ，保持 1030 分鐘，然后再降至 Kgf/ cm2 ，至少保壓 30 分鐘，同時進行檢查。若無泄露和明顯的殘留變形。則質(zhì)量合格，若質(zhì)

11、量不合格，修補后重新試壓直至合格為止。四、罐體的開孔與補強1、開孔補強的設(shè)計準(zhǔn)則等面積設(shè)計法 : 起補強作用的金屬面積不小于被削弱金屬的面積。2、開孔補強的計算為了滿足各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求， 不可避免的要在容器的筒體或封頭上開孔并安裝接管。開孔后，殼壁因除去了一部分承載的金屬材料而被削弱， 而出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。為保證容器安全運行， 對開孔必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右匝a強， 以降低峰值應(yīng)力。這里采用補強圈補強， 因其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、使用經(jīng)驗豐富。 采用等面積補強法。本設(shè)計取人孔筒節(jié)內(nèi)徑 di =450mm，壁厚 m=14mm。由標(biāo)準(zhǔn)查得補強圈尺寸為：外徑 D2 =760mm，內(nèi)徑 D1 =484

12、mm、開孔補強的有關(guān)計算參數(shù)(1) 開孔所需補強的面積 A開孔直徑： d = di + 2C = 450+2× = mm開孔所需補強面積： A = d · d = × mm2= mm2(2) 補強有效區(qū)的范圍 有效寬度 :B =2d=2 × =B =2d+2 n+2m=+2×14+2×14mm=取兩者之中的最大值 B= 外側(cè)有效高度： h1=(d m)1/2 = ×14)1/2mm = h1=接管實際外伸長度 =250mm取兩者之中的最小值 B=內(nèi)側(cè)有效高度： h2=0mm(3) 有效補強面積 A=A1+A2+A3 其中 A

13、1 =(B-d)( e - )-2 m( e - )(1-fr)筒體有效厚度 e = n C=接管材料選擇與筒體相同的材料（ 16MnR）進行補償 , 故 fr=1 ，代入上式得，.48)=× A1 = 接管計算厚度 t Pc d/(2 t-Pc)= × (2 ×163× =A2 = 2h1( nt t) fr+2h2(nt C2) fr =2×× (14 +0= A3 =2 × 1/2 ×12×12=144mm2 Ae =A1+A2+A3=+144mm2=、補強圈的設(shè)計因為 Ae<A ，所以開孔需

14、要另加補強。所需補強面積 A4 =AAe = mm2補強圈厚度 A4/(D2 D1)= (760 484)=圓整后取 8mm，補強材料與殼體材料相同，為16MnR五、選擇鞍座并核算承載能力1、支座的設(shè)計臥式容器支座又可分為：鞍座、圈座和支座。常見的臥式容器和大型臥式儲罐、換熱器等多采用鞍座， 它是應(yīng)用得最為廣泛的一種臥式容器支座。 故本設(shè)計選用鞍座。 置于支座上的臥式容器，其情況和梁相似，由材料力學(xué)分析可知，梁彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力與支點的數(shù)目和位置有關(guān)。 當(dāng)尺寸和載荷一定時， 多支點在梁內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力較小， 因此支座數(shù)目似乎應(yīng)該多些好。 但對于大型臥式容器而言， 當(dāng)采用多支座時，如果各支座的水平高度有

15、差異或地基沉陷不均勻， 或殼體不直不圓等微小差異以及容器不同部位受力撓曲的相對變形不同， 使支座反力難以為各支點平均分?jǐn)偅?導(dǎo)致殼體應(yīng)力增大， 因而體現(xiàn)不出多支座的優(yōu)點， 故一般情況采用雙支座。 鞍座的底板尺寸應(yīng)保證基礎(chǔ)的水泥面不被壓壞。 根據(jù)底板上的螺栓孔形狀不同，又分為 F 型（固定支座）和 S 型（活動支座），除螺栓孔外， F 型與 S型各部分的尺寸相同。在一臺容器上， F 型和 S 型總是配對使用。 綜上所述，本設(shè)計選擇鞍式雙支座，一個 S 型，一個 F 型。2、鞍座的計算貯罐總質(zhì)量： m=m1+m2+m3+m4其中， m1筒體質(zhì)量， kg；m2封頭質(zhì)量， kg；m3液氨質(zhì)量， kg；

