40立方米液氨儲罐課程設(shè)計說明書

1、 摘要本設(shè)計是針對過程設(shè)備設(shè)計這門課程所安排的一次課程設(shè)計，是對這 門課程的一次總結(jié)，要綜合運用所學的知識并查閱相關(guān)書籍完成設(shè)計。本設(shè)計的液料為液氨，它是一種無色液體。氨作為一種重要的化工原料，應(yīng)用廣泛。分子式NH3分子量17.03，相對密度0.7714g/L，熔點-77.7 C,沸點-33.35 C,自燃點651.11 r，蒸汽壓1013.08k Pa(25.7 C)。蒸汽與空氣混合物爆炸極限為16 25% (最易引燃濃度為17%氨在20C水中溶解度 34%,25C時,在無水乙醇中溶解度10%在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是許多元素和化合物的良好溶劑。 水溶液呈堿性。 液態(tài)氨將侵蝕

2、某些塑料制 品, 橡膠和涂層。遇熱、明火，難以點燃而危險性極低，但氨和空氣混合物達 到上述濃度范圍遇火和燃燒或爆炸，如有油類或其它可燃物存在則危險性極 高。設(shè)計基本思路：本設(shè)計綜合考慮環(huán)境條件、介質(zhì)的理化性質(zhì)等因素，結(jié)合 給定的工藝參數(shù)，按容器的選材、壁厚計算、強度核算、附件選擇、焊縫標準也有一些設(shè)備沒有的設(shè)計順序， 分別對儲罐的筒體、 封頭、人孔接管、 人孔補強、 接管、管法蘭、 液位計、鞍座、焊接形式進行了設(shè)計和選擇。設(shè)備的選擇大都有相應(yīng)的執(zhí)行標 準，設(shè)計時可以直接選用符合設(shè)計條件的標準設(shè)備零部件，相應(yīng)標準，則選擇合適的非標設(shè)備。各項設(shè)計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設(shè)計有

3、章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進行設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書、課程設(shè)計要求:使用國家最新壓力容器標準、規(guī)范進行設(shè)計，掌握典型過程設(shè)備設(shè)計的全過程。掌握查閱和綜合分析文獻資料的能力，進行設(shè)計方法和設(shè)計方案的可行性研究和論證。掌握電算設(shè)計計算，要求設(shè)計思路清晰，計算數(shù)據(jù)準確、可靠，且正確掌握計算機操作和專業(yè)軟件的使用。掌握工程圖紙的計算機繪圖。課程設(shè)計全部工作由學生本人獨立完成。、設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）設(shè)計條件表序號項目數(shù)值單位備注1名稱液氨儲罐2用途液氨儲存3最高工作壓力1.95MPa由介質(zhì)溫度確定4工作溫度-20 48C5公稱容積（Vg）40M36工作壓力波

4、動情況可不考慮7裝量系數(shù)（ V）0.858工作介質(zhì)液氨（中度危害）9使用地點邯鄲市室外管口表公稱規(guī)格連接尺寸標準連接面形式用途或名稱PN 2.5 DN80HG/T20592-2009FM液相進口管PN 2.5 DN80HG/T20592-2009FM液相出口管PN 2.5 DN80HG/T20592-2009FM排氣管PN 2.5 DN80HG/T20592-2009FM排污管PN 2.5 DN25HG/T20592-2009FM壓力表接口PN 2.5 DN25HG/T20592-2009FM溫度計接管PN 2.5 DN80HG/T20592-2009FM安全閥接口PN 2.5 DN32HG/

5、T20592-2009FM液位計接口PN 2.5 DN500HG/T20592-2009MFM人孑L三、課程設(shè)計主要內(nèi)容設(shè)備工藝設(shè)計設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)備強度計算技術(shù)條件編制繪制設(shè)備總裝配圖編制設(shè)計說明書四、學生應(yīng)交出的設(shè)計文件（論文）1.設(shè)計說明書一份;2 .總裝配圖一張（A1圖紙一張）;IV VII摘要課程設(shè)計任務(wù)書目錄II1.1 盛裝液氨的壓力容器設(shè)計儲存量1.2 設(shè)備的初步選型及輪廓尺寸的確定1.2.11.2.2設(shè)備的初步選型 設(shè)備的輪廓尺寸的確定1111第二部分設(shè)備的機械設(shè)計2.1 設(shè)計條件的確定 2.1.1 設(shè)計壓力的確定2.1.2 設(shè)計溫度的確定2.1.3 設(shè)計條件表 2 2 設(shè)備的結(jié)

6、構(gòu)設(shè)計 .2.2.12.2.22.2.32.2.42.2.5筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 接管與法蘭設(shè)計 附件設(shè)計 支座結(jié)構(gòu)設(shè)計 焊接接點的設(shè)計 2.3 設(shè)備的強度計算2.3.12.3.22.3.32.3.4設(shè)備總體壁厚計 壓力試驗校核 . 設(shè)備的應(yīng)力校核 開孔補強計算 .3334444814161818202131第三部分技術(shù)條件編制323.13.23.33.43.53.63.7容器類別的確定材料要求 無損檢測要求 . 材料供貨要求 . 鍛件要求 熱處理要求 焊接材料要求 .3.8 總裝配圖技術(shù)要求3232323232333335參考文獻36結(jié)束語37 第一部分設(shè)備的工藝設(shè)計1.1盛裝液氨的壓力容器

7、設(shè)計儲存量盛裝液化氣體的壓力容器設(shè)計存儲量W瑯 VPt式中，W儲存量，t ；裝量系數(shù)；V壓力容器容積，m ；R 設(shè)計溫度下飽和液體密度，t/m3則設(shè)計儲存量 W=0.85X 40 m3 X 0.5663kg/L=19.25t=1.925 X 104 kg1.2設(shè)備的初步選型及輪廓尺寸的確定1.2.1設(shè)備的初步選型主體結(jié)構(gòu)采用臥式圓柱形儲罐 筒體采用圓柱形筒體 封頭采用標準橢圓形封頭1.2.2設(shè)備的輪廓尺寸的確定 設(shè)備容積計算_ 2v =2V 封 + 兀 D L/4試算：取D= 2400mm封頭的結(jié)構(gòu)尺寸（封頭結(jié)構(gòu)如下圖1） 由晟=2 得 h=H-D/4=640-600=40 mm查文獻2中表B

