课程设计（论文）35M3液氨储罐设计.doc

中北大学中北大学 课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书 学生姓名：学生姓名：学学 号：号：学学 院：院：机械与动力工程学院机械与动力工程学院 专专 业：业：过程装备与控制工程过程装备与控制工程 题题 目：目：（35）M3 液氨储罐设计液氨储罐设计 指导教师：指导教师：2014 年年 06 月月 16 日日 中北大学中北大学 课程设计任务书课程设计任务书 2013/2014 学年学年 第第 二二 学期学期 学学 院：院：机械与动力工程学院机械与动力工程学院 专专 业：业：过程装备与控制工程过程装备与控制工程 学学 生生 姓姓 名：名：课程设计题目：课程设计题目：（35）M3 液氨储罐设计液氨储罐设计 起起 迄迄 日日 期：期：06 月月 16 日日06 月月 27 日日 课程设计地点：课程设计地点：校内校内 指指 导导 教教 师：师：基层教学组织负责人：基层教学组织负责人：下达任务书日期下达任务书日期:2014 年年 06 月月 16 日日 课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 1设计目的：设计目的：1)使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。程。2)掌握查阅和综合分析文献资料的能力，进行设掌握查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案的可行性研究计方法和设计方案的可行性研究和论证。和论证。3)掌握电算设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计掌握电算设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算机操作和专业软件的使用。算机操作和专业软件的使用。4)掌握工程图纸的计算机绘图。掌握工程图纸的计算机绘图。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1原始数据原始数据 设计条件表设计条件表 序号序号 项项 目目 数数 值值 单位单位 备备 注注 1 名名 称称 35m3 液氨储罐液氨储罐 2 用用 途途 液氨储存液氨储存 3 最高工作压力最高工作压力 MPa 由介质温度确定由介质温度确定 4 工作温度工作温度 -2048 5 公称容积（公称容积（Vg）10/16/20/25/40 M3 6 工作压力波动情况工作压力波动情况 可不考虑可不考虑 7 装量系数装量系数(V)0.85 8 工作介质工作介质 液氨（中度危害）液氨（中度危害）9 使用地点使用地点 室外室外 10 安装与地基要求安装与地基要求 11 其它要求其它要求 管口表管口表 接管代号接管代号 公称尺寸公称尺寸 连接尺寸标准连接尺寸标准 连接面形式连接面形式 用途或名称用途或名称 a DN80 HG/T20592-2009 FF 液氨进口管液氨进口管 b DN80 HG/T20592-2009 FF 安全阀接口安全阀接口 c DN80 HG/T20592-2009 FF 空气进口管空气进口管 d DN80 HG/T20592-2009 FF 空气出口管空气出口管 e DN40 HG/T20592-2009 FF 压力表接口压力表接口 f DN450 HG/T21524-2005 TG 人孔人孔 g DN40 HG/T20592-2009 FF 液位计接口液位计接口 h DN80 HG/T20592-2009 FF 液氨出口管液氨出口管 课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 2设计内容设计内容 1）设备工艺、结构设计；）设备工艺、结构设计；2）设备强度计算与校核；）设备强度计算与校核；3）技术条件编制；）技术条件编制；4）绘制设备总装配图；）绘制设备总装配图；5）编制设计说明书。）编制设计说明书。