《化工机械基础》课程设计任务书-液氨储罐机械设计-毕业论文

1、化工机械基础课程设计任务书目录第一部分 设计绪论5（1）设计任务、设计思想、设计特点5（2）主要设计参数的确定及说明5第二部分 材料及结构的选择与论证7（1）材料的选择与认证7（2）结构的选择与认证7第三部分 设计计算10（1）计算筒体的壁厚10（2）计算封头的壁厚11（3）水压试验压力及其强度校核11（4）选择人孔并核算开孔补强12（5）选择鞍座并核算承载能力14第四部分 主要附件的选用15（1）选择液位计16（2）各进出口的选择16第五部分 设计小结17参考文献17化工机械基础课程设计任务书1. 设计题目：液氨储罐机械设计2. 设计数据：技 术 特 性公称容积(m3)25公称直径dg(mm

2、)2200介 质液氨筒体长度l(mm)7200设计压力(mpa)3.6工作温度(0c)40厂 址芜湖市推荐材料16mnr管 口 表编号名称公称直径(mm)编号名称公称直径(mm)a1-2液位计15e安全阀25b进料管40f放空管25c出料管20g人孔450d压力表25h排污管40工艺条件图3.计算及说明部分内容（设计内容）：第一部分 绪论：（1）设计任务、设计思想、设计特点；（2）主要设计参数的确定及说明。第二部分 材料及结构的选择与论证（1）材料选择与论证；（2）结构选择与论证：封头型式的确定、人孔选择、法兰型式、液面计的选择、鞍式支座的选择确定。第三部分 设计计算（1）计算筒体的壁厚；（2

3、）计算封头的壁厚；（3）水压试验压力及其强度校核；（4）选择人孔并核算开孔补强；（5）选择鞍座并核算承载能力；第四章 主要附件的选用（1）、液面计选择（2）、各进出口的选择（3）、压力表选择第五章 设计小结附设计参考资料清单4绘图部分内容： 总装配图一张（1#）5设计期限：1周（20123年 06 月 24 日 2013年 06月 30 日）6参考资料：1 化工过程设备机械基础，李多民、俞慧敏主编，中国石化大学出版社2 化工设备机械基础，汤善甫 朱思明主编，华东理工大学出版社。3 化工设备机械基础课程设计指导书，蔡业彬 宣征南主编。4 钢制压力容器gb150-98 5化工机械基础第二版 陈国桓

4、主编 化学工业出版社。第一部分、绪论1. 设计任务、设计思想、设计特点 设计任务：根据罐体公称容积 v=25m3 ,设计一液氨储罐, 通过设计储罐的厚度，使其能满足工艺要求。 设计思想：通过图书馆和上网查找有关的书籍与资料，获取需要的数据，来完成所要求要设计的部分。液氨储罐是我们平时运输液氨的一个常用设备，在设计液氨储罐时，要有利于成批生产，提高质量，便于互换，降低成本，提高劳动的生产率，要对容器的设计（如封头、法兰、支座、人孔、液面计等）进行标准化，除此之外还要尽量满足工艺的要求，密封性能要好。 设计特点：为了满足工艺过程的需要，必须做到如下要求：（1）强度：液氨储罐可以抵抗外力破坏能力，以

5、保证生产安全。 （2）刚度：零部件应有抵抗外力使其变形的能力，以防止容器在使用、运输或安装的过程中发生不允许的变形。 （3）稳定性：容器或其零部件在外力作用下有维持其原型的能力，防止容器被压瘪或出现皱折。 （4）耐久性：容器有一定的抵抗介质及大气的腐蚀能力，保持一的使用年限。 （5）气密性：容器在承受压力或处理有毒介质时有可靠的气密性，提供良好的劳动环境及维持正常的操作。 （6）其他：节约材料、便于制造、运输、安装、操作、维修方便，符合有关的国家标准和行业标准等的规定。2. 主要设计参数的确定及说明液面计、进料管、压力表、安全阀、放空阀、人孔、排污管的公称直径确定参数参照各目的标准及筒体的公称

