设备设计课程设计报告

- -过程设备设计课程设计说明书题目名称：F22储罐设计学 院 机电工程学院专 业姓 名学 号指导教师过程设备课程设计任务书一、F22储罐设计〔2〕二、技术特性序号名称指标內筒夹套1最高工作压力MPa0.9常压2工作温度℃4015-203工作介质F22冷却水4全容积m316.5三、设计内容1.强度计算和校核2.选择适宜的零部件材料3.焊接构造选择及设计4.平安阀主要零部件的选型. .可修编. .-5.绘制装配图和主要零部件图四、设计说明书要求1.字数不少于5000字。2.内容包括：设计参数确实定、构造分析、材料选择、强度计算及校核、焊接构造设计、标准零部件的选型、制造工艺及制造过程中的检验、设计体会、参考书目等3.设计说明书按照学校毕业设计规*要求目录第一章绪论3第二章设计参数的选择4第三章容器的构造设计53.1圆筒厚度的设计53.2封头厚度的计算53.3筒体和封头的构造设计53.4夹套的选择与计算63.5人孔的选择63.6接收、法兰、垫片和螺栓〔柱〕73.7鞍座选型和构造设计103.8焊接接头的设计：11第四章开孔补强设计114.1补强设计方法判别114.2有效补强*围124.3有效补强面积124.4补强面积134.5补强圈设计13第五章强度计算135.1水压试验应力校核135.2圆筒轴向弯矩计算135.3圆筒轴向应力计算及校核145.4切向剪应力的计算及校核155.5圆筒周向应力的计算和校核155.6鞍座应力计算及校核16. z.-5.7地震引起的地脚螺栓应力18第六章结论18第一章 绪论F22制冷剂，主要用途是用作致冷剂及气溶杀虫药发射剂。毒性低，但用其制备四氟乙烯所发生的裂解气，毒性较大，可引起中毒。吸入高浓度裂解气，初期仅有轻咳、恶心、发冷、胸闷及乏力感，但经24-72小时潜伏期后出现明显病症，发生肺炎、肺水肿，呼吸窘迫综合征，后期有纤维增生征象。可引起聚合物烟热。一．介绍国标编号22039CAS号75-45-6中文名称：氯二氟甲烷英文名称：monochlorodifluoromethane；Freon-22别名R22；一氯二氟甲烷；氟利昂22分子式CHClF2外观与性状无色气体，有轻微的发甜气味分子量86.47蒸汽压13.33kPa(-76.4℃)熔点-146℃沸点：-40.8℃溶解性溶于水密度相对密度(水=1)1.18；相对密度(空气=1)3.0稳定性稳定危险标记5(不燃气体)二．对环境的影响1、安康危害侵入途径：吸入。2、毒理学资料及环境行为急性毒性：LD501000000mg/m3，2小时(大鼠吸入)。亚急性和慢性毒性：兔、大鼠、小鼠吸入0.2%浓度，6小时/天，共10个月，均无毒性反响；1.4%浓度，体重减轻，血清蛋白降低，球蛋白升高。剖检肺见肺泡间质增厚、肺水肿，心肝、肾及神经系统退行性变。致突变性：微生物致突变：鼠伤寒沙门氏菌33pph(24小时)，连续。微粒体诱变：鼠伤寒沙门氏菌33pph(24小时)(连续)。生殖毒性：大鼠吸入最低中毒浓度(TCL0)：50000ppm(5小时，雄性56天)，对前列腺、精囊、Cowper氏腺、附属腺体、尿道产生影响。危险特性：假设遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。. z.-燃烧(分解)产物：一氧化碳、二氧化碳、氟化氢。三．现场应急监测方法:仪器法四．实验室监测方法气相色谱法"空气中有害物质的测定方法"(第二版)，杭士平主编五．环境标准前苏联车间空气中有害物质的最高容许浓度3000mg/m3前苏联(1975)水体中有害物质的最大允许浓度10mg/L六．应急处理处置方法1、泄漏应急处理迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进展隔离，严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿一般作业工作服。尽可能切断泄漏源。合理通风，加速扩散。如有可能，即时使用。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。2、防护措施呼吸系统防护：一般不需特殊防护。高浓度接触时可佩戴自吸过滤式防毒面具(半面罩)。眼睛防护：一般不需特殊防护。身体防护：穿一般作业工作服。手防护：戴一般作业防护手套。其它：防止高浓度吸入。进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业，须有人监护。3、急救措施吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停顿，立即进展人工呼吸。