1、<p>　　化工容器與設備課程設計</p><p>　?。玻埃保材辏翟拢保慈眨保溉?lt;/p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 設計參數(shù)的選擇4</p><p>　　1.3 設計壓力：4</p><p>　　1.4 設計溫度：4</p>

2、<p>　　1.5 主要元件材料的選擇：4</p><p>　　1.5.1 筒體材料的選擇：4</p><p>　　1.5.2 鞍座材料的選擇：4</p><p>　　1.5.3 地腳螺栓的材料選擇：4</p><p>　　第二章 設備的結構設計5</p><p>　　2.1 圓筒厚度的設計5

3、</p><p>　　2.1.1 計算壓力Pc：5</p><p>　　2.1.2 計算厚度：5</p><p>　　2.2 封頭厚度的設計6</p><p>　　2.2.1 封頭的設計厚度6</p><p>　　2.2.2 有效厚度6</p><p>　　2.3 筒體和封頭的結構設計

4、6</p><p>　　2.4 容積的計算7</p><p>　　2.5 鞍座選型和結構設計7</p><p>　　2.5.1 估算鞍座的負荷：7</p><p>　　2.5.2 支座反力8</p><p>　　2.5.3 鞍座選擇8</p><p>　　2.6 人孔的選擇9<

5、;/p><p>　　2.7 接管、法蘭、墊片和螺栓的選擇9</p><p>　　2.7.1 接管和法蘭9</p><p>　　2.7.2 墊片10</p><p>　　2.7.3 螺栓（螺柱）的選擇10</p><p>　　第三章 容器強度的校核10</p><p>　　3.1 水

6、壓試驗應力校核10</p><p>　　3.2 筒體軸向彎矩計算11</p><p>　　3.2.1圓筒中間彎矩計算11</p><p>　　3.2.2 鞍座處橫截面的彎矩：12</p><p>　　3.3 筒體軸向應力計算及校核12</p><p>　　3.3.1 圓筒中間橫截面上，由壓力及軸向彎矩引起的

7、軸向應力13</p><p><b>　　最高點處：13</b></p><p>　　3.3.2 由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力13</p><p>　　3.3.3 水壓試驗狀態(tài)13</p><p>　　3.4 筒體軸向應力校核13</p><p>　　3.5 筒體和封頭中的切向剪應力計

8、算與校核14</p><p>　　3.6 筒體的周向應力計算與校核14</p><p>　　3.6.1 鞍座在橫截面最低點處周向應力14</p><p>　　3.6.2 鞍座角邊處的周向應力15</p><p>　　3.7 鞍座應力計算與校核15</p><p>　　3.7.1 腹板水平應力及強度校核：15

9、</p><p>　　3.7.2 鞍座有效斷面應力校核15</p><p>　　第四章 符號說明與參考文獻15</p><p><b>　　緒 論</b></p><p><b>　　（一）設計任務：</b></p><p>　　針對化工廠中常見的液氨儲罐，完成主體設備

10、的工藝設計和附屬設備的選型設計，繪制總裝配圖和零件圖，并編寫設計說明書。</p><p><b>　　（二）設計思想：</b></p><p>　　綜合運用所學的機械基礎課程知識，本著認真負責的態(tài)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。各項設計參數(shù)都正確參考了行業(yè)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，合理地進行設

11、計。</p><p><b>　?。ㄈ┰O計特點：</b></p><p>　　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部件大都有標準，設計時可直接選用。本設計書主要介紹了液氨儲罐的筒體、封頭的設計計算，低壓通用零部件的選用。</p><p>　　各項設計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設

12、計有章可循，并考慮到結構方面的要求，合理地進行設計。</p><p><b>　　設計參數(shù)的選擇</b></p><p><b>　　1.1、設計題目</b></p><p><b>　　液氨儲罐的設計</b></p><p><b>　　1.2、設計數(shù)據(jù)</b

13、></p><p><b>　　1、筒體內徑：</b></p><p><b>　　2、計算壓力：</b></p><p><b>　　3、設計溫度</b></p><p><b>　　4、介質密度： </b></p><p>

14、;　　5、塔體與裙座采用對接焊，塔體焊接接頭系數(shù)φ=0.85</p><p><b>　　1.3 設計壓力</b></p><p>　　設計壓力取最大工作壓力的1.1倍，即</p><p><b>　　1.4 設計溫度</b></p><p><b>　　設計溫度為40</b>

