1、目錄一序言（一）設計任務（二）設計思想（三）設計特點二儲罐總裝配示意圖三材料及結構的選擇（一）材料的選擇（二）結構的選擇四設計計算內容（一）設計溫度和設計壓力的確定（二）名義厚度的初步確定（三）容器的壓力實驗（四）容器應力的校核計算（五）封頭的設計（六）人孔的設置（七）支座的設計確定（八）各物料進出管位置的確定及其標準的選擇（九）液位計的設計（十）焊接接頭設計五設計小結K參考資料太原科技大學材料科學與工程學院過程設備課程設計指導書課程設計題目：（15） M甲醇儲罐設計課程設計要求及原始數據（資料）：一、課程設計要求：1 .使用國家最新壓力容器標準、規范進行設計，掌握典型過程設 備設計的全過程。

2、2 .廣泛查閱和綜合分析各種文獻資料，進行設計方法和設計方案 的可行性研究和論證。3 .設計計算采用電算，要求設計思路清晰，計算數據準確、可靠, 且正確掌握計算機操作和專業軟件的使用。4 .工程圖紙要求計算機繪圖。5 .畢業設計全部工作由學生本人獨立完成。二、原始數據:設計條件表序號項目數值單位備注1名稱甲醇儲罐2用途甲醇廠3最局，作壓力0.8MPa4工作溫度-20 48C5公稱容積（Vg）10M36工作壓力波動情況口不考慮7裝量系數（）V）0.98工作介質甲醇（易燃，中度危害）9使用地點太原市，室外10安裝與地基要求儲罐底壁坡度0.010.0211其它要求接管代號公稱尺寸連接尺寸標準連接面形

3、式用途或名稱n180HG20592RF液相進口管n280HG20592RF液相出口管n350HG20615RF放氣管n4450人孑Ln550HG20615RF排污管n650HG20615RF壓力表接口n740HG20615RF溫度計接口s1/s240HG20592RF液位計接口課程設計主要內容：1 .設備工藝設計2 .設備結構設計3 .設備強度計算4 .技術條件編制5 .繪制設備總裝配圖6 .編制設計說明書應交由的設計文件（論文）:1 .設計說明書一份2 .總裝配圖一張（折合A1圖紙一張）一序言（一）設計任務：針對化工廠中常見的甲醇儲罐，完成主體設備的工藝設計和附屬 設備的選型設計，繪制總裝配

4、圖和零件圖，并編寫設計說明書。（二）設計思想：綜合運用所學的機械基礎課程知識， 本著認真負責的態度，對儲 罐進行設計。在設計過程中綜合考慮了經濟性，實用性，安全可靠性。（三）設計特點：容器的設計一般由筒體，封頭，法蘭，支座，接口管及人孔等組 成。常，低壓化工設備通用零件大都有標準，設計時可直接選用。本 設計書主要介紹了液罐的筒體，封頭的設計計算，低壓通用零件的選 用。各項設計參數都正確參考了行業使用標準或國家標準，這樣讓 設計有章可循，并考慮到結構方面的要求，合理的進行設計。二儲罐總裝配示意圖材料及結構的選擇（一） 材料的選擇甲醇的物理化學性質化學名稱：甲醇，別名：甲基醇、木醇、木精分子式CH

5、3OH，分子量32.04,有類似乙醇氣味的無色透明，易揮發性液體，密度（20C）0.7913g/mL,熔點為一97.8C,沸點為64.65C甲醇是一種無色、透明、易燃、易揮發的有毒液體，略有酒精氣味。 甲醇是最常用的有機溶劑之一，與水互溶且體積縮小，能與甲醇乙酸 等多種有機溶劑互溶，甲醇為有毒化工產品，用途廣泛，是基礎的有 機化工原料和優質燃料，主要用于精細化工、塑料等領域，用來制造 甲醛。醋酸、甲氨、硫酸等多種有機產品，也是農藥、醫藥的重要原 料之。儲罐可選用一般鋼材，但由于壓力較大，可以考慮 20R, 16MnR 這兩種鋼材。如果純粹從技術角度看，可用20R類的低碳鋼板，16Mn 鋼板的價

6、格雖比20R貴，但在制造費用方面，同等重量設備的計價， 16MnR鋼板較為經濟，所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封 頭的材料。（二）結構的選擇1封頭的選擇從受力與制造方面分析來看，球形封頭是最理想的結構形式。但 缺點是深度大，沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小的多， 易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應用較多的封頭之一。 平板封頭 因直徑厚度都較大，加工與焊接方面都要遇到不少困難。 從鋼材耗用 量來看：球形封頭用材最少，比橢圓封頭節約，平板封頭用材最多。 因此，從強度，結構和制造方面綜合考慮，采用橢圓封頭最為合理。2人孔的選擇壓力容器人孔是為了檢查設備的內部空間以及安裝和拆卸設備的

