液氨储罐设计全.doc

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1、化工设备机械基础课程设计题 目液氨储罐的设计 系 （院）专 业班 级学生姓名学 号指导教师职 称二一一年六月七日设 计 任 务 书一、设计时间安排从2011年05月16 日至2011年06月06日二、设计内容安排1.液氨储罐的结构设计2. 筒体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核（1）根据设计压力初定壁厚；（2）计算危险截面的重量载荷、风载荷、地震载荷；（3）计算危险截面的由各种载荷作用下的轴向应力；（4）计算危险截面的组合轴向拉应力和组合轴向压应力，并进行强度和稳定性校核。3. 编写设计计算书一份三、设计条件表1接管表符号公称尺寸mm公称压力MPa连接尺寸标准连接面型式用途a1-2202.5H

2、G./T20592M液位计口b402.5HG./T20592M安全阀口c252.5HG./T20592M出气口d5002.5MFM人孔e402.5HG./T20592M液氨出口f252.5HG./T20592M压力表口g502.5HG./T20592M排污口h502.5HG./T20592M液氨进口表2设计参数序号项目数值单位备注1名称液氨储罐2最大工作压力1.9MPa3工作温度404公称直径1000mm5装量系数0.86工作介质液氨7其他要求20%无损检测目录符号说明4前言6液氨储罐设计7第一章 设计参数的选择71.1、设计题目71.2、设计数据71.3、设计压力81.4、设计温度81.5、

3、主要元件材料的选择81.5.1 筒体材料的选择81.5.2 鞍座材料的选择8第二章 设备的结构设计82.1、圆筒厚度的设计82.2、封头厚度的设计92.3、筒体和封头的结构设计102.3.1 封头的结构尺寸102.3.2 筒体的长度计算102.4、鞍座选型和结构设计10第三章：容器强度的校核123.1水压试验应力校核123.2.筒体轴向弯矩计算123.3筒体轴向应力计算与校核133.3.1圆筒中间横截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力133.3.2由压力及轴向弯矩引起的轴向应力133.3.3筒体轴向应力校核143.4.筒体和封头中的切向剪应力计算与校核143.5.无加强圈筒体的周向应力计算与

4、校核153.6鞍座应力计算与校核153.6.1.腹板水平应力及强度校核153.6.2 鞍座有效断面应力校核14第四章 开孔补强设计164.1 补强设计方法判别164.2有效补强范围174.2.1有效宽度B的确定174.2.2有效高度的确定174.3 有效补强面积174.3.1 筒体多余面积184.3.2接管的多余面积184.3.3焊缝金属截面积184.4.补强面积18结束语19主要参考资料19符号说明：A-鞍座底板中心线至封头切线的距离，；B-设计温度下，按GB150外压设计方法确定的数值，MPa；-常温下，按GB150外压设计方法确定的数值，MPa；-筒体内直径，mm；-筒体外直径，mm；-

5、每个支座的反力，N；-系数，查表71,79:；-封头切线间的距离；-圆筒中间处的轴向弯矩，；-支座处圆筒的轴向弯矩，；-圆筒的平均半径，；-圆筒的内半径，mm；b-支座的轴向宽度，mm；-加强圈的宽度，mm；-圆筒的有效厚度，取；-支座垫板宽度；-重力加速度；-封头曲面深度；-系数。当容器焊在支座上时，取 ； 当容器不焊在支座上时，取；-容器的质量，kg；-设计压力，MPa；-计算压力,MPa；-圆筒有效厚度，mm；-封头有效厚度，mm；-圆筒名义厚度，mm；-鞍座垫板有效厚度，mm；-鞍座垫板有效厚度，mm；-鞍座包角，；-设计温度下容器壳体材料的许用应力，MPa；-设计温度下容器壳体材料的

6、轴向许用压缩应力，MPa；-常温度下容器壳体材料的轴向许用压缩应力，MPa；-鞍座材料的许用应力，MPa；-圆筒中间处横截面内最高点处，最点低点处的轴向应力，MPa；-支座处圆筒横截面内的轴向应力，MPa；-支座处圆筒横截面最低点的轴向应力，MPa；-无加强圈时鞍座边缘处的圆筒周向应力，MPa；-无加强圈时鞍座垫板边缘处的圆筒周向应力，MPa；-鞍座腹板水平方向上的平均拉应力，MPa；-圆筒切向剪应力，MPa；-封头切向剪应力，MPa。前言储存设备又称储罐，主要是指用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备，在化工、石油、能源、轻工、环保、制药及食品等行业得到广泛应用，如氢气储罐、液化石油

