压力容器设计说明书(储罐液氨)8019.docx

《压力容器设计说明书(储罐液氨)8019.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压力容器设计说明书(储罐液氨)8019.docx（24页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、沈阳理工大学课程设计武汉工程程大学课程设计计题目：液液氨储罐罐设计院系：化化学工程程学院专业：化化学工程程与工艺艺班级：姓名：指导教师师：完成日期期：20010年年12月25日设计任务务书设计题目目：液氨氨储罐设设计设计任务务：试设设计一液液氨储罐罐，完成主主体设备备的工艺艺设计和和附属设设备的选选型设计计。包括筒体体、封头头、零部部件的材材料的选选择及结结构的设设计；罐罐的制造造施工及及焊接形形式等；设计计计算及相相关校核核；各设设计的参参考标准准；附CCAD图图。已知工艺艺参数如如下：最高使用用温度：T=550；公称直径径：DNN=30000；筒体长度度（不含含封头）：Lo=59000。任

2、务下达达时间：20110年111月119日完成截止止时间：20110年112月330日目录设计任务务书1 前前言12 设设计选材材及结构构22.1工工艺参数数的设定定22.1.1设计计压力222.1.2筒体体的选材材及结构构22.1.3封头头的结构构及选材材23 设设计计算算43.1筒筒体壁厚厚计算443.2封封头壁厚厚计算443.3压压力试验验54 附附件的选选择64.1人人孔的选选择64.2人人孔补强强的计算算74.3进进出料接接管的选选择94.4液液面计的的设计1104.5安安全阀的的选择1104.6排排污管的的选择1104.7 鞍座座的选择择114.7.1鞍座座结构和和材料的的选取11

3、14.7.2容器器载荷计计算1224.7.3鞍座座选取标标准1224.7.4鞍座座强度校校核1335 容容器焊缝缝标准1145.1压压力容器器焊接结结构设计计要求1145.2筒筒体与椭椭圆封头头的焊接接接头1145.3管管法兰与与接管的的焊接接接头1445.4接接管与壳壳体的焊焊接接头头146 筒筒体和封封头的校校核计算算166.1 筒体体轴向应应力校核核166.1.1由弯弯矩引起起的轴向向应力1166.1.2 由设计计压力引引起的轴轴向应力力176.1.3 轴向应应力组合合与校核核176.2筒筒体和封封头切向向应力校校核1887 总总结199参考文献献20II1 前前言本设计是是针对化化工设

4、备备机械基基础这这门课程程所安排排的一次次课程设设计，是是对这门门课程的的一次总总结，要要综合运运用所学学的知识识并查阅阅相关书书籍完成成设计。本设计的的液料为为液氨，它它是一种种无色液液体。氨氨作为一一种重要要的化工工原料，应用广广泛。分子式式NH3，分子量量17.03，相对密密度0.77114g/L，熔点-777.77，沸点-333.335，自燃点点6511.111，蒸汽压10113.008kPPa(225.77)。蒸汽与空气气混合物物爆炸极极限16625%(最易易引燃浓浓度177%)。氨在在20水中溶溶解度334%,25时,在在无水乙乙醇中溶溶解度110%,在甲醇醇中溶解解度166%,溶

5、溶于氯仿仿、乙醚醚,它是是许多元元素和化化合物的的良好溶溶剂。水水溶液呈呈碱性。液液态氨将将侵蚀某某些塑料料制品,橡胶和和涂层。遇热、明火,难以点燃而危险性较低;但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,则危险性更高。设计基本本思路：本设计计综合考考虑环境境条件、介介质的理理化性质质等因素素，结合合给定的的工艺参参数，机机械按容容器的选选材、壁壁厚计算算、强度度核算、附附件选择择、焊缝缝标准的的设计顺顺序，分分别对储储罐的筒筒体、封封头、人人孔接管管、人孔孔补强、接接管、管管法兰、液液位计、鞍鞍座、焊焊接形式式进行了了设计和和选择。设备的的选择大大都有相

