化工機械基礎課程設計

1、內(nèi) 蒙 古 科 技 大 學化工設備機械根底課程設計說明書題 目：帶液氨儲罐學生姓名：張輝專 業(yè)：化學工程與工藝班 級：化工-2班指導教師：蘭大為設計任務書一、課題：液氨貯罐的機械設計設計內(nèi)容：根據(jù)給定工藝參數(shù)設計一臺液氨儲罐二、工藝參數(shù)：最高使用溫度：T=50C公稱直徑：DN=2600mm筒體長度不含封頭：口=3900mm三、具體內(nèi)容包括：1 .筒體材料的選擇2 .罐的結構尺寸3 .罐的制造施工4 .零部件型號及位置、接口5 .相關校核計算6 .繪制裝備圖A2圖紙設計人：張輝 學號：、兒 刖百化工專業(yè)課程設計室掌握化工原理和化工設備機械根底相關內(nèi)容后進行的一門課程設計,也是培養(yǎng)學生具備根本化工

2、設計技能的實踐性教學環(huán)節(jié).此課程設計所進行的是化工單元設備或主要輔助設備的工藝設計及選型,其性質屬于技術設計范疇.？課程設計是對課程內(nèi)容的應用性練習環(huán)節(jié),是學生應用所學知識進行階段性的單體設備或單元設計方面的專業(yè)練習過程,也是對理論教學效果的檢驗.通過這一環(huán)節(jié)使學生在查閱資料、理論計算、工程制圖、調(diào)查研究、數(shù)據(jù)處理等方面得到根本練習,培養(yǎng)學生綜合運用理論知識分析、解決實際問題的水平.本設計是設計-臥式液氨儲罐.液氨儲罐是合成氨工業(yè)中必不可少的儲存容器.為了解決容器設計中的各類問題, 本設計針對這方面相關問題做了闡述.綜合考慮環(huán)境條件,液體性質等因素并參考相關標準,按工藝設計,設備結構設計,設備

3、強度計 算,分別對儲罐的筒體,封頭,鞍座,人孔,接管進行設計,然后用強度校核標準, 最終形成合理的設計方案.通過本次課程設計得到了化工設計根本技能的練習,為畢業(yè)設計及今后從事化工技術工作奠定了根底.此次設計主要原理來自 << 化工過程設備機械根底 >> 一書及其他 參考資料.目錄第一章液氨儲罐設計參數(shù)確實定 1.1 罐體和封頭的材料的選擇 1.2 設計溫度與設計壓力確實定1.3 其他設計參數(shù)第二章工藝計算2.1 壁厚的設計2.1.1 筒體壁厚的計算 2.1.2 封頭壁厚的計算2.1.3 筒體與封頭水壓強度的校核 2.2 鞍座的設計2.2.1 罐體質量W2.2.2 液氨質

4、量W2.2.3 其他附件質量 W2.2.4 設備總質量W2.2.5 鞍座的選擇2.3 選擇人孔并核算開孔補強2.3.1 人孔選擇2.3.2 開孔補強的計算2.4 選配工藝接管2.4.1 液氨進料管2.4.2 液氮出料管2.4.3 排污管2.4.4 平安閥接口 2.4.5 液而計接口管2.4.6 放空管接管口 第三章參數(shù)校核 3.1 筒體軸向應力校核3.1.1 筒體軸向彎矩計算 3.3.2筒體軸向應力計算 3.2 筒體和封頭切向應力校核3.2.1 筒體切向應力計算3.2.2 封頭切向應力計算3.3 筒體環(huán)向應力的計算和校核3.3.1 環(huán)向應力的計算 3.3.2 環(huán)向應力的校核 3.4 鞍座有效斷

