毕业论文-5立方米液氨储罐设计课程设计任务书.doc

设计任务书

设计 姓 名： 职称：
课程设计题目： （50）M3液氨储罐设计

1．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
1． 原始数据
设计条件表
序号
项 目
数 值
单 位
备 注
1
名 称
液氨储罐
2
用 途
液氨储存
3
最高工作压力
1.55
MPa
由介质温度确定
4
工作温度
-20～40
℃

5
公称容积（Vg）
50
M3

6
工作压力波动情况

可不考虑
7
装量系数(φV)
0.85

8
工作介质
液氨（中度危害）
9
使用地点
室外
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
DN65
HG/T20592-2009
FM
液氨进口管
b
DN50
HG/T20592-2009
FM
安全阀接口
c
DN500
HG/T21518-2005
FM
人 孔
d
DN50
HG/T20592-2009
FM
空气进口管
e
DN50
HG/T20592-2009
FM
空气出口管
f
DN25
HG/T20592-2009
FM
压力表接口
g
DN20
HG/T20592-2009
FM
液位计接口
h
DN65
HG/T20592-2009
FM
液氨出口管

设 计 任 务 书
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〔包括设计计算说明书(论文)、图纸、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。

设 计 任 务 书
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)；

第一章 设计参数的选择

1、设计压力：
液氨在40℃的饱和蒸汽压为1.55 MPa，由于按《压力容器安全技术监察规程》规定，盛装液化气体无保冷设施的压力容器，其设计压力应不低于液化气40℃时的饱和蒸汽压力Pv=1.55Mpa，大气压Pa=0.1Mpa. 而最高工作压力指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压可取液氨容器的设计压力为最大工作压力的1.1倍。即P=(1.55-0.1)×1.1=1.6
水压试验 PT=1.25X1.6=2.0Mpa
2、设计温度：
设计温度系指容器在正常操作情况下，在相应设计压力下，设定受压元件的金属温度，其值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度，对于0以下的金属温度，则设计温度不高于元件金属可能达到的最低金属温度，容器的设计温度是指壳体的设计温度，可知器设计温度选取的依据是：其值不得低于最高金属温度或不得高于最低金属温度（0以下）。湖南桃源盘塘当地最高工作温度为37℃~38℃，则设计温度取40。
3、主要元件材料的选择：
3.1 筒体材料的选择：
根据液氨的物性选择罐体材料，碳钢对液氨有良好的耐蚀性腐蚀率在0.1㎜/年以下，且又属于中压储罐，可以考虑20R和16MnR这两种钢材，综合考虑经济因素，根据GB150-1998表4-1，选用筒体材料为低合金钢（16MnR）Q345（钢材标准为GB6654）=163 Mpa。Q345（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。
3.2地脚螺栓的材料选择：
地脚螺栓选用符合GB/T 700规定的Q235，Q235的许用应力

第二章 设备的结构与厚度设计
1、筒体和封头的结构设计
1.1 封头的结构尺寸（封头结构如下图1）
由，得
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，如下表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/
2600
690
7.6545
2.5131
1.2 筒体的长度计算
筒体直径一般由工艺条件决定，但是要符合压力容器的公称直径。标准椭圆型封头是中低压容器经常采用的封头形式。封头公称直径必须与筒体的公称直径相一致。
根据公式
取 L/DN=4
得Di=2556mm,圆整得Di=2600mm.

，而充装系数为0.85
则：
即
计算得L=10.132m，取L=10m
(在3~6之间)

2、圆筒厚度的设计
2.1计算压力
计算压力是指在相应的设计温度下，用以确定组件最危险截面厚度的压力，其中包括液柱静压力。通常情况下，计算压力等于设计压力与液柱静压力之和，当组件所承受的液柱静压力小于5%设计时，可忽略不计。
经查《压力容器安全技术监察规程》（表3-3）得液氨的设计压力

液柱静压力
因为，
故液柱静压力可以忽略,计算压力与设计压力相等。,
即=2.16 Mpa
2.2圆筒厚度
该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为。
圆筒的厚度在16~36mm范围内，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： 圆整至18mm
取。=2
则筒体的设计厚度

