20立方米液氮立式儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

I學(xué)生姓名●班級(jí)學(xué)號(hào)材料成型及控制工程課程設(shè)計(jì)題目20m3液氮立式儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)組長(zhǎng)簽字：成績(jī)?nèi)掌谏蜿?yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)I課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù)：設(shè)計(jì)壓力；1.76MPa設(shè)計(jì)溫度；≤50℃受壓元件材料；16MnR腐蝕裕量；1.0mm全容積；20m3最高工作壓力；1.6MPa工作溫度；常溫介質(zhì)；液氮焊縫系數(shù)：1裝料系數(shù)；0.95工作計(jì)劃與進(jìn)度安排：1.儲(chǔ)罐的強(qiáng)度計(jì)算及校核。2.選擇合適的零部件材料。3.焊接結(jié)構(gòu)選擇及設(shè)計(jì)。4.安全閥和主要零部件的選型。5.繪制裝配圖及主要零部件。指導(dǎo)教師：學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：氮?dú)赓A罐是儲(chǔ)存氮?dú)獾膲毫θ萜?，本次設(shè)計(jì)中詳細(xì)制定了氮?dú)鈨?chǔ)罐罐體部分的制作工藝和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。根據(jù)壓力容器的制造標(biāo)準(zhǔn)，此氮?dú)鈨?chǔ)罐屬于I類(lèi)壓力容器。其設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收應(yīng)符合GB150.4—2010《固定式壓力容器》的規(guī)定。該產(chǎn)品主體部分由16MnR鋼制作完成，其它配件部分由Q235鋼制作完成。而16MnR鋼和Q235鋼的力學(xué)性能和焊接性能均良好。通過(guò)分析母材的各種性能以及氮儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，編制出適合氮?dú)鈨?chǔ)罐的生產(chǎn)工藝流程。主要為儲(chǔ)罐的筒體制作工藝、貯罐的封頭制作工藝和貯罐的總裝配焊接工藝。最后結(jié)合產(chǎn)品的技術(shù)要求，采用無(wú)損測(cè)和水壓試驗(yàn)對(duì)氮?dú)赓A罐進(jìn)行檢驗(yàn)。Nitrogenstoragetankisstorednitrogenpressurevessel,thisdesignworkedoutindetailnitrogenstoragetankpartoftheproductionprocessandstructuredesign.Accordingtothemanufacturingstandardofpressurevessel,thenitrogenstoragetankbelongstoclassIpressurevessel.Thedesign,manufacture,inspectionandacceptanceshallcomplywiththeprovisionsGB150.4-2010"fixedpressurevessel".Themainpartoftheproductismadeof16MnRsteel,andotherpartsaremadeofQ235steel.steelaregood.Byanalyzingthevariouspropertiesofthebasemetalandproductionprocessofthenitrogenstoragetankisprepared.Weldingassemblyfortankcylinderproductionprocess,theproductionprocessandtheheadtankstoragetank.Accordingtothetechnicalrequirementsoftheproduct,thenondestructivetestingandpressuretestofthenitrogenstoragetank.沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) l 11.2罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12罐體、封頭壁厚的設(shè)計(jì) 2 2.2設(shè)計(jì)條件 3 2.5.1校核罐體一封頭液壓試驗(yàn)強(qiáng)度 5 6 6 63.1.1儲(chǔ)罐總質(zhì)量m 6 73.1.3封頭質(zhì)量m? 73.1.4氮?dú)赓|(zhì)量m? 7 8 93.2.1人孔的設(shè)計(jì) 9 10 3.3.1接管補(bǔ)強(qiáng)條件 13沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 175儲(chǔ)罐防腐防銹處理 186參考文獻(xiàn) 187心得體會(huì) 18V沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1設(shè)備設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)：表1-1氮?dú)鈨?chǔ)罐工藝參數(shù)數(shù)值數(shù)值最高工作壓力，MP常溫20m3立式儲(chǔ)罐常溫20m3立式儲(chǔ)罐氮?dú)庠O(shè)備容積，m3介質(zhì)1.2罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)20m3儲(chǔ)罐，長(zhǎng)徑比按4:1,粗略計(jì)算內(nèi)徑：D;=1900mm得D=1853mm圓整為1900mm根據(jù)氮?dú)獾男再|(zhì)及設(shè)計(jì)條件，選用橢圓形封頭容器。