12m3液氨储罐的设计.doc

吉林化工学院毕业设计（论文） 设计论文题目： 12m 液氨储罐的设计液氨储罐的设计 学 院： 吉林化工学院 专 业： 过程装备与控制技术 学 生： 指导教师： 完成时间： 2013 年 6 月 28 日 吉林化工学院毕业设计（论文） 诚信声明诚信声明 本人声明： 我所呈交的本科毕业设计论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 日期： 2013 年 6 月 25 日 吉林化工学院毕业设计（论文） 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 12m液氨储罐的设计 学院： 吉林化工学院 专业： 过程装备与控制技术 学生： 牟迪 指导教师： 陈秀萍 1设计（论文）的主要任务及目标 (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（论文）的基本要求和内容 (1) 设计内容： 1）设备工艺、结构设计； 2）设备强度计算与校核； 3）技术条件编制； 4）绘制设备总装配图； 5）编制设计说明书。 (2) 基本要求： 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主要参考文献 1 国家质量技术监督局，gb150-1998钢制压力容器 ，中国标准出版社， 吉林化工学院毕业设计（论文） 1998 2 国家质量技术监督局， 压力容器安全技术监察规程 ，中国劳动社会保障出 版社，1999 3 全国化工设备设计技术中心站， 化工设备图样技术要求 ，2000，11 4 郑津洋、董其伍、桑芝富， 过程设备设计 ，化学工业出版社，2001 5 黄振仁、魏新利， 过程装备成套技术设计指南 ，化学工业出版社，2002 6 国家医药管理局上海医药设计院， 化工工艺设计手册 ，化学工业出版社， 1996 7 蔡纪宁主编， 化工设备机械基础课程设计指导书 ，化学工业出版社，2003 年 4进度安排 设计（论文）各阶段名称起 止 日 期 确定题目2013 年 5 月 1 日 -15 日布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤2013 年 5 月 16 日-26 日机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编 制 2013 年 5 月 27 日-31 日设计图纸绘制（草图和装配图）2013 年 6 月 15 日-27 日毕业设计答辩2013 年 6 月 29 日-30 日 吉林化工大学毕业设计（论文） - i - 12m液氨储罐的设计液氨储罐的设计 摘摘 要要 本设计是针对化工设备机械基础这门课程所安排的一次课程设计，是对这 门课程的一次总结，要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。 本设计的液料为液氨，它是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料，应用 广泛。分子式 nh3，分子量 17.03，相对密度 0.7714g/l，熔点-77.7，沸点-33.35， 自燃点 651.11，蒸汽压 1013.08kpa(25.7)。蒸汽与空气混合物爆炸极限为 1625%（最易引燃浓度为 17%）氨在 20水中溶解度 34%,25时,在无水乙醇中溶 解度 10%,在甲醇中溶解度 16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂。 水溶液呈碱性。液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。遇热、明火，难以点燃而 危险性极低，但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇火和燃烧或爆炸，如有油类或 其它可燃物存在则危险性极高。 设计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定 的工艺参数，机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设 计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、 鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可 以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择 合适的非标设备。 