过程设备设计课程设计任务书

1、课程设计任务书1设计目的：设计目的1) 使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。2) 掌握查阅和综合分析文献资料的能力， 进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。3) 掌握电算设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算机操作和专业软件的使用。4) 掌握工程图纸的计算机绘图。2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名称液氯储罐2用途液氯储存站3最高工作压力MPa由介质温度确定4工作温度-20 455公称容积（ Vg）10/16/20/253M6工作压力波动情况可不考虑7装量系数

2、( )0.9V8工作介质液氯（高度危害）9使用地点室内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液位计接口空气进口管空气出口管液氯进口管液氯出口管安全阀接口压力表接口人孔课程设计任务书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课程设计计算说明书 (论文 )、图纸、实物样品等：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

3、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。课程设计任务书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， 19982 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，19993 全国化工设备设计技术中心站， 化工设备图样技术要求 ，2000，114 郑津洋、董其伍、桑芝富， 过程设备设计，化学工业出版社， 20015 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， 20026 国家医药管理局上海医药设计院， 化工工艺设计手

4、册，化学工业出版社， 19967 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）完成课程设计说明书一份；2）草图一张（ A1 图纸一张）3）总装配图一张(A1 图纸一张 ) ；6工作计划及进度：2012 年 06 月 11 日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤6 月 11 日 06 月 15 日：机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制06 月 15 日 06 月 20 日：设计图纸绘制（草图和装配图）06 月 20 日 06 月 22 日：撰写设计说明书06 月 22 日：答辩及成绩评定系主任审查意见：签字：年月日一、绪论1、

5、任务说明设计一个容积为 65 m 3 的液氯储罐，采用常规设计方法， 综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准，按工艺设计、 设备结构设计、 设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、人孔、接管进行设计，然后采用SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。2、液氯的性质液氯为黄色液体，沸点 -340C，熔点 -1010C，比重 1.468 ，有剧毒。氯的化学性质非常活泼， 能与金属、非金属及其化合物进行反应， 与有机化合物也能发生取代、加成反应。 50 摄氏度时的饱和蒸汽压 ( 绝对压力 ) 为 1.4327MPa。在工业上，液氯是一种很有用的化学物质。 氯可用

6、于造纸、纺织工业的漂白；用作水和废水的消毒、杀菌剂；且可用于制造无机、有机氯化物，如：金属氯化物、氯溶剂、染料中间体、杀虫剂、合成橡胶、塑料等。但由于液氯属高毒性，是一种强烈的刺激性气体。它对人体、环境都有很强的危害，因此液氯的存储、运输都是一个值得深思的问题。二、设计计算2.1 工艺设计1. 盛装液化气体的压力容器的设计存储量W=V=0.9 47.5 1.3141=51t式中： W- 储存量， t- 装量系数V-压力容器容积 - 设计温度下饱和液体密度， t/ m 32. 设备的初步选型及轮廓尺寸目前我国普遍采用常温压力储罐一般有两种形式：球形储罐和圆筒形储罐，因为圆筒形储罐加工制造安装简单

7、，安装费用少，但金属耗量大占地面积大，多以在总储存量小于500 m3 ，单罐容积小于1000 m3 时选用卧式储罐比较经济。2.2 机械设计结构设计表 2-1 设计条件表项目内容备注工作介质液氯工作压力 MPa1.4327设计压力 MPa1.54工作温度 -2045设计温度 50公称容积 m365计算容积 m369.05工作容积 m362.14装量系数 0.9介质密度 t/ m 31.3141材质16MnR保温要求无其他要求无1. 筒体和钢管材料的选择根据液氯的特性， 查 GB150-1998选择 16MnR。16MnR是压力容器专用钢， 适用范围：用于介质具有一定腐蚀性, 壁厚较大（8mm

8、）的压力容器。 50时的许用应力 t170Mpa, 钢板标准 GB6645。根据 JB/T4731, 钢管的材料选用 20号钢，其许用应力sa137MPa 。2. 设计温度的确定设计温度是指容器在正常的工作情况下， 设定的元件的金属温度 （沿元件金属截面的温度平均值） 。当元件金属温度不低于 0C时，设计温度不得低于元件金属可能达到的最高温度；当元件金属温度低于 0C时，其值不得高于元件金属可能达到的最低温度。考虑一定的余量和相关标准的使用，这里选为50。4. 设计压力的确定设计压力为容器的设计载荷条件之一，其值不得低于最高工作压力， 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

