立方米液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說(shuō)明書.doc

一設(shè)計(jì)任務(wù)書 20液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說(shuō)明書 摘要 本設(shè)計(jì)是針對(duì)過(guò)程裝備基礎(chǔ)這門課程所安排的一次課程設(shè)計(jì)，是對(duì)這門課程的一次總結(jié)，要綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)并查閱相關(guān)書籍完成設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)的液料為液氨，它是一種無(wú)色液體。氨作為一種重要的化工原料，應(yīng)用廣泛。分子式NH3，分子量17.03，相對(duì)密度0.7714g/L，熔點(diǎn)-77.7，沸點(diǎn)-33.35，自燃點(diǎn)651.11，蒸汽壓1013.08kPa(25.7)。蒸汽與空氣混合物爆炸極限為1625%（最易引燃濃度為17%）氨在20水中溶解度34%,25時(shí),在無(wú)水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是許多元素和化合物的良好溶劑。水溶液呈堿性。液態(tài)氨將侵蝕某些塑料制品,橡膠和涂層。遇熱、明火，難以點(diǎn)燃而危險(xiǎn)性極低，但氨和空氣混合物達(dá)到上述濃度范圍遇火和燃燒或爆炸，如有油類或其它可燃物存在則危險(xiǎn)性極高。 設(shè)計(jì)基本思路：本設(shè)計(jì)綜合考慮環(huán)境條件、介質(zhì)的理化性質(zhì)等因素，結(jié)合給定的工藝參數(shù)，按容器的選材、壁厚計(jì)算、強(qiáng)度核算、附件選擇、焊縫標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)順序，分別對(duì)儲(chǔ)罐的筒體、封頭、人孔接管、人孔補(bǔ)強(qiáng)、接管、管法蘭、液位計(jì)、鞍座、焊接形式進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選擇。設(shè)備的選擇大都有相應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可以直接選用符合設(shè)計(jì)條件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備零部件，也有一些設(shè)備沒有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，則選擇合適的非標(biāo)設(shè)備。 各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)要求及原始數(shù)據(jù)（資料）一、 課程設(shè)計(jì)基本要求1、 按照國(guó)家壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范設(shè)計(jì)要求，掌握典型過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)的過(guò)程。2、 設(shè)計(jì)計(jì)算采用手算，要求設(shè)計(jì)思路清晰，計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。3、 工程圖紙要求計(jì)算機(jī)繪圖。二、 獨(dú)立完成。原始數(shù)據(jù)表1 設(shè)計(jì)條件表序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值備注1名稱液氨儲(chǔ)罐2用途液氨儲(chǔ)存3最高工作壓力MPa由介質(zhì)溫度確定4工作溫度-20505公稱容積M6工作壓力波動(dòng)情況可不考慮7裝置系數(shù)f0.858工作介質(zhì)液氨（中毒危害）9使用地點(diǎn)太原市，室外課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容1、 設(shè)備工藝設(shè)計(jì)2、 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3、 設(shè)備強(qiáng)度設(shè)計(jì)4、 技術(shù)條件編制5、 繪制設(shè)備總裝配圖6、編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書 目 錄設(shè)計(jì)任務(wù)書 1課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 5 工藝設(shè)計(jì) 5一、設(shè)計(jì)壓力的確定 5二、設(shè)計(jì)溫度的確定 6 機(jī)械設(shè)計(jì) 6一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 設(shè)計(jì)條件 6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 1、壓力容器選擇 7u 物料的物理化學(xué)性質(zhì)u 壓力容器的類型u 壓力容器的用材 2、筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8u 筒體公稱直徑和筒體長(zhǎng)度的確定u 橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積 3、各個(gè)接管的位置及法蘭的選擇 9u 接管的設(shè)計(jì)u 法蘭的設(shè)計(jì)u 墊片的選擇 4、人孔的選取10 5液面計(jì)的設(shè)計(jì)12 6、鞍座的計(jì)算13u 筒體的質(zhì)量u 封頭的質(zhì)量u 液氨的質(zhì)量u 附件的質(zhì)量u 確定鞍座類型u 鞍座安裝位置確定 