设备设计课程设计

1、过程设备设计课程设计说明书题目名称： F22 储罐设计学院专业姓名学号机电工程学院指导教师过程设备课程设计任务书一、 F22 储罐设计（ 2）二、技术特性序号名称指标內筒夹套1最高工作压力 MPa0.9常压2工作温度4015-203工作介质F22冷却水4全容积 m316.5三、设计内容1.强度计算和校核2.选择合适的零部件材料3.焊接结构选择及设计4.安全阀主要零部件的选型5.绘制装配图和主要零部件图四、设计说明书要求1.字数不少于 5000 字。2.内容包括：设计参数的确定、结构分析、材料选择、强度计算及校核、焊接结构设计、标准零部件的选型、制造工艺及制造过程中的检验、设计体会、参考书目等3

2、.设计说明书按照学校毕业设计规范要求2目录第一章绪论2第二章设计参数的选择4第三章容器的结构设计53.1 圆筒厚度的设计53.2 封头厚度的计算53.3 筒体和封头的结构设计53.4 夹套的选择与计算63.5 人孔的选择73.6 接管、法兰、垫片和螺栓（柱）73.7 鞍座选型和结构设计113.8 焊接接头的设计：13第四章开孔补强设计144.1 补强设计方法判别144.2 有效补强范围144.3 有效补强面积154.4 补强面积154.5 补强圈设计16第五章强度计算175.1 水压试验应力校核175.2 圆筒轴向弯矩计算175.3 圆筒轴向应力计算及校核185.4 切向剪应力的计算及校核19

3、5.5 圆筒周向应力的计算和校核205.6 鞍座应力计算及校核215.7 地震引起的地脚螺栓应力24第六章结论263第一章绪论F22 制冷剂，主要用途是用作致冷剂及气溶杀虫药发射剂。毒性低，但用其制备四氟乙烯所发生的裂解气，毒性较大，可引起中毒。吸入高浓度裂解气，初期仅有轻咳、恶心、发冷、胸闷及乏力感，但经 24-72 小时潜伏期后出现明显症状，发生肺炎、肺水肿，呼吸窘迫综合征，后期有纤维增生征象。可引起聚合物烟热。一介绍国标编号22039CAS 号 75-45-6中文名称：氯二氟甲烷英文名称： monochlorodifluoromethane；Freon-22别 名 R22；一氯二氟甲烷；

4、氟利昂 22分子式 CHClF2 外观与性状 无色气体，有轻微的发甜气味分子量 86.47 蒸汽压 13.33kPa(-76.4 )熔 点 -146 沸点： -40.8 溶解性溶于水密 度 相对密度 (水=1)1.18；相对密度 (空气 =1)3.0 稳定性 稳定危险标记 5(不燃气体 )二对环境的影响1、健康危害侵入途径：吸入。2、毒理学资料及环境行为急性毒性： LD501000000mg/m3，2 小时 (大鼠吸入 )。亚急性和慢性毒性：兔、大鼠、小鼠吸入0.2%浓度，6 小时 /天，共 10 个月，均无毒性反应； 1.4%浓度，体重减轻，血清蛋白降低，球蛋白升高。剖检肺见肺泡间质增厚、肺

5、水肿，心肝、肾及神经系统退行性变。致突变性：微生物致突变：鼠伤寒沙门氏菌33pph(24 小时 )，连续。微粒体诱变：鼠伤寒沙门氏菌33pph(24 小时 )(连续 )。生殖毒性：大鼠吸入最低中毒浓度 (TCL0) ：50000ppm(5 小时，雄性 56 天 )，对前列腺、精囊、 Cowper 氏腺、附属腺体、尿道产生影响。危险特性：若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。燃烧 (分解 )产物：一氧化碳、二氧化碳、氟化氢。三现场应急监测方法:仪器法2四实验室监测方法气相色谱法空气中有害物质的测定方法 (第二版 )，杭士平主编五环境标准前苏联 车间空气中有害物质的最高容许浓度 3000mg