8、.1 EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，如下表 1:查得封頭尺寸為:表1-1 : EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積公稱直徑DN /mm總深度H /mm內(nèi)表面積A/ m2容積V封/ m324006406.54531.9905表1查得V封頭=1.9905m3由V =V筒+ 2V封=兀 D2L + 2V封=40 m3 得 L=8404mm 4則L/D=3.53符合查獻3中L/D=36 ;圓整得L=8400mm2貝 U v 計=v 筒+2 封 =兀 D L/4+2XV 封=蘭咒 2.42 咒 8.4 + 2 x 1.9905 = 41 .98 m3 4誤差計算:乎皿十心符合要求.3工作容積為 V = V

9、=0.85 X41.98=35.68m ,工計7最終，取液氨儲罐的公稱直徑 DN=2400mm筒體長度L=8400mm選取EHAt圓形封頭：封頭 EHA2400 16第二部分設(shè)備的機械設(shè)計2.1設(shè)計條件的確定2.1.1設(shè)計壓力的確定根據(jù)文獻4液氨飽和蒸汽壓表查得50 C時液氨蒸汽壓由表1查得液氨在50C的飽和蒸汽壓為19.25bar，即為1.925MPa,可以判斷設(shè)計的容 器為儲存內(nèi)壓壓力容器，根據(jù)文獻5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 50 C時的飽和蒸汽壓力，飽和蒸汽壓力一般指絕壓，而設(shè)計壓力是表壓，而且查得當容器上裝有安全閥時，取1.051.1倍的工作壓力作為設(shè)

10、計壓力；所以工作壓力：P工=飽和蒸汽壓-大氣壓=1.925-0.1 = 1.825MPa設(shè)計壓力計算P設(shè)=1.1 X P工 =1.825 X 1.1 = 2.0075MPa液氨的密度=0.5663kg/L , H取公稱直徑 DN=2400mm表2-1液氨飽和蒸汽壓溫度 C-20204050飽和蒸汽壓Bar1.938.6115.2019.25由各地區(qū)重力加速度表查的邯鄲地區(qū)的 g =9.79m/s2，則根據(jù)公式液柱靜壓力P靜 1P靜 = P gH= (0.5663 X 9.79 X 2.4 ) X 0.001=0.013 Mpa電=_0013=0.65%v 5%,忽略。P設(shè) 2.0075則計算壓

11、力就等于設(shè)計壓力，即 Pc=p設(shè)=2.0075 Mpa2.1.2設(shè)計溫度的確定根據(jù)文獻3和文獻中規(guī)定設(shè)計溫度系指容器在正常操作情況下，在相應(yīng)設(shè)計壓力下，設(shè)定受壓元件的金屬溫度， 其值不得低于元件金屬可能達到的最高金屬溫度，對于09以下的金屬溫度，則設(shè)計溫度不高于元件金屬可能達到的最低金屬溫度，設(shè)計溫度選取的依據(jù)是：其值不得低于最高金屬溫度或不得高于最低金屬溫度（09以下）在本設(shè)計中給出的最高工作溫度為48C。工作溫度為-20 C48C,為保證正常工作，對設(shè)計溫度留一定的富裕量。則取設(shè)計溫度為50 C2.1.3設(shè)計條件表表2-2 :設(shè)計條件表項目內(nèi)容備注工作介質(zhì)液氨工作壓力MPa1.825設(shè)計壓

12、力MPa2.0075工作溫度C-20 48設(shè)計溫度C50公稱容積（Vg）m 340計算容積（V計）m 341.98工作容積（V 工）m 335. 68裝量系數(shù)（ v）0.85介質(zhì)密度（P t） kg/L0.56632. 2設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.1筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計我國已經(jīng)制訂了化工設(shè)備通用零部件的系列標準， 設(shè)計時可根據(jù)具體設(shè)計條件按照標準進行選用。筒體的公稱直徑DN=2400m,長度L=8400mm圭寸頭的公稱直徑DN=2400mm總深 H=640mm圖1封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.2接管與法蘭設(shè)計（1）公稱直徑及公稱壓力的選取法蘭公稱壓力取PN=2.5Mpa，根據(jù)文獻6表8.2 3-1 PN1

13、0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。得出管口表如下表表2-3 :管口表公稱規(guī)格連接尺寸標準連接面形式用途或名稱PN 2.5 DN80HG/T20592-2009FM液相進口管PN 2.5 DN80HG/T20592-2009FM液相出口管PN 2.5 DN80HG/T20592-2009FM排氣管PN 2.5 DN80HG/T20592-2009FM排污管PN 2.5 DN25HG/T20592-2009FM壓力表接口PN 2.5 DN25HG/T20592-2009FM溫度計接管PN 2.5 DN80HG/T20592-2009FM安全閥接口PN 2.5 DN32H

14、G/T20592-2009FM液位計接口PN 2.5 DN500HG/T20592-2009MFM人孑L(2)接管與法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計液氨儲罐應(yīng)設(shè)置物料進出口接管，排氣口，排污口，壓力表口，溫度計口，安全閥口，液位計口，人孔。接管和法蘭布置如圖3所示，法蘭簡圖如圖所示: 本次設(shè)計所用的接管的尺寸表如下所示:表2-4 :接管的尺寸表公稱尺寸外徑咒壁厚d。咒%用途或名稱理論質(zhì)量kg/mDN8089X 8液相進口管15.98DN8089X 8液相出口管15.98DN8089X 8排氣管15.98DN8089X 8排污管15.98DN2532 X 6壓力表接口管3.85DN2532 X 6溫度計接口管

