压力容器设计说明书(储罐液氨)液态二氧化碳储罐设计副本卢警浩分析

1、焊接结构课程设计任务书学院机械与汽车工程学院专业机械制造与自动化学生姓名卢警浩学号2011062058设计题目液态瀛气储罐设计设计要求及技术参数：参数：直径1.6m材质16MnDR条件：工作压力1.6MPa设计压力1.6MPa技术要求：1 .写出该结构的几种设计方案2. 强度计算及尺寸选择3. 绘制结构设计图4. 撰写主要工艺过程5. 撰写设计说明书进度安排：1熟悉零件：讲授课程，熟悉零件2天2查阅相关资料，提出可行方案3天3上机画图6天4书写说明书5天5图纸及工艺的检测3天6答辩2天指导教师（签字）：年月日学院院长（签字）：月月日目录第一章.设计选材及结构3.1 .设计压力3.2 .筒体的选

2、材及结构3.3 .封头的结构及选材3.第二章.设计计算31 .筒体壁厚及长度计算3.2 .封头壁厚计算4.3 .压力试验5.第三章.人孔补强设计方法判别5第四章.接管、法兰、垫片和螺栓的选择7第五章.鞍座选型和结构设计10第六章.容器焊缝标准12第七章.筒体和封头的校核124 .筒体轴向应力校核1.4(1)由弯矩引起的轴向应力14(2)设计压力引起的轴向应力14(3)轴向应力组合与校核145 .筒体和封头切向应力校核1.4第八章.焊缝接头的布置15第九章.外层绝热材料167总结错误！未定义书签。参考文献错误！未定义书签。第一章.设计选材及结构1 .设计压力设计压力：1.6MPa的压力合适。66

3、Mp3Mp<10MPa属于中压容器5设计温度：20c为-40C40c条件下工作，属于低温容器。2 .筒体的选材及结构Q345R3 .封头的结构及选材筒体的公称直径Di有标准选择，而它的长度L可以根据容积要求来决定、一3设计L/D=4V=12m公式兀、2./C3luc八一DiL=12m(1+5%)4计算出Di=1.589mm圆整后Di=1600mm采用EHA椭圆形封头表2.1椭圆封头标准公称直径DN/mm总熔深H/mm容积V/m3质里Kg16004250.5864323.4封头取与筒体相同材料第二章.设计计算1.筒体壁厚及长度计算(1)计算压力Pc:液柱静压力：P1=pgh=1100父9.

4、8父1.6=1.73父104paP1/P=1.73m104/2.16m106<5%故液柱静压力可以忽略，即Pc=P=2.16x106Pa查压力容器材料使用手册-碳钢及合金钢得16MnDR勺密度为7.85t/m3,熔点为1430C,许用应力kT列于下表：圆筒的计算压力为2.16Mpa,容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数为1.00,全部无损探伤。取许用应力为163Mpa。壁厚:pcDi2 L tPc2.16 16002 163 1-2.16=10.67 mm钢板厚度负偏差Ci=0.8，取双面腐蚀取腐蚀裕量C2=2mm设计厚度为：

5、、d=C2=12.67mm名义厚度为：、尸、CiC2=13.47mm圆整后取名义厚度14mm(2)筒体长度计算V=2Di2L+2V封充装系数取0.94即：12兀o=父1.62ML+2M0.58640.94计算得：L=6.008m取L=6m2 .封头壁厚计算标准椭圆形封头，型号代号为EHA则：鸟=22hi封头计算公式：PcDi2kt 0.5pc2.16160021631-0.52.16= 10.64由力、:2得：直边高度仁*:=25mm可见封头厚度近似等于筒体厚度，则取同样厚度173 .压力试验水压试验，液体的温度不得低于5C；试验方法：试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内的空气排尽，试验

6、过程中，应保持容器外表面的干燥。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时问一般不少于30min。然后将压力降至规定试验压力的80%并保持足够长的时间以便对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验。水压试验时的压力bPT=1.25p,=1.252.16=2.7Mpat水压试验的应力校核:水压试验时的应力Pt Di 、e2-：e2.7 1600 14-2.8 12 14-2.8= 194.21 Mpa水压试验时的许用应力为0.9-s=0.91.00315=283.5Mpa。1<0.9®仃S故筒体满足水压试验时的强度要求。第三章.人孔补强设计方法判别表4.1人

