液氨贮罐机械设计石贤才2

化工设备机械基础课程设计化工设备机械基础课程设计题目液氨贮罐的机械设计姓名石贤财学号2012115107指导教师徐想娥2014年6月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设计任务书课题液氨贮罐的机械设计设计内容根据给定工艺参数设计一台液氨贮罐已知工艺参数最高使用温度T40公称直径DN2600MM筒体长度（不含封头）L04800MM具体内容包括1罐体及封头壁厚设计2鞍座的选择4人孔的选择5各类接管和法兰的确定设计人学号下达时间完成时间化工设备机械基础课程设计2目录1设计方案311设计原则312设计参数的确定313设计结果42各种参数设计计算621壁厚设计6211筒体壁厚设计6212封头壁厚设计6213封头水压试验与强度校核722鞍座设计7221罐体质量M17222封头质量M28223液氨质量M38224附件质量M4823人孔设计9231人孔的设计9232人孔补强的确定924接口管设计9241液氨进料管设计9242液氨出料管设计9243液面计接管设计10244放空阀接口管设计10245安全阀接口管设计10246排污管103参数校核1131筒体轴向应力校核11311筒体轴向弯矩计算11312通体轴向应力计算1232筒体和封头切向剪应力校核13化工设备机械基础课程设计3321筒体切向应力计算13322封头切向剪应力计算1333筒体环向应力校核14331环向应力计算14332环向应力校核1534鞍座有效断面平均应力154符号及公式对照表1641符号对照表1642公式对照表175总结19参考文献201设计方案11设计原则本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）从连接的密封性，强度等角度出发，标准选用各种法兰。12设计参数的确定1）设计温度T402）设计压力本贮罐在最高使用温度40下，氨的饱和蒸汽压为1555MPA（绝对压强），故取设计压力为P1081555010133化工设备机械基础课程设计415699636MPA（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108倍。3）材料的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。考虑到材料的机械性能、焊接性能、腐蚀情况、强度条件、钢板价格、钢板的耗材量与质量等要求，根据化工设备机械基础（董大勤，高炳军，董俊华，P196）表86钢板选用表，筒体和封头的材料选择钢号为16MNR的钢板。接管材料选用10号钢管（许用应力T121MPA）（化工设备机械基础（董大勤，高炳军，董俊华，P201）表88钢管许用应用表），法兰材料选用16MN（锻），鞍座底板材料选用16MNR，鞍座其余材料选用Q235AF。4）钢板厚度负偏差由化工设备机械基础（董大勤，高炳军，董俊华，P211）对压力容器用的低合金钢钢板（GB7132008）和不锈钢（含耐热钢）钢板（GB245112009），钢板负偏差C108MM。5腐蚀裕量根据化工设备机械基础（董大勤，高炳军，董俊华，P211）知腐蚀裕量由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耐蚀性，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，要保证设备密封性能良好，故筒体焊接结构采用双面焊接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刚的厚度在1636MM之间，设计温度下钢板的许用应力T163MPA。常温强度指标B490MPA、S325MPA。13设计结果罐体采用16MNR钢板，DN2600MM，L04800MM，N18MM封头采用DN22001816MNRJB/T4737鞍座采用JB/T471292鞍座A2200FJB/T471292鞍座A2600S化工设备机械基础课程设计5人孔采用HG2152395人孔RF（AG）45025液氨进料管采用57MM35MM无缝钢管液氨出料罐采用可拆的压出管25MM3MM，将它与法兰套在接口管38MM35MM内排污管采用57MM35MM的管子液面计采用玻璃管液面计BIWPN16，L1000MM，HG522780放空阀接口管采用32MM35MM无缝钢管，法兰HG20592，法兰SO2516RF16MNR安全阀接口管采用32MM35MM无缝钢管，法兰HG20592，法兰SO2516RF16MNR化工设备机械基础课程设计62各种参数设计计算21壁厚设计211筒体壁厚设计根据化工设备机械基础（董大勤编P172），将计算厚度与腐蚀裕量作为设计厚度，即（21）TICDDP22式中D设计厚度（MM）；C2腐蚀裕量（MM）；PC圆筒的设计压力（MPA）；DI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15699636MPA2600/（216310015699636）TICDDP22201458177738866MM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，圆筒的名义厚度NDC1（22）即NDC11460816MM。