6、相应的执执行标准准，设计计时可以以直接选选用符合合设计条条件的标标准设备备零部件件，也有有一些设设备没有有相应标标准，则则选择合合适的非非标设备备。各项设计计参数都都正确参参考了行行业使用用标准或或国家标标准，这这样让设设计有章章可循，并并考虑到到结构方方面的要要求，合合理地进进行设计计。2设计选选材及结结构2.1工工艺参数数的设定定2.1.1 设计压力力根据化化学化工工物性数数据手册册查得得50蒸汽压压为20332.55kPaa，可以判判断设计计的容器器为储存存内压压力力容器，按按压力力容器安安全技术术监察规规程规规定，盛盛装液化化气体无无保冷设设施的压压力容器器，其设设计压力力应不低低于液

7、化化气50时的饱饱和蒸汽汽压力，可可取液氨氨容器的的设计压压力为22.166 MPPa，属属于中压压容器。而且查查得当容容器上装装有安全全阀时，取取1.00511.3倍倍的最高高工作压压力作为为设计压压力；所所以取22.166 MPPa的压压力合适适。属于于中压容容器5。设计温度度为500摄氏度度，在-202000条件下下工作属属于常温温容器。2.1.2 筒体的选选材及结结构根据液氨氨的物性性选择罐罐体材料料，碳钢钢对液氨氨有良好好的耐蚀蚀性腐蚀蚀率在00.1/年以以下，且且又属于于中压储储罐，可可以考虑虑20RR和166MnRR这两种种钢材。如果纯粹从技术角度看，建议选用20R类的低碳钢板，

8、 16MnR钢板的价格虽比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR钢板为比较经济。所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。钢板标准号为GB6654-1996。筒体结构构设计为为圆筒形形。因为为作为容容器主体体的圆柱柱形筒体体，制造造容易，安安装内件件方便，而而且承压压能力较较好，这这类容器器应用最最广11，5。2.1.3 封头的结结构及选选材封头有多多种形式式，半球球形封头头就单位位容积的的表面积积来说为为最小，需需要的厚厚度是同同样直径径圆筒的的二分之之一，从从受力来来看，球球形封头头是最理理想的结结构形式式，但缺缺点是深深度大，直直径小时时，整体体冲压困困难，大

9、大直径采采用分瓣瓣冲压其其拼焊工工作量也也较大。椭圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀，但对于标准椭圆形封头与厚度相等的筒体连接时，可以达到与筒体等强度。它吸取了蝶形封头深度浅的优点，用冲压法易于成形，制造比球形封头容易，所以选择椭圆形封头，结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成。查椭圆形封头标准（JB/T4737-95）表2.11 椭圆封封头标准准公称直径径DN曲面高度度h1直边高度度h2内表面积积Fi/m2容积V/m3300007505010.223.899封头取与与筒体相相同材料料1,5。3 设设计计算算3.1筒筒体壁厚厚计算 查压压力容器器材料使使用手册册-碳钢钢及合金金钢得得16MMnR

10、的的密度为为7.885t/m3，熔点点为14430，许用用应力列列于下表表：表3.11 16MMnR许许用应力力钢号板厚/在下列温温度（）下的的许用应应力/ Mpaa2010015020025030016MnnR61661701701701701561441633616316316315914713436660157157157150138125601000153153150141128116 圆筒的的计算压压力为22.166 Mppa,容器筒筒体的纵纵向焊接接接头和和封头的的拼接接接头都采采用双面面焊或相相当于双双面焊的的全焊透透的焊接接接头，取取焊接接接头系数数为1.00,全部无无损探伤伤

