課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（xM3液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)）

1、 中北大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 題 目： 35M3液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 陸輝山 閆宏偉 高 強(qiáng)指導(dǎo)教師： 職稱: 2012年06月11日 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2021/2021 學(xué)年第 二 學(xué)期學(xué) 院： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 24 課程設(shè)計(jì)題目： 35M3液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 06 月 11 日06月 22日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 校內(nèi) 指 導(dǎo) 教 師： 陸輝山 閆宏偉 高強(qiáng) 系 主 任： 姚竹亭 下達(dá)任務(wù)書日期: 2012年06月11日課 程 設(shè)

2、計(jì) 任 務(wù) 書1設(shè)計(jì)目的：使用國家最新壓力容器標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，掌握典型過程設(shè)備設(shè)計(jì)的全過程。掌握查閱和綜合分析文獻(xiàn)資料的能力，進(jìn)行設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)方案的可行性研究和論證。掌握電算設(shè)計(jì)計(jì)算，要求設(shè)計(jì)思路清晰，計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，且正確掌握計(jì)算機(jī)操作和專業(yè)軟件的使用。掌握工程圖紙的計(jì)算機(jī)繪圖。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等：原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)條件表序號(hào)項(xiàng) 目數(shù) 值單 位備 注1名 稱35m3液氨儲(chǔ)罐2用 途液氨儲(chǔ)存3最高工作壓力MPa由介質(zhì)溫度確定4工作溫度-20485公稱容積Vg10/16/20/25/40M36工作壓力波動(dòng)情況可不考慮7裝量系數(shù)(V)8工作介質(zhì)液氨中度危害

3、9使用地點(diǎn)室外10安裝與地基要求11其它要求管口表接管代號(hào)公稱尺寸連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)連接面形式用途或名稱aDN80HG20595-97FM液氨進(jìn)口管bDN80HG20595-97FM平安閥接口cDN500HG20595-97MFM人孔dDN80HG20595-97FM空氣入口管e DN80HG20595-97FM空氣出口管f DN25HG20595-97FM壓力表接口gDN20HG20595-97FM液位計(jì)接口hDN80HG20595-97FM液氨出口管iDN80HG20595-97FM排污管課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書2設(shè)計(jì)內(nèi)容1設(shè)備工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；2設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算與校核；3技術(shù)條件編制；4繪制設(shè)備總

4、裝配圖；5編制設(shè)計(jì)說明書。3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：1設(shè)計(jì)說明書：主要內(nèi)容包括：封面、設(shè)計(jì)任務(wù)書、目錄、設(shè)計(jì)方案的分析和擬定、各局部結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算和確定、設(shè)計(jì)總結(jié)、參考文獻(xiàn)等； 2總裝配圖設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)遵循國家機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)和化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求有關(guān)規(guī)定，圖面布置要合理，結(jié)構(gòu)表達(dá)要清楚、正確，圖面要整潔，文字書寫采用仿宋體、內(nèi)容要詳盡，圖紙采用計(jì)算機(jī)繪制。 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書4主要參考文獻(xiàn)：1 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，GB150-1998?鋼制壓力容器?，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，19982 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，?壓力容器平安技術(shù)監(jiān)察規(guī)程?，中國勞動(dòng)

5、社會(huì)保障出版社，19993 全國化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站，?化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求?，2000，114 鄭津洋、董其伍、桑芝富，?過程設(shè)備設(shè)計(jì)?，化學(xué)工業(yè)出版社，20015 黃振仁、魏新利，?過程裝備成套技術(shù)設(shè)計(jì)指南?，化學(xué)工業(yè)出版社，20026 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院，?化工工藝設(shè)計(jì)手冊?，化學(xué)工業(yè)出版社，19967 蔡紀(jì)寧主編，?化工設(shè)備機(jī)械根底課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年5設(shè)計(jì)成果形式及要求：1完成課程設(shè)計(jì)說明書一份； 2草圖一張A1圖紙一張3總裝配圖一張 (A1圖紙一張)； 6工作方案及進(jìn)度：2012年06月11日：布置任務(wù)、查閱資料并確定設(shè)計(jì)方法和步驟 06月11日