7、焊接接頭設(shè)計(jì)14u 回轉(zhuǎn)殼體的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)u 接管與殼體的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)u 帶補(bǔ)強(qiáng)圈的接管的焊接結(jié)構(gòu)2、 強(qiáng)度計(jì)算16 容器的筒體和封頭壁厚的設(shè)計(jì)16 1、筒體名義厚度的初步確定16 2、封頭壁厚的計(jì)算16 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算17 強(qiáng)度校核17 1、容器的水壓試驗(yàn)17 2、圓筒切向剪應(yīng)力計(jì)算并校核17總結(jié)語(yǔ)35參考文獻(xiàn)36 二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容包括工藝設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)兩部分工藝設(shè)計(jì) 工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)提供的原始數(shù)據(jù)和生產(chǎn)工藝要求，通過(guò)計(jì)算和選型確定設(shè)備的輪廓尺寸。其中設(shè)計(jì)儲(chǔ)量：式中，W儲(chǔ)存量，t ； 裝量系數(shù) ；V壓力容器容積，m3 ； 設(shè)計(jì)溫度下飽和液體密度，t/m3 則設(shè)計(jì)儲(chǔ)存量W=0.8520 m30.563kg/L=9.571t=9571kg表二 液化氣體飽和蒸汽壓及飽和液密度溫度-15103050飽和蒸汽壓MPa（絕壓）氨0.2690.6031.1562.030飽和液密度Kg/m氨6586255955631、 設(shè)計(jì)壓力的確定設(shè)計(jì)壓力應(yīng)根據(jù)最高工作壓力來(lái)確定。對(duì)于盛裝液化氣體的壓力容器，可根據(jù)固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程TSG R0004-2009中條例3.9.3來(lái)確定： 經(jīng)查表2得50下液氨飽和蒸汽壓（絕壓）為2.030MPa。工作壓力=（2.030.1）MPa=1.93MPa 設(shè)計(jì)壓力為容器的設(shè)計(jì)載荷條件之一，其值不得低于最高工作壓力，而最高工作壓力系指容器頂部在正常工作過(guò)程中可能產(chǎn)生的最高表壓。裝設(shè)安全閥的容器，考慮到安全閥開啟動(dòng)作的滯后，容器不能及時(shí)泄壓，設(shè)計(jì)壓力不得低于安全閥的開啟壓力，通?？扇∽罡吖ぷ鲏毫Φ?.051.10倍，所以設(shè)計(jì)壓力P=2.2Mpa二、設(shè)計(jì)溫度的確定 根據(jù)液氨儲(chǔ)罐工作溫度為-2050 選擇設(shè)計(jì)溫度t=50 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算兩部分 一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)條件計(jì)算容積表3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件表項(xiàng)目?jī)?nèi)容備注工作介質(zhì)液氨工作壓力 MPa1.93由介質(zhì)溫度決定設(shè)計(jì)壓力 MPa2.2工作溫度 -2050設(shè)計(jì)溫度 50公稱容積（Vg）m20計(jì)算容積（V計(jì)）m20.5工作容積（V工）m 17.4裝量系數(shù)f0.85介質(zhì)密度（t）t/m0.563材質(zhì)16MnR保溫要求無(wú)其他要求無(wú) 管口表接管代號(hào)公稱尺寸連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)連接面形式用途或名稱ADN80HG/T20592-2009FM液氨入口BDN25HG/T20592-2009FM壓力表接口CDN25HG/T20592-2009FM放空口DDN40HG/T21518-2005FM氣氨出口管EDN80HG/T20592-2009FM液氨出口FDN32HG/T20592-2009FM排污管SVDN80HG/T20592-2009FM安全閥接口MDN500HG/T20592-2009MFM人孔LDN20HG/T20592-2009FM磁性液位計(jì)接口 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括設(shè)備承壓殼體（一般為筒體和封頭）及其零部件的設(shè)計(jì)。設(shè)備零部件包括支座、接管和法蘭、人孔和手孔、液面計(jì)、視鏡等。我國(guó)已經(jīng)制訂了化工設(shè)備通用零部件的系列標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)具體設(shè)計(jì)條件按照附錄中給出的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選用。 1、壓力容器選擇 （a）物料的物理化學(xué)性質(zhì) 氨作為一種重要的化工原料，應(yīng)用廣泛，為運(yùn)輸及儲(chǔ)存便利，通常，將氣態(tài)的氨氣通過(guò)加壓或冷卻，得到液態(tài)氨。液氨，又稱為無(wú)水氨，是一種無(wú)色液體，有強(qiáng)烈的刺激性氣味，液氨在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，而且具有腐蝕性，且容易揮發(fā)，采用鋼瓶和槽車裝運(yùn)。 （b）壓力容器的類型化工設(shè)備的主體是壓力容器，容器的強(qiáng)度決定著設(shè)備的安全性，為了加強(qiáng)壓力容器的安全監(jiān)察，保護(hù)任命生命和財(cái)產(chǎn)的安全，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督局頒布了壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程這是一部對(duì)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督提出基本要求的法規(guī)，壓力容器設(shè)計(jì)、安裝、使用、檢驗(yàn)、修理和改造等單位必須遵守的法規(guī)，為了有利于安全技術(shù)監(jiān)督和管理，壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程將其管轄范圍內(nèi)的壓力容器劃分為三類，分別為第一類壓力容器、第二類壓力容器和第三類壓力容器。本次設(shè)計(jì)壓力容器中的介質(zhì)為液態(tài)氨，屬于中度危害，是第二組介質(zhì)且設(shè)計(jì)壓力為中壓，所以將其劃分為第二類壓力容器。 （c）壓力容器的用材 正確選擇材料對(duì)于保護(hù)設(shè)備的安全使用和降低成本是至關(guān)重要的。壓力容器用材料包括容器及壓殼體用鋼和設(shè)備零部件用材料，零部件有受壓元件（如接管、法蘭）和非受壓元件（如支座），所用材料涉及鋼板、鋼管、鍛件、型鋼及鋼棒等。 壓力容器受元件用鋼應(yīng)符合GB150鋼制壓力容器中的有關(guān)規(guī)定，對(duì)于非受壓元件用鋼，當(dāng)與受壓元件焊接時(shí)，也應(yīng)是焊接性能良好的鋼材。壓力容器通常采用鋼板經(jīng)過(guò)成型焊接而成，法蘭視具體情況可采用鋼板或鍛件，螺栓和螺柱應(yīng)采用鋼棒，接管一般應(yīng)采用無(wú)縫鋼管，支座所用材料涉及鋼板，型鋼及鋼管，因?yàn)槭褂脺囟仍?2050，設(shè)計(jì)壓力為2.2MPa，所以選用16MnR， 封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，同樣采用16MnR。16MnR的使用溫度為-20475，設(shè)計(jì)壓力p35MPa，對(duì)容器中的介質(zhì)沒有限制，是壓力容器專用鋼。 2、筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （a）筒體公稱直徑和筒體長(zhǎng)度的確定：筒體直徑一般由工藝條件決定，但是要符合壓力容器的公稱直徑。標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭是中低壓容器經(jīng)常采用的封頭形式。封頭公稱直徑必須與筒體的公稱直徑相一致。公稱體積Vg=20m計(jì)算容積v = L/4= 18.2m（b） 橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積： 查GB/T25198-2010壓力容器用封頭中EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，如下表：表5 EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積公稱直徑DN/mm總深度H/mm內(nèi)表面積A/m容積V封/m20005254.49301.1257計(jì)算容積v =2V +L/4=20.5m工作容積為V =V=0.8520.5=17.4m 3、各個(gè)接管的位置及法蘭的選擇 （a）接管的設(shè)計(jì)：各物料進(jìn)出管及檢測(cè)儀表等接管內(nèi)伸形式為插入式。 開孔：液氨入口DN80，液氨出口DN80，氣氨出口DN40，放空口DN25，排污管DN32，安全閥口DN80，壓力表接口DN25。 由輸送流體用無(wú)縫鋼管查得各管的外徑以及壁厚；外伸的尺寸由實(shí)際工程決定；對(duì)于液氨的入口管，其伸進(jìn)的管長(zhǎng)應(yīng)大于筒體中心線的100-200mm,進(jìn)料管伸進(jìn)設(shè)備內(nèi)部并將管口的一端切成450 ，為了是避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動(dòng),減少磨蝕和腐蝕并且為了在短時(shí)間內(nèi)將物料注滿容器。液氨入口液氨出口氣氨出口放空口排污管安全閥接口壓力表接口DN80804025328025外徑（B系列）89894532388932壁厚664.54.54.564.5安裝位置上部下部上部上部下部上部上部外伸尺寸200200200200200200200內(nèi)伸尺寸14005000500 0數(shù)量1111111伸出量質(zhì)量 Kg19.032.4530.6740.4580.7441.8420.458接管法蘭型號(hào)HG/T 20592 WN80(B)-4.0 FM S=616MnHG/T 20592 WN80(B)-4.0 FM S=6 16MnHG/T 20592 WN40(B)-4.0 FM S=4.516MnHG/T 20592 WN25(B)-4.0 FM S=4.5 16MnHG/T 20592 WN32(B)-4.0 FM S=4.5 16MnHG/T 20592 WN80(B)-4.0 FM S=6 16MnHG/T 20592 WN25(B)-4.0 FM S=4.5 16Mn 表6 各接管設(shè)計(jì)表安全閥接口中心線與人孔中心線間距:氣氨出口中心線與安全閥接口中心線的間距:放空口中心線與氣氨出口中心線的間距:壓力表接口中心線與放空口中心線的間距:液氨入口中心線與壓力表接口中心線的間距:人孔中心線與液氨入口中心線間距:（b）法蘭的設(shè)計(jì)：法蘭設(shè)計(jì)可根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，也可按GB150相關(guān)條款進(jìn)行設(shè)計(jì)。法蘭有壓力容器法蘭和管法蘭，二者屬相同的標(biāo)準(zhǔn)體系。