1、<p><b>　　化學化工學院</b></p><p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　設計題目： 壓 力 容 器 課 程 設 計</p><p>　?。?0m3）液氨儲罐的設計 </p><p>　　學院、系： 化學工程與工藝系 </p>

2、;<p>　　專業(yè)班級： 化工1203班 </p><p>　　學 號： 2012002386 </p><p>　　學生姓名： 王美鑫 </p><p>　　指導教師： 張銥鈖 </p><p>　

3、　成 績： </p><p>　　2015年1月21日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 工藝設計 </p><p><b>　　1.1存儲量</b></p><p>　　1.2設備的選

4、型及輪廓尺寸</p><p><b>　　第二章 機械設計</b></p><p><b>　　2.1結構設計</b></p><p>　　2.1.1筒體及封頭設計</p><p><b>　　材料的選擇</b></p><p><b>　　

5、筒體壁厚的設計計算</b></p><p><b>　　封頭壁厚的設計計算</b></p><p>　　2.1.2接管及接管法蘭設計</p><p><b>　　接管尺寸選擇</b></p><p><b>　　管口表及連接標準</b></p><

6、;p><b>　　接管法蘭的選擇 </b></p><p><b>　　墊片的選擇 </b></p><p><b>　　緊固件的選擇 </b></p><p>　　2.1.3人孔的結構設計 </p><p><b>　　密封面的選擇 </b>&l

7、t;/p><p><b>　　人孔的設計</b></p><p>　　2.1.4 核算開孔補強</p><p>　　2.1.5支座的設計 </p><p><b>　　支座的選擇</b></p><p><b>　　支座的位置</b></p>

8、<p>　　2.1.6液面計及安全閥選擇</p><p><b>　　2.1.7總體布局</b></p><p>　　2.1.8焊接接頭設計</p><p><b>　　2.2強度校核</b></p><p><b>　　參考文獻 </b></p>&l

9、t;p><b>　　第一章工藝設計</b></p><p><b>　　存儲量</b></p><p>　　盛裝液化氣體的壓力容器設計存儲量</p><p>　　式中：W——儲存量，t；</p><p><b>　　f----裝量系數</b></p><

10、;p>　　V——壓力容器容積；</p><p>　　——設計溫度下的飽和溶液的密度，；</p><p><b>　　根據設計條件=</b></p><p>　　設備的選型及輪廓尺寸</p><p>　　查表《容器參數》得：筒體計算體積：V計=40.3m3 公稱直徑D=2400mm 長度L=8000mm&

11、lt;/p><p><b>　　第二章 機械設計</b></p><p><b>　　2.1 結構設計</b></p><p>　　2.1.1筒體及封頭設計</p><p><b>　　.材料的選擇</b></p><p>　　常見的壓力容器用碳素鋼和低合金

12、鋼鋼板有Q245，Q345R，Q370R等；無縫鋼管材料有10，20, 16Mn等?？紤]到該容器的內徑為2400mm，所以選用筒體由鋼板卷制而成，由于低合金鋼有較高的強度，良好的塑性，價格相對較低，所以選用Q345R。</p><p><b>　　.筒體壁厚設計計算</b></p><p><b>　　I.設計壓力</b></p>

13、<p>　　液氨儲罐的工作溫度-20℃——50℃，故選取設計溫度t=50℃，由本次的《化工設備機械基礎》課程設計指導書查得，該溫度下液氨的絕對飽和蒸汽壓為2.030MPa。由于通常的設計壓力在沒有說明的情況下，均指表壓在本次設計中的液氨儲罐上裝有安全閥，通常認為設計壓力為工作壓力的1.05-1.10倍，所以安全閥的開啟壓力為pb＝1.1×（2.03-0.10）＝2.123MPa，因為p>pb,所以p=2.2MP

14、a，公稱壓力選2.2MPa。</p><p><b>　　II.液柱靜壓力</b></p><p>　　由《化工設備機械基礎》課程設計指導書查得，液氨的密度為658㎏／，內徑2400mm由《各地區(qū)重力加速度表》查的太原地區(qū)的，則根據公式可得p=0.01547MPa。</p><p><b>　　III.計算壓力</b>&l

15、t;/p><p>　　因為，所以可忽略靜壓力的影響。即pc=p=2.20MPa</p><p>　　IV.設計溫度下材料的許用應力</p><p>　　為，假設筒體厚度為16～36mm，由《材料許用應力表》可得的=185MPa。</p><p><b>　　V.焊接接頭系數</b></p><p>　

16、　本次液氨儲罐的設計采用雙面對接焊的全焊透對接接頭，而液氨的臨界溫度為132.4℃，p﹥1.6MPa，為毒性中度危害的液體，所以為第一類介質，PV=8.8×103 ，屬于第三類壓力容器，因此=1。</p><p>　　VI.內壓容器的計算厚度</p><p>　　根據內壓容器的計算厚度公式【2】： </p><p>　　取腐蝕裕量C2=2mm， 所以設計厚