7、內部構件。人孔主要由筒節，法蘭，蓋板和手柄組成。一般人孔有 兩個手柄。選用時應綜合考慮公稱壓力，公稱直徑，工作溫度以及人， 手孔的結構和材料等諸多方面的因素。 人孔的類型很多，選擇使用上 有很大的靈活性。公稱壓力為1.0MPa,公稱直徑為 450mm,H為250mm的水平吊蓋對焊法蘭人孔。3法蘭的選擇法蘭連接的主要優點是密封可靠，強度足夠及應用廣泛。缺點 是不能快速拆卸，制造成本較高。壓力容器的法蘭分平焊法蘭和對焊 法蘭。法蘭設計的優化原則是：法蘭設計應使各項應力分別接近許用 應力值，即結構材料在各個方向的強度都得到充分的發揮。4液面計的選擇液面計是用以指示容器內物料液面的裝置，具類型大體上可

8、以 分為四類：有玻璃板液面計，玻璃管液面計，浮子液面計和浮標液面 計。在中低壓容器中常用前兩種。玻璃板液面計有透光式和反射式兩 種結構，具適用溫度在0250攝氏度。玻璃管液面計適用于工作壓力 小于1.6MPa,介質溫度在0250攝氏度情況下。玻璃板液面計和玻 璃管液面計均適用于物料沒有結晶等堵塞固體的場合。板式5液面計承壓能力強但比較笨重，成本較高。5鞍式支座的選擇鞍式支座是應用較為廣泛的一種臥式支座。從應力分析來看， 理論上支座數目越多越好。但實際上，臥式容器應盡可能設計成雙支 座，這是因為當支點過多時，各支撐平面的影響均會影響支座反力的分布，因而采用多支座不僅體現不出理論上的優越性反而會造

9、成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運行安全帶來不利影響。在此選擇輕型的鞍式雙支座，一個 S型，一個F型。四設計計算內容(一)設計溫度和設計壓力的確定1 .設計溫度的確定根據液氨儲罐工作溫度為-2048 c所以選擇設計溫度t=50C2 .設計壓力的確定1】 根據甲醇儲罐的工作壓力Pw=0.8MPa ,確定設計壓力P根據壓力容器安全技術監察規程，當容器上裝有安全閥時，考慮到安全閥開啟動作的滯后，容器不能及時泄壓，設計壓力不得低于安全閥的開啟壓力。所以，P=1.1Pw=1.1>0.8=0.88MPa2】計算壓力的確定根據工作壓力確定計算壓力，由于液柱靜壓力小于5%的設計壓力，所以Pc =P=

10、0.88MPa ,則對公稱壓力為1.0MPa3】確定計算溫度下的許用應力 k t(MPa )對于16MnR的低合金鋼板，在t=50C的設計溫度下，!二 t MPa >163MPa4】確定焊接接頭系數取值根據接頭形式及無損檢測的長度比例來確定，采用雙面對接接頭形式，相當于雙面對接接頭的全焊透對接頭進行100%無損檢測。取 =1.0（二）所需參數的確定2.1 筒體長度及公稱直徑的確定根據Vt =V卬已知Vt =15m3 ,裝量系數V=16.67 m3再根據 InDi2 L =V，解得 Di2 L =21.23m3九= 0.9,則設備的體積又規定3 6Di假設公稱直徑DN -2000mm假設公

11、稱直徑DN -1800mm假設公稱直徑DN = 1900mmL L=5307mm ,貝U = 2.6 <36DNIL=6552mm,貝U =3.64DNL L=5880mm,則 =3.09DN4所以取 DN=1800mm L=6552mm2.2 計算筒體和封頭的厚度甲醇儲罐選用16MnR制作罐體和封頭2.2.1 計算厚度1】確定厚度附加量根據鋼板的厚度查設計手冊，厚度負偏差C1=0.5當介質為壓縮空氣，水蒸氣或水的碳素鋼或低合金鋼制容器，腐蝕余量不小于 1mm,所以取C2=2mm筒體:PCDi2心- Pc0.88 18002 163 1 -0.88=4.87mm封頭:RDi2ktl-0.