15、3.85DN8089X 8安全閥接口15.98DN3238 X 6液位計接口4.74DN500530 X 12人孔183.88查文獻 中附錄D中表D-3,得各法蘭的質(zhì)量。查文獻 表322，接管法蘭的密封面均采用FM （凹面），人孔密封面采用MFM（凹凸面密封）。接管和法蘭尺寸由設(shè)計壓力2.0075Mpa查文獻 中PN2.5Mpa板式平焊鋼制管法蘭（PL） 知板式平焊鋼制管法蘭的密封面形式有突面（RF）和全平面（FF）。RF形式適 用公稱壓力范圍為0.252.5Mpa而FF形式適用公稱壓力范圍為0.251.6Mpa.本設(shè)計壓力為2.0075Mpa故采用板式平焊鋼制管法蘭（RF）形式。查文獻6 中

16、PN2.5板式平焊法蘭選擇以接管公稱直徑一致的鋼制管法蘭，得各法蘭的尺寸和質(zhì)量，詳細尺寸將見表表2-5 :接管和法蘭尺寸名稱公稱 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）螺栓Th法、/.厚度C法蘭頸法、/.蘭咼度卜法蘭 質(zhì)量NSH1Ra排污管8089B200160188M1624105812858 1).03b排氣口8089B200160188M1624105812858 i).03c出液口8089B200160188M1624105812858 i).03d進液口8089B200160188M16241058128585.03

17、e人孔500530B7306603620M334858012201212581.4k1-2液位計 口3238B140100184M16185666642 :L05f溫度計 口2532B11585144M12184666440 1.26g壓力表 口2532B11585144M12184666440 1.26h安全閥 口8089B200160188M1624105810858 1).03墊片的選擇法蘭密封常用墊片，墊片有金屬墊片、非金屬墊片，合成墊片等多種，考慮經(jīng)濟性當非金屬墊片能滿足要求時首先使用非金屬墊片。墊片結(jié)構(gòu)圖J-J3 1j6由本設(shè)計壓力和溫度要求查文獻4選用石棉橡膠墊片，其使用范圍PN

18、C 4.0Mpa,t 290r ,密封形式為RF （突面）。其尺寸如表4.5查文獻4，得墊片尺寸表表2-6 :墊片尺寸表符號管口名稱公稱直徑內(nèi)徑D1外徑D2a排污口80109.5142b排氣口80109.5142c出液口80109.5142d進液口80109.5142e人孔500500524k1-2液位計口3261.582f溫度計口2545.561g壓力表口2545.561h安全閥口80109.51422:填充材料為有機非石棉纖維橡膠板。注：1:包覆金屬材料為純鋁板，標準為 GB/T 3880,代號為L3。3:墊片厚度均為3mm螺栓（螺柱）的選擇根據(jù)要求法蘭處用螺栓做緊固件，螺栓有多種材料和多

19、種結(jié)構(gòu)，選擇時應(yīng) 考慮到設(shè)計的適用性和安全性。查文獻6中表5.0.7-9和附錄中表A.0.1，得螺柱的長度和平墊圈尺寸:表2-7 :螺栓及墊片公稱直徑螺紋螺柱長緊固件用平墊圈mmd1d2ha80M169017303b80M169017303c80M169017303d80M169017303e500M2412525444g1-232M168517303f25M127513242.5g25M127513242.5h80M169017303（3）接管與法蘭材料的選擇容器接管一般應(yīng)采用無縫鋼管，所以本設(shè)計筒體上接管材料均選擇無縫鋼管20 （GB9948。排污管一端焊接在筒體下方，另一端用螺紋帽密封，

20、制造便 宜，操作方便。查文獻中法蘭材料選用16Mnn2.2.3 附件設(shè)計1 ）安全閥的選擇查文獻4中知液氨常用安全閥有 A21H-40其公稱直徑15mn到25mn公稱壓力為1.6-4.0Mpa使用溫度t 200E和A41H-40其公稱直徑為32mn到48mn公稱壓力為1.3到4.0Mpa,使用溫度t c2咒170d506b44L300總質(zhì)量kg302人孔結(jié)構(gòu)示意圖如下開孔補強的計算根據(jù)文獻8開孔補強結(jié)構(gòu)：壓力容器開孔補強常用的形式可分為補強圈 補強、厚壁管補強、整體鍛件補強三種。補強圈補強是使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形 式，它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、原材料易解決、安全、可靠等優(yōu)點。在一般用途、條件不苛

21、刻的條件下，可采用補強圈補強形式。但必須滿足規(guī)定的條件。壓力容器開孔補強的計算方法有多種,為了計算方便，采用等面積補強法，即殼體截面因開孔被削弱的承載面積,必須由補強材料予以等面積的補償。 當補強材料與被削弱殼體的材料相同時,則補強面積等于削弱的面積。補強材料采用 Q235R-A查文獻7中，選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔。厚度附加量C=2.3mm開孔直徑 d=d +2C=530-32+4.6=493.4mmD = 2400mm，在筒體上開孔 dv D/2=2400/2=1200mm可用等面積進行開孔補強計算。接管材料選用Q345Rffl，其許用應(yīng)力bf =189MPa查文獻3中，壓容器開孔后所需的

22、補強面積3A =d6 +2込山-仃）厚度計算3計算出6=心00空込=12.78mm2X189 0.5X2.0075強度削弱系數(shù):接管有效厚度： =4 -C| -C2 =16-2.3=13.7mm則 A=493.4X13.7 =6759.58mm2有效補強范圍 殼體開孔后，在有效補強范圍內(nèi)，可作為補強的截面積（包括來自殼體、接管、焊縫金屬、補強元件）根據(jù)文獻3得有效寬度3:B = 2d =2x493.4 = 986.8mmB2 =d +26n + 26nt =493.4 + 2咒16 + 2 咒12.78 = 550.96mmB =max(B,尼)=986.8mm有效高度：根據(jù)文獻3h =屈7

