化工设备机械基础.docx

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1、化工设备机械基础课程设计设计题目：液氨贮罐的设计学院：环境与化学工程学院学号：0708010206姓名：指导教师：X岳峰日期：2010年12月25日设计任务书设计内容：根据给定的工艺参数设计一台液氨贮罐。已知参数：最高使用温度T=50oC公称直径DN=2600mm筒体长度（不含封头）1o=4200mm具体内容包括：1. 筒体材料选择2. 罐的结构及尺寸3. 罐的制造施工4. 零部件的型号及位置5. 相关校核计算设计人：s学号：0708010206下达时间：2010年11月19日完成时间：2010年12月25日目录1 .前言12 .设计参数的确定12.1 设计温度与设计压力的确定12.2 筒体材

2、料的选择12.3 封头的选择22.4 许用应力的确定22.5 焊接接头系数的确定33 .设计工艺计算33.1 筒体壁厚的计算33.2 封头壁厚的计算33.3 水压试验43.3.1 确定水压试验的试验压力值43.3.2 计算水压试验时的器壁应力值43.3.3 强度校核53.4 选择人孔并核算开孔补强53.4.1 人孔的选择53.4.2 开孔补强的核算63.5 选择鞍座并核算承载能力83.5.1 承载能力的核算83.5.2 鞍座的选择94.1 液面计的选择104.2 爆破片的选择104.3 选配工艺接管114.3.1 液氨进料管114.3.2 液氨出料管114.3.3 安全阀接口管114.3.4

3、放空阀接口管124.3.5 液面计接口管124.3.6 排污管125参数校核125.1 筒体轴向应力校核125.1.1 筒体轴向弯矩计算125.1.2 筒体轴向应力计算135.2 筒体和封头切向应力校核145.2.1 筒体切向应力计算155.2.2 封头切向应力计算155.3 筒体环向应力的计算和校核155.3.1 环向应力的计算155.3.2 环向应力的校核165.4 鞍座有效断面平均压力166设计汇总171 .刖百本设计题目为液氨贮罐的机械设计，要求综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、人孔、接管等进行设计,然后进行强度校核，最后形成合理的设计方案，

4、画出液氨贮罐的装配图。液氨的物化性质，无色液体，有刺激性恶臭味。分子式NH3,分子量17.03,相对密度07714g1,熔点-77.79,沸点-33.35C,自燃点651.11C,蒸汽密度0.6,蒸汽压1013.08kPa(25.7oC)o蒸气与空气混合物爆炸极限1625%(最易引燃浓度17%)。按氨在20C水中溶解度34%,25C时,在无水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醛,它是许多元素和化合物的良好溶剂。水溶液呈碱性QIN水溶液PH值为11.1。液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。遇热、明火,难以点燃而危险性较低；但氨和空气混合物达到上述浓度X围遇明火会燃烧和爆炸,

5、如有油类或其它可燃性物质存在,则危险性更高。与硫酸或其他强无机酸反应放热，混合物可达到沸腾。不能与下列物质共存：乙醛、丙烯醛、硼、环氧乙烷、次氯酸、硝酸、汞、氯化银、硫、锚、双氧水等。2 .设计参数的确定2.1 设计温度与设计压力的确定根据设计任务书要求简体的公称直径DN=2600mm,储S的最高工作温度为50C,此时液氨的饱和蒸汽压为2.033MPa(绝对压力)，容器的设计压力应该高于其最大工作压力，因此取此压强的11O倍作为设计压力，故设计压力PC为：Pc=(2.033-0.1)1.10=2.126MPa2.2 筒体材料的选择纯液氨腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,但由于压力较大,可以考虑20

6、R、16MnR这两种钢种。如果纯粹从技术角度看，建议选用20R类的低碳钢板,16MI1R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钢板为比较经济，且16MnR机械加工性能、强度和塑性指标都比较好,所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。2.3 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得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。由应力分析可知，椭圆形封头沿经线各点的应力是变化的，顶点处应力最大，在赤道上可能出现环向内压应力，对于标准椭圆形封头与壁厚相等的圆筒体相连

7、接时，其可以达到与筒体等强度。几何方面，就单位容积的表面积来说，以半球形封头为最小。椭圆形和蝶形封头的容积和表面积基本相同，可以近似认为相等。因此，从几何、力学和制造方面综合考虑，采用标准椭圆形封头最为合理。椭圆形封头的型式及尺寸按/T4737-95椭圆形封头的规定标准椭圆形封头的长短轴比值为2。封头材料与筒体一样为16MnRo2.4 许用应力的确定制造容器所用的钢板，其在设计温度下许用应力值的大小，直接决定着容器强度，是主要设计参数之一。在GB150钢制压力容器中，对钢板、锻件、紧固件均规定了材料的许用应力，16MnR的许用应力见表2.1。表2.1压力容器用16MnR钢板的许用应力钢号钢板标