7、孔标准尺寸表密封面PN/DNdwxsdDD1H1H2总质量型式Mpakg突面2.5500530X125007306602701232981.内压容器开孔后所需的补强面积A=d、.2、et1-fr式中开孔直径：d=di+2c=500+2父2.8=505.6mm；人孔材料采用16MnDR.许用应力为163MPa所以fr=1壳体开孔的计算厚度为二=10.67mmA=505.6X10.67+0=5394.75mm22 .有效补强范围(1)有效补强B根据GB15必式Bi=2d=2505.6=1011.2mmB2=d2、n2、nt=505.6214212=557.6mmB=max(B1,B2)=1011.

8、2mm(2)外侧有效高度根据GB15淤式h1'=dnt=505.612=77.89mmhJ=H1-280mmh1=minh1',h1”=77.89mm(3)内侧有效高度根据GB150-1998公式h2'=dnt=505.612=77.89IV=0h2=min(h2',h?")=03 .有效补强面积Ae=AA2A(1).筒体多余面积AAi=(B-d)(、e-、)一2、et(、e-、.)(1一fr)=505.6x(11.210.67)-29.2(11.210.67)父0=267.97mm2(2),接管多余面积A2=2h.et-、t)fr2h2(et-C2)

9、fr=2父77,89父(9.23,33)父1+0=914.43mm2(3),焊缝金属面积焊脚取12八1一2人“2A3=-122=144mm2(4),补强面积Ae=AA2A3=267.97914.43144=1326.4mm2因为Ae<A,所以开孔需另行补强，面积为A4A4=A-Ae=5394.75-1326.44068.35mm2计算补强圈厚度:、c =上B Di4068.35505.6 2 -535=8.54mm第四章.接管、法兰、垫片和螺栓的选择1.接管和法兰液二氧化碳储罐应设置排污口，气相平衡口，气相口，出液口，进液口，人孔，液位计口，温度计口，压力表口，安全阀口，排空口。接管和法

10、兰布置如图3所示，法兰简图如图所示：Ai查HG/T20592-2009钢制管法兰中表8,23-1PN10带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径,查得各法兰的尺寸。查HG/T20592-2009钢制管法兰中附录D中表D-3,得各法兰的质量。查HG/T20592-2009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XNSHiRa排污口8089B200160188M16201053.2106504b气相平衡口8089B2001

11、60188M16201053.2106504c气相口8089B200160188M16201053.2106504d出液口8089B200160188M16201053.2106504e进液口8089B200160188M16201053.2106504f人孔500530B6706202620M24285627.116129039.5g1-2液位计口3238B140100184M1218402.364402h温度计口2025B10575144M1218402.364401m压力表口2025B10575144M1218402.364401n安全阀口100108B220180188M1620131

12、3.6128524.5s排空口5057B165125184M1618742.985452.52.垫片查HG/T20609-2009钢制管法兰用金属包覆垫片，得：表5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80109.5142f人孔g1-2液位计口3261.582h温度计口2045.561m压力表口2045.561n安全阀口80109.5142s排空口5077.5107注：1:包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T3880,代号为L3。2:填充材料为有机非石棉纤维橡胶板

13、。3:垫片厚度均为3mm。3.螺栓螺柱的选择查HG/T20613-2009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螺栓及垫片公称直径螺纹螺柱长紧固件用平垫圈mmd1d2ha80M169017303b80M169017303c80M169017303d80M169017303e80M169017303f500M2412525444g1-232M168517303h20M127513242.5m20M127513242.5n80M169017303s50M168517303第五章.鞍座选型和结构设计1.鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q23

14、5-B。估算鞍座的负荷：储罐总质量m=mm22m3m4m1筒体质量：m1=nDL6nMp=3.14乂1.6父6黑14父10*7.81父103=3295.94kgm2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.2EHA椭圆形封头质量，可知，m2=323.4kgm)3充液质量：P液化石油气P水,故m3= 10001.626+20.5864 = 138941kgm4附件质量：人孔质量为300kg,其他接管质量总和估为100kg,即m4=400kg综上所述，m=m12m2m3m4=3295.942323.413894.1400=18236.82kgG=mg=178.721