6、06月15日：機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算與校核及技術(shù)條件編制06月15日06月20日：設(shè)計(jì)圖紙繪制草圖和裝配圖06月20日06月22日：撰寫設(shè)計(jì)說明書06月22日：辯論及成績評定系主任審查意見： 簽字： 年 月 日 第一章 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇及設(shè)備的結(jié)構(gòu)與厚度設(shè)計(jì)1、 設(shè)計(jì)溫度液氨貯罐通常置于室外，工作溫度為-20-48，屬常溫壓力儲(chǔ)存。罐內(nèi)液氨的溫度和壓力直接受到大氣溫度的影響，工作溫度為相應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓，因此此種類型儲(chǔ)存不設(shè)保溫層。在夏季液氨貯罐經(jīng)太陽暴曬，液氨溫度可達(dá)50，隨著氣溫的變化，貯罐的操作壓力也在不斷變化。取液氨貯罐的設(shè)計(jì)溫度為50。2、筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1盛裝液氨的壓力容器設(shè)

7、計(jì)儲(chǔ)存量其中：儲(chǔ)存量，：裝量系數(shù)，壓力容器容積，：設(shè)計(jì)溫度下液氨密度根據(jù)?壓力容器介質(zhì)手冊?，液氨在50時(shí)密度=kg/m3，飽和蒸汽壓=MP 計(jì)算得：535562.87=2設(shè)計(jì)初步選型及輪廓尺寸筒體直徑一般由工藝條件決定，但是要符合壓力容器的公稱直徑。標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭是中低壓容器經(jīng)常采用的封頭形式。封頭公稱直徑必須與筒體的公稱直徑相一致。假設(shè)L/D=4 D2L/4=v=35m3 得Di=2270mm,圓整得Di=2300mm. 由封頭公稱直徑=2300mm，根據(jù)?JBT4746-2002 鋼制壓力容器用封頭?得，封頭總深度=615mm， m2，總?cè)莘e=m3。根據(jù) V筒=V封=353=Di2L筒/

8、4 得L筒=7978mm，圓整得L筒=8000mm在3-6之間V全= V筒+2V封33、選擇材料純液氨腐蝕性小，貯罐可選用一般鋼材，但壓力較大，根據(jù)GB713-2021?鍋爐與壓力容器用鋼板?，選用Q345R材質(zhì)鋼板，鋼板標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB3531-2021。逐張進(jìn)行超聲檢測，質(zhì)量等級(jí)不低于JB4730-94的級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。4、設(shè)計(jì)壓力 1.10倍。計(jì)算壓力是指在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件最危險(xiǎn)截面厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。通常情況下，計(jì)算壓力等于設(shè)計(jì)壓力與液柱靜壓力之和，當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)時(shí)，可忽略不計(jì)。設(shè)計(jì)壓力 MPa液柱靜壓力因?yàn)?，所以液柱靜壓力可以不考慮，計(jì)算壓力與設(shè)計(jì)

9、壓力相等。水壓試驗(yàn) 5、筒體封頭的厚度計(jì)算3，熔點(diǎn)為1430，許用應(yīng)力列于下表：鋼號(hào)板厚/在以下溫度下的許用應(yīng)力/ Mpa20100150200250300Q345R6161701701701701561441636163163163159147134366015715715715013812560100153153150141128116由筒體厚度計(jì)算式：可得筒體的計(jì)算厚度為mm，鋼板厚度負(fù)偏差C1，腐蝕余量，故筒體的名義厚度為n=經(jīng)圓整 n取18mm封頭厚度計(jì)算式：焊接接頭的檢驗(yàn)采用100%無損檢驗(yàn)，所以焊接接頭系數(shù)=1，得封頭計(jì)算厚度14.45mm，鋼板厚度負(fù)偏差C1，腐蝕余量，故筒體的