23、=7510而2 = 78.28mmh H250mm （實際外伸高度）h, =mi n(h，h) = 78.28mmhi =Jd6nt =(493.4x16= 88.85mmh；=0 （實際內(nèi)伸高度）I11h? = min( h?, h? )=0筒體多余面積AA =(Bd)(&e 6)26etee6)(1 fr) =(986.8-493.4)-2x13.7(1612.78) =405.172mm接管厚度3:右 器 =2.小530 一24)=2.82mm, 2cr *-0.5F2189咒10.5X2.1A, =20(% -q)fr +20氏一C2) fr =2天78.28(13.7-2.82) +

24、 0= 1703.38mm2查文獻3中角焊縫角尺寸的選擇規(guī)定當材料厚度 1216mnW焊腳取6mm所以焊縫金屬截面積31 2 2A3 = X6 X2 =36mm2補強面積3代=A + A +人=405.172+1703.38+36 =2144.5mm2代 V A = 5463.42mm2開孔需另行補強A -代=6759.58-2144.5 = 4615.08mm2滿足以下條件的可選用補強圈補強：剛材的標準常溫抗拉強度bb蘭540Mpa補強圈厚度應(yīng)小于或等于殼體壁厚的1.5倍；殼體名義厚度6蘭38mm；設(shè)計壓力vAMpa ；設(shè)計溫度蘭350 C。可知本設(shè)計滿足要求，則采用補強圈補強。補強圈設(shè)計根

25、據(jù)DN500取補強圈外徑D =800mm。因為BD ，所以在有效補強范圍。補強圈內(nèi)徑Di =40中(612則取D=530+10=540mmS =A/(D -d )=15.75mm補強圈厚度，圓整取名義厚度為16mm 根據(jù)文獻3，補強圈焊接形式一一D型,表:2-9 :補強圈補強及附件的選擇接管公稱直徑DN/mm外徑D內(nèi)徑D厚度6重量(Kg)5008005401646.4各附件接管的布局為了便于操作及考慮到開孔的安全性要求，本設(shè)計中將排氣接管、人孔接管、安全閥接管、壓力表接管、進料接管、人孔接管成直線依次布局在筒體上方，其中，人孔接管與排氣管，人孔接管與安全閥，人孔接管與進料管間距離均為1300m

26、m其余接管間距離均為800mm液面計接管放右側(cè)封頭處。排污口接管和出料管布置在筒體下方，排污口接管在左封頭與左支座之間,距左封頭直邊200mn處，出料管在左支座與右支座之間。進料管內(nèi)伸長度為1700mm溫度計內(nèi)伸長度為300mm其余的接管內(nèi)伸長度均為0mm其中人孔接管外伸長度為250mm其余接管外伸長度均為150mm具體布局見裝配圖。224支座結(jié)構(gòu)設(shè)計鞍座結(jié)構(gòu)和材料的選取臥式容器的支座有三種形式：鞍座、圈座、和支腿，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。置于支座上的臥式容器，其情況和梁相似，一般情況采用雙支座。此外，臥式容器由于溫度或載荷變化時

27、都會產(chǎn)生軸向的伸縮，因此容器兩端的支座不能都固定在基礎(chǔ)上，必須有一端能在基礎(chǔ)上滑動，以避免產(chǎn)生過大的附加應(yīng)力。通常的做法是將一個支座上的地腳螺栓孔做成長圓形，并且螺母不上緊，使其成為活動支座，而另一支座仍為固定支座。所以本設(shè)計就采用這種支座結(jié)構(gòu)。根據(jù)設(shè)備的公稱直徑和容器的重量參照文獻9選取鞍座結(jié)構(gòu)及尺寸。鞍座的材料(除加強墊板除外)為 Q235-A加強墊板的材料應(yīng)與設(shè)備殼體材料相同為 16MnR采用鞍式A型支座：鞍座A2400-F和鞍座A2400-S鞍座位置的確定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

28、0.2L值，為此中國文獻10規(guī)定A 0.2L=0.2 (L+2h)，A最大不超過0.25L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過大。由標準橢圓封頭 一D =2，得 h=H-D/4=640-600=40 mm 2(H -h )故 AW 0.2(L+2h)=0.2 X (8400+2 X 40)=1716mm當鞍座鄰近封頭時，貝哇寸頭對支座處筒體有加強剛性的作用。為了充分利用這一加強效應(yīng)，在滿足A257.936kN查文獻4表6得鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下表：。表2-10 :鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸公稱直 徑DN2400腹板516墊板b4510允許載 荷Q/kN435筋板13265610鞍座咼 度h250b

29、2208e100底板I11720b3290螺栓間距I21520b12408螺孔/孔 長D/l24/40014墊板弧長2800鞍座質(zhì)量Kg234225焊接接點的設(shè)計壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計要求根據(jù)文獻3焊縫分散原則；避免焊縫多條相交原則；對稱質(zhì)心布置原則；避開應(yīng)力復雜區(qū)或應(yīng)力峰值去原則；對接鋼板的等厚連接原則；接頭設(shè)計的開敞性原則；焊接坡口的設(shè)計原則(焊縫填充金屬盡量少；避免產(chǎn)生缺 陷；焊縫坡口對稱；有利于焊接防護；焊工操作方便；復合鋼板的坡口應(yīng)有利于減少過渡層焊縫金屬的稀釋率)。封頭與圓筒焊接接頭封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭采用 A類焊縫。焊接方法：采用手工電弧焊,封頭與圓筒采用對接焊接。平行長度任取

