压力容器液压储罐课程项目设计方案

1、压力容器液压储罐课程项目设计方案第一篇、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项目数值单 位备注号1名称65m3液氨储罐2用途液氨储存站3最高工作压力2.0325MPa由介质温度确定4工作温度-20 485公称容积（ Vg）1

2、0/16/20/25/403M6工作压力波动情况可不考虑7装量系数 ( )0.85V8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aDN80HG20595-97MFM液氨入口bDN80HG20595-97MFM安全阀接口cDN80HG20595-97MFM空气进口管dDN80HG20595-97MFM空气出口管eDN80HG20595-97MFM压力表接口fDN80HG20595-97MFM人孔gDN50HG20595-97MFM液位计接口hDN500HG20595-97液氨出口iDN80HG20595-97MFM

3、排污管课程设计任务书2设计内容1）设备工艺设计；2) 设备结构设计；3）设备强度计算；4）技术条件编制；5）绘制设备总装配图；6）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。第三篇、设计方案与分析1、 设计温度设计温度为压力容器的设计载

4、荷条件之一， 指容器在正常工作情况下， 设定元件的金属温度。当元件金属温度不低于 0时，设计温度不得低于元件可能达到的最高温度 ; 当元件金属温度低于 0时，其值不得高于元件金属可能达到的最高温度。所以设计温度选择为 50。2、筒体和封头的结构设计1 ）盛装液氨的压力容器设计储存量WVt其中： W ：储存量， ：装量系数， V 压力容器容积， t ：设计温度下液氨密度根据压力容器介质手册，液氨在 50时密度t =562.871kg/m3 ，饱和蒸汽压 P =2.0325MP计算得： W =0.85 60562.87=28706.37 Kg2）设计初步选型及轮廓尺寸筒体直径一般由工艺条件决定，但

5、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。假设 L/D=4Di 2 LVg（15%）4得 Di=2717mm,圆整得 Di =2800mm.由封头公称直径Di =2800mm，根据 JBT4746-2002钢制压力容器用封头得，封头总深度H =740mm，直边高度 h =40mm，总容积 V =3.1198m3。根据 V筒 Vg 1.05-V封3（Di260 1.05-2 3.1198 56.76m2） L筒得 L筒 9218mm , 圆整得 L筒9300mm ，L9300D g28003.32 （在 3-6 之间）V全

6、=V筒2V封 63.5m33、选择材料由于液氨具有一定的腐蚀性，属于中度危害介质，且压力容器为中压容器，故在此选择 16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。钢板标准号为GB6654-1996。4、设计压力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。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

7、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。设计压力 Pc=1.05xPv=1.1x2.0325 =2.13MPa液柱静压力g0.56287 9.8 2.810-60.0154MpaD i因为gh0.0154，0.723% p 5%P设2.13所以液柱静压力可以不考虑，计算压力与设计压力相等。水压试验pT1.25 p1.252.132.7Mpat5、筒体封头的厚度计算查 压力容器材料使用手册- 碳钢及合金钢 得 16MnR的密度为 7.85t/m 3，熔点为 1430，许用应力t 列于下表：表 3.116MnR许用应力板厚 /在下列温度（）下的许用应力/ Mpa钢号 2010

8、01502002503006 16170170170170156144161631631631591471343616MnR361571571571501381256060153153150141128116100由筒体厚度计算式：pcD i可得筒体的计算厚度为18.00mm，钢板厚2 tpc度负偏差 C1 0.3 ，腐蚀余量 C 22 ，故筒体的名义厚度为n 22mm 。封头厚度计算式：PcDi2 t0.5Pc焊接接头的检验采用100%无损检验，所以焊接接头系数=1，得封头计算厚度18.61mm，钢板厚度负偏差 C1 0.3 ，腐蚀余量 C 2 2 ，故筒体的名义厚度为n22 mm。6、接管