表7 PN25帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭及密封面尺寸（mm）公稱尺寸鋼管外徑連接尺寸法蘭厚度法蘭頸法蘭高度DNA1DKLnThCNSH1RH202510575114M1018402.36440253211585114M1018462.664403238140100144M1218562.666424045150115148M1218642.676458089200160188M16241053.212858（c）墊片的選擇：根據(jù)溫度、壓力及介質(zhì)腐蝕性選擇墊片材料 石棉橡膠墊片的使用條件 P4.0MPa t的范圍為-40 0C290 0C 人孔的設(shè)置人孔即檢查孔。壓力容器開設(shè)檢查孔目的是為了檢查壓力容器在使用過(guò)程中是否產(chǎn)生裂紋，變形，腐蝕等缺陷以及裝拆設(shè)備的內(nèi)部零部件，一般設(shè)備的公稱直徑在900mm以下時(shí)可根據(jù)需要設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的手孔，超過(guò)900mm時(shí)應(yīng)開設(shè)人孔。人孔有圓形和長(zhǎng)圓兩種。人孔大小的設(shè)置原則是方便人的進(jìn)出，因此，圓形人孔的公稱直徑規(guī)定為400600mm，所以本次設(shè)計(jì)選擇人孔公稱直徑為450 mm。 表9 回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔明細(xì)表件號(hào)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)名稱數(shù)量材料1筒節(jié)116MnR2HG20613等長(zhǎng)雙頭螺柱208.8級(jí)35CrMoA3螺母408.8級(jí)35CrMo4HG20595法蘭116MnII5HG20606墊片1非金屬平墊6HG20601法蘭蓋116MnR7把手1Q235 -AF8軸銷1Q235 -AF9GB/T91銷2Q21510GB/T95墊圈2100HV11蓋軸耳（1）A1Q235 -AF12法蘭軸耳（1）1Q235 -AF13法蘭軸耳（2）1Q235 -AF14蓋軸耳（2）1Q235 -AF 表10 回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔的尺寸總質(zhì)量480*12670600375175250424146250121456245（kg） 5、液位計(jì)的設(shè)計(jì)（1）根據(jù)罐內(nèi)水壓試驗(yàn)壓力選取壓力等級(jí)為4MPa。 （2）選普通型，外加保溫層的液位計(jì)。 （3）中心距L的選擇：（4）材質(zhì)選擇：0Cr18Ni9（304）。 液位： （5） 介質(zhì) 。 （6）采用規(guī)格為DN20的接管 外伸120，內(nèi)伸0。 （7）采用帶對(duì)焊法蘭，法蘭規(guī)格為DN20，密封面型式采用突面。 鞍座的計(jì)算容器支座有鞍式支座，腿式支座，支承式支座，耳式支座和裙式支座,本次設(shè)計(jì)為臥式容器，所以采用鞍式支座。鞍式支座分為輕型(代號(hào)為A)和重型(代號(hào)為B)，對(duì)于一般直徑在1000 mm以上的容器，選用輕型鞍座就可滿足要求，鞍座與基礎(chǔ)的安裝形式有固定式（代號(hào)F）和滑動(dòng)式（代號(hào)S）兩種，一般為滿足容器的熱脹冷縮的位移要求，固定式和滑動(dòng)式應(yīng)配對(duì)使用。 雙鞍座臥式容器的受力狀態(tài)可簡(jiǎn)化為受均布載荷的外伸梁，由材料力學(xué)知，當(dāng)外伸長(zhǎng)度A=0.207L時(shí)，跨度中央的彎矩與支座截面處的彎矩絕對(duì)值相等，從而使上述兩截面上保持等強(qiáng)度，所以通常取尺寸A不超過(guò)0.2L值，中國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB 4731鋼制臥式容器規(guī)定）A0.2L=0.2（L+2h+2），A最大不超過(guò)0.25L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過(guò)大。 由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗變鋼度，故封頭對(duì)于圓筒的抗彎鋼度具有局部的加強(qiáng)作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對(duì)支座處圓筒截面的加強(qiáng)作用。因此，JB 4731還規(guī)定當(dāng)滿足A0.2L時(shí)，最好使A0.5R m（）,即 ，取A=500mm綜上有：A=550mm。公稱直徑DN（mm）允許載荷Q(kN)鞍座高度h（mm）底座（mm）腹板2筋板()11b11l3b2b32000300250142022012103301902608墊板（）螺栓間距鞍座質(zhì)量（kg）螺紋弧長(zhǎng)23304301080126016017計(jì)算支座的最佳位置：a=1000mm 7、焊接接頭設(shè)計(jì) 容器各受壓元件的組裝通常采用焊接。焊接接頭是焊縫,熔合線和熱影響區(qū)的總稱，焊縫是焊接接頭的主要部分。焊接接頭的型式直接影響到焊接的質(zhì)量與容器的安全。焊接接頭的型式及焊接材料應(yīng)在化工設(shè)備的裝配圖及零部件圖中以適當(dāng)?shù)姆绞奖硎境鰜?lái)。 （a）回轉(zhuǎn)殼體的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)殼體的拼接接頭必須采用對(duì)接接頭，殼體上的所有縱向及環(huán)向接頭，凸形接頭上的拼接接頭，即A，B類接頭，是容器要求最高的焊縫，對(duì)容器的安全至關(guān)重要，必須采用對(duì)接焊，不允許采用搭接焊.對(duì)接焊易于焊透，質(zhì)量容易保證，易于作無(wú)損檢測(cè)，可獲得最好的焊接接頭質(zhì)量。此采用Y型對(duì)接接頭。 （b）接管與殼體的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 接管與殼體及補(bǔ)強(qiáng)圈之間的焊接一般只能采用角焊和搭焊，具體的焊接結(jié)構(gòu)還與對(duì)容器的強(qiáng)度與安全的要求有關(guān)，涉及到是否開坡口，單面焊與雙面焊，焊透與否等問題。