1、化工设备机械基础课程设计课程设计题目：液氨贮罐设计班 级: 07080102 姓 名： 马 清 竹 学 号： 0708010207 指导老师： 崔岳峰 沈阳理工大学环境与化学工程学院2010 年 11 月化工设备机械基础课程设计I化工设备机械基础课程设计II设计任务书课 题：液氨贮罐的机械设计设计内容：根据给定的工艺参数设计一个液氨贮罐已知工艺参数：最高使用温度：T=50公 称 直 径：DN=2600mm筒体长度（不含封头）：L 0=4700mm具体内容包括：1. 筒体材料的选择2. 罐的结构及尺寸3. 罐的制造施工4. 零部件型号及位置、接口5. 相关校核计算设 计人:马清竹学 号：0708
2、010207下达时间：2010 年 11 月 19 日完成时间：2010 年 12 月 26 日化工设备机械基础课程设计III目录1.设计方案 .11.1.设计原则 .11.2.材料的选择 .11.3 设计参数的确定 .11.4.设计结果 .22.设计计算 .42.1. 壁厚的计算 .42.1.1. 筒体壁厚的计算 .42.1.2. 封头壁厚的计算 .42.1.3. 水压试验与强度校核 .52.2.选择鞍座并计算其承载能力 .52.2.1. 罐体的质量 .62.2.2. 封头的质量 .62.2.3. 液氨的质量 .62.2.4. 附件的质量 .62.3.选择人孔并进行补强计算 .72.3.1.
3、 人孔的选择 .72.3.2. 人孔补强计算 .72.4.接口管的选择 .82.4.1. 液氨进料管 .82.4.2. 液氨出料管 .82.4.3. 液面计接口管 .82.4.4. 安全阀接口管 .82.4.5. 放空阀接口管 .82.4.6. 排污管 .83. 参数校核 .93.1.筒体轴向应力校核 .93.1.1. 筒体轴向弯矩计算 .9化工设备机械基础课程设计IV3.1.2. 筒体轴向应力计算 .103.2.筒体和封头切向应力校核 .113.2.1. 筒体切向应力计算 .113.2.2. 封头切向应力计算 .113.3.筒体环向应力校核 .123.3.1. 环向应力计算 .123.3.2
4、. 环向应力校核 .123.4.鞍座有效断面平均压力 .124. 设计汇总 .144.1.符号汇总 .144.2.公式汇总 .155. 液氨贮罐设备图 .176. 小结 .18化工设备机械基础课程设计11. 设计方案1.1.设计原则本设计中液氨贮罐属于中压容器，设计以“钢制压力容器”国家标准（GB150）为依据，严格按照政府部门对压力容器安全监督的法规“压力容器安全技术监督教程”的规定进行设计。以安全为前提，综合考虑质量保证的各个环节，尽可能做到经济合理，可靠的密封性，足够的安全寿命。其设计的主要步骤如下：对设计中要用的各种设计参数进行计算和选取，以及根据制造容器的特殊要求材料选择。利用计算公
5、式对容器筒体和封头壁厚的设计，以及封头类型的选择。根据鞍座承受的载荷而选用对称布置的双鞍座，再对容器进行各种应力分析和校核。从连接的密封性、强度等出发，标准选用各种法兰。根据以上的容器设计计算，画出设计总设备图。1.2.材料的选择1) 罐体和封头的材料选择纯液氨腐蚀性小，贮罐可选用一般钢材。由操作条件可知，该容器属于中压、常温范畴。在常温下材料的组织性和力学性能没有明显的变化。综合了材料的机械性能、焊接性能、腐蚀情况、强度条件、钢板的耗材量与质量以及价格的要求，根据化工设备机械基础 （赵军、张有忱、段成将编，P125）表 9-3 钢材选用表，筒体和封头的材料选择钢号为 16MnR 的钢板，使用
6、状态为热轧或正火（设计温度为-40475，钢板标准 GB6654-86） 。2) 接管与法兰材料的选择接管材料选用 10 号钢管（许用压力：= t=112MPa） ，法兰材料选用16Mn（锻） 。3) 鞍座材料的选择鞍座地板材料选用 16MnR，鞍座其余材料选用 16MnR。1.3 设计参数的确定1) 设计温度:T=50化工设备机械基础课程设计22) 设计压力：由于液氨的最高使用温度为 50，液氨在 50的饱和蒸汽压为2.033MPa（绝对压强），密度为 0.562871，根据 压力容器安全监察规程规定液化气体贮罐必须安装安全阀，设计压力可取最大操作压力的 1.05-1.10 倍。设计压力P=
