9立方米卧式氨水储罐课程设计(共38页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上压力容器与过程设备课程设计说明书机电工程学院课程设计说明书课题名称：9卧式氨水储罐专业班级：姓名学号： 指导老师： 目录绪论1、氨水的基本氨水为无色透明液体。为氨的水溶液。易挥发逸出氨气,有强烈的刺激性气味。能与乙醇混溶。呈弱碱性。能从空气中吸收二氧化碳。与硫酸或其他强酸反应时放出热。与挥发性酸放在近处能形成烟雾。相对密度(d2525)0.90。中等毒,半数致死量(大鼠,经口)350mG/kG。有腐蚀性。氨水是实验室重要的试剂，主要用法见“主要性质”一段。 军事上作为一种碱性消毒剂，用于消毒沙林类毒剂。常用的是10%浓度的稀氨水（密度0.960），冬季使用浓度则为20

2、% 无机工业用于制选各种铁盐。 毛纺、丝绸、印染等工业用于洗涤羊毛、呢绒、坯布，溶解和调整酸碱度，并作为助染剂等。 有机工业用作胺化剂，生产热固性酚醛树脂的催化剂。 医药上用稀氨水对呼吸和循环起反射性刺激，医治晕倒和昏厥，并作皮肤刺激药和消毒。 也用作洗涤剂、中和剂、生物碱浸出剂。还用于制药工业，纱罩业，晒图等。化学工业和其它流程工业的生产都离不开容器。所有的化工设备的壳体都是一种容器，容器的应用遍及各行各业，诸如航空、航海、机械制造、轻工、动力等行业。然而化工容器又有其本身特点，不仅要适应化学工艺过程所要求的压力和温度条件，还要承受化学介质的作用，要能长期的安全工作且保证良好的密封。因此在容

3、器的设计中应综合考虑个方面的因素，使之达到最优。为能够进行连续的生产，需要有储存氨水的容器，因此设计氨水贮罐是制造贮罐的必备步骤，是化工生产能够顺利进行的前提。2、设计任务 针对化工厂中常见的氨水贮罐，设计一液氨贮罐。工艺条件：工作温度为常温，工作压力为 ，容积为 。完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图和零件图，并编写设计说明书。 3、设计思想通过图书馆和上网查找有关的书籍与资料，获取需要的数据，综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对贮罐进行设计。在设计液氨储罐时，要有利于成批生产，提高质量，便于互换，降低成本，提高劳动的生产率，要对容器

4、的设计（如封头、法兰、支座、人孔、液面计等）进行标准化，除此之外还要尽量满足工艺的要求，密封性能要好。4、设计特点容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序，分别对氨水贮罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。各项设

5、计参数都正确参考了最新的行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。 第一章 材料及结构的选择与论证1.1材料选择1.1.1筒体和封头用钢氨水贮罐大都露天放置，因而罐内的温度和压力直接受到大气温度的影响。在夏季贮罐经太阳曝晒，温度可达40以上，但一般夏季最高温度低于50。随着气温的变化，贮罐的操作压力也不断变化。综合考虑，氨水贮罐的设计温度取50。工作压力，取此最大工作压力的1.10倍作为设计压力，故设计压力。在确定了设计温度和设计压力之后，才可以选择容器用钢。选择容器用钢必须综合考虑：容器的操作条件，如设计压力、设计温度、介质特性和操作压力等

6、；材料的使用性能，如力学性能、物理性能、化学性能（主要是耐腐蚀性能）；材料的加工工艺性能，如焊接性能、热处理性能等；经济合理性及容器结构，如材料价格、制造费用和使用寿命等。由于该容器属于低压、低温范畴，同时温度和压力有波动，所以对材料的要求是耐压，耐低温，且抗压力波动。氨水腐蚀性小，贮罐可选用一般钢材。因此选用钢既符合工艺要求，也比较经济。所以在此选择钢板作为制造筒体和封头材料。1.1.2附件材料的选择优质低碳钢的强度较低，塑性好，焊接性能好，因此在化工设备制造中常用作热交换器列管、设备接管、法兰的垫片包皮。优质中碳钢的强度较高，韧性较好，但焊接性能较差，不宜用作接管用钢。由于接管要求焊接性能

