10立方米氮气罐设计

vv..资料.《化工设备机械基础》课程设计10立方米氮气罐设计系部：化学与环境工程系专业：设备10-6班学号：2010232247姓名：韩向阳指导教师：赵宝平时间：2012年12.22-12.31

新疆工业高等专科学校课程设计评定意见设计题目：成员姓名：设计题目：成员姓名：评定意见：评定成绩：指导教师（签名）：化学工程系课程设计任务书12~13学年第一学期2012年12月22日专业化工设备维 ।A班级修技术、QS1 、工化工设备机械基设备10-6班课程名称 ।础设计题目液氮储气罐设计指导教师赵宝平起止时间2012年12.22〜12.31周数 2周设计地点图书馆设计目的：1、综合运用机械设计基础课程及其它先修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练，使理论和生产实际知识密切地结合起来，从而使这些知识得到进一步巩固、加深和扩展。2、学习和掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的一般设计方法，培养学生工程设计能力和分析问题、解决问题的能力。3、对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、机械CAD技术等机械设计方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。设计任务或主要技术指标：1.罐体壁厚的设计 2.封头厚度设计 3.支座的设计 4.人孔的设计 5.人孔强度的补偿 6.接管设计要求.课题介绍.布置强度计算.强度计算和考虑结构设计.检查强度计算结果.完成CAD图.完成设计说明书.交设计说明书.设计答辩。主要参考书及参考资料：1、机械设计基础（第二版），邓昭铭、张莹，高等教育出版社，2000年7月.机械设计课程设计指导书（第二版），罗圣国、李平林。高等教能出版社，1990年4月。.机械设计课程设计手册，清华大学，吴宗泽，北京科技大学，罗圣国，高等教育出版社。教研室主任（签名）系（部）主任（签名）2012年12摘要氮气的化学性质很稳定，常温下很难跟其他物质发生反应，但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化，用来制取对人类有用的新物质。氮气罐，又称氮气瓶，是用来运输、使用氮气的储存设备，耐高压，一般可以存储高压液态氮。氮气罐的设计主要考虑壁厚、封头、底座、人孔、接管等。其中壁厚、封头设计要考虑设计的厚度、材质和气压试验；支座设计主要包括罐体质量、封头、液氮质量、附体质量等设计；人口主要考虑开口和补强；接管设计主要包括液氮的进料管、液氮的出料管、压力表口、备用口、安全阀口、排污口的设计.10m3氮气罐设计设备设计主要技术指标:设计压力MPa1.1设计温度℃常温常^温最高工作压力MPa0.8工作温度℃常温常^温介质名称氮气设备主要材料16MnR设备容积10m3管口表:符号公称压力公称尺寸法兰形式密封面形式用途伸出长度aPN1.6DN50RF氮气出口120bPN1.6DN50SORF氮气进口120cZG1//2HSO内螺纹压力表口120dPN1.6DN50SORF备用口120ePN1.6DN50SORF安全阀口120fPN1.6DN50SORF排污口见图gPN1.6DN50SORF人孔250hZG1/7r2HSO外螺纹外板口120TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"罐体壁厚的设计 1\o"CurrentDocument"计算厚度 1\o"CurrentDocument"校核液压试验强度 1\o"CurrentDocument"封头厚度设计 2\o"CurrentDocument"计算封头厚度 2\o"CurrentDocument"校核罐体与封头液压试验强度 2\o"CurrentDocument"支座的设计 3\o"CurrentDocument"罐体质量m 31\o"CurrentDocument"封头质量m 32液氮质量m 43附体质量m 5\o"CurrentDocument"人孔 5\o"CurrentDocument"人孔补强 6\o"CurrentDocument"确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径 6\o"CurrentDocument"确定壳体和接管的实际厚度开孔有效补强宽度B及外侧有效补强高度h 7\o"CurrentDocument"计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积 