各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循， 并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。 关键词：关键词：化工，液氨，工艺设计，工艺参数，标准设备 吉林化工大学毕业设计（论文） - ii - 目目 录录 摘摘 要要.i 目目 录录.ii 前前 言言.1 第第 1 章章 设计选材及结构设计选材及结构.2 第第 2 章章 材料及构件的选择材料及构件的选择.3 2.1 材料的选择.3 2.2 构件的选择.3 第第 3 章章 设计计算设计计算.6 3.1 筒体尺寸的计算.6 3.2 压力试验.7 第第 4 章章 附件选择附件选择.9 4.1 人孔的选择.9 4.2 开孔补强的计算.10 4.2.1 补强设计方法判别.11 4.2.2 有效补强范围.12 4.2.3 有效补强面积.12 4.2.4 补强圈的设计.13 4.3 接管及附件的选择.13 4.3.1 接管选择.13 4.3.2 管法兰及螺栓的选择.15 4.3.3 压力表的选择.16 4.3.4 螺栓（螺柱）的选择.16 4.3.5 垫片的选择.17 4.3.6 安全阀的选择.18 4.3.7 液面计的设计.18 吉林化工大学毕业设计（论文） - iii - 4.4 鞍座的选择.19 4.4.1 鞍座位置的确定.20 4.4.2 鞍座载荷计算.21 第第 5 章章 容器焊缝标准容器焊缝标准.23 第第 6 章章 各附件接管的布局各附件接管的布局.26 第第 7 章章 校核计算（用校核计算（用 sw6 软件）软件） .27 7.1 封头的校核.27 7.2 筒体的校核.28 7.3 接管的校核.29 7.4 人孔接管补强校核.45 7.5 鞍座的校核.47 第第 8 章章 总结总结.55 参考文献.56 致 谢.57 吉林化工大学毕业设计（论文） - 1 - 前前 言言 本设计是针对化工设备机械基础这门课程所安排的一次课程设计，是对这 门课程的一次总结，要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。 本设计的液料为液氨，它是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料，应用 广泛。分子式 nh3，分子量 17.03，相对密度 0.7714g/l，熔点-77.7，沸点-33.35， 自燃点 651.11，蒸汽压 1013.08kpa(25.7)。蒸汽与空气混合物爆炸极限为 1625%（最易引燃浓度为 17%）氨在 20水中溶解度 34%,25时,在无水乙醇中溶 解度 10%,在甲醇中溶解度 16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂。 水溶液呈碱性。液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。遇热、明火，难以点燃而 危险性极低，但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇火和燃烧或爆炸，如有油类或 其它可燃物存在则危险性极高。 设计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定 的工艺参数，机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设 计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、 鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可 以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择 合适的非标设备。 各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循， 并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。 