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文论文)、图、图纸、纸、实物实物样品等样品等：1）设计说明书：设计说明书：主要内容包括：封面、设计任务书、目录、设计方案的分析和拟定、各部分结构尺主要内容包括：封面、设计任务书、目录、设计方案的分析和拟定、各部分结构尺 寸的设计计算和确定、设计总结、参考文献等；寸的设计计算和确定、设计总结、参考文献等；2）总装配图）总装配图 设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要 合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字书写采用仿宋体、内容要详尽，图纸合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字书写采用仿宋体、内容要详尽，图纸 采用计算机绘制。采用计算机绘制。课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 4主要参考文献：主要参考文献：1 国家质量技术监督局，国家质量技术监督局，GB150-2011钢制压力容器，中国标准出版社，钢制压力容器，中国标准出版社，1998 2 国家质量技术监督局，压力容器安全国家质量技术监督局，压力容器安全技术监察规程，中国劳动社会保障出版社，技术监察规程，中国劳动社会保障出版社，1999 3 全国化工设备设计技术中心站，化工设备图样技术要求，全国化工设备设计技术中心站，化工设备图样技术要求，2000，11 4 郑津洋、董其伍、桑芝富，过程设备设计，化学工业出版社，郑津洋、董其伍、桑芝富，过程设备设计，化学工业出版社，2001 5 黄振仁、魏新利，过程装备成套技术设计指南，化学工业出版社，黄振仁、魏新利，过程装备成套技术设计指南，化学工业出版社，2002 6 国家医药管理局上海医药设计院，化工工艺设计手册，化学工业出版社，国家医药管理局上海医药设计院，化工工艺设计手册，化学工业出版社，1996 7 蔡纪宁主编，化工设备机械基础课程设计指导书，化学工业出版社，蔡纪宁主编，化工设备机械基础课程设计指导书，化学工业出版社，2003 年年 5设计成果形式及要求：设计成果形式及要求：1）完成课程设计说明书一份；）完成课程设计说明书一份；2）草图一张（）草图一张（A1 图纸一张）图纸一张）3）总装配图一张）总装配图一张(A1 图纸一张图纸一张)；6工作计划及进度：工作计划及进度：2014 年年 06 月月 16 日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤 06 月月 17、18、19、20 日：机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制日：机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制 06 月月 21 日日06 月月 24 日：设计图纸绘制（草图和装配图）日：设计图纸绘制（草图和装配图）06 月月 25 日日06 月月 26 日：撰写设计说明书日：撰写设计说明书 06 月月 27 日：答辩及成绩评定日：答辩及成绩评定 基层教学负责人审查意见：基层教学负责人审查意见：签字：签字：年年 月月 日日 目录目录 第一部分第一部分 工艺设计工艺设计 第一章第一章 工艺计算工艺计算.1 1.1 设计温度设计温度.1 1.2 盛装液氨的压力容器设计存储量盛装液氨的压力容器设计存储量.1 1.3 设计初步选型及轮廓尺寸设计初步选型及轮廓尺寸.1 1.4 设计压力设计压力.2 1.5 工艺设计参数汇总工艺设计参数汇总.3 第二部分第二部分 机械设计机械设计 第二章第二章 选择材料选择材料 .4 第三章第三章 结构设计结构设计 .5 3.1 筒体和封头结构设计筒体和封头结构设计.5 3.1.1 筒体厚度设计筒体厚度设计.5 3.1.2 封头厚度设计封头厚度设计.5 3.1.3 封头的结构示意封头的结构示意.6 3.3 接口与接管法兰设计接口与接管法兰设计.6 3.3.1 接管和法兰接管和法兰.6 3.3.2 垫片设计垫片设计.8 3.3.3 螺栓（螺柱）选择螺栓（螺柱）选择.9 3.4 附件的设计附件的设计.10 3.4.1 人孔的设计人孔的设计.10 3.4.2 视镜的选择视镜的选择.11 3.4.3 液面计的选择液面计的选择.13 3.4.4 安全阀的选用安全阀的选用.13 3.5 支座结构设计支座结构设计.14 3.5.1 储罐总质量计算储罐总质量计算.14 3.5.2 鞍座负荷计算与选型鞍座负荷计算与选型.15 3.5.3 鞍座位置的确定鞍座位置的确定.17 3.6 焊接接头设计焊接接头设计.18 3.6.1 回转壳体的焊接结构设计回转壳体的焊接结构设计.18 3.6.2 接管与壳体的焊接接管与壳体的焊接结构设计结构设计.18 