12、5Pc0.88 18002 163 1 -0.5 0.88=4.86mm2.2.2 設計厚度（加入腐蝕裕量）筒體：、.d =、. C2 = 4.87 2 =6.87mm封頭：、d = C2 =4.86 2 =6.86mm2.2.3 有效厚度筒體：6e =6 +C2 + 圓整=8mm封頭：de=d +C2 + 圓整=8mm2.2.4 名義厚度（設計厚度+鋼板厚度負偏差）筒體：加=露+C1 +Cz +圓整=8+0.5+2+圓整=12mm封頭：an =ae +C1 +c2+圓整=8+0.5+2+圓整=12mm根據鋼板的常用規格，取筒和封頭的名義厚度均為12mm（三）封頭的設計標準橢圓形封頭是中低壓容

13、器中經常采用的封頭形式，其最新的標準為JB/T4746-2002該標準規定以內徑為公稱直徑的標準橢圓形封 頭（代號EHA）的直邊高度只與公稱直徑有關DNW 2000mm時直邊高度為25mm;DN>2000mm時直邊高度為40mm。由于所設計的筒體公稱直徑 DN=1800mm<2000mm,所以直邊高度為25mm,又根據EHA橢圓形封頭內表面積及容積查得： DN=1800mm 時，總深度H=475mm,內表面積A=3.6535m2 ,容積V=0.8270m3所以，封頭設計為 EHA1800X 12-16MnR JB/T4746-2002示意圖如下:（四）支座的設計確定容器支座有鞍式支

14、座，腿式支座，支承式支座，耳式支座和裙式 支座，本次設計為臥式容器，所以采用鞍式支座。鞍式支座分為輕型（代 號為A）和重型（代號為B）,輕型適用公稱直徑 DN 10002000mm,所 以選用輕型鞍座就可滿足要求，鞍座與基礎的安裝形式有固定式（代 號F）和滑動式（代號S）兩種，一般為滿足容器的熱脹冷縮的位移 要求，固定式和滑動式應配對使用。故設計中選用輕型鞍座，采用固 定式和滑動式。根據JBT4712.14712.4 2007容器支座查表2公稱 直徑允許 載荷鞍座 高度螺栓 間距鞍座 X底板腹 板筋板墊片18002752501120162l1b1a§2l 3b2b3弧長b464e28

15、02201210295190260821004301080筒體的質量 m1 : DN=1800mm 6n=i2mm L=6552mm122.m1 d -di l :- =3511kg 4封頭的質量查得m2 = 338.4kg甲醇的質量 m3= V P=0.9 0.79 1000 15 =10665kg附件質量 m4=0.2X總體質量=0.2X 604.4=120.9kg故 儲罐總質量=m1 + m2 + m3 + m4 = 14635.3kg總負荷 F=mg/2=71.7KN查表得DN =1800mm時，允許載荷Q =275KN ;而此設計儲罐每個支座所需承受載荷為Q=71.7KN ,符合條件

16、，于是選取支座：JB/T4712.1-2007,支座 A1800-FJB/T4712.1-2007,支座 A1800-S根據表可知符合要求(五)人孔的設置5.1人孔位置和尺寸的設置人孔即檢查孔。壓力容器開設檢查孔目的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 部件，一般設備的公稱直徑在 900mm以下時可根據需要設置適當數 量的手孔，超過900mm時應開設人孔。人孔有圓形和長圓兩種。人 孔大小的設置原則是方便人的進出， 因此，圓形人孔的公稱直徑規定 為400600mm,所以本次設計選擇人孔公稱直徑為 450 mm。U人孔位置的確定：取L=500mm根據儲

17、罐的設計溫度，最高工作壓力，材質，介質及使用要求的等條件，選用公稱壓力PN=1.0MPa,水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔(HG2152495),人孔公稱直徑選定為 DN=450mm,采用樺梢面和密封面和石棉橡膠板墊片，人孔各零件名稱，材質及尺寸如下表根據 鋼制人孔和手孔HG/T21514215132005公 稱dw xsdDDiHiH2bbib2ABLd0螺栓 個數螺母 個數螺柱總質里直 徑450480 X12456670600250126424446375175250242040M33 X2X 170246人孔開孔補強人孔開孔補強采用補強圈結構，材質為 16MnR根據JB/T4736 2002確定

