压力容器液压储罐课程项目设计方案

0 压力容器液压储罐课程 项目设计方案 第一篇、课 程 设 计 任 务 书 1设计目的： 设计目的 1) 使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。 2) 掌握查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。 3) 掌握电算设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算机操作和专业软件的使用。 4) 掌握工程图纸的计算机绘图。 2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 1 原始数据 设计条件表 序号 项 目 数 值 单 位 备 注 1 名 称 65 储罐 2 用 途 液 氨 储存站 3 最高工作压力 介质温度确定 4 工作温度 48 5 公称容积（ 10/16/20/25/40 6 工作压力波动情况 可不考虑 1 7 装量系数 ( V) 8 工作介质 液 氨 （ 中 度危害） 9 使用地点 室 外 10 安装与地基要求 11 其它要求 管口表 接管代号 公称尺寸 连接尺寸标准 连接面形式 用途或名称 a 氨入口 b 全阀接口 c 气进口管 d 气出口管 e 力表接口 f 孔 g 位计接口 h 液氨出口 i 污管 课 程 设 计 任 务 书 2 设计内容 1） 设备工艺 设计； 2) 设备结构设计； 3） 设备强度计算 ； 4） 技术条件编制 ； 5） 绘制设备总装配图 ； 6） 编制设计说明书 。 3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书 (论文 )、图纸、实物样品等： 1） 设计说明书： 主要内容包括：封面 、 设计任务书 、 目录 、 设计方案的分析和拟定 、 各部分结构尺寸的设计计算和确定 、 设计总结 、 参考文献等 ； 2）总装配图 设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要 2 合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁， 文字书写采用仿宋体、内容要详尽，图纸采用计算机绘制。 3 第三篇、设计方案与分析 1、 设计温度 设计温度为压力容器的设计载荷条件之一，指容器在正常工作情况下，设定元件的金属温度。当元件金属温度不低于 0时，设计温度不得低于元件可能达到的最高温度 ;当元件金属温度低于 0时，其值不得高于元件金属可能达到的最高温度。所以设计温度选择为 50。 2、 筒体和封头的结构设计 1）盛装液 氨 的压力容器设计储存量 其中： W ：储存量， ：装量系数， V 压力容器容积，t：设计温度下液 氨 密度 根据压力容器介质手册，液 氨 在 50时密度t=和蒸汽压 P =算得： W =60 g 2）设计初步选型及轮廓尺寸 筒体直径一般由工艺条件决定，但是要符合压力容器的公称直径。标准椭圆型封头是中低压容器经常采用的封头形式。封头公称直径必须与筒体的公称直径相一致。 假设 L/D=4 2 5 %4 D L V （ ） 得 717整得 800 由 封头公称直径800据 钢制压力容器用封头得，封头总深度 H =740边高度 h =40容积 V = 4 根据 32g 0 5 - 6 0 1 . 0 5 - 2 3 . 1 1 9 8 5 6 . 7 6 m 2 V L 筒 封 筒（ ）得 9 2 1 8 m 筒,圆整得 9 3 0 0 m 筒， 9300 3 . 3 2g 2 8 0 0（在 3 3= 2 6 3 . 5 V全 筒 封 3、选择材料 由于液氨具有一定的腐蚀性，属于中度危害介质，且压力容器为中压容器，故 在此选择 16板作为制造筒体和封头材料。 钢板标准号为 4、设计压力 设计压力为容器的设计载荷条件之一，其值不得低于最高工作压力，而最高工作压力指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压。