广东石油化工学院课程设计样板.doc
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茂名学院课程设计
目录
一、绪论………………………………………………………………………………1
1．1设计任务、设计思想、设计特点………………………………………………1
1．2主要设计参数的确定记说明……………………………………………………1
二、材料及结构的选择与论证………………………………………………………2
2．1材料选择与论证…………………………………………………………………2
2．2结构选择与论证…………………………………………………………………3
2．2．1封头形式的确定……………………………………………………………3
2．2．2人孔的选择…………………………………………………………………3
2．2．3法兰的选择…………………………………………………………………3
2．2．4液面计的选择………………………………………………………………4
2．2．5鞍式支座的选择与确定……………………………………………………4
三、设计计算…………………………………………………………………………5
3．1筒体厚度的计算…………………………………………………………………5
3．2封头壁厚的计算…………………………………………………………………5
3．3水压试验压力及其强度的计算…………………………………………………6
3．4人孔的选择及核算开孔补强……………………………………………………6
3．5鞍座的选择及核算承载能力……………………………………………………8
3．6液位计的选择……………………………………………………………………9
3．7选配工艺接管……………………………………………………………………9
四．设备总装备图（附录）…………………………………………………………10
五．小结……………………………………………………………………………10
六．设计参考书目…………………………………………………………………10
10
茂名学院课程设计
液氨储罐机械设计
一.绪论
1.1设计任务、设计思想、设计特点
（1）设计任务
按要求设计一压力容器，液氨储罐的公称直径为1700mm，罐体的公称容积为20m3，制造地点：
广东省广州市。
（2）设计思想
液氨储罐通常由卧式圆柱形圆筒和两端椭圆封头组成，按照化学生产工艺的要求设置进料口，出料口，放空口，排污口，压力表，安全阀和液面计等，为了检修方便开设人孔，用鞍式支座支撑于混凝土基座上。
综合运用化工过程设备机械基础及所学的知识，联系实际，进而巩固加深和发展所学的知识，提高分析实际问题和解决问题的能力。
（3）设计特点
液氨对钢材的腐蚀作用很小，但是，至于室外的液氨储罐，其工作温度为环境温度，其工作压力为该环境温度下的饱和蒸汽压，随着气温的变化，液氨储罐的操作温度和操作压力也会变化，所以其材料的钢材必须应能承受这种变化，在我国的北方严寒地区，冬季气温很低，普通钢材就可能出现低温脆性，所以选用低温设备用钢。
①壁厚分类———薄壁容器
工程上的容器外径和内径的比值K=D0/Di小于等于1.2的压力容器称为薄壁容器。
②受压状况的分类——内压容器
容器器壁承受的拉应力，通过强度条件计算壁厚。
③安装方式分类——卧式容器
在自重和内部充满液体等载荷作用下在壳体一些特殊部位产生各种局部应力，加以考虑。
④容器工作温度的确定——常温容器
设计温度在－200C～2000C的压力容器，根据本次设计的容器的工作温度为－400C～400C，确定为常温容器。
⑤设计压力的分类——中压容器
压力1.6MPa到10MPa的容器为中压容器，本次设计的容器工作的压力为1.55MPa，设计压力稍大于工作压力，所以为中压容器。
⑥容器在生产中的用途和分类——贮存容器
⑦按《压力容器安全技术监察视程》分类——第二类容器
1.2主要设计参数的确定和说明
（1）工作温度的确定
贮罐常至于室外，在夏天经过太阳的曝晒，温度可达400C，所以工作温度应低于400C
（2）工作压力的确定
表《液氨的饱和蒸汽压和密度》
温度/0C
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
饱和蒸汽压（绝压）/MPa
0.12
0.19
0.291
0.429
0.615
0.857
1.17
1.55
2.03
密度/kg/m3
678
665
652
639
625
610
595
588
