10立方米液氨压力容器储罐设计说明书 .doc

目录第一章 工艺设计 1.1任务书*1.2储量*1.3备的选型及轮廓尺寸*第二章 机械设计2.1结构设计2.1.1筒体及封头设计 材料的选择* 筒体壁厚的设计计算* 封头壁厚的设计计算*2.1.2接管及接管法兰设计 接管尺寸选择* 管口表及连接标准* 接管法兰的选择 * 紧固件的选择 *2.1.3人孔的结构设计 密封面的选择 * 人孔的设计* 2.1.4 核算开孔补强* 2.1.5支座的设计 支座的选择* 支座的位置*2.1.6液面计及安全阀选择2.1.7总体布局2.1.8焊接接头设计2.2强度校核 小结课 程 设 计 任 务 书1设计目的：设计目的1) 使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。2) 掌握查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。3) 掌握电算设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算机操作和专业软件的使用。4) 掌握工程图纸的计算机绘图。2设计内容1）设备工艺、结构设计；2）设备强度计算与校核；3）技术条件编制；4）绘制设备总装配图；5）编制设计说明书。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：1）设计说明书：主要内容包括：封面、设计任务书、目录、设计方案的分析和拟定、各部分结构尺寸的设计计算和确定、设计总结、参考文献等； 2）总装配图设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字书写采用仿宋体、内容要详尽，图纸采用计算机一、 绪论1、任务说明设计一个容积为10的液液氨储罐，采用常规设计方法，综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准，按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、人孔、接管进行设计，然后采用SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。2、液氨的性质分子式：NH3 气氨相对密度(空气=1)：059 分子量：1704液氨相对密度(水=1)：0.602824(25) 液氨，又称为无水氨，是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料，应用广泛，为运输及储存便利，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，而且具有腐蚀性，且容易挥发，所以其化学事故发生率相当高。为无色液体，有强烈刺激性气味，极易气化为气氨。密度0.617g/cm3；沸点为33.5，低于77.7可成为具有臭味的无色结晶。 液氨为第2.3类 有毒气体 二、 设计参数的确定 表1：设计参数表序号项 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2.332MPa由介质温度确定4工作温度-20505公称容积（Vg）10M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(V)0.858工作介质液氨（中度危害）9 使用地点太原市,室外 第一章工艺设计1.1 存储量盛装液化气体的压力容器设计存储量式中：W储存量，t； 装载系数； V压力容器容积； 设计温度下的饱和溶液的密度，；根据设计条件=1.2 设备的选型及轮廓尺寸粗略计算内径： 一般 ，取得，圆整得： 选用EHA椭圆封头，那么 L=4800mm. 封头公称直径选取1600mm，那么此时的总体积为10.82m³。由于误差较大，所以将筒体长调整为L=4500mm，体积变为了与封头10.2m³。故，筒体公称直径与封头的工程直径选定为筒体长选定为. 所以计算容积为10.2m³，工作容积：10.2×0.85=8.67m³。第二章 机械设计2.1 结构设计2.1.1筒体及封头设计.材料的选择纯液氨是中度危害性的介质，具有腐蚀性,又因为使用温度为，根据课程设计指导书中钢板的使用条件，选用Q345R。.筒体壁厚设计计算I.设计压力 液氨储罐的工作温度-2050，故选取设计温度t=50，由课程设计指导书查的，该温度下的绝对饱和蒸汽压为2.030MPa。在本次设计中的液氨储罐上装有安全阀，通常认为设计压力为工作压力的1.050倍，所以设计压力为2.233MPa,工程压力取2.5MPa。压力容器类别确定一、划分总原则综合考虑压力容器中介质的危害程度、容器所受的压力的高低和容器容积的大小来确定容器的危险程度。二、介质的危险程度及分组压力容器的介质分为以下两组，包括气体、液化气体以及最高温度高于或等于标准沸点的液体：（1） 第一组介质，毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体。（2） 第二组介质，除第一组以外的介质由于该储罐为中压（1.6MPa<P <10MPa）,介质为液氨，液氨属于易爆介质，属于第一组介质，查压力容器的分类图1-1 此容器为第一类压力容器.II.液柱静压力液氨的密度为563Kg/m³，筒体公称直径为1600mm。，则根据公式可得III.计算压力因为，所以液柱静压力可忽略不计，则计算压力等于设计压力。IV.设计温度下材料的许用应力为，假设筒体厚度为，由材料许用应力表可得的V.焊接接头系数本次液氨储罐的设计采用双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头，局部无损检测，所以0.85。