化工機械課程設(shè)計

化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計題目：液氨儲罐設(shè)計指導老師：設(shè)計人:設(shè)計任務(wù)書課題：液氨儲罐的機械設(shè)計設(shè)計內(nèi)容：根據(jù)既定的工藝參數(shù)設(shè)計一臺液氨儲罐已知工藝參數(shù)：最高使用溫度T=40℃罐體容積V=42mm3此時氨的飽和蒸汽壓P=1.55MPa具體的內(nèi)容包括：1.筒體材料選擇2.罐的結(jié)構(gòu)及尺寸（內(nèi)徑、長度）形狀（臥式、球形、立式），罐體厚度，封頭形狀及厚度，支座的選擇，人孔及接管，開孔補強，設(shè)備裝配圖（A2）下達時間：2011年11月10日完成時間：2011年11月16日前言本次課程設(shè)計是化工學院，化學工程與工藝專業(yè)對化工設(shè)備機械基礎(chǔ)這門課程進行的。課設(shè)題目為液氨儲罐的課程設(shè)計。液氨，又稱為無水氨，是一種無色液體。氨作為一種重要的化工原料，應用廣泛，為運輸及儲存便利，通常將氣態(tài)的氨氣通過加壓或冷卻得到液態(tài)氨。液氨在工業(yè)上應用廣泛，而且具有腐蝕性，且容易揮發(fā)，所以其化學事故發(fā)生率相當高。NH3氣氨相對密度（空氣=1）：0.59，分子量為17.04.液氨的密度是0.562871Kg/L（50℃）。自燃點：651.11℃飽和蒸汽壓：2.033MPa熔點（℃）：-77.7爆炸極限：16%?25%沸點（℃）：—33.4 1%水溶液PH值：11.7比熱kJ（kg?K）：氨（液體）4.609氨（氣體）2.179蒸汽與空氣混合物爆炸極限16?25%（最易引燃濃度17%）。氨在20℃水中溶解度34%,25℃時,在無水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是許多元素和化合物的良好溶劑。水溶液呈堿性。液態(tài)氨將侵蝕某些塑料制品,橡膠和涂層。遇熱、明火,難以點燃而危險性較低;但氨和空氣混合物達到上述濃度范圍遇明火會燃燒和爆炸,如有油類或其它可燃性物質(zhì)存在,則危險性更高。液氨主要用于生產(chǎn)硝酸、尿素和其他化學肥料，還可用作醫(yī)藥和農(nóng)藥的原料。在國防工業(yè)中，用于制造火箭、導彈的推進劑?？捎米饔袡C化工產(chǎn)品的氨化原料，還可用作冷凍劑。液氨還可用用于紡織品的絲光整理。液氨通常采用鋼瓶或槽車灌裝。灌裝用鋼瓶或槽車應符合國家勞動局頒發(fā)的“氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程”、“壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程”等有關(guān)規(guī)定。本設(shè)計是針對《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》這門課程所安排的一次課程設(shè)計，是對這門課程的一次總結(jié)，要綜合運用所學的知識并查閱相關(guān)書籍完成設(shè)計。設(shè)計基本思路：本設(shè)計綜合考慮環(huán)境條件、介質(zhì)的理化性質(zhì)等因素，結(jié)合給定的工藝參數(shù)，機械按容器的選材、壁厚計算、強度核算、附件選擇、焊縫標準的設(shè)計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、人孔接管、人孔補強、接管、管法蘭、液位計、鞍座、焊接形式進行了設(shè)計和選擇。設(shè)備的選擇大都有相應的執(zhí)行標準，設(shè)計時可以直接選用符合設(shè)計條件的標準設(shè)備零部件，也有一些設(shè)備沒有相應標準，則選擇合適的非標設(shè)備。各項設(shè)計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設(shè)計有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進行設(shè)計。本設(shè)計過程的內(nèi)容包括容器的材質(zhì)的選取、容器筒體的性質(zhì)及厚度、封頭的形狀及厚度、確定支座、人孔及接管、開孔補強的情況以及其他接管的設(shè)計與選取。此次設(shè)計主要原理來自《化工設(shè)計機械基礎(chǔ)》及《過程裝備機械設(shè)備設(shè)計》、《化工設(shè)計》、《化工機械基礎(chǔ)》等參考書。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument". 設(shè)計方案 6\o"CurrentDocument"設(shè)計依據(jù)及原則 6\o"CurrentDocument"設(shè)計參數(shù)的確定 6\o"CurrentDocument". 