563
随着气温的变化，罐内的气压也会改变。
一般罐体的温度最高可以达到400C,所以选用的设计温度为400C。
（3）设计压力的确定
按《压力容器安全监督规程》规定液化气体贮罐必须安装安全阀，设计压力可取最大操作压力的1.05到1.1倍，设计温度为400C，此时液氨的饱和蒸气压为1.55MPa，通过计算选择贮罐的设计压力为1.6MPa（表压）。
二.材料及结构的选择与论证
2.1材料选择与论证
材料：
本贮罐选用16MnR制作罐体和封头。
论证：
按YB（T）40-87标准生产的钢板的化学成分和力学性质
压力容器用钢板的化学成分（YB（T）40）/（％）
钢号
C
Mn
Si
S,P
V
20R
0.20
0.4~0.8
0.15~0.3
0.03
0
16MnR
0.20
1.2~1.6
0.2~0.6
0.03
0
15MnVR
0.18
1.2~1.6
0.2~0.6
0.03
0.1~0.4
压力容器用钢板力学性能和冷弯试验（YB（T）40）
钢号
交货状态
厚度/mm
/MPa
/MPa
/%
AkvJ
冷弯试验1800
b＝2a
不小于
20R
热扎或正火
6～16
400～510
245
26
34
d=1.5a
17～25
235
25
d=1.5a
16MnR
热扎或正火
2～16
510～630
345
22
34
d=2a
17～25
490～610
325
21
d=3a
15MnVR
热扎或正火
6～16
530～665
390
20
34
b=3a
17～25
510～645
375
19
①钢板的耗用量
16MnR钢板比20R钢板略贵，但从耗用量及价格的综合考虑，16MnR钢板的用量较省，应采用16MnR钢板为宜。
②制造费用
16MnR钢板，厚度较薄，质量较轻，且制造费用目前也按碳钢设备重量同等，因此制造费用而言，16MnR也比较经济。
③根据工作环境的温度范围，可知储罐的工作温度大概在－400C～400C之间，而且工作压力较高，根据《化工过程设备机械基础》表5-3钢制压力容器中使用的钢板许用应力中可以查得16MnR的各项工作指标都能满足储罐的工作要求，且16MnR加工比较容易。
2.2结构选择与论证
2.2.1封头形式的确定
本液氨储罐的封头选用椭圆形封头，椭圆封头是由曲率半径连续变化而成的，所以，封头上的应力分布也是均匀变化的，他的受力状态比蝶形封头要好，虽不如半球封头，但对各种封头的强度和经济合理性进行比较。
从钢材耗用量考虑：
球形封头用量最少，比椭圆形封头节约25.8％，平板封头的用量最多，是椭圆形封头的4倍多。
从制造考虑：
椭圆形封头制造方便，平板封头则因直径和厚度较大，坯材的获得、车削加工、焊接等方面都遇到不少困难，且封头与筒体厚度相差悬殊，结构也不合理。
所以，从强度，结构和制造等方面综合考虑，采用椭圆形风封头最为合理。
2.2.2人孔的选择
人孔已经标准化，按材料分为碳钢人孔，低温合金钢，和不锈钢人孔，根据液氨的工作环境考虑，卧式液氨储罐常用碳钢水平吊盖人孔，这人孔方便使用，压紧垫片可靠，开启时人孔盖悬挂于吊杆下，避免搬动交重的人孔盖，碳钢水平吊盖人孔的尺寸，本储罐选用公称直径为Dg450mm的人孔，保证了冬天检修时，穿着棉衣的工人能顺利进出。
根据贮罐是在常温及最高压力为1.6MPa的条件下工作，人孔标准按公称压力为1.6MPa的选取。
2.2.3法兰形式
按照设计的口径选择各种工艺接管，进料管伸进罐内并在管端切成450斜口指向罐中央，防止物料沿着器壁流动，减少物料对器壁的磨损，物料压出管也伸进罐内，离罐低约100mm，常制成可拆式接管。
安全阀和放空阀设置在容器最高处，排污管应设置在容器的最低处，以利排放。
按照储罐的设计压力和设计温度选择各个工艺接管的法兰。
对于液面计法兰图（a），出料口法兰，进料口法兰，安全阀法兰，放空阀法兰和排污阀法兰，其法兰可以选择使用突起密封面，两个法兰的密封面都是加工成突起的平台，突起面上加工出螺旋形或同心圆形的沟槽，如同锯齿，其作用式使垫片变形并压住垫片。
突起密封面制造简单，在一般情况下密封的性能交好，比较适宜液氨储罐各小管法兰。
2.2.4液面计的选择
液氨储罐常用玻璃管液面计，液面计的玻璃管两端装在针形阀内，工作时开启针形阀，清洗或检修时关闭针形阀，在针形阀内装有一个直径为100mm的钢球，当玻璃管发生断裂的时候，钢珠在内压的作用下自动封闭针形阀，防止物料的泄漏，在上下针形阀的两端，分别装有放气塞和流液塞。
由于玻璃管的公称长度为：
