化工设备课程设计

1、化工设备机械基础课程设计设计任务书 学院：材料工程学院 专业：林产化工 组别：第四组 组员：王玲燕、蔡云鹏、左亚银、张雄、向孝、努尔艾则孜 指导教师：王应彪 液氨储罐容器设计书明书目录序号说明4前言5第一章 概述61.1、设计条件61.1.1、设备类型：61.1.2、原始参数：61.1.3、本储罐技术要求61.2、设计依据61.2.1、液氨储罐的使用环境：61.2.2、理论依据：61.3、设备结构形式概述6第二章罐体设计82.1、罐体结构82.2、焊接方式82.3、选择液氨储罐材料82.3.1、储罐操作条件82.3.2、材料选择82.4、罐体壁厚设计82.4.1、 罐体壁厚计算82.4.2、校

2、核罐体水压试验强度：9第三章封头设计103.1、封头结构103.2、计算封头厚度：103.3、校核封头水压试验强度：10第四章 人孔设计124.1、人孔的选择124.2、人孔的开孔位置124.3、人孔图表12第五章 鞍座设计155.1、鞍座负荷计算155.1.1、罐体质量155.1.2、封头质量155.1.3、液氨质量155.1.4、附件质量15第六章 接管设计176.1、液氨进料管176.2、液氨出料管176.3、排污管176.4、安全阀接口管176.5、压力表接口管176.6、液面计接管176.7、放空管接管17第七章 液氨储罐总装配图19参考文献20总结语21序号说明 - 圆筒或封头内径

3、，； - 计算压力， ；P - 设计压力， ； PT - 液压试验压力， ；-圆筒或封头的最大允许工作压力，； - 圆筒或封头的计算厚度，；d - 圆筒或封头的设计厚度，；n - 圆筒或封头的名义厚度，；e - 圆筒或封头的有效厚度，；t - 圆筒材料在设计温度下的许用应力，；T- 圆筒壁在试验压力下的计算应力，;S- 圆筒材料的屈服点； - - 圆筒或球壳材料在设计温度下的计算应力，； - 焊接接头系数；C1 - 钢板厚度的负偏差，；C2 - 腐蚀裕量，；C - 厚度附加量，；L储罐总长度，mm； 前言压力容器是一种密闭的承压容器，其应用广泛，用量大，但又比较容易发生事故，且事故往往是严重的

4、。与任何工程设计一样，压力容器的设计目标也是对新的或改进的工程系统和装置进行创新和优化，以满足人们的愿望与需求。具体来说压力容器的设计人员应根据设计任务的特定要求，遵循设计设计工作的基本规范，以及材料控制、结构细节、制造工艺、检验及质量管理等方面的规则。本设计是设计以液氨储罐，它是卧式容器。液氨储罐是合成氨工业中必不可少的储存容器。本设计过程的内容包括容器的材质的选取、容器筒体结构和强度的设计，封头的设计、筒体壁厚的设计、封头壁厚设计、确定支座、人孔及接管以及其它接管的设计与选取。压力容器是一种能够承受压力载荷的密闭容器。主要用于传热、传质等工艺过程，以及贮存、运输有压力的气体或液化气体。本设

5、计是根据液氨存在条件的要求以及使用地点、地理环境、技术要求等来完成一个液氨储罐容器。采用卧式圆筒形储罐，保持介质压力稳定，生产连续进行。从安全管理的角度来看，液氨对大多数材料尚无腐蚀作用。冷凝时，加压至0.91.4MPa。所以选材时优先采用低合金钢，如使用16MnR、15MnVR等第一章 概述1.1、设计条件1.1.1、设备类型：液氨储罐容器；1.1.2、原始参数：贮罐内径Di=2800mm 长度L=4600mm 使用地点：昆明。本贮罐在夏季最高温度可达40，这时氨的饱和蒸汽压力本贮罐技术要求1.1.3、本储罐技术要求本设备按GB150-1998钢制压力容器进行制造，试验和验收焊接材料，对接焊

6、接接头型实际尺寸可按GB985-80中规定（设计焊接接头系数=1.0）焊接采用电弧焊，焊条型号为E4303壳体焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度为100设备制造完毕后，以2MPa表压进行水压试验1.2、设计依据 1.2.1、液氨储罐的使用环境：所在地昆明。最高温度可达40，这时液氨的饱和蒸汽压为1.525MPa（绝对压强）。1.2.2、理论依据：压力容器的安全监查；根据薄膜理论进行应力分析，确定薄膜应力状态下的主应力；根据弹性失效的设计准则，应用强度理论确定应力的强度判据；对于封头，考虑到薄膜应力的变化和边缘应力的影响，按壳体中的应力状况在公是中引进增强系数；根据应力强度判据，考虑腐蚀等实际因素

