贮罐设计说明书1

巢湖学院《化工设备机械基础》课程设计的要求与说明第一页《化工设备机械基础》课程设计大纲课程设计大纲说明课程设计内容及学时分配巢湖学院课程设计（论文）任务书液氨贮罐设计要求单液氨贮罐设计的内容液氨贮罐设计及计算实例课程设计说明书体式第一页《化工设备机械基础》课程设计大纲课程设计大纲说明课程设计的性质和目的《化工设备机械基础》课程是研究化工容器及设备设计理论及典型设备的课程。是化学工程与工艺、制药工程专业的一门重要的技术基础课程。通过本课程的学习，使学生掌握基本设计理论并具有设计钢制的、典型的中、低、常压化工容器的设计能力和必要的机械基础知识。化工设备机械基础课程设计则是针对《化工设备机械基础》课程所学内容而设的教学实践环节，是《化工设备机械基础》课程教学的巩固与提高环节。通过该环节旨在培养学生利用所学的知识解决工程实际问题的能力。使学生了解、掌握化工容器及设备设计的基本程序和方法，对主要元件（筒体、封头）能够进行强度、刚度和稳定性计算和结构设计；使用设计手册能够对附件进行正确的选型；掌握化工容器及设备质量的检验方法；能够正确地表达设计结果。为学生今后的工程实践奠定良好的基础。课程设计的基本要求通过本课程设计应达到以下要求：了解、掌握典型化工容器及设备的结构和工作原理；熟悉化工容器及设备常用金属材料的牌号、意义及用途；第一页掌握主要元件（筒体、封头）的强度、刚度和稳定性计算和结构设计；了解、掌握化工容器及设备质量的检验方法;熟悉化工容器及设备附件的结构及有关标准，能够正确的选型；了解、掌握工具书的使用方法，能够根据有关的基本参数进行选型；掌握设计说明书的编写方法及体式等。本课程设计与其他相关课程的关系本设计必须是在学生完成了《机械制图》、《化工原理》、《化工设备机械基础》课程的教学，并且与设计相关教学内容已经讲授的前提下组织进行。课程设计内容及学时分配课程设计内容通过选择有典型意义的一至两个典型化工容器及设备（如反应釜、贮罐）进行设计，设计内容主要有：（1）筒体、封头的强度、刚度和稳定性计算和结构设计；（2）化工容器及设备的压力试验；（3）附件的选型与定位；（4）化工容器及设备的开孔补强设计计算：（5）装配图的设计。时间安排1周，在《化工设备机械基础》课程结束的当学期进行。第一页课程设计内容及学时分配课程设计内容通过选择有典型意义的一至两个典型化工容器及设备（如反应釜、贮罐）进行设计，设计内容主要有：（1）筒体、封头的强度、刚度和稳定性计算和结构设计；（2）附件的选型与定位；（3）化工容器及设备的压力试验；（4）化工容器及设备的开孔补强设计计算：（5）装配图的设计。时间安排1周，在《化工设备机械基础》课程结束的当学期进行。第一页巢湖学院课程设计（论文）任务书院系教研室学号学生姓名专业（班级）设计题目设计技术参数设计要求工作量注：可填写说明书（论文）的字数要求或要完成的图纸数量工作计划参考资料指导教教研室主师签字任签字第一页液氨储罐设计要求单设备名称：15m3液氨贮罐技术特性指标简图压力16.0Kgf/cm2温度40℃工艺接管介质液氨腐蚀情况微弱cdefg操作容积13.5m3设备容积15m3b2使用年限10建议采用材料16MnR管口表编号名称管径DN/mma液氨出口80b1b1、b2液面计接口20c液氨进口80ahd放空口50e安全阀口50f压力表接口40g人孔400-600h排污口100备注罐体上装有安全阀第一页设计内容第一章罐体的设计第一节罐体的PN、DN确定第二节筒体壁厚的设计第三节封头壁厚的设计第四节筒体长度的设计第二章罐体的压力试验第一节罐体的水压试验第二节罐体的气压试验第三章罐体附件的选型及尺寸设计第一节工艺接管的设计第二节支座的设计第三节人孔的设计第四节液面计的设计第一页第四章罐体的开孔及补强的计算第一节容许开孔的范围第二节开孔补强的设计计算第三节补强圈的设计第五章焊缝结构的设计第一节筒体上的焊缝结构的设计第二节接管焊缝结构的设计第六章液氨贮罐的装配图鸣谢参考文献第一页液氨贮罐的设计及计算