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一設(shè)計任務(wù)書 20液氨儲罐設(shè)計說明書 摘要 本設(shè)計是針對《過程裝備基礎(chǔ)》這門課程所安排的一次課程設(shè)計，是對這門課程的一次總結(jié)，要綜合運用所學(xué)的知識并查閱相關(guān)書籍完成設(shè)計。 本設(shè)計的液料為液氨，它是一種無色液體。氨作為一種重要的化工原料，應(yīng)用廣泛。分子式NH3，分子量17.03，相對密度0.7714g/L，熔點-77.7℃，沸點-33.35℃，自燃點651.11℃，蒸汽壓1013.08kPa(25.7℃)。蒸汽與空氣混合物爆炸極限為16—25%（最易引燃濃度為17%）氨在20℃水中溶解度34%,25℃時,在無水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是許多元素和化合物的良好溶劑。水溶液呈堿性。液態(tài)氨將侵蝕某些塑料制品,橡膠和涂層。遇熱、明火，難以點燃而危險性極低，但氨和空氣混合物達(dá)到上述濃度范圍遇火和燃燒或爆炸，如有油類或其它可燃物存在則危險性極高。 設(shè)計基本思路：本設(shè)計綜合考慮環(huán)境條件、介質(zhì)的理化性質(zhì)等因素，結(jié)合給定的工藝參數(shù)，按容器的選材、壁厚計算、強度核算、附件選擇、焊縫標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、人孔接管、人孔補強、接管、管法蘭、液位計、鞍座、焊接形式進(jìn)行了設(shè)計和選擇。設(shè)備的選擇大都有相應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時可以直接選用符合設(shè)計條件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備零部件，也有一些設(shè)備沒有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，則選擇合適的非標(biāo)設(shè)備。 各項設(shè)計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計。 課程設(shè)計要求及原始數(shù)據(jù)（資料） 一、 課程設(shè)計基本要求 1、 按照國家壓力容器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范設(shè)計要求，掌握典型過程設(shè)備設(shè)計的過程。 2、 設(shè)計計算采用手算，要求設(shè)計思路清晰，計算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。 3、 工程圖紙要求計算機(jī)繪圖。 二、 獨立完成。原始數(shù)據(jù) 表1 設(shè)計條件表 序號 項目 數(shù)值 備注 1 名稱 液氨儲罐 2 用途 液氨儲存 3 最高工作壓力MPa 由介質(zhì)溫度確定 4 工作溫度℃ -20—50 5 公稱容積M 6 工作壓力波動情況 可不考慮 7 裝置系數(shù)f 0.85 8 工作介質(zhì) 液氨（中毒危害） 9 使用地點 太原市，室外 課程設(shè)計主要內(nèi)容 1、 設(shè)備工藝設(shè)計 2、 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計 3、 設(shè)備強度設(shè)計 4、 技術(shù)條件編制 5、 繪制設(shè)備總裝配圖 6、編制設(shè)計說明書 目 錄 設(shè)計任務(wù)書 1 課程設(shè)計內(nèi)容 5 工藝設(shè)計 5 一、設(shè)計壓力的確定 5 二、設(shè)計溫度的確定 6 機(jī)械設(shè)計 6 一、結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 ①設(shè)計條件 6 ②結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 1、壓力容器選擇 7 u 物料的物理化學(xué)性質(zhì) u 壓力容器的類型 u 壓力容器的用材 2、筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 8 u 筒體公稱直徑和筒體長度的確定 u 橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積 3、各個接管的位置及法蘭的選擇 9 u 接管的設(shè)計 u 法蘭的設(shè)計 u 墊片的選擇 4、人孔的選取10 5液面計的設(shè)計12 6、鞍座的計算13 u 筒體的質(zhì)量 u 封頭的質(zhì)量 u 液氨的質(zhì)量 u 附件的質(zhì)量 u 確定鞍座類型 u 鞍座安裝位置確定 7、焊接接頭設(shè)計14 u 回轉(zhuǎn)殼體的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計 u 接管與殼體的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計 u 帶補強圈的接管的焊接結(jié)構(gòu) 2、 強度計算16 ①容器的筒體和封頭壁厚的設(shè)計16 1、筒體名義厚度的初步確定16 2、封頭壁厚的計算16 ②開孔補強計算17 ③ 強度校核17 1、容器的水壓試驗17 2、圓筒切向剪應(yīng)力計算并校核17 總結(jié)語35 參考文獻(xiàn)36 二、課程設(shè)計內(nèi)容 課程設(shè)計內(nèi)容包括工藝設(shè)計和機(jī)械設(shè)計兩部分 工藝設(shè)計 工藝設(shè)計的內(nèi)容是根據(jù)設(shè)計任務(wù)提供的原始數(shù)據(jù)和生產(chǎn)工藝要求，通過計算和選型確定設(shè)備的輪廓尺寸。