7、，导出具体的计算公式。1.3、设备结构形式概述本设备为液氨储罐，其结构包括罐体、封头、人孔、接管、法兰等部分组成，其结构为卧式圆柱型罐体，标准椭圆形封头，有一个人孔、两个鞍座及各种形式的接管及法兰组成。第二章 罐体设计2.1、罐体结构卧式圆筒形（在大气环境温度下，温度最高可达40，储存经过加压的气体如空气，氧气，氮气，氨气等），由于卧式罐体在运输中比较方便所以通常采用卧式储罐。2.2、焊接方式双面焊的对接接头，100%无损检测，根据化工设备机械基础P96表48。 2.3、选择液氨储罐材料2.3.1、储罐操作条件根据冷取水的温度，氨水冷凝时一般需要加压至0.91.4MPa，由于液氨储罐大都露天放

8、置，因而罐内液氨的温度和压力直接受到大气温度的影响。夏季储罐经太阳暴晒，温度可达40摄氏度甚至更高，这时氨的饱和蒸气压为1.485MPa（表压）左右，因此，储罐的操作温度和压力又是波动的。根据压力容器安全技术监察规程关于固定式液化气体压力容器设计压力的规定，液氨储罐的设计压力按50摄氏度是液氨的饱和蒸汽压确定。液氨50摄氏度时的蒸气压为1.973MPa(表压)，规定设计压力为2.16MPa。2.3.2、材料选择液氨腐蚀性较小却为中压-低温范畴的容器，储罐可选用一般钢材，但由于压力较大，可以考虑20R、16MnR。这两种钢材如果纯粹从技术角度看，建议选用20R类的低碳钢板，16MnR钢板的价格虽

9、然比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的设计，16MnR钢板为比较经济。所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体材料。参考化工设备机械基础P49。2.4、罐体壁厚设计2.4.1、 罐体壁厚计算壁厚计算公式（根据化工设备机械基础式45 ）： （2-1）本储罐的夏季最高温度（按40考虑）时氨的饱和蒸汽压为1.525MPa（绝对压力），储罐容器上需要安装安全阀，故取=1.6775MPa（压力容器安全技术监察规程规定液氨储罐设计温度为40，设计压力为=1.1pMPa），=2800mm；=170MPa；=345MPa（附表9）；（双面焊接对接接头，100%无损检测，表48）。取=2mm，于是 =1.

10、67752800/21701-1.6775=13.9mm d=+C2 =13.9 + 2=15.9mm根据d=15.9mm，由表4-9查得，则 n =d + C1 +圆整值=15.9 + 0.25 +圆整值=17mm确定选用n =17mm厚的16MnR钢板制作罐体。2.4.2、 校核罐体水压试验强度： 公式 (2-2)其中 Pt=1.25P =1.251.6775=2.1 MPa e =n - C =17-0.25-2=14.75mm =345MPa（附表9）则 =2(2800+14.75)/214.75=190.83 MPa 而 MPa 因为，所以水压试验强度足够。第三章 封头设计3.1、封

11、头结构采用标准椭圆形封头。封头具几何形状的不同，可分为球形、椭球形、蝶形、球冠形、锥形、平盖等几种。其中球形、椭球形、蝶形、球冠形封头又统称为凸形封头。从受力与制造方面来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小得多，容易冲压成型，是目前低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径和壁厚都较大，加工和焊接方面都会遇到不少困难。从钢材耗用量来看，球形封头用材最少，比椭圆形封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构、用材和制造等方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。3.2、计算封头厚度：厚度计算（根据化工设备机械基础第六版式421）： （3-1）=

12、1.6775MPa ；=2800mm；=170MPa；=345MPa（附表9）；于是 ： =1.67752800/(21701-0.51.6775)=13.85mmd=+C2 =13.85 + 2=15.85mm根据d=15.85mm，由表4-9查得，则 n =d + C1 +圆整值=15.85 + 0.25 +圆整值=17mm确定选用n =17mm厚的16MnR钢板制作罐体。3.3、 校核封头水压试验强度： 公式 (2-2)其中 Pt=1.25P =1.251.6775=2.1 MPa e =n - C =17-0.25-2=14.75mm =345MPa（附表9）则 =2(2800+14.

