10立方米氮氣罐設計

vv..資料.《化工設備機械基礎》課程設計10立方米氮氣罐設計系部：化學與環(huán)境工程系專業(yè)：設備10-6班學號：2010232247姓名：韓向陽指導教師：趙寶平時間：2012年12.22-12.31

新疆工業(yè)高等專科學校課程設計評定意見設計題目：成員姓名：設計題目：成員姓名：評定意見：評定成績：指導教師（簽名）：化學工程系課程設計任務書12~13學年第一學期2012年12月22日專業(yè)化工設備維 ?A班級修技術、QS1 、工化工設備機械基設備10-6班課程名稱 ?礎設計題目液氮儲氣罐設計指導教師趙寶平起止時間2012年12.22?12.31周數 2周設計地點圖書館設計目的：1、綜合運用機械設計基礎課程及其它先修課程的理論和生產實際知識進行機械設計訓練，使理論和生產實際知識密切地結合起來，從而使這些知識得到進一步鞏固、加深和擴展。2、學習和掌握通用機械零件、機械傳動裝置或簡單機械的一般設計方法，培養(yǎng)學生工程設計能力和分析問題、解決問題的能力。3、對學生在計算、制圖、運用設計資料以及經驗估算、考慮技術決策、機械CAD技術等機械設計方面的基本技能進行一次訓練，以提高這些技能的水平。設計任務或主要技術指標：1.罐體壁厚的設計 2.封頭厚度設計 3.支座的設計 4.人孔的設計 5.人孔強度的補償 6.接管設計要求.課題介紹.布置強度計算.強度計算和考慮結構設計.檢查強度計算結果.完成CAD圖.完成設計說明書.交設計說明書.設計答辯。主要參考書及參考資料：1、機械設計基礎（第二版），鄧昭銘、張瑩，高等教育出版社，2000年7月.機械設計課程設計指導書（第二版），羅圣國、李平林。高等教能出版社，1990年4月。.機械設計課程設計手冊，清華大學，吳宗澤，北京科技大學，羅圣國，高等教育出版社。教研室主任（簽名）系（部）主任（簽名）2012年12摘要氮氣的化學性質很穩(wěn)定，常溫下很難跟其他物質發(fā)生反應，但在高溫、高能量條件下可與某些物質發(fā)生化學變化，用來制取對人類有用的新物質。氮氣罐，又稱氮氣瓶，是用來運輸、使用氮氣的儲存設備，耐高壓，一般可以存儲高壓液態(tài)氮。氮氣罐的設計主要考慮壁厚、封頭、底座、人孔、接管等。其中壁厚、封頭設計要考慮設計的厚度、材質和氣壓試驗；支座設計主要包括罐體質量、封頭、液氮質量、附體質量等設計；人口主要考慮開口和補強；接管設計主要包括液氮的進料管、液氮的出料管、壓力表口、備用口、安全閥口、排污口的設計.10m3氮氣罐設計設備設計主要技術指標:設計壓力MPa1.1設計溫度℃常溫常^溫最高工作壓力MPa0.8工作溫度℃常溫常^溫介質名稱氮氣設備主要材料16MnR設備容積10m3管口表:符號公稱壓力公稱尺寸法蘭形式密封面形式用途伸出長度aPN1.6DN50RF氮氣出口120bPN1.6DN50SORF氮氣進口120cZG1//2HSO內螺紋壓力表口120dPN1.6DN50SORF備用口120ePN1.6DN50SORF安全閥口120fPN1.6DN50SORF排污口見圖gPN1.6DN50SORF人孔250hZG1/7r2HSO外螺紋外板口120TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"罐體壁厚的設計 1\o"CurrentDocument"計算厚度 1\o"CurrentDocument"校核液壓試驗強度 1\o"CurrentDocument"封頭厚度設計 2\o"CurrentDocument"計算封頭厚度 2\o"CurrentDocument"校核罐體與封頭液壓試驗強度 2\o"CurrentDocument"支座的設計 3\o"CurrentDocument"罐體質量m 31\o"CurrentDocument"封頭質量m 32液氮質量m 43附體質量m 5\o"CurrentDocument"人孔 5\o"CurrentDocument"人孔補強 6\o"CurrentDocument"確定殼體和接管的計算厚度及開孔直徑 6\o"CurrentDocument"確定殼體和接管的實際厚度開孔有效補強寬度B及外側有效補強高度h 7\o"CurrentDocument"計算需要補強的金屬面積和可以作為補強的金屬面積 7\o"CurrentDocument"接管 8\o"CurrentDocument"液氮進料 8\o"CurrentDocument"液氮出料管 8\o"CurrentDocument"壓力表口 