5、面平均壓力 第四章設計匯總4.1 符號匯總4.2 公式匯總第五章小結第六章參考文獻第七章附錄第一章液氨儲罐設計參數(shù)確實定1.1 罐體和封頭的材料的選擇純液氨腐蝕性小,貯罐可選用一般鋼材,但由于壓力較大,可以考慮20R、16MnR這兩 種鋼種.如果純粹從技術角度看,建議選用20R類的低碳鋼板,16MnR鋼板的價格雖比20R貴,但在制造費用方面,同等重量設備的計價,16MnR鋼板為比擬經(jīng)濟.所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料.1.2 設計溫度與設計壓力確實定通過查表可知,在50c時液氨的飽和蒸汽壓 2.0325MPa,?壓力容器平安監(jiān)察規(guī)程? 規(guī)定液化氣體儲罐必須安裝平安閥,設計壓力

6、可取最大操作壓力的1.05-1.10 倍.所以設計壓力 p = 1.10 X ( 2.0325 ? 0.1) = 2.1263MPa故取設計壓力 p=2.13MPa.1.3 其他設計參數(shù)容器公稱直徑見技術特性表即公稱直徑Di=2600mm罐體和封頭的材料為 16MnR查教材可知其設計溫度下的許用應力.t = 163MPa.液氨儲罐封頭從受力方面分析來看,球形封頭是最理想的結構形式.但缺點是深度大,沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小得多,易于沖壓成型,是目前中低壓容器中應用較多的封頭之一.平板封頭因直徑各厚度都較大, 加工與焊接方面都要遇到不少困難.從鋼材耗用量來年：球形封頭用材最少,比橢

7、圓開封頭節(jié)約,平板封頭用材最多.因此,從強度、結 構和制造方面綜合考慮, 采用橢圓形封頭最為合理. 液氨儲罐筒體為板卷焊,焊接接 頭采用雙面對接焊100%?傷,因此確定焊接接頭系數(shù)？ = 1 o第二章工藝計算2.1 壁厚的設計2.1.1 筒體壁厚的計算取計算壓力pc=p=2.13MPa,筒體內(nèi)徑D=DN=2600mm查表知16Mn唯設計溫度為 50c時的許用應力為a t = 163MPa筒體的理論計算壁厚公式為：,P：D2司"p(2.1 )式中：6筒體的理論計算壁厚,mmpc筒體計算壓力,MPaD 筒體內(nèi)徑,mmalt一一鋼板在設計溫度下的許用應力,MPa;焊接接頭系數(shù),其值為 1.

8、將數(shù)值代入公式(2.1)計算出筒體的計算厚度為：由于液氨對金屬有一定的腐蝕,取腐蝕裕量G=2mm故筒體的設計厚度為：由鋼板厚度負偏差表查得 C=0.8mm,故名義壁厚為：圓整后取6 n=20mm2.1.2 封頭壁厚的計算采用的是標準橢圓形封頭,各參數(shù)與筒體相同,其厚度計算式為：設計厚度為：名義厚度為：圓整后取6 n=20mm查表(132頁)標準橢圓形封頭的直邊高度 (JB/T4737-95)為h0=50mm水壓強度的校核確定水壓試驗的試驗壓力值 p=2.13MPa, a = °展=163MPa、4p試驗壓力：式中：Pt試驗壓力,MPa;p設計壓力,MPa;a、 ° t式一分

9、別為液壓試驗溫度和設計溫度下殼壁材料的許用應力,MPa帶入數(shù)據(jù)得：計算水壓試驗時的器壁應力值實驗時器壁的應力：查表125頁可知20mm的16MnR鋼板的常溫強度指標 ° s=325MPa所以 0.9 s 0.9 325 1 292.5MPat 0.9 s ,故所設計的器壁厚度滿足設計要求.2.2鞍座的設計1.1.1 罐體質量W罐體質量m：公稱直徑DN=2600mm壁厚6=20mmt勺筒體,查表陳國恩主編312 頁,得每米質量是 q1=1290kg/m,所以用qk1290 3.95031kg封頭質量m：公稱直徑DN=2600mm壁厚6 =20mm直邊高度h0=50mm勺標準橢圓 形封頭

