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1、精品学习资源前言本设计是针对过程设备设计这门课程所支配的一次课程设计，是对这门课程的一次总结，要综合运用所学的学问并查阅相关书籍完成设计；本设计的液料为液氨，它是一种无色液体；氨作为一种重要的化工原料，应用广泛；分子 式 NH3， 分子量 17.03 ， 相对密度 0.7714g/L ， 熔点 -77.7 ， 沸点 -33.35 ，自燃点 651.11 ，蒸汽压 1013.08kPa25.7 ；蒸汽与空气混合物爆炸极限为 1625%最易引燃浓度为 17%）氨在 20水中溶解度 34%,25时, 在无水乙醇中溶解度 10%,在甲醇中溶解度 16%,溶于氯仿、乙醚 , 它是很多元素和化合物的良好溶
2、剂；水溶液呈碱性；液态氨将腐蚀某些塑料制品, 橡胶和涂层；遇热、明火，难以点燃而危急性极低，但氨和空气混合物达到上述浓度范畴遇火和燃烧或爆炸，如有油类或其它可燃物存在就危急性极高；设计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，按容器的选材、壁厚运算、强度核算、附件挑选、焊缝标准的设计次序， 分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和挑选；设备的挑选大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，就挑选合适的非标设备；各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，
3、这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计；课程设计任务书一、课程设计要求：1. 使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，把握典型过程设备设计的全过程；2. 把握查阅和综合分析文献资料的才能，进行设计方法和设计方案的可行性争论和论证；3. 把握电算设计运算，要求设计思路清楚，运算数据精确、牢靠，且正确把握运算机操作和专业软件的使用；4. 把握工程图纸的运算机绘图；欢迎下载精品学习资源5. 课程设计全部工作由同学本人独立完成；二、设计内容和要求 包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：设计条件表序号工程数值单位备注1名称液氨储罐2用途液氨储存3最高工作压力2.032MPa由介
4、质温度确定4工作温度-20 485公称容积 0.858工作介质液氨中度危害）9使用地点邯郸市室外管口表序号公称规格连接尺寸标准密封面接管名称ADN40HG/T20592-2021M空气出口管BDN500HG/T20592-2021MFM人孔接管CDN50HG/T20592-2021M液氨进口管DDN20HG/T20592-2021M压力表接管EDN40HG/T20592-2021M安全阀接管FDN40HG/T20592-2021M截止阀接管欢迎下载精品学习资源GDN40HG/T20592-2021M空气进口管H1 H2DN25HG/T20592-2021M液位计接管IDN50HG/T20592
5、-2021M液氨出口管JDN50HG/T20592-2021M排污管三、课程设计主要内容1. 设备工艺设计2. 设备结构设计3. 设备强度运算4. 技术条件编制5. 绘制设备总装配图6. 编制设计说明书四、同学应交出的设计文件 ；欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源前言 I目录课程设计任务书 II第一部分设备的工艺设计 1欢迎下载精品学习资源1.1 盛装液化气体的压力容器设计储备量11.2 设备的初步选型及轮廓尺寸的确定11.2.1 设备的初步选型 11.2.2 设备的轮廓尺寸确定 1其次部分设备的机械设计 32.1 设计条件的确定 32.1.1 设计压力的确定 32.1.2 设计温度的确
6、定 32.1.3 设计条件表 32.2 设备的结构设计 42.2.1 筒体和封头的结构设计 42.2.2 接管的设计 42.2.3 法兰的结构设计 52.2.4 附件的设计 72.2.5 支座结构设计 132.3 设备的强度运算 162.3.1 壁厚运算 162.3.2 压力试验校核 172.3.3 设备的应力校核 182.3.4 开孔补强运算 26第三部分技术条件编制 27欢迎下载精品学习资源3.1 容器类别的确定 273.2 材料的要求 273.3 无损检测的要求 273.4 材料供货的要求 273.5 锻件要求 283.6 热处理要求 283.7 焊接材料要求 283.8 总装配图技术要