各種參數(shù)計算 8\o"CurrentDocument"確定罐體的形狀及內(nèi)徑 8\o"CurrentDocument"壁厚設(shè)計 8筒體壁厚設(shè)計 8封頭壁厚設(shè)計 10筒體與封頭水壓試驗 10\o"CurrentDocument"人孔設(shè)計 11人孔參數(shù)確定 11人孔補強設(shè)計 11\o"CurrentDocument"接口管設(shè)計 13\o"CurrentDocument"進料管 13\o"CurrentDocument"出料管 14液位計接口管 15放空閥接口管 15安全閥接口管 15\o"CurrentDocument"排污管 15\o"CurrentDocument"鞍座負載設(shè)計 15\o"CurrentDocument"罐體質(zhì)量m1 16\o"CurrentDocument"封頭質(zhì)量m2 16\o"CurrentDocument"液氨質(zhì)量m3 16\o"CurrentDocument"附件質(zhì)量m4 16\o"CurrentDocument".各種參數(shù)校核 18\o"CurrentDocument"筒體軸向應力校核 18筒體軸向彎矩計算 18.筒體軸向應力計算 19\o"CurrentDocument"筒體和封頭切向剪應力校核 20筒體切向應力 20封頭切向剪應力 20筒體周向應力校核 20周向應力計算 20周向應力校核 21\o"CurrentDocument"鞍座有效斷面平均應力 21\o"CurrentDocument".設(shè)計匯總 24\o"CurrentDocument".結(jié)束語 25\o"CurrentDocument".參數(shù)對照表 26\o"CurrentDocument".參考文獻 26.附錄 261設(shè)計方案設(shè)計依據(jù)及原則本液氨貯罐屬于中壓容器，設(shè)計以“鋼制壓力容器”國家標準（GB150）為依據(jù)，嚴格按照政府部門對壓力容器安全監(jiān)督的法規(guī)“壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督教程”的規(guī)定進行設(shè)計。以安全為前提，綜合考慮質(zhì)量保證的各個環(huán)節(jié)，盡可能做到經(jīng)濟合理，可靠的密封性，足夠的安全壽命。設(shè)計的步驟如下：（1）根據(jù)設(shè)計中要用的各種參數(shù)進行計算及材料選擇。（2）對容器的筒體、封頭鞍座及其他附件進行參數(shù)計算。（3）對計算出來的數(shù)據(jù)進行校核。（4）根據(jù)以上容器參數(shù)的設(shè)計，畫出總設(shè)備圖。設(shè)計參數(shù)的確定（1）設(shè)計溫度：T=40℃（2）設(shè)計壓力:本貯罐在最高使用溫度40℃下，氨的飽和蒸汽壓為1.55MPa（絕對壓強），容器上裝有安全閥，則取1.05到1.10倍的最高工作壓力作為設(shè)計壓力，這里取最高設(shè)計壓力為1.10倍。所以設(shè)計壓力為P=1.10X（1.55-0.10133）=1.60MPa。（3）材料選擇：由操作條件可知，該容器屬于中壓、常溫范疇。.由《化工機械工程手冊》（上卷）（余國琮第七篇第一章P7-5表7.1-1），考慮到機械性能、強度條件、腐蝕情況等要求，筒體和封頭的材料選用可以考慮20R、16MnR這兩種鋼種。如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用20R類的低碳鋼板，16MnR鋼板的價格比20R貴，但在制造費用方面，同等重量設(shè)備的計價，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。鋼號為16MnR的鋼板（適用溫度范圍-40-475℃，使用狀態(tài)為熱軋或正火，鋼板標準為GB6654—1996）。接管材料選用鋼號為16MnR的接管（許用應力：[0]=[0]t=163MPa）。法蘭材料為16MnR，鞍座材料選用16MnR。（4）鋼板厚度負偏差：由《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》P97表4—9可知，鋼板厚度在7.5-25mm時鋼板負偏差C=0.80mm。1(5)腐蝕裕量:腐蝕裕量有介質(zhì)對材料的均勻腐蝕速率和容器的設(shè)計壽命決定。腐蝕裕量C2=入a,其中人為腐蝕速率；a容器的使用壽命。對于低合金鋼的容器，其腐蝕程度若屬于輕度腐蝕，腐蝕速度0.05-0.13(mm/a),腐蝕余量三1.0mm,(教材P98表4-11)故腐蝕余量取C=2.0mm.2(6)焊接頭系數(shù)：本次課程設(shè)計是液氨儲罐的機械設(shè)計。氨屬于中度毒性物質(zhì),查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》(第六版.P56表2-2)可知該設(shè)備為中壓儲存容器，即為第三類壓力容器。由于焊縫區(qū)是容器上強度比較薄弱的地方,要保證設(shè)備密封性能良好,故筒體焊接結(jié)構(gòu)采用雙面焊的全焊透的對接接頭，且全部無損探傷的，故取焊接頭系數(shù)”=1.0。