10立方米液氨壓力容器儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

目錄第一章工藝設(shè)計(jì)1.任1務(wù)書(shū)***1.儲(chǔ)2量****.備3的選型及輪廓尺寸*第二章機(jī)械設(shè)計(jì).結(jié)1構(gòu)設(shè)計(jì)2.1筒.體1及封頭設(shè)計(jì)材料的選擇****筒體壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算封頭壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算接.管2及接管法蘭設(shè)計(jì)接管尺寸選擇***管口表及連接標(biāo)準(zhǔn)*接管法蘭的選擇*緊固件的選擇**2.1人.孔3的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密封面的選擇*人孔的設(shè)計(jì)****2.核1算.開(kāi)4孔補(bǔ)強(qiáng)*2.1支.座5的設(shè)計(jì)支座的選擇****支座的位置****1液.面6計(jì)及安全閥選擇1總.體7布局1焊.接8接頭設(shè)計(jì)強(qiáng)2度校核小結(jié)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.設(shè)計(jì)目的：設(shè)計(jì)目的使用國(guó)家最新壓力容器標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，掌握典型過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)的全過(guò)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。.設(shè)計(jì)內(nèi)容）設(shè)備工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；）設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算與校核；）技術(shù)條件編制；）繪制設(shè)備總裝配圖；）編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。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(shuō)明書(shū)（論文）、圖紙、實(shí)物樣品等〕：）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)：主要內(nèi)容包括：封面、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、目錄、設(shè)計(jì)方案的分析和擬定、各部分結(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；）總裝配圖設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)遵循國(guó)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(shū)寫采用仿宋體、內(nèi)容要詳盡，圖紙采用計(jì)算機(jī)緒論1、任務(wù)說(shuō)明設(shè)計(jì)一個(gè)容積為m3的液液氨儲(chǔ)罐，采用常規(guī)設(shè)計(jì)方法，綜合考慮環(huán)境條件、液體性質(zhì)等因素并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算的設(shè)計(jì)順序，分別對(duì)儲(chǔ)罐的筒體、封頭、鞍座、人孔、接管進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后采用 6 對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核，最后形成合理的設(shè)計(jì)方案。2、液氨的性質(zhì)分子式： 氣氨相對(duì)密度（空氣 ：）0.5分子量:704液氨相對(duì)密度（水：）0.602824（25℃）液氨，又稱為無(wú)水氨，是一種無(wú)色液體。氨作為一種重要的化工原料應(yīng)用廣泛，為運(yùn)輸及儲(chǔ)存便利，通常將氣態(tài)的氨氣通過(guò)加壓或冷卻得到液態(tài)氨。液氨在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，而且具有腐蝕性，且容易揮發(fā)，所以其化學(xué)事故發(fā)生率相當(dāng)高。為無(wú)色液體，有強(qiáng)烈刺激性氣味，極易氣化為氣氨。密度0.67c沸點(diǎn)為-33.5℃,低于一77.7℃可成為具有臭味的無(wú)色結(jié)晶。液氨為第2.3類有毒氣體設(shè)計(jì)參數(shù)的確定表1：設(shè)計(jì)參數(shù)表序號(hào)項(xiàng) 目數(shù) 值單位備 注名稱液氨儲(chǔ)罐用途液氨儲(chǔ)存最高工作壓力由介質(zhì)溫度確定工作溫度?