1、10立方米氮气罐设计化工设备机械基础 课程设计10 立方米氮气罐设计系部：化学与环境工程系专业：设备 10-6 班学号：2010232247姓名：韩向阳指导教师：赵宝平时间： 2012 年 12.22-12.31新疆工业高等专科学校 课程设计评定意见设计题目：氮气罐设计成员姓名:评定意见:评定成绩： 化学工程系课程设计任务书1213学年 第一学期 2012年 12月 22日专业化工设备维修技术班级设备10-6班课程名称化工设备机械基础设计题目液氮储气罐设计指导教师赵宝平起止时间2012 年 12.2212.31周数 2周设计地点图书馆设计目的：1、 综合运用机械设计基础课程及其它先修课程的理论
2、和生产实际知识进行机械设计训练， 使 理论和生产实际知识密切地结合起来，从而使这些知识得到进一步巩固、加深和扩展。2、 学习和掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的一般设计方法， 培养学生工程设计 能力和分析问题、解决问题的能力。3、 对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、机械 CAD技术等机 械设计方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。设计任务或主要技术指标：1罐体壁厚的设计 2.封头厚度设计 3支座的设计 4人孔的设计 5.人孔强度的补偿 6接管设计要求1.课题介绍2.布置强度计算3.强度计算和考虑结构设计4.检查强度计算结果5.完成CAD图6.完成设
3、计说明书7.交设计说明书8. 设计答辩。主要参考书及参考资料：1、机械设计基础（第二版） ，邓昭铭、张莹，高等教育出版社， 2000年7月2机械设计课程设计指导书 （第二版），罗圣国、李平林。 高等教能出版社，1990年4月。3机械设计课程设计手册，清华大学，吴宗泽，北京科技大学，罗圣国，高等教育出版社。氮气的化学性质很稳定，常温下很难跟其他物质发生反应，但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化，用来制取对人类有用的新物质。氮气罐，又称氮气瓶，是用来运输、使用氮气的储存设备，耐高压，一般可以存储高压液态氮。氮气罐的设计主要考虑壁厚、封头、底座、人孔、接管等。其中壁厚、封头设计要考虑设计的
4、厚度、材质和气压试验； 支座设计主要包括罐体质量、封头、液氮质量、附体质量等设计；人口主要考虑开口和补强；接管设计主要包括液氮的进料管、液氮的出料管、压力表口、备用口、安全阀口、排污口的设计10m3氮气罐设计设备设计主要技术指标设计压力MPa1.1设计温度C常温最高工作压力MPa0.8工作温度c常温介质名称氮气设备主要材料16MnR设备容积10n管口表:符号公称压力公称尺寸法兰形式密封面形式用途伸出长度aPN1.6DN 50RF氮气出口120bPN1.6DN 50SORF氮气进口120cZG%hSO内螺纹压力表口120dPN1.6DN 50SORF备用口120ePN1.6DN 50SORF安全
5、阀口120fPN1.6DN 50SORF排污口见图gPN1.6DN 50SORF人孔250hZ%SO外螺纹外板口1201罐体壁厚的设计 11.1计算厚度 11.2校核液压试验强度 - 12封头厚度设计 22.1计算封头厚度 - 22.2校核罐体与封头液压试验强度 - 23支座的设计 33.1罐体质量 m1 - 33.2封头质量 m2 33.3液氮质量 m3 33.4 附体质量 m4 44人孔 45人孔补强 65.1确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径 - 65.2确定壳体和接管的实际厚度开孔有效补强宽度 B及外侧有效补强高度 h 65.3计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积 - 66接
6、管 76.1液氮进料 76.2液氮出料管 76.3压力表口 76.4备用口 86.5安全阀口 86.6排污口 8致 谢 9符号说明 11参考资料 131罐体壁厚的设计根据第8章选材所作的分析，本贮罐主要材质为16MnR制作，根据新标准1.1计算厚度名义厚度：n d C1圆整量=7.88 0.25+圆整量根据d7.88mm，查表 12-9 得 G0.25mm圆整后，取名义厚度 n 9mm该氮气罐可用9mm厚的Q345R钢制作。1.2校核水压试验强度345MPa1.3751800 7.25则T171.38MPa2 7.250.9S 0.90.85 345 263.93MPa可见T 0.9s ；所以
