过程装备与控制工程课程设计-45立方米液氨储罐设计-精品Word格式文档下载.doc
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液氯储存站
3
最高工作压力
MPa
由介质温度确定
4
工作温度
-20～45
℃
5
公称容积（Vg）
10/16/20/25
M3
6
工作压力波动情况
可不考虑
7
装量系数（φV）
0.9
8
工作介质
液氯（高度危害）
9
使用地点
室内
10
安装与地基要求
11
其它要求
管口表
接管代号
公称尺寸
连接尺寸标准
连接面形式
用途或名称
a
DN80
HG20595-1997
FM
液氯进口管
b
安全阀接口
c1-2
DN500
人孔
d
DN65
空气进口管
e
空气出口管
f
DN25
压力表接口
g1-2
DN20
液位计接口
h
液氯出口管
2．设计内容
1）设备工艺、结构设计；
2）设备强度计算与校核；
3）技术条件编制；
4）绘制设备总装配图；
5）编制设计说明书。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：
1）设计说明书：
主要内容包括：
封面、设计任务书、目录、设计方案的分析和拟定、各部分结构尺寸的设计计算和确定、设计总结、参考文献等；
2）总装配图
设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字书写采用仿宋体、内容要详尽，图纸采用计算机绘制。
4．主要参考文献：
[1]国家质量技术监督局，GB150-1998《钢制压力容器》，中国标准出版社，1998
[2]国家质量技术监督局，《压力容器安全技术监察规程》，中国劳动社会保障出版社，1999
[3]全国化工设备设计技术中心站，《化工设备图样技术要求》，2000，11
[4]郑津洋、董其伍、桑芝富，《过程设备设计》，化学工业出版社，2001
[5]黄振仁、魏新利，《过程装备成套技术设计指南》，化学工业出版社，2002
[6]国家医药管理局上海医药设计院，《化工工艺设计手册》，化学工业出版社，1996
[7]蔡纪宁主编，《化工设备机械基础课程设计指导书》，化学工业出版社，2003年
5．设计成果形式及要求：
1）完成课程设计说明书一份；
2）草图一张（A1图纸一张）
3）总装配图一张（A1图纸一张）；
6．工作计划及进度：
2011年06月13日：
布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤
06月13日～06月17日：
机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制
06月17日～06月22日：
设计图纸绘制（草图和装配图）
06月22日～06月24日：
撰写设计说明书
06月24日：
答辩及成绩评定
系主任审查意见：
签字：
年月日
前言
压力容器的用途十分广泛。
它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。
压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。
此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。
压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。
目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。
本次课程设计目的主要是使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程；
掌握查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证；
掌握电算设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算机操作和专业软件的使用；
掌握工程图纸的计算机绘图。
目录
1工艺设计…………………………………………………………1
1.1存储量…………………………………………………………1
1.2设备的选型及轮廓尺寸………………………………………1
2筒体及封头设计…………………………………………………2
2.1材料的选择……………………………………………………2
2.2筒体壁厚设计计算……………………………………………2
2.3封头壁厚的设计计算…………………………………………3
3接管及接管法兰设计……………………………………………4
3.1接管尺寸选择…………………………………………………4
3.2管口表及连接标准……………………………………………4
3.3接管法兰的选择………………………………………………5
3.4垫片的选择……………………………………………………6
3.5紧固件的选择…………………………………………………7
4人孔的结构设计…………………………………………………8
4.1密封面的选择…………………………………………………8
