25立方米 氮气储罐 设计.docx
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25立方米氮气储罐设计
25立方米氮气储罐设计
设计任务书
1、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程。
2)
掌握查阅、综合分析文献资料的能力,进行设计方法和方案的可行性研究和论证。
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。
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):
1、原始数据设计条件表序号项目数值单位备注1名称氮气储罐2用途氮气储配站3最高工作压力
2、5MPa由介质温度确定4工作温度1997MFM物料进管B80HG/T21514-xxMFM物料出管C25HG20592-1997MFM温度计接口D25HG20592-1997MFM压力表接口E80HG20592-1997MFM放气管口F80HG20592-1997MFM安全阀接口G80HG20592-1997MFM排污管M1450HG20592-1997MFM人孔一M2450HG20592-1997MFM人孔二
课程设计任务书
2、设计内容1)设备工艺、结构设计;2)设备强度计算与校核;3)技术条件编制;4)绘制设备总装配图;5)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(论文)、图纸、实物样品等〕:
1)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、各部分结构尺寸的设计计算和确定、设计总结、参考文献等;2)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。
课程设计任务书
4、主要参考文献:
[1]国家质量技术监督局,GB150-1998《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》,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,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,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,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,2003年5、设计成果形式及要求:
1)完成课程设计说明书一份;2)草图一张(A1图纸一张)3)总装配图一张(A1图纸一张);系主任审查意见:
签字:
年月日前言本设计是针对《过程设备设计》这门课程所安排的一次课程设计,是对这门课程的一次总结,要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。
本设计的物料为氮气,它是一种无色无味气体。
氮气作为一种重要的化工原料,应用广泛于氨氮的生产制造。
分子式N,密度
1、25g/L,熔点63K,沸点75K,临界温度126K。
氮气通常不易燃烧且不支持燃烧。
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。
设计基本思路:
本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素,结合给定的工艺参数,按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序,分别对储罐的筒体、封头、接管、管法兰、人孔接管、人孔接管补强、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。
设备的选择大都有相应的执行标准,设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件,也有一些设备没有相应标准,则选择合适的非标设备。
各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准,这样让设计有章可循,并考虑到结构方面的要求,合理地进行设计。
1、工艺设计2
1、
1、存储量2
1、2、设备的选型及轮廓尺寸2
2、筒体及封头设计2
2、
1、筒体材料设计2
2、2、圆筒设计2
2、3、封头厚度2
3、接管、法兰、垫片和螺栓的选择2
3、
1、接管和法兰2
3、2、垫片的选择2
3、3、螺栓(螺柱)的选择2
4、人孔的设计2
4、
1、人孔的选取2
4、2、人孔补强圈设计:
2
5、容器支座2
5、
1、制作所承受最大载荷2
5、2、鞍座选择2
5、3、支座的位置2
5、4、焊接机构设计2
6、附件选择2
7、整体布局2
8、强度校核2结束语、2参考文献、2
1、工艺设计
