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1、化工機械設備基礎》課程設計 目 錄第 1 章 緒 論 … 11.1 設計任 務 … 11.2 設計思 想………………………………… . …………………… 21.3 主要設計參數(shù)的確 定及說明…………………… .. ……….. ….….2 第 2章 材料及結構的選擇與論 證 ……32.1材料選 擇……………………………… .. ………… 32.2 結 構選擇與論證 .. ..…..…3 第 3章 設計計 算………………………………… .. ………… . …… 53.1 筒體厚度設 計 .…….…53.2封頭壁厚設 計………………………

2、……………… .. …… .. … .. … 63.3 水壓試驗及強度校 核………………………… . ………. ………… 63.4 核算承載能力并選擇鞍 座……………………… . ….…………… 73.5 人孔并核算開孔補 強 83.6接口管選 擇…………………………………… . ………………… 10設計小 結…………………………………… . …………………… .. ……11 參考文 獻………………………………… . …………………… . ……. …12 第 1 章 緒論 1.1 設計任務 《化工機械設備基礎》課程設計是為配合高等院?；すに囶?、高分子 材料專業(yè)學生在學習了

3、有關機械課程的基本理論和基本知識后，對其基本技能的訓 練，式培養(yǎng)學生設計能力和解決實際問題能力的重要教學環(huán)節(jié)。 課程設計是學校 整個教學環(huán)節(jié)的重要部分，是對學生進行全面考核、綜合訓練的必不可少的教學內(nèi) 容。通過課程設計，可以使學生所學的基本理論、基本知識和基本技能在總結提高 的基礎上加以綜合應用。同時，也是培養(yǎng)學生分析問題、全面解決問題的有效方 法，所以要求每一位參加課程設計的同學，都要本著嚴肅認真的精神，以科學的態(tài) 度獨立完成設計的計算，并能發(fā)揮自己有創(chuàng)見的設計思想，搞好本次設計。為統(tǒng)一 要求，特做以下幾點規(guī)定 : 1 、樹立正確的設計思想，掌握工程設計的基本方法， 加強對設計規(guī)范，設計規(guī)

4、定，技術文件的理解和應用，提高查閱科技資料的能力， 以便今后熟練的開展工作。 2 、培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的設計作風。以實事求是一絲不 茍的科學態(tài)度，進行調(diào)查研究，辯證地綜合有關資料，判定合理的設計方案。 3 、 運用所學的知識，獨立解決設計中碰到的各種問題，通過設計、計算、繪圖、制 表、技術數(shù)據(jù)處理、謄寫技術報告等專業(yè)技能的訓練，逐步掌握解決本專業(yè)工程技 術文件及技術問題的處理方法和手段。 通過課程設計，培養(yǎng)我們所學《化工機械 設備基礎》及其相關課程的理論知識，在課程設計中綜合地加以運用 ; 培養(yǎng)我們對 化工工程設計的技能以及獨立分析問題、解決問題的能力 ; 培養(yǎng)我們熟悉、查閱并 綜合運用各種有

5、關的設計手冊、規(guī)范、標準、圖冊等設計技術資料 ; 進一步培養(yǎng)我 們識圖、制圖、運算、編寫設計說明書等基本技能。 本次課程設計的設計任務是 設計一液氨貯罐。工藝尺寸為：儲罐內(nèi)徑Di2200 mm罐體（不包括封頭）長度L6600 mm使用地點：茂名。本貯罐在夏季最高溫度可達 50?,這時氨的飽和蒸氣壓為 2.07 Mpa（ 絕對壓力） 。 1 1.2 設計思想 設計前要預先準備好世紀資料、手冊圖 冊、計算和繪圖工具、圖紙及報告紙等,認真研究設計任務書,分析計算題目的原 始數(shù)據(jù)和工藝條件,明確設計要求和設備內(nèi)容。 綜合運用所學的機械基礎課程知 識,自始至終本著對工程設計負責的態(tài)度,從難從嚴要求,綜合