装设安全阀的容器，考虑到安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力不得低于安全阀的开启压力，通常可取最高工作压力的 计算压力是指在相应的设计温度下，用以确定元件最危险截面厚度的压力，其中包括液柱静压力。通常情况下，计算压力等于设计压力与液柱静压力之和，当元件所承受的液柱静压力小于 5%设计时，可忽略不计。 设计压 力 325 =柱静压力 5 2 8 D 因为 g h 0 . 0 1 5 4 0 . 7 2 3 % 5 %2 . 1 3P 设， 所以液柱静压力可以不考虑，计算压力与设计压力相等。 水压试验 . 2 5 1 . 2 5 2 . 1 3 2 . 7 p a 5、筒体封头的厚度计算 查 压力容器材料使用手册 16点 5 为 1430，许用应力 t 列于下表： 表 16用应力 钢号 板厚 / 在下列温度（）下的许用应力 / 20 100 150 200 250 300 16 16 170 170 170 170 156 144 1636 163 163 163 159 147 134 3660 157 157 157 150 138 125 60100 153 153 150 141 128 116 由 筒体厚度计算 式：2 p 可得筒体的计算厚度为 板厚度负偏差1 ，腐蚀余量 2 ，故筒体的名义厚度为 。 封头厚度计算式：2 0 . 5 焊接接头的检验采用 100%无损检验，所以焊接接头系数 =1， 得封头计算厚度 钢板厚度负偏差1 ，腐蚀余量 2 ，故筒体的名义厚度为 22n 6、 接管及接管法兰设计 螺栓法兰 连接是一种应用最广泛的密封装置，它的作用是通过螺栓连接，并通过拧紧螺栓使密封元件压紧而保证密封。由于工艺要求和检修的需要，在筒体上直接开孔安装接管，分别有液面计接口、人孔、压力表孔、空气进口、安全阀接孔、空气出口、液体进口、液体出口。根据各接口的大小选择相对应的法兰及垫片 。 表 口表 接管代号 公称尺寸 连接尺寸标准 连接面形式 用途或名称 a 氨入口 6 b 全阀接口 c 气进口管 d 气出口管 e 力表接口 f 孔 g 位计接口 h 氨出口 i 污管 接管及接管补强详细数据见强度校核书。 跟据管口公称直径选择相应的法兰， 选用带颈对焊榫槽法兰，主要 参数参照 钢制管法 兰、垫片、紧固件 表 425颈对焊钢制管法兰尺寸表： 表 兰尺寸表 公称通径 钢管外径 连接尺寸 法兰厚度C 法兰颈 法兰高度H A 法兰外径D 螺栓孔中心圆直径K 螺栓孔直径 L 螺栓孔数量 n 螺纹 S H R 25 32 115 85 14 4 6 46 4 40 40 45 150 110 18 4 8 64 5 45 80 89 200 160 18 8 0 110 0 6 50 100 108 220 180 18 8 2 130 2 6 52 7、 鞍座的设计 座选型 该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用 估算鞍座的负荷： 储罐总质量4321 22m 1m 筒体质量：1m 3 . 1 4 2 . 8 0 . 0 2 2 9 . 3 0 0 1 0 0 0 1 2 9 3 5 . 5 2m 单个封头的质量：查标准 4746制压力容器用封头中表 知， 5072 3m 充液质量：水液氨 故 7 23m 1 0 0 0 2 . 8 9 . 3 2 3 . 1 1 9 8 6 3 4 7 5 g 水 （ ） 4m 附件质量：人孔质量为 300他接管 质量 2004 500m 上所述， G=00个鞍座承受的重量为 800此查 器支座，选取轻型，焊制为 角为 120。 ，有垫板的鞍座。