液氨储罐(卧式)肖智军

1、课程设计说明书课 程 名 称 化工设备机械基础课程设计课 题 名 称 20立方米液氨储罐的机械设计学 生 姓 名 肖 智 军 学 号 1140902063 系 、专 业 生物与化学工程系化学工程与工艺 指 导 教 师 刘跃平 2013年 12月 23 日目 录一、设计任务书2二、概述4三、储罐总装配示意图5四、材料及结构的选择5五 、设计计算内容71设计温度和设计压力的确定72名义厚度的初步确定73容器的压力实验 104容器应力的校核计算 105封头的设计136人孔的设置147支座的设计确定168各物料进出管位置的确定及其标准的选 169液位计的设计 1710焊接接头设计18六、总结20七、参

2、考文献21八、致谢21九、附工程图纸22邵阳学院课程设计任务书年级专业11级化工班学生姓名肖智军学 号1140902063题目名称20立方米液氨储罐的机械设计设计时 间2013.12.232014.1.5课程名称化工机械基础课程设计课程编号09090230设 计地 点3教学楼205、305一、课程设计目的1、综合运用化工设备机械基础及其相关课程的理论知识，巩固和强化有关机械课程的基本理论和基本知识。2、培养学生对化工工程设计的技能以及独立分析问题、解决问题的能力。树立明确的设计思想，掌握化工单元设备设计的基本方法及步骤，为今后的创造性地设计化工设备及机械打下一定的基础。2、培养学生熟悉、查找、

3、检索并综合运用各种有关的设计手册、规范、标准、图册等设计技术资料的能力；进一步培养学生识图、制图、运算、编写设计说明书等基本技能；完成作为工程技术人员在机械设计方面所必备的设计能力的基本训练。二、已知技术参数和条件1、介质：液氨（氨>99.5%,水和油<0.5%）;2、工作温度t403、工作压力P2.0Mpa4、容积V20m35、充装系数0.96、腐蚀裕度1mm7、焊缝系数1.08、使用地点：邵阳市三、任务和要求课程设计报告由设计说明书和设计图纸组成。1、设计说明书内容完整，言简意赅，书面整洁，字迹工整。设计计算说明体包括：课程设计任务书、目录、正文、参考文献等。2、设计图纸应遵循

4、国家机械制图标准和化工设备图样技术要求的有关规定，图面布置要合理，结构表达清楚、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注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）1 化工设备机械基础课程设计指导书蔡纪宁张秋翔编化工工业出版社2009.3;2化工设备机械基础第五自版式刁与玮王立业编著 2003.33 化工单元过程与设备设计匡国柱史启才主编4 化工制图华东化工学院制图教研室编人民教育出版社，1980；5 钢制压力容器GB150-1998 6

5、压力容器安全技术监察规程国家质量技术监督局1999年。五、进度安排2013年12月23日- 12月24日： 下达设计任务、讲解设计要求及设计中有关问题的解决方法；2013年12月25日： 结体设计；2013年12月26日12月28日：强度设计；2013年12月29日：标准件的选择、开孔补强设计；2013年12月30日12月31日：设计说明书编写、装配图绘制；2014年1月2日1月4日：答疑、修改、定稿；2014年1月5日：成绩评定、资料归档。六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：二 概述

6、（一）设计任务： 针对化工厂中常见的液氨储罐，综合运用所学的机械基础课程知识设计一个常温下储存液氨的储罐,完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图和零件图，并编写设计说明书。（二）设计思想： 综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。（三）设计特点： 容器的设计一般由筒体，封头，法兰，支座，接口管及人孔等组成。常低压化工设备通用零件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的筒体，封头的设计计算，低压通用零件的选用。 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

7、结构方面的要求，合理的进行设计。 储罐示意图材料及结构的选择1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，16Mn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结构的选择2.1

8、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。2.2 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

