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沈阳理工大学任务说明书PAGE5PAGE5目录绪论 2第一章设计参数的选择 31.1设计题目 31.2设计数据 31.3设计压力 31.4设计温度 31.5主要元件材料的选择 3第二章设备的结构设计 42.1圆筒厚度的设计 42.2封头厚度的设计 42.3筒体和封头的结构设计 42.4鞍座选型和结构设计 52.5接管、法兰的选择 6第三章容器保冷层设计 83.1材料的选择 83.2厚度计算 8第四章容器强度的校核 94.1水压试验应力校核: 94.2筒体轴向弯矩计算 94.3筒体轴向应力计算及校核 104.4筒体和封头中的切向剪应力计算与校核 114.5筒体的周向应力计算与校核 114.6鞍座应力计算与校核 11第四章开孔补强设计 145.1补强设计方法判别 145.2有效补强范围 145.3有效补强面积 145.4补强面积 15第五章液氩储罐的焊接 16参考文献 17绪论随着我国化学工业的蓬勃发展,各地建立了大量的液化气储配站。对于储存量小于500或单罐容积小于150时。一般选用卧式圆筒形储罐。液化气储罐是储存易燃易爆介质.直接关系到人民生命财产安全的重要设备。因此属于设计、制造要求高、检验要求严的三类压力容器。本次设计的为100液化石油气储罐设计即为此种情况。工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备,称压力容器。设计温度为-20℃以下的压力容器被称为低温压力容器,对于低温压力容器首先要选用合适的材料,材料在使用温度下应具有良好的韧性。经细化晶粒处理的低合金钢可用到-45℃,2.5%镍钢可用到-60℃,3.5%镍钢可用到-104℃,9%镍钢可用到-196℃。低于-196℃时可选用奥氏体不锈钢等。筒体是圆筒形压力容器的主要承压元件,它构成了完成化学反应或储存物所需的最大空间。筒体一般是由钢板卷制或压制成型后组装焊接而成。当筒体直径较小是,可采用无缝钢管制作。对于即轴向尺寸较大的筒体,采用环焊缝将几个筒节拼焊制成。根据筒体的承载要求和钢板厚度,其纵焊缝和环向焊缝可采用开坡口或不坡口的对接接头。对于承受高压的厚壁容器筒体,除了采用单层厚钢板制作外,也可以采用层板包扎、热套、绕带或绕板等工艺制作多层筒体结构。封头即是容器的端盖。根据形状的不同,分为球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和平板封头等结构形式。为了避免在低温压力容器上产生过高的局部应力,在设计容器时应避免有过高的应力集中和附加应力;在制造容器时严格检验,以防止容器中存在危险的缺陷。对于因焊接而引起的过大残余应力,在焊后应进行消除焊接残余应力处理。为保证压力容器的安全使用,在制造严格按照有关标准、规范,对压力容器的原材料和加工制造过程进行严格的质量检验,因此,对投入运行的压力容器也需要进行定期检验。压力容器的检验内容主要有:对材料的化学成分和力学性能的常规理化检验;对焊接接头的各种性能检验;对压力容器各部分存在的各类缺陷的无损检测;用高于操作压力的液体对容器进行耐压试验等。质量检验在压力容器制造过程中占重要的地位。在有些反应堆压力容器的生产周期中,有一半的时间都是用于质量检验。第一章设计参数的选择1.1设计题目筒体容器的焊接工艺设计卧式储罐(14m3)1.2设计数据如下表1:表1:设计数据序号项目数值单位备注1名称筒体容器的焊接工艺设计卧式储罐(14m3)2用途大量贮存液氩3最大工作压力0.8MPa4工作温度室温℃5公称直径1600mm6容积147单位容积充装量0.42t/8装量系数0.99工作介质腐蚀介质10其他要求100%无损检测1.3设计压力设计压力取最大工作压力的1.1倍,即。1.4设计温度设计温度为室温。1.5主要元件材料的选择1.筒体材料的选择:根据GB150-1998表4-1,选用筒体材料为低合金钢16MnR(钢材标准为GB6654-1996)。第二章设备的结构设计2.1圆筒厚度的设计计算压力:液柱静压力可以忽略,即.该容器需100%探伤,所以取其焊接系数为.。圆筒的厚度在6~16mm范围内,查GB150-1998中表4-1,可得:温度在25℃,许用应力.利用中径公式,计算厚度:查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-1知,钢板厚度负偏差0.5mm。查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-5知,不锈钢在无特殊腐蚀情况下,腐蚀裕量取1。本例取=1。则筒体的设计厚度。圆整后,取名义厚度。筒体的有效厚度。2.2封头厚度的设计查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表1,得公称直径。选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA,则,根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1计算:同上,取。圆整后,取封头的名义厚度,有效厚度,封头型记做EHA1600×6-16MnRJB/T4746-2002。