17、度 。</p><p>　　由于GB 713《鍋爐和壓力容器用鋼鋼板》和GB 3513《低溫壓力容器用低合金鋼板》中列舉的鍋爐和壓力容器專用鋼板的厚允許偏差按GB/T 709中的B類要求，即厚度負偏差。</p><p>　　另外取負偏差， 所以名義厚度 ，經過圓整后為18mm,在16～36mm之間，故假設是成立的。</p><p>　　.封頭壁厚的設計計算&

18、lt;/p><p>　　取腐蝕裕量C2=2mm，，另外取負偏差， 所以名義厚度 ，經過圓整后為18mm,在16～36mm之間，故假設是成立的。</p><p><b>　　封頭參數：</b></p><p>　　取公稱直徑DN=2400mm，總深度H=640mm，內表面積A=6.5453m2 ，容積V封=1.9905m3,直邊高度h=40mm&

19、lt;/p><p>　　2.1.2接管及接管法蘭設計</p><p>　　1，本次設計所用的接管的尺寸表如下所示：</p><p>　　2,本次設計所用的接管及管口表如下</p><p><b>　　表2管口表</b></p><p><b>　　3接管法蘭的選澤</b><

20、/p><p>　　查《壓力容器中化學介質毒性危害和爆炸危害程度分類》HG-20660-2000得：液氨的毒性為中等危害，故采用帶頸對焊法蘭(WN)，密封面為凹面(FM)，帶加強環(huán)的纏繞式墊片和專用級緊固件結合。根據設計壓力為p=2.20MPa，操作溫度為—20~50℃，故采用鍛件，材料選16Mn，類別為1C1，由于設計壓力為p=2.20MPa，查《中華人民共和國化工行業(yè)標準.》HG/T 20592-2009得，PN2

21、5材料16Mn為的鋼制管法蘭材料的最大允許工作壓力25.0bar,因此該法蘭的公稱壓力為PN25，由于PN≤40,但介質有毒，所以采用專用級全螺紋螺柱和型六角螺母</p><p>　　接管的法蘭結構如下：</p><p>　　表3 接管法蘭結構尺寸表【3</p><p>　　表5 接管法蘭標記</p><p>　　2.1.3人孔的結構設

22、計</p><p><b>　?、?.密封面的選擇</b></p><p>　　由于本次設計的介質是中度危害的，所以本次設計采用凹凸法蘭密封面（MFM）。</p><p><b>　?、?.人孔的設計</b></p><p>　　本次設計的儲罐設計壓力為2.20MPa，根據《鋼制人孔和手孔》【3】，

23、采用回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔。</p><p>　　該人孔標記為：人孔 </p><p>　　人孔和手孔統稱為檢查孔。壓力容器開設檢查孔是為了檢查壓力容器在使用過程中是否產生裂紋、變形、腐蝕等缺陷以及裝拆設備的內部零件。人孔有圓形和長圓形兩種。壓力容器設人孔是為了檢查設備內部空間以及裝拆設備的內部零部件。人孔大小的設置原則是方便人的進出。因此人孔的公稱直徑規(guī)定為400~600mm,可根據容

24、器直徑及所處地區(qū)的冷暖程度來選擇。當人孔需要經常打開時，可選用快開人孔。</p><p>　　容器的公稱直徑大于等于1000mm且筒體于封頭為焊接連接時，容器應至少設置一個人孔。由于長度L=8000mm，故要開設兩個人孔。</p><p>　　圖3.1 人孔結構示意圖</p><p>　　表3.1 人孔結構尺寸【3】</p><p>　　

25、2.1.4人孔的開孔補強計算</p><p>　　按照GB150殼體開孔滿足以下要求時，可不另行</p><p>　　1，設計壓力小于等于2.5MPa；</p><p>　　2，兩相鄰開孔中心的間距應不小于兩孔直徑之和的兩倍；</p><p>　　3，接管的公稱外徑小于等于89mm；</p><p>　　4，接管厚度滿

26、足下表：</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　由于除人孔外，其他接管的外徑均小于89mm，故我們需要對人孔進行開孔補強。GB150采用等面積補強.。補強圈的寬度取為人孔寬度的2倍，補強圈的厚度為殼體的壁厚，材料與殼體相同，為Q345R，考慮到液氨的毒性程度為中度危害，補強圈的坡口形式選為D型，查JB/T 4736-2002知：DN450，=

27、18mm時，該補強圈的質量為38.1㎏，可確定補強圈為： JB/T4736</p><p>　　2.1.5支座的設計</p><p><b>　?、?支座的選擇</b></p><p><b>　　鞍座結構</b></p><p>　　該臥式容器采用雙鞍式支座，材料選用Q235B。</p&g

28、t;<p>　　估算鞍座的負荷： </p><p><b>　　儲罐總質量</b></p><p>　　—筒體質量：=π×（2.4＋18×10-3）×8×7850×18×10-3＝8586.9kg —單個封頭的質量：=911.3kg&l

29、t;/p><p>　　—充液質量：ρ水﹥ρ液氨，m3=(1.9905×2+π/4×2.42×8) × 103=40172.1kg</p><p>　　—附件質量：人孔質量為245kg，有兩個人孔，其他接管質量總和527.5+19.1981+20=566.7kg</p><p><b>　　綜上所述，</b>&