吉林化工大学毕业设计（论文） - 2 - 第第 1 章章 设计选材及结构设计选材及结构 由要求可初步确定储罐需满足储存量 w=0.85200.56631000=9627 设计压力 根据化学化工物性数据手册查得 50蒸汽压为 2032.5kpa，可以判断设计的 容器为储存内压压力容器，按压力容器安全技术监察规程规定，盛装液化气体 无保冷设施的压力容器，其设计压力应不低于液化气 50时的饱和蒸汽压力，而且 查得当容器上装有安全阀时，取 1.051.1 倍的工作压力作为设计压力；所以 2.13mpa1.10.1)-0325 . 2 1 . 1（ 工作设 pp ， pa10pm6 . 0mpa 属于中压容器5。 设计温度为 50 摄氏度，在-20200条件下工作属于常温容器。 筒体的选材及结构 根据液氨的物性选择罐体材料，碳钢对液氨有良好的耐蚀性腐蚀率在 0.1/年以 下，且又属于中压储罐，可以考虑 20r 和 16mnr 这两种钢材。如果纯粹从技术角度 看，建议选用 20r 类的低碳钢板， 16mnr 钢板的价格虽比 20r 贵，但在制造费用 方面，同等重量设备的计价，16mnr 钢板为比较经济。所以在此选择 16mnr 钢板 作为制造筒体和封头材料。钢板标准号为 gb6654-1996。 筒体结构设计为圆筒形。因为作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内 件方便，而且承压能力较好，这类容器应用最广。 封头的结构及选材 封头有多种形式，半球形封头就单位容积的表面积来说为最小，需要的厚度是 同样直径圆筒的二分之一，从受力来看，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是 深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。椭 圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀，但对于标准椭圆形封头与厚度相等的筒 体连接时，可以达到与筒体等强度。它吸取了蝶形封头深度浅的优点，用冲压法易 于成形，制造比球形封头容易，所以选择椭圆形封头，结构由半个椭球面和一圆柱 直边段组成。封头取与筒体相同材料。 吉林化工大学毕业设计（论文） - 3 - 第第 2 章章 材料及构件的选择材料及构件的选择 2.1 材料的选择材料的选择 氨作为一种重要的化工原料，应用广泛，为运输及储存便利，通常，将气态的 氨气通过加压或冷却，得到液态氨。液氨，又称为无水氨，是一种无色液体，有强 烈的刺激性气味，液氨在工业上应用广泛，而且具有腐蚀性，且容易挥发，采用钢 瓶和槽车装运。 纯液氨腐蚀性小，储罐可选用一般钢材，但由于压力较大，可以考虑 20r，16mnr 这两种钢材。如果纯粹从技术角度看，可用 20r 类的低碳钢板， 16mnr 钢板的价格虽比 20r 贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16mnr 钢板较为经济，所以在此选择 16mnr 钢板作为制造筒体和封头的材料。 2.2 构件的选择构件的选择 （1）封头的选择： 从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大， 冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小的多，易于冲压成型，是目前中低压 容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径厚度都较大，加工与焊接方面都要遇 到不少困难。从钢材耗用量来看：球形封头用材最少，比椭圆封头节约，平板封头 用材最多。因此，从强度，结构和制造方面综合考虑，采用椭圆封头最为合理。 （2）人孔的选择： 压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人 孔主要由筒节，法兰，盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑 公称压力，公称直径，工作温度以及人，手孔的结构和材料等诸多方面的因素。人 孔的类型很多，选择使用上有很大的灵活性。在此，考虑到人孔盖直径较大较重， 故选用碳钢水平吊盖人孔，人孔筒节轴线垂直安装。 （3）容器支座的选择： 容器支座有鞍式支座、圆座和支腿三种，用来支撑容器的重量。 鞍式支座是应用较为广泛的一种卧式支座。从应力分析来看，理论上支座数目 吉林化工大学毕业设计（论文） - 4 - 越多越好。