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1、化学化工学院课程设计说明书设计题目： 压 力 容 器 课 程 设 计 （40m3）液氨储罐的设计 学院、系： 化学工程与工艺系 专业班级： 化工1203班 学 号： 2012002386 学生姓名： 王美鑫 指导教师： 张铱鈖 成 绩： 2015年1月21日目录第一章 工艺设计 1.1存储量1.2设备的选型及轮廓尺寸第二章 机械设计2.1结构设计2.1.1筒体及封头设计 材料的选择 筒体壁厚的设计计算 封头壁厚的设计计算2.1.2接管及接管法兰设计 接管尺寸选择 管口表及连接标准 接管法兰的选择 垫片的选择 紧固件的选择 2.1.3人孔的结构设计 密封面的选择 人孔的设计 2.1.4 核算开孔
2、补强 2.1.5支座的设计 支座的选择 支座的位置2.1.6液面计及安全阀选择2.1.7总体布局2.1.8焊接接头设计2.2强度校核 参考文献 第一章工艺设计 序号项目数值备注1名称液氨储罐2用途液氨储存3最高工作压力1.93由介质温度确定4工作温度5公称容积406工作压力波动情况可不考虑7装量系数0.858工作介质液氨（中度危害）9使用地点太原市，室外1.1 存储量盛装液化气体的压力容器设计存储量式中：W储存量，t； f-装量系数 V压力容器容积； 设计温度下的饱和溶液的密度，；根据设计条件=1.2 设备的选型及轮廓尺寸查表容器参数得：筒体计算体积：V计=40.3m3 公称直径D=2400m
3、m 长度L=8000mm第二章 机械设计2.1 结构设计2.1.1筒体及封头设计.材料的选择常见的压力容器用碳素钢和低合金钢钢板有Q245，Q345R，Q370R等；无缝钢管材料有10，20, 16Mn等。考虑到该容器的内径为2400mm，所以选用筒体由钢板卷制而成，由于低合金钢有较高的强度，良好的塑性，价格相对较低，所以选用Q345R。.筒体壁厚设计计算I.设计压力液氨储罐的工作温度-2050，故选取设计温度t=50，由本次的化工设备机械基础课程设计指导书查得，该温度下液氨的绝对饱和蒸汽压为2.030MPa。由于通常的设计压力在没有说明的情况下，均指表压在本次设计中的液氨储罐上装有安全阀，通
4、常认为设计压力为工作压力的1.05-1.10倍，所以安全阀的开启压力为pb1.1（2.03-0.10）2.123MPa，因为ppb,所以p=2.2MPa，公称压力选2.2MPa。II.液柱静压力由化工设备机械基础课程设计指导书查得，液氨的密度为658，内径2400mm由各地区重力加速度表查的太原地区的，则根据公式可得p=0.01547MPa。III.计算压力因为，所以可忽略静压力的影响。即pc=p=2.20MPaIV.设计温度下材料的许用应力为，假设筒体厚度为1636mm，由材料许用应力表可得的=185MPa。V.焊接接头系数本次液氨储罐的设计采用双面对接焊的全焊透对接接头，而液氨的临界温度为
5、132.4，p1.6MPa，为毒性中度危害的液体，所以为第一类介质，PV=8.8103 ，属于第三类压力容器，因此=1。VI.内压容器的计算厚度 根据内压容器的计算厚度公式【2】： 取腐蚀裕量C2=2mm， 所以设计厚度 。由于GB 713锅炉和压力容器用钢钢板和GB 3513低温压力容器用低合金钢板中列举的锅炉和压力容器专用钢板的厚允许偏差按GB/T 709中的B类要求，即厚度负偏差。另外取负偏差， 所以名义厚度 ，经过圆整后为18mm,在1636mm之间，故假设是成立的。.封头壁厚的设计计算 取腐蚀裕量C2=2mm，另外取负偏差， 所以名义厚度 ，经过圆整后为18mm,在1636mm之间，
6、故假设是成立的。封头参数：取公称直径DN=2400mm，总深度H=640mm，内表面积A=6.5453m2 ，容积V封=1.9905m3,直边高度h=40mm2.1.2接管及接管法兰设计1，本次设计所用的接管的尺寸表如下所示：公称尺寸外径壁厚用途或名称理论质量DN80896液氨进口管5.0DN70766排气管4.0DN1001086备用口6.5DN25326压强表接口1.0DN80896安全阀接口5.0DN80896液氨出口管5.0DN70766放净口4.0DN20254.5液位计接口1.02,本次设计所用的接管及管口表如下表2管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称ADN80H
7、G20595-2009FM液氨进口管BDN100HG20595-2009FM备用口CDN25HG20595-2009FM压强表接口DDN70HG20595-2009FM排气口EDN80HG20595-2009FM液氨出口管FDN70HG20595-2009FM放净口L1.L2DN20HG20595-2009RF液位计接口M1.M2DN450人孔SVDN80HG20595-2009FM安全阀接口3接管法兰的选泽查压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危害程度分类HG-20660-2000得：液氨的毒性为中等危害，故采用带颈对焊法兰(WN)，密封面为凹面(FM)，带加强环的缠绕式垫片和专用级紧固件结合。
