液氨储罐设计(设计要求：D=1400,V=8)

1广东石油化工学院《化工机械基础》课程设计说明书二级学院：化工学院系别：石油化工系专业：石油化工生产技术姓名：张福彬班别：石化专10-2班学号：48指导教师：陈志静过程装备与控制工程教研室2012年04月2广东石油化工学院《化工机械基础》课程设计任务书1.设计题目：液氨储罐机械设计2.设计数据：技术特性公称容积(m3)8公称直径Dg(mm)1400介质液氨筒体长度L(mm)4800工作压力(MPa)1.6工作温度(0C)≤40℃厂址茂名推荐材料16MnR管口表编号名称公称直径(mm)编号名称公称直径(mm)a1-2液位计15e安全阀25b进料管50f放空管25c出料管32g人孔450d压力表15h排污管50工艺条件图33.计算及说明部分内容（设计内容）：第一部分绪论：（1）设计任务、设计思想、设计特点；（2）主要设计参数的确定及说明。第二部分材料及结构的选择与论证（1）材料选择与论证；（2）结构选择与论证：封头型式的确定、人孔选择、法兰型式、液面计的选择、鞍式支座的选择确定。第三部分设计计算（1）计算筒体的壁厚；（2）计算封头的壁厚；（3）水压试验压力及其强度校核；（4）选择人孔并核算开孔补强；（5）选择鞍座并核算承载能力；（6）选择液位计；（7）选配工艺接管。4．绘图部分内容：总装配图一张（A1）5．设计期限：1周（2012年4月26日——2012年5月4日）6、设计参考进程：(1)设计准备工作、选择容器的型式和材料半天(2)设计计算筒体、封头、选择附件并核算开孔补强等一天4(3)绘制装配图二天(4)编写计算说明书一天(5)答辩半天7．参考资料：[1]《化工设备机械基础》，汤善甫朱思明主编，华东理工大学出版社。[2]《化工设备机械基础课程设计指导书》，蔡业彬宣征南主编。[3]《金属化工设备·零部件》第四卷[4]《钢制压力容器》GB150-98学生：张福彬指导教师：陈志静2012年4月26日注：此任务书应附于所完成的课程设计说明书中5目录第一部分·········································6（1）设计任务、设计思想、设计特点·····························6（2）主要设计参数的确定及说明·································7第二部分材料及结构的选择与论证····················7（1）材料的选择与认证·········································7（2）封头型式的确定、人孔选择、法兰型式选择确定········7第三部分设计计算···································8（1）计算筒体的壁厚···········································8（2）计算封头的壁厚···········································9（3）水压试验压力及其强度校核·································10（5）选择鞍座并核算承载能力···································11（4）选择人孔并核算开孔补强···································11第四部分主要附件的选用···························11（1）、液面计选择··············································11（2）、各进出口的选择··········································12参考资料·············································13第五部分设计心得····································136第一部分绪论1.设计任务、设计思想、设计特点(1)设计任务：根据储罐筒体公称直径mmDi1400，罐体公称容积V=8m3,设计一液氨储罐,通过设计储罐的厚度，使其能满足工艺要求。设计任务主要分两个阶段：①准备阶段A、准备好设计资料、手册、图纸、说明书的报告纸B、认真研究、分析设计任务及有关设计数据，明确设计要求及设计内容C、认真复习有关教科书内容，熟悉有关资料及步骤D、结合有关图纸，了解设备结构及作用②机械设计阶段A、根据设计参数，论证选材、论证物料的腐蚀性及对环境的污染情况B、根据计算有关壳体的尺寸，根据压力计算壳体壁厚，校核壳体的强度，确定合理尺寸C、选用零部件，查标准及手册，确定尺寸和结构D、计算设备重量，列表有关附件的重量E、绘制设备总装图，进行缩小或放大绘图比例F、提出技术要求，对设备制造、检验、安装提出技术地求，并在总图上标注清楚G、编写设计说明书（2）设计思想：各种石油化工设备，虽然大小不一、形状不同，但都有一个受到内压或外压作用的称之为压力容器的外壳。压力容器是化工生产所用的各种各样化工设备外部壳体的总称。所以，容器设计是所有化工设备设计的基础。（3）设计特点对化工压力容器的基本要求：①安全可靠性的要求要求所使用的设备具有足够的强度、韧性和刚度，以及良好的密封性和腐蚀性。②工艺条件的要求化工设备是为工艺过程服务的，应保证在指定的生产工艺条件下完成指定的生产任务，即满足相应的工艺条件要求③经济合理性要求在满足设备的安全运行和工艺条件的前提下，结构要合理，制造要简单，尽量减少加工量，降低制造成本。7④便于操作和维护例如所设置的阀门、平台、人孔形位置要合适，易损件便于更换等。⑤环境保护要求所谓化工设备失效的一个新概念是“环境失败”即有害物质泄露到环境中，生产过程残留无法消除的有害物质及噪音等，化工容器在设计时包括化工工厂的选址均应考虑这些因素的影响。