筒体的有效厚度
3、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
选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA，则 ，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1计算：
圆整得
腐蚀裕度=2mm，设计厚度δd=δ+C2=18+2=20mm.对于16MnR,钢板负偏差=0
取名义厚度
有效厚度
由于筒体的名义厚度与封头的名义厚度相近，所以可以统一去名义厚度为。
选择封头的数据：DN=2600mm 曲面高=690mm 直边高=40mm 内表面积=7.6545,容积=2.5131m 名义厚度δn=20mm 质量=1184.6kg。
4、鞍座选型和结构设计
4.1 鞍座选型
该卧式容器采用双鞍式支座材料选用Q235-B，其许用应力
查得16MnR密度7900Kg/m
筒体总质量M=m1+m2+m3+m4
m1:筒体质量
m2:封头质量
m3:液氨质量
m4:附件质量：人孔及其它附件质量总共估取400kg

每个鞍座承受的压力
∴选鞍座JB/T4712.1-2007，标准尺寸为：DN=2600mm,许用载荷435KN,包角120°，带垫板，A型。
由公称直径，查《压力容器与化工设备实用手册》得
公称直径
DN
2600
腹板

8

垫板

610
允许载荷
Q/kN
440

筋板

295

10
鞍座高度
h
250

268
e
120

底板

1880

360
螺栓间距

1640

300

8
螺孔/孔长/螺纹
D/l
24/40
M20

14
垫板
弧长
3030
鞍座质量
Kg
298

4.2 鞍座位置的确定
双鞍座卧式容器的受力状态可简化为受均布载荷的外伸梁， 由材料力学知，当外伸长度A=0.207L时，跨度中央的弯矩与支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，所以一般近似取,其中L取两封头切线间距离，A为鞍座中心线至封头切线间距离。考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB 4731《钢制卧式容器》规定A≤0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。则可以取鞍座间距8000mm
由标准椭圆封头
故
鞍座的安装位置如图3所示：

图3-10鞍座

此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此，JB 4731还规定当满足A≤0.2L时，最好使A≤0.5R m（）,即
，则可取A=1000mm
综上有：A=1000mm(A为封头切线至封头焊缝间距离，L为筒体和两封头的总长)
5、接管，法兰，垫片和螺栓的选择
5.1、接管和法兰
液氨储罐液面计接口、人孔、压力表孔、空气进口、安全阀接孔、放空口、温度计口、液体进口、液体出口、排污口。根据各接口的大小选择相对应的法兰及垫片。
接管和法兰布置如图3所示，法兰简图如图所示：

查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中表8.2 3-1 PN10带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。
查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中附录D中表D-3PN10法兰的质量,得各法兰的质量。
查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。

表4：接管和法兰尺寸
序号
名称
公称直径DN
钢管外径法兰焊端外径
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（个）
螺栓Th
法兰厚度C
法兰颈
法兰高度H
法兰质量
N
　S

R
a
液氨进口管
65
76B　
185　
145　
18　
8　
M16　
18　
92　
2.9　
10　
6　
35　
3.0　
b
安全阀接口
50
57B
165
125
18
4
M16
18
74
2.9
8
6
45
2.5
c
人 孔
500
530B
670
620
26
20
M24
28
542
7.1
16
12
90
4
d
空气进口管
50
57B
165
125
18
4
M16
18
74
2.9
8
6
45
2.5
e
空气出口管
50
57B
165
125
18
4
M16
18
74
2.9
8
6
45
2.5
f
压力表接口
25
32B
115
85
14
4
M12
18
40
2.3
6
4
40
1
g
液位计接口
20
25B
105
75
14
4
M12
18
40
2.3
6
4
40
1
h
液氨出口管
65
76B　
185　
145　
18　
8　
M16　
18　
92　
2.9　
10　
6　
35　
3.0　
5.2 垫片
查HG/T 20609-2009《钢制管法兰用金属包覆垫片》表4.0.1得：
表5 垫片尺寸表
符号
管口名称
公称直径
内径D1
外径D2
a
液氨进口管
65
97.5
127
b
安全阀接口
50
77.5
107
c
人 孔
500
561
624
d
空气进口管
50
77.5
107
e
空气出口管
50
77.5
107
f
压力表接口
25
54
71
g
液位计接口
20
45.5
61
h
液氨出口管
65
97.5
127
注：1：包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T 3880，代号为L3。
2：垫片厚度均为3mm。
5.3 螺栓（螺柱）的选择
查HG/T 20613-2009 《钢制管法兰用紧固件》中表5.0.7-9和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸：
表6 螺栓

