（40m3）液氨儲罐的設(shè)計-壓力容器課程設(shè)計說明書

1、<p><b>　　化學化工學院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　設(shè)計題目： 壓 力 容 器 課 程 設(shè) 計</p><p>　?。?0m3）液氨儲罐的設(shè)計 </p><p>　　學院、系： 化學工程與工藝系 </p>

2、;<p>　　專業(yè)班級： 化工1203班 </p><p>　　學 號： 2012002386 </p><p>　　學生姓名： 王美鑫 </p><p>　　指導教師： 張銥鈖 </p><p>　

3、　成 績： </p><p>　　2015年1月21日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 工藝設(shè)計 </p><p><b>　　1.1存儲量</b></p><p>　　1.2設(shè)備的選

4、型及輪廓尺寸</p><p><b>　　第二章 機械設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　2.1.1筒體及封頭設(shè)計</p><p><b>　　材料的選擇</b></p><p><b>　　

5、筒體壁厚的設(shè)計計算</b></p><p><b>　　封頭壁厚的設(shè)計計算</b></p><p>　　2.1.2接管及接管法蘭設(shè)計</p><p><b>　　接管尺寸選擇</b></p><p><b>　　管口表及連接標準</b></p><

6、;p><b>　　接管法蘭的選擇 </b></p><p><b>　　墊片的選擇 </b></p><p><b>　　緊固件的選擇 </b></p><p>　　2.1.3人孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p><b>　　密封面的選擇 </b>&l

7、t;/p><p><b>　　人孔的設(shè)計</b></p><p>　　2.1.4 核算開孔補強</p><p>　　2.1.5支座的設(shè)計 </p><p><b>　　支座的選擇</b></p><p><b>　　支座的位置</b></p>

8、<p>　　2.1.6液面計及安全閥選擇</p><p><b>　　2.1.7總體布局</b></p><p>　　2.1.8焊接接頭設(shè)計</p><p><b>　　2.2強度校核</b></p><p><b>　　參考文獻 </b></p>&l

9、t;p><b>　　第一章工藝設(shè)計</b></p><p><b>　　存儲量</b></p><p>　　盛裝液化氣體的壓力容器設(shè)計存儲量</p><p>　　式中：W——儲存量，t；</p><p><b>　　f----裝量系數(shù)</b></p><

10、;p>　　V——壓力容器容積；</p><p>　　——設(shè)計溫度下的飽和溶液的密度，；</p><p><b>　　根據(jù)設(shè)計條件=</b></p><p>　　設(shè)備的選型及輪廓尺寸</p><p>　　查表《容器參數(shù)》得：筒體計算體積：V計=40.3m3 公稱直徑D=2400mm 長度L=8000mm&

11、lt;/p><p><b>　　第二章 機械設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　2.1.1筒體及封頭設(shè)計</p><p><b>　　.材料的選擇</b></p><p>　　常見的壓力容器用碳素鋼和低合金

12、鋼鋼板有Q245，Q345R，Q370R等；無縫鋼管材料有10，20, 16Mn等。考慮到該容器的內(nèi)徑為2400mm，所以選用筒體由鋼板卷制而成，由于低合金鋼有較高的強度，良好的塑性，價格相對較低，所以選用Q345R。</p><p><b>　　.筒體壁厚設(shè)計計算</b></p><p><b>　　I.設(shè)計壓力</b></p>

13、<p>　　液氨儲罐的工作溫度-20℃——50℃，故選取設(shè)計溫度t=50℃，由本次的《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》課程設(shè)計指導書查得，該溫度下液氨的絕對飽和蒸汽壓為2.030MPa。由于通常的設(shè)計壓力在沒有說明的情況下，均指表壓在本次設(shè)計中的液氨儲罐上裝有安全閥，通常認為設(shè)計壓力為工作壓力的1.05-1.10倍，所以安全閥的開啟壓力為pb＝1.1×（2.03-0.10）＝2.123MPa，因為p>pb,所以p=2.2MP