7、气储罐、石油储罐、液氨储罐等。储罐内的压力直接受温度影响，且介质往往易燃、易爆或有毒。储罐的结构形式主要有卧式储罐、立式储罐和球形储罐。饱和蒸汽压是指在一定温度下的密闭容器中，当达到气液两相平衡时气液分界面上的蒸汽压，它随温度而变化，但与容积的大小有关。对于液化石油气和液化天然气之类，都不是纯净物，而是一种混合物，此时的饱和蒸汽压与混合比例有关，可根据道尔顿定律和拉乌尔定律进行计算。当储存的介质为具有高粘度或高冰点的液体时，为保持其流动性，就需要对储存设备进行加热或保温，使其保持便于输送的状态。储存液体的密度，直接影响制造工艺和设备造价。而介质的毒性程度则直接影响设备制造与管理的等级和安全附件

8、的配置。当储罐的金属温度受大气环境温度影响时，其最低设计温度可按该地区气象资料，取气象局实测的10年逐月平均最低温度的最小值。随着液化气体温度的下降，罐内压力也将较大幅度下降，此时罐体的应力水平就有较大的降低。为此，在确定储罐设计温度时，可按有关规定进行低温低应力分析。当储罐内部因温度降低而使内压低于大气压时，还应进行罐体的稳定性校核，以免发生失稳失效。液氨储罐设计第一章 设计参数的选择1.1、设计题目：液氨储罐的设计1.2、设计数据：如下表1表1数据序号项目数值单位备注1名称液氨储罐2用途液氨储配站3最大工作压力1.9MPa4工作温度405公称直径1200mm6装量系数0.87工作介质液氨8

9、其他要求20%无损检测1.3、设计压力：设计压力取最大工作压力的1.1倍，即1.4、设计温度：工作温度为，设计温度取。1.5、主要元件材料的选择：1.5.1 筒体材料的选择：根据GB150-1998表4-1，选用筒体材料为低合金钢16MnR（钢材标准为GB6654）。16MnR适用范围：用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性,壁厚较大（）的压力容器。1.5.2 鞍座材料的选择：根据JB/T4731,鞍座选用材料为Q235-B，其许用应力第二章 设备的结构设计2.1、圆筒厚度的设计：计算压力：液柱静压力: ,故液柱静压力可以忽略，即该容器需20%探伤，所以取其焊接系数为。圆筒的厚度在616mm范

10、围内，查GB150-1998中表4-1，可得：在设计温度下，屈服极限强度， 许用应力利用中径公式，计算厚度： 查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表7-1知，钢板厚度负偏差为0.25mm，而有GB150-1998中3.5.5.1知，当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不计，故取。查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表7-5知,在无特殊腐蚀情况下，腐蚀裕量不小于1。本例取=2则筒体的设计厚度圆整后，取名义厚度筒体的有效厚度2.2、封头厚度的设计：查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表1，得公称直径选用标

11、准椭圆形封头,型号代号为EHA，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1计算：同上，取，。封头的设计厚度圆整后，取封头的名义厚度 ，有效厚度封头型记做 2.3、筒体和封头的结构设计：2.3.1 封头的结构尺寸：查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.1 EHA椭圆形封头内表面积、容积下表2：表2 ：EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN /mm总深度H /mm内表面积A/容积/12003251.65520.2545其中2.3.2 筒体的长度计算：2.4、鞍座选型和结构设计：该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-B。估算鞍座的负荷： 储罐总质量筒体的质量单个

12、封头的质量：查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.2 EHA椭圆形封头质量，可知，充液质量：， 故操作时：液压试验时：附件质量：人孔质量为302kg，其他接管质量总和估为200kg，即综上所述，故操作时： , 液压试验时：，故操作时支座反力： 液压试验时支座反力： 支座反力由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为BI,包角为120，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007表6得鞍座结构尺寸如下表3：表3：鞍式支座结构尺寸公称直径DN1200腹板6垫板270允许载荷Q/kN147筋板2006鞍座高度h200140e40底板880180螺栓间距7201706

13、10垫板弧长1410鞍座质量Kg52 第三章：容器强度的校核3.1水压试验应力校核：试验压力：圆筒的薄膜应力3.2.筒体轴向弯矩计算：工作时支座反力压力试验时，圆筒中间处截面上的弯矩：压力试验时，鞍座处横截面弯矩：3.3筒体轴向应力计算与校核：3.3.1圆筒中间横截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力：充满水未加压时： 加压状态时： 3.3.2由压力及轴向弯矩引起的轴向应力：因鞍座平面上，即筒体未被封头加强，查JB/T 4731-2005表7-1可得K1=0.107，K2=0.192充满水未加压时鞍座横截面轴向应力： 加压状态时鞍座横截面轴向应力： 3.3.3筒体轴向应力校核：因轴向许用临界应