11、。取许许用应力力为1663 MMpa。壁厚： （3.1）钢板厚度度负偏差差,查材材料腐蚀蚀手册得得50下液氨氨对钢板板的腐蚀蚀速率小小于0.05/年，所所以双面面腐蚀取取腐蚀裕裕量。所以设计计厚度为为：圆整后取取名义厚厚度244。3.2 封头壁厚厚计算 标准椭椭圆形封封头a:b=22:1 封头计算算公式 ： （3.2）可见封头头厚度近近似等于于筒体厚厚度，则则取同样样厚度。因为封头壁厚20则标准椭圆形封头的直边高度1,4.3.3 压力试验验水压试验验，液体体的温度度不得低低于5；试验方法法：试验验时容器器顶部应应设排气气口，充充液时应应将容器器内的空空气排尽尽，试验验过程中中，应保保持容器器外

12、表面面的干燥燥。试验验时压力力应缓慢慢上升，达达到规定定试验压压力后，保保压时间间一般不不少于330miin。然然后将压压力降至至规定试试验压力力的800%，并并保持足足够长的的时间以以便对所所有焊接接接头和和连接部部位进行行检查。如如有渗漏漏，修补补后重新新试验。水压试验验时的压压力 (3.3)水压试验验的应力力校核：水压试验验时的应应力Mpa (3.4)水压试验验时的许许用应力力为故筒体满满足水压压试验时时的强度度要求1。4 附附件选择择4.1 人孔选择择人孔的作作用：为为了检查查压力容容器在使使用过程程中是否否产生裂裂纹、变变形、腐腐蚀等缺缺陷。人孔的结结构：既既有承受受压力的的筒节、端

13、端盖、法法兰、密密封垫片片、紧固固件等受受压元件件，也有有安置与与启闭端端盖所需需要的轴轴、销、耳耳、把手手等非受受压件。人孔类型型：从是是否承压压来看有有常压人人孔和承承压人孔孔。从人人孔所用用法兰类类型来看看，承压压人孔有有板式平平焊法兰兰人孔、带带颈平焊焊法兰人人孔和带带颈对焊焊法兰人人孔，在在人孔法法兰与人人孔盖之之间的密密封面，根根据人孔孔承压的的高低、介介质的性性质，可可以采用用突面、凹凹凸面、榫榫槽面或或环连接接面。从从人孔盖盖的开启启方式及及开启后后人孔盖盖的所处处位置看看，人孔孔又可分分为回转转盖人孔孔、垂直直吊盖人人孔和水水平吊盖盖人孔三三种。人孔标准准HG2215224-

14、995规定定PN1.00Mpaa时只能能用带颈颈平焊法法兰人孔孔或带颈颈对焊法法兰人孔孔。容器上开开设人孔孔规定当当Di10000时至至少设一一个人孔孔，压力力容器上上的开孔孔最好是是圆形的的，人孔孔公称直直径最小小尺寸为为4000。综合考虑虑选择水水平吊盖盖带颈对对焊法兰兰人孔（HG21524-95）,公称压力PN2.5、公称直径DN450、H1=320、RF型密封面、采用类20R材料、垫片采用外环材料为低碳钢、金属带为0Cr19Ni9、非金属带为柔性石墨、C型缠绕垫。标记为：人孔RF（WC-1220）450-2.5HG21524-95总质量为256kg.法兰标准号为HGJ5053-91,垫

15、片标准号为HGJ6972-91,法兰盖标准HGJ6165-91材料为20R，螺柱螺母标准HGJ75-91螺柱材料40Cr螺母材料45，吊环转臂和材料Q235-AF,垫圈标准为GB95-85材料100HV,螺母标准GB41-86，吊钩和环材料Q235-AF，无缝钢管材料为20，支承板材料为20R2,3,5。尺寸表如如下表4.11 人孔标标准尺寸寸表密封面型型式PN/MpaDNdwssdDD1H1H2总质量kg突面2.5450480124506706003202142564.2 人孔补强强的计算算开孔补强强结构：压力容容器开孔孔补强常常用的形形式可分分为补强强圈补强强、厚壁壁管补强强、整体体锻件补