14、a，公稱壓力選2.2MPa。</p><p><b>　　II.液柱靜壓力</b></p><p>　　由《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》課程設(shè)計指導書查得，液氨的密度為658㎏／，內(nèi)徑2400mm由《各地區(qū)重力加速度表》查的太原地區(qū)的，則根據(jù)公式可得p=0.01547MPa。</p><p><b>　　III.計算壓力</b>&l

15、t;/p><p>　　因為，所以可忽略靜壓力的影響。即pc=p=2.20MPa</p><p>　　IV.設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力</p><p>　　為，假設(shè)筒體厚度為16～36mm，由《材料許用應(yīng)力表》可得的=185MPa。</p><p><b>　　V.焊接接頭系數(shù)</b></p><p>　

16、　本次液氨儲罐的設(shè)計采用雙面對接焊的全焊透對接接頭，而液氨的臨界溫度為132.4℃，p﹥1.6MPa，為毒性中度危害的液體，所以為第一類介質(zhì)，PV=8.8×103 ，屬于第三類壓力容器，因此=1。</p><p>　　VI.內(nèi)壓容器的計算厚度</p><p>　　根據(jù)內(nèi)壓容器的計算厚度公式【2】： </p><p>　　取腐蝕裕量C2=2mm， 所以設(shè)計厚

17、度 。</p><p>　　由于GB 713《鍋爐和壓力容器用鋼鋼板》和GB 3513《低溫壓力容器用低合金鋼板》中列舉的鍋爐和壓力容器專用鋼板的厚允許偏差按GB/T 709中的B類要求，即厚度負偏差。</p><p>　　另外取負偏差， 所以名義厚度 ，經(jīng)過圓整后為18mm,在16～36mm之間，故假設(shè)是成立的。</p><p>　　.封頭壁厚的設(shè)計計算&

18、lt;/p><p>　　取腐蝕裕量C2=2mm，，另外取負偏差， 所以名義厚度 ，經(jīng)過圓整后為18mm,在16～36mm之間，故假設(shè)是成立的。</p><p><b>　　封頭參數(shù)：</b></p><p>　　取公稱直徑DN=2400mm，總深度H=640mm，內(nèi)表面積A=6.5453m2 ，容積V封=1.9905m3,直邊高度h=40mm&

19、lt;/p><p>　　2.1.2接管及接管法蘭設(shè)計</p><p>　　1，本次設(shè)計所用的接管的尺寸表如下所示：</p><p>　　2,本次設(shè)計所用的接管及管口表如下</p><p><b>　　表2管口表</b></p><p><b>　　3接管法蘭的選澤</b><

20、/p><p>　　查《壓力容器中化學介質(zhì)毒性危害和爆炸危害程度分類》HG-20660-2000得：液氨的毒性為中等危害，故采用帶頸對焊法蘭(WN)，密封面為凹面(FM)，帶加強環(huán)的纏繞式墊片和專用級緊固件結(jié)合。根據(jù)設(shè)計壓力為p=2.20MPa，操作溫度為—20~50℃，故采用鍛件，材料選16Mn，類別為1C1，由于設(shè)計壓力為p=2.20MPa，查《中華人民共和國化工行業(yè)標準.》HG/T 20592-2009得，PN2

21、5材料16Mn為的鋼制管法蘭材料的最大允許工作壓力25.0bar,因此該法蘭的公稱壓力為PN25，由于PN≤40,但介質(zhì)有毒，所以采用專用級全螺紋螺柱和型六角螺母</p><p>　　接管的法蘭結(jié)構(gòu)如下：</p><p>　　表3 接管法蘭結(jié)構(gòu)尺寸表【3</p><p>　　表5 接管法蘭標記</p><p>　　2.1.3人孔的結(jié)構(gòu)設(shè)

22、計</p><p><b>　　① .密封面的選擇</b></p><p>　　由于本次設(shè)計的介質(zhì)是中度危害的，所以本次設(shè)計采用凹凸法蘭密封面（MFM）。</p><p><b>　?、?.人孔的設(shè)計</b></p><p>　　本次設(shè)計的儲罐設(shè)計壓力為2.20MPa，根據(jù)《鋼制人孔和手孔》【3】，