就医。灭火方法：本品不燃。切断气源。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。第二章设计参数的选择1、设计题目：卧式F22储罐2、原始数据：设计压力：1.04MPa3、设计温度：50C4、介质名称及特性：F22〔不燃气体〕5、全容积：16.5m36、焊接接头系数：0.857、腐蚀裕量：2mm. z.-8、容器类别：第二类9、公称直径：根据筒体全容积，粗定筒体公称直径为1800mm。10、主要元件材料的选择：根据GB150-1998[1]表4-1，选用筒体材料为16MnR〔钢材标准为GB6654〕。根据/T4731[2],鞍座选用材料为Q235-B，其许用应力147MPa。地脚螺栓选用符合GB/T700规定的Q235，Q235的许用应力sa147MPa。夹套材料选用Q235-Abt第三章容器的构造设计3.1圆筒厚度的设计假设圆筒的厚度在6~16mm*围内，查GB150-1998中表4-1，可得：疲劳极限强度 510MPa，屈服极限强度345MPa，50C下的许用应力bs为t170MPa，利用中径公式pD1.0418002tip20.851701.04mm6.5mm〔3-1〕查标准HG20580-1998[3]表7-1知，钢板厚度负偏差为0.25mm，而由[1]中3.5.5.1知，当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不计，故取 。由，腐蚀裕量C 2mm。2则筒体的名义厚度 6.5mm02mm8.5mmn圆整后取为 10mmn3.2封头厚度的计算查标准/T4746-2002 中表1，得公称直径DND1800mm[4]i选用标准椭圆形封头，长短轴比值为2，根据[1]中椭圆形封头计算中式〔7-1〕pD1.0418006.5mm(3-2)2tc0i.5p21700.850.51.04c2mm同上，取C0，C12则封头的名义厚度为6.5mm02mm8.5mmn圆整后取为 10mmn3.3筒体和封头的构造设计由封头长短轴之比为2，即D，得hD1800mm450mmi2i42hi4i查标准[4]中表B.1EHA和B.2EHA表椭圆形封头内外表积、容积，质量，见. z.-表3-1和图3-1。取装料系数为0.9，则即16.51.82L20.82700.940算得L6.55m0圆整后取为L6.6m0表3-1封头尺寸表公称直径DN总深度H内外表积A容积质量mmmmm2m3Kg18004753.65520.8270281.2图3-1椭圆形封头3.4夹套的选择与计算夹套形式的选择由于给出夹套最高压力为常压，最高温度为50℃，查"过程设备设计"中表8-6可知，选用整体夹套形式中的圆筒形夹套。因为内筒公称直径为DN D1800mm，所以夹套长度L=4800mm，则夹套内i径为1900mm。夹套壁厚的计算利用中径公式计算夹套壁厚：查标准HG20580-1998"钢制化工容器设计根底规定"表7-2知，钢板厚度负偏差为0.85mm。给出数据中腐蚀裕量C1.5mm。2夹套设计厚度：C0.531.52.03mmd2夹套名义厚度：'CC0.530.851.52.88mm由于钢板厚度*围，故圆n12整后取'4mm。n夹套的有效厚度：''CC40.851.51.65mm，圆整后取'2mm。en12e3.5人孔的选择根据HG/T21517-2005[5]，查表3-3，选用突面RF型的法兰，其明细尺寸见表3-2：表3-2人孔尺寸表单位：mm密封面型式突面RFD640b34d24型10公称压力PN1.6D585b36螺柱数量20MPa12公称直径DN450H240A350螺母数量401.z.-ds480×10H116B175螺柱尺寸M27*145w2d24b34L250总质量176kg3.6接收、法兰、垫片和螺栓〔柱〕接收和法兰该F22贮罐应设置液相口、气相口、压力表口、平安阀口、液面计口、放水阀口和人孔。初步确定各口方位如图3-2：3-2各管口方位HG/T20592-2009[6]中表8.23-3PN25带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。查[6]中附录D中表D-5,得各法兰的质量。查[6]中表，法兰的密封面均采用RF。将查得的各参数整理如表3-3. z.-表3-3 各管口法兰尺寸表名称 公称钢管外法兰外螺栓孔螺栓螺栓螺栓法兰厚直径径法兰径D 中心圆孔直孔数Th 度CDN 焊端外 直径K径L 量n径A 〔个〕1

