《化工设备机械基础》课程设计-10立方米氮气罐设计.doc

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1、化工设备机械基础化工设备机械基础课程设计课程设计 10 立方米氮气罐立方米氮气罐设计设计 系部：系部： 专业：专业： 姓名：姓名： 学号：学号： 指导教师：指导教师： 时间：时间： 目目 录录 摘摘 要要 .4 1 1 罐体壁厚的设计罐体壁厚的设计 .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 3 鞍座的设计鞍座的设计 .5 （）罐体质量 1 m.6 （）封头质量 2 m.6 （）液氮质量 3 m.6 （）附体质量 4 m.6 4 4 人孔人孔 .7 5 5 人孔补强人孔补强 .8 6 6 接

2、管接管 .9 致致 谢谢 .11 符号说明符号说明 .12 参考资料参考资料 .14 课程设计说明书 2 摘摘 要要 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 3 101

3、0氮气罐设计氮气罐设计 3 M 设备设计主要技术指标设备设计主要技术指标: : 设计压力 a MP1.1 设计温度 0C 常温常温 最高工作压力 a MP0.8 工作温度 0C 常温 介质名称氮气设备主要材料16 n M R 设备容积设备容积10 管口表管口表: : 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 a1.6PN50DNRF 氮气出口 120 b1.6PN50DNSORF 氮气进口 120 c 1 2H ZG SO 内螺纹压力表口 120 d1.6PN50DNSORF 备用口 120 e1.6PN50DNSORF 安全阀口 120 f 1.6PN50DNSORF 排污口见图

4、g 1.6PN50DNSORF 人孔 250 h 1 2H ZG SO 外螺纹外板口 120 课程设计说明书 4 1 1 罐体壁厚的设计罐体壁厚的设计 设备主要材质为，根据新标准锅炉和压力容器用钢板 。16MnR/32008GB TF 则为,由于温度按常温计算，则查页表可得：16MnR345QR 428 p （采用双面焊对接接头,局部无损检测） 170 t MPa345 s MPa0.85 取 2 1.0Cmm1800 i Dmm （）计算厚度（）计算厚度 1.1 1800 6.88 2 170 0.85 1.1 2 ci t c PD mm P 设计厚度： 2 6.88 1.07.88 d

5、Cmm 根据，查表 12-9 得7.88 d mm 1 0.25Cmm 名义厚度：圆整量=+圆整量 1nd C7.880.25 圆整后，取名义厚度9 n mm 复验： 故最后取6%9 6%0.540.25 n mmmm 1 0.25Cmm 该氮气罐可用厚的 钢制作。9mm345QR （）校核气压试验强度（）校核气压试验强度 0.8 2 Tie Ts e PP G 式中， 1.251.25 1.1 11.375 Tt PMPa 12 99 1.257.25 en CCCmm 345 s Pa 则 1.37518007.75 160.37 2 7.75 T GMPa 0.80.8 0.85 345

6、236.93 s MPa 课程设计说明书 5 可见；所以气压试验强度足够0.8 Ts G 2 封头厚度设计封头厚度设计 采用标准的蝶形封头采用标准的蝶形封头 （）计算封头厚度（）计算封头厚度 1.21.2 1.1 1800 8.24 2 170 0.850.5 1.1 20.5 ci t c PD mm P 2 8.24 1.09.24 d Cmm 根据 由表 12-9 查的则9.24 d mm 1 0.25Cmm 1 9.240.259.49 d Cmm 圆整后采用 厚的钢板。复验，10 n mm6%9.49 6%0.570.25 n mm 最后确定。故该蝶形封头可用 10mm 厚的钢制作。

7、 1 0.25Cmm345QR （）校核罐体与封头气压试验强度（）校核罐体与封头气压试验强度 0.8 2 Tie Ts e PD G 1.251.25 1.11.38 Tc PPMPa 12 0.25 11.25CCCmm 10 1.258.75 en Cmm （）页345 s MPa 428 P 1.3818008.75 142.63 2 8.75 T GMPa 0.80.8 0.85 345236.925 s MPa 因为 所以气压试验强度足够0.8 Ts G 课程设计说明书 6 3 3 鞍座的设计鞍座的设计 首先粗略计算鞍座负荷 储罐总质量 1234 mmmmm 罐体质量 1 m 封头质

8、量 2 m 液氮质量 3 m 附件质量 4 m （）罐体质量（）罐体质量 1 m 的筒节1800,9,4100 Nn Dmmmm Lmm 1 3.14180099 4100 78501645 i mD Lkg （）封头质量（）封头质量 2 m ，直边 其质量 1800,9 Nn Dmmmm20mm 2 m 2 2 0.34 in mD 2 0.34 3.14 18007850 10272kg 22 2mm272 2543kg （）液氮质量（）液氮质量 3 m 其中装置系数取 1.0 3 mV 贮罐容积 32 12 22 264 ii VVVDD L 32 3.143.14 2180018004