9、及接管法兰设计螺栓法兰连接是一种应用最广泛的密封装置， 它的作用是通过螺栓连接， 并通过拧紧螺栓使密封元件压紧而保证密封。 由于工艺要求和检修的需要， 在筒体上直接开孔安装接管，分别有液面计接口、人孔、压力表孔、空气进口、安全阀接孔、空气出口、液体进口、液体出口。根据各接口的大小选择相对应的法兰及垫片。表 6.1 管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标连接面形式用途或名称准aDN80HG20595-97MFM液氨入口bDN80HG20595-97MFM安全阀接口cDN80HG20595-97MFM空气进口管dDN80HG20595-97MFM空气出口管eDN80HG20595-97MFM压力表接口f

10、DN80HG20595-97MFM人孔gDN50HG20595-97MFM液位计接口hDN500HG20595-97MFM液氨出口iDN80HG20595-97MFM排污管接管及接管补强详细数据见强度校核书。跟据管口公称直径选择相应的法兰，2.5MPa 时选用带颈对焊榫槽法兰，主要参数参照 HG20592-1997 钢制管法兰、垫片、紧固件表 4-2 PN2.5MPa（25bar ）带颈对焊钢制管法兰尺寸表：表 6.2法兰尺寸表钢管连接尺寸法兰颈外径法兰法兰公称螺栓孔中螺栓螺栓厚度高度通径法兰螺纹A心圆直径孔直孔数CNSHRH外径 DThK径 L量 n253211585144M1216462.

11、664404045150110184M1618642.675458089200160188M16201103.210650100108220180188M16221303.6126527、鞍座的设计7.1鞍座选型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 m m12m2m32m4m1 筒体质量： m1DL3.14 2.8 0.022 9.300 1000 12935.5m2 单个封头的质量：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，m21507 Kgm3 充液质量：液氨故水m 3水 ?V1000（2）63475K

12、g42.8 9.32 3.1198m4 附件质量：人孔质量为300kg，其他接管质量200kg ，即 m4500Kg综上所述，G=mg=800kN,每个鞍座承受的重量为 800KN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 2：鞍式支座结构尺寸公称允许载底板腹板筋板高度直径荷hl1b112l3b2b33DNQ/KN280019852502040300181832026836014垫板螺栓配置鞍座增加 100mm质量高度所增加eKg的质量 Kg弧长b44间距螺孔螺纹孔d长l

13、2326062012120180024M2040528497.2鞍座位置的确定因为当外伸长度A=0.207L 时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和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，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。由标准椭圆封头Di2,有h=H- Di402(H h)4mm故 A 0.2 （

14、L+2h） =0.2(10000+2x40)=2016 mm鞍座的安装位置如图3 所示：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 A0.5Rm（RmR in2）,即A 0.5R m=0.5x(1400+11)=705.5 ，取 A=450mm综上有： A=450mm(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 )8、焊接焊接是两件或两件以上零件，在加热或（和）加压的状态下，通过原子或分子之间的结合和扩散，形成

15、永久性连接的工艺过程。筒体、封头之间的焊接结构： 根据筒体及封头的厚度以及设计压力和液化石油气的特性， 焊缝采用对接接头， X 型坡口。焊接接头的检验采用100%无损检验。接管和筒体之间的焊接形式采用带补强圈插入式接管T 型接头形式，坡口形式为 D形。9、垫片，螺栓，人孔的设计9.1垫片查 HG/T 20609-2009 钢制管法兰用金属包覆垫片，得：表4垫片尺寸表符号管口名称公称直径内径D1外径D2a排污口80109.5142b气相平衡口80109.5142c气相口80109.5142d出液口80109.5142e进液口80561642f人孔500549575g1-2液位计口5077.510

16、7h温度计口80109.5142m压力表口80109.5142n安全阀口80109.5142s排空口80109.5142注： 1：包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T 3880 ，代号为 L3。2 ：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。3：垫片厚度均为3mm。9.2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 5螺栓及垫片紧固件用平垫圈mm公称直径螺纹螺柱长d1d2ha80M1610017303b80M1610017303c80M1610017303d80M1610017303e80M161001730