7、求 29终止语 31参考文献 30欢迎下载精品学习资源第一部分设备的工艺设计1.1 盛装液化气体的压力容器设计储备量1盛装液化气体的压力容器设计储备量式中： W储存量， t ；装量系数；V压力容器容积； m3设计温度下的饱和溶液的密度，；依据设计条件 :=0.85 16 0.5663 1000=7701kg1.2 设备的初步选型及轮廓尺寸的确定1.2.1 设备的初步选型依据液氨的物性参数挑选筒体材料，碳钢对液氨有良好的耐蚀性腐蚀率在0.1/ 年以下，且又属于中压储罐，可以考虑Q245R和 Q345R这两种钢材；假如纯粹从技术角度看，选用 Q245R类的低碳钢板， Q345R钢板的价格虽比 Q2
8、45R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价， Q345R钢板为比较经济；所以在此挑选Q345R钢板作为制造筒体和封头材料；筒体结构设计为圆筒形；由于作为容器主体的圆柱形筒体，制造简洁，安装内件便利，而且承压才能较好，这类容器应用最广；封头有多种形式，半球形封头就单位容积的表面积来说为最小，需要的厚度是同样直径圆筒的二分之一，从受力来看，球形封头是最抱负的结构形式，但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采纳分瓣冲压其拼焊工作量也较大；椭圆形封头的应力情形不如半球形封头匀称，但对于标准椭圆形封头与厚度相等的筒体连接时，可以达到与筒体等强度；它吸取了蝶形封头深度浅的优点，用冲压法易于成形
9、，制造比球形封头简洁，所以挑选椭圆形封头，结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成；封头取与筒体相同材料；1.2.2 设备的轮廓尺寸确定设备容积运算 1欢迎下载精品学习资源查文献2 ，为了有效提高筒体的刚性，一般取L/Di =3 6，为了便利设计取 L/D i =4算出 Di =1720.8 查标准并圆整取 DN=1800m，m查文献 3 中表 B.1 EHA 椭圆形封头内表面积、容积，如下表 1公称直径总深度内表面积容积DN /mm1800H /mm475A/m33.6535V /m3封0.82701表 1： EHA椭圆形封头内表面积、容积设备实际容积算出 L=5640mm取,L=5800mm,L
10、/DN=3.22在 36 之间3=3.14/4 18002 5800+2827=16.41m3 V -V/V=2.5%5%满意要求；V 工作=16.41 0.85=13.95m其次部分 设备的机械设计2.1 设计条件的确定2.1.1 设计压力的确定1按文献 4 规定，盛装液化气体无保冷设施的压力容器，其设计压力应不低于液化气50时的饱和蒸汽压力，而且查得当容器上装有安全阀时，取1.05 1.1 倍的工作压力作为设计压力；依据文献 5 查得 50蒸汽压为 2032.5kpa 所以设计压力运算P 设计=1.1 P工作=1.1 2.0325=2.236Mpa，属于中压容器；2.1.2 设计温度的确定
11、设计温度为 50，在 -20 200条件下工作属于常温容器；2.1.3 设计条件表欢迎下载精品学习资源表 2设计条件表工程内容备注工作介质液氨工作压力 Mpa2.0325Mpa设计压力 Mpa2.236Mpa工作温度-20 40设计温度5033公称容积 mm16mm3运算容积 mm16.41 mm33工作容积 mm13.95 mm3装量系数0.85介质密度0.5663kg/L材质保温要求其他要求2.2 设备的结构设计2.2.1 筒体和封头的结构设计化工设备的结构设计包括设备承压壳体表 4 接管尺寸表外径壁厚理论质量材料欢迎下载精品学习资源液氨进出口管505756.7820GB/T8163）空气
12、进出口管404544.0420GB/T8163）液位计接管2532 3.52.4620GB/T8163）压力表接管202531.6320GB/T8163）人孔接管50053012164.6520GB/T8163）排污管505756.7820GB/T8163）安全阀接管404544.0420GB/T8163）2.2.3法兰的结构设计1）公称压力挑选依据设计压力为 2.236Mpa，操作温度为 2048，故采纳锻件，材料选16 Mn， 由设计压力 2.236Mpa得， PN25材料 16Mn为的钢制管法兰材料的最大答应工作压力25.0bar, 因此该法兰的公称压力为 PN25；考虑到连接面形式和介