7、好且塑性好。故选择20号优质低碳钢的普通无缝钢管制作各型号接管。由于法兰必须具有足够大的强度和刚度，以满足连接的条件，使之能够密封良好，故选用Q235-B的普通碳素钢。1.2结构选择与论证1.2.1贮罐的选型在本设计中体积较小为，且工作压力较小，因此可采用卧式圆筒形容器（因为作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好），方形和矩形容器大多只在很小设计体积时采用，因其承压能力较小且使用材料较多；而球形容器虽承压能力较强且节省材料，但制造较难和安装内件不方便，一般不使用。立式圆筒形容器承受自然原因引起的应力破坏的能力较弱，综合上诉考虑本设计选用圆筒形卧式容器。1.2.2 封

8、头的选型从受力与制造方面分析来看，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，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用标准椭圆形封头最为合理。1.2.3容器支座的选型容器支座有鞍座，圈座和支腿三种,用来支撑容器的重量。鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。从应力分析看，承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱内产生的应力

9、较小。所以，从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等，均会影响支座反力的分市。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利的影响。所以一台卧式容器支座一般情况不宜多于二个。圈座一般对于大直径薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座简称支腿，因这种支座在与容器壳壁连接处会造成严重的局部应力，故只适合用于小型设备（DN 1600，L 5m）。综上考虑在此选择双个

10、鞍式支座作为储罐的支座。1.3法兰型式法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。本设计中采用乙型平焊法兰。乙型平焊法兰比甲型平焊法兰增加了百度大于筒体的短节，增加了法兰的刚度，适用于直径较大和压力较高的条件。法兰设计优化原则：法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。法兰设计时参照的规定。1.4液面计的选型液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型很多，大体上可分为四类，有玻璃板液面计、玻璃管液面计、浮子液面计和浮标液面计。在中低压容器中常用

11、前两种。玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度一般在0250 。但透光式适用工作压力较反射式高。玻璃管液面计适用工作压力小于1.6MPa，介质温度在0250 的范围。液面计与容器的连接型式有法兰连接、颈部连接及嵌入连接，分别用于不同型式的液面计。液面计的选用:（1）玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场合。板式液面计承压能力强，但是比较笨重、成本较高。（2）玻璃板液面计一般选易观察的透光式，只有当物料很干净时才选反射式。（3）当容器高度大于3m时，玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果受到限制，应改用其它适用的液面计。氨水为较干净的物料，易透光，不会出现严重

12、的堵塞现象所以在此选用玻璃管液面计。1.5人孔的选型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件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力、公称直径(人、手孔的公称压力与法兰的公称压力概念类似。公称直径则指其简节的公称直径)、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很多，选择使用上有较大的灵活性。本设计选择回转盖带颈平焊法兰人孔，密封压紧面采用凹凸面，人孔筒节轴线垂直安装。第二章 设计计算2.1筒体的壁厚设计2.1.1筒体公称直径和筒体长度的确定 公称容积9，则。初选筒长与筒径比：,一般取3-5,计算得 1.42m

13、，圆整取1.5m=1500mm 采用标注椭圆形封头，查JB/T 4746-2002 钢制压力容器用封头, 封头总深度，直边段高度，内表面积，容积椭圆形封头由封头容积：则 ，符合要求。筒体体积： ，符合要求故公称直径： DN1500 mm，筒体长度： 2.1.2已知的设计参数 ，所以可忽略静压力的影响。即：选材为,取，设计温度为50。假设筒体厚度为，查GB150,可得的。2.1.3筒体壁厚计算本次氨水贮罐的设计采用双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头，局部无损检测，所以焊接接头系数。根据内压容器的计算厚度公式，则筒体的计算厚度： 筒体的设计厚度： 按GB 713 : 则筒体的名义厚度：

14、考虑钢板的常用规格厚度，向上圆整可取筒体的名义厚度 。2.2封头的壁厚设计选用标准椭圆形封头，取其形状系数K=1，封头采用钢板整体冲压而成，焊接接头系数取，故封头的计算厚度 筒体的设计厚度： 按GB 713 : 则筒体的名义厚度： 考虑钢板的常用规格厚度，以及备料和焊接上的方便，向上圆整可取筒体的名义厚度的相同。2.3水压实验应力校核所谓压力试验，就是用液体或气体作为工作介质，在容器内施加比它的设计压力还要高的试验压力，以检查容器在试验压力下是否有渗漏、明显的塑性变形以及其他缺陷。压力试验分为液压试验和气压试验两种，一般采用液压试验，而且普遍采用水为液压试验介质，故本次设计采用水压试验。根据G