10、名義厚度為n=經(jīng)圓整 n取18mm6、鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1 鞍座選型該臥式容器采用雙鞍式支座材料選用Q235-B，其許用應(yīng)力查得Q345R密度7900Kg/m筒體總質(zhì)量M=m1+m2+m3+m4m1:筒體質(zhì)量m2：單個(gè)封頭的質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002?鋼制壓力容器用封頭?中表B.2 EHA橢圓形封頭質(zhì)量，可知，m3:液氨質(zhì)量m4:附件質(zhì)量：人孔及其它附件質(zhì)量總共估取400kg每個(gè)鞍座承受的壓力由此查容器支座，選取輕型，焊制為BI,包角為120，有墊板的鞍座。查表6得鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下表3：鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸公稱直徑DN允許載荷Q/KN高度h底板腹板筋板b32300182525016

11、60240161625520820914墊板螺栓配置鞍座質(zhì)量Kg增加100mm高度所增加的質(zhì)量Kg弧長e間距螺孔螺紋孔長268051012100146024M2040352376.2 鞍座位置確實(shí)定因?yàn)楫?dāng)外伸長度A=時(shí)，雙支座跨距中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩絕對值相等，從而使上述兩截面上保持等強(qiáng)度，考慮到支座截面處除彎矩以外的其他載荷，面且支座截面處應(yīng)力較為復(fù)雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩，通常取尺寸A不超過值，為此中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB 4731?鋼制臥式容器?規(guī)定AL+2h，A最大不超過.否那么由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過大。由標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭故AL+2h=

12、0.2(8000+2x40)=1616mm鞍座的安裝位置如圖3所示此外，由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗變鋼度，故封頭對于圓筒的抗彎鋼度具有局部的加強(qiáng)作用。假設(shè)支座靠近封頭，那么可充分利用罐體封頭對支座處圓筒截面的加強(qiáng)作用。因此，JB 4731還規(guī)定當(dāng)滿足A時(shí)，最好使A m,即 A m=0.5x(1150+11)=580.5，取A=450mm綜上有：A=450mm(A為封頭切線至封頭焊縫間距離，L為筒體和兩封頭的總長)7、接管，法蘭，墊片和螺栓的選擇7.1、接管和法蘭液氨儲(chǔ)罐液面計(jì)接口、人孔、壓力表孔、空氣進(jìn)口、平安閥接孔、放空口、溫度計(jì)口、液體進(jìn)口、液體出口、排污口。根據(jù)各接口的大小選擇相對應(yīng)

13、的法蘭及墊片。 接管和法蘭布置如圖3所示，法蘭簡圖如下圖：查HG/T 20592-2021?鋼制管法蘭?中表8.2 3-1 PN10帶頸對焊鋼制管法蘭，選取各管口公稱直徑，查得各法蘭的尺寸。查HG/T 20592-2021?鋼制管法蘭?中附錄D中表D-3PN10法蘭的質(zhì)量,得各法蘭的質(zhì)量。查HG/T 20592-2021?鋼制管法蘭?中表，法蘭的密封面均采用MFM凹凸面密封。接管和法蘭尺寸序號(hào)名稱公稱直徑DN鋼管外徑法蘭焊端外徑法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n個(gè)螺栓Th法蘭厚度C法蘭頸法蘭高度HNSRa液氨進(jìn)口管 8089B200160188M161811016650b平安

14、閥接口 8057B165125184M1618742.98645c人 孔 500530B6706202620M2428542161290d空氣進(jìn)口管 8057B165125184M1618742.98645e空氣出口管 8057B165125184M1618742.98645f壓力表接口 2532B11585144M1218406440g液位計(jì)接口 2025B10575144M1218406440h液氨出口管 8076B185145188M161892106357.2 墊片查HG/T 20609-2021?鋼制管法蘭用金屬包覆墊片?，得： 墊片尺寸表符號(hào)管口名稱公稱直徑內(nèi)徑D1外徑D2a排污口