8、准使用状态厚度mm常温强度指标在下列温度(C)下的需用应力/MPaObMPasMPa20IOO15061651034517017017016MnGB热轧，正火1636490325163163163R665436604703051571571572.5 焊接接头系数的确定焊缝区是容器上强度比较薄弱的地方。焊缝区强度降低的原因在于焊接时可能出现缺陷而未被发现；焊接热影响区往往形成出大晶粒区而使强度和塑性降低；由于结构刚性约束造成焊接内应力过大等。所以焊接接头采用V坡口双面焊接,采用全部无损检测,其焊接接头系数由焊接接头系数表查得0=1.00。3 .设计工艺计算3.1 筒体壁厚的计算筒体理论厚度计算

9、式为:PCDi2-p(3.1)其中设计压力Pc=2.126MPa,筒体内径DN=2600mm,设计温度下的许用应力ot=163MPa,焊接接头系数。=10。故筒体的理论厚度为：=PCDi2-p2.126x26002x163x1-2.126=17.067mm由钢板厚度负偏差表查得C1=0.8mm,由于液氨对金属有一定的腐蚀，取腐蚀裕量C2=2mm,所以筒体壁厚为：设计厚度sd=J+C2=17.067+2=19.067mm名义厚度n=d+C1=19.067+0.8=19.867mm圆整后为S=20mm,所以筒体的壁厚为20mm。3.2 封头壁厚的计算采用的是标准椭圆形封头，各参数与简体相同，其厚度

10、计算式为:PCDi2z-0.5p=17.01mm2.126x260021631-0.52.126设计厚度d=+C2=17.011+2=19.011名义厚度n=dC1=17.011+0.8=19.811圆整后2=20制，所以封头的壁厚为20mm。查得标准椭圆形封头的直边高度(/T4737-95)为%=50mm.3.3 水压试验3.3.1 确定水压试验的试验压力值根据公式，试验压力：尸7=等P(32)1crJ其中P试验压力，MPa；P-设计压力，MPa;耐压试验压力系数，查表知=1.25;、可分别为液压试验温度和设计温度下壳壁材料的许用应力，MPa。将p=2.126MPa,=t=163MPa代入式

11、(3.2)得液压试验的试验压力为：P=I。p=125163X2.126=2.658MPa,1633.3.2 计算水压试验时的器壁应力值试验时器壁的应力为：/J)(3.3)7次其中有效厚度=-C1-C2=20-0.8-2=172mm,故水压试验时的器壁应力值为：J(Rs)二5注(260017.2)=20234MPa2e217.21333强度校核查表2.1可知20mm的16MnR钢板的常温强度指标s=325MPa0所以Ms=0.93251=292.5MPa,Mr0.9,故所设计的器壁厚度满足水压试验耍求。3.4 选择人孔并核算开孔补强3.4.1 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

12、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。贮罐的工作温度为常温，设计压力为2.126MPa,故人孔的标准按公称压力为2.5MPa等级选取。考虑到人孔盖直径较大较重,故选用碳钢水平吊盖人孔（标准号HG21524-95）,带颈对焊法兰式。公称直径为450mm,突面法兰密封面（RF型）。该人孔结构中有吊钩和销轴，在检修时只需松开螺栓将盖板绕销轴旋转，即可轻松进入，而不必将其取下以节约维修时间。查得该人孔的有关数据如下：表3.1水平吊盖带颈对焊法兰人孔（突面）标准尺寸(mm)公称压力MPa公称直径dwSDD1dbbb2AH1H2do2.5450480z.6701

13、260045046404438032021436摘自HG21523-1995标准。该水平吊盖带颈对焊法兰式人孔标记为：HG21524-95人孔RFV（AG）450-2.5o其中RF指突面密封，V指接管与法兰的材料为16MnR,AG是指用普通石棉橡胶板垫片，450-2.5是指公称直径为450mm.公称压力为2.5Mpao表3.2人孔PN2.5DN450（HG21524-95）明细表1F标准号iO尺寸mm1筒节116MnRdwS=48012,H1=3202HGJ52-91法兰116Mn(锻件)3HGJ69-91垫片1石棉橡胶板6=3（代号A.G）4HGJ63-91法兰盖116MnRb=40,b2=

14、445HGJ75-91P螺柱2035M3321756螺母4025M337吊环1Q235-A.F8转臂1Q235-A.Fd0=369GB95-85垫圈201IOOHV10GB41-88螺母M2024级11吊钩1Q235-A.F12环1Q235-A.F13无缝钢管12014支承板116MnR3.4.2 开孔补强的核算由于人孔的筒节不是采用无缝钢管，故不能直接选用补强圈标准。由表3.1知本设计所选用的人孔筒节内径di=450mm,壁厚nt=12mro据此差得补强圈尺寸(/T4736-2002)为：外径D2=760mm,内径D1=450+212+14=488mmo开孔补强的有关计算参数如下：(1)筒体的计算壁厚：(2)开孔所需补强面积A内压容器的圆筒开孔后所需的补强面积为A=+2(1-)(3.4)式中d开孔直径，圆形孔取接管内直径加两倍壁厚附加量，mm;壳体开孔处的计算厚度，m