℃公稱容積（）工作壓力波動(dòng)情況可不考慮裝量系數(shù)（P工作介質(zhì)液氨（中度危害）使用地點(diǎn)太原市室外第一章工藝設(shè)計(jì)存1儲(chǔ)量盛裝液化氣體的壓力容器設(shè)計(jì)存儲(chǔ)量w=WPt式中：儲(chǔ)存量，式中：儲(chǔ)存量，小一一裝載系數(shù)；——壓力容器容積;設(shè)計(jì)溫度下的飽和溶液的密度，t/m3；根據(jù)設(shè)計(jì)條件w=6Vp0.85x10X0.5631=4.78551t1.設(shè)2備的選型及輪廓尺寸粗略計(jì)算內(nèi)徑：工D2L=10m34i一般LD=3—6，取LD=3得D二1619mm，圓整得：D:1600mmii選用 橢圓封頭，那么 封頭公稱直徑選取 ，那么此時(shí)的總體積為 8由于誤差較大，所以將筒體長(zhǎng)調(diào)整為,體積變?yōu)榱伺c封頭 K故，筒體公稱直徑與封頭的工程直徑選定為D=1600mm筒體長(zhǎng)選i定為L(zhǎng)=4500mm所以計(jì)算容積為3,工作容積：義第二章機(jī)械設(shè)計(jì),.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),.1筒.體1及封頭設(shè)計(jì)①材料的選擇純液氨是中度危害性的介質(zhì)，具有腐蝕性,又因?yàn)槭褂脺囟葹門OC\o"1-5"\h\z-20?50C，根據(jù)《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》中鋼板的使用條件，選用 。②筒體壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算I設(shè)計(jì)壓力液氨儲(chǔ)罐的工作溫度℃——0,故選取設(shè)計(jì)溫度 5,由《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》查的，該溫度下的絕對(duì)飽和蒸汽壓為2.03。0在本次設(shè)計(jì)中的液氨儲(chǔ)罐上裝有安全閥，通常認(rèn)為設(shè)計(jì)壓力為工作壓力的 一一1.1倍，所以設(shè)計(jì)壓力為 工程壓力取 。壓力容器類別確定一、劃分總原則綜合考慮壓力容器中介質(zhì)的危害程度、容器所受的壓力的高低和容器容積的大小來(lái)確定容器的危險(xiǎn)程度。二、介質(zhì)的危險(xiǎn)程度及分組壓力容器的介質(zhì)分為以下兩組，包括氣體、液化氣體以及最高溫度高于或等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體：第一組介質(zhì)，毒性程度為極度危害、高度危害的化學(xué)介質(zhì)，易爆介質(zhì)，液化氣體。第二組介質(zhì)，除第一組以外的介質(zhì)由于該儲(chǔ)罐為中壓（ ）介質(zhì)為液氨，液氨屬于易爆介質(zhì)，屬于第一組介質(zhì)，查壓力容器的分類圖II液柱靜壓力液氨的密度為3,筒體公稱直徑為 0則根據(jù)公式p=pgD可得P靜=0.008836MPa靜 i 靜III計(jì)算壓力Pc因?yàn)镻靜Y5%，所以液柱靜壓力可忽略不計(jì)，則計(jì)算壓力等于設(shè)P計(jì)壓力。IV設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力b】t為-20?50。。，假設(shè)筒體厚度為3?16mm,由《材料許用應(yīng)力表》可得Q345R的卜］=189MPaV焊接接頭系數(shù)。本次液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)采用雙面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接接頭，局部無(wú)損檢測(cè)，所以①=內(nèi)壓容器的計(jì)算厚度5根據(jù)內(nèi)壓容器的計(jì)算厚度公式【2】：=11.19mm2.233=11.19mm2義189*0.85-2.23311.19mm在6?16mm之間，故假設(shè)是成立的。取腐蝕裕量C=2mm，6=6+C=13.2mm2 d2負(fù)偏差C1=0,3mmo5d+C1=13.5mm查《鋼板厚度的常用規(guī)格表》，將其圓整為14mm，即名義厚度5n=14mm的。345R鋼板。③封頭壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算厚度根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算厚度公式：pD5=「］_^-i =11.16mm2b_t〃-0.5pc取腐蝕裕量C=2mm，5n=14mm2查《鋼板厚度的常用規(guī)格表》，將其圓整為14mm,即名義厚度5=14mm的q345r鋼板，可見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭與筒體等厚。n2.1接.管2及接管法蘭設(shè)計(jì)②管口表及連接標(biāo)準(zhǔn)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進(jìn)料口出料口———人孑L出氣口溫度計(jì)接口