查 6 得 鞍座结构尺寸如下表 3： 表 2：鞍式支座结构尺寸 公称直径 许载荷Q/度 h 底板 腹板 筋板 1l 1b 1 2 3l 2b 2800 1985 250 2040 300 18 18 320 268 360 14 垫板 螺栓配置 鞍座质量 加 100g 弧长 4b 4 e 间距2l 螺孔 d 螺纹 孔长 3260 620 12 120 1800 24 0 528 49 座位置的确定 因为当外伸长度 A=，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸 此中国现行标准 731钢制卧式容器规定 A L+2h），A 最大不超过 由标准椭圆封头 2 , 4 02 ( ) 4 有 h= L+2h） =0000+22016座的安装位置如图 3 所示： 8 此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此，731 还规定当满足 A ，最好使 A m（ 2Ri ） ,即 A m=400+11)= A=450上有： A=450 为封头切线至封头焊缝间距离， L 为筒体和两封头的总长 ) 8、焊接 焊接是两件或两件以上零件，在加热或（和）加压的状态下，通过原子或分子之间的结合和扩散，形成永久性连接的工艺过程。 筒体、封头之间的焊接结构：根据筒体及封头的厚度以及设计压力和液化石油气的特性，焊缝采 用对接接头， 接接头的检验采用 100%无损检验。接管和筒体之间的焊接形式采用带补强圈插入式接管 口形式为 9、 垫片，螺栓，人孔的设计 片 查 20609制管法兰用金属包覆垫片，得： 表 4 垫片尺寸表 符号 管口名称 公称直径 内径 径 D2 a 排污口 80 42 9 b 气相平衡口 80 42 c 气相口 80 42 d 出液口 80 42 e 进液口 80 561 642 f 人孔 500 549 575 位计口 50 07 h 温度计口 80 42 m 压力表口 80 42 n 安全阀口 80 42 s 排空口 80 42 注： 1：包覆金属材料为纯铝板，标准为 3880，代号为 2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。 3：垫片厚度均为 3 栓（螺柱）的选择 查 20613钢制管法兰用紧固件中表 附录中表 螺柱的长度和平垫圈尺寸： 表 5 螺栓及垫片 紧固件用平垫圈 称直径 螺纹 螺柱长 1a 80 00 17 30 3 b 80 00 17 30 3 c 80 00 17 30 3 d 80 00 17 30 3 e 80 00 17 30 3 f 500 65 25 44 4 0 5 17 30 3 h 80 0 17 30 3 10 m 80 0 17 30 3 n 80 0 17 30 3 s 50 5 17 30 3 孔的选择 根据 21518转盖带颈对焊法兰人孔，查表 3用凹凸面的法兰，其明细尺寸见下表： 表 6 人孔尺寸表 单位： 封面型式 凹凸面 730 1称压力 1柱数量 20 公称直径 00 1 435 螺母数量 40 30*12 2 400 螺柱尺寸 33 2 170M d 506 b 44 L 300 总质量 02 10、 人孔补强的计算 开孔补强结构：压力容器开孔补强常用的形式可分为补强圈补强、厚壁管补强、整体锻件补强三种。 补强圈补强是使用最为广泛的结构形式，它具有结构简单、制造方便、原材料易解决、安全、可靠等优点。在一般用途、条件不苛刻的条件下，可采用补强圈补强形式。但必须满足规定的条件。 压力容器开孔补强的计算方法有多种，为了计算方便，采用等面积补强法， 11 即壳体截面因开孔被削弱的承载面积，必须由补强材料予以等面积的补偿。当补强材料与被削弱壳体 的材料相同时，则补强面积等于削弱的面积。补强材料采用16 1、 内压容器开孔后所需的补强面积 12A （ 式中 开孔直径： 62 i ； 强度削弱系数： 3/1 3 3 壳体开孔处的计算厚度 接管有效厚度： 则 2 2、有效补强面积即已有的加强面积 壳体开孔后，在有效补强范围内，可作为补强的截面积（包括来自壳体、接管、焊缝金属、补强元件） 321A （ 筒体上多余金属面积： f 12 （ 有效补强宽度 B=2d 筒体的有效厚度 e 所以 A 2 人孔接管上多余的面积： 212 22A （ 外侧有效高度： 1121 dh 内侧有效高度即实际内伸高度 02 h 接管计算厚度： 12 所以 A 2 焊缝金属截面积： 1441212212A 3 2 则 5 31 4 5 2 比较的 足以下条件的可选用补强圈补强：刚材的标准常温抗拉强度 540b强圈厚度应小于或等于壳体壁厚的 ；壳体名义厚度 38n；设计压力 ；设计温度 350 。