7、1.10（2.033-0.10133）=2.125MPa（表压），故取设计压力为 2.125MPa。液柱的静压力为 Pi=DNg=2.60.562811039.8110-6=0.014355MPa 10MPam3，由 常用压力手册（刘湘秋编著，P 125）可知该贮罐为中压储存容器，即为第三类压力容器。由于焊缝区是容器上强度比较薄弱的地方，要保证设备密封性能良好，故筒体焊接结构采用双面焊或相当于双面的全焊透的对接接头，且全部无损探伤的，故取焊接头系数 =1.0。6) 许用压力：对于本设计是钢板卷焊的筒体以内径作为公称直径DN=D1=2600mm。假设 16MnR 钢的厚度在 1636mm 之间，
8、根据化工设备机械基础 （董大勤编，P 168）表 8-7，设计温度下的许用应力 t=163MPa。常温强度指标 b=490MPa， s=325MPa。1.4.设计结果罐体：采用 16MnR 钢板， DN=2600，L 0=4700mm，n =20mm封头：采用 DN26002016MnR JB/T4737鞍座：采用 JB/T471292 鞍座 A2600FJB/T471292 鞍座 A2600S人孔：采用 HG215231995 人孔 RFIV（AG）4502.5液氨进料管：采用 57mm3.5mm 无缝钢管化工设备机械基础课程设计3液氨出料管：采用可拆的压出管 25mm3mm，将它与法兰套在
9、接口管38mm3.5mm 内。排污管：采用 57mm3.5mm 的管子液面计：采用玻璃管液面计 BIW PN1.6，L=1000mm，HG522780放空管接管：采用 32mm3.5mm 无缝钢管，法兰 HG20594，法兰 SO251.6RF 16MnR安全阀接管：采用 32mm3.5mm 无缝钢管，法兰 HG20594，法兰 SO251.6RF 16MnR化工设备机械基础课程设计42. 设计计算2.1. 壁厚的计算2.1.1. 筒体壁厚的计算在 GB-150-1998钢制压力容器中规定，将计算厚度与腐蚀裕量作为设计厚度，即：（2-1）22CpDNctcd式中 d设计厚度（mm） ；C2腐蚀
10、裕量（mm） ；Pc筒体的设计压力（MPa） ；DN筒体的公称直径（mm） ；焊接接头系数； t钢板在设计温度下的许用应力（MPa） 。则 = mm22CpDNctcd 059.12.01635.将设计厚度加上钢板负偏差后向上圆整到钢板的标准规格厚度，即筒体的名义厚度：n=d+C1+ （2-2）即 n=d+C1+=19.02+0.8+=20mm。圆整后取 n=20mm 厚的 16MnR 钢板制作筒体。有效厚度为：e=n-C1-C2 （2-3）所以 e=n-C1-C2=20-0.8-2.0=17.2mm 2.1.2. 封头壁厚的计算由于椭圆封头厚度的计算公式和筒体厚度的计算公式几乎一样，说明圆筒
11、体采用标准椭圆封头，其封头厚度近似等于筒体厚度，这样筒体和封头可采用同样厚度化工设备机械基础课程设计5的钢板来制造。故采用标准椭圆封头。由化工设备机械基础 （董大勤编，P 185）可知标准椭圆封头的形状系数 K=1.00。封头的设计厚度为：（2-4）2ct5.02CPKDNcd即 = =19.003mm2ct5.02CPKDNcd 1.163考虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量，需圆整，封头的名义厚度仍利用公式（2-2） ，于是n=d+C1+=19.003+0.8+=20mm，圆整后取 n=20mm 厚的 16MnR 钢板制作封头。标准椭圆封头标记为：椭圆封头 DN26002016MnR JB/T4
12、737。封头的有效厚度由公式（2-3）计算，于是 e=n-C1-C2=20-0.8-2.0=17.2mm由化工设备机械基础 （董大勤编，P 176）表 8-12 查得标准椭圆封头的直边高度 h0=50mm。故两封头切线之间的距离为 L=L0+2h0+1/2DN =4700 +100=4800mm。2.1.3. 水压试验与强度校核 根据化工机械基础 （陈国恒 主编，P 162）公式（2-5）settDN9.02式中 Pt试验压力（MPa）e有效厚度（ mm）s强度指标（MPa）其中 Pt=1.25P=1.252.125=2.656 MPa e=17.2mm s=325 MPa所以 MPa0.9s=0.93251.0072.2.17)60(5.2)( etDN=292.5MPa所以水压试验满足强度要求。2.2.选择鞍座并计算其承载能力