6、考慮經(jīng)濟性、實用 性、安全可靠性和先進性, 對儲罐進行設計。在課程設計中遇到問題時,通過查閱資料和復習有關教科 書,主動解決問題,注重能力培養(yǎng)。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,使設計有法可依、有章可循,當設計與標準規(guī)范相矛盾時,進行嚴格計算 和論證，知道符合要求，正確使用設計方法，并考慮到結構方面的要求，合理地進 行設計。 1.3 主要設計參數(shù)的確定及說明 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罐的的筒體、封頭的設計計算，低壓通用零部件 的選用。 本設計的容器零部件結構應

7、滿足如下要求 : 強度、剛度、穩(wěn)定性、耐久 性、密封性、節(jié)省材料和便于制造、方便操作和便于運輸、技術經(jīng)濟指標合理。 本貯罐在夏季最高溫度可達 50?， （ 絕對壓力） 這時液氨的飽和蒸氣壓為 2.07MPa，故設計壓力P可取為2.16MPa，設計溫度為50?。選用16MnR制作罐 體和封頭，估計筒體厚度為 18mm 左右，應此許用應力 t 163 Mpa; s 325 Mpa ， 1.0 雙面對接焊縫 100探傷 鋼板負偏差由常用鋼板負念頭表查得 C1 0.8 mm 液氨 為輕微腐蝕，腐裕量由殼體、封頭腐蝕裕量表查得 C2 1 mm。 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

8、設計有章可循，并考慮到結構方面的要 求，合理地進行設計。 2 第 2 章 材料及結構的選擇與論證 2.1 材料選擇 純液 氨腐蝕性小貯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 種。如果純粹從技術角度看，建議選用 20R 類的低碳鋼板， 16MnR 鋼板的價格雖 比 20R 貴，但在制造費用方 MnR鋼板面，同等重量設備的計價，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟。所以在此選擇 16 作為制造筒體和封頭材料。 2.2 結構選擇與論證一封頭的選擇 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得多，易于沖壓成

9、型，是目前中低壓容器中應用較多 的封頭之一。平板封頭因直徑各厚度都較大，加工與焊接方面都要遇到不少困難。 從鋼材耗用量來年 : 球形封頭用材最少，比橢圓開封頭節(jié)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，采用橢圓形封頭最為合理。二人孔的選 擇 壓力容器人孔是為了檢查設備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設備的內(nèi)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、公稱直徑人、手孔的公稱壓力與法蘭的公稱壓力概念類似。公稱直徑則 指其簡節(jié)的公稱直徑、工作溫度以及人、手孔的結構和材料等諸方面的因素。人孔 的類型很多，選擇使用上有較大的靈活性。通常可

10、以根據(jù)操作需要在這考慮到人孔 蓋直徑較大較重故選用碳鋼水平吊蓋人孔，人孔筒節(jié)軸線垂直安裝。三容器支座的 選擇 容器支座有鞍座圈座和支腿三種用來支撐容器的重量。鞍式支座是應用最廣 泛的一種臥式支座。從應力分析看，承受同樣載且具有同樣截面幾何形狀和尺寸的 梁采用多個支承比采用兩個支承優(yōu)越，因為多支承在粱內(nèi)產(chǎn)生的應力較小。所以， 從理論上說臥式容器的支座數(shù)目越多越好。但在是實際上臥式容器應盡可能設計成 雙支座，這是因為當支點多于兩個時，各支承平面的影響如容器簡體的彎曲度和局 部不圓度、支座的水平度、各支座基礎下沉的不均勻性、容器不同部位抗局部交形 的相對剛性等等， 3 均會影響支座反力的分市。因此采

11、用多支座不僅體現(xiàn)不出理 論上的優(yōu)越論反而會造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 的影響。所以一臺臥式容器支座一般情況不宜多于二個。圈座一般對于大直徑薄壁 容器和真空操作的容器。腿式支座簡稱支腿，因這種支座在與容器殼壁連接處會造 成嚴重的局部應力，故只 適合用于小型設備(DN?160Q L?5m)。綜上考慮在此選擇雙個鞍式支座作為儲 罐的支座。四法蘭型式 法蘭連接主要優(yōu)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。壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭。平焊法 蘭又分為甲型與乙型兩種。甲型平焊法蘭有 PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6