23、采用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔。</p><p>　　該人孔標記為：人孔 </p><p>　　人孔和手孔統(tǒng)稱為檢查孔。壓力容器開設(shè)檢查孔是為了檢查壓力容器在使用過程中是否產(chǎn)生裂紋、變形、腐蝕等缺陷以及裝拆設(shè)備的內(nèi)部零件。人孔有圓形和長圓形兩種。壓力容器設(shè)人孔是為了檢查設(shè)備內(nèi)部空間以及裝拆設(shè)備的內(nèi)部零部件。人孔大小的設(shè)置原則是方便人的進出。因此人孔的公稱直徑規(guī)定為400~600mm,可根據(jù)容

24、器直徑及所處地區(qū)的冷暖程度來選擇。當人孔需要經(jīng)常打開時，可選用快開人孔。</p><p>　　容器的公稱直徑大于等于1000mm且筒體于封頭為焊接連接時，容器應(yīng)至少設(shè)置一個人孔。由于長度L=8000mm，故要開設(shè)兩個人孔。</p><p>　　圖3.1 人孔結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　表3.1 人孔結(jié)構(gòu)尺寸【3】</p><p>　　

25、2.1.4人孔的開孔補強計算</p><p>　　按照GB150殼體開孔滿足以下要求時，可不另行</p><p>　　1，設(shè)計壓力小于等于2.5MPa；</p><p>　　2，兩相鄰開孔中心的間距應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍；</p><p>　　3，接管的公稱外徑小于等于89mm；</p><p>　　4，接管厚度滿

26、足下表：</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　由于除人孔外，其他接管的外徑均小于89mm，故我們需要對人孔進行開孔補強。GB150采用等面積補強.。補強圈的寬度取為人孔寬度的2倍，補強圈的厚度為殼體的壁厚，材料與殼體相同，為Q345R，考慮到液氨的毒性程度為中度危害，補強圈的坡口形式選為D型，查JB/T 4736-2002知：DN450，=

27、18mm時，該補強圈的質(zhì)量為38.1㎏，可確定補強圈為： JB/T4736</p><p>　　2.1.5支座的設(shè)計</p><p><b>　　①.支座的選擇</b></p><p><b>　　鞍座結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　該臥式容器采用雙鞍式支座，材料選用Q235B。</p&g

28、t;<p>　　估算鞍座的負荷： </p><p><b>　　儲罐總質(zhì)量</b></p><p>　　—筒體質(zhì)量：=π×（2.4＋18×10-3）×8×7850×18×10-3＝8586.9kg —單個封頭的質(zhì)量：=911.3kg&l

29、t;/p><p>　　—充液質(zhì)量：ρ水﹥ρ液氨，m3=(1.9905×2+π/4×2.42×8) × 103=40172.1kg</p><p>　　—附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為245kg，有兩個人孔，其他接管質(zhì)量總和527.5+19.1981+20=566.7kg</p><p><b>　　綜上所述，</b>&

30、lt;/p><p>　　G=mg=501.3kN,每個鞍座承受的重量為250.65kN.</p><p>　　由此查JB4712.1-2007容器支座，選取重型，包角為150°，有墊板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下表4：</p><p>　　表4：鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸 單位：mm</p><p><

31、;b>　　②.鞍座位置的確定</b></p><p>　　通常取尺寸A=0.207L的值，考慮到支座截面處除彎矩以外的其他載荷，且支座截面處應(yīng)力較為復雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩，通常取尺寸A≦0.2L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過大。</p><p>　　L=8000+40×2=8080mm，則A≦0.2L=0.2

32、15;8080=1616mm</p><p>　　由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗變鋼度，故封頭對于圓筒的抗彎鋼度具有局部的加強作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對支座處圓筒截面的加強作用。因此，JB 4731還規(guī)定當滿足A≤0.2L時，最好使A≤0.5R m（）,即 </p><p><b>　　，取A=600mm</b></p><

33、;p>　　綜上有：A=600mm。</p><p><b>　　鞍座標記為： </b></p><p>　　2.1.6液面計及安全閥選擇</p><p>　　本次設(shè)計采用磁性液位計，普通型，壓力等級為2.5MPa。根據(jù)實際要求，選用液位計的長度為1700mm。標記HG/T21594-95Z-2.5FM-1700-LS。</p>