10、,查表313頁得其質量m21230kg ,所以W=m+m=5031+2460=7491kg1.1.2 液氨質量W式中:V貯罐容積,肅； 液氨的密度,在0c時液氨的密度為 640kg/m3.小于水的密度,故充液氮質量按水考慮筒體公稱直徑DN=2600m隔體長度L°=4.0m,查312頁,得封頭容積為Vh=2.56m3, 那么貯罐總容積為于是1.1.3 其他附件質量W人孔約重200kg,其它接口管的總重約 300kg 0于是 W=500kg.1.1.4 設備總質量WW=WW+W=7491+28525+550=33316kg1.1.5 鞍座的選擇每個鞍座承受的負荷為根據(jù)鞍座承受的負荷,查表

11、?化工設備機械根底?,大連理工大學出版社,附錄16可知,選擇輕型A帶墊板,包角為120°的鞍座.即JB/T4712-1992 鞍座A2600-F, JB/T4712-1992 鞍座A2600-S.其標準尺寸如下：安放位置：筒體長度式中A鞍座與封頭切線之間的距離,mmLi兩鞍座間距,mm由于筒體L/D較大,且鞍座所在平面又無增強圈,取2.3 選擇人孔并核算開孔補強2.3.1 人孔選擇壓力容器人孔是為了檢查設備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設備的內(nèi)部構件.人 孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成.一般人孔有兩個手柄.根據(jù)儲罐是在常溫下 及設計壓力為2.13MPa的條件下工作,人孔的標準按公稱壓力

12、為2.5 MPa等級選取.考慮到人孔蓋直徑較大較重,應選用水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔(HG21524-95),公稱直徑為450mm突面法蘭密封面(RF型).該人孔結構中有吊鉤和銷軸,在檢修時只需 松開螺栓將蓋板繞銷軸旋轉,即可輕松進入,而不必將其取下以節(jié)約維修時間.查得該人孔的有關數(shù)據(jù)如下：該水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔的標記為：HG21523-95人孔RF V (A?G)450-2.5 其中RF指突面密封,V指接管與法蘭的材料為16MnR A?G是指用普通石棉橡膠板墊片,450-2.5是指公稱直徑為450mm公稱壓力為2.5 Mpa2.3.2 開孔補強的計算.由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管,故不能

13、直接選用補強圈標準.由表 4.1知 本設計所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑 di = 450mm壁厚6 nt = 12mm據(jù)此差得補強圈尺寸(JB/T 4736-2022)為：外徑 D2=760mm 內(nèi)徑 D=450+2X 12+14=488mm開孔補強的有關計算參數(shù)如下：(1)開孔所需補強面積A對于圓筒,殼體開口出的計算厚度為:PDt2 P2. 13 26002163_12n317. 02mm開孔直徑d di 2C 450 2 (0.8 2) 455.6mm.由于接管材料與殼體材料都為16MnR故f=1,內(nèi)壓容器的圓筒開孔強面積為:2,、A d 2 et (1 fr) mm(4.1)式中d 開孔直徑,圓

14、形孔取接管內(nèi)直徑加兩倍壁厚附加量,mm殼體開孔處的計算厚度,mm6 et接管有效厚度,mmfr 強度削弱系數(shù),等于設計溫度下接管材料與殼體材料許用應力之比值.代入數(shù)據(jù)得：開孔所需補強面積(2)有效寬度B二者中取較大值 B=911.2mm(3)有效高度外側高度hi二者中取較小值hi=73.94mm內(nèi)側高度h2二者中取較小值h2=0mm補強面積A在有效補強范圍內(nèi),可作為補強的截面積按下式計算式中Ae補強面積, mrh;Ai殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積,mmA接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積,mrA焊縫金屬截面積,mm計算如下：其中接管有效厚度為故A2 2hi( et t) 2h2(

15、 et Cz)fr(4.4)其中接管計算厚度為故 A 2 73. 94 (9. 2 2. 996) 10917.44752mn2焊縫金屬截面積故補強面積A為由于Ae A,故開孔需另加補強,其另加補強面積為補強圈厚度6圓整后取,26mm補強材料與殼體材料相同為16MnR2.4 選配工藝接管2.4.1 液氨進料管采用57X3.5 mm縫鋼管.管的一端切成 45° ,伸入儲罐內(nèi)少許.配用突面板 式平焊管法蘭：HG20592-97 法蘭 PL50-2.5 RF-16MnR2.4.2 液氨出料管在化工生產(chǎn)中,需要將液體介質運送到與容器平行的或較高的設備中去,并且獲得純潔無雜質的物料.故采用可拆

