20立方米液氨储罐设计说明书.doc

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1、目录课程设计任务书220m液氨储罐设计2课程设计内容3液氨物化性质与介绍31. 设备的工艺计算31.1 设计储存量31.2 设备的选型的轮廓尺寸确实定31.3 设计压力确实定41.4 设计温度确实定41.5 压力容器类别确实定42. 设备的机械设计52.1 设计条件52.2 结构设计62.2.1 材料选择62.2.2 筒体和封头结构设计62.2.3 法兰的结构设计61公称压力确定72法兰类型、密封面形式与垫片材料选择73法兰尺寸72.2.4 人孔、液位计结构设计81人孔设计82液位计的选择92.2.5 支座结构设计101筒体和封头壁厚计算102支座结构尺寸确定122.2.6 焊接接头设计与焊接

2、材料的选取141焊接接头的设计142焊接材料的选取162.3 强度校核162.3.1 计算条件162.3.2 内压圆筒校核172.3.3 封头计算182.3.4 鞍座计算202.3.5 开孔补强计算213. 心得体会224. 参考文献22课程设计任务书20m液氨储罐设计一、课程设计要求：1.按照国家最新压力容器标准、规X进展设计，掌握典型过程设备设计的全过程。2.设计计算采用手算，要求设计思路设计思路清晰，计算数据准确、可靠。3.工程图纸要求计算机绘图。4.独立完成。二、原始数据设计条件表序号项目数值单位备注1名称液氨储罐2用途液氨储存3最高工作压力MPa由介质温度确定4工作温度-20505公

3、称容积M3206工作压力波动情况可不考虑7装量系数(V)8工作介质液氨中度危害9使用地点某某市室外三、课程设计主要内容1.设备工艺设计2.设备结构设计3.设备强度计算4.技术条件编制5.绘制设备总装配图6.编制设计说明书四、学生应交出的设计文件论文：1.设计说明书一份；2.总装配图一X (A1图纸一X)课程设计内容液氨物化性质与介绍液氨，又称为无水氨，是一种无色液体，有强烈刺激性气味。氨作为一种重要的化工原料，为运输与储存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨。液氨在工业上应用广泛，具有腐蚀性且容易挥发，所以其化学事故发生率很高。液氨分子式NH3，分子量，相对密度，熔点，沸点，自燃点，

4、蒸汽压)。蒸汽与空气混合物爆炸极限为1625%最易引燃浓度为17%氨在20水中溶解度34%；25时,在无水乙醇中溶解度10%；在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂。水溶液呈碱性。液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。遇热、明火，难以点燃而危险性极低，但氨和空气混合物达到上述浓度X围遇火和燃烧或爆炸，如有油类或其它可燃物存在如此危险性极高。1设备的工艺计算工艺设计的内容是根据设计任务提供的原始数据和生产工艺要求，通过计算和选型确定设备的轮廓尺寸。设计储存量式中：W储存量，t；装量系数； V压力容器容积；m3设计温度下的饱和溶液的密度，200.563=9.57 t设

5、备的选型的轮廓尺寸确实定根据设计要求，本设计为卧式容器，筒体采用圆筒形，封头采用标准椭圆形封头查阅文献，筒体的根本参数如下：表1-1 筒体根本参数公称容积Vg/m公称直径DN/mm筒体长度L/mm2020005800查阅文献确定椭圆形封头根本参数如下表：表1-2 椭圆形封头参数公称直径DN/mm总深度H/mm内外表积A/m容积V/m2000525设备计算容积 V计=/4DN2L+V封2=/4实际工作容积 V工=V计1.3 设计压力确实定查阅文献常温压力储存液化气体压力容器规定温度下的工作压力液化气体临界温度规定温度下的工作压力无保冷设施有保冷设施无试验实测温度有试验实测最高工作温度并且能保证低

6、于临界温度5050饱和蒸气压力可能达到的最高工作温度下的饱和蒸气压力50在设计所规定的最大充装量下为50的气体压力试验实测最高工作温度下的饱和蒸气压力液氨液化气饱和蒸汽压与饱和液密度温度-15103050饱和蒸汽压绝压 MPa饱和蒸汽压密度 kg/m658625595563液氨临界温度为，其50饱和蒸汽压为故其设计压力为 Pd1.93=2.12 MPa Pd10MPa 属于中压容器1.4 设计温度确实定设备工作温度为-2050，故其设计温度为50，在-20200条件下工作属于常温容器。1.5 压力容器类别确实定液氨属于液化气体，查阅文献4，可知属于第一组介质查第一组介质压力容器类别划分图，可知