中低壓容器不需另作補(bǔ)強(qiáng)的小直徑接管可直接插入殼體所開孔內(nèi)，有平齊式和內(nèi)伸式兩種。插入出接管與殼體總有一定間隙，但此間隙不大于3 mm，過(guò)大的間隙在焊接收縮時(shí)易產(chǎn)生裂紋或其他焊接缺陷。 （c）帶補(bǔ)強(qiáng)圈的接管的焊接結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)元件的補(bǔ)強(qiáng)圈，一方面要求盡量與補(bǔ)強(qiáng)出的殼體貼合緊密，另外與接管與殼體之間的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也應(yīng)力求完善合理。 二、強(qiáng)度計(jì)算6筒體名義厚度的初步確定臥式容器不考慮液柱靜壓力，故計(jì)算壓力p2.0 MPa。筒體設(shè)計(jì)選用616 mm厚度的16MnR，50下其許用應(yīng)力170 MPa。計(jì)算厚度 式中， 計(jì)算壓力，MPa；圓筒內(nèi)直徑，mm；容器元件材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa；圓筒的焊接接頭根GB3531，負(fù)偏差0.25系數(shù)，1.0。設(shè)計(jì)容器 13.1mm。腐蝕裕量2mm。厚度附加量2.25mm。名義厚度即 =16mm 2、封頭壁厚的計(jì)算本設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭（2:1）即：K（形狀系數(shù)）=1.0。式中根據(jù)公式，封頭的設(shè)計(jì)壁厚為： 查表：取鋼板的負(fù)偏差，則筒體的名義壁厚為：。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以內(nèi)徑為公稱直徑的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭(代號(hào)EHA)的直邊高度只與公稱直徑有關(guān)：DN2000mm時(shí),直邊高度為25mm；DN>2000mm時(shí),直邊高度。為40mm由于所設(shè)計(jì)的筒體公稱直徑DN=2000mm=2000mm，所以直邊高度為h=25mm， 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算根據(jù)GB150，當(dāng)設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa時(shí)，在殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑不大于89mm時(shí)，接管厚度滿足要求，不另行補(bǔ)強(qiáng)，故該儲(chǔ)罐中只有DN=450mm的 人孔需要補(bǔ)強(qiáng)。 1、容器的水壓試驗(yàn) 所謂壓力試驗(yàn)，就是用液體或氣體作為工作介質(zhì)，在容器內(nèi)施加比它的設(shè)計(jì)壓力還要高的試驗(yàn)壓力，以檢查容器在試驗(yàn)壓力下是否有滲漏、明顯的塑性變形以及其他缺陷。壓力試驗(yàn)分為液壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)兩種，一般采用液壓試驗(yàn)，而且普遍采用水為液壓試驗(yàn)介質(zhì)，故本次設(shè)計(jì)采用水壓試驗(yàn)。 根據(jù)GB150標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，液壓試驗(yàn)時(shí) 式中，容器元件材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力，MPa； 容器元件材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa。 所以 而圓筒的應(yīng)力 式中 試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力，MPa； 圓筒內(nèi)直徑，mm； 圓筒的有效厚度，mm； 圓筒材料在試驗(yàn)溫度下的屈服點(diǎn)，MPa； 圓筒的焊接接頭系數(shù)。 設(shè)計(jì)容器：所以，厚度校核合格。臥式容器計(jì)算單位中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所計(jì) 算 條 件 簡(jiǎn) 圖設(shè)計(jì)壓力 p2.2MPa設(shè)計(jì)溫度 t50筒體材料名稱Q345R封頭材料名稱Q345R封頭型式橢圓形筒體內(nèi)直徑 Di2000mm筒體長(zhǎng)度 L5800mm筒體名義厚度 dn16mm支座墊板名義厚度 drn10mm筒體厚度附加量 C2.3mm腐蝕裕量 C12mm筒體焊接接頭系數(shù) F1封頭名義厚度 dhn16mm封頭厚度附加量 Ch2.3mm鞍座材料名稱Q235A鞍座寬度 b220mm鞍座包角 120支座形心至封頭切線距離 A510mm鞍座高度 H250mm地震烈度 八(0.2g)度內(nèi)壓圓筒校核計(jì)算單位中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 pc 2.20MPa設(shè)計(jì)溫度 t 50.00 C內(nèi)徑 Di 2000.00mm材料 Q345R ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 345.