圆整后取N16MM厚的16MNR钢板制作筒体。有效厚度ENC1C2（23）所以ENC1C2160820132MM212封头壁厚设计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，说明园筒体采用标准椭圆圆封头，其封头厚度近似等于筒体厚度，这样筒体和封头可采用同化工设备机械基础课程设计7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（董大勤编，P214）知，H，封头的直边高度与封头公称直径有关，封头公称4ID0H直径小于等于2000MM时，25MM，封头公称直径大于2000MM时，40MM。0H0H封头的设计厚度（24）TICP2即1569963626001/（2163100）20145211821MMTICDP2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NDC11452118210816MM。圆整后取N16MM厚的16MNR钢板制作封头。椭圆封头标记为椭圆封头DN26001616MNRJBT4737封头的有效厚度由公式（23）计算，于是ENC1C2160320132MM由化工设备机械基础（董大勤编，P214）得标准椭圆封头的直边厚度H040MM。故两封头切线之间的距离为LL02H048002404880MM。213封头水压试验与强度校核根据化工设备机械基础（董大勤编，P460）公式（2SEITDP9025）式中PT试验压力（MPA）；E有效厚度（MM）；S强度指标（MPA）。其中PT125P1251569963619624545MPAE137MMS325MPA于是19425326MPA05R650，取鞍座位置A05R051300650MM。23人孔设计231人孔的设计根据贮罐是在常温及最高工作压力为15699636MPA的条件下，人孔标准应按公称压力为16MPA的等级选取。受压设备的人孔盖较重，一般均选用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，回转盖式人孔结构就黯淡，转动时所占空间平面较小，如布置在水平位置时，开启时较为费力。故选取水平吊盖式人孔。化工设备机械基础课程设计10该人孔标记为HG2152395人孔RF（AG）45016其中RF指突面封闭，指接管于法兰的材料为20R，AG是指用普通石棉橡胶板垫片，45016是指公称直径为450MM、公称压力为16MPA。232人孔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。根据化工设备机械基础（董大勤编P387）表121查得，接管公称直径为DI450MM时补强圈外径760MM。而内径按补强圈坡口类型确定。故设计选用C型20（C10）。因此内径为DIDI2C1216（211）于是内径为DIDI2C（1216）45021014484MM补强圈厚度按下式估算21221IDCD补（）式中计算厚度（MM）。于是MDCDI892548760521补故补强圈取26MM厚。24接口管设计241液氨进料管设计根据化工设备课程设计指导（方书起编P133），表610查得，采用57MM35MM无缝钢管。管的一端切成45，深入贮罐内少许。配用具有突面密封的平焊管法兰，法兰标记HG20592法兰SO5025RF16MNR。因为壳体名义厚度D16MM12MM，接管公称直径80MM，故不用不强。242液氨出料管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2M。243液面计接管设计化工设备机械基础课程设计11被贮罐采用玻璃管液面计AIWPN16，L1000MM，HG522780两支。与液面计相配的接口管尺寸为18MM3MM,管法兰为HG20592法兰SO1525RF16MNR。244放空阀接口管设计采用32MM35MM无缝钢管，法兰为HG20592法兰SO2525RF16MNR。245安全阀接口管设计采用32MM35MM无缝钢管，法兰为HG20592法兰SO2525RF16MNR（尺寸由安全阀泄露放量决定）246排污管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。