7、20m液氨储罐属于第类压力容器2设备的机械设计2.1 设计条件见表2-1和表2-2表2-1设计条件表内容备注工作介质液氨工作压力 Mpa设计压力 Mpa工作温度-2050设计温度50公称容积Vg m320计算容积V计m3工作容积V工m3装量系数 f介质密度t/m材质Q345R保温要求无保温层其他要求表2-2 管口表符号公称规格DN/mm连接法兰标准密封面用途或名称20HG/T 20592-2009FM液位计接口M450/FM人孔SV70HG/T 20592-2009FM安全阀接口A80HG/T 20592-2009FM液相进口管B100HG/T 20592-2009FM压力表接口C25HG/T

8、 20592-2009FM放空管D70HG/T 20592-2009FM氨气出口管E70HG/T 20592-2009FM液相出口管F70HG/T 20592-2009FM排污管2.2 结构设计 2.2.1 材料选择一般而言，以强度为主的中压设备采用低合金钢为宜，而且低合金钢对液氨也具有良好的耐腐蚀率，可选用低合金钢，Q245R和Q345R这两种钢材可以满足要求。由于Q345R许用应力高于Q245R,一样条件下，采用Q345R制造设备，可减小壁厚，减小设备重量，降低本钱，同时壁厚减小，也可以为材料和设备的运输以与制造加工带来很大的方便，所以选择Q345R制造设备筒体和封头。2.2.2 筒体和封

9、头结构设计由表1-1可知筒体公称直径DN=2000mm ，长度L=5800mm由表1-2可知EHA标准椭圆形封头公称直径DN=2000mm 总深度H=525mm如此其直边长h=25mm 2.2.3 法兰的结构设计法兰有设备法兰和管法兰，设备筒体和封头焊接在一起，所以不需要设备法兰，只有管法兰。1公称压力确定设备设计压力为，操作温度为-2050，可选用锻件，材料选16Mn查文献可知，在操作温度X围内，PN25材料为16Mn的钢制管法兰最大允许工作压力为，满足设计要求，故管法兰公称压力为PN252法兰类型、密封面形式选择液氨易挥发，为强渗透性的中度危害介质，查文献可知须采用带颈对焊型管法兰，面封面

10、采用凹凸面密封。3法兰尺寸查阅文献可知各法兰详细尺寸与法兰质量，详细见如下图2-2和表2-3图2-2表2-3 PN25带颈对焊钢制法兰单位： mm接收代号公称尺寸DN钢管外径A1连接尺寸法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰质量M(kg)法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n个螺栓ThNSH1RB8089200160188M162410512858D5057165125184M1620758648C253211585144M12184664406576185145188M16229010652202510575144M12184064402.2.4 人孔、液位计结构设计1人孔设计人孔的作

11、用：为了检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷以与装拆设备的内部零件。人孔的结构：人孔为组合件，包括承压零件筒节、端盖、法兰、密封垫片、紧固件等受压元件，以与人孔启闭所需要的轴、销、耳、把手等非受压件。圆形人孔的公称直径规定为400600mm容器公称直径大于或等于1000mm且筒体与封头为焊接连接时，至少设一个人孔。卧式容器的筒体长度大于等于6000mm,应考虑设置2个以上人孔。综合考虑，选择回转该带颈对焊法兰人孔，公称压力PN2.5,公称直径DN450，MFM型密封面,材料选用16MnR标记为：人孔 MFM s-35CM (NM-XB350) A 450-2.5 HG/T 2

12、1518-2005查阅文献，得本次选用回转盖带颈对焊法兰人孔结构尺寸，见如下图2-3和表2-4表2-4 回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表密封面型式公称压力PN公称直径DNdDD1H1H2bMFM4504801245667060025012142b1b2ABLd0螺柱螺母螺柱总质量数量直径长度4146375175250242040M332165245图2-3 回转盖带颈对焊法兰人孔结构图2液位计的选择液位计是用以指示容器内物料液面的装置，液位计的种类很多，常见的有许多包括玻璃管液面计、玻璃板液面计、浮标液面计、防霜液面计、磁性液位计等其中：玻璃管液面计和玻璃板液面计适用于工作温度在0以上；浮标液面计

13、适用于常压设备；防霜液面计适用于液体温度在0一下的液体测量；液氨储罐工作温度在-2050，设计压力为，以上三种都不适合。磁性液位计适用于PN=1.616MPa，-40300，液体密度0.45g/cm，适合于液氨储罐根据设计要求选择磁性液位计，标记如下： HG/T 21584-95 UZ2.5M-1400-0.6 BF321C 2.2.5 支座结构设计容器支座有鞍式支座、腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座。腿式支座和支承式支座用于低矮立式设备的支承，耳式支座用于中小型立式圆筒形容器的悬挂式支承，裙式支座用于高大型高塔的支承，鞍式支座是卧式容器经常采用的支座形式，本设计也采用鞍式支座。置于支