壓力表接口液位計(jì)接口排液口安全閥接口③接管法蘭的選擇序號(hào)名稱公稱直徑DN鋼管外徑A1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螺栓Th法蘭厚度C法蘭頸法蘭高度H法蘭質(zhì)量(Kg)NBS叁H1心R1進(jìn)料口出料口5057165125184M1620752.986483.02安全閥接口排液口3238140100184M1618562.666422.0A7溫度計(jì)接口壓力表接口出氣口液位計(jì)接口253211585144M1218462.666401.0接管法蘭標(biāo)記名稱法蘭標(biāo)記溫度計(jì)接口壓力表接口出氣口液位計(jì)接口進(jìn)料口出料口安全閥接口排液口2.1.3人孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).密封面的選擇由于本次設(shè)計(jì)的介質(zhì)是中度危害的，所以本次設(shè)計(jì)采用凹凸法蘭密封面（）。.人孔的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力為 ，根據(jù)HG/T21514?21535-2005《鋼制人孔和手孔》【】，采用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔。該人孔標(biāo)記為：人孔MFMIII-35CMB500—2.5SHG/T21518—2005人孔結(jié)構(gòu)示意圖人孔結(jié)構(gòu)尺寸【3】密封面型式公稱壓力公稱直徑XbX44螺柱螺母螺柱總質(zhì)量數(shù)量直徑X長(zhǎng)度XX3022.1.核4算開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)在設(shè)計(jì)中,只有人孔需要補(bǔ)強(qiáng),去補(bǔ)強(qiáng)圈的公稱直徑為人孔直徑的二倍,厚度與筒體厚度相同.2.1支.座5的設(shè)計(jì)①支座的選擇鞍座結(jié)構(gòu)該臥式容器采用雙鞍式支座，材料選用 5估算鞍座的負(fù)荷：儲(chǔ)罐總質(zhì)量m=m+2m+m+m1 234m1—筒體質(zhì)量：m1=rDL8xp=3.14x1.6x4.5x14x10一3x7850=2484，6kgm一單個(gè)封頭的質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn) 《鋼制壓力容器用封頭》2中表橢圓形封頭質(zhì)量，可知，m2=315kgm—充液質(zhì)量：m=5742.6Kg33m一附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為 ，其他接管質(zhì)量總和估，即4m4=402kg綜上所述，m=m1+2m2+m3+m4=2846.6+2x315+5472.6+302=9521.2kg每個(gè)鞍座承受的重量為由此查 容器支座，選取輕型，焊制為包角為2有墊板的鞍座。查 得鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下表4

鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸 單位：公稱直徑允許載荷鞍座高度底板腹板筋板515253墊板螺栓配置鞍座質(zhì)量增加高度增加的質(zhì)量弧長(zhǎng)54間距螺孔螺紋孔長(zhǎng)

②鞍座位置的確定通常取尺寸不超過(guò)值，中國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn) 《鋼制臥式容器》規(guī)定W (2最大不超過(guò)否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過(guò)大。故A<0.2(L+2h)=0.2(4500+2x25)=910mm由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗變鋼度，故封頭對(duì)于圓筒的抗彎鋼度具有局部的加強(qiáng)作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對(duì)支座處圓筒截面的加強(qiáng)作用。因此， 還規(guī)定當(dāng)滿足W時(shí)，最好使w時(shí)，最好使w=Ri+，2R二幽+2二814mmm2 2A<0.5R=0.5x1006=407mm，取m綜上有： °鞍座標(biāo)記為：JB/T4712.1—2007,支座A1600—FJB/T4712.1—2007,支座A1600—S2由1液由位6計(jì)選擇本次設(shè)計(jì)采用磁性液位計(jì)，普通型，壓力等級(jí)為2.5MPa。根據(jù)實(shí)際要求，選用液位計(jì)的長(zhǎng)度為1100mm。標(biāo)記總.體7布局進(jìn)料管外伸度 0內(nèi)伸高度0出料管外伸高度 0內(nèi)伸高度。安全閥外伸高度 0內(nèi)伸高度。壓力表外伸高度內(nèi)伸高度出氣管外伸高度 內(nèi)伸高度。人孔外伸。內(nèi)伸。接管與接管間距 0接管與封頭間距 與焊縫距離不小于鞍座距封頭切線02.1焊.接8結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及焊條的選擇1）、殼體A,B類焊接接頭的設(shè)計(jì)該容器上的A,B類接頭必須采用對(duì)接焊，不允許采用搭接焊。對(duì)接焊易于焊透，質(zhì)量容易保證，易于作無(wú)損檢測(cè)，可獲得最好的焊接接頭質(zhì)量。該容器上的接管與殼體以及補(bǔ)強(qiáng)圈之間的焊接一般只能采用角接和搭接。2）、殼體C,D類焊接接頭的設(shè)計(jì)平蓋，管板與圓筒非對(duì)接連接的接頭，法蘭與殼體，接管連接的接頭,內(nèi)封頭與圓筒的搭接接頭以及多層包扎容器層板層縱向接頭,均屬C類焊接接頭，但已規(guī)定為A,B類的焊接接頭除外。接管、人孔、凸緣、補(bǔ)強(qiáng)圈等與殼體連接的接頭均屬于D類焊接接頭，但已規(guī)定為A,B類的除外。