说明指导书样本专业版

《过程设备设计》课程设计说明书设计题目：10m3学校：太原理工大学学院：化学化工学院专业：过程装备和控制工程班级：0803姓名：陈浩学号：002296指导老师：王凤斌时间：12设计任务书课程设计题目：10m3课程设计要求及原始数据（资料）：课程设计要求：使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握经典过程设备设计全过程。广泛查询和综合分析多种文件资料，进行设计方法和设计方案可行性研究和论证。设计计算采取电算，要求设计思绪清楚，计算数据正确、可靠，且正确掌握计算机操作和专业软件使用。工程图纸要求计算机绘图毕业设计全部工作由学生本人独立完成。原始数据：设计条件表序号项目数值单位备注1名称液化石油气储罐2用途液化石油气贮备站3最高工作压力MPa由介质温度确定4工作温度-20～48℃5公称容积（Vg）10M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(φV)0.908工作介质液化石油气(丙烷)9使用地点太原市，室外管口表符号公称规格连接法兰标准密封面用途或名称液位计口放气管人孔安全阀口排污口液相进口液相出口气相口压力表口课程设计关键内容：设备工业设计设备结构设计设备强度计算计算条件编制绘制设备总装配图编制设计说明书学生应交出设计文件（论文）：设计说明书一份总装配图一张（折合A1图纸一张）关键参考资料：[1]国家质量计算监督局，GB150-1998《钢制压力容器》，中国家标准准出版社，1998[2]国家质量监督检验检疫总局，TSGR0004-《固定式压力容器安全计算监察规程》，[3]全国化工设备设计技术中心站，《化工设备图样技术要求》，，,11[4]郑津洋、董其伍、桑芝富，《过程设备设计》，化学工业出版社，[5]黄振仁、魏新利，《过程装备成套技术设计设计指南》，化学工业出版社，[6]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，1996摘要伴随中国化工行业蓬勃发展，各地建立了大量液化气贮备站。对于存量小于500m3时，通常选择卧式圆筒形储罐。液化气储罐是储存易燃易爆介质，直接关系到大家生命财产安全关键设备。所以属于设计、制造要求高、检验要求严格III类压力容器。此次设计液化石油气储罐是盛装液化石油气常见设备，因为该介质含有易燃易爆特点，所以在设计该储罐时，要注意和通常气体储罐不一样点，尤其要注意安全，还要注意在制造、安装等方面特点。现在中国一般采取常温压力储罐，常温储罐通常有两种形式：球形储罐和圆筒形储罐。球形储罐和圆筒形储罐相比：前者含有投资少，金属耗量少，占地面积少等优点，但加工制造及安装复杂，焊接工作量大，故安装费用较高。通常储存总量大于500m3时选择球形储罐比较经济；而圆筒形储罐含有加工制造简单，安装费用少等优点，但金属耗量大占地面积大，所以在总储量小于卧式液化石油气储罐设计特点。卧式液化石油气储罐也是一个储存压力容器，也应按GB150《钢制压力容器》进行制造、试验和验收；并接收《固定式压力容器安全技术检验规程》监督。液化石油气储罐，不管是卧式还是球罐全部属于III类压力容器。储罐关键有筒体、封头、人孔、支座和多种接管组成。储罐上设有液相管、气相管、排污管和安全阀、压力表表、液面计等。目录第1章 工艺设计 -1-1.1 盛装液化气体压·力容器设计存放量 -1-1.2 设备初步选型及轮廓尺寸 -1-第2章 机械设计 -2-2.1 结构设计 -2-2.1.1 设计条件 -2-2.1.2 结构设计 -3-2.2 强度计算 -11-2.2.1 容器筒体和封头厚度设计 -11-2.2.2 卧式容器应力校核 -13-2.2.3 开孔补强计算 -20-参考文件……………………….…………..-22过程设备设计包含工艺设计和机械设计两部分。