但实际上，卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点过多时， 各支撑平面的影响均会影响支座反力的分布，因而采用多支座不仅体现不出理论上 的优越性反而会造成容器受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利影响。 所以一台卧式容器支座一般情况不宜多于两个。 圆座一般对于大直径薄壁容器和真空操作的容器。 支腿式支座在于容器壳壁连接处会造成严重的巨臂应力，故只适合用于小型容 器（dn1600，l5000）。 综上考虑在此选择轻型的鞍式支座。 （4）法兰的选择： 法兰连接的主要优点是密封可靠，强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸， 制造成本较高。压力容器的法兰分平焊法兰和对焊法兰。 法兰设计的优化原则是：法兰设计应使各项应力分别接近许用应力值，即结构 材料在各个方向的强度都得到充分的发挥。 设计法兰时，须注意：钢制管法兰、垫片、紧固件设计要参照规定来选择和设 计。 （5）液面计的选择： 液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型大体上可以分为四类：有玻 璃板液面计，玻璃管液面计，浮子液面计和浮标液面计。在中低压容器中常用前两 种。玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度在 0250 摄氏度。玻璃 管液面计适用于工作压力小于 1.6mpa，介质温度在 0250 摄氏度情况下。 玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料没有结晶等堵塞固体的场合。板式 液面计承压能力强但比较笨重，成本较高。 玻璃板液面计一般选易观察的透光式，只有当物料很干净时才选用反射式。 当容器的高度大于 3m 时，玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果受到限 制，应该用其它适用的液面计。 由于液氨为较干净的物料，易透光，不会出现严重堵塞现象，所以在此选用反 射式玻璃管液面计两个，两个液面计的质量共 180kg。 （6）进出料接管的选择： 容器接管一般应采用无缝钢管，所以液体进出料口接管材料选择无缝钢管，采 用无缝钢管标准 gb8163-87.材料为 16mnr。 吉林化工大学毕业设计（论文） - 5 - 结构：接管伸进设备内切成 45，可避免物料沿设备内壁流动，减少物料对内壁 的磨损和腐蚀。 接管壁厚的要求：接管的壁厚除了要考虑上述的要求，还要考虑焊接的方法、 焊接参数、加工条件、焊接位置等制造上的因素及运输、安装中的刚度要求。一般 情况下，壁厚不宜小于壳体壁厚的一半，否则，应采用厚壁管或是整体锻件，以保 证接管与壳体相焊部分厚度的匹配。 不需另行补强的条件：当壳体上的考空满足下述全部要求时。可以不另行补强。 （7）安全阀的选择： 由于操作压力决定安全阀的公称压力，由操作温度决定安全阀的使用温度范围， 所以此设计的温度、压力。介质等基本参数可以直接选用标准型号（查 a21h-40） 公称直径 dn 取 20 ，对应的质量为 80 。与安全阀和接管连接的法兰选择突面板式 平焊管法兰，与壳体连接的接管为无缝钢管 gb8163-87 热轧钢管，尺寸为 。安装位 置在离右封头 1150 出安装一个安全阀。 （8）排污管的选择： 安装位置：在离右鞍座的左侧 1000 出安装一个排污管。选择无缝钢管 gb8163- 87 热轧钢管为材料的排污钢管焊接在容器底部，尺寸为 。 管端法兰：选择突面板式平焊管法兰 hg20592-1997 法兰 rf80-2.5，法兰的一端 连接排污管，型号为 j41h-40，取公称直径为 80 对应的质量为 44.4 。 吉林化工大学毕业设计（论文） - 6 - 第第 3 章章 设计计算设计计算 3.1 筒体尺寸的计算筒体尺寸的计算 ldi2 4 取 l/dn=4 算出di=1720.8 查标准并圆整取 dn=1800mm，查标准 jb/t4746-2002钢制压 力容器用封头中表 b.1 eha 椭圆形封头内表面积、容积，如下表 3-1 表表 3-13-1：ehaeha 椭圆形封头内表面积、容积椭圆形封头内表面积、容积 公称直径 dn /mm 总深度 h /mm内表面积 a/ 2 m 容积v封/ 3 m 18004753.65350.8270 封 vldn2 4 2 算出 l=5640mm 取 l=6000mm,l/dn=3.33(在 36 之间) %5%7 . 5 v vv 满足要求。