機(jī)械基礎(chǔ)化工設(shè)備課程設(shè)計(jì)液氨儲罐機(jī)械設(shè)計(jì)

1、目錄第一章緒論11.1 設(shè)計(jì)任務(wù)11.2 設(shè)計(jì)思路21.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)21.4 主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定及說明3第二章材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證42.1 材料的選擇與論證42.2 結(jié)構(gòu)的選擇與論證4第三章設(shè)計(jì)計(jì)算73.1公稱直徑DN的確定73.2 計(jì)算筒體的壁厚73.3 計(jì)算封頭的壁厚83.4 水壓實(shí)驗(yàn)及其強(qiáng)度校核83.5 選擇人孔并核算開孔補(bǔ)強(qiáng)93.6 選擇鞍座并核算承載能力93.7 選擇液位計(jì)143.8 選配工藝接管14第四章設(shè)計(jì)小節(jié)15第一章緒論1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)題目：液氨儲罐機(jī)械設(shè)計(jì)公稱容積():50工作壓力(MPa：3.2工作溫度(C)：40材料：16MnR設(shè)計(jì)任務(wù)主要分兩個階段：(1) 準(zhǔn)備階

2、段A、準(zhǔn)備好設(shè)計(jì)資料、手冊、圖紙、說明書的報(bào)告紙B、認(rèn)真研究、分析設(shè)計(jì)任務(wù)及有關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，明確設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)內(nèi)容C、認(rèn)真復(fù)習(xí)有關(guān)教科書內(nèi)容，熟悉有關(guān)資料及步驟D、結(jié)合有關(guān)圖紙，了解設(shè)備結(jié)構(gòu)及作用(2) 機(jī)械設(shè)計(jì)階段A、根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，論證選材、論證物料的腐蝕性及對環(huán)境的污染情況B、根據(jù)計(jì)算有關(guān)殼體的尺寸，根據(jù)壓力計(jì)算殼體壁厚，校核殼體的強(qiáng)度，確定合理尺寸C、選用零部件，查標(biāo)準(zhǔn)及手冊，確定尺寸和結(jié)構(gòu)D、計(jì)算設(shè)備重量，列表有關(guān)附件的重量E、繪制設(shè)備總裝圖，進(jìn)行縮小或放大繪圖比例F、提出技術(shù)要求，對設(shè)備制造、檢驗(yàn)、安裝提出技術(shù)地求，并在總圖上標(biāo)注活楚G、編寫設(shè)計(jì)說明書1.2設(shè)計(jì)思路各種石油化工設(shè)備，雖

3、然大小不一、形狀不同，但都有一個受到內(nèi)壓或外壓作用的稱之為壓力容器的外殼。壓力容器是化工生產(chǎn)所用的各種各樣化工設(shè)備外部殼體的總稱。所以，容器設(shè)計(jì)是所有化工設(shè)備設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)課程知識，考慮結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)，研究出最佳方案。1.3設(shè)計(jì)特點(diǎn)對化工壓力容器的基本要求：(1) 安全可靠性的要求要求所使用的設(shè)備具有足夠的強(qiáng)度、韌性和剛度，以及良好的密封性和腐蝕性。(2) 工藝條件的要求化工設(shè)備是為工藝過程服務(wù)的，應(yīng)保證在指定的生產(chǎn)工藝條件下完成指定的生產(chǎn)任務(wù)，即滿足相應(yīng)的工藝條件要求(3) 經(jīng)濟(jì)合理性要求在滿足設(shè)備的安全運(yùn)行和工藝條件的前提下，結(jié)構(gòu)要合理，制造要簡單，盡量

4、減少加工量，降低制造成本。(4) 便丁操作和維護(hù)例如所設(shè)置的閥門、平臺、人孔形位置要合適，易損件便丁更換等。(5) 環(huán)境保護(hù)要求所謂化工設(shè)備失效的一個新概念是“環(huán)境失敗”即有害物質(zhì)泄露到環(huán)境中，生產(chǎn)過程殘留無法消除的有害物質(zhì)及噪音等，化工容器在設(shè)計(jì)時(shí)包括化工工廠的選址均應(yīng)考慮這些因素的影響。1.4主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定及說明本儲罐設(shè)計(jì)公稱容積為50帝，公稱直徑DN為2400mm材料為16MnR在溫度40C時(shí)工作，工作壓力為3.2MPa,取o=163MP,則雙面對接焊的全焊透對接焊縫為100%無損，由下表可得焊接接頭系數(shù)全部無損檢測=1.00。焊接接頭系數(shù)焊接接頭結(jié)構(gòu)焊接接頭系數(shù)全部無損探傷局部無損