工艺设计工艺设计是依据设计任务提供原始数据和生产工艺要求，经过工艺计算确定；盛装液化气体压力容器设计存放量W=φVρt式中，W—储存量，t；φ—装量系数；V—压力容器容积，m3；ρt—设计温度下饱和液体密度，t/m3；其中φ=0.9；V=10m3依据任务书取得，工作介质为液化石油气，取丙烷，工作温度为-20密度；ρt=0.57t/m3（见表一故W=0.9×10×0.57=5.04t依据物料物理及化学性质,按最危险工况设计，取丙烯为液化石油气关键成份表一丙烯饱和蒸汽压及饱和液密度温度-20204050饱和蒸汽压Bar2.969.6515.8619.99饱和液密度kg/升0.570.5150.4750.45设备初步选型及轮廓尺寸依据公式V=πD²（L1-2h）/4+2V∵Vg=10m³∴V≥10m³设L1/D=3.7，则L1=5550mmV=πD²（L1-2h）/4+2V封查附录8钢制压力容器用封头表B.1及设计指导书P80表1可得H=400，选择椭圆形封头，依据表1以内径基准求出h=25，V封=0.4860m3当D=1500mm，V计=3.14×1.52×（5.5-2×25）/4+2×0.4860=10.2978m3满足要求机械设计机械设计包含结构设计和强度设计两部分。结构设计设计条件（以结构设计表和管口表形式列出）表2设计条件表项目内容备注工作介质丙烯液化石油气工作压力MPa1.8999设计压力MPa2.0899工作温度-20~48设计温度50公称容积（Vg）m310计算容积（V计）m310.3工作容积（V工）m39.22装量系数（φv）0.9介质密度（ρt）t/m30.57材质Q345R（热轧）保温要求无其它要求无其中：工作介质：选择丙烯（液化石油气）设计压力：装有安全阀，设计压力为工作压力1.05~1.1,P设=P工×1.1=1.8999×1.1=2.0889MPa计算容积：V计=3.14×1.52×（5.5-2×25）/4+2×0.4860=10.3工作容积：V工=0.9×10.3=9.22保温要求：容器内物料温度随季节温度改变，工作压力为对应温度下饱和蒸汽压，此储罐为常温压力储存，这类储存不设保温层。表三管口表公称规格连接法兰标准密封面用途或名称PN4.0DN25HG/T20594-M液位计PN4.0DN50HG/T20594-FM放气管PN4.0DN500HG/T20594-MFM人孔PN4.0DN50HG/T20594-FM安全阀PN4.0DN80HG/T20594-M液相进口PN4.0DN50HG/T20594-M液相出口PN4.0DN50HG/T20594-M气相管PN4.0DN50HG/T20594-M排污口PN4.0DN25HG/T20594-FM压力表口结构设计化工设备结构设计包含设备承压壳体（通常为筒体和封头）及其零部件设计。设备零部件包含支座、接管和法兰、人口和手孔、液面计、视镜等。中国已经制订了化工设备通用零部件系列标准，设计时可依据具体条件根据标准进行选择。筒体和封头结构设计筒体直径通常由工艺条件决定，但要注意符合压力容器公称直径标准。封头公称直径必需和筒体公称直径相一致，筒体内径再工艺计算中已经求出为1500mm，长度为5500mm。标准椭圆封头是中低压容器中常常采取封头型式，其最新标准为JB/T4746。该标准要求了以内径为公称直径标准椭圆形封头直边高度只和公称直径相关：当DN≤mm时，直边高度为25mm；当DN≥mm时，直边高度为40mm。图1封头封头参数：取公称直径DN=1500mm，总深度H=400mm，内表面积A=2.5568m2，容积V==========================================================法兰设计法兰设计可依据法兰标准进行选型设计，也可按GB150相关条款进行设计。法兰有压力容器法兰和管法兰，二者属相同标准体系。