9、。装设安全阀的容器，考虑到安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压， 设计压力不得低于安全阀的开启压力，通常可取最高工作压力的1.05 1.10 倍。计算压力是指在相应的设计温度下，用以确定元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，当元件所承受的液柱静压力小于5%设计时，可忽略不计。 t=50 时 , 根据压力容器介质手册可得液氯的密度是1.314 g / cm3 ，饱和蒸汽压Pv=1.4327 MPa,大气压 Pa=0.1 MPa，因此最高工作压力应为1.5-0.1=1.4MPa（表压）。一、筒体和封头结构设计筒体直径一般有工艺条件决定。根

10、据公式Di 2 L65m3 (15%)4L/D=4由上面两个公式联立可以解出Di=2790mm,圆整为 Di=2800mm。即圆筒的公称直径为 2800mm。（JB/T9019-2001 ）查标准 JB4746-2002 可知，公称直径为 2800mm的标准椭圆封头的容积为 V 封 =3.1198m3封头深度 H=740mm则筒体部分容积为V筒 V 1.05-2V封651.05 - 2 3.1198 62.01m 3再由Di 2 L V筒 解出 L=10074mm，取圆整值10200mm。 L/Di=10200/2800=3.94在 3-6 范围内，符合要求。计算容积 Dg 2 L 筒2V封

11、69.05m3工作容积 =0.9 V计算 =62.14 m34二、接管和接管法兰设计接管由化工工艺设计手册第四版可知，所需的各接管的公称尺寸如下表。表 2-2 管口表接管代号公称尺寸公称压力连接尺寸标准连接面形式用途或名称aDN80PN1.6MPaHG20595-1997MFM液氯进口管bDN80PN1.6MPaHG21595-1997MFM安全阀接口cDN500PN1.6MPaMFM人孔dDN80PN1.6MPaHG20595-1997MFM空气进口管eDN80PN1.6MPaHG20595-1997MFM空气出口管fDN20PN1.6MPaHG20595-1997MFM压力表接口g1 4D

12、N20PN1.6MPaHG20595-1997MFM液位计接口hDN80PN1.6MPaHG20595-1997MFM液氯出口管 . 法兰与垫片选择1、法兰DN=2800mm，DP=1.54MPa，根据规定选择水平吊盖长颈对焊法兰（WN），材料：16MnR密封面选榫槽密封（ TG），下图法兰尺寸如下表表 2-3法兰尺寸表公钢法法管称连接尺寸法兰颈兰兰通外高厚径径度度 CDNB法兰螺栓孔螺螺栓螺NSH1RH外径 D中心圆栓孔数纹直径 K孔量 nThB直径 L8089200160188M16201103.210650202510575144M1216402.36440500530715650332

13、0M30345781116129022. 垫片根据 HG20592法兰标准的规定， 当公称为 0.6MPa4.0MPa且有剧毒介质时， 选择四氟乙烯垫片。表 2-4 垫片尺寸公称直径 DN包覆层内 D1包覆层外 D 3垫片外径 D 4厚度 T20275061380891261423三、人孔、手孔、视镜、液面计、压力计、温度计、安全阀结构设计1. 人孔根据 HG/T2151521535-2005 钢制人孔手孔的类型和技术条件选选用水平吊盖带颈平焊法兰人孔， 材料为 20 号钢，质量 =320kg，密封形式： 凹凸面（MFM）表 2-5 人孔尺寸dwsDD1bb1b2AH1H2d530 12715

14、65034313640532020136垫片选聚四氟乙烯包覆垫2、液面计由于容器工作温度为 -20 45，故只能选磁性液位计，其允许工作温度为-40 300。（ HG/T21584-1995）L=3000mm,凸面（ M）3、压力计膜片压力表适用于测量具有一定腐蚀性， 非凝固或非结晶的各种流体介质的压力或负压。 由于盛装液氯， 混入的少量水分会导致介质的腐蚀性， 故选用膜片压力表。选择型号为 YPF 150 B-F 。4、安全阀安全阀选用 A42Y-16P，适用于腐蚀性介质，公称压力 1.6MPa，公称直径DN100。四、鞍座结构设计该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-A筒体的质量 m

15、1 = V = Dg L=2.8 10.2 0.018 7.85 10 3 =12671.6kg储存液氯的质量 m2 = D i2 L 氯 =82486.2kg4单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表EHA椭圆形封头质量，可知， m3=1090.4kg其他附件质量 m4 =320kg鞍座总质量 m=97658.7kg根据 JB/T47124725-92 DN=2800，选 BI 型耳式支座，包角 120 ，材料选用 Q235A。表 2-6 鞍座尺寸表公称允许鞍座直径底板腹板筋板载荷 QDNKN高度 hl1bl3bb311223280019502502040300