6、直径确定其参数见下表技 术 特 性公称容积(m3)25公称直径dg(mm)2200介 质液氨筒体长度l(mm)7200设计压力(mpa)3.6工作温度(0c)40厂 址芜湖市推荐材料16mnr管 口 表编号名称公称直径(mm)编号名称公称直径(mm)a1-2液位计15e安全阀25b进料管40f放空管25c出料管20g人孔450d压力表25h排污管401.液氨贮罐的分类及选型储罐的形状有圆形或球形。圆筒形储罐两端的封头有椭圆形、球形、锥形和平盖等形状。在本设计中由于设计体积较小且工作压力较小，可采用卧式圆筒形容器，方形和矩形容器大多在很小设计体积时采用，因其承压能力较小且使用材料较多；而球形容器

7、虽承压能力强且节省材料，但制造较难且安装内件不方便；立式圆筒形容器承受自然原因引起的应力破坏的能力较弱，故选用卧式圆筒形容器。卧式圆筒形液氨储罐通常由卧式圆筒形筒体和两端的椭圆形封头组成，按照化学生产工艺的要求设置进料口、出料口、放空口、排污口、压力表、安全阀和液面计等。为了检修方便，还要开设人孔，用鞍式支座支承于混凝土基座上。选择化工容器的材料也是设计中的重要问题，应该综合考虑容器的操作条件和钢材的性能、价格等。氨对钢材的腐蚀作用很小，但是，置于室外的液氨储罐，它的操作温度就是大气温度，它的操作压力就是操作温度对应的饱和蒸汽压。随着气温的变化，液氨储罐的操作温度和压力也随之变化，制造储罐的钢

8、材应能承受这种变化。液氨储罐通常选择16mnr钢，它是屈服强度为350mpa级的普通低合金高强度钢，具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能以及低温冲击韧性。在我国北方严寒地区，冬季最低气温可达-30，这时普通碳钢将会出现低温脆性（冲击韧性严重下降），就应选用低温设备用钢（如09mn2vdr）。2.设计温度和设计压力的确定罐储存的是经过压缩机压缩后，被冷却水冷凝的液态氨，由于冷却水的温度随气候变化而波动，通常氨被压缩到0.94mpa才能被冷却水冷凝。储罐通常置于室外，罐内液氨的温度和压力直接受到大气温度的影响，在冬季可达-30，在夏季储罐经太阳曝晒后，液氨的温度可达400，这时候氨的饱和蒸汽

9、压，随着气温的变化，储罐的操作压力也在不断改变（参考下表1）。表1：液氨的饱和蒸汽压和密度温度（）50403020100-10-20-30饱和蒸汽压（绝压，mpa）2.071.5531.1650.8560.6140.4280.2910.1900.120密度（kg/m3）563580595610625639652665678液氨储罐的操作温度通常可取夏季的最高气温40。为了确保操作安全，我国劳动和社会保障部颁布的压力容器安全技术监察规程第24条规定：压力容器的设计压力不得低于最高工作压力，装有安全泄放装置的压力容器，其设计压力不得低于安全泄放装置的开启压力或爆破压力。工程中其设计压力不低于安全阀

10、开启压力取p=3.6mpa。第二部分、材料及结构的选择与论证1、 材料选择与论证纯液氨腐蚀性小，储罐可选用一般钢种，但由于压力较高，根据钢种适用范围的说明，可以考虑采用20r、16mnr、15mnvr等钢种。其中适用较多且合理的为20r和16mnr钢种。从钢板耗量上看，钢板耗用量与板厚成正比，采用16mnr时，钢板用量比采用20r时要少。因此，16mnr钢板的价格虽比20r钢板略贵，但从耗用量和价格综合考虑，两种钢板均可考虑。从制造费用上看，由于采用16mnr钢板，厚度较薄，质量较轻，且制造费用目前也按碳钢设备重量同等计价，因此采用16mnr钢板，制造费用较为经济。综上所述，本设计的储罐材料选