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度 d = = 11.71mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 13.70mm名義厚度 dn = 16.00mm重量 4613.67Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值pT = 1.25p = 2.7500 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 202.10 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 pw= = 2.57168MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 161.68MPastf 189.00MPa校核條件stf st結(jié)論 合格左封頭計(jì)算計(jì)算單位 中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 pc 2.20MPa設(shè)計(jì)溫度 t 50.00 C內(nèi)徑 Di 2000.00mm曲面深度 hi 525.00mm材料 Q345R (板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值 pT = 1.25p= 2.7500 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力stsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 188.98MPa校核條件sT sT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 0.9380計(jì)算厚度 dh = = 10.95mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 13.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名義厚度 dnh = 16.00mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 569.83 Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力 pw= = 2.75035MPa結(jié)論 合格右封頭計(jì)算計(jì)算單位 中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 pc 2.20MPa設(shè)計(jì)溫度 t 50.00 C內(nèi)徑 Di 2000.00mm曲面深度 hi 525.00mm材料 Q345R (板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值 pT = 1.25p= 2.7500 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力stsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 188.98MPa校核條件sT sT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 0.9380計(jì)算厚度 dh = = 10.95mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 13.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名義厚度 dnh = 16.00mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 569.83 Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力 pw= = 2.75035MPa結(jié)論 合格臥式容器（雙鞍座）計(jì)算單位中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47042-2014 計(jì) 算 條 件簡(jiǎn) 圖設(shè)計(jì)壓力 2.2MPa 計(jì)算壓力 2.2MPa 設(shè)計(jì)溫度 50 試驗(yàn)壓力 2.75MPa 圓筒材料Q345R 封頭材料Q345R 圓筒材料常溫許用應(yīng)力 189MPa封頭材料常溫許用應(yīng)力 189MPa 圓筒內(nèi)直徑2000mm 圓筒材料設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力189MPa圓筒平均半徑 1008mm封頭材料設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力189MPa 圓筒名義厚度 16mm 圓筒材料常溫屈服點(diǎn) 345MPa圓筒有效厚度13.7mm圓筒材料常溫彈性模量 201000MPa 封頭名義厚度 16mm圓筒材料設(shè)計(jì)溫度下彈性模量 199500MPa封頭有效厚度13.7mm 操作時(shí)物料密度 563kg/m3 兩封頭切線間距離 5850mm 液壓試驗(yàn)介質(zhì)密度1000kg/m3圓筒長(zhǎng)度5800mm 物料充裝系數(shù) 0.85 封頭曲面深度 525mm 焊接接頭系數(shù) 1殼體材料密度7850kg/m3附件質(zhì)量 0kg鞍座結(jié)構(gòu)參數(shù) 鞍座材料Q235A地腳螺栓材料 鞍座材料許用應(yīng)力 160MPa地腳螺栓材料許用應(yīng)力 0MPa 鞍座包角 120鞍座中心線至封頭切線距離 510mm 鞍座墊板名義厚度 10mm 鞍座軸向?qū)挾?220mm 鞍座墊板有效厚度 8.7mm鞍座腹板名義厚度 10mm 鞍座高度 250mm鞍座墊板寬度 430mm圓筒中心至基礎(chǔ)表面距離1266mm 地震烈度8(0.2g)腹板與筋板(小端)組合截面積20080mm2鞍座底板與基礎(chǔ)間的靜摩擦系數(shù)0.4腹板與筋板(小端)組合截面抗彎截面系數(shù)369095mm3鞍座底板對(duì)基礎(chǔ)墊板的動(dòng)摩擦系數(shù)筒體軸線兩側(cè)螺栓間距 l1260mm地腳螺栓公稱直徑24mm承受傾覆力矩螺栓個(gè)數(shù)2個(gè)地腳螺栓根徑20.752mm承受剪應(yīng)力螺栓個(gè)數(shù)2個(gè)支 座 反 力 計(jì) 