内压容器的计算厚度 根据内压容器的计算厚度公式【2】： 在之间，故假设是成立的。取腐蚀裕量，负偏差。 查钢板厚度的常用规格表，将其圆整为，即名义厚度的钢板。.封头壁厚的设计计算 标准椭圆形封头的计算厚度根据标准椭圆形封头的计算厚度公式： 取腐蚀裕量，查钢板厚度的常用规格表，将其圆整为，即名义厚度的钢板，可见标准椭圆形封头与筒体等厚。2.1.2接管及接管法兰设计.管口表及连接标准接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称1DN50HG/T20592-2009FM进料口2DN50HG/T20592-2009FM出料口3DN500FM人 孔4DN25HG/T20592-2009FM出气口5DN25HG/T20592-2009FM温度计接口6DN25HG/T20592-2009FM压力表接口7DN25HG/T20592-2009FM液位计接口8DN32HG/T20592-2009FM排液口9DN32HG/T20592-2009FM安全阀接口.接管法兰的选择图2 接管法兰结构序号名称公称直径DN钢管外径法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺栓Th法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰质量(Kg)NSRB B1进料口 出料口5057165125184M1620752.986483.02安全阀接口排液口3238140100184M1618562.666422.0A7温度计接口压力表接口出气口 液位计接口253211585144M1218462.666401.0接管法兰标记名称法兰标记温度计接口压力表接口出气口 液位计接口HG/T20592-2009 WN25(B)-25FM进料口出料口HG/T20592-2009 WN50(B)-25FM安全阀接口排液口HG/T20592-2009 WN32(B)-25FM 2.1.3人孔的结构设计 .密封面的选择由于本次设计的介质是中度危害的，所以本次设计采用凹凸法兰密封面（MFM）。 .人孔的设计本次设计的储罐设计压力为2.233MPa，根据钢制人孔和手孔【3】，采用回转盖带颈对焊法兰人孔。该人孔标记为：人孔 人孔结构示意图 人孔结构尺寸【3】密封面型式公称压力PN公称直径DNdwSdDD1H1H2bMFM2.55005301250673066028012344b1b2ABLd0螺柱螺母螺柱总质量数量直径长度4348405200300302040M3321703022.1.4 核算开孔补强在设计中,只有人孔需要补强,去补强圈的公称直径为人孔直径的二倍,厚度与筒体厚度相同.2.1.5支座的设计 .支座的选择 鞍座结构该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q245-AF。估算鞍座的负荷： 储罐总质量筒体质量：单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.2 EHA椭圆形封头质量，可知，充液质量： =5742.6Kg附件质量：人孔质量为302kg，其他接管质量总和估100kg，即综上所述， G=mg=93,4kN,每个鞍座承受的重量为46.7kN由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为A,包角为120，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座结构尺寸如下表4：鞍式支座结构尺寸 单位：mm公称直径DN允许载荷Q /kN鞍座高度h底板腹板筋板l1b1l3b2b3160027525011202001282551702408垫板螺栓配置鞍座质量kg增加100mm高度增加的质量/kg弧长b4e间距l2螺孔d螺纹孔长l187039087096024M204011612.鞍座位置的确定通常取尺寸A不超过0.2L值，中国现行标准JB 4731钢制卧式容器规定A0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。故由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此，JB 4731还规定当满足A0.2L时，最好使A0.5R m（）,即 ，取A=400mm综上有：A=400mm。鞍座标记为： 2.1.6液位计选择本次设计采用磁性液位计，普通型，压力等级为2.5 MPa。根据实际要求，选用液位计的长度为1100mm。标记 HG/T 21584-95 UZ 2.5M-1100-0.4563 BF 321C。2.1.7总体布局 进料管外伸度200mm，内伸高度1500mm。出料管外伸高度200mm，内伸高度0mm。 安全阀外伸高度200mm，内伸高度0mm。压力表外伸高度200mm,内伸高度0mm.出气管外伸高度200mm,内伸高度0mm。人孔外伸280mm，内伸0mm。 接管与接管间距450mm，接管与封头间距600mm,与焊缝距离不小于150mm,鞍座距封头切线400mm。2.1.8焊接结构设计及焊条的选择1）、壳体A，B类焊接接头的设计该容器上的A,B类接头必须采用对接焊，不允许采用搭接焊。对接焊易于焊透，质量容易保证，易于作无损检测，可获得最好的焊接接头质量。该容器上的接管与壳体以及补强圈之间的焊接一般只能采用角接和搭接。