30、。坡口形式為 丫型坡口。根據(jù)Q345R勺抗拉強度bb =5000Mpa和屈服點b s=325Mpa選擇E50系列(強度要求：bb 500Mpa bs 400Mpa的焊條，型號為E5018.該型號的焊條是鐵粉鈦型藥皮(藥皮成分：氧化鈦30%加鐵粉)，適用于全位置焊接，熔敷效率較高，其結(jié)構(gòu)如下圖Y型坡口筒體和封頭的焊接：S =620 a =6070 b=02 p=2 3管法蘭與接管的焊接接頭管法蘭與接管焊接接頭形式和尺寸參照文獻3,根據(jù)公稱通經(jīng)選擇相應(yīng)的坡口寬度結(jié)構(gòu)如附圖中為幾種常用的管法蘭與結(jié)接管焊接形式的局部放大圖。接管與殼體的焊接接頭本設(shè)計除人孔接管帶補強圈外其它接管都是不帶補強圈的插入式接

31、管，接管插入殼體，接管與殼體間的焊接有全焊透和部分焊頭兩種，它們的焊接接頭均屬T形或角接接頭。標準中代號為G2的接頭形式，基本尺寸為0=50。5。； b=2+0.5 ； P= 10.5 ； k=%&，且 k6，它適用于S A& 3 6s氏=425，2 ，因為所選接管的厚度都為殼體厚度的一半，殼體的厚度為16mm所以符合要求。選擇全焊透工藝，可用于交變載荷，低溫及有較大溫度梯度工況。如附圖中的局部放大圖所示。帶補強圈焊接接頭結(jié)構(gòu)P 1=50 +5 P2 = 30 2 b 1=2+0.5, b2 = 5 1, K1 t ,K1 二曳（竜c 8） k 2 = 0.7 c2.3設(shè)備的強度計算2.3.1

32、設(shè)備總體壁厚計 (1)材料的選擇常見的壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鋼板有 Q245 Q345R Q370R等;無縫鋼管材料有10，20, 16Mn等?？紤]到該容器的內(nèi)徑為 2400mm介質(zhì)的工作溫度為-20 C48C,由下表查得，所以可以選擇 Q235R或者Q345R作為筒體的材料。所以選用筒體由鋼板卷制而成，由于低合金鋼有較高的強度,良好的塑性，價格相對較低，所以選用 Q345R封頭材料也為Q345R材料名稱表2-11鋼板材料使用條件表使用條件Q235R 或 者 Q345R容器設(shè)計壓力PW 35MPa鋼板使用溫度-20475C，對容器中的介質(zhì)沒有 限制。(2)筒體壁厚計算r t設(shè)計溫度下材料的

33、許用應(yīng)力設(shè)計溫度為50C，假設(shè)筒體厚度為316mm，由材料許用應(yīng)力表可得 Q345R 的 b t =189MPa ReL =345MPa表2-12 :鋼材許用應(yīng)力表鋼號板 厚/ mm在下列溫度（C）下的許用應(yīng)力15200/ Mpa250030 20100 0Q彳Q181818181615Q345R3169993731618181817151436553073焊接接頭系數(shù)W本次液氨儲罐的設(shè)計采用雙面對接焊的全焊透對接接頭，全部無損探傷所以W =1.0計算壓力Pc由前面計算知道計算壓力巳=2.0075 Mpa筒體內(nèi)徑Di由前面計算知道筒體內(nèi)徑 D =2400mm筒體的計算厚度按公式幾計算日仃,2.

34、0075 咒 2400“, c即 6 =12.81mm =3mm2X189X1.0 -2.0075取腐蝕裕量 C2 =2mmGB/T設(shè)計厚度 6=6 +C2 =12.81+2=14.81mm查文獻3中列舉的鍋爐和壓力容器專用鋼板的厚允許偏差按709中的B類要求，即鋼材厚度負偏差CO.Smm。所以名義厚度0 =6 +C1 +圓整量=14.81 + 0.3+圓整量=16mm，經(jīng)過圓整后為16mm在316mm之間，故假設(shè)是成立的。有效厚度 6e = G _C2 = 16 2 0.3 = 13.7mm。(2)封頭壁厚計算根據(jù)標準橢圓形封頭的計算厚度公式:pcDi2.00752400-0.5pc2咒18

35、9叮-0.5x2.007512.78mm取腐蝕裕量C2=2mm鋼材厚度負偏差CO.Smm。貝y：設(shè)計厚度 6d =6+C2 =12.78+2=14.78mm名義厚度 % =6 +C1+圓整量=14.78 + 0.3+圓整量=16mm有效厚度 4 =6 -G_C2 =16-2-0.3 = 13.7mm可見標準橢圓形封頭與筒體等厚。2.3.2壓力試驗校核(1)壓力試驗類型耐壓試驗是在設(shè)計壓力下對壓力容器的檢驗，在本設(shè)計中采用水壓試驗進行驗證。(2)壓力試驗校核筒體耐壓試驗校核 耐壓試驗壓力根據(jù) R p G町其中，n為耐壓試驗壓力系數(shù)，對于鋼和有色金屬，液壓試驗是n=1.25.所以水壓試驗壓力Pt

36、=1.22.0071mPa =2.51MPa，筒體的薄膜應(yīng)力:Te)=2.512400 +13.7) =221.11mPa2g2 咒 13.7液壓試驗時，口T應(yīng)滿足以下公式的要求y 0.9 ReL，其中 0.9WReL=0.9x1%345=310.5MPa221.11MPa 310.5MPa 符合要求。最終筒體選用材料為Q345R勺鋼板，且厚度為16mm封頭耐壓試驗校核4水壓試驗壓力”.”.。屈皿Pa=2.51M Pa封頭的薄膜應(yīng)力：卄皆=2-51心00+13.一221.11MPa2x13.7液壓試驗時，6應(yīng)滿足以下公式的要求 巧0.99電，其中 0.9PRl=0.9 X 1x345=310.