紧固件用平垫圈 mm
公称直径
螺纹
螺柱长

h
a
65
M16　
85
17
30
3
b
50
M16
85
17
30
3
c
500
M24
125
25
44
4
d
50
M24
90
17
30
3
e
50
M16
90
17
30
3
f
25
M12
75
13
24
2.5
g
20
M12
75
13
24
2.5
h
65
M16　
85
17
30
3

6 人孔的选择
根据HG/T 21518-2005《回转盖带颈对焊法兰人孔》，查表3-3尺寸表，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见下表：
表7 人孔尺寸表 单位：mm
密封面型式
凹凸面MFM
D
730

43

30
公称压力PN MPa
10

660

48
螺柱数量
20
公称直径DN
500

280
A
405
螺母数量
40

123
B
200
螺柱尺寸

d
506
b
44
L
300
总质量kg
302

第三章 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。
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

故可以采用等面积法进行开孔补强计算。
接管材料选用10号钢正火，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

2有效补强范围
12.2.1有效宽度B的确定
按GB150中式8-7，得：

12.2.2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：
，，
3 有效补强面积
根据GB150中式8-10 ~ 式8-13，分别计算如下：

3.1 筒体多余面积

3.2接管的多余面积
接管厚度：

3.3焊缝金属截面积
焊角取6.0mm

4补强面积

因为，所以开孔需另行补强
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B>D’，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20mm。

第四章、视镜的选用

选用不带颈视镜；
不带颈视镜结构简单，便于窥视，由于视镜接缘直接焊接在设备上，容易在焊接后引起接缘上的密封面变形，所以应有可靠的焊接工艺保证。
选用视镜的数据：DN=80 PN=1.57 D=130 b1=36 b2=26 H=91
螺柱：个数n=8 直径d=M12 重量m=7.1kg 标准：不锈钢HGJ501-86-15

图3-7视镜

第五章、液面计的选用

透光式玻璃面液面计，型号T；利用连通器原理，通过液面计的玻璃板视窗可以观察容器内部液面位置的变动情况。结构形式：保温型W,钢板16Mn.L=900,标准HG21589.1-1995.

图3-8磁性液面计

第六章、安全阀的选用

液氨：A44H-160对于高压容器和安全泄放量达的中低压容器，最好采用全启式安全阀，考虑泄放的介质质量是否易燃、有毒、污染环境，确定采用封闭式安全阀。所以选用弹簧封闭全启式（带扳手）安全阀。

图3-9安全阀

第七章、垫片及螺栓的选择

表3.1——垫片凹凸面用MFM型（mm）
公称通径
垫片内径
垫片外径
垫片厚度
20
27
50
1.5
80
89
120
1.5
100
115
149
1.5
500
530
560
3

第八章、焊接接头的设计
采用Y型对接接头和手工电弧焊，综合考虑材料选用16MnR.
焊条类型：E5018 ——铁粉低氢钾型

图3-11 Y型坡口
筒体和封头的焊接：δ=6~20 α=60~70 b=0~2 p=2 ~3

图3-12带补强圈焊接接头结构
接管与筒体的焊接：β=50°+5° ＝30°±2° b=2+0.5 ＝5±1 ＝δt =﹙≤8﹚ k＝0.7
第九章、校核
1） SW—6软件介绍
SW-6是一款过程设备设计软件，容易上手，在使用过程中只需输入部分参数即可得出设备在一般情况下的运行安全状况，与ANASY在静载荷处理部分有突出的优势。其中包含了U型管换热器，浮头式换热器，固定管板式换热器，填函式换热器，塔器，卧式容器，非圆形容器，高压设备，立式容器，球罐，我所使用的卧式容器软件中，校核了筒体，封头，支座，鞍座，各种法兰和开孔及开孔补强。

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

结束语

本次课程设计是结合所学课程的一次综合性设计,最后设计方案的确定接近实际操作,设计过程中我们逐步了解压力容器的设计步骤和只是需求,在逐步摸索中,我们学会如何查阅各种标准以及进行有理有据的选择,但涉及知识体系过于繁杂巨大,虽然大部分数据的由来由表差得,由于经验不足,在估算方面,难免会有较大的出入,而且在实际选择过程中有许多不到之处,在以后的学习中血药进一步向老师和同学请教!在此向耐心指导我们此次设计的徐老师表示衷心的感谢.