14、座上的卧式容器，其情况和梁相似，有材料力学分析可知，梁弯曲产生的应力与支点的数目和位置有关。当尺寸和载荷一定时多支点在梁内产生的应力较小，因此支座数目似乎应该多些好。对于大型卧式容器而言，一般情况采用双支座。此外，卧式容器由于温度或载荷变化时都会产生轴向的伸缩，因此容器两端的支座不能都固定在根底上，必须有一端能在根底上滑动，以防止产生过大的附加应力。通常的做法是将一个支座上的地脚螺栓孔做成长圆形，并且螺母不上紧，使其成为活动支座，而另一支座仍为固定支座。所以本设计就采用这种双支座结构。查阅文献，可知一边为F型，一边为S型。鞍座的材料除垫板外都为Q235-B，加强垫板的材料与设备壳体材料一样为Q

15、345R。1筒体和封头壁厚计算筒体壁厚计算圆筒的设计压力为2.12 Mpa,容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数为1.00,全部无损探伤。在板厚316mm时取许用应力为189 Mpa。液柱静压力gh=1而gh2.123=0.9% 5%所以可以忽略。故筒体壁厚12000)/(2189-2.12)=11.28mm 查得钢板厚度负偏差C1=0.3mm,双面腐蚀取腐蚀裕量。1筒体的设计厚度为：d=+C2=n=d+C1=对厚度进展圆整可得名义厚度为：=14mm确定用厚的Q345R钢板制作筒体。有效厚度mm 封头壁厚计算本容器用标准椭圆封头，厚

16、度根据公式：1其中各数据跟筒体一样， = 2000)/(22.12)=11.25mm 封头的设计厚度为：2d=+C2=n=d+C1=对厚度进展圆整可得名义厚度为：=14mm确定用厚的Q345R钢板制作封头。有效厚度可见封头厚度近似等于筒体厚度，所以圆整后取=14mm，有效厚度水压试验试验方法：试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内的空气排尽，试验过程中，应保持容器外外表的枯燥。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于30min。然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间以便对所有焊接接头和连接部位进展检查。如有渗漏，修补后重新试验。水压试验，液体的温度不得低

17、于5；试验校核：材料Q345R的=189Mpa,t =189Mpa，P=2.12Mpa,s=345Mpa。水压试验时的压力PT2.12=2.65Mpa 水压试验的应力校核：水压试验时的应力1 = /2 =227.82Mpa 水压试验时的许用应力为故筒体满足水压试验时的强度要求。2支座结构尺寸确定鞍座载荷计算：储罐总质量筒体的质量：查得圆筒体材料Q345R密度=7800/m,筒体长度5.8m,如此质量:m1=DLn5.8 封头的质量:根据封头的名义厚度查阅文献可知封头质量为水压试验时水的质量：m3=201000=20000。附件的质量：人孔重245kg，补强圈，管法兰27kg，钢管，液位计。 m

18、4所以设备总质量为m=3977.50+2即每个鞍座所受支座反力F=122.95 kN鞍座尺寸标准:查阅文献根据筒体公称直径，选取公称直径DN=2000mm ，120包角轻型(A)带垫板鞍式支座，允许载荷，满足要求。由公称直径查文献得具体尺寸如下表2-5与图2-4图2-4 鞍式支座结构尺寸图表2-5 鞍座结构尺寸表公称直径DN2000腹板10垫板430允许载荷Q/kN295筋板29510鞍座高度h250190e80底板1280260螺栓间距11202208螺孔/螺纹D/l24/M2012垫板弧长2100鞍座质量Kg162鞍座位置确实定双鞍座卧式容器的受力状态可简化为受均布载荷的外伸梁，由材料力学

19、知，当外伸长度时，跨度中央的弯矩与支座截面处的弯矩绝对值相等，所以一般近似取,其中L取两封头切线间距离，A为鞍座中心线至封头切线间距离。A5800+252)=1170mm当鞍座邻近封头时，如此封头对支座处筒体有加强刚性的作用。为了充分利用这一加强效应因此当满足A时，最好使A 0, 即 A 01000+14=507mm综合以上：取A=507mmS=L-2A=5800+50-1000=4850mm, 2.2.6 焊接接头设计与焊接材料的选取容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝和热影响区的总称。焊接接头的形式直接影响到焊接的质量与容器安全。1焊接接头的设计本设计中，壳体上的所有纵向与环向