9、100 264 3 11.8m 课程设计说明书 7 液氮在常温下的密度为 3 1.25kg m 3 11.8 1.25 1.014.75mkg （）附体质量（）附体质量 4 m 人孔质量约为，其他接管质量总和按计算 200kg300kg 于是 4 500mkg 储罐总质量 1234 mmmmm 1645543 14.75500 2702.75kg 2702.75 9.81 6628.5 44 mg FkN 根据表 14-18 可选用 ,支承式支座 材料 /472592JB T345QA F 4 4 人孔人孔 当设备内径时，至少开设 1 个的人孔，或 2 个的手100 i Dmm400mm150

10、mm 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1.1MPa2059297HG500mm 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 SORF500 1.12059297HG 人孔 1.6PN500DN 件号标准号名称数量材料尺寸尺寸 1 7132008 GB T 筒节 1 345QR=50010 w d 2 20592HG法兰 1n（断键）16M=3 课程设计说明书 8 5 5 人孔补强人孔补强 （）确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径（）确定壳体和接管

11、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6.88mm 2 cO it c PD P 1.1 500 2 170 0.85 1.1 2mm 开孔直径为 1 2ddC 500 15 22 1.25 3 20592HG垫片 1 石棉橡胶板 =39 =44 1 b 2 b 4 20592HG法兰盖 1 345QR 332 175M 5 20613HG螺柱 20 30 M 33M 6 20613HG螺母 40 30 M 7 吊环 1 345QA F 8 转臂 1 345QA F=36 0 d 9 952000GB T 垫圈201100HV 10 61702000GB T 螺母20

12、M2级5 11 吊钩 1 345QA F 12 81632008GB T 环 1 345QA F 1313 无缝钢管 120 课程设计说明书 9 472.5mm （）确定壳体和接管的实际厚度开孔有效补强宽度（）确定壳体和接管的实际厚度开孔有效补强宽度 B B 及外侧有效补强高度及外侧有效补强高度 1 h 已知壳体名义厚度，补强部分厚度，9 n mm9 n Smm 接管有效补强宽度为 接管内直径+=d 2C 478.5mm 22 472.5945Bdmm 接管外侧有效补强高度为 1 472.5 965.2 nt hdmm （）计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积（）计算需要补强的金属面

13、积和可以作为补强的金属面积 需补强的金属面积为 2 472.5 6.883250.8Admm 可作为补强的金属面积为 2 1 945472.57.556.88411.1 e ABdmm 2 21 2922 65.2912.8 ettr Ahfmm （）（） 12e AAA 2 411.1 912.81324mm （）比较（）比较与与，所以补强厚度不足够。 e AA e AA 加补强面积 4 AA e A 2 3250.8 13241927mm 6 6 接管接管 1 1 液氮进料液氮进料 采用无缝钢管(强度验算略)。管的一端切成，伸入储罐内少许。573.5mmmm 0 45 配用图面板是平焊法兰

14、： 法兰 20592HG50 1.6PLRF16 n M 2 2 液氮出料管液氮出料管 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573.5mmmm 0 45 课程设计说明书 10 用图面板是平焊法兰： 法兰 20592HG50 1.6PLRF16 n M 3 3 压力表口压力表口 采用英寸无缝钢管，管内螺纹，伸出长度为。2 1 2G120mm 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2.5 a pMP （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89mm （4）接管最小厚度满足下表要求 接管最小厚度接管最小

15、厚度 接管外径接管外径 25,32,3825,32,38 45,4845,48 最小厚度 3.5 4.0 接管外径 57,65 76,89 最小厚度最小厚度 5.05.0 6.06.0 配用法兰 ： 法兰 20592HG50 1.6PLRF16 n M 4 4 备用口备用口 公称压力为，公称直径为，伸出长度为，采用无16 A MP50mm120mm57 3.5mm 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 HG2059250 1.6SORF16 n M 5 5 安全阀口安全阀口 公称压力为，公称直径为，伸出长度为，采用无缝16 A MP25mm120mm

16、32 3.5mm 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 HG2059225 1.6SORF16 n M 6 6 排污口排污口 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 3.5mm 相配的管法兰：4116JW 法兰 HG2059225 1.6SORF16 n M 致致 谢谢 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

17、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。 符号说明符号说明 计算压力 c P a Mp 课程设计说明书 13 圆筒的内径 i Dmm 圆筒的外径 O Dmm 圆筒的最大容许压力 w P a Mp 圆筒的计算厚度 mm 圆筒的设计厚度 d mm 2d C 圆筒的名义厚度 n mm 1nd C 圆筒的有效

18、厚度 其值 e en C 圆筒材料在设计温度下的许用应力 t a Mp 圆筒材料在设计温度下的计算应力 t a Mp 焊接接头系数 钢板厚度的负偏差 1 Cmm 腐蚀余量 2 Cmm 厚度附加量 Cmm 12 CCC 圆筒壁在试验压力下的计算应力 t a Mp 圆筒材料在试验温度下的屈服点 s a Mp 封头内壁曲面高度 i hmm 实验压力 T P a Mp 设计压力 P a Mp 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 9.81g 2 m s 接管有效厚度 et smm 补强有效厚度 nt smm 课程设计说明书 14 开孔直径 dmm 强度削弱系数 r