30、lt;/p><p>　　G=mg=501.3kN,每個鞍座承受的重量為250.65kN.</p><p>　　由此查JB4712.1-2007容器支座，選取重型，包角為150°，有墊板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座結構尺寸如下表4：</p><p>　　表4：鞍式支座結構尺寸 單位：mm</p><p><

31、;b>　　②.鞍座位置的確定</b></p><p>　　通常取尺寸A=0.207L的值，考慮到支座截面處除彎矩以外的其他載荷，且支座截面處應力較為復雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩，通常取尺寸A≦0.2L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應力過大。</p><p>　　L=8000+40×2=8080mm，則A≦0.2L=0.2

32、15;8080=1616mm</p><p>　　由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗變鋼度，故封頭對于圓筒的抗彎鋼度具有局部的加強作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對支座處圓筒截面的加強作用。因此，JB 4731還規(guī)定當滿足A≤0.2L時，最好使A≤0.5R m（）,即 </p><p><b>　　，取A=600mm</b></p><

33、;p>　　綜上有：A=600mm。</p><p><b>　　鞍座標記為： </b></p><p>　　2.1.6液面計及安全閥選擇</p><p>　　本次設計采用磁性液位計，普通型，壓力等級為2.5MPa。根據實際要求，選用液位計的長度為1700mm。標記HG/T21594-95Z-2.5FM-1700-LS。</p>

34、;<p>　　根據公稱壓力PN=2.5</p><p>　　和適用介質，選擇型號為A41H-16C的安全閥。</p><p><b>　　2.1.7總體布局</b></p><p>　　液氨進氣管外伸度110mm，內伸高度1450mm。液氨溫度計，排氣口，壓力表管外伸高度110mm，內伸高度0mm。排污口管外伸度110m，內伸高度

35、0m。排液口管外伸度110m，內伸高度0m。安全閥外伸高度110mm，內伸高度0mm。人孔外伸406mm，內伸0mm。</p><p>　　接管與接管間距600mm，進液口接管與左側人孔間距600mm，加強圈外側與焊縫距離等于300mm,鞍座距封頭切線1132mm。</p><p>　　2.1.8焊接結構設計及焊條的選擇</p><p>　　綜合考慮各種因素，針對本

36、次設計儲存的介質是中度毒性介質，所以本次設計的殼體A、B類焊接接頭應為X型的如圖。而對于法蘭與殼體、接管連接的接頭，應采用全焊透接頭。</p><p>　　回轉殼體的焊接結構設計</p><p>　　回轉殼體的拼接接頭必須采用對接接頭。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，必須采用對接焊（如下圖）。對接焊易于焊透，質量容易保證，易于作無損檢測，可獲得最好的焊接接

37、頭質量。</p><p>　　接管與殼體的焊接結構設計</p><p>　　接管與殼體及補強圈之間的焊接一般只能采用角焊和搭焊，具體的焊接結構還與對容器的強度與安全的要求有關，涉及到是否開坡口、單面焊與雙面焊、焊透與否等問題。設計時，應根據壓力高低、介質特性、是否低溫、是否需要考慮交變載荷與疲勞問題等來選擇合理的焊接結構。</p><p>　?、贌o補強圈接管的焊接結

38、構。</p><p>　　②帶補強圈接管的焊接結構。</p><p><b>　　焊條的選用</b></p><p><b>　　2.2強度校核</b></p><p>　　水壓試驗應力計算并校核。</p><p>　　試驗壓力： =1.25P =1.25×2.20

39、×(185÷185)=2.75MPa.</p><p>　　有效厚度=δn——C1——C2 =18－0.3－2=15.7mm</p><p>　　校核圓筒應力：= （D+）／2 =187.8MPa</p><p>　　﹤0.9φ[] = 0.9×0.85×345 =263.9MPa.</p><p>&

40、lt;b>　　校核合格。</b></p><p>　　由于液氨為中度危害的介質且沒有易燃易爆的特性，故不需要進行氣密性試驗。</p><p>　　主要參考文獻（資料）：</p><p>　　過程裝備基礎.太原理工大學.2011</p><p>　　TSG R0004-2009 固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程.國家質量監(jiān)督檢驗

41、檢疫總局頒布，2009.8.31</p><p>　　HG 20660-2000 壓力容器中化學介質毒性危害和爆炸危險程度分類 北京：全國化工工程建設標準編輯中心，2011</p><p>　　GB150-1998鋼制壓力容器 北京：中國標準出版社，1998</p><p>　　JB/T4736-2002,JB/T4746-2002.補強圈 鋼制壓力容器用封頭 國家

42、經濟貿易委員會，2002</p><p>　　HG20592～20635-2009鋼制管法蘭 中華人民共和國工業(yè)和信息化部，2009</p><p>　　JB/T5117-1995碳鋼焊條和JB/T5118～1995低合金鋼焊條</p><p>　　JB4700～4707-2000.壓力容器法蘭.昆明:云南科技出版社,2000</p><p>