《液氨儲罐設計》word版

目錄第一章緒論……………..……………….…………2設計任務 2設計思想 2設計特點 2第二章材料及結構的選擇與論證 3材料選擇 3結構選擇與論證…………..…………4\o"CurrentDocument"第三章設計計算 5筒體厚度設計 5封頭壁厚設計 6水壓試驗及強度校核 6人孔并核算開孔補強 .…6核算承載能力并選擇鞍座 7液面計選擇 ……8壓力表選擇 .9接口管選擇 .…10設計小結 .11第四章主要參考資料………………12第一章緒論.設計任務綜合運用所學的機械基礎課程知識設計一個常溫下儲存液氨的儲罐2．設計思想綜合運用所學的機械基礎課程知識，本著認真負責的態(tài)度，對儲罐進行設計。在設計過程中綜合考慮了經(jīng)濟性，實用性，安全可靠性。各項設計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設計有章可循，并考慮到結構方面的要求，合理地進行設計。3．設計特點容器的設計一般由筒體、封頭、法蘭、支座、接口管及人孔等組成。常、低壓化工設備通用零部件大都有標準，設計時可直接選用。本設計書主要介紹了液罐的的筒體、封頭的設計計算，低壓通用零部件的選用。各項設計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設計有章可循，并考慮到結構方面的要求，合理地進行設計。第二章材料及結構的選擇與論證（1）材料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鋼板為比較經(jīng)濟。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。（2）結構選擇與論證封頭的選擇從受力與制造方面分析來看，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。人孔的選擇壓力容器人孔是為了檢查設備的內部空間以及安裝和拆卸設備的內部構件。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。選用時應綜合考慮公稱壓力、公稱直徑（人、手孔的公稱壓力與法蘭的公稱壓力概念類似。公稱直徑則指其簡節(jié)的公稱直徑）、工作溫度以及人、手孔的結構和材料等諸方面的因素。人孔的類型很多，選擇使用上有較大的靈活性。通?？梢愿鶕?jù)操作需要,在這考慮到人孔蓋直徑較大較重,故選用碳鋼水平吊蓋人孔，人孔筒節(jié)軸線垂直安裝。容器支座的選擇容器支座有鞍座,圈座和支腿三種,用來支撐容器的重量。鞍式支座是應用最廣泛的一種臥式支座。從應力分析看，承受同樣載且具有同樣截面幾何形狀和尺寸的梁采用多個支承比采用兩個支承優(yōu)越，因為多支承在粱內產(chǎn)生的應力較小。所以，從理論上說臥式容器的支座數(shù)目越多越好。但在是實際上臥式容器應盡可能設計成雙支座，這是因為當支點多于兩個時，各支承平面的影響如容器簡體的彎曲度和局部不圓度、支座的水平度、各支座基礎下沉的不均勻性、容器不同部位抗局部交形的相對剛性等等，均會影響支座反力的分市。因此采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越論反而會造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運行安全帶來不利的影響。所以一臺臥式容器支座一般情況不宜多于二個。圈座一般對于大直徑薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座簡稱支腿，因這種支座在與容器殼壁連接處會造成嚴重的局部應力，故只適合用于小型設備(DN≤1600,L≤5m)。綜上考慮在此選擇雙個鞍式支座作為儲罐的支座。法蘭型式法蘭連接主要優(yōu)點是密封可靠、強度足夠及應用廣泛。缺點是不能快速拆卸、制造成本較高。壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭。平焊法蘭又分為甲型與乙型兩種。甲型平焊法蘭有PN0.25MPa0.6MPa1.0MPa1.6MPa，在較小范圍內(DN300mm-2000mm)適用溫度范圍為-20℃-300℃。乙型平焊法蘭用于PN0.25MPa-1.6MPa壓力等級中較大的直徑范圍，適用的全部直徑范圍為DN300mm-3000mm，適用溫度范圍為-20℃-350℃。對焊法蘭具有厚度更大的頸，進一步增大了剛性。用于更高壓力的范圍(PN0.6MPa-6.4MPa)適用溫度范圍為-20℃-45℃。法蘭設計優(yōu)化原則：法蘭設計應使各項應力分別接近材料許用應力值，即結構材料在各個方向的強度都得到較充分的發(fā)揮。法蘭設計時，須注意以下二點：管法蘭鋼制管法蘭、墊片、緊固件設計參照HG5010或GB9119?GB91126中的規(guī)定。