（2）主要设计参数的确定及说明本储罐设计公称容积为8m3，公称直径mmDi1400，材料为16MnR在温度t≤40℃时工作，液氨的饱和蒸汽压为1.553MP，取P=1.6MP，取t][=170MP（查教材表5—3）；焊缝接头系数Ф=1.0（双面对接焊缝，100%探伤，教材表5--4）；腐蚀余量mmC12（轻微腐蚀，教材表5--6），钢板厚度负偏差mmC8.01（教材表5--5）。第二部分材料及结构的选择与论证（1）材料选择与论证本贮罐选用16MnR制作罐体和封头。材料：本贮罐选用16MnR制作罐体和封头。16MnR表示平均含碳量为0.16%的容器钢，属于低碳钢，它的塑性好，焊接性和锻造性良好，适宜制造化工容器等焊接件和设备封头等冲压件，也可用来制造受载不大的螺栓，或经渗碳后制作齿轮和轴等零件。所以，本液氨储罐选用16MnR制作罐体和封头。（2）结构选择与论证：封头型式的确定、人孔选择、法兰型式选择确定。①封头形式的确定本液氨储罐的封头选用椭圆形封头，椭圆封头是由曲率半径连续变化而成的，所以，封头上的应力分布也是均匀变化的，他的受力状态比蝶形封头要好，虽不如半球封头，但对各种封头的强度和经济合理性进行比较。从钢材耗用量考虑：球形封头用量最少，比椭圆形封头节约25.8％，平板封头的用量最多，是椭圆形封头的4倍多。从制造考虑：椭圆形封头制造方便，平板封头则因直径和厚度较大，坯材的获得、车削加工、焊接等方面都遇到不少困难，且封头与筒体厚度相差悬殊，结构也不合理。所以，从强度，结构和制造等方面综合考虑，采用椭圆形风封头最为合理。②人孔的选择人孔是安装或按检修人员进入塔器的唯一通道。一般每隔5~10m距离才设置一个人孔，对于直径大于800mm的填料塔，人孔可设在每段填料层8的上、下，同时兼作填料装卸孔用。根据储罐是在常温及最高工作压力为1.6MPa的条件下工作，人孔标准应按公称压力为1.6MPa的等级选取，符合要求的有垂直吊盖带颈平焊法兰人孔和和水平吊盖带颈平焊法兰人孔，本设计选用水平吊盖人孔，人孔的公称直径选定为450mm，密封压紧面采用C型。③法兰形式法兰与筒体、封头或管段以角焊方式联接的，称为平焊法兰，平焊法兰制造简单，广泛应用，但刚性较差，紧用于压力不高的场合，如管法兰PN小于或等于2.5MPa,压力容器法兰PN小于或等于4.0MPa；是筒体、封头或管段以对焊方式连接用的法兰，称为对焊法兰或带颈法兰，对焊法兰刚性好且对焊缝的强度高，适用于压力、温度较高的场合。④鞍式支座的选择容器支座有鞍座,圈座和支腿三种,用来支撑容器的重量。鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。从应力分析看，承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱内产生的应力较小。所以，从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等，均会影响支座反力的分市。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利的影响。而且，现在储罐等的支座已经标准化了，所以鞍座采用了双支座，一个S型，另外一个F型，为了充分利用封头对筒体的加强作用，支座应靠近封头，即A≤Ri，A不大于0.2L，以便使筒体的中间部分截面与支撑部分截面的弯矩值相等或相近。第三部分设计计算（1）计算筒体的壁厚；选取储罐材料16MnR，制作罐体和封头，查得16MnR材料在Ct40MPat170时，焊缝为双面对接焊，100%无损探伤，故Ф=1.00设备内径mmDi1400。9于是罐体计算厚度为：mmPPDti62.66.10.1170214006.12查表5-5得mmC8.01，取mmC12，则mmCCC8.118.021mmCd62.7162.662.62根据mmC8.01，查钢板厚度规格表5-8，圆整取mmn10。确定选用mmn10厚的16MnR钢板制作罐体。（2）计算封头的壁厚；采用标准椭圆形封头，封头厚度计算，式中0.1mmCPPDtid60.716.15.00.1170214006.15.022根据mmC8.01，向上圆整后取取标准mmn10确定选用mmn10厚的16MnR钢板制作封头。校核罐体与封头水压试验强度：seeiTtDP9.02)(其中：MPaPPT0.26.125.125.1mmCne2.88.110MPas345MPaMPT5.3103459.07.1710.12.82)2.81400(0.2＜10故sT9.0，水压试验时强度足够。（3）水压试验压力及其强度校核；4321mmmmm其中：m1——罐体质量，kg；m2——封头质量，kg；m3——液氨质量，kg；m4——附件质量，kg。1）罐体质量：根据mmDN1400，mmn10的筒节，可得每米筒体质量mkgq3451，由822LDVVVVi查筒封33977.0mV查可求得：mL68.47.03977.02-82向上圆整后取标准圆筒长度为mL8.4所以：kgLqm16568.4345112）封头质量：查标准椭圆封头可得，mmDN1400，mmn10，直边高为mmh40，椭圆封头质量为2`m172.7kg所以kgmm4.3457.17222`223）液氨质量：vpm3其中：a——充料系数，取0.7；v——储罐容积，3m8V封筒VV11ρ——液氨在-20°C时的密度，为3665mkg于是：kgvp8.80736651887.0m3。4）附件质量：附件取kgm5004（4）选择鞍座并核算承载能力；设备总质量：kgmmmmm2.30965008.80734.34516564321