500～1400mm，所设计的储罐的公称直径为1700mm，所以选用两组液面计完成其工作。
2.2.5鞍式支座的选择
换热器、贮罐等卧式容器的支座通常是已经标准化的鞍式支座，每一公称直径得鞍座规格有轻型（A型）和重型（B型）。
立式容器支座中的耳式支座和支承式支座用于小型直立式设备，而裙式支座用于高大的设备。
所设计的液氨储罐相对较大，根据所设计的筒体的公称直径选择，由液氨储罐的总质量核算其承载能力，本储罐选用带加强垫版的A型鞍座一对，F型（地脚螺拴孔为圆形的固定支座）和S型（地脚螺拴孔为长圆形的活动支座）各一个。
为了利用封头对筒体刚度的局部加强作用，鞍座离封头的距离尽量不超过容器的直径的1/4（A≤Ri/2），为了减小因物料自重引起的筒体器壁弯曲应力，鞍座离封头的距离也不要超过筒体长的1/5（A≤0.2L），应用水压试验时的罐体总重。
计算
备注
三.设计计算：
3.1罐体壁厚的计算。
根据材料分析，选用16MnR制作筒体和封头。
液氨储罐是内压容器，按公式计算出筒体的壁厚。
其中：
为设计压力，本储罐在夏季最高温度可达400C，此时液氨的饱和蒸汽压为1.555MPa（绝对压力），所以P=1.6MPa
Di＝1700mm；
=170MPa；
=1.00①（双面对接焊，100%无损探伤）；
则：
=
=8.04mm
查得相应的负偏差，腐蚀裕量
C=0.8+1=1.8mm
则：
=8.04＋1=9.04mm
根据及钢板的厚度规格
圆整后确定选用厚的16MnR钢板制作罐体。
3.2封头厚度的设计：
本容器用标准椭圆封头，厚度根据公式：
其中各数据跟罐体相同，=1.0（因为设计的储罐的直径为1.7m，钢板的最大宽度为3m，故封头需将钢板并焊后冲压）
则：
=+1=9.02mm
圆整后取
确定用厚的16MnR钢板制作封头。
3.3校核罐体与封头水压试验强度
根据公式⑤
取2.0MPa
式中：
10－1.8=8.2mm
345MPa
则水压试验时的应力：
=
=208.3MPa
16MnR钢制容器在常温水压试验时的许可应力
MPa
可见：
所以罐体厚度满足水压试验时的强度。
3.4选择人孔并核算开孔补强。
液氨储罐常选用碳钢水平吊盖人孔（JB583-79），公称直径Dt=450mm，凹凸法兰密封面（C形），公称压力Pt16（在工作温度小于2000C时的允许工作压力为16kgf/cm2）
标记符号为：
人孔C1Pt16，Dt450，JB583-79⑥
水平吊盖人孔JB583-79明细表
件号
标准号
名称
数量
材料
1
筒节
1
Q235-A
16Mn
2
GB30-76
螺栓
20
A4
35
3
GB30-76
螺母
20
Q235-A
30
4
法兰
1
Q235-A
16Mn
5
垫片
1
橡胶石棉板
6
盖
1
Q235-A
16Mn
7
吊环
1
Q235-AF
8
转臂
1
Q235-AF
9
吊钩
1
Q235-AF
10
GB41-76
螺母
2
Q235-A
11
GB95-76
垫圈
1
Q235-A
12
环
1
Q235-AF
13
无缝钢管
1
10
14
支撑板
1
Q235-AF
查资料确定不另行补强的最大孔径，不再焊封上开孔，不计焊封的筒体计算壁厚
=8.04mm
器壁厚度增强系数=1.12
不另行补强的最大孔径为，即人孔需要另行补强外，其他各个工艺接管开孔都不需要补强。
考虑人孔补强，确定补强圈尺寸
由于人孔的筒节不是采用无缝钢管，所以不能直接选用补强圈标准，本设计所选用的人孔筒节内径是450mm。
壁厚10mm。
由补强圈的标准查得补强圈的内径D1=484mm，外径D2=760mm
补强圈的厚度按公式计算：
mm
考虑到罐体与人孔筒节均有一定的壁厚裕量，故补强圈取14mm厚。
3.5鞍座的选用。
储罐总质量＝罐体质量＋封头质量＋装满水质量＋附件质量
即m=m1+m2+m3+m4
（1）罐体的质量m1；⑦
DN=1700mm，=10mm的筒节，每米的质量为q1=422kg/m
查表得封头容积为0.6999m3筒体每米容积为2.27m3
即V=V封+V筒=2×0.6999+2.27×L=20得L=8.20m
m1=q1L=4228.20=3460.4kg
（2）封头的质量m2;
DN=1700mm，=10mm,直边高度h=40mm的标准封头，其质量=251.6kg
m2=2251.6=503.2kg
（3）水压试验时水的质量m3;
m3=a
式中：
a----冲料系数，取0.7;
V----储罐容积，V=V封+V筒=20m3;
----液氨在-20℃时的密度，为665kg/m3.
