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1、下载可编辑化工设备机械基础课程设计题 目：液氨贮罐的机械设计姓 名：石贤财学 号：2012115107指导教师：徐想娥2014年6月.专业.整理. 设计任务书课 题：液氨贮罐的机械设计设计内容：根据给定工艺参数设计一台液氨贮罐已知工艺参数：最高使用温度：T=40公称直径：DN=2600mm筒体长度（不含封头）：L0=4800mm具体内容包括：1.罐体及封头壁厚设计2.鞍座的选择4.人孔的选择5.各类接管和法兰的确定设 计 人：学 号：下达时间：完成时间：目录1设计方案311设计原则312设计参数的确定313设计结果42各种参数设计计算621壁厚设计6211筒体壁厚设计6212封头壁厚设计621
2、3封头水压试验与强度校核722鞍座设计7221罐体质量m17222封头质量m28223液氨质量m38224附件质量m4823人孔设计9231人孔的设计9232人孔补强的确定924接口管设计9241液氨进料管设计9242液氨出料管设计9243液面计接管设计10244放空阀接口管设计10245安全阀接口管设计10246排污管103参数校核1131筒体轴向应力校核11311筒体轴向弯矩计算11312通体轴向应力计算1232筒体和封头切向剪应力校核13321筒体切向应力计算13322封头切向剪应力计算1333筒体环向应力校核14331环向应力计算14332环向应力校核1534鞍座有效断面平均应力154
3、符号及公式对照表1641符号对照表1642公式对照表175总结19参考文献201设计方案11设计原则本液氨贮罐属于中压容器，设计以“钢制压力容器”国家标准（GB150）为依据，严格按照政府部门对压力容器安全监督的法规“压力容器安全技术监督教程”的规定进行设计。以安全为前提，综合考虑质量保证的各个环节，尽可能做到经济合理，可靠的密封性，足够的安全寿命。其设计的主要步骤如下：1）对设计中要用的各种设计参数进行计算和选取，以及根据制造容器的特殊要求选择材料。2）利用计算公式对容器筒体和封头壁厚的设计，以及封头类型的选择。3）根据鞍座承受的载荷而选用对称布置的双鞍座，再对容器进行各种应力分析和校核。4
4、）从连接的密封性，强度等角度出发，标准选用各种法兰。12设计参数的确定1）设计温度：T=402）设计压力：本贮罐在最高使用温度40下，氨的饱和蒸汽压为1.555Mpa（绝对压强），故取设计压力为p=1.08(1.555-0.10133)=1.5699636Mpa（表压），原因是因为容器上装有安全阀时，可取1.05到1.11倍的最高工作压力作为设计压力，这里取最高设计压力为1.08倍。3）材料的选择：由操作条件分析，该容器属于中压，常温范畴。在常温下材料的组织和力学性能没有明显变化。考虑到材料的机械性能、焊接性能、腐蚀情况、强度条件、钢板价格、钢板的耗材量与质量等要求，根据化工设备机械基础（董大
5、勤，高炳军，董俊华，P196）表86钢板选用表，筒体和封头的材料选择钢号为16MnR的钢板。接管材料选用10号钢管（许用应力：=t=121Mpa）（化工设备机械基础（董大勤，高炳军，董俊华，P201）表88钢管许用应用表），法兰材料选用16Mn（锻），鞍座底板材料选用16MnR，鞍座其余材料选用Q235AF。4）钢板厚度负偏差：由化工设备机械基础（董大勤，高炳军，董俊华，P211）对压力容器用的低合金钢钢板（GB713-2008）和不锈钢（含耐热钢）钢板（GB24511-2009），钢板负偏差C1=0.8mm。5)腐蚀裕量：根据化工设备机械基础（董大勤，高炳军，董俊华，P211）知腐蚀裕量由介
6、质对材料的均匀腐蚀速率与容器的设计寿命决定。腐蚀裕量C2=n，其中为腐蚀速率；n为容器的设计寿命。根据腐蚀数据与选材手册（左景伊，左禹编著P216）钢铁对于氨气和液氨有优良的耐蚀性，腐蚀率在0.1mm/a以下。且设计贮罐为单面腐蚀，故取C2=2.0mm。6）焊接头系数：本次设计是液氨贮罐的机械设计。氨属于中度毒性物质，要保证设备密封性能良好，故筒体焊接结构采用双面焊接或相当于双面的全焊透的对接接头，且全部无损探伤的，故取焊接头系数=1.0。7)许用应力：对于本设计是用钢板卷焊的筒体以内径作为公称直径DN=D1=2600mm。假设16MnR刚的厚度在1636mm之间，设计温度下钢板的许用应力t=