16、10103202683608垫板螺栓配置鞍座增加 100mm 高质量度增加的质量弧长b44e间距 l2螺孔 d螺纹孔长 l326061010120180024M2040514kg50kg图 2-6 鞍式支座通常取尺寸 A 不超过 0.2L 值，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。由标准椭圆封头 h HD i40mm4故符合鞍座间距 A=0.5R=700mm， L=10200-2A=8800mm五、焊接接头设计容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝、 融合线和热影

17、响区的总称，焊缝是焊接接头的主要部分。 焊接接头的形式和坡口形式的设计直接影响到焊接的质量与容器的安全。 介质为氯气，因此回转壳体与封头的焊接选用对接接头，接管与壳体及补强圈之间的焊接采用角焊，为减小焊接变形和残余应力选X形内坡口。下图20 b=2 P=250强度设计一、容器的筒体和封头壁厚设计t1、材料选择压力容器专用钢16MnR，许用应力170MPa2、设计压力在设计条件中已经确定了最高工作压力为1.4MPa,设计压力通常取最高工作压力的 1.051.1倍，这里取为 1.1 倍，即设计压力为1.41.1=1.54MPa液柱静压计算 P 液=gDi=0.036MPa,小于设计压力的 5%，故

18、不予考虑，计算压力 Pc=1.54MPa3、焊接结构系数由于氯气是一种极度危害的戒指，对人的皮肤， 呼吸道有害， 甚至心力衰竭而死亡，液氯属于高度危害介质，应采用双面对接接头并采用 100%无损检测，焊接接头系数取 =1.0 。4、筒体厚度计算，由中径公式：Pc Di得t0.5Pc2计算厚度12.7mm腐蚀裕量 C2 =4mm钢材负偏差 C1 =0名义厚度 n =+C1 +C2 +圆整值 =18mm5、标准椭圆形封头计算厚度，由公式：Pc KD i（标准封头 K=1） 得t20.5Pc计算厚度 =12.68mm腐蚀裕量 C2=4mm钢材负偏差 C1=0名义厚度n =+C1 +C2 +圆整值 =

19、18mm二、卧式容器鞍式支座应力校核三、开孔补强计算根据 GB150，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 2.5 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，故该储罐中有 DN=500mm的 人孔，DN=80的安全阀孔、液氯进、出口孔，空气进、出口，当接管厚度为 6mm时可不另行不强。人孔补强圈1. Dmm时开孔最大直径Di =933，且 d1000mm，满足等面积法i2800,d=5003开孔补强计算使用条件，故可以用等面积法进行开孔补强计算。2. 所需最小补强面积 At=137d=50412.7mm frnr

20、=0.8nt =10mm et =8mm170开孔补强所需面积 A=2et(1fr)=6451.6mm2d3. 有效补强范围有效宽度 B =2d=1008mm或 B=d+2 nt2 n504+218+2 10=560mm取最大值 B=1008mm有效高度外侧有效高度 h1 =d nt =71mm或 h1 =320mm取最小值 h1 =71mm内侧有效高度 h2 =71mm或 h2 =0（实际内伸高度）取最小值 h2 =04. 有效补强面积(1) 筒体多余金属面积筒体有效厚度e = n -C=18-4=14mm多余金属面积 A1 =(B-d)(e - )-2et (e - )(1- fr )=6

21、51.04mm2(2) 接管多余金属面积接管计算厚度tpcdi1.54500tpc2.83mm2n2 137 1.54接管多余金属面积A22h1 ( ett ) f r2h2 ( etC 2 ) f r271（8-2.83 ）0.8+0=587.31 mm2(3) 接管区焊缝面积（焊脚取 6.0mm）A3=2 16 6 36 mm22(4) 有效补强面积AeA1A2A31274.35 mm2(5) 所需另行补强面积A4AAe =6451.6-1274.35=5177.25 mm2拟采用补强圈补强。(6) 补强圈设计根据接管公称直径DN500选补强圈，参照补强圈标准JB/T4736-2002坡口

22、形式选 E 型，下图选取补强圈外径 D =840mm，内径 d =504mm。因 B=1008mmD ，补强圈在有g补强圈厚度为A45184.05D d15.43mm840 504考虑钢板负偏差并圆整n =22mm三、压力容器校核内压圆筒校核计算单位计算条件筒体简图计算压力Pc设计温度 t内径Di材料试验温度许用应力设计温度许用应力试验温度下屈服点钢板负偏差C1腐蚀裕量C2焊接接头系数计算厚度ts1.58MPa50.00C2800.00mm16MnR(正火 )(板材)163.00MPa163.00MPa325.00MPa0.00mm4.00mm1.00厚度及重量计算Pc Di= 2 tP= 1