16、m4附件質(zhì)量， kg； 液氨質(zhì)量 m3m3= V，式中 裝量系數(shù)，取；（壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定：介質(zhì)為液化氣體的固定式壓力容器，裝量系數(shù)一般取） 。液氨在 -20 時的密度為 665Kg/m3=+=筒 +V封 (V=V貯罐容積 V所以 m3=× 665× = Kg 附件質(zhì)量 m4 則查得：人孔質(zhì)量約為 201Kg，其它接管等質(zhì)量總和按 300Kg 計， m4=501Kg所以設(shè)備總質(zhì)量 m=m1+m2+m3+m4=570+501=每個鞍座承受的負(fù)荷Q=mg/2 =×2= 42KN根據(jù)文獻，由于每個鞍座承受約鞍座。即 JB/T 4712-92 鞍座42KN負(fù)荷，

17、故選用輕型帶墊板包角為120°的A2200-F ，JB/T 4712-92鞍座 A2200-S 。3、安裝位置為了充分利用封頭對筒體鄰近部分的加強作用， 應(yīng)盡可能將鞍座安放在靠近封頭的位置，即 a 應(yīng)小于或等于（ R是容器半徑）。貯罐長度（不含封頭） L=2a+l =4100mm式中 a 鞍座離罐體一端的距離；l 兩鞍座之間的距離；取 a=×1600/2=400mm ,所以 l=3300mm 。所以兩鞍座之間的距離為 3300mm。4、人孔的設(shè)計人孔是為了檢查壓力容器在使用過程中是否產(chǎn)生裂紋、 變形、腐蝕等缺陷。 人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。選用時應(yīng)綜合考慮公稱壓

18、力、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： 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；從人孔蓋的開啟方式及開啟后人孔蓋所處位置看， 人孔又可分為回轉(zhuǎn)蓋人孔、垂直吊蓋人孔和水平吊蓋人孔 （重量：水平吊蓋 >垂直吊蓋 >回轉(zhuǎn)蓋）。選擇使用上有較大的靈活性， 其尺寸大小及位置以設(shè)備內(nèi)件安裝和工人進出方便為原則。 根據(jù)貯罐是在常溫及最高壓力下工作?？紤]到人孔蓋直徑較大較重，故選用水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔。公稱直徑 450mm,凸面法蘭密封面。 該人孔標(biāo)記為：人孔 A Pg17,Dg450 。5、 液面

19、計的設(shè)計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、 磁性液位計和用于低溫設(shè)備的防霜液面計。 選取玻璃板液面計。 考慮到本設(shè)備不大且設(shè)計壓力為， 選用 T 型即透光式玻璃板液面計。 透光式、公稱壓力、碳鋼材料、保溫型、排污口配閥門、長頸對焊突面法蘭連接（按 HG20595-97 ），公稱長度 L=1150 mm的液面計，標(biāo)記為：液面計 AT 。選配工藝接管六、1、液氨進料管采用 80×4mm低合金無縫鋼管。進料管伸進設(shè)備內(nèi)部并將管的一端切成 45，為的是避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動以減少磨蝕和腐蝕。 配用凸面密封的帶頸對焊管法蘭

20、： HG 20595 法蘭 RF Q235-A 。長度 500mm，不必補強。2、液氨出料管采用可拆的壓出管 25× 3mm，將它套入罐體的固定接口管 38×內(nèi)，并用法蘭固定在接口管法蘭上。罐體的接口管法蘭采用 HG 20595 法蘭 RF Q235-A ，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： HG 20595 法蘭 RFQ235-A相同，但其內(nèi)徑為25mm。液氨壓出管的端部法蘭采用強。壓出管伸入貯罐2m 。HG 20595 法蘭RF Q235-A。液氨出料管也不必補3、排污管貯罐右端最底部，安設(shè)排污管一個，管子規(guī)格是 80×，管端裝有一與

21、截止閥J41W-16相配的管法蘭： HG 20595 法蘭 RF Q235-A 。4、安全閥接口管安全閥是通過閥的自動開啟排出氣體來降低容器內(nèi)過高的壓力。 為了操作的安全，因此安設(shè)一安全閥。安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定。本貯罐選用 50×的無縫鋼管，管法蘭為：HG 20595 法蘭 RF Q235-A5、壓力表接口管壓力表工作管由最大壓力決定，因此選用 40×無縫鋼管，管法蘭采用 HG5010-58Pg16Dg65七、設(shè)計結(jié)果一覽表序號 名稱 指標(biāo) 材料/ 1設(shè)計壓力/ 40 工作溫度 2/ 液氨物料名稱 3/ 25m34 容積 16MnR， 5 ×DN20

22、00m14mm筒體 L=4120mm16MnR×封頭 DN1600mm6 h=40mm，14mm鞍 7鞍座 JB/T4712-92Q235A· FA2200-F座JB/T4712-92 鞍座 A2200-SRF （）組合件入孔 816MnR補強圈 760mm/9=8mm 484mm， 10 2 ， 20mm10×液面計接管L=300mm組合件 AT ，11 L=1150mm 玻璃管液面計 10 進料管× 412 ， 80mmL=500mm 10 ， 13 57mm×4 出料管 L=200mm10 14 ，× 3 壓料接管 25mmL=