6、/m3 前苏联 (1975) 水体中有害物质的最大允许浓度 10mg/L 六应急处理处置方法1、泄漏应急处理迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿一般作业工作服。尽可能切断泄漏源。合理通风，加速扩散。如有可能，即时使用。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。2、防护措施呼吸系统防护：一般不需特殊防护。高浓度接触时可佩戴自吸过滤式防毒面具 (半面罩 )。眼睛防护：一般不需特殊防护。身体防护：穿一般作业工作服。手防护：戴一般作业防护手套。其它：避免高浓度吸入。进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业，须有人监护。3、急救措施吸入：迅速脱离现场至

7、空气新鲜处。保持呼吸道通畅。 如呼吸困难， 给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。灭火方法：本品不燃。切断气源。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。3第二章设计参数的选择1、设计题目：卧式F22 储罐2、原始数据：设计压力：1.04MPa3、设计温度： 50 C4、介质名称及特性： F22（不燃气体）5、全容积： 16.5m36、焊接接头系数： 0.857、腐蚀裕量： 2mm8、容器类别：第二类9、公称直径：根据筒体全容积，粗定筒体公称直径为1800mm。10、主要元件材料的选择：根据 GB150-19981 表 4-1，选用筒体材料为 16MnR（钢材标准为 GB6654）。

8、根据 JB/T47312 , 鞍座选用材料为 Q235-B ，其许用应力sabt147MPa 。地脚螺栓选用符合 GB/T 700 规定的 Q235， Q235 的许用应力 147MPa 。夹套材料选用 Q235-A4第三章容器的结构设计3.1 圆筒厚度的设计假设圆筒的厚度在616mm 范围内，查 GB150-1998 中表 4-1，可得：疲劳极限强度b510MPa ，屈服极限强度s 345MPa，50 C下的许用应力为tMPa ，利用中径公式170pDi1.041800mm6.5mm（3-1）2tp20.851701.04查标准 HG20580-19983 表 7-1 知，钢板厚度负偏差为0

9、.25mm，而由 1 中 3.5.5.1知，当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不计，故取。由已知，腐蚀裕量 C22mm。则筒体的名义厚度nmm0mm8.5mm6.52圆整后取为n10mm3.2 封头厚度的计算查标准 JB/T4746-20024 中表 1，得公称直径 DN Di 1800mm选用标准椭圆形封头，长短轴比值为2，根据 1 中椭圆形封头计算中式（7-1）pc Di1.0418006.5mm(3-2)t0.5 pc 2170 0.85 0.5 1.042同上，取 C10， C22mm则封头的名义厚度为nmm02mmmm6.58.5圆整后取为

10、mmn 103.3 筒体和封头的结构设计由封头长短轴之比为2，即 Di2 ，得 hiD i1800 mm 450mm2hi44查标准 4 中表 B.1 EHA 和 B.2 EHA 表椭圆形封头内表面积、容积，质量，见表 3-1 和图 3-1。VD i L02V封4取装料系数为 0.9，则VD i L02V封0.94即 16.51.82L0 2 0.82700.94算得 L06.55m5圆整后取为 L06.6m表 3-1 封头尺寸表公称直径 DN总 深 度H 内表面积 A容积质量mmmmm2m3Kg18004753.65520.8270281.2图 3-1 椭圆形封头3.4 夹套的选择与计算3.

11、4.1 夹套形式的选择由于已知给出夹套最高压力为常压，最高温度为 50，查过程设备设计中表 8-6 可知，选用整体夹套形式中的圆筒形夹套。因为内筒公称直径为 DN Di 1800mm ，所以夹套长度 L=4800mm，则夹套内径为 1900mm。3.4.2 夹套壁厚的计算利用中径公式计算夹套壁厚：pc Di0.1 18000.53mm2t0.5 pc2 1700.85 0.5 0.1查标准 HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表7-2 知，钢板厚度负偏差为0.85mm。已知给出数据中腐蚀裕量 C21.5mm。夹套设计厚度：d夹套名义厚度：n '围，故圆整后取n 'm