3.6.3 人孔补强圈与壳体结构设计人孔补强圈与壳体结构设计.19 第四章第四章 强度计算强度计算 .20 4.1 圆筒和封头校核圆筒和封头校核.20 4.2 卧式容器鞍式支座应力校核卧式容器鞍式支座应力校核.20 4.3 开孔补强计算开孔补强计算.20 4.3.1 补强设计方法判别补强设计方法判别.20 4.3.2 有效补强范围有效补强范围.21 4.3.3 有效补强面积有效补强面积.22 4.3.4 补强圈设计补强圈设计.22 4.4 容器的压力实验容器的压力实验.23 参考文献参考文献 .24 附录附录.25 第一部分第一部分 工艺设计工艺设计 第一章第一章 工艺计算工艺计算 1.1 设计温度设计温度 本设计液氨储罐置于室外，工作温度给定本设计液氨储罐置于室外，工作温度给定-2048，属于常温压力储存。，属于常温压力储存。罐内液氨的温度和压力直接受到大气温度的影响，工作温度为相应温度下的饱和罐内液氨的温度和压力直接受到大气温度的影响，工作温度为相应温度下的饱和 蒸汽压，因次此种类型储存罐不设置保温层。在夏季液氨储存经太阳暴晒，液氨蒸汽压，因次此种类型储存罐不设置保温层。在夏季液氨储存经太阳暴晒，液氨 温度可达温度可达 50，随着气温的变化，储罐的操作压力也在不断变化。取液氨储，随着气温的变化，储罐的操作压力也在不断变化。取液氨储罐罐 的设计温度为的设计温度为 50。1.2 盛装液氨的盛装液氨的压力容器设计存储量压力容器设计存储量 W V t 式中：式中：W 储存量储存量,kg；装载系数装载系数,取取 0.85；V压力容器容积，压力容器容积，m3；t 设计温度下的饱和溶液的密度，设计温度下的饱和溶液的密度，kg/m3；查压力容器介质手册查压力容器介质手册177 页页 表表 2 液体氨的性质，液氨在液体氨的性质，液氨在 50时密度时密度 为 t=562.871 kg/m3，饱和蒸汽压，饱和蒸汽压 pv 2.0325 MPa 则 W 0.85 35 562.871 16745.41kg 1.3 设计初步选型及轮廓尺寸设计初步选型及轮廓尺寸 筒体直径一般由工艺条件决定，但是要符筒体直径一般由工艺条件决定，但是要符合压力容器的公称直径。合压力容器的公称直径。根据公式：根据公式：D i2 L 35 m 3 4 L/Di 4 （一般取在（一般取在 36 之间）之间）1 得得 Di 2.233m 2233mm 根据根据 GB9019-2001压力容器公称直径压力容器公称直径2可取可取 Di 2300mm 。本设计容器属于中低压压力容器，而标准椭圆型封头的椭球部分经线曲率本设计容器属于中低压压力容器，而标准椭圆型封头的椭球部分经线曲率变变 化平滑连续，应力分布比较均匀，且易于冲压成型，是目前中低压容器经常的化平滑连续，应力分布比较均匀，且易于冲压成型，是目前中低压容器经常的封封 头之一，故本设计中采用标准椭圆型封头形式。封头公称直径必须与筒体的公头之一，故本设计中采用标准椭圆型封头形式。封头公称直径必须与筒体的公称称 直径相一致，即封头公称直径直径相一致，即封头公称直径=筒体直径筒体直径=Di 2300mm ，由由 JBT4746-2002钢制压力容器用封头钢制压力容器用封头3表表 B.1 可得封头总深可得封头总深 H=615mm，内表面积内表面积 A=6.0233 ，封头容积为，封头容积为 V 封封 =1.7588 m3 ，查表，查表 B.2 得封头质量为得封头质量为 m封封 744.5kg。根据根据 V 筒筒 V 1 5%2 V封封 35 1 5%2 1.7588 33.2324m3 而而 V D2 L 筒筒 4 i 筒筒 得 L筒筒 7.998 m 7998 mm,圆整得：圆整得：L筒筒 8000mm L 8000 3.48（在（在 36 之间）之间）Di 2300 V D2 L 33.24m3 筒筒 4 i 筒筒 V计算计算 V筒筒 2V封封 33.24 2 1.7588 36.76m3 误差误差 V计算计算 V 100%0.51%5%,故符合要求故符合要求 V 所以计算容积为所以计算容积为 36.76 m3 ，工作容积为，工作容积为36.76 0.85 31.24 m3 。1.4 设计压力设计压力 设计压力为容器的设计载荷条件之一，其值不得低于最高工作压力，而最设计压力为容器的设计载荷条件之一，其值不得低于最高工作压力，而最高高 工作压力指容器顶端在正常工作过程中可能产生的最高表压。装设安全阀的容工作压力指容器顶端在正常工作过程中可能产生的最高表压。