11、用16mnr钢板制作罐体和封头。2、 结构选择与论证 封头形式的确定本设计选用椭圆形封头，椭圆封头是由曲率半径连续变化而成的，所以，封头上的应力分布也是均匀变化的，受力状态比蝶形封头要好，虽不如半球封头，但对各种封头的强度和经济合理性进行比较。从钢材耗用量考虑，球形封头用量最少，比椭圆形封头节约25.8，平板封头的用量最多，是椭圆形封头的4倍多。从制造考虑，椭圆形封头制造方便，平板封头则因直径和厚度较大，材料的获得、车削加工、焊接等方面都遇到不少困难，且封头与筒体厚度相差悬殊，结构也不合理。所以，从强度、结构和制造等方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。 人孔选择人孔是安装或按检修人员进入塔器

12、的唯一通道。人孔不应该设置在鞍座截面和跨中截面上，也不宜在封头上设置人孔。人孔尺寸应根据容器直径大小、压力等级、容器内部可拆构件尺寸等因素决定，一般情况下：l 容器直径大于或等于9001000mm时，选用dn400人孔；l 容器直径大于10001600mm时，选用dn450人孔；l 容器直径大于16003000mm时，选用dn500人孔；l 容器直径大于3000mm时，选用dn600人孔。表6-5人孔的设置容器公称直径dn/mm有内部构件时无内部构件时300dn900设置设备法兰设置一个人孔或设置1-2个检查孔900dn2600设置一个人孔设置一个人孔dn2600设置二个人孔设置一个人孔本设计

13、卧式容器筒体长度为2900mm，设置一个人孔。卧式液氨储罐常用碳钢水平吊盖人孔，这种人孔使用方便，压紧垫片可靠，储罐在常温及最高工作压力为2.28mpa的条件下工作，人孔标准应按公称压力为2.28mpa的等级选取，由于容器公称直径为2200mm,碳钢水平吊盖人孔的尺寸、材料和性能可查hg/t21524-95标准，选用水平吊盖带颈对焊法兰人孔，dn500人孔，密封压紧面采用rf型。该人孔标记为：hg/t21524-2005 人孔 tg(a.g) 500-1.6 其中rf指凸面密封，指接管与法兰的材料为16mnr，a.g是指用普通石棉橡胶板垫片，500-1.6是指公称直径为500mm、公称压力为1

14、.6 mpa。 法兰型式选择法兰与设备的连接形式：平焊法兰制造简单，使用广泛，但刚性较差，仅用于压力不高的场合，如管法兰p。由于本设计，由hg20592-97标准,可以选择焊接法兰中的板式平焊法兰pl。法兰与密封面形式：，根据hg20592-97标准可以选择rf密封面。 液位计的选择液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型很多，大体上可分为四类，有玻璃板液面计、玻璃管液面计、浮子液面计和浮标液面计。液面计与容器的连接型式有法兰连接、颈部连接及嵌入连接，分别用于不同型式的液面计。液面计的选用：1玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场合。板式液面计承压能力强，但是比较笨

15、重、成本较高。2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反射式。3当容器高度大于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，应改用其它适用的液面计。液氨为较干净的物料，易透光，不会出现严重的堵塞现象所以在此选用玻璃管液面计。液氨储罐常用玻璃管液面计，由储罐公称直径di=2200mm选择玻璃管液面计at25-hg5-1364-80两支。与其相配的接管尺寸为 183mm,管法兰为pl15-2.5rf 16mnr hg20592-97。 鞍式支座的选择确定鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。从应力分析看，承受同样载荷且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个

16、支承优越，因为多支承在粱内产生的应力较小。所以，从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等，均会影响支座反力的分市。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论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的影响。而且，现在储罐等的支座已经标准化了，所以鞍座采用了双支座，一个s型，另外一个f型，为了充分利用封头对筒体的加强作用，支座应靠近封头，即ari ，a不大于0.2l，以便使筒体的中间部分截面与

