化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)題 目液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì) 系 （院）專 業(yè)班 級(jí)學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師職 稱二一一年六月七日設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)一、設(shè)計(jì)時(shí)間安排從2011年05月16 日至2011年06月06日二、設(shè)計(jì)內(nèi)容安排1.液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2. 筒體及封頭壁厚計(jì)算及其強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核（1）根據(jù)設(shè)計(jì)壓力初定壁厚；（2）計(jì)算危險(xiǎn)截面的重量載荷、風(fēng)載荷、地震載荷；（3）計(jì)算危險(xiǎn)截面的由各種載荷作用下的軸向應(yīng)力；（4）計(jì)算危險(xiǎn)截面的組合軸向拉應(yīng)力和組合軸向壓應(yīng)力，并進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核。3. 編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)一份三、設(shè)計(jì)條件表1接管表符號(hào)公稱尺寸mm公稱壓力MPa連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)連接面型式用途a1-2202.5HG./T20592M液位計(jì)口b402.5HG./T20592M安全閥口c252.5HG./T20592M出氣口d5002.5MFM人孔e402.5HG./T20592M液氨出口f252.5HG./T20592M壓力表口g502.5HG./T20592M排污口h502.5HG./T20592M液氨進(jìn)口表2設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值單位備注1名稱液氨儲(chǔ)罐2最大工作壓力1.9MPa3工作溫度404公稱直徑1000mm5裝量系數(shù)0.86工作介質(zhì)液氨7其他要求20%無(wú)損檢測(cè)目錄符號(hào)說(shuō)明4前言6液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)7第一章 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇71.1、設(shè)計(jì)題目71.2、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)71.3、設(shè)計(jì)壓力81.4、設(shè)計(jì)溫度81.5、主要元件材料的選擇81.5.1 筒體材料的選擇81.5.2 鞍座材料的選擇8第二章 設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)82.1、圓筒厚度的設(shè)計(jì)82.2、封頭厚度的設(shè)計(jì)92.3、筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)102.3.1 封頭的結(jié)構(gòu)尺寸102.3.2 筒體的長(zhǎng)度計(jì)算102.4、鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10第三章：容器強(qiáng)度的校核123.1水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核123.2.筒體軸向彎矩計(jì)算123.3筒體軸向應(yīng)力計(jì)算與校核133.3.1圓筒中間橫截面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力133.3.2由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力133.3.3筒體軸向應(yīng)力校核143.4.筒體和封頭中的切向剪應(yīng)力計(jì)算與校核143.5.無(wú)加強(qiáng)圈筒體的周向應(yīng)力計(jì)算與校核153.6鞍座應(yīng)力計(jì)算與校核153.6.1.腹板水平應(yīng)力及強(qiáng)度校核153.6.2 鞍座有效斷面應(yīng)力校核14第四章 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)164.1 補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別164.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍174.2.1有效寬度B的確定174.2.2有效高度的確定174.3 有效補(bǔ)強(qiáng)面積174.3.1 筒體多余面積184.3.2接管的多余面積184.3.3焊縫金屬截面積184.4.補(bǔ)強(qiáng)面積18結(jié)束語(yǔ)19主要參考資料19符號(hào)說(shuō)明：A-鞍座底板中心線至封頭切線的距離，；B-設(shè)計(jì)溫度下，按GB150外壓設(shè)計(jì)方法確定的數(shù)值，MPa；-常溫下，按GB150外壓設(shè)計(jì)方法確定的數(shù)值，MPa；-筒體內(nèi)直徑，mm；-筒體外直徑，mm；-每個(gè)支座的反力，N；-系數(shù)，查表71,79:；-封頭切線間的距離；-圓筒中間處的軸向彎矩，；-支座處圓筒的軸向彎矩，；-圓筒的平均半徑，；-圓筒的內(nèi)半徑，mm；b-支座的軸向?qū)挾龋琺m；-加強(qiáng)圈的寬度，mm；-圓筒的有效厚度，取；-支座墊板寬度；-重力加速度；-封頭曲面深度；-系數(shù)。