查 压力容器材料使用手册-碳钢及合金钢 得 16mnr 的密度为 7.85t/m3，熔点为 1430，许用应力 t 列于下表 3-2： 表表 3.23.2 16mnr16mnr 许用应力许用应力 在下列温度（）下的许用应力/ mpa 钢号 板厚 / 2 0 100150200250300 616170170170170156144 163 6 163163163159147134 366 0 157157157150138125 16mnr 60 100 153153150141128116 吉林化工大学毕业设计（论文） - 7 - 圆筒的计算压力为 2.13 mpa,容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头都采用 双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数为 1.00,全部无损探伤。 在板厚为 616mm 时取许用应力为 170 mpa。液柱静压力 gh=0.56639.81800=0.01mpa 而 gh2.12=0.5% 1000 时至少设一个人孔，压力容器上的开孔最好是 圆形的，人孔公称直径最小尺寸为 400。 综合考虑选择回转盖带颈对焊法兰人孔（hg/t21518-2005）, 48012 公称压 力 pn2.5、公称直径 dn450、h1=250、mfm 型密封面、采用 16mnr 材料。其尺寸下表 表表 4.14.1 人孔标准尺寸表人孔标准尺寸表 密封 面型式 凹 凸面 mfm d670 1 b 41 0 d 24 公称 压力 pn mpa 2.5 1 d 620 2 b 46螺 柱数量 20 公称 直径 dn 450 1 h 250a375螺 母数量 40 吉林化工大学毕业设计（论文） - 10 - w ds 48 12 2 h 121b175螺 柱尺寸 m33 2165 d456b42l250总 质量 kg 245 图图 4-14-1 人口结构图人口结构图 4.2 开孔补强的计算开孔补强的计算 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、 吉林化工大学毕业设计（论文） - 11 - 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，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 16mnr。 根据 gb150 中 8.3，当设计压力小于或等于 2.5mpa 时，在壳体上开孔，两相邻开孔 中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径不大于 89mm 时，接管厚度满 足表 4.2 要求时，不另行补强。 表 4.2 不另外补强的接管最小厚度 接 管公称 外径 2532384548 57 657689 最 小厚度 3.5 4.05.06.0 4.2.1 补强设计方法判别补强设计方法判别 按 hg/t2158-2005，选用回转盖带颈对焊法兰人孔。 开孔直径 mmcd c i 6 . 614)28 . 0(2)122084()2d 2 1 （ mmdi1800 ，在筒体上开孔 mm600 3 1800 3 d d i ，可用等面积进行开孔补 强计算。 内压容器开孔后所需的补强面积 ret fd12a 式中 开孔直径： 6 . 4618 . 224562cdd i ； 2 强度削弱系数： 1701/701 t t n r f 壳体开孔处的计算厚度 35mm.11 吉林化工大学毕业设计（论文） - 12 - 接管有效厚度： 2 . 98 . 212c ntet 则 5239.16 701 701 12 . 935.11235.11 6 . 461a 2 4.2.2 有效补强范围有效补强范围 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）根据 gb/150 式 8-7 得 有效宽度： mmdb 2 . 923 6 . 46122 1 mmdb ntn .3508122.35112 6 . 46122 2 b=max mmbb 2 . 923 21 有效高度：根据 gb/150 式 8-8 mmd nt 425.7412 6 . 461h1 ， 250mm 1 1 hh “ （实际外伸高度） 故 1 h =max mmh425.74h 11 0 2 h （实际内伸高度） 4.2.3 有效补强面积有效补强面积 有效补强宽度 b=2d 筒体的有效厚度 2 .138 . 