12、m。4夹套的有效厚度：'e2mm 。C20.531.52.03mmC1C20.530.85 1.5 2.88mm 由于钢板厚度范e ''nC1C240.851.51.65mm ，圆 整 后 取63.5 人孔的选择根据 HG/T 21517-20055 ，查表 3-3，选用突面 RF 型的法兰，其明细尺寸见表3-2：表 3-2人孔尺寸表单位： mm密封面型式突面 RFD640b134d024型公称压力 PN1.6D1585b236螺柱数量20MPa450H1240A35040公称直径螺母数量DN116B175M27x145dw s480×10H 2螺柱尺寸d24

13、b34L250总 质 量176kg3.6 接管、法兰、垫片和螺栓（柱）3.6.1 接管和法兰该 F22 贮罐应设置液相口、气相口、压力表口、安全阀口、液面计口、放水阀口和人孔。初步确定各口方位如图 3-2 ：图 3-2 各管口方位查 HG/T 20592-20096 中表 8.2 3-3 PN25 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 6 中附录 D 中表 D-5, 得各法兰的质量。查 6 中表 3.2.2，法兰的密封面均采7用 RF。将查得的各参数整理如表3-38表 3-3各管口法兰尺寸表名称公称钢管外法兰外螺栓孔螺 栓螺 栓螺 栓法 兰 厚法兰颈法兰法 兰直径径法

14、兰径 D中心圆孔 直孔 数Th度 CS高度质量DN焊端外直径 K径 L量 nNH 1R径 A1（个）液相口6576.1185145188M1622902.9106524.0液位计口2533.711585144M1218462.664401.0冷却水出2533.711585144M1218462.664401.0口安全阀口8088.9200160188M16241053.266585.0气相口2533.711585144M1218462.6124401.0人孔450冷却水进2533.711585144M1218462.664401.0口93.6.2 垫片查 HG/T 20609-20097 ，得

15、各管口的垫片尺寸如表 3-4：表 3-4 垫片尺寸表管口名称公称直径内径 D1外径 D2液相口6597.5127液位计255471压力表口2045.561安全阀口80109.5142气相口255471人孔450585640冷却水进出口255471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。3.6.3 螺栓（螺柱）的选择查 HG/T 20613-20098 中表 5.0.7-11和附录中表 A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸如表 3-5：表 3-5 螺栓及垫片名称紧固件用平垫圈mm公称直径螺纹螺柱长d1

16、d2H液相口65M169517303液位计口25M127513242.5冷却水出25M1275口安全阀口80M169517303气相口25M127513242.5人孔450冷却水进25M1075口103.7 鞍座选型和结构设计3.7.1 鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用Q235-B。估算鞍座的负荷：储罐总质量m m12m2m3m4（3-3）m1 筒体质量： m1DL 03.14 1.8 6.6 0.01 7.851032928kgm2 单个封头的质量， m2281.2kgm3 充液质量：水压试验充满水，故取介质密度为水1000kg / m3 ，m3水VVV筒2V封D

17、i2 L0 2V封1.826.620.827018.449m344则 m3水V100018.449kg18449kgm4 附件质量：人孔质量为 194kg ，其他接管总和为 200kg，即 m4 394kg综上所述，m m12m2m3m42928 2281.2 1844939422333.4kg则每个鞍座承受的质量为11166 .7kg ，即为 1116.67kN 。查 JB4712.1-20079 表 1，优先选择轻型支座。查 9 中表 2，得出鞍座尺寸如表 3-6：11表 3-6鞍座尺寸表公 称 直DN1800腹板10b443径20垫板允 许 载Q295l29510荷kN34鞍 座 高h2

18、50筋板190e80度b21280260螺栓间距112l1b3l 20底板b12208鞍座质量K163g2112垫板弧2100增加K16长100mm 增 g加的高度3.7.2 鞍座的安装位置根据 2 中 6.1.1 规定，应尽量使支座中心到封头切线的距离A 小于等于0.5Ra ，当无法满足 A 小于等于 0.5Ra 时，A 值不宜大于 0.2L 。 Ra 为圆筒的平均内径。D in180010Ra22905mm22L L02hL0 2(Hhi ) 6600 2 (475 450) 6650mm即 A 0.5Ra 0.5 905 452.5mm取 A0.4m ,鞍座的安装位置如图3-3 所示：1