1、1、存储量盛装氮气的压力容器设计存储量W=φVρt式中:
W--------存储量,t;Φ---------装量系数;V---------压力容器容积;ρt------------设计温度下的饱和溶液的密度,t/m3已知压力容器的工作温度是-20~48℃,取设计温度为50℃,设计压力Pc=
2、5MPa由气体状态方程:
PV=nRT得PM=ρRT查得,标准状况下氮气的密度ρ0=
1、251kg/m3设计温度下的密度ρ=ρ0Pc/P0T0/T=
26、094kg/m3根据设计条件W=φVρt=0、9×25×
26、874=604、665kg
1、2、设备的选型及轮廓尺寸粗略计算内径:
L=25m32D4i取L/D=4,得Di=1996mm圆整为2000mm根据氮气的性质及设计条件,选用卧式椭圆形封头容器。
就力学性能而言,半球形封头效果较好,但是冲压工艺较难,不易成型。
根据JB/T4737-1995选用EHA椭圆形封头公称直径DN/mm曲面高度h/mm1直边高度h/mm2内表面积A/m2容积V/m3200050050
4、6501
1、2043图1-1椭圆形封头压力容器体积V=2V封头+DL=25m34π2i得L=7190mm圆整得L=7600mmV实=2V封头+L=2
1、2043+22
7、6=
26、285m324i100%=
5、1%5%符合设计要求FJB/T47
12、1-xx支座A2000—S
5、3、支座的位置因为鞍座位置的要求为A≤0、2L=1520mm,并尽量使A≤0、5R0,综合考虑选择A=509mm、
5、4、焊接机构设计
5、4、
1、焊接接头设计
5、4、1、1、筒体、封头与筒体的焊接形式由于筒体、封头与筒体焊接为A类、B类,所以才用对接接头对接接头特点:
受热均匀、受力对称、便于无损检测,焊接质量容易得到保证。
5、4、1、2、管材与筒体、封头焊接采用带补强圈的角焊接
5、4、1、3、管材与法兰相连接采用无补强圈的角焊接
5、4、2、坡口形式
5、4、2、1、筒体、筒体与封头采用双V形坡口
5、4、2、2、接管与筒体
5、4、2、3、接管与法兰
5、4、2、4、焊条的选择表5-1焊条型号及牌号(JB/T4709-xx)接头母材焊条型号焊条牌号16MnR+16MnRE5016J506
6、附件选择安全阀的选择由操作压力决定安全阀的公称压力,由操作温度决定安全阀的使用温度范围,所以由本设计的温度、压力、介质等基本参数选用弹簧封闭式安全阀CA41H-
25、安全阀计算计算数据名称代号计算公式计算结果单位进口管内径d已知207mm气体进口流速v设定15m/s气体密度p查表
11、46kg/m3压力容器安全泄放量WsWs=
2、83x10-3pvd2208
45、05297kg/h安全阀出口侧压力(绝压)
Po已知0、1MPa安全阀整定压力Ps已知1MPa安全阀排放压力(绝压)PdPs=
1、1Ps+0、1
1、2MPa气体绝热系数k查表
1、4气体特征系数C查表356气体摩尔质量M查表
28、02kg/mol气体温度T已知(T=t+273)
298k气体在操作温度压力下压缩系数Z查图1气体临界条件判定Po/Pd0、083333333
[2/(k+1)]k/(k-1)
0、528281788Po/Pd=[2/(k+1)]k/(k-1)
采用全启式安全阀排放系数K选定0、65安全阀最小排气截面积AA=Ws/[
7、6x10-2CKPd(M/Z32
21、208799mm2/T)1/2]安全阀最小流通直径d1d1=(4A/∏)
1/2
64、05818214mm选用安全阀喉径do选定125mm安全阀阀座口径(公称直径)DN选定200mm安全阀数量选定1安全阀型号选定A42H-16C安全阀工作压力级选定0、8~
1、0MPa图6-1安全阀
7、整体布局
8、强度校核钢制卧式容器计算单位计算条件简图设计压力p
2、5MPa设计温度t50℃筒体材料名称16MnR(热轧)
封头材料名称16MnR(热轧)
封头型式椭圆形筒体内直径Di2000mm筒体长度L7600mm筒体名义厚度n18mm支座垫板名义厚度rn10mm筒体厚度附加量C2mm腐蚀裕量C12mm筒体焊接接头系数1封头名义厚度hn18mm封头厚度附加量Ch2mm鞍座材料名称16MnR鞍座宽度b220mm鞍座包角θ120°支座形心至封头切线距离A559mm鞍座高度H250mm地震烈度低于7度内压圆筒校核计算单位计算条件筒体简图计算压力Pc
2、50MPa设计温度t
50、00C内径Di2000、00mm材料16MnR(热轧)
(板材)
试验温度许用应力1
63、00MPa设计温度许用应力t1
63、00MPa试验温度下屈服点s3
25、00MPa钢板负偏差C10、00mm腐蚀裕量C2
2、00mm焊接接头系数
1、00厚度及重量计算计算厚度=PDcit2[]=
15、46mm有效厚度e=nC2=
16、00mm名义厚度n=
18、00mm重量6807、90Kg压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT=
