《化工设备机械基础》课程设计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： 专业： 姓名： 学号： 指导教师： 时间： 目 录 摘 要 .4 1 罐体壁厚的设计 .3 （）计算厚度 .4 （）校核气压试验强度 .4 2 封头厚度设计 .4 （）计算封头厚度 .5 （）校核罐体与封头气压试验强度 .5 3 鞍座的设计 .5 （）罐体质量 1m.6 （）封头质量 2.6 （）液氮质量 3.6 （）附体质量 4m.6 4 人孔 .7 5 人孔补强 .8 6 接管 .9 致 谢 .11 符号说明 .12 参考资料 .14 课程设计说明书 2 摘 要 氮 气 ， 常 况 下 是 一 种 无 色 无 味 无 嗅 的 气 体 ， 且 通 常 无 毒 。 氮 气 占 大 气 总 量 的 78.12%（ 体 积 分 数 ） ， 是 空 气 的 主 要 成 份 。 常 温 下 为 气 体 ， 在 标 准 大 气 压 下 ， 冷 却 至 -195.8 时 ， 变 成 没 有 颜 色 的 液 体 ， 冷 却 至 -209.86 时 ， 液 态 氮 变 成 雪 状 的 固 体 。 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 。 课程设计说明书 3 10 氮气罐设计3M 设备设计主要技术指标: 设计压力 aP1.设计温度 0C常温 最高工作压力 aM0.8工作温度 0常温 介质名称 氮气 设备主要材料 16nMR 设备容积 10 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a1.6PN50DRF 氮气出口 120b.SO 氮气进口c12HZG 内螺纹 压力表口 120d.6PN50DSRF 备用口e1.O 安全阀口 120f.6P50SRF 排污口 见图g1.ND 人孔 250h2HZGSO 外螺纹 外板口 1 课程设计说明书 4 1 罐体壁厚的设计 设备主要材质为 ，根据新标准 锅炉和压力容器用钢板 。16MnR/3208GBTF 则为 ,由于温度按常温计算，则查 页表可得：16n345Q4p （采用双面焊对接接头,局部无损检测）70tPasPa.5 取 2.Cm180iDm （）计算厚度 .6.82170512citP 设计厚度： 6.8.dCm 根据 ，查表 12-9 得7.8m12 名义厚度： 圆整量= +圆整量1nd7.05 圆整后，取名义厚度 9n 复验： 故最后取6%0.54.2nm10.25Cm 该氮气罐可用 厚的 钢制作。3QR （）校核气压试验强度 0.82TiesPG 式中， 1.5.1.375Tt MPa 1299.2enCm 345sPa 则 1.780.7160.32TGMPa0.8.534.9s 课程设计说明书 5 可见 ；所以气压试验强度足够0.8TsG 2 封头厚度设计 采用标准的蝶形封头 （）计算封头厚度 1.21.280.2475.105citPDm28.419.2dCm 根据 由表 12-9 查的 则910.25C1.05.4d 圆整后采用 厚的钢板。复验 ，nm6%9.40.57.2n m 最后确定 。故该蝶形封头可用 10mm 厚的 钢制作。1.2C3QR （）校核罐体与封头气压试验强度 0.82TiesPDG 1.5.1.3TcMPa120.51.2Cm 0875enCm （ ）页34sPa42 1.8.1.6375TGPa 0.042.95s M 因为 所以气压试验强度足够8Ts 课程设计说明书 6 3 鞍座的设计 首先粗略计算鞍座负荷 储罐总质量 1234m 罐体质量1 封头质量2 液氮质量3m 附件质量4 （）罐体质量 1 的筒节80,9,410NnDmLm13.897850164iL kg （）封头质量 2 ，直边 其质量 80,9NnDm20m2 22.34i2.17851kg2m43k （）液氮质量 3 其中装置系数取 1.0V 贮罐容积 321264iiDL 3.4.1800 .m 课程设计说明书 7 液氮在常温下的密度为 31.25kgm 38.01475kg （）附体质量 4 人孔质量约为 ，其他接管质量总和按 计算 20kg3k 于是 45m 储罐总质量 1234m 65.750 70.kg 29.8162.4FkN 根据表 14-18 可选用 ,支承式支座 材料 /75JBT345QAF 4 人孔 当设备内径 时，至少开设 1 个 的人孔，或 2 个 的手10iDm0m150m 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 的带颈平焊法兰人孔 ,人孔公称直径选定为 。采用密封1.MPa20597HG50 型 和石棉胶版垫片。人孔各零件名称材质及尺寸见表 14-22RF 该水平颈对平焊法兰人孔的标记为 人孔 SORF501.20597HG 人孔 .6PND 件号 标准号 名称 数量 材料 尺寸 1 73208GBT筒节 1 345QR=500 10wd 2 59H法兰 1 n（断键）6M=3 课程设计说明书 8 5 人孔补强 （）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 。接管计算厚度为6.8m 2cOitPD 1.5078. 