19、23.8 焊接接头的设计：3.8.1 筒体和封头的焊接： =620=6070b=02p=2 3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 3-12 Y 型坡口3.8.2 接管与筒体的焊接： 1 =45°+5°b=2± 0.5p 2± 0.5H1= tk1 tk2 = c c 8k30.7 c c 8图 3-13 带补强圈焊接接头结构13第四章开孔补强设计根据 1 中式 8.3，知该储罐中只有人孔需要补强。4.1 补强设计方法判别人孔开孔直径为 d d i2C2 4502 2 454mmD i180

20、0故可采用等面积法进行补强计算d900mm22接管材料选用 16MnR，其许用应力t170MPa根据 GB150-1998 中式 8-1：A d 2 et (1 f r )（4-1）式中：壳体开孔处的计算厚度6.5mm接管的有效厚度etntC102mm8强度削弱系数 f r1所以 A d 2et (1fr )4546.52951mm24.2 有效补强范围4.2.1 有效宽度 B按 1 中式 8-7，得：B12d2454908mmB2d 2 n 2 nt 454 2 10 2 10494mmBmax(B1, B2 ) 908mm（ 4-2）4.2.2 外侧有效高度根据 1 中式 8-8，得：14

21、h1'd nt454 1047.4mmh1"接管实际外伸高度H 1 240mmh1min( h1' , h1" ) 67.4mm4.2.3 内侧有效高度根据 1 中式 8-9，得：'h2d nt454 1067.4mmh2 "接管实际内伸高度0' "h2min(h2 ,h2 )04.3 有效补强面积根据 1 中式 8-10 至式 8-13，分别计算如下：Ae A1 A2 A3（4-3）A1 筒体多余面积A1(Bd )( e)2 et ( e)(1fr )(908454)(86.5)681mm2A2 接管多余面积A22h1

22、( ett ) fr2h2 ( etC2 ) f r267.4(88)100A3 焊缝金属截面积，焊脚去6mm，则A3162236mm224.4 补强面积AeA1A2A3681036717mm2因为 AeA ，所以开孔需另行补强另行补强面积为 A4AAe29517172234mm2154.5 补强圈设计根据接管公称直径 DN450 选补强圈，参照 JBT4736 取补强圈外径 D2=760mm, 内径 D1=454mm。因 B=908mm>D 2，补强圈在有效范围内。补强厚度为=A 4/(D 2 D1)=2234/(760 454)=7.3mm考虑钢板负偏差并经圆整，取补强圈名义厚度=8

23、mm。16第五章强度计算5.1 水压试验应力校核试验压力 PT1.25P1.25 1.041.3MPa圆筒的薄膜应力为PT ( Die ) 1.3 (1800 8)MPaT2 e146.92 80.9 s0.90.85345 263.9MPa即 0.9sT ，所以水压试验合格5.2 圆筒轴向弯矩计算圆筒的平均半径为 RaD in180010222905mm2mg22333 .410鞍座反力为 F2111667 N25.2.1 圆筒中间截面上的轴向弯矩根据 2 中式 7-2，得：2( Ra2hi2 )2 (90524502 )M 1FL1L24A111667 66501665024 40044h

24、iL41445066501L36650313.04107 Nmm5.2.2 鞍座平面上的轴向弯矩根据 2 中式 7-3，得：A2240090524502Ra hi12AL124006650M2FA1L111667 400 166504hi4450113L3665014.1 105 N mm17图 5-1（ a）筒体受剪力图图 5-1（b）筒体受弯矩图5.3 圆筒轴向应力计算及校核5.3.1 圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力根据 2 中式 7-4 至式 7-7 计算最高点处：1pc RaM 11.04 10690513.04 10752.487MPa （5-1）23.14 0.905