其中設(shè)計儲量： 式中，W—儲存量，t ； —裝量系數(shù) ； V—壓力容器容積，m3 ； —設(shè)計溫度下飽和液體密度，t/m3 則設(shè)計儲存量W=0.8520 m30.563kg/L=9.571t=9571kg 表二 液化氣體飽和蒸汽壓及飽和液密度 溫度℃ -15 10 30 50 飽和蒸汽壓MPa（絕壓） 氨 0.269 0.603 1.156 2.030 飽和液密度Kg/m 氨 658 625 595 563 1、 設(shè)計壓力的確定 設(shè)計壓力應(yīng)根據(jù)最高工作壓力來確定。對于盛裝液化氣體的壓力容器，可根據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》TSG R0004-2009中條例3.9.3來確定： 經(jīng)查表2得50℃下液氨飽和蒸汽壓（絕壓）為2.030MPa。 工作壓力=（2.03－0.1）MPa=1.93MPa 設(shè)計壓力為容器的設(shè)計載荷條件之一，其值不得低于最高工作壓力，而最高工作壓力系指容器頂部在正常工作過程中可能產(chǎn)生的最高表壓。裝設(shè)安全閥的容器，考慮到安全閥開啟動作的滯后，容器不能及時泄壓，設(shè)計壓力不得低于安全閥的開啟壓力，通常可取最高工作壓力的1.05—1.10倍，所以設(shè)計壓力P=2.2Mpa 二、設(shè)計溫度的確定 根據(jù)液氨儲罐工作溫度為-20～50℃ 選擇設(shè)計溫度t=50℃ 機(jī)械設(shè)計 機(jī)械設(shè)計包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度計算兩部分 一、結(jié)構(gòu)設(shè)計 ① 設(shè)計條件 計算容積 表3 結(jié)構(gòu)設(shè)計條件表 項目 內(nèi)容 備注 工作介質(zhì) 液氨 工作壓力 MPa 1.93 由介質(zhì)溫度決定 設(shè)計壓力 MPa 2.2 工作溫度 ℃ -20~50 設(shè)計溫度 ℃ 50 公稱容積（Vg）m 20 計算容積（V計）m 20.5 工作容積（V工）m 17.4 裝量系數(shù)f 0.85 介質(zhì)密度（ρt）t/m 0.563 材質(zhì) 16MnR 保溫要求 無 其他要求 無 管口表 接管代號 公稱尺寸 連接尺寸標(biāo)準(zhǔn) 連接面形式 用途或名稱 A DN80 HG/T20592-2009 FM 液氨入口 B DN25 HG/T20592-2009 FM 壓力表接口 C DN25 HG/T20592-2009 FM 放空口 D DN40 HG/T21518-2005 FM 氣氨出口管 E DN80 HG/T20592-2009 FM 液氨出口 F DN32 HG/T20592-2009 FM 排污管 SV DN80 HG/T20592-2009 FM 安全閥接口 M DN500 HG/T20592-2009 MFM 人孔 L DN20 HG/T20592-2009 FM 磁性液位計接口 ② 結(jié)構(gòu)設(shè)計 化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括設(shè)備承壓殼體（一般為筒體和封頭）及其零部件的設(shè)計。設(shè)備零部件包括支座、接管和法蘭、人孔和手孔、液面計、視鏡等。我國已經(jīng)制訂了化工設(shè)備通用零部件的系列標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時可根據(jù)具體設(shè)計條件按照附錄中給出的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選用。 1、壓力容器選擇 （a）物料的物理化學(xué)性質(zhì) 氨作為一種重要的化工原料，應(yīng)用廣泛，為運輸及儲存便利，通常，將氣態(tài)的氨氣通過加壓或冷卻，得到液態(tài)氨。液氨，又稱為無水氨，是一種無色液體，有強烈的刺激性氣味，液氨在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，而且具有腐蝕性，且容易揮發(fā)，采用鋼瓶和槽車裝運。 （b）壓力容器的類型 化工設(shè)備的主體是壓力容器，容器的強度決定著設(shè)備的安全性，為了加強壓力容器的安全監(jiān)察，保護(hù)任命生命和財產(chǎn)的安全，國家質(zhì)量監(jiān)督局頒布了壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程這是一部對壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督提出基本要求的法規(guī)，壓力容器設(shè)計、安裝、使用、檢驗、修理和改造等單位必須遵守的法規(guī)，為了有利于安全技術(shù)監(jiān)督和管理，壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程將其管轄范圍內(nèi)的壓力容器劃分為三類，分別為第一類壓力容器、第二類壓力容器和第三類壓力容器。 