就力學(xué)性能而言，半球形封頭效果較好，但是沖壓工藝較難，不易成型。根據(jù)JB/T4737-1995選用EHA橢圓形封頭。直邊高度容積V/m3直邊高度容積V/m3曲面高度內(nèi)表面積A/m2DN/mm1沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)上壓力容器體積得L=6369mm圓整得L=6500mm不符合設(shè)計(jì)要求要根可得L=7000mm綜上所述，筒體的公稱(chēng)直徑為D=1900mm,長(zhǎng)度L=7000mm。氮?dú)飧g性小可選用一般鋼材。這里考慮20R、16MnR。20R低碳鋼板價(jià)格比16MnR鋼板貴，但在制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的計(jì)價(jià)，16MnR鋼板比較經(jīng)濟(jì)，且16MnR機(jī)械加工性能、強(qiáng)度和塑性指標(biāo)相對(duì)比較好，所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T713-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》規(guī)定原16MnR歸為L(zhǎng)=7002二一二一二二一>16～36一一一一一一>60～100一>100～120一一沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2.2設(shè)計(jì)條件由于該壓力容器裝有安全閥，設(shè)計(jì)壓力不低于安全閥開(kāi)啟壓力1.05~1.10倍的工作壓力，故p=1.10×1.6=1.76Mpa。2.3筒體壁厚計(jì)算設(shè)備主要材質(zhì)為16MnR,根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)GB/T713-2008《鍋爐和壓力容器用許用應(yīng)力[o]'=170MPa(厚度為6-16mm時(shí))低合金鋼鋼板由《鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù)φ值》表，選擇雙面焊對(duì)接接頭無(wú)損檢測(cè)比例為100%,所以φ=1.00計(jì)算厚度設(shè)計(jì)厚度δ=δ+C?=9.89+1=10.89mm對(duì)于16MnR,鋼板厚度負(fù)偏差查表12-9得C?=0.65mm公稱(chēng)厚度常用漂度寬度>1.3～2.6米公稱(chēng)厚度允許偏參最低厚度3.0～5.03>25～40454.45>5.0~8.06土0.608>8.0~15>60～100名義厚度δ,=δ+C+圓整量=10.89+0.65+圓整=12mm3mmmmmm沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)檢查δ,=12mm時(shí)，[o]沒(méi)變化，故取名義厚度δn=12mm假設(shè)材料的許用應(yīng)力[o]'=170MPa(厚度為6-16mm時(shí))由于H——封頭的總高度h——直邊高度查表標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的形狀系數(shù)K得K=1.00C=1m故腐蝕余量C,取C=1mm設(shè)計(jì)厚度S=δ+C=9.86+1=10.86mm對(duì)于16MnR,鋼板厚度負(fù)偏差查表12-9得C=0.65mm名義厚度δ,=δ+C+圓整=10.86+0.65+圓整=12mm復(fù)檢δ×6%=12×6%=0.72>0.65mm,并且δ,=12mm時(shí)，[o]沒(méi)變化，故取名義厚度δ,=12mm。查JB/T4737-95可知，以?xún)?nèi)徑為公稱(chēng)直徑的橢圓型封頭形狀與尺寸如下所表2-4封頭尺寸45則而則而公稱(chēng)直徑D?曲邊高度H-h(mm)直邊高度h(mm)內(nèi)表面積F容積V(m3)厚度s2.5校核2.5.1校核罐體一封頭液壓試驗(yàn)強(qiáng)度圓筒的有效壁厚δ=δ,-C-C?=12-0.65-1=10.35mm圓筒在試驗(yàn)壓力下的屈服點(diǎn)0.9φδ=0.9×1×345=310.沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)可見(jiàn)δ<0.9φ8s所以水壓試驗(yàn)前度足夠。2.5.2校核罐體一封頭氣壓試驗(yàn)強(qiáng)度員筒壁在試驗(yàn)壓力下的計(jì)算式中圓筒的有效壁厚δ=δ,-C-C,=11-0.25-1=9.75mm圓筒在試驗(yàn)壓力下的屈服點(diǎn)而0.8φS=0.8×1×345=276Mpa可見(jiàn)δ<0.8φ8、所以氣壓試驗(yàn)前度足夠。3附件設(shè)計(jì)3.1支座3.1.1儲(chǔ)罐總質(zhì)量mm=m?+m?+m?+m?m?—罐體質(zhì)量m,—封頭質(zhì)量m?—液氮質(zhì)量6沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)m?