实例第一章贮罐筒体与封头的设计一、罐体DN、PN的确定1、罐体DN的确定液氨贮罐的长径比L/Di一般取3～3.5，本设计取L/Di＝3.3，由V＝(πDi2/4)·L＝15、L/Di＝3.2得：Di=(60/3.2π)1/3=1.814m＝1814mm因圆筒的内径已系列化，由Di＝1814mm可知：DN＝1800mm2、釜体PN的确定因操作压力P＝16Kgf/cm2，由文献[1]可知：PN＝1.6MPa二、筒体壁厚的设计1、设计参数的确定p=(1.05-1.1)pw，p＝1.1×1.6MPa=1.76MPa，pc＝p＋p液，∵p液＜5％P，∴可以忽略p液pc＝p＝1.76MPa，t＝100℃，Ф＝1（双面焊，100％无损探伤），c2＝２mm（微弱腐蚀）2、筒体壁厚的设计设筒体的壁厚Sn‘＝14mm，[σ]t＝170MPa，c1＝0.8mm由公式Sd＝PcDi/(2[σ]tФ-Pc)+c可得：Sd＝1.76×1800/(2×170×1-1.76)＋2＋0.8＝12.17(mm)圆整Sn＝14mm∵Sn＝Sn’=14mm∴假设Sn＝14mm是合理的.故筒体壁厚取Sn＝14mmm168.1/53m168.1/53m168.1/53m168.1/53第一页3、刚度条件设计筒体的最小壁厚∵Di＝1800mm＜3800mm，Smin＝2Di/1000且不小于3mm另加C2，∴Sn＝5.6mm按强度条件设计的筒体壁厚Sn＝14mm＞Sn＝5.6mm，满足刚度条件的要求．三、罐体封头壁厚的设计1、设计参数的确定p=(1.05-1.1)pw，p＝1.1×1.6MPa=1.76MPa，pc＝p＋p液，∵p液＜5％P，∴可以忽略p液pc＝p＝1.76MPa，t＝100℃，Ф＝1（双面焊，100％无损探伤），c2＝２mm（微弱腐蚀）2、封头的壁厚的设计采用标准椭圆形封头，设封头的壁厚Sn‘＝14mm，[σ]t＝170MPa，c1＝0.8mm由公式Sd＝PcDi/(2[σ]tФ-0.5Pc)+c可得：Sd＝1.76×1800/(2×170×1-0.5×1.76)＋2＋0.8＝12.15(mm)圆整Sn＝14mm∵Sn＝Sn’=14mm∴假设Sn＝14mm是合理的.故封头的壁厚取Sn＝14mm3、封头的直边、体积及重量的确定因为是标准椭球形封头，由文献［2］可知：封头的壁厚Sn＝14mm，直边高度h＝40mm，由Di＝1800mm、Sn＝14mm，由文献［2］可知：封头的体积V封＝0.866m3、封头的深度h1=450mm第一页3、封头的直边、体积及重量的确定因为是标准椭球形封头，由文献［2］可知：封头的壁厚Sn＝14mm，直边高度h＝40mm，由Di＝1800mm、Sn＝14mm，由文献［2］可知：封头的体积V封＝0.866m3、封头的深度h1=450mm封头的重量:四筒体的长度设计及重量的确定由V＝2V封＋V筒可得：V筒＝15－2×0.866＝13.268m3V筒＝πDi2L/4＝13.268可得：L＝5216mm圆整：L＝5210mm筒体的重量:Di＝1800mm、Sn＝14mm的筒体1m高筒节的重量为0.627(T)5.21×0.627=3.27(T)第二章贮罐的压力试验一罐体的水压试验1、液压试验压力的确定液压试验的压力：PT=1.25P[σ]/[σ]t且不小于(P+0.1)MPa，当［σ]/[σ]t＞1.8时取1.8．PT=1.25×1.76×1=2.2(MPa)第一页2、液压试验的强度校核由σmax＝PT（Di＋Sn－c）/[2(Sn-c)]＝2.2（1800＋14－2.8）/[2(14-2.8)]=177.9(MPa)∵σmax＝177.9(MPa)＜0.9σsФ=0.9×345×1=310.5MPa∴液压强度足够3、压力表的量程、水温的要求压力表的量程：2PT=2×2.2=4.4(MPa)或3.3MPa－8.8MPa，水温≥15℃4、液压试验的操作过程在保持罐体表面干燥的条件下，首先用液体将罐体内的空气排空，再将液体的压力缓慢升至22Kgf/cm2,保压10-30分钟，然后将压力缓慢降至17.6Kgf/cm2,保压足够长时间（不低于30分钟），检查所有焊缝和连接部位，若无泄漏和明显的残留变形。