12、 MPa在較小范圍內(nèi)(DN300 mm-2000 mm適用溫度范圍為-20?-300?。乙型平焊法蘭 用于 PN0.25 MPa1.6 MPa 壓力等級中較大的直徑范圍，適用的全部直徑范圍為 DN300 mm -3000 mm適用溫度范圍為-20?-350?。對焊法蘭具有厚度更大的頸， 進一步增大了剛性。用于更高壓力的范圍(PN0.6 MPa6.4MPa)適用溫度范圍為-20?- 45?。法蘭設計優(yōu)化原則 : 法蘭設計應使各項應力分別接近材料許用應力值，即結構 材料在各個方向的強度都得到較充分的發(fā)揮。 法蘭設計時，須注意以下二點 : 管法 蘭鋼制管法蘭、墊片、緊固件設計參照 HG205

13、92HG2063的規(guī)定。五液面計的選擇 液面計是用以指示容器內(nèi)物料液面的裝置，其類型很多，大體上可分為四類，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，其適用溫度一般在 0250? 。但透光 式適用工作壓力較反射式高。玻璃管液面計適用工作壓力小于 1.6MPa，介質(zhì)溫度 在 0250?的范圍。液面計與容器的連接型式有法蘭連接、頸部連接及嵌入連接，分 別用于不同型式的液面計。 液面計的選用 : 1（ 玻璃板液面計和玻璃管液面計均適 用于物料內(nèi)沒有結晶等堵塞固體的場合。板式液面計承壓能力強，但是比較笨重、 成本較高。

14、 2（ 玻璃板液面計一般選易觀察的透光式，只有當物料很干凈時才選反 射式。 4 3（ 當容器高度大于 3m 時，玻璃板液面計和玻璃管液面計的液面觀察效 果受到限制，應改用其它適用的液面計。 液氨為較干凈的物料，易透光，不會出 現(xiàn)嚴重的堵塞現(xiàn)象所以在此選用玻璃管液面計。 第3章 設計計算 試設計一液氨 貯罐。工藝尺寸已確定：貯罐內(nèi)徑Di 2200mm貯罐（不包括封頭）長度L6600mm使 用地點 : 茂名。本貯罐在夏季最高溫度可達 50?，這時氨的飽和蒸氣壓為 2.07 Mpa（絕對壓力）。通過操作條件的分析可知，該容器屬于中壓、低溫范疇，同時溫 度和壓力有波動。對材料的要求應是耐壓，耐低溫，且

15、抗壓力波動。根據(jù)選材的原 則，應優(yōu)先選用低合金鋼，故本貯罐選用 16MnR 制作罐體和封頭。 3.1 罐體壁厚 設計 設計壁厚d根據(jù)下式計算：PDi d C2 2 t P 式中P-設計壓力。本貯罐在夏 季最高溫度可達50?，這時氨的飽和蒸氣壓為2.16MPa（絕對壓力）儲罐上需要安裝 安全閥，故取 P1.05 2.072.16Mpa 《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定液氨儲罐設 計溫度為 50?，設計壓力為 2.27Mpa; Di 2200mm; t 163 Mpa; s 325 Mpa ， 1.0 雙面對接焊縫 100 探傷 鋼板負偏差由常用鋼板負念頭表查得 C1 0.8 mm 液氨為輕

16、微腐蝕，腐裕量由殼體、封頭腐蝕裕量表查得 C 2 1 mm。 于是: 5 2.16 2200 d 1 15.7 mm 2 163 1.0 2.16 根據(jù) C1 0.8 mm 及鋼板厚度規(guī)格表，圓整后取 n (mm) 。確定 選用 n 18mm 厚的 16MnR 鋼板制作罐體。 3.2 封頭壁厚設計 采用標準橢圓形封 頭，各參數(shù)與筒體相同PDi d C2 2 0.5P t 式中1.0(鋼板最大寬度為3m,該貯 罐直徑為 2.2 m ，故封頭需將鋼板并焊后沖壓 ); 其他符號同前。于是 2.16 2200 d 1 15.7 mm 2 163 1.0 2.16 考慮鋼板厚度負偏差及沖壓減薄量，