—附件質(zhì)量3.1.2罐體質(zhì)量mDN=1900nm6,=12mmL=7000nm的筒節(jié)m=nDδ,Lp=3.14×(1900+12)×12×7000×7850=3958kg3.1.3封頭質(zhì)量m,DN=1900nm,δ,=12mm直邊高度h=25mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其質(zhì)量m=3843kg(JB/T4746—2002),所以m?=2m=2×3843=7686kg3.1.4氮?dú)赓|(zhì)量m?由于m?=Vp量裝系數(shù)一般取0.9)儲(chǔ)罐容積V=2V+V=1.942+19.85=21.79m2液氮在常溫下的密度為1.25kg/m故m?=0.9×21.79×1.25=24.5kgm,=3m?=7m?=7于是m?=500kg儲(chǔ)罐總質(zhì)量m=m?+m?+m?+mm.=500kgm.=500kgm=5251.1kg=5251.1kg充液質(zhì)量；M3=0.9xpxV=0.95x1000x21.79=20700.5kg故設(shè)備總重量；M=ml+m2+M3+m4=3958+768.6+20700.5+500=25927.1根據(jù)支撐式支座標(biāo)準(zhǔn)，A型4號(hào)支撐式支座可允許100KN,所以成立公稱(chēng)直徑b允許載荷墊板δ支座高度he底板l筋板距L量螺栓直徑的距離支撐座尺寸根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，A支座安裝高度為500mm(即封頭與筒體連接處到地面的距離)在該支座標(biāo)記為；JB/T4712.4-2007支座A489沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)查《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)》,因筒體長(zhǎng)度7000mm>6000mm,需開(kāi)兩個(gè)人孔，可選回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔。由使用地為室外，確定人孔的公稱(chēng)直徑DN=450mm,以方便工作人員的進(jìn)入檢修。配套法蘭與上面的法蘭類(lèi)型相同，根據(jù)HG/T21518-2005《回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔》,查表3-1,由PN=4.0MPa選用凹凸面的密封形式MFM,采用8.8級(jí)35CrMoA等長(zhǎng)雙頭螺柱連接。其明細(xì)尺寸見(jiàn)下圖：43A型蓋軸耳1米1dB型蓋軸耳BAs89e李3*末T8李圖3人孔的型式圖4-1回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)表4-1人孔尺寸表密封面型式凹凸面MFMDb公稱(chēng)壓MPaDb?螺柱數(shù)量公稱(chēng)直A螺母數(shù)量480×14H?B螺柱尺寸M36×3×190dbL總質(zhì)量kg圖4-2補(bǔ)強(qiáng)圈a.設(shè)計(jì)方法判別按HG/T21518-2005,選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔，設(shè)：厚度附加量C=2mm開(kāi)孔直徑D=D;+2C=450+4=504mm故可以采用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。接管材料選用16MnR鋼，其許用應(yīng)力[o]′=163MP。其中：殼體開(kāi)孔處的計(jì)算厚度σ=14.68mm沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)接管的有效厚度σ。=σ-C?-C?=14-2=12mm強(qiáng)度削弱系數(shù)則A=454×14.68=666472mm2b.補(bǔ)強(qiáng)范圍補(bǔ)強(qiáng)有效寬度B的確定：按GB150中有：B?=2d=2×454=908mmB?=d+2δ,+2δ=454+2×18+2×14=518mmB=max(B,B?)=908mm有效高度的確定外側(cè)有效高度h的確定根據(jù)GB150-1998中式8-9,得：h”=接管實(shí)際外伸高度=H?=300mmh=min(h,h?)=79.725mm內(nèi)側(cè)有效高度2的確定根據(jù)GB150-1998中式8-9,得：h?=0有效補(bǔ)強(qiáng)面積根據(jù)GB150中式8-10～式8-13,Ae=Aμ+A?+A?分別計(jì)算如下：筒體多余面積A?A?=(B-d)(δ。-δ)-28(δ-δ)(1-f,)=908-454)×(16-14.68)=599.28mm2接管厚度：A?=2h(δ-δ)f,+2h?(δ-C?)f,=2×79.72×(12-3.478=138.344/8n2焊角取6.0mmA?=A?+A?+A?=599.28+1382.3488+36=2017.6248mm2因?yàn)锳c<A=4772.88mm2,所以開(kāi)孔需另行補(bǔ)強(qiáng)A?=A-Ae=6664.72-2017.6248=4647.1mm2圍。補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑d'=482mmδ1=A?/(D'-d)=16.72mm圓整取名義厚度為18mm根據(jù)GB-150,JB/T4736-2002,補(bǔ)強(qiáng)圈焊接形式——D型，D?=do+(6～12)接管公稱(chēng)直徑DN/mm外徑D2內(nèi)徑D1厚度δ。