本次設(shè)計壓力容器中的介質(zhì)為液態(tài)氨，屬于中度危害，是第二組介質(zhì)且設(shè)計壓力為中壓，所以將其劃分為第二類壓力容器。 （c）壓力容器的用材 正確選擇材料對于保護(hù)設(shè)備的安全使用和降低成本是至關(guān)重要的。壓力容器用材料包括容器及壓殼體用鋼和設(shè)備零部件用材料，零部件有受壓元件（如接管、法蘭）和非受壓元件（如支座），所用材料涉及鋼板、鋼管、鍛件、型鋼及鋼棒等。 壓力容器受元件用鋼應(yīng)符合GB150《鋼制壓力容器》中的有關(guān)規(guī)定，對于非受壓元件用鋼，當(dāng)與受壓元件焊接時，也應(yīng)是焊接性能良好的鋼材。壓力容器通常采用鋼板經(jīng)過成型焊接而成，法蘭視具體情況可采用鋼板或鍛件，螺栓和螺柱應(yīng)采用鋼棒，接管一般應(yīng)采用無縫鋼管，支座所用材料涉及鋼板，型鋼及鋼管，因為使用溫度在-20℃～50℃，設(shè)計壓力為2.2MPa，所以選用16MnR， 封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，同樣采用16MnR。 16MnR的使用溫度為-20～475℃，設(shè)計壓力p≤35MPa，對容器中的介質(zhì)沒有限制，是壓力容器專用鋼。 2、筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （a）筒體公稱直徑和筒體長度的確定：筒體直徑一般由工藝條件決定，但是要符合壓力容器的公稱直徑。標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭是中低壓容器經(jīng)常采用的封頭形式。封頭公稱直徑必須與筒體的公稱直徑相一致。公稱體積Vg=20m 計算容積v = L/4= 18.2m （b） 橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積： 查GB/T25198-2010《壓力容器用封頭》中EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，如下表： 表5 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/m 容積V封/m 2000 525 4.4930 1.1257 計算容積v =2V +L/4=20.5m 工作容積為V =ФV=0.8520.5=17.4m 3、各個接管的位置及法蘭的選擇 （a）接管的設(shè)計：各物料進(jìn)出管及檢測儀表等接管內(nèi)伸形式為插入式。 開孔：液氨入口DN80，液氨出口DN80，氣氨出口DN40，放空口DN25，排污管DN32，安全閥口DN80，壓力表接口DN25。 由《輸送流體用無縫鋼管》查得各管的外徑以及壁厚；外伸的尺寸由實際工程決定；對于液氨的入口管，其伸進(jìn)的管長應(yīng)大于筒體中心線的100-200mm,進(jìn)料管伸進(jìn)設(shè)備內(nèi)部并將管口的一端切成450 ，為了是避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動,減少磨蝕和腐蝕并且為了在短時間內(nèi)將物料注滿容器。 液氨入口 液氨出口 氣氨出口 放空口 排污管 安全閥接口 壓力表接口 DN 80 80 40 25 32 80 25 外徑（B系列） 89 89 45 32 38 89 32 壁厚 6 6 4.5 4.5 4.5 6 4.5 安裝位置 上部 下部 上部 上部 下部 上部 上部 外伸尺寸 200 200 200 200 200 200 200 內(nèi)伸尺寸 1400 50 0 0 50 0 0 數(shù)量 1 1 1 1 1 1 1 伸出量質(zhì)量 Kg 19.03 2.453 0.674 0.458 0.744 1.842 0.458 接管法蘭型號 HG/T 20592 WN80(B)-4.0 FM S=6 16Mn HG/T 20592 WN80(B)-4.0 FM S=6 16Mn HG/T 20592 WN40(B)-4.0 FM S=4.5 16Mn HG/T 20592 WN25(B)-4.0 FM S=4.5 16Mn HG/T 20592 WN32(B)-4.0 FM S=4.5 16Mn HG/T 20592 WN80(B)-4.0 FM S=6 16Mn HG/T 20592 WN25(B)-4.0 FM S=4.5 16Mn 表6 各接管設(shè)計表 安全閥接口中心線與人孔中心線間距: 氣氨出口中心線與安全閥接口中心線的間距: 放空口中心線與氣氨出口中心線的間距: 壓力表接口中心線與放空口中心線的間距: 液氨入口中心線與壓力表接口中心線的間距: 人孔中心線與液氨入口中心線間距: （b）法蘭的設(shè)計：法蘭設(shè)計可根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選型設(shè)計，也可按GB150相關(guān)條款進(jìn)行設(shè)計。法蘭有壓力容器法蘭和管法蘭，二者屬相同的標(biāo)準(zhǔn)體系。