34、;<p>　　根據(jù)公稱壓力PN=2.5</p><p>　　和適用介質(zhì)，選擇型號為A41H-16C的安全閥。</p><p><b>　　2.1.7總體布局</b></p><p>　　液氨進氣管外伸度110mm，內(nèi)伸高度1450mm。液氨溫度計，排氣口，壓力表管外伸高度110mm，內(nèi)伸高度0mm。排污口管外伸度110m，內(nèi)伸高度

35、0m。排液口管外伸度110m，內(nèi)伸高度0m。安全閥外伸高度110mm，內(nèi)伸高度0mm。人孔外伸406mm，內(nèi)伸0mm。</p><p>　　接管與接管間距600mm，進液口接管與左側(cè)人孔間距600mm，加強圈外側(cè)與焊縫距離等于300mm,鞍座距封頭切線1132mm。</p><p>　　2.1.8焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計及焊條的選擇</p><p>　　綜合考慮各種因素，針對本

36、次設(shè)計儲存的介質(zhì)是中度毒性介質(zhì)，所以本次設(shè)計的殼體A、B類焊接接頭應(yīng)為X型的如圖。而對于法蘭與殼體、接管連接的接頭，應(yīng)采用全焊透接頭。</p><p>　　回轉(zhuǎn)殼體的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　回轉(zhuǎn)殼體的拼接接頭必須采用對接接頭。殼體上的所有縱向及環(huán)向接頭、凸形接頭上的拼接接頭，即A、B類接頭，必須采用對接焊（如下圖）。對接焊易于焊透，質(zhì)量容易保證，易于作無損檢測，可獲得最好的焊接接

37、頭質(zhì)量。</p><p>　　接管與殼體的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　接管與殼體及補強圈之間的焊接一般只能采用角焊和搭焊，具體的焊接結(jié)構(gòu)還與對容器的強度與安全的要求有關(guān)，涉及到是否開坡口、單面焊與雙面焊、焊透與否等問題。設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)壓力高低、介質(zhì)特性、是否低溫、是否需要考慮交變載荷與疲勞問題等來選擇合理的焊接結(jié)構(gòu)。</p><p>　　①無補強圈接管的焊接結(jié)

38、構(gòu)。</p><p>　?、趲аa強圈接管的焊接結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　焊條的選用</b></p><p><b>　　2.2強度校核</b></p><p>　　水壓試驗應(yīng)力計算并校核。</p><p>　　試驗壓力： =1.25P =1.25×2.20

39、×(185÷185)=2.75MPa.</p><p>　　有效厚度=δn——C1——C2 =18－0.3－2=15.7mm</p><p>　　校核圓筒應(yīng)力：= （D+）／2 =187.8MPa</p><p>　　﹤0.9φ[] = 0.9×0.85×345 =263.9MPa.</p><p>&

40、lt;b>　　校核合格。</b></p><p>　　由于液氨為中度危害的介質(zhì)且沒有易燃易爆的特性，故不需要進行氣密性試驗。</p><p>　　主要參考文獻（資料）：</p><p>　　過程裝備基礎(chǔ).太原理工大學.2011</p><p>　　TSG R0004-2009 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程.國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗

41、檢疫總局頒布，2009.8.31</p><p>　　HG 20660-2000 壓力容器中化學介質(zhì)毒性危害和爆炸危險程度分類 北京：全國化工工程建設(shè)標準編輯中心，2011</p><p>　　GB150-1998鋼制壓力容器 北京：中國標準出版社，1998</p><p>　　JB/T4736-2002,JB/T4746-2002.補強圈 鋼制壓力容器用封頭 國家

42、經(jīng)濟貿(mào)易委員會，2002</p><p>　　HG20592～20635-2009鋼制管法蘭 中華人民共和國工業(yè)和信息化部，2009</p><p>　　JB/T5117-1995碳鋼焊條和JB/T5118～1995低合金鋼焊條</p><p>　　JB4700～4707-2000.壓力容器法蘭.昆明:云南科技出版社,2000</p><p>