20、接头、椭圆形封头上的拼接街头与壳体与封头的接头，即A、B类接头，必须采用对接焊，不允许采用搭接焊，且对接接头都为等厚度焊接。焊接接头坡口形式与尺寸：对接接头坡口形式与尺寸筒体壁厚为14mm，所以选择X形坡口，适用于筒体上A、B类接头，具体结构尺寸如如下图2-5图2-5 对接接头结构尺寸图接收与筒体连接接头坡口形式与尺寸接收与壳体与补强圈之间的焊接一般只能采用角焊和搭焊，具体的焊接结构还与对容器强度与安全的要求有关，有多种形式，涉与到是否开坡口、单面焊、焊透与焊不透等问题。本设计接收与筒体的连接有带补强圈与不带补强圈两种，查阅文献，结合本设计实际综合考虑，确定接头结构尺寸如如下图2-6、图2-7

21、图2-6 不带补强圈接收与筒体连接接头结构尺寸图2-7 带补强圈接收与筒体连接接头结构尺寸2焊接材料的选取本设计采用手工电弧焊，其设备简单，便于操作，适用于各种焊接，在压力容器制造中应用十分广泛，钢板对接，接收与筒体、封头的连接等都可以采用。手工电弧焊的焊接材料是焊条，本设计材料主要为低合金钢和碳钢，需要用到低合金焊条和碳钢焊条，对于这二者的选用主要考虑如下因素：对低碳钢和低合金钢，要按等强度原如此选择焊条，即要求焊缝与母材强度相等或根本相等，而不要求焊缝金属的化学成分与母材一样；当低碳钢与低合金钢之间、或不同种类的低合金钢之间进展焊接时，应选用与其中强度较低的钢材等强度的焊条进展焊接。 Q3

22、45R钢板抗拉强度510640MPa 16Mn无缝钢管抗拉强度510660MPa Q235B钢板抗拉强度375500MPa查阅文献结合本设计实际综合考虑，所选用焊条如下表2-6表2-6 焊条的选取材料Q345R16MnQ235-BQ345RE5015E5015E430316MnE5015E5015E4303Q235-BE4303E4303E43032.3 强度校核2.3.1 计算条件钢制卧式容器计算单位某某理工大学计算条件简图设计压力pMPa设计温度t50筒体材料名称Q345R封头材料名称Q345R封头型式椭圆形筒体内直径 Di2000mm筒体长度L5800mm筒体名义厚度dn14mm支座垫板

23、名义厚度drn10mm筒体厚度附加量Cmm腐蚀裕量C12mm筒体焊接接头系数F1封头名义厚度dhn14mm封头厚度附加量 Chmm鞍座材料名称Q235-B鞍座宽度 b220mm鞍座包角120支座形心至封头切线距离A450mm鞍座高度H250mm地震烈度八(0.2g)度2.3.2 内压圆筒校核内压圆筒校核计算单位某某理工大学计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力PcMPa设计温度 t C内径Dimm材料 Q345R ( 板材)试验温度许用应力sMPa设计温度许用应力stMPa试验温度下屈服点ssMPa钢板负偏差C1mm腐蚀裕量C2mm焊接接头系数f厚度与重量计算计算

24、厚度d =mm有效厚度de =dn - C1- C2= mm名义厚度dn = mm重量Kg压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT P = 2.65 MPa压力试验允许通过的应力水平sTsT 0.90 ss =MPa试验压力下圆筒的应力sT = = MPa校核条件sTsT校核结果合格压力与应力计算最大允许工作压力Pw= = MPa设计温度下计算应力st = = MPastfMPa校核条件stfst结论合格2.3.3 封头计算左封头计算：左封头计算计算单位某某理工大学计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力PcMPa设计温度 t C内径Dimm曲面深度

25、himm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力stMPa试验温度许用应力sMPa钢板负偏差C1mm腐蚀裕量C2mm焊接接头系数f压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT Pc= 2.63 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss =MPa试验压力下封头的应力sT = = MPa校核条件sTsT校核结果合格厚度与重量计算形状系数 K = = 计算厚度dh = mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= mm最小厚度dmin = mm名义厚度dnh = mm结论满足最小厚度要求重量 Kg压力计算最大允许工作压力Pw= = MPa结论合格右封头计算：