液面計的選擇液面計是用以指示容器內物料液面的裝置，其類型很多，大體上可分為四類，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構，其適用溫度一般在0?250℃。但透光式適用工作壓力較反射式高。玻璃管液面計適用工作壓力小于1.6MPa，介質溫度在0?250℃的范圍。液面計與容器的連接型式有法蘭連接、頸部連接及嵌入連接，分別用于不同型式的液面計。液面計的選用1．玻璃板液面計和玻璃管液面計均適用于物料內沒有結晶等堵塞固體的場合。板式液面計承壓能力強，但是比較笨重、成本較高。2．玻璃板液面計一般選易觀察的透光式，只有當物料很干凈時才選反射式。3.當容器高度大于3m時，玻璃板液面計和玻璃管液面計的液面觀察效果受到限制，應改用其它適用的液面計。液氨為較干凈的物料，易透光，不會出現(xiàn)嚴重的堵塞現(xiàn)象所以在此選用玻璃管液面計。第三章設計計算筒體厚度設計p—設計壓力。儲罐在夏季最高溫度可達到目的40℃,查常溫下液體飽和蒸氣壓表,這時氨的飽和蒸氣壓為1.55MPa（絕對壓力）。取此壓強的1.05倍,故取P=1.6MPa作為設計壓力。D=2200mmi在操作溫度-5—40℃的范圍內,估計些筒體的厚度在16mm左右,為安全計［。］=170MPa（查鋼制壓力容器中使用的許用應力表）焊接接頭采用V坡口雙面焊接,采用局部無損檢測,其焊接接頭系數(shù)由焊接接頭系數(shù)表查得φ=0.85壁厚附加量C，在《鋼制壓力容器》中，只考慮腐裕量C，不計鋼板厚度2負偏差C，單面腐蝕取C=1mm。287412PD 1.6X2200同體厚度S=i +c= +1=13.3mm2LσJtφ-p22X170X0.85-1.6圓整后選取厚度為14mm的16MnR鋼板來制造筒體。封頭壁厚設計按照教材公式計算內壓橢圓形封頭的壁厚S：S= IpD +C2lσlφ-0.5P采用標準橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同，因為封頭的直徑較大，需用兩塊鋼板拼接毛坯，仍取焊縫系數(shù)φ=0.85o《鋼制壓力容器》規(guī)定封頭的壁厚附加量C只考慮腐蝕裕量C，不計鋼板2厚度負偏差C1制造工廠考慮，，也不考慮封頭在熱壓成型時的壁厚減薄量C，這個問題由封頭3保證制成的凸型封頭厚度符合圖紙規(guī)定值，故仍取C=1mm。封頭壁厚S=J+C2LσJfφ-p21.6X2200

+1=13.2mm

2X170X0.85-0.5x1.6因此橢圓型封頭的壁厚也是14mm（JB1154—73;《材料與零部件》P）。329水壓試驗及強度校核先按公式確定水壓試驗時的壓力P為:

tP=1.25pt[σ]=1.25X1.6=2MPa或Pt=P+0?1=1-6+0?1=1-7MPa選取前兩者中壓力較大值作為水壓試驗壓力為P=2.0MPat人 P（D+δ）2Γ2200+（14—1）]水壓試驗時的應力δ=-T一之一J=-γ J=170.2MPaT 2δ 2X（14—1）e14mm16MnR鋼板在常壓下的許用應力[σ]=0.9σφ=0.9X345X0.85=263.93MPatsσ<[σ],故筒體滿足水壓試驗時的強度要求tt人孔并核算開孔補強根據(jù)儲罐是在常溫下及最高工作壓力為1.6MPa的條件下工作,人孔的標準按公稱壓力為1.6MPa等級選取，考慮到人孔蓋直徑較大較重,故選用碳鋼水平吊蓋人孔（JB583-79），公稱直徑450mm,凹凸法蘭密封面（C型），該人孔結構中有吊鉤和銷軸，檢修時只須松開螺栓將蓋板旋轉一個角度，由吊鉤吊住，不必將蓋松取下。查得如下圖水平吊蓋人孔（JB583-79—25;《材料與零部件》P）各零件486的名稱、材料及尺寸如下：件號標準號名稱數(shù)量材料 尺寸/mm1筒節(jié)1Q235—AdXS=480X10,H=30o n 1 2_GB30—76煤栓20A4 直徑×長度=M27×120 3_GB30—76螺母20Q235—AM27 法蘭1Q235—AD=640,D1=585 5墊片1δ=36蓋1Q235—AB1=42;b2=44 7吊環(huán)1Q235—Ad=20 8轉臂1Q235—Ad=369吊鉤1Q235—A螺紋部分M20 10GB41—76螺母2Q235—A 1￡GB95—76墊圈1Q235—A 12_環(huán) 1Q235—A外徑d=50,內徑d=3613無縫鋼管1110φ67X3.5 14支承板1Q235—Aδ=10另外,還要考慮人孔補強,確定補強圈尺寸,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。本設計所選用的人孔筒節(jié)內徑為d=450mm,壁厚δ二10mm。