1、化工設備機械基礎課程設計題目：液氨貯罐的機械設計班級：07080102學號：0708010210姓名：楊_慧指導教師：崔岳峰2010沈陽理工大學環境與化學工程學院年11月設計任務書課題：液氨貯罐的機械設計設計內容：根據給定的工藝參數設計一個液氨貯罐已知工藝參數：最高使用溫度：T=50C公稱直徑：DN=2800mm筒體長度（不含封頭）：L0=4900mm具體內容包括：.筒體材料的選擇罐的結構及尺寸罐的制造施工零部件型號及位置、接口相關校核計算設計人：楊慧學號：0708010210下達時間：2010年11月19日完成時間：2010年12月20日目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK

2、l bookmark10 o Current Document .設計方案1. HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 設計原則1. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 設計參數的確定1. HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 設計結果2. HYPERLINK l bookmark18 o Current Document .設計計算4. HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 壁厚的設計4.筒體壁厚的設計4.封頭

3、壁厚的設計5.水壓試驗與強度校核5. HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 鞍座的設計6.罐體質量m6.封頭質量m26.液氨質量m36.附件質量m7. HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 人孔的設計及補強核算.7.人孔的設計7.人孔補強的核算8. HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 接口管的設計8.液氨進料管8.液氨出料管8.液面計接口管9.放空閥接口管9.安全閥接口管9.排污管9. HYPERLINK l bookmark28 o Current Do

4、cument .參數校核.10 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 筒體軸向應力校核10筒體軸向彎矩計算1.0筒體軸向應力計算1.1 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 筒體和封頭切向應力校核12筒體切向應力計算12封頭切向應力計算12 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 筒體環向應力校核13 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 鞍座有效斷面平均壓力13.設計匯總.15 HYPERLINK l bookm

5、ark38 o Current Document .總結1.6 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 參考文獻1.7計方案設計原則綜合運用所學的機械基礎課程知識，本著認真負責的態度，對貯罐進行設計。在設計過程中綜合考慮了經濟性，實用性，安全可靠性。各項設計參數都正確參考了行業使用標準或國家標準，目的是讓設計有章可循。本液氨貯罐屬于中壓容器，設計以“鋼制壓力容器”國家標準（GB150為依據，嚴格按照政府部門對“壓力容器安全技術監督教程”的規定進行設計。以安全為前提，綜合考慮質量保證的各個環節，盡可能做到經濟合理，可靠的密封性，足夠的安全壽命。其設計的

6、主要步驟如下：1）對設計中要用的各種設計參數進行計算和選取，以及根據制造容器的特殊要求選擇材料。2）利用計算公式對容器筒體和封頭壁厚的設計，以及封頭類型的選擇。3）根據鞍座承受的載荷而選用對稱布置的雙鞍座，再對容器進行各種應力分析和校核。4）從連接的密閉性和強度等出發，標準選用各種法蘭。5）根據以上的容器設計計算，畫出涉及總設備圖。設計參數的確定1）設計溫度:T=50C2）設計壓力：因為本貯罐在最高使用溫度50c下，氨的飽和蒸汽壓為2.033MPag色對壓強），取設計壓力為p=1.10X（2.0330.10133）=2.12MPa（表壓），容器上裝有安全閥時，可取1.05到1.11倍的最高工作

7、壓力作為設計壓力，這里取最高設計壓力為1.10倍。液柱靜壓力為Pi=DNp=2.8X562.90X9.81X10-6=0.0155MPa2.82X/X4.2=54.8010Mpam3,由化工設備機械基礎（趙軍，張有忱，段成紅編，P99,P127表96）可知，該設備為中壓儲存容器，即為第三類壓力容器。由于焊縫區是容器上強度比較薄弱的地方，要保證設備密封性能良好，故筒體焊接結構采用雙面焊或相當于雙面的全焊透的對接接頭，且全部無損探傷的，故取焊接頭系數小=1.07）許用應力：對于本設計是采用鋼板卷焊的筒體以內徑作為公稱直徑DN=Di=2800mm。假設16MnR鋼的厚度在16-36mm之間，根據化工