表7 PN25帶頸對焊鋼制管法蘭及密封面尺寸（mm） 公稱尺寸 鋼管外徑 連接尺寸 法蘭厚度 法蘭頸 法蘭高度 DN A1 D K L n Th C N S H1 R H 20 25 105 75 11 4 M10 18 40 2.3 6 4 40 25 32 115 85 11 4 M10 18 46 2.6 6 4 40 32 38 140 100 14 4 M12 18 56 2.6 6 6 42 40 45 150 115 14 8 M12 18 64 2.6 7 6 45 80 89 200 160 18 8 M16 24 105 3.2 12 8 58 ?。╟）墊片的選擇：根據(jù)溫度、壓力及介質(zhì)腐蝕性選擇墊片材料 石棉橡膠墊片的使用條件 P≤4.0MPa t的范圍為-40 0C~290 0C 人孔的設(shè)置 人孔即檢查孔。壓力容器開設(shè)檢查孔目的是為了檢查壓力容器在使用過程中是否產(chǎn)生裂紋，變形，腐蝕等缺陷以及裝拆設(shè)備的內(nèi)部零部件，一般設(shè)備的公稱直徑在900mm以下時可根據(jù)需要設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的手孔，超過900mm時應(yīng)開設(shè)人孔。人孔有圓形和長圓兩種。人孔大小的設(shè)置原則是方便人的進(jìn)出，因此，圓形人孔的公稱直徑規(guī)定為400～600mm，所以本次設(shè)計選擇人孔公稱直徑為450 mm。 表9 回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔明細(xì)表 件號 標(biāo)準(zhǔn)號 名稱 數(shù)量 材料 1 筒節(jié) 1 16MnR 2 HG20613 等長雙頭螺柱 20 8.8級35CrMoA 3 螺母 40 8.8級35CrMo 4 HG20595 法蘭 1 16MnII 5 HG20606 墊片 1 非金屬平墊 6 HG20601 法蘭蓋 1 16MnR 7 把手 1 Q235 -AF 8 軸銷 1 Q235 -AF 9 GB/T91 銷 2 Q215 10 GB/T95 墊圈 2 100HV 11 蓋軸耳（1）A 1 Q235 -AF 12 法蘭軸耳（1） 1 Q235 -AF 13 法蘭軸耳（2） 1 Q235 -AF 14 蓋軸耳（2） 1 Q235 -AF 表10 回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔的尺寸 總質(zhì)量 480*12 670 600 375 175 250 42 41 46 250 121 456 245（kg） 5、液位計的設(shè)計 （1）根據(jù)罐內(nèi)水壓試驗壓力選取壓力等級為4MPa。 （2）選普通型，外加保溫層的液位計。 （3）中心距L的選擇： （4）材質(zhì)選擇：0Cr18Ni9（304）。 液位： （5） 介質(zhì) 。 （6）采用規(guī)格為DN20的接管 外伸120，內(nèi)伸0。 （7）采用帶對焊法蘭，法蘭規(guī)格為DN20，密封面型式采用突面。 鞍座的計算 容器支座有鞍式支座，腿式支座，支承式支座，耳式支座和裙式支座,本次設(shè)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)，對于一般直徑在1000 mm以上的容器，選用輕型鞍座就可滿足要求，鞍座與基礎(chǔ)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(yīng)配對使用。 雙鞍座臥式容器的受力狀態(tài)可簡化為受均布載荷的外伸梁，由材料力學(xué)知，當(dāng)外伸長度A=0.207L時，跨度中央的彎矩與支座截面處的彎矩絕對值相等，從而使上述兩截面上保持等強度，所以通常取尺寸A不超過0.2L值，中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB 4731《鋼制臥式容器》規(guī)定）A≤0.2L=0.2（L+2h+2），A最大不超過0.25L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過大。 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(dāng)滿足A≤0.2L時，最好使A≤0.5R m（）,即 ，取A=500mm 綜上有：A=550mm。 公稱直徑DN（mm） 允許載荷Q(kN) 鞍座高度h（mm） 底座（mm） 腹板δ2 筋板(ｍｍ) 11 b1 δ1 l3 b2 b3 δ 2000 300 250 1420 220 12 10 330 190 260 8 墊板（ｍｍ） 螺栓間距 ｌ２ 鞍座質(zhì)量（kg） 螺紋 弧長 ｂ４ δ ｅ 2330 430 10 80 1260 160 17 計算支座的最佳位置：a=1000mm 7、焊接接頭設(shè)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(qū)的總稱，焊縫是焊接接頭的主要部分。焊接接頭的型式直接影響到焊接的質(zhì)量與容器的安全。焊接接頭的型式及焊接材料應(yīng)在化工設(shè)備的裝配圖及零部件圖中以適當(dāng)?shù)姆绞奖硎境鰜怼? （a）回轉(zhuǎn)殼體的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計 回轉(zhuǎn)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，是容器要求最高的焊縫，對容器的安全至關(guān)重要，必須采用對接焊，不允許采用搭接焊.