4.2人孔的设计……………………………………………………8
4.3核算开孔补强…………………………………………………9
5支座的设计………………………………………………………12
5.1支座的选择……………………………………………………12
5.2支座的位置……………………………………………………13
6液面计及安全阀选择……………………………………………14
7总体布局……………………………………………………………14
8焊接结构设计及焊条的选择……………………………………14
9强度校核……………………………………………………………17
10参考文献…………………………………………………………35
1工艺设计
1.1存储量
盛装液化气体的压力容器设计存储量
式中：
W——储存量，t；
——装载系数；
V——压力容器容积；
——设计温度下的饱和溶液的密度，；
根据设计条件=
1.2设备的选型及轮廓尺寸
粗略计算内径：
一般，取
得，圆整得：
选用EHA椭圆封头，查《EHA椭圆形封头内表面积及容积表》可得：
深度，内表面积，容积
根据
，圆整得:
误差
所以，筒体的公称直径,长度
2筒体及封头设计
2.1材料的选择
液氯属于高危害性的介质，但其腐蚀性小,使用温度为，根据《压力容器设计手册》中钢板的使用条件，选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。
2.2筒体壁厚设计计算
2.2.1设计压力
液氯储罐的工作温度-20℃——45℃，故选取设计温度t=50℃，由《压力容器介质手册》【1】查的，该温度下的绝对饱和蒸汽压为1.432MPa。
在本次设计中的液氯储罐上装有安全阀，通常认为设计压力为工作压力的1.05——倍，所以设计压力。
2.2.2液柱静压力
由《某些无机物重要物理性质表》【1】查的，液氯的密度为，内径由《各地区重力加速度表》查的太原地区的，则根据公式可得
2.2.3计算压力
因为，所以可忽略静压力的影响。
即
2.2.4设计温度下材料的许用应力
为，假设筒体厚度为，由《钢板许用应力表》可得的
2.2.5焊接接头系数
本次液氯储罐的设计采用双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头，100%无损检测，所以。
2.2.6内压容器的计算厚度
根据内压容器的计算厚度公式【2】：
在之间，故假设是成立的。
取腐蚀裕量，。
由《常用钢板厚度负偏差表》可查的，在的钢板标准下的负偏差。
查《钢板厚度的常用规格表》，将其圆整为，即名义厚度的钢板。
2.3封头壁厚的设计计算
2.3.1标准椭圆形封头的计算厚度
根据标准椭圆形封头的计算厚度公式【2】：
取腐蚀裕量，
查《钢板厚度的常用规格表》，将其圆整为，即名义厚度的钢板，可见标准椭圆形封头与筒体等厚。
3接管及接管法兰设计
3.1接管尺寸选择
3.1.1液氯进、出口接管和空气进、出口接管选用补强管。
查《化工容器及设备简明设计手册》【3】得：
图3.1补强管
表3.1补强管的尺寸表【3】
用途
公称直径
dN
外径壁厚
补强管外伸或内伸最小高度
理论质量
80
25
1.6
安全阀
65
22
1.2
3.1.2
表3.2液位计接口、压力计接口、人孔接管尺寸表
液位计
20
253.5
2.21
压力计
323.5
2.46
500
53012
3.2管口表及连接标准
表3.3管口表
3.3接管法兰的选择
图3.2接管法兰结构
表3.4接管法兰结构尺寸表【3】
序
号
名
称
公称直径DN
钢管外径
法兰外径D
螺栓孔中心圆直径K
螺栓孔直径
L
螺栓孔数量
n
螺栓Th
法兰厚度C
法兰颈
法兰高度H
法兰质量
N
S
R
B
液氯进口
89
200
160
18
M16
110
3.2
50
4.22
安全法接口
空气进口
76
185
145
92
2.9
48
3.74
空气出口
压力表口
32
115
85
14
M12
16
46
2.6
40
1.26
液位计口
105
75
2.3
1.05
液氯出口
表3.5接管法兰标记
名称
法兰标记
液氯进口管法兰
HG20595法兰WN80-1.6FMS=8mm16MnR
液氯出口管法兰
安全阀接口管法兰
空气进口管法兰
HG20595法兰WN65-1.6FMS=7mm16MnR
空气出口管法兰
液面计接管法兰
HG20595法兰WN20-1.6FMS=3.5mm16MnR
压力表接管法兰
HG20595法兰WN25-1.6FMS=3.5mm16MnR
3.4垫片的选择
垫片选用石棉橡胶垫片，查HG/T20606-1997《钢制管法兰用非金属平垫片》，得：
图3.3金属包覆垫片
表3.6垫片尺寸表【3】
符号
管口名称
垫片厚度
内径D1
外径D2
1.5
120
安全阀口
77
109
34
57
27
3.5紧固件的选择
查HG20613-97《钢制管法兰用紧固件》得螺柱的长度和平垫圈尺寸：
表4螺栓及垫片【3】
螺纹
螺柱长
紧固件用平垫圈mm
90
17
30
13
24
2.5
4人孔的结构设计
4.1密封面的选择
由于本次设计的介质是高度危害的，所以本次设计采用凹凸法兰密封面（MFM）。