15、B150标准的规定，液压试验时实验压力 而 ， 故水压校验符合要求。 第三章 零部件的设计3.1 人孔的设置人孔即检查孔。压力容器开设检查孔目的是为了检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹，变形，腐蚀等缺陷以及装拆设备的内部零部件，一般设备的公称直径在900mm以下时可根据需要设置适当数量的手孔，超过900mm时应开设人孔。人孔有圆形和长圆两种。人孔大小的设置原则是方便人的进出，因此，圆形人孔的公称直径规定为400600mm，所以本次设计选择人孔公称直径为500 mm。 密封面的选择本次设计选用凹凸法兰密封面（MFM）法兰。 人孔的设计本次设计的储罐设计压力为0.33MPa，查HG/T 2151

16、4-2005钢制人孔和手孔的类型与技术条件中，采用回转盖带颈平焊法兰人孔。其明细尺寸见下表：表3-1 人孔尺寸表 单位：mm密封面型式凹凸面D71531螺栓螺母20公称压力PN MPa1.665036螺柱数量20公称直径DN500260A390螺母数量40530×8111B200螺柱尺寸M30×2×140d24b34L300总质量kg216人孔的型式3.2接管、法兰、垫片和螺柱的选择设计3.2.1接管设计表3-2 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aDN50PN1.0HG20592-97MFM压缩空气进口bDN40PN1.0HG2059

17、2-97MFM真空口cDN50PN1.0HG20592-97MFM进料口dDN50PN1.0HG20592-97MFM进水口eDN65PN1.0HG20592-97MFM进料口f1-4DN20PN1.6HG20592-97MFM液位计口gDN500MFM人孔hDN50PN1.0HG20592-97MFM出料管iDN40PN1.0HG20592-97MFM排污口图3-2 各管口方位表3-3 接管尺寸项目压缩空气进口管真空口接口进料口接管进水接管进料口接管液位计接管出料口接管排污口接管公称直径（mm）5040505065205040外径(mm)60.348.360.360.376.126.960.

18、348.3壁厚(mm)3.53.53.53.5433.53.5安装位置筒体上部筒体上部筒体上部筒体上部筒体上部左侧封头筒体下部筒体下部外伸长度(mm)1021021021021021201021023.2.2接管法兰设计查HG/T 2059220635-2009 钢制管法兰、垫片和紧固件，采用带颈平焊钢制管法兰，根据各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。名称公称直径DN钢管外径法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺栓Th法兰厚度C法兰内径法兰颈法兰质量kgNR压缩空气进口5060.3140110144M121461.58061.5真空口4048.3130100144M121449.

19、57061.5进料口5060.3140110144M121461.58061.5进水孔5060.3140110144M121461.58061.5进料口6576.1160130144M121477.510062.0液位计口2026.99065114M101427.54040.5人孔500出料口5060.3140110144M121461.58061.5排污口4048.3130100144M121449.57061.5表3-4 PN6带颈平焊钢制管法兰带颈平焊钢制管法兰3.2.3垫片设计法兰密封常用垫片，垫片有金属垫片、非金属垫片，合成垫片等多种，考虑经济性当非金属垫片能满足要求时首先使用非金属

20、垫片。由本设计压力和温度要求查文献，选用石棉橡胶垫片，其使用范围PN4.0 MPa，t290密封形式为MFM（凹凸面）。查HG/T 20606-1997钢制管法兰用非金属平垫片，得垫片尺寸：MFM型垫片表3-5 垫片尺寸表符号管口名称垫片厚度公称直径DN内径外径a压缩空气进口1.5506187b真空口1.5404975c进料口1.5506187d进水口1.5506187e进料口1.56577109f1-4液位计口1.5202750h出料口1.5506187i排污口1.54049753.2.4紧固件的选择查HG 20613-97 钢制管法兰用紧固件得螺柱的长度和平垫圈尺寸：表3-6 螺栓及垫片符

21、号公称直径DN螺纹六角头螺栓L(mm)紧固件用平垫圈 mm质量Kgh压缩空气进口50M125013242.560真空口40M125013242.560进料口50M125013242.560进水口50M125013242.560进料口65M125013242.560液位计口20M104510.520240出料口50M125013242.560排污口40M125013242.5603.3支座的设计3.3.1容器质量计算贮罐总质量： 式中 筒体质量，kg； 封头质量，kg； 附件质量，kg； 氨水质量，kg；（1）圆筒质量：（2）圆筒容积： （3）查 得封头的质量 ，封头容积 （4）附件质量查HG/

