液氨儲罐設計全(1).doc

化工設備機械基礎課程設計題 目液氨儲罐的設計 系 （院）專 業(yè)班 級學生姓名學 號指導教師職 稱二一一年六月七日設 計 任 務 書一、設計時間安排從2011年05月16 日至2011年06月06日二、設計內(nèi)容安排1.液氨儲罐的結(jié)構(gòu)設計2. 筒體及封頭壁厚計算及其強度、穩(wěn)定性校核（1）根據(jù)設計壓力初定壁厚；（2）計算危險截面的重量載荷、風載荷、地震載荷；（3）計算危險截面的由各種載荷作用下的軸向應力；（4）計算危險截面的組合軸向拉應力和組合軸向壓應力，并進行強度和穩(wěn)定性校核。3. 編寫設計計算書一份三、設計條件表1接管表符號公稱尺寸mm公稱壓力MPa連接尺寸標準連接面型式用途a1-2202.5HG./T20592M液位計口b402.5HG./T20592M安全閥口c252.5HG./T20592M出氣口d5002.5MFM人孔e402.5HG./T20592M液氨出口f252.5HG./T20592M壓力表口g502.5HG./T20592M排污口h502.5HG./T20592M液氨進口表2設計參數(shù)序號項目數(shù)值單位備注1名稱液氨儲罐2最大工作壓力1.9MPa3工作溫度404公稱直徑1000mm5裝量系數(shù)0.86工作介質(zhì)液氨7其他要求20%無損檢測目錄符號說明4前言6液氨儲罐設計7第一章 設計參數(shù)的選擇71.1、設計題目71.2、設計數(shù)據(jù)71.3、設計壓力81.4、設計溫度81.5、主要元件材料的選擇81.5.1 筒體材料的選擇81.5.2 鞍座材料的選擇8第二章 設備的結(jié)構(gòu)設計82.1、圓筒厚度的設計82.2、封頭厚度的設計92.3、筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設計102.3.1 封頭的結(jié)構(gòu)尺寸102.3.2 筒體的長度計算102.4、鞍座選型和結(jié)構(gòu)設計10第三章：容器強度的校核123.1水壓試驗應力校核123.2.筒體軸向彎矩計算123.3筒體軸向應力計算與校核133.3.1圓筒中間橫截面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力133.3.2由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力133.3.3筒體軸向應力校核143.4.筒體和封頭中的切向剪應力計算與校核143.5.無加強圈筒體的周向應力計算與校核153.6鞍座應力計算與校核153.6.1.腹板水平應力及強度校核153.6.2 鞍座有效斷面應力校核14第四章 開孔補強設計164.1 補強設計方法判別164.2有效補強范圍174.2.1有效寬度B的確定174.2.2有效高度的確定174.3 有效補強面積174.3.1 筒體多余面積184.3.2接管的多余面積184.3.3焊縫金屬截面積184.4.補強面積18結(jié)束語19主要參考資料19符號說明：A-鞍座底板中心線至封頭切線的距離，；B-設計溫度下，按GB150外壓設計方法確定的數(shù)值，MPa；-常溫下，按GB150外壓設計方法確定的數(shù)值，MPa；-筒體內(nèi)直徑，mm；-筒體外直徑，mm；-每個支座的反力，N；-系數(shù)，查表71,79:；-封頭切線間的距離；-圓筒中間處的軸向彎矩，；-支座處圓筒的軸向彎矩，；-圓筒的平均半徑，；-圓筒的內(nèi)半徑，mm；b-支座的軸向?qū)挾?，mm；-加強圈的寬度，mm；-圓筒的有效厚度，??；-支座墊板寬度；-重力加速度；-封頭曲面深度；-系數(shù)。當容器焊在支座上時，取 ； 當容器不焊在支座上時，??；-容器的質(zhì)量，kg；-設計壓力，MPa；-計算壓力,MPa；-圓筒有效厚度，mm；-封頭有效厚度，mm；-圓筒名義厚度，mm；-鞍座墊板有效厚度，mm；-鞍座墊板有效厚度，mm；-鞍座包角，；-設計溫度下容器殼體材料的許用應力，MPa；-設計溫度下容器殼體材料的軸向許用壓縮應力，MPa；-常溫度下容器殼體材料的軸向許用壓縮應力，MPa；-鞍座材料的許用應力，MPa；-圓筒中間處橫截面內(nèi)最高點處，最點低點處的軸向應力，MPa；-支座處圓筒橫截面內(nèi)的軸向應力，MPa；-支座處圓筒橫截面最低點的軸向應力，MPa；-無加強圈時鞍座邊緣處的圓筒周向應力，MPa；-無加強圈時鞍座墊板邊緣處的圓筒周向應力，MPa；-鞍座腹板水平方向上的平均拉應力，MPa；-圓筒切向剪應力，MPa；-封頭切向剪應力，MPa。前言儲存設備又稱儲罐，主要是指用于儲存或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)的設備，在化工、石油、能源、輕工、環(huán)保、制藥及食品等行業(yè)得到廣泛應用，如氫氣儲罐、液化石油氣儲罐、石油儲罐、液氨儲罐等。儲罐內(nèi)的壓力直接受溫度影響，且介質(zhì)往往易燃、易爆或有毒。