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1、设计任务书1. 设计课题：液氨贮罐的机械设计2. 工艺参数最高使用温度：T=50公称直径：DN=2800mm筒体长度（不含封头）：L0=5200mm3. 设计内容1. 筒体材料的选择2. 罐的结构尺寸3. 罐的制造施工4. 零部件型号及位置5. 相关校核计算4. 设计人：卢思聪5. 学号：07080102216. 下达时间：2010年11月19日7. 完成时间：2010年12月21日目录设计任务书I1 前言12 设计思想及基本参数22.1 设计思想22.2 基本设计参数23 材料结构的选择与论证33.1 材料的选择33.2 结构选择与论证4 贮罐结构形式的选择4 封头的选择4 人孔的选择4 法
2、兰的选择53.2.5 支座的选择64 设计计算74.1 筒体厚度的计算74.2 封头厚度的计算74.3 水压实验及强度校核84.4 选择人孔及核算开孔补强94.5 核算承载能力及选择鞍座115 附件的选择与确定135.1 选择液面计135.2 选择工艺接管135.2.1 液氨进料管135.2.2 液氨出料管13 排污管145.2.4 安全阀接管145.2.5 放空接管145.2.6 液面计接管146参数校核156.1 筒体轴向应力校核156.1.1 筒体轴向弯矩计算15 筒体轴向应力计算166.2 筒体和封头切向应力校核17 筒体切向应力计算17 封头切向应力计算176.3 筒体环向应力校核1
3、76.3.1 环向应力计算176.3.2 环向应力校核186.4 鞍座有效断面平均压力187 设计总汇208 液氨储罐装配图219 结束语2210 参考文献231 前言本次课程设计是在我们学完化工设备机械基础这门课程后开的课程设计，任务是设计一台液氨贮罐，以提高我们对理论知识的理解和运用。在设计中通过工艺计算及查阅了相关的资料，按照设计任务对液氨贮罐的材料结构和相应的型号进行了确定，并用CAD工具绘制成图。由于个人的知识水平有限，若在设计中有不足和错误之处，还望老师指正。2 设计思想及基本参数2.1 设计思想化工容器设计的基本要求是安全性与经济性，安全是核心问题，在充分保证安全的前提下尽可能做
4、到经济。首先根据设计任务及基本参数，查阅各种国家规定的设计标准进行容器的选型、基本结构的确定和材料的选择，其中包括贮罐类型的选择，容器用钢材料的选择，封头的选择，人孔的选择，法兰的选择，液面计的选择，支座的选择。然后再根据设计参数进行工艺计算，设计出容器各组成部分的工艺数据，其中包括筒体的厚度，封头的厚度，水压实验及强度核算，人孔及开孔补强，承载能力及鞍座的设计等等。最后对设计出的结果进行总汇并做出所设计贮罐的装配CAD图。2.2 基本设计参数最高使用温度：T=50公称直径：DN=2800mm筒体长度（不含封头）：L0=5200mm查表可知50时液氨的饱和蒸汽压为P=2.033Mpa（绝对压力
5、）此压力即为容器的最大工作压力。容器的设计压力应该高于其最大工作压力，对于装有安全阀的容器，其设计压力不得低于安全阀的开启压力，安全阀的开启压力是根据容器最大工作压力调定，据此，取最大压力的1.10倍作为容器的设计压力，则设计压力p=1.1（2.033-0.101）=2.1252Mpa（表压），取p=2.2Mpa（表压）。3 材料结构的选择与论证3.1 材料的选择钢材根据化学成分，压力容器用钢可分为碳素钢、低合金钢和高合金钢。在设计和制造化工容器时，选择容器用钢必须综合考虑：容器的操作条件，材料的使用性能，材料的加工工艺性能，经济的合理性。并且必须符合GB150-1988钢制压力容器的要求。由
6、于设计要求最高使用温度：T=50，设计压力P=2.2Mpa（表压），液氨低腐蚀，该容器属于中压、低温范畴，同时温度和压力有波动。对材料的要求应是耐压，耐低温，且抗压力波动。根据选材原则优先考虑16MnR、15MnVR、15MnTi等钢材。再考虑到经济性选择16MnR为设计容器筒体和封头所用钢材。在GB 150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3-1。表3.1 压力容器用16MnR钢板的许用应力钢号钢板标准使用状态厚度mm常温强度指标在下列温度()下的需用应力/MPabMPasMPa2010015016MnRGB 6654热轧，正火6165103
7、4517017017016364903251631631633660470305157157157优质低碳钢的强度较低，塑性好，焊接性能好，因此在化工设备制造中常用作热交换器列管、设备接管、法兰的垫片包皮。优质中碳钢的强度较高，韧性较好，但焊接性能较差，不宜用作接管用钢。由于接管要求焊接性能好且塑性好。故选择10号优质低碳钢的普通无缝钢管制作各型号接管。由于法兰必须具有足够大的强度和刚度，以满足连接的条件，使之能够密封良好，选择相应的钢材。3.2 结构选择与论证 贮罐结构形式的选择贮罐的结构形式主要有卧式贮罐、立式贮罐和球形贮罐。根据设计要求，作为储存液氨的容器一般选用地面卧式储罐，主要由筒体