17、支撑部分截面的弯矩值相等或相近。鞍座的公称直径是筒体的公称直径，每一公称直径的鞍座规格有轻型（a型）和重型（b型）。卧式液氨储罐选用鞍式支座（jb/t 4712.1-2007），按照储罐公称直径dn=2200选用a型（轻型）带垫板的鞍座一对（其中s型和f型各一个），包角为120标记为：jb/t 4712.1-2007 鞍座 a2200-fjb/t 4712.1-2007 鞍座 a2200-s。（具体参数如下图表）第三部分 设计计算1、 计算筒体的壁厚液氨储罐是内压薄壁容器，根据选材分析，本储罐选用16mnr制作罐体和封头。液氨储罐的长径比l/d一般取33.5，本设计取3.3，由 l/d=3.3

18、可求出 圆整后可知，l=7.2m根据压力容器安全技术监察规程规定液氨储罐设计温度为40，设计压力p=3.6mpa。由设计参数=2200mm，可以查得=170mpa， =1.0(带垫板的双面对接焊缝，全部无损检测）。根据介质的性质，可以查得腐蚀裕量为=1mm；根据内径查常用钢板厚度负偏差规格，可以查得，负偏差为=0.8mm。厚度附加量为c=0.8mm+1mm=1.8mm因此，筒体的计算厚度为：=23.54mm筒体的设计厚度为：对厚度进行圆整可得名义厚度为：=26mm确定用厚的16mnr钢板制作罐体。2、 计算封头的壁厚本容器用标准椭圆封头，厚度根据公式：其中各数据跟罐体相同， =+1 =24.4

19、2mm对厚度进行圆整可得名义厚度为：确定用厚的16mnr钢板制作封头。3、 水压试验压力及其强度校核根据公式 取1.25p=1.253.6mpa =4.5 mpa式中： 281.8 = 26.2mm 345 mpa则水压试验时的应力： = =191.2mpa16mnr钢制容器在常温水压试验时的许可应力mpa可见：因此罐体厚度满足水压试验时的强度。4、 选择人孔并核算开孔补强根据储罐是在常温及最高工作压力为1.6 mpa的条件工作，人孔标准应按公称压力为1.6 mpa。从人孔类型系列标准可知，公称压力为1.6 mpa的人孔类型很多。本设计考虑人孔盖直径较大较重，故选用水平吊盖人孔，该人孔结构中有

20、吊钩和销轴，检修时只须松开螺栓将盖板绕销轴旋转一个角度，由吊钩吊住，不必将盖板取下。该人孔标记为：hg 21524-2005 人孔 rf dn500-pn1.6 其中rf指突面密封，指接管与法兰的材料为16mnr，dn500是指公称直径为500mm、pn1.6指公称压力为1.6mpa。查得如下图水平吊盖人孔（jb583-79；化工过程设备机械基础）各零件的名称、材料及尺寸如下：件号标准号名称数量材料尺寸/mm1筒节1q235a2gb3076煤栓20a4直径长度=m271203gb3076螺母20q235am274法兰1q235ad=640，d1=585,b=425垫片1=36盖1q235ab1

21、=42;b2=447吊环1q235ad=208转臂1q235ad=369吊钩1q235a螺纹部分m2010gb4176螺母2q235am2011gb9576垫圈1q235a12环1q235a外径d=50,内径d=3613无缝钢管1110453.514支承板1q235a=10另外,还要考虑人孔补强,确定补强圈尺寸,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。本设计所选用的人孔筒节内径为d=500mm,壁厚=10mm。故补强圈尺寸如下：由标准查得补强圈内径=484mm,外径=760mm。开孔补强的有关计算参数如下：（1） 计算开孔所需补强面积a筒体的计算壁厚： 计算开孔所需补强的面积