设计内容以下：依据设计压力、操作温度和法兰材料决定法兰公称压力PN；水压试验压力Pt=1.25×2.0899=2.61，所以选择高一等级公称压力，所以PN=4.0[2，162]依据公称直径DN、公称压力PN及介质特征决定法兰类型及密封面型式，法兰选带颈对焊法兰（标准HG20954）[3，11~14]图2带颈对焊钢制凹凸面法兰表四PN4.0MPa带颈对焊法兰钢制管法兰尺寸（mm）[4，52]公称通径DN钢管外径A1法兰外径D连接尺寸法兰厚度c法兰颈法兰高度H法兰理论重量（kg）螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺纹ThNSH1≈R253211585144M1218502.664401.05057165125184M1620842.986483.08089200160188M20241423.2108585.0依据温度、压力及介质腐蚀性选择垫片材料合成纤维橡胶垫片使用条件：P≤4.0MPat范围为-400C-2900所以选择合成纤维橡胶垫片垫片图3[4，177]垫片尺寸表6[2，181]公称通径DN垫片内径D1max垫片外径D2垫片厚度T2534571.55061871.580891201.55005305753选择和法兰材料、垫片材料相匹配螺柱和螺母材料，螺柱和螺母材料为30CrMo[3，239]人孔、手孔、视镜、液面计结构设计人孔和手孔压力容器设人孔是为了检验设备内部空间和装拆设备内部零部件。人孔大小设置标准是方便人进出。所以人孔公称直径要求为400~600mm，可依据容器直径及所处地域冷暖程度来选择。人孔选回转带颈对焊法兰人孔表七回转盖带颈对焊法兰人孔明细表[3，12]件号标准号名称数量材料1筒节116MnR2HG20613等长双头螺柱见尺寸表8.8级3HG20613螺母见尺寸表8级4HG20595法兰116MnⅡ5HG20606垫片1非金属平垫6HG20601法兰盖116MnR7把手1Q235－A·F8轴销1Q235－A·F9GB/T91销2Q21510GB/T95垫片2100HV11盖轴耳（1）1Q235－A·F12法兰轴耳（1）1Q235－A·F13法兰轴耳（2）1Q235－A·F14盖轴耳（2）1Q235－A·F回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表表8[3，14]密封面形式PN（MPa）DN（mm）dw×S（mm）d（mm）D（mm）D1（mm）H1（mm）H2（mm）b（mm）凹凸面2.5450480×1245667060025012142b1（mm）b2（mm）A（mm）B（mm）L（mm）D0（mm）螺柱螺母螺柱尺寸总质量kg数量4146375175250242040M33×2×165245图4回转盖带颈对焊法兰人孔视镜视镜用来观察设备内部物料工作情况。用凸缘组成视镜称为不带颈视镜，其结构简单不易粘料，有比较宽视察范围，应优先选择。液面计液面计选择磁性液位计适用范围：PN=1.6~16MPa，-40oC~300oC，液体密度大于0.45g/cm3，粘度小于150mPa.s，标准选择HG/T21584，磁性液位计测量范围L=350~6000mm,常见规格有：500,800,1100,1400,1700,,2500,3500,4000,4500,5000,6000mm标识示例：HG/T21584-95UZ①②-③-④-⑤⑥⑦⑧-公称压力，MPa;-密封面型式：凸面M;-中心距L值，mm;-介质密度，g/cm3;-结构型式：一般A,带夹套B;-显示方法：翻板F，跟踪H，远传Y；-材质:0Cr18Ni9（304）、00Cr19Ni10（304L）、0Cr18Ni10Ti（321）-报警器代号：上限位报警器A，下限位报警器B，上下限位报警器C，无报警器不标。