8、、封头和支座组成。3.2.2 封头的选择化工容器上常用的封头型号有半球形封头，椭圆形封头，锥形封头，平盖型。半球形应力小，但深度大，冲压困难，制造困难，一般用于高压容器上。椭圆形应力分布比较均匀，深度小，易于冲压成型。是目前中低压容器中应用较广泛的封头之一。所以本设计选用椭圆形封头。锥形封头一般多用于立式容器上，故不选用。平盖型结构简单，制造容易，但材料耗费多。故不选用。总之，从受力情况，制造角度以及费用综合考虑后，本设计选用标准椭圆形封头。3.2.3 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。选用时应
9、综合考虑公称压力、公称直径(人、手孔的公称压力与法兰的公称压力概念类似。公称直径则指其简节的公称直径)、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很多，选择使用上有较大的灵活性，其尺寸大小及位置以设备内件安装和工人进出方便为原则。由于贮罐是在常温及最高压力为2.2MPa下工作，人孔标准按公称压力2.5MPa的压力等级选取。又人孔盖直径较大且质量较重，选用水平吊盖法兰人孔，因为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3.2 水平吊盖带颈对焊法兰人孔(突面)标准尺寸 (mm)公称压力MPa
10、公称直径dWSDD1dbb1b2AH1H2d02.54504801267060045046404438032021436该水平吊盖带颈对焊法兰人孔的标记为：HG21524-95 人孔RF （AG）450-2.5 其中RF指突面密封，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2.5 Mpa。表3.3 人孔PN2.5 DN450(HG21524-95)明细表件号标准号名称数量材料尺寸/mm1筒节116MnRdWS=48012，H1=3202HGJ52-91法兰116Mn(锻件)3HGJ69-91垫片1石棉橡胶板=3(代号A.G)
11、4HGJ63-91法兰盖116MnRb1=39， b2=445HGJ75-91P螺柱2035M3321756螺母4025M337吊环1Q235-A.F8转臂1Q235-A.Fd0=369GB95-85垫圈201100HV10GB41-88螺母M2024级11吊钩1Q235-A.F12环1Q235-A.F13无缝钢管12014支承板116MnR3.2.4 法兰的选择压力容器法兰的标准（JB/T47047072000）压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。甲型平焊法兰有PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa，在较小范围内（DN300 mm 20
12、00 mm）适用温度范围为-20300。乙型平焊法兰用于PN0.25 MPa1.6 MPa压力等级中较大的直径范围，适用的全部直径范围为DN300 mm 3000 mm，适用温度范围为-20350。 对焊法兰具有厚度更大的颈，进一步增大了刚性。用于更高压力的范围（PN0.6 MPa6.4MPa）适用温度范围为-2045。法兰设计优化原则：法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。管法兰、钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照原化学工业部于1997年颁布的钢制管法兰、垫片、紧固件标准（HG20592HG20635-1997）的规定。3.2.5 支座的选择
13、卧式容器的支座应用最普遍，而且有标准可查的是鞍式支座，简称鞍座，鞍座标准是（JB/T4712-92）。鞍座分为A型（轻型）和B型（重型）两类，每种形式的鞍座又分为固定式支座（F）和滑动式支座（S）两种。鞍座的尺寸是由公称直径确定的。本设计公称直径DN=2800mm 1000mm，则选用轻型A双鞍座，焊制、120包脚、带垫板、一为固定式F型一为滑动式支座S型。4 设计计算4.1 筒体厚度的计算筒体的理论计算壁厚公式为： (4.1)式中 筒体的理论计算壁厚，mm； pc筒体计算压力，MPa； Di筒体内径，mm； t钢板在设计温度下的许用应力，MPa;焊接接头系数，其值为1.0（双面焊对接接头，100%探伤）。取计算压力pc=p=2.2MPa，筒体内径Di=DN=2800mm，查表3.1知16MnR在设计温度为50时的许用应力为t=163MPa，将这些数值代入公式(4.1)计算出筒体的计算厚度为：由于液氨对金属有一定的腐蚀，取腐蚀裕量C2=2mm，故筒体的设计厚度为：由钢板厚度负偏差表查得C1=0.8mm，故名义壁厚为：圆整后取n=22mm。4.2 封头厚度的计算采用的是标准椭圆形封头，各参数与筒体相同，其厚度计算式为：设计厚度为：名义厚度为：圆整后取n=22mm。查得标准椭圆形封头的直边高度(JB/