13、质液氨的密封要求较高，综合各种因素，应选用带颈对焊法兰，密封面为凹凸面；欢迎下载精品学习资源2）法兰尺寸列表钢结构连接用螺栓性能等级分 3.6 、4.6 、4.8 、5.6 、6.8 、8.8 、9.8 、10.9 、12.9 等10 余个等级，其中 8.8 级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理 淬火、回火），通称为高强度螺栓，其余通称为一般螺栓；依据设计要求选定法兰后，就会得到与螺栓配套的螺栓；图 2-2 接管法兰结构表 5 法兰尺寸查文献6 中 PN25带颈对焊法兰挑选以接管公称直径一样的钢制管法兰，得各法兰的尺寸和质量，法兰材料选用 16Mn，具体尺寸将见表 5接管名称公称直径
14、接管外径法兰外径法兰NHH1破口密封面形螺栓螺栓法兰质量DN螺栓的设计欢迎下载精品学习资源依据要求法兰处用螺栓做紧固件，螺栓有多种材料和多种结构，挑选时应考虑到设计的适用性和安全性；查文献6,得螺柱的长度和平垫圈尺寸：表 6螺栓尺寸欢迎下载精品学习资源接管名称公称直径 DNmm 螺纹 螺柱长紧固件用平垫圈mm欢迎下载精品学习资源d2h液氨进出口管50M167017303空气进出口管40M167017303液位计接管25M126013242.5压力表接管20M126013242.5人孔接管500M3612037665排污管50M167017303安全阀接管40M1670173034垫片的挑选法兰
15、密封常用垫片，垫片有金属垫片、非金属垫片，合成垫片等多种，考虑经济性当非金属垫片能满意要求时第一使用非金属垫片；由本设计压力和温度要求查文献5 选用石棉橡胶垫片，其使用范畴PN4.0 Mpa,t 290, 密封形式为 M垫片内径D1垫片外径D2密封垫片材料垫片厚形式度 mm欢迎下载精品学习资源液氨进出口管5057102M石棉橡胶1.5空气进出口管404588M石棉橡胶1.5液位计接管253268M石棉橡胶1.5压力表接管202558M石棉橡胶1.5人孔接管500478575MFM石棉橡胶4排污管5057102M石棉橡胶1.5安全阀接管404588M石棉橡胶1.52.2.4附件的设计1）安全阀查
16、文献5 知液氨常用安全阀有 A21H-40 其公称直径是 15mm到 25mm公称压力为 1.6- 4.0Mpa 使用温度 t 200和 A41H-40 其公称直径为 32mm到 48mm公称压力为1.3到4.0Mpa, 使用温度 t 300；依据本设计要求选用公称直径为40mm的弹簧封闭微启式安全阀，材料为不锈钢；欢迎下载精品学习资源图 2-3 安全阀结构2）液面计液面计是用以指示容器内物料液面的装置，液面计的种类很多，常用的有玻璃板液面计和玻璃板液面计；玻璃板液面计有三种：透光式玻璃板液面计、反射式玻璃板液面计、视镜式玻璃板液面计；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
17、用于不同型式的液面计；液面计的选用：a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；板式液面计承压才能强，但是比较笨重、成本较高； b玻璃板液面计一般选易观看的透光式，只有当物料很洁净时才选反射式； c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看成效受到限制，应改用其它适用的液面计；根 据 设 计 要 求 选 用 透 光 式 玻 璃 板 液 面 计 ； 名 称 HG/T21584-95UZ2.5M-2000- 0.8AH304C，型号 T；利用连通器原理，通过液面计的玻璃板视窗可以观看容器内部液面位置的变动情形；结构形式：保温型W；欢迎下载精品学习资源图
18、2-4磁性液面计3）视镜视镜用来观看设备内部物料的工作情形；用凸缘构成的视镜称为不带颈视镜，其结构简洁，不易粘料，有比较宽的视察范畴，应优先选用；4）压力表外表类型的选用必需满意工艺生产的要求；例如是否需要远传、自动记录或报警；被侧介质的性质 如被测介质的温度高低、粘度大小、腐蚀性、脏污程度、是否易燃易爆等）是否对外表提出特别要求，现场环境条件如湿度、温度、磁场强度、振动等）对外表类型的要求等；因此依据工艺要求正确地选用外表类型是保证外表正常工作及安全生产 的重要前提；化工行业所用的压力表有多种型号，依据液氨的性质查文献5 常用的压力表型号为YA-100, 管螺纹 M201.5, 压力表一端与
19、带有相应螺纹的接管一端旋合，接管另一端焊接在筒体适合的位置；5）人孔欢迎下载精品学习资源人孔的作用：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； 人孔的结构：既有承担压力的筒节、端盖、法兰、密封垫片、紧固件等受压元件，也有安置与启闭端盖所需要的轴、销、耳、把手等非受压件；人孔类型：从是否承压来看有常压人孔和承压人孔；从人孔所用法兰类型来看，承压人孔有板式平焊法兰人孔、带颈平焊法兰人孔和带颈对焊法兰人孔，在人孔法兰与人孔盖之间的密封面，依据人孔承压的高低、介质的性质，可以采纳突面、凹凸面、榫槽面或环连接面；从人孔盖的开启方式及开启后人孔盖的所处位置看，人孔又可分为回转盖人孔、垂直