故选择HG/T21584UZ2.5M-1260-0.56AF321支座结构设计支座结构设计根据JB/T4712~4725-92容器支座进行设计筒体体积v=π/4×（1400+12×2）2×6050-π/4×14002×6050=0.322m筒体质量m=0.322×7850=2527封头质量依据DN=1400δn=12得m=2.2346×0.012×7850=245.58kg[1，39]设备质量m=2527.7+2×245.58=3018.86kg液体质量m=10.1×1000=1010总质量m=3018.86+10100=13118.86G=mg=13118.86×10=131.2KN<160KN所以，选择轻型鞍式支座A≤0.2L=0.2×6100=1220mm,且最好A≤0.5R=353mm所以A取300mm表九支座尺寸表公称直径DN许可载荷QKN鞍座高度h底板腹板筋板lb140016020010001701082301402006垫板螺栓间距鞍座质量kg增加100mm高度增加质量kg弧长e1640350870840809轻型鞍式支座图5焊接接头设计通常压力容器设计中，全部是按电弧焊要求来进行焊接结构设计，并选择对应焊接材料。所以，下面全部是电弧焊及其焊接材料[40]不带补强圈平齐式接管焊接结构带补强圈平齐式接管焊接结构封头和筒体V形坡口表十焊接材料选择[7，40]XX和XX焊接焊条型号焊条牌号示例16MnR和16MnRE5015J507Q235-A和Q235-AE4303J42216MnR和Q235-AE4315J427强度计算容器筒体和封头厚度设计内压容器计算厚度由（2-1）中径公式确定：δ=PcDi2[σ]tφ-Pc（2-1）假设静液注压力P=ρ介gh=560×10×1.4×10-6=0.008MPa<5%×P工=0.05×1.83=0.0915MPa，故静液注压力忽略不计计算压力Pc=P设=1.83MPa焊接接头系数φ=1（因为筒体为双面对接接头形式相当于双面对接焊全焊透对接接头，采取100%无损检测，故取φ=1）故而，内筒计算厚度δ=Pc取腐蚀余量C2=2设计厚度δd=δ+C2=7.57+2.5=10.07对于Q345R(正火)，取钢板负偏差C1=0.3mm名义厚度δn=12满足δ=6~16mm取δn=14mm有效厚度δe=δn﹣C1﹣C2=12﹣2.5﹣0.3=9.2而满足强度最小厚度δmin=3mm，δe>δmin标准椭圆封头是常常采取封头形式，其计算厚度由式（2-2）确定：δ=Pc假设封头厚度δ=6~16mm工作条件和内筒相同即：QUOTEδ=1.86×18002×170×1-0.5×1.86计算厚度为7.56取腐蚀余量C2=2设计厚度δd=δ+C2=7.56+2.5=11.87对于Q345R(正火)取钢板负偏差C1=0.3mm，所以名义厚度可取满足δ=6~16mm取δn=1有效厚度δe=δn﹣C1﹣C2=12﹣2.5﹣0.3=9.2而满足强度最小厚度δmin=3mm，δe>δmin卧式容器鞍座应力校核卧式容器（双鞍座）计算单位四川科新机电股份计算条件简图计算压力pC1.83MPa设计温度t50℃圆筒材料16MnR(热轧)鞍座材料16MnR圆筒材料常温许用应力[]170MPa圆筒材料设计温度下许用应力[]t170MPa圆筒材料常温屈服点345MPa鞍座材料许用应力[]sa170MPa工作时物料密度0.56kg/m3液压试验介质密度1000kg/m3圆筒内直径Di1400mm圆筒名义厚度12mm圆筒厚度附加量2.7mm圆筒焊接接头系数1封头名义厚度12mm封头厚度附加量Ch2.7mm两封头切线间距离6150mm鞍座垫板名义厚度8mm鞍座垫板有效厚度8mm鞍座轴向宽度b170mm鞍座包角θ120°鞍座底板中心至封头切线距离A350mm封头曲面高度375mm试验压力pT2.29MPa鞍座高度H200mm腹板和筋板(小端)组合截面积11200mm2腹板和筋板(小端)组合截面断面系数151144mm3地震烈度0配管轴向分力0N圆筒平均半径706mm物料充装系数0.9支座反力计算圆筒质量(两切线间)2569.87kg封头质量(曲面部分)203.587kg附件质量450kg封头容积(曲面部分)3.59189e+08mm3容器容积(两切线间)V=1.01856e+10mm3容器内充液质量工作时,5.13353压力试验时,=10185.6kg耐热层质量0kg总质量工作时,3432.17压力试验时,13612.6kg单位长度载荷5.0641320.0852N/mm支座反力16838.266783.566783.5N筒体弯矩计算圆筒中间处截面上弯矩工作时=1.85019e+07压力试验=7.33818e+07N·mm支座处横截面弯矩工作时-300289压力试验-1.191e+06N·mm系数计算K1=1K2=K3=0.879904K4=0.401056K5=0.760258K6=0.0132129K6’=K7=K8=K9=0.203522C4=C5=