37、5MPa221.11MPa 310.5MPa，符合要求。最終封頭選用材料為Q345F的鋼板，且厚度為16mm2.3.3設(shè)備的應(yīng)力校核鋼制臥式容器計算條件設(shè)計壓力P2.0075MPa設(shè)計溫度t50筒體材料名稱Q345R封頭材料名稱Q345R封頭型式橢圓形筒體內(nèi)直徑Di2400mm筒體長度L8400mm計算單位I河北工程大學簡圖筒體名義厚度各支座墊板名義厚度 & 筒體厚度附加量_C 腐蝕裕量C1筒體焊接接頭系數(shù) 封頭名義厚度 封頭厚度附加量 鞍座材料名稱 鞍座寬度b0鞍座包角&inCh支座形心至封頭切線距離 鞍座高度H地震烈度16102.321162.3 Q235-A240120600250低于七

38、mmmmmmmmmmmmmm0mmmm度計算單位河北工程大學GB 150.3-2011 內(nèi)壓圓筒校核計算所依據(jù)的標準計算條件計算壓力Pc2.02MPa設(shè)計溫度t0.00。C內(nèi)徑D2400.00mm材料Q345R （板材）試驗溫度許用應(yīng)力 M189.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力fct189.00MPa試驗溫度下屈服點CTs345.00MPa鋼板負偏差C0.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)*1.00筒體簡圖Di!計算厚度PcDi厚度及重量計算mm有效厚度名義厚度重量壓力試驗類型試驗壓力值壓力試驗允許通過 的應(yīng)力水平Mt試驗壓力下 圓筒的應(yīng)力 校核條件 校核結(jié)果最大允許工作壓力設(shè)計溫度下計

39、算應(yīng)力同5校核條件 結(jié)論右=2crt*-Pc = 12.90& 二& - Cl- C 2= 13.70& = 16.008007.60壓力試驗時應(yīng)力校核液壓試驗R = 1.25P 罟=2.5100 (或由用戶輸入）mmmmKgMPa宙倍 0.90 cTs = 310.50ctt = P T.(Di +&) = 221 11 26e.*ot合格壓力及應(yīng)力計算MPaMPaP=舘黑=2.14550t Pc(Di+&)b =2&= 177.99189.00% Abt合格MPaMPaMPa河北工程大學GB 150.3-2011橢圓封頭簡圖 左封頭計算計算所依據(jù)的標準計算條件計算壓力Pc2.02MPa設(shè)計

40、溫度t0.00 C內(nèi)徑D2400.00mm曲面深度hi600.00mm材料Q345R （板材）設(shè)計溫度許用應(yīng)力Ht189.00MPa試驗溫度許用應(yīng)力189.00MPa鋼板負偏差C0.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)$1.00I計算單位壓力試驗類型試驗壓力值壓力試驗時應(yīng)力校核液壓試驗Pt = 1.25巳器=2.5100 （或由用戶輸入）MPa壓力試驗允許通過的應(yīng) 力同tT 0.90 0 = 310.50MPa試驗壓力下封頭的應(yīng)力校核條件 校核結(jié)果形狀系數(shù)計算厚度有效厚度 最小厚度 名義厚度 結(jié)論 重量最大允許工作壓力結(jié)論crT= PT.（KDi + 0恥）=220.482MOT ot

41、合格厚度及重量計算A）-=1.0000K = 16.KPcDi耳=2jM-0.5Pc = 12.86&h = 5hh - C- C 2= 13.70 乩in = 3.60&h = 16.00滿足最小厚度要求808.40壓力計算2訂恥。P= KDi+0.55e = 2.15161合格MPammmmmmmmMPa右封頭計算計算所依據(jù)的標準計算條件計算壓力Pc2.02MPa設(shè)計溫度t0.000 C內(nèi)徑D2400.00mm曲面深度hi600.00mm材料Q345R （板材）設(shè)計溫度許用應(yīng)力占189.00MPa試驗溫度許用應(yīng)力189.00MPa鋼板負偏差C0.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)

42、*1.00計算單位壓力試驗類型試驗壓力值壓力試驗時應(yīng)力校核液壓試驗巳器二2.5100 （或由用戶輸入）Pt = 1.25MPa壓力試驗允許通過的應(yīng) 力Mtcrr 蘭 0.90 CTs = 310.50MPa試驗壓力下封頭的應(yīng)力校核條件 校核結(jié)果cr = PT.(KDi +0.5= 220.48bT dIt格厚度及重量計算形狀系數(shù)=1.0000計算厚度有效厚度 最小厚度 名義厚度 結(jié)論 重量最大允許工作壓力結(jié)論MPa=KPcDi岳=2引 -0.5Pc = 12.86&h =- C- C 2= 13.70乩in = 3.60&h = 16.00滿足最小厚度要求808.40壓力計算2crtfeePW

43、= KDi+0.5 譏=2.15161合格mmmmmmmmKgMPa 臥式容器（雙鞍座）計算單位1河北工程大學計算條件簡圖計算壓力Pc2.0075MPa設(shè)計溫度t01n*圓筒材料Q345Rf鞍座材料Q235-B*1 圓筒材料常溫許用應(yīng)力可189MPafTiF1圓筒材料設(shè)計溫度下許用應(yīng)力口 t189MPa圓筒材料常溫屈服點 b345MPa鞍座材料許用應(yīng)力Csa147MPa工作時物料密度也566.3kg/m3液壓試驗介質(zhì)密度Yt1000kg/m3圓筒內(nèi)直徑D2400mm圓筒名義厚度 616mm圓筒厚度附加量C2.3mm圓筒焊接接頭系數(shù)1封頭名義厚度S hn16mm封頭厚度附加量 Ch2.3mm兩封

44、頭切線間距離L8480mm鞍座墊板名義厚度 S m10mm鞍座墊板有效厚度de10mm鞍座軸向?qū)挾?b240mm鞍座包角 01200鞍座底板中心至封頭切線距離A600mm封頭曲面咼度h i600mm試驗壓力Pt2.51MPa鞍座咼度 H250mm腹板與筋板組合截面積Aa29920mm腹板與筋板組合截面斷面系數(shù) 乙1.00608e+06mm地震烈度7圓筒平均半徑Ra1208mm物料充裝系數(shù)00.85一個鞍座上地腳螺栓個數(shù)2地腳螺栓公稱直徑20mm地腳螺栓根徑17.294mm鞍座軸線兩側(cè)的螺栓間距1520mm地腳螺栓材料16Mn支座反力計圓筒質(zhì)量（兩切線間）mi =；i（Di +6n=8084.1