20、吊盖人孔和水平吊盖人孔三种；人孔尺寸应依据容器直径大小、压力等级、容器内部可拆构件尺寸等因素打算，一般情形下：容器直径大于或等于 9001000mm时，选用 DN400人孔；容器直径大于 1000 1600mm时，选用 DN450人孔；容器直径大于 1600 3000mm时，选用 DN500人孔；容器直径大于 3000mm时，选用 DN600人孔；容器上开设人孔规定当公称直径大于或等于1000mm且筒体与封头为焊接连接时，至少设一个人孔；卧式容器的筒体长度大于等于6000mm应, 考虑设置 2 个以上人孔；综合考虑挑选回转盖带颈对焊法兰人孔, 500 12 公称压力 PN2.5、公称直径DN5
21、00、H1=280、MFM型密封面、采纳 Q345R材料；其尺寸下表表 8人孔标准尺寸表密封面型式公称压力PN公称直径DNdDD1H1H2bMFM2.55005301250673066028012344b1b2ABLd0螺柱螺母螺柱总质量数量4348405200250302040直径 长度M33 2170303欢迎下载精品学习资源图 2-5 人孔结构图开孔补强的运算开孔补强结构：压力容器开孔补强常用的形式可分为补强圈补强、厚壁管补强、整体锻件补强三种；补强圈补强是使用最为广泛的结构形式，它具有结构简洁、制造便利、原材料易解决、安全、牢靠等优点；在一般用途、条件不苛刻的条件下，可采纳补强圈补强形
22、式；但必需满意规定的条件；压力容器开孔补强的运算方法有多种，为了运算便利，采纳等面积补强法，即壳体截面因开孔被减弱的承载面积，必需由补强材料予以等面积的补偿；当补强材料与被减弱壳体的材料相同时，就补强面积等于减弱的面积；补强材料采纳 Q345R；按文献7 ，选用回转盖带颈对焊法兰人孔；厚度附加量 C=2.3mm开孔直径 d=di +2C=530-24+4.6=510.6mm欢迎下载精品学习资源，在筒体上开孔d/2=1800/2=900mm，可用等面积进行开孔补强计算；接管材料选用 Q345R钢，其许用应力1依据文献 2 中，压容器开孔后所需的补强面积欢迎下载精品学习资源厚度运算1欢迎下载精品学
23、习资源其中 K1=1运算出=10.7mm1强度减弱系数： 接管有效厚度：就有效补强范畴2壳体开孔后，在有效补强范畴内，可作为补强的截面积包括来自壳体、接管、焊缝金属、补强元件）；有效宽度：2有效高度：实际外伸高度）欢迎下载精品学习资源实际内伸高度）欢迎下载精品学习资源筒体余外面积2欢迎下载精品学习资源1接管厚度：,=焊缝金属截面积依据文献 2 规定, 当材料厚度为 1216mm时焊脚取 6mm所以补强面积开孔需另行补强满意以下条件的可选用补强圈补强：刚材的标准常温抗拉强度b540Mpa；补强圈厚度应小于或等于壳体壁厚的1.5倍；壳体名义厚度 n38mm设, 计压力 补强圈设计补强圈设计：1依据
24、 DN500取补强圈外径=840mm ；由于 B，所以在有效补强范畴；补强圈内径就取 Di =530+10=540mm欢迎下载精品学习资源补强圈厚度，圆整取名义厚度为14mm；依据文献 28，补强圈焊接形式 D型，表 9 补强圈补强及附件的挑选欢迎下载精品学习资源接管公称直径DN/mm外径 D2内径 D1厚度n重量Kg）欢迎下载精品学习资源5008405401436.32.2.5支座结构设计1）结构型式的确定卧式容器的支座有三种形式：鞍座、圈座、和支腿，常见的卧式容器和大型卧式储罐、换热器等多采纳鞍座，它是应用得最为广泛的一种卧式容器支座；置于支座上的卧式容器，其情形和梁相像，有材料力学分析可
25、知，梁弯曲产生的应力与支点的数目和位置有关；当尺寸和载荷肯定时多支点在梁内产生的应力较小，因此支座数目好像应当多些好；对于大型卧式容器而言，一般情形采纳双支座；此外，卧式容器由于温度或载荷变化时都会产生轴向的伸缩，因此容器两端的支座不能都固定在基础上，必需有一端能在基础上滑动，以防止产生过大的附加应力；通常的做法是将一个支座上的地脚螺栓孔做成长圆形， 并且螺母不上紧，使其成为活动支座，而另一支座仍为固定支座；所以本设计就采纳这种支座结构；依据设备的公称直径和容器的重量参照文献9 选取鞍座结构及尺寸；鞍座的材料 除加强垫板除外）为Q235-A，加强垫板的材料应与设备壳体材料相同为 Q345R；1