7\o"CurrentDocument"接管 8\o"CurrentDocument"液氮进料 8\o"CurrentDocument"液氮出料管 8\o"CurrentDocument"压力表口 8\o"CurrentDocument"备用口 9\o"CurrentDocument"安全阀口 9\o"CurrentDocument"排污口 9致谢 10\o"CurrentDocument"符号说明 11\o"CurrentDocument"参考资料 131罐体壁厚的设计根据第8章选材所作的分析，本贮罐主要材质为16MnR制作，根据新标准GB/TF3-2008《锅炉和压力容器用钢板》，16MnR则为Q345R，由于工作温度按常温计[o]=170MPa算，则查[o]=170MPao=345MPa①=0.85（采用双面焊对接接头，局部无损检测）s取C=1.0mm2D=1800mmi1.1计算厚度PD8= e-i 2[o1PD8= e-i 2[o1①-Pc2x170x0.85-1.1设计厚度：8=8+C=6.88+1.0=7.88mm根据8=7.88mm，查表12-9得C=0.25mmd1名义厚度：8=8+C+圆整量=7.88+0.25+圆整量nd1圆整后，取名义厚度8=9mm复验：8义6%=9义6%=0.54mm>0.25mm故最后取C=0.25mm。n1该氮气罐可用9mm厚的Q345R钢制作。1.2校核水压试验强度根据式oT<0.9轲式中，PT=1.25P目=1.25义1.1x1=1.375MPa8=8-C=9-（C+C）=9-1.25=7.25mm12en12o=345MPa1.375x(1800+7.25)则8= =171.38MPat 2x7.250.9峭=0.9x0.85x345=263.93MPaS可见o<0.9淄；所以液压试验强度足够Ts2封头厚度设计采用标准的蝶形封头2.1计算封头厚度1.33PD 1.33x1.1x18008=-f-=| c——i—= =9.13mm201。一0.5P 2x170x0.85—0.5x1.1c8=8+C=9.13+1.0=10.13mmd2根据8=10.13mm由表12-9所杳C=0.25mm，则：d18+C=10.13+0.25=10.38mmd1圆整后采用o=11mm厚的钢板。复验8x6%=10.38x6%=0.62>0.25mm,nn故最后确定C1=0.25mm，故该蝶形封头可用11mm厚的Q345R钢制作。2.2校核罐体与封头液压试验强度OT二PtD+8。«0邱，eP=1.25P=1.25x1.1=1.38MPa C=C+C=0.25+1=1.25mmT 128=8-C=10-1.25=8.75mmen8=345MPa (P)页s 4281.38x(1800+8.75)o= =142.63MPat2x8.750.9峭=0.9义0.85义345=263.93MPaS因为o<0.9淄 所以液压试验强度足够Ts3支座的设计首先粗略计算支座负荷储罐总质量m=m+m+m+m1234m1—罐体质量m—封头质量2m3—液氮质量m—附件质量4罐体质量mm1D=1800mm,5=9mm,L=4100mm的筒节Nnm=兀D5Lp=3.14x(1800+9)x9x4100x7850=1645kg1i封头质量m2D=1800mm，5=9mm直边=20mm其质量m'Nn 2m'=0.34兀D2x5xp2 in=0.34x3.14x18002x7850x10=272kgm=2m'=272x2=543kg22液氮质量m3m=PV其中装置系数取0.93p贮罐容积TOC\o"1-5"\h\zc c兀 兀V=2V+V=2X—D3+D2L1 2 26i4i3.14 3.14=2x—18003+—18002x410026 4=11.8m3液氮在常温下的密度为1.25kg^m3m=11,8X1.25X0.9=13.28kg33.4附体质量m4人孔质量约为200kg，其他接管质量总和按300kg计算于是m=500kg4储罐总质量m=m+m+m+m1234=1645+543+13.28+500=2701.28F=mg=2701.28x9,81〜6624.94 4根据表14-18可选用JB/T4725-92，支承式支座材料 Q345-A-F4人孔根据当设备内径D>1000mm时，至少开设1个。=500mm的人孔，或2个。=150mmi的手孔。根据储罐的设计温度、最高工作压力、材质、介质以及使用要求等条件，选用公称压力1.1MPa的带颈平焊法兰人孔(HG-20592-97),人孔公称直径选定为500mm。采用密封型RF和石棉胶版垫片。人孔各零件名称、材质及尺寸见表14-22该水平颈对平焊法兰人孔的标记为