22、T 21517-2005 回转盖带颈平焊法兰人孔，得人孔的总质量为。法兰的总质量: 紧固件质量： 其他的质量： 则： （5）总容积： （6）工作时容器内充液质量： 压力实验时容器内充水质量（7）工作时总质量： 压力试验时总质量：3.3.2 支座反力计算工作时支座反力： 压力试验时支座反力： 支座反力： 由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为A，包角为 ，有垫板的鞍座。为防止筒体热应力，故选用一个固定鞍座和一个滑动鞍座。鞍座标记为： 鞍座结构尺寸如下表：3-7鞍式支座结构尺寸公称直径DN允许载荷Q /kN鞍座高度h底板腹板筋板1500275250120020012827517

23、02408垫板螺栓配置鞍座质量kg增加100mm高度增加的质量/kg弧长间距1990390870104012212包角轻型带垫板鞍式支座的结构3.3.3鞍座位置的确定通常取尺寸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A0.2L时，最好使 （），即： ，但是考虑到排污管的安装，以及垫板的宽度，取A=500mm。综上有：A=5

24、00mm。则两鞍座间距：222鞍座位置及结构第四章 开孔补强设计GB150规定，当壳体上的开孔满足下述全部要求时，可允许不需不另行补强。i设计压力小于或等于2.5Mpa；ii两相邻开孔中心的距离（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的2倍；iii接管公称外径小于或等于89，且最小壁厚满足以下要求。表4-1 接管最小壁厚要求接管公称外径(mm)253238454857657689最小壁厚(mm)3.54.05.06.0综上所述，压缩空气进口、真空口、进料口、进水口、进料口、液位计口和出料口排污口均可不需另行补强。只需要对人孔进行开孔补强计算。4.1补强设计方法判别人孔开孔直径为，满足等面积

25、法开孔补强计算的适用条件，接管 材料选用20号钢，其许用应力。采用补强圈补强。开孔补强简图4.2开孔削弱所需要的补强截面积A由强度消弱系数计算公式得：钢管厚度负偏差，腐蚀裕量厚度接管有效厚度即开孔削弱所需补强的面积：4.3补强范围4.3.1有效宽度B4.3.2外侧有效高度4.3.3内侧有效高度4.4有效补强面积1、壳体的有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 2、接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积接管的计算厚度： 3、焊缝金属的截面积（焊脚取6mm）因为是内平齐接管 4、需另加补强面积因 因为，所以开孔需另行补强 另行补强面积为4.5补强圈设计根据接管的公称直径选取补强圈，参照 补强圈取补强圈

26、外径，内径，因为 ，补强圈在有效范围内。补强圈计算厚度为： 考虑腐蚀余量和钢板厚度负偏差，同时为了便于备料，取 与筒体等厚。第五章参数校核.1筒体弯矩计算5.1.1圆筒中间处截面上的弯矩 式中 鞍座反力（N）； 椭圆封头外半径（mm）； 两封头切线之间的距离（mm）； 鞍座位置（mm）； 封头短轴内半径（mm）；其中：（1）操作工况 （2）压力实验工况5.1支座处横截面弯矩（1）操作工况（2）压力实验工况圆筒受力分析图：筒体受剪力图筒体受弯矩图5.3 筒体轴向应力计算因 ，即筒体被封头加强，查喻九阳主编压力容器与过程设备表5-1可得， ， 。（1）操作工况 （2）水压实验状态 5.3 筒体轴向

27、应力校核轴向许用临界应力由根据圆筒材料查GB150图4-34-12 可得B = 53.6765MPa ，合格 ，合格 ，合格5.4筒体和封头中的切应力计算与校核5.4.1切应力计算因 ，即筒体仅被封头加强，查喻九阳主编压力容器与过程设备表5-2可得， ， 。其最大切应力位于 的支座角点处。（1）筒体的最大切应力：（2）封头的切应力： 5.4.2切应力校核圆筒的切向剪应力不应超过设计温度下材料许用应力的0.8倍，即。封头的切向剪应力，应满足，故圆筒满足强度要求。椭圆形封头： ，故封头满足强度要求5.5圆筒的周向应力计算与校核因筒体无加强，鞍座垫板宽度 >,鞍座垫板包角 ，故垫板起加强作用。当容器焊在支座上时，去 ，查喻九阳主编压力容器与过程设备表5-3可得，通过插值可得 。横截面最低点处的周向应力： （）而，所以有鞍座边角处的周向应力： 鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力：应力校核： 合格 合格 合格5.6鞍座应力计算与校核5.6.1腹板水平应力及强度校核由