16、的壓出管25 3mm,將它用法蘭固定在接口管57 3. 5mnrto罐體的接口管法蘭采用 HG20592-97法蘭WN50-2.5 RF-16MnR.與該法蘭相配并 焊接在壓出管的法蘭上,其連接尺寸和厚度與 HG20592-97法蘭SO32-2.5 RF-16-MnR 相同,但其內(nèi)徑為25mm液氨壓出管的端部法蘭采用HG20592-97法蘭SO32-2.5 RF-16-MnR.這些小管都不必補強.壓出管伸入貯罐2.5m2.4.3 排污管貯罐右端最底部安設一個排污管,管子規(guī)格：57 3.5mm,管端焊有一與截止閥J41W-16相配的管法蘭 HG20592-97法蘭SO20-1.6RF-16-Mn

17、R.排污管一罐題連接處 焊有一厚度為10mm勺補強圈2.4.4 平安閥接口平安閥接管尺寸由平安閥泄放量決定.本貯罐選用32 3. 5mmt勺無縫鋼管,法蘭為HG20592-97法蘭SO25-1.6 RF-16MnR (尺寸由平安閥泄露放量決定)2.4.5 液面計接口管本貯罐采用透光式玻璃板液面計AT 2.5-W-1450V兩支.與液面計相配的接管尺寸為 18 3mm,管法蘭為 HG20592-97 法蘭 SO15-1.6RF-16MnR2.4.6 放空管接管口為了在注入液體時,將容器內(nèi)的空氣排到罐體外以便能順利快速地注入,需安設一放空管.采用 32 3. 5mm£縫鋼管,法蘭為 HG

18、20592-97 法蘭 SO25-1.6 RF-16MnR.第三章參數(shù)校核3.1 筒體軸向應力校核3.1.1 筒體軸向彎矩計算筒體中間處截面的彎矩用下式計算2212 % hiM18(8-1)141 也 L3L式中F 一鞍座反力,N;R m一筒體的平均直徑,mmL一筒體長度,mmA 一支座中央線至封頭的距離,mmhi一封頭內(nèi)壁的曲面高度,mm其中,DN 2 n 2600202Rm n 1320 mm以m 22支座處截面上的彎矩 2. 21 A Rm %M2 FA 1 一!2A一所以1處3L3.3.2筒體軸向應力計算由?化工機械工程手冊?(上卷,P1199)彳導K=K=1.0.由于| M | &g

19、t;> | M | , 且Av R/2=660mm故最大軸向應力出現(xiàn)在跨中面,校核跨中面應力.(1)由彎矩引起的軸向應力筒體中間截面上最高點處最低點處：1'1. 054Pao鞍座截面處最高處:最低點處：(2)由設計壓力引起的軸向應力所以(3)軸向應力組合與校核最大軸向拉應力出現(xiàn)在筒體中間截面最低處,所以81, 731. 05482. 784MPa許用軸向拉壓應力a t = 163MPa 而 ° 2V a t 合格.最大軸向壓應力出現(xiàn)在充滿水時,在筒體中間截面最高處,i i11.054MPa軸向許用應力根據(jù)A值查外壓容器設計的材料溫度線圖得B=130MPa取許用壓縮應力a

20、 ac=130MPa I a i | < a ac,合格.3.2筒體和封頭切向應力校核因筒體被封頭增強,筒體和封頭中的切向剪應力分別按以下計算.K=0.880 ,6=0.401.所以3.2.1 筒體切向應力計算6. 33MPa由?化工機械工程手冊?(上卷,P11-100)查得 K3 F0.880 163340R11320 17.23.3,2封頭切向應力計算12, 13 2600 42.76MPa 因217. 2tt K P DN1. 25 h 1. 25 1. 251632 er hV1,25 a t-m,所以合格.3.3筒體環(huán)向應力的計算和校核3.3.1 環(huán)向應力的計算設墊片不起作用(