26、,120 包角、焊制、带垫板，高度为 250mm的鞍座，答应载荷 Q295kN106.44kN；由公称直径查文献 9 得具体尺寸如下表：表 10 鞍座尺寸表公称直径DN1800腹板10垫板430答应载荷Q/kN29529510鞍座高度h250260e80底板1280筋板260螺栓间距11202208螺 孔 / 孔D/l24/40长/ 螺纹M2012垫板弧长2100鞍座质量Kg162鞍座位置的确定双鞍座卧式容器的受力状态可简化为受均布载荷的外伸梁，由材料力学知，当外伸长度 A=0.207L 时，跨度中心的弯矩与支座截面处的弯矩肯定值相等，所以一般近似取, 其中 L 取两封头切线间距离， A为鞍座
27、中心线至封头切线间距离；2由标准椭圆封头, 有 hi =450mm,h=25mmA 0.2L+h i =0.2 5800+25 2=1170mm当鞍座邻近封头时，就封头对支座处筒体有加强刚性的作用；为了充分利用这一加强效 应 ， 因 此 ， JB4731仍 规 定 当 满 足 A 0.2L时 ， 最 好 使 A 0.5R0, 即欢迎下载精品学习资源综合以上取 A=450mm就两鞍座间距 S=L+2h-2A=5800+50-900=4950mm鞍,座位置及结构如下图所示；欢迎下载精品学习资源图 2-6 鞍座位置及结构2.3 设备的强度运算2.3.1 壁厚运算1）筒体壁厚运算圆筒的设计压力为 2.
28、236 Mpa, 容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头都采纳双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数为1.00, 全部无损探伤；在板厚316mm时取许用应力为 189 Mpa；液柱静压力 gh=0.56639.8 1800=0.01Mpa欢迎下载精品学习资源而gh 2.236=0.45% /2 189-2.236=10.7mm12查得钢板厚度负偏差 C1=0.3mm,查文献 10 得 50下液氨对钢板的腐蚀速率小于0.05/ 年，所以双面腐蚀取腐蚀裕量；筒体的设计厚度为：对厚度进行圆整可得名义厚度为： =14mm 确定用厚的 Q345R钢板制作筒体；有效厚度mm2）封头壁厚运算
29、欢迎下载精品学习资源本容器用标准椭圆封头，厚度依据公式：1欢迎下载精品学习资源4其中各数据跟筒体相同，=10.7mm2封头的设计厚度为：对厚度进行圆整可得名义厚度为： =14mm 确定用厚的 Q345R钢板制作封头；有效厚度可见封头厚度近似等于筒体厚度，所以圆整后取 =14mm，有效厚度查文献3 得 14mm标准椭圆封头质量为 395.8kg2.3.2 压力试验校核欢迎下载精品学习资源1）压力试验类型试验方法：试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内的空气排尽，试验过程中，应保持容器外表面的干燥；试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于 30min；然后将压力降至规定试验
30、压力的80%，并保持足够长的时间以便对所有焊接接头和连接部位进行检查；如有渗漏，修补后重新试验；水压试验，液体的温度不得低于5；试验温度许用应力189.00MPat设计温度许用应力189.00MPa试验温度下屈服点 s345.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数1.00厚度及重量运算运算厚度= 10.71mm有效厚度e =n -C1 - C2= 11.70mm欢迎下载精品学习资源名义厚度n =14.00mm重量3632.45Kg压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT = 1.25 P=2.8000 或由用户输入 MPa压力试验答应通过的应欢
31、迎下载精品学习资源力水平TT0.90s =310.50MPa欢迎下载精品学习资源试验压力下圆筒的应力T =216.78MPa校核条件TT校核结果合格压力及应力运算最大答应工作压力 Pw= 2.44113MPa设计温度下运算应力t= 173.12MPat189.00MPa校核条件tt结论合格封头运算运算单位河北工程高校装备制造学院运算所依据的标准GB 150.3-2021运算条件椭圆封头简图运算压力 Pc2.24设计温度 t50.00MPaC内径 Di 1800.00mm曲面深度 hi475.00mm材料Q345R 板材设计温度许用应力t189.00MPa试验温度许用应力189.00MPa钢板负偏差C10.30mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数1.00压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT = 1.25 Pc= 2.8000 或由用户输入 MPa压力试验答应通过的应力T0.90s =310.50MPat