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1、 学号： 11024100504 11024100527 项目实习报告环戊二烯二聚罐机械设计学院 机电工程学院 专业过程装备与控制工程班级 装控11-5 学生 指导教师 设计时间 2014 年 6月 15 日至 2014 年 7 月10 日设计任务书设计题目： 环戊二烯二聚罐机械设计设计任务：设计一环戊二烯二聚罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计。包括筒体、封头、零部件的材料的选择及结构的设计；罐的制造施工及焊接形式等；设计计算及相关校核；各设计的参考标准；附CAD图。已知工艺参数如下：工作温度：T=79/60；公称直径：DN=2000；筒体长度（不含封头）：Lo=4500。任务下达
2、时间：2014年6月16日完成截止时间：2014年7月10日目录设计任务书I1 前言22 设计选材及结构42.1 工艺参数的设定42.1.1设计压力和设计温度42.1.2筒体的选材及结构42.1.3封头的结构及选材43 设计计算63.1 筒体壁厚计算63.2封头壁厚计算63.3压力试验74 附件选择84.1人孔选择84.2进出料接管的选择94.3液面计的设计104.4安全阀的选择104.5 鞍座的选择114.5.1鞍座结构和材料的选取114.5.2容器载荷计算114.5.3鞍座选取标准124.5.4鞍座强度校核125 容器焊缝标准145.1压力容器焊接结构设计要求145.2筒体与椭圆封头的焊接
3、接头145.3管法兰与接管的焊接接头145.4接管与壳体的焊接接头146 筒体和封头的校核计算166.1 筒体轴向应力校核166.1.1由弯矩引起的轴向应力166.1.2 由设计压力引起的轴向应力176.1.3 轴向应力组合与校核176.2筒体和封头切向应力校核187人孔开孔补强计算288 总结311 前言本设计是针对学校所安排的一次项目实习，要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计，并对不懂得问题与企业和学校的指导老师交流和沟通。本设计的液料为环戊二烯，环戊二烯，一种化学活性很高的脂环烃，分子式C5H6。存在于煤焦油中。石油馏分如石脑油或瓦斯油裂解时，也生成环戊二烯。无色液体。熔点97.5
4、42，沸点40，相对密度0.8021（204）。环戊二烯在室温下聚合，生成二聚环戊二烯，工业品也是二聚体；在100以上聚合，生成三聚体、四聚体。二聚环戊二烯熔点33.6，沸点170（分解）。二聚环戊二烯加热时部分分解成环戊二烯，在常压下进行蒸馏时，使分馏柱顶上的温度保持在4142，即可安全转变为环戊二烯。设计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选
5、用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。2 设计选材及结构2.1 工艺参数的设定2.1.1 设计压力和设计温度根据化学化工物性数据手册查得50蒸汽压为2032.5kpa，可以判断设计的容器为储存内压压力容器。按压力容器安全技术监察规程规定，盛装液化气体无保冷设施的压力容器，其设计压力应不低于液化气50时的饱和蒸汽压力，可取环戊二烯二聚罐的设计压力为0.53 Mpa，属于低压容器。工作压力最高为0.35MPa，而且查得当容器上装有安全阀时，取1.05
6、1.3倍的最高工作压力作为设计压力；根据安全阀爆破压力取0.53Mpa的压力合适。属于低压容器。设计温度为99摄氏度，在-20200条件下工作属于常温容器。2.1.2 筒体的选材及结构根据液氨的物性选择罐体材料，碳钢对液氨有良好的耐蚀性腐蚀率在0.1/年以下，且又属于中压储罐，可以考虑Q345R和Q245R这两种钢材。如果纯粹从技术角度看，建议选用Q345R类的低碳钢板， Q345R钢板的价格虽比Q245R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，Q245R钢板为比较经济。所以在此选择Q245R钢板作为制造筒体和封头材料。钢板标准号为GB6654-1996。筒体结构设计为圆筒形。因为作为容器主
7、体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，这类容器应用最广。2.1.3 封头的结构及选材 封头有多种形式，半球形封头就单位容积的表面积来说为最小，需要的厚度是同样直径圆筒的二分之一，从受力来看，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。椭圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀，但对于标准椭圆形封头与厚度相等的筒体连接时，可以达到与筒体等强度。它吸取了碟形封头深度浅的优点，用冲压法易于成形，制造比球形封头容易，所以选择椭圆形封头，结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成。查椭圆形封头标准（JB1154-73）表2.1 椭圆封