儲罐的結(jié)構(gòu)形式主要有臥式儲罐、立式儲罐和球形儲罐。飽和蒸汽壓是指在一定溫度下的密閉容器中，當達到氣液兩相平衡時氣液分界面上的蒸汽壓，它隨溫度而變化，但與容積的大小有關(guān)。對于液化石油氣和液化天然氣之類，都不是純凈物，而是一種混合物，此時的飽和蒸汽壓與混合比例有關(guān)，可根據(jù)道爾頓定律和拉烏爾定律進行計算。當儲存的介質(zhì)為具有高粘度或高冰點的液體時，為保持其流動性，就需要對儲存設備進行加熱或保溫，使其保持便于輸送的狀態(tài)。儲存液體的密度，直接影響制造工藝和設備造價。而介質(zhì)的毒性程度則直接影響設備制造與管理的等級和安全附件的配置。當儲罐的金屬溫度受大氣環(huán)境溫度影響時，其最低設計溫度可按該地區(qū)氣象資料，取氣象局實測的10年逐月平均最低溫度的最小值。隨著液化氣體溫度的下降，罐內(nèi)壓力也將較大幅度下降，此時罐體的應力水平就有較大的降低。為此，在確定儲罐設計溫度時，可按有關(guān)規(guī)定進行低溫低應力分析。當儲罐內(nèi)部因溫度降低而使內(nèi)壓低于大氣壓時，還應進行罐體的穩(wěn)定性校核，以免發(fā)生失穩(wěn)失效。液氨儲罐設計第一章 設計參數(shù)的選擇1.1、設計題目：液氨儲罐的設計1.2、設計數(shù)據(jù)：如下表1表1數(shù)據(jù)序號項目數(shù)值單位備注1名稱液氨儲罐2用途液氨儲配站3最大工作壓力1.9MPa4工作溫度405公稱直徑1200mm6裝量系數(shù)0.87工作介質(zhì)液氨8其他要求20%無損檢測1.3、設計壓力：設計壓力取最大工作壓力的1.1倍，即1.4、設計溫度：工作溫度為，設計溫度取。1.5、主要元件材料的選擇：1.5.1 筒體材料的選擇：根據(jù)GB150-1998表4-1，選用筒體材料為低合金鋼16MnR（鋼材標準為GB6654）。16MnR適用范圍：用于介質(zhì)含有少量硫化物，具有一定腐蝕性,壁厚較大（）的壓力容器。1.5.2 鞍座材料的選擇：根據(jù)JB/T4731,鞍座選用材料為Q235-B，其許用應力第二章 設備的結(jié)構(gòu)設計2.1、圓筒厚度的設計：計算壓力：液柱靜壓力: ,故液柱靜壓力可以忽略，即該容器需20%探傷，所以取其焊接系數(shù)為。圓筒的厚度在616mm范圍內(nèi)，查GB150-1998中表4-1，可得：在設計溫度下，屈服極限強度， 許用應力利用中徑公式，計算厚度： 查標準HG20580-1998鋼制化工容器設計基礎規(guī)定表7-1知，鋼板厚度負偏差為0.25mm，而有GB150-1998中3.5.5.1知，當鋼材的厚度負偏差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的6%時，負偏差可以忽略不計，故取。查標準HG20580-1998鋼制化工容器設計基礎規(guī)定表7-5知,在無特殊腐蝕情況下，腐蝕裕量不小于1。本例取=2則筒體的設計厚度圓整后，取名義厚度筒體的有效厚度2.2、封頭厚度的設計：查標準JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表1，得公稱直徑選用標準橢圓形封頭,型號代號為EHA，根據(jù)GB150-1998中橢圓形封頭計算中式7-1計算：同上，取，。封頭的設計厚度圓整后，取封頭的名義厚度 ，有效厚度封頭型記做 2.3、筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設計：2.3.1 封頭的結(jié)構(gòu)尺寸：查標準JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.1 EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積下表2：表2 ：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/容積/12003251.65520.2545其中2.3.2 筒體的長度計算：2.4、鞍座選型和結(jié)構(gòu)設計：該臥式容器采用雙鞍式支座，材料選用Q235-B。估算鞍座的負荷： 儲罐總質(zhì)量筒體的質(zhì)量單個封頭的質(zhì)量：查標準JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.2 EHA橢圓形封頭質(zhì)量，可知，充液質(zhì)量：， 故操作時：液壓試驗時：附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為302kg，其他接管質(zhì)量總和估為200kg，即綜上所述，故操作時： , 液壓試驗時：，故操作時支座反力： 液壓試驗時支座反力： 支座反力由此查JB4712.1-2007容器支座，選取輕型，焊制為BI,包角為120，有墊板的鞍座。