算圓筒質(zhì)量(兩切線間)4653.57kg封頭質(zhì)量(曲面部分)1099.92kg附件質(zhì)量0kg封頭容積(曲面部分)1.09956e+09 容器容積 2.05774e+10mm3容器內(nèi)充液質(zhì)量操作工況9847.33kg液壓試驗(yàn)= 20577.4kg耐熱層質(zhì)量0kg總質(zhì)量操作工況15600.8kg液壓試驗(yàn)26330.9kg單位長(zhǎng)度載荷操作工況23.3655N/mm液壓試驗(yàn)39.4361N/mm支座反力操作工況76522N液壓試驗(yàn)129153N129153N系 數(shù) 確 定系數(shù)確定條件A>Ra/2=120系數(shù)K1=0.106611K2=0.192348K3=1.17069K4=K5=0.760258K6=0.0136848K6=0.0112488K7=K8=K9=0.203522C4=C5=筒 體 軸 向 應(yīng) 力 計(jì) 算 及 校 核軸向彎矩圓筒中間橫截面操作工況= 6.52522e+07Nmm水壓試驗(yàn)工況= 1.10132e+08Nmm鞍座平面操作工況 -2.88424e+06Nmm水壓試驗(yàn)工況 -4.868e+06Nmm鞍座平面最高點(diǎn)處81.5533MPa內(nèi)壓未加壓圓筒中間橫截面最高點(diǎn)處-1.49288MPa鞍座平面最低點(diǎn)處-0.343062MPa水壓試驗(yàn)工況未加壓圓筒中間橫截面最高點(diǎn)處-2.51966MPa鞍座平面最低點(diǎn)處-0.579018MPa加壓圓筒中間橫截面最低點(diǎn)處 103.688MPa鞍座平面最高點(diǎn)處 102.213MPa應(yīng)力校核許用壓縮應(yīng)力外壓應(yīng)力系數(shù)B0.00126752按GB150.3規(guī)定求取B = 141.39 MPa，B0=151.268 MPa。操作工況141.39MPa水壓試驗(yàn)工況151.268MPa操作工況內(nèi)壓加壓=82.4272 < 189 合格 內(nèi)壓未加壓=1.49288 < 141.39 合格 水壓試驗(yàn)工況加壓=103.688 <= 310.5 合格未加壓=2.51966 <151.268 合格圓 筒 切 向 剪 應(yīng) 力 及 封 頭 應(yīng) 力 計(jì) 算 及 校 核圓筒切向剪應(yīng)力圓筒未被封頭加強(qiáng)（時(shí)）8.07371MPa圓筒被封頭加強(qiáng)（時(shí)）MPa封頭應(yīng)力圓筒被封頭加強(qiáng)（時(shí)）MPa應(yīng)力校核圓筒切向剪應(yīng)力 t=8.07371 <0.8 s t =151.2 合格 封頭應(yīng)力橢圓形 MPa其中碟形 MPa其中半球形 MPath = 圓 筒 周 向 應(yīng) 力 計(jì) 算 及 校 核圓筒的有效寬度418.114mm鞍座墊板包角132取k=0.1無(wú)加強(qiáng)圈圓筒無(wú)墊板或墊板不起加強(qiáng)作用時(shí)橫截面最低點(diǎn)處MPa鞍座邊角處當(dāng)L/Ra8時(shí)MPa當(dāng)L/Ra<8時(shí)MPa墊板起加強(qiáng)作用時(shí)橫截面最低點(diǎn)處-1.04839MPa鞍座邊角處當(dāng)L/Ra8時(shí)MPa當(dāng)L/Ra<8時(shí)-17.323MPa鞍座墊板邊緣處當(dāng)L/Ra8時(shí)MPa當(dāng)L/Ra<8時(shí)-21.6418MPa有加強(qiáng)圈圓筒加強(qiáng)圈參數(shù)加強(qiáng)圈材料: e = mm d = mm加強(qiáng)圈數(shù)量, n = 個(gè)組合總截面積, A0 = mm2組合截面總慣性矩, I0 = mm4設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力MPa加強(qiáng)圈位于鞍座平面內(nèi)鞍座邊角處圓筒周向應(yīng)力MPa加 強(qiáng) 圈 邊 緣 周 向 應(yīng) 力MPa有加強(qiáng)圈圓筒加強(qiáng)圈靠近鞍座平面無(wú)墊板或墊板不起加強(qiáng)作用時(shí)橫截面最低點(diǎn)處MPa鞍座邊角處當(dāng)L/Ra8時(shí)MPa當(dāng)L/Ra<8時(shí)MPa墊板起加強(qiáng)作用時(shí)橫截面最低點(diǎn)處MPa鞍座邊角處當(dāng)L/Ra8時(shí)MPa當(dāng)L/Ra<8時(shí)MPa靠近水平中心線圓筒周向應(yīng)力MPa加 強(qiáng) 圈 邊緣周 向 應(yīng) 力MPa應(yīng)力校核=1.04839 <st = 189 合格=17.323 < 1.25st = 236.25 合格=21.6418 < 1.25st = 236.25 合格= 1.25st = = 1.25stR = 鞍 座 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算結(jié)構(gòu)參數(shù)鞍座計(jì)算高度=250mm鞍座墊板有效寬度=418.114mm腹板水平拉應(yīng)力計(jì)算及校核腹板水平力26285.5N水平拉應(yīng)力無(wú) 墊 板 或 墊 板 不 起 加 強(qiáng) 作 用MPa墊板起加強(qiáng)作用4.2827MPa應(yīng)力校核=4.2827 < = 106.667 合格鞍座壓縮應(yīng)力計(jì)算及校核地震引起的腹板與筋板組合截面應(yīng)力水平地震影響系數(shù)查表9得，1=0.16水平地震力 24487N當(dāng)時(shí)， -12.4234MPa當(dāng)時(shí), MPa溫差引起的腹板與筋板組合截面應(yīng)力 -24.5432MPa應(yīng)力校核|ssa|=12.4234 < 1.2ssa = 192 合格|stsa|=24.5432 < ssa = 160 合格地震引起的地腳螺栓應(yīng)力計(jì)算及校核地腳螺栓截面積 Abt= 338.057mm2傾覆力矩=-4.55767e+06 Nmm地腳螺栓拉應(yīng)力 -5.34999MPa地腳螺栓剪應(yīng)力當(dāng)時(shí) MPa應(yīng)力校核拉應(yīng)力sbt=-5.34999 < 1.2sbt = 0 合格 剪應(yīng)力tbt= 0.8Kos bt = 結(jié)束語(yǔ)壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都起著重要作用的設(shè)備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構(gòu)成容器本體。