對接焊易于焊透，質(zhì)量容易保證，易于作無損檢測，可獲得最好的焊接接頭質(zhì)量。此采用Y型對接接頭。 （b）接管與殼體的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計 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(jié)構(gòu)還與對容器的強度與安全的要求有關(guān)，涉及到是否開坡口，單面焊與雙面焊，焊透與否等問題。 中低壓容器不需另作補強的小直徑接管可直接插入殼體所開孔內(nèi)，有平齊式和內(nèi)伸式兩種。插入出接管與殼體總有一定間隙，但此間隙不大于3 mm，過大的間隙在焊接收縮時易產(chǎn)生裂紋或其他焊接缺陷。 （c）帶補強圈的接管的焊接結(jié)構(gòu) 補強元件的補強圈，一方面要求盡量與補強出的殼體貼合緊密，另外與接管與殼體之間的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計也應(yīng)力求完善合理。 二、強度計算6 筒體名義厚度的初步確定 臥式容器不考慮液柱靜壓力，故計算壓力＝p＝2.0 MPa。 筒體設(shè)計選用6～16 mm厚度的16MnR，50℃下其許用應(yīng)力＝170 MPa。 計算厚度 式中， ――計算壓力，MPa； ――圓筒內(nèi)直徑，mm； ――容器元件材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa； ――圓筒的焊接接頭 根GB3531，負(fù)偏差＝0.25系數(shù)，＝1.0。 設(shè)計容器 ＝13.1mm。腐蝕裕量＝2mm。厚度附加量＝2.25mm。 名義厚度即 =16mm 2、封頭壁厚的計算 本設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭（2:1）即：K（形狀系數(shù)）=1.0。式中 根據(jù)公式，封頭的設(shè)計壁厚為： 查表：取鋼板的負(fù)偏差， 則筒體的名義壁厚為：。 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以內(nèi)徑為公稱直徑的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭(代號EHA)的直邊高度只與公稱直徑有關(guān)： DN≤2000mm時,直邊高度為25mm； DN>2000mm時,直邊高度。為40mm 由于所設(shè)計的筒體公稱直徑DN=2000mm=2000mm， 所以直邊高度為h=25mm， ②開孔補強計算 根據(jù)GB150，當(dāng)設(shè)計壓力小于或等于2.5MPa時，在殼體上開孔，兩相鄰開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，接管厚度滿足要求，不另行補強，故該儲罐中只有DN=450mm的 人孔需要補強。 1、容器的水壓試驗 所謂壓力試驗，就是用液體或氣體作為工作介質(zhì)，在容器內(nèi)施加比它的設(shè)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(zhì)，故本次設(shè)計采用水壓試驗。 根據(jù)GB150標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，液壓試驗時 式中，——容器元件材料在試驗溫度下的許用應(yīng)力，MPa； ――容器元件材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa。 所以 　 而圓筒的應(yīng)力 式中 ――試驗壓力下圓筒的應(yīng)力，MPa； ――圓筒內(nèi)直徑，mm； ――圓筒的有效厚度，mm； ――圓筒材料在試驗溫度下的屈服點，MPa； ――圓筒的焊接接頭系數(shù)。 設(shè)計容器：　　 所以，厚度校核合格。 臥式容器 計算單位 中航一集團(tuán)航空動力控制系統(tǒng)研究所 計 算 條 件 簡 圖 設(shè)計壓力 p 2.2 MPa 設(shè)計溫度 t 50 ℃ 筒體材料名稱 Q345R 封頭材料名稱 Q345R 封頭型式 橢圓形 筒體內(nèi)直徑 Di 2000 mm 筒體長度 L 5800 mm 筒體名義厚度 dn 16 mm 支座墊板名義厚度 drn 10 mm 筒體厚度附加量 C 2.3 mm 腐蝕裕量 C1 2 mm 筒體焊接接頭系數(shù) F 1 封頭名義厚度 dhn 16 mm 封頭厚度附加量 Ch 2.3 mm 鞍座材料名稱 Q235A 鞍座寬度 b 220 mm 鞍座包角 θ 120 支座形心至封頭切線距離 A 510 mm 鞍座高度 H 250 mm 地震烈度 八(0.2g) 度  內(nèi)壓圓筒校核 計算單位 中航一集團(tuán)航空動力控制系統(tǒng)研究所 計算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn) GB 150.3-2011 計算條件 筒體簡圖 計算壓力 pc 2.20 MPa 設(shè)計溫度 t 50.00 C 內(nèi)徑 Di 2000.00 mm 材料 Q345R ( 板材 ) 試驗溫度許用應(yīng)力 [s] 189.00 MPa 設(shè)計溫度許用應(yīng)力 [s]t 189.00 MPa 試驗溫度下屈服點 ss 345.00 MPa 鋼板負(fù)偏差 C1 0.30 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 1.00 厚度及重量計算 計算厚度 d = = 11.71 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 13.70 mm 名義厚度 dn = 16.00 mm 重量 4613.67 Kg 壓力試驗時應(yīng)力校核 壓力試驗類型 液壓試驗 試驗壓力值 pT = 1.25p = 2.7500 (或由用戶輸入) MPa 壓力試驗允許通過 的應(yīng)力水平 [s]T [s]T 0.90 ss = 310.50 MPa 試驗壓力下 圓筒的應(yīng)力 sT = = 202.10 MPa 校核條件 sT [s]T 校核結(jié)果 合格 壓力及應(yīng)力計算 最大允許工作壓力 [pw]= = 2.57168 MPa 設(shè)計溫度下計算應(yīng)力 st = = 161.68 MPa [s]tf 189.00 MPa 校核條件 [s]tf ≥st 結(jié)論 合格  左封頭計算 計算單位 中航一集團(tuán)航空動力控制系統(tǒng)研究所 計算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn) GB 150.3-2011 計算條件 橢圓封頭簡圖 計算壓力 pc 2.20 MPa 設(shè)計溫度 t 50.00 C 內(nèi)徑 Di 2000.00 mm 曲面深度 hi 525.00 mm 材料 Q345R (板材) 設(shè)計溫度許用應(yīng)力 [s]t 189.00 MPa 試驗溫度許用應(yīng)力 [s] 189.00 MPa 鋼板負(fù)偏差 C1 0.30 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 1.00 壓力試驗時應(yīng)力校核 壓力試驗類型 液壓試驗 試驗壓力值 pT = 1.25p= 2.7500 (或由用戶輸入) MPa 壓力試驗允許通過的應(yīng)力[s]t [s]T 0.90 ss = 310.50 MPa 試驗壓力下封頭的應(yīng)力 sT = = 188.98 MPa 校核條件 sT [s]T 校核結(jié)果 合格 厚度及重量計算 形狀系數(shù) K = = 0.9380 計算厚度 dh = = 10.95 mm 有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 13.70 mm 最小厚度 dmin = 3.00 mm 名義厚度 dnh = 16.00 mm 結(jié)論 滿足最小厚度要求 重量 569.83 Kg 壓 力 計 算 最大允許工作壓力 [pw]= = 2.75035 MPa 結(jié)論 合格  右封頭計算 計算單位 中航一集團(tuán)航空動力控制系統(tǒng)研究所 計算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn) GB 150.3-2011 計算條件 橢圓封頭簡圖 計算壓力 pc 2.20 MPa 設(shè)計溫度 t 50.00 C 內(nèi)徑 Di 2000.00 mm 曲面深度 hi 525.00 mm 材料 Q345R (板材) 設(shè)計溫度許用應(yīng)力 [s]t 189.00 MPa 試驗溫度許用應(yīng)力 [s] 189.00 MPa 鋼板負(fù)偏差 C1 0.30 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 1.00 壓力試驗時應(yīng)力校核 壓力試驗類型 液壓試驗 試驗壓力值 pT = 1.25p= 2.7500 (或由用戶輸入) MPa 壓力試驗允許通過的應(yīng)力[s]t [s]T 0.90 ss = 310.50 MPa 試驗壓力下封頭的應(yīng)力 sT = = 188.98 MPa 校核條件 sT [s]T 校核結(jié)果 合格 厚度及重量計算 形狀系數(shù) K = = 0.9380 計算厚度 dh = = 10.95 mm 有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 13.70 mm 最小厚度 dmin = 3.00 mm 名義厚度 dnh = 16.00 mm 結(jié)論 滿足最小厚度要求 重量 569.83 Kg 壓 力 計 算 最大允許工作壓力 [pw]= = 2.75035 MPa 結(jié)論 合格  臥式容器（雙鞍座） 計算單位 中航一集團(tuán)航空動力控制系統(tǒng)研究所 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) NB/T 47042-2014 計 算 條 件 簡 圖 設(shè)計壓力 2.2 MPa 計算壓力 2.2 MPa 設(shè)計溫度 50 ℃ 試驗壓力 2.75 MPa 圓筒材料 Q345R 封頭材料 Q345R 圓筒材料常溫許用應(yīng)力 189 MPa 封頭材料常溫許用應(yīng)力 189 MPa 圓筒內(nèi)直徑 2000 mm 圓筒材料設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 189 MPa 圓筒平均半徑 