17、圓整后取 n 18mm 厚的 16MnR鋼板制作封頭。3.3水壓試驗及強度校核水壓試驗時容器器壁的計算應力 不得超過材料屈服限與焊縫系數(shù)乘積的 90。 PT Di e T 0.9 s 2 e 水壓試驗壓力 : PT 1.25 P 1.25 2.162.7Mpa e n C 18-1.816.2mm s 325 Mpa PT Di e 2.7 2200 16.2 T 184.7 Mpa 2 e 2 16.2 0.9 s 0.9 325 1.0292.5Mpa 可見: T 0.9 s ，所以 水壓試驗強度足夠。 6 3.4 核算承載能力并選擇鞍座 首先粗略計算鞍座負荷。貯 罐總質(zhì)量：m ml m

18、2 m3 m4式中ml -罐體質(zhì)量，kg; m2 -圭寸頭質(zhì)量，kg; m3 -充 滿水質(zhì)量，kg; m4 -附件質(zhì)量，kg。1罐體質(zhì)量 m1DN2200mm n 18mr的筒節(jié)，每 米質(zhì)量為 q1 984kg/m 所以 m1 q1 L984 6.66494.4 kg2 封頭質(zhì)量 m2DN2200mm n 18mn直邊高度h 40 mm的橢圓形封頭其質(zhì)量為q 2 770.3 kg 所以m2 2 q 2 2 770.31540.6 kg3充滿水質(zhì)量m3 m3 V式中V-儲罐容積，-水的密度為1000 kg/ m3 。 V V 筒 V 封 6.6 3.8012 1.5428.167 m3 m3

19、28.167 100028167 kg4 附 件質(zhì)量 m4 臥式容器筒體長度 6000mm 時，為了氣體置換、采光、檢驗人員進行內(nèi) 外部檢驗和出入方便，應考慮在兩端各設置 1 個人孔。 2 個人孔重量約為 600 kg，估計其他附件重量約為300 kg，故總計附件的重量約為 m4 900 kg。故，貯 罐的總重量 m 為:m m1 m2 m3 m4 6494.41540.62816770037102 kg 其總重力 Q 為 371.02kN。 每個鞍座只承受約 186 kN 負荷，所以選用輕型帶墊板，包角為 120? 的鞍座。 7 即 JB/T4712-92 鞍座 A2200-S 3.5 選

20、擇人孔并核算開孔補強 (1) 人孔(標準 A2200-F JB/T4712-92 鞍 座 代號 :HG21524-95) 根據(jù)儲罐是在常溫及最高工作壓力為 2.16MPa 的條件下工 作，人孔標準應按公稱壓力為 2.5MPa 的等級選取。從人孔類型系列標準可知，公 稱壓力為 2.5MPa 的人孔類型很多。本設計考慮人孔蓋直徑較大較重故選用水平吊 蓋人孔。容器直徑大于 1600,3000mm 時，選用 DN500 人孔，故人孔公稱直徑選定 為500mm密封壓緊面采用C型。該人孔結構中有吊鉤和銷軸，檢修時只須松開 螺栓將蓋板繞銷軸旋轉(zhuǎn)一個角度，由吊鉤吊住，不必將蓋板取下。 該人孔標記為 : 人孔

21、 TG?(AG) 500—2.5 HG21524-95(2) 人孔補強計算 由于人孔的筒節(jié)不是采用無 縫鋼管故不能直接選用補強圈標準。本設計所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑為 d500mm壁厚 m 10mm故補強圈尺寸如下：由標準查得補強強圈內(nèi)公式 D1 530mm外徑D 2 840mm根據(jù)補強的金屬面積應大于等于開孔減少的截面積，開孔補強的有關計算 參數(shù)如下： PD i 2.16 2200 1 筒體的計算壁厚 ： S C 1.8 16.5 2 - P t 2 163 1.0 - 2.16 2計算開孔所需補強的面積 A 開孔直徑： d d i 2C 500 2 1 0.8 503.6mm A d

22、503.6 18 9064.8mm 2 3有效寬度： B1 2d 2 503.6 1007.2 B 2 d 2 n 2 nt 503.6 2 18 2 18 575.6 取最大值 B 1007.2mm 84有效高度： 外側(cè)高度 h 1 d nt 503.6 18 95.2mm hl接管實際的外伸高度 300mm取較小值h 1 95.2mm 內(nèi)側(cè)高度h 2 d nt 503.6 18 95.2mm h2 接管實際內(nèi)伸高度 05通體多余金屬面積 A1 筒體有效厚度 ： e n C 18 1 0.8 16.2mm A1 接管多余金屬的截 B d e 2 et e 1 f r 1007

