課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(55)M液氨儲罐設(shè)計(jì)

1、中北大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書學(xué)生姓名： 梁曉明 學(xué)號： 11020341X38 學(xué) 院： 信息商務(wù)學(xué)院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 題 目： （55）M3液氨儲罐設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 陸輝山 崔寶珍 職稱: 2014年06月16日 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2013/2014 學(xué)年第 二 學(xué)期學(xué) 院： 信息商務(wù)學(xué)院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 學(xué) 生 姓 名： 梁曉明 學(xué) 號： 11020341X38 課程設(shè)計(jì)題目： （55）M3液氨儲罐設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 06 月 16 日06月 27日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 校內(nèi) 指 導(dǎo) 教 師： 陸輝山 崔寶珍 系 主 任： 黃晉英 下達(dá)任務(wù)書日期:

2、2014年06月16日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書1設(shè)計(jì)目的：1) 使用國家最新壓力容器標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，掌握典型過程設(shè)備設(shè)計(jì)的全過程。2) 掌握查閱和綜合分析文獻(xiàn)資料的能力，進(jìn)行設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)方案的可行性研究和論證。3) 掌握電算設(shè)計(jì)計(jì)算，要求設(shè)計(jì)思路清晰，計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，且正確掌握計(jì)算機(jī)操作和專業(yè)軟件的使用。4) 掌握工程圖紙的計(jì)算機(jī)繪圖。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：1 原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)條件表序號項(xiàng) 目數(shù) 值單 位備 注1名 稱液氨儲罐2用 途液氨儲存3最高工作壓力 MPa由介質(zhì)溫度確定4工作溫度-20485公稱容積（Vg）10/16/20/25/40M3

3、6工作壓力波動情況可不考慮7裝量系數(shù)(V)0.858工作介質(zhì)液氨（中度危害）9使用地點(diǎn)室外10安裝與地基要求11其它要求管口表接管代號公稱尺寸連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)連接面形式用途或名稱aDN65HG/T20592-2009FM液氨進(jìn)口管bDN50HG/T20592-2009FM安全閥接口cDN500HG/T21518-2005FM人 孔dDN50HG/T20592-2009FM空氣進(jìn)口管eDN50HG/T20592-2009FM空氣出口管fDN25HG/T20592-2009FM壓力表接口gDN20HG/T20592-2009FM液位計(jì)接口hDN65HG/T20592-2009FM液氨出口管課 程 設(shè)

4、計(jì) 任 務(wù) 書2設(shè)計(jì)內(nèi)容1）設(shè)備工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；2）設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算與校核；3）技術(shù)條件編制；4）繪制設(shè)備總裝配圖；5）編制設(shè)計(jì)說明書。3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等： 1）設(shè)計(jì)說明書：主要內(nèi)容包括：封面、設(shè)計(jì)任務(wù)書、目錄、設(shè)計(jì)方案的分析和擬定、各部分結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算和確定、設(shè)計(jì)總結(jié)、參考文獻(xiàn)等； 2）總裝配圖設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)遵循國家機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)和化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求有關(guān)規(guī)定，圖面布置要合理，結(jié)構(gòu)表達(dá)要清楚、正確，圖面要整潔，文字書寫采用仿宋體、內(nèi)容要詳盡，圖紙采用計(jì)算機(jī)繪制。 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書4主要參考文獻(xiàn)：1 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，GB150-

5、1998鋼制壓力容器，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，19982 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，中國勞動社會保障出版社，19993 全國化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站，化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求，2000，114 鄭津洋、董其伍、桑芝富，過程設(shè)備設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社，20015 黃振仁、魏新利，過程裝備成套技術(shù)設(shè)計(jì)指南，化學(xué)工業(yè)出版社，20026 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院，化工工藝設(shè)計(jì)手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，19967 蔡紀(jì)寧主編，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年5設(shè)計(jì)成果形式及要求：1）完成課程設(shè)計(jì)說明書一份； 2）草圖一張（A1圖紙一張）3）總裝配圖一張 (A1圖紙一張)；