17、3f500M2416525444g1-250M168517303h80M169017303m80M169017303n80M169017303s50M1685173039.3人孔的选择根据 HG/T 21518-2005 回转盖带颈对焊法兰人孔 ，查表 3-1 ，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见下表：表 6 人孔尺寸表单位： mm密封面凹凸面D730b146d048型式MFM公称压4D1660b257螺柱数量20力 PNMPa公称直500H 1280A435螺母数量40径 DNdw s530*12H 2128B400螺柱尺寸M33 2 170d506b44L300总质量 kg30210、 人孔补

18、强的计算开孔补强结构： 压力容器开孔补强常用的形式可分为补强圈补强、厚壁管补强、整体锻件补强三种。补强圈补强是使用最为广泛的结构形式，它具有结构简单、制造方便、原材料易解决、安全、可靠等优点。在一般用途、条件不苛刻的条件下，可采用补强圈补强形式。但必须满足规定的条件。压力容器开孔补强的计算方法有多种，为了计算方便，采用等面积补强法，即壳体截面因开孔被削弱的承载面积， 必须由补强材料予以等面积的补偿。 当补强材料与被削弱壳体的材料相同时， 则补强面积等于削弱的面积。 补强材料采用16MnR。1、内压容器开孔后所需的补强面积A d2 et 1 f r（4.1 ）式中 开孔直径：ddi2C45622

19、.8461.6 ；强度削弱系数：tf rn133 /163 0.82t壳体开孔处的计算厚度20.01接管有效厚度：etntC 122.89.2 则A 461.6 20.01220.019.21 1339304 .38 21632、有效补强面积即已有的加强面积壳体开孔后，在有效补强范围内，可作为补强的截面积（包括来自壳体、接管、焊缝金属、补强元件）A eA1A2A3（4.2 ）筒体上多余金属面积：A 1B - de2ete1f r（4.3 ）有效补强宽度 B=2d筒体的有效厚度e242.821.2 所以A1 461.6 21.2 20.012 9.221.220.01 1133545.27 21

20、63人孔接管上多余的面积：A 22h1ettf r2h2etC 2f r（4.4 ）外侧有效高度：h1nt d12461.674.43内侧有效高度即实际内伸高度h20接管计算厚度：760 , 内径 D itpc d i2.16 480243.732tpc2 13312.16n所以A2212461.69.23.73133664.36 2163焊缝金属截面积：A 3211212144 22则A eA1A2A3545.27664.36144 1353.63 2比较的 AA e满足以下条件的可选用补强圈补强： 刚材的标准常温抗拉强度 b540 Mpa；补强圈厚度应小于或等于壳体壁厚的1.5 倍；壳体名

21、义厚度n38 ；设计压力 4Mpa ；设计温度 350 。可知本设计满足要求，则采用补强圈补强。所需补强圈的面积为：2A4AAe7950.75 补强圈的结构及尺寸：为检验焊缝的紧密型，补强圈上钻 M10的螺孔一个，以通入压缩空气检验焊缝质量。 按照根据焊接接头分类， 接管、人孔等与壳体连接的接头，补强圈与壳体连接的接头取 D类焊缝。根据补强圈焊缝要求， 并查得结构图为带补强圈焊缝 T 型接头，补强圈坡口取 B 型（查化工容器及设备简明设计手册）。查标准 HG21506-92 得补强圈外径 D 0d 03 5则取 485 。计算补强圈厚度：A47950.75（4.5 ）c18.14B D i46

22、1.6 2 485查标准补强圈厚度取20 ，计算的补强圈厚度也满足补强圈补强的条件。查得对应补强圈质量为42.3 3,5 .第三篇、各结构尺寸的校核钢制卧式容器计算条设计压力p设计温度t筒体材料名称封头材料名称封头型式筒体内直径Di筒体长度L筒体名义厚度n支座垫板名义厚度rn筒体厚度附加量C腐蚀裕量C1筒体焊接接头系数封头名义厚度hn封头厚度附加量Ch鞍座材料名称鞍座宽度b鞍座包角支座形心至封头切线距离A鞍座高度H地震烈度计算单位件简图2.13MPa5016MnR(正火 )16MnR(正火 )椭圆形2800mm9300mm22mm12mm2mm2mm120mm2mmQ235-A300mm120