216 e 筒体上多余金属面积： reete f12d-ba1 =（923.2-461.6） （13.2-11.35）=853.96 2 mm 人孔接管上多余金属面积： retrtet fchfh 2212 22a 接管计算厚度： 7mm . 2 31 . 217012 2448031 . 2 2 c t n ic t p dp 所以 2 2 01mm.969017 . 2-2 . 9(425.742）a 焊缝金属截面积： 吉林化工大学毕业设计（论文） - 13 - 按照 gb985-80 中角焊缝角尺寸的选择规定当材料厚度为 1216mm 时焊脚取 6mm 所以 3666 2 1 2a3 2 则有效补强面积： 858.9713601.969104.767a 321 aaa e 2 比较的 e aa 满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 540 b mpa；补 强圈厚度应小于或等于壳体壁厚的 1.5 倍；壳体名义厚度 38 n ；设计压力 mpa4 ；设计温度 350 。可知本设计满足要求，则采用补强圈补强。 所需另行补强的面积为： 3454.09 4 e aaa 2 4.2.4 补强圈的设计补强圈的设计 为检验焊缝的紧密型，补强圈上钻 m10 的螺孔一个，以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 d 类焊缝。根据补强圈焊缝要求，并查得结构图为带补强圈焊缝 t 型接 头，补强圈坡口取 d 型（查化工容器及设备简明设计手册 ） 。查标准 jb/t4736- 2002 得补强圈外径 760d0 ,内径 126d 0 d i 则取 490。 计算补强圈厚度： 2.791 904760 3454.09 0 4 i c dd a mm 查标准补强圈厚度取 14，由 jb/t4736-2002 查得补强圈质量为 29.6kg。 4.3 接管及附件的选择接管及附件的选择 4.3.1 接管选择接管选择 容器接管一般应采用无缝钢管，所以本设计筒体上接管材料均选择无缝钢管 20（gb9948） 。 查过程设备设计知当壳体上的开孔满足下述全部要求时，可不另行补强。 设计压力小于或等于 2.5mpa。 两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的 2 倍。 吉林化工大学毕业设计（论文） - 14 - 接管公称外径小于或等于 89。 接管最小壁厚满足以下要求 下表为不需另补强的尺寸要求 如表 4-3 表表 4-34-3 接 管公称 外径 2532384548 57 657689 最 小厚度 3.5 4.05.06.0 根据化工工艺设计手册查得在压力在 1.0 到 2.0mpa 时液氨流速约为 2m/s， 本设计要求流量约为 3l/s 根据 2 4 qd v 初步确定进出料管直径 d=47mm。 根据要求查标准，液氨进出口接管取 d7614 公称直径为 65mmm 的接管，空气 进出管选用 d5712 公称直径为 50mm 的无缝钢管，排污管用 20（gb9948）无缝钢 管尺寸 d256 热轧。排污管一端焊接在筒体下方，另一端用螺纹帽密封，制造便宜， 操作方便。 表表 4-44-4 接管尺寸表接管尺寸表 序 号 接管名称公称直径 dn(mm) ds材料 a液氨进出口 管 65761420（gb9948） b空气进出口 管 50571220（gb99948） c液位计接管2532820(gb9948) d压力表接管2025620(gb9948) e人孔接管4504801216mn（hg/t2151 8-2005） g排污管2025620(gb9948) f安全阀接管40451020(gb9948) 吉林化工大学毕业设计（论文） - 15 - 可见以上所选接管都满足不需另行补强的要求。 4.3.2 管法兰及螺栓的选择管法兰及螺栓的选择 由设计压力 2.13mpa 查 hg20592-20635-97 中 pn2.5mpa 板式平焊钢制管法兰 （pl）知板式平焊钢制管法兰的密封面形式有突面（rf）和全平面（ff） 。 rf 形式适用公称压力范围为 0.252.5mpa 而 ff 形式适用公称压力范围为 0.251.6mpa,本设计压力为 2.13mpa 故采用板式平焊钢制管法兰（rf）形式。 