可知本设计满足要求，则采用补强圈补强。 所需补强圈的面积为： 2 补强圈的结构及尺寸：为检验焊缝的紧密型，补强圈上钻 通入压缩空气检验焊缝质量。按照根据焊接接头分类，接管、人孔等与壳体连接的接头，补强圈与壳体连接的接头取 据补强圈焊缝要求，并查得结构图为带补强圈焊缝 强圈坡口取 化工容器及设备简明设计手册）。查标准 1506补强圈外径 760,内径 53 85。 计算补强圈厚度： 1 5 04 （ 查标准补强圈厚度取 20，计算的补强圈厚度也满足补强圈补强的条件。 查得对应补强圈质量为 3,5. 13 第三篇、各结构尺寸的 校核 钢制卧式容器 计算单位 计 算 条 件 简 图 设计压力 p 设计温度 t 50 筒体材料名称 16火 ) 封头材料名称 16火 ) 封头型式 椭圆形 筒体内直径 800 筒体长度 L 9300 筒体名义厚度 n 22 座垫板名义厚度 2 体厚度附加量 C 2 蚀裕量 体焊接接头系数 1 封头名义厚度 0 头厚度附加量 座材料名称 座宽度 b 300 座包角 120 支座形心至封头切线距离 A 940 座高 度 H 250 震烈度 低于 7 度 14 内压圆筒校核 计算单位 计算条件 筒体简图 计算压力 设计温度 t C 内径 材料 16火 ) ( 板材 ) 试验温度许用应力 设计温度许用应力 t 试验温度下屈服点 s 钢板负偏差 腐蚀 裕量 焊接接头系数 厚度及重量计算 计算厚度 = P it = 效厚度 e =n - 2= 义厚度 n = 量 g 压力试验时应力校核 压力试验类型 液压试验 试验压力值 t = (或由用户输入 ) 力试验允许通过 的应力水平 T T s = 验压力下 圆筒的应力 T = p DT i ). 2 = 核条件 T T 校核结果 合格 压力及应力计算 最大允许工作压力 2 e ti e ( )D = 计温度下计算应力 t = P Dc i )2 = t 核条件 t t 结论 合格 15 左封头计算 计算单位 计算条件 椭圆封头简图 计算压力 设计温度 t C 内径 曲面高度 材料 16火 ) (板材 ) 试验温度许用应力 设计温度许用应力 t 钢板负偏差 腐蚀裕量 焊接接头系数 厚度及重量计算 形状系数 K = 16 2 22算厚度 = c 5 . = 效厚度 e =n - 2= 小厚度 义厚度 n = 论 满足最小厚度要求 重量 力 计 算 最大允许工作压力 20 5 . t ei 论 合格 16 右封头计算 计算单位 计算条件 椭圆封头简图 计算压力 设计温度 t C 内径 曲面高度 材料 16火 ) (板材 ) 试验温度许用应力 设计温度许用应力 t 钢板负偏差 腐蚀裕量 焊接接头系数 厚度及重量计算 形状系数 K = 16 2 22算厚度 = c 5 . = 效厚度 e =n - 2= 小厚度 义厚度 n = 论 满足最小厚度要求 重量 力 计 算 最大允许工作压力 20 5 . t ei 论 合格 卧式容器（双鞍座） 计算单位 17 计 算 条 件 简 图 计算压力 设计温度 t 50 圆筒材料 16火 ) 鞍座材料 圆筒材料常温许用应力 163 圆筒材料设计温度下许用应力 t 163 圆筒材料常温 屈服点 325 鞍座材料许用应力 40 作时物料密度 O562.8 kg/压试验介质密度 T 1000 kg/筒内直径 800 筒名义厚度 筒厚度附加量 C 2 筒焊接接头系数 1 封头名义厚度 20 头厚度附加量 封头切线间距离 L 9380 座垫板名义厚度 12 座垫板有效厚度 12 座轴向宽度 b 300 座包角 120 鞍座底板中心至封头切线距离 A 940 头曲面高度 745 