14、力由： 由直线内插法：T/E/MPa2010020E）充满水未加压时： 合格b）加压状态时： 合格3.4.筒体和封头中的切向剪应力计算与校核： 因，所以圆筒在鞍座平面上无加强圈，查JB/T4731-2005表7-2得，其最大剪应力位于靠近鞍座边角处因圆筒 t=0.8 故有 ， 故切向剪应力校核合格3.5.无加强圈筒体的周向应力计算与校核 ： 因为垫板的厚度6mm小于0.6倍的圆筒的厚度12mm,所以无垫板或者垫板不起作用，圆筒的有效宽度 ，当容器焊在支座上时，取，查JB/4731-2005表7-3可得。因为，由内差法得：(1).鞍座在横截面最低点处周向应力(2).鞍座角边处的周向应力 (3).

15、周向应力校核 故周向应力合格3.6鞍座应力计算与校核：3.6.1.腹板水平应力及强度校核：由可得，水平分力计算高度，鞍座腹板厚度鞍座有效断面平均应力：3.6.1.鞍座有效断面应力校核：鞍座材料Q235-B的许用应力故鞍座有效断面应力校核合格。第四章 开孔补强设计：根据GB150中8.3，当设计压力小于或等于2.5MPa时，在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径不大于89mm时，接管厚度满足要求，不另行补强，故该储罐中只有DN=500mm的 人孔需要补强。4.1 补强设计方法判别：按HG/T 21518-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径故可以采用等

16、面积法进行开孔补强计算。接管材料选用20号钢，其许用应力根据GB150-1998中式8-1，其中：壳体开孔处的计算厚度接管的有效厚度强度削弱系数所以开孔所需补强面积为4.2有效补强范围：4.2.1有效宽度B的确定：按GB150中式8-7，得：4.2.2有效高度的确定：(1）外侧有效高度的确定根据GB150中式8-8，得：(2）内侧有效高度的确定根据GB150-1998中式8-9，得：4.3 有效补强面积：根据GB150中式8-1-0 式8-13，分别计算如下：4.3.1 筒体多余面积：4.3.2接管的多余面积：接管厚度：4.3.3焊缝金属截面积：焊角取6.0mm4.4.补强面积：因为，所以开孔

17、需另行补强所需另行补强面积：补强圈设计：根据DN500取补强圈外径D=840mm。因为BD，所以在有效补强范围。补强圈内径d=530+2=532mm补强圈厚度： 圆整取名义厚度为12mm结束语：经过这段时间的查阅文献和计算数据，化工设备机械基础课程设计的基本工作已经完成，并得出了可行的设计方案，全部计算过程已在前面的章节中给以体现。 课程设计是对以往学过的知识加以检验，能够培养理论联系实际的能力，尤其是这次液氨储罐设计更加深入了对机械设备的理解和认识，使我们所学的知识不局限于书本，并锻炼了我们的逻辑思维能力，同时也让我深深地感受到机械设计的复杂性以及我了解的知识的狭隘性。所有的这些为我今后的努

18、力指明了具体的方向。 设计过程中培养了我的自学能力，设计中的许多知识都需要查阅资料和文献，并要求加以归纳整理和总结。通过自学及老师的指导，不仅巩固了所学的化工原理知识，更极大的拓展了我的知识面，让我更加认识到实际化工生产过程和理论的联系和差别，这对将来的毕业设计及工作无疑将起到重要的作用。在此次课程设计实际过程中，我的收获很大，感触也很深，更觉得学好基础知识的重要性。同时通过这次课程设计，我深深的体会到与人讨论的重要性。因为通过同学或者是老师的交换看法很容易发现自己认识的不足，从而让自己少走弯路。 在此，特别感谢洪岩美教授和李亚平老师的帮助，通过与她们的交流使得我的设计工作得以圆满完成。在此我向她们表示衷心的感谢！主要参考资料：1. 化工设备机械基础第五版 刁与玮 王立业 编著 2003.3；2. 化工单元过程与设备设计匡国柱 史启才 主编；3.化工制图华东化工学院制图教研室编 人民教育出版社 1980；4.化工设备机械基础参考资料；5.钢制压力容器GB150-1998；6.钢制塔式容器JB4710-1992；7. GB151-1999 管壳式换热器1999年；8.压力容器安全技术监察规程国家质量技术监督局 1999年