23、3.60cmm有效厚度名义厚度重量压力试验类型试验压力值压力试验允许通过的应力水平T试验压力下圆筒的应力校核条件校核结果e=n- C-C2=14.001n=18.0012759.09压力试验时应力校核液压试验PT = 1.25 P = 1.9250( 或由用户输入 ) T0.90s =292.50T=pT .( Die )=193.462 e .TT合格压力及应力计算mmmmKgMPaMPaMPa最大允许工作压力 Pw2 e t= ( Die ) = 1.62189设计温度下计算应力t =Pc ( Die )2e= 158.39t163.00校核条件ttMPaMPaMPa结论合格内压椭圆封头校

24、核计算单位计算条件计算压力Pc1.58MPa设计温度 t50.00C内径 Di2800.00mm曲面高度i740.00mmh材料16MnR( 正火 )(板材 )试验温度许用应力163.00MPa设计温度许用应力t163.00MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量24.00mmC焊接接头系数1.00厚度及重量计算形状系数K =1Di2=0.9299262hi计算厚度=KPc Di= 12.622 t0.5 Pc有效厚度e=n-12=14.00C- C最小厚度min =8.40名义厚度n =18.00结论满足最小厚度要求重量1262.18压力计 算最大允许工作压力2te Pw = 1.74822

25、KDi0.5e结论合格椭圆封头简图mmmmmmmmKgMPa右封头计算计算单位计算条件计算压力Pc1.58MPa设计温度 t50.00C内径 Di2800.00mm曲面高度i740.00mmh材料16MnR( 正火 )(板材 )试验温度许用应力163.00MPa设计温度许用应力t163.00MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量24.00mmC焊接接头系数1.00厚度及重量计算形状系数K =1Di2=0.9299262hi计算厚度=KPc Di= 12.622 t0.5 Pc有效厚度e=n-12=14.00C- C最小厚度min =8.40名义厚度n =18.00结论满足最小厚度要求重量12

26、62.18压力计 算最大允许工作压力2te Pw = 1.74822KDi0.5e结论合格椭圆封头简图mmmmmmmmKgMPa卧式容器（双鞍座）计算计算压力pC设计温度t圆筒材料鞍座材料圆筒材料常温许用应力 圆筒材料设计温度下许用应力圆筒材料常温屈服点鞍座材料许用应力 sa工作时物料密度O液压试验介质密度T圆筒内直径Di圆筒名义厚度n圆筒厚度附加量C圆筒焊接接头系数封头名义厚度hn封头厚度附加量Ch两封头切线间距离L鞍座垫板名义厚度rn鞍座垫板有效厚度re鞍座轴向宽度b鞍座包角鞍座底板中心至封头切线距离封头曲面高度hi试验压力pT鞍座高度H计算单位条件简图1.54MPa5016MnR(正火

27、)Q235-A163MPa t163MPa325MPa140MPa1314kg/m 31000kg/m 32800mm18mm4mm118mm4mm10280mm10mm10mm300mm120A740mm740mm1.925MPa250mm腹板与筋板 ( 小端 ) 组合截面积Asa腹板与筋板 ( 小端 ) 组合截面断面系数Zr地震烈度配管轴向分力F p圆筒平均半径Rm物料充装系数o支座圆筒质量 ( 两切线间 )m1D inLcns封头质量 ( 曲面部分 )m21216.34附件质量m3 420封头容积 ( 曲面部分 )Vh2.87351e+09容器容积 ( 两切线间 )V = 6.90463

28、e+10583242.17297e+060014090.9反力计算12859.62mm3mmNmmkgkgkg3mm3mmkg容器内充液质量工作时 ,m4V o o81654.2压力试验时 ,m4V T =69046.3耐热层质量m50工作时 ,m m12m2m3m4m597366.4总质量压力试验时 ,mm12m2m3m4m5 84758.6qmg84.7952m g73.8152单位长度载荷4q4hiLLhi33F1F1 m g415826mg 477680支座反力22Fmax F ,F477680kgkgN/mmN工作时ARm2hi21M 2FA1L2 AL-2.36957e+0714hi3L支座处横截面弯矩压力试验1ARm2hi2L2AL-2.06274e+07M T 2F A 114hi3LN mmK1=0.106611K4= 0.0125028K6 =K9=0.203522操作状态轴向应力计算水压试验状态2314T1T 4T 2T 3系数计算2=3=K0.192348K 1.17069K5=K6=0.7602580.0152104K7=K8=4=5=CC筒体轴向应力计算p C RmM 186.62872 eR 2m epC R