(7)許用應力:對于本設(shè)計是用鋼板卷焊的筒體以內(nèi)徑作為公稱直位N=D=2800mm.1假設(shè)16MnR鋼的厚度在16-36mm之間，設(shè)計溫度下鋼板的許用應力［。］t=163Mpa。各種參數(shù)計算確定罐體的形狀及內(nèi)徑（1）此容器為液氨儲存性容器，從受力方面分析來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)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。從鋼材耗用量來說：球形封頭用材最少，比橢圓開封頭節(jié)約，平板封頭用材最多。因此，從強度、結(jié)構(gòu)和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。所以此容器選用罐身為圓筒形，兩端均用標準橢圓形封頭的臥式容器。（2）內(nèi)徑的確定根據(jù)《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》中的表8-1壓力容器的公稱直徑，由于V=42m3液氨貯罐，試選用Di=2800mm,設(shè)罐身的長度為L,則Ln（D/2）X（D/2）+V義2三42V2——標準橢圓形封頭的容積的計算：h=40mm（封頭直邊高度） 《化工制圖》（鄭曉梅P95附表1JB/T4737-95）0V=n/24XD?+n/4XD?Xh2=3.14^24X2.83+3.14-F4X2.82X0.04=3.12m3將上式帶入可求得罐身長度LL=5.81m故取L=5.81m.由L/D=2.075符合L/D=2-9所以次容器的罐身的長度L=5810mm，公稱直徑D=2800mm壁厚設(shè)計筒體壁厚設(shè)計16MnR的密度為7.85t/m3，熔點為1430℃，許用應力口】列于下表:表3.1 16MnR許用應力鋼號在下列溫度（℃）下的許用應力/Mpa板厚/mm<201001502002503006?1617017017017015614416MnR16?3616316316315914713436?60157157157150138125>60?100153153150141128116在GB-150-1998《鋼制壓力容器》中規(guī)定，將計算厚度與腐蝕裕量作為設(shè)計厚度，即：pXDN-即：—c +C2［。卜。一p 2c式中6d—設(shè)計厚度（mm）；C一腐蝕裕量（mm）;2P一圓筒的設(shè)計壓力（MPa）;cDN一圓筒的公稱直徑（mm）;中一焊接接頭系數(shù)；[。]t一鋼板在設(shè)計溫度下的許用應力（MPa）。pXDN于是8=_p +C=1.60X2800/（2X163X1.0-1.60）+2.0=15.81mm.d2[o]t巾一p 2c將設(shè)計厚度加上鋼板負偏差后向上圓整到鋼板的標準規(guī)格的厚度，及圓筒的名義厚度：8=8+C+A=15.81+0.8+△=17mmnd1即8=8+C+A=21.64+0.8+△。圓整后取6=24mm后的16MnR鋼板制作筒體。nd1

有效厚度5=5—C—Cen12有效厚度則5=5—C—C=17.0-0.8-2.0=14.2mm。en12封頭壁厚設(shè)計由于橢圓封頭厚度的計算公式和筒體厚度的計算公式幾乎相同，說明筒體采用標準橢圓封頭，其封頭厚度近似等于筒體厚度，這樣筒體和封頭可采用相同厚度的鋼板制作。因為Di/2hf=2時，定義為標準橢圓封頭，所以封頭的形狀系數(shù)K=1.0。封頭的設(shè)計厚度為：TOC\o"1-5"\h\zp?DN?K ―封頭的設(shè)計厚度為： c +C2[o卜。一0.5p 2c_+C=1.60X2800/(2X163X1.0-0.5X1.60)+2.0=15.75mm。2c考慮鋼板厚度負偏差及沖壓減薄量，需圓整，封頭的名義厚度由公式可得5=b+C+A=15.75+0.△+,圓整后取5=17mn厚的16MnI鋼板作封頭。nd1橢圓封頭標記為：橢圓封勰280儂17—16MnRJB/T4737封頭的有效厚度由公式2.（3）得5=5-C-C=17-0.8-2.0=14.。2mmen12標準橢圓封頭的直邊高度與封頭公稱直徑有關(guān)。查表《化工制圖》鄭曉梅，P95,附錄化工設(shè)備零件標準摘錄）得當封頭的公稱直徑DN=2800mm時，封頭直邊高度h=40mm。0筒體與封頭水壓試驗由《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》（第六版P100）查得內(nèi)壓容器液壓試驗時應力校核公式為p(DN+5)_t-4- 3<0.9o925 5式中p一試驗壓力（MPa）；5一有效厚度式中p一試驗壓力（MPa）；5一有效厚度（mm）；te屈服點（MPa）;Di一圓筒的內(nèi)直徑；。t。一圓筒材料在試驗溫度下的s一圓筒壁在試驗壓力下的計算應力（MPa）;中一圓筒的焊接接頭系數(shù)。。=325MPa其中p=1.25p=1.25X1.60=2.00MPa 5。