装设安全阀的容 器，考虑到安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力不低于安全器，考虑到安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力不低于安全阀阀 的开启压力，通常可取最高工作压力的的开启压力，通常可取最高工作压力的 1.051.10 倍倍,本设计中不妨取本设计中不妨取 1.10。计算压力是指在相应的设计温度下，用以确定元件最危险截面厚度的压计算压力是指在相应的设计温度下，用以确定元件最危险截面厚度的压力，力，2 其中包括液柱静压力。通常情况下，计算压力等于设计压力与液柱静压其中包括液柱静压力。通常情况下，计算压力等于设计压力与液柱静压力之力之和，当元件所承受的液柱压力小于和，当元件所承受的液柱压力小于 5%设计时，可忽略不计。设计时，可忽略不计。则设计压力则设计压力 pc 1.10(pv pa)1.10(2.0325 0.1)2.13MPa 液柱静压力液柱静压力 t gDi 562.871 9.8 2.3 12687.11Pa 0.01269MPa 因为因为 t gDi 0.01269 0.6%5%pc 2.13 则液柱静压力可以不考虑，则计算压力与设计压力相等，由固定式压力容则液柱静压力可以不考虑，则计算压力与设计压力相等，由固定式压力容 器安全技术监察规程器安全技术监察规程4中压力容器分类方法可知，本设计储罐属于中压（代号中压力容器分类方法可知，本设计储罐属于中压（代号 M）容器。）容器。1.5 工艺工艺设计参数汇总设计参数汇总(见表见表 1.1)表 1.1 工艺设计参数工艺设计参数 参数（单位）参数（单位）数值数值 设计温度设计温度()50 液氨饱和蒸汽压液氨饱和蒸汽压(MPa)2.0325 最高工作压力最高工作压力(MPa)1.9325 设计压力设计压力(MPa)2.13 液氨密度液氨密度(kg /m3 )562.871 设计存储量设计存储量(kg)16745.41 圆筒公称直径圆筒公称直径(mm)2300 封头公称直径封头公称直径(mm)2300 封头总深度封头总深度(mm)615 封头内表面积封头内表面积(m2 )6.0233 封头容积封头容积(m3 )1.7588 封头质量封头质量(kg)744.5 计算容积计算容积(m3 )36.76 工作容积工作容积(m3 )31.24 3 第二部分第二部分 机械设计机械设计 第二章第二章 选择材料选择材料 纯液氨腐蚀性小，贮罐可选用一般钢材，本设计储罐为中压容器，且工作纯液氨腐蚀性小，贮罐可选用一般钢材，本设计储罐为中压容器，且工作温温 度为度为-2048。根据课程设计指导书根据课程设计指导书14 页页 材料的选择，可选用碳素钢和低合金钢，材料的选择，可选用碳素钢和低合金钢，一一 般来说，以强度设计为主的中压设备以采用普通低合金钢为宜。普通低合金钢般来说，以强度设计为主的中压设备以采用普通低合金钢为宜。普通低合金钢如如 16MnR 的屈服极限比普通碳素钢的屈服极限比普通碳素钢甚至优质碳素钢的屈服极限高出很多，采用这甚至优质碳素钢的屈服极限高出很多，采用这 类钢材制造压力容器，可以显著减小设备重量、降低制造成本，同时给设备的类钢材制造压力容器，可以显著减小设备重量、降低制造成本，同时给设备的运输和安装也带来了很大的方便。运输和安装也带来了很大的方便。根据根据 GB713-2008 锅炉与压力容器用钢板锅炉与压力容器用钢板5，16MnR、16Mng 和和 19Mng 合并为合并为 Q345R,由最新标准由最新标准 GB150-2011 钢制压力容器钢制压力容器6，此设计筒体和封头，此设计筒体和封头 材料最终选择材料最终选择 Q345R,钢板标准号为钢板标准号为 GB 713。Q345R 的许用应力的许用应力 t 列于下表：列于下表：表表 2.1 Q345R 在不同温度和厚度下的许用应力在不同温度和厚度下的许用应力 t 钢号钢号 板厚板厚/在下列温度（在下列温度（）下的许用应力）下的许用应力/Mpa 20 100 150 200 250 300 316 189 189 189 183 167 153 Q345R 1636 185 185 183 170 157 143 3660 181 181 173 160 147 133 60100 181 181 157 150 137 123 注意：由注意：由 GB150-2011 钢制压力容器钢制压力容器10.3.1 节对需要进行全部射线或超声检测条件的介绍，本设计采节对需要进行全部射线或超声检测条件的介绍，本设计采 用低合金钢用低合金钢 Q345R 作为材料，故需要进行作为材料，故需要进行 100%无损检测。