26、右封头计算计算单位某某理工大学计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力PcMPa设计温度 t C内径Dimm曲面深度himm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力stMPa试验温度许用应力sMPa钢板负偏差C1mm腐蚀裕量C2mm焊接接头系数f压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT Pc= 2.65 MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss =MPa试验压力下封头的应力sT = = MPa校核条件sTsT校核结果合格厚度与重量计算形状系数 K = = 计算厚度dh = mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= mm最小厚度d

27、min = mm名义厚度dnh = mm结论满足最小厚度要求重量 Kg压力计算最大允许工作压力Pw= = MPa结论合格2.3.4 鞍座计算卧式容器双鞍座计算单位某某理工大学计算条件简图计算压力pCMPa设计温度t50圆筒材料Q345R鞍座材料Q235-B圆筒材料常温许用应力 s189MPa圆筒材料设计温度下许用应力st189MPa圆筒材料常温屈服点ss345MPa鞍座材料许用应力 ssa147MPa工作时物料密度563kg/m3液压试验介质密度1000kg/m3圆筒内直径Di2000mm圆筒名义厚度14mm圆筒厚度附加量mm圆筒焊接接头系数1封头名义厚度14mm封头厚度附加量 Chmm两封头

28、切线间距离6850mm鞍座垫板名义厚度10mm鞍座垫板有效厚度10mm鞍座轴向宽度 b220mm鞍座包角120鞍座底板中心至封头切线距离A450mm封头曲面高度525mm试验压力pTMPa鞍座高度H250mm腹板与筋板组合截面积16880mm2腹板与筋板组合截面断面系数360302mm3地震烈度8(0.2g)圆筒平均半径 Ra 907mm物料充装系数一个鞍座上地脚螺栓个数2地脚螺栓公称直径20mm地脚螺栓根径mm鞍座轴线两侧的螺栓间距1120mm地脚螺栓材料Q235-A2.3.5 开孔补强计算根据GB150当壳体开孔同时满足设计压力，两相邻开孔中心的间距不小于两孔直径之和的两倍，接收工程外径8

29、0mm，且最小壁厚满足如下表2-7要求时，可不另行补强。表2-7 接收最小壁厚 mm接收公称直径253238454857657689最小壁厚经计算只有人孔和备用孔需要补强，为了节省原材料和加工制造方便，使用筒体材料补强，查阅文献得到两孔补强数据如表2-8。表2-8 人孔备用孔开孔补强数据接收名称或用途接收公称直径dN/mm接收外径d0/mm补强圈外径D2/mm补强圈内径D1/mm补强圈厚度mm补强圈质量m/kg人孔45048076049014备用孔808618086143心得体会在教师的带领下，经过认真的学习。两周的储罐课程设计很快就到了交图的时候，这次课程设计让我学到了许多东西，让我对化工设

30、备机械根底这门课有了进一步的认识，同时也让我意识到了许多不足之处。以后需要更多的学习。我们都知道，要想做出准确清晰的装配图，首先要有一个明确的思路，要考虑多种因素包括环境条件和介质的性质等再选择适宜的设计参数，对罐体的材料和结构确定之后还要进展一系列校核计算，包括筒体、封头的应力校核，以与鞍座的载荷和应力校核。校核合格之后才能确定所选设备是否符合要求。通过这次设计我们独自解决问题的能力也有所提高。在整个过程中，我查阅了相关书籍和文献，取其相关知识要点应用到课设当中，而且其中有很多相关设备选取标准可以直接选取，这样设计出来的设备更加符合要求。在设计中还要用到CAD软件制图，在绘图的整个过程中，我

31、对制图软件的操作更加熟悉。这样，经过努力。两周的课程设计已完毕，我的设计还有很多的不足，但经过这次设计，也让我找到了自己该努力的方向，我相信，经过我的努力我一定可以成为一个合格的设计人员。在这里，也特别感谢在设计过程中给予我指导和鼓励的晁教师，也希望教师对我设计中的不足之处多多指教。经过这次学习，也学到了很多有用的知识。希望自己以后在这方面继续努力。4参考文献1X津洋、董其伍、桑芝富主编过程设备设计：化学工业，201021428-74卧式椭圆形封头容器根本参数3GB/T 25198-2010压力容器封头4TSG R0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程5HG/T 20592-2009钢制管法兰：中华人民某某国工业和信息化部，20096HG/T 20583-2011钢制化工容器结构设计规定7HG/T 21518-2005回转盖带颈对焊法兰人孔8鞍式支座第一局部：鞍式支座：中华人民某某国国家开展和改革委员会，20079/T 4736-2002补强圈：国家经济贸易委员会，200210GB/T 5117-1995 碳钢焊条11GB/T 5118-1995 低合金钢焊条12GB/T 150-2011 压力容器