钢结构连接用螺栓性能等级分 3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9 等 10 余个等级，其中 8.8 级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬 火、回火） ，通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。根据设计要求选定法兰后， 则会得到与螺栓配套的螺栓。 查 hg20592-20635-97钢制管法兰中 pn2.5 板式平焊法兰选择以接管公称直 径一致的钢制管法兰，得各法兰的尺寸和质量，详细尺寸将见表 4-4 表表 4-44-4 法兰尺寸法兰尺寸 公 称直径 dn（mm ） 接 管外径 法 兰外径 法 兰厚度 法 兰内径 破 口宽度 密 封面形 式 螺 栓孔直 径 螺 栓数 法兰 质量 202510516264rf1440.94 253211516335rf 14 41.12 404515018465rf1842.12 505716520595rf1842.77 657618522786rf1883.46 4504806705048512mfm 36 2057.6 法兰材料选用 16mnr 吉林化工大学毕业设计（论文） - 16 - 图图 4-24-2 法兰简图法兰简图 4.3.3 压力表的选择压力表的选择 仪表类型的选用必须满足工艺生产的要求。例如是否需要远传、自动记录或报 警；被侧介质的性质（如被测介质的温度高低、粘度大小、腐蚀性、脏污程度、是 否易燃易爆等）是否对仪表提出特殊要求，现场环境条件（如湿度、温度、磁场强 度、振动等）对仪表类型的要求等。因此根据工艺要求正确地选用仪表类型是保证 仪表正常工作及安全生产的重要前提。 化工行业所用的压力表有多种型号，根据液氨的性质查化工工艺设计手册 常用的压力表型号为 ya-100,管螺纹 m201.5,压力表一端与带有相应螺纹的接管一 端旋合，接管另一端焊接在筒体适合的位置。 4.3.4 螺栓（螺柱）的选择螺栓（螺柱）的选择 根据要求法兰处用螺栓做紧固件，螺栓有多种材料和多种结构，选择时应考虑 到设计的适用性和安全性。 查 hg/t 20613-2009 钢制管法兰用紧固件中表 4-5 和附录中表 a.0.1,得螺 柱的长度和平垫圈尺寸： 表表 4-54-5 螺栓螺栓 紧固件用平垫圈 mm 公称螺纹螺柱 1 d 2 d h 吉林化工大学毕业设计（论文） - 17 - 直径长 a65m16 7017303 b50m167017303 c450m2413025444 d25m125013242.5 e40m166517303 f20m125013242.5 4.3.5 垫片的选择垫片的选择 法兰密封常用垫片，垫片有金属垫片、非金属垫片，合成垫片等多种，考虑经 济性当非金属垫片能满足要求时首先使用非金属垫片。 由本设计压力和温度要求查化工工艺设计手册hg20606 选用石棉橡胶垫片， 其使用范围 pn4.0 mpa,t290,密封形式为 rf（突面） 。其尺寸如表 4-6 表表 4-64-6 垫片尺寸表垫片尺寸表 符号法兰 公称直径 mm 垫片 内径 d1 垫片 外径 d2 密封 形式 垫片 材料 垫片 厚度 mm a202558rf石棉 橡胶 1.5 b253268rf石棉 橡胶 1.5 c404588rf石棉 橡胶 1.5 d5057102rf石棉 橡胶 1.5 e6576122rf石棉 橡胶 1.5 f450478555rf石棉3 吉林化工大学毕业设计（论文） - 18 - 橡胶 图图 4-34-3 垫片结构图垫片结构图 4.3.6 安全阀的选择安全阀的选择 查化工工艺设计手册知液氨常用安全阀有 a21h-40 其公称直径是 15mm 到 25mm 公称压力为 1.6-4.0mpa 使用温度 t200和 a41h-40 其公称直径为 32mm 到 48mm 公称压力为 1.3 到 4.0mpa,使用温度 t300。 根据本设计要求选用公称直径为 40mm 的弹簧封闭微启式安全阀，材料为不锈钢。 吉林化工大学毕业设计（论文） - 19 - 图图 4-44-4 安全阀结构安全阀结构 4.3.7 液面计的设计液面计的设计 液面计的种类很多，常用的有玻璃板液面计和玻璃板液面计。它们都是外购的 标准件，只需要选用。玻璃板液面计有三种：透光式玻璃板液面计、反射式玻璃板 液面计、视镜式玻璃板液面计。 根据设计要求选用查标准 hg21589.-1995 选用透光式玻璃板液面计，型号 t；利 用连通器原理，通过液面计的玻璃板视窗可以观察容器内部液面位置的变动情况。 结构形式：保温型 w,钢板 16mn. 