(≤1.5δ)重量(Kg)GB150規(guī)定，如果殼體開(kāi)孔滿足下述全部要求，所以不需要補(bǔ)強(qiáng)(1)設(shè)計(jì)壓力p≤2.5MP(2)兩相鄰開(kāi)孔中心間距(對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算)應(yīng)不小于兩孔直徑之和的(3)接管外徑≤89mm(4)接管最小厚度滿足下表要求表3-3-1不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管外徑及其最小厚度接管外徑最小壁厚HG20592法蘭WN50-2.5RF16Mn度，設(shè)計(jì)壓力從表14—4可知，所要選用的帶頸對(duì)焊法蘭若采用16Mn板材，應(yīng)按公稱(chēng)壓力1.6MPa,來(lái)查取它的尺寸。帶頸對(duì)焊法蘭的各部可以從表PN=1.6MPa帶頸對(duì)焊,帶頸平焊和螺紋法沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)N=74,S=2.9,H?=8由附表查得連接螺栓為M16,共4個(gè)，材料由表9—1查得螺柱材料為40MB,螺母材料為40Cr因?yàn)樵摻庸芎穸刃∮?mm,故該接管開(kāi)孔需要補(bǔ)強(qiáng)。3.3.3接管補(bǔ)強(qiáng)確定殼體和接管的計(jì)算壁厚及開(kāi)孔直徑；焊接接頭系數(shù)φ=1.0補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算殼體與接管的厚度附加量取C=0.25mm腐蝕余量C,=1mm接管計(jì)算厚度開(kāi)孔直徑d=d?+2C=(57-2×3.5)+2×1.25=52.5mm已知?dú)んw名義厚度δ,=11mm,補(bǔ)強(qiáng)部分厚度δ=3.5mm。接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度為B=2d=2×52.5=105mm接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度為需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積A=dδ=11×52.5=577.5mm可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積A?=(B-d(δ-δ)=(105-52.5)×(9.75-8.9)=44.63mm2A?=2h(δ-δ)f,=2×13.55×(2.25-0.27)=53.66mm2焊縫金屬面積A?所以有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)的補(bǔ)強(qiáng)面積A。根據(jù)公式A。=A?+A?+A?代入具體數(shù)值的A=114.29mm2所以需要另加補(bǔ)強(qiáng)，其補(bǔ)強(qiáng)面積A?=A-A,代入具體數(shù)據(jù)得A?=A-A=577.5-114.29mm2=463.21mn2根據(jù)公稱(chēng)直徑DN=50mm選補(bǔ)強(qiáng)圈，參照補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)JB/T4736,選補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑D?=55mm,外徑D?=130mm,因B=105mm>D,補(bǔ)強(qiáng)圈在有效范圍內(nèi)。查表《JB/T4736-2002規(guī)定的補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸系列》應(yīng)選用的補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為8mm,再根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)材料一般與殼材料相同，確定補(bǔ)強(qiáng)圈為：D√50×8-A-16MnR3.3.4氮?dú)獬隹诠懿捎忙?7mm×3.5mm無(wú)縫鋼管，伸出長(zhǎng)度為120mm。管的一端切成45°,伸入儲(chǔ)罐內(nèi)少許。配用圖面板是平焊法蘭：HG20592法蘭PL50-1.6RF16Mn因?yàn)樵摻庸芎穸刃∮?mm,故該接管開(kāi)孔需要補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算如4.3.3所示，沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)螺栓、螺母及墊片的選擇與氮?dú)膺M(jìn)氣管相同。3.3.5備用口公稱(chēng)壓力為1.6MPa,公稱(chēng)直徑為25mm,伸出長(zhǎng)度為150mm,采用無(wú)縫鋼管，采用φ57mm×3.5mm帶頸對(duì)焊法蘭(WN)法蘭密封面形式采用平面RF配用法蘭：HG20592法蘭WN50-1.6RF16Mn因?yàn)樵摻庸芎穸刃∮?mm,故該接管開(kāi)孔需要補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算如4.3.3所螺栓、螺母及墊片的選擇與氮?dú)膺M(jìn)氣管相同。3.3.6排污口在設(shè)備最下端安設(shè)一個(gè)排污管，管子規(guī)格是Rcl,伸出長(zhǎng)度120mm,管段裝有一個(gè)與之配套的截止閥。3.4壓力表和安全閥3.4.1壓力表口采用Rc%無(wú)縫鋼管，伸出長(zhǎng)度120mm,配有工程壓力為1.6Mpa的壓力表。3.