筒体轴向应力计算轴向应力计算操作状态70.732469.4819MPa-1.27114-0.0206309MPa水压试验状态-5.03902-0.0818256MPa91.963187.0033应力校核许用压缩应力0.00124886依据圆筒材料查GB150图6-3～6-10B=140.17MPa140.17140.17MPa<170合格||,||<140.17合格||,||<140.17合格T2,T3<0.9s=310.5合格时(时,不适用)MPa时圆筒中：8.94986封头中：4.07931MPa封头椭圆形封头,125.906碟形封头,半球形封头,MPa圆筒封头[]=0.8[]t=13686.5937MPa圆筒,<[]=136合格封头,h<[h]=86.5937合格MPa鞍座处圆筒周向应力无加强圈圆筒圆筒有效宽度313.588mm无垫板或垫板不起加强作用时在横截面最低点处MPa在鞍座边角处L/Rm≥8时,MPaL/Rm<8时,MPa无加强圈筒体垫板起加强作用时鞍座垫板宽度；鞍座垫板包角横截面最低点处周向应力-0.935889MPa鞍座边角处周向应力L/Rm≥8时,-11.8729MPaL/Rm<8时,MPa鞍座垫板边缘处圆筒中周向应力L/Rm≥8时,-18.3044MPaL/Rm<8时,MPa应力校核|5|<[]t=170合格|6|<1.25[]t=212.5合格||<1.25[]t=212.5合格MPa有加强圈圆筒加强圈参数加强圈材料,e=mmd=mm加强圈数量,n=个组合总截面积,A0=mm2组合截面总惯性矩,I0=mm4设计温度下许用应力MPa加强圈在鞍座平面上在鞍座边角处圆筒周向应力：MPa：MPa

有加强圈圆筒加强圈靠近鞍座横截面最低点周向应力无垫板时，（）采取垫板时，（垫板起加强作用）MPa在横截上靠近水平中心线周向应力：MPa在横截上靠近水平中心线处，不和筒壁相接加强圈内缘：MPa加强圈靠近鞍座鞍座边角处点处周向应力无垫板L/Rm≥8时,MPa无垫板L/Rm<8时,MPa采取垫板时，（垫板起加强作用）L/Rm≥8时,MPa采取垫板时，（垫板起加强作用）L/Rm<8时,MPa应力校核|5|<[]t=合格|6|<1.25[]t=合格|7|<1.25[]t=|8|<1.25[]=MPa鞍座应力计算水平分力13591.9N腹板水平应力计算高度200mm鞍座腹板厚度8mm鞍座垫板实际宽度350mm鞍座垫板有效宽度313.588mm腹板水平应力,垫板起加强作用,3.30807MPa应力判定9<[]=113.333合格MPa腹板和筋板组合截面轴向弯曲应力由地震、配管轴向水平分力引发支座轴向弯曲强度计算圆筒中心至基础表面距离912mm轴向力N时,MPa时MPa由圆筒温差引发轴向力NMPa应力判定sa<1.2[]sa=MPa开孔补强计算开孔补强计算计算单位四川科新机电股份接管:1,φ480×12设计条件简图计算压力pc1.838MPa设计温度50℃壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数φ1壳体内直径Di1400mm壳体开孔处名义厚度δn12mm壳体厚度负偏差C10mm壳体腐蚀裕量C22.7mm壳体材料许用应力[σ]t170MPa接管实际外伸长度250mm接管实际内伸长度0mm接管材料16Mn(热轧)接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称16MnR(热轧)凸形封头开孔中心至封头轴线距离mm补强圈外径600mm补强圈厚度16mm接管厚度负偏差C1t1.5mm补强圈厚度负偏差C1r0mm接管材料许用应力[σ]t163MPa补强圈许用应力[σ]t170MPa开孔