23、.2 503.616.2 15.7 251.8mm 26 面積 A2 Pd 2.16 503.6 接管計算厚度 t 3.4mm 2 p 2 163 1.0 2.16 t A2 2h1 et t f r 2h2 et C 2 f r 2h1 nt C t f r 0 2 95.2 17 1.8 3.4 1 0 2246.7 mm 2 7 補強區(qū)內(nèi)焊 縫截面積 A3 A3 2 0.5 10 10 100mm 2 8 有效補強面積 Ae Ae A1 A2 A3 251.8 2246.7 100 2598.5mm 2 9 所需補強截面積 A4 A4 A Ae 9064.8 2598.5 646

24、6.3mm 2 10補強圈厚度:（差得補強圈外徑 760mm 內(nèi)徑484mm） A4 6466.3 20.9mm D2 D1 840 530 9 由于考慮到筒體的厚度為18mm故選取補強圈為22mm厚的16MnR補強圈其標 記為：補強圈Dg450X 16 JB 1207 -73 3.6 接口管選擇本貯罐設有以下接口管。 3.6.1液氨進料管 采用57X 3.5mm無縫鋼管強度驗算略.管的一端切成45?，伸 入罐內(nèi)少許。配用具有突面密封的平焊管法蘭，法蘭標記為 ： HG20592 法蘭 PL502.5 RF 16MnR因為殼體名義壁厚n 18mmgt12mmS管公稱直徑小于80 mm故不用

25、 補強。 3.6.2液氨出料管采用可拆的壓出管25X 3 mm將它套入罐體的固定接口管 57X3.5mm 內(nèi)。罐體的接口管法蘭采用法蘭 ： HG20592 法蘭 PL32-2.5 RF 16MnR 與該法蘭相配并焊接在壓出管的法蘭上其連接尺寸和厚度與一 HG20592法蘭 PL32-2.5 RF 16MnR||相同但其內(nèi)徑為25 mm見總裝圖的局部放大部大圖。 液氨 壓出管的端部法蘭與氨輸送管相連采用一HG20592法蘭PL20-2.5RF16M nR。這些 小管都不必補強。壓出管伸入貯罐 2.5m。 3.6.3 排污管 在貯罐的右端最底部安 設一個排污管，管子規(guī)格為 57X 3.5

26、mm,管端焊有與截止閥J14W-16相配的管法 蘭:HG20592法蘭PL50-2.5 RF 16MnR。排污管與罐體連接處焊有一厚度為 10mm 的補強圈.3.6.4 液面計接管 本貯罐采用玻璃管液面計：一AI 2.5 - 1260- 50 HG/T21550- 93 11兩組。 與液面計相配的接口管尺寸為 18X 3 mm管法蘭為 —HG20592法蘭 PL15-2.5 RF16MnR||o 3.6.5 放空管接口管 采用 32X 3.5mm 無 縫鋼管管法蘭：一HG20592法蘭PL25- 2.5 RF 16MnR |。10 3.6.6 安全閥接口管 安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決

27、定。本貯罐選用 32 X 2.5mm的無縫鋼管管法 蘭為： PL25-2.5 RF 16MnR| 3.6.7 壓力表接口管 壓力表接口管由最大工— HG20592 法蘭 作壓力決定 因此選用采用57X 3.5mm無縫鋼管管法蘭為一HG20592法蘭 PL32-2.5 RF 16MnR|。設計小結：本次《化工機械設備基礎》課程設計是對我們 學生進行全面考核、綜合訓練的必不可少的教學內(nèi)容。通過課程設計，可以使我們 所學的基本理論、基本知識和基本技能在總結提咼的基礎上加以綜合應用。同時， 也是培養(yǎng)我們學生分析問題、全面解決問題的有效方法，所以都本著嚴肅認真的精 神，以科學的態(tài)度獨立完成設計的計算，并能發(fā)揮自己有創(chuàng)見的設計思想，搞好本 次設計。由于缺乏經(jīng)驗，設計之初我就面臨了很大的困難，這讓我深刻認識到自 己對于化工機械基礎知識學習的不足，最后在同學們的共同探討和摸索之下，終于 完成了計劃書的設計。通過計劃書的設計，我不 .