7、液压试验强度足够2封头厚度设计采用标准的蝶形封头2.1计算封头厚度 1.33PcDi21.33 1.1 18000.5Pc 2 170 0.85 0.59.13mm1.1C2 9.13 1.0 10.13mm根据10.13mm由表12-9所查G0.25m m,则:C1 10.13 0.25 10.38mm圆整后采用n 11mm厚的钢板。复验6% 10.38 6% 0.62 0.25mm，故最后确定C1 0.25mm，故该蝶形封头可用11mm厚的Q345R钢制作。2.2校核罐体与封头液压试验强度Pt Di e2 e0.9PT1.25P 1.25 1.11.38MPaC G C2 0.25 1 1
8、.25mmn C 10 1.258.75mm345MPa （ F428）38 1800 875 142.63MPa2 8.750.9 S 0.9 0.85 345 263.93MPa因为T 0.9 s 所以液压试验强度足够3 支座的设计首先粗略计算支座负荷储罐总质量m m1 m2 m3 m4m1 罐体质量m2 封头质量m3 液氮质量m4 附件质量3.1罐体质量 m1DN 1800mm, n 9mm,L 4100mm 的筒节m1 Di L 3.14 1800 9 9 4100 7850 1645kg3.2封头质量 m2Dn 1800mm, n 9mm，直边 20mm 其质量 m22m2 0.34
9、 Di2 n20.34 3.14 18002 7850 10 272kgm2 2m2 272 2 543kg3.3 液氮质量 m3m3 V 其中装置系数取 0.9贮罐容积V 2Vi V2 2 D3 -Di2L26 42 3.1418003 3.1418002 410026 411.8m3液氮在常温下的密度为 1.25 kg mm3 11.8 1.25 0.9 13.28kg3.4附体质量m.人孔质量约为200 kg，其他接管质量总和按 300 kg计算于是 m4 500 kg储罐总质量m 叶 m2 m3 m41645 543 13.28 5002701.28F mg 2701.28 9& 66
10、24.94 4根据表14-18可选用JB/T4725 92,支承式支座 材料 Q345 A F4 人孔150mm采用密封根据当设备内径 Di 1000mm时，至少开设1个 500mm的人孔，或2个的手孔。根据储罐的设计温度、最高工作压力、材质、介质以及使用要求等条件，选用公称压力1.1MPa的带颈平焊法兰人孔 HG 20592 97 ,人孔公称直径选定为 500mm。型RF和石棉胶版垫片。人孔各零件名称、材质及尺寸见表 14-22该水平颈对平焊法兰人孔的标记为人孔 SO RF 500 1.1 HG20592 97人孔 PN1.6 DN500件号标准号名称数量材料尺寸1gBT713 2008筒节
11、1Q345Rdw =500 102HG20592法兰116M nM （断键）=33HG20592垫片1石棉橡胶板b| =39 b2=444HG20592法兰盖1Q345RM33 2 1755HG20613螺柱20M 30M 336HG20613螺母40M 307吊环1Q345 A F8转臂1Q345 A Fd0 =369GB/T95 2000垫圈201100HV10GB/T6170 2000螺母25级M 2011吊钩1Q345 A F12GB/T8163 2008环1Q345 A F13无缝钢管1205人孔补强5.1确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径由已知条件知，壳体计算厚度 9mm。接管计算
12、厚度为Pc Dot 2 t Pc1.1 5002 170 0.85 1.12mm开孔直径为d d1 2C500 15 2 2 1.25472.5mm5.2确定壳体和接管的实际厚度开孔有效补强宽度 B及外侧有效补强高度h1已知壳体名义厚度 n 9mm，补强部分厚度 Sn 9mm，接管有效补强宽度为d 接管内直径+2C 472.5mmB 2d 2 472.5 945mm接管外侧有效补强高度为 h.472.5 9 65.2mm5.3计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积需补强的金属面积为A d 472.5 6.88 3250.8mm2可作为补强的金属面积为比较 Ae 与 aa Ae，所以补强
13、厚度不足够。加补强面积 A A 代 3250.8 1324 1927 mm2,6接管6.1液氮进料采用57mm 3.5mm无缝钢管（强度验算略）。管的一端切成45，伸入储罐内少许。配 用图面板是平焊法兰：HG20592 法兰 PL50 1.6 RF 16Mn 川6.2液氮出料管采用57mm 3.5mm无缝钢管（强度验算略）。管的一端切成 45，伸入储罐内少许。配 用图面板是平焊法兰：HG20592 法兰 PL50 1.6 RF 16Mn 川6.3压力表口采用2G1 2英寸无缝钢管，管内螺纹，伸出长度为 120mm。由于壳体开孔满足下述全部要求，所以不需要补强（1 ）设计压力p 2.5MPa（2