1、25P
[]t=
3、7500(或由用户输入)
MPa压力试验允许通过的应力水平TT0、90s=2
92、50MPa试验压力下圆筒的应力T=pDie、()2=2
36、25MPa校核条件TT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力
[Pw]=2eti[]()D=
2、58730MPa设计温度下计算应力t=cie2=1
57、50MPat1
63、00MPa校核条件t≥t结论合格左封头计算计算单位计算条件椭圆封头简图计算压力Pc
2、50MPa设计温度t
50、00C内径Di2000、00mm曲面高度hi500、00mm材料16MnR(热轧)
(板材)
设计温度许用应力t1
63、00MPa试验温度许用应力1
63、00MPa钢板负偏差C10、00mm腐蚀裕量C2
2、00mm焊接接头系数
1、00厚度及重量计算形状系数K=162Dhi=
1、0000计算厚度=Pcitc205[]、=
15、40mm有效厚度e=nC2=
16、00mm最小厚度min=
3、00mm名义厚度n=
18、00mm结论满足最小厚度要求重量6
50、06Kg压力计算最大允许工作压力
[Pw]=205[]、teiKD=
2、59761MPa结论合格右封头计算计算单位计算条件椭圆封头简图计算压力Pc
2、50MPa设计温度t
50、00C内径Di2000、00mm曲面高度hi500、00mm材料16MnR(热轧)
(板材)
设计温度许用应力t1
63、00MPa试验温度许用应力1
63、00MPa钢板负偏差C10、00mm腐蚀裕量C2
2、00mm焊接接头系数
1、00厚度及重量计算形状系数K=162Dhi=
1、0000计算厚度=Pcitc205[]、=
15、40mm有效厚度e=nC2=
16、00mm最小厚度min=
3、00mm名义厚度n=
18、00mm结论满足最小厚度要求重量6
50、06Kg压力计算最大允许工作压力
[Pw]=205[]、teiKD=
2、59761MPa结论合格卧式容器(双鞍座)计算单位计算条件简图计算压力pC
2、5MPa设计温度t50℃圆筒材料16MnR(热轧)
鞍座材料16MnR圆筒材料常温许用应力
[]163MPa圆筒材料设计温度下许用应力[]t163MPa圆筒材料常温屈服点325MPa鞍座材料许用应力
[]sa170MPa工作时物料密度O1000kg/m3液压试验介质密度T1000kg/m3圆筒内直径Di2000mm圆筒名义厚度n18mm圆筒厚度附加量C2mm圆筒焊接接头系数1封头名义厚度hn18mm封头厚度附加量Ch2mm两封头切线间距离L7700mm鞍座垫板名义厚度rn10mm鞍座垫板有效厚度re10mm鞍座轴向宽度b220mm鞍座包角θ120°鞍座底板中心至封头切线距离A559mm封头曲面高度hi500mm试验压力pT
3、75MPa鞍座高度H250mm腹板与筋板组合截面积Asaxx0mm2腹板与筋板组合截面断面系数Zr369095mm3地震烈度7圆筒平均半径Ra1009mm物料充装系数o0、9一个鞍座上地脚螺栓个数1地脚螺栓公称直径0mm地脚螺栓根径0mm鞍座轴线两侧的螺栓间距0mm地脚螺栓材料支座反力计算圆筒质量(两切线间)
sni1cLDm68
97、69kg封头质量(曲面部分)
26
23、755kg附件质量3
79、648kg封头容积(曲面部分)
Vh
1、0472e+09mm3容器容积(两切线间)
V=
2、62847e+10mm3容器内充液质量工作时,oVm4236
56、2压力试验时,T'=262
84、7kg耐热层质量50kg总质量工作时,54321mm31881压力试验时,34509、5kg单位长度载荷qgLh43i
37、3885qgLh43i
40、471N/mm支座反力Fm12156408mF21169304ax,169304N筒体弯矩计算圆筒中间处截面上的弯矩工作时LAhRLFM431/24i2a1=
1、96842e+08压力试验LAhRLFT431/24i2a1=
2、13071e+08N·mm支座处横截面弯矩操作工况:
LhARFM3412iia
26、09305e+06N·mm系数计算K1=0、106611K2=0、192348K3=
1、17069K4=K5=0、760258K6=0、017495K6’=K7=K8=K9=0、203522C4=C5=筒体轴向应力计算e2a12RMpe
82、67661C3K
79、8599MPa操作状态ee2a1-
3、848462C4Rp-0、572149MPa轴向应力计算水压试验状态ea1T1M-
4、1636324K-0、61932MPae2a1T2RMpe1
22、40813K1
19、359MPaae0
94、A0、001504根据圆筒材料查GB150图6-3~6-10B=1
47、942MPa许用压缩应力tac,mint1
47、942)
9、0(ReL1
47、942MPa应力校核32,t163合格|1|,|4|tac1
47、942合格|T|,||1