21、1)在鞍座處橫截面最低點k K5 Fe b2(8-5)式中b 2筒體的有效寬度,mm由?化工機械工程手冊?(上卷,P11-101)查得,K5=0.7603 , K6=0.0132 k=0.1 ,考慮容器焊在鞍座上b2 b 1.56%e(8-6)式中b 一鞍座軸向寬度,mm所以式中所以(2)鞍座邊角處軸向應力由于 L/Rm=3900/1320=2.95 V8,且F 3K6F4b2 e2 e2(8-7)所以3.3.2環(huán)向應力的校核I a 5 | < a t=163MPa 合格.I a | V 1.25 T t = 1.25X163=203.75MPa 合格.3.4鞍座有效斷面平均壓力鞍座承受

22、的水平分力Fs K9 F(8-8)由?化工機械工程手冊?(上卷,P11-103)查得,K=0.204 0所以Fs0. 20416334033321. 36N .鞍座有效斷面平均應力FsHs b0(8-9)mm式中H s鞍座的計算高度,mmb0鞍座的腹板厚度,其中HS取鞍座實際高度H=250m浦口 R/3=1320/3=440mm中的最小值,即HS=250mm 腹板厚度b0=6 2-Ci=10-0.8=9.2mm.所以應力校核式中d sa=140MPa鞍座材料 Q235-AF的許用應力.第四章設計匯總4.1符號匯總序號名稱指標材料1設計壓力2.2MPa2工作溫度0 50 c3物料名稱液氨4容積3

23、79.36m5筒體DN2600X 20mm L=3900mm16MnR6封頭DN650X 20mm h=50mm16MnR7鞍座JB/T4712-92 鞍座A3600-FJB/T4712-92 鞍座A3600-SQ235A.F8人孔HG21524-95 人孔 RF V (A?G 450-2.5組合件9補強圈16MnR10液面計液白計 AT 2.5-W-1450V組合件11液卸計接管57 3.5mm, L=200mm16MnR12進料管76 4mm, L=200mm16MnR13出料管57 3.5mm, L=200mm16MnR14壓料接管25 3mm, L=3708mm20R15排污管57 3

24、.5mm, L=200mm20R16放空管32 3.5mm, L=200mm20R17平安閥接管32 3.5mm, L=200mm20R18法蘭配合以上接管Q235A4.2公式匯總名稱公式出處貯罐總質量m=nr+m!+m+m?化工機械根底?陳國恒主編P312罐體質量m=q1Lc封頭質量m>=2q2充液質里ms=V, p筒體中間處橫面的彎矩?化工容器設計例題、習題集?蔡仁良P97支座處截面的彎矩由彎矩引起的軸向應力最高點處?化工容器設計例題、習題集?蔡仁良P170由彎矩引起的軸向應力最低點處設計壓力引起的軸向應力軸向拉應力軸向壓應力軸向許用壓縮應力筒體切向男應力?化工機械工程手冊?上卷余國琮封頭切向男應力鞍座處橫截面最低點處環(huán)向應力鞍座邊角處軸向應力?化工容器設計例題、習題集?蔡仁良P171支座承受的水平分力鞍座后效斷囿平均應力補強圈內(nèi)徑D=di+2C+(12 16)?化工機械工程手冊?上卷余國琮P11-163補強圈厚度?化工機械根底?陳國恒主編P221第五章小結通過2周對液氨儲罐的機械設計, 我更加深入的了解了液氨儲罐的設計過程,在設計由于儲罐體積較小, 采用的是臥式圓筒形容器. 通過這次課程設計是對這門課程 的一個總結,對化工機械知識的應用.設計時要有一個明確的思路,要考慮多種因素包括環(huán)境條件和介質的性質等再選 擇適宜的設計參數(shù),對罐體的材料和結構確定之后還要進行一系