化工设备机械基础课程设计

化工设备机械基础课程设计1化工设备机械基础课程设计题目液氨储罐的机械设计班级07080102学号0708010209姓名熊领领指导老师崔岳峰沈阳理工环境与化学工程学院2010月11月化工设备机械基础课程设计2化工设备机械基础课程设计设计任务书课题液氨储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储罐已知工艺参数1最高使用温度T502公称直径DN2600MM3筒体长度（不含封头）L03900MM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相关校核及计算设计人熊领领学号0708010209下达时间2010年11月19号完成时间2010年12月20号化工设备机械基础课程设计I目录1设计方案111设计依据112设计参数的确定113设计结果的确定22工艺计算321壁厚的设计3211筒体壁厚设计3212封头壁厚的设计3213筒体与封头水压强度的校核422人孔的设计及补强的确定5221人孔的选择5222补强的确定523接口管的设计6231液氨进料管的设计6232液氨出料管的设计6233放空管接管口的设计6234液面计接口管的设计6235排污管的设计6236安全阀接口管的设计724鞍座的设计7241罐体的质量7242封头的质量7243液氨的质量7244附件的质量83参数的校核931筒体轴向应力的校核9311筒体轴向弯矩计算9312筒体轴向应力计算1032筒体和封头切向应力的校核11321筒体切向应力11化工设备机械基础课程设计II322封头切向应力校核1133筒体环向应力的校核12331轴向应力计算12332轴向应力校核1234鞍座有效断面平均压力124液氨贮罐设备图145设计汇总156总结16参考文献17化工设备机械基础课程设计01设计方案11设计依据本液氨贮罐属于中压容器，设计以“钢制压力容器”国家标准为依据，严格按照政府部门对压力安全监督的法规“压力容器安全技术监督教程”的规定进度进行设计。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。设计的主要步骤如下1）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选择材料。2）利用计算公式对容器筒体和封头壁厚的设计，以及封头类型的选择。3）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。4）从连接的密闭性、强度等出发，标准选用各种法兰。5）根据以上的容器设计计算，画出总的设备图。12设计参数的确定1）设计温度T502设计压力查化工设备机械基础赵军，张有忱，段成红编，P132本贮罐在最高使用温度下，氨的饱和蒸汽压为2033MPA绝对压强，故取设计压力为P110（2033010133）212MPA（表压），原因是因为容器上装有安全阀时，可取105到111倍的最高工作压力作为设计压力，这里取最高设计压力为110倍。液柱静压力为PIDNG265629098110600144MPA5P0106MPA，所以静压力可忽略不计，可取计算压力PCP212MPA3材料选择由操作条件分析，该容器属于中压、常温范畴。在常温下材料的组织和力学性能没有明显变化。根据化工设备机械基础赵军，张有忱，段成红编，P125表93钢板选用表，筒体和封头的材料选择钢号为16MNR的钢板，使用状态为热轧或正火设计温度40475，钢板标准GB66541996,接管材料选用10号钢管（许用应力T112MPA）,法兰材料选择16MN锻，鞍座底板材料选用16MNR，鞍座其余材料选用Q235AF。化工设备机械基础课程设计14钢板厚度负偏差由化工设备机械基础（赵军，张有忱，段成红编，P128）表910知钢板厚度在8025MM时钢板负偏差C108MM。5腐蚀裕量根据化工设备机械基础（赵军，张有忱，段成红编，P128）知腐蚀余量有介质对材料的均匀腐蚀速率与容器的设计寿命决定。腐蚀裕量C2N，其中为腐蚀速率；N为容器的设计寿命。根据腐蚀数据与选材手册（左景伊，左禹编著P216）钢铁对于氨气和液氨有优良的腐蚀性，腐蚀率在01MM/A以下。且设计贮罐为单面腐蚀，故取C220MM。6焊接头系数本次设计是液氨贮罐的机械设计。氨属于中度毒性物质，又由于PV212262/4472510MPAM3,由化工设备机械基础（赵军，张有忱，段成红编，P99，P127表96）可知，该设备为中压储存容器，即为第三类压力容器。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10。7）许用应力对于本设计是用钢板卷焊的筒体以内径作为公称直径DND12600MM。假设16MNR钢的厚度在1636MM之间，根据化工设备机械基础（赵军，张有忱，段成红编，P125）表94，设计温度下钢板的许用应力T163MPA。常温强度指标B490MPA、S325MPA。