=325MPa工曰p(Di+8) 2.00(2800+14.20)ino9m-”入門于是o=t-4- e-= =198.18MPaW0.9o6=0.9義325義t28 2*14.20 se1.0=292.5MPa.水壓試驗滿足強度要求。人孔設(shè)計人孔參數(shù)確定為了檢查設(shè)備使用過程中是否產(chǎn)生裂紋、變形、腐蝕等缺陷，應開設(shè)檢查孔，此設(shè)備應至少開設(shè)一個人孔，人孔的形狀有圓形和橢圓兩種，當設(shè)備內(nèi)徑Di>1000mm時，壓力容器上的開孔最好是圓形的。橢圓形人孔的短軸與受壓容器的軸線平行。圓形人孔的直徑一般為450mm，受壓容器的壓力不高或有特殊需要時，直徑可以大一些。圓形人孔的直徑有DN400、DN450、DN500和DN600共4種。本設(shè)計根據(jù)儲罐在常溫工作壓力為1.60MPa的條件下工作，人孔標準應按公稱壓力為1.60MPa的等級選取。受壓設(shè)備的人孔蓋較重，一般均選用吊蓋式人孔或回轉(zhuǎn)蓋式人孔。吊蓋式人孔使用方便，墊片壓緊較好，回轉(zhuǎn)蓋式人孔結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)動時所占空間平面較小，如布置在水平位置時，開啟時較費力。故選水平吊蓋帶頸平焊法蘭人孔，該人孔結(jié)構(gòu)中有吊鉤和銷軸，檢修時只須松開螺栓將蓋板繞銷軸旋轉(zhuǎn)一個角度，由吊鉤吊住，不必將蓋板取下。人孔直徑選擇DN450.該人孔標記為：HG21523—1995人孔RFW(A?G)450-1.6其中RF指凸面封閉，W指材料為20R,A?G是指用普通石棉橡膠板墊片，450-1.6是指公稱直徑為450mm、公稱壓力為1.60MPa。人孔補強設(shè)計開孔補強結(jié)構(gòu)：壓力容器開孔補強常用的形式可分為補強圈補強、厚壁管補強、整體鍛件補強三種。補強圈補強是使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、原材料易解決、安全、可靠等優(yōu)點。在一般用途、條件不苛刻的條件下，可采用補強圈補強形式。但必須滿足規(guī)定的條件。壓力容器開孔補強的計算方法有多種，為了計算方便，采用等面積補強法，即殼體截面因開孔被削弱的承載面積，必須由補強材料予以等面積的補償。當補強材料與被削弱殼體的材料相同時，則補強面積等于削弱的面積。補強材料采用16MnR。1、開孔補強的計算由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管，故不能直接選用補強圈標準。本設(shè)計所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑d=450mm,壁厚6m=10mm。故補強圈尺寸如下：查表《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》董大勤P302表11-2)得人孔的筒體尺寸中480X10,由標準查的補強圈內(nèi)公式D1=484mm,外徑D2=760mm。開孔補強的有關(guān)計算參數(shù)如下1、不計焊縫系數(shù)的筒體計算壁厚=PcD(2[o]，一p)=1.6x2800/(2x163—1.6)=13.81mmi2、開孔所需補強的面積A：開孔直徑：d=di+2C=450+2X(0.8+2)=455.6mm補強的面積：A=dX6=455.6X13.81=6291.836mm3、有效地寬度B：B=2Xd=2X455.6=911.2mmB=d+2X6n+6m=455.6+2X17+2X10=509.6mm取最大值B=911.2mm4、有效高度h：夕卜側(cè)高度h=式dx6)=%455.6x度=67.49mm或h=接管實際外卜伸高度=250mm" m 1兩者取較小值h=67.49mm1內(nèi)側(cè)高度h=、.(dx6)=,(455.6x10)=67.49mm或h二接管實際內(nèi)伸高度=0mm' m' 2兩者取較小值h=0mm25、筒體多余面積A1筒體有效厚度：6e=6n-C=17-2.8=14.2mm選擇與筒體相同的材料(16MnR)進行補償，故f=1,所以rA1=(B-d)(6e-6)-26m(6e-6)(1-fr)=(911.2-455.6)(14.2-13.81)-0=177.68mm26、接管多余金屬的截面積A：2接管計算厚度6t=PXd/(2[o]t①-P)=1.6X455.6/(2X163X1-1.6)=2.25A2=2h1(5m-C-5t)fr+0=2X67.49X(10-2.8-2.25)=668.42mm27、補強區(qū)內(nèi)焊縫截面積A3A=2X0.5X10X10=100mm238、有效補強面積AeAe=A1+A2+A3=177.68+668.42+100=946.10mm2比較得A>Ae滿足以下條件的可選用補強圈補強：剛材的標準常溫抗拉強度。<540Mpa；補強圈b厚度應小于或等于殼體壁厚的1.5倍；殼體名義厚度5<38mm；設(shè)計壓力<4Mpa；設(shè)n計溫度<350℃?？芍驹O(shè)計滿足要求，則采用補強圈補強。所需補強圈的面積為：A=A—A=5345.73m2