查JB4712.1-2007表6得鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下表3：表3：鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸公稱直徑DN1200腹板6墊板270允許載荷Q/kN147筋板2006鞍座高度h200140e40底板880180螺栓間距720170610墊板弧長1410鞍座質(zhì)量Kg52 第三章：容器強度的校核3.1水壓試驗應力校核：試驗壓力：圓筒的薄膜應力3.2.筒體軸向彎矩計算：工作時支座反力壓力試驗時，圓筒中間處截面上的彎矩：壓力試驗時，鞍座處橫截面彎矩：3.3筒體軸向應力計算與校核：3.3.1圓筒中間橫截面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力：充滿水未加壓時： 加壓狀態(tài)時： 3.3.2由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力：因鞍座平面上，即筒體未被封頭加強，查JB/T 4731-2005表7-1可得K1=0.107，K2=0.192充滿水未加壓時鞍座橫截面軸向應力： 加壓狀態(tài)時鞍座橫截面軸向應力： 3.3.3筒體軸向應力校核：因軸向許用臨界應力由： 由直線內(nèi)插法：T/E/MPa2010020E）充滿水未加壓時： 合格b）加壓狀態(tài)時： 合格3.4.筒體和封頭中的切向剪應力計算與校核： 因，所以圓筒在鞍座平面上無加強圈，查JB/T4731-2005表7-2得，其最大剪應力位于靠近鞍座邊角處因圓筒 t=0.8 故有 ， 故切向剪應力校核合格3.5.無加強圈筒體的周向應力計算與校核 ： 因為墊板的厚度6mm小于0.6倍的圓筒的厚度12mm,所以無墊板或者墊板不起作用，圓筒的有效寬度 ，當容器焊在支座上時，取，查JB/4731-2005表7-3可得。因為，由內(nèi)差法得：(1).鞍座在橫截面最低點處周向應力(2).鞍座角邊處的周向應力 (3).周向應力校核 故周向應力合格3.6鞍座應力計算與校核：3.6.1.腹板水平應力及強度校核：由可得，水平分力計算高度，鞍座腹板厚度鞍座有效斷面平均應力：3.6.1.鞍座有效斷面應力校核：鞍座材料Q235-B的許用應力故鞍座有效斷面應力校核合格。第四章 開孔補強設計：根據(jù)GB150中8.3，當設計壓力小于或等于2.5MPa時，在殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑不大于89mm時，接管厚度滿足要求，不另行補強，故該儲罐中只有DN=500mm的 人孔需要補強。4.1 補強設計方法判別：按HG/T 21518-2005,選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔。開孔直徑故可以采用等面積法進行開孔補強計算。接管材料選用20號鋼，其許用應力根據(jù)GB150-1998中式8-1，其中：殼體開孔處的計算厚度接管的有效厚度強度削弱系數(shù)所以開孔所需補強面積為4.2有效補強范圍：4.2.1有效寬度B的確定：按GB150中式8-7，得：4.2.2有效高度的確定：(1）外側(cè)有效高度的確定根據(jù)GB150中式8-8，得：(2）內(nèi)側(cè)有效高度的確定根據(jù)GB150-1998中式8-9，得：4.3 有效補強面積：根據(jù)GB150中式8-1-0 式8-13，分別計算如下：4.3.1 筒體多余面積：4.3.2接管的多余面積：接管厚度：4.3.3焊縫金屬截面積：焊角取6.0mm4.4.補強面積：因為，所以開孔需另行補強所需另行補強面積：補強圈設計：根據(jù)DN500取補強圈外徑D=840mm。因為BD，所以在有效補強范圍。補強圈內(nèi)徑d=530+2=532mm補強圈厚度： 圓整取名義厚度為12mm結(jié)束語：經(jīng)過這段時間的查閱文獻和計算數(shù)據(jù)，化工設備機械基礎課程設計的基本工作已經(jīng)完成，并得出了可行的設計方案，全部計算過程已在前面的章節(jié)中給以體現(xiàn)。 課程設計是對以往學過的知識加以檢驗，能夠培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的能力，尤其是這次液氨儲罐設計更加深入了對機械設備的理解和認識，使我們所學的知識不局限于書本，并鍛煉了我們的邏輯思維能力，同時也讓我深深地感受到機械設計的復雜性以及我了解的知識的狹隘性。所有的這些為我今后的努力指明了具體的方向。 設計過程中培養(yǎng)了我的自學能力，設計中的許多知識都需要查閱資料和文獻，并要求加以歸納整理和總結(jié)。通過自學及老師的指導，不僅鞏固了所學的化工原理知識，更極大的拓展了我的知識面，讓我更加認識到實際化工生產(chǎn)過程和理論的聯(lián)系和差別，這對將來的畢業(yè)設計及工作無疑將起到重要的作用。在此次課程設計實際過程中，我的收獲很大，感觸也很深，更覺得學好基礎知識的重要性。同時通過這次課程設計，我深深的體會到與人討論的重要性。因為通過同學或者是老師的交換看法很容易發(fā)現(xiàn)自己認識的不