9、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，可选用MFM型，A型盖轴耳，公称压力为2.5MPa，公称直径为500mm,H为280mm的回转盖对焊法兰人孔。2.3 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。2.4 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

10、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5液面计承压能力强但比较笨重，成本较高。液氨为较干净的物料，易透光，不会出现严重堵塞现象，所以在此选用玻璃管液面计。2.5 鞍式支座的选择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

11、的运行安全带来不利影响。在此选择轻型的鞍式双支座，一个S型，一个F型。三 设计计算内容1设计温度和设计压力的确定1.1设计温度的确定根据液氨储罐工作温度为40所以选择设计温度t=501.2设计压力的确定 的临界温度 对于承装临界温度大于的液化气体的压力容器，设计有可靠的保冷措施，则其最高工作压力为所盛液化气体在可能达到的最高工作温度下的保和蒸汽压。氨的最高工作温度为。在范围内用内插法求时的压力为：（其中由下表一查得：表一 液化气饱和蒸汽压及饱和液密度温度-20204050饱和蒸汽压Bar氨1.931.9315.2019.25氯0.825.6510.2713.03丙烷2.558.9614.481

12、7.93丙烯2.969.6515.8619.99饱和液密度Kg/升氨0.66500.61030.57950.5663氯1.5281.4061.3421.307丙烷0.560.530.470.45丙烯0.570.5150.4750.452名义厚度的初步确定2.1所需参数的确定2.1.1 筒体长度的确定（以长宽尽量符合黄金比例为准） 根据JBT4746-2002若取公称直径时： 同理： 时： 时： 时： 时： 时 再取，则有： 再取，则有： 取最接近0.618的值为： 于是筒体长度确定为3.969m.2.2 计算压力的确定（由设计压力与液柱静压力来确定）设计压力；液柱静压力为： ，于是忽略了液柱静

13、压力的影响，得到2.3 (MPa)-设计温度下的许用应力 对于的低合金钢钢管，在的设计温度下。2.4 -焊接接头系数 （取值根据接头形式及无损检测的长度比例来确定）采用双面对接接头或相当于双面对接接头的全焊透对接头，进行100%无损检测时，。2.5 名义厚度的计算2.5.1 计算厚度筒：封头：2.5.2 设计厚度（加入腐蚀裕量）筒：封头：2.5.3 名义厚度（设计厚度+钢板厚度负偏差）筒：封头：根据钢板的常用规格，取筒和封头的名义厚度均为2.5.4 有效厚度筒：封头：3容器的压力实验所谓压力试验，就是用液体或气体作为工作介质，在容器内施加比它的设计压力还要高的试验压力，以检查容器在试验压力下是

14、否有渗漏、明显的塑性变形以及其他缺陷。压力试验分为液压试验和气压试验两种，一般采用液压试验，而且普遍采用水为液压试验介质，故本次设计采用水压试验。根据GB150标准的规定，液压试验时 取设计实验温度为，查表有所以 而圆筒的应力 所以 查表得到 所以，厚度校核合格。4容器应力的校核计算4.1计算容器质量4.1.1容器自重，包括筒体质量m1和封头质量m2 容器自重4.1.2 充液质量 充水时：4.1.3充液氨时：4.2建立力学模型计算圆筒中的弯距4.2.1 鞍座位置的确定鞍座位置的选择一方面要考虑到利用封头的加强效应，另一方面又要考虑到不使壳体中因荷重引起的弯曲应力过大。由此，鞍座的位置按，并尽量

15、使的条件来确定，其中a为鞍座中心线至圆筒端部的距离，L为圆筒长度（两封头切线间距离），为筒体内半径。取4.2.2 力学模型4.2.3 圆筒最大弯矩的计算将由上述计算所得的质量产生的重力简化为沿容器轴线作用的均布载荷，计算跨中截面处的弯矩M。取而支座位置分析受力图可知 由于两支座距罐两端距离相等，两支座A,B受力相同，均为罐重力的一半，且在罐中心截面上弯矩最大。液压实验时：正常操作时：4.3计算圆筒跨中截面最大拉应力和最大压应力，进行应力校核 最大拉应力由介质压力及弯矩M引起，位于该截面的最低点即 其强度条件为 条件符合。 最大压应力位于该截面的最高点，并且在盛满物料而升压时压应力有最大值，故有