4e補強圈的結(jié)構(gòu)及尺寸：為檢驗焊縫的緊密型，補強圈上鉆M10的螺孔一個，以通入壓縮空氣檢驗焊縫質(zhì)量。按照根據(jù)焊接接頭分類，接管、人孔等與殼體連接的接頭，補強圈與殼體連接的接頭取D類焊縫。根據(jù)補強圈焊縫要求，并查得結(jié)構(gòu)圖為帶補強圈焊縫T型接頭，補強圈坡口取B型，標準HG21506-92得補強圈外徑D=760mm,內(nèi)徑0D=d+(3~5)則取484m。i0計算補強圈厚度：A5>—=5345.73/276=19.37mcB—Di考慮到鋼板負偏差并圓整，補強材料與殼體材料相同，制造時為便于備材，且查標準補強圈厚度取22m,計算的補強圈厚度也滿足補強圈補強的條件。查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》(董大勤P327表12-1)得對應補強圈質(zhì)量為46.5Kg.接口管設(shè)計進料管材料：容器接管一般應采用無縫鋼管，所以液體進料口接管材料選擇無縫鋼管，采用無縫鋼管標準GB8163-87。材料為16MnR。結(jié)構(gòu)：接管伸進設(shè)備內(nèi)切成45度，可避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動，減少物料對壁的磨損與腐蝕。接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考慮上述要求外，還需考慮焊接方法、焊接參數(shù)、加工條件、施焊位置等制造上的因素及運輸、安裝中的剛性要求。一般情況下，管壁厚不宜小于殼體壁厚的一半，否則，應采用厚壁管或整體鍛件，以保證接管與殼體相焊部分厚度的匹配。不需另行補強的條件：當殼體上的開孔滿足下述全部要求時，可不另行補強。①設(shè)計壓力小于或等于2.5Mpa。②兩相鄰開孔中心的距離應不小于兩孔直徑之和的2倍。③接管公稱外徑小于或等于89加。④接管最小壁厚滿足以下要求。表4.2 接管最小壁厚要求接管公稱直徑/mm57 7665 89最小壁厚/mm5.0 6.0由《化工原理》上冊（夏青，陳常貴主編）P357附錄23可知，采用“76mm義5mm無縫鋼管。管的一端切成45°，伸入貯罐內(nèi)少許，管長400mm。根據(jù)《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》第六版P343附表15-4查得配用具有突面密封的帶頸平焊管法蘭，法蘭標記：HG20595-97法蘭SO65—1.6RF16MnR。因為殼體名義壁厚6n=17mm>12mm,接管公稱直徑小于80mm,故不用補強。出料管采用可拆的壓出管”45山山義3.5山山，伸入到罐內(nèi)離罐底約100mm，將它用法蘭套連接在接口管@57mmX3.5mm內(nèi)，罐體的接口管法蘭采用HG20595-97法蘭SO501.6RF16MnR。該法蘭與"57mmX3.5mm的接口管（管壁加厚，具有補強作用）相配并焊接在一起，另一法蘭蓋與該法蘭用螺栓緊固，法蘭蓋上穿過“45mmX3.5mm的壓出管，兩者焊牢。其連接尺寸和厚度與HG20595-97法蘭SO50—1.6RF16MnR相同，但其內(nèi)徑為45mm。液氨壓出管的端部法蘭HG20595-97法蘭SO40—1.6RF16MnR。這些小管都不補強。壓出管伸入貯罐2.6m。液位計接口管液面計是用以指示容器內(nèi)物料液面的裝置，其類型大體上可以分為四類：有玻璃板液面計，玻璃管液面計，浮子液面計和浮標液面計。在中低壓容器中常用前兩種。玻璃板液面計有透光式和反射式兩種結(jié)構(gòu)，其適用溫度在0-200℃。玻璃管液面計適用于工作壓力小于1.6MPa,介質(zhì)溫度在0-200℃情況下。玻璃板液面計和玻璃管液面計均適用于物料沒有結(jié)晶等堵塞固體的場合。板式5液面計承壓能力強但比較笨重，成本較高。液氨為較干凈的物料，易透光，不會出現(xiàn)嚴重堵塞現(xiàn)象，所以在此選用玻璃管液面計。選用玻璃管液面計，記作AG1.6-I-1200P,L=1200mm兩支。與液面計相配的接口管尺寸為“18mmX3mm,管法蘭為HG20595-97法蘭SO15—1.6RF16MnR。放空閥接口管采用“32mmX3.5mm無縫鋼管，法蘭為HG20595—97法蘭SO25—1.6RF16MnR。安全閥接口管采用“32mmX2.5mm無縫鋼管，法蘭為HG20595-97法蘭SO25—1.6RF16MnR（尺寸有安全閥泄露放量決定）。污管儲罐右端最底部安設(shè)排污管一個，管子規(guī)格為“76mmX5mm,管端焊有一與截止閥J41W—16相配的管法蘭HG20595-97法蘭SO65—1.6RF16MnR。排污管一罐體連接處焊有一厚度為10mm的補強圈。力表接口壓力表接口管尺寸的最大工作壓力決定，因此選用^57義3.5mm無縫鋼管，管法蘭采用HG5010-58Pg16Dg65。各接外管外伸高度都是150mm。