13、75)/214.75=190.83 MPa 而 MPa 因为，所以水压试验强度足够。 第四章 人孔设计4.1、人孔的选择压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构建。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成，人孔的类型很多此处主要选用水平吊盖人孔（为了便于移动沉重的人孔盖，常做成回转盖式或吊盖形式）对焊法兰人孔（操作压力在2.5MPa以上时）人孔直径。根据碳钢，低合金钢，人孔，手孔标准系列，由水平吊盖人孔，公称压力2.5MPa,，公称直径而采用：密封面形式：榫槽面（TG），标准号：HG2152495(带颈对焊法兰式)，该水平吊盖带颈对焊法兰人孔标记为：人孔 TG (AG) 45

14、02.5 HG21524954.2、人孔的开孔位置顶部，卧式储罐开孔在顶部便于制造和检修用的梯子便于安放，另外还便于检查，清理，取出内件和进出设备。4.3、人孔图表人孔结构图，人孔各零件名称、材质及尺寸如下： 图4-1图4-2人孔PN2.5 DN450 明细表表4-1件号标准号名称数量材料尺寸/mm1筒节1Q235-A=48012，=3202HGJ 46-48-91法兰120(锻件)3HGJ 69-91垫片1石棉橡胶板=3(代号AG)4HGJ 61-63-91法兰盖1Q235-A=39，=445HGJ 75-91螺柱2035M3021606HGJ 75-91螺母4025M337把手1Q235-

15、AF8转臂1Q235-AF=369GB 95-85垫圈201100HV10GB 41-88螺母M2024级11吊钩1Q235-AF12环1Q235-AF13无缝钢管12014支承板116MnR15GB91-86销2低碳钢 第五章 鞍座设计5.1、鞍座负荷计算储罐总质量 式中 5.1.1、罐体质量DN=2800mm，（化工设备设计手册第一册），（由化工设备机械基础第六版P190数据推算得出），所以 5.1.2、封头质量DN=2800mm, 5.1.3、液氨质量 其中，装量系数取0.9(压力容器安全技术监察规程规定：介质为液化气体的固定式压力容器，装量系数一般取0.9)。贮罐容积(化工设备设计手册

16、第一册，化学工业出版社，331页，328页) 液氨在20时的密度为665kg/，则 5.1.4、附件质量人孔质量约200kg，其他接管等质量总和按300kg计。于是，=500kg。储罐总质量 没过鞍座只承受114kN负荷，根据化工设备机械基础第六版附表16，可以选用轻型带垫板，包角为120的鞍座，即 JB/T 4712-92 鞍座 A2600-F JB/T 4712-92 鞍座 A2600-S第六章 接管设计6.1、液氨进料管采用无缝钢管YB231-70 884mm ,管的一端伸入罐切成45,管长400 mm。配用凸面式平焊管法兰HG 5010-58 Pg16Dg806.2、液氨出料管采用可拆

17、的压出管884mm,伸入到罐内离罐底约100 mm,外套无缝钢管1006mm(管壁加厚，具有补强作用),都配用凸面板式平焊管法兰（HG 5010-58 Pg16Dg80），凸面管法兰盖（GB9123.9-88）和石棉橡胶垫片（GB9126.2-88）。6.3、排污管在罐的右端最底部设个排污管，规格是702.5mm，管端焊有与截止阀相配的管法兰HG 5010-58 Pg16Dg65。排污管与罐体连接处焊有一厚度为10mm的补强圈.6.4、安全阀接口管安全阀接口管尺寸由安全阀泄放量决定。本贮罐选用884mm的无缝钢管, 管法兰HG 5010-58 Pg16Dg806.5、压力表接口管压力表接口管由

18、最大工作压力决定, 因此选用采用702.5mm无缝钢管,管法兰采用HG 5010-58 Pg16Dg65。各接管外伸高度都是150mm。6.6、液面计接管 本储罐采用玻璃管防霜液面计“AI 2.5126050 HG/T 2155093”两支。其标志符号意义如下：第1项用AI表示防霜液面计类型；第2项2.5表示液面计公称压力等级，MPa；第3项1260表示液面计的公称长度，mm；第4项50表示防霜翅片高度，mm；第5项HG/T2155093表示该液面计的标准图号。6.7、放空管接管采用32mm3.5mm，无缝钢管，管法兰为“HG 20592 法兰 PL252.5 RF 16Mn”。 第七章 液氨

19、储罐总装配图 （略，见附图）总图材料明细表表7-1序号图号或标准号部件名及规格件数材料单件总计备注重量（Kg）1封头216MR通用件2HG/T21518-2005人孔45012116MR3JB/T4736-2002补强圈DN50028116MR通用件4GB/T8163-1999接管88432069913985HG20592法兰MFM22029586HG20592法兰MFM1201.052.17HG20592法兰MFM1200.62.48HG5010-58压力表接头M702.512042.39筒体DN2800116MR10GB/T8163-1999接管2533203.1115.611HG20592法兰MFM3201.53.012HG/T21550-93礠式液面计1组合件2.24.413GB/T5782-2000双头螺柱M1677168.8级5.0310.0614GB/T6170-2000螺母M16328级5010015石墨复合垫1组合件418216GB/T4712-92支座S1Q235-A17GB/T8163-1999接管573.56200.134.1618HG