课程设计任务书(55)M3液氨储罐设计-

1、中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 梁晓明 学号： 11020341X38 学 院： 信息商务学院 专 业： 过程装备与控制工程 题 目： （55）M3液氨储罐设计 指导教师： 陆辉山 崔宝珍 职称: 2014年06月16日 中北大学课程设计任务书 2013/2014 学年第 二 学期学 院： 信息商务学院 专 业： 过程装备与控制工程 学 生 姓 名： 梁晓明 学 号： 11020341X38 课程设计题目： （55）M3液氨储罐设计 起 迄 日 期： 06 月 16 日06月 27日 课程设计地点： 校内 指 导 教 师： 陆辉山 崔宝珍 系 主 任： 黄晋英 下达任务书日期:

2、2014年06月16日课 程 设 计 任 务 书1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 称液氨储罐2用 途液氨储存3最高工作压力 MPa由介质温度确定4工作温度-20485公称容积（Vg）10/16/20/25/40M3

3、6工作压力波动情况可不考虑7装量系数(V)0.858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aDN65HG/T20592-2009FM液氨进口管bDN50HG/T20592-2009FM安全阀接口cDN500HG/T21518-2005FM人 孔dDN50HG/T20592-2009FM空气进口管eDN50HG/T20592-2009FM空气出口管fDN25HG/T20592-2009FM压力表接口gDN20HG/T20592-2009FM液位计接口hDN65HG/T20592-2009FM液氨出口管课 程 设

4、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-

5、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、6工作计划及进度：2014年06月16日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤 06月17日06月20日：机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制06月21日06月24日：设计图纸绘制（草图和装配图）06月25日06月26日：撰写设计说明书06月27日：答辩及成绩评定系主任审查意见： 签字： 年 月 日第一章 设计参数的选择1、设计压力：液氨在50是的饱和蒸汽压为2.059 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50时的饱和蒸汽压力Pv=2.059Mpa，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

7、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=(2.059-0.1)×1.1=2.16水压试验 e=18mm，Di=2600mm,b=490Mpa,校核 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）最高工作温度为48，则设计温度取50。3、主要元件材料的选择：3.1 筒体材料的选择：根

8、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（钢材标准为GB6654）=163 Mpa。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

9、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/26006907.65452.5131 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/D=4 得Di=2597mm,圆整得Di=2600mm. ，而充装系数为0.85则：即计算得L=11.246m，取L=11m(在46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

10、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 Mpa2.2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1636mm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

11、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d=+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n=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+m

12、4m1: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DN2600腹板8垫板610允许载荷Q/kN440筋板29510鞍座高度h250268e120底板1880360螺栓间距16403008螺孔/孔长/螺纹D/l24/40M2014垫板弧长3030鞍座质量Kg2984.2 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

13、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A0.2L=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

14、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A0.2L时，最好使A0.5R 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

15、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NSRa液氨进口管 6576B185145188M1618922.9106353.0b安全阀接口 5057B165125184M1618742.986452.5c人 孔 500530B6706

16、202620M24285427.11612904d空气进口管 5057B165125184M1618742.986452.5e空气出口管 5057B165125184M1618742.986452.5f压力表接口 2532B11585144M1218402.364401g液位计接口 2025B10575144M1218402.364401h液氨出口管 6576B185145188M1618922.9106353.05.2 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D2a液氨进口管6597.5127b安全阀接口50

17、77.5107c人 孔500561624d空气进口管5077.5107e空气出口管5077.5107f压力表接口255471g液位计接口2045.561h液氨出口管6597.5127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ha 65M168517303b 50M168517303c 500M2412525444d 50M249017303e 50M16

18、9017303f 25M127513242.5g 20M127513242.5h 65M1685173036 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MFMD7304330公称压力PN MPa1066048螺柱数量20公称直径DN500280A405螺母数量40123B200螺柱尺寸d506b44L300总质量kg302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

19、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

20、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6.0mm4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

21、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2027501.580891201.51001151491.55005305603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