23、2500mm10 ×， 15 57mm排污管 L=200mm10 ×， 16 32mm 放空管八、液氨儲罐裝配圖（見附圖）九、課程設(shè)計總結(jié)自開始學(xué)習(xí)化學(xué)工程與工藝專業(yè)以來， 這是我第二次接觸課程設(shè)計并親手完成制作，最初接到老師的任務(wù)時，覺得自己完成不了。俗話說，不經(jīng)歷風(fēng)雨哪能見彩虹，抓住鍛煉自己的機會才會進步！我堅信，有信心，才有沖勁！雖然時間有點緊張，但抓住了零碎的時間，還是可以完成的。通過構(gòu)思框架，查閱檢索各種資料，剛開始手忙腳亂的，不知從何入手，很多數(shù)據(jù)都要來自于相關(guān)資料，并考慮周全，急需一定的耐心，不然很容易放棄，我不斷告訴我自己，對事物的熟悉是建立在一步步的理解之

24、上的，抱此態(tài)度，慢慢摸索，最終完成了課題為液氨貯罐的設(shè)計 的課程設(shè)計。 過程中遇到了許多難以解決的問題，對課本有了更進一步的了解，加固了對相關(guān)課程知識的認(rèn)知程度，我認(rèn)為最重要的是學(xué)會了很多關(guān)于 word 軟件的使用技巧和排版，認(rèn)識到了計算機處理問題的重要性，相信在以后的工作和生活中會很有用處。我認(rèn)為，本次課程設(shè)計的重要限不僅僅在于對知識的學(xué)習(xí)和鞏固， 它告訴我做任何事情一定要有端正的態(tài)度和明確的目的， 戒驕戒躁，端正態(tài)度， 靜心摸索才是永遠要牢記的話。 由于時間倉促，水平有限，設(shè)計中會存在一些 問題，請老師批評指正！致謝非常感謝老師給予我們制做課程設(shè)計書的機會，制做這份課程設(shè)計書雖然不容易，特

25、別是畫圖部分，因為我個人最不喜歡畫圖了，但做完以后很有成就感，越不容易做到的事情越覺得自己很了不起。特別要謝謝老師給我們提供的課程設(shè)計規(guī)范的PPT，對我這次設(shè)計起到了很大作用。同時，我也要感謝網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)讓我查閱資料更快捷，更方便，在以后的學(xué)習(xí)中我會繼續(xù)努力的。參考資料：1 董大勤、高炳軍、董俊華等編化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 北京 ：化學(xué)工業(yè)出版社 . 第四版，2蔡紀(jì)寧、張莉彥編化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書指導(dǎo)書. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 第二版，3 何銘新 錢可強編，機械制圖 北京 高等教育出版社 . 第六版 .2010 年4 董大勤 , 袁鳳隱 編. 壓力容器設(shè)計手冊北京：化學(xué)工業(yè)出版社 . 第二

26、 . ， 20065 參考網(wǎng)址：答辯問題1. 液氨儲罐的機械設(shè)計包括哪些內(nèi)容？答 : 內(nèi)容：設(shè)備總裝配圖一張；零部件圖一至兩張；設(shè)計計算說明書一份。2. 設(shè)計參數(shù)中設(shè)計壓力是如何確定的？（具體說明在設(shè)計中設(shè)計壓力的確定）答：液氨儲罐通常置于室外， 雖然設(shè)計有保溫措施， 但罐內(nèi)液氨的溫度和壓力還是可能直接受到大氣溫度的影響，在夏季液氨儲罐經(jīng)太陽暴曬，液氨溫度可達40，隨著氣溫的變化，儲罐的操作壓力也在不斷變化 . 根據(jù)化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊查得 40飽和蒸汽壓為 , 可以判定設(shè)計的容器為儲存內(nèi)壓壓力容器，按壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 規(guī)定，盛裝液化氣體無保冷設(shè)施的壓力容器， 其設(shè)計壓力應(yīng)不低于液化氣 40時的飽和蒸汽壓力，可取液氨的設(shè)計壓力為，當(dāng)液化氣體儲罐安裝有安全閥時，設(shè)計壓力可取最大操作壓力的倍，所以合適。3. 設(shè)計參數(shù)中焊接接頭系數(shù)是如何確定？答：容器公稱直徑見技術(shù)特性表即公稱直徑 DN=；罐體和封頭的材料為 16MnR，查教材 P168 表 8-7 可知其設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力 t =163MPa 。液氨儲罐封頭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