8、設備機械基礎（趙軍，張有忱，段成紅編，P125）表94,設計溫度下鋼板的許用應力J=163Mpa。常溫強度指標（b=490MPa、8=325Mpa。設計結果罐體：采用16MnR鋼板，DN=2800mm,Lo=4900mm,圓整后金=22mm封頭：采用DN280050=5000mm水壓試驗與強度校核19.2=194.554MPaC0.9磯=0.9X325X1.0=292.5MPa水壓試驗滿足要求。鞍座的設計首先對鞍座的負荷進行粗略性的計算一下貯罐總質量：m=mi+m2+m3+m4（2-6）式中mi罐體質量（kg）；質量（kg）；質量（kg）；質量（kg）罐體質量m根據化工設備機械基礎（董大勤主編

9、P195）續查表得，DN=2800mm,i=22mm條件下筒節鋼板質量qi=1531kg/m,所以mi=qiLo（2-7）于是mi=qiLo=1531X4.9=7501.9kg封頭質量m根據化工機械基礎（陳國恒主編P312）續查表得，DN=2800mm,壁厚=22mm,ho=50mm條件下橢圓型封頭質量q2=1570kg/m,故(2-8)m2=2q2于是m2=2q2=2X1570=3140kg液氨質量m3m3=Vp（2-9）式中V一主管容積（m3）;廠水的密度（kg/m3）；其中根據化工機械基礎（陳國恒主編P312,P315）續查表得，DN=2800mm,壁厚(n=22mm,ho=50mm條件

10、下1m高筒體的體積Vi=6.158m3,橢圓型封頭的容積V2=3.18m3,故V=V封+V筒(2-10)于是V=V封+V筒=2V2+L0Vi=2X3.18+4.9X6.158=36.53m3液氨在0c時的密度為64kg/m3,小于水的密度，故充液氨質量按水考慮。即p=1000kgzm3所以m3=V-仍6.531000=36530kg附件質量m人孔約重200kg,其他管的總和按300kg計，故m4=200+300=500kg設備總質量為m=m1+m2+m3+m4=7501.9+3140+36530+500=47671.9kg各鞍座的反力為F=mg/2=47.672)9.81/2=233.8KN,

11、由化工容器設備簡明設計手冊(賀匡國編著P606)表40查得，所以選用輕型(A型)120。包角帶墊板鞍座，鞍座寬度為b=300mm,腹板厚10mm,墊板寬610mm,墊板厚8mm。鞍座標記為：JB/T47121992鞍座A2800FJB/T47121992鞍座A2800S因為0.2L0.5R,取鞍座位置A=0.5R=0.5X1400=700mm人孔的設計及補強核算人孔的設計人孔的類型很多，選擇使用上有較大靈活性，其尺寸大小及位置以設備內件安裝和工人進出方便為原則。根據貯罐是在常溫及最高工作壓力為2.12MPa的條件下，人孔標準應按公稱壓力為2.5MPa的等級選取。受壓設備的人孔蓋質量大，一般均選

12、用吊蓋式或轉蓋式人孔。吊蓋式使用方便，墊片壓緊較好，回轉蓋式人孔結構簡單，轉動時所占空間平面較小，如布置在水平位置時，開啟時較為費勁。所以最好選水平吊蓋人孔。該人孔標記為：HG215231995人孔RFIV(AG)4502.5其中RF指突面封閉，IV指接管于法蘭的材料為20R,AG是指用普通石棉橡膠板墊片，4502.5是指公稱直徑為450mm、公稱壓力為2.5MPa。人孔補強的核算由于人孔的筒節不是采用無縫鋼管，故不能直接選用補強圈標準。根據化工設備課程設計指導書(方書起主編P76)附表348查得，接管公稱直徑為450mm時補強圈外徑為760mm。而內徑按補強圈坡口類型確定。本次設計選用C型2