18、補強圈的內經 口 = 484mm外徑D2 760mm補強圈厚度為20mm(六)各物料進由管位置的確定及其標準的選擇開孔液相進口管 DN80,液相出口管DN80,放空口DN50,排污管 DN50,壓力表接口 DN50,溫度計接口DN40O6.1 兩相鄰開孔中心的間距兩相鄰開孔中心的間距(對曲面間距以弧長計算)應不小于 兩孔直徑之和的兩倍，其他管口如液相出口管，壓力表接口，放 氣管，排污管，壓力表接口，溫度計接口，液位計接口等管間的 間距均由下述來設計并計算：L - 2(dn dm)上部：從罐的右側至左側依次設置：人孔，液相進口管，壓力表 接口，放空口，溫度計接口。壓力表接口中心線與人孔中心線間距

19、：L產 2(450+ 50) = 1000mm 取 Li=i500mm液相進口中心線與壓力表接口中心線間距:L2 之 2(80 + 50)= 260mm 取L2 = 300mm液相出口中心線與排污管接口中心線的間距：L3 2 2(80+ 50)= 260mm 取L3 =300mm放氣管中心線與液相進口出口中心線的間距：L4 之 2(50+ 80)= 260mm 取L4 = 300mm溫度計接口中心線與放氣管中心線的間距：L5 占 2(50+ 40) = 180mm取L5 = 200mm兩液位計之間的間距L6 = 1000mm液位計接口中心線到筒體中心線的距離 L7 = 500mm下部：罐左側設

20、置液相出口，右側設置排污管：排污管和液氨出口管中心線與焊縫間距分別為：250mm。封頭的左側放兩個液位計接口。6.2 法蘭的確定6.2 . 11液相進出口的管法蘭已知管的公稱直徑DN=80mm 連接尺寸標準HG20592 連接面形式RF,HG20592 法蘭 WN 80-10 RF4.516M根據標準HG2059220635法蘭 查表41所示公稱 直徑鋼管 外徑法蘭 外徑螺栓 孔中 心圓 直徑螺栓 孑L直徑螺栓 孔數 量螺紋法蘭 厚度法蘭 高度法蘭理 論重量法蘭頸N法蘭頸 厚度法蘭頸高 度法蘭頸R8089200160188M1620504.22kg1103.2106所以液相進出口管的管法蘭標記

21、為6.3 .2排污管，放氣管的管法蘭已知管的公稱直徑 DN=50,標準HG20615 連接面形式為突面RF根據標準HG20615，查表7.01-1 DN<600mm時的法蘭連接尺寸公稱 直徑鋼管 外徑法蘭 外徑螺栓孔 中心圓 直徑螺栓 孑L直徑螺栓 孑L數 量螺紋法蘭厚度法蘭高度法蘭理論法蘭頸N法蘭內徑5060.3150120.5184M1619.5642.72kg7852放氣管，排污管的管法蘭標記為HG20615 法蘭 WN 50-2.0 RF 16Mn623】溫度計接口的管法蘭已知管的公稱直徑DN=40 標準HG20615 突面根據HG20615 查表7.01-1 DN<600

22、mm時的法蘭連接尺寸公稱 直徑鋼管 外徑法蘭 外徑螺栓孔 中心圓 直徑螺栓 孑L直徑螺栓 孔數 量螺紋法蘭厚 度法蘭高 度法蘭理論重 量法蘭頸N法蘭內徑4048.313098.5164M1417.5621.81kg65416.2.4】液位計接口處的法蘭根據HG20592 查表4-1所示公稱 直徑鋼管 外徑法蘭 外徑螺栓 孔中 心圓 直徑螺栓 孑L直徑螺栓 孔數 量螺紋法蘭 厚度法蘭 高度法蘭理 論重量法 蘭 頸N法蘭頸 厚度法蘭頸高度法蘭頸R4045150110184M1618452.37kg642.675所以液位計處的法蘭標記為HG20592 法蘭 WN 40 RF 16M625】筒體與封頭

23、的連接尺寸根據JBT470047032000壓力容器法蘭查表 1當PN=1.0Mpa DN=1800mm法蘭的尺寸如圖所示DDiD2D3D4dHhaa161$2Rd螺 柱 規 格螺 柱 數 量最 小 厚 度197019151876185618538015040211818261230M275614法蘭的質量根據JBT47004703 2000壓力容器法蘭查表 2PN=1.0MPa DN=1800mm可知：法蘭質量突面338kg襯環質量凸環17.5kg（七）接管的尺寸7.1 】 接管的長度：容器接管一般采用無縫鋼管，采用對焊法 蘭的接管，在確定接管長度l時，還應保證接管上的焊縫與焊縫之間 的距離