2.3筒体和封头的结构设计1.封头的结构尺寸(封头结构如下图1)由,得。查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1EHA椭圆形封头内表面积、容积,如下表2:表2:EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/容积/16004252.90070.58642.筒体的长度计算,而充装系数为0.9,则:,即,计算得L=7146mm,取L=7000mm,实际充装量。2.4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16MnR。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底板1120腹板8允许载荷Q/kN250200螺栓配置间距960鞍座高度h25012螺孔D24筋板255垫板弧长1870螺纹M20170390孔长l402408鞍座质量1168e70100mm增加质量122.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,鞍座中心与封头切线的距离A满足(L为两封头切线间的距离),最后使(为圆筒的平均半径)。鞍座的安装位置如图3所示:故取。2.5接管、法兰的选择液氩储罐应设置出液口,进液口,人孔,液位计口,温度计口,压力表口,安全阀口,排空口。1.小直径接管和法兰查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钢管厚度s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法兰质量NSRa出液口8089B4200160188M16201053.2106504b进液口8089B4200160188M16201053.2106504c1-2液位计口3238B3.5140100184M1218402.364402d温度计口2025B310575144M1218402.364401e压力表口2025B310575144M1218402.364401f安全阀口100108B4220180188M16201313.6128524.5g排空口5057B3.5165125184M1618742.985452.5注:以上除人孔以外各孔均为外接管,垫圈和螺栓不做选择。2.人孔的选择根据HG/T21518-2005《回转盖带颈对焊法兰人孔》,查表3-1,选用凹凸面的法兰,其明细尺寸见下表:表7人孔尺寸表单位:mm密封面型式突面RFD7304630公称压力PN/MPa2.566048螺柱数量20公称直径DN500280A405螺母数量40128B200螺柱尺寸d506b44L300总质量kg3023.法兰标记法兰标准标记包括法兰名称及代号、密封面形式代号、公称直径、公称压力、法兰厚度、法兰总高度、标准编号。当法兰厚度、法兰高度采用标准值时在标记中可省略。例如,公称压力1.6MPa、公称直径80mm的带颈对焊法兰,法兰材料0Cr18Ni10Ti,其标记为:法兰C-T80-1.60HG20575-97。第四章开孔补强设计根据GB150中8.3,当设计压力小于或等于2.5MPa时,在壳体上开孔,两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍,且接管公称外径不大于89mm时,接管厚度满足要求,不另行补强,故该储罐中只有DN=500mm的人孔需要补强。5.1补强设计方法判别按HG/T21518-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径。,故可以采用等面积法进行开孔补强计算。接管材料选用与筒体材料相同的0Cr18Ni10Ti不锈钢,其许用应力。根据GB150-1998中式8-1,。壳体开孔处的计算厚度,接管的有效厚度,强度削弱系数。所以开孔所需补强面积5.2有效补强范围1.有效宽度B的确定按GB150中式8-7,得,,。2.有效高度的确定(1)外侧有效高度的确定根据GB150中式8-8,得:,,。(2)内侧有效高度的确定根据GB150-1998中式8-9,得:,,5.3有效补强面积1.筒体多余面积2.接管的多余面积接管计算厚度:3.焊缝金属截面积焊角取10.0mm,5.4补强面积,因为,所以开孔需另行补强。所需另行补强面积:。补强圈设计:根据DN500取补强圈外径D=840mm。因为B>D,所以在有效补强范围。选择C型坡口,补强圈内径,取。补强圈厚度:,圆整取名义厚度。第五章液氩储罐的焊接筒体的焊接和封头与筒体的焊接采用Y型坡口,筒体与钢管的连接为角接接头,人孔补强圈选用C型20°坡口。鞍座腹板与筋板的连接为联系焊缝,T型接头不开坡口双面角焊缝。其他位置焊缝做K型坡口。坡口详细参数见附图。参考文献方洪渊.焊接结构学[M].北京:机械工业出版社,2008.方书起.化工设备课程设计指导书[M].北京:化学工业出版社,2003.唐尔钧,詹长福.化工设备机械设计基础[M].北京:机械工业出版社,1994.丁伯民,黄正林.化工容

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