4.2人孔的设计
本次设计的储罐设计压力为1.466MPa，根据《钢制人孔和手孔》【3】，采用回转盖带颈对焊法兰人孔。
该人孔标记为：
人孔
图4.1人孔结构示意图
表4.1人孔结构尺寸【3】
密封面型式
公称压力PN
dwS
D
D1
H1
H2
MFM
506
730
660
280
123
44
b1
b2
A
d0
螺柱
螺母
总质量
数量
直径长度
43
405
300
M332170
302
4.3核算开孔补强
本次设计人孔的公称外径为，所以进行补强圈补强。
4.3.1圆柱开孔所需补强面积A
由《钢板许用应力表》可知厚度为厚度的低合金钢在时的。
由《钢管许用应力表》可知厚度为厚度的低合金钢在时的。
由强度消弱系数计算公式得：
钢管厚度负偏差，腐蚀裕量厚度
接管有效厚度
开孔直径
圆柱开孔所需补强面积：
4.3.2有效补强范围内的补强面积
1）有效补强范围内的宽度B
有效不强范围内的宽应B取二者中的较大值，其中,，显然，所以。
2）有效补强范围的外侧高度
有效补强范围的外侧高度应取二者中的较小值，其中，接管实际外伸高度为。
小于接管实际外伸高度，所以。
3）有效补强范围的内侧高度
有效补强范围的内侧高度应取二者中的较小值，其中，接管实际内伸高度设计为，接管实际内伸高度小于，所以。
4）壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积
圆筒计算厚度，接管有效厚度
5）接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积
接管计算厚度
根据公式
6）焊缝金属面积
由于本次设计的储罐是存放有毒介质的，所以选用D类接头形式进行焊接，因此，
7）有效补强范围内的补强面积
8）补强圈的选取
因为，所以需要另加补强，其补强面积为：
。
，查表《规定的补强圈尺寸系列》应选用的补强圈厚度为，补强材料一般与壳材料相同，可确定补强圈为：
。
5支座的设计
5.1支座的选择
5.1.1容器的自重及附件的质量
筒体的质量
由《EHA椭圆形封头质量》可知封头质量
由《回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表》得人孔的总质量为。
液氯进口管、液氯出口管、安全阀接管质量：
空气进口管、空气出口管质量：
由《热轧钢管品种表》得所用钢管的理论质量
压力表接管、液位计接管：
接管的总质量
法兰的总质量
由《JB/T4736-2002规定的补强圈尺寸系列表》得，补强圈的质量为。
其他的质量
则容器的自重为
5.1.2试验充满水的质量
由《水的重要物理性质表》得时水的密度为，所以。
5.1.3充满液氯的质量
正常操作时的液氯质量
查《JB/T4712.1-2007容器支座》得：
图4.1鞍座的结构
表4.1鞍座的结构尺寸表【4】
允许载荷Q/kN
鞍座高度h
底板
腹板
筋板
l1
l3
b3
2600
440
250
1880
295
268
360
垫板
螺栓配置
鞍座质量kg
增加100mm高度增加的质量/kg
弧长
b4
间距l2
螺孔d
孔长l
3030
610
1640
M20
298
26
鞍座标记为：
5.2支座的位置
因为鞍座位置的要求为，并尽量使，综合考虑选择。
6液面计及安全阀选择
本次设计采用磁性液位计，普通型，压力等级为1.6Mpa。
根据实际要求，选用液位计的中心距为2000mm。
标记HG/T21584-95UZ1.6M-2000-1.314BF321C。
根据公称压力PN=1.6和适用介质，选择型号为A41H-16C的安全阀。
7总体布局
各种接管总体布局如图7.1。
图7.1接管布局图
接管中心线间距500mm，接管与封头间距740mm,与人孔间距1500mm，与焊缝距离不小于150mm,鞍座距封头600mm。
8焊接结构设计及焊条的选择
综合考虑各种因素，针对本次设计储存的介质是高毒性介质，所以本次设计的壳体A、B类焊接接头应为X型的如图。
而对于法兰与壳体、接管连接的接头，应采用全焊透接头。
对于人孔、补强圈与壳体的接头选用，如图
图8.1V型焊接接头
图8.2接管与筒体的接头
图8.3补强圈接头形式
表8.1焊条型号及牌号（JB/T4709-2007）
接头母材
焊条型号
焊条牌号
16MnR+16MnR
E5016
J506
20+16MnR
E309-16
A307
Q235-A+16MnR
9强度校核
钢制卧式容器
计算单位
全国化工设备设计技术中心站
计算条件
简图
设计压力p
1.466
设计温度t
筒体材料名称
16MnR（热轧）
封头材料名称
封头型式
椭圆形
筒体内直径Di
2500
mm
筒体长度L
8300
筒体名义厚度dn
支座垫板名义厚度drn
筒体厚度附加量C
腐蚀裕量C1
筒体焊接接头系数F
封头名义厚度dhn
封头厚度附加量Ch
鞍座材料名称
Q235-A
鞍座宽度b
鞍座包角θ
°
支座形心至封头切线距离A
640
鞍座高度H
地震烈度
低于7
度
内压圆筒校核
计算条件
筒体简图
计算压力Pc
1.50
设计温度t
50.00
C
内径Di
2500.00
材料
16MnR
升级会员 