法兰颈法兰法兰S高度质量NHR1液相口6576.1185145188M1622902.9106524.0液位计口2533.711585144M1218462.664401.0冷却水出2533.711585144M1218462.664401.0口平安阀口8088.9200160188M16241053.266585.0气相口2533.711585144M1218462.6124401.0人孔450冷却水进2533.711585144M1218462.664401.0口. z.-垫片查HG/T20609-2009，得各管口的垫片尺寸如表3-4：[7]表3-4垫片尺寸表管口名称公称直径内径D1外径D2液相口6597.5127液位计255471压力表口2045.561平安阀口80109.5142气相口255471人孔450585640冷却水进出口255471注：1：包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T3880，代号为L3。2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。3：垫片厚度均为3mm。螺栓〔螺柱〕的选择查HG/T20613-2009[8]中表-11和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸如表3-5：表3-5螺栓及垫片名称 紧固件用平垫圈公称直径螺纹螺柱长dd12

mmH液相口65M169517303液位计口25M127513242.5冷却水出25M1275口平安阀口80M169517303气相口25M127513242.5人孔450冷却水进25M1075口. z.-3.7鞍座选型和构造设计鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用Q235-B。估算鞍座的负荷：储罐总质量mm2mmm〔3-3〕1234m—筒体质量：m DL3.141.86.60.017.851032928kg1 1 0—单个封头的质量，m281.2kg2 2—充液质量：水压试验充满水，故取介质密度为1000kg/m3，3 水V水则m V100018.449kg18449kg水—附件质量：人孔质量为194kg，其他接收总和为200kg，即m394kg4

4综

上

所

述

，mm

2m

m

m

2928

2

281.2

18449

394

22333.4kg1

2

3

4则每个鞍座承受的质量为 11166.7kg，即为1116.67kN。4712.1-2007[9]表1，优先选择轻型支座。查[9]中表2，得出鞍座尺寸如3-6：3-6鞍座尺寸表公称直DN1800腹板10b43径024垫板允许载Q295l29510荷kN34鞍座高h250筋板b190e80度2l1280b260螺栓间距l1120132底板b2208鞍座质量K1613g2.z.-

1

12

垫板

长

弧 2100

增加100mm增g加的高度

K

16鞍座的安装位置根据[2]中规定，应尽量使支座中心到封头切线的距离A小于等于

0.5R

，当a无法满足A

小于等于

0.5R

时，A值不宜大于

0.2L

。

R

为圆筒的平均内径。a

aA0.5R0.5905452.5mma取A0.4m,鞍座的安装位置如图 3-3所示：3.8焊接接头的设计：筒体和封头的焊接：δ=6~20α=60~70b=0~2p=2~3采用Y型对接接头和手工电弧焊，综合考虑材料选用16MnR.焊条类型：E5018——铁粉低氢钾型3-12Y型坡口接收与筒体的焊接：β1=45°+5°b=2±0.5p＝2±0.5H1=δt k1＝δtkk3＝0.72=c﹙c≤8﹚c﹙c﹥8﹚图3-13带补强圈焊接接头构造第四章开孔补强设计根据[1]中式8.3，知该储罐中只有人孔需要补强。4.1补强设计方法判别人孔开孔直径为dd2C45022454mmi2dD1800900mm故可采用等面积法进展补强计算i接收材料选用16MnR，其许用应力t 170MPa. z.-根据GB150-1998中式8-1：Ad2 (1f )〔4-1〕et

r式中：壳体开孔处的计算厚度

6.5mm接收的有效厚度

C

10

2

8mmet

nt强度削弱系数

f

1r所以

A

d

2

(1

f

)