5、探傷1雙面焊或相當(dāng)亍雙面焊的全焊透對接焊接接頭1.00.852單面焊的對接焊接接頭，在焊接過程中沿焊縫根部全長有緊貼基本金屆的墊板0.90.85此儲罐采用100逐損探傷，故=1.0第二章材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證2.1材料選擇與論證純液氨腐蝕性小，儲罐可選用一般鋼種，但由丁壓力較高，根據(jù)鋼種適用范圍的說明，可以考慮采用20R、16MnR15MnV藩鋼種。其中適用較多且合理的為20R和16MnR岡種。從鋼板耗量上看，鋼板耗用量與板厚成正比，采用16MnR寸，鋼板用量比采用20R時(shí)要少。因此，16MnFffi板的價(jià)格雖比20R鋼板略貴，但從耗用量和價(jià)格綜合考慮，兩種鋼板均可考慮。從制造費(fèi)用上看，由丁采

6、用16MnRI岡板，厚度較薄，質(zhì)量較輕，且制造費(fèi)用目前也按碳鋼設(shè)備重量同等計(jì)價(jià)，因此采用16MnRffl板，制造費(fèi)用較為經(jīng)濟(jì)。綜上所述，本設(shè)計(jì)的儲罐材料選用16MnRS板制作罐體和封頭。2.2結(jié)構(gòu)選擇與論證(1)封頭形式的確定本設(shè)計(jì)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(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，材料的獲得、車削加工、焊接等方面

7、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，采用橢圓形封頭最為合理。(2)人孔選擇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，開啟時(shí)人孔蓋懸掛丁吊桿下，避免搬動較重的人孔蓋。碳鋼水平吊蓋人孔的尺寸、材料和性能可查HG2152221524-2005標(biāo)準(zhǔn)。j»7*4II1-椅書蘭I耳律蘭釜r6-蝶珂；7-吊醉；8-WWg地圈，10蝶母.II吊飽.125L13尤雄出音，M立承桁碳鋼水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔結(jié)構(gòu)圖人孔是安裝或按檢修人員進(jìn)入塔器的唯一通道。本設(shè)計(jì)臥式容器筒體長度為4600mm設(shè)置一個人孔。人孔類型公稱壓力

8、MPa公稱直徑mm板式平焊法蘭人孔0.6400、450、500、600板式平焊法蘭人孔(限用凸面)或帶頸平焊法法蘭1.0400、450、500、6001.6400、450、500、600帶頸對焊法法蘭2.5400、450、500、6004.0400、450、500、600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3.2MPa的條件下工作，人孔標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按公稱壓力4.0的等級選取，由丁容器公稱直徑為2400mm碳鋼水平吊蓋人孔的尺寸、材料和性能可查HG21523-9弭準(zhǔn)，選用水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔，DN450人孔，密封壓緊面采用RF型。該人孔標(biāo)記為

9、：HG21523-95人孔RFVffl450-4.0其中RF指突面密封，皿指接管與法蘭的材料為16MnR用金屆纏繞墊片,450-4.0是指公稱直徑為450mm公稱壓力為4.0Mpa。(3) 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，僅用丁壓力不高的場合。由丁本設(shè)計(jì)P=3.2MPa，由HG20592-97標(biāo)準(zhǔn)，可以選擇焊接法蘭中的平焊法蘭PL。法蘭與密封面形式：P=3.2MPa，根據(jù)HG20592-97標(biāo)準(zhǔn)可以選擇RF密封面。(4) 液面計(jì)的選擇對丁承壓容器，一般都是將液面計(jì)通過法蘭、活接頭或螺紋接頭與設(shè)備聯(lián)接在一起。當(dāng)設(shè)備直徑很大時(shí)，可以同時(shí)采用兩組或幾組液面計(jì)

10、接口管。在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中，有反射式玻璃板液面計(jì)、反射式防霜液面計(jì)、透光式板式液面計(jì)和磁性液面計(jì)。(5)鞍式支座的選擇確定鞍式支座是應(yīng)用最廣泛的一種臥式容器支座，常見的臥式容器和大型臥式儲槽、熱交換器等多采用這種支座。鞍式支座已有標(biāo)準(zhǔn)JB/T4712-92鞍式支座，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)容器的公稱直徑和容器的重量選用標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)格。一臺臥式容器的鞍式支座，一般情況下不宜多丁兩個。因?yàn)榘白礁叨鹊奈⑿〔町惗紩斐筛髦ё氖芰Σ痪?，從而引起筒壁?nèi)的附加應(yīng)力。采用雙鞍座，每種鞍座乂分為固定式支座(代號F)和滑動式支座(代號S)兩種安裝形式。鞍座與筒體端部的距離A可按下述原則確定：當(dāng)筒體的L/D較大，且鞍座所在平面內(nèi)