19、f 壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 1 A 2 mm 接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 2 A 2 mm 焊缝金属减去计算厚度之外的多余面积 3 A 2 mm 接管的计算厚度 t fmm 补强面积 e A 2 mm 有效补强范围内另加的补强面积 4 A 2 mm 有效宽度 Bmm 参考资料参考资料 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，198

20、2 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

21、。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， 1983ut2ApOdfXXc02GyBKsKCWw97MrqqWhoj5TL15Zt6jIPYytYCummtARp3v1N5luizi3xh3BhWYreKO8d9g7nmZQoWPJeTLDrw08gVS8DsDQQYGC3cE7moO2tLF0Jf1gK74IUXyBmtIVR97CkrfVqULT5fn2t6MpJR6rbzVPSort

22、ZvIj5NB5ndVvSr4iWr1TwLFKgLSPzuhRjQ3CmZU98eUOuijdLSZqPmvrw9zKupxf8WFUG9l2G9277g2rTipa1YpCZEuqxpKBhtVDCooQOzxUz3vJrZmOcijyM62zchmeooTYes8EBMm932tbz2Yo09RtsZEYS8Zrd2Yktj8l6jEAzVAjnfbtryLvsm6oFbfToXVRFFn7OwIYgJlamkUNXJYbz5Rrb7r4VsuR9zpfZFMfsjhcfCA37lNW2VVLRKN7R8psz1BN6oRic5hU5Z6HCxAYqyNPOG8duYbAwqSl20CS

23、g06Dh2sM8HLtgPkIcSkrgOPDpuHBj1LmPk7lYdvC6NNMwL3fwhZFTFVYAARY7lHSSxJ10V3pH3Y19BxYR77Ib7CpZSu2tijqe3hKqkKAu9KSkCpHKXUIKvvyJZpg2YijRkqfbGgOvyqKuxNWI9oMnJtt6QilZxtyrF7d20FbmabcfiixrQKUsVNXBPPFUXyQ1fJSKFSUbkgs2DUVQC9sz4JkbgN4Qqv66pyoARjurNFJ3TxyfclZiEePtwFJthphEipDFNqn R2HjQKV2DzWtMPDJQkBcXmovdsjqCTJagjM

24、dLsKPgaD2s0H0vmZGAHt36gyUEZ7UmANk1ndREuBeqdgrx0venqGnsyIB2ilq3SIQrNL4m56t7Z8Y8da5K0KUpn5Nzg4JvjdtfFHyt82AoGQkXo4VBLmLEiy2P7HtHBho07rCfttxodYDPPdtQsO7wxD0J6fKKlGm4woDzplhtRr2XgqN13hqy59zU1GegDyQniHNTaVSieueFQcYfUCJwd3vk5I7YKmhunDmIZ ut2ApOdfXXc02GyBKsKCWw97MrqqWhoj5TL15Zt6jIPYytYCummtARp3v1N5luizi3xh

25、3BhWYreKO8d9g7nmZQoWPJeTLDrw08gVS8DsDQQYGC3cE7moO2tLF0Jf1gK74IUXyBmtIVR97CkrfVqULT5fn2t6MpJR6rbzVPSortZvIj5NB5ndVvSr4iWr1TwLFKgLSPzuhRjQ3CmZU98eUOuijdLSZqPmvrw9zKupxf8WFUG9l2G9277g2rTipa1YpCZEuqxpKBhtVDCooQOzxUz3vJrZmOcijyM62zchmeooTYes8EBMm932tbz2Yo09RtsZEYS8Zrd2Yktj8l6jEAzVAjnfbtryLvsm6oFbfToXVRFF

26、n7OwIYgJlamkUNXJYbz5Rrb7r4VsuR9zpfZFMfsjhcfCA37lNW2VVLRKN7R8psz1BN6oRic5hU5Z6HCxAYqyNPOG8duYbAwqSl20CSg06Dh2sM8HLtgPkIcSkrgOPDpuHBj1LmPk7lYdvC6NNMwL3fwhZFTFVYAARY7lHSSxJ10V3pH3Y19BxYR77Ib7CpZSu2tijqe3hKqkKAu9KSkCpHKXUIKvvyJZpg2YijRkqfbGgOvyqKuxNWI9oMnJtt6QilZxtyrF7d20FbmabcfiixrQKUsVNXBPPFUXyQ1fJSKF

27、SUbkgs2DUVQC9sz4JkbgN4Qqv66pyoARjurNFJ3TxyfclZiEePtwFJthphEipDFNqnR2HjQKV2DzWtMPDJQkBcXmovdsjqCTJagjMdL sKPgaD2s0H0vmZGAHt36gyUEZ7UmANk1ndREuBeqdgrx0venqGnsyIB2ilq3SIQrNL4m56t7Z8Y8da5K0KUpn5Nzg4JvjdtfFHyt82AoGQkXo4VBLmLEiy2P7HtHBho07rCfttxodYDPPdtQsO7wxD0J6fKKlGm4woDzplhtRr2XgqN13hqy59zU1GegDyQniHNTaVSieueFQcYfUCJwd3vk5I7YKmhunDmIZ 课程设计说明书 16