13设计结果的确定罐体采用16MNR钢板，DN2600MM,L03900MM,DN20MM封头采用DN26002016MNRJB/T4737鞍座采用JB/T471292鞍座A2600FJB/T471292鞍座A2600S人孔采用HG215231995人孔RF（AG）45025液氨进料管采用57MM35MM无缝钢管液氨出料管采用可拆的压出管25MM3MM，将它与法兰套在接口管38MM35MM内排污管采用57MM35MM的管子液面计采用HG522780AG25I1200P，L1200MM两支放空管接管采用32MM35MM无缝钢管，法兰HG20592，法兰SO2516RF16MNR安全阀接管采用32MM25MM无缝钢管，法兰HG20592，法兰化工设备机械基础课程设计2SO2516RF16MNR2工艺计算21壁厚的设计211筒体壁厚设计在GB1501998钢制压力容器中规定，将计算厚度与腐蚀余量作为设厚度，即2122CDTCPDNC式中D设计厚度（MM）；C2腐蚀裕量（MM）；PC圆筒的设计压力（MPA）；DN圆筒的公称直径（MM）；焊接接头系数；T钢板在设计温度下的许用应力（MPA）。于是2122600（216310212）201902MM22CDTCPDNC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的厚度，即圆筒的名义厚度NDC1（22）即NDC119020820MM。圆整后取N20MM厚的16MNR钢板制作筒体。有效厚度ENC1C2（23）化工设备机械基础课程设计3所以ENC1C2200820172MM212封头壁厚的设计由于椭圆封头厚度的筒体厚度的计算公式几乎一样，说明圆筒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的钢板来制造。故采用标准椭圆型封头。由化工设备机械基础（赵军，张有忱，段成红编，P134）表102知，当DN2HI2时，椭圆封头的形状系数K100。封头的设计厚度为（222CDTCPDNKC054）即212260022CDTCP（21631005212）201896MM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（22）于是NDC118960820MM。圆整后取N20MM厚的16MNR钢板制作封头。椭圆封头标记为椭圆封头DN26002016MNRJBT4737封头的有效厚度由公式（23）计算，于是ENC1C2200810172MM由化工设备机械基础（赵军，张有忱，段成红编，P134）表102查得标准椭圆封头的直边高度H050MM。故两封头切线之间的距离为LL02H039002504000MM213筒体与封头水压强度的校核根据化工机械基础（陈国恒主编P162）公式化工设备机械基础课程设计425092TETSPDN（）式中PT试验压力（MPA）；E有效厚度（MM）；S强度指标（MPA）。其中PT125P125212265MPAE172MMS325MPA于是2016MPA09S0932510217TETPDN（）65（240）2925MPA水压试验满足强度要求。22人孔的设计及补强的确定221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。根据贮罐是在常温及最高工作压力为212MPA的条件下，人孔标准应按公称压力为25MPA的等级选取。由化工容器及设备简明设计手册（贺匡国P675）表23133查得受压设备的人孔盖较重，一般选取吊盖式人孔或回转盖式人孔，吊盖式人孔使用方便垫片压紧较好，回转盖式人孔结构简单，转动时所占空间平面较小，如布置水平位置时，开启时较为费力。故选水平吊盖人孔。该人孔标记为HG215231995人孔RF（AG）45025其中RF突面封闭，接管于法兰的材料为20R，AG用普通石棉橡胶板垫片，45025公称直径为450MM、公称压力为25MPA化工设备机械基础课程设计5222补强的确定由于人孔的筒节不是采用无缝钢管，故不能直接选用补强圈标准由化工容器（丁伯民，黄正林等编）P192表61查表得人孔的尺寸为48010，标准补强圈尺寸为内径DI484MM，外径D0760MM。本设计选用C型20（C10）。因此内径为DIDI2C121626于是内径为DIDI2C（1216）45021016486MM补强圈厚度按下式估算2721IDC补（）故取补强圈厚为36MM23接口管的设计231液氨进料管的设计采用57MM35MM无缝钢管。管的一端切成45，伸入贮罐内少许。根据化工机械基础（陈国桓）P192表112查得配用具有突面密封的平焊管法兰，法兰标记HG20592法兰SO5025RF16MNR。因为壳体名义壁厚D20MM12MM，接管公称直径小于80MM，故不用补强。232液氨出料管的设计采用可拆的压出管25MM3MM，将它用法兰套在接口管38MM35MM内，罐体的接口管法兰采用法兰HG20592法兰SO3225RF16MNR。与该法兰相配并焊接在压出管的法兰上，其连接尺寸和厚度与HG20592法兰SO3225RF16MNR相同，但其内径为25MM。液氨压出管的端部法兰HG20592法兰SO3225RF16MNR。这些小管都不补强。压出管伸入贮罐25M。233放空管接管口的设计采用32MM35MM无缝钢管，法兰为HG20592法兰SO2525RF16MNR。化工设备机械基础课程设计6234液面计接口管的设计由化工容器（丁伯民，黄正林等编）P289表104可知本贮罐采用厚壁玻璃管液面计，记作AG25I1200P，L1200MM两支。与液面计相配的接口管尺寸为18MM3MM,管法兰为HG2059297法兰SO1525RF16MNR。235排污管的设计贮罐右端最底部安设排污管一个，管子规格为57MM35MM，管端焊有一与截止阀J41W16相配的管法兰HG25092法兰SO5025RF16MNR。排污管一罐体连接处焊有一厚度为10MM的补强圈。