當(dāng)容器焊在支座上時(shí)，取 ； 當(dāng)容器不焊在支座上時(shí)，取；-容器的質(zhì)量，kg；-設(shè)計(jì)壓力，MPa；-計(jì)算壓力,MPa；-圓筒有效厚度，mm；-封頭有效厚度，mm；-圓筒名義厚度，mm；-鞍座墊板有效厚度，mm；-鞍座墊板有效厚度，mm；-鞍座包角，；-設(shè)計(jì)溫度下容器殼體材料的許用應(yīng)力，MPa；-設(shè)計(jì)溫度下容器殼體材料的軸向許用壓縮應(yīng)力，MPa；-常溫度下容器殼體材料的軸向許用壓縮應(yīng)力，MPa；-鞍座材料的許用應(yīng)力，MPa；-圓筒中間處橫截面內(nèi)最高點(diǎn)處，最點(diǎn)低點(diǎn)處的軸向應(yīng)力，MPa；-支座處圓筒橫截面內(nèi)的軸向應(yīng)力，MPa；-支座處圓筒橫截面最低點(diǎn)的軸向應(yīng)力，MPa；-無(wú)加強(qiáng)圈時(shí)鞍座邊緣處的圓筒周向應(yīng)力，MPa；-無(wú)加強(qiáng)圈時(shí)鞍座墊板邊緣處的圓筒周向應(yīng)力，MPa；-鞍座腹板水平方向上的平均拉應(yīng)力，MPa；-圓筒切向剪應(yīng)力，MPa；-封頭切向剪應(yīng)力，MPa。前言儲(chǔ)存設(shè)備又稱儲(chǔ)罐，主要是指用于儲(chǔ)存或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)的設(shè)備，在化工、石油、能源、輕工、環(huán)保、制藥及食品等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如氫氣儲(chǔ)罐、液化石油氣儲(chǔ)罐、石油儲(chǔ)罐、液氨儲(chǔ)罐等。儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力直接受溫度影響，且介質(zhì)往往易燃、易爆或有毒。儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)形式主要有臥式儲(chǔ)罐、立式儲(chǔ)罐和球形儲(chǔ)罐。飽和蒸汽壓是指在一定溫度下的密閉容器中，當(dāng)達(dá)到氣液兩相平衡時(shí)氣液分界面上的蒸汽壓，它隨溫度而變化，但與容積的大小有關(guān)。對(duì)于液化石油氣和液化天然氣之類，都不是純凈物，而是一種混合物，此時(shí)的飽和蒸汽壓與混合比例有關(guān)，可根據(jù)道爾頓定律和拉烏爾定律進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)儲(chǔ)存的介質(zhì)為具有高粘度或高冰點(diǎn)的液體時(shí)，為保持其流動(dòng)性，就需要對(duì)儲(chǔ)存設(shè)備進(jìn)行加熱或保溫，使其保持便于輸送的狀態(tài)。儲(chǔ)存液體的密度，直接影響制造工藝和設(shè)備造價(jià)。而介質(zhì)的毒性程度則直接影響設(shè)備制造與管理的等級(jí)和安全附件的配置。當(dāng)儲(chǔ)罐的金屬溫度受大氣環(huán)境溫度影響時(shí)，其最低設(shè)計(jì)溫度可按該地區(qū)氣象資料，取氣象局實(shí)測(cè)的10年逐月平均最低溫度的最小值。隨著液化氣體溫度的下降，罐內(nèi)壓力也將較大幅度下降，此時(shí)罐體的應(yīng)力水平就有較大的降低。為此，在確定儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)溫度時(shí)，可按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行低溫低應(yīng)力分析。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)部因溫度降低而使內(nèi)壓低于大氣壓時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行罐體的穩(wěn)定性校核，以免發(fā)生失穩(wěn)失效。液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)第一章 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇1.1、設(shè)計(jì)題目：液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)1.2、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：如下表1表1數(shù)據(jù)序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值單位備注1名稱液氨儲(chǔ)罐2用途液氨儲(chǔ)配站3最大工作壓力1.9MPa4工作溫度405公稱直徑1200mm6裝量系數(shù)0.87工作介質(zhì)液氨8其他要求20%無(wú)損檢測(cè)1.3、設(shè)計(jì)壓力：設(shè)計(jì)壓力取最大工作壓力的1.1倍，即1.4、設(shè)計(jì)溫度：工作溫度為，設(shè)計(jì)溫度取。1.5、主要元件材料的選擇：1.5.1 筒體材料的選擇：根據(jù)GB150-1998表4-1，選用筒體材料為低合金鋼16MnR（鋼材標(biāo)準(zhǔn)為GB6654）。16MnR適用范圍：用于介質(zhì)含有少量硫化物，具有一定腐蝕性,壁厚較大（）的壓力容器。