3）、焊接接頭坡口設(shè)計(jì)容器筒體，封頭與接管法蘭的厚度均在6=3?26mm的范圍，為了減小焊接變形和殘余應(yīng)力，因此可取接頭坡口形式為X形。4、常用焊接方法與焊條的選擇采用手工電弧焊，該方法設(shè)備簡(jiǎn)單，便于操作，使用于各種焊接，在壓力容器制造中應(yīng)用十分廣泛，鋼板對(duì)接，接管與筒體、封頭的連接等都可以采用。考慮母材力學(xué)性能與化學(xué)成分，對(duì)低碳鋼和低合金鋼構(gòu)件，要求等強(qiáng)度原則選擇焊條，即要求焊縫與母材的強(qiáng)度相等或基本相等，而不要求焊縫的化學(xué)成分與木材相同。不同類型的低合金鋼之間進(jìn)行異種鋼焊接時(shí)，應(yīng)選與其中強(qiáng)度較低的鋼材等強(qiáng)度的焊條進(jìn)行焊接，再綜合考慮金屬進(jìn)行熱處理后，對(duì)其力學(xué)性能的影響構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與剛性和經(jīng)濟(jì)性，該容器所用焊條使用型號(hào)如下表：接頭母材焊條型號(hào)焊條牌號(hào)Q345R+Q345RE5016(GB/T5n7)J506Q235-A+Q235-AE4316(GB/T5n7)J426Q235-A+Q345RE4303(GB/T5n7)J422圖8.3補(bǔ)強(qiáng)圈接頭形9強(qiáng)度校核鋼制臥式容器計(jì)算單位計(jì)算條件簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)壓力 pMPaJ(-1—1設(shè)計(jì)溫度 t50℃Jq?qTT 筒體材料名稱Q345R（熱軋）封頭材料名稱Q345R封頭型式標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭筒體內(nèi)直徑Di1600mm筒體長(zhǎng)度 L4500mm筒體名義厚度5n14mm支座墊板名義厚度5rn8mm筒體厚度附加量 C2.3mm腐蝕裕量 C12mm筒體焊接接頭系數(shù) ①0.85封頭名義厚度 5hn14mm封頭厚度附加量 Ch2.3mm鞍座材料名稱Q235AF鞍座寬度 b200mm鞍座包角 e120°支座形心至封頭切線距離 A400mm鞍座高度H250mm地震烈度度

內(nèi)壓圓筒校核 計(jì)算單位計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力尸 ： c 設(shè)計(jì)溫度t內(nèi)徑Di材料i試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)鋼板負(fù)偏差C1腐蝕裕量C2焊接接頭系數(shù)。2.03050.001600Q345R(板材)189.00189.00345.000.302.000.85MPaoCmmMPaMPaMPammmm1- pq一- i ——iii_ .—Di―-- --- -1_ i 一ii厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度PDX= c =1119°=2[o]t科Pc=11.19mm有效厚度8=°-C-C=11.7mm名義厚度 e n 1 2 °=14.00mm重量 n 2484.6Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25P3=2.791 （或由用戶輸入）MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平[a]T[o]T<0.90os=310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力o=p.(D+°)=226.16I TieT 2°2eMPa校核條件0T<[O]T校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力[P]=28e[0尸，=2.3324Lw」 (D+°)ieMPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力P(D,+°)ot=c2°e=153.8eMPa[o]池160.65MPa校核條件[o]t@Not結(jié)論合格

左封頭計(jì)算計(jì)算單位計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc2.233MPa設(shè)計(jì)溫度t50.00°C內(nèi)徑D.i1600.00mmT--H Di -]曲面高度h.i425.00mm材料Q345R（熱軋）（板材）試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力［司189.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力［o］t189.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)。0.85厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K=1[2+[D丫]=0.9238、2hji」計(jì)算厚度KPD3=26:0.5P=-16cmm有效厚度3e=3n-C1-C2=11.7mm最小厚度bmin=6.00mm名義厚度3n=14.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量31