1、化 工 设 备 机 械 基 础 课 程 设 计题 目 液氨储罐的设计系 （院）专 业班 级学生姓名学 号指导教师职 称二一一年六月七日2设 计 任 务 书一、设计时间安排从 2011 年 05 月 16 日至 2011 年 06 月 06 日二、设计内容安排1.液氨储罐的结构设计2. 筒体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核（1）根据设计压力初定壁厚；（2）计算危险截面的重量载荷、风载荷、地震载荷；（3）计算危险截面的由各种载荷作用下的轴向应力；（4）计算危险截面的组合轴向拉应力和组合轴向压应力，并进行强度和稳定性校核。3. 编写设计计算书一份三、设计条件表 1 接管表符号 公称尺寸 mm 公称
2、压力 MPa 连接尺寸标 准 连接面型式 用途a1-2 20 2.5 HG./T20592 M 液位计口b 40 2.5 HG./T20592 M 安全阀口c 25 2.5 HG./T20592 M 出气口d 500 2.5 MFM 人孔e 40 2.5 HG./T20592 M 液氨出口f 25 2.5 HG./T20592 M 压力表口g 50 2.5 HG./T20592 M 排污口h 50 2.5 HG./T20592 M 液氨进口表 2 设计参数3序号 项目 数值 单位 备注1 名称 液氨储罐2 最大工作压力 1.9 MPa3 工作温度 40 C。4 公称直径 1000 mm5 装量
3、系数 0.86 工作介质 液氨7 其他要求 20%无损检测目录符号说明 .4前言 .6液氨储罐设计 .7第一章 设计参数的选择 .71.1、设计题目 .71.2、设计数据 .71.3、设计压力 .81.4、设计温度 .81.5、主要元件材料的选择 .81.5.1 筒体材料的选择 81.5.2 鞍座材料的选择 8第二章 设备的结构设计 .82.1、圆筒厚度的设计 .82.2、封头厚度的设计 .92.3、筒体和封头的结构设计 .102.3.1 封头的结构尺寸 102.3.2 筒体的长度计算 102.4、鞍座选型和结构设计 .10第三章：容器强度的校核 .123.1 水压试验应力校核 123.2.筒
4、体轴向弯矩计算 123.3 筒体轴向应力计算与校核 1343.3.1 圆筒中间横截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力 .133.3.2 由压力及轴向弯矩引起的轴向应力 .133.3.3 筒体轴向应力校核 .143.4.筒体和封头中的切向剪应力计算与校核 143.5.无加强圈筒体的周向应力计算与校核 153.6 鞍座应力计算与校核 153.6.1.腹板水平应力及强度校核 .153.6.2 鞍座有效断面应力校核 .14第四章 开孔补强设计 164.1 补强设计方法判别 .164.2 有效补强范围 174.2.1 有效宽度 B 的确定 174.2.2 有效高度的确定 .174.3 有效补强面积 .
5、174.3.1 筒体多余面积 184.3.2 接管的多余面积 .184.3.3 焊缝金属截面积 .184.4.补强面积 18结束语 19主要参考资料 19符号说明：A-鞍座底板中心线至封头切线的距离， ；2mB-设计温度下，按 GB150 外压设计方法确定的数值，MPa；-常温下，按 GB150 外压设计方法确定的数值，MPa；oB-筒体内直径，mm；iD-筒体外直径，mm；o-每个支座的反力，N；F-系数，查表 71,79:；19K5-封头切线间的距离；L-圆筒中间处的轴向弯矩， ；1MmN-支座处圆筒的轴向弯矩， ；2-圆筒的平均半径， ；aR,2naiR-圆筒的内半径，mm；ib-支座的
6、轴向宽度，mm；-加强圈的宽度，mm；1b-圆筒的有效厚度，取 ；2 21.56,anbRm-支座垫板宽度；4-重力加速度；g-封头曲面深度；ih-系数。当容器焊在支座上时，取 ； 当容器不焊在支座上时，k 1.0k取 ；1-容器的质量，kg；m-设计压力，MPa；p-计算压力,MPa；c-圆筒有效厚度，mm；e-封头有效厚度，mm；h-圆筒名义厚度，mm；n-鞍座垫板有效厚度，mm；re-鞍座垫板有效厚度，mm；rn-鞍座包角， ；o-设计温度下容器壳体材料的许用应力，MPa；t6-设计温度下容器壳体材料的轴向许用压缩应力，MPa；tac-常温度下容器壳体材料的轴向许用压缩应力，MPa；-鞍
7、座材料的许用应力，MPa；sa-圆筒中间处横截面内最高点处，最点低点处的轴向应力，MPa；21,T-支座处圆筒横截面内的轴向应力，MPa；3-支座处圆筒横截面最低点的轴向应力，MPa；5-无加强圈时鞍座边缘处的圆筒周向应力，MPa；6-无加强圈时鞍座垫板边缘处的圆筒周向应力，MPa；-鞍座腹板水平方向上的平均拉应力，MPa；9-圆筒切向剪应力，MPa；-封头切向剪应力，MPa。h前言储存设备又称储罐，主要是指用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备，在化工、石油、能源、轻工、环保、制药及食品等行业得到广泛应用，如氢气储罐、液化石油气储罐、石油储罐、液氨储罐等。储罐内的压力直接受温度影响，