16、最大压应力为： 其强度条件为 条件符合。 稳定性条件为：，式中为稳定许用压缩应力。 由以上计算可知此稳定性条件符合。5封头的设计标准椭圆形封头是中低压容器中经常采用的封头形式,其最新的标准为JB/T4746-2002.该标准规定以内径为公称直径的标准椭圆形封头(代号EHA)的直边高度只与公称直径有关DN2000mm时,直边高度为25mm；DN>2000mm时,直边高度为40mm。由于所设计的筒体公称直径DN=2300mm>2000mm，所以直边高度为40mm又根据EHA椭圆形封头内表面积及容积查得：DN=2300mm时，总深度H=615mm，内表面积A=6.0233，容积V=1.7

17、588所以，封头设计为EHA2300×18-16MnR JB/T4746-2002示意图如下6人孔的设置6.1 人孔位置和尺寸的设置人孔即检查孔。压力容器开设检查孔目的是为了检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹，变形，腐蚀等缺陷以及装拆设备的内部零部件，一般设备的公称直径在900mm以下时可根据需要设置适当数量的手孔，超过900mm时应开设人孔。人孔有圆形和长圆两种。人孔大小的设置原则是方便人的进出，因此，圆形人孔的公称直径规定为400600mm，所以本次设计选择人孔公称直径为600 mm。外伸170mm。人孔位置的确定：人孔的壁厚，：人孔的公称直径，：筒体壁厚，：筒体公称直径取6.

18、2 人孔补强的计算6.2.1 圆筒开孔所需补强面积 式中：d-开孔直径，506mm。 -圆筒计算厚度，13.084mm。 -接管有效厚度，10.946mm。 -强制削弱系数，等于设计温度下接管材料的许用应力与壳体材料的许用应力之比，当比值大于1时，取=1。 于是6.2.2 有效补强范围内补强面积的计算 为壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积为接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积上式中： 外侧高度 人孔实际外伸170mm 取 内侧高度 人孔内伸0 取 所以： 由于，所以需要补强补强面积补强厚度按标准取补强厚度为7支座的设计确定容器支座有鞍式支座，腿式支座，支承式支座，耳式支座和裙式支座,本次

19、设计为卧式容器，所以采用鞍式支座。鞍式支座分为轻型(代号为A)和重型(代号为B)，对于一般直径在1000 mm以上的容器，选用轻型鞍座就可满足要求，鞍座与基础的安装形式有固定式（代号F）和滑动式（代号S）两种，一般为满足容器的热胀冷缩的位移要求，固定式和滑动式应配对使用。故设计中选用轻型鞍座，采用固定式和滑动式。查表得时，允许载荷；而此设计储罐每个支座所需承受载荷为，符合条件，于是选取支座： JB/T4712.1-2007，支座A2300-F JB/T4712.1-2007，支座A2300-S8各物料进出管位置的确定及其标准的选择开孔：液氨入口DN40，液氨出口DN40，气氨出口DN40，放空

20、口DN25，排污管DN32，安全阀接口DN80，压力表接口DN25两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍，其他管口如液相出口管，安全阀接口，压力表接口，气相管，放气管，排污管等管间的间距均由下述来设计并计算： 上部：从罐的右侧至左侧依次设置：人孔，压力表接口，安全阀接口，气氨出口，放空口，液氨入口。压力表接口中心线与人孔中心线间距: 取安全阀接口中心线与压力表接口中心线间距： 取气氨出口中心线与安全阀接口中心线的间距: 取放空口中心线与气氨出口中心线的间距:取液氨入口中心线与放空口中心线的间距:取下部：罐左侧设置液氨出口，右侧设置排污管：排污管和液氨出口管中心线