45、1kg封頭質(zhì)量（曲面部分）m2 =794.717kg附件質(zhì)量m =9605kg封頭容積（曲面部分）Vh = 1.80956e+09mm3容器容積（兩切線間）V = 4.19817e+10mm3容器內(nèi)充液質(zhì)量工作時，m4=20208.1 壓力試驗時，m4 =VYt = 41981.7kg耐熱層質(zhì)量M5=0kg總質(zhì)量單位長度載荷支座反力圓筒中間處截面上的彎矩支座處橫 截面彎矩工作時,m=m1+2xm2 +譏+m4 + 譏=39486.7壓力試驗時，m = m1 +2% m2 +m3 +m4 +m5 =61260.3q-*/1.7503q，= *=64.77224L+3hkgN/mmFmg93722

46、宀2mg=300543F =max（F：F ”）= 300543筒體彎矩計算工作時M1=4F L+ 2（r2 -h2）L2 4aV 2.70526e+08壓力試驗MIVIt14操作工況:fL 1 +2（r2 -h2） L2 4A = 4.19699e+08LJMb =-FA 1- A 丄 R；hi21 一十L1+4hL3L2AiN - mm-6.06148e+06N - mm壓力試驗工況：Mt2A1+gL 2AL1+4!3L-9.40389e+06系數(shù)計算Ki=1K=1K3=O.8799O420.401056K5=O.76O258K6=O.O132129K6 =0.010861K7=Kb=K9

47、=O.2O3522C=C5=筒體軸向應(yīng)力計算軸向 應(yīng)力 計算操作狀態(tài)PcRa, M192.81530 =-十2=20 點&k PcRaM288.60232&MPaPcRaM1-4.30948G1 =2=2& TtR疔 _pCRa + M 2_-0.096559542 &KRaeMPa水壓試驗狀 態(tài)G =-6.6824271Ra&kMt2 -0.14980445： &MPa_P TRa + Mt1 _ 117.3462 瓦TlRae 疔 _PTRaMT2110.81T3 2& 心欣&MPa應(yīng)力 校核許用壓縮應(yīng) 力A O.094&0.00105905Ra根據(jù)圓筒材料查 GB150圖4-34-12B

48、 = 139.152MPatL =min(tt ,B )=139.152klc =mi n( 0.9ReL,B) =139.152MPa匹，3 b =189 合格 1011,1 耳| tic =139.152 合格lml，lE4c =139.152合格 62, % 0.9 耳=310.5合格MPa筒體 和封 頭的 切應(yīng) 力AA時（A#時，不適用）TL2ARA (L +4hi/3 丿MPaA丈2時圓筒中：t-GF _15.9792Rae封頭中：T = K4F =7.28323 弘rAMPa應(yīng)力校核圓筒的有效寬度無 加 強 圈 圓 筒無墊板或墊板不起加強作用時在橫截面 最低點處在鞍座邊角處墊 起

49、強 用時橢圓形封頭，-_K Pc Di 175.839h2缶e封頭碟形封頭,1MP c R hMPah 25 he-半球形封頭,bPc Di46 he -圓筒 封頭t = 0.8 CT t = 151.2t =125 丘* _bh 二6。.4106MPa圓筒，TV T = 151.2 MPa合格封頭，Th V T h = 60.4106 MPa合格鞍座處圓筒周向應(yīng)力”2 =b +1.56 jRan 二456879kKsF3K6F L 8時2 僉一亦2L/Rmb +1.56 jRan ；鞍座墊板包角0 +12 橫截面最 低點處的 周向應(yīng)力鞍座邊角處的周向應(yīng)力鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力應(yīng)力校核

50、mmMPaMPaMPab =_=-2.110175 住朽e b2 L/Rm 8 時,F3K6F6= 42Peb2 22pe)=L/Rm 8 時,一F 3K6F藥4&b2L/Rm8 時，L 二一 F 12K6FRm _-41.7333645eb2點I 岡 CT t = 189| b61 1.25t = 236.25| & 6| 1.250 r = 236.25合格合格合格MPaMPaMPaMPaMPaMPa加強圈材料,有 加 強 圈 圓 筒加強圈參數(shù)e =d =加強圈數(shù)量,n = 組合總截面積,A = 組合截面總慣性矩，I 0 =設(shè)計溫度下許用應(yīng)力b R =mmmm匸mm2mm4MPa加強圈位于

51、 鞍座平面上在鞍座邊角處圓筒的周向應(yīng)力:_C4K7FRme F _ -Io在鞍座邊角處，加強圈內(nèi)緣或外緣表面的周向應(yīng)力：CsQRmdF K8F樂=-L橫截面最低點的周向應(yīng)力無墊板時，（或墊板不起加強作用）kKsF05 =怎b2采用墊板時，（墊板起加強作用）kKsF加強圈靠近鞍座O5 = +召e在橫截上靠近水平中心線的周向應(yīng)力:C4K7FRme KgF7 A。MPaMPaMPaMPa有 加 強 圈 圓 筒在橫截上靠近水平中心線處，不與筒壁相接的加強圈內(nèi)緣 或外緣表面的周向應(yīng)力：CsORmdFK8F樂=一=MPaIoAo加 強 圈 靠 近 鞍 座鞍座邊角處點處的周向應(yīng)力無墊板或墊板不起加強作用L/

52、Rm8時，-一盒一夢=無墊板或墊板不起加強作用L/Rm 8 時，_F3采用墊板時，（墊板起加強作用）L/Rm8 時，-F12K6FRm耳=一4 +6re b2 lG2 +汀MPaMPaMPaMPa應(yīng)力校核1 O5| crt =合格lobi 1.25 cjt =合格21 1.25C7t =28 | 1.25CT tR=MPa鞍座應(yīng) 力 計算水平分力Fs = k9f =61167N腹板水 平應(yīng)力計算咼度H s =min jRa，H =250mm鞍座腹板厚度b。= 10mm鞍座墊板實際寬度b4 =500mm鞍座墊板有效寬度br = min 4, b2 )=456-879mm腹板水平應(yīng)力無墊板或墊板不