人孔SO—RF500—1.1HG20592—97人孑^PN1.6DN500件号标准号名称数量材料尺寸1GBT713-2008同节1Q345Rdx5=500x1w02HG20592法兰116Mnlll（断键）5=33HG20592垫片1石棉橡胶板b=39b=441 24HG20592法兰盖//、 rm1Q345RM33x2x1755HG20613螺柱20M30M336HG20613螺母40M307吊环1Q345—A-F8转臂1Q345—A-Fd=3609GB/T95-2000垫圈201100HV10GB/T6170-2000螺母25级M2011吊钩1Q345—A-F12GB/T8163—2008环1Q345—A-F13无缝钢管1205人孔补强5.1确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径由已知条件知，壳体计算厚度3=9mm。接管计算厚度为PD3=「干，。—

t2匕1巾+PC_ 1.1义500―2义170*0.85+1.1=2mm开孔直径为d=d+2C

1=(500-15x2)+2xL25=472.5mm5.2确定壳体和接管的实际厚度开孔有效补强宽度B及外侧有效补强高度h1已知壳体名义厚度3=9mm，补强部分厚度S=9mm，nn接管有效补强宽度为d=接管内直径+2C=472.5mmB=2d=2x472.5=945mm接管外侧有效补强高度为h1=Jd3：=7472.5x9=65.2mm5.3计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积需补强的金属面积为A=d3=472.5x6.88=3250.8mm2可作为补强的金属面积为A=（B-d）G-b）=（945-472.5）（7.55-6.88）=411.1mm21eA=2h（5-5）f=（9-2）x2x65.2=912.8mm22 1ettrA=A+A=411.1+912.8=1324mm2e12比较A与AA〉Ae，所以补强厚度不足够。加补强面积A=A-A=3250.8-1324=1927mm2,4e6接管液氮进料采用。57mmx3,5mm无缝钢管（强度验算略）。管的一端切成450，伸入储罐内少许。配用图面板是平焊法兰：HG20592法兰PL50-1.6RF16M川n液氮出料管采用。57mmx3.5mm无缝钢管（强度验算略）。管的一端切成450，伸入储罐内少许。配用图面板是平焊法兰：HG20592法兰PL50-1.6RF16M川n压力表口采用2GL'2英寸无缝钢管，管内螺纹，伸出长度为120mm。由于壳体开孔满足下述全部要求，所以不需要补强（1）设计压力p<2.5MPa（2）两相邻开孔中心间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍；（3）接管外径＜89mm（4）接管最小厚度满足下表要求接管最小厚度接管外径最小厚度接管外径最小厚度25,32,383.557,655.045,484.076,896.0配用法兰：HG20592法兰PL50—1.6RF16Milln备用口公称压力为16MP，公称直径为50mm，伸出长度为120mm，采用^57义3.5mm无缝A钢管，采用带颈平焊法兰（SO）法兰密封面形式采用突面（RF）配用法兰： HG20592 法兰SO50—1.6RF16m川n安全阀口公称压力为16MP，公称直径为25mm，伸出长度为120mm，采用^32义3.5mm无缝A钢管，采用带颈平焊法兰（SO）法兰密封面形式采用突面（RF）配用法兰：HG20592 法兰SO25—1.6RF16M|||n排污口在设备最下端安设一个排污管，管子规格是*32义3.5mm，管段装有一个与截止阀J41W—16相配的管法兰：HG20592 法兰SO25—1.6RF16Min

序号名称指标序号名称指标1设计压力3物料名称液氮1.1MPa4容积10M32工作温度常温如CAD所标注:序号图号或标准号名称材料数量1HG20592法兰5。25-1.616Milln12接管457mmx3.5mm10(GB/T8163)23Q345R封头C=0.5mm10cmQ2345R钢24接管457mmx3.5mm10(GB/T8163)25Q345R罐体9mmQ2345R16HG20592-97人孔SO-RF500-1.117IB/T4736-2002补 强。760/。484Q2345R18HG20592法兰PL50-1.616MIn19HG20592安全阀16MIn110JB/T4725-92支座Q345R-A.F111432x3.5mm16M1n1本设计是在赵宝平老师的悉心指导下完成的。老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作诲人不倦的高尚师德，严以律己，宽以待人的崇高风范，朴实无华，平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标，掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处事的道理。本设计从选题到到完成，每一步都是在老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢。本设计的顺利完成，离不开各位老师，同学和朋友的关心和帮助。在此致谢赵宝平老师的指导和帮助，没有你们的帮助和指导是没有办法完成我的设计的。符号说明P——计算压力MpcaD——圆筒的内径mmiDO——圆筒的外径mm[P]——圆筒的最大容许压力Mpwa5——圆筒的计算厚度mm5——圆筒的设计厚度mm5=5+Cd d25——圆筒的名义厚度mm5=5+Cn nd15——圆筒的有效厚度其值5=5+Ce en151——圆筒材料在设计温度下的许用应力MPaot——圆筒材料在设计温度下的计算应力Mpa—焊接接头系数C1——钢板厚度的负偏差mmC——腐蚀余量mm2C——厚度附加量mmC=C+C12o——圆筒壁在试验压力下的计算应力Mptao——圆筒材料