8、头标准公称直径DN曲面高度h1直边高度h2内表面积Fi/m2容积V/m32000500254.481.13封头取与筒体相同材料。3 设计计算3.1 筒体壁厚计算 查 压力容器材料使用手册-碳钢及合金钢得Q245R的密度为7.85g/cm3，熔点为1430，许用应力列于下表：表3.1 Q245R许用应力钢号板厚/在下列温度（）下的许用应力/MPa20100150200250Q245R616133133132123110163613313212611010436601331261191101016010012811511010392 圆筒的计算压力为0.53 Mpa,容器筒体的纵向焊接接头和封头的
9、拼接接头都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数为0.85,全部无损探伤。取许用应力为147 Mpa。壁厚： （3.1）钢板厚度负偏差,查材料腐蚀手册得50下液氨对钢板的腐蚀速率小于0.05/年，所以双面腐蚀取腐蚀裕量。所以设计厚度为：圆整后取名义厚度10。3.2 封头壁厚计算 标准椭圆形封头a:b=2:1 封头计算公式 ： （3.2）可见封头厚度近似等于筒体厚度，则取同样厚度。因为封头壁厚20则标准椭圆形封头的直边高度.3.3 压力试验水压试验，液体的温度不得低于5；试验方法：试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内的空气排尽，试验过程中，应保持容器外表面的干燥。试验时
10、压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于30min。然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间以便对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验。水压试验时的压力 (3.3)水压试验的应力校核：水压试验时的应力 (3.4)水压试验时的许用应力为 故筒体满足水压试验时的强度要求，校核通过。4 附件选择4.1 人孔选择人孔的作用：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。人孔的结构：既有承受压力的筒节、端盖、法兰、密封垫片、紧固件等受压元件，也有安置与启闭端盖所需要的轴、销、耳、把手等非受压件。人孔类型：从是否承压来看有常压人孔和承压人孔。从
11、人孔所用法兰类型来看，承压人孔有板式平焊法兰人孔、带颈平焊法兰人孔和带颈对焊法兰人孔，在人孔法兰与人孔盖之间的密封面，根据人孔承压的高低、介质的性质，可以采用突面、凹凸面、榫槽面或环连接面。从人孔盖的开启方式及开启后人孔盖的所处位置看，人孔又可分为回转盖人孔、垂直吊盖人孔和水平吊盖人孔三种。 壳体上开孔应为圆形、椭圆形或长圆形。当在壳体上开椭圆形或长圆形孔时，孔的长径与短径之比应不大于2.0。适用的开孔范围： 当圆筒内径Di1500 mm时，开孔最大直径d1/2Di，且d520 mm；当其内径Di1500 mm 时，开孔的最大直径d1/3Di，且d1000 mm。 尺寸表如下表4.1 人孔标准
12、尺寸表密封面型式PN/MpaDNdwsdDD1H1H2总质量kg突面2.5450480124506706003202142564.2 进出料接管的选择 材料：容器接管一般应采用无缝钢管，所以液体进料口接管材料选择无缝钢管，采用无缝钢管标准GB9948。材料为20。结构：接管伸进设备内切成45度，可避免物料沿设备内壁流动，减少物料对壁的磨损与腐蚀。接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考虑上述要求外，还需考虑焊接方法、焊接参数、加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。一般情况下，管壁厚不宜小于壳体壁厚的一半，否则，应采用厚壁管或整体锻件，以保证接管与壳体相焊部分厚度的匹配。不需另行补强
13、的条件：当壳体上的开孔满足下述全部要求时，可不另行补强。 设计压力小于或等于2.5Mpa。 两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。 接管公称外径小于或等于89。 接管最小壁厚满足以下要求。 表4.2 接管最小壁厚要求 接管公称直径/mm57766589最小壁厚/mm5.06.0因此热轧无缝钢管的尺寸为8912。 钢管理论重量为22.79/m。取接管伸出长度为150。 管法兰的选择：根据平焊法兰适用的压力范围较低（PN4.0Mpa）,选择突面板式平焊管法兰，标记为：HG20592-1997法兰RF(A)80-2.5,其中D=190,管法兰材料钢号（标准号）:20（GB711）。根据（美洲体系）钢制管法兰、垫片、垫片、紧固件选配表（HG20614-1997）选择：垫片型式为石棉橡胶板垫片(尚无标准号)，密封面型式为突面，密封面表面为密纹水线，紧固件型式为六角螺栓双头螺柱全螺纹螺柱。在离筒体底以上250处安装容器出料管，容器