23、940mm250mm低于 7度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 s 钢板负偏差 C1 腐蚀裕量 C2焊接接头系数计算厚度2.15MPa50.00C2800.00mm16MnR( 正火 )(板材 )163.00MPa163.00MPa325.00MPa0.00mm2.00mm1.00厚度及重量计算Pc Di=2 t= 18.55Pcmm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最大允许工作压力设计温度下计算应力t校核条件结论e=n-C- C=

24、20.0012n=22.0014238.67压力试验时应力校核液压试验PPt=2.6600( 或由用户输入 )T = 1.25T0.90s =292.50T=pT .( D ie ) =187.532e .TT合格压力及应力计算 w2 e t=( D ie ) =2.31206Pt=Pc ( Die )= 151.222e163.00tt合格mmmmKgMPaMPaMPaMPaMPaMPa左封头计算计算单位计算条件椭圆封头简图计算压力Pc设计温度t内径 Di曲面高度hi材料试验温度许用应力设计温度许用应力t钢板负偏差C1腐蚀裕量C2焊接接头系数形状系数计算厚度有效厚度最小厚度名义厚度结论重量2

25、.15MPa50.00C2800.00mm745.00mm16MnR( 正火 )(板材 )163.00MPa163.00MPa0.00mm2.00mm1.00厚度及重量计算K =1Di2= 0.9219262hi=KPc Di= 17.042t0.5Pce=n -12=18.00C- Cmin =8.40n =20.00满足最小厚度要求1409.45压力计算mmmmmmmmKg最大允许工作压力2 te Pw = KDi0.5e = 2.26537结论合格MPa右封头计算计算单位计算条件椭圆封头简图计算压力Pc设计温度t内径 Di曲面高度hi材料试验温度许用应力设计温度许用应力t钢板负偏差C1腐

26、蚀裕量C2焊接接头系数形状系数计算厚度有效厚度最小厚度名义厚度结论重量最大允许工作压力2.15MPa50.00C2800.00mm745.00mm16MnR( 正火 )( 板材)163.00MPa163.00MPa0.00mm2.00mm1.00厚度及重量计算K =1Di2= 0.921922hi6=KPc Di= 17.042t0.5Pce=n-C- C= 18.0012min =8.40n =20.00满足最小厚度要求1409.45压力计 算 w2 te= KDi0.5e= 2.26537PmmmmmmmmKgMPa结论合格卧式容器（双鞍座）计算单位计算条件计算压力pC2.13设计温度t5

27、0圆筒材料16MnR(正火 )鞍座材料Q235-A圆筒材料常温许用应力163圆筒材料设计温度下许用应力163 t圆筒材料常温屈服点325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A封头曲面高度hi试验压力pT鞍座高度H简图MPaMPaMPaMPa140MPa562.8kg/m 31000kg/m 32800mm22mm2mm120mm2mm9380mm12mm12mm300mm120

28、940mm745mm2.66MPa250mm腹板与筋板 ( 小端 ) 组合截面积Asa58324腹板与筋板 ( 小端 ) 组合截面断面系数 Zr2.17297e+06地震烈度0配管轴向分力F p0圆筒平均半径Rm1411物料充装系数o0.85支座反 力计 算圆筒 质量 ( 两切 线 m1Din L c ns14361.6间)封头质量(曲面部1353.4分)m2附件质量m3528封头容积(曲面部2.87351e+09分)Vh容器 容积 ( 两切 线 V = 6.35046e+10间)工作时 ,m4V o o30379.3容器内充液质量压力试验时 ,m4VT = 63504.6耐热层质量m50工作时 ,mm12m2m3m4m547975.7总质量压力试验时 ,mm12m2m3m4m5 81101qmg45.3796qm g76.7123单位长度载荷L4hiL4hi33F1 mg235369F1 m g 397881支座反力22Fmax F ,F397881筒体弯矩计算圆筒中间处截工作时面上的弯矩2mm3mmNmmkgkgkg3mm3mmkgkgkgN/mmNN mmF L 12 Rm2hi2 / L24 A = 2.9413e+08M 14hiL413 L压力试验M T 1F L 12 Rm2hi2/ L24 A = 4.