236安全阀接口管的设计采用32MM25MM无缝钢管，法兰为HG20592法兰SO2525RF16MNR（尺寸由安全阀泄露放量决定）24鞍座的设计首先粗算鞍座的负荷贮罐的总量123W其中W罐体质量W1罐体的质量，KGW2水压试验时水的质量，KGW3附件的质量，KG241罐体的质量根据化工机械基础（陈国恒主编P312）续表查得，DN2600MM，壁厚N20MM条件下筒节钢板质量Q11290KGM，故W1Q1L028于是W1Q1L01290395031KG化工设备机械基础课程设计7242封头的质量根据化工机械基础（陈国恒主编P312）续表查得，DN2600MM，壁厚N20MM，H050MM条件下椭圆型封头质量Q21230KGM，故W22Q229于是W22Q2212302460KG243液氨的质量W3V210式中V主管容积（M3）；水的密度（KGM3）。其中根据化工机械基础（陈国恒主编P312，P315）续表查得，DN2600MM，壁厚N20MM，H050MM条件下1M高筒体的体积V15309M3，椭圆型封头的容积V2256M3，故VV封V筒211于是VV封V筒2V2L0V1225639530927217M3液氨在0时的密度为64KGM3，小于水的密度，故充液氨质量按水考虑。即1000KGM3。所以W3V2521710025217KG244附件的质量人孔约重200KG，其他管的总和安300KG计算，故W4200300500KG设备总质量为WW1W2W3W4503124602521750033208KG各鞍座的反力为FMG/2332981/216285KN,由化工设备机械基础（刁玉玮，王立业编著P352）表40查得，所以选用轻型A型120包角带垫板鞍座，鞍座厚度为B260MM,腹部厚10MM,垫板宽500MM，垫板厚8MM。鞍座标记为JB/T47121992鞍座A2600F化工设备机械基础课程设计8JB/T47121992鞍座A2600S因为02L05R取鞍座位置A05R051300650MM化工设备机械基础课程设计93参数的校核31筒体轴向应力的校核311筒体轴向弯矩计算筒体中间处界截面的弯矩31214413MIIRHFLAML式中F鞍座反力（N）；RM椭圆封头外半径（MM）；L两封头切线之间的距离（MM）；A鞍座位置（MM）；HI筒体内半径（MM）；其中1320260NMDR所以390654365419024301628543124M221（LAHLFIIM139107NMM支座处截面上的弯矩于是M2（32）LHARFAIIM3412化工设备机械基础课程设计10NMM7210633906541650128312筒体轴向应力计算由化工机械设计手册（上卷）P1199表11411查得K1K210因为，且ARM/27055MM，故最大轴向应力出现在跨中面，校核跨中21M面应力。（1）由弯矩引起的轴向应力圆筒中间截面上最高点处3311234MEMR于是MPA40217912EMT鞍座截面处最高点处3MPATRKMEM1304542721最低点处4TEM1273221（2）由设计压力引起的轴向应力342PERMPA73801EMPT（3）轴向应力组合与校核最大轴向拉应力出现在筒体中间截面最低点处化工设备机械基础课程设计11于是2P218073078143MPA35许用轴向拉压应力MPA，合格。63T2T最大轴向压应力出现在充满水时，在筒体中间截面最高点处11107MPA轴向许用应力360124137094IERTA根据A值查外压容器设计的材料温度线图（教材P152图119），得B130MPA，取许用压缩应力AC130MPA，合格。1AC32筒体和封头切向应力的校核因筒体被封头加强，筒体和封头中的剪切应力分别按下列计算。321筒体切向应力373MEKFR由化工机械设计手册（上卷）P11100表11412查得K30880,K40401。MPA876213083EMTR322封头切向应力校核384HMEKF所以MPEHTR5241065251251HENTHTKPD合格TH化工设备机械基础课程设计1233筒体环向应力的校核331轴向应力计算设垫片不起作用1鞍座处横截面最低点处39255BFKKE其中B2筒体的有效宽度。由化工机械工程手册（上卷）P11101表11413查得K507603，K600132。式中K01考虑容器焊在鞍座上310EMRB12式中B支座轴向宽度。于是640405MME56221546130故152MPA25BFKKE4278（2）鞍座边角处轴向应力因L/RM5000/15243288,故262634EEFKB1698MPA3112178400310578332轴向应力校核MPA563TMPA6125120375T34鞍座有效断面平均压力支座承受的水平分力由化工机械工程手册上卷P11103表11415查得K90204。化工设备机械基础课程设计13于是N32016852049FKS鞍座有效断面平均应力（312）90SHB式中HS鞍座计算高度；B0鞍座腹板厚度。其中HS取鞍座实际高度（H250MM）和RM/343667MM中的最小值，即取HS250MM。腹板厚度B02C1100892MM于是MPA41295039BHFS应力校核MPA921433SA式中140MPA，鞍座材料Q235AF的许用应力。化工设备机械基础课程设计144液氨贮罐设备图贮罐的总装备图示于附图，各零件部位的名称、规格、尺寸、材料等见明细表。本贮罐技术要求如下1本设备按GB1501998钢制压力容器进行制造、试验和验收。2）焊接材料，对接焊接接头形式及尺寸可按GB98580中规定（设计焊接接头系数10）。3）焊接采用电弧焊，焊条型号为E4303。4）壳体焊缝应进行无损失探伤检查，探伤长度为100。