无损检测。4 第三章第三章 结构设计结构设计 3.1 筒体和封头结构设计筒体和封头结构设计 通过第一章第通过第一章第 1.3 节对尺寸轮廓的初步计算，我们得出了筒体和封头的公称节对尺寸轮廓的初步计算，我们得出了筒体和封头的公称 直径为直径为2300mm，筒体长度，筒体长度8000mm，封头总深，封头总深H=615mm，内表面积内表面积A=6.0233 m2 ，容积为容积为 V 封封 =1.7588 m3 。3.1.1 筒体厚度设计筒体厚度设计 由筒体厚度计算式：由筒体厚度计算式：Pc Di（3.1）2 t Pc 其中：其中：-焊接系数，由焊接系数，由 GB150-2011 钢制压力容器规定：焊接接头系数钢制压力容器规定：焊接接头系数应根据受压元件的焊接接头型式及无损检测的长度比例确定。当进行应根据受压元件的焊接接头型式及无损检测的长度比例确定。当进行 100%无损检测时无损检测时 取取 1.00。本设计设计温度为本设计设计温度为 50，由表，由表 3.1 可知，当厚度为可知，当厚度为 3 16mm 时，时，t=189MPa，由式由式（3.1）可得筒体的计算可得筒体的计算厚度：厚度：13.03mm。按照按照 GB/T709-2006 热轧钢和钢带的尺寸外形热轧钢和钢带的尺寸外形7，本设计钢板厚度负偏，本设计钢板厚度负偏 差差 C1 为为 0.8mm。碳钢对液氨有良好的耐蚀性腐蚀率在。碳钢对液氨有良好的耐蚀性腐蚀率在 0.1 /年以下，假设设计年以下，假设设计 寿命为寿命为 20 年，则腐蚀余量：年，则腐蚀余量：C2 0.1 20mm 2mm 。故筒体的设计厚度：故筒体的设计厚度：d C2 13.03 2 15.03mm 名义厚度：名义厚度：n C1 C2 13.03 2 0.8 15.83mm。根据。根据 Q345R 钢板常钢板常 用规格，取名义厚度为用规格，取名义厚度为 16mm。有效厚度：有效厚度：e n C 16(2 0.8)13.20mm 3.1.2 封头厚度设计封头厚度设计 5 封头厚度计算式：封头厚度计算式：Pc Di 2 t 0.5Pc 解得：解得：13.00mm 可得封头的设计厚度：可得封头的设计厚度：d C2 13.00 2 15.00mm 名义厚度：名义厚度：n C1 C2 13.00 0.8 2 15.80mm。同理取名义。同理取名义 厚度为厚度为 16mm。有效厚度：有效厚度：e n C 16 (2 0.8)13.20mm 3.1.3 封头的结构图封头的结构图 封头结构图如图封头结构图如图 4.1 所示，所示，本设计封头采用标准椭圆封头本设计封头采用标准椭圆封头8，则，则 Di 2，其中，其中 2hi hi H h D i则则 h H Di 615 2300 40mm 4 4 hi h 图 3.1 封头结构图封头结构图 3.3 接口与接管法兰设计接口与接管法兰设计 3.3.1 接管和法兰接管和法兰 本设计液氨储罐应设置液氨进口、安全阀接口、人孔、空气进口、空气出口、本设计液氨储罐应设置液氨进口、安全阀接口、人孔、空气进口、空气出口、压力表接口、温度计口、液位计接压力表接口、温度计口、液位计接口、液氨出口。根据口、液氨出口。根据 GB150-2011钢制压力钢制压力 容器中开孔和开孔补强知，筒体上的开孔应为圆形、椭圆形或长圆形。本设容器中开孔和开孔补强知，筒体上的开孔应为圆形、椭圆形或长圆形。本设计计 考虑到圆孔开孔处应力分布比较均匀，故开孔选取圆形。考虑到圆孔开孔处应力分布比较均匀，故开孔选取圆形。6 根据根据 HG/T 20592-2009钢制管法兰钢制管法兰9中中 37 页表页表 8.2 1-1 PN2.5 板式平焊钢板式平焊钢 制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸见表制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸见表 3.1，查，查 HG/T20592-2009 钢制管法兰中附录钢制管法兰中附录 D 中表中表 D-3，得各法兰的质量见表，得各法兰的质量见表 3.1，根据，根据 HG/T 20592-2009钢制管法兰钢制管法兰4 材料，选用锻件材料，选用锻件 16Mn，法兰结构图如图，法兰结构图如图 3.2 所示：所示：表表 3.1 法兰尺寸参数法兰尺寸参数 公公 钢管外径法兰钢管外径法兰 连接尺寸连接尺寸 称称 焊缝外径焊缝外径 A1 法兰法兰 