22、a开孔直径： （2）计算有效补强范围、有效宽度： 取最大值外侧高度 接管实际的外伸高度取较小值，故内侧高度 0取小值，故=0（3） 计算有效补强金属截面积筒体多余金属截面积a1筒体有效厚度：接管多余金属截面积a2接管计算厚度补强区内焊缝截面积a3 有效补强面积 ，所以需要另加强（4） 所需补强截面积为a4=a-ae=12156.1-808.04=11348（5）补强圈设计参考jb/t 4736-2002标准,取内径d1=484mm，外径d2=760mm 补强圈厚度 考虑到罐体与人孔筒节均有一定的壁厚裕量，取=41mm。其标记为:补强圈760/484 =41 16mnr jb/t 4736-20

23、025、 选择鞍座并核算承载能力首先粗略计算鞍座负荷，储罐总质量式中罐体质量，kg；封头质量，kg； 液氨质量，kg附件质量，kg罐体的质量 dn=2200mm，=28mm,l=7.2m的筒节，由gb150-1998查得，每米的质量为q1=1204kg/mm1=q1l=12047.2 kg =8669kg封头的质量dn=2200mm，=28mm, 直边高度 h=25mm的标准封头，由gb150-1998 查得其质量=438kg水压试验时水的质量 式中：a 冲装系数，取0.9 v 储罐容积 水密度，为1000kg/m3由jb/t4746-2002查得，封头容积为1.55m3 由gb3019-88

24、查得，筒体每米容积为3.801m3附件的质量人孔的质量约为200kg，其他的连接管质量总和按300kg计，则：=500kg设备总质量为：每个鞍负荷f=所以选用轻型带垫板，包角为120的鞍座：jb/t 4712.1-2007 鞍座 a2200-fjb/t 4712.1-2007 鞍座 a2200-s。六 安装位置筒体长度式中a鞍座与封头切线之间的距离，mm；l1两鞍座间距，mm。由于筒体l/d较大，且鞍座所在平面又无加强圈，取贮罐外形尺寸计算 设计参数公称直径：dn=2200mm筒体长度：l=7200mm筒体厚度：26mm封头的曲面高度：h1=550mm封头的直边高度：h0=h2=25mm鞍座高

25、度：h=250mm液面计高度：h3=200mm人孔高度：h=h1+h2+4=350+218+4=572mm贮罐总长度：l总=l+2(h0+h1)+h3+2=7200+2(25+550)+200+40=8590mm贮罐总高度：h总=di+h1+h+2=2200+250+572+40=3062mm 接管的位置根据设计要求及开孔补强条件，确定接管的位置如下：出料管：顶部中央位置进料管：顶部右侧距出料管600mm处安全阀接管：顶部右侧距出料管1400mm处放空管接管：顶部右侧距出料管2000mm处排污管：底部右侧距封头切线200mm处液面计接管：在罐体左侧封头曲面上，位置见装配图。第四部分 主要附件的

26、选用1、 选择液位计液氨储罐常用玻璃管液面计，由储罐公称直径=2200mm根据hg/t21550-93，选择玻璃管液面计aiw pn1.6,l=1000mm，hg5-227-80两支。与其相配的接管尺寸为183m,管法兰为法兰pn 1.6 dn 15 gb 9119.8-88。2、 各进出口的选择液氨进料管：采用403.5mm无缝钢管。管的一端切成45,伸入储罐少许.配用具有突面密封的平焊管法兰: 法兰pn1.6dn50 gb9119.8-88因为壳体名义壁厚=28mm,接管公称直径小于80mm,故不要补强.液氨出料管：采用可拆的压出管253mm,将它套入罐体的固定接口管203.5mm内,罐体

27、的接口管法兰采用法兰pn1.6 dn32 gb9119.8-88。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法兰法兰pn1.6 dn32 gb9119.8-88相同,但其内径为25mm(见总装图的局部放大部大图).液氨压出管的端部法兰(与氨输送管相连)采用法兰pn1.6 dn20 gb9119.8-88。这些小管都不必补强。压出管伸入贮罐2.5m。排污管在罐的右端最底部设个排污管一个，规格是403.5mm，管端焊有与截止阀j41w-16相配的管法兰pn1.6dn50 gb9119.8-88。排污管与罐体连接处焊有一厚度为10mm的补强圈.放空管接口管采用253.5mm无缝钢管, 法