故補強圈尺寸如下：m查表得人孔的筒體尺寸為①480X10，由標準查得補強強圈內公式D=484mm,1外徑D=760mm,2不計焊縫系數(shù)的筒體計算壁厚δ0δ,=JDid2LσJf-p1.6X22002x170-1.6+1=10.4mm開孔補強的有關計算參數(shù)如下：考慮腐蝕后的開孔內徑d=d+2XC=460+2X1=462i2補強區(qū)的寬度B=2d=2X462=924mm接管的計算壁厚附加量c=c+C=0.15δ+C=0.15x10+1=2.5mm12 2補強區(qū)的外側高度h=dδnn=√462x10=67.97mm1補強區(qū)的內側高度h=02δ0=Pxd/2尸］=1.6x462/2x114=3.24Inm由教材公式計算因開孔被削弱的金屬面面積A：A=dXδ'=462X10.4=4805mm2d由教材公式計算筒體超過承壓所需的多余金屬截面積A1A=(B-d)(δ-C-δ')=(924×462)(14-1-10.4)=484mm21dδA=2h1[(δ-c)-0]=2×67.97×[(14-2.5)-3.24]=1123mm2若不計焊縫補強的金屬截面面積A，得補強金屬截面面積A為30A=A-(A+A+A)=4805-(1123+484)=3198mm20 123由教材公式求得補強圈的厚度δ1δ=A/(D2-D1)=3198/(760-484)mm=11.6mm10由于考慮到筒體的厚度為14mm,故選取補強圈為12mm厚的16MnR補強圈，其標記為:補強圈Dg450×12JB1207-73(五)核算承載能力并選擇鞍座首先粗略計算鞍座負荷儲罐總質量W=W+W+W123式中W一罐體的質量，Kg1W—水壓試驗時水的質量，Kg2W一附件的質量，Kg3A.罐體質量W1筒體公稱直徑D=2200mm,那么每米長的容積為3.801m3,由《材料與零部N件》查得封頭容積V2=1.54m3/m,則V=V+V=2V+VL=2×1,54+3.801×L=22m3解得L=4.97m取L=5m為封筒21宜。罐體的自重(《材料與零部件》)可查得，公稱直徑為2200壁厚為14mm的筒體每米長的重量為714Kg,封頭的自重為616Kg，罐體自重W為：1W=2×616+5×714=4802Kg1B.水壓試驗時罐內的水重為W2=22100KgC.其它附件質量W3人孔質量約為210Kg,其他附件重量約為200Kg,共410Kg。于是，設備總質量為W=W+W+W=（22100+4802+410）Kg=27312Kg123其總重力Q為273.12KN，查《材料與零部件》得，公稱直徑為2200mm,高度H=200mm的A型鞍座，其單個承載能力為179KN>273.12/2KN.故其承載能力足夠。標記為：DN2200-AIM-200JB1167-81DN1600-AIIM-200JB1167-81液面計的選擇液氨儲罐常用玻璃液面計，由儲罐公稱直徑2200選擇長度為1000mm液面計兩支,體材料（針形閥）為碳鋼,體溫型,液面計接管為無縫鋼管,液面計相配的接口管尺寸為：￠25×3m叫平焊管法蘭HG5010-58Pg16Dg20液面計標記為：玻璃管液面計AIDL=1000HG5-227-80壓力計選擇（1）量程裝在鍋爐、壓力容器上的壓力表，其最大量程（表盤上刻度極限值）應與設備的工作壓力相適應。壓力表的量程一般為設備工作壓力的1.5?3倍，最好取2倍。若選用的壓力表量程過大，由于同樣精度的壓力表，量程越大，允許誤差的絕對值和肉眼觀察的偏差就越大，則會影響壓力讀數(shù)的準確性；反之，若選用的壓力表量程過小，設備的工作壓力等于或接近壓力表的刻度極限，則會使壓力表中的彈性元件長期處于最大的變形狀態(tài)，易產(chǎn)生永久變形，引起壓力表的誤差增大和使用壽命降低。另外，壓力表的量程過小，萬一超壓運行，指針越過最大量程接近零位，而使操作人員產(chǎn)生錯覺，造成更大的事故。因此，壓力表的使用壓力范圍，應不超過刻度極限的60?70%。（2）測量精度壓力表的精度是以允許誤差占表盤刻度極限值的百分數(shù)來表示的。精度等級一般都標在表盤上，選用壓力表時，應根據(jù)設備的壓力等級和實際工作需要來確定精度。額定蒸汽壓力小于2.45MPa的鍋爐和低壓容器所用的壓力表，其精度不應低于2.5級；額定蒸汽壓力大于2.45MPa的鍋爐和中、高壓容器的壓力表，精度不應低于1.5級。（3）表盤直徑為了使操作人員能準確地看清壓力值，壓力表的表盤直徑不應過小。在一般情況下，鍋爐和壓力容器所用壓力表的表盤直徑不應小于100mm，如果壓力表裝得較高或離崗位較遠，表盤直徑還應增大。又考慮到液氨有一定腐蝕性,所以綜合考慮選用隔膜壓力表,技術指標為：精度等級：(1.6) 公稱直徑：Φ50接頭螺紋：1.5G1測量范圍：0-2.4Mpa接口管選擇本儲罐設有如下接口管a)液氨進料管采用無縫鋼管φ76×6mm(管壁加厚，具有補強作用).管的一端伸入罐切成45°,管長400mm。配用凸面式平焊管法蘭Pg16Dg