15、kN,每个鞍座承受的重量为89.361kN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3:鞍式支座结构尺寸公称直径DN1600腹板8b390允许载荷Q/kN2752558鞍座局度h250筋板b170垫板e70底板1120b240螺栓间距960b200台38螺孔/孔长D/l24/40百12垫板弧长1870鞍座质里Kg1162 .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

16、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JB4731钢制卧式容器规定AW0.2L=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D=2有卜=H-Di-=25mm2(H-h)4故A_0.2(L-2h)=0.2(6000225)=1210mm_14Rm=Riin/2=800807mm22A工0.5Rm=4035mm鞍座的安装位置如图3所示：3 .鞍座强度校核鞍座腹板的水平分力：查得鞍座包角120°对应系数支座反力：F2所以取：A=400m

17、mFs=KgFK9=0.2049mg218236.829.8=89.3604kN鞍座腹板有效界面内的水平方向平拉应力：HSb。br*取垫板宽度 b4与圆筒体的有效宽度b2 =b + 1.56q-Rm6e两10mmR 0.204 89360.4s3.56MpaHs计算高度，取鞍座实际高度和Rm3两者中的较小值，mmbo-鞍座腹板厚度，mmbr-鞍座腹板有效宽度，者中的较小值，mm九-鞍座垫板有效厚度，贝U-9:HSb0br、re25083908应力校核：鞍座材料Q235-AF的许用应力k】sa=125Mpa，则2k】sa=83.333Mpa3第六章.容器焊缝标准容器各受压元件的组装通常采用焊接。

18、焊接接头是焊缝、融合线和热影响区的总称，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。a）回转壳体与封头的焊接接头采用对接接头b）接管与筒体的焊接接头坡口为50S±5°c）人孔处接管、补强圈的焊接采用角焊，坡口为50°±2°第七章.筒体和封头的校核1.筒体轴向应力校核（1）由弯矩引起的轴向应力筒体中间处截面的弯矩:一2(Rm2-hi2)1Mi(6.1)FL1L2_4A71+也一13L式中F一鞍座反力，N;Rm一椭圆封头长轴外半径，mmL一两封头切线之间的距离，mmA一鞍座与筒体一端的距离，mmhi一封

19、头短轴内半径，mmDN2、nJ600142=814mm-89.3604 6050M 1 二1+2父（8142一4002）2 60502,4 40013 60504 M 4006050= 9.1875 104 N m支座处截面上的弯矩:所以M2 - -89.3604 400M2二一 FA11 -A + Rm2-h2 IL 2AL1+也3L4008142 -40026050 2x400x60504 4001 -3 60503=-1.6565 10 N m(6.2)由化工机械工程手册（上卷,P1199)彳#K1=K2=1.0o因为|M1|>>|且A<Rm/2=762mm故最大轴向应

20、力出现在跨中面，校核跨中面应力。筒体中间截面上最高点处(6.3)M123.14Rm、ee = ；'n-C1 -C2 =14-0.8-2 =11.2所以9.187510423.94MPa3.1481411.2最低点处:(6.4)、'-T=3.94MPa鞍座截面处最高点处:M2-1.6565 1033.146%2 e3.14 1.0 8142 11.2= 7.1 10 MPa(6.5)最低点处:M23.14 KiRmle 1.6565 10323.14 1.0 814 11.2=-7.1 10-MPa(6.6)(2)设计压力引起的轴向应力pRm2 e(6.7)所以2.16 8142 11.2= 78.49MPa(3)轴向应力组合与校核所以最大轴向拉应力出现在筒体中间截面最低处二2二二-二2'=78.493.94=82.43MPapp许用轴向拉压应力(rt=163MPa,而(t2<(rt合格。最大轴向压应力出现在充满水时，在筒体中间截面最高处<t1=-a1'=3.94MPa轴向许用应力：0.094、eRi0.0