则质量合格，缓慢降压将罐体内的液体排净，用压缩空气吹干罐体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。二罐体的气压试验．1、气压试验压力的确定气压试验压力：PT=1.5P[σ]/[σ]tPT=1.15×1.76×1=2.024(MPa)第一页2、气压试验的强度校核由σmax＝PT（Di＋Sn－c）/[2(Sn-c)]＝2.024（1800＋14－2.8）/[2(14-2.8)]=161.72(MPa)∵σmax＝163.7(MPa)＜0.8σsФ=0.8×345×1=276MPa∴气压强度足够3、压力表的量程、气温的要求压力表的量程：2PT=2×2.024=4.048(MPa)或3.306MPa－8.096MPa，气温≥15℃4、气压试验的操作过程气压试验时缓慢升压至0.5Kgf/cm2，保持10分钟并进行初检，合格后继续升压至10.12Kgf/cm2，然后按级差为2.024Kgf/cm2逐级升至20.24Kgf/cm2，保持10～30分钟，然后再降至17.6Kgf/cm2，至少保压30分钟，同时进行检查。若无泄露和明显的残留变形。则质量合格，若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。第一页第四章罐体的开孔与补强一、开孔补强的设计准则等面积设计法:起补强作用的金属面积不小于被削弱金属的面积二、等面积补强设计计算查得接管[σ]＝140MPa，C2＝1mm设接管名义厚度Sn＝6mm，C1＝0.6mm设计厚度Sd＝PcDi/（2[σ]Ф－Pc）＋C＝0.3×（219－12）/（2×140×1－0.3）＋1.6＝1.9mm圆整至Sn‘＝2mm，按标准取Sn＝6mm所以壳体开孔处计算厚度S＝1.316mm接管计算厚度St＝1.9－1.6＝0.3mm壳体开孔处有效厚度Se＝5－1.5＝3.5mm开孔直径d＝219－12＋2×1.6＝210.2mm1、釜体上封头固体进料处开孔后被削弱的金属面积A的计算A＝dS＝210.2×1.316＝276.7mm22、封头起补强作用金属面积A1的计算A1＝（B－d）（Se－S）＝210.2（3.5－1.316）＝459.07mm23、接管起补强作用金属面积A2的计算A2＝2h1（Sn－St－C）f＋2h2（Sn－C－C2）f＝2×（210.26）1/2（6－0.3－1.6＋6－1.6－1）＝532.7mm2第一页第三章贮罐附件的选型及尺寸设计一、接管法兰联接结构的设计1、接管法兰密封面形式及垫片的设计因为PN＝1.6MPa＜2.5MPa，介质温度为40℃，由文献[1][2]可知：接管法兰密封面形式为凹凸形密封面、垫片选用表知形式为光滑型密封面、垫片为石棉橡胶垫片、垫片的材料为中压石棉橡胶板。接管法兰密封垫片的尺寸如下表：表1液氨出口（DN80）外径D/mm内径d/mm厚度S/mm表2液氨进口（DN80）外径D/mm内径d/mm厚度S/mm表3放空口（DN50）外径D/mm内径d/mm厚度S/mm第一页表4安全阀接口（DN50）外径D/mm内径d/mm厚度S/mm表5压力表接口（DN50）外径D/mm内径d/mm厚度S/mm表6人孔接口（DN500）外径D/mm内径d/mm厚度S/mm表7排污接口（DN500）外径D/mm内径d/mm厚度S/mm第2页2、接管长度的设计根据接管的DN及罐体无保温层的条件，由文献[1]接管的长度如下表编名称管径保温层内伸长度接管长度号Dg/mmL/mma液氨出口80无需内伸150b液面计接口20无需内伸150c液氨进口80无需内伸1500mmd温度计接口40需内伸50mm150e回流冷凝器接口100无需内伸150f压力表接口40无需内伸150g视镜Ⅰ、Ⅱ80无需内伸150