16、补强三种种。补强圈补补强是使使用最为为广泛的的结构形形式，它它具有结结构简单单、制造造方便、原原材料易易解决、安安全、可可靠等优优点。在在一般用用途、条条件不苛苛刻的条条件下，可可采用补补强圈补补强形式式。但必必须满足足规定的的条件。 压力容容器开孔孔补强的的计算方方法有多多种，为为了计算算方便，采采用等面面积补强强法，即即壳体截截面因开开孔被削削弱的承承载面积积，必须须由补强强材料予予以等面面积的补补偿。当当补强材材料与被被削弱壳壳体的材材料相同同时，则则补强面面积等于于削弱的的面积。补强材料采用16MnR。1、 内压容器器开孔后后所需的的补强面面积（4.11）式中 开开孔直径径：；强度削弱

17、弱系数：壳体开孔孔处的计计算厚度度接管有效效厚度：则22、有效效补强面面积即已已有的加加强面积积壳体开孔孔后，在在有效补补强范围围内，可可作为补补强的截截面积（包包括来自自壳体、接接管、焊焊缝金属属、补强强元件） （4.2）筒体上多多余金属属面积： （4.3）有效补强强宽度BB=2dd筒体的有有效厚度度所以2人孔接管管上多余余的面积积： （44.4）外侧有效效高度：内侧有效效高度即即实际内内伸高度度接管计算算厚度：所以2焊缝金属属截面积积：2则2比较的满足以下下条件的的可选用用补强圈圈补强：刚材的的标准常常温抗拉拉强度MMpa；补强圈圈厚度应应小于或或等于壳壳体壁厚厚的1.5倍；壳体名名义厚度

18、度；设设计压力力；设计计温度。可知知本设计计满足要要求，则则采用补补强圈补补强。所需补强强圈的面面积为：2补强圈的的结构及及尺寸：为检验验焊缝的的紧密型型，补强强圈上钻钻M100的螺孔孔一个，以以通入压压缩空气气检验焊焊缝质量量。按照照根据焊焊接接头头分类，接接管、人人孔等与与壳体连连接的接接头，补补强圈与与壳体连连接的接接头取DD类焊缝缝。根据据补强圈圈焊缝要要求，并并查得结结构图为为带补强强圈焊缝缝T型接接头，补补强圈坡坡口取BB型（查查化工工容器及及设备简简明设计计手册）。查标准HG 21506-92 得补强圈外径,内径则取485。计算补强强圈厚度度： （4.5）查标准补补强圈厚厚度取2

19、20，计计算的补补强圈厚厚度也满满足补强强圈补强强的条件件。查得对应应补强圈圈质量为为42.33,55.4.3 进出料接接管的选选择材料：容容器接管管一般应应采用无无缝钢管管，所以以液体进进料口接接管材料料选择无无缝钢管管，采用用无缝钢钢管标准准GB881633-877。材料为为16MMnR。结构：接接管伸进进设备内内切成445度，可可避免物物料沿设设备内壁壁流动，减减少物料料对壁的的磨损与与腐蚀。接管的壁壁厚要求求：接管管的壁厚厚除要考考虑上述述要求外外，还需需考虑焊焊接方法法、焊接接参数、加加工条件件、施焊焊位置等等制造上上的因素素及运输输、安装装中的刚刚性要求求。一般般情况下下，管壁壁厚

20、不宜宜小于壳壳体壁厚厚的一半半，否则则，应采采用厚壁壁管或整整体锻件件，以保保证接管管与壳体体相焊部部分厚度度的匹配配。不需另行行补强的的条件：当壳体体上的开开孔满足足下述全全部要求求时，可可不另行行补强。 设计压力力小于或或等于22.5MMpa。 两相邻开开孔中心心的距离离应不小小于两孔孔直径之之和的22倍。 接管公称称外径小小于或等等于899。 接管最小小壁厚满满足以下下要求。表4.22 接管最最小壁厚厚要求接管公称称直径/mm57657689最小壁厚厚/mmm5.06.0因此热轧轧无缝钢管管的尺寸寸为8912。钢管理论论重量为为22.79/m。取接管伸出长度为150。管法兰的的选择：根据