法兰内径法兰内径 名称名称 尺尺 法兰外法兰外 螺栓孔中螺栓孔中 螺栓孔螺栓孔 螺栓口螺栓口 螺栓螺栓 厚度厚度 B 1 质量质量 寸寸 径径 心圆直径心圆直径 直径直径 数数量量 Th C kg D K L n A B A B DN 液氨进液氨进 80 88.9 89 190 150 18 4 M16 18 90.5 91 3.0 管口管口 安全阀安全阀 80 88.9 89 190 150 18 4 M16 18 90.5 91 3.0 口口 空气进空气进 80 88.9 89 190 150 18 4 M16 18 90.5 91 3.0 气口气口 空气出空气出 80 88.9 89 190 150 18 4 M16 18 90.5 91 3.0 气口气口 液氨出液氨出 80 88.9 89 190 150 18 4 M16 18 90.5 91 3.0 气口气口 视镜口视镜口 80 88.9 89 190 150 18 4 M16 18 90.5 91 3.0 液位计液位计 40 48.3 45 130 100 14 4 M12 16 49.5 46 1.5 口口 压力表压力表 40 48.3 45 130 100 14 4 M12 16 49.5 46 1.5 口口 温度计温度计 40 48.3 45 130 100 14 4 M12 16 49.5 46 1.5 孔孔 注：根据注：根据 GB150-2011钢制钢制压力容器压力容器153 页页 6.1.3 节不另行补强的要求可知，本设计开孔都符合这些要节不另行补强的要求可知，本设计开孔都符合这些要 7 求，故无需补强。求，故无需补强。图图 3.2 法兰结构图法兰结构图 3.3.2 垫片设计垫片设计 查 HG/T 20609-2009钢制管法兰用金属包覆垫片钢制管法兰用金属包覆垫片10中中 144 页表页表 4.0.1 得得 本设计储罐各法兰垫片的尺寸见表本设计储罐各法兰垫片的尺寸见表 3.2。表 3.2 垫片尺寸表（垫片尺寸表（mm）管口名称管口名称 公称直径公称直径 内径内径 D1 外径外径 D2 液氨进管口液氨进管口 80 109.5 142 安全阀口安全阀口 80 109.5 142 空气进气口空气进气口 80 109.5 142 空气出气口空气出气口 80 109.5 142 液氨出气口液氨出气口 80 109.5 142 视镜口视镜口 80 109.5 142 液位计口液位计口 40 68 92 压力表口压力表口 40 68 92 注：注：1：包覆金属材料为纯铝板，标准为：包覆金属材料为纯铝板，标准为 GB/T 3880，代号为，代号为 L3。2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。3：垫片厚度均为：垫片厚度均为 3mm。8 3.3.3 螺栓（螺柱）选择螺栓（螺柱）选择 根据根据 HG/T 20613-2009 钢制管法兰用紧固件钢制管法兰用紧固件11中表中表 5.0.7-2 和附录中表和附录中表 A.0.1,得法兰附件螺柱的长度和平垫圈尺寸见表得法兰附件螺柱的长度和平垫圈尺寸见表 3.3，螺柱、螺母、平垫圈如图，螺柱、螺母、平垫圈如图 4.3，4.4 所示所示 表表 3.3 螺栓尺寸表螺栓尺寸表 (mm)公公 紧固件用平垫圈紧固件用平垫圈 质量质量 kg 称称 数量数量 名称名称 螺纹螺纹 螺柱长螺柱长 d1 d2 H M 直直 （个）（个）径径 液氨进管口液氨进管口 80 M16 4 85 17 30 3 136 安全阀口安全阀口 80 M16 4 85 17 30 3 136 空气进气口空气进气口 80 M16 4 85 17 30 3 136 空气出气口空气出气口 80 M16 4 85 17 30 3 136 液氨出气口液氨出气口 80 M16 4 85 17 30 3 136 视镜口视镜口 80 M16 4 85 17 30 3 136 液位计口液位计口 40 M12 4 70 13 24 2.5 56 压力表口压力表口 40 M12 4 70 13 24 2.5 56 注：所有螺栓材料均采用注：所有螺栓材料均采用 35CrMoA。图图 3.3 螺栓螺母结构图螺栓螺母结构图 图图 3.4 垫片结构图垫片结构图 9 3.4 附件的设计附件的设计 3.4.1 人孔的设计人孔的设计 人孔即检查孔。压力容器开设检查孔目的是为人孔即检查孔。