8\o"CurrentDocument"備用口 9\o"CurrentDocument"安全閥口 9\o"CurrentDocument"排污口 9致謝 10\o"CurrentDocument"符號說明 11\o"CurrentDocument"參考資料 131罐體壁厚的設計根據第8章選材所作的分析，本貯罐主要材質為16MnR制作，根據新標準GB/TF3-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》，16MnR則為Q345R，由于工作溫度按常溫計[o]=170MPa算，則查[o]=170MPao=345MPa①=0.85（采用雙面焊對接接頭，局部無損檢測）s取C=1.0mm2D=1800mmi1.1計算厚度PD8= e-i 2[o1PD8= e-i 2[o1①-Pc2x170x0.85-1.1設計厚度：8=8+C=6.88+1.0=7.88mm根據8=7.88mm，查表12-9得C=0.25mmd1名義厚度：8=8+C+圓整量=7.88+0.25+圓整量nd1圓整后，取名義厚度8=9mm復驗：8義6%=9義6%=0.54mm>0.25mm故最后取C=0.25mm。n1該氮氣罐可用9mm厚的Q345R鋼制作。1.2校核水壓試驗強度根據式oT<0.9軻式中，PT=1.25P目=1.25義1.1x1=1.375MPa8=8-C=9-（C+C）=9-1.25=7.25mm12en12o=345MPa1.375x(1800+7.25)則8= =171.38MPat 2x7.250.9峭=0.9x0.85x345=263.93MPaS可見o<0.9淄；所以液壓試驗強度足夠Ts2封頭厚度設計采用標準的蝶形封頭2.1計算封頭厚度1.33PD 1.33x1.1x18008=-f-=| c——i—= =9.13mm201。一0.5P 2x170x0.85—0.5x1.1c8=8+C=9.13+1.0=10.13mmd2根據8=10.13mm由表12-9所杳C=0.25mm，則：d18+C=10.13+0.25=10.38mmd1圓整后采用o=11mm厚的鋼板。復驗8x6%=10.38x6%=0.62>0.25mm,nn故最后確定C1=0.25mm，故該蝶形封頭可用11mm厚的Q345R鋼制作。2.2校核罐體與封頭液壓試驗強度OT二PtD+8。?0邱，eP=1.25P=1.25x1.1=1.38MPa C=C+C=0.25+1=1.25mmT 128=8-C=10-1.25=8.75mmen8=345MPa (P)頁s 4281.38x(1800+8.75)o= =142.63MPat2x8.750.9峭=0.9義0.85義345=263.93MPaS因為o<0.9淄 所以液壓試驗強度足夠Ts3支座的設計首先粗略計算支座負荷儲罐總質量m=m+m+m+m1234m1—罐體質量m—封頭質量2m3—液氮質量m—附件質量4罐體質量mm1D=1800mm,5=9mm,L=4100mm的筒節(jié)Nnm=兀D5Lp=3.14x(1800+9)x9x4100x7850=1645kg1i封頭質量m2D=1800mm，5=9mm直邊=20mm其質量m'Nn 2m'=0.34兀D2x5xp2 in=0.34x3.14x18002x7850x10=272kgm=2m'=272x2=543kg22液氮質量m3m=PV其中裝置系數取0.93p貯罐容積TOC\o"1-5"\h\zc c兀 兀V=2V+V=2X—D3+D2L1 2 26i4i3.14 3.14=2x—18003+—18002x410026 4=11.8m3液氮在常溫下的密度為1.25kg^m3m=11,8X1.25X0.9=13.28kg33.4附體質量m4人孔質量約為200kg，其他接管質量總和按300kg計算于是m=500kg4儲罐總質量m=m+m+m+m1234=1645+543+13.28+500=2701.28F=mg=2701.28x9,81?6624.94 4根據表14-18可選用JB/T4725-92，支承式支座材料 Q345-A-F4人孔根據當設備內徑D>1000mm時，至少開設1個。=500mm的人孔，或2個。=150mmi的手孔。根據儲罐的設計溫度、最高工作壓力、材質、介質以及使用要求等條件，選用公稱壓力1.1MPa的帶頸平焊法蘭人孔(HG-20592-97),人孔公稱直徑選定為500mm。采用密封型RF和石棉膠版墊片。人孔各零件名稱、材質及尺寸見表14-22該水平頸對平焊法蘭人孔的標記為