8、根据设计压力为p=2.20MPa，操作温度为2050，故采用锻件，材料选16Mn，类别为1C1，由于设计压力为p=2.20MPa，查中华人民共和国化工行业标准.HG/T 20592-2009得，PN25材料16Mn为的钢制管法兰材料的最大允许工作压力25.0bar,因此该法兰的公称压力为PN25，由于PN40,但介质有毒，所以采用专用级全螺纹螺柱和型六角螺母接管的法兰结构如下：表3 接管法兰结构尺寸表【3序号名称或用途公称直径DN钢管外径法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺栓Th法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰质量(Kg)NSRBBA液氨进口管8089200160188M162
9、41053.212858 5.0D排气管7076200160188M16241053.2128584.0B备用口100108235190228M20241343.6128656.5C压强表接口253211585144M1218462.664401.0SV安全阀接口8089200160188M16241053.2128585.0E液氨出口管8089200160188M16241053.212858 5.0F放净口7076200160188M16241053.2128585.0L1 L2液位计接口20259565144M1218322.064381.0表5 接管法兰标记名称法兰标记液氨进口管法兰H
10、G 20595 法兰 WN 50（B）-16 FM 20液氨出口管法兰排气管HG 20595 法兰 WN 25（B）-16 FM 20压强表 备用口液面计接管法兰HG 20595 法兰 WN 25(B)-16 FM 20 安全阀接管法兰公称通径DN垫片内径D1MAX垫片外径D2垫片厚度T2534571.55061871.580891201.550053057532.1.3人孔的结构设计 .密封面的选择由于本次设计的介质是中度危害的，所以本次设计采用凹凸法兰密封面（MFM）。 .人孔的设计本次设计的储罐设计压力为2.20MPa，根据钢制人孔和手孔【3】，采用回转盖带颈对焊法兰人孔。该人孔标记为：
11、人孔 人孔和手孔统称为检查孔。压力容器开设检查孔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件。人孔有圆形和长圆形两种。压力容器设人孔是为了检查设备内部空间以及装拆设备的内部零部件。人孔大小的设置原则是方便人的进出。因此人孔的公称直径规定为400600mm,可根据容器直径及所处地区的冷暖程度来选择。当人孔需要经常打开时，可选用快开人孔。 容器的公称直径大于等于1000mm且筒体于封头为焊接连接时，容器应至少设置一个人孔。由于长度L=8000mm，故要开设两个人孔。图3.1 人孔结构示意图表3.1 人孔结构尺寸【3】密封面型式公称压力PN公称直径DNdwSdD
12、D1H1H2bMFM2.54504801245667060028025042b1b2ABLd0螺柱螺母螺柱总质量数量直径长度4146375175250242040M3321652452.1.4人孔的开孔补强计算按照GB150壳体开孔满足以下要求时，可不另行1，设计压力小于等于2.5MPa； 2，两相邻开孔中心的间距应不小于两孔直径之和的两倍； 3，接管的公称外径小于等于89mm； 4，接管厚度满足下表：mm接管公称直径253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0由于除人孔外，其他接管的外径均小于89mm，故我们需要对人孔进行开孔补强。GB150采用等面积补强.。补强圈的
13、宽度取为人孔宽度的2倍，补强圈的厚度为壳体的壁厚，材料与壳体相同，为Q345R，考虑到液氨的毒性程度为中度危害，补强圈的坡口形式选为D型，查JB/T 4736-2002知：DN450，=18mm时，该补强圈的质量为38.1，可确定补强圈为： JB/T47362.1.5支座的设计 .支座的选择 鞍座结构该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235B。估算鞍座的负荷： 储罐总质量筒体质量：=（2.41810-3）878501810-38586.9kg 单个封头的质量：=911.3kg充液质量：水液氨，m3=(1.99052+/42.428) 103=40172.1kg附件质量：人孔质量为245kg，