14、）两相邻开孔中心间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍；（3 ）接管外径 89mm（4）接管最小厚度满足下表要求接管最小厚度接管外径最小厚度接管外径最小厚度25,32,383.557,655.045,484.076,896.0配用法兰：HG20592 法兰 PL50 1.6 RF 16Mn 川6.4 备用口公称压力为16MPA，公称直径为50mm，伸出长度为120mm，采用 57 3.5mm无缝 钢管，采用带颈平焊法兰（ SO ）法兰密封面形式采用突面（ RF ）配用法兰： HG 20592 法兰SO50 1.6 RF 16Mn川6.5安全阀口公称压力为16MPa，公称直径为2
15、5mm，伸出长度为120mm，采用 32 3.5mm无缝钢管，采用带颈平焊法兰（ SO ）法兰密封面形式采用突面（ RF ）配用法兰：HG 20592 法兰 SO25 1.6 RF 16Mn 川6.6排污口在设备最下端安设一个排污管，管子规格是 32 3.5mm，管段装有一个与截止阀J41W 16相配的管法兰：HG 20592 法兰 SO25 1.6 RF 16Mn 川序号名称指标序号名称指标1设计压力1.1MPa3物料名称液氮2工作温度常温4容积 10M3如CAD所标注:序号图号或标准号名称材料数量1HG 20592法兰 SO25-1.616 M n 川12接管57mm 3.5mm10 (
16、GB/T8163)23Q345R圭寸头C=0.5mm10cmQ2345F钢24接管57mm 3.5mm10 ( GB/T8163)25Q345R罐体9mmQ2345R16HG 20592-97人孔SO-RF500-1.117IB/T4736-2002补 强760 / 484Q2345R18HG 20592法兰 PL50-1.616 M n 川19HG 20592安全阀16 M n 川110JB/T4725-92支座Q345R-A.F11132 3.5mm16 M n 川1致谢本设计是在赵宝平老师的悉心指导下完成的。 老师渊博的专业知 识，严谨的治学态度，精益求精的工作作诲人不倦的高尚师德，严以
17、 律己，宽以待人的崇高风范，朴实无华，平易近人的人格魅力对我影 响深远。不仅使我树立了远大的学术目标，掌握了基本的研究方法， 还使我明白了许多待人接物与为人处事的道理。本设计从选题到到完 成，每一步都是在老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。在 此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢。本设计的顺利完成，离不开各位老师，同学和朋友的关心和帮助。 在此致谢赵宝平老师的指导和帮助，没有你们的帮助和指导是没有办 法完成我的设计的。符号说明Pc计算压力 MpaDi圆筒的内径 mmDO圆筒的外径 mmPw圆筒的最大容许压力 Mpa圆筒的计算厚度 mmd圆筒的设计厚度 mm dC2n圆筒的名义厚度 mm
18、 nd C1e圆筒的有效厚度 其值 enCtt 圆筒材料在设计温度下的许用应力Mpt圆筒材料在设计温度下的计算应力Mpa焊接接头系数C1钢板厚度的负偏差 mmC2腐蚀余量 mmC厚度附加量 mm C C1 C2t圆筒壁在试验压力下的计算应力Mpas圆筒材料在试验温度下的屈服点Mpahi封头内壁曲面高度 mmPT实验压力 MpaP设计压力 MpaF每一支座承受的压力 KNm 容器的总质量 kgg重力加速度重力加速取Set-一接管有效厚度mmSnt-补强有效厚度mmd开孔直径 mmfr-一强度削弱系数9.81 %A3 焊缝金属减去计算厚度之外的多余面积2mmA2补强面积 mmA-一有效补强范围内另
19、加的补强面积2 mmt接管的计算厚度 mmB有效宽度 mm参考资料1.上海化工设计院。最新压力容器规范标准汇编。 19842.煤炭工业部供应局。实用材料手册。北京：煤炭工业出版社， 19823 余国宗。化工容器及设备。北京 : 北京化学工业出版社 ,19804.贺匡国。化工容器及设备简明设计手册。 2 版。北京 :化学工业出版社， 19825 张康达，洪起超。压力容器手册。北京：劳动人事出版社， 20026.化工设备设计全书编辑委员会。化工容器设计。上海：上海科学技术出版社， 19877.李智诚，朱中平，薛剑峰，等。锅炉与压力容器常用金属材料手册。北京：中国物资出版 社， 19978.高忠白，邱清宇，王志文。压力容器安全管理工程。北京：中国石化出版社， 199979.龚斌。压力容器破裂的防治。杭州：浙江科学技术出版社， 198510 吴粤桑。压力容器安全技术。北京：化学工业出版社， 199311.闫康平。工程材料。北京：化学工业出版社， 200112.潘家祯。压力容器材料实用手册。北京：化学工业出版社， 200013.董大勤。化工设备机械基础。北京：中央广播电视大学出版社， 199314.范钦姗。压力容器的应力分析与强度设计。北京：原子能出版社， 197915.余国宗。化工机械手册。天津：天津大学出版社， 199116.吴泽烩。化工容器设计。北京：北京化学工业出版社， 1983