13、0(C=10)。故內徑為：(2-11)(2-12)Di=di+2C+(1216)所以內徑為Di=di+2C+(1216)=450+2X10+15=485mm補強圈厚度按下式估算一下：(di2C)補二二D2D1式中6一計算厚度(mm)。混的百卉(di2C)450210220.8”“補強圈厚度補-=36.23mmD2D1760485考慮到筒體與人孔筒節均有一定的壁厚裕量，故補強圈取壁厚取36mm。接口管的設計液氨進料管液氨進料管采用小57mme3.5mm無縫鋼管，管的一端切成45角形，伸入液氨貯罐內少許，為的是避免物料沿設備內壁流動以減小腐蝕，為了在短時間內將物料注滿容器,再配用具有突面密封的平焊

14、法蘭，法蘭標記：HG20592法蘭SO50-2.5RF16MnR因為殼體名義厚度(d=22mm12mm,接管公稱直徑小于80mm,故不用補強。液氨出料管在化工生產中，需要將液體介質運送到與容器平行的或較高的設備中去，且獲得純凈無雜質的物料。如前面第一章中討論結果液氨出料管采用可拆的壓出管小25mm3mm將它用法蘭套在接口管小38mm3.5mnrt,罐體的接口管法蘭采用法蘭HG20592法蘭SO3225RF16MnR。與該法蘭相匹配并焊接在壓出管的法蘭上，具連接尺寸和厚度與HG20592法蘭SO3225RF16MnR相同，但其內徑不同為25mm,液氨壓出管法蘭HG20592法蘭SO3225RF1

15、6MnR。這類都屬于小型管，不補強，壓出管伸入貯罐2.5m液面計接口管液面計是用來觀察設備內部液位變化的一種裝置，通過測量液位來確定容器中物料的數量，由于設備不太大而且壓力較小，物料純凈，故液氨貯罐常用玻璃液面計，由于貯罐公稱直徑2800mm選擇長度為1400mm液面計兩支，體材料（針型閥）為碳鋼，體溫型，液面計接管為無縫鋼管，液面計相匹配的接口管尺寸為：432m由2.5mm平焊法蘭HG5010-58Pg16Dg25液面計標記為：玻璃管液面計AIW-1200HG5-227-80。放空閥接口管為了在注入液體時，將容器內的空氣排到罐體外以便能順利快速的注入，需要安放放空閥，采用（|）32m由2.5

16、mm無縫鋼管，法蘭為HG20592法蘭SO252.5RF16MnR安全閥接口管安全閥是通過閥的自動開啟排出氣體來降低容器內過高的壓力。為了操作的安全，因此安設一安全閥。采用（|）32m由2.5mm無縫鋼管，法蘭為法蘭為HG20592法蘭SO252.5RF16MnR（尺寸由安全閥泄漏放量決定）。排污管在清洗貯罐式，為了能夠將廢液完全排除貯罐外，液氨介質會腐蝕罐壁而出現沉淀，故選擇在貯罐右端最底部安設排污管一個，管子規格為457m由3.5mm,管端焊有一與截止閥J41W16相匹配的管法蘭HG25092法蘭SO502.5RF16MnR。排污管與罐體連接處焊有一厚度為10mm的補強圈。3.參數校核筒體

17、軸向應力校核筒體軸向彎矩計算筒體中間處截面的彎矩 TOC o 1-5 h z 2212Rmh；M1(3-1)FL1L24A14hiT3L式中F一鞍座反力（N）;Rm橢圓封頭外半徑（mm）;L一兩封頭切線之間的距離（mm）;A鞍座位置（mm）;hi一封頭短軸內半徑（mm）；其中RmDN2800 2221411mm所以M112Rmh：FL1L241%3L,2141127002一一174A=233800500050002T-44700L1-3500047008=1.111085000Nmm支座處截面上的彎矩M2=fa1ARmh：L2AL14hi=-233800X700X3L TOC o 1-5 h