15、80142b氣相平衡口80142c氣相口80142d出液口80142e進(jìn)液口80561642f人孔500549575g1-2液位計(jì)口2061h溫度計(jì)口80142m壓力表口255471n平安閥口80142s排空口80142注：1：包覆金屬材料為純鋁板，標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3880，代號(hào)為L3。 2：墊片厚度均為3mm。7.3 螺栓螺柱的選擇查HG/T 20613-2021 ?鋼制管法蘭用緊固件?中表-9和附錄中表A.0.1,得螺柱的長度和平墊圈尺寸： 螺栓緊固件用平墊圈 mm公稱直徑螺紋螺柱長ha 65M168517303b 50M168517303c 500M2412525444d 50M2490

16、17303e 50M169017303f 25M12751324g 20M12751324h 65M1685173038 人孔的選擇根據(jù)HG/T 21518-2005?回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔?，查表3-3尺寸表，選用凹凸面的法蘭，其明細(xì)尺寸見下表： 人孔尺寸表 單位：mm密封面型式凹凸面MFMD7304330公稱壓力PN MPa1066048螺柱數(shù)量20公稱直徑DN500280A405螺母數(shù)量40123B200螺柱尺寸d506b44L300總質(zhì)量kg302第三章 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)根據(jù)GB150中，當(dāng)設(shè)計(jì)壓力小于或等于時(shí)，在殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑不大于

17、89mm時(shí)，接管厚度滿足要求，不另行補(bǔ)強(qiáng)，故該儲(chǔ)罐中只有DN=500mm的 人孔需要補(bǔ)強(qiáng)。1 補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別按HG/T 21518-2005,選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔。開孔直徑故可以采用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。接管材料選用10號(hào)鋼正火，其許用應(yīng)力根據(jù)GB150-1998中式8-1，其中：殼體開孔處的計(jì)算厚度接管的有效厚度強(qiáng)度削弱系數(shù)所以開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積為2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效寬度B確實(shí)定按GB150中式8-7，得：有效高度確實(shí)定(1外側(cè)有效高度確實(shí)定根據(jù)GB150中式8-8，得：(2內(nèi)側(cè)有效高度確實(shí)定根據(jù)GB150-1998中式8-9，得：，3 有效補(bǔ)強(qiáng)面積根據(jù)GB150中式8-10 式8-

18、13，分別計(jì)算如下：3.1 筒體多余面積接管的多余面積接管厚度：焊縫金屬截面積焊角取12.0mm4補(bǔ)強(qiáng)面積因?yàn)椋蚤_孔需另行補(bǔ)強(qiáng)所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積： 補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)：根據(jù)DN500取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D=840mm。因?yàn)锽D，所以在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍。補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑d=530+2=532mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：圓整取名義厚度為24mm。第四章、視鏡的選用選用不帶頸視鏡；不帶頸視鏡結(jié)構(gòu)簡單，便于窺視，由于視鏡接緣直接焊接在設(shè)備上，容易在焊接后引起接緣上的密封面變形，所以應(yīng)有可靠的焊接工藝保證。選用視鏡的數(shù)據(jù)：DN=80 PN=1.57 D=130 b1=36 b2=26 H=91螺柱：個(gè)數(shù)n=8 直徑d=M12 重量m= 標(biāo)準(zhǔn)：不銹鋼HGJ501-86-15圖3-7視鏡第五章、液面計(jì)的選用透光式玻璃面液面計(jì)，型號(hào)T；利用連通器原理，通過液面計(jì)的玻璃板視窗可以觀察容器內(nèi)部液面位置的變動(dòng)情況。結(jié)構(gòu)形式：保溫型W,鋼板16Mn.L=900,標(biāo)準(zhǔn)HG21589.1-1995.圖3-8磁性液面計(jì)第六章、平安閥的選用液氨：A44H-160對于高壓容器和平安泄放量達(dá)的中低壓容器，最好采用全啟式平安閥，考慮泄放的介質(zhì)質(zhì)量是否易燃、有毒、污染環(huán)境，確定采用封閉式平安閥。所以選用彈簧封閉全啟式帶扳手平安閥