化工设备机械基础课程设计14.0m3液氨贮罐的设计.doc

一 课程设计任务书
课程名称：化工设备机械基础课程设计
设计题目：14.0m3液氨贮罐的设计
（一）、教学要求
课程设计是对课程内容的应用性训练环节，是学生应用所学知识进行阶段性的单体设备或单元设计等方面的专业训练过程，也是对理论教学效果的检验。通过这一环节使学生在查阅资料、理论计算、工程制图、调查研究、数据处理等方面得到基本训练，培养学生综合运用理论知识分析、解决实际问题的能力
（二）、设计资料及参数
本设计任务为设计一14.0 m3液氨贮罐的设计。
设计条件如下：
1、最高工作温度为40度，氨的饱和蒸汽压1.55兆帕；
2、液氨的储量为14.0 m3
试根据上述设计条件完成液氨贮罐的设计。
（三）、设计要求及成果
1. 确定容器材质；
2. 确定罐体形状及名义厚度；
3. 确定封头形状及名义厚度；
4. 确定支座，人孔及接管，以及开孔补强情况
5. 编制设计说明书以及绘制设备装配图1张（A2）。
二 设计步骤
1. 储罐材质的选取
根据储罐设计的温度、压力要求集体积介质的综合考虑《化工设备机械基础》P114表6—7，GB150规定使用的低合金结构钢，选取钢号为16MnR的低合金钢。
2. 罐体的长度、公称直径(内径)设计
根据液氨的储量14.0m³，有即
取L=3.7m，Di=2.2m。
由所选数据可得：液氨的储量为
满足要求。
3．罐体壁厚设计
1）设计压力P
容器设计时必须考虑在工作情况下可能遇到的工作压力和相对应的温度两者相结合中最苛刻工作压力来确定设计压力。一般是指容器顶部最高压力与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。
此液氨储罐采用安全法，依据《化工设备机械基础》若储罐采用安全法时设计压力应采用最大工作压力PW的1.05-1.1倍，取设计压力P=1.1PW（已知PW=1.45MPa表压）
所以 P=1.1PW=1.6MPa
2）罐体的焊接系数φ
查《化工机械设备基础》的表14-5，对此罐体采用双面全焊头对接焊缝，进行100%全部无损检查，则焊接系数φ=1.0
3）储罐钢材的最大许用应力[σ]t
40oC温度时，16MnR钢材的许用应力表
钢材厚度
δn(mm)
许用应力[σ]t(MPa)
屈服极限
σs(MPa)
＜16
170
345
16～36
163
325
36～60
157
305
4）腐蚀余量
由于储存液体为液氨溶液,所以介质对材质的腐蚀为轻度腐蚀,腐蚀速率在0.05-0.13mm/a，同时储罐为单面腐蚀，则取腐蚀余量C2=1.0mm。应力腐蚀和其他形式的腐蚀为非均匀腐蚀,所以储罐材质得以抵抗
5)负偏差
查表：
钢材厚δn(mm)
6-7
8-25
26-30
32-34
负偏差(mm)
0.6
0.8
0.9
1.0
6)储罐的计算厚度、设计厚度、名义厚度及有效厚度
⑴储罐的计算厚度假设名义厚度在小于16mm,则许用应力[σ]t=170 MPa
==10.3
⑵设计厚度 ----腐蚀余量
所以设计厚度 =11.3 mm
⑶名义厚度 δn=δ+C1+ C2+Δ
所以δn=δ+C1+ C2+Δ=10.3+0.8+1.0+Δ=14.0mm
⑷有效厚度δe=δ+Δ=δn-C1- C2
所以δe=(14.0-0.8-1.0) mm=12.2 mm
4.封头壁厚设计
采用标准椭圆形封头，双面对接焊缝100%探伤，φ=1.0.设计壁厚δd按下式计算：

考虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量，圆整后取δn=14mm厚的16MnR钢板制作封头。
5.校核筒体、封头的强度
对此液氨储罐采用水压试验，校核罐体与封头水压试验强度式 ：