1.5.2 鞍座材料的選擇：根據(jù)JB/T4731,鞍座選用材料為Q235-B，其許用應(yīng)力第二章 設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1、圓筒厚度的設(shè)計(jì)：計(jì)算壓力：液柱靜壓力: ,故液柱靜壓力可以忽略，即該容器需20%探傷，所以取其焊接系數(shù)為。圓筒的厚度在616mm范圍內(nèi)，查GB150-1998中表4-1，可得：在設(shè)計(jì)溫度下，屈服極限強(qiáng)度， 許用應(yīng)力利用中徑公式，計(jì)算厚度： 查標(biāo)準(zhǔn)HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定表7-1知，鋼板厚度負(fù)偏差為0.25mm，而有GB150-1998中3.5.5.1知，當(dāng)鋼材的厚度負(fù)偏差不大于0.25mm，且不超過(guò)名義厚度的6%時(shí)，負(fù)偏差可以忽略不計(jì)，故取。查標(biāo)準(zhǔn)HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定表7-5知,在無(wú)特殊腐蝕情況下，腐蝕裕量不小于1。本例取=2則筒體的設(shè)計(jì)厚度圓整后，取名義厚度筒體的有效厚度2.2、封頭厚度的設(shè)計(jì)：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表1，得公稱直徑選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,型號(hào)代號(hào)為EHA，根據(jù)GB150-1998中橢圓形封頭計(jì)算中式7-1計(jì)算：同上，取，。封頭的設(shè)計(jì)厚度圓整后，取封頭的名義厚度 ，有效厚度封頭型記做 2.3、筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：2.3.1 封頭的結(jié)構(gòu)尺寸：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.1 EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積下表2：表2 ：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/容積/12003251.65520.2545其中2.3.2 筒體的長(zhǎng)度計(jì)算：2.4、鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：該臥式容器采用雙鞍式支座，材料選用Q235-B。估算鞍座的負(fù)荷： 儲(chǔ)罐總質(zhì)量筒體的質(zhì)量單個(gè)封頭的質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.2 EHA橢圓形封頭質(zhì)量，可知，充液質(zhì)量：， 故操作時(shí)：液壓試驗(yàn)時(shí)：附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為302kg，其他接管質(zhì)量總和估為200kg，即綜上所述，故操作時(shí)： , 液壓試驗(yàn)時(shí)：，故操作時(shí)支座反力： 液壓試驗(yàn)時(shí)支座反力： 支座反力由此查JB4712.1-2007容器支座，選取輕型，焊制為BI,包角為120，有墊板的鞍座。查JB4712.1-2007表6得鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下表3：表3：鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸公稱直徑DN1200腹板6墊板270允許載荷Q/kN147筋板2006鞍座高度h200140e40底板880180螺栓間距720170610墊板弧長(zhǎng)1410鞍座質(zhì)量Kg52 第三章：容器強(qiáng)度的校核3.1水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核：試驗(yàn)壓力：圓筒的薄膜應(yīng)力3.2.筒體軸向彎矩計(jì)算：工作時(shí)支座反力壓力試驗(yàn)時(shí)，圓筒中間處截面上的彎矩：壓力試驗(yàn)時(shí)，鞍座處橫截面彎矩：3.3筒體軸向應(yīng)力計(jì)算與校核：3.3.1圓筒中間橫截面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力：充滿水未加壓時(shí)： 加壓狀態(tài)時(shí)： 3.3.2由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力：因鞍座平面上，即筒體未被封頭加強(qiáng)，查JB/T 4731-2005表7-1可得K1=0.107，K2=0.192充滿水未加壓時(shí)鞍座橫截面軸向應(yīng)力： 加壓狀態(tài)時(shí)鞍座橫截面軸向應(yīng)力： 3.3.3筒體軸向應(yīng)力校核：因軸向許用臨界應(yīng)力由： 由直線內(nèi)插法：T/E/MPa2010020E）充滿水未加壓時(shí)： 合格b）加壓狀態(tài)時(shí)： 合格3.4.筒體和封頭中的切向剪應(yīng)力計(jì)算與校核： 因，所以圓筒在鞍座平面上無(wú)加強(qiáng)圈，查JB/T4731-2005表7-2得，其最大剪應(yīng)力位于靠近鞍座邊角處因圓筒 t=0.8 故有 ， 故切向剪應(yīng)力校核合格3.5.無(wú)加強(qiáng)圈筒體的周向應(yīng)力計(jì)算與校核 ： 因?yàn)閴|板的厚度6mm小于0.6倍的圓筒的厚度12mm,所以無(wú)墊板或者墊板不起作用，圓筒的有效寬度 ，當(dāng)容器焊在支座上時(shí)，取，查JB/4731-2005表7-3可得。