化工设备机械基础课程设计123参数校核31筒体轴向应力校核311筒体轴向弯矩计算筒体中间处截面的弯矩31LAHRFLMIIM4312421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MDNRNM130826所以MNLAHFLMII7221102584906534190849434支座处截面上的弯矩化工设备机械基础课程设计13（3MNLHARFAMIIM72221094903651865843412）312通体轴向应力计算由化工机械工程手册（上卷）P1119表11411查得K1K210。因为,且，故最大轴向应力出现在跨中面，校核跨中21MRAM6542/面应力。由弯矩引起的轴向应力圆筒中间截面上最高点处（3EMR211433）于是MPARMEM162310843514721最低点处PA62鞍座截面处最高点处MPARKMEM1502318043914372最低点处PA5由设计压力引起的轴向应力（3EMPP24）于是MPAREMP2791320859化工设备机械基础课程设计14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（3122P5）于是MPAP73951027912许用轴向拉压应力，合格。AT63T2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MP5101轴向许用应力（3IERA946）于是09541320IE根据A值查化工设备机械基础（赵军，张有忱，段成红编P152）119，外压容器设计的材料温度线图，得B130MPA，取许用压缩应力，合格。MPAAC130AC132筒体和封头切向剪应力校核因筒体被封头加强，筒体和封头中的切向剪应力分别按下列计算。321筒体切向应力计算（3EMRFK7）由化工机械工程手册（上卷）P11100表11412查得K30880，K40401。于是MPARFKEM41923108573322封头切向剪应力计算（3EMH4化工设备机械基础课程设计158）于是MPARFKEMH29413085744MPARDNEMTHT1746230162251，合格。HTH33筒体环向应力校核331环向应力计算设垫片不起作用。（1）在鞍座处横截面最低点处（3255BFKKE9）式中B2筒体有效宽度。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552EKKFB式中B2筒体有效宽度。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31021MEBR式中B支座轴向宽度。于是ME98504213856130562故MPABFKKE942725（2）鞍座边角处轴向应力因LRM490013083758，化工设备机械基础课程设计16于是（3262634EEFKB11）故MPABFEE051421387021349850723466332环向应力校核MPA513TMPA62560375T34鞍座有效断面平均应力支座承受的水平分力3129SFK由化工机械工程手册（上卷）P11103表11415查得K90204。于是NS3765184209鞍座有效断面平均应力31390SFHB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RM313083436MM中的最小值，即HS250MM。腹板厚度B02C1100892MM于是MPAFS376953709应力校核MPA92143SA式中MPA，鞍座材料Q235AF的许用应力。0S化工设备机械基础课程设计174符号及公式对照表41符号对照表符号代表参数符号代表参数DN筒体直径HS鞍座设计高度L0筒体长度（不含封头）S屈服极限T温度V体积P设计压力PT试验压力PC计算压力T管件应力T许用应力M质量腐蚀速率L两封头切线间距离N设计年限H封头直边高C2腐蚀裕量F支座反力P1液柱静压力H鞍座高度焊接接头系数A鞍座中心线与封头切线间的距离密度RM椭圆封头外径计算厚度HI封头曲面深度D设计厚度M弯矩N名义厚度P轴向应力E有效厚度R封头内径K有效厚度封头形状系数剪应力C1厚度负偏差B2筒体有效宽度化工设备机械基础课程设计1842公式对照表名称公式贮罐总质量MM1M2M3M4罐体质量M1Q1L0封头质量M22Q2充液质量M3V筒体中间处截面的弯矩214413IIRHFLAML支座处截面上的弯矩22413MIIRHAFAL由弯矩引起的轴向应力（最高点处）112MEMR由弯矩引起的轴向应力（最低点处）21设计压力引起的轴向应力MPE轴向拉应力22P轴向压应力1轴向许用压缩应力094EIAR筒体切向剪应力3MEKF封头切向剪应力4HER化工设备机械基础课程设计19鞍座处横截面最低点处周向应力552EKKFB鞍座边角处轴向应力262634EE支座承受的水平分力9SFK鞍座有效断面平均应力90SHB补强圈内径216IIDDC补强圈厚度21I补（）化工设备机械基础课程设计205总结经过了一个多月的努力，终于完成了本次化工设备机械基