15、</p><p>　　1.5 主要元件材料的選擇</p><p>　　1.5.1 筒體材料的選擇</p><p>　　根據(jù)GB150-1998表4-1，選用筒體材料為低合金鋼16MnR（鋼材標準為GB6654）。16MnR適用范圍：用于介質含有少量硫化物，具有一定腐蝕性,壁厚較大（）的壓力容器。</p><p>　　1.5.2 鞍座材料的選擇

16、</p><p>　　根據(jù)JB/T4731,鞍座選用材料為Q235-B，其許用應力</p><p>　　1.5.3 地腳螺栓的材料選擇</p><p>　　根據(jù)HG 20652-1998 選擇Q235-B, 其許用應力</p><p><b>　　設備的結構設計</b></p><p>　　2.1

17、 圓筒厚度的設計</p><p>　　2.1.1 計算壓力Pc</p><p><b>　　計算壓力：</b></p><p><b>　　液柱靜壓力: </b></p><p><b>　　,</b></p><p>　　故液柱靜壓力可以忽略，即<

18、;/p><p>　　該容器需20%探傷，所以取其焊接系數(shù)為。</p><p>　　圓筒的厚度在6~16mm范圍內，查GB150-1998中表4-1，可得：在設計溫度為40下，屈服極限強度， 許用應力</p><p>　　2.1.2 計算厚度</p><p><b>　　利用中徑公式，</b></p><p

19、><b>　　計算厚度： </b></p><p>　　查標準HG20580-1998《鋼制化工容器設計基礎規(guī)定》表7-1知，鋼板厚度負偏差為0.25mm，而有GB150-1998中3.5.5.1知，當鋼材的厚度負偏差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的6%時，負偏差可以忽略不計，故取。</p><p>　　查標準HG20580-1998《鋼制化工容器設計基礎

20、規(guī)定》表7-5知,在無特殊腐蝕情況下，腐蝕裕量不小于1。本例取=2</p><p><b>　　則筒體的設計厚度</b></p><p><b>　　圓整后，取名義厚度</b></p><p><b>　　筒體的有效厚度</b></p><p>　　2.2 封頭厚度的設計<

21、;/p><p>　　2.2.1 封頭的設計厚度</p><p>　　查標準JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》中表1，得公稱直徑</p><p>　　選用標準橢圓形封頭,型號代號為EHA，根據(jù)GB150-1998中橢圓形封頭計算中式7-1計算：</p><p>　　2.2.2 有效厚度</p><p><

22、b>　　同上，取，。</b></p><p><b>　　封頭的設計厚度：</b></p><p>　　圓整后，取封頭的名義厚度 ，有效厚度</p><p><b>　　封頭型記做 </b></p><p>　　2.3 筒體和封頭的結構設計</p><p>

23、　　2.3.1 筒體的結構設計：</p><p>　　儲罐可分為立式儲罐、臥式儲罐和球式儲罐。在本設計中由于設計體積較?。s為）且設計壓力較?。ǎ?故可采用臥式圓筒形容器，方形和矩形容器大多在很小設計體積時采用，因其承壓能力較小且使用材料較多；而球形容器雖承壓能力強且節(jié)省材料，但制造較難且安裝內件不方便；立式圓筒形容器承受自然原因引起的應力破壞的能力較弱，故選用圓筒形臥式容器。</p><p&

24、gt;　　2.3.2 封頭的結構尺寸：</p><p>　　查標準JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》中表B.1 EHA橢圓形封頭內表面積、容積下表2：</p><p>　　表2 ：EHA橢圓形封頭內表面積、容積</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　2.4 容積的計

25、算</b></p><p><b>　　由表D.1:</b></p><p>　　一米高的容積的體積V為0.785/ </p><p>　　2.5 鞍座選型和結構設計</p><p>　　2.5.1 估算鞍座的負荷</p><p>　　該臥式容器采用雙鞍式支座，材料選用Q235-B。&

26、lt;/p><p>　　估算鞍座的負荷： </p><p><b>　　儲罐總質量</b></p><p><b>　　——筒體的質量</b></p><p>　　——單個封頭的質量：查標準JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》中表B.2

27、 EHA橢圓形封頭質量，可知，</p><p><b>　　——充液質量：， </b></p><p><b>　　故操作時：</b></p><p><b>　　液壓試驗時：</b></p><p>　　——附件質量：人孔質量為302kg，其他接管質量總和估為200kg，即&