因?yàn)椋蓛?nèi)差法得：(1).鞍座在橫截面最低點(diǎn)處周向應(yīng)力(2).鞍座角邊處的周向應(yīng)力 (3).周向應(yīng)力校核 故周向應(yīng)力合格3.6鞍座應(yīng)力計(jì)算與校核：3.6.1.腹板水平應(yīng)力及強(qiáng)度校核：由可得，水平分力計(jì)算高度，鞍座腹板厚度鞍座有效斷面平均應(yīng)力：3.6.1.鞍座有效斷面應(yīng)力校核：鞍座材料Q235-B的許用應(yīng)力故鞍座有效斷面應(yīng)力校核合格。第四章 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)：根據(jù)GB150中8.3，當(dāng)設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa時(shí)，在殼體上開(kāi)孔，兩相鄰開(kāi)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=500mm的 人孔需要補(bǔ)強(qiáng)。4.1 補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別：按HG/T 21518-2005,選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔。開(kāi)孔直徑故可以采用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。接管材料選用20號(hào)鋼，其許用應(yīng)力根據(jù)GB150-1998中式8-1，其中：殼體開(kāi)孔處的計(jì)算厚度接管的有效厚度強(qiáng)度削弱系數(shù)所以開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積為4.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：4.2.1有效寬度B的確定：按GB150中式8-7，得：4.2.2有效高度的確定：(1）外側(cè)有效高度的確定根據(jù)GB150中式8-8，得：(2）內(nèi)側(cè)有效高度的確定根據(jù)GB150-1998中式8-9，得：4.3 有效補(bǔ)強(qiáng)面積：根據(jù)GB150中式8-1-0 式8-13，分別計(jì)算如下：4.3.1 筒體多余面積：4.3.2接管的多余面積：接管厚度：4.3.3焊縫金屬截面積：焊角取6.0mm4.4.補(bǔ)強(qiáng)面積：因?yàn)椋蚤_(kāi)孔需另行補(bǔ)強(qiáng)所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積：補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)：根據(jù)DN500取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D=840mm。因?yàn)锽D，所以在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍。補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑d=530+2=532mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度： 圓整取名義厚度為12mm結(jié)束語(yǔ)：經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的查閱文獻(xiàn)和計(jì)算數(shù)據(jù)，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的基本工作已經(jīng)完成，并得出了可行的設(shè)計(jì)方案，全部計(jì)算過(guò)程已在前面的章節(jié)中給以體現(xiàn)。 課程設(shè)計(jì)是對(duì)以往學(xué)過(guò)的知識(shí)加以檢驗(yàn)，能夠培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的能力，尤其是這次液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)更加深入了對(duì)機(jī)械設(shè)備的理解和認(rèn)識(shí)，使我們所學(xué)的知識(shí)不局限于書(shū)本，并鍛煉了我們的邏輯思維能力，同時(shí)也讓我深深地感受到機(jī)械設(shè)計(jì)的復(fù)雜性以及我了解的知識(shí)的狹隘性。所有的這些為我今后的努力指明了具體的方向。 設(shè)計(jì)過(guò)程中培養(yǎng)了我的自學(xué)能力，設(shè)計(jì)中的許多知識(shí)都需要查閱資料和文獻(xiàn)，并要求加以歸納整理和總結(jié)。通過(guò)自學(xué)及老師的指導(dǎo)，不僅鞏固了所學(xué)的化工原理知識(shí)，更極大的拓展了我的知識(shí)面，讓我更加認(rèn)識(shí)到實(shí)際化工生產(chǎn)過(guò)程和理論的聯(lián)系和差別，這對(duì)將來(lái)的畢業(yè)設(shè)計(jì)及工作無(wú)疑將起到重要的作用。在此次課程設(shè)計(jì)實(shí)際過(guò)程中，我的收獲很大，感觸也很深，更覺(jué)得學(xué)好基礎(chǔ)知識(shí)的重要性。同時(shí)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深的體會(huì)到與人討論的重要性。因?yàn)橥ㄟ^(guò)同學(xué)或者是老師的交換看法很容易發(fā)現(xiàn)自己認(rèn)識(shí)的不