验压力 座高度 H 250 18 腹板与筋板 (小端 )组合截面积 58324 板与筋板 (小端 )组合截面断面系数 6 震烈度 0 配管轴向分力 圆筒平均半径 1411 料充装系数 o支 座 反 力 计 算 圆筒质量 (两切线间 ) 4361.6 头质量 (曲面部分 ) 1353.4 件质量 528 头容积 (曲面部分 ) 9 器容积 (两切线间 ) V = 0 器内充液质量 工作时 , 力试验时 , m V = 63504.6 热层质量 0 质量 工作时 , 54321 2 力试验时 , 5 4321 2 位长度载荷 q h 43 qm gL F 35369 1 397881 F F F m a x , 397881 N 筒 体 弯 矩 计 算 圆筒中间处截 面上的弯矩 工作时 341/21422218 N 19 压力试验 1422218 支座处横 截面弯矩 工作时 7 压力试验 3412112227 N 数 计 算 2=3=4= 6=6=7= 4= 筒 体 轴 向 应 力 计 算 轴向应力计算 操作状态 2 12 2 2123 2 2 2224 压试验状态 4 e 20 应力校核 许用压缩应力 A R 0 094. 66B = t ), 2 ， t 163 合格 | 1 |,| 4 | 格 | |,| 4T | 格 0.9s = 合格 A R ( 4时 ,不适用 ) K AL 4 3m e i / R 圆筒中： K h m K 力校核 封头 椭圆形封头 , 2 4 筒 封头 = t = 1 25. t h 筒 , = 合格 封头 , h h = 座 处 圆 筒 周 向 应 力 21 无加强圈圆筒 圆筒的有效宽度 垫板或垫板不起加强作用时 在横截面最低点处 5 5 2 鞍座 边角处 L/8 时 , 6 2 6 24 3 2 F b K Fe 8 时 , 6 2 6 24 12 F b K 加 强 圈 筒 体 垫板起加强作用时 鞍座垫板宽度 ； 鞍座垫板包角 12 横截面最低点处的周向应力 5 52 be 座边角处 的周向应力 L/8 时 , 6 2 62 24 32 F b K Fe re e 8 时 , 6 2 62 24 12 F b K re me 座垫板边 缘处圆筒中 的周向应力 L/8 时 , 2e6234 8 时 , 22 L 力校核 |5| t = 163 合格 |6 | t = 合格 |6 | t = 合格 加强圈参数 加强圈材料 , 22 加强圈圆筒 e = mm d = 强圈数量 , n = 个 组合总截面积 , = 合截面 总惯性矩 , 计温度下许用应力 强圈位于 鞍座平面上 在鞍座边角处圆筒的周向应力： 080747 A m 鞍 座 边 角 处 ，加 强 圈 内 缘 或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力 ： 8 5 7080 C K R 加强圈圆筒 加强圈靠近鞍座 横 截 面 最 低 点 的 周 向 应 力 无垫板时，（ 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 ） 5 52 垫板起加强作用） 5 5 2 be 在横截上靠近水平中心线的周向应力： 080747 A m横截上靠近水平中心线处，不与筒壁相接的加强圈内缘 或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力 ： 8 5 7 0 8 0 C K R 强圈靠近鞍座 鞍座边角处点处的周向应力 无垫板 或垫板不起 加强 作用 L/8 时 , 6 2 6 24 3 2 F b K Fe 垫板 或垫板不起 加强 作用 L/ 时 , 6 2 6 24 12 F b K 用垫板时，（垫板起加强作用） L/8 时 , 6 2 62 24 32 F b K Fe re e 用垫板时，（垫板起加强作用） L/ 时 , 6 2 6 24 12 F b K re 力校核 |5| t = 合格 23 |6 | t = 合格 |7 | t = |8