24、不小于50mm。根據標準六合一，查表5-1根據保溫層厚度與 接管公稱直徑DN=80,最小接管長度l=150mm.7.2 】接管的高度：液相進出口管的高度液位計管的高度排污管，放氣管的高度溫度計接管的高度（八）容器的壓力實驗所謂壓力試驗，就是用液體或氣體作為工作介質，在容器內施加比它的設計壓力還要高的試驗壓力，以檢查容器在試驗壓力下是否有滲漏、明顯的塑性變形以及其他缺陷。壓力試驗分為液壓試驗和氣壓試驗兩種，一般采用液壓試驗，而且普遍采用水為液壓試驗介 質，故本次設計采用水壓試驗二根據GB150標準的規定，液壓試驗時P = 1.25P-H二取設計實驗溫度為50oC ,查表有L】=163MPa =

25、k】而圓筒的應力所以所以PT =1.25 1 =1.25M P a1.25 (1800 8)二T 二1 1141.25MPa2 8查表得到% 3 345MPa0.9；，=0.9 345 = 310.5MPa ：二。9二s所以，厚度校核合格。（九）容器應力的校核計算1計算容器質量m筒體的質量 m1 ： DN=1800mm 6n=12mm L=6552mmmi =1 二 d2di2 l P =3511kg封頭的質量查得m2 = 338.4kg容器的自重 m =m1 m2 = 3849.4kg1.2充液質量充水時：m（總）=m + P（水 V =3849.4 +1000x15 = 18849.4kg

26、G =mg =18849.4 9.8 -184724.12N甲醇的質量：m3 =10665kgG=10665X9.8=104517N2建立力學模型計算圓筒中的彎距2.1鞍座位置的確定鞍座位置的選擇一方面要考慮到利用封頭的加強效應，另一方面又要考慮到不使殼體中因荷重引起的彎曲應力過大。由此，鞍座的位置按aM0.2L,并盡量使aW0.5R的條件來確定，其中a為鞍座中心線 至圓筒端部的距離，L為圓筒長度（兩封頭切線間距離），R為筒體 內半徑。a <0.2L =0.2 6.552 = 1.31m1.8a W0.5R =0.5父=0.45m 2取 a = 0.45m2.2 力學模型2.3 圓筒最大

27、彎矩的計算將由上述計算所得的質量產生的重力簡化為沿容器軸線作用的均布載荷，計算跨中截面處的彎矩 M取 L = 6.552m而支座位置a = 0.45m分析受力圖可知 由于兩支座距罐兩端距離相等，兩支座 A,B受力相同，均為罐重力的一半，且在罐中心截面上彎矩最大。11減壓頭驗時：Ra = RbG 184724.12 = 92362.06N22maxc(6.552 c184724.12 6.552 1 6.552=ra -0.45 i-kkk< 266.552222= 109726.13N mi- AJXi=r / Jr_L_1 _1一正常操作時：Ra = RbG 104517 = 5225

28、8.5N22maxc ,6.552G 6.552 1 6.552RA -0.45 i-m黑一m< 26 6.552222-62083.1N m3計算圓筒跨中截面最大拉應力和最大壓應力，進行應力校核最大拉應力由介質壓力及彎矩 M引起，位于該截面的最低點二 PD M max 4 e0.785D2 e1 180062083.124 80.785 18002 8= 56.25MPa其強度條件為"max氣。/=163M Pa條件符合最大壓應力位于該截面的最高點，并且在盛滿物料而升壓時壓應mt0.785D2 ee力有最大值，故有最大壓應力為:=-5.39 104M P a109726.13

29、20.785 18002 8其強度條件為 仃min E0.9%6=279.45M P a條件符合。穩定性條件為：max' * min Tmin-3 ,式中Jr為穩定許用壓縮應力L-cr I - B = 2 AEcr3八 0.0940.0944.A8.25 10一E = 2.0 1 CTM P a.18*KJ-B=2 8.25 104 2.0 105=110MPa 3由以上計算可知此穩定性條件符合。（十）液位計的設計1液位計型式有很多種，本次設計采用磁性液位計。2根據罐內工作壓力P =0.88MPa選取壓力等級為1.0 MPa。3選普通型，外加保溫層的液位計。4中心距L的選擇：液位：h =0.8 Di = 0.8 1800 = 1440 mm液位計位置在 0.2Di 處：0.2Di =0.2父1800 =360mmL =1440 -360 =1080mm 取 L = 1400mm的液位計5材質選擇：16MnR。6采用規格為DN40的接管外伸500,內伸0。7采用帶對焊法蘭，法蘭規格為 DN40,密封面型式采用突面。（十一）焊接接頭設計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 和熱影響區的總