人孔SO—RF500—1.1HG20592—97人孑^PN1.6DN500件號標準號名稱數量材料尺寸1GBT713-2008同節(jié)1Q345Rdx5=500x1w02HG20592法蘭116Mnlll（斷鍵）5=33HG20592墊片1石棉橡膠板b=39b=441 24HG20592法蘭蓋//、 rm1Q345RM33x2x1755HG20613螺柱20M30M336HG20613螺母40M307吊環(huán)1Q345—A-F8轉臂1Q345—A-Fd=3609GB/T95-2000墊圈201100HV10GB/T6170-2000螺母25級M2011吊鉤1Q345—A-F12GB/T8163—2008環(huán)1Q345—A-F13無縫鋼管1205人孔補強5.1確定殼體和接管的計算厚度及開孔直徑由已知條件知，殼體計算厚度3=9mm。接管計算厚度為PD3=「干，?！?/p>

t2匕1巾+PC_ 1.1義500―2義170*0.85+1.1=2mm開孔直徑為d=d+2C

1=(500-15x2)+2xL25=472.5mm5.2確定殼體和接管的實際厚度開孔有效補強寬度B及外側有效補強高度h1已知殼體名義厚度3=9mm，補強部分厚度S=9mm，nn接管有效補強寬度為d=接管內直徑+2C=472.5mmB=2d=2x472.5=945mm接管外側有效補強高度為h1=Jd3：=7472.5x9=65.2mm5.3計算需要補強的金屬面積和可以作為補強的金屬面積需補強的金屬面積為A=d3=472.5x6.88=3250.8mm2可作為補強的金屬面積為A=（B-d）G-b）=（945-472.5）（7.55-6.88）=411.1mm21eA=2h（5-5）f=（9-2）x2x65.2=912.8mm22 1ettrA=A+A=411.1+912.8=1324mm2e12比較A與AA〉Ae，所以補強厚度不足夠。加補強面積A=A-A=3250.8-1324=1927mm2,4e6接管液氮進料采用。57mmx3,5mm無縫鋼管（強度驗算略）。管的一端切成450，伸入儲罐內少許。配用圖面板是平焊法蘭：HG20592法蘭PL50-1.6RF16M川n液氮出料管采用。57mmx3.5mm無縫鋼管（強度驗算略）。管的一端切成450，伸入儲罐內少許。配用圖面板是平焊法蘭：HG20592法蘭PL50-1.6RF16M川n壓力表口采用2GL'2英寸無縫鋼管，管內螺紋，伸出長度為120mm。由于殼體開孔滿足下述全部要求，所以不需要補強（1）設計壓力p<2.5MPa（2）兩相鄰開孔中心間距（對曲面間距以弧長計算）應不小于兩孔直徑之和的兩倍；（3）接管外徑＜89mm（4）接管最小厚度滿足下表要求接管最小厚度接管外徑最小厚度接管外徑最小厚度25,32,383.557,655.045,484.076,896.0配用法蘭：HG20592法蘭PL50—1.6RF16Milln備用口公稱壓力為16MP，公稱直徑為50mm，伸出長度為120mm，采用^57義3.5mm無縫A鋼管，采用帶頸平焊法蘭（SO）法蘭密封面形式采用突面（RF）配用法蘭： HG20592 法蘭SO50—1.6RF16m川n安全閥口公稱壓力為16MP，公稱直徑為25mm，伸出長度為120mm，采用^32義3.5mm無縫A鋼管，采用帶頸平焊法蘭（SO）法蘭密封面形式采用突面（RF）配用法蘭：HG20592 法蘭SO25—1.6RF16M|||n排污口在設備最下端安設一個排污管，管子規(guī)格是*32義3.5mm，管段裝有一個與截止閥J41W—16相配的管法蘭：HG20592 法蘭SO25—1.6RF16Min

序號名稱指標序號名稱指標1設計壓力3物料名稱液氮1.1MPa4容積10M32工作溫度常溫如CAD所標注:序號圖號或標準號名稱材料數量1HG20592法蘭5。25-1.616Milln12接管457mmx3.5mm10(GB/T8163)23Q345R封頭C=0.5mm10cmQ2345R鋼24接管457mmx3.5mm10(GB/T8163)25Q345R罐體9mmQ2345R16HG20592-97人孔SO-RF500-1.117IB/T4736-2002補 強。760/。484Q2345R18HG20592法蘭PL50-1.616MIn19HG20592安全閥16MIn110JB/T4725-92支座Q345R-A.F111432x3.5mm16M1n1本設計是在趙寶平老師的悉心指導下完成的。老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹的治學態(tài)度，精益求精的工作作誨人不倦的高尚師德，嚴以律己，寬以待人的崇高風范，樸實無華，平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術目標，掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。本設計從選題到到完成，每一步都是在老師的指導下完成的，傾注了老師大量的心血。在此，謹向老師表示崇高的敬意和衷心的感謝。本設計的順利完成，離不開各位老師，同學和朋友的關心和幫助。在此致謝趙寶平老師的指導和幫助，沒有你們的幫助和指導是沒有辦法完成我的設計的。符號說明P——計算壓力MpcaD——圓筒的內徑mmiDO——圓筒的外徑mm[P]——圓筒的最大容許壓力Mpwa5——圓筒的計算厚度mm5——圓筒的設計厚度mm5=5+Cd d25——圓筒的名義厚度mm5=5+Cn nd15——圓筒的有效厚度其值5=5+Ce en151——圓筒材料在設計溫度下的許用應力MPaot——圓筒材料在設計溫度下的計算應力Mpa—焊接接頭系數C1——鋼板厚度的負偏差mmC——腐蝕余量mm2C——厚度附加量mmC=C+C12o——圓筒壁在試驗壓力下的計算應力Mptao——圓筒材料