25、22 eRae2 88最低点处：2pc RaM 11.04 10690513.04 10765.163MPa （5-2）2 e22 83.14 0.9052Rae85.3.2 由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力，按下式计算：a). 当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强（即 ARa2）时，轴向应力3 位于横截面最高点处 .18取鞍座包角120 ，查表 7-1（ JB/T4731-2005）得， K 11.0, K 2 1.0 .则3pc RaM 21.0410690514.1 10558.894MPa2 e22 81 0.9052K

26、1Rae3.148b).在横截面最低点处的轴向应力4 ：4pc RaM 21.041069051.41 10658.756MPa2 e22 81 0.9052K 2 Rae3.1485.3.3 圆筒轴向应力校核A0.0940.094（5-3）Ri e0.000831905 8查图 4-810得， E2.00 105 ,则B2 EA221050.000831166.2MPa33max1 ,2 ,3 ,4 max65.163MPaacB满足条件acmax5.4 切向剪应力的计算及校核5.4.1 圆筒切向剪应力的计算根据 2 中式 7-9计算，查 2 中表 7-2，得：K 3 0.880K 4 0.

27、401K 3 F0.88111667（5-4）Ra e12.9MPa0.905 0.0085.4.2 圆筒被封头加强（ARa 2 ）时，其最大剪应力h根据 2中式 7-10，计算得：K4 F0.401111667（5-5）hRa he0.9056.18MPa0.008195.4.3 切向剪应力的校核圆筒的 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0.8t。封头的切向剪应力，应满足1.25thh而MPa0.8t170136MPa12.90.8故圆筒满足强度要求。根据 2 中式 7-121Di2118002K1（5-6）6222 4502hi6hKp c Di 11.0

28、41800117MPa（5-7）2 he28h 6.18MPa1.25t1.2517011795.5MPah故封头满足强度要求5.5 圆筒周向应力的计算和校核根据鞍座尺寸表知：b4430mmb1.56 Ra n2701.56905 10418.4mm即 b4b1.56 Ra n ，所以此鞍座垫片作为加强用的鞍座。5.5.1 在横截面的最低点处：根据 2 中式 7185kK 5 F其中k0.1（5-8）b2（容器焊在支座上）ere查2 中表 7-3 知， K 5 0.76则0.10.761116672.48MPa58101905.5.2 在鞍座边角处由于 L Ra66507.35 8根据 2 中

29、式 720:905206F12K 6 FRa4re b2L22eere由于 A Ra0.40.442 0.5查2 中表7-3 知， K60.0 1 3则0.905111667120.013111667905（ 5-9）681019066508210222.62M P a45.5.3 鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力由于L Ra8，根据2中式 7 22'F12K 6 FRa11166712 0.013 111667 90555.4MPa64 eb2L2481906650 82e5.5.4 周向应力校核根据 2 中式 7.3.4.35 2.48MPat170MPa6'22.62MPa

30、1.25tt1.25 170212.5MPa655.4MPa1.251.25170212.5MPa故圆筒周向应力强度满足要求。5.6 鞍座应力计算及校核5.6.1 腹板水平分力及强度校核根据 2 中表 77鞍座包角120，查2中表7 5得：K90.204。则Fs K 9 F0.204 11166722780.068N垫板起加强作用，则：9FsH sb0 brre其中remm bbmm，Ra905301.7mm，10, r21903321H25010240mm则H sminRammH ,2403则 922780.0685.96MPa0.240.0080.190.008查2 中表 5 1，得：MPa ，则298MPasa147sa23由于sa ，所以其强度满足要求。935.6.2 鞍座压缩应力及强度校核根据 2 中表 76，取10.08则FEv1mg0.0822333.49.8117527N ，钢底板对水泥基础的f0.4则mgf22333.4 9.810.4 87636N FEv所以压应力应按 2 中式 7 29 计算：saFFEv HFEv H v（5-9）Asa2ZrAsaL2 A其 中H v RH180