鞍座負載設(shè)計首先粗略計算鞍座負荷儲罐總質(zhì)量： m=m1+m2+m3+m4式中m1一罐體質(zhì)量（kg）；頭質(zhì)量（kg）；氨質(zhì)量（kg）；件質(zhì)量（kg）。罐體質(zhì)量m1由公稱直徑Di=2800mm,壁厚6n=17mm條件下根據(jù)《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》董大勤P195）表8-24續(xù)表得筒節(jié)鋼板質(zhì)量q1=1181kg/m,故m1=q1L0于是m1=q1L0=1181X5.81=6861.61kg封頭質(zhì)量m2由封頭公稱直徑DN=2800mm,壁厚6n=17mm,h0=40mm條件下，根據(jù)《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》（董大勤主編P198）的公式G=8.51（Di+6p）2+24.7（D+5）hlbx103Kgip0p=[8.51（2.8+0.017）2+24.7（2.8+0.017）X0.04]X0.017X103求得G=1195.3Kg封頭質(zhì)量m2=2G=2X1195.3=2390.6Kg液氨質(zhì)量m3m3=V?P式中V一主管容積（m3）;P一水的密度（kg/m3）。其中，當DN=2800mm,壁厚6d=17mm,h0=40mm條件下，罐體的容積為42m3液氨在0℃時的密度為64kg/m3,小于水的密度，故充液氨質(zhì)量按水考慮。即P=1000kg/m3。所以m3=V?P=42X1000=42000kg附件質(zhì)量m4人孔約重200kg,其他管的總和按300kg計，故m4=200+300=500kg設(shè)備的總質(zhì)量m=m1+m2+m3+m4=6861.61+2390.6+42000+500=51752.21kg各鞍座的支座反力為F=mg/2=51752.21X9.81/2=253.84KN,.根據(jù)《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》（第六版,P354附表16-1）查得由于筒體的公稱直徑DN=2800mm,所以可以選輕型（A型）120°包角帶墊板鞍座，鞍座高度250mm，底板長度l1=2040mm,螺栓連接尺寸12=1800mm，鞍座寬度為b=300mm,底板厚度61=12mrn,腹板厚52=10mm,筋板厚度63=8mm,筋板長度l=320mm,墊板寬b=500mm,墊板厚5=8mm。34 4鞍座標記為：JB/T4712—92鞍座A2800—FJB/T4712—92鞍座A2800—S由《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》第六版P175知：當同體的L/D較大，或在鞍座所在平面內(nèi)有加強圈是，取AW0.2L時；當筒體的L/D較大，且在鞍座所在平面內(nèi)無加強圈時，取AWD0/4，且A不宜大于0.2A；A最大不得大于0.25L。因為0.2L>0.5R,取鞍座位置A=0.5R=0.5X1400=700mm3.各種參數(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?242-h21+ m iL~^h―1+匚3L式中F一鞍座反力（N）；R一橢圓封頭外直徑（mm）；mL一兩封頭切線之間的距離（mm）；A一鞍座位置（mm）；hi一封頭曲面深度（mm）；其中RmDN+28 2800+2*17…「 -= =1417mm2 2L=L+2h=5810+2義40=5890mm0 0所以\242-h2)l了1+mi—//一F-L L2 4AM= L ——1 4 1 4h L1+—i

3L253840x5890v X4支座處截面上的彎矩Q172-7002)X 58902 4x7001+4x700 58903x5890=17.32x107KNM=-FA

2AR2-h21———十—m i-1_L2AL4~^h1+匚3L所以M=-FA

2AR2-h21———十—m i-1-L 2AL4~~\h1+j3L-1.43x107KN3.1.2.筒體軸向應力計算=-253840x700x700589014172-7002+ 2x700x58901十*003x5890查表得K=K=1.0。因為|M|>>|M|,且AWR/2=708.5mm,12故最大軸向應力出席在跨中面，校核跨中面應力。（1）由彎矩引起的軸向應力及介質(zhì)壓力引起的軸向應力圓筒中間截面上最高點處:PRO'=- 1———+―c—m1 3.14R28 281.6x141717.32x1072x14.2 3.14x14172x14.2=77.90MPa最低點處:3.14R28mPR17.32x107 二81.77MPa2x14.2 3.14x14172x14.2鞍座截面處最高點處:PR-c——m281.6x1417-1.43x1072x14.2 3.14x1.0x14172x14.2=80.00MPa最低點處:PRc?m+M 2.L"1417+-1.43x1072x14.2 3.14x1.0x14172x14.2=79.67MPa（3）軸向應力組合與校核許用軸向拉壓應力O]=163MPa，o2<口】合格。軸向許用應力,0.0948A= Ri于是0.0948 0.094義14.2A=e=— =0.0009420MPa1417根據(jù)A值查外壓容器設(shè)計的材料溫度線圖，得B=145MPa《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》（第六版P136圖5-9），取許用壓縮應力b]=B=145MPa，ac3.2筒體和封頭切向剪應力校核因筒體被封頭加強，筒體和封頭中的切向剪應力分別按下列計算。3.2.1筒體切向應力KF