28、lt;/p><p><b>　　支座反力</b></p><p>　　2.5.2 支座反力</p><p><b>　　操作時： , </b></p><p><b>　　液壓試驗時：，</b></p><p>　　故操作時支座反力： </p>

29、<p>　　液壓試驗時支座反力： </p><p>　　2.5.3 鞍座選擇</p><p>　　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得鞍座結構尺寸如下表3：</p><p>　　表3：鞍式支座結構尺寸</p><p><b>　　

30、2.6 人孔的選擇</b></p><p>　　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內部構件。人孔主要由筒節(jié)，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。在此，考慮到人孔蓋直徑較大較重，可選用MFM型，A型蓋軸耳，公稱壓力為2.5MPa，公稱直徑為500mm

31、,H為280mm的回轉蓋對焊法蘭人孔。</p><p>　　2.7 接管、法蘭、墊片和螺栓的選擇</p><p>　　2.7.1 接管和法蘭</p><p>　　材料：容器接管一般應采用無縫鋼管，所以液體進料口接管材料選擇無縫鋼管，采用無縫鋼管標準GB8163-87。材料為16MnR。</p><p>　　結構：接管伸進設備內切成45度，可

32、避免物料沿設備內壁流動，減少物料對壁的磨損與腐蝕。</p><p>　　接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考慮上述要求外，還需考慮焊接方法、焊接參數(shù)、加工條件、施焊位置等制造上的因素及運輸、安裝中的剛性要求。一般情況下，管壁厚不宜小于殼體壁厚的一半。否則，應采用厚壁管或整體鍛件，以保證接管與殼體相焊部分厚度的匹配。</p><p>　　不需另行補強的條件：當殼體上的開孔滿足下述全部要求時，可不

33、另行補強。</p><p>　　設計壓力小于或等于。</p><p>　　兩相鄰開孔中心的距離應不小于兩孔直徑之和的2倍。</p><p>　　接管公稱外徑小于或等于。</p><p>　　接管最小壁厚滿足以下要求。</p><p>　　表3.1 接管最小壁厚要求</p><p>　　因此熱

34、軋無縫鋼管的尺寸為。 鋼管理論重量為。取接管伸出長度為。</p><p>　　管法蘭的選擇：根據(jù)平焊法蘭適用的壓力范圍較低（）,選擇突面板式平焊管法蘭，標記為：HG20592-1997法蘭RF(A)80-2.5,其中D=190,管法蘭材料鋼號（標準號）:20（GB711）。根據(jù)（歐洲體系）鋼制管法蘭、墊片、墊片、緊固件選配表（HG20614-1997）選擇：墊片型式為石棉橡膠板墊片(尚無標準號)，密封面型式為突面

35、，密封面表面為密紋水線，緊固件型式為六角螺栓雙頭螺柱全螺紋螺柱。</p><p>　　在離筒體底以上處安裝容器出料管，容器內的管以彎管靠近容器底，這種方式用于臥式容器。出料口的基本尺寸以及法蘭與進料口相同。</p><p>　　進出料接管滿足不另行補強的要求，所以不再另行補強。</p><p><b>　　2.7.2 墊片</b></p

36、><p>　　2.7.3 螺栓（螺柱）的選擇</p><p>　　根據(jù)GB/T 5781選用相應六角頭螺母，根據(jù)GB/T 41 GB/T 6170選用六角螺母</p><p><b>　　容器強度的校核</b></p><p>　　3.1 水壓試驗應力校核</p><p>　　3.1水壓試驗應力校核

37、：</p><p><b>　　試驗壓力：</b></p><p><b>　　圓筒的薄膜應力</b></p><p><b>　　合格</b></p><p>　　3.2 筒體軸向彎矩計算</p><p>　　3.2.1圓筒中間彎矩計算</p&g

38、t;<p>　　筒體中間處截面的彎矩用下式計算：</p><p>　　式中 ——鞍座反力，；</p><p>　　——橢圓封頭長軸外半徑，；</p><p>　　——兩封頭切線之間的距離，；</p><p>　　——鞍座與筒體一端的距離，；</p><p>　　——封頭短軸內半徑，。</p>