图 4-5 磁性液面计 图图 4-54-5 磁性液面计磁性液面计 吉林化工大学毕业设计（论文） - 20 - 4.4 鞍座的选择鞍座的选择 鞍座结构和材料的选取 卧式容器的支座有三种形式：鞍座、圈座、和支腿，常见的卧式容器和大型卧 式储罐、换热器等多采用鞍座，它是应用得最为广泛的一种卧式容器支座。置于支 座上的卧式容器，其情况和梁相似，有材料力学分析可知，梁弯曲产生的应力与支 点的数目和位置有关。当尺寸和载荷一定时多支点在梁内产生的应力较小，因此支 座数目似乎应该多些好。但对于大型卧式容器而言，当采用多支座时，如果各支座 的水平高度有差异或地基沉陷不均匀，或壳体不直不圆等微小差异以及容器不同部 位受力挠曲的相对变形不同，是支座反力难以为个支点平均分摊，导致课题应力增 大，因而体现不出多制作的优点，故一般情况采用双支座。此外，卧式容器由于温 度或载荷变化时都会产生轴向的伸缩，因此容器两端的支座不能都固定在基础上， 必须有一端能在基础上滑动，以避免产生过大的附加应力。通常的做法是将一个支 座上的地脚螺栓孔做成长圆形，并且螺母不上紧，使其成为活动支座，而另一支座 仍为固定支座。 所以本设计就采用这种支座结构。根据设备的公称直径和容器的重量参照鞍座 标准 jb/t4712-1992 选取鞍座结构及尺寸。鞍座的材料（除加强垫板除外）为 q235- a，加强垫板的材料应与设备壳体材料相同为 16mnr。 4.4.1 鞍座位置的确定鞍座位置的确定 双鞍座卧式容器的受力状态可简化为受均布载荷的外伸梁，由材料力学知，当 外伸长度 a=0.207l 时，跨度中央的弯矩与支座截面处的弯矩绝对值相等，所以一般 近似取 .2l0a ,其中 l 取两封头切线间距离，a 为鞍座中心线至封头切线间距离。 a0.2l=0.26000+252)=1210 当鞍座邻近封头时，则封头对支座处筒体有加强刚性的作用。为了充分利用这 一加强效应，在满足 .2l0a 下应尽量使 0 .5r0a . a0.5( ) 2 1800 n =458 综合以上取 a=450mm 吉林化工大学毕业设计（论文） - 21 - 则两鞍座间距 s=(l+2h)-2a=5100mm,鞍座位置及结构如下图 4-6 所示。 图图 4-6 鞍座位置及结构鞍座位置及结构 4.4.2 鞍座载荷计算鞍座载荷计算 筒体的质量 1 m ：查得圆筒体材料 16mn 密度 =7850/m,筒体长度加上封头的 直边长度为 6.05m,则 n dl 1 m =3.141.8(6+0.05) 0.0167850=4294.8 封头的质量 2 m :根据封头的名义厚度查得 2:1 标准椭圆形封头理论质量为 453.6。故 2 m =453.62=907.2kg 水压试验时水的质量 3 m ：由常用压力容器手册查得公称直径 1800mm 厚 16mm 的 标准椭圆封头的容积为 0.827 3 m ,则容器容积为： 91.1668 . 1 4 827 . 0 2vvv 2 筒体封头3 m 水重 3 m =16.911000=16914.4。 附件的质量 4 m ：人孔重 245kg,人孔补强重 29.6kg,进出料管约 100kg,液面计、 安全阀、排污阀等附件总质量约为 120kg.故 4 m =500kg 所以设备总质量为 62876.5kg.即 g=9.8mg211.77kn1,3,5. 每个鞍座所受支座反力 f=106.44kn 鞍座尺寸标准 查 jb/t4712.1-4712.4-2007 选公称直径 dn=1800mm 轻型(a),120包角、焊制、 带垫板，高度为 250mm 的鞍座，允许载荷 q295kn106.44kn。 由公称直径查压力容器与化工设备实用手册得具体尺寸如下表 4-7： 表表 4-74-7 尺寸对照表尺寸对照表 公dn1800腹 2 10 4 b 430 吉林化工大学毕业设计（论文） - 22 - 称直径板 允 许载荷 q/kn295 3 l 295 4 10 鞍 座高度 h250 2 b 260 垫 板 e80 1 l 1280 3 b 260螺 栓间距 2 l 1120 1 b 220 筋 板 3 8螺 孔/孔长 /螺纹 d/l24/40 m20 底 板 1 12垫 板 弧 长 2100鞍 座质量 kg162 吉林化工大学毕业设计（论文） - 23 - 第第 5 章章 容器焊缝标准容器焊缝标准 压力容器焊接结构设计要求 焊缝分散原则；避免焊缝多条相交原则；对称质心布置原则；避开应力复杂区 或应力峰值去原则；对接钢板的等厚连接原则；接头设计的开敞性原则；焊接坡口 的设计原则（焊缝填充金属尽量少；避免产生缺陷；焊缝坡口对称；有利于