18、z 22,70014117001(3-2)1500027005000=-6.61107Nmm(47001350003.1.2筒體軸向應力計算由封頭加強筒體，有加強圈存在，所以根據化工機械工程手冊(上卷)P1199表11.411查得K1=K2=1.0。經過上面的計算知M1M2,且A&Rm/2=705.5mm,所以最大軸向應力出現在跨中面，校核跨中面應力(1)由彎矩引起的軸向應力圓筒中間截面上最高點處：(3-3)M13.14Rme于是1M13.14R2 e8二 1.11 10- 3.14 14112 19.2=-0.90MPa取低點處位=-o1=0.90Mpa鞍座截面處最高點處:M2 03=-3.

19、14(46.61 10723.14 1.0 14112 19.20.55MPa最低點處:_ M2但=z3.14K2R2te6.61 1073.14 1.0 14112 19.20.55MPaPRm2 e(2)由設計壓力引起的軸向應力于是PRm = 2.12 14112 e 2 19.277.90Mpa(3-4)(3)軸向應力組合與校核最大軸向拉應力出現在筒體中間截面最低點處，因此得出：(2=op+o2/77.90+0.9=80.80MPa(3-5)許用軸向拉力應力，=163Mpa,出J公格。最大軸向壓應力出現在筒體充滿水時，在筒體中間截面最高點處oi=-1=-0.90Mpa軸向許用應力A=0.

20、094te0.094 19.2Ri14000.001289(3-6)根據A值查外壓容器設計的材料溫度線圖 化工設備機械基礎(P152圖119), 得B=130Mpa,取許用壓縮壓力同=130Mpa,回熨說明是合格的。3.2筒體和封頭切向應力校核筒體切向應力計算K3 FR m e(3-7)同樣由化工機械工程手冊(上卷)P11-100表11.4-12查得K3=0.880, K4=0.401。于是=K3 F =0.880 233800- Rm e 1411 19.27.59MPa封頭切向應力計算 封頭剪應力計算公式：K4 FR m e(3-8)于是代入各項數據hK F =0.401 2338003.

21、46MPaRm e 1411 19.21.25 th 1.25 tKPDn2the1.25 163 1 212 2800 49.17Mpa2 19.21.25 th合格筒體環向應力校核假設墊片不起作用，在鞍座處橫截面最低點出:(3-9)kK5Feb2式中b2一筒體有效寬度。根據化工機械工程手冊（上卷）P11101表11.413查得K5=0.7603,K6=0.0132式中k=0.1考慮到容器焊接在鞍座上b2b1.56TRTT(3-10)式中b一支座軸向寬度。于是b2b1.56.Rme=300+1.56141119.2=556.77mm同理,kF = 0.1 0.7603 233800eb2 -

22、19.2 556.771.66 Mpa鞍座邊角處軸向應力：因為L/Rm=5000/1411=3.548F 3K6F .24b2 e 2 e2338003 0.0132 233800556.774 19.2一 一一22 19.2218.03Mpa (3-11)軸向應力校核:t163MPat61.251.25163203.75MPa鞍座有效斷面平均壓力支座承受的水平分力Fs=K9F（3-12）同樣由化工機械工程手冊（上卷）P11-103表11.4-15查得K9=0.204。即Fs=K9F=0.204X233800=47695.2N鞍座有效斷面平均應力：Fs(3-13)式中Hs一鞍座計算高度；B0一鞍座腹板厚度其中Hs取鞍座實際高度（H=250mm）和Rm/3=1411/3=470.33mm中的最小值，即Hs=250mm。腹板厚度bo=（2Ci=100.8=9.2mm于是Fs9Hsbo47695.220.74MPa2509.2sa2 140 93.3 Mpa應力校核式中sa140MPa,鞍座材料Q235AF的許用應力。4.設計匯總在舁廳P名稱指標1設計壓力2.12MPa/2工作溫度500C/3物料名稱液氨/4容積36.53m3/5筒體DN280022,L500016MnR6封頭DN280022,h40JB/T4712-