21、平平焊法兰兰适用的的压力范范围较低低（PNN627.765kN,为使封头对鞍座处的圆筒起加强作用，可取，则选A=700mm。左鞍座标记为JB/T4712-1992 鞍座 A3000-F.右鞍座标记为JB/T4712-1992 鞍座 A3000-S.具体尺寸寸如下表表：表4.33 鞍座标标准尺寸寸表公称直径径DN允许载荷荷Q/kkN鞍座高度度h螺栓间距距l2鞍座质量量/kg增加1000mmm高度增加的质质量/kg3000078625019400405344.7.4 鞍座强度度校核鞍座腹板板的水平平分力：查得鞍座座包角1120对应系系数支座反力力：鞍座腹板板有效界界面内的的水平方方向平拉拉应力：计

22、算高度度，取鞍鞍座实际际高度和和两者中中的较小小值，mmm鞍座腹板板厚度，mmm鞍座腹板板有效宽宽度，取取垫板宽宽度与圆圆筒体的的有效宽宽度两者者中的较较小值，mmm鞍座垫板板有效厚厚度，110mmm则应力校核核：鞍座座材料QQ2355-AF的许用用应力，则则35 容容器焊缝缝标准5.1 压力容器器焊接结结构设计计要求焊缝分散散原则；避免焊焊缝多条条相交原原则；对对称质心心布置原原则；避避开应力力复杂区区或应力力峰值去去原则；对接钢钢板的等等厚连接接原则；接头设设计的开开敞性原原则；焊焊接坡口口的设计计原则（焊焊缝填充充金属尽尽量少；避免产产生缺陷陷；焊缝缝坡口对对称；有有利于焊焊接防护护；焊

23、工工操作方方便；复复合钢板板的坡口口应有利利于减少少过渡层层焊缝金金属的稀稀释率）。5.2 筒体与椭椭圆封头头的焊接接接头压力容器器受压部部分的焊焊接接头头分为AA、B、CC、D四四类，查查得封头头与圆筒筒连接的的环向接接头采用用A类焊焊缝。焊接方法法：采用用手工电电弧焊，其其原理是是利用电电弧热量量融化焊焊条和母母材，由由融化的的金属结结晶凝固固而形成成接缝，焊焊接材料料为碳钢钢、低合合金钢、不不锈钢，应应用范围围广，适适用短小小焊缝及及全位置置施焊，可可适用在在静止、冲冲击和振振动载荷荷下工作作的坚固固密实的的焊缝焊焊接，这这种方法法灵活方方便，适适应性强强，设备备简单，维维修方便便，生产

24、产率低，劳劳动强度度高。封头与圆圆筒等厚厚采用对对接焊接接。平行行长度任任取。坡坡口形式式为I型型坡口。根据166MnRR的抗拉拉强度=4900Mpaa和屈服服点=3325MMpa选选择E550系列列（强度度要求：4900Mpaa；4000Mpaa）的焊焊条，型型号为EE50114.该该型号的的焊条是是铁粉钛钛型药皮皮（药皮皮成分：氧化钛钛30%，加铁铁粉），适用于于全位置置焊接，熔敷效率较高，脱渣性较好，焊缝表面光滑，焊波整齐，角焊缝略凸，能焊接一般的碳钢结构。5.3 管法兰与与接管的的焊接接接头管法兰与与接管焊焊接接头头形式和和尺寸参参照标准准HG2206005-997,根根据公称称通经D

25、DN800选择坡坡口宽度度b=66mm，如如附图中中的局部部放大图图所示。5.4 接管与壳壳体的焊焊接接头头所设的接接管都是是不带补补强圈的的插入式式接管，接管插入壳体，接管与壳体间的焊接有全焊透和部分焊头两种，它们的焊接接头均属T形或角接接头。选择HG20583-1998标准中代号为G2的接头形式，基本尺寸为；，且，它适用于，因为所选接管的厚度都为壳体厚度的一半，壳体的厚度为24mm，所以符合要求。选择全焊透工艺，可用于交变载荷，低温及有较大温度梯度工况。如附图中的局部放大图所示4,5。6 筒筒体和封封头的校校核计算算6.1 筒体体轴向应应力校核核6.1.1 由弯矩引引起的轴轴向应力力筒体中