压力容器开设检查孔目的是为了检查压力容器在使用过程了检查压力容器在使用过程中中 是否产生裂纹，变形，腐蚀等缺陷以及装拆设备的内部零部件，一般设备的公是否产生裂纹，变形，腐蚀等缺陷以及装拆设备的内部零部件，一般设备的公称称 直径在直径在 900mm 以下时可根据需要设置适当数量的手孔，超过以下时可根据需要设置适当数量的手孔，超过 900mm 时应开设时应开设 人孔。人孔有圆形和长圆两种。人孔大小的设置原则是方便人的进出，因此，人孔。人孔有圆形和长圆两种。人孔大小的设置原则是方便人的进出，因此，圆圆 形人孔的公称直径规定为形人孔的公称直径规定为 400600mm。根据压力容器与化工设备实用手册，。根据压力容器与化工设备实用手册，筒体长大于筒体长大于 6000mm，故需要开设两个人孔。，故需要开设两个人孔。根据储罐的设计温度、最高工作压力、材料、介质特点及使用要求等条根据储罐的设计温度、最高工作压力、材料、介质特点及使用要求等条件，件，查标准查标准 HG/T21514-2005钢制人钢制人孔和手孔的类型与技术条件孔和手孔的类型与技术条件12，选择水平吊，选择水平吊 盖带颈对焊法兰人孔，再查水平吊盖带颈对焊法兰人孔的标盖带颈对焊法兰人孔，再查水平吊盖带颈对焊法兰人孔的标 HG/T21524-2005水水 平吊盖带颈对焊法兰人孔平吊盖带颈对焊法兰人孔13，选用公称压力，选用公称压力 PN=2.5MPa 的水平吊盖带颈对焊的水平吊盖带颈对焊 法兰人孔，人孔公称直径选定为法兰人孔，人孔公称直径选定为 DN=450，人孔法兰采用榫槽密封面（，人孔法兰采用榫槽密封面（TG 型）型）和石棉橡胶板垫片。水平吊盖带颈对焊法兰人孔模型图如图和石棉橡胶板垫片。水平吊盖带颈对焊法兰人孔模型图如图 4.5 所示，人孔各零所示，人孔各零 件名称，材质、数量及尺寸见表件名称，材质、数量及尺寸见表 3.4 图图 3.5 水水平吊盖带颈对焊法兰人孔平吊盖带颈对焊法兰人孔 10 表表 3.4 人孔的人孔的 PN2.5DN450 明细表明细表 件号件号 标准号标准号 名称名称 数量数量 材料材料 尺寸尺寸/mm 1 GB/T 筒节筒节 1 Q345R dw=480*12 713-2008 d=456 D=670 2 HG20592 法兰法兰 1 16Mn（锻件）（锻件）D1 600 3 HG20592 垫片垫片 1 石棉橡胶板石棉橡胶板 H1 320 4 HG20592 法兰片法兰片 1 Q345R H2 211 5 HG20613 螺栓螺栓 20 35CrMoA b=42 6 HG20613 螺母螺母 40 30CrMo b1 41 7 吊环吊环 1 Q235-A.F b2 45 8 转臂转臂 1 Q235-A.F A=380 9 GB/T 95-垫圈垫圈 20 1 100HV M=258kg 10 GB/T 螺母螺母 M20 2 5 级级 6170-2000 11 吊吊钩钩 1 Q235-A.F 12 环环 1 Q235-A.F 13 GB/T 无缝钢管无缝钢管 1 20 8163-2008 14 支撑板支撑板 1 Q345 3.4.2 视镜的选择视镜的选择 根据根据 NB/T47017-2011压力容器视镜压力容器视镜14表表 3.6，结合视镜口公称直径、本，结合视镜口公称直径、本 设计公称压力，可选用视镜为不带射灯和非防爆型射灯结构，不带冲洗装置。设计公称压力，可选用视镜为不带射灯和非防爆型射灯结构，不带冲洗装置。其其 结构如图结构如图 3.6 11 1视镜玻璃；视镜玻璃；2视镜座；视镜座；3密封垫；密封垫；4压紧环；压紧环；5螺母；螺母；6双头螺柱双头螺柱 图图 3.6 视镜的基本型式视镜的基本型式 视镜座外缘直接与容器的壳体或封头相焊（图视镜座外缘直接与容器的壳体或封头相焊（图 3.7）图图 3.7 视镜座外缘直接与容器的壳体或封头相焊示意图视镜座外缘直接与容器的壳体或封头相焊示意图 基本尺寸见表基本尺寸见表3.5：表表 3.5 视镜基本尺寸视镜基本尺寸 公称公称 公称压力公称压力 视镜视镜 视镜片视镜片 密封垫密封垫 螺螺 柱柱 直径直径 PN X D K G h1 h2 h3 d1 S dgi dgo 数量数量 螺纹螺纹 DN MPa n 80 2.5 203 16 12 11 20 30 25 100 20 80 102 4 M16 5 5 0 12 3.4.3 液面计的选择液面计的选择 液位计型式有液位计型式有很多种，根据很多种，根据 HG/T21584-85磁性液位计，本设计采用磁磁性液位计，本设计采用磁性液位计。根据罐内工作压力性液位计。根据罐内工作压力P 1.9325MPa 选取压力等级为选取压力等级为 2.5 MPa。选普通。