6、6工作計(jì)劃及進(jìn)度：2014年06月16日：布置任務(wù)、查閱資料并確定設(shè)計(jì)方法和步驟 06月17日06月20日：機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算（強(qiáng)度計(jì)算與校核）及技術(shù)條件編制06月21日06月24日：設(shè)計(jì)圖紙繪制（草圖和裝配圖）06月25日06月26日：撰寫設(shè)計(jì)說明書06月27日：答辯及成績評定系主任審查意見： 簽字： 年 月 日第一章 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇1、設(shè)計(jì)壓力：液氨在50是的飽和蒸汽壓為2.059 MPa，由于按壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定，盛裝液化氣體無保冷設(shè)施的壓力容器，其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不低于液化氣50時(shí)的飽和蒸汽壓力Pv=2.059Mpa，大氣壓Pa=0.1Mpa. 而最高工作壓力指容器頂部在正常工作過程中可

7、能產(chǎn)生的最高表壓可取液氨容器的設(shè)計(jì)壓力為最大工作壓力的1.1倍。即P=(2.059-0.1)×1.1=2.16水壓試驗(yàn) e=18mm，Di=2600mm,b=490Mpa,校核 2、設(shè)計(jì)溫度： 設(shè)計(jì)溫度系指容器在正常操作情況下，在相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力下，設(shè)定受壓元件的金屬溫度，其值不得低于元件金屬可能達(dá)到的最高金屬溫度，對于0以下的金屬溫度，則設(shè)計(jì)溫度不高于元件金屬可能達(dá)到的最低金屬溫度，容器的設(shè)計(jì)溫度是指殼體的設(shè)計(jì)溫度，可知器設(shè)計(jì)溫度選取的依據(jù)是：其值不得低于最高金屬溫度或不得高于最低金屬溫度（0以下）最高工作溫度為48，則設(shè)計(jì)溫度取50。3、主要元件材料的選擇：3.1 筒體材料的選擇：根

8、據(jù)液氨的物性選擇罐體材料，碳鋼對液氨有良好的耐蝕性腐蝕率在0.1/年以下，且又屬于中壓儲罐，可以考慮20R和16MnR這兩種鋼材，綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素，根據(jù)GB150-1998表4-1，選用筒體材料為低合金鋼16MnR（鋼材標(biāo)準(zhǔn)為GB6654）=163 Mpa。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。3.2地腳螺栓的材料選擇：地腳螺栓選用符合GB/T 700規(guī)定的Q235，Q235的許用應(yīng)力第二章 設(shè)備的結(jié)構(gòu)與厚度設(shè)計(jì) 1、筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1 封頭的結(jié)構(gòu)尺寸（封頭結(jié)構(gòu)如下圖1）由，得 查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.1

9、EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，如下表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/26006907.65452.5131 1.2 筒體的長度計(jì)算筒體直徑一般由工藝條件決定，但是要符合壓力容器的公稱直徑。標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭是中低壓容器經(jīng)常采用的封頭形式。封頭公稱直徑必須與筒體的公稱直徑相一致。 根據(jù)公式 取 L/D=4 得Di=2597mm,圓整得Di=2600mm. ，而充裝系數(shù)為0.85則：即計(jì)算得L=11.246m，取L=11m(在46之間)2、圓筒厚度的設(shè)計(jì)2.1計(jì)算壓力計(jì)算壓力是指在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下，用以確定組件最危險(xiǎn)截面厚度的壓力，其中

10、包括液柱靜壓力。通常情況下，計(jì)算壓力等于設(shè)計(jì)壓力與液柱靜壓力之和，當(dāng)組件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)時(shí)，可忽略不計(jì)。經(jīng)查壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程（表3-3）得液氨的設(shè)計(jì)壓力液柱靜壓力因?yàn)?，故液柱靜壓力可以忽略,計(jì)算壓力與設(shè)計(jì)壓力相等。,即=2.16 Mpa2.2圓筒厚度該容器需100%探傷，所以取其焊接系數(shù)為。圓筒的厚度在1636mm范圍內(nèi)，查GB150-1998中表4-1，可得：在設(shè)計(jì)溫度下，屈服極限強(qiáng)度， 許用應(yīng)力利用中徑公式，計(jì)算厚度： 圓整至18mm取。=2則筒體的設(shè)計(jì)厚度筒體的有效厚度3、封頭厚度的設(shè)計(jì) 查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表1，得公稱直徑選用標(biāo)準(zhǔn)橢