53、起加強作用，F(xiàn)s樂Hsb。-墊板起加強作用，CTFs8.653119HsbbreMPa應(yīng)力判斷樂22 sa= 98合格3MPa腹板與 筋板組 合截面 應(yīng)力由地震水平分力引起的支座強度計算圓筒中心至基礎(chǔ)表面距離Hv =1466mm軸向力Fev =5 mg =NFev 蘭Ff ,6 - F FevH _ FevHv_Asa2ZrAsa(L2A)MPaFfF(FevFfsHFevH VAsaZrAsa(L2A)MPabsa|1.2%=地腳螺 栓應(yīng)力拉應(yīng)力M 0-0-bbt nliAbt -MPabbt 1.2 cbt = MPa剪應(yīng)力n AbtMPaTbt 0.8 Ko bbt = MPa溫差引 起

54、的應(yīng) 力F f =Ff =NEFFH -25.7298SaAsaZrMPa| crtsa| CT sa = 147 2.3.4開孔補強計算開孔補強計算I 計算單位接管：N1, 530 X 12設(shè) 計 條 件2.020550圓形筒體Q345R板材河北工程大學計算方法：GB150.3-2011等面積補強法，單孔計算壓力PcMPa.設(shè)計溫度 殼體型式 殼體材料 名稱及類型殼體開孔處焊接接頭系數(shù) 殼體內(nèi)直徑 D殼體開孔處名義厚度 S n 殼體厚度負偏差C1 殼體腐蝕裕量G 殼體材料許用應(yīng)力c t1 2400 16 0.3 2 189接管軸線與筒體表面法線的 角（ ）凸形封頭上接管軸線與封頭軸 線的夾角

55、（ ）接管實際外伸長度 接管實際內(nèi)伸長度 接管焊接接頭系數(shù) 接管腐蝕裕量 凸形封頭開孔中心至 封頭軸線的距離 接管厚度負偏差G 接管材料許用應(yīng)力cF250012mmmmmmmmMPa 上A11A?51.2150.12孔非圓形開孔長直徑殼體計算厚度S 補強圈強度削弱系數(shù) f rr 開孔補強計算直徑d 接管有效外伸長度 h1 開孔削弱所需的補強面積A接管多余金屬面積 A512.412.8980.9788512.478.4146609669mmmmmmmm接管連接型式接管材料 名稱及類型 補強圈材料名稱 補強圈外徑 - 補強圈厚度安放式接管20(GB9948)管材Q345R84020mmmmmmMP

56、a補mmmmmmmm2 mmmmA1+A+A= 1116 mm，小于A,需另加補強。 補強圈面積 A補強圈厚度負偏差G 0.3185計 開孔長徑與短徑之比 接管計算厚度S t 接管材料強度削弱系數(shù)f補強區(qū)有效寬度 B 接管有效內(nèi)伸長度 h2算13.42810.79431024.80殼體多余金屬面積Ai補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A2mm A( A+A+A)549241136mmMPammmmmmmmmmmm 結(jié)論：合格第三部分技術(shù)條件編制3.1容器類別的確定由文獻4和文獻11常見介質(zhì)危害程度查液氨為毒性危害程度為中度危害，腐蝕，有毒，屬于第二組介質(zhì)，則再根據(jù)文獻5相關(guān)規(guī)定，液氨儲罐為第三類壓力容器。3

57、.2材料要求筒體材料Q345R封頭材料Q345R接管材料無縫鋼管20法蘭材料鞍座材料Q235A墊片：石棉橡膠墊片3.3無損檢測要求設(shè)備按文獻3進行制造、檢驗、驗收，并接受固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程的監(jiān)察。本設(shè)計中設(shè)備的A B類焊接接頭應(yīng)按文獻3進行100%射線檢測，其透照質(zhì)量不低于AB級，合格級別按JB4730-94中RT-U級要求；C D類焊接接頭及公稱直徑小于250mm勺接管和法蘭的焊接接頭按JB/T4730.16-2005進行100%磁粉檢測，合格級別按JB4730-94中MT-I級要求3.4材料供貨要求鋼板要求正火狀態(tài)供貨，使用。3.5鍛件要求法蘭鍛件應(yīng)按JB4726-94中二級要

58、求進行制造，檢驗和驗收。鍛件不允許存在白點、內(nèi)部裂紋和殘余縮孔。鍛件不允許有肉眼可見的裂紋、折疊和其他影響使用的外觀缺陷。局部缺陷可以清除，但清理深度不得超過加工余量的 75%鍛件非加工表面上的缺陷應(yīng)清理干凈并圓滑過渡。3.6熱處理要求(1)零件經(jīng)淬火處理后，硬度應(yīng)達到 5055HRC(2)零件進行高頻淬火后、回火至4045HRC有效硬化層深度0.81.6mm(3)滲碳淬火處理，表面硬度 5662HRC滲層深度0.30.8mm心部硬度 2833HRC(4)零件須進行高溫時效處理。(5)經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，2832HRC(6)零件經(jīng)淬火處理后，硬度應(yīng)達到 5055HRC3.7焊接材料要求壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計焊縫分散原則；避免焊縫多條相交原則；對稱質(zhì)心布置原則；避開應(yīng)力復雜區(qū)或應(yīng)力峰值去原則；對接鋼板的等厚連接原則;接頭設(shè)計的開敞性原則；焊接坡口的設(shè)計原則(焊縫填充金屬盡量少；避免產(chǎn)生缺陷；焊縫坡口對稱；有利于焊接防護；焊工操作方便；復合鋼板的坡口應(yīng)有利于減少過渡層焊縫金屬的稀釋率)。該容器上的A,B類接頭必須