（1）依据《化工机械设备基础》的关于容器强度校核章节，可得知
（2）由于本水压试验温度和设计温度相同，则有：[σ]=[σ]t
所以
（3）有效厚度
（4）查表的在实验温度下钢材的屈服极限σs=345 MPa
（5）焊接系数φ=1.0
（6）水压强度校核：
MPa=181.33 MPa =310.5 MPa
水压实验满足强度要求。
6.鞍座设计
首先粗略计算鞍座负荷：
储罐总质量：
式中m1——罐体质量 m2——封头质量
m3——充液质量 m4——附件质量
(1) 罐体质量m1：筒节Di=2200mm，δn=14mm，每米质量为q1=714 ㎏/m
则。
(2) 封头质量：Di=2200mm，δn=14mm，直边高度h=40mm的椭圆形封头，其质量为=616㎏，
则。
(3) 充液质量=Vδ
式中V——储罐容积，
δ——水的密度为1000㎏/m3。
所以：
(4) 附件质量：人孔质量为200㎏，其他接管总和按300㎏计。
故：m4=500㎏
设备总质量为。
每个鞍座只约承受190KN负荷，所以选用轻型垫板，包角为120°的鞍座，即：
JB/74712-92鞍座A2200-F；
JB/74712-92鞍座A2200-S。
7.人孔设计
根据储罐是在常温及最高工作压力为1.6MPa的条件下工作，人孔标准应按公称压力为1.6MPa的等级选取。
本设计考虑人孔盖直径较大较重，故选用水平吊盖人孔。该人孔结构中有吊钩和销轴，检修时只需松开螺栓将盖板绕销轴旋转一个角度，由吊钩吊住，不必将盖板取下。该人孔标记为：
HG21523-95人孔RF Ⅳ(A·G)450-1.6，
其中RF面密封，Ⅳ指接管与法兰的材料为20R，A·G指用普通石棉橡胶板垫片，450-1.6是指公称直径为450mm、公称压力为1.6MPa。
8.人孔补强确定
由于人孔的筒节不是采用无缝钢管，故不能直接选用补强圈标准。本设计所选用的人孔筒节内径，壁厚，故补强圈尺寸确定如下：补强圈内径，外径，根据补强圈的金属表面积应大于或等于开孔减少的截面积，补强圈的厚度按下式计算：

故补强圈取21mm厚。
9.接口管设计
本储罐有一下接口管：
(1) 液氨进料管：
用φ57mm×3.5mm无缝钢管(强度验算略)。一端切成45°。配用具有突面密封的平焊管法兰，
法兰标记：HG20592 法兰SO50-1.6 RF 16MnR。
因为壳体名义壁厚δn＝16mm>12mm，接管公称直径小于80mm，故不用补强。
(2) 液氨出料管：
采用可拆压出管φ25mm×3mm，用法兰套在接口管φ38mm×3.5mm内。罐体接口管法兰：
HG20592 法兰SO32-1.6 RF 16MnR。
该法兰与38mm×3.5mm的接口管相配合并焊接在一起，另一法兰盖与该法兰用焊接紧固，法兰盖上穿过φ25mm×3mm的压出管，两者焊接牢。其联结尺寸和厚度与HG20592 法兰SO32-1.6 RF 16MnR相同，但内径25mm。 液氨压出管端部法兰(与氨输送管相连)用HG20592 法兰SO20-1.6 RF 16MnR。都不必补强。压出管伸入贮罐2.5m。
(3) 排污管：
贮罐右端最底部安设排污管1个，管子规格φ57×3.5mm，管端焊有一与截止阀J41W-16相配的管法兰：HG20592 法兰SO50-1.6 RF 16MnR。排污管与罐体联接处焊有一厚度为10mm的补强圈。
(4) 液面计接口管：
本贮罐采用两支玻璃管液面计BIW PN1.6，L＝1000mm，HG5-227-80两支。与液面计相配的接管φ18mm×3mm，管法兰为
HG20592 法兰SO15-1.6 RF 16MnR。
(5) 放空管接管：
用φ32×3.5mm无缝钢管，法兰HG20592 法兰SO25-1.6 RF 16MnR。
(6) 安全阀接管：
其尺寸由安全阀泄放量决定。本贮罐选用φ32mm×2.5mm的无缝钢管，法兰 SO25-1.6 RF 16MnR。
三、设计小结
1．本设备按GBl50-1998《钢制压力容器》进行制造、试验和验收
2．焊接材料，对接焊接接头型式及尺寸可按GB985-80中规定(设计焊接接头系数j＝1.0)
3．焊接采用电弧焊，焊条型号为E4303
4．壳体焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度为100％
5．设备制造完毕后，以2MPa表压进行水压试验
6．管口方位按接管表
7．本设备采用的材料为16MnR，总容积为17.14m3，工作压力为1.6MPa。
四、参考文献
书 名
出版社
主编
化工设备机械基础
化学工业出版社
董大勤
化工工程制图
化学工业出版社
魏崇光 郑晓梅
AutoCAD2006机械制图实例教程
上海科学普及出版社
马军
五、附录：
装配图（另附二号图纸）