11、圓形封頭,型號代號為EHA，則 ，根據(jù)GB150-1998中橢圓形封頭計(jì)算中式7-1計(jì)算： 圓整得腐蝕裕度=2mm，設(shè)計(jì)厚度d=+C2=18+2=20mm.對于16MnR,鋼板負(fù)偏差=0取名義厚度 有效厚度由于筒體的名義厚度與封頭的名義厚度相近，所以可以統(tǒng)一去名義厚度為。選擇封頭的數(shù)據(jù)：DN=2600mm 曲面高=690mm 直邊高=40mm 內(nèi)表面積=7.6545,容積=2.5131m 名義厚度n=20mm 質(zhì)量=1184.6kg。4、鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 鞍座選型該臥式容器采用雙鞍式支座材料選用Q235-B，其許用應(yīng)力查得16MnR密度7900Kg/m筒體總質(zhì)量M=m1+m2+m3+m

12、4m1:筒體質(zhì)量m2:封頭質(zhì)量m3:液氨質(zhì)量m4:附件質(zhì)量：人孔及其它附件質(zhì)量總共估取400kg每個(gè)鞍座承受的壓力選鞍座JB/T4712.1-2007，標(biāo)準(zhǔn)尺寸為：DN=2600mm,許用載荷435KN,包角120°，帶墊板，A型。由公稱直徑，查壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊得公稱直徑DN2600腹板8墊板610允許載荷Q/kN440筋板29510鞍座高度h250268e120底板1880360螺栓間距16403008螺孔/孔長/螺紋D/l24/40M2014墊板弧長3030鞍座質(zhì)量Kg2984.2 鞍座位置的確定 雙鞍座臥式容器的受力狀態(tài)可簡化為受均布載荷的外伸梁， 由材料力學(xué)知，當(dāng)外

13、伸長度A=0.207L時(shí)，跨度中央的彎矩與支座截面處的彎矩絕對值相等，從而使上述兩截面上保持等強(qiáng)度，所以一般近似取,其中L取兩封頭切線間距離，A為鞍座中心線至封頭切線間距離?？紤]到支座截面處除彎矩以外的其他載荷，面且支座截面處應(yīng)力較為復(fù)雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩，通常取尺寸A不超過0.2L值，為此中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB 4731鋼制臥式容器規(guī)定A0.2L=0.2（L+2h），A最大不超過0.25L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過大。則可以取鞍座間距8000mm由標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭故鞍座的安裝位置如圖3所示：圖3-10鞍座此外，由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗變鋼度，故

14、封頭對于圓筒的抗彎鋼度具有局部的加強(qiáng)作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對支座處圓筒截面的加強(qiáng)作用。因此，JB 4731還規(guī)定當(dāng)滿足A0.2L時(shí)，最好使A0.5R m（）,即 ，則可取A=1000mm綜上有：A=1000mm(A為封頭切線至封頭焊縫間距離，L為筒體和兩封頭的總長)5、接管，法蘭，墊片和螺栓的選擇5.1、接管和法蘭液氨儲罐液面計(jì)接口、人孔、壓力表孔、空氣進(jìn)口、安全閥接孔、放空口、溫度計(jì)口、液體進(jìn)口、液體出口、排污口。根據(jù)各接口的大小選擇相對應(yīng)的法蘭及墊片。 接管和法蘭布置如圖3所示，法蘭簡圖如圖所示：查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中表8.2 3-1 PN10帶頸

15、對焊鋼制管法蘭，選取各管口公稱直徑，查得各法蘭的尺寸。查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中附錄D中表D-3PN10法蘭的質(zhì)量,得各法蘭的質(zhì)量。查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中表3.2.2，法蘭的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。表4：接管和法蘭尺寸序號名稱公稱直徑DN鋼管外徑法蘭焊端外徑法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n（個(gè)）螺栓Th法蘭厚度C法蘭頸法蘭高度H法蘭質(zhì)量NSRa液氨進(jìn)口管 6576B185145188M1618922.9106353.0b安全閥接口 5057B165125184M1618742.986452.5c人 孔 500530B6706

16、202620M24285427.11612904d空氣進(jìn)口管 5057B165125184M1618742.986452.5e空氣出口管 5057B165125184M1618742.986452.5f壓力表接口 2532B11585144M1218402.364401g液位計(jì)接口 2025B10575144M1218402.364401h液氨出口管 6576B185145188M1618922.9106353.05.2 墊片查HG/T 20609-2009鋼制管法蘭用金屬包覆墊片表4.0.1得：表5 墊片尺寸表符號管口名稱公稱直徑內(nèi)徑D1外徑D2a液氨進(jìn)口管6597.5127b安全閥接口50