26、间间处截面面的弯矩矩： (66.1)式中 F鞍座反反力，NN；椭圆封封头长轴轴外半径径，mmm；L两封封头切线线之间的的距离，mm；A鞍座座与筒体体一端的的距离，mm；hi封封头短轴轴内半径径，mmm。支座处截截面上的的弯矩： (66.2)所以由化工工机械工工程手册册（上上卷，PP1199）得得K1=KK2=11.0。因因为MM1MM2，且且ARRm/22=7662mmm，故最最大轴向向应力出出现在跨跨中面，校校核跨中中面应力力。筒体中间间截面上上最高点点处 (6.3)所以最低点处处： (6.4)鞍座截面面处最高高点处： (66.5)最低点处处： (6.6)6.1.2 由设计计压力引引起的轴轴

27、向应力力由 (6.77)所以6.1.3轴向向应力组组合与校校核最大轴向向拉应力力出现在在筒体中中间截面面最低处处所以许用轴向向拉压应应力t=1633MPaa，而2t合合格。最大轴向向压应力力出现在在充满水水时，在在筒体中中间截面面最高处处轴向许用用应力：根据A值值查外压压容器设设计的材材料温度度线图得得B=1150MPPa，取取许用压压缩应力力acc=1550MPPa，1acc，合格格。6.2 筒体和封封头切向向应力校校核筒体切向向应力计计算：由化工工机械工工程手册册（上上卷，PP11-1000）查得得K3=00.8880，KK4=00.4001。所所以 (6.88)封头切向向应力计计算： (

28、6.9)因所以合合格66。207 总总结 通过这这次课程程设计，让让我对化化工设备备机械基基础这门门课有了了进一步步的认识识。这次次课设是是对这门门课程的的一个总总结，对对化工机机械知识识的应用用。设计时要要有一个个明确的的思路，要考虑多种因素包括环境条件和介质的性质等再选择合适的设计参数，对罐体的材料和结构确定之后还要进行一系列校核计算，包括筒体、封头的应力校核，以及鞍座的载荷和应力校核。校核合格之后才能确定所选设备型符合要求。通过这次次设计对对我们独独自解决决问题的的能力也也有所提提高。在在整个过过程中，我我查阅了了相关书书籍及文文献，取取其相关关知识要要点应用用到课设设中，而而且其中中有

29、很多多相关设设备选取取标准可可以直接接选取，这这样设计计出来的的设备更更加符合合要求。在在设计的的最后附附有CAAD设备备图，在在绘图的的整个过过程中，我我对制图图软件的的操作更更加熟悉悉。这次课设设的书写写中对格格式的要要求也很很严格，在在老师的的指导下下我们按按照毕业业设计的的格式要要求完成成课设。这这就为我我们做毕毕业设计计打下了了基础。因为的知知识有限限，所做做出的设设计存在在许多缺缺点和不不足，请请老师做做出批评评和指正正。最后感谢谢老师对对这次课课设的评评阅。参考文献献1 赵军军，张有有忱等编编. 化化工设备备机械基基础. 第二版版. 北北京：化化学工业业出版社社，20007.72

30、 压压力容器器实用技技术丛书书编写写委员会会编. 压力容容器设计计知识. 北京京：化学学工业出出版社，220055.73 刘湘湘秋编. 常用用压力容容器手册册. 北北京：机机械工业业出版社社，20004.64 董大大勤编. 化工工设备机机械基础础. 北北京：化化学工业业出版社社，200035 贺匡匡国. 化工容容器及设设备简明明设计手手册，第第二版. 20002.46 余国国琮. 化工机机械工程程手册，上上卷. 北京：化学工工业出版版社7 郑晓晓梅编. 化工工制图. 北京京：化学学工业出出版社，220011.1118 林大大军编著著. 简简明化工工制图. 北京京：化学学工业出出版社，220055.6