47、942合格T2,T30、9s=2
92、5合格MPaARm2时(4L时,不适用)
3/42iea3hARFK
9、65838MPa筒体和封头的切应力m时圆筒中:
ea封头中:
h4RFMPa封头椭圆形封头,heic2DKP碟形封头,M半球形封头,heic4MPa圆筒封头
[]=0、8
[]t=1
30、41
25、MPa应力校核圆筒,
[]=1
30、4MPa合格封头,h
[h]=MPa鞍座处圆筒周向应力无加强圆筒的有效宽度na2
56、1Rb4
30、236mm在横截面最低点处552kKFbe-
1、86982MPaL/Rm≥8时,62643eeMPa圈圆筒无垫板或垫板不起加强作用时在鞍座边角处L/Rm8时,2ea62e61LFRKb-
24、3424MPa鞍座垫板宽度na
5、W;鞍座垫板包角12横截面最低点处的周向应力52kberMPaL/Rm≥8时,626243FKererMPa鞍座边角处的周向应力L/Rm8时,62621bRLermerMPaL/Rm≥8时,2e'62e634FKMPa垫板起加强作用时鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力L/Rm8时,2em'62e61LRbMPa无加强圈筒体应力校核|5|
[]t=163合格|6|
1、25[]t=203、75合格|’6|
1、25[]t=203、75MPa加强圈材料,e=mmd=mm加强圈数量,n=个组合总截面积,A0=mm2组合截面总惯性矩,I0=mm4有加强圈圆筒加强圈参数设计温度下许用应力RtMPa在鞍座边角处圆筒的周向应力:
08074AFKIeRCmMPa加强圈位于鞍座平面上在鞍座边角处,加强圈内缘或外缘表面的周向应力:
080758IdMPa横截面最低点的周向应力无垫板时,(或垫板不起加强作用)552kKFbe采用垫板时,(垫板起加强作用)552erMPa在横截上靠近水平中心线的周向应力:
080m747AFKIRCMPa加强圈靠近鞍座在横截上靠近水平中心线处,不与筒壁相接的加强圈内缘或外缘表面的周向应力:
857080dImMPa无垫板或垫板不起加强作用L/Rm≥8时,62643FbKeeMPa无垫板或垫板不起加强作用L/Rm8时,62621RLemeMPa采用垫板时,(垫板起加强作用)L/Rm≥8时,626243FbKererMPa有加强圈圆筒加强圈靠近鞍座鞍座边角处点处的周向应力采用垫板时,(垫板起加强作用)L/Rm8时,62621RLermerMPa应力校核|5|
[]t=合格|6|
1、25[]t=合格|7|
1、25[]t=|8|
1、25[]tR=MPa鞍座应力计算水平分力FK9S34457N计算高度HR,31minas250mm鞍座腹板厚度ob10mm鞍座垫板实际宽度4430mm鞍座垫板有效宽度brin,42430mm腹板水平应力无垫板或垫板不起加强作用,90FHS
13、7828垫板起加强作用,90bSreMPa腹板水平应力应力判断923[]sa=1
13、333合格MPa由地震水平分力引起的支座强度计算圆筒中心至基础表面距离Hv1268mm轴向力mgF1EvNfEv,ALFZAEvEv22saVrsasMPa,fvsarssaMPa腹板与筋板组合截面应力|sa|
1、2[bt]=btEvtAnlM10MPa拉应力bt
1、2[bt]=MPabtsEvbtfF'MPa地脚螺栓应力剪应力bt0、8Ko[bt]=MPafFNrsasaZHfAt-
50、1654MPa温差引起的应力|tsa|
[]sa=170注:
带#的材料数据是设计者给定的开孔补强计算计算单位接管:
C,D,φ32×11计算方法:
GB150-1998等面积补强法,单孔设计条件简图计算压力pc
2、5MPa设计温度50℃壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)
板材壳体开孔处焊接接头系数φ1壳体内直径Di2000mm壳体开孔处名义厚度δn18mm壳体厚度负偏差C10mm壳体腐蚀裕量C22mm壳体材料许用应力[σ]t163MPa接管实际外伸长度150mm接管实际内伸长度0mm接管材料16Mn(热轧)
接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称补强圈外径mm凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差C1t
1、375mm补强圈厚度负偏差C1rmm接管材料许用应力[σ]t163MPa补强圈许用应力[σ]tMPa开孔补强计算壳体计算厚度δ
15、46mm接管计算厚度δt0、077mm补强圈强度削弱系数frr0接管材料强度削弱系数fr1开孔直径d
16、75mm补强区有效宽度B
74、75mm接管有效外伸长度h1
13、57mm接管有效内伸长度h20
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- 25立方米 氮气储罐 设计 25 立方米 氮气