m3=a
=0.7×20×665
=9310kg
（4）附件的质量m4;
人孔的质量约为200kg，其他的连接管质量总和按300kg算，则：
m4=500kg
设备总质量为：
m=m1+m2+m3+m4
=3460.4+503.2+9310+500
=13773.6kg
每个鞍负荷F==67.56kN
查表选用轻型带垫板，包角为120°的鞍座：
JB/T4712－92鞍座A1700－F⑧
JB/T4712－92鞍座A1700－S
3.6液位计的选择。
液氨储罐常用玻璃管液面计，由储罐公称直径Di=1700mm选择公称长度为1000mm的液面计两只，采用玻璃管液面计
BIWPN1.6,L=800mm,HG5-227-80两支。
与其相配的接管尺寸为18×3m,管法兰为PN1.6DN15GB9119.8-88
3.7选配工艺接管。
⑨
（1）液氨进料管
采用48×4.0mm的无缝钢管,管的一端切成450，深入罐内少许，配用平面密封的平焊管法兰：
法兰PN1.6DN50GB9119.8-88
因为壳体名义壁厚δn=10mm,小于12mm,接管公称直径小于50mm,故不用补强。
（2）液氨出料管
采用可拆的压出管25×3mm，将它套入罐体的固定接口管38×3.5mm内，并用一非标准法兰固定在接口法兰上。
罐体的接口法兰采用法兰PN1.6DN32GB9119.8-88。
与该法兰相配并焊接在压出管的法兰上，其连接尺寸和厚度跟管法兰PN1.6DN32GB9119.8-88相同，但是内径为25mm。
（3）排污管
贮罐右侧最底部，安设排污管一个,管子的规格是48×4.0mm，管端焊有一与截止阀J41W-16相配的管法兰取PN1.6DN50GB9119.8-88。
（4）放空管接管
采用32×3.5mm无缝钢管，管法兰取PN1.6DN25GB9119.8-88
（5）压力表接管
采用32×3.5mm无缝钢管，管法兰取PN1.6DN25GB9119.8-88
（6）安全阀接管
采用32×3.5mm无缝钢管，管法兰取PN1.6DN25GB9119.8-88
（7）液位计接管
采用18×3mm无缝钢管，管法兰为PN1.6DN15GB9119.8-88
《化工过程设备机械基础》P113表5-4,
《化工过程设备机械基础》P114表5-5，表5-6
《化工过程设备机械基础》P116公式5-7
《化工过程设备机械基础》P115表5-8
⑤《化工过程设备机械基础》P122公式5-17
⑥《化工过程设备机械基础》P135
⑦《化工设备机械基础》第二版P316表16-3,表16-5
⑧《大学工程制图》P397表14-3
⑨化工机械基础机械设计》P51附录
四．设备总装备图（如附录）
五．小结
从一开始什么都不懂，到现在该做的工作都能完成，时间也接近尾声了，一个星期的课程设计感觉上时间不是很充足，但是却有一股冲劲去做，找资料，设计，画图,很久没有这么用心去做一件事情了。
经过这次的课程设计，我真正体会到什么叫做“书到用时方恨少”。
不过，对于这次课程设计，自己还是感觉到挺满意的，毕竟能够较顺利地完成课程设计任务，不但学到了新的知识，还复习了《工程制图》等已经被遗忘的课程知识。
整个设计过程，越到后来越多问题浮现，图纸上是改了又改，但是能找出毛病，这也证明了自己正在进步。
《化工过程装备机械基础》课程设计使我学会了利用大学的基础课、技术基础课以及大部分专业课所学到的知识。
这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练。
通过这次课程设计,我对自己大学学习的知识做出了总结,同时为将来的毕业设计进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。
从这次设计可以看出一些问题：
（1）心态：
应该保持认真的态度,坚持冷静独立的解决问题。
（2）基本：
认真学好基本知识,扎实自己的基本知识,使面对问题时不会遇到很多挫折,从而打击自己的信心,结果使自己很浮躁,越来越不想搞这设计,故应该好好学习基本知识,一步一步的来,不要急功近利!
（3）树立自己的良好形象,乐观的面对生活,坚持自己的想法和意识,也许老师和他人对你的要求高一些就不要抱怨,因为那时是对你好,使你更好的发展!
六．设计参考书目
[1]《化工设备机械基础》，汤善甫朱思明主编，华东理工大学出版社。
[2]《化工设备机械基础》，董大勤主编
[3]《化工设备机械基础课程设计指导书》，蔡业彬宣征南主编。
[4]《钢制压力容器》GB150-1998
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