28、兰pn1.6 dn25 gb9119.8-88液面计接管液氨储罐常用玻璃管液面计，由储罐公称直径=2200mm根据hg/t21550-93，选择玻璃管液面计aiw pn1.6,l=1000mm，hg5-227-80两支。与其相配的接管尺寸为153m,管法兰为法兰pn1.6 dn15 gb9119.8-88。安全阀接口管安全阀接口管尺寸由安全阀泄放量决定。本贮罐选用252.5mm的无缝钢管, 法兰pn1.6 dn25 gb9119.8-88。1设计总汇序号名称指标材料1设计压力3.6mpa2工作温度403物料名称液氨4容积25m35筒体dn2200mm26mm，l=7200mm16mnr6封头d

29、n2200mm26mm，h1=550mm,h2=25mm16mnr7鞍座jb/t4712-92 鞍座a2800-fjb/t4712-92 鞍座a2800-s16mnr8人孔hg21523-95 人孔rf （ag）500-1.6组合件9补强圈16mnr10液面计液面计biiw pn1.6 l=1450mm hg/t 21550-93组合件11液面计接管，l=300mm16mnr12进料管，l=500mm16mnr13出料管，l=200mm16mnr14压料接管，l=3000mm16mnr15排污管，l=200mm16mnr16放空管，l=200mm16mnr17安全阀接管，l=200mm16mn

30、r18法兰配合以上接管16mnr2.负偏差表钢材厚度n(mm)6-78-2526-3032-34负偏差(mm)0.60.80.91.03.液氨储罐装配图附有贮罐的总装配图，技术特性表，接管表，各零部件名称、规格、尺寸、材料等见明细表。 本贮罐技术要求1本设备按gbl50-1998钢制压力容器进行制造、试验和验收 2焊接材料，对接焊接接头型式及尺寸可按gb985-80中规定(设计焊接接头系数1.0) 3焊接采用电弧焊，焊条型号为e4303 4壳体焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度为100 5设备制造完毕后，以2mpa表压进行水压试验 6管口方位按装配图 技术特性表名称指标设计压力3.6工作温度40

31、物料名称液氨公称容积25接管表符号联接法兰标准密封面形式用途a1-2hg20592 so15-1.6rf突面液面计接口管b1-2hg20592 so15-1.6rf突面液面计接口管chg20592 so450-1.6rf突面人孔dhg20592 so32-1.6rf突面出料口ehg20592 so50-1.6rf突面进料口fhg20592 so25-1.6rf突面安全阀接口管ghg20592 so25-1.6rf突面放空口hhg20592 so50-1.6rf突面排污口gb8163-87出料接管f383.5 l=20016mnr10.5hb20592-95法兰pl 32-1.6 rf16mnr

32、11.6hb20592-95法兰内径f35其它尺寸按pl 32-1.6 16mnr11.86gb8163-87压料接管f253 l=300016mnr14.5hb20592-95法兰pl20-1.6 rf16mnr10.94gb8163-87排污接管f452.5 l=20016mnr11.0hb20592-95法兰pl50-1.6 rf16mnr12.77jb/t4712-92jbt4712-92鞍座 a2200一 fjbt4712-92鞍座 a2200一 s16mnr2291582hb20592-95法兰pl25-1.6rf16mnr11.12gb8163-87放空管接管f323.5 l=20016mnr10.58hb20592-95法兰pl25-1.6 rf16mnr11.12gb8163-87安全阀接管f253.5 l=20016mnr10.58hb20592-95法兰pl50-1.6 rf16mnr12.27gb8163-87 进料接管f322.5 l=50016mnr11.85jb/t4736-95补强圈f760/f484 d=4116mnr133.9hg21523-95人孔rf （ag