1008 mm 封頭材料設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 189 MPa 圓筒名義厚度 16 mm 圓筒材料常溫屈服點 345 MPa 圓筒有效厚度 13.7 mm 圓筒材料常溫彈性模量 201000 MPa 封頭名義厚度 16 mm 圓筒材料設(shè)計溫度下彈性模量 199500 MPa 封頭有效厚度 13.7 mm 操作時物料密度 563 kg/m3 兩封頭切線間距離 5850 mm 液壓試驗介質(zhì)密度 1000 kg/m3 圓筒長度 5800 mm 物料充裝系數(shù) 0.85 封頭曲面深度 525 mm 焊接接頭系數(shù) 1 殼體材料密度 7850 kg/m3 附件質(zhì)量 0 kg 鞍座結(jié)構(gòu)參數(shù) 鞍座材料 Q235A 地腳螺栓材料 鞍座材料許用應(yīng)力 160 MPa 地腳螺栓材料許用應(yīng)力 0 MPa 鞍座包角 120 鞍座中心線至封頭切線距離 510 mm 鞍座墊板名義厚度 10 mm 鞍座軸向?qū)挾? 220 mm 鞍座墊板有效厚度 8.7 mm 鞍座腹板名義厚度 10 mm 鞍座高度 250 mm 鞍座墊板寬度 430 mm 圓筒中心至基礎(chǔ)表面距離 1266 mm 地震烈度 8(0.2g) 腹板與筋板(小端)組合截面積 20080 mm2 鞍座底板與基礎(chǔ)間的靜摩擦系數(shù) 0.4 腹板與筋板(小端)組合截面抗彎截面系數(shù) 369095 mm3 鞍座底板對基礎(chǔ)墊板的動摩擦系數(shù) 筒體軸線兩側(cè)螺栓間距 l 1260 mm 地腳螺栓公稱直徑 24 mm 承受傾覆力矩螺栓個數(shù) 2 個 地腳螺栓根徑 20.752 mm 承受剪應(yīng)力螺栓個數(shù) 2 個  支 座 反 力 計 算 圓筒質(zhì)量(兩切線間) 4653.57 kg 封頭質(zhì)量(曲面部分) 1099.92 kg 附件質(zhì)量 0 kg 封頭容積(曲面部分) 1.09956e+09 容器容積 2.05774e+10 mm3 容器內(nèi)充液質(zhì)量 操作工況 9847.33 kg 液壓試驗 = 20577.4 kg 耐熱層質(zhì)量 0 kg 總質(zhì)量 操作工況 15600.8 kg 液壓試驗 26330.9 kg 單位長度載荷 操作工況 23.3655 N/mm 液壓試驗 39.4361 N/mm 支座反力 操作工況 76522 N 液壓試驗 129153 N 129153 N 系 數(shù) 確 定 系數(shù)確定條件 A>Ra/2 θ=120 系數(shù) K1=0.106611 K2=0.192348 K3=1.17069 K4= K5=0.760258 K6=0.0136848 K6’=0.0112488 K7= K8= K9=0.203522 C4= C5= 筒 體 軸 向 應(yīng) 力 計 算 及 校 核 軸 向 彎 矩 圓筒中間橫截面 操作工況 = 6.52522e+07 Nmm 水壓試驗工況 = 1.10132e+08 Nmm 鞍座平面 操作工況 -2.88424e+06 Nmm 水壓試驗工況 -4.868e+06 Nmm  鞍座平面最高點處 81.5533 MPa 內(nèi)壓未加壓 圓筒中間橫截面最高點處 -1.49288 MPa 鞍座平面最低點處 -0.343062 MPa 水壓試驗工況 未加壓 圓筒中間橫截面最高點處 -2.51966 MPa 鞍座平面最低點處 -0.579018 MPa 加壓 圓筒中間橫截面最低點處 103.688 MPa 鞍座平面最高點處 102.213 MPa 應(yīng)力校核 許用壓縮應(yīng)力 外壓應(yīng)力系數(shù)B 0.00126752 按GB150.3規(guī)定求取B = 141.39 MPa，B0=151.268 MPa。 操作工況 141.39 MPa 水壓試驗工況 151.268 MPa 操作工況 內(nèi)壓加壓 =82.4272 < 189 合格 內(nèi)壓 未加壓 =1.49288 < 141.39 合格 水壓試驗工況 加壓 =103.688 <= 310.5 合格 未加壓 =2.51966 <151.268 合格 圓 筒 切 向 剪 應(yīng) 力 及 封 頭 應(yīng) 力 計 算 及 校 核 圓筒切向剪應(yīng)力 圓筒未被封頭加強 （時） 8.07371 MPa 圓筒被封頭加強 （時） MPa 封頭應(yīng)力 圓筒被封頭加強 （時） MPa  應(yīng)力校核 圓筒切向剪應(yīng)力 t=8.07371 <0.8 [s ]t =151.2 合格 封頭應(yīng)力 橢圓形 MPa 其中 碟形 MPa 其中 半球形 MPa th = 圓 筒 周 向 應(yīng) 力 計 算 及 校 核 圓筒的有效寬度 418.114 mm 鞍座墊板包角 132 取k=0.1 無加強圈圓筒 無墊板或墊板不起加強作用時 橫截面 最低點處 MPa 鞍座 邊角處 當(dāng)L/Ra≥8時 MPa 當(dāng)L/Ra<8時 MPa 墊板起加強作用時 橫截面 最低點處 -1.04839 MPa 鞍座邊角處 當(dāng)L/Ra≥8時 MPa 當(dāng)L/Ra<8時 -17.323 MPa 鞍座墊板 邊緣處 當(dāng)L/Ra≥8時 MPa 當(dāng)L/Ra<8時 -21.6418 MPa 有加強圈圓筒 加強圈參數(shù) 加強圈材料: e = mm d = mm 加強圈數(shù)量, n = 個 組合總截面積, A0 = mm2 組合截面總慣性矩, I0 = mm4 設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 MPa 加強圈位于 鞍座平面內(nèi) 鞍座 邊角處 圓筒周向應(yīng)力 MPa 加 強 圈 邊 緣 周 向 應(yīng) 力 MPa  有加強圈圓筒 加強圈靠近鞍座平面 無墊板或墊板不起加強作用時 橫截面最低點處 MPa 鞍座邊角處 當(dāng)L/Ra≥8時 MPa 當(dāng)L/Ra<8時 MPa 墊板起加強作用時 橫截面最低點處 MPa 鞍座邊角處 當(dāng)L/Ra≥8時 MPa 當(dāng)L/Ra<8時 MPa 靠近水平中心線 圓筒周向應(yīng)力 MPa 加 強 圈 邊緣 周 向 應(yīng) 力 MPa 應(yīng)力校核 =1.04839 <[s]t = 189 合格 =17.323 < 1.25[s]t = 236.25 合格 =21.6418 < 1.25[s]t = 236.25 合格 = 1.25[s]t = = 1.25[s]tR = 鞍 座 設(shè) 計 計 算 結(jié)構(gòu)參數(shù) 鞍座計算高度 =250 mm 鞍座墊板有效寬度 =418.114 mm 腹板水平拉應(yīng)力計算及校核 腹板水平力 26285.5 N 水平拉應(yīng)力 無 墊 板 或 墊 板 不 起 加 強 作 用 MPa 墊板起加強作用 4.2827 MPa 應(yīng)力校核 =4.2827 < = 106.667 合格 鞍座壓縮應(yīng)力計算及校核 地震引起的腹板與筋板組合截面應(yīng)力 水平地震影響系數(shù) 查表9得，α1=0.16 水平地震力 24487 N 當(dāng)時， -12.4234 MPa 當(dāng)時, MPa  溫差引起的腹板與筋板組合截面應(yīng)力 -24.5432 MPa 應(yīng)力校核 |ssa|=12.4234 < 1.2[s]sa = 192 合格 |stsa|=24.5432 < [s]sa = 160 合格 地震引起的地腳螺栓應(yīng)力計算及校核 地腳螺栓 截面積 Abt= 338.057 mm2 傾覆力矩 =-4.55767e+06 Nmm 地腳螺栓 拉應(yīng)力 -5.34999 MPa 地腳螺栓 剪應(yīng)力 當(dāng)時 MPa 應(yīng)力校核 拉應(yīng)力 sbt=-5.34999 < 1.2[s]bt = 0 合格 剪應(yīng)力 tbt= 0.8Ko[s] bt = 結(jié)束語 壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟(jì)的各個部門都起著重要作用的設(shè)備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構(gòu)成容器本體。此外，還配有安全裝置、表計及完成不同生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)件。壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)等原因，容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財產(chǎn)的安全及污染環(huán)境的事故。目前，世界各國均將其列為重要的監(jiān)檢產(chǎn)品，由國家指定的專門機(jī)構(gòu)，按照國家規(guī)定的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)實施監(jiān)督檢查和技術(shù)檢驗。 隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，液氨作為一種化工基本原料，此設(shè)計的一套儲罐為20m3。通過查閱各種相關(guān)書籍，對各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)、強度進(jìn)行詳細(xì)的計算，從附件、可能引起的突發(fā)因素等多角度考慮，建立了比較完善的安全防范系統(tǒng)。我首先介紹了液氨的性質(zhì)，包括物理性質(zhì)和熱力性質(zhì)。隨后進(jìn)行了儲罐的設(shè)計，著重設(shè)計了筒體和封頭的厚度設(shè)計以及強度的校核，開孔及補強的計算，鋼瓶的設(shè)計和附件的選取，附件包括安全閥，溫度力壓力計，液位計和管道設(shè)計。 通過這次設(shè)計我熟練應(yīng)用了學(xué)過的知識，這既是對學(xué)過知識的一種檢測，也是一種能力的提升。我還練習(xí)使用了office，CAXA， SW6-2011等軟件，這無疑又多學(xué)習(xí)了知識。 在本次設(shè)計中，我們不斷的提出問題、改正問題，在指導(dǎo)老師的認(rèn)真指導(dǎo)下，我們完成了液氨儲罐設(shè)計。最后要感謝指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和同學(xué)的合作。 十.參考文獻(xiàn)： [1]GB105-1998鋼制壓力容器。北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998 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