2m 开孔直径为 12dC 501.25 3 2059HG垫片 1 石棉橡胶板 =39 =441b2 4 法兰盖 1 345QR375M 5 613螺柱 20 0 6 20HG螺母 40 3 7 吊环 1 45QAF 8 转臂 1 =360d 9 520GBT垫圈 201 0HV 10 617螺母 M2 级5 11 吊钩 1 34QAF 12 8320GBT环 1 5 13 无缝钢管 1 20 课程设计说明书 9 472.5m （）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 1h 已知壳体名义厚度 ，补强部分厚度 ，9n9nSm 接管有效补强宽度为 接管内直径+ =d2C478.5m .9B 接管外侧有效补强高度为 12.965.nthdm （）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 2472.56830.Adm 可作为补强的金属面积为 21947.56.841.eB m22 29trAhf （） 12eA4.9.83m （）比较 与 ，所以补强厚度不足够。e 加补强面积 4250.1247 6 接管 1 液氮进料 采用 无缝钢管(强度验算略)。管的一端切成 ，伸入储罐内少许。573.m 045 配用图面板是平焊法兰： 法兰 2059HG501.6PLRFnM 2 液氮出料管 采用 无缝钢管(强度验算略)。管的一端切成 ，伸入储罐内少许。配573.m 045 课程设计说明书 10 用图面板是平焊法兰： 法兰 2059HG501.6PLRFnM 3 压力表口 采用 英寸无缝钢管，管内螺纹，伸出长度为 。21G2m 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 2.5apMP （2）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 89m （4）接管最小厚度满足下表要求 接管最小厚度 接管外径 25,32,38 45,48 最小厚度 3.5 4.0 接管外径 57,65 76,89 最小厚度 5.0 6.0 配用法兰 ： 法兰 2059HG501.6PLRFnM 4 备用口 公称压力为 ，公称直径为 ，伸出长度为 ，采用 无16AMm120m573.m 缝钢管，采用带颈平焊法兰（ ）法兰密封面形式采用突面（ ）SORF 配用法兰: 法兰 HG2059501.6nM 5 安全阀口 公称压力为 ，公称直径为 ，伸出长度为 ，采用 无缝16AMP2m120m32.5m 钢管，采用带颈平焊法兰（ ）法兰密封面形式采用突面（ ）SORF 配用法兰: 课程设计说明书 11 法兰 HG2059251.6SORFnM 6 排污口 在设备最下端安设一个排污管，管子规格是 ，管段装有一个与截止阀32.5m 相配的管法兰：41JW 法兰 HG2059251.6SORFnM 致 谢 本设计是在 xx 老师的悉心指导下完成的。老师渊博的专业知识， 课程设计说明书 12 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 xx 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 计算压力 cPaMp 课程设计说明书 13 圆筒的内径 iDm 圆筒的外径 O 圆筒的最大容许压力 wPaMp 圆筒的计算厚度 圆筒的设计厚度 dm2dC 圆筒的名义厚度 n 1n 圆筒的有效厚度 其值 ee 圆筒材料在设计温度下的许用应力 t aMp 圆筒材料在设计温度下的计算应力 t 焊接接头系数 钢板厚度的负偏差 1Cm 腐蚀余量 2 厚度附加量 12C 圆筒壁在试验压力下的计算应力 taMp 圆筒材料在试验温度下的屈服点 s 封头内壁曲面高度 ihm 实验压力 TPap 设计压力 M 每一支座承受的压力 FKN 容器的总质量 mkg 重力加速度 重力加速取 9.81g2ms 接管有效厚度 ets 补强有效厚度 nt 课程设计说明书 14 开孔直径 dm 强度削弱系数rf 壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 1A 2m 接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 2 焊缝金属减去计算厚度之外的多余面积 3 2 接管的计算厚度 tf m 补强面积 eA2 有效补强范围内另加的补强面积 4 2 有效宽度 B 参考资料 1.上海化工设计院。最新压力容器规范标准汇编。1984 课程设计说明书 15 2.煤炭工业部供应局。实用材料手册。北京：煤炭工业出版社，1982 3 余国宗。化工容器及设备。北京:北京化学工业出版社,1980 4.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，1982 5 张康达，洪起超。压力容器手册。北京：劳动人事出版社，2002 6.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，1987 7.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，1997 8.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，19997 9.龚斌。压力容器破裂的防治。杭州：浙江科学技术出版社，1985 10 吴粤桑。压力容器安全技术。北京：化学工业出版社，1993 11.闫康平。工程材料。北京：化学工业出版社，2001 12.潘家祯。压力容器材料实用手册。北京：化学工业出版社，2000 13.董大勤。化工设备机械基础。北京：中央广播电视大学出版社，1993 14.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，1979 15. 余国宗。化工机械手册。天津：天津大学出版社，1991 16.吴泽烩。化工容器设计。北京：北京化学工业出版社，1983