21、与焊缝间距分别为：250mm。 附：各管设计条件表：液氨入口液氨出口气氨出口放空口排污管安全阀接口压力表接口DN40404025328025外径45454532388932壁厚4.04.04.03.53.56.03.5安装位置上部下部上部上部下部上部上部外伸尺寸100100100100100100100内伸尺位计的设计9.1 液位计型式有很多种，本次设计采用磁性液位计。9.2 根据罐内工作压力选取压力等级为2.5 MPa。9.3 选普通型，外加保温层的液位计。9.4中心距L的选择： 液位： 液位计位置在处： 取的液位计9.5材质选择：0Cr18Ni9Ti（321）。9

22、.6介质 。9.7采用规格为DN25的接管 外伸500，内伸0。9.8采用带对焊法兰，法兰规格为DN32，密封面型式采用突面。10焊接接头设计容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝,熔合线和热影响区的总称，焊缝是焊接接头的主要部分。焊接接头的型式直接影响到焊接的质量与容器的安全。焊接接头的型式及焊接材料应在化工设备的装配图及零部件图中以适当的方式表示出来。10.1回转壳体的焊接结构设计回转壳体的拼接接头必须采用对接接头，壳体上的所有纵向及环向接头，凸形接头上的拼接接头，即A，B类接头，是容器要求最高的焊缝，对容器的安全至关重要，必须采用对接焊，不允许采用搭接焊.对接焊易于焊透，质量容

23、易保证，易于作无损检测，可获得最好的焊接接头质量。10.2接管与壳体的焊接结构设计接管与壳体及补强圈之间的焊接一般只能采用角焊和搭焊，具体的焊接结构还与对容器的强度与安全的要求有关，涉及到是否开坡口，单面焊与双面焊，焊透与否等问题。10.3无补强圈接管的焊接结构 中低压容器不需另作补强的小直径接管可直接插入壳体所开孔内，有平齐式和内伸式两种。插入出接管与壳体总有一定间隙，但此间隙不大于3 mm，过大的间隙在焊接收缩时易产生裂纹或其他焊接缺陷。 10.3带补强圈的接管的焊接结构 作为开孔补强元件的补强圈，一方面要求尽量与补强出的壳体贴合紧密，另外与接管与壳体之间的焊接结构设计也应力求完善合理。

24、六 总结 对于液氨储罐，此次设计着重进行了筒体和封头的厚度设计以及以及强度的校核，开孔及补强的计算，钢瓶的设计和附件的选取，附件包括安全阀，温度计，压力计，液位计和管道设计等内容。考虑了诸多可能因素，参考查阅相关资料，对所设计设备的结构，强度性能都作了详细的计算。这次设计是对我们综合能力的训练，有利于提高我们在化工机械基础相关知识点的综合运用。 尽管这次课程设计是漫长的,过程是曲折的,但我的收获还是很大的。不仅仅掌握了储罐设计的步骤与方法；对CAD制图也有了更进一步的掌握；对我来说,收获最大的是那些分析和解决问题、收集资源的方法与能力。而且，通过此次的课程设计，也为我们在今后的学习和工作奠定了

25、基础。在整个过程中,我发现我们这些学生最最缺少的是经验,没有感性的认识；空有理论知识, 动手能力不强，有些东西很可能与实际脱节。总体来说,我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的,它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来,从中暴露出自身的不足,以待改进。有时候,一个人的力量是有限的,合众人智慧,我相信我们的作品会更完美！七 参考资料1) 化工设备机械基础第六版 刁与玮 王立业 2003.32) 化工设备设计手册匡国柱 史启才 20053) 化工制图华东化工学院制图教研室编 人民教育出版社 1980；4) 钢制压力容器GB150-895) 压力容器安全技术监察规程国家质量技术监督局 19996) 化工过程设备机