选普通 型，外加保温层的液位型，外加保温层的液位计。中心距计。中心距 L 的选择：的选择：液位：液位：h 0.8 Di 0.8 2100 1680mm 液位计位置在液位计位置在0.2Di 处：处：0.2Di 0.2 2100 420mm 则则 L 1680 420 1260mm 取取L 1400mm 的液位计材的液位计材质选择：质选择：0Cr18Ni9Ti。介质介质 0.569kg/L。3.4.4 安全阀的选用安全阀的选用 本设计考虑泄放的氨有毒且污染环境，确定采用封闭式安全阀。所以选用弹本设计考虑泄放的氨有毒且污染环境，确定采用封闭式安全阀。所以选用弹 簧封闭全启式（带扳手）安全阀。本设计选用弹簧封闭全启式（带扳手）安全阀簧封闭全启式（带扳手）安全阀。本设计选用弹簧封闭全启式（带扳手）安全阀 型号为：型号为：A44Y-C ，其结构图与实物图如图，其结构图与实物图如图 3.8 所示：所示：图图 3.8 A44Y-C 安全阀结构图（左）和实物图（右）安全阀结构图（左）和实物图（右）其主要部件材料见表其主要部件材料见表3.6 13 表表 3.6 A44Y-C 材料明细表材料明细表 NO.零件名称零件名称 A44Y-C 材料材料 1 阀体阀体 WCB 2 阀座阀座 2Cr13 3 调节圈调节圈 ZG2Cr13 4 反冲盘反冲盘 ZG2Cr13 5 阀瓣阀瓣 2Cr13 6 导向套导向套 2Cr13 7 阀盖阀盖 ZG230-450 8 弹簧弹簧 50CrVA 9 阀杆阀杆 2Cr13 10 扳手扳手 ZG200-400 11 调整螺杆调整螺杆 45 12 保护罩保护罩 ZG200-400 密封面材料密封面材料 堆焊堆焊 Co 基基硬质合金硬质合金 根据安全阀口公称直径，本设计选用安全阀外形尺寸和连接尺寸见表根据安全阀口公称直径，本设计选用安全阀外形尺寸和连接尺寸见表 3.7 表表 3.7 外形和连接尺寸外形和连接尺寸 公公 称称 D Z d1 do D K g1 b F Z d D1 K1 g2 b1 f L L1 H 直直 N 径径 40 25 150 110 85 18 3 4-18 50 165 125 100 20 3 4-18 120 110 472 3.5 支座结构设计支座结构设计 本设计采用双鞍式支座，材料选用本设计采用双鞍式支座，材料选用 Q235-B，其许用应力，其许用应力 sa 147MPa。查得查得 Q345R 密度密度7.85 103 kg m3，且液氨在，且液氨在-20时的密度时的密度665kg m3 1。3.5.1 储罐总质量计算储罐总质量计算 1 液氨在最低温度液氨在最低温度-20时密度最大，此时液氨质量最大。时密度最大，此时液氨质量最大。14 储罐总质量表达式可写成：储罐总质量表达式可写成：m m1 m2 m3 m4 其中：其中：m 储罐总质量，储罐总质量，kg；m1罐体质量，罐体质量，kg；m2 封头质量，封头质量，kg；m3 液氨质量，液氨质量，kg；m4 附件质量，附件质量，kg。由前结论，罐体为由前结论，罐体为Di 2300mm ，n 16mm 的筒体制成，的筒体制成，则筒体质量则筒体质量 ：n 0.018 8.0 0.016 7.85 103 m D L 3.14 2.3 2 1 i 2 筒筒 n Q345 R 6960.25kg 由本设计表第一章表由本设计表第一章表 1.1 知，知，m封封 744.5kg 则则 m2 2m封封 2 744.5 1489kg 液氨质量的计算表达式为：液氨质量的计算表达式为：m3V 由前结论由前结论 m3 0.85 665 31.24 14946.48kg 取水平吊盖带颈对焊法兰人孔，两个人孔质量取水平吊盖带颈对焊法兰人孔，两个人孔质量 258kg，其他接管等质量总和，其他接管等质量总和 按按 300kg 计，于是，计，于是，m4 =816kg 综上计算，储罐总质量：综上计算，储罐总质量：m m1 m2 m3 m4 9272.69 1972.6 25566.26 816 37311.55kg 3.5.2 鞍座负荷计鞍座负荷计算与选型算与选型 选用双鞍座支撑，考虑支座承载最危险状况，每个支座承担载荷选用双鞍座支撑，考虑支座承载最危险状况，每个支座承担载荷 F mg/2 146946.48 9.8/2 73.238 kN 根据根据 JBT4712.1-2007容器支座容器支座155 页表页表 1，选取轻型，选取轻型,包角为包角为 120。，有垫，有垫 板的鞍座板的鞍座,其中一个为固定式，一个为滑动式。其中一个为固定式，一个为滑动式。鞍座代号如下：固定式鞍座