4546.5

2951mm

2et

r4.2有效补强*围有效宽度B按[1]中式8-7，得：Bmax(B,B )908mm〔4-2〕1 2外侧有效高度根据[1]中式8-8，得：内侧有效高度根据[1]中式8-9，得：4.3有效补强面积根据[1]中式8-10至式8-13，分别计算如下：AAA〔4-3〕e123—筒体多余面积1—接收多余面积2—焊缝金属截面积，焊脚去6mm，则3. z.-4.4补强面积因为A A，所以开孔需另行补强e另行补强面积为A AA29517172234mm24 e4.5补强圈设计根据接收公称直径DN450选补强圈，参照T4736取补强圈外径D=760mm,内径2D=454mm。因B=908mm>D，补强圈在有效*围内。1 2补强厚度为δ′=A/(D﹣D)=2234/(760﹣454)=7.3mm4 2 1考虑钢板负偏差并经圆整，取补强圈名义厚度δ′=8mm。第五章强度计算5.1水压试验应力校核试验压力P 1.25P1.251.041.3MPaT圆筒的薄膜应力为P(D)1.3(18008)Tie146.9MPaT228e即0.9 ，所以水压试验合格T5.2圆筒轴向弯矩计算圆筒的平均半径为RaD180010905mmin鞍座反力为Fmg22333.410111667N22圆筒中间截面上的轴向弯矩根据[2]中式7-2，得：鞍座平面上的轴向弯矩. z.-根据[2]中式7-3，得：图5-1〔a〕筒体受剪力图图5-1〔b〕筒体受弯矩图5.3圆筒轴向应力计算及校核圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力根据[2]中式7-4至式7-7计算最高点处：pRM1.0410690513.04107ca152.487MPa〔5-1〕12R2283.140.90528eae最低点处：pRM1.0410690513.04107ca165.163MPa〔5-2〕22R2283.140.90528eae由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力，按下式计算：a).当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强〔即ARa2〕时，轴向应力位于横截面最高点处.3取鞍座包角120，查表7-1〔/T4731-2005〕得，K1.0,K1.0.则12b).在横截面最低点处的轴向应力：4圆筒轴向应力校核A0.0940.0940.000831〔5-3〕R9058e. z.-查图4-8[10]得，E2.00105,则满足条件ac max5.4切向剪应力的计算及校核圆筒切向剪应力的计算根据[2]中式7-9计算，查[2]中表7-2，得：K3F0.8811166712.9MPa〔5-4〕R0.9050.008e圆筒被封头加强〔AR2〕时，其最大剪应力ah根据[2]中式7-10，计算得：K4F0.4011116676.18MPa〔5-5〕hR0.9050.008he切向剪应力的校核圆筒的切向剪应力不应超过设计温度下材料许用应力的0.8倍，即0.8t。封头的切向剪应力，应满足1.25thh而12.9MPa0.8t0.8170136MPa故圆筒满足强度要求。根据[2]中式7-12K1D2118002〔5-6〕2i2162h62450iKpcDi11.041800117MPa〔5-7〕h228he故封头满足强度要求5.5圆筒周向应力的计算和校核根据鞍座尺寸表知：b 430mm4. z.-即b

b

1.56

R

，所以此鞍座垫片作为加强用的鞍座。4

a n在横截面的最低点处：根据[2]中式7—18kK5F其中k〔容器焊在支座上〕〔5-8〕50.1bere2查[2]中表7-3知，K0.765则0.10.761116672.48MPa5810190在鞍座边角处由于LR66507.358根据[2]中式7—20:a905由于AR0.40.4420.5查[2]中表7-3知，K0.013则a0.9056111667120.01311166790566650210222.62MPa〔5-9〕48101908鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力由于L R 8，根据[2]中式7—22a周向应力校核根据[2]中式.3故圆筒周向应力强度满足要求。5.6鞍座应力计算及校核腹板水平分力及强度校核根据[2]中表7—7鞍 座包角120，查[2]中表7—5得：K0.204。则9F K F0.204111667 22780.068Ns 9垫板起加强作用，则：. z.-其中10mm,bb190mm，Ra905301.7mm，rer23325010240mm则HRminH,a240mms3则22780.06890.240.0080.190.0085.96MPa147MPa，则298MPa查[2]中表5—1，得：sa3sa由于2，所以其强度满足要求。93sa鞍座压缩应力及强度校核根据[2]中表7—6，取 0.081Fmg0.0822333.49.8117527N，钢底板对水泥根底的Ev1f0.4则mgf22333.49.810.487636NFEv所以压应力应按[2]中式7—29计算：FFHFH〔5-9〕EvEvvsaA2ZAL2Asarsa其中HRH18002401140mm，筋板面积v2Ab19081520mm2123腹板面积：形心：腹板与筋板组合截面断面系数：FFHFH得代入公式EvEvvsaA2ZAL2Asarsa取K1.2则0根据[2]中式