14、有两个人孔，其他接管质量总和527.5+19.1981+20=566.7kg综上所述， G=mg=501.3kN,每个鞍座承受的重量为250.65kN.由此查JB4712.1-2007容器支座，选取重型，包角为150，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座结构尺寸如下表4： 表4：鞍式支座结构尺寸 单位：mm公称直径DN允许载荷Q /kN鞍座高度h底板腹板筋板l1b1l3b2b3240019102502000240161632520829014垫板螺栓配置鞍座质量kg增加100mm高度增加的质量/kg弧长b4e间距l2螺孔d螺纹孔长l343051012100152024M204044
15、941.鞍座位置的确定通常取尺寸A=0.207L的值，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸A0.2L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。L=8000+402=8080mm，则A0.2L=0.28080=1616mm由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此，JB 4731还规定当满足A0.2L时，最好使A0.5R m（）,即 ，取A=600mm综上有：A=600mm。鞍座标记为： 2.1
16、.6液面计及安全阀选择本次设计采用磁性液位计，普通型，压力等级为2.5MPa。根据实际要求，选用液位计的长度为1700mm。标记HG/T21594-95Z-2.5FM-1700-LS。根据公称压力PN=2.5和适用介质，选择型号为A41H-16C的安全阀。2.1.7总体布局 液氨进气管外伸度110mm，内伸高度1450mm。液氨温度计，排气口，压力表管外伸高度110mm，内伸高度0mm。排污口管外伸度110m，内伸高度0m。排液口管外伸度110m，内伸高度0m。安全阀外伸高度110mm，内伸高度0mm。人孔外伸406mm，内伸0mm。 接管与接管间距600mm，进液口接管与左侧人孔间距600m
17、m，加强圈外侧与焊缝距离等于300mm,鞍座距封头切线1132mm。2.1.8焊接结构设计及焊条的选择综合考虑各种因素，针对本次设计储存的介质是中度毒性介质，所以本次设计的壳体A、B类焊接接头应为X型的如图。而对于法兰与壳体、接管连接的接头，应采用全焊透接头。（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，必须采用对接焊（如下图）。对接焊易于焊透，质量容易保证，易于作无损检测，可获得最好的焊接接头质量。（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
18、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。设计时，应根据压力高低、介质特性、是否低温、是否需要考虑交变载荷与疲劳问题等来选择合理的焊接结构。无补强圈接管的焊接结构。带补强圈接管的焊接结构。焊条的选用XX与XX焊接焊条型号焊条牌号示例Q345R与Q345RE5015J506Q345R与16MnE5015J506Q235B与Q235BE4303J42216MnR与Q235BE4303J4222.2强度校核水压试验应力计算并校核。试验压力：=1.25P=1.252.20(185185)=2.75MPa.有效厚度=nC1C2 =180.32=15.7mm校核圆筒应力：=（
19、D+）2 =187.8MPa 0.9s = 0.90.85345 =263.9MPa.校核合格。由于液氨为中度危害的介质且没有易燃易爆的特性，故不需要进行气密性试验。主要参考文献（资料）：过程装备基础.太原理工大学.20111） TSG R0004-2009 固定式压力容器安全技术监察规程.国家质量监督检验检疫总局颁布，2009.8.312） HG 20660-2000 压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类 北京：全国化工工程建设标准编辑中心，20113） GB150-1998钢制压力容器 北京：中国标准出版社，19984） JB/T4736-2002,JB/T4746-2002.补强圈 钢制压力容器用封头 国家经济贸易委员会，20025） HG2059220635-2009钢制管法兰 中华人民共和国工业和信息化部，20096） JB/T5117-1995碳钢焊条和JB/T51181995低合金钢焊条7） JB47004707-2000.压力容器法兰.昆明:云南科技出版社,20008） HG/T2151421535-2005钢制人孔和手孔.北京:中国计划出版社,2005