11、乂無加強(qiáng)圈時(shí)，應(yīng)盡量利用封頭對支座處筒體的加強(qiáng)作用，取AW0.25DD=2(R+&)=D°當(dāng)筒體的L/D較小，a/D較大，或鞍座所在平面內(nèi)有加強(qiáng)圈時(shí)，取AW0.2L。第三章設(shè)計(jì)計(jì)算3.1公稱直徑DN的確定已知公稱容積V=5CL試選用公稱直徑DN=2400mm查化工機(jī)械基礎(chǔ)附錄12知，1m高筒體的容積=4.524,封頭容積=2.00,得：V 50n=11.1.L=11.1mVI 4.524查附錄12得，DN=2400m卻封頭曲面高度為600mm直邊高度為40mm得:總長L總=2(60040)11100=12380mmL=11100=4.6252<4.625<9滿足要

12、求DN2400所以選用DN=2400mm)筒體合適3.2計(jì)算筒體的壁厚設(shè)計(jì)壁厚PcDi.C工作壓力Pw=3.2MPa,故設(shè)計(jì)壓力2；t"2PC=1.05PW=1.053.2=3.36MPa泮3.4MPa取外徑Di=DN=2400mm16MnR最高溫度40C,查附錄6,取二=163MPa,=1.0腐蝕余量，查腐蝕數(shù)據(jù)手冊16MnFft氨腐蝕其<0.1mm/y,若設(shè)計(jì)壽命為10年,貝UC?=a，-100.1=1mm-"d=3.424001.0=26.3mm21631.03.416<36滿足條件故，圓整后取名義厚度n=28mm查化工機(jī)械基礎(chǔ)表10-10，得鋼板厚度負(fù)偏

13、差C1=0.9mm得有效厚度、e=、n-C=、n-(C1C?)=28-(10.9)=26.1mm3.3計(jì)算封頭的壁厚FCDi采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，設(shè)計(jì)厚度:'d=t'C22卜】-0.5FC3.62400其中各數(shù)據(jù)跟罐體相同,況=+C2=*J""+1.0=26.2mm2卜-0.5p21631.0-0.53.4考慮鋼板厚度負(fù)偏差及沖壓減薄量，圓整后取知=28mm厚的16MnR鋼板制作封3.4水壓試驗(yàn)壓力及其強(qiáng)度校核根據(jù)公式十0.S試驗(yàn)壓力F=1.25FC=1.253.4=4.25MPa由326.1mm查附錄6得<r325MFa4.25(240026.1)&#

14、39;=197.53MFa226.10.9七=0.91.0325=295.5MPa%<0.9©Us水壓試驗(yàn)滿足強(qiáng)度要求3.5選擇人孔并核算開孔補(bǔ)強(qiáng)根據(jù)儲罐是在常溫及最高工作壓力為3.2Mpa的條件下工作，人孔標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按公稱壓力為4.0Mpa。從人孔類型系列標(biāo)準(zhǔn)可知，公稱壓力為4.0Mpa的人孔類型很多。本設(shè)計(jì)考慮人孔蓋直徑較大較重，故選用水平吊蓋人孔，該人孔結(jié)構(gòu)中有吊鉤和銷軸，檢修時(shí)只需松開螺栓將蓋板繞銷軸旋轉(zhuǎn)一個角度，由吊鉤吊住，不必將蓋板取下。該人孔標(biāo)記為：HG21523-95人孔RFVffl450-4.0其中RF指突面密封，Vffl指接管與法蘭的材料為16MnR用金屆纏繞墊

15、片,450-4.0是指公稱直徑為450mm公稱壓力為4.0Mpa。另外，還要考慮人孔補(bǔ)強(qiáng)，確定補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸，由丁人孔的筒節(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di=450mm藻厚=10mm故補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸如下：補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑Di=484mm，外徑D2=760mm，根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)的金屆面積大丁或等丁開孔減少的截面積，補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度按下式估算，即，注di2ne(450210)26.1cmm=44.5mmD2-D1760-484故補(bǔ)強(qiáng)圈取45mmj。3.6選擇鞍座并核算承載能力首先粗略計(jì)算鞍座負(fù)荷。儲罐總質(zhì)量m=m1m2m3m4式中罐體質(zhì)量，kg；封頭質(zhì)量,kg；液氨質(zhì)量，kg；m