此外，還配有安全裝置、表計(jì)及完成不同生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)件。壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)等原因，容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)的安全及污染環(huán)境的事故。目前，世界各國(guó)均將其列為重要的監(jiān)檢產(chǎn)品，由國(guó)家指定的專門機(jī)構(gòu)，按照國(guó)家規(guī)定的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督檢查和技術(shù)檢驗(yàn)。 隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，液氨作為一種化工基本原料，此設(shè)計(jì)的一套儲(chǔ)罐為20m3。通過(guò)查閱各種相關(guān)書籍，對(duì)各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，從附件、可能引起的突發(fā)因素等多角度考慮，建立了比較完善的安全防范系統(tǒng)。我首先介紹了液氨的性質(zhì)，包括物理性質(zhì)和熱力性質(zhì)。隨后進(jìn)行了儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)，著重設(shè)計(jì)了筒體和封頭的厚度設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度的校核，開孔及補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算，鋼瓶的設(shè)計(jì)和附件的選取，附件包括安全閥，溫度力壓力計(jì)，液位計(jì)和管道設(shè)計(jì)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)我熟練應(yīng)用了學(xué)過(guò)的知識(shí)，這既是對(duì)學(xué)過(guò)知識(shí)的一種檢測(cè)，也是一種能力的提升。我還練習(xí)使用了office，CAXA， SW6-2011等軟件，這無(wú)疑又多學(xué)習(xí)了知識(shí)。 在本次設(shè)計(jì)中，我們不斷的提出問題、改正問題，在指導(dǎo)老師的認(rèn)真指導(dǎo)下，我們完成了液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)。最后要感謝指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和同學(xué)的合作。十.參考文獻(xiàn)：1GB105-1998鋼制壓力容器。北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，19982國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局。壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程。北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，19993國(guó)家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院?；すに囋O(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19964吳粵主編。壓力容器安全技術(shù)手冊(cè)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19995HG/T20668-2000化工設(shè)備設(shè)計(jì)文件編制規(guī)定。國(guó)家石油和化學(xué)工業(yè)局發(fā)布，2001.06實(shí)施6全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站?；ぴO(shè)備圖樣技術(shù)要求。2000年11月7JB/T4712-2007容器支座。北京：新華出版社，20078HG2059220637-97鋼制管法蘭、墊片、緊固件。9JB47004707-2000。壓力容器法蘭。昆明：云南科技出版社，200010HG/T21584-85磁性液位計(jì)11JB/T4736-2002，JB/T4746-2002。補(bǔ)強(qiáng)圈、鋼制壓力容器用封頭12HG/T2058020585鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定等六項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)13JB/T4730-2005承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)。北京：新華出版社，200514JB/T4709-2000鋼制壓力容器焊接規(guī)程。昆明：云南科技出版社，200015HG/T2151421535-2005鋼制人孔和手孔。北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，200516李世玉主編。壓力容器設(shè)計(jì)工程師培訓(xùn)教程。北京：新華出版社，2005過(guò)程裝備基礎(chǔ) 朱孝欽 化學(xué)工業(yè)出版社 2006.7 260