t=—3—R8me由《化工機械工程手冊》（上卷）PU—100表11.4—12查得K=0.880，K=0.401。于是KF0.880x253840t= —= =11.10MPaR8 1417x14.2me3.2.2封頭切向剪應力.KF—4—R8me于是thKF0.401x253840r= =5.06MPaR8 1417x14.2me1CL「Ijcl、/「IKPD 1義1.6義2800__1.25bJ—o=1.25XbJ- n=1.25*163— =142. 13MPah 2t 2義14.2het<1.25口】—o合格由《化工機械工程手冊》P11-100（11.4-88）知hh3.3筒體周向應力校核3.3.1周向應力計算（1）在鞍座處橫截面最低點處—kKF 5—6be2式中b一筒體有效寬度。2由《化工機械工程手冊》上卷）P11—101表11.4—13查得K=0.7603K=0.0132。式中k=0.1考慮容器焊在鞍座上b=b+1.56,R62 ,me式中b一支座軸向?qū)挾?。于是b=b+1.56%:R6=300+1.56x?<1417x14.2=521.286mm2 'me—kKF—0.1x0.7603x253840 56be214.2x521.2=-2.61MPa（2）鞍座邊角處軸向應力因L/R=7290/1417=5.14<8,故mF3KF2538404b6F3KF2538404b62e―6-262e4x521.286x14.23x0.0132x253840 =-33.50MPa2x14.223.3.2周向應力校核Io|<b]=163MPa5Iol<1.25b]=203.75MPa63.4鞍座有效斷面平均應力鞍座承受的水平分力由《化工機械工程手冊》（上卷）P11—103表11.4—15查得K=0.204。于是9F=K9?F=0.204X253840=51783.4N鞍座有效斷面平均應力F s——Hbs0式中H一鞍座計算高度;sb—鞍座腹板厚度。0其中Hs取鞍座實際高度（H=250mm）和Rm/3=1417/3=472.33mi中的最小值，即H=250mn。腹板厚度6=8—C=10-0.8=9.2mms 02 1F51783.4于是o=一一= =22.51MPa9Hb250x9.2s0應力校核o<20]=2x163=108.67MPa9 3sa3式中0]=163MPa，鞍座材料16MnR的許用應力。4.設(shè)計匯總.本設(shè)備按68150-1998《鋼制壓力容器》和HG20584-1998《鋼制化工容器制造技術(shù)要求》進行制造、檢驗和驗收，并接受國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》；.焊接采用電弧焊，焊條牌號16MnR間為J507,16MnR與碳鋼間為J427；.焊接接頭型式及尺寸除圖中注明外，按HG20583的規(guī)定，不帶補強圈的接管與筒體的焊接接頭為G2,角焊縫的焊角尺寸按較薄板的厚度，法蘭的焊接按相應法蘭標準中的規(guī)定；.設(shè)備筒體的A、B類焊接接頭應進行無損檢測，檢測長度為100%,射線檢測不低于JB4730-94RTII為合格，且射線照相質(zhì)量不低于AB級；.設(shè)備制造完畢，以2.7MPa表壓進行水壓測試；.管口及方位按附圖。5.結(jié)束語經(jīng)過了一百多個小時的不懈努力，終于完成了這次課程設(shè)計，通過本次液氨儲罐的機械設(shè)計，使我了解了很多關(guān)于化工容器的知識，如容器材料的選擇、附件型號的選擇、焊接方式、參數(shù)校核等。瀏覽了很多與此相關(guān)的書籍，感覺受益匪淺。此次課程設(shè)計過程中，感覺最困難的應該是繪制平面設(shè)計圖，由于很長時間沒有繪圖，所以有些生疏。對相應的標準和規(guī)定不太清楚。不過通過這次課程設(shè)計，使我對制圖中的零件繪制、尺寸標準、比例、字體等各方面有了更深刻的掌握，對手工制圖的掌握更加熟練。由于所學知識有限，時間有限，在本次課程設(shè)計中可能有很多方面還不夠完善，部分設(shè)計可能不太合理或有更優(yōu)選擇，希望老師給予指正。最后，感謝老師細致而耐心的講解，使我們更加清楚設(shè)計的步驟及關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也要感謝同學的幫助，給我們指出設(shè)計過程中的不足使我們本次的課程設(shè)計更加完善。