39、<p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　工作時支座反力</b></p><p>　　壓力試驗時，圓筒中間處截面上的彎矩：</p><p>　　3.2.2 鞍座處橫截面的彎矩</p><p>　　壓力試驗時，鞍座處橫截面彎矩：</p><p&

40、gt;　　3.3 筒體軸向應力計算及校核</p><p>　　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力：</p><p><b>　　充滿水未加壓時： </b></p><p><b>　　加壓狀態(tài)時： </b></p><p>　　3.3.2由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力：&l

41、t;/p><p>　　因鞍座平面上，即筒體未被封頭加強，查JB/T 4731-2005表7-1可得K1=0.107，K2=0.192</p><p>　　充滿水未加壓時鞍座橫截面軸向應力：</p><p>　　加壓狀態(tài)時鞍座橫截面軸向應力：</p><p>　　3.3.3水壓試驗狀態(tài)：</p><p>　　ａ）充滿水未加壓

42、時：</p><p><b>　　合格</b></p><p><b>　　b）加壓狀態(tài)時：</b></p><p><b>　　合格</b></p><p>　　3.4 筒體軸向應力校核</p><p>　　因軸向許用臨界應力由：</p>

43、<p><b>　　由直線內插法：</b></p><p><b>　　合格</b></p><p>　　3.5 筒體和封頭中的切向剪應力計算與校核</p><p>　　因，所以圓筒在鞍座平面上無加強圈，查JB/T4731-2005表7-2得，其最大剪應力位于靠近鞍座邊角處</p><p&

44、gt;　　因圓筒 []=0.8 </p><p>　　故有 ， 故切向剪應力校核合格</p><p>　　3.6 筒體的周向應力計算與校核</p><p>　　3.6.1 鞍座在橫截面最低點處周向應力</p><p>　　因為墊板的厚度6mm小于0.6倍的圓筒的厚度12mm,所以無墊板或者墊板不起作用，圓筒的有效寬度 ，當容器焊在支座上

45、時，取，查JB/4731-2005表7-3可得。因為，由內差法得：</p><p>　　鞍座在橫截面最低點處周向應力</p><p>　　3.6.2 鞍座角邊處的周向應力</p><p>　　鞍座角邊處的周向應力</p><p><b>　　周向應力校核</b></p><p><b>

46、;　　故周向應力合格</b></p><p>　　3.7 鞍座應力計算與校核</p><p>　　3.7.1 腹板水平應力及強度校核</p><p><b>　　由可得，水平分力</b></p><p>　　計算高度，鞍座腹板厚度</p><p>　　鞍座有效斷面平均應力：</p

47、><p>　　3.7.2鞍座有效斷面應力校核</p><p>　　—鞍座材料Q235-B的許用應力</p><p>　　故鞍座有效斷面應力校核合格。</p><p><b>　　符號說明與參考文獻</b></p><p><b>　　設計符號說明：</b></p>

48、<p><b>　　英文字母</b></p><p>　　———容器的設計壽命,;</p><p><b>　　———貯罐內徑，;</b></p><p>　　———鋼板的許用應力，</p><p>　　———液氨的飽和蒸汽壓，</p><p>　　———鋼板厚度負

49、偏差, ;</p><p>　　———介質的腐蝕裕量, ;</p><p><b>　　希臘字母</b></p><p>　　———罐體計算厚度, ;</p><p>　　———罐體設計厚度, ;</p><p>　　———罐體的名義厚度, ;</p><p>　　———罐

50、體的有效厚度, ;</p><p><b>　　———圓整值，</b></p><p><b>　　———腐蝕速率，</b></p><p><b>　　———焊接接頭系數(shù)</b></p><p><b>　　主要參考資料：</b></p>

51、<p>　　1. 《化工設備機械基礎》第五版 刁與瑋 王立業(yè) 編著 2003.3；</p><p>　　2. 《化工單元過程與設備設計》匡國柱 史啟才 主編；</p><p>　　3.《化工制圖》華東化工學院制圖教研室編 人民教育出版社 1980；</p><p>　　4.《化工設備機械基礎》參考資料；</p><p>　　5

52、.《鋼制壓力容器》GB150-1998；</p><p>　　6.《鋼制塔式容器》JB4710-1992；</p><p>　　7. GB151-1999 《管殼式換熱器》1999年；</p><p>　　8.《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》國家質量技術監(jiān)督局 1999年</p><p>　　另附液氨儲罐裝配圖（A1）</p>