16、4附件質(zhì)量，kg。1. 罐體的質(zhì)量DN=2400mm,=28mW節(jié)，查附錄12,得1m高的筒節(jié)鋼板質(zhì)量q1=1167kg/m,故，m=qL=167711.1=18614.7kg2. 封頭的質(zhì)量DN=2400mm%=28mm,直邊高度h=40mM勺橢圓形封頭，查附錄12,得封頭質(zhì)量q1500kg,故,m2=2q2=3000kg3.充液質(zhì)量m3=V式中：V儲罐容積，V=V封+V筒=2x2.00+11.1x4.524=54.22m3水密度，為1000kg/m3m3=V-54.221000=54220kg4. 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(jì)，故，m4=500

17、kg5. 設(shè)備總質(zhì)量為：m=m1m2m3m4=18614.7300054220500=76334.7kg=76.34t6. 每個鞍座負(fù)荷：F=76334.79.86/2=376.33kN7. 鞍座的選擇由DN=2400mm，查JB/T4712-92鞍式支座：DN幻0G4（KXE120但儡較單帝章校宿式支童結(jié)料打氏寸應(yīng)符合圖和嘉3痣定.圖2I:知-頗（W包角.穹崎雙施,不的&板j表項(xiàng)：密座分固定式（代號F）和滑動式（代號S）兩柱安裝形式.可查得，選用輕型帶墊板，1200包角的鞍座。即，JB/T4712-92鞍座A2400-F,JB/T4712-92鞍座A2400-S。此輕型帶墊板120&

18、#176;包角鞍座結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)如下圖：8.鞍座的安放位置尺寸鞍座h的選擇應(yīng)按下圖，由負(fù)荷量求的:|G<M卸08007004。知1100Aritni)Mn20030"此3。1%?U0BM900I1JOOII00仃面"前偵DN2SGODN網(wǎng)加。版靦小T1DN2WPN32WDN2IWI1N3500Dhljco_照U布DN3W0U此一11-0*rL-_I1(1JJ一1>N的jOT*1,一J井-_«-»-1L13叫N11伽閉nwm”s餉懷州破網(wǎng)is/*必可得h=280mm因?yàn)長/D較大，且鞍座所在平面無加強(qiáng)圈，所以此鞍座與筒體端部的距離A:A£

19、;0.25D=0.452400=1080mm3.7選擇液位計(jì)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。1.玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)均適用丁物料內(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)容器高度大丁時(shí)，玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)的液面觀察效果，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)。玻璃板液面計(jì)有透光式玻璃板液面計(jì)（T型）

20、、反射式玻璃板液面計(jì)（R型）和試鏡式玻璃板液面計(jì)（S型）三種結(jié)構(gòu)，其適用溫度一般在0250C。但透光式適用工作壓力較反射式高，試鏡式工作壓力最小。玻璃管液面計(jì)適用工作壓力小丁3.2MPa，介質(zhì)溫度在02500C的范圍。對丁承壓設(shè)備，一般都是將液面計(jì)通過法蘭、活接頭或螺紋接頭與設(shè)備連接在一起，分別用丁不同型式的液面計(jì)。考慮到本設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力為3.4MPa,而且液氨為較干凈的物料，易透光，不會出現(xiàn)嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象，所以在此選用反射式玻璃板液面計(jì)（R型）。由筒體公稱直徑為2400mm選擇長度為1400mm勺液面計(jì)。已知其公稱直徑為15mm液氨儲罐常用玻璃管液面計(jì)，由儲罐公稱直徑=2400mm根據(jù)HG/

21、T21550-93,選擇玻璃管液面計(jì)AIWPN4.0,L=1000mmHG5-227-80兩支。與其相配的接管尺寸為18X3mm管法蘭為法蘭PN4.0DN15GB9119.8-88。3.8選配工藝接管本儲罐設(shè)有以下接口管（1）液氨進(jìn)料管：采用45X2.5mm無縫鋼管。管的一端切成45°，伸入儲罐少許.配用具有突面密封的平焊管法蘭：法蘭PN4.0DN40GB9119.8-88因?yàn)闅んw名義壁厚=28mm按管公稱直徑小丁80mm故不要補(bǔ)強(qiáng).液氨出料管：采用可拆的壓出管25x2.5mm,將它套入罐體的固定接口管38x3.5mm內(nèi)，罐體的接口管法蘭采用法蘭PN4.0DN32GB9119.8-88。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PN4.0DN32GB9119.8-88相同，但其內(nèi)徑為25mm如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PN4.0DN20GB9119.8-88。這些小管都不必補(bǔ)強(qiáng)。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45X2.5mm管端焊有與截止閥J41W-16相配的管法蘭PN4.0DN40GB9119.8-88。排污管與罐體連接處焊有一厚度為10mm勺補(bǔ)強(qiáng)