7、163Mpa。常温强度指标b=490Mpa、s=325Mpa。13设计结果罐体：采用16MnR钢板，DN=2600mm，L0=4800mm，n=18mm封头：采用DN22001816MnR JB/T4737鞍座：采用JB/T471292 鞍座A2200F JB/T471292 鞍座A2600S人孔：采用HG2152395人孔RF（AG）4502.5液氨进料管：采用57mm3.5mm无缝钢管液氨出料罐：采用可拆的压出管25mm3mm，将它与法兰套在接口管38mm3.5mm内排污管：采用57mm3.5mm的管子液面计：采用玻璃管液面计BIW PN1.6，L=1000mm，HG522780放空阀接口
8、管：采用32mm3.5mm无缝钢管，法兰HG20592，法兰SO251.6RF 16MnR安全阀接口管：采用32mm3.5mm无缝钢管，法兰HG20592 ，法兰SO251.6RF 16MnR2各种参数设计计算21壁厚设计211筒体壁厚设计根据化工设备机械基础（董大勤编P172），将计算厚度与腐蚀裕量作为设计厚度，即： + （2-1）式中：d设计厚度（mm）； C2腐蚀裕量（mm）； Pc圆筒的设计压力（Mpa）； Di圆筒的公称直径（mm）； 焊接接头系数； t钢板在设计温度下的许用应力（Mpa）。于是 + =1.5699636Mpa2600/（21631.00-1.5699636）+2.0
9、=14.58177738866mm将设计厚度加上钢板负偏差后向上圆整到钢板的标准规格的厚度，圆筒的名义厚度：n=dC1 （2-2）即 n=dC1=14.6+0.8+=16mm。圆整后取n=16mm厚的16MnR钢板制作筒体。有效厚度：e=nC1C2 （2-3）所以 e=nC1C2=160.82.0=13.2mm212封头壁厚设计由于椭圆封头厚度的计算公式和筒体厚度的计算公式几乎一样，说明园筒体采用标准椭圆圆封头，其封头厚度近似等于筒体厚度，这样筒体和封头可采用同样厚度的钢板来制造。故采用标准椭圆型封头。由化工设备机械基础（董大勤编，P214）知，h=，封头的直边高度与封头公称直径有关，封头公称
10、直径小于等于2000mm时，=25mm，封头公称直径大于2000mm时，=40mm。封头的设计厚度： （2-4）即=1.569963626001/（21631.00）+2.0=14.5211821mm考虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量，需圆整，封头的名义厚度仍利用公式（2-2）于是n=dC1=14.5211821+0.8+=16mm。圆整后取n=16mm厚的16MnR钢板制作封头。椭圆封头标记为：椭圆封头DN26001616MnR JBT4737封头的有效厚度由公式（2-3）计算，于是e=nC1C2=160.32.0=13.2mm由化工设备机械基础（董大勤编，P214）得标准椭圆封头的直边厚度h0
11、=40mm。故两封头切线之间的距离为L= L02h0=4800+240=4880mm。213封头水压试验与强度校核根据化工设备机械基础（董大勤编，P460）公式 （2-5）式中:pt试验压力（Mpa）； e有效厚度（mm）； s强度指标（Mpa）。其中pt=1.25p=1.251.5699636=1.9624545Mpa e =13.7mm s=325Mpa于是=194.25326Mpa0.9s=0.93251.0=295.2Mpa因此，水压试验满足强度要求。22鞍座设计首先，粗略计算鞍座负荷贮罐总质量：m=m1m2m3m4 （2-6）式中：m1罐体质量（kg）； m2封头质量（kg）； m3
12、液氨质量（kg）； m4附件质量（kg）。221罐体质量m1根据化工设备机械基础（董大勤P227）表查得，DN=2600mm，壁厚n=16mm条件下筒节钢板质量q1=1032kg/m，故m1=q1L0 （2-7） 于是m1=q1L0=10324.8=4953.6kg 222封头质量m2根据化工设备机械基础（董大勤P230）续表查得，DN=2600mm，壁厚n=16mm，h0=40mm条件下， （2-8）于是m2=8.512.6137+24.72.61370.04 0.01371000Kg=831.833658Kg2 23液氨质量m39液氨质量公式 m3=V （2-9）式中：V主管容积（m3）； 水的密度（kg/m3）。其中根据化工机械基础（陈国恒编P312，）续表查得，DN=2600mm,壁厚n=16mm，h0=40mm条件下1m高筒体的体积V1=5.309m3，椭圆型封头的容积V2=，故 V=V封V筒 （2-10）于是V=V封V筒=2V2+L0V1=22.51296+4.85.309=30.50913m3液氨在0时的密度为64kg/m3，小于水的密度，故充液氨质量按水考虑。即=1000kgm3。所以，m3=V=30.509131000=30509.13kg224附件质量m4人孔约重200kg，其他管的总和按300kg计，故 m4=200