8、且介质往往易燃、易爆或有毒。储罐的结构形式主要有卧式储罐、立式储罐和球形储罐。饱和蒸汽压是指在一定温度下的密闭容器中，当达到气液两相平衡时气液分界面上的蒸汽压，它随温度而变化，但与容积的大小有关。对于液化石油气和液化天然气之类，都不是纯净物，而是一种混合物，此时的饱和蒸汽压与混合比例有关，可根据道尔顿定律和拉乌尔定律进行计算。当储存的介质为具有高粘度或高冰点的液体时，为保持其流动性，就需要对储存设备进行加热或保温，使其保持便于输送的状态。储存液体的密度，直接影响制造工艺和设备造价。而介质的毒性程度则直接影响设备制造与管理的等级和安全附件的配置。7当储罐的金属温度受大气环境温度影响时，其最低设计
9、温度可按该地区气象资料，取气象局实测的 10 年逐月平均最低温度的最小值。随着液化气体温度的下降，罐内压力也将较大幅度下降，此时罐体的应力水平就有较大的降低。为此，在确定储罐设计温度时，可按有关规定进行低温低应力分析。当储罐内部因温度降低而使内压低于大气压时，还应进行罐体的稳定性校核，以免发生失稳失效。液氨储罐设计第一章 设计参数的选择1.1、设计题目：液氨储罐的设计1.2、设计数据：如下表 1表 1 数据序号 项目 数值 单位 备注1 名称 液氨储罐2 用途 液氨储配站3 最大工作压力 1.9 MPa4 工作温度 40 C。5 公称直径 1200 mm6 装量系数 0.87 工作介质 液氨8
10、 其他要求 20%无损检测81.3、设计压力：设计压力取最大工作压力的 1.1 倍，即 1.92.0PMPa1.4、设计温度：工作温度为 ，40C设计温度取 。+1=51.5、主要元件材料的选择：1.5.1 筒体材料的选择：根据 GB150-1998 表 4-1，选用筒体材料为低合金钢 16MnR（钢材标准为GB6654） 。16MnR 适用范围：用于介质含有少量硫化物，具有一170tMPa定腐蚀性,壁厚较大（ ）的压力容器。8m1.5.2 鞍座材料的选择：根据 JB/T4731,鞍座选用材料为 Q235-B，其许用应力 147saMP第二章 设备的结构设计2.1、圆筒厚度的设计：计算压力 ：
11、cP液柱静压力: 15809.12687.ghPa,/627/()03%5故液柱静压力可以忽略，即 cP.M该容器需 20%探伤，所以取其焊接系数为 。.9圆筒的厚度在 616mm 范围内，查 GB150-1998 中表 4-1，可得：在设计温度下，屈服极限强度 ， 许用应力50C。 345sMPat170MPa利用中径公式，计算厚度： itcPD2.0918.48572.092- m查标准 HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表 7-1 知，钢板厚度负偏差为 0.25mm，而有 GB150-1998 中 3.5.5.1 知，当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的
12、 6%时，负偏差可以忽略不计，故取 。10C查标准 HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表 7-5 知,在无特殊腐蚀情况下，腐蚀裕量 不小于 1 。本例取 =22Cm2C则筒体的设计厚度 28.740.n圆整后，取名义厚度筒体的有效厚度 121enCm2.2、封头厚度的设计：查标准 JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表 1，得公称直径iDN=120m选用标准椭圆形封头,型号代号为 EHA，根据 GB150-1998 中椭圆形封头计算中式 7-1 计算： citcPD2.09MPa18.71857.2092-0. m同上，取 ， 。Cm1封头的设计厚度 8.7210.7d
13、m圆整后，取封头的名义厚度 ，有效厚度n1210enC封头型记做 EHA -6MR JB/T476102.3、筒体和封头的结构设计：2.3.1 封头的结构尺寸：查标准 JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表 B.1 EHA 椭圆形封头内表面积、容积下表 2：表 2 ：EHA 椭圆形封头内表面积、容积公称直径 DN /mm 总深度 H /mm 内表面积 A/ 2m容积 /V封 3m1200 325 1.6552 0.2545其中 iD120=235H-h4i由 ， 得（ ）2.3.2 筒体的长度计算： 2302530.25Lhm2.4、鞍座选型和结构设计：该卧式容器采用双鞍式支座，材料