17、77.5107c人 孔500561624d空氣進(jìn)口管5077.5107e空氣出口管5077.5107f壓力表接口255471g液位計(jì)接口2045.561h液氨出口管6597.5127注：1：包覆金屬材料為純鋁板，標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3880，代號為L3。 2：墊片厚度均為3mm。5.3 螺栓（螺柱）的選擇查HG/T 20613-2009 鋼制管法蘭用緊固件中表5.0.7-9和附錄中表A.0.1,得螺柱的長度和平墊圈尺寸：表6 螺栓緊固件用平墊圈 mm公稱直徑螺紋螺柱長ha 65M168517303b 50M168517303c 500M2412525444d 50M249017303e 50M16

18、9017303f 25M127513242.5g 20M127513242.5h 65M1685173036 人孔的選擇根據(jù)HG/T 21518-2005回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔，查表3-3尺寸表，選用凹凸面的法蘭，其明細(xì)尺寸見下表： 表7 人孔尺寸表 單位：mm密封面型式凹凸面MFMD7304330公稱壓力PN MPa1066048螺柱數(shù)量20公稱直徑DN500280A405螺母數(shù)量40123B200螺柱尺寸d506b44L300總質(zhì)量kg302第三章 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)根據(jù)GB150中8.3，當(dāng)設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa時(shí)，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

19、徑不大于89mm時(shí)，接管厚度滿足要求，不另行補(bǔ)強(qiáng)，故該儲罐中只有DN=500mm的 人孔需要補(bǔ)強(qiáng)。1 補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)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(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。接管材料選用10號鋼正火，其許用應(yīng)力根據(jù)GB150-1998中式8-1，其中：殼體開孔處的計(jì)算厚度接管的有效厚度強(qiáng)度削弱系數(shù)所以開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積為2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍12.2.1有效寬度B的確定按GB150中式8-7，得：12.2.2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：，3 有效補(bǔ)強(qiáng)面

20、積根據(jù)GB150中式8-10 式8-13，分別計(jì)算如下：3.1 筒體多余面積3.2接管的多余面積接管厚度：3.3焊縫金屬截面積焊角取6.0mm4補(bǔ)強(qiáng)面積因?yàn)?，所以開孔需另行補(bǔ)強(qiáng)所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積： 補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)：根據(jù)DN500取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D=840mm。因?yàn)锽>D，所以在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍。補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑d=530+2=532mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：圓整取名義厚度為20mm。第四章、視鏡的選用選用不帶頸視鏡；不帶頸視鏡結(jié)構(gòu)簡單，便于窺視，由于視鏡接緣直接焊接在設(shè)備上，容易在焊接后引起接緣上的密封面變形，所以應(yīng)有可靠的焊接工藝保證。選用視鏡的數(shù)據(jù)：DN=80 PN=1.57 D=130 b1=36 b2=26

21、H=91螺柱：個(gè)數(shù)n=8 直徑d=M12 重量m=7.1kg 標(biāo)準(zhǔn)：不銹鋼HGJ501-86-15圖3-7視鏡第五章、液面計(jì)的選用透光式玻璃面液面計(jì)，型號T；利用連通器原理，通過液面計(jì)的玻璃板視窗可以觀察容器內(nèi)部液面位置的變動情況。結(jié)構(gòu)形式：保溫型W,鋼板16Mn.L=900,標(biāo)準(zhǔn)HG21589.1-1995.圖3-8磁性液面計(jì) 第六章、安全閥的選用 液氨：A44H-160對于高壓容器和安全泄放量達(dá)的中低壓容器，最好采用全啟式安全閥，考慮泄放的介質(zhì)質(zhì)量是否易燃、有毒、污染環(huán)境，確定采用封閉式安全閥。所以選用彈簧封閉全啟式（帶扳手）安全閥。 圖3-9安全閥 第七章、墊片及螺栓的選擇表3.1墊片凹凸面用MFM型（mm）公稱通徑墊片內(nèi)徑墊片外徑墊片厚度2027501.580891201.51001151491.55005305603第八章、焊接接頭的設(shè)計(jì) 采用Y型對接接頭和手工電弧焊，綜合考慮材料選用16MnR. 焊條類型：E5018 鐵粉低氫鉀型圖3-11 Y型坡口筒體