2）、壳体C，D类焊接接头的设计 平盖，管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体，接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头，但已规定为A，B类的焊接接头除外。接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头均属于D类焊接接头，但已规定为A，B类的除外。3）、焊接接头坡口设计容器筒体，封头与接管法兰的厚度均在=326mm的范围，为了减小焊接变形和残余应力，因此可取接头坡口形式为X形。4、常用焊接方法与焊条的选择采用手工电弧焊，该方法设备简单，便于操作，使用于各种焊接，在压力容器制造中应用十分广泛，钢板对接，接管与筒体、封头的连接等都可以采用。考虑母材力学性能与化学成分，对低碳钢和低合金钢构件，要求等强度原则选择焊条，即要求焊缝与母材的强度相等或基本相等，而不要求焊缝的化学成分与木材相同。不同类型的低合金钢之间进行异种钢焊接时，应选与其中强度较低的钢材等强度的焊条进行焊接，再综合考虑金属进行热处理后，对其力学性能的影响构件的结构与刚性和经济性，该容器所用焊条使用型号如下表： 接头母材焊条型号焊条牌号Q345R+Q345RE5016(GB/T5117)J506Q235-A+Q235-AE4316(GB/T5117)J426Q235-A+Q345RE4303(GB/T5117)J422图8.3 补强圈接头形9 强度校核钢制卧式容器计算单位计 算 条 件 简 图设计压力 p2.233MPa设计温度 t50筒体材料名称Q345R(热轧)封头材料名称Q345R封头型式标准椭圆形封头筒体内直径Di1600mm筒体长度 L4500mm筒体名义厚度 dn14mm支座垫板名义厚度 drn8mm筒体厚度附加量 C2.3mm腐蚀裕量 C12mm筒体焊接接头系数 F0.85封头名义厚度 dhn14mm封头厚度附加量 Ch2.3mm鞍座材料名称Q235AF鞍座宽度 b200mm鞍座包角 120°支座形心至封头切线距离 A400mm鞍座高度 H250mm地震烈度 度2.1.7内压圆筒校核计算单位计算条件筒体简图计算压力 Pc2.030MPa设计温度 t 50.00° C内径 Di 1600mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st189.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 11.19mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 11.7mm名义厚度 dn = 14.00mm重量 2484.6Kg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 = 1.25P = 2.791 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 226.16 MPa校核条件 sT£ sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 2.3324MPa设计温度下计算应力 st = = 153.8MPastf 160.65MPa校核条件stf st结论 合格左封头计算计算单位 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc2.233MPa设计温度 t 50.00° C内径 Di 1600.00mm曲面高度 hi 425.00mm材料Q345R(热轧) (板材)试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f0.85厚度及重量计算形状系数 K = = 0.9238计算厚度 d = = 11.16mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 11.7mm最小厚度 dmin = 6.00mm名义厚度 dn = 14.00mm结论 满足最小厚度要求重量 315 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.322MPa结论 合格右封头计算计算单位 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc2.233MPa设计温度 t 50.00° C内径 Di 1600.00mm曲面高度 hi 425.00mm材料 Q345R(热轧) (板材)试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f0.85厚度及重量计算形状系数 K = = 0.9238计算厚度 d = = 11.16mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 11.7mm最小厚度 dmin = 6.00mm名义厚度 dn = 14.00mm结论 满足最小厚度要求重量315 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.332MPa结论 合格设计小结本次课程设计是结合所学课程的一次综合性设计,最后设计方案的确定接近实际操作,设计过程中我们逐步了解压力容器的设计步骤和只是需求,在逐步摸索中,我们学会如何查阅各种标准以及进行有理有据的选择,但涉及知识体系过于繁杂巨大,虽然大部分数据的由来由表查得,由于经验不足,在估算方面,难免会有较大的出入,而且在实际选择过程中有许多不到之处,在以后的学习中进一步向老师和同学请教!在此向耐心指导我们此次设计的刘俊明老师表示衷心的感谢