14、选用 Q235-B。估算鞍座的负荷： 储罐总质量 1234mm筒体的质量1 33.1.2107.85147.8nDL kg单个封头的质量：查标准 JB/T4746-2002 钢制压力容器用封头中表2mB.2 EHA 椭圆形封头质量，可知， 254.6mkg充液质量： ， 3 水液 氨 故操作时： 2301.30.5480.194.6k4mV g11液压试验时： 23101.30.54126.8k4mV g水附件质量：人孔质量为 302kg，其他接管质量总和估为 200kg，即4502kg综上所述，故操作时： , 123472.98kgmm液压试验时： ，60故操作时支座反力： g=1.2FkN
15、液压试验时支座反力： 98支座反力 max,.6k由此查 JB4712.1-2007 容器支座，选取轻型，焊制为 BI,包角为 120 ，有。垫板的鞍座。查 JB4712.1-2007 表 6 得鞍座结构尺寸如下表 3：表 3：鞍式支座结构尺寸公称直径DN 1200 腹板 26 4b270允许载荷Q/kN 147 3l200 46鞍座高度h 200 2b140垫板e 401l880 3180 螺栓间距2l7201b170筋板 36底板 10 垫板 弧长 1410 鞍座质量Kg 5212第三章：容器强度的校核3.1 水压试验应力校核：试验压力： 1.25.092.615TPMPa圆筒的薄膜应力
16、()8.00.9.834.,Ties TD合 格 。3.2.筒体轴向弯矩计算：工作时支座反力 116.7429.862GkNGkNF， F05inaDRm压力试验时，圆筒中间处截面上的弯矩：1322“ai122/4430.6./529.8650.41.6531TRHLFLAMkNm 压力试验时，鞍座处横截面弯矩： 22i“2i 0.45.60.313519.861.64.3aTRHALMF kNm 3.3 筒体轴向应力计算与校核：3.3.1 圆筒中间横截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力：充满水未加压时： 122a0.65.84341TeMMPaR加压状态时： 122 2ae0.6519.6
17、3Tep Pa3.3.2 由压力及轴向弯矩引起的轴向应力：因鞍座平面上 ，即筒体未被封头加强，查 JB/T 4731-2005 表 7-1 可0.5mAR得 K1=0.107，K 2=0.192充满水未加压时鞍座横截面轴向应力：23 21ae1.536.470.740TMMPaR加压状态时鞍座横截面轴向应力：24e9.TaTeapK143.3.3 筒体轴向应力校核：因轴向许用临界应力由：ea0.94.10.5676AR由直线内插法：T/ E/MPa20 3206110020 E3331021026205.815EMPa0 3.8673BEA0min.9,2167eLacRMPa）充满水未加压时
18、：合格13|i,|Tacb）加压状态时：合格24emax(,)0.9R.853426.9TLMPa3.4.筒体和封头中的切向剪应力计算与校核：因 ，所以圆筒在鞍座平面上无加强圈，查 JB/T4731-2005 表 7-2 得m2A，其最大剪应力位于靠近鞍座边角处31.7,K3e.19863.250.43.8640aiFLMPaRH因圆筒 =0.8 =.17 t故有 ， 故切向剪应力校核合格 D，所以在有效补强范围。补强圈内径 d=530+2=532mm补强圈厚度：4352.9 1.80AmDd圆整取名义厚度为 12mm19结束语：经过这段时间的查阅文献和计算数据，化工设备机械基础课程设计的基本
19、工作已经完成，并得出了可行的设计方案，全部计算过程已在前面的章节中给以体现。课程设计是对以往学过的知识加以检验，能够培养理论联系实际的能力，尤其是这次液氨储罐设计更加深入了对机械设备的理解和认识，使我们所学的知识不局限于书本，并锻炼了我们的逻辑思维能力，同时也让我深深地感受到机械设计的复杂性以及我了解的知识的狭隘性。所有的这些为我今后的努力指明了具体的方向。设计过程中培养了我的自学能力，设计中的许多知识都需要查阅资料和文献，并要求加以归纳整理和总结。通过自学及老师的指导，不仅巩固了所学的化工原理知识，更极大的拓展了我的知识面，让我更加认识到实际化工生产过程和理论的联系和差别，这对将来的毕业设计
20、及工作无疑将起到重要的作用。在此次课程设计实际过程中，我的收获很大，感触也很深，更觉得学好基础知识的重要性。同时通过这次课程设计，我深深的体会到与人讨论的重要性。因为通过同学或者是老师的交换看法很容易发现自己认识的不足，从而让自己少走弯路。在此，特别感谢洪岩美教授和李亚平老师的帮助，通过与她们的交流使得我的设计工作得以圆满完成。在此我向她们表示衷心的感谢！主要参考资料：1. 化工设备机械基础第五版 刁与玮 王立业 编著 2003.3；2. 化工单元过程与设备设计匡国柱 史启才 主编；3.化工制图华东化工学院制图教研室编 人民教育出版社 1980；4.化工设备机械基础参考资料；5.钢制压力容器GB150-1998；6.钢制塔式容器JB4710-1992；7. GB151-1999 管壳式换热器1999 年；208.压力容器安全技术监察规程国家质量技术监督局 1999 年