6參數(shù)對照表符號代表參數(shù)符號代表參數(shù)DN筒體直徑Hs鞍座設(shè)計高度L0筒體長度（不含封頭）os屈服極限T溫度V體積P設(shè)計壓力ot管件應力Pc計算壓力m質(zhì)量[o1t許用應力L兩封頭切線間距離九腐蝕速率h0封頭直邊高n設(shè)計年限F支座反力C2腐蝕裕量H鞍座高度鞍座中心線與9焊接接頭系數(shù)A封頭切線間的距離P密度Rm橢圓封頭外徑8計算厚度hi封頭曲面深度6d設(shè)計厚度M彎矩8n名義厚度op軸向應力8e有效厚度R封頭內(nèi)徑K有效厚度封頭形狀系數(shù)T剪應力C厚度負偏差b筒體有效寬度.參考文獻[1]董大勤《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》北京化工工業(yè)出版社2009[2]喻建良王立業(yè)刁玉偉《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》大連理工大學出版社2009[3]余國琮《化工機械工程手冊》化學工業(yè)出版社2003[4]鄭津洋董其伍桑芝富《過程設(shè)備設(shè)計》化學工業(yè)出版社2010[5]李福寶李勤《壓力容器過程設(shè)備設(shè)計》化學工業(yè)出版社2010[6]夏清陳常貴《化工原理上冊》天津大學出版社2005[7]丁伯民黃正林《高壓容器》化學工業(yè)出版社2002[8]鄭曉梅魏崇光《化工制圖》化學工業(yè)出版社20018.附錄：表11.4-13系數(shù)K5&值鞍座包角e,鞍座墊板包角e+120K5K6A/RmW05A/RmN112000.76030.01320.0592(120+120)=13200.71960.01090.043413500.71080.01030.0413(1350+120)=14700.68000.00840.033515000.67330.00790.0317(1500+120)=16200.65010.00630.0252表11.4-12系數(shù)K3K4值條件鞍座包角eK3K4筒體在鞍座平面上有1200加強圈（用于11.4-84）135015001/n=0.319 筒體在鞍座平面上無12091.171加強圈，且A>Rm/213500.958或靠近鞍座處有加強圈（用于11.4-85）15000.799 筒體被封頭加強（即12000.8800.401AWRm/2)13500.6540.344用于式(11.4-86)式(11.4-87)15000.4850.295表11.4-15系數(shù)K9值鞍座包角e120135150K90.2040.2310.259附表1橢圓形封頭（摘自JB/T4737—95）公稱直徑DN曲面高度h1直邊高度h2厚度31600400256~84010~185020~4217004252584010~185020~2418004502584010~185020~5019004752584010~1820005002584010~185020~5021005254010~142200550258,94010~185020~5023005754010~1424006004010~185020~50

A(輕型)型鞍座標準系列(DN2100~4000)公稱直徑DN允許載荷Q/KN鞍座高度h底板腹板筋板墊板螺旋連接尺寸鞍座質(zhì)量250Lib5152L3B2B353弧長B454e間距12螺孔d螺紋M孔長l2300412166024012825620828882680400850146024M20401912400436172010266280015202092600442188030029326835810303050065164026928004472040320326018002913000786218036014341316406349050010194028M24604053200796234036837202100432340083924803801239133542539506008022005033600848264041841802360535附表15-4:管法蘭連接尺寸公稱直徑DNPN1.6MPa(16bar)DKLTh.n3214010018M1644015011018M1645016512518M1646518514518M164(8)8020016018M168注：①也可采用8個螺栓孔.。②PN1.0~4.0MPa,DN80法蘭的連接尺寸相同。③表中黑線框內(nèi)為不同壓力等級具有相同連接尺寸的法蘭。表8-24圓柱形筒體的容積、內(nèi)表面積和質(zhì)量接管公稱直徑DN/mm1米高的容積V/m31米高的內(nèi)表面積Fi/m21米高筒節(jié)鋼板質(zhì)量/kg鋼板厚度6p/mm141